(57)【要約】  光の走査範囲の変動を抑制することができる光学装置を提供する。光学装置（１）は、レーザ光を出射する光源（２）と、レーザ光を所定の範囲に向けて走査させるＭＥＭＳミラー（７）と、レーザ光を波長に応じた方向に導くことで、レーザ光をＭＥＭＳミラー（７）に導く回折格子（５）と、を有している。さらに、レーザ光の波長の変化により生じる回折格子（５）を介したレーザ光の光路変化によって、ＭＥＭＳミラー（７）によるレーザ光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行うＭＥＭＳ制御手段（１３）を有している。
2019031328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射光を出射する出射部と、
前記出射光を所定の範囲に向けて走査させる走査手段と、
前記出射光を波長に応じた方向に導くことで、前記出射光を前記走査手段に導く光学部材と、
前記出射光の波長の変化により生じる前記光学部材を介した前記出射光の光路変化によって、前記照射手段による前記出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記走査手段は揺動するミラーであり、
前記制御手段は、前記ミラーの揺動による角度を変化させることで前記出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記出射部から出射光を出射させるタイミングを制御することで前記出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記照射手段から照射された前記出射光が対象物で反射した反射光を受光する受光部を有し、
前記光学部材は、前記反射光を前記受光部に導くことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記出射部の温度を検出する温度検出手段を有し、
前記制御手段は、前記温度検出手段が検出した前記出射部の温度に基づいて前記走査手段による前記出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記出射光の波長の変動を検出する波長変動検出手段を有し、
前記制御手段は、前記波長変動検出手段が検出した前記出射光の波長の変動に基づいて前記走査手段による前記出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学装置を有し、
前記出射光の出射から、前記受光部による前記出射光の受光までに要した時間に基づき、前記対象物までの距離を測定することを特徴とする距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出射した光が対象物で反射した反射光を受光する光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を対象物に照射して、反射した光が戻ってくるまでの往復の時間を基に対象物までの距離を測定する装置が実用化されている。【０００３】
この種の装置では、この距離測定のために用いる反射光と、太陽光などの環境光とを分離するために、照射した光の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタを用いて、Ｓ／Ｎ比の向上を図っている（例えば特許文献１を参照）。【０００４】
また、この種の装置においては、距離測定のために光を照射する発光素子が、個体バラツキにより波長が想定したものと異なるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７‐８５８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の発明では、発光素子の温度変動に対応するために、発光素子である半導体レーザ素子の温度から推定される投光部から照射された光の波長に追従させるよう、バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を調整している。【０００７】
特許文献１に記載の発明では、バンドパスフィルタを利用しているため、個体バラツキによる光の波長の変動を考慮して通過させる波長はある程度の幅が必要であり、環境光の分離精度の向上には限界があった。【０００８】
また、光の波長が変動すると、光路が変動する場合があり、光学系に用いられる光学素子によっては出射光の走査範囲が変動してしまうことがあった。【０００９】
本発明が解決しようとする課題としては、上述したような光の走査範囲の変動の抑制が一例として挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、出射光を出射する出射部と、前記出射光を所定の範囲に向けて走査させる走査手段と、前記出射光を波長に応じた方向に導くことで、前記出射光を前記走査手段に導く光学部材と、前記出射光の波長の変化により生じる前記光学部材を介した前記出射光の光路変化によって、前記走査手段による前記出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行う制御手段と、を有していることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施例にかかる光学装置の概略構成図である。
【図２】図１に示された回折格子の動作を示した説明図である。
【図３】環境光が入射した場合の説明図である。
【図４】図１に示された光学装置において波長変動があった場合の説明図である。
【図５】図１に示された光学装置におけるＭＥＭＳミラーの角度の補正動作の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施例にかかる光学装置の概略構成図である。
【図７】ＭＥＭＳミラーの時間と投光角度との関係を示した図である。
【図８】本発明の第３の実施例にかかる光学装置の概略構成図である。
【図９】二分割ＰＤの説明図である。
【図１０】二分割ＰＤにおける２つのＰＤの差分値とレーザ光の波長の変動量との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態にかかる光学装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる光学装置は、出射光を出射する出射部と、出射光を所定の範囲に向けて走査させる走査手段と、出射光を波長に応じた方向に導くことで、出射光を走査手段に導く光学部材と、を有している。さらに、出射光の波長の変化により生じる光学部材を介した出射光の光路変化によって、走査手段による出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行う制御手段を有している。
【００１３】
光学部材を有することによって、光の波長に応じた方向に導くので、光源から出射した出射光と同じ波長の光のみを受光することができ、環境光の影響を抑制することができる。しかしながら、投光時の光路に光学素子を配置した場合、光学素子から出射する光の方向が光の波長によって変化してしまうため、光の走査範囲が変動してしまう。そこで、上記したような構成とすることで、出射光の波長の変化により生じる光学部材を介した出射光の光路変化があっても、制御手段により出射光の走査範囲の変動を抑制することができる。
【００１４】
また、走査手段は揺動するミラーであり、制御手段は、ミラーの揺動による角度を変化させることで出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行ってもよい。このようにすることにより、ミラーの角度を変化させることで、出射光の光路変化による出射光の走査範囲の変動を抑制することができる。
【００１５】
また、制御手段は、出射部から出射光を出射させるタイミングを制御することで出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行ってもよい。このようにすることにより、出射光の出射タイミングを変化させることで、出射光の光路変化による出射光の走査範囲の変動を抑制することができる。
【００１６】
また、照射手段に照射された出射光が対象物で反射した反射光を受光する受光部を有し、光学部材は、反射光を受光部に導くようにしている。このようにすることにより、光学部材により出射光と反射光の光路を同じくして反射光を受光部に導くことができる。そのため、出射光の波長の違いがあっても反射光を受光部に導くことができる。
【００１７】
また、出射部の温度を検出する温度検出手段を有し、制御手段は、温度検出手段が検出した出射部の温度に基づいて走査手段による出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行ってもよい。このようにすることにより、出射部の温度により変化する出射光の波長の変化による光路変動を検出して、出射光の走査範囲の変動を抑制することができる。
【００１８】
また、出射光の波長の変動を検出する波長変動検出手段を有し、制御手段は、波長変動検出手段が検出した出射光の波長の変動に基づいて走査手段による出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行ってもよい。このようにすることにより、出射光の波長の変動による光路変動を検出して、出射光の走査範囲の変動を抑制することができる。
【００１９】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学装置を有し、出射光の出射から、受光部による出射光の受光までに要した時間に基づき、対象物までの距離を測定する距離測定装置としてもよい。このようにすることにより、距離測定装置において、出射光の走査範囲の変動を抑制して、距離の測定精度を向上させることができる。
【実施例１】
【００２０】
本発明の第１の実施例にかかる光学装置を図１〜図５を参照して説明する。本実施例にかかる光学装置１は、図１に示したように、光源２と、コリメートレンズ３と、ビームスプリッタ４と、回折格子５と、ビームスプリッタ６と、ＭＥＭＳミラー７と、投受光レンズ８と、集光レンズ９と、受光素子１０と、集光レンズ１１と、ラインセンサ１２と、ＭＥＭＳ制御手段１３と、を備えている。【００２１】
出射部としての光源２は、例えばレーザダイオードで構成されている。光源２は、所定の波長のレーザ光をパルス状に発光（出射）する。【００２２】
コリメートレンズ３は、光源２から出射されたレーザ光を平行光束にする。ビームスプリッタ４は、コリメートレンズ３で平行光にされたレーザ光を回折格子５へ出力し、回折格子５が回折した対象物１００からのレーザ光の反射光及び太陽光などの環境光（太陽光が対象物１００で反射した光を含む）を集光レンズ９へ向けて反射する。【００２３】
光学部材としての回折格子５は、ビームスプリッタ４を介して入射したレーザ光を、そのレーザ光の有する波長成分に応じた回折角でビームスプリッタ６へ回折させる。また、ビームスプリッタ６で反射されたレーザ光の反射光や環境光を、その反射光や環境光の有する波長成分に応じた回折角でビームスプリッタ４へ回折させる。つまり、回折格子５は、光源２（出射部）から出射したレーザ光（出射光）を波長に応じた角度の方向に導き、レーザ光（出射光）が対象物１００で反射した反射光及び環境光を、これらの光の波長に応じた角度の方向に導く。そして、回折格子５は、レーザ光の光路とレーザ光の反射光及び環境光の光路との共通の光路に配置されている。反射光が光学部材へ入光する光路と、出射光が光学部材で導かれる光路は同一であるため、回折格子５は、入射した光を、その波長に応じた方向に導くことで、出射光を照射手段に導くとともに、反射光を受光部に導いている。【００２４】
また、回折格子５は、本実施例では、鋸歯状の溝形状を有するブレーズド回折格子を使用する。ブレーズド回折格子により＋１次光の回折効率を理論上１００％とすることが出来るため、ブレーズド回折格子の使用が望ましい。また、本実施例では、反射型の回折格子で説明するが、透過型の回折格子であってもよい。【００２５】
ビームスプリッタ６は、光源２から出射され、回折格子５で回折されたレーザ光をＭＥＭＳミラー７へ反射するとともに、このレーザ光の一部を集光レンズ１１に向けて透過させる。また、ビームスプリッタ６は、ＭＥＭＳミラー７によって投光されたレーザ光が対象物１００で反射された光である反射光等を回折格子５へ向けて反射する。【００２６】
走査手段としてのＭＥＭＳミラー７は、回折格子５（光学部材）によってビームスプリッタ６へ導かれ、ビームスプリッタ６で反射されたレーザ光を対象物１００が存在する領域へ向けて水平方向および垂直方向に走査する。また、ＭＥＭＳミラー７は、対象物１００で反射した光が投受光レンズ８を介して入射した光をビームスプリッタ６へ反射する。ＭＥＭＳミラー７は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）により構成されたミラーであり、ミラーと一体的に形成されたアクチュエータ（図示しない）によって駆動（揺動）される。また、ＭＥＭＳミラー７はガルバノミラーやポリゴンミラーなど他のビーム偏向手段でもよい。【００２７】
投受光レンズ８は、ＭＥＭＳミラー７で反射されたレーザ光を対象物１００が存在する領域へ照射（投光）する。また、投受光レンズ８には、対象物１００で反射したレーザ光である反射光及び環境光が入射（受光）する。【００２８】
集光レンズ９は、ビームスプリッタ４と受光素子１０との間に設けられ、ビームスプリッタ４で反射されたレーザ光の反射光や環境光を受光素子１０へ集光する。【００２９】
受光部としての受光素子１０は、集光レンズ９で集光されたレーザ光の反射光や環境光を受光する。即ち、受光素子１０は、回折格子５で導かれた光を受光する。受光素子１０は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）により構成されている。受光素子１０は、受光した光の強度（受光強度）に応じた信号を出力する。【００３０】
集光レンズ１１は、ビームスプリッタ６とラインセンサ１２との間に設けられ、ビームスプリッタ６を透過したレーザ光の一部をラインセンサ１２へ集光する。【００３１】
波長変動検出手段としてのラインセンサ１２は、回折格子５を介した光が回折される方向に沿って複数の受光素子が１列に並んで形成された受光センサである。すなわち、回折格子５で回折された光を、その波長に応じた受光素子が受光することになる。ラインセンサ１２の各受光素子は、受光した光の強度（受光強度）に応じた信号をＭＥＭＳ制御手段１３に出力する。また、ラインセンサ１２は、例えば受光素子としてＡＰＤにより構成することができる。集光レンズ１１とラインセンサ１２とで波長モニタ手段２０を構成する。【００３２】
ＭＥＭＳ制御手段１３は、ラインセンサ１２で検出された各受光素子の受光強度を示す信号に基づいて光源２から出射されたレーザ光の波長の変化を検出し、ＭＥＭＳミラー７のアクチュエータを制御してレーザ光を反射させる角度を調整させる。【００３３】
次に、上述した構成の光学装置１における動作について説明する。まず、光源２から出射したレーザ光はコリメートレンズ３で平行光束とされた後、ビームスプリッタ４を経て回折格子５に入射する。【００３４】
ここで、回折格子５は、光の入射角、波長、溝間隔で一意に決まる所定の方向に光を回折させることが知られている（図２の投光時を参照）。光の入射角をθ1、波長をλ０、溝間隔をｐとすると、回折角θ2は次の（１）式で表される。
【数１】
2019031328.tif 000003
【００３５】
光源２からパルス状に出射され回折格子５により回折したレーザ光はビームスプリッタ６を経てＭＥＭＳミラー７で反射し、投受光レンズ８により光学装置１の外部に向けて照射される。このとき、各々の照射のタイミング毎にＭＥＭＳミラー７の角度を変化させることにより対象物１００が存在する領域に向けて照射されるビームスポットの位置を時間的に変化させることができ、水平方向および垂直方向の走査が行われる。【００３６】
次に、入射時（受光系）の動作を説明する。対象物１００で反射（散乱）されたレーザ光は、投受光レンズ８で受光された後、投光時とは逆の光路をたどり、ＭＥＭＳミラー７で反射され、ビームスプリッタ６を経て回折格子５へと入射する。このときは、θ2の入射角で投光時とは逆向きに入射するので、回折角はθ1となり（図２の受光時を参照）、出射時の光路を逆にたどる形でビームスプリッタ４に到達する。ビームスプリッタ４で反射されたレーザ光の反射光は集光レンズ９により受光素子１０へと集光される。【００３７】
投受光レンズ８に入射する光は、投光したレーザ光の反射光だけでなく、太陽光や街灯の光など対象物１００を照明するあらゆる光や、それらの光が対象物１００で反射した光も含まれている。これらの環境光もまた投受光レンズ８を通りＭＥＭＳミラー７を介して回折格子５へと入射する。回折格子５は光の波長により回折させる方向が異なるため、受光素子１０が受光するのは、レーザ光の反射光及び環境光に含まれる光のうち光源２と同じ波長成分のみであり（図３の波長λ0）、環境光のうちレーザ光の反射光と異なる波長の光は受光素子１０で受光されない（図３の波長λ1、波長λ2）。【００３８】
図４の実線は、光学装置１における光源２の波長変動前の光路の例、破線は波長変動があった場合の光路の例である。光源２で出射されて回折格子５に入射したレーザ光は波長変動前に対して小さな回折角又は大きな回折角で回折して破線のように進む。したがって、図４に示したように、回折角の変化分だけレーザ光による走査範囲が変動する。 対象物１００で反射されたレーザ光の反射光はやはり破線に沿って光路を逆に戻り回折格子５に入射する。このときの回折格子５への入射角は、出射時の回折角と等しくなるため、回折格子５で回折されたレーザ光の反射光は出射時と同じ光路をたどりビームスプリッタ４に到達し、集光レンズ９により受光素子１０に集光される。【００３９】
このように、回折格子５から受光素子１０までの光路は波長変動の前後で全く同一であるため、光源２の温度変動等によりレーザ光に波長変動があった場合等でも、単一の受光素子１０で受光することができる。【００４０】
即ち、光学装置１に入射したレーザ光の反射光は、レーザ光（出射光）の回折格子５の回折角と同じ角度で回折格子５に入射し、レーザ光（出射光）が回折格子５に入射した入射角と同じ角度で回折格子５によりビームスプリッタ４に導かれる。【００４１】
図１に示した構成の光学装置１においては、上述したように、光源２が出射するレーザ光の波長が変動することによって、回折格子５の回折角が変化するため、ＭＥＭＳミラーを介してレーザ光を照射する方向が変化して対象物１００上での投光位置がずれてしまう。そこで、本実施例では、ラインセンサ１２においてレーザ光を受光する受光素子の変化を検出することにより、回折格子５の回折角の変化を検出する。回折角は上述したように波長によって変化する。そのため、出射光を受光するラインセンサ１２の受光素子の変化を検出することで、レーザ光の波長変動を検出することができる。そして、検出された波長変動に応じてＭＥＭＳミラー７の揺動角度を変化させる。【００４２】
図５は、ＭＥＭＳ制御手段１３によりＭＥＭＳミラー７を制御した場合の例である。図中実線が変動前の波長による光路、破線が変動後の波長による光路である。レーザ光の波長が変動すると、回折格子５で回折されたレーザ光の光路が変化し、対象物１００上での投光位置が変化してずれてしまう。このとき、ビームスプリッタ６を透過したレーザ光の一部は集光レンズ１１を介してラインセンサ１２上の波長変動前とは異なる受光素子で受光する。【００４３】
ＭＥＭＳ制御手段１３は、ラインセンサ１２から出力される受光強度が最も大きな受光素子が変化したことにより、レーザ光の波長が変動したと判断する。そして、ＭＥＭＳ制御手段１３は、図５の場合は回折格子５における回折角の変化分に応じてＭＥＭＳミラー７の揺動角度を変化させるようにＭＥＭＳミラー７のアクチュエータを制御して対象物１００へのレーザ光の照射角度を変化させる。このようにして、ＭＥＭＳミラー７によるレーザ光の走査範囲の変動を抑制するように制御している。【００４４】
ここで、波長と回折角との関係は上記（１）式により定まる。そして、ラインセンサ１２の各受光素子のサイズが予め判明していれば回折格子５の回折角によりレーザ光がラインセンサ１２のどの受光素子に受光するかも求めることができる。したがって、波長の変動量とＭＥＭＳミラー７の回転角との関係をテーブルや式等で予めＭＥＭＳ制御手段１３に設定することにより上記したようなＭＥＭＳミラー７の角度の補正制御が可能となる。【００４５】
本実施例によれば、光学装置１は、レーザ光を出射する光源２と、レーザ光を所定の範囲に向けて走査させるＭＥＭＳミラー７と、レーザ光を波長に応じた方向に導くことで、レーザ光をＭＥＭＳミラー７に導く回折格子５と、を有している。さらに、レーザ光の波長の変化により生じる回折格子５を介したレーザ光の光路変化によって、ＭＥＭＳミラー７によるレーザ光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行うＭＥＭＳ制御手段１３を有している。このようにすることにより、レーザ光の波長の変化により生じる回折格子５を介したレーザ光の光路変化があっても、ＭＥＭＳ制御手段１３によりレーザ光の走査範囲の変動を抑制することができる。【００４６】
また、ＭＥＭＳ制御手段１３は、ＭＥＭＳミラー７の揺動による角度を変化させることでレーザ光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行っている。このようにすることにより、ＭＥＭＳミラー７の角度を変化させることで、レーザ光の光路変化によるレーザ光の走査範囲の変動を抑制することができる。【００４７】
また、ＭＥＭＳミラー７から照射されたレーザ光が対象物１００で反射した反射光を受光する受光素子１０を有し、回折格子５は、レーザ光の反射光を受光素子１０に導くようにしている。このようにすることにより、光学部材によりレーザ光とそのレーザ光の反射光の光路を同じくしてレーザ光の反射光を受光素子１０に導くことができる。そのため、レーザ光の波長の違いがあってもレーザ光の反射光を受光素子１０に導くことができる。【００４８】
また、レーザ光の波長の変動を検出するラインセンサ１２を有し、ＭＥＭＳ制御手段１３は、ラインセンサ１２が検出したレーザ光の波長の変動に基づいてＭＥＭＳミラー７によるレーザ光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行ってもよい。このようにすることにより、レーザ光の波長の変動による光路変動を検出して、レーザ光の走査範囲の変動を抑制することができる。【００４９】
また、本光学装置は対象物までの距離を測定に用いることができる。すなわち、本光学装置を搭載した距離測定装置のＣＰＵ等により、光源２がレーザ光を出射してから対象物１００で反射した反射光として受光素子１０に受光されるまでの時間を測定することで、光学装置から対象物１００までの距離を測定することができる。
【実施例２】
【００５０】
次に、本発明の第２の実施例にかかる光学装置を図６及び図７を参照して説明する。なお、前述した第１の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。【００５１】
本実施例にかかる光学装置１Ａは、図６に示したように、光源２と、コリメートレンズ３と、ビームスプリッタ４と、回折格子５と、ビームスプリッタ６と、ＭＥＭＳミラー７と、投受光レンズ８と、集光レンズ９と、受光素子１０と、集光レンズ１１と、ラインセンサ１２と、出射制御手段１４と、を備えている。【００５２】
本実施例では、図１に示したＭＥＭＳ制御手段１３に代えて出射制御手段１４を備えている。制御手段としての出射制御手段１４は、ラインセンサ１２で検出された各受光素子の受光強度を示す信号に基づいて光源２から出射されたレーザ光の波長の変化を検出し、光源２からのレーザ光の出射のタイミングを変化させる。【００５３】
本実施例では、光源２が出射するレーザ光の波長が変動することによって、回折格子５での回折角が変化し、レーザ光の光路が変化することに対して、ラインセンサ１２においてレーザ光を受光する受光素子が変化することにより、レーザ光の波長変動を検出して、光源２からのレーザ光の出射のタイミングを変化させる。【００５４】
図７は、ＭＥＭＳミラー７の時間と角度との関係を示した図である。図７の場合は、ＭＥＭＳミラー７の角度が時間的に線形に増加している場合を示している。図７において、時刻ｔ1におけるＭＥＭＳミラー７によるレーザ光の投光角度がθ1、時刻ｔ1後の時刻ｔ2におけるＭＥＭＳミラー７によるレーザ光の投光角度がθ2、時刻ｔ2後の時刻ｔ3におけるＭＥＭＳミラー７によるレーザ光の投光角度がθ3であるとする（図７左図参照）。【００５５】
ここで、光源２から出射されるレーザ光の波長が変動し、回折格子５による回折角がΔθだけ変化したとすると、時間と投光角度との関係は、図７右図の破線のようになり、レーザ光によって走査される範囲が変化する。走査する範囲をレーザ光の波長が変動する前と同じにするためには、図７右図に示したように、レーザ光の出射タイミングを時刻ｔ1、ｔ2、ｔ3からそれぞれΔｔだけ遅いタイミングである時刻ｔ1’、ｔ2’、ｔ3’とする必要がある。【００５６】
Δｔの大きさはＭＥＭＳミラー７におけるミラーの回転（揺動）速度とΔθの大きさにより算出することができる。また、パルス光を出射するタイミングを早めるか、遅らせるかはＭＥＭＳミラー７の回転方向とΔθの符号により決定することができる。このΔθの符号とは、光源２の波長が変動前に対して短波長側に変動したか長波長側に変動したかを示すものであり、具体的には回折格子５の回折角が変化した際に角度が増加したか減少したかを示す。この符号は、例えば回折角が増加した場合は“＋”、回折角が減少した場合は“−”となる。【００５７】
出射制御手段１４は、ラインセンサ１２が出力する受光強度によりレーザ光を受光した受光素子が変化したことを検出すると、レーザ光の波長が変動したと判断する。そして、出射制御手段１４は、受光素子の変化から上述したΔθと符号を算出し、算出されたΔθからΔｔを算出して補正後のタイミングを決定し、そのタイミングでパルス光を光源２に出射させる。このようにして、レーザ光の光路変化によるレーザ光の走査範囲の変動を抑制することができる。【００５８】
本実施例によれば、出射制御手段１４は、光源２からレーザ光を出射させるタイミングを制御することでレーザ光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行っている。このようにすることにより、レーザ光の出射タイミングを変化させることで、レーザ光の光路変化による出射光の走査範囲の変動を抑制することができる。
【実施例３】
【００５９】
次に、本発明の第３の実施例にかかる光学装置を図８〜図１０を参照して説明する。なお、前述した第１、第２の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。【００６０】
本実施例にかかる光学装置１Ｂは、図８に示したように、光源２と、コリメートレンズ３と、ビームスプリッタ４と、回折格子５と、ビームスプリッタ６と、ＭＥＭＳミラー７と、投受光レンズ８と、集光レンズ９と、受光素子１０と、二分割ＰＤ１５と、ＭＥＭＳ制御手段１３と、出射制御手段１４と、を備えている。【００６１】
本実施例では、集光レンズ１１とラインセンサ１２で構成されていた波長モニタ手段２０に代えて、二分割ＰＤ１５で構成された波長モニタ手段２０Ａを備えている。【００６２】
二分割ＰＤ１５の概略構成を図９に示す。二分割ＰＤは、図９に示したように、フォトダイオード（ＰＤ）１５ａとＰＤ１５ｂの２つに分割された受光素子である。ＰＤ１５ａとＰＤ１５ｂとは、回折方向と垂直な（直交する）方向で分割されている。【００６３】
図９に示した二分割ＰＤ１５は、光源２の波長が変動していないときは、光源２から出射したレーザ光は図９左図のように、ＰＤ１５ａ及びＰＤ１５ｂで均等に受光される。光源２の波長が変動前に対して短波長側へ変動すると、光源２から出射したレーザ光は図９中図のように、ＰＤ１５ａに偏って受光される。光源２の波長が変動前に対して長波長側へ変動すると、光源２から出射したレーザ光は図９右図のように、ＰＤ１５ｂに偏って受光される。【００６４】
図９に示した二分割ＰＤ１５における、ＰＤ１５ａの出力信号とＰＤ１５ｂの出力信号との差分値とレーザ光の波長の変動量との関係は図１０のようになる。図１０において、Ａ−ＢはＰＤ１５ａの出力信号とＰＤ１５ｂの出力信号との差分値である。【００６５】
図１０に示したようなグラフをテーブルや式等としてＭＥＭＳ制御手段１３や出射制御手段１４が有することで、二分割ＰＤ１５の２つのＰＤの出力信号の差分値から波長の変動量を算出することができる。したがって、算出された変動量に基づいてＭＥＭＳミラー７の角度を制御したり、光源２の出射タイミングを制御することができる。【００６６】
なお、第２の実施例では、ＭＥＭＳ制御手段１３と出射制御手段１４の両方を備えているが、第１の実施例や第２の実施例で示したように、いずれか一方のみであってもよい。勿論第１の実施例がＭＥＭＳ制御手段１３と出射制御手段１４の両方を備えてもよい。【００６７】
出射制御手段１４による制御は、出射光がパルス光の場合に好適であるが、パルス光のような間欠的に出射される光ではなく連続光の場合はＭＥＭＳ制御手段１３による制御をする必要がある。ＭＥＭＳ制御手段１３と出射制御手段１４の両方を備えることで、パルス光と連続光を切り替えて出射可能な光学装置の場合に、パルス光と連続光のいずれにおいてもレーザ光の光路変化による出射光の走査範囲の変動を抑制することができる。【００６８】
また、上述した実施例では、ラインセンサ１２や二分割ＰＤ１５等の波長変動検出手段によりＭＥＭＳ制御手段１３や出射制御手段１４がレーザ光の光路変化による出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御しているが、光源２の温度を検出する温度検出手段としての温度センサを設け、温度センサの検出結果に基づいてＭＥＭＳ制御手段１３や出射制御手段１４がレーザ光の光路変化による出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御してもよい。光源２は、温度により波長が変動することが知られている。そのため、光源２の温度が変動することでレーザ光の波長が変動し、出射光の走査範囲の変動することがある。【００６９】
このような場合に、光源２の温度と波長との関係が予め判明していれば、その関係をＭＥＭＳ制御手段１３や出射制御手段１４がテーブルや式として有することで、温度センサが検出した温度に基づいてレーザ光の光路変化による出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御することができる。【００７０】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の光学装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７１】
１、１Ａ、１Ｂ    光学装置
２                光源（出射部）
５                回折格子（光学部材）
７                ＭＥＭＳミラー（照射手段）
１０              受光素子（受光部）
１１              集光レンズ
１２              ラインセンサ（波長変動検出手段）
１３              ＭＥＭＳ制御手段（制御手段）
１４              出射制御手段（制御手段）
１５              二分割ＰＤ（波長変動検出手段）
１００            対象物
【図１】
2019031328.tif 000004
【図２】
2019031328.tif 000005
【図３】
2019031328.tif 000006
【図４】
2019031328.tif 000007
【図５】
2019031328.tif 000008
【図６】
2019031328.tif 000009
【図７】
2019031328.tif 000010
【図８】
2019031328.tif 000011
【図９】
2019031328.tif 000012
【図１０】
2019031328.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月3日(2020.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、走査手段により走査された出射光が対象物で反射した反射光を受光する受光部を有し、光学部材は、反射光を受光部に導くようにしている。このようにすることにより、光学部材により出射光と反射光の光路を同じくして反射光を受光部に導くことができる。そのため、出射光の波長の違いがあっても反射光を受光部に導くことができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
光学部材としての回折格子５は、ビームスプリッタ４を介して入射したレーザ光を、そのレーザ光の有する波長成分に応じた回折角でビームスプリッタ６へ回折させる。また、ビームスプリッタ６で反射されたレーザ光の反射光や環境光を、その反射光や環境光の有する波長成分に応じた回折角でビームスプリッタ４へ回折させる。つまり、回折格子５は、光源２（出射部）から出射したレーザ光（出射光）を波長に応じた角度の方向に導き、レーザ光（出射光）が対象物１００で反射した反射光及び環境光を、これらの光の波長に応じた角度の方向に導く。そして、回折格子５は、レーザ光の光路とレーザ光の反射光及び環境光の光路との共通の光路に配置されている。反射光が光学部材へ入光する光路と、出射光が光学部材で導かれる光路は同一であるため、回折格子５は、入射した光を、その波長に応じた方向に導くことで、出射光を走査手段に導くとともに、反射光を受光部に導いている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
１、１Ａ、１Ｂ    光学装置
２                光源（出射部）
５                回折格子（光学部材）
７                ＭＥＭＳミラー（走査手段）
１０              受光素子（受光部）
１１              集光レンズ
１２              ラインセンサ（波長変動検出手段）
１３              ＭＥＭＳ制御手段（制御手段）
１４              出射制御手段（制御手段）
１５              二分割ＰＤ（波長変動検出手段）
１００            対象物
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射光を出射する出射部と、
前記出射光を所定の範囲に向けて走査させる走査手段と、
前記出射光を波長に応じた方向に導くことで、前記出射光を前記走査手段に導く光学部材と、
前記出射光の波長の変化により生じる前記光学部材を介した前記出射光の光路変化によって、前記走査手段による前記出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記走査手段は揺動するミラーであり、
前記制御手段は、前記ミラーの揺動による角度を変化させることで前記出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記出射部から出射光を出射させるタイミングを制御することで前記出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記走査手段により走査された前記出射光が対象物で反射した反射光を受光する受光部を有し、
前記光学部材は、前記反射光を前記受光部に導くことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記出射部の温度を検出する温度検出手段を有し、
前記制御手段は、前記温度検出手段が検出した前記出射部の温度に基づいて前記走査手段による前記出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記出射光の波長の変動を検出する波長変動検出手段を有し、
前記制御手段は、前記波長変動検出手段が検出した前記出射光の波長の変動に基づいて前記走査手段による前記出射光の走査範囲の変動を抑制するように制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学装置を有し、
前記出射光の出射から、受光部による前記出射光の受光までに要した時間に基づき、前記対象物までの距離を測定することを特徴とする距離測定装置。
【国際調査報告】
2019031328.tif 000014
2019031328.tif 000015
2019031328.tif 000016
2019031328.tif 000017