(57)【要約】【課題】光を２軸方向に広角走査する走査光学系、光走査装置、及び距離測定装置において、広角走査と小型化とを両立する。【解決手段】第１反射面を備え、第１反射面を第１回転軸の周りに回転させて、光源から第１反射面に入射された光を反射走査する第１走査部と、回転楕円面又は球面の一部から回転中心軸の延びる方向に予め定めた幅で切り出され、回転中心軸と交差する方向に湾曲した帯状の反射面を有し、帯状の反射面が第１走査部の光走査方向に延びるように配置されて、第１走査部から入射された光を反射する反射鏡と、第２反射面を備え、第２反射面を第２回転軸の周りに回転させて、反射鏡からの光を前記第１走査部の光走査方向と交差する方向に反射走査する第２走査部と、を備えた走査光学系において、第１走査部から入射され反射鏡で反射された光が第２走査部に入射されるように、第１走査部及び第２走査部の各々を反射鏡の回転中心軸上に離間して配置する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１反射面を備え、前記第１反射面を第１回転軸の周りに回転させて、光源から前記第１反射面に入射された光を反射走査する第１走査部と、
回転楕円面又は球面の一部から回転中心軸の延びる方向に予め定めた幅で切り出され、前記回転中心軸と交差する方向に湾曲した帯状の反射面を有し、前記帯状の反射面が前記第１走査部の光走査方向に延びるように配置されて、前記第１走査部から入射された光を反射する反射鏡と、
第２反射面を備え、前記第２反射面を第２回転軸の周りに回転させて、前記反射鏡からの光を前記第１走査部の光走査方向と交差する方向に反射走査する第２走査部と、
を備え、
前記第１走査部から入射され前記反射鏡で反射された光が前記第２走査部に入射されるように、前記第１走査部及び前記第２走査部の各々が前記反射鏡の回転中心軸上に離間して配置された、
走査光学系。
【請求項２】
前記反射鏡が回転楕円面の一部から切り出された帯状の反射面を有し、
前記第１走査部が前記反射鏡の回転中心軸上で且つ楕円の一方の焦点位置に配置されると共に、前記第２走査部が前記反射鏡の回転中心軸上で且つ楕円の他方の焦点位置に配置された、
請求項１に記載の走査光学系。
【請求項３】
前記第１走査部の前記第１反射面が前記第１回転軸と斜めに交差し、前記第１回転軸が前記反射鏡の回転中心軸に対し傾斜角φで傾けられ、前記第１反射面に対し光源からの光が入射角θで入射されると共に、前記第２走査部の前記第２反射面が固定配置された場合に、
前記第１回転軸の前記傾斜角φ≠０°の場合に前記第２走査部から出射される光の前記第１走査部の光走査方向に対する偏差が、前記第１回転軸の前記傾斜角φ＝０°の場合に前記第２走査部から出射される光の前記第１走査部の光走査方向に対する偏差より小さくなるように、前記入射角θに応じて前記傾斜角φが予め定められた、
請求項１又は請求項２に記載の走査光学系。
【請求項４】
更に、前記第２走査部から出射される光が平行光となるように、前記第１走査部の光入射側に前記第１走査部に入射する光を収束させる補正光学系を配置した、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の走査光学系。
【請求項５】
光を照射する光源と、
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の走査光学系と、
を備えた光走査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光走査装置を備え、予め定めた監視領域を走査する照射光を出力する光出力部と、
前記監視領域に在る障害物からの反射光を検出する光検出部と、
前記光出力部から出力され且つ前記光検出部で検出された反射光の遅延時間に基づいて、前記障害物までの距離を算出する距離算出部と、
を備えた距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査光学系、光走査装置、及び距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を２軸方向に走査する走査光学系としては、２つのスキャナ（例えば、ガルバノミラー等の可動ミラー）を用いた走査光学系が汎用されている。２つのスキャナの間に、リレーレンズが配置された構成も知られている（特許文献１）。また、リレーレンズに代えて、リレーミラーを用いることも提案されている（特許文献２、特許文献３）。
【０００３】
特許文献２には、第１光反射面を有する第１可動板が揺動することによって光源から第１光反射面に入射される光を反射走査する第１走査部と、第１走査部から入射される光を反射する楕円ミラーと、第２光反射面をする第２可動板が揺動することによって楕円ミラーからの光を第１走査部の光走査方向と直交する方向に反射走査する第２走査部と、を備え、二次元走査を行う走査光学系が開示されている。
【０００４】
特許文献３には、入射光を走査させる複数のスキャナと、スキャナの間に配置され複数のスキャナのうち一つのスキャナから走査されたスキャニングされた光を隣接するスキャナ側に反射させる少なくとも一つのミラーと、を備え、照明系から照射された光を走査するスキャナユニットが開示されている。また、光を水平方向に広角に走査する水平スキャナユニットと、光を垂直方向に走査する垂直スキャナユニットと、を備えたスキャニング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１５０２３８号公報
【特許文献２】特開２００５−３５２４８８号公報
【特許文献３】特開２０１２−２５２０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
２つのスキャナを用いた汎用の走査光学系では、第１のスキャナで広角走査すると、第２のスキャナが大型化する。２つのスキャナの間にリレーレンズを配置すると、リレーレンズにより集光されて、第２のスキャナの大型化は回避される。しかしながら、リレーレンズを用いた場合でも、光学系全体が大型化する、広角走査が困難である。
【０００７】
特許文献２に記載の走査光学系では、楕円ミラー等の曲面ミラーが用いられているため小型に実現可能な構成となっているが、入射光が出射光走査面と同一であるため走査角度範囲に制限がある。
【０００８】
特許文献３に記載の走査光学系でも同様に、楕円ミラー等の曲面ミラーが用いられているため小型に実現可能な構成となっている。しかし、第１のスキャナによって楕円形状面に沿ってビームが走査されているため、広角領域では第１のスキャナの回転角と第２のスキャナへの入射角（＝最終走査角）との間の線形性が崩れてしまう。また、第１のスキャナの光走査方向に沿って曲面ミラーの反射面の曲率が変化しているために、出射光の平行度合いを維持して対象領域を走査することが困難である。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、光を２軸方向に広角走査する走査光学系、光走査装置、及び距離測定装置において、広角走査と小型化とを両立することができる走査光学系、光走査装置、及び距離測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、第１反射面を備え、前記第１反射面を第１回転軸の周りに回転させて、光源から前記第１反射面に入射された光を反射走査する第１走査部と、回転楕円面又は球面の一部から回転中心軸の延びる方向に予め定めた幅で切り出され、前記回転中心軸と交差する方向に湾曲した帯状の反射面を有し、前記帯状の反射面が前記第１走査部の光走査方向に延びるように配置されて、前記第１走査部から入射された光を反射する反射鏡と、第２反射面を備え、前記第２反射面を第２回転軸の周りに回転させて、前記反射鏡からの光を前記第１走査部の光走査方向と交差する方向に反射走査する第２走査部と、を備え、前記第１走査部から入射され前記反射鏡で反射された光が前記第２走査部に入射されるように、前記第１走査部及び前記第２走査部の各々が前記反射鏡の回転中心軸上に離間して配置された、走査光学系である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記反射鏡が回転楕円面の一部から切り出された帯状の反射面を有し、前記第１走査部が前記反射鏡の回転中心軸上で且つ楕円の一方の焦点位置に配置されると共に、前記第２走査部が前記反射鏡の回転中心軸上で且つ楕円の他方の焦点位置に配置された、請求項１に記載の走査光学系である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記第１走査部の前記第１反射面が前記第１回転軸と斜めに交差し、前記第１回転軸が前記反射鏡の回転中心軸に対し傾斜角φで傾けられ、前記第１反射面に対し光源からの光が入射角θで入射されると共に、前記第２走査部の前記第２反射面が固定配置された場合に、前記第１回転軸の前記傾斜角φ≠０°の場合に前記第２走査部から出射される光の前記第１走査部の光走査方向に対する偏差が、前記第１回転軸の前記傾斜角φ＝０°の場合に前記第２走査部から出射される光の前記第１走査部の光走査方向に対する偏差より小さくなるように、前記入射角θに応じて前記傾斜角φが予め定められた、請求項１又は請求項２に記載の走査光学系である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、更に、前記第２走査部から出射される光が平行光となるように、前記第１走査部の光入射側に前記第１走査部に入射する光を収束させる補正光学系を配置した、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の走査光学系である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、光を照射する光源と、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の走査光学系と、を備えた光走査装置である。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光走査装置を備え、予め定めた監視領域を走査する照射光を出力する光出力部と、前記監視領域に在る障害物からの反射光を検出する光検出部と、前記光出力部から出力され且つ前記光検出部で検出された反射光の遅延時間に基づいて、前記障害物までの距離を算出する距離算出部と、を備えた距離測定装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光を２軸方向に広角走査する走査光学系、光走査装置、及び距離測定装置において、広角走査と小型化とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態に係る距離測定装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る距離測定装置が走査する監視領域を図示する模式図である。
【図３】本実施の形態の光走査装置を適用した距離測定装置の概略構成を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）図３に示す距離測定装置を上方から見た上視図である。（Ｂ）は図３に示す距離測定装置を側方から見た横視図である。
【図５】（Ａ）は反射面が回転楕円面の一部を成す反射鏡の形状を示す模式図である。（Ｂ）は（Ａ）に示す反射鏡、第１走査部及び第２走査部の位置関係を示す模式図である。（Ｃ）は反射面が球面の一部を成す反射鏡、第１走査部及び第２走査部の位置関係を示す模式図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は図３に示す距離測定装置における水平方向の走査動作を示す図である。（Ａ）は上視図であり、（Ｂ）は横視図である。
【図７】第２走査部を固定配置した場合の走査軌跡を示すグラフである。
【図８】図３に示す距離測定装置の走査軌跡の改良動作を示す横視図である。
【図９】（Ａ）は第１走査部の構成の一例を示す概略図である。（Ｂ）は第１反射面を備えた第１走査部の回転軸の傾斜角φを示す模式図である。（Ｃ）は第２走査部の第２反射面で反射された光による走査軌跡を改良する原理を説明する説明図である
【図１０】改良された走査軌跡を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜距離測定装置＞
まず、本実施の形態に係る距離測定装置について説明する。
図１は本実施の形態に係る距離測定装置の主に制御系の構成を示すブロック図である。図１に示すように、距離測定装置１０は、制御部１２、予め定めた監視領域を走査する照射光３０を出力する光出力部２６、及び前記監視領域に在る障害物からの反射光３２を検出する光検出部２８を備えている。制御部１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力部（Ｉ/Ｏ）を備えたコンピュータとして構成されており、反射光の遅延時間に基づいて前記障害物までの距離を算出する距離算出部として機能する。例えば、レーザ光により走査を行うレーザレーダ装置としてもよい。以下、レーザレーダ装置として説明する。
【００１９】
本実施の形態では、光出力部２６と光検出部２８とは一部の構成を互いに共用している。光出力部２６は、光源駆動部１４、レーザ光源１６、共用光学系１８、走査機構駆動部２０、及び走査機構２２で構成されている。光検出部２８は、共用光学系１８、走査機構駆動部２０、走査機構２２、及び光検出器２４で構成されている。即ち、共用光学系１８、走査機構駆動部２０、及び走査機構２２が、光出力部２６と光検出部２８との間で共用されている。
【００２０】
上記の距離測定装置１０では、制御部１２から光源駆動部１４に制御信号が入力される。光源駆動部１４は、入力された制御信号に基づいて、レーザ光源１６を駆動する駆動信号を生成する。レーザ光源１６は、入力された駆動信号に基づいてパルス変調駆動される。例えば１０ナノ秒程度のパルス幅で変調される。パルス変調されたレーザ光が、レーザ光源１６から出射される。レーザ光の強度は、遠方まで走査する場合は強度を上げるというように、監視領域の広さに応じて予め定められる。
【００２１】
レーザ光源１６の動作と同期するように、制御部１２から走査機構駆動部２０に制御信号が入力される。走査機構駆動部２０は、入力された制御信号に基づいて、走査機構２２を駆動する駆動信号を生成する。走査機構２２は、入力された駆動信号に基づいて駆動される。本実施の形態では、後述する通り、走査機構２２と共用光学系１８とで走査光学系が構成されている。レーザ光源１６から出射されたレーザ光は、これら走査光学系により監視領域に向けて照射される。
【００２２】
照射光３０は、監視領域に在る障害物で反射されて、距離測定装置１０に向けて戻ってくる。本実施の形態では、後述する通り、走査機構２２と共用光学系１８とで受光光学系が構成されている。戻ってきた反射光３２は、これら受光光学系により光検出器２４まで導光されて、光検出器２４により検出される。光検出器２４は、受光素子を含んで構成されており、検出した光を電気信号に変換して増幅する。増幅された検出信号が、光検出器２４から制御部１２に入力される。
【００２３】
制御部１２では、反射光（パルス）３２の遅延時間τ（単位：秒）から、τ＝２Ｌ／ｃの関係に基づいて障害物までの距離Ｌ（単位：ｍ）が算出される。ここで、遅延時間τは、レーザ光源１６から出力されたレーザ光パルスが、光検出器２４で反射光パルスとして検出されるまでの時間である。ｃは光速（３．０×１０８ｍ／秒）である。また、算出された障害物までの距離Ｌは、必要に応じて表示装置（図示せず）等に表示される。
【００２４】
上記の距離測定装置１０の光出力部２６が「光走査装置」に相当する。また、走査機構２２と共用光学系１８とで構成された光学系が「走査光学系」に相当する。
【００２５】
ここで、走査方向について説明する。図２は本実施の形態に係る距離測定装置が走査する監視領域を図示する模式図である。本実施の形態では、距離測定装置１０は、照射光３０を２軸方向に広角走査する。即ち、水平方向に広角走査を行うと共に、水平方向と直交する垂直方向にも広角走査を行う。従って、図示した通り、照射光３０により監視領域が二次元走査される。ここで「水平方向」とは、距離測定装置１０が配置される面と平行な方向を意味する。例えば、車載用レーザレーダ装置では、路面と平行な方向が水平方向である。なお、本明細書では、水平方向は「経度方向」と同義であり、垂直方向は「緯度方向」と同義である。また、「水平方向」と水平方向と直交する「垂直方向」について説明するが、広角走査する２軸方向は交差していればよい。
【００２６】
＜光走査装置＞
次に、光走査装置について説明する。
図３は本実施の形態の光走査装置を適用した距離測定装置の概略構成を示す斜視図である。図４（Ａ）は図３に示す距離測定装置を上方から見た上視図である。図４（Ｂ）は図３に示す距離測定装置を側方から見た横視図である。上記の通り、本実施の形態では、走査機構と共用光学系とで構成された走査光学系が、反射光を受光するための受光光学系としても使用される。
【００２７】
まず、光走査装置（光出力部）を構成する部分について説明する。
図３に示すように、距離測定装置１０は、レーザ光源１６、第１走査部４０、反射鏡４２、及び第２走査部４４を有している。第１走査部４０は、第１回転軸４０Ｂの周りに回転する第１反射面４０Ａを有している。第１走査部４０は、第１反射面４０Ａを回転させて、レーザ光源１６から第１反射面４０Ａに入射された光を反射走査する。本実施の形態では、第１回転軸４０Ｂは垂直方向に対し平行であり、レーザ光源１６から入射された光は概ね水平方向に走査される。
【００２８】
また、図示は省略するが、レーザ光源１６から出射した光は、レーザ光源１６に近接配置されたレンズにより平行光化される。以下では、レンズを省略して、レーザ光源１６から出射した光は、平行光であるものとして説明する。
【００２９】
反射鏡４２は、回転楕円面の一部を成す湾曲した帯状の反射面４２Ａを有している。反射鏡４２の詳細な形状ついては後述する。湾曲した帯状の反射面４２Ａは、第１走査部４０の光走査方向（水平方向）に延びるように配置されている。第１走査部４０から入射された光は、反射面４２Ａにより第２走査部４４の方向に反射される。
【００３０】
第２走査部４４は、第２回転軸４４Ｂの周りに回転する第２反射面４４Ａを有している。第２走査部４４は、第２反射面４４Ａを回転させて、反射鏡４２から第２反射面４４Ａに入射された光を反射走査する。本実施の形態では、第２回転軸４４Ｂは水平方向と平行であり、反射鏡４２から入射された光は概ね垂直方向に走査される。こうして、二次元走査を行うための照射光３０が、第２走査部４４から出射される。
【００３１】
また、第１走査部４０の光入射側には、補正レンズ等の補正光学系４６が配置されていてもよい。補正光学系４６は、第２走査部４４から出射される光が平行光となるように、第１走査部４０に入射する光を収束させる機能を有する。補正光学系４６を配置することで、二次元走査を行う照射光３０の拡がりが抑制され、照射光３０の平行度が低下しないようになる。従って、照射光３０の拡がりが許容される場合や、照射光３０が収束光の場合には、補正光学系４６を省略してもよい。
【００３２】
補正光学系４６を配置した場合、レーザ光源１６から出射された平行光は、補正光学系４６により収束光とされる。収束光は、第１走査部４０により水平方向に走査される。第１走査部４０で反射された光は、第１走査部４０と反射鏡４２との間で一旦集光された後、拡げられて反射鏡４２に照射される。反射鏡４２で反射された光は平行光となり、第２走査部４４に導かれる。これにより、第２走査部４４から出射される照射光３０も平行光となる。
【００３３】
次に、光検出部を構成する部分について説明する。
距離測定装置１０は、光検出部として、第２走査部４４、反射鏡４２、第１走査部４０、集光光学系４８、及び光検出器２４を有している。第２走査部４４、反射鏡４２、及び第１走査部４０は、光走査装置（光出力部）と共用である。入射された反射光３２は、第２走査部４４で反射鏡４２の方向に反射され、反射鏡４２により第１走査部４０の方向に反射され、第１走査部４０により集光光学系４８の方向に反射される。
【００３４】
集光光学系４８は、第１走査部４０の光出射側に配置されている。集光光学系４８は、凹面の反射面を備えた凹面鏡等で構成されており、入射された反射光３２を反射集光して光検出器２４の結像面に結像させる。また、集光光学系４８には、開口部４８Ａが設けられている。レーザ光源１６から出射された光は、この開口部４８Ａを通過して第１走査部４０に照射される。
【００３５】
なお、図示した通り、反射光３２は照射光３０より太いビームである。レーザレーダ装置等の距離測定装置では、受光信号強度は受光側の有効開口面積の大きさに比例するため、太いビームを取り扱える光学系が必要となる。上記の通り、補正光学系４６を配置した場合には、太いビームである反射光３２の取り扱いも容易になる。
【００３６】
本実施形態では、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、反射鏡４２の配置される面を基準面とすると、第１走査部４０は略基準面内に配置される。レーザ光源１６、集光光学系４８、光検出器２４、及び補正光学系４６は、基準面より上方に配置される。第２走査部４４は、基準面より下方に配置される。後述する通り、第１走査部４０と第２走査部４４とは、回転楕円面の回転中心軸上に高さを変えて配置されている。第１走査部４０は、第２走査部４４の上方に配置されている。
【００３７】
レーザ光源１６より第１走査部４０に上方から入射された光は、水平方向に反射されて反射鏡４２に照射される。反射鏡４２で下方に反射された光は、第２走査部４４に上方から入射する。第２走査部４４に上方から入射された光は、水平方向に反射されて照射光３０として出射される。回転楕円面の反射面４２Ａの水平方向の断面は円であり、円の中心（回転中心）に配置された第１走査部４０から出射された光は、反射面４２Ａで反射されて再び円の中心（回転中心）に戻ってくる。
【００３８】
ここで、反射鏡４２の詳細な形状ついて説明する。
図５（Ａ）は反射面が回転楕円面の一部を成す反射鏡の形状を示す模式図である。図５（Ａ）に示すように、反射鏡４２は、楕円５２を回転中心軸５０の周りに回転させて得られる回転楕円面５４の一部を成す湾曲した帯状の反射面４２Ａを有する。反射面４２Ａは、回転楕円面５４の回転中心軸５０の延びる方向に予め定めた幅で、回転楕円面５４から切り出されたものである。
【００３９】
帯状の反射面４２Ａは、水平方向に延びるように配置されるので、垂直方向の幅が予め定めた幅となる。垂直方向の幅は、受光する反射光３２のビームの太さ、第１走査部４０で反射されたビームの拡がり、光学系や装置の大きさ等に応じて、予め定められる。回転楕円面５４の水平方向の断面は円であり、水平方向において反射面４２Ａの曲率は一定である。一方、回転楕円面５４の垂直方向の断面は楕円であり、垂直方向において反射面４２Ａの曲率が変化する。
【００４０】
また、反射鏡、第１走査部及び第２走査部の位置関係について説明する。
図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示す反射鏡、第１走査部及び第２走査部の位置関係を示す模式図である。第１走査部４０の配置される位置を「第１位置５６」とし、第２走査部４４の配置される位置を「第２位置５８」とする。回転楕円面５４を構成する楕円５２は、回転中心軸５０上に２つの焦点位置を有している。本実施の形態では、「第１位置５６」を一方の焦点位置として、一方の焦点位置に第１走査部４０を配置する。また、「第２位置５８」を他方の焦点位置として、他方の焦点位置に第２走査部４４を配置する。
【００４１】
上記の通り、回転楕円面５４の水平方向の断面は円であり、水平方向において反射面４２Ａの曲率は一定である。一方、回転楕円面５４の垂直方向の断面は楕円であり、垂直方向において反射面４２Ａの曲率が変化する。そして、回転楕円面５４を構成する楕円５２は、回転中心軸５０上に２つの焦点位置を有している。
【００４２】
楕円５２の一方の焦点位置から放射された光は、回転楕円面５４である反射面で反射されて、他方の焦点位置に集光する性質がある。上記の反射鏡４２を用いることで、一方の焦点位置に配置された第１走査部４０により水平方向に広角に走査しても、走査された光は反射鏡４２で反射されて、他方の焦点位置に配置された第２走査部４４周辺の狭い範囲に集光される。従って、反射鏡、第１走査部及び第２走査部を備えた従来の走査光学系に比べて、第２走査部４４が小型化される。
【００４３】
また、第１走査部４０に入射された光は概ね水平方向に走査される。回転楕円面５４の水平方向の断面は円であり、水平方向において反射面４２Ａの曲率は一定である。即ち、第１走査部４０による水平方向の走査角度が変化しても、反射面４２Ａの曲率は変化しない。従って、平行度を維持したまま広角な二次元走査が行われる。
【００４４】
なお、第１走査部４０に入射された光を垂直方向の広い範囲に走査する等して、反射面４２Ａの曲率が変化すると、走査を行う照射光３０の結像時に収差（結像位置のずれ）を生じてしまう。これは、第１走査部４０に入射された光が受けるレンズ作用が変化するためである。本実施の形態では、第１走査部４０に入射された光は、反射面４２Ａの曲率が一定な水平方向に走査されるので、反射面４２Ａの曲率が変化する場合に比べて収差が抑制される。
【００４５】
また、反射鏡４２として、反射面が球面の一部を成す反射鏡を用いてもよい。図５（Ｃ）は反射面が球面の一部を成す反射鏡、第１走査部及び第２走査部の位置関係を示す模式図である。図５（Ｃ）に示すように、反射鏡４２は、円６０を回転中心軸５０の周りに回転させて得られる球面６２の一部を成す湾曲した帯状の反射面４２Ａを有する。
【００４６】
球面６２の水平方向の断面は円であり、第１走査部４０による走査角度が変化しても反射面４２Ａの曲率は変化しない。また、球面６２の垂直方向の断面も円であり、第１走査部４０で反射された光が垂直方向に拡がっても反射面４２Ａの曲率は変化しない。従って、第１走査部４０に入射された光を垂直方向の広い範囲に走査する等しても、反射面４２Ａの曲率は一定であり、高度に平行度を維持したまま広角な二次元走査が行われる。
【００４７】
しかしながら、反射面が球面６２の一部を成す反射鏡４２は、回転中心軸５０上の特定位置から放射された光が、球面６２である反射面で反射されて、回転中心軸５０上の異なる位置に集光する性質は備えていない。このため、反射鏡４２で反射された光の集光位置がばらついてしまう。この場合は、ばらついた反射光が入射する程度に、第２走査部４４を大きくすればよい。
【００４８】
＜走査軌跡の改良＞
次に、走査軌跡の改良手法について説明する。
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、走査が開始される前の状態を示す図であり、第１走査部４０が基準位置にある場合を図示した。第１走査部４０が基準位置にある場合には、水平方向において正面前方から０°の方向に光が反射される。これに対し、図６（Ａ）及び（Ｂ）は、図３に示す距離測定装置における水平方向の走査動作を示す図である。図６（Ａ）は上視図であり、図６（Ｂ）は横視図である。
【００４９】
図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、走査が開始されると、第１走査部４０が基準位置から第１回転軸４０Ｂの周りに回転し、第１反射面４０Ａに入射された光は回転角度に応じた方向に反射される。図示した例では、水平方向において正面前方から６０°の方向に光が反射される。第１反射面４０Ａによる光の反射方向が変化しても、上記の通り、円の中心（回転中心）に配置された第１走査部４０から出射された光は、反射面４２Ａで反射されて再び円の中心（回転中心）に戻り、第２走査部４４の第２反射面４４Ａに照射される。
【００５０】
一方、図示した例では、第２走査部４４を第２回転軸４４Ｂの周りに回転させていない。しかしながら、照射光３０の垂直方向の出射角度は、水平方向から下方を向くように変化している。図７は第２走査部を固定配置した場合の走査軌跡を示すグラフである。図示した例では、垂直方向において水平方向から０°、１５°、３０°、４５°の方向に光が反射されるように第２走査部４４を予め回転させて固定配置し、第１走査部４０を回転させた場合の走査軌跡を示す。垂直方向において水平方向から０°の方向（即ち、水平方向）に光が反射される配置が、第２走査部４４の基準位置である。
【００５１】
図７に示すように、第２走査部４４を何れの回転角度で固定配置しても、走査軌跡が水平方向に延びる直線にならず、上に凸な曲線（回転角度０°＝基準位置）、下に凸な曲線（回転角度１５°、３０°）、斜めに延びる直線（回転角度４５°）等になる。即ち、何れの場合にも水平面上を走査していないことが分かる。第１走査部４０の回転に連動して第２走査部４４を回転させることで、走査軌跡を改良することもできる。しかしながら、２つの走査部を連動させるには更に駆動機構、制御手順を追加する必要がある。
【００５２】
特開２０１１-１９７５７５号公報には、光走査装置の走査軌跡を柔軟に設定する手法が開示されている。公報記載の技術では、単一の走査部（回転軸に対して傾斜した反射面を有する回転反射体）を前提として、走査部である回転反射体の回転軸の角度を傾斜させて走査軌跡を改良している。本実施の形態に係る走査光学系は、第１走査部４０、反射鏡４２、及び第２走査部４４を備える走査光学系であり、前提となる構成が相違する。しかしながら、第１走査部４０に対してこの手法を応用することで、光走査装置の走査軌跡が改良されることを見出した。
【００５３】
図８は図３に示す距離測定装置の走査軌跡の改良動作を示す横視図である。図８に示すように、第１走査部４０を回転軸４０Ｂに対して傾斜した第１反射面４０Ａを有する回転反射体で構成し、回転反射体の第１回転軸４０Ｂを基準方向に対し傾斜角φで傾斜させる。回転反射体の構造については後述する。ここでの「基準方向」は、反射鏡４２（反射面４２Ａ）の回転中心軸の延びる方向であり、垂直方向となる。
【００５４】
第１反射面４０Ａに対し光源からの光が入射角θで入射されると共に、第２走査部４４の第２反射面４４Ａが固定配置されると仮定する。そして、第１回転軸４０Ｂの傾斜角φ≠０°の場合に第２走査部４４から出射される光の第１走査部４０の光走査方向に対する偏差が、第１回転軸４０Ｂの傾斜角φ＝０°の場合に第２走査部４４から出射される光の第１走査部４０の光走査方向に対する偏差より小さくなるように、入射角θに応じて傾斜角φを予め定めておく。ここでの「第１走査部４０の光走査方向」は、水平方向である。
【００５５】
ここで、回転反射体の構造について説明する。
図９（Ａ）は第１走査部の構成の一例を示す概略図である。図９（Ｂ）は第１反射面を備えた第１走査部の回転軸の傾斜角φを示す模式図である。図９（Ａ）に示すように、第１走査部４０は、第１回転軸４０Ｂと斜めに交差する第１反射面４０Ａを備え、第１回転軸４０Ｂの周りに回転可能に構成された回転ミラー等の回転反射体である。
【００５６】
例えば、図示したように、第１回転軸４０Ｂの周りに回転可能な円筒形状としてもよい。円筒が第１回転軸４０Ｂに対し斜めに切断されて切断面が形成される。この切断面に反射率の高い材料をコーティングする等して、斜線を付した第１反射面４０Ａを形成してもよい。また、円盤状の平面ミラーを支柱で支える構成としてもよい。
【００５７】
図９（Ｂ）に示すように、第１走査部４０の第１回転軸４０Ｂは、垂直方向に対し傾斜角φだけ傾けられている。レーザ光源１６は、第１走査部４０の斜め上方に配置されている。レーザ光源１６は、第１反射面４０Ａに対し、斜め上方から予め定めた入射角θ１でレーザ光（入射光ｉ１）を照射する。入射光ｉ１は第１反射面４０Ａで反射されて、反射光（出射光ｏ１）が出射される。第１走査部４０が第１回転軸４０Ｂの周りに回転することで、反射光（出射光ｏ１）が水平方向に走査される。
【００５８】
図９（Ｃ）は第２走査部の第２反射面で反射された光による走査軌跡を改良する原理を説明する説明図である。図９（Ｃ）に示すように、レーザ光源１６からのレーザ光（入射光ｉ１）は、第１走査部４０の第１反射面４０Ａに対し入射角θ１で入射し、第１反射面４０Ａで反射されて、反射光（出射光ｏ１）が出射される。第１反射面４０Ａから出射されたレーザ光（出射光ｏ１）は、反射鏡４２の反射面４２Ａで反射されて、第２走査部４４の第２反射面４４Ａに対し入射角θ２で入射される。反射面４２Ａからのレーザ光（入射光ｉ２）は、第２走査部４４の第２反射面４４Ａに対し入射角θ２で入射し、第２反射面４４Ａで反射されて、反射光（出射光ｏ２）が「照射光」として出射される。
【００５９】
本実施の形態では、傾斜角φ≠０°の場合に第２走査部４４から出射される照射光（出射光ｏ２）の水平方向に対する偏差が、傾斜角φ＝０°の場合に第２走査部４４から出射される照射光（出射光ｏ２）の水平方向に対する偏差より小さくなるように、レーザ光源１６から第１走査部４０の第１反射面４０Ａに入射する入射光ｉ１の入射角θ１に応じて、第１走査部４０の第１回転軸４０Ｂの傾斜角φを予め定めておく。
【００６０】
図１０は改良された走査軌跡を示すグラフである。図示した例では、垂直方向において水平方向から０°、１５°、３０°、４５°の方向に光が反射されるように第２走査部４４を予め回転させて固定配置し、第１走査部４０を回転させた場合の走査軌跡を示す。図９（Ａ）に示す第１走査部４０を用い、第１回転軸４０Ｂを傾斜角φ＝３０°だけ傾けて回転させた。
【００６１】
すると、第２走査部４４を回転角度０°で固定配置した場合に、走査軌跡を水平方向に延びる直線にすることができた。また、第２走査部４４を回転角度４５°で固定配置した場合には、水平方向の±９０°の位置で垂直方向に沿って広い範囲で走査することができた。即ち、基準位置（垂直方向の回転角度０°）から下の半円柱状の領域を監視領域とすると、監視領域の略全域が走査されている。
【００６２】
なお、上記各実施の形態で説明した走査光学系、光走査装置、及び距離測定装置の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１０   距離測定装置
１２   制御部
１４   光源駆動部
１６   レーザ光源
１８   共用光学系
２０   走査機構駆動部
２２   走査機構
２４   光検出器
２６   光出力部
２８   光検出部
３０   照射光
３２   反射光
４０   第１走査部
４０Ａ 第１反射面
４０Ｂ 第１回転軸
４２   反射鏡
４２Ａ 反射面
４４   第２走査部
４４Ａ 第２反射面
４４Ｂ 第２回転軸
４６   補正光学系
４８   集光光学系
４８Ａ 開口部
５０   回転中心軸
５２   楕円
５４   回転楕円面
５６   第１位置
５８   第２位置
６０   円
６２   球面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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