(57)【要約】【課題】距離計測及び物体識別を、高速応答性を損なわず且つ簡易な構成で実現可能な光学装置を提供することができる。【解決手段】光学装置１００は、光出射部１０、受光部２０、記憶手段、識別手段、及び距離算出手段を備える。光出射部１０は、第１波長の光を出射する第１光源、及び第１波長とは異なる第２波長の光を出射する第２光源を有する。受光部２０は、光出射手段から出射した出射光の、測定対象物による反射光を受光する。識別手段は、反射光に含まれる、第１波長の光の第１光強度及び第２波長の光の第２光強度に応じた分光反射率を示す反射スペクトルの物体を測定対象物として識別する。距離算出手段は、出射光の光出射時刻と反射光の受光時刻との差分、及び光伝播速度に基づいて、光学装置と測定対象物との距離を算出する。【選択図】図１
2013181968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長の光を出射する第１光源、及び前記第１波長とは異なる第２波長の光を出射する第２光源を有する光出射手段と、
前記光出射手段から出射した、前記第１波長の光及び前記第２波長の光を含む出射光の、測定対象物による反射光を受光する受光手段と、
物体の反射スペクトルを予め記憶した記憶手段と、
前記反射光に含まれる、前記第１波長の第１光強度及び前記第２波長の第２光強度に応じた分光反射率を示す前記反射スペクトルの物体を、前記測定対象物として識別する識別手段と、
前記出射光の光出射時刻と前記反射光の受光時刻との差分、及び光伝播速度に基づいて、当該光学装置と前記測定対象物との距離を算出する距離算出手段と、
を備えた光学装置。
【請求項２】
前記第１光強度と前記第２光強度との差分を、前記第１光強度と前記第２光強度との加算値で除算した除算値を、前記反射光の特徴を示す反射率指標として算出すると共に、
物体の反射スペクトルにおける前記第１波長の第３光強度と前記第２波長の第４光強度との差分を、前記第３光強度と前記第４光強度との加算値で除算した除算値を、物体の特徴を示す基準反射率指標として算出する、反射率指標算出手段を更に備え、
前記識別手段は、前記反射率指標に応じた基準反射率指標の物体を識別することによって、前記第１光強度及び前記第２光強度に応じた分光反射率を示す前記反射スペクトルの物体を前記測定対象物として識別する、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記光出射手段の光出射側に設けられ、前記光出射手段から出射した出射光を偏向する偏向手段を更に備えた、請求項１または請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記光出射手段の光出射側に設けられ、前記第１波長の光と前記第２波長の光を合波する合波手段を更に備えた、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記光出射手段の光出射側に設けられ、前記第１波長の光及び前記第２波長の光を偏光する偏光素子を更に備えた、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記第１光源は、１０００ｎｍ以上１３５０ｎｍ以下の前記第１波長の光を出射し、
前記第２光源は、１４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の前記第２波長の光を出射する、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記第１光源は、７８０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の前記第１波長の光を出射し、
前記第２光源は、９４０ｎｍ以上９９０ｎｍ以下の前記第２波長の光を出射する、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を照射することによって、測定対象物までの距離を計測する装置が知られている。例えば、光波、ミリ波等の送信波を照射し、その反射波を検出することにより、反射物体の存在やその位置を検出するレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１及び特許文献２には、レーザ光を反射物体に照射し、その反射光の受光強度に対応する電圧信号が基準電圧以上となるまでの時間と、光伝播速度に基づいて、反射物体までの距離を算出することが開示されている。
【０００３】
また、反射光のスペクトル解析を行うことによって物体識別を行う技術も知られている（例えば、特許文献３〜特許文献６参照）。特許文献３〜特許文献６には、反射光を画像信号として取得し、画像解析処理を用いて物体識別を行う方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、近年、距離計測を行う光学装置において、物体識別も併せて行うことが要求されている。物体識別方法としては、上記特許文献３〜特許文献６に画像解析処理を用いる方法が開示されているが、画像解析処理には比較的高い解像度の画像を用いる必要があり、光学装置の用途に適した撮像システムを個別に用意する必要があった。また、画像解析処理には処理時間がかかり、高速応答の要求される光学装置に適用することは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、距離計測及び物体識別を、高速応答性を損なわず且つ簡易な構成で実現可能な光学装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光出射手段、受光手段、記憶手段、識別手段、及び距離算出手段を備える。光出射手段は、第１波長の光を出射する第１光源、及び前記第１波長とは異なる第２波長の光を出射する第２光源を有する。受光手段は、前記光出射手段から出射した前記第１波長の光及び前記第２波長の光を含む出射光の、測定対象物による反射光を受光する。記憶手段は、物体の反射スペクトルを予め記憶する。識別手段は、前記反射光に含まれる、前記第１波長の第１光強度及び前記第２波長の第２光強度に応じた分光反射率を示す前記反射スペクトルの物体を、前記測定対象物として識別する。距離算出手段は、前記出射光の光出射時刻と前記反射光の受光時刻との差分、及び光伝播速度に基づいて、当該光学装置と前記測定対象物との距離を算出する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、距離計測及び物体識別を、高速応答性を損なわず且つ簡易な構成で実現可能な光学装置を提供することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施の形態の光学装置を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、光出射部を示す模式図である。
【図３】図３は、光出射部が出射した光Ｌ１の走査パターンの一例を示す模式図である。
【図４】図４は、光出射部が出射した光Ｌ１及び光Ｌ２の走査パターンの一例を示す模式図である。
【図５】図５は、受光部の構成及び算出部の機能的構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、反射光Ｌ３の光強度に応じた電圧信号を示す波形の一例を示す模式図である。
【図７】図７は、重複領域からの反射光Ｌ３から得た、光Ｌ１の波長成分に対応する電圧信号を示す波形、及び光Ｌ２の波長成分に対応する電圧信号を示す波形の一例を示す模式図である。
【図８】図８は、基準反射スペクトルの一例を示す模式図である。
【図９】図９は、距離算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、物体識別処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、合波部材を備えた光出射部の構成の一例を示す模式図である。
【図１２】図１２は、ホログラム素子を備えた光出射部の一例を示す模式図である。
【図１３】図１３は、偏光素子を備えた光出射部の構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光学装置の一の実施形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本実施の形態の光学装置１００を模式的に示すブロック図である。
【００１１】
光学装置１００は、光出射部１０、受光部２０、算出部３０、表示部４０、及び操作部５０を備える。
【００１２】
光出射部１０は、測定対象物に向かって光を出射する。光出射部１０は、波長の異なる光を出射する複数の光源を備えている。このため、光出射部１０は、波長の異なる複数種類の光を出射する。受光部２０は、光出射部１０から出射した出射光（以下、単に光と称する場合がある）の測定対象物による反射光を受光する。算出部３０は、反射光の光強度を検出すると共に、光学装置１００から測定対象物までの距離の算出や、測定対象物の識別を行う。
【００１３】
表示部４０は、測定対象物までの距離や測定対象物Ｐの識別結果等の各種情報を表示する。表示部４０としては、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等の公知の表示装置が挙げられる。
【００１４】
操作部５０は、各種操作指示をユーザから受け付ける。操作部５０としては、例えば、マウス、マイクによる音声認識、ボタン、リモコン、及びキーボード等が挙げられる。
【００１５】
次に、光学装置１００の光出射部１０、受光部２０、及び算出部３０について詳細を説明する。
【００１６】
図２は、光出射部１０を示す模式図である。光出射部１０は、点灯制御器１４、光学ユニット１１、光学ユニット１２、及び光偏向装置１３を備える。
【００１７】
光学ユニット１１は、光源１１Ａ、コリメートレンズ１１Ｂ、アパーチャ１１Ｃ、及び偏向プリズム１１Ｄを備える。具体的には、光学ユニット１１は、光源１１Ａ側から順に、コリメートレンズ１１Ｂ、アパーチャ１１Ｃ、及び偏向プリズム１１Ｄを備える。
【００１８】
光源１１Ａ（第１光源）は、予め定めた特定の波長（第１波長）の光Ｌ１を出射する光源である。光源１１Ａは、光出射部１０に設けられた他の光源（本実施の形態では光源１２Ａ（第２光源））とは異なる波長の光を出射する。光源１１Ａには、例えば、レーザ光を出射する半導体レーザや、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）素子等を用いる。
【００１９】
コリメートレンズ１１Ｂは、光源１１Ａから出射した光Ｌ１をコリメート（平行に）して、平行光束に変換する。アパーチャ１１Ｃは、通過する光の量を調整する絞りとして機能する。アパーチャ１１Ｃは、具体的には、光学ユニット１１から測定対象物Ｐに照射された光Ｌ１のスポット径が、光学ユニット１２から出射された光のスポット径と一致するように、スポット径を調整する。なお、このアパーチャ１１Ｃによる絞りの調整値は、上記条件を満たすように予め設定されている。偏向プリズム１１Ｄは、光源１１Ａから出射し、コリメートレンズ１１Ｂ及びアパーチャ１１Ｃを通過した光Ｌ１が、光偏向装置１３に結合するように偏向する。
【００２０】
光学ユニット１２は、光源１２Ａ、コリメートレンズ１２Ｂ、及びアパーチャ１２Ｃを備える。具体的には、光学ユニット１２は、光源１２Ａ側から順に、コリメートレンズ１２Ｂ、及びアパーチャ１２Ｃを備える。
【００２１】
光源１２Ａ（第２光源）は、予め定めた特定の波長（第２波長）の光Ｌ２を出射する光源であり、光出射部１０に設けられた他の光源（本実施の形態では光源１１Ａ）とは異なる波長の光を出射する。光源１２Ａには、例えば、レーザ光を出射する半導体レーザや、ＬＥＤ素子等が挙げられる。
【００２２】
コリメートレンズ１２Ｂは、光源１２Ａから出射した光Ｌ２をコリメート（平行に）して、平行光束に変換する。アパーチャ１２Ｃは、通過する光Ｌ２の量を調整する絞りとして機能する。アパーチャ１２Ｃは、具体的には、光学ユニット１２から測定対象物Ｐに照射された光Ｌ２のスポット径が光学ユニット１１から出射された光Ｌ１のスポット径と一致するように、スポット径を調整する。なお、このアパーチャ１２Ｃによる絞りの調整値は、上記条件を満たすように予め設定されている。
【００２３】
なお、光源１１Ａ及び光源１２Ａの各々の出射する光（光Ｌ１、光Ｌ２）の波長は、上述のように、互いに異なる波長であればよい。光源１１Ａ及び光源１２Ａの各々の出射する光（光Ｌ１、光Ｌ２）の波長としては、例えば、一方の光源（例えば光源１１Ａ）から出射する光Ｌ１の波長が１．３μｍであり、他方の光源（例えば光源１２Ａ）から出射する光Ｌ２の波長が１．５μｍであることが好ましい。
【００２４】
光出射部１０が、異なる波長の光を出射する光源として少なくとも２種類の光源（光源１１Ａ、光源１２Ａ）を備え、一方の光源１１Ａが波長１．３μｍの光Ｌ１を出射し、他方の光源１２Ａが波長１．５μｍの光を出射すると、後述する算出部３０において、測定対象物Ｐの水分量に基づく識別を行うことができる。
【００２５】
なお、光源１１Ａ及び光源１２Ａの各々の出射する光（光Ｌ１、光Ｌ２）の波長は、上記値に限られない。具体的には、光出射部１０が、２種類の光源を備える場合には、一方の光源（例えば、光源１１Ａ）から出射する光Ｌ１の波長が１０００ｎｍ以上１３５０ｎｍ以下の範囲であり、他方の光源（例えば、光源１２Ａ）から出射する光Ｌ２の波長が１４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００２６】
光出射部１０が、異なる波長の光を出射する光源として少なくとも２種類の光源（光源１１Ａ、光源１２Ａ）を備え、一方の光源１１Ａが波長１０００ｎｍ以上１３５０ｎｍ以下の範囲の光Ｌ１を出射し、他方の光源１２Ａが波長１４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の範囲の光Ｌ２を出射すると、後述する算出部３０において、測定対象物Ｐの水分量に基づく物体識別を行うことができる。
【００２７】
なお、上述のように、光出射部１０が、異なる波長の光を出射する光源として少なくとも２種類の光源（光源１１Ａ、光源１２Ａ）を備え、光源１１Ａ及び光源１２Ａの出射する光の波長を上記範囲に調整すると、算出部３０で用いる光強度に応じた電圧信号に対するノイズ量（Ｓ／Ｎ比）の低減を図る観点からも好ましい。
【００２８】
なお、より低コストでの実施という観点を重視する場合には、光出射部１０が、異なる波長の光を出射する光源として少なくとも２種類の光源（光源１１Ａ、光源１２Ａ）を備え、一方の光源１１Ａが波長７８０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲の光Ｌ１を出射し、他方の光源１２Ａが波長９４０ｎｍ以上９９０ｎｍ以下の範囲の光Ｌ２を出射することが好ましい。
【００２９】
点灯制御器１４は、光源１１Ａ及び光源１２Ａを制御する。具体的には、点灯制御器１４は、光源１１Ａ及び光源１２Ａが一定時間間隔でのパルス駆動を行うように制御する。また、点灯制御器１４は、光源１１Ａの光Ｌ１による走査領域と光源１２Ａの光Ｌ２による走査領域との重複領域において、各光Ｌ１及び光Ｌ２によるスポット位置が一致するように、光源１１Ａ及び光源１２Ａの点灯の位相差を予め調整する。なお、走査領域とは、光源１１Ａ及び光源１２Ａの各々から出射した光Ｌ１及びＬ２の各々が照射される領域を示す。また、重複領域とは、光源１１Ａから出射した光Ｌ１による走査領域と、光源１２Ａから出射した光Ｌ２による走査領域と、の重複する領域を示す。なお、これらの走査領域及び重複領域については詳細を後述する。
【００３０】
光偏向装置１３は、光学ユニット１１及び光学ユニット１２から出射した光Ｌ１及び光Ｌ２を偏向する。本実施の形態では、光偏向装置１３は、互いに直交する方向にチルト（光軸を傾ける）する反射面を備える２軸偏向ミラーである。すなわち、光偏向装置１３は、Ｘ軸方向とＹ軸方向（垂直方向（Ｚ軸方向）に直交する水平面内の互いに直交する２方向）の各々への偏向を行う。
【００３１】
光学ユニット１１から出射した光Ｌ１、及び光学ユニット１２から出射した光Ｌ２の各々は、光偏向装置１３の反射面におけるミラーチルト中心位置に入射するよう。なお、光偏向装置１３は、光Ｌ１及び光Ｌ２の入射位置が、上記反射面におけるミラーチルト中心位置となるように、予め位置調整されている。
【００３２】
光学ユニット１１から出射した光Ｌ１及び光学ユニット１２から出射した光Ｌ２は、光偏向装置１３によって偏向されて、光出射部１０及び光学装置１００の外部へと出射し、測定対象物Ｐに到る。
【００３３】
上述のように構成された光出射部１０では、光源１１Ａから出射した光Ｌ１は、コリメートレンズ１１Ｂを通過することによって平行光束に変換された後に、コリメートレンズ１１Ｂによってスポット径が調整され、偏向プリズム１１Ｄによって偏向されて光偏向装置１３に到る。また、光源１２Ａから出射した光Ｌ２は、コリメートレンズ１２Ｂを通過することによって平行光束に変換された後に、コリメートレンズ１２Ｂによってスポット径が調整され、光偏向装置１３に到る。そして、光偏向装置１３によって偏向された光Ｌ１及び光Ｌ２は、光出射部１０（光学装置１００）の外部に向かって出射する。
【００３４】
ここで、光偏向装置１３は、上述したように、互いに直交する方向にチルト動作する。横軸に時間、縦軸にチルト角度（光軸の傾き）をとる。すると、光偏向装置１３に入射した光Ｌ１及び光Ｌ２の各々は、θｚ方向（垂直方向）には三角波駆動し、水平方向（垂直方向に直交する方向）には鋸形波駆動する。また、上述のように、各光源１１Ａ及び光源１２Ａは、点灯制御器１４によって、一定時間間隔でパルス駆動する。
【００３５】
図３は、光出射部１０が出射した光Ｌ１の走査パターンの一例を示す模式図である。光偏向装置１３に２軸偏向ミラーを用い、光源１１Ａをパルス駆動する。すると、図３に示すように、光源１１Ａが出射した光Ｌ１による走査領域は、走査領域１１１に示す矩形状となる。そして、光源１１Ａから出射した光Ｌ１の走査スポット１１０は、光偏向装置１３によって、一定距離間隔でＳ字状に走査する（図３中、走査スポット１１０Ａ〜１１０Ｃ参照）。
【００３６】
光出射部１０が出射した光Ｌ２の走査パターンについても同様に、光源１２Ａが出射した光Ｌ２による走査領域は矩形状となり、光Ｌ２による走査スポットは一定距離間隔でＳ字状に走査する。
【００３７】
このため、各スポット１１０上に測定対象物Ｐが位置すると、光Ｌ１及び光Ｌ２の少なくとも一方による測定対象物Ｐからの反射光が発生し、受光部２０が測定対象物Ｐによる該反射光を受光する。
【００３８】
ここで、図２に示すように、光学ユニット１１から出射した光Ｌ１と、光学ユニット１２から出射した光Ｌ２と、には、光偏向装置１３からの出射時における偏向角度差θＡ（図２参照）が存在する。このため、光Ｌ１による走査領域と、光Ｌ２による走査領域と、には、一部重複しない領域が生じる。
【００３９】
図４は、光出射部１０が出射した光Ｌ１及び光Ｌ２の走査パターンの一例を示す模式図である。図４に示すように、光源１２Ａが出射した光Ｌ２による走査領域は、走査領域１１２に示す矩形状となる。そして、光源１２Ａから出射した光Ｌ２の、測定対象物Ｐ上の走査スポット１２０は、光偏向装置１３によって、一定距離間隔でＳ字状に走査する（図４中、走査スポット１２０Ａ〜１２０Ｂ参照）。
【００４０】
そして、光偏向装置１３からの出射時における偏向角度差θＡにより、光Ｌ１による走査領域１１１と、光Ｌ２による走査領域１１２とは、重複領域１１３で重複し、重複領域１１３以外は非重複となる。
【００４１】
上述ように、光源１１Ａ及び光源１２Ａは、点灯制御器１４によって、同じ間隔で点灯する。また、点灯制御器１４は、光Ｌ１及び光Ｌ２によるスポット位置が重複領域１１３において一致するように、光源１１Ａ及び光源１２Ａの点灯の位相差を予め調整している。
【００４２】
このため、受光部２０では、光学ユニット１１（光源１１Ａ）による光Ｌ１と、光学ユニット１２（光源１２Ａ）による光Ｌ２と、の双方による、同じ測定対象物Ｐの同じ位置からの反射光を受光することができる。ただし、これらの光源１１Ａによる光Ｌ１と、光源１２Ａによる光Ｌ２と、による、同じ測定対象物Ｐの同じ位置（同じ走査スポット）からの反射光を受光部２０が受光するタイミングには、僅かに時間差が生じる。このため、本実施の形態では、測定対象物Ｐの移動速度に対して、光学装置１００の走査速度が十分に速いことを前提として説明する。
【００４３】
次に、受光部２０及び算出部３０について詳細を説明する。図５は、受光部２０の構成及び算出部３０の機能的構成を示すブロック図である。
【００４４】
受光部２０は、光出射部１０から出射した光（光Ｌ１及び光Ｌ２）の、測定対象物Ｐによる反射光Ｌ３を受光する。図５に示すように、受光部２０は、受光ユニット２２を備える。受光ユニット２２は、光入射側から順に、波長フィルタ２２Ａ、集光レンズ２２Ｂ、及び受光器２２Ｃを備える。
【００４５】
波長フィルタ２２Ａは、受光した反射光Ｌ３の内、光源１１Ａから出射した光Ｌ１の波長成分、及び光源１２Ａから出射した光Ｌ２の波長成分を、選択的に透過する。集光レンズ２２Ｂは、波長フィルタ２２Ａを透過した反射光Ｌ３を集光し、受光器２２Ｃの受光面に光結合させる。
【００４６】
受光器２２Ｃは、波長フィルタ２２Ａ及び集光レンズ２２Ｂを透過した反射光Ｌ３を受光する。受光器２２Ｃは、受光した反射光Ｌ３を光電変換し、受光した反射光Ｌ３の光強度に応じた電圧信号を算出部３０へ出力する。受光器２２Ｃとしては、公知の光電変換装置が挙げられる。なお、受光器２２Ｃには、受光する反射光Ｌ３の強度範囲において、十分な強度リニアリティが確保されたものを用いる。
【００４７】
図６は、受光器２２Ｃが出力する、受光した反射光Ｌ３の光強度に応じた電圧信号を示す波形の一例を示す模式図である。図６に示すように、受光器２２Ｃは、受光した反射光Ｌ３の光強度に応じた、波形４２に示す電圧信号を算出部３０へ出力する。
【００４８】
なお、光Ｌ１の走査領域１１１と光Ｌ２の走査領域１１２との重複領域１１３から反射光Ｌ３を受光した場合には、受光器２２Ｃは、光Ｌ１の波長成分の光強度に応じた電圧信号、及び光Ｌ２の波長成分の光強度に応じた電圧信号、の双方を含む電圧信号を算出部３０へ出力する。
【００４９】
図７は、受光器２２Ｃが出力する、重複領域１１３からの反射光Ｌ３から得た、光Ｌ１の波長成分に対応する電圧信号を示す波形、及び光Ｌ２の波長成分に対応する電圧信号を示す波形の一例を示す模式図である。図７に示すように、受光した反射光Ｌ３に、光Ｌ１の波長成分及び光Ｌ２の波長成分の双方が含まれる場合には、受光器２２Ｃは、該反射光Ｌ３に含まれる光Ｌ１の波長成分の光強度に応じた電圧信号（波形４４参照）と、該反射光Ｌ３に含まれる光Ｌ２の波長成分の光強度に応じた電圧信号（波形４６参照）と、を算出部３０へ出力する。
【００５０】
図５に戻り、算出部３０は、受光信号処理部３２、距離算出部３４、及び物体識別部３６を備える。
【００５１】
受光信号処理部３２は、受光器２２Ｃから、反射光Ｌ３の光強度に応じた電圧信号を受け付ける。受光信号処理部３２は、受け付けた電圧信号を距離算出部３４へ出力する。
【００５２】
また、受光信号処理部３２は、受光器２２Ｃから受け付けた反射光Ｌ３の光強度に応じた電圧信号によって示される波形から、光Ｌ１の波長成分の光強度に応じた電圧信号によって示される波形４４のピーク強度（最も大きい光強度）ＰＬ１（図７参照）を抽出する。また、受光信号処理部３２は、受光器２２Ｃから受け付けた反射光Ｌ３の光強度に応じた電圧信号によって示される波形から、光Ｌ２の波長成分の光強度に応じた電圧信号によって示される波形４６のピーク強度（最も大きい光強度）ＰＬ２（図７参照）を抽出する。そして、受光信号処理部３２は、抽出したピーク強度ＰＬ１及びピーク強度ＰＬ２を、物体識別部３６へ出力する。
【００５３】
距離算出部３４は、受光信号処理部３２から、反射光Ｌ３の光強度に応じた電圧信号を受け付ける。そして、距離算出部３４は、受光信号処理部３２から受け付けた電圧信号に基づいて、光学装置１００と測定対象物Ｐとの距離を算出する。
【００５４】
具体的には、距離算出部３４は、メモリ３４Ａ及びタイマ３４Ｂを備える。メモリ３４Ａは、受光強度の閾値Ｅ１を予め記憶している。この受光強度の閾値Ｅ１は、時刻算出を開始するタイミングを計るための閾値であり、予め任意の値を設定する。また、メモリ３４Ａは、光学装置１００に設けられた光源（光源１１Ａ及び光源１２Ａ）から光照射の開始された時刻（以下、光源発振時刻と称する）を記憶する。タイマ部３４Ｂは、現在時刻を計測する公知の時計機能部である。
【００５５】
距離算出部３４では、受光信号処理部３２から受け付けた電圧信号によって示される波形から、該電圧信号によって示される光強度が閾値Ｅ１に達した時刻をメモリ部３４Ａに記憶する。そして、距離算出部３４では、この閾値Ｅ１に達した時刻と光源発振時刻との差分時間、及び光伝播速度（≒３×１０８ｍ／ｓ）から、光出射部１０（すなわち光学装置１００）と測定対象物Ｐとの距離を算出する。すなわち、距離算出部３４は、閾値Ｅ１に達した時刻と光源発振時刻との差分時間と、光伝播速度と、を乗算することで、光学装置１００と測定対象物Ｐとの距離を算出する。
【００５６】
なお、距離算出部３４では、閾値Ｅ１に達した時刻と光源発振時刻との差分時間に代えて、位相差を用いてもよい。具体的には、光源から出射する光を、正弦波状の強度変調信号としておき、光源から出射直後の光信号の位相と、物体からの反射光の位相の差分から、差分時間を求めてもよい。光源からの出射直後の信号は、例えば、機器筺体のカバーガラスからの反射光を受光器で受光することによって得ることができる。なお、これらの位相差は、例えば、上記２種の信号を一般的に知られたヘテロダイン検波などの方法によって測定し、得ればよい。
【００５７】
そして、距離算出部３４は、算出した距離を表示部４０へ出力する。以上の過程を各走査スポットで繰り返すことで、光Ｌ１の走査領域１１１及び光Ｌ２の走査領域１１２の各々の走査領域で、３次元的な距離データを得ることができる。
【００５８】
物体識別部３６は、測定対象物Ｐを識別する機能部である。物体識別部３６は、受光信号処理部３２で抽出された、光Ｌ１の波長成分の光強度に応じた電圧信号によって示される波形４４のピーク強度ＰＬ１、及び光Ｌ２の波長成分の光強度に応じた電圧信号によって示される波形４６のピーク強度ＰＬ２に応じた分光反射率を示す、予め記憶した反射スペクトルの物体を、測定対象物Ｐとして識別する。
【００５９】
詳細には、物体識別部３６は、測定対象物Ｐの反射率指標を算出する反射率指標算出部３６Ａ、物体識別部３６Ｂ、及び記憶部３６Ｃを備える。
【００６０】
記憶部３６Ｃは、光学ユニット１１から出射したときの光Ｌ１の光強度ＰＬ１ｉｎｉを予め記憶する。また、記憶部３６Ｃは、光学ユニット１２から出射したときの光Ｌ２の光強度ＰＬ２ｉｎｉを予め記憶する。なお、これらの光強度ＰＬ１ｉｎｉ及び光強度ＰＬ２ｉｎｉは、予め測定して記憶すればよい。
【００６１】
また、記憶部３６Ｃは、識別対象の測定対象物Ｐをその特性毎に予め複数の種類に分類したときの、各種類の反射スペクトル（以下、基準反射スペクトルと称する）を予め記憶している。
【００６２】
例えば、光学装置１００を車両に搭載するセンサとして適用した場合を想定する。この場合、記憶部３６Ｃには、人物に上記光Ｌ１の波長（第１波長）及び光Ｌ２の波長（第２波長）を含む波長領域の光を照射したときの分光反射率を示す基準反射スペクトル、及び路面に上記光Ｌ１の波長及び光Ｌ２の波長を含む波長領域の光を照射したときの分光反射率を示す基準反射スペクトルを予め記憶する。
【００６３】
図８は、基準反射スペクトルの一例を示す模式図である。なお、線図４８は、人物（人肌）に上記光Ｌ１及び光Ｌ２の波長を含む波長領域の光を照射したときの基準反射スペクトルを示す線図である。また、線図５２は、潤滑路面に上記光Ｌ１及び光Ｌ２の波長を含む波長領域の光を照射したときの基準反射スペクトルを示す線図である。
【００６４】
なお、記憶部３６Ｃに予め格納する基準反射スペクトルは、上記２種類に限られず、光学装置１００の用途に応じて適宜調整する。すなわち、記憶部３６Ｃに予め格納する基準反射スペクトルの数は、２種類の物体の基準反射スペクトルに限られず、３種類以上の物体の各々の基準反射スペクトルであってもよい。
【００６５】
反射率指標算出部３６Ａは、受光信号処理部３２で抽出された、光Ｌ１の波長成分の光強度に応じた電圧信号によって示される波形４４のピーク強度ＰＬ１、及び光Ｌ２の波長成分の光強度に応じた電圧信号によって示される波形４６のピーク強度ＰＬ２を受け付ける。
【００６６】
そして、反射率指標算出部３６Ａは、基準反射スペクトルの基準反射率指標を算出する。基準反射率指標とは、基準反射スペクトルを特定する指標となる値である。本実施の形態では、反射率指標算出部３６Ａは、基準反射スペクトルにおける、上記光Ｌ１の波長の光強度と上記光Ｌ２の波長の光強度とに基づいて、記憶部３６Ｃに記憶されている基準反射スペクトルの各々の基準反射率指標を算出する。なお、この基準反射率指標の算出は、予め実行し、対応する基準反射スペクトルに対応づけて予め記憶部３６Ｃに記憶してもよい。
【００６７】
反射率指標算出部３６Ａは、以下のようにして、基準反射率指標を算出する。
【００６８】
例えば、反射率指標算出部３６Ａは、基準反射スペクトルから、光源１１Ａから出射する光Ｌ１の波長（例えば、１．３μｍ）に対応する光強度、及び光源１２Ａから出射する光Ｌ２の波長（例えば、１．５μｍ）に対応する光強度を抽出する。そして、反射率指標算出部３６Ａは、短波長側の光（ここでは光Ｌ１）の光強度から長波長側の光（ここでは光Ｌ２）の光強度を減算した減算値を、短波長側の光（ここでは光Ｌ１）の光強度と長波長側の光（ここでは光Ｌ２）の光強度とを加算した加算値で除算した除算値を、基準反射率指標として算出する。
【００６９】
具体的には、基準反射スペクトルとして、記憶部３６Ｃに、図８に示す線図４８（人物）によって示される基準反射スペクトル、及び線図５２（潤滑路面）によって示される基準反射スペクトルが記憶されていたとする。
【００７０】
この場合、反射率指標算出部３６Ａは、下記式（１）を用いて、潤滑路面の基準反射スペクトルから、潤滑路面を示す基準反射率指標を算出する。また、反射率指標算出部３６Ａは、下記式（２）を用いて、人物の基準反射スペクトルから、人物を示す基準反射率指標を算出する。
【００７１】
【数１】
2013181968.tif 000003
【００７２】
なお、式（１）中、Ｉ１は、図８に示す線図５２（潤滑路面）によって示される基準反射スペクトルから求めた、潤滑路面の基準反射率指標を示す。また、式（１）中、Ｒ１ＬＯＷは、該潤滑路面の基準反射スペクトルにおける、光Ｌ１の波長（１．３μｍ）に対応する反射率を示す。また、式（１）中、Ｒ１Ｈｉは、該潤滑路面の基準反射スペクトルにおける、光Ｌ２の波長（１．５μｍ）に対応する反射率を示す。
【００７３】
また、式（２）中、Ｉ２は、図８に示す線図４８（人物）によって示される基準反射スペクトルから求めた、人物の基準反射率指標を示す。また、式（２）中、Ｒ２ＬＯＷは、該人物の基準反射スペクトルにおける、光Ｌ１の波長（１．３μｍ）に対応する反射率を示す。また、式（２）中、Ｒ２Ｈｉは、該人物の基準反射スペクトルにおおける、光Ｌ２の波長（１．５μｍ）に対応する反射率）を示す。
【００７４】
そして、反射率指標算出部３６Ａは、記憶部３６Ｃに格納されている各基準反射スペクトルの各々に対応する基準反射率指標（本実施の形態では、潤滑路面を示す基準反射率指標、及び人物を示す基準反射率指標）を予め算出し、予め記憶部３６Ｃに記憶する。
【００７５】
また、反射率指標算出部３６Ａは、光Ｌ１の波長成分の光強度に応じた電圧信号によって示される波形４４のピーク強度ＰＬ１、及び、光Ｌ２の波長成分の光強度に応じた電圧信号によって示される波形４６のピーク強度ＰＬ２を、受光信号処理部３２から受け付ける。そして、反射率指標算出部３６Ａは、反射光Ｌ３の反射率指標を算出する。
【００７６】
詳細には、まず、反射率指標算出部３６Ａは、光学ユニット１１から出射したときの光Ｌ１の光強度ＰＬ１ｉｎｉ、及び光学ユニット１２から出射したときの光Ｌ２の光強度ＰＬ２ｉｎｉを、記憶部３６Ｃから読み取る。
【００７７】
そして、反射率指標算出部３６Ａは、受光信号処理部３２から受け付けた、光Ｌ１の波長成分の光強度に応じた電圧信号によって示される波形４４のピーク強度ＰＬ１を、光学ユニット１１から出射したときの光Ｌ１の光強度ＰＬ１ｉｎｉで除算した除算値を、光Ｌ１の反射率ＲＬ１として算出する（式（３）参照）。また、反射率指標算出部３６Ａは、受光信号処理部３２から受け付けた、光Ｌ２の波長成分の光強度に応じた電圧信号によって示される波形４６のピーク強度ＰＬ２を、光学ユニット１２から出射したときの光Ｌ２の光強度ＰＬ２ｉｎｉで除算した除算値を、光Ｌ２の反射率ＲＬ２として算出する（式（４）参照）。
【００７８】
そして、反射率指標算出部３６Ａは、光Ｌ１の反射率ＲＬ１から光Ｌ２の反射率ＲＬ２を減算した減算値を、光Ｌ１の反射率ＲＬ１と光Ｌ２の反射率ＲＬ２の加算値で除算した除算値を、反射光Ｌ３の反射率指標Ｉｍｄとして算出する（式（５）参照）。
【００７９】
【数２】
2013181968.tif 000004
【００８０】
なお、上記式（１）、式（２）、式（５）では、基準反射率指標及び反射率指標の算出に反射率を用いたが、反射率に代えて、光強度を用いてもよい。
【００８１】
物体識別部３６Ｂは、測定対象物Ｐの識別を行う。詳細には、物体識別部３６Ｂは、反射率指標算出部３６Ａで算出した反射光Ｌ３の反射率指標Ｉｍｄと、記憶部３６Ｃに格納されている基準反射率指標（本実施の形態では、基準反射率指標Ｉ１〜Ｉ２）と、を比較する。そして、記憶部３６Ｃに格納されている基準反射率指標の内、反射率指標算出部３６Ａで算出した反射光Ｌ３の反射率指標Ｉｍｄの±１０％以内の値を示す基準反射率指標によって特定される物体を、測定対象物Ｐの物体として識別する。
【００８２】
なお、物体識別部３６Ｂは、記憶部３６Ｃに格納されている基準反射率指標の内、反射率指標算出部３６Ａで算出した反射光Ｌ３の反射率指標Ｉｍｄの±１０％以内の値を示す基準反射率指標が複数存在する場合には、最も反射率指標Ｉｍｄに近い基準反射率指標によって特定される物体を、測定対象物Ｐの物体として識別する。
【００８３】
そして、物体識別部３６Ｂは、識別した物体を示す情報を表示部４０へ出力する。以上の過程を各走査スポットで繰り返すことで、記憶部３６Ｃに格納した複数種類の基準反射率指標によって特定される物体と同一の物体が、重複領域１１３内に存在しているかどうかを算出することができる。
【００８４】
次に、光学装置１００の算出部３０が実行する距離算出処理の手順を説明する。図９は、算出部３０が実行する距離算出処理の手順を示すフローチャートである。
【００８５】
まず、算出部３０の受光信号処理部３２が、受光器２２Ｃから、反射光Ｌ３の光強度に応じた電圧信号を受け付ける（ステップＳ２００）。
【００８６】
次に、距離算出部３４が、受光信号処理部３２から受け付けた電圧信号に基づいて、光学装置１００と測定対象物Ｐとの距離を算出する（ステップＳ２０２）。
【００８７】
次に、距離算出部３４が、算出した距離を示す情報を、表示部４０へ出力し（ステップＳ２０４）、本ルーチンを終了する。
【００８８】
次に、光学装置１００の算出部３０が実行する、物体識別処理の手順を説明する。図１０は、算出部３０が実行する物体識別処理の手順を示すフローチャートである。
【００８９】
まず、算出部３０の受光信号処理部３２が、受光器２２Ｃから、反射光Ｌ３の光強度に応じた電圧信号を受け付ける（ステップＳ３００）。
【００９０】
次に、受光信号処理部３２が、受光器２２Ｃから受け付けた反射光Ｌ３の光強度に応じた電圧信号によって示される波形から、光Ｌ１の波長成分の光強度に応じた電圧信号によって示される波形４４のピーク強度ＰＬ１と、光Ｌ２の波長成分の光強度に応じた電圧信号によって示される波形４６のピーク強度ＰＬ２と、を抽出する（ステップＳ３０２）。
【００９１】
次に、物体識別部３６の反射率指標算出部３６Ａが、反射光Ｌ３の反射率指標を算出する(ステップＳ３０４)。そして、物体識別部３６Ｂが、算出された反射率指標と、記憶部３６Ｃに記憶されている基準反射率指標と、に基づいて、測定対象物Ｐを識別する物体識別処理を行う（ステップＳ３０６）。
【００９２】
そして、物体識別部３６Ｂが、識別した物体を示す情報を表示部４０に出力し（ステップＳ３０８）、本ルーチンを終了する。
【００９３】
以上説明したように、本実施の形態の光学装置１００は、互いに異なる波長の光を出力する光源（光源１２Ａ及び光源１１Ａ）を備えた光出射部１０と、光出射部１０から出射した光（光Ｌ１、光Ｌ２）の反射光Ｌ３を受光する受光部２０と、算出部３０と、を備える。そして、算出部３０では、反射光Ｌ３に含まれる光Ｌ１の波長成分の光強度及び反射光Ｌ３に含まれる光Ｌ２の波長成分の光強度と、予め記憶した複数種類の物体の各々の反射スペクトルと、に基づいて測定対象物Ｐを識別する。
【００９４】
また、光学装置１００では、光出射部１０から出射した光（Ｌ１及びＬ２）と反射光Ｌ３との位相差または時間差と、光伝播速度から、光出射部１０（すなわち光学装置１００）と測定対象物Ｐとの距離を算出する。
【００９５】
このため、本実施の形態の光学装置１００では、距離計測及び物体識別を、高速応答性を損なわず且つ簡易な構成で実現することができる。
【００９６】
詳細には、距離計測を行う光学装置に、僅かな部品の付加と、簡便な解析機構の付加により、距離情報と共に、物体識別情報を容易に得ることができる。
【００９７】
（変形例）
なお、上記実施の形態では、光出射部１０では、光学ユニット１１から出射した光Ｌ１、及び光学ユニット１２から出射した光Ｌ２を、光偏向装置１３で偏向させて測定対象物Ｐに照射する場合を説明した。この光Ｌ１及び光Ｌ２を、合波部材によって合波した後に、光偏向装置１３で偏向して測定対象物Ｐへ照射してもよい。
【００９８】
図１１は、合波部材を備えた光出射部１０Ａの構成の一例を示す模式図である。
【００９９】
光出射部１０Ａは、点灯制御器１４、光学ユニット１１、光学ユニット１２、光偏向装置１３、及び合波部材１５を備える。なお、点灯制御器１４、光学ユニット１１、光学ユニット１２、及び点灯制御器１４は、実施の形態１と同様であるため詳細な説明を省略する。なお、図１１に示す光出射部１０Ａにおける光学ユニット１１は、偏向プリズム１１Ｄを備えない構成である。
【０１００】
合波部材１５は、光学ユニット１１から出射した光Ｌ１と、光学ユニット１２から出射した光Ｌ２と、を合波する合波器である。合波部材１５には、例えば、ダイクロイックミラーが挙げられる。光Ｌ１と光Ｌ２とを合波した光Ｌ４は、光偏向装置１３を介して測定対象物Ｐに到る。ここで、光偏向装置１３で偏向された光Ｌ４は、各光学ユニット１１及び光学ユニット１２からの光（光Ｌ１、光Ｌ２）について、偏向角度差の生じない状態で、測定対象物Ｐに到る。
【０１０１】
このため、光出射部１０Ａに合波部材１５を設けた構成とすることによって、光Ｌ１による光走査領域（図４中、光走査領域１１１参照）と、光Ｌ２による光走査領域（図４中、光走査領域１１２）と、の重複領域１１３を、合波部材１５を設けない場合に比べて拡大することができる。
【０１０２】
このため、測定対象物Ｐへ照射する光Ｌ１及び光Ｌ２の偏光を揃えることができ、偏光の影響による反射光Ｌ３の光強度の変動を抑制することができる。その結果、受光信号処理部３２及び物体識別部３６における受光信号の解析過程での誤差を低減し、より精度よく物体識別を行うことができる。
【０１０３】
また、合波部材１５には、ダイクロイックミラーに代えて、ホログラム素子を用いてもよい。図１２は、合波部材１５として、ホログラム素子１６を用いた光出射部の一例を示す模式図である。
【０１０４】
図１２に示すように、光出射部１０Ｂは、点灯制御器１４、光学ユニット１１、光学ユニット１２、光学ユニット１７、光偏向装置１３、及びホログラム素子１６を備える。点灯制御器１４、光学ユニット１１、光学ユニット１２、及び光偏向装置１３は、第１の実施の形態と同様である。なお、図１２に示す光出射部１０Ａにおける光学ユニット１１は、偏向プリズム１１Ｄを備えない構成である。
【０１０５】
光学ユニット１７は、光源１７Ａ、コリメートレンズ１７Ｂ、及びアパーチャ１７Ｃ、を備える。具体的には、光学ユニット１７は、光源１７Ａ側から順に、コリメートレンズ１７Ｂ、及びアパーチャ１７Ｃを備える。
【０１０６】
光源１７Ａは、予め定めた特定の波長の光を出射する光源である。光源１７Ａは、光出射部１０Ｂに設けられた他の光源（本実施の形態では光源１１Ａと光源１２Ａ）とは異なる波長の光を出射する。光源１７Ａには、例えば、レーザ光を出射する半導体レーザや、ＬＥＤ素子等が挙げられる。
【０１０７】
コリメートレンズ１７Ｂは、光源１７Ａから出射したレーザ光をコリメート（平行に）して、平行光束に変換する。アパーチャ１７Ｃは、通過する光の量を調整する絞りとして機能する。アパーチャ１７Ｃは、具体的には、光学ユニット１７から測定対象物Ｐに照射された光のスポット径が、光学ユニット１２及び光学ユニット１１から出射された光のスポット径と一致するように、スポット径を調整する。
【０１０８】
合波部材１５としてのホログラム素子１６は、光学ユニット１１、光学ユニット１２、及び光学ユニット１７から出射した光Ｌ１、光Ｌ２、及び光Ｌ５を合波する。合波された光Ｌ６は、光偏向装置１３によって偏向され、測定対象物Ｐに到る。
【０１０９】
このように、合波部材１５として、ホログラム素子１６を用いた場合には、３種類以上の光源から出射した光を合波することができる。また、測定対象物Ｐへ照射する光Ｌ１、光Ｌ２、及び光Ｌ５の偏光を揃えることができ、偏光の影響による反射光Ｌ３の光強度の変動を抑制することができる。
【０１１０】
このため、光出射部１０Ｂにホログラム素子１６を設けた構成とすることによって、光Ｌ１による光走査領域と、光Ｌ２による光走査領域と、光Ｌ３による光走査領域と、の重複領域を、ホログラム素子１６を設けない場合に比べて拡大することができる。そして、より広い測定領域、及び物体識別領域を実現することができる。
【０１１１】
また、図２に示す光出射部１０の構成に加えて更に、光偏向装置１３の光入射側に、偏光素子１８を設けることが好ましい。図１３は、偏光素子１８を備えた光出射部の構成の一例を示す模式図である。
【０１１２】
図１３に示すように、光出射部１０Ｃを、点灯制御器１４、光学ユニット１１、光学ユニット１２、光偏向装置１３、及び偏光素子１８を備えた構成とすればよい。そして、光偏向装置１３を、光学ユニット１１及び光学ユニット１２の光出射側で、且つ光偏向装置１３の光入射側に設ければよい。
【０１１３】
偏光素子１８は、偏光素子１８に入射する光の偏光を揃える機能を有する素子であればよい。偏光素子１８には、例えば、光損失に対して入射角度依存性の低いワイヤグリッド偏光子を用いる。偏光素子１８として、ワイヤグリッド偏光子を用いることで、偏光素子１８への入射角度の異なる２光線（光線Ｌ１、光線Ｌ２）に対して、１つの素子で偏光を揃えることができる。
【０１１４】
ここで、受光部２０で受光する反射光Ｌ３（図５参照）は、測定対象物Ｐに照射する光の偏光の影響を受けて光強度が変動する。これは、特に、測定対象物Ｐ等の物体に光が入射する際に、測定対象物Ｐの物体面が入射光に対して垂直でない場合が多いためである。そこで、図１３に示すように、光出射部１０Ｃに偏光素子１８を備えた構成とする。このように、偏光素子１８を備えた構成とし、各光学ユニット１１及び光学ユニット１２から出射した光Ｌ１及び光Ｌ２の偏光を揃えることで、受光部２０で受光する反射光Ｌ２の光強度の変動を抑制することができる。
【０１１５】
なお、「偏光が揃う」とは、光Ｌ１の偏光度(即ち全強度成分に対する、偏光している成分の比)と、光Ｌ２の偏光度と、の差が、±１０％の範囲内であることを示す。
【０１１６】
なお、図１３には、図５に示す構成の光出射部１０に更に偏光素子１３を備えた構成の光出射部１０Ｃを示したが、図１１に示す構成の光出射部１０Ａ及び図１２に示す構成の光出射部１０Ｂに、更に、偏光素子１８を備えた構成としてもよい。この場合には、偏光素子１８は、光偏向装置１３の光入射側で且つ合波部材１５（またはホログラム素子１６）の光出射側に設ければよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１００  光学装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  光出射部
１１Ａ、１２Ａ  光源
１５  合波部材
１６  ホログラム素子
２０  受光部
３０  算出部
３２  受光信号処理部
３４  距離算出部
３６、３６Ｂ  物体識別部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１８】
【特許文献１】特開２００２−４０１３９号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２９５１号公報
【特許文献３】特開２００６−２７５９５５号公報
【特許文献４】特開２０１０−２５６３０３号公報
【特許文献５】特開２００７−２７８９５０号公報
【特許文献６】特開２００２−３４５７６０号公報
【図１】
2013181968.tif 000005
【図２】
2013181968.tif 000006
【図３】
2013181968.tif 000007
【図４】
2013181968.tif 000008
【図５】
2013181968.tif 000009
【図６】
2013181968.tif 000010
【図７】
2013181968.tif 000011
【図８】
2013181968.tif 000012
【図９】
2013181968.tif 000013
【図１０】
2013181968.tif 000014
【図１１】
2013181968.tif 000015
【図１２】
2013181968.tif 000016
【図１３】
2013181968.tif 000017