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WO2019031327A1 - 光学装置 - Google Patents

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WO2019031327A1
WO2019031327A1 PCT/JP2018/028798 JP2018028798W WO2019031327A1 WO 2019031327 A1 WO2019031327 A1 WO 2019031327A1 JP 2018028798 W JP2018028798 W JP 2018028798W WO 2019031327 A1 WO2019031327 A1 WO 2019031327A1
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WO
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light
wavelength
emitted
reflected
laser
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/028798
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Inventor
佐藤　充
孝典 落合
亮 出田
柳澤　琢麿
小笠原　昌和
Original Assignee
パイオニア株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems

Definitions

  • the present invention relates to an optical device that receives reflected light obtained by reflecting emitted light from an object.
  • a movable mirror such as a micro electro mechanical systems (MEMS) mirror or a galvano mirror is often used to scan a predetermined range when irradiating light onto an object.
  • MEMS micro electro mechanical systems
  • the amount of moving the mirror increases as the range of light scanning increases, and problems may occur in terms of device reliability, heat generation, and vibration.
  • the degree of difficulty in manufacturing increases as the size of the reflecting surface increases.
  • Patent Document 1 describes that the laser light is scanned by changing the diffraction angle of the diffraction grating by changing the wavelength of the laser light.
  • the laser beam can be scanned without using a movable part.
  • the diffraction grating is known to diffract at a diffraction angle corresponding to the wavelength of light. Therefore, the reflected light emitted from the light source and irradiated by the diffraction grating and reflected in a predetermined direction by the object is reflected by the diffraction grating at the same angle as the incident angle of the light emitted from the light source.
  • the light receiving element may receive light of wavelengths other than the above-described reflected light as an example.
  • the invention according to claim 1 made for the purpose of solving the above problems is a first optical element for guiding the emitted light irradiated from the emitting portion in the direction according to the wavelength, and changing the wavelength of the emitted light
  • a first control means for scanning a predetermined range with the emitted light via the first optical element, and a light receiving unit for receiving the reflected light that is reflected by the scanned output light and transmitted through the first optical element are transmitted.
  • changing a wavelength of the light to cause the light receiving unit to not receive at least a part of environmental light traveling toward the light receiving unit via the first optical element.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the optical apparatus concerning the 1st Example of this invention. It is explanatory drawing of the effect
  • An optical device includes: a first optical element for guiding emitted light emitted from an emitting unit in a direction according to the wavelength; and a first optical element by changing a wavelength of the emitted light And a first control unit configured to scan a predetermined range with emitted light via Furthermore, by changing the wavelength of light to be transmitted by changing the wavelength of light to be transmitted by changing the wavelength of the light to be transmitted, at least a part of the environmental light directed to the light receiving unit And a second optical element that does not allow the light receiving unit to receive light.
  • a second control unit may be provided to control the wavelength of light transmitted through the second optical element in accordance with the wavelength of the emitted light. By doing this, it is possible to change the wavelength according to the wavelength of the outgoing light emitted from the emitting part of the second optical element. Therefore, it is possible to prevent the light receiving unit from receiving at least a part of the environmental light traveling toward the light receiving unit via the first optical element by the second optical element.
  • a distance measuring device which has an optical apparatus of Claim 1 or 2, and measures distance to a subject based on time required from emission of emitted light to light reception of emitted light by a light sensing portion. By doing this, in the distance measuring device, it is possible to suppress the light reception of the light of the wavelength other than the reflected light in the light receiving portion, and improve the distance measurement accuracy.
  • the optical device 1 includes the light source 2, the lens 3, the beam splitter 4, the scanning unit 5, the Fabry-Perot (FP) filter 6, and the focusing lens 7. , A light receiving element 8 and a wavelength control unit 9.
  • the optical device 1 includes the light source 2, the lens 3, the beam splitter 4, the scanning unit 5, the Fabry-Perot (FP) filter 6, and the focusing lens 7. , A light receiving element 8 and a wavelength control unit 9.
  • FP Fabry-Perot
  • the light source 2 as the emitting unit is configured of a variable-wavelength light source capable of changing the wavelength of the emitted laser beam in a wavelength range corresponding to the range scanned by the scanning unit 5 described later.
  • the variable-wavelength light source include those using well-known Littrow external resonators and Littman external resonators, but other methods may be used without particular limitation.
  • the light source 2 intermittently emits (irradiates) laser light as pulse light.
  • the lens 3 turns the laser beam emitted from the light source 2 into loose convergent light.
  • the beam splitter 4 outputs the laser light collimated by the lens 3 to the scanning unit 5 and reflects the later-described reflected light reflected by the scanning unit 5 toward the FP filter 6.
  • the scanning unit 5 as the first optical element is configured of a diffraction grating.
  • the scanning unit 5 is an optical element that guides the emitted light in the direction corresponding to the wavelength.
  • the scanning unit 5 diffracts the laser beam transmitted through the beam splitter 4 at a diffraction angle according to the wavelength of the laser beam, and the direction in which the laser beam is diffracted is continuously changed, whereby a predetermined region where the object 100 exists Can be scanned horizontally. Further, the scanning unit 5 receives the reflected light or the like reflected by the object 100, diffracts the reflected light at a diffraction angle corresponding to the wavelength, and outputs the light to the beam splitter 4.
  • a blazed diffraction grating having a sawtooth-like groove shape is used as the diffraction grating that constitutes the scanning unit 5.
  • the use of a blazed diffraction grating is desirable because the diffraction efficiency of + 1st order light can be theoretically made 100% by the blazed diffraction grating.
  • a reflection type diffraction grating is described, a transmission type diffraction grating may be used.
  • the FP filter 6 is provided between the beam splitter 4 and the focusing lens 7.
  • the FP filter 6 is a known optical element having two parallel reflective surfaces.
  • the FP filter 6 is a wavelength selection filter having a characteristic of transmitting only light having a wavelength of 2 d, where d is a distance between two reflecting surfaces.
  • the FP filter 6 can change the wavelength to be transmitted by changing the distance between the two reflecting surfaces using an electrostatic drive actuator or the like.
  • the FP filter 6 is described as the second optical element, the present invention is not limited thereto.
  • an optical element capable of transmitting only light of a specific wavelength such as another wavelength selection filter such as a linear variable filter, which is a well-known filter having different transmission wavelengths continuously in one dimensional direction of planar space, a spectroscope, etc. You may use.
  • the condensing lens 7 is provided between the FP filter 6 and the light receiving element 8 and condenses the light of the wavelength transmitted through the FP filter 6 onto the light receiving element 8.
  • the light receiving element 8 as a light receiving unit receives the light condensed by the condensing lens 7.
  • the light receiving element 8 is formed of, for example, an avalanche photodiode (APD).
  • the light receiving element 8 outputs a signal (light receiving intensity) having a value corresponding to the intensity of the received light.
  • the wavelength control unit 9 as the first control unit and the second control unit sequentially changes the wavelength of the laser light emitted from the light source 2 according to the irradiation direction of the laser light in the scanning of the scanning unit 5.
  • the wavelength control unit 9 changes the wavelength of light to be transmitted by the FP filter 6 according to the wavelength of the laser light emitted by the light source 2.
  • the laser light emitted in a pulse form from the light source 2 is converted to a loose convergent light by the lens 3 and is diffracted by the scanning unit 5 (diffraction grating) so as to irradiate the outside of the optical device 1.
  • the scanning unit 5 diffraction grating
  • the diffraction angle ⁇ 2 is expressed by the following equation (1).
  • the diffraction angle changes by changing the wavelength of the laser beam emitted from the light source 2, and the position of the beam spot irradiated toward the region where the object 100 exists is Change.
  • a predetermined region on the object 100 can be scanned by continuously changing the wavelength from the wavelength ⁇ min to ⁇ max (or from ⁇ max to ⁇ min ) .
  • the reflected light of the laser beam reflected (scattered) by the object 100 is incident on the scanning unit 5 (diffraction grating).
  • the diffraction angle of the incident laser light is ⁇ 1 which is the same as the incident angle of the laser light emitted from the light source 2 on the scanning unit 5 (see the time of light reception in FIG. 2).
  • the reflected light of the laser light reflected by the beam splitter 4 passes through the FP filter 6 and is condensed on the light receiving element 8 by the lens 7.
  • a predetermined area is scanned by changing the wavelength of the light source 2 to change the diffraction angle of the laser light at the scanning unit 5, and the reflected light is received by the light receiving element 8.
  • light other than the reflected light of the laser light is also incident from the outside to the diffraction grating that constitutes the scanning unit 5, and light within the wavelength range that can be scanned by the diffraction grating is a beam splitter depending on the incident angle Since the light is diffracted toward 4, it is received by the light receiving element 8 together with the reflected light of the laser light.
  • FIG. 3 is a view showing a case where laser light is irradiated to A to E which are directions different from each other with respect to the diffraction grating (scanning unit 5).
  • the wavelength of the laser light in the case of irradiation in the direction of A is ⁇ 1
  • the wavelength of the laser light in the case of irradiation in the direction of B is ⁇ 2 .
  • the wavelength of the laser light in the case of irradiation in the direction of 3 and D is ⁇ 4
  • the wavelength of the laser light in the case of irradiation in the direction of E is ⁇ 5 .
  • the reflected light of the irradiated laser light is incident on the diffraction grating from the direction of A and is diffracted toward the beam splitter 4.
  • environmental light including light of wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 5
  • light of various wavelengths other than reflected light is incident on the diffraction grating from all directions. Therefore, light of wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 5 is also incident on the diffraction grating from the directions of A to E, and therefore these light may be diffracted toward the beam splitter 4 depending on the incident angle to the diffraction grating. is there.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the wavelength and the light intensity in the above description.
  • the vertical axis is the light intensity
  • the horizontal axis is the wavelength.
  • the laser light emitted from the light source 2 is L
  • the ambient light is S.
  • the laser beam L, and S A is the same wavelength as the laser beam L of the ambient light S
  • from the direction of B of the ambient light S is a S B is the wavelength of the incident lambda 2
  • the wavelength of the lambda 4 enters from the direction of D out of the S C is the wavelength of lambda 3 which enters from the direction and C
  • ambient light S of ambient light S It becomes S E which is the wavelength of ⁇ 5 which is incident from the direction of E among the ambient light S and S D.
  • the light received by the light receiving element 8 is limited by the FP filter 6 so as not to pass light of wavelengths other than the wavelength of the irradiated laser light L.
  • the light receiving element 8 it is possible to cause the light receiving element 8 to receive environmental light other than the same wavelength as the wavelength ( ⁇ 1 ) of the laser light L in the example of FIGS. 3 and 4 described above. Become. This is because even when the wavelength of the laser light is changed to ⁇ 2 , ⁇ 3, etc., the wavelength to be transmitted by the FP filter 6 is changed to similarly limit the light to the same wavelength as the wavelength of the laser light L
  • the FP filter 6 changes at least one of the environmental light traveling toward the light receiving element 8 (light receiving section) through the scanning section 5 (first optical element) by changing the wavelength of light to be transmitted.
  • the light receiving portion is not made to receive light.
  • the wavelength control unit 9 changes the wavelength of the light to be transmitted to the FP filter 6 into the wavelength of the light to be emitted to the light source 2.
  • laser light is emitted from the light source 2 at the determined wavelength.
  • the laser beam emitted from the light source 2 is diffracted by the scanning unit 5 through the lens 3 and the beam splitter 4 in the direction according to the wavelength and is irradiated.
  • the laser beam emitted through the scanning unit 5 is reflected by the object 100 and diffracted toward the beam splitter 4 by the scanning unit 5, passes through the FP filter 6, and is received by the light receiving element 8 by the condenser lens 7. Ru.
  • the FP filter 6 is set to transmit only light of the same wavelength as the emitted laser light, so environmental light of a wavelength different from the reflected light of the emitted laser light can not be transmitted through the FP filter 6 Light is not received by the light receiving element 8.
  • the optical device 1 includes the light source 2 capable of changing the wavelength of the laser light, the scanning unit 5 scanning the predetermined range by diffracting the laser light according to the wavelength, and the laser And a wavelength control unit 9 configured to scan a predetermined range with laser light through the scanning unit 5 by changing the wavelength of light. Furthermore, by changing the wavelength of the light to be transmitted by changing the wavelength of the light to be transmitted through the light receiving element 8 that receives the reflected light that the scanned laser light is reflected by the object 100, at least And an FP filter 6 that does not allow part of the light receiving element 8 to receive light.
  • the wavelength control unit 9 controls the wavelength of light transmitted through the FP filter 6 in accordance with the wavelength of the laser light. By doing this, it becomes possible to change the wavelength of the FP filter 6 according to the wavelength of the laser light emitted from the light source 2. Therefore, it is possible to prevent the light receiving element 8 from receiving environmental light having a wavelength different from that of the laser light among environmental light traveling toward the light receiving element 8 through the scanning unit 5 by the FP filter 6.
  • the present optical device can use the distance to the object for measurement. That is, the CPU or the like of the distance measuring device equipped with the present optical device measures the time from when the light source 2 emits laser light to when it is received by the light receiving element 8 as reflected light reflected by the object 100. The distance from the optical device to the object 100 can be measured.
  • the optical device 1A includes the light source 2, the lens 3, the beam splitter 4, the scanning unit 5, the FP filter 6, the condensing lens 7, and the wavelength control unit A lens 9, a lens 10, a cylindrical lens 11, and a line sensor 12 are provided.
  • the light source 2, the lens 3, the beam splitter 4, the scanning unit 5, the FP filter 6, the condensing lens 7, and the wavelength control unit 9 are the same as those in the first embodiment.
  • the lens 10 and the cylindrical lens 11 convert the laser light emitted from the light source 2 from point-like into linear light with uniform intensity distribution (that is, a line beam whose light beam cross section is band-like light). That is, the light source 2, the lens 10, and the cylindrical lens 11 constitute an emitting unit according to the present embodiment.
  • the line sensor 12 is a light receiving sensor in which a plurality of light receiving elements are formed in a line along the extension direction of the line beam reflected by the beam splitter 4. Each light receiving element of the line sensor 12 outputs the light receiving intensity of the received light.
  • the line sensor 12 can be comprised by APD as a light receiving element, for example.
  • the optical apparatus 1A of this embodiment projects a line beam onto the object 100, and scans the area where the object 100 is present in one axis direction by the line beam toward the area where the object 100 is present.
  • the position of the beam spot to be irradiated is temporally changed.
  • the reflected light of the line beam is received by the line sensor 12 to obtain the received light intensity at each position in the extending direction of the line beam.
  • the FP filter 6 prevents the light receiving element 8 from receiving environmental light having a wavelength different from that of the line beam among the environmental light traveling toward the light receiving element 8 through the scanning unit 5 by the FP filter 6. Since this can be performed, it is possible to suppress the reception of light of wavelengths other than the reflected light of the laser light in the light receiving portion.
  • the light source 2, the lens 10 and the cylindrical lens 11 emit a laser beam having a belt-like cross section.
  • light can be simultaneously irradiated in the direction orthogonal to the direction in which the scanning unit 5 scans, and it becomes possible to use a configuration that does not use a movable unit.
  • the present invention is not limited to the above embodiment. That is, those skilled in the art can carry out various modifications without departing from the gist of the present invention in accordance with conventionally known findings. As long as the configuration of the optical device of the present invention is provided even by such a modification, it is of course included in the scope of the present invention.

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Abstract

反射光以外の波長の光の受光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、レーザ光の波長を変化させることができる光源（２）と、レーザ光をその波長に応じて回折させることで所定の範囲を走査する走査部（５）と、レーザ光の波長を変化させることで、走査部（５）を介してレーザ光で所定の範囲を走査させる波長制御部（９）と、を有している。さらに、走査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（８）と、透過させる光の波長を変化させることで、走査部（５）を介して受光素子（８）へ向かう環境光の少なくとも一部を受光素子（８）に受光させないＦＰフィルタ（６）と、を有している。

Description

光学装置
　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。
　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。
　この種の装置では、光を対象物に照射する際に所定の範囲を走査するためＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーやガルバノミラーなどの可動ミラーが用いられることが多い。しかしながら、可動ミラーにより光を走査する方式は、光を走査する範囲を大きくするほどミラーを動かす量も大きくなり、装置の信頼性や発熱、振動などの点で問題が発生する場合がある。また、ＭＥＭＳミラーの場合、その反射面の大きさが大きくなるほど製作難易度が増すという問題もある。
　特許文献１には、レーザ光の波長を変化させることにより回折格子の回折角を変化させてレーザ光の走査をすることが記載されている。
特開昭６３‐１８９８２３号公報
　特許文献１に記載の発明では、可動部品を使用せずにレーザ光を走査することができる。ここで、回折格子は、光の波長に応じた回折角で回折することが知られている。そのため、光源から出射されて回折格子によって所定の方向に照射された光が対象物で反射された反射光は、光源から照射した光の入射角と同じ角度で回折格子によって回折される。
　しかしながら、回折格子には、前記した反射光以外の光も入射し、そのうち回折格子により走査可能な波長の範囲内にある光は、反射光とともに受光素子に向けて回折されてしまう。そのため、反射光以外の波長の光も受光素子で受光してしまいＳ／Ｎ比が劣化してしまうという問題があった。
　本発明が解決しようとする課題としては、上述したような反射光以外の波長の光も受光素子で受光してしまうことが一例として挙げられる。
　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、出射部から照射された出射光を、その波長に応じた方向に導く第１光学素子と、前記出射光の波長を変化させることで、前記第１光学素子を介して前記出射光で所定の範囲を走査させる第１制御手段と、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と、透過させる光の波長を変化させることで、前記第１光学素子を介して前記受光部へ向かう環境光の少なくとも一部を前記受光部に受光させない第２光学素子と、を有することを特徴としている。
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１に示された回折格子の作用の説明図である。 回折格子による問題点を説明した図である。 図３に示された問題点において波長と光の強度との関係を示した図である。 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。
　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、出射部から照射された出射光を、その波長に応じた方向に導く第１光学素子と、出射光の波長を変化させることで、第１光学素子を介して出射光で所定の範囲を走査させる第１制御手段と、を有している。さらに、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と、透過させる光の波長を変化させることで、第１光学素子を介して受光部へ向かう環境光の少なくとも一部を受光部に受光させない第２光学素子と、を有している。このようにすることにより、第２光学素子により第１光学素子を介して受光部へ向かう環境光の少なくとも一部を受光部に受光させないようにすることができるので、反射光以外の波長の光の受光部における受光を抑制することができる。
　また、出射光の波長に応じて、第２光学素子を透過する光の波長を制御する第２制御手段を有してもよい。このようにすることにより、第２光学素子を出射部が出射する出射光の波長に応じて波長を変化させることが可能となる。そのため、第２光学素子により第１光学素子を介して受光部へ向かう環境光の少なくとも一部を受光部に受光させないようにすることができる。
　請求項１または２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、反射光以外の波長の光の受光部における受光を抑制して、距離の測定精度を向上させることができる。
　本発明の第１の実施例にかかる光学装置を図１～図４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、レンズ３と、ビームスプリッタ４と、走査部５と、ファブリペロー（ＦＰ）フィルタ６と、集光レンズ７と、受光素子８と、波長制御部９と、を備えている。
　出射部としての光源２は、後述する走査部５が走査する範囲に応じた波長範囲で、出射するレーザ光の波長を変化させることができる波長可変光源で構成されている。なお、波長可変光源としては、周知のリトロー型外部共振器やリットマン型外部共振器を用いたものが挙げられるが、他の方式でもよく特に限定されない。また、光源２は、レーザ光をパルス光として間欠的に出射（照射）する。
　レンズ３は、光源２から出射されたレーザ光を緩い収束光にする。ビームスプリッタ４は、レンズ３で平行光にされたレーザ光を走査部５へ出力し、且つ走査部５で反射された後述する反射光をＦＰフィルタ６へ向けて反射する。
　第１光学素子としての走査部５は、回折格子で構成されている。走査部５は、照射された出射光を、その波長に応じた方向に導く光学素子となる。走査部５は、ビームスプリッタ４を透過したレーザ光をそのレーザ光の波長に応じた回折角で回折させ、回折させる方向が連続的に変化されることで、対象物１００が存在する所定の領域を水平方向に走査することができる。また、走査部５は、対象物１００で反射した反射光等が入射し、その反射光を波長に応じた回折角で回折させてビームスプリッタ４へ出力する。
　また、走査部５を構成する回折格子は、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。
　ＦＰフィルタ６は、ビームスプリッタ４と集光レンズ７との間に設けられている。ＦＰフィルタ６は、２つの平行な反射面を有する周知の光学素子である。ＦＰフィルタ６は、２つの反射面の間隔をｄとすると波長が２ｄとなる光のみを透過させる特性を持った波長選択フィルタである。ＦＰフィルタ６は、２つの反射面の間隔を静電駆動アクチュエータ等で変化させることで、透過させる波長を変化させることができる。
　なお、本実施例では、第２光学素子としてＦＰフィルタ６で説明するが、それに限らない。例えば平面空間の１次元方向において連続的に透過波長が異なる周知のフィルタであるリニアバリアブルフィルタ等の他の波長選択フィルタや分光器等の特定の波長の光のみを透過させることができる光学素子を用いてもよい。
　集光レンズ７は、ＦＰフィルタ６と受光素子８との間に設けられ、ＦＰフィルタ６を透過した波長の光を受光素子８へ集光する。
　受光部としての受光素子８は、集光レンズ７で集光された光を受光する。受光素子８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８は、受光した光の強度に応じた値となる信号（受光強度）を出力する。
　第１制御手段、第２制御手段としての波長制御部９は、走査部５の走査おける、レーザ光の照射方向に応じて光源２の出射するレーザ光の波長を順次変化させる。このようにレーザ光の波長を変化させることで、走査部５を介したレーザ光で所定の範囲を走査させている。また、波長制御部９は、光源２が出射するレーザ光の波長に応じてＦＰフィルタ６が透過させる光の波長を変更する。
　次に、上述した構成の光学装置１における動作について図１及び図２を参照して説明する。
　まず、光源２からパルス状に出射したレーザ光はレンズ３により緩い収束光とされ、走査部５（回折格子）により光学装置１の外部に向けて照射するように回折される。ここで、溝間隔ｐの回折格子に波長λ0の単色光（レーザ光）を角度θ1の方向から入射させたときの回折角θ2は次の（１）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　したがって、光学装置１からの投光時は、光源２から出射するレーザ光の波長を変化させることにより回折角が変化し、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が変化する。例えば、図２の投光時の場合、波長λminからλmaxまで（或いはλmaxからλminまで）連続的に波長を変化させることで対象物１００上の所定の領域を走査することができる。
　対象物１００で反射（散乱）したレーザ光の反射光は走査部５（回折格子）に入射する。入射したレーザ光の回折角は光源２から出射したレーザ光の走査部５への入射角と同じθ1になる（図２の受光時を参照）。そして、ビームスプリッタ４で反射されたレーザ光の反射光は、ＦＰフィルタ６を透過して、レンズ７により受光素子８上に集光される。
　以上のように、本実施例では、光源２の波長を変化させてレーザ光の走査部５での回折角を変化させることより所定の領域を走査し、その反射光を受光素子８で受光している。一方、走査部５を構成する回折格子には、レーザ光の反射光以外の光も外部から入射し、そのうち回折格子により走査可能な波長の範囲内にある光は、その入射角によってはビームスプリッタ４へ向けて回折されるので、レーザ光の反射光とともに受光素子８で受光してしまう。この問題点について図３を参照して説明する。
　図３は、回折格子（走査部５）に対してそれぞれ異なる方向であるＡ～Ｅへレーザ光を照射する場合を示した図である。図３において、Ａの方向へ照射する場合のレーザ光の波長をλ1、Ｂの方向へ照射する場合のレーザ光の波長をλ2、Ｃの方向へ照射する場合のレーザ光の波長をλ3、Ｄの方向へ照射する場合のレーザ光の波長をλ4、Ｅの方向へ照射する場合のレーザ光の波長をλ5とする。
　ここで、Ａの方向へレーザ光を照射する場合、照射したレーザ光の反射光はＡの方向から回折格子に入射してビームスプリッタ４へ向けて回折される。この時、反射光以外にも様々な波長の光を含む環境光（λ1～λ5の波長の光を含む）が、全方位から回折格子に入射する。従って、Ａ～Ｅの方向からλ1～λ5の波長の光も回折格子に入射するため、これらの光は、回折格子への入射角によってはビームスプリッタ４へ向けて回折されてしまうものもある。
　図４は、上述した説明について波長と光の強度との関係を示した図である。図４において、縦軸は光の強度、横軸は波長である。図４において、光源２から出射したレーザ光をＬ、環境光をＳとする。この場合、回折格子によってビームスプリッタ４へ向けて回折されてしまうのは、レーザ光Ｌと、環境光Ｓのうちレーザ光Ｌと同じ波長であるＳAと、環境光ＳのうちＢの方向から入射したλ2の波長であるＳBと、環境光ＳのうちＣの方向から入射したλ3の波長であるＳCと、環境光ＳのうちＤの方向から入射したλ4の波長であるＳDと、環境光ＳのうちＥの方向から入射したλ5の波長であるＳEとなる。
　つまり、図３の場合、回折格子によって走査可能な範囲であるλ2、λ3、λ4、λ5の波長の光も回折格子によってビームスプリッタ４へ向けて回折されてしまうため、不要な環境光まで受光素子８へ向かって照射されてしまう。
　そこで、本実施例では、ＦＰフィルタ６によって、照射したレーザ光Ｌの波長以外の波長の光が通過しないように限定して、受光素子８が受光する光を制限している。このようにすることで、上記した図３、図４の例であれば、レーザ光Ｌの波長（λ1）と同じ波長以外の環境光について受光素子８に受光させるようにすることが可能となる。これは、レーザ光の波長がλ2やλ3等に変化した場合もＦＰフィルタ６が透過させる波長を変化させることで、同様にレーザ光Ｌの波長と同じ波長の光に限定して受光素子８に受光させるようにすることが可能となる。即ち、ＦＰフィルタ６は、透過させる光の波長を変化させることで、走査部５（第１光学素子）を介して受光素子８（受光部）へ向かう環境光の少なくとも一部を受光素子８（受光部）に受光させないようにしている。
　波長制御部９は、光源２に出射させる光の波長を決定したら、ＦＰフィルタ６に透過させる光の波長を、光源２に出射させる光の波長とするように変更する。その後、光源２から決定した波長でレーザ光を出射させる。光源２から出射したレーザ光は、レンズ３、ビームスプリッタ４を介して走査部５によって、波長に応じた方向に回折されて照射される。走査部５を介して照射されたレーザ光は対象物１００で反射され走査部５によってビームスプリッタ４へ向けて回折されて、ＦＰフィルタ６を透過して集光レンズ７によって受光素子８で受光される。このとき、ＦＰフィルタ６は、出射したレーザ光と同じ波長の光のみを透過するように設定されているので、出射したレーザ光の反射光と異なる波長の環境光はＦＰフィルタ６を透過できず受光素子８で受光されない。
　本実施例によれば、光学装置１は、レーザ光の波長を変化させることができる光源２と、レーザ光をその波長に応じて回折させることで所定の範囲を走査する走査部５と、レーザ光の波長を変化させることで、走査部５を介してレーザ光で所定の範囲を走査させる波長制御部９と、を有している。さらに、走査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８と、透過させる光の波長を変化させることで、走査部５を介して受光素子８へ向かう環境光の少なくとも一部を受光素子８に受光させないＦＰフィルタ６と、を有している。このようにすることにより、ＦＰフィルタ６により走査部５を介して受光素子８へ向かう環境光のうちレーザ光と異なる波長の環境光を受光素子８に受光させないようにすることができるので、反射光以外の波長の光の受光部における受光を抑制することができる。
　また、波長制御部９は、レーザ光の波長に応じて、ＦＰフィルタ６を透過する光の波長を制御している。このようにすることにより、ＦＰフィルタ６を光源２が出射するレーザ光の波長に応じて波長を変化させることが可能となる。そのため、ＦＰフィルタ６により走査部５を介して受光素子８へ向かう環境光のうちレーザ光と異なる波長の環境光を受光素子８に受光させないようにすることができる。
　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８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。
　次に、本発明の第２の実施例にかかる光学装置を図５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。
　本実施例にかかる光学装置１Ａは、図５に示したように、光源２と、レンズ３と、ビームスプリッタ４と、走査部５と、ＦＰフィルタ６と、集光レンズ７と、波長制御部９と、レンズ１０と、シリンドリカルレンズ１１と、ラインセンサ１２と、を備えている。
　光源２と、レンズ３と、ビームスプリッタ４と、走査部５と、ＦＰフィルタ６と、集光レンズ７と、波長制御部９と、は第１の実施例と同様である。
　レンズ１０及びシリンドリカルレンズ１１は、光源２から出射されたレーザ光を点状から強度分布が均一な線状の光（即ち、光束断面が帯状の光であるラインビーム）にしている。即ち、光源２とレンズ１０及びシリンドリカルレンズ１１で本実施例にかかる出射部を構成している。
　ラインセンサ１２は、ビームスプリッタ４で反射されるラインビームの伸長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。ラインセンサ１２の各受光素子は、受光した光の受光強度を出力する。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。
　本実施例の光学装置１Ａは、対象物１００上にラインビームを投射し、そのラインビームにより対象物１００が存在する領域を１軸方向に走査することで対象物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ている。また、ラインビームの反射光をラインセンサ１２で受光することにより、ラインビームの伸長方向上の各位置における受光強度を得ている。
　本実施例においても、ＦＰフィルタ６によって、ＦＰフィルタ６により走査部５を介して受光素子８へ向かう環境光のうちラインビームと異なる波長の環境光を受光素子８に受光させないようにすることができるので、レーザ光の反射光以外の波長の光の受光部における受光を抑制することができる。
　本実施例によれば、光源２、レンズ１０及びシリンドリカルレンズ１１は、光束断面が帯状であるレーザ光を出射している。このようにすることにより、走査部５が走査する方向と直交する方向にも同時に光を照射することができ、可動部を用いない構成とすることが可能となる。
　なお、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。
　　１、１Ａ　光学装置
　　２　　　　光源（出射部）
　　５　　　　走査部（第１光学素子）
　　６　　　　ＦＰフィルタ（第２光学素子）
　　８　　　　受光素子（受光部）
　　９　　　　波長制御部（第１制御手段、第２制御手段）
　　１０　　　レンズ（出射部）
　　１１　　　シリンドリカルレンズ（出射部）
　　１２　　　ラインセンサ（受光部）
　　１００　　対象物

Claims (3)

  1. 　出射部から照射された出射光を、その波長に応じた方向に導く第１光学素子と、
    　前記出射光の波長を変化させることで、前記第１光学素子を介して前記出射光で所定の範囲を走査させる第１制御手段と、
    　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と、
    　透過させる光の波長を変化させることで、前記第１光学素子を介して前記受光部へ向かう環境光の少なくとも一部を前記受光部に受光させない第２光学素子と、
    を有することを特徴とする光学装置。
  2. 　前記出射光の波長に応じて、前記第２光学素子を透過する光の波長を制御する第２制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
  3. 　請求項１または２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。
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