WO2019031328A1 - 光学装置 - Google Patents

光学装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2019031328A1
WO2019031328A1 PCT/JP2018/028799 JP2018028799W WO2019031328A1 WO 2019031328 A1 WO2019031328 A1 WO 2019031328A1 JP 2018028799 W JP2018028799 W JP 2018028799W WO 2019031328 A1 WO2019031328 A1 WO 2019031328A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
wavelength
fluctuation
emitted
emitted light
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/028799
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佐藤　充
孝典 落合
柳澤　琢麿
小笠原　昌和
亮 出田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Corp
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pioneer Corp filed Critical Pioneer Corp
Priority to EP18844273.5A priority Critical patent/EP3667360A4/en
Priority to US16/637,731 priority patent/US11703571B2/en
Priority to JP2019535136A priority patent/JPWO2019031328A1/ja
Publication of WO2019031328A1 publication Critical patent/WO2019031328A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to JP2022194873A priority patent/JP2023029347A/ja
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • 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
    • 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
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • 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
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • 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
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • 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
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • 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
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4972—Alignment of sensor
    • 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
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • 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
    • 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
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners

Definitions

  • the present invention relates to an optical device that receives reflected light obtained by reflecting emitted light from an object.
  • a band pass filter is used that transmits only light of the wavelength of the irradiated light.
  • the N ratio is improved (see, for example, Patent Document 1).
  • the band pass is made to follow the wavelength of the light emitted from the light emitting unit estimated from the temperature of the semiconductor laser element which is the light emitting element.
  • the central wavelength of light transmitted through the filter is adjusted.
  • the wavelength to be passed needs to have a certain width in consideration of the fluctuation of the light wavelength due to individual variation, and the environmental light separation accuracy is improved. There was a limit to
  • the optical path may fluctuate, and the scanning range of the emitted light may fluctuate depending on the optical element used for the optical system.
  • One of the problems to be solved by the present invention is the suppression of the fluctuation of the scanning range of light as described above.
  • the optical member for guiding the emitted light to the scanning means by guiding in the same direction, and the optical path change of the emitted light through the optical member caused by the change of the wavelength of the emitted light, the emitted light by the scanning means
  • control means for performing control so as to suppress the fluctuation of the scanning range.
  • FIG. 6 is an explanatory view in the case where there is wavelength fluctuation in the optical device shown in FIG. 1;
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of an operation of correcting the angle of the MEMS mirror in the optical device shown in FIG. 1;
  • An optical device includes an emitting unit that emits emitted light, a scanning unit that scans the emitted light toward a predetermined range, and guiding the emitted light in a direction according to a wavelength. And an optical member for guiding the emitted light to the scanning means. Furthermore, control means is provided which performs control so as to suppress the fluctuation of the scanning range of the outgoing light by the scanning means by the change of the optical path of the outgoing light through the optical member caused by the change of the wavelength of the outgoing light.
  • the control means suppresses the fluctuation of the scanning range of the outgoing light it can.
  • the scanning means is a swinging mirror
  • the control means may perform control so as to suppress the fluctuation of the scanning range of the outgoing light by changing the angle by the swing of the mirror. By doing this, by changing the angle of the mirror, it is possible to suppress the fluctuation of the scanning range of the outgoing light due to the change of the optical path of the outgoing light.
  • control means may perform control so as to suppress the fluctuation of the scanning range of the emitted light by controlling the timing of emitting the emitted light from the emitting unit. By thus changing the emission timing of the emitted light, it is possible to suppress the fluctuation of the scanning range of the emitted light due to the change in the optical path of the emitted light.
  • the light receiving unit has a light receiving unit that receives the reflected light that is emitted from the irradiation unit and reflected by the object, and the optical member guides the reflected light to the light receiving unit.
  • the optical path of the emitted light and the reflected light can be made the same by the optical member, and the reflected light can be guided to the light receiving portion. Therefore, even if there is a difference in the wavelength of the emitted light, the reflected light can be guided to the light receiving unit.
  • the control means performs control so as to suppress the variation of the scanning range of the emission light by the scanning means based on the temperature of the emission part detected by the temperature detection means. You may go. By doing this, it is possible to detect the fluctuation of the optical path due to the change of the wavelength of the emitted light which changes with the temperature of the emitting part, and to suppress the fluctuation of the scanning range of the emitted light.
  • control means changes the scanning range of the emitted light by the scanning means based on the fluctuation of the wavelength of the emitted light detected by the wavelength fluctuation detection means. Control may be performed to suppress. By doing this, it is possible to detect the optical path fluctuation due to the fluctuation of the wavelength of the emitted light and to suppress the fluctuation of the scanning range of the emitted light.
  • a distance measurement which comprises the optical device according to any one of claims 1 to 6 and measures a distance to an object based on a time taken from emission of emitted light to light reception of emitted light by the light receiving unit. It may be an apparatus. By doing this, in the distance measuring device, it is possible to suppress the fluctuation of the scanning range of the outgoing light and improve the distance measurement accuracy.
  • the optical device 1 includes the light source 2, the collimator lens 3, the beam splitter 4, the diffraction grating 5, the beam splitter 6, the MEMS mirror 7, and the light receiving / receiving lens
  • a condenser lens 9, a light receiving element 10, a condenser lens 11, a line sensor 12, and a MEMS control unit 13 are provided.
  • the light source 2 as the emitting unit is configured by, for example, a laser diode.
  • the light source 2 emits (emits) pulse-like laser light of a predetermined wavelength.
  • the collimating lens 3 converts the laser light emitted from the light source 2 into a parallel light flux.
  • the beam splitter 4 outputs the laser light collimated by the collimator lens 3 to the diffraction grating 5, and the reflected light of the laser light from the object 100 diffracted by the diffraction grating 5 and environmental light such as sunlight (sunlight (Including the light reflected by the object 100) toward the condenser lens 9).
  • the diffraction grating 5 as an optical member diffracts the laser beam incident through the beam splitter 4 to the beam splitter 6 at a diffraction angle corresponding to the wavelength component of the laser beam. Further, the reflected light of the laser light reflected by the beam splitter 6 and the environmental light are diffracted to the beam splitter 4 at a diffraction angle corresponding to the wavelength component of the reflected light and the environmental light.
  • the diffraction grating 5 guides the laser light (emitted light) emitted from the light source 2 (emitted part) in the direction of the angle according to the wavelength, and the reflected light and environment where the laser light (emitted light) is reflected by the object 100 The light is directed in the direction of angles depending on the wavelength of these lights.
  • the diffraction grating 5 is disposed in a common optical path of the optical path of the laser light and the optical path of the reflected light of the laser light and the environmental light. Since the optical path in which the reflected light enters the optical member and the optical path in which the emitted light is guided by the optical member are the same, the diffraction grating 5 guides the incident light in the direction according to the wavelength to emit light. And the reflected light to the light receiving unit.
  • a blazed diffraction grating having a sawtooth-like groove shape is used as the diffraction grating 5, in the present embodiment.
  • 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 beam splitter 6 reflects the laser beam emitted from the light source 2 and diffracted by the diffraction grating 5 to the MEMS mirror 7 and transmits a part of the laser beam to the condenser lens 11. In addition, the beam splitter 6 reflects, to the diffraction grating 5, reflected light or the like which is light obtained by the laser light projected by the MEMS mirror 7 being reflected by the object 100.
  • the MEMS mirror 7 as scanning means is guided to the beam splitter 6 by the diffraction grating 5 (optical member), and the laser light reflected by the beam splitter 6 is directed to the region where the object 100 is present in the horizontal and vertical directions Scan. Further, the MEMS mirror 7 reflects, to the beam splitter 6, the light reflected by the object 100 and incident through the light receiving and receiving lens 8.
  • the MEMS mirror 7 is a mirror configured by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and is driven (oscillated) by an actuator (not shown) integrally formed with the mirror. Also, the MEMS mirror 7 may be another beam deflection means such as a galvano mirror or a polygon mirror.
  • the light emitting and receiving lens 8 irradiates (projects) the laser light reflected by the MEMS mirror 7 to the area where the object 100 exists. Further, reflected light and environmental light, which are laser light reflected by the object 100, are incident (received) on the light emitting and receiving lens 8.
  • the condensing lens 9 is provided between the beam splitter 4 and the light receiving element 10, and condenses the reflected light of the laser light reflected by the beam splitter 4 and the environmental light on the light receiving element 10.
  • a light receiving element 10 as a light receiving unit receives reflected light of environmental light and laser light condensed by the condensing lens 9. That is, the light receiving element 10 receives the light guided by the diffraction grating 5.
  • the light receiving element 10 is configured of, for example, an avalanche photodiode (APD).
  • the light receiving element 10 outputs a signal according to the intensity (received light intensity) of the received light.
  • the condenser lens 11 is provided between the beam splitter 6 and the line sensor 12 and condenses a part of the laser light transmitted through the beam splitter 6 on the line sensor 12.
  • the line sensor 12 as a wavelength fluctuation detection means is a light receiving sensor in which a plurality of light receiving elements are arranged in a line along a direction in which light through the diffraction grating 5 is diffracted. That is, the light diffracted by the diffraction grating 5 is received by the light receiving element according to the wavelength.
  • Each light receiving element of the line sensor 12 outputs a signal according to the intensity (received light intensity) of the received light to the MEMS control means 13.
  • the line sensor 12 can be comprised by APD as a light receiving element, for example.
  • the condensing lens 11 and the line sensor 12 constitute a wavelength monitoring means 20.
  • the MEMS control means 13 detects a change in the wavelength of the laser beam emitted from the light source 2 based on the signal indicating the light reception intensity of each light receiving element detected by the line sensor 12, and controls the actuator of the MEMS mirror 7. The angle at which the laser light is reflected is adjusted.
  • the laser light emitted from the light source 2 is collimated by the collimator lens 3 and then enters the diffraction grating 5 through the beam splitter 4.
  • the diffraction grating 5 diffracts light in a predetermined direction which is uniquely determined by the incident angle of light, the wavelength, and the groove interval (see the time of light projection in FIG. 2).
  • the incident angle of light is ⁇ 1
  • the wavelength is ⁇ 0,
  • the groove interval is p
  • the diffraction angle ⁇ 2 is expressed by the following equation (1).
  • the laser light emitted from the light source 2 in a pulse shape and diffracted by the diffraction grating 5 passes through the beam splitter 6 and is reflected by the MEMS mirror 7, and is emitted toward the outside of the optical device 1 by the light receiving and receiving lens 8.
  • the angle of the MEMS mirror 7 at each timing of each irradiation it is possible to temporally change the position of the beam spot irradiated toward the region where the object 100 exists, in the horizontal direction and A vertical scan is performed.
  • the laser beam reflected (scattered) by the object 100 is received by the light emitting / receiving lens 8, follows the optical path reverse to that at the time of light projection, is reflected by the MEMS mirror 7, passes through the beam splitter 6, and passes through the diffraction grating 5. It is incident on.
  • the diffraction angle becomes ⁇ 1 (see the time of light reception in FIG. 2).
  • the reflected light of the laser beam reflected by the beam splitter 4 is condensed to the light receiving element 10 by the condensing lens 9.
  • the light incident on the light receiving / receiving lens 8 is not only the reflected light of the projected laser light, but also all light for illuminating the object 100 such as sunlight or the light of a street lamp, or the light reflected by the object 100 Is also included.
  • the ambient light also passes through the light emitting and receiving lens 8 and enters the diffraction grating 5 through the MEMS mirror 7. Since the diffraction grating 5 differs in the direction of diffraction depending on the wavelength of light, the light receiving element 10 receives only the same wavelength component as the light source 2 among the light contained in the reflected light of the laser light and the environmental light (FIG. 3) wavelength lambda 0) of light of the reflected light is different from the wavelength of the laser light in the ambient light is not received by the light receiving element 10 (wavelength lambda 1 of FIG. 3, the wavelength lambda 2).
  • the solid line in FIG. 4 is an example of the optical path before the wavelength change of the light source 2 in the optical device 1, and the broken line is an example of the optical path in the case of the wavelength change.
  • the laser light emitted from the light source 2 and incident on the diffraction grating 5 is diffracted at a small diffraction angle or a large diffraction angle with respect to that before wavelength fluctuation and proceeds as shown by a broken line. Therefore, as shown in FIG. 4, the scanning range of the laser beam is changed by the change of the diffraction angle.
  • the reflected light of the laser light reflected by the object 100 returns the light path again along the broken line and enters the diffraction grating 5.
  • the incident angle to the diffraction grating 5 at this time is equal to the diffraction angle at the time of emission
  • the reflected light of the laser light diffracted by the diffraction grating 5 travels along the same optical path as at the time of emission and reaches the beam splitter 4.
  • the light is collected on the light receiving element 10 by the light lens 9.
  • the optical path from the diffraction grating 5 to the light receiving element 10 is completely the same before and after the wavelength change, even if the laser light has a wavelength change due to the temperature change of the light source 2, a single light receiving element It can be received at 10.
  • the reflected light of the laser light that has entered the optical device 1 enters the diffraction grating 5 at the same angle as the diffraction angle of the diffraction grating 5 of the laser light (emission light), and the laser light (emission light) enters the diffraction grating 5 It is guided to the beam splitter 4 by the diffraction grating 5 at the same angle as the incident angle of incidence.
  • the wavelength of the laser light emitted from the light source 2 changes, so that the diffraction angle of the diffraction grating 5 changes.
  • the direction in which the light is irradiated changes, and the light projection position on the object 100 shifts. Therefore, in the present embodiment, the change of the diffraction angle of the diffraction grating 5 is detected by detecting the change of the light receiving element that receives the laser light in the line sensor 12.
  • the diffraction angle changes with the wavelength as described above. Therefore, by detecting the change of the light receiving element of the line sensor 12 that receives the emitted light, it is possible to detect the wavelength fluctuation of the laser light. Then, the swing angle of the MEMS mirror 7 is changed according to the detected wavelength variation.
  • FIG. 5 shows an example in which the MEMS mirror 7 is controlled by the MEMS control means 13.
  • the solid line is the optical path at the wavelength before fluctuation
  • the broken line is the optical path at the wavelength after fluctuation.
  • the MEMS control unit 13 determines that the wavelength of the laser light has fluctuated due to the change of the light receiving element having the largest light reception intensity output from the line sensor 12. Then, in the case of FIG. 5, the MEMS control unit 13 controls the actuator of the MEMS mirror 7 so as to change the swing angle of the MEMS mirror 7 according to the change of the diffraction angle in the diffraction grating 5. Changes the irradiation angle of the laser light. Thus, control is performed so as to suppress the fluctuation of the scanning range of the laser light by the MEMS mirror 7.
  • the relationship between the wavelength and the diffraction angle is determined by the above equation (1). Then, if the size of each light receiving element of the line sensor 12 is known in advance, which light receiving element of the line sensor 12 receives the laser light can be determined from the diffraction angle of the diffraction grating 5. Therefore, the correction control of the angle of the MEMS mirror 7 as described above can be performed by setting the relationship between the variation amount of the wavelength and the rotation angle of the MEMS mirror 7 in advance in the MEMS control means 13 using a table or an equation.
  • the optical device 1 guides the laser light in the direction according to the wavelength, by using the light source 2 for emitting the laser light, the MEMS mirror 7 for scanning the laser light toward the predetermined range, and And a diffraction grating 5 for guiding the laser light to the MEMS mirror 7. Furthermore, it has MEMS control means 13 that performs control so as to suppress the fluctuation of the scanning range of the laser light by the MEMS mirror 7 by the optical path change of the laser light through the diffraction grating 5 generated by the change of the wavelength of the laser light. There is.
  • the MEMS control means 13 can suppress the fluctuation of the scanning range of the laser light.
  • the MEMS control means 13 performs control so as to suppress the fluctuation of the scanning range of the laser light by changing the angle due to the oscillation of the MEMS mirror 7. By doing this, by changing the angle of the MEMS mirror 7, it is possible to suppress the fluctuation of the scanning range of the laser light due to the change of the optical path of the laser light.
  • the light receiving element 10 receives the light reflected from the object 100 by the laser beam emitted from the MEMS mirror 7, and the diffraction grating 5 guides the reflected light of the laser light to the light receiving element 10. .
  • the optical path of the laser beam and the reflected beam of the laser beam can be made the same by the optical member, and the reflected beam of the laser beam can be guided to the light receiving element 10. Therefore, even if there is a difference in the wavelength of the laser light, the reflected light of the laser light can be guided to the light receiving element 10.
  • the MEMS control means 13 has a line sensor 12 for detecting fluctuation of the wavelength of the laser light, and the MEMS control means 13 fluctuates the scanning range of the laser light by the MEMS mirror 7 based on the fluctuation of the wavelength of the laser light detected by the line sensor 12 Control may be performed to suppress the By doing this, it is possible to detect the fluctuation of the optical path due to the fluctuation of the wavelength of the laser light and to suppress the fluctuation of the scanning range of the laser light.
  • 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 10 as reflected light reflected by the object 100. The distance from the optical device to the object 100 can be measured.
  • FIGS. 6 and 7 An optical apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
  • the same parts as those of the first embodiment described above are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the optical device 1A includes the light source 2, the collimator lens 3, the beam splitter 4, the diffraction grating 5, the beam splitter 6, the MEMS mirror 7, and the light receiving and receiving lens
  • a condenser lens 9, a light receiving element 10, a condenser lens 11, a line sensor 12, and an emission control unit 14 are provided.
  • an emission control means 14 is provided in place of the MEMS control means 13 shown in FIG. 1, in place of the MEMS control means 13 shown in FIG. 1, an emission control means 14 is provided.
  • the emission control means 14 as a control means detects a change in the wavelength of the laser light emitted from the light source 2 based on the signal indicating the light reception intensity of each light receiving element detected by the line sensor 12, and the laser from the light source 2 Change the timing of light emission.
  • the diffraction angle at the diffraction grating 5 is changed, and the optical path of the laser beam is changed.
  • the wavelength fluctuation of the laser light is detected, and the timing of emission of the laser light from the light source 2 is changed.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between time and angle of the MEMS mirror 7.
  • FIG. 7 shows the case where the angle of the MEMS mirror 7 linearly increases in time.
  • 2 is the projection angle of the laser beam theta by MEMS mirror 7 at time t 2 after the time t 1
  • the time t 2 projection angle of the laser beam by the MEMS mirror 7 is assumed to be theta 3 at time t 3 (see FIG. 7 left).
  • the relationship between time and the projection angle is as shown by the broken line in the right of FIG.
  • the range scanned by the laser light changes.
  • the emission timing of the laser light is delayed by ⁇ t from time t 1 , t 2 and t 3 respectively as shown in the right diagram of FIG. The timing needs to be time t 1 ', t 2 ', t 3 '.
  • the magnitude of ⁇ t can be calculated from the rotation (swing) speed of the mirror in the MEMS mirror 7 and the magnitude of ⁇ . Further, whether to advance or delay the timing of emitting the pulse light can be determined by the rotation direction of the MEMS mirror 7 and the sign of ⁇ .
  • the sign of ⁇ indicates whether the wavelength of the light source 2 has fluctuated to the short wavelength side or the long wavelength side with respect to that before the fluctuation, and specifically, the diffraction angle of the diffraction grating 5 has changed Indicates whether the angle has increased or decreased. This sign is, for example, "+" when the diffraction angle increases, and "-" when the diffraction angle decreases.
  • the emission control means 14 determines that the wavelength of the laser light has fluctuated when detecting that the light receiving element that has received the laser light has changed based on the light receiving intensity output from the line sensor 12.
  • the emission control means 14 calculates the above-mentioned ⁇ and the sign from the change of the light receiving element, calculates ⁇ t from the calculated ⁇ to determine the timing after correction, and emits the pulse light to the light source 2 at that timing. Let In this manner, it is possible to suppress the fluctuation of the scanning range of the laser beam due to the change of the optical path of the laser beam.
  • the emission control means 14 performs control to suppress the fluctuation of the scanning range of the laser beam by controlling the timing of emitting the laser beam from the light source 2. In this way, by changing the emission timing of the laser light, it is possible to suppress the fluctuation of the scanning range of the emitted light due to the change in the optical path of the laser light.
  • FIGS. 8 to 10 An optical apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 10.
  • the same parts as those in the first and second embodiments described above are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the optical device 1B includes the light source 2, the collimator lens 3, the beam splitter 4, the diffraction grating 5, the beam splitter 6, the MEMS mirror 7, and the light receiving and receiving lens
  • a condenser lens 9, a light receiving element 10, a two-divided PD 15, a MEMS control unit 13, and an emission control unit 14 are provided.
  • a wavelength monitoring means 20A composed of a two-split PD 15 is provided in place of the wavelength monitoring means 20 composed of the condenser lens 11 and the line sensor 12.
  • FIG. 15 A schematic configuration of the two-split PD 15 is shown in FIG.
  • the two-divided PD is a light receiving element divided into two, a photodiode (PD) 15a and a PD 15b, as shown in FIG.
  • the PD 15 a and the PD 15 b are divided in a direction perpendicular (orthogonal) to the diffraction direction.
  • the two-split PD 15 shown in FIG. 9 uniformly receives the laser light emitted from the light source 2 by the PD 15a and PD 15b as shown in the left diagram of FIG.
  • the laser light emitted from the light source 2 is biased and received by the PD 15a as shown in FIG.
  • the laser light emitted from the light source 2 is biased and received by the PD 15b as shown in the right side of FIG.
  • AB is a difference value between the output signal of the PD 15a and the output signal of the PD 15b.
  • the variation of the wavelength is calculated from the difference value between the output signals of the two PDs of the two-divided PD 15 by having the MEMS control unit 13 and the emission control unit 14 using the graph as shown in FIG. Can. Therefore, the angle of the MEMS mirror 7 can be controlled based on the calculated fluctuation amount, and the emission timing of the light source 2 can be controlled.
  • both the MEMS control means 13 and the emission control means 14 are provided. However, as shown in the first and second embodiments, only one of them is used. It is also good. Of course, the first embodiment may include both the MEMS control means 13 and the emission control means 14.
  • the control by the emission control means 14 is suitable when the emitted light is pulse light
  • the control by the MEMS control means 13 is necessary in the case of continuous light instead of intermittently emitted light such as pulse light is there.
  • the emission light due to the optical path change of the laser light in any of the pulse light and the continuous light It is possible to suppress the fluctuation of the scanning range of
  • the MEMS control means 13 and the emission control means 14 suppress the fluctuation of the scanning range of the emitted light due to the change of the optical path of the laser light by the wavelength fluctuation detection means such as the line sensor 12 and the two-split PD 15 or the like.
  • a temperature sensor is provided as a temperature detection means for detecting the temperature of the light source 2 though the MEMS control means 13 and the emission control means 14 control the temperature of the light source 2 based on the detection result of the temperature sensor. Control may be performed to suppress variations in the scanning range. It is known that the wavelength of the light source 2 varies with temperature. Therefore, when the temperature of the light source 2 fluctuates, the wavelength of the laser light may fluctuate, and the scanning range of the emitted light may fluctuate.
  • the temperature detected by the temperature sensor can be obtained by the MEMS control unit 13 and the emission control unit 14 having the relationship as a table or equation. It is possible to control so as to suppress the fluctuation of the scanning range of the outgoing light due to the change of the optical path of the laser light.
  • 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.
  • Optical device 2 Light source (emission part) 5 Diffraction grating (optical member) 7 MEMS mirror (irradiation means) 10 light receiving element (light receiving unit) 11 condenser lens 12 line sensor (wavelength fluctuation detection means) 13 MEMS control means (control means) 14 Emission control means (control means) 15 Two-split PD (wavelength fluctuation detection means) 100 objects

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

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。

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、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）。
　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。
特開２００７‐８５８３２号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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動作を示した説明図である。 環境光が入射した場合の説明図である。 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。 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。 ＭＥＭＳミラーの時間と投光角度との関係を示した図である。 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。 二分割ＰＤの説明図である。 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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　　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

Claims (7)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
PCT/JP2018/028799 2017-08-07 2018-08-01 光学装置 Ceased WO2019031328A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18844273.5A EP3667360A4 (en) 2017-08-07 2018-08-01 OPTICAL DEVICE
US16/637,731 US11703571B2 (en) 2017-08-07 2018-08-01 Optical device
JP2019535136A JPWO2019031328A1 (ja) 2017-08-07 2018-08-01 光学装置
JP2022194873A JP2023029347A (ja) 2017-08-07 2022-12-06 光学装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017152325 2017-08-07
JP2017-152325 2017-08-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019031328A1 true WO2019031328A1 (ja) 2019-02-14

Family

ID=65272076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/028799 Ceased WO2019031328A1 (ja) 2017-08-07 2018-08-01 光学装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11703571B2 (ja)
EP (1) EP3667360A4 (ja)
JP (2) JPWO2019031328A1 (ja)
WO (1) WO2019031328A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112180584A (zh) * 2019-07-01 2021-01-05 三美电机株式会社 光扫描装置及其控制方法
WO2021168832A1 (zh) * 2020-02-28 2021-09-02 华为技术有限公司 一种激光探测系统及车辆
TWI789666B (zh) * 2020-12-28 2023-01-11 國家中山科學研究院 溫度監控裝置
JP2024099037A (ja) * 2019-08-09 2024-07-24 パイオニア株式会社 投受光装置、測距装置及び回動体装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018105332A1 (ja) * 2016-12-06 2018-06-14 パイオニア株式会社 検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05289017A (ja) * 1992-04-09 1993-11-05 Fujitsu Ltd 光走査装置
JP2000214406A (ja) * 1999-01-26 2000-08-04 Asahi Optical Co Ltd 走査光学装置
JP2004287293A (ja) * 2003-03-24 2004-10-14 Fuji Xerox Co Ltd 光走査装置
JP2007085832A (ja) 2005-09-21 2007-04-05 Omron Corp 光学式レーダ装置
JP2008191099A (ja) * 2007-02-07 2008-08-21 Olympus Imaging Corp 投光装置
JP2009047744A (ja) * 2007-08-13 2009-03-05 Ricoh Co Ltd 光学系、光源装置、光走査装置、画像形成装置
JP2011112585A (ja) * 2009-11-30 2011-06-09 Nippon Signal Co Ltd:The 光測距装置
JP2013011657A (ja) * 2011-06-28 2013-01-17 Canon Inc 画像形成装置
JP2014232252A (ja) * 2013-05-30 2014-12-11 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 光学走査装置及びそれを備えた画像形成装置
JP2016217971A (ja) * 2015-05-25 2016-12-22 富士通株式会社 レーザ測距装置
WO2017104613A1 (ja) * 2015-12-18 2017-06-22 株式会社リコー 光偏向装置とヘッドアップディスプレイ装置と光書込みユニットと画像形成装置と物体認識装置
WO2017122440A1 (ja) * 2016-01-14 2017-07-20 株式会社デンソー 光走査装置

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5289017A (en) 1976-01-20 1977-07-26 Nec Corp Device for multi input seqential layout
JPS62103587A (ja) * 1985-10-30 1987-05-14 Nec Corp レ−ザレ−ダ装置
JPH03179313A (ja) * 1989-12-07 1991-08-05 Sharp Corp 光走査装置
JPH05133716A (ja) * 1991-11-13 1993-05-28 Canon Inc 双方向空間光通信装置
JPH07220988A (ja) * 1994-01-27 1995-08-18 Canon Inc 投影露光方法及び装置及びこれを用いたデバイス製造方法
US5859715A (en) * 1996-07-19 1999-01-12 Eastman Kodak Company Diffractive laser scanner
DE10038527A1 (de) * 2000-08-08 2002-02-21 Zeiss Carl Jena Gmbh Anordnung zur Erhöhung der Tiefendiskriminierung optisch abbildender Systeme
FR2817339B1 (fr) * 2000-11-24 2004-05-14 Mensi Dispositif de relevement tridimensionnel d'une scene a emission laser
JP2002190642A (ja) * 2000-12-21 2002-07-05 Ando Electric Co Ltd 波長可変光源
JP2003337217A (ja) * 2002-05-20 2003-11-28 Sony Corp 光学フィルター及び画像表示装置
KR100754623B1 (ko) * 2006-02-01 2007-09-05 삼성전자주식회사 영상 스캔 장치
US20070187580A1 (en) * 2006-02-14 2007-08-16 Microvision, Inc. Photoluminescent light sources, and scanned beam systems and methods of using same
JP2010277029A (ja) * 2009-06-01 2010-12-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光波長選択デバイス及びその光路補正方法
JP2011085559A (ja) * 2009-10-19 2011-04-28 Sanyo Electric Co Ltd ビーム照射装置
JP5617550B2 (ja) * 2010-11-12 2014-11-05 富士通株式会社 光伝送装置、光伝送システム及び光伝送方法
JP5121916B2 (ja) * 2010-12-15 2013-01-16 サンテック株式会社 光可変フィルタアレイ装置の校正方法
US8699024B2 (en) * 2011-08-23 2014-04-15 Jds Uniphase Corporation Tunable optical filter and spectrometer
US9182278B2 (en) 2013-03-14 2015-11-10 Sciaps, Inc. Wide spectral range spectrometer
US20160291137A1 (en) 2013-12-10 2016-10-06 Mitsubishi Electric Corporation Laser radar device
CN106605163A (zh) * 2014-09-05 2017-04-26 船井电机株式会社 激光光学装置和图像投影装置
JP6409511B2 (ja) * 2014-11-04 2018-10-24 日本精機株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
JP6534854B2 (ja) * 2015-04-27 2019-06-26 オリンパス株式会社 レーザ走査型顕微鏡
JP6539508B2 (ja) 2015-06-12 2019-07-03 オリンパス株式会社 顕微鏡システム
JP6597150B2 (ja) 2015-10-09 2019-10-30 富士通株式会社 距離測定装置、距離測定方法、距離測定プログラムおよびテーブルの作成方法
JP2017161292A (ja) * 2016-03-08 2017-09-14 富士通株式会社 光測距システムおよび光測距方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05289017A (ja) * 1992-04-09 1993-11-05 Fujitsu Ltd 光走査装置
JP2000214406A (ja) * 1999-01-26 2000-08-04 Asahi Optical Co Ltd 走査光学装置
JP2004287293A (ja) * 2003-03-24 2004-10-14 Fuji Xerox Co Ltd 光走査装置
JP2007085832A (ja) 2005-09-21 2007-04-05 Omron Corp 光学式レーダ装置
JP2008191099A (ja) * 2007-02-07 2008-08-21 Olympus Imaging Corp 投光装置
JP2009047744A (ja) * 2007-08-13 2009-03-05 Ricoh Co Ltd 光学系、光源装置、光走査装置、画像形成装置
JP2011112585A (ja) * 2009-11-30 2011-06-09 Nippon Signal Co Ltd:The 光測距装置
JP2013011657A (ja) * 2011-06-28 2013-01-17 Canon Inc 画像形成装置
JP2014232252A (ja) * 2013-05-30 2014-12-11 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 光学走査装置及びそれを備えた画像形成装置
JP2016217971A (ja) * 2015-05-25 2016-12-22 富士通株式会社 レーザ測距装置
WO2017104613A1 (ja) * 2015-12-18 2017-06-22 株式会社リコー 光偏向装置とヘッドアップディスプレイ装置と光書込みユニットと画像形成装置と物体認識装置
WO2017122440A1 (ja) * 2016-01-14 2017-07-20 株式会社デンソー 光走査装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112180584A (zh) * 2019-07-01 2021-01-05 三美电机株式会社 光扫描装置及其控制方法
CN112180584B (zh) * 2019-07-01 2024-08-09 三美电机株式会社 光扫描装置及其控制方法
JP2024099037A (ja) * 2019-08-09 2024-07-24 パイオニア株式会社 投受光装置、測距装置及び回動体装置
WO2021168832A1 (zh) * 2020-02-28 2021-09-02 华为技术有限公司 一种激光探测系统及车辆
CN115136025A (zh) * 2020-02-28 2022-09-30 华为技术有限公司 一种激光探测系统及车辆
EP4113162A4 (en) * 2020-02-28 2023-04-26 Huawei Technologies Co., Ltd. LASER DETECTION SYSTEM AND VEHICLE
TWI789666B (zh) * 2020-12-28 2023-01-11 國家中山科學研究院 溫度監控裝置

Also Published As

Publication number Publication date
US11703571B2 (en) 2023-07-18
EP3667360A4 (en) 2021-04-07
JP2023029347A (ja) 2023-03-03
EP3667360A1 (en) 2020-06-17
US20200182980A1 (en) 2020-06-11
JPWO2019031328A1 (ja) 2020-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12038304B2 (en) Optical device
JP2023029347A (ja) 光学装置
JP6111617B2 (ja) レーザレーダ装置
US20140285817A1 (en) Limited reflection type photoelectric sensor
JP6186913B2 (ja) 計測装置
JP7117437B2 (ja) 光学装置
EP3081898A1 (en) Displacement sensor
JP2003232989A (ja) 顕微鏡ベースのシステムに対するオートフォーカスモジュール、オートフォーカスモジュールを有する顕微鏡システム、および顕微鏡ベースのシステムに対する自動焦点合わせ方法
JP2020067383A5 (ja)
US9945656B2 (en) Multi-function spectroscopic device
WO2019031327A1 (ja) 光学装置
JP6876811B2 (ja) 光学装置
WO2019031403A1 (ja) 光学装置
JP2020046341A (ja) 投光装置、投受光装置及び測距装置
WO2019017245A1 (ja) 光学装置
CN115280164B (zh) 用于确定产品的速度和/或长度的设备
JP2007064803A (ja) レーザーレーダー装置
US11372109B1 (en) Lidar with non-circular spatial filtering
JP7432989B2 (ja) 投光装置、投受光装置及び測距装置
JP2023101803A (ja) 走査装置及び測距装置
WO2025105270A1 (ja) 電磁波照射装置
WO2025105268A1 (ja) 電磁波照射装置
WO2025105269A1 (ja) 電磁波照射装置
JP2020067310A (ja) 投受光装置及び測距装置
JP2007127539A (ja) エンコーダ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18844273

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019535136

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018844273

Country of ref document: EP

Effective date: 20200309