JP2005101308A

JP2005101308A - レーザ光送受光装置

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Publication number: JP2005101308A
Application number: JP2003333529A
Authority: JP
Inventors: Noboru Koizumi; 昇小泉; Hideo Kanda; 秀雄神田; Kazuo Makimura; 和雄牧村; Yoshiyuki Ikemoto; 善行池本
Original assignee: Fujinon Corp; Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp; Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: JP4414183B2

Abstract

【目的】列状アレイレーザ光源からのレーザ光を、その拡散を抑制するとともに、光路分離部材からレーザ光射出窓部までのビーム径を細くすることで、物体からの戻り光の光強度を確保しつつ、Ｓ／Ｎ比を向上させる。
【解決手段】レーザ光送出用レンズ部１６は、光源部３から射出されたレーザ光をコリメートするとともに、光束径を絞った状態でスキャンミラーに照射せしめるものであり、光源部３側から順に、正のパワーを有するコリメートレンズ部５２、光源部３を構成する半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に正の屈折力を有する第１シリンドリカルレンズ５３、上記接合面に対して直交方向に負の屈折力を有する第２シリンドリカルレンズ５４、上記接合面に平行な方向に正の屈折力を有する第３シリンドリカルレンズ５５を配列してなる。２つのシリンドリカルレンズ５３、５４は、ビームエクスパンダ部を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、所定の空間内に存在する物体の位置や大きさ等を検出する自動監視装置等に用いられるレーザ光送受光装置に関するものである。

従来、例えば、監視対象となる空間内に侵入した物体等を特定するために、上記空間内を多次元的に走査するようにレーザ光を照射し、上記物体からの戻り光の情報に基づき物体の位置や大きさを検出できるように構成された自動監視装置が知られている（下記特許文献１参照）。このような自動監視装置は、光源部から射出されたレーザ光を送出するレーザ光送出用光学系、上記空間内を多次元的に走査するように反射させるスキャンミラー、上記物体からの戻り光を受光する受光素子、さらには上記戻り光を受光素子の受光面上に集光させるための集光レンズ等により構成されるレーザ光送受光装置を備えている。

このような装置の１タイプとして、「同軸系タイプ」と称されるものが知られている。この「同軸系タイプ」は、光源部から射出されたレーザ光が光源部からスキャンミラーを経て上記空間内に照射されるまでの光路と、空間内の物体から反射されたレーザ光が物体から受光素子に至るまでの光路とが途中まで互いに重なっているタイプである。

しかし、この「同軸系タイプ」では、光路上に配されたハーフミラーやスキャンミラーの界面等で発生した散乱光が受光素子に導かれる虞があるため、本願出願人は、このような問題を解決したレーザ光送受光装置を案出し、既に開示している（下記特許文献２）。すなわち、この特許文献２に開示されたものは、光源部からのレーザ光の光路から戻り光の光路を分離する光路分離部材として、有孔反射ミラーもしくは微小反射ミラーを用いている。このため、それまでの従来技術のように光路分離部材としてハーフミラーを用いた際に生じる問題、すなわち、光源部からのレーザ光がハーフミラーを透過する際にハーフミラーの界面において散乱光が発生し、この散乱光が集光レンズを経て受光素子に入るという問題の発生を未然に防止することができ、また、これによりＳ／Ｎ比をさらに向上させることが可能である。

特開２０００−１４９１５４号公報特願２００２−３２４１４３号明細書

ところで、上述したような自動監視装置の光学系では、コンパクトで安価な構成とするため、通常、光源としては半導体レーザ光源が用いられている。一般的な半導体レーザ光源はシングルストライプで、その発光面は１μｍ×３μｍ程度の大きさを有し、１点からの発光とされている。このため、レーザ光送出用光学系には複数枚の球面レンズや、非球面単レンズ等の比較的単純な構成のものが用いられている。

しかし、シングルストライプの半導体レーザ光源の出力はせいぜい６Ｗ程度であり、さらに高出力を必要とするときには多数の発光点を一列（もしくは複数列）に配設してなるレーザ光源、例えば上記シングルストライプのものを一列（もしくは複数列）に配設してなるアレイ構造のレーザ光源とする必要がある。このようなレーザ光源の発光面のサイズは、例えば１μｍ×１５０μｍ程度とライン形状となる。また、発光面の長径方向と短径方向のビーム拡がり角（全角）が前者では10度程度、後者では30度程度と大きく異なる。このため、レーザ光送出用光学系として、上述したような複数枚の球面レンズや非球面単レンズ等の単純なレンズ構成を用いると、特に遠方の物体に照射すべき状況では、レーザ光が拡散してしまい、いかに高出力にしようと物体からの戻り光が微弱となって、検出精度を良好なものとすることができないという問題があった。

すなわち、上述したような自動監視装置においては、使用されるスキャンミラーの反射面の面積が小さく、また、光源部から空間内の物体までの距離は長いため、物体から反射されたレーザ光の光強度は、通常、光源部から射出されたレベルの数千万分の１以下のレベルまで減衰しており、検出精度を良好とするためには、いかにレーザ光を拡散させることなく遠方の物体に照射するかが問題となる。

さらに、上述したような自動監視装置においては、有効な信号光が微弱であるため、ノイズ対策が重要となる。ノイズ対策としては、上述した光路分離部材から、空間に向けてレーザ光が射出される窓部の透明カバーまでの間のビーム径を細くしておくことが重要である。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、発光点が列状に配された半導体レーザ光源からのレーザ光を、その拡散を抑制しつつ遠方の物体に照射し得るとともに、光路分離部材からレーザ光射出窓部までのビーム径を細くしてＳ／Ｎ比を向上させ得るレーザ光送受光装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明のレーザ送受光装置は、発光点が、少なくとも１つの列状に配された半導体レーザ光源と、この半導体レーザ光源から射出されたレーザ光をコリメートするとともに、光束径を絞った状態で所定の光学部材に照射せしめるレーザ光送出用光学系と、このレーザ光送出用光学系から該所定の光学部材への送出光束の光路と、該所定の光学部材からの戻り光束の光路を互いに分離する光路分離部材を備え、
前記レーザ光送出用光学系は、半導体レーザ光源側から順に、正のパワーを有するコリメートレンズ部、前記半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に正の屈折力を有する第１シリンドリカルレンズと前記半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に屈折力を有する第２シリンドリカルレンズからなるビームエクスパンダ部、およびスリット部を配列するとともに、前記第１シリンドリカルレンズと前記第２シリンドリカルレンズの間、または前記第２シリンドリカルレンズと前記スリット部の間に、前記半導体レーザ光源の接合面に対して平行方向に正の屈折力を有する第３シリンドリカルレンズを配置してなり、
前記コリメートレンズ部の後側焦点位置と前記第３シリンドリカルレンズの前側焦点位置を略一致させるように配置してなることを特徴とするものである。

また、本発明のレーザ送受光装置は、発光点が、少なくとも１つの列状に配された半導体レーザ光源と、この半導体レーザ光源から射出されたレーザ光をコリメートするとともに、光束径を絞った状態で所定の光学部材に照射せしめるレーザ光送出用光学系と、このレーザ光送出用光学系から該所定の光学部材への送出光束の光路と、該所定の光学部材からの戻り光束の光路を互いに分離する光路分離部材を備え、
前記レーザ光送出用光学系は、前記半導体レーザ光源側から順に、正のパワーを有するコリメートレンズ部、前記半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に正の屈折力を有する第１シリンドリカルレンズと前記半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に屈折力を有する第２シリンドリカルレンズからなるビームエクスパンダ部、および該第２シリンドリカルレンズからの出力光を通過せしめるスリット部を配列されてなることを特徴とするものである。

さらに、前記所定の光学部材が、前記レーザ光送出用光学系からのレーザ光を所定の空間に向け該空間内を多次元的に走査するように反射させるスキャンミラーであり、前記空間内の物体から反射して前記スキャンミラーに戻り、該スキャンミラーによって前記レーザ光の光路を逆進するように反射された戻り光を、
前記光路分離部材によって該レーザ光の光路とは外れた方向へ出力せしめて受光素子により受光させ、前記戻り光に担持された情報に基づき前記物体を認識するように構成することが可能である。

ここで、上記第２シリンドリカルレンズの屈折力は、正負のいずれであってもよく、第１シリンドリカルレンズと組み合わせられて、上記接合面に対して直交方向にビーム径を縮小するビームエクスパンダを形成し得るものであればよい。

また、上記コリメートレンズ部と上記第１シリンドリカルレンズを一体に形成し、１つのレンズで両者の機能を融合させて持たすように構成することも可能であり、この場合にはレンズの少なくとも一方の面形状を、光軸に対して回転非対称な自由曲面とすることが有効である。
また、上記第２シリンドリカルレンズと上記第３シリンドリカルレンズを一体化する構成も可能であり、この場合にもレンズの少なくとも一方の面形状を、光軸に対して回転非対称な自由曲面とすることが有効である。

本発明のレーザ光送受光装置によれば、レーザ光出力用レンズ系として、半導体レーザ光源側から順に、正のパワーを有するコリメートレンズ部、前記半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に正の屈折力を有する第１シリンドリカルレンズと前記半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に屈折力を有する第２シリンドリカルレンズからなるビームエクスパンダ部を配設し、さらにこのスキャンミラー側にスリット部を配設することにより、各レーザ光を細い平行光の状態として出力することができる。

これにより、例えば自動監視装置等に搭載した場合、スキャンミラーに至るまで各レーザ光を細いビーム状態とすることができ、またスキャンミラーにより投影空間に照射されたレーザ光は大きく拡散されることなく物体に照射されるので、ノイズの低減を図ることができるとともに、この物体からの戻り光の光強度を増大させることができる。

また、第１シリンドリカルレンズと第２シリンドリカルレンズの間、または第２シリンドリカルレンズとスリット部の間に、半導体レーザ光源の接合面に対して平行方向に正の屈折力を有する第３シリンドリカルレンズを配置して、この方向における、上記コリメートレンズ部の後側焦点位置と第３シリンドリカルレンズの前側焦点位置を略一致させるように配置することで、上記接合面に対して平行方向において、各発光点からのレーザ光を互いに略平行とすることができるので、各レーザ光の拡散をさらに抑制することができ、物体からの戻り光を検出するのに十分な光強度を有するものとすることができる。

以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態に係るレーザ光送受光装置について説明する。なお、このレーザ光送受光装置について詳しい説明をする前に、このレーザ光送受光装置の適用例として、このレーザ光送受光装置を搭載した、任意の物体を識別する自動監視装置について説明する。各添付図においては、説明を分かりやすくするために、構成部品間の距離や個々の大きさ等を適宜変更して示してある。

＜自動監視装置の構成＞
まず、本発明の実施形態に係るレーザ光送受光装置を搭載した自動監視装置について、図４に基づき簡単に説明する。図４は、本発明の実施形態に係るレーザ光送受光装置を搭載した自動監視装置の構成図である。

図４に示す自動監視装置１は、空間Ｒ内に物体が存在するか否かを監視するためのものであり、発光点が、少なくとも１つの列状に配された半導体レーザ光源からなる光源部３と、この光源部３から射出されたレーザ光をコリメートするとともに、光束径を絞った状態で出力するレーザ光送出用レンズ部１６を含み、該レーザ光送出用レンズ部１６から出力されたレーザ光Ｂ_１を空間Ｒに向けスキャン照射すると共に、空間Ｒ内の物体Ｍから反射したレーザ光（戻り光）Ｂ_２を受光素子５に集光させるためのレーザ光送受光装置１０Ａと、後述する種々の制御や演算処理等を行なうコントロール部２０とを備えてなる。

上記レーザ光送受光装置１０Ａは、詳しくは後述するが、レーザ光送出用レンズ部１６からのレーザ光Ｂ_１を、ガルバノミラー等（半導体共振ミラー、例えば、日本信号株式会社製のECO SCAN（登録商標））で構成されるスキャンミラー１１により、上記空間Ｒ内を多次元的に走査するように該空間Ｒに向けて照射すると共に、物体Ｍからの戻り光Ｂ_２をスキャンミラー１１、有孔反射ミラー１３、集光レンズ１５を介して受光素子５に受光させるように構成されている。

また、上記コントロール部２０は、光源部３から射出されるレーザ光Ｂ_１を光パルスとするためのパルス発生回路２１や、受光素子５から出力された信号を増幅するための増幅器２２、スキャンミラー１１の傾動角の制御を行なうスキャンミラー制御部２３や、パルス発生回路２１からの信号と増幅器２２からの信号に基づき、光源部３からのレーザ光Ｂ_１の出力タイミングと、それが物体Ｍに反射されて受光素子５に受光されたタイミングとの時間差を検出する時間差検出部２４を備えている。そして、時間差検出部２４で検出された時間差情報に基づき、距離検出部２５において物体Ｍまでの距離を算出すると共に、スキャンミラー制御部２３からの信号に基づき、方向検出部２６において物体Ｍの方向を検出し、これらの検出された距離情報および方向情報に基づき、物体Ｍの距離画像（距離、方向、大きさを示す画像）を距離画像生成部２７において生成し、さらに、生成された物体Ｍの距離画像に基づき、物体Ｍが対象とする物体であるか否か等を物体識別部２８において識別するように構成されている。

＜レーザ光送受光装置の構成＞
次に、図５を用いて、上記レーザ光送受光装置１０Ａについて、より詳細に説明する。なお、図５においては、構成部材の図示方法が図４と異なるものがあり、また、図４では図示を省略された一部の部材が図示されている。

図５に示すようにレーザ光送受光装置１０Ａは、レーザ光送出用レンズ部１６（詳しくは後述する）およびスリット板１７（詳しくは後述する）からなるレーザ光送出用光学系、上述した有孔反射ミラー１３、スキャンミラー１１、および集光レンズ１５を備えている。有孔反射ミラー１３の中央部には、反射面１３ｂから裏面１３ｃまで貫通する孔部１３ａが形成されており、光源部３から射出されたレーザ光Ｂ_１は、この孔部１３ａ内を通過してスキャンミラー１１に照射されるようになっている。

スキャンミラー１１は、光源部３からのレーザ光Ｂ_１を、空間Ｒ内を多次元的に走査するように該空間Ｒに向けて反射させると共に、空間Ｒ内の上記物体Ｍ（図５では、図示略）からの戻り光Ｂ_２を、レーザ光Ｂ_１の光路を逆進するように反射させるよう構成されている。レーザ光Ｂ_１の光路を逆進する戻り光Ｂ_２は、光源部３からのレーザ光Ｂ_１よりも光束径が大きくなっており、有孔反射ミラー１３の、上記孔部１３ａの周囲の反射面１３ｂにおいて、レーザ光Ｂ_１の光路から外れる方向に反射され、さらに、集光レンズ１５により集光されて受光素子５に受光されるようになっている。

このように、レーザ光送受光装置１０Ａは、光源部３から射出されるレーザ光Ｂ_１が光源部３からスキャンミラー１１を経て空間Ｒ内に照射されるまでの光路と、空間Ｒ内の物体Ｍからの戻り光Ｂ_２が物体から受光素子５に至るまでの光路とが途中まで互いに重なっている同軸系タイプである。このため、非同軸系タイプでは必要となる、広角で高効率な高価な集光レンズを用いる必要はない。また、集光レンズ等の見込む角度が狭く、余分な背景光が受光素子に入り難くなるので、Ｓ／Ｎ比が良くなる。

また、光源部３からのレーザ光Ｂ_１の光路から戻り光Ｂ_２の光路を分離する光路分離部材として、有孔反射ミラー１３を用いている。光源部３から射出されたレーザ光Ｂ_１は、有孔反射ミラー１３の孔部１３ａ内を通過するので、従来技術のように光路分離部材としてハーフミラーを用いた際に生じる問題、すなわち、光源部３からのレーザ光Ｂ_１がハーフミラーを透過する際にハーフミラーの界面において散乱光が発生し、この散乱光が集光レンズ１５を経て受光素子５に入るという問題の発生を未然に防止することができる。また、これにより、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能である。

また、上記レーザ光送受光装置１０Ａにおいては、前述したように、光源部３と有孔反射ミラー１３との間に、レーザ光送出用レンズ部１６と、１つまたは複数（図５では２つ）のスリット板１７が設けられている。このスリット板１７の中央部には、有孔反射ミラー１３に形成された孔部１３ａよりも幅の小さい、スリット１７ａが形成されており、光源部３から射出されたレーザ光Ｂ_１は、レーザ光出力用レンズ部１６を経た後、このスリット１７ａ内を通過してから有孔反射ミラー１３の孔部１３ａ内を通過するようになっている。このようなスリット板１７を配することにより、光源部３からのレーザ光Ｂ_１の光束径を、有孔反射ミラー１３の孔部１３ａの径よりも十分に小さく絞ることが可能となるので、光源部３からのレーザ光Ｂ_１が有孔反射ミラー１３の孔部１３ａの端部に照射されて散乱光が発生することを防止することができる。

さらに、有孔反射ミラー１３の孔部１３ａは、その反射面１３ｂから裏面１３ｃに向けて、テーパ状に広がるように形成されている。このため、万一、光源部３からのレーザ光Ｂ_１が有孔反射ミラー１３の孔部１３ａの端部に照射されて散乱光が発生した場合でも、その散乱光が受光素子５に向かうことを防止し得るようになっている。

また、上記レーザ光送受光装置１０Ａにおいては、スキャンミラー１１と空間Ｒとの間に、スキャンミラー１１から空間Ｒ内に向かうレーザ光Ｂ_１、および空間Ｒ内の物体Ｍから反射されスキャンミラー１１に向かう戻り光Ｂ_２が透過する透明カバー１９が配置されている。

さらに、上記レーザ光送受光装置１０Ａにおいては、光源部３からのレーザ光Ｂ_１が有孔反射ミラー１３の孔部１３ａ内を通過した後、スキャンミラー１１に入射した際に、スキャンミラー１１の反射面において散乱光が発生した場合においても、その散乱光が入射方向に戻り、有孔反射ミラー１３の反射面１３ｂで反射された受光素子５に入ることを防止するように構成されている。

＜レーザ光送出用光学系＞
以下、上記レーザ光送出用レンズ部１６およびスリット板１７からなるレーザ光送出用光学系について、図１および図２を用いて説明する。なお、図１において、（Ａ）はレーザ光送出用光学系を示す側面図であり、（Ｂ）はその平面図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、レーザ光送出用レンズ部１６は、この光源部３から射出されたレーザ光をコリメートするとともに、光束径を絞った状態でスキャンミラー１１に照射せしめるものであり、光源部３側から順に、正のパワーを有するコリメートレンズ部５２、光源部３を構成する半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に正の屈折力を有する第１シリンドリカルレンズ５３、上記接合面に対して直交方向に負の屈折力を有する第２シリンドリカルレンズ５４、上記接合面に平行な方向に正の屈折力を有する第３シリンドリカルレンズ５５を配列してなる。

上記第１シリンドリカルレンズ５３と第２シリンドリカルレンズ５４とは、図１（Ａ）に示すようにビームエクスパンダ部を構成しており、上記接合面に対して直交する面内において、コリメートレンズ部５２からの平行光束の光束径を縮小して出力するものである。

本実施形態のレーザ光送受光装置１０Ａにおいては、光源部３としてシングルストライプ半導体レーザを一列に配設してなるアレイ構造のレーザ光源（以下、列状アレイレーザ光源と称する）を用いており、発光面のサイズは、例えば１μｍ×１５０μｍ程度とライン形状とされている。これにより、レーザ出力をシングルストライプ半導体レーザの出力の例えば十倍程度（例えば数十Ｗ程度）とすることができ、レーザ光を遠方の物体に良好に照射することが可能となる。

しかし、このような光源部３からの出力光の断面形状が、上記発光面の形状に応じてライン形状とされているため、また、発光面の長径方向（接合面に平行な方向）と短径方向（接合面に直交する方向）のビーム拡がり角（全角）が前者では10度程度、後者では30度程度と大きく異なることから、複数枚の球面レンズや非球面単レンズ等の単純なレンズ構成を用いると、特に遠方の物体に照射される状態では、レーザ光が拡散してしまい、光源部３を高出力のものにしても、検出物体からの戻り光は微弱となってしまう。

そこで、本実施形態のレーザ光送出用レンズ部１６では、発光面の形状に対応して、その長径方向と短径方向との屈折力を互いに異なったものとし、いずれの方向においても細い径とされ、拡散しない状態とされたレーザ光をスキャンミラー１１に照射するように構成されている。

すなわち、光源部３から射出された各レーザ光は、コリメートレンズ部５２により発光面の長径方向、短径方向のいずれも平行光の状態とされる。ただし、上述したように、ビーム拡がり角の違いから、発光面の短径方向（接合面に直交する方向）に幅広のビーム形状とされる（図１（Ａ）、（Ｂ）参照）。そこで、発光面の短径方向（接合面に直交する方向）にのみ屈折力を有する２つのシリンドリカルレンズ５３、５４により構成されたビームエクスパンダ部を用い、図１（Ａ）に示すように、発光面の短径方向においても幅狭のビーム形状に整形している。

また、本実施形態装置のレーザ光送出用レンズ部１６では、発光面の長径方向（接合面に平行な方向）において、上記コリメートレンズ部５２の後側焦点位置と上記第３シリンドリカルレンズ５５の前側焦点位置を略一致させるように配置しており、これにより第３シリンドリカルレンズ５５から出力される各レーザ光６０を、図１（Ｂ）に示す如く、光軸ｚと略平行に出力することができるようにしている。また、発光面の長径方向（接合面に平行な方向）において、スリット板１７の位置で各レーザ光６０が最も幅狭となるように構成されている。

このように、本実施形態装置のレーザ光送出用レンズ部１６においては、断面形状がライン形状とされた高出力の半導体レーザからの出力光を用いつつ、各レーザ光６０を細いビーム状態で、かつ拡散させることなく、スキャンミラー１１を介して上記透明カバー１９まで導くことを可能としている。
また、上記スリット板１７は、図１（Ｂ）に示すように、発光面の長径方向（接合面に平行な方向）に長い形状のスリット１７ａ（図５参照）を有する遮光板からなり、ノイズ光をカットするためのものである。

図７（（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図）は、従来技術に係る装置のレーザ光送出用光学系を示すものであり、上記実施形態と同様の列状アレイレーザ光源からなる光源部１０３から出力されたレーザ光１６０をコリメートするコリメートレンズ部１５２を備えており、該レーザ光１６０をコリメートした状態で図示されないスキャンミラーに照射せしめるものである。この従来技術によれば、発光面の長径方向、短径方向のいずれも平行光の状態とされてはいるものの、スキャンミラーに照射された際のレーザ光１６０は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示す本実施形態のものと比べると、上記いずれの方向においても幅広のビーム径とされており、また、発光面の長径方向において、各レーザ光１６０が互いに大きく拡散していく状態となっている。

換言すれば、本実施形態装置のレーザ光送出用レンズ部１６においては、従来技術のものに比べて、各レーザ光を細いビーム状態で、かつ拡散させることなくスキャンミラー１１（さらには透明カバー１９）に照射することが可能となる。
この結果、スキャンミラー１１により空間Ｒに照射されたレーザ光６０は、ノイズの低減を図ることができるとともに、図２に示すように、大きく拡散されることなく物体７０ａに照射されるため、この物体７０ａからの戻り光は検出するのに十分な光強度を有し、かつＳ／Ｎ比のとれたものとすることができる。

また、本発明のレーザ光送受光装置のレーザ光送出用光学系としては、上記実施形態のものに限られるものではなく、例えば、第２シリンドリカルレンズ５４は第１シリンドリカルレンズ５３と組み合わせられて、レーザ光のビーム径を縮小するビームエクスパンダ部を構成することができるものであればよく、第２シリンドリカルレンズ５４の位置を光軸方向に調整することにより、第２シリンドリカルレンズ５４を、正レンズではなく負レンズにより構成することができる。

また、本発明のレーザ光送受光装置のレーザ光送出用光学系としては、第３シリンドリカルレンズ５５を省略することも可能である。この場合のレーザ光送出用レンズ部８６を図３（Ａ）、（Ｂ）に示す。

この図３（Ａ）、（Ｂ）に示すレーザ光送出用光学系のレーザ光送出用レンズ部８６は、列状アレイレーザ光源からなる光源部３側から順に、正のパワーを有するコリメートレンズ部８２、光源部３を構成する半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に正の屈折力を有する第１シリンドリカルレンズ８３、上記接合面に対して直交方向に負の屈折力を有する第２シリンドリカルレンズ８４を配列してなる。第１シリンドリカルレンズ８３と第２シリンドリカルレンズ８４とは、図３に示すようにビームエクスパンダ部を構成しており、コリメートレンズ部８２からの平行光束の光束径を、光源部３の発光面の短径方向において縮小して出力するものである。また、このレーザ光送出用レンズ部８６の後段にはスリット板１７が設けられている。この図３（Ａ）、（Ｂ）に示すレーザ光送出用光学系は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すレーザ光送出用光学系と比べると、発光面の長径方向に各レーザ光が互いに拡散していく状態は抑制されていないものの、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すレーザ光送出用光学系と同様に発光面の長径方向および短径方向のいずれにおいても平行光とされ、特に該短径方向において幅狭のビーム径の状態とされている。これにより、ノイズの低減を図ることができるとともに、この物体７０ａからの戻り光の光強度もある程度確保することができる。

＜変更態様＞
なお、本発明に係るレーザ光送受光装置としては、図５に示すものに限られるものではなく、例えば、図６に示すような構成とすることもできる。以下、図６に示す実施形態に係るレーザ光送受光装置について説明する。
なお、図６においては、上述したレーザ光送受光装置１０Ａを構成する部材と同様の部材に対して、図５で用いたものと同じ番号を付している。

図６に示すレーザ光送受光装置１０Ｂは、レーザ光送出用レンズ部１６、スリット板１７、微小反射ミラー１４、スキャンミラー１１、および集光レンズ１５を備えている。微小反射ミラー１４は、光を透過させる光透過面１４ｂの中央部に、光を反射させる、口径が小さな反射面１４ａを有する構成とされ、光源部３から射出されたレーザ光Ｂ_１は、この反射面１４ａで反射されてスキャンミラー１１に照射されるようになっている。

スキャンミラー１１は、微小反射ミラー１４の反射面１４ａからのレーザ光Ｂ_１を、空間Ｒ内を多次元的に走査するように該空間Ｒに向けて反射させると共に、空間Ｒ内の物体Ｍ（図６では、図示略）からの戻り光Ｂ_２を、レーザ光Ｂ_１の光路を逆進するように反射させるよう構成されている。この、レーザ光Ｂ_１の光路を逆進する戻り光Ｂ_２は、光源部３からのレーザ光Ｂ_１よりも光束径が大きくなっており、微小反射ミラー１４の、上記反射面１４ａの周囲の光透過面１４ｂを透過して、レーザ光Ｂ_１の光路から外れる方向に進行し、さらに、集光レンズ１５により集光されて受光素子５に受光されるようになっている。

このように、レーザ光送受光装置１０Ｂは、光源部３から射出されるレーザ光Ｂ_１が光源部３からスキャンミラー１１を経て空間Ｒ内に照射されるまでの光路と、空間Ｒ内の物体Ｍからの戻り光Ｂ_２が物体から受光素子５に至るまでの光路とが途中まで互いに重なっている同軸系タイプであり、上述したレーザ光送受光装置１０Ａと同様の効果を奏する。

また、光源部３からのレーザ光Ｂ_１の光路から戻り光Ｂ_２の光路を分離する光路分離部材として、微小反射ミラー１４を用いている。光源部３から射出されたレーザ光Ｂ_１は、微小反射ミラー１４の微小な反射面１４ａにおいて、受光素子５への方向から外れる方向に反射されるので、反射面１４ａにおいて散乱光が発生した場合でも、この散乱光が集光レンズ１５を経て受光素子５に入ることを防止することができる。これにより、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能である。

また、前述したように、光源部３と微小反射ミラー１４との間には、上記実施形態で説明した如きレーザ光送出用レンズ部１６および、１つまたは複数（図６では２つ）のスリット板１７が設けられている。このスリット板１７の中央部には、微小反射ミラー１４の反射面１４ａの口径よりも幅の小さいスリット１７ａが形成されており、光源部３から射出されたレーザ光Ｂ_１は、レーザ光送出用レンズ部１６を経た後、このスリット１７ａ内を通過してから微小反射ミラー１４の反射面１４ａに至るようになっている。このようなスリット板１７を配することにより、光源部３からのレーザ光Ｂ_１の光束径を、微小反射ミラー１４の反射面１４ａの口径よりも十分に小さく絞ることが可能となるので、光源部３からのレーザ光Ｂ_１が微小反射ミラー１４の反射面１４ａの端部に照射されて散乱光が発生し、この散乱光が受光素子５の方向に向かうことを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
例えば、上記実施形態においては、半導体レーザ光源として、多数の発光点を一列に配設してなるものを用いているが、発光面がライン状に形成されるのであれば、発光点が２列あるいは３列等の複数列とされていてもかまわない。

また、本発明のレーザ光送受光装置は、上述した自動監視装置に限られず、列状アレイレーザ光源から射出されたレーザ光を絞った状態で出力することが要求され、かつレーザ光被照射物体からの戻り光を検出光として用いる種々の装置に搭載することが可能である。
なお、特開平１０−３３２８１６号公報には、本発明のものと同様に送信リレー光学系が開示されているが、この送信リレー光学系は、光ファイバ端面におけるケラレを防止するものであって、ファイバ端面の前段に配置された結像レンズの開口数を制御することを目的としたものである。したがって、本発明のものとは、その目的および構成が大きく相違する。

本発明の実施形態に係るレーザ光送受光装置のレーザ光送出用光学系を示す概略図図１に示すレーザ光送出用光学系を用いて室空間に照射されたレーザ光を示す概略図図１に示すレーザ光送出用光学系とは異なるレーザ光送出用光学系を示す概略図本発明の実施形態に係るレーザ光送受光装置を搭載した自動監視装置の構成図本発明の実施形態に係るレーザ光送受光装置を示す構成図図５に示すレーザ光送受光装置とは異なる実施形態に係るレーザ光送受光装置を示す構成図従来のレーザ光送受光装置のレーザ光送出用光学系を示す概略図

符号の説明

１自動監視装置
３、１０３光源部（列状アレイレーザ光源）
５受光素子
１１スキャンミラー
１３有孔反射ミラー
１４微小反射ミラー
１５集光レンズ
１６、８６レーザ光送出用光学系
１７スリット板
１７ａスリット
２０コントロール部
５２、８２、１５２コリメートレンズ部
５３、８３第１シリンドリカルレンズ
５４、８４第２シリンドリカルレンズ
５５第３シリンドリカルレンズ
６０、９０、１６０レーザ光

Claims

発光点が、少なくとも１つの列状に配された半導体レーザ光源と、この半導体レーザ光源から射出されたレーザ光をコリメートするとともに、光束径を絞った状態で所定の光学部材に照射せしめるレーザ光送出用光学系と、このレーザ光送出用光学系から該所定の光学部材への送出光束の光路と、該所定の光学部材からの戻り光束の光路を互いに分離する光路分離部材を備え、
前記レーザ光送出用光学系は、前記半導体レーザ光源側から順に、正のパワーを有するコリメートレンズ部、前記半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に正の屈折力を有する第１シリンドリカルレンズと前記半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に屈折力を有する第２シリンドリカルレンズからなるビームエクスパンダ部、およびスリット部を配列するとともに、前記第１シリンドリカルレンズと前記第２シリンドリカルレンズの間、または前記第２シリンドリカルレンズと前記スリット部の間に、前記半導体レーザ光源の接合面に対して平行方向に正の屈折力を有する第３シリンドリカルレンズを配置してなり、
前記コリメートレンズ部の後側焦点位置と前記第３シリンドリカルレンズの前側焦点位置を略一致させるように配置してなることを特徴とするレーザ光送受光装置。
発光点が、少なくとも１つの列状に配された半導体レーザ光源と、この半導体レーザ光源から射出されたレーザ光をコリメートするとともに、光束径を絞った状態で所定の光学部材に照射せしめるレーザ光送出用光学系と、このレーザ光送出用光学系から該所定の光学部材への送出光束の光路と、該所定の光学部材からの戻り光束の光路を互いに分離する光路分離部材を備え、
前記レーザ光送出用光学系は、前記半導体レーザ光源側から順に、正のパワーを有するコリメートレンズ部、前記半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に正の屈折力を有する第１シリンドリカルレンズと前記半導体レーザ光源の接合面に対して直交方向に屈折力を有する第２シリンドリカルレンズからなるビームエクスパンダ部、および該第２シリンドリカルレンズからの出力光を通過せしめるスリット部を配列されてなることを特徴とするレーザ光送受光装置。
前記所定の光学部材が、前記レーザ光送出用光学系からのレーザ光を所定の空間に向け該空間内を多次元的に走査するように反射させるスキャンミラーであり、前記空間内の物体から反射して前記スキャンミラーに戻り、該スキャンミラーによって前記レーザ光の光路を逆進するように反射された戻り光を、前記光路分離部材によって該レーザ光の光路とは外れた方向へ出力せしめて受光素子により受光させ、前記戻り光に担持された情報に基づき前記物体を認識するように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載のレーザ光送受光装置。