WO2022201406A1 - 光学装置及び光学装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

［課題］ＬｉＤＡＲにより、より正確な測定が可能な光学装置及び光学装置の制御方法を提供すること。 ［解決手段］光学装置は、光出射手段から出射された光を反射させ、照射光として物体に向けて照射する第１の反射手段と、前記物体により反射された前記照射光を受光手段に向けて反射させる第２の反射手段と、を備え、前記第１の反射手段が反射した照射光は、前記第２の反射手段に設けられた開口部を通過して、前記物体に照射される。

Description

光学装置及び光学装置の制御方法

　本発明は、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）によって、より正確な測定を可能にする光学装置及び光学装置の制御方法に関する。

　近年、光を対象物に対して出射し、対象物から受光した反射光に基づいて、対象物の表面状態等を検出するＬｉＤＡＲと呼ばれる技術が用いられている。例えば、特許文献１にＬｉＤＡＲによる測定を行う技術が開示されている。

特開２０２１－００４８８８号公報

　ＬｉＤＡＲにおいては、光を出射する送信光学系と対象物からの反射光を受光する受信光学系が一体化された構成が用いられる場合がある。当該構成において、送信光学系から出射される光と受信光学系が受光する反射光は、同一のレンズに入射する。

　この際、受信光学系は、対象物からの反射光だけでなく、送信光学系から出射された後、レンズで反射された光も受光するため、対象物からの反射光の強度を正確に検出できない場合があった。

　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＬｉＤＡＲにより、より正確な測定が可能な光学装置及び光学装置の制御方法を提供することである。

　本発明の光学装置は、
　光出射手段から出射された光を反射させ、平行な照射光として物体に向けて照射する第１の反射手段と、
　前記物体により反射された前記照射光を受光手段に向けて反射させる第２の反射手段と、を備え、
　前記第１の反射手段が反射した照射光は、前記第２の反射手段に設けられた開口部を通過して、前記物体に照射される。

　または、本発明の光学装置の制御方法は、
　光出射手段から出射された光を反射させ、平行な照射光として物体に向けて照射し、
　前記第１の反射手段が反射した照射光に、前記第２の反射手段に設けられた開口部を通過させ、
　前記物体により反射された前記照射光を受光手段に向けて反射させる。

　本発明によれば、ＬｉＤＡＲにより正確な測定が可能な光学装置及び光学装置の制御方法を提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態における光学装置の模式図である。 本発明の第１の実施形態における光学装置の動作を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態における光学装置の変形例の構成例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における光学装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態における光学装置の動作例を示すフローチャートである。

　＜第１の実施形態＞
　第１の実施形態における光学装置１について、図１及び図２に基づき説明する。図１は、光学装置１の構成例を示す模式図である。また、図２は、光学装置１の動作例を示す図である。

　図１に示されるように、光学装置１は、第１の光ファイバ１０、第１の反射手段２０、第２の反射手段３０、第２の光ファイバ５０を備える。また、光学装置１から出射された光は対象物４０に光を照射し、対象物４０からの反射光を受光する。また、図１に示される点線は、光の光路を示す。また、第１の光ファイバ１０は、光出射手段に対応する。また、第２の光ファイバ５０は、受光手段に対応する。なお、第１の光ファイバ１０、第１の反射手段２０、第２の反射手段３０、第２の光ファイバ５０は同一の筐体に格納されていても良い。

　第１の光ファイバ１０は、不図示の光源から出力された光を、出射面１１から出射する。第１の光ファイバ１０から出射された光は、第１の反射手段２０に入射する。光とは、例えば、パルス状のレーザ光である。出射面１１は、第１の光ファイバ１０の端面のコアである。

　第１の反射手段２０は、第１の光ファイバ１０から出射された光を反射し、平行光を物体に向けて照射する。具体的には、第１の反射手段２０で反射された光は平行光にされ、後述の開口部３１を通過した後で、対象物４０に入射する。第１の反射手段２０は、例えば、反射型コリメータである。なお、第１の反射手段２０は、反射型コリメータでなく、ミラーとコリメータレンズにより構成されても良い。この場合、第１の反射手段２０は、図１に示されるように一つの光学部品により光の反射と平行光の出射を行うのではなく、ミラーにより第１の光ファイバ１０からの光を反射し、ミラーで反射した光をコリメータレンズに通過させることにより、平行光を開口部３１に対して出射する。

　第２の反射手段３０は、開口部３１を備える。第２の反射手段３０は、第１の反射手段２０で反射された光を開口部３１に通過させる。また、第２の反射手段３０は、第１の反射手段２０から照射された光が対象物４０により反射することにより生じた反射光を、第２の光ファイバ５０に向けて反射する。この際、第２の反射手段３０は、対象物４０からの反射光を集光して、第２の光ファイバ５０に入射させる。第２の反射手段３０は、例えば、反射光を集光可能な放物面ミラーである。開口部３１は、第２の反射手段３０に形成された孔である。

　なお、第２の反射手段３０は、第１の反射手段２０からの反射光が開口部３１の中心部を通過する位置に配置される。これにより、第１の反射手段２０の角度が僅かにずれたり、第２の反射手段３０の位置がずれたりした場合であっても、第１の反射手段２０からの反射光を開口部３１に通過させることができる。

　第２の光ファイバ５０は、対象物４０からの反射光であって、第２の反射手段３０により反射された光を受光面５１により受光する。第２の光ファイバ５０は、受光した光を不図示の受光素子に向けて出力する。受光面５１は、第２の光ファイバ５０の端面のコアである。

　次に図２を用いて、光学装置１の動作について説明する。図２における矢印１０１～１０４は、光学装置１の動作を説明するためのものである。

　矢印１０１に示されるように、第１の光ファイバ１０は、光を第１の反射手段２０に出射する。矢印１０２に示されるように、第１の反射手段２０は、第１の光ファイバ１０からの光を平行化して、平行光を対象物４０に向けて反射する。この際、第１の反射手段２０から出射された平行光は、第２の反射手段３０の開口部３１を介して、対象物４０に入射する。矢印１０３に示されるように、対象物４０に入射した平行光は、対象物４０の表面で反射され、第２の反射手段４０に入射する。矢印１０４に示されるように、第２の反射手段３０は、対象物４０から入射した反射光を、受光手段５０に向けて出射する。

　以上のように、光学装置１においては、第１の反射手段２０により反射された光が、平行光として出力される。そのため、光学装置１は、第１の反射手段２０よりも後段にコリメータレンズなどの光を平行化するための光学部品を必要としない。また、対象物４０に照射される平行光は、第２の反射手段３０の開口部を通過するため、対象物からの反射光が入射する第２の反射手段に入射することがない。そのため、光学装置１によれば、第２の光ファイバ５０を介して不図示の受光素子に出力される光に、対象物に照射される平行光が含まれにくい。この結果、光学装置１は、対象物からの反射光の強度を、受光素子などに正確に検出させることが可能である。

　また、光学装置１は、第１の反射手段２０を備えているため、第１の反射手段２０の角度を調整することで、第１の光ファイバ１０の位置を自由に変化させることができる。例えば、第１の反射手段２０が無い場合は、対象物４０に照射する光を開口部３１に通過させるために、開口部３１に対する光ファイバ１０の位置は制限される。しかし、第１の反射手段２０を備えることにより、図１に示されるように、第１の光ファイバ１０の出射面１１が、第２の光ファイバの受光面５１と平行になるように、第１の光ファイバを設けることができる。この場合、第１の光ファイバ１０及び第２の光ファイバ５０は同じ方向に延びるため、第１の光ファイバ１０及び第２の光ファイバ５０が延びる方向に位置する同一の保持部材により、第１の光ファイバ１０及び第２の光ファイバ５０を保持することができる。そのため、光学装置１は、第１の光ファイバ１０及び第２の光ファイバ５０を異なる保持部材により保持する場合に比べて、構成を簡素にすることができる。

　なお、図１の説明においては、第１の反射手段２０及び第２の反射手段３０は、異なる光学部品として記載されているが、一体に設けられていても良い。図３は、第１の反射手段２０及び第２の反射手段３０を一体にした、一体型反射手段６０の模式図を示す図面である。一体型反射手段６０は、第１の反射手段２０、第２の反射手段３０を備える。また、第２の反射手段３０は、図１と同様に、開口部３１を備える。一体型反射手段６０は、更に開口部２１を備える。

　一体型反射手段６０においては、第１の光ファイバ１０から出射された光は開口部２１を通過し、第１の反射手段２０により反射されて対象物４０に向けて照射される。対象物４０からの反射光は、第２の反射手段３０によりさらに反射され、図１と同様に第２の光ファイバ５０により受光される。
＜第２の実施形態＞
　第２の実施形態における光学装置２について、図４及び図５に基づいて説明する。光学装置２は、図４に示されるように、第１の反射手段２０及び第２の反射手段３０を備える。また、光学装置２の外部には、対象物４０、光出射手段７０及び受光手段８０が配置されている。なお、光学装置２は、光出射手段７０及び受光手段８０の少なくとも一つを含んでいても良い。

　第１の反射手段２０は、光出射手段７０から出射された光を反射し、平行光を物体に向けて照射する。第１の反射手段２０は、上述の光学装置１における第１の反射手段２０と同様の機能及び接続関係を備えていても良い。

　第２の反射手段３０は、平行光が対象物４０により反射して生じた反射光を受光手段８０に向けて反射する。第２の反射手段３０は、上述の光学装置１における第２の反射手段３０と同様の機能及び接続関係を備えていても良い。

　光学装置２において、第１の反射手段２０が照射した平行光は、第２の反射手段３０に設けられた開口部３１を通過して、対象物４０に入射する。

　なお、光出射手段７０は、光ファイバであっても良いし、レーザなどの光源であっても良い。また、受光手段８０は、光ファイバであってもよいし、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ）などの受光素子であっても良い。

　次に、光学装置２の動作について、図５に基づき説明する。

　第１の反射手段２０は、光出射手段７０から出射された光を反射し、平行光を物体に向けて照射する（Ｓ２０１）。開口部３１は、第１の反射手段２０が照射した平行光を、対象物４０に向けて通過させる（Ｓ２０２）。第２の反射手段３０は、平行光が対象物４０により反射して生じた反射光を受光手段８０に向けて反射する（Ｓ２０３）。

　このように、光学装置２においては、第１の反射手段２０により反射された光が、平行光として出力される。そのため、光学装置２は、第１の反射手段２０よりも後段にコリメータレンズなどの光を平行化するための光学部品を必要としない。また、対象物に照射される平行光は、第２の反射手段３０の開口部を通過するため、対象物からの反射光が入射する第２の反射手段３０に入射することがない。そのため、光学装置２によれば、第２の光ファイバ５０を介して不図示の受光素子に出力される光に、対象物に照射される平行光が含まれにくい。この結果、光学装置２は、対象物からの反射光の強度を、受光素子などに正確に検出させることが可能である。

　また、光学装置２は、第１の反射手段２０を備えているため、第１の反射手段２０の角度を調整することで、光出射手段の位置を自由に変化させることができる。そのため、光学装置１と同様に、光学装置２は、構成を簡素にすることができる。

　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１、２　光学装置
１０　第１の光ファイバ
１１　出射面
２０　第１の反射手段
３０　第２の反射手段
２１、３１　開口部
４０　対象物
５０　第２の光ファイバ
５１　受光面
６０　一体型反射手段
７０　光出射手段
８０　受光手段

Claims (7)

1. 　光出射手段から出射された光を反射し、平行光を物体に向けて照射する第１の反射手段と、
   　前記平行光が前記物体により反射して生じた反射光を受光手段に向けて反射させる第２の反射手段と、を備え、
   　前記第１の反射手段が照射した平行光は、前記第２の反射手段に設けられた開口部を通過して、前記物体に入射する光学装置。
2. 　前記第１の反射手段は、前記開口部の中心部を前記平行光に通過させる、請求項１に記載の光学装置。
3. 　前記第１の反射手段及び前記第２の反射手段は、同一の筐体に収容されている請求項１又は２の何れか1項に記載の光学装置。
4. 　前記光出射手段から出射された前記光は、パルス波である請求項１から３の何れか1項に記載の光学装置。
5. 　前記光出射手段は、第１の光ファイバの端面であり、
   　前記受光手段は、第２の光ファイバの端面である請求項１から４の何れか1項に記載の光学装置。
6. 　前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバは、互いに平行に設けられている請求項１から５の何れか1項に記載の光学装置。
7. 　光出射手段から出射された光を第１の反射手段により反射させ、平行光を物体に向けて照射し、
   　前記第１の反射手段が照射した前記平行光に、第２の反射手段に設けられた開口部を通過させ、
   　前記平行光が前記物体により反射して生じた反射光を、前記第２の反射手段により受光手段に向けて反射させる、
   　光学装置の制御方法。

Images