JP2010190759A - レーザ距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ距離測定装置において、正確な距離補正を行い得る構成を、装置構成の大型化、検出性能の低下を招くことなく実現する。
【解決手段】レーザ距離測定装置１には拡散反射部材８０が設けられ、偏向部４１が第１回動位置にあるときに、レーザ光の投射から第１拡散反射光がフォトダイオード２０によって検出されるまでの時間（第１時間Ｔ１）を検出し、偏向部４１第２回動位置にあるときにも、レーザ光の投射から第２拡散反射光が検出されるまでの時間（第２時間Ｔ２）を検出している。そして、それら第１時間Ｔ１及び第２時間Ｔ２に基づいて距離算出に用いる補正データを生成している。更に、第１回動位置のときにレーザ光が拡散反射面に入射するときの第１入射角θ１と、第２回動位置のときにレーザ光が拡散反射面に入射するときの第２入射角θ２とが異なるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ距離測定装置に関するものである。

従来より、レーザ光を用いて検出物体までの距離を検出するレーザ距離測定装置が提供されている。この種の装置は、例えば、検出物体に向けてパルスレーザ光を間欠的に出射する構成をなしており、パルスレーザ光が出射されてから当該パルスレーザ光が検出物体にて反射した反射光が受光されるまでに時間を計測することで検出物体までの距離を測定している。

特開平１０−２００３５号公報

上記のようなレーザ距離測定装置では、距離測定の精度を高めるべく、外的要因に起因する誤差を補正する構成が望まれている。例えば、特許文献１では、装置内におけるレーザ光の走査経路上に反射率の異なる基準物体を配置し、この基準物体からの反射光の波形に基づいて距離較正を行っている。このような構成によれば、反射率の変化を考慮した距離較正を行うことができ、測定精度を効果的に高めることができる。

しかしながら、比較的遠距離の物体を検出する場合、レーザ光の出力をある程度大きく設定したり、或いは反射光を検出する感度を高める必要があるため、特許文献１のような構成を用いると、距離較正の際に受光センサからの出力が飽和してしまうという問題がある。即ち、特許文献１の構成では、レーザ光が基準物体に入射する入射角をほぼ０°に保っており、当該基準物体から全反射する反射光を受光して距離較正を行っているため、仮に低い反射率の基準物体を用いたとしても、反射光の光量が大きくなりやすく、受光センサの出力がすぐに飽和してしまうという問題があり、基準物体の反射率がある程度大きい場合にはその問題は顕著となる。

これを避けるには、受光センサの感度を抑えたり、基準物体を遠くに配置するといった対策が考えられるが、受光センサの感度を抑えると、より遠方の物体を検出できなくなり、検出可能エリアの縮小、ひいては検出性能の低下を招いてしまう。また、基準物体をより遠方に配置して基準物体までの距離をある程度確保すると、今度は装置構成の大型化が避けられなくなる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、レーザ距離測定装置において、正確な距離補正を行い得る構成を、装置構成の大型化、検出性能の低下を招くことなく実現することを目的とする。

請求項１の発明は、レーザ光を間欠的に発生させるレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段にて前記レーザ光が発生したときに、その発生した前記レーザ光が検出物体にて反射した反射光を検出する光検出手段と、所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段により前記レーザ光を空間に向けて偏向させ、且つ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、前記回動偏向手段を回転駆動する駆動手段と、前記レーザ光発生手段にて前記レーザ光が発生してから、前記反射光が前記光検出手段に検出されるまでの時間を検出し、当該時間に基づいて前記検出物体までの距離を算出する距離算出手段と、を備えたレーザ距離測定装置として構成されている。
また、拡散反射面を有すると共に、前記偏向手段が所定回動範囲にあるときに、当該偏向手段にて偏向された前記レーザ光を前記拡散反射面で受ける拡散反射部材と、前記偏向手段が前記所定回動範囲内の第１回動位置にあるときに、前記レーザ光発生手段にて前記レーザ光が発生してから、その発生した前記レーザ光が前記拡散反射部材にて反射した第１拡散反射光が前記光検出手段によって検出されるまでの第１時間と、前記偏向手段が前記所定回動範囲内の第２回動位置にあるときに、前記レーザ光発生手段にて前記レーザ光が発生してから、その発生した前記レーザ光が前記拡散反射部材にて反射した第２拡散反射光が前記光検出手段によって検出されるまでの第２時間と、を検出する時間検出手段と、前記時間検出手段によって検出された前記第１時間及び前記第２時間に基づき、前記距離算出手段による前記距離の算出に用いる補正データを生成する補正データ生成手段と、を備えている。
更に、前記拡散反射部材は、前記偏向手段が前記第１回動位置にあるときに当該偏向手段からの前記レーザ光が前記拡散反射面に入射するときの第１入射角と、前記偏向手段が第２回動位置にあるときに当該偏向手段からの前記レーザ光が前記拡散反射面に入射するときの第２入射角とが異なるように構成されており、前記距離算出手段は、前記光検出手段によって前記検出物体からの前記反射光が検出されるまでの前記時間と、前記補正データ生成手段によって生成された前記補正データと、に基づいて前記距離を算出することを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザ距離測定装置において、前記拡散反射部材の前記拡散反射面が平坦面とされていることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のレーザ距離測定装置において、前記拡散反射面の反射率が前記偏向手段の偏向面の反射率よりも低くなるように、前記拡散反射部材が構成されている特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザ距離測定装置において、前記拡散反射部材が植毛シートを有しており、当該植毛シートの外面が前記拡散反射面とされていることを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ距離測定装置において、前記拡散反射部材の前記拡散反射面が黒色面であることを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザ距離測定装置において、前記拡散反射部材の前記拡散反射面が、シボ加工が施された加工面からなることを特徴としている。

請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレーザ距離測定装置において、前記偏向手段が前記第１回動位置にあるときの前記第１入射角が略０°であり、前記第２回動位置にあるときの前記第２入射角が０°よりも大きい角度であることを特徴としている。
請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザ距離測定装置において、前記偏向手段が前記第１回動位置にあるときの前記第１拡散反射光が前記光検出手段によって受光されたときの受光レベルが飽和レベルであり、前記偏向手段が前記第２回動位置にあるときの前記第２拡散反射光が前記光検出手段によって受光されたときの受光レベルが非飽和レベルであることを特徴としている。

請求項１の発明は、偏向手段が第１回動位置にあるときに、レーザ光が発生してから、その発生したレーザ光が拡散反射部材にて反射した第１拡散反射光が光検出手段によって検出されるまでの時間（第１時間）を検出し、更に、偏向手段が所定回動範囲内の第２回動位置にあるときに、レーザ光が発生してから、その発生したレーザ光が拡散反射部材にて反射した第２拡散反射光が光検出手段によって検出されるまでの時間（第２時間）を検出している。そして、それら検出された第１時間及び第２時間に基づき、距離算出手段による距離の算出に用いる補正データを生成している。このようにすると、少なくとも２つの拡散反射状態を考慮して補正データを生成することができるため、より精度を高めやすくなる。
特に、本発明では、偏向手段が第１回動位置にあるときに当該偏向手段からのレーザ光が拡散反射面に入射するときの第１入射角と、偏向手段が第２回動位置にあるときに当該偏向手段からのレーザ光が拡散反射面に入射するときの第２入射角とが異なるように構成されているため、各拡散反射光の光量に差が生じることとなり、相対的に光量の大きい拡散反射光、及び相対的に光量が抑えられた拡散反射光をいずれも考慮した適切な補正データを生成でき、ひいては、この補正データを用いて検出物体までの距離を精度高く算出できるようになる。

請求項２の発明は、拡散反射部材の拡散反射面が平坦面とされている。このようにすると、偏向手段の回動位置に応じて入射角を変更しうる構成をより簡易に実現できる。

請求項３の発明は、拡散反射面の反射率が偏向手段の偏向面の反射率よりも低くなるように構成されている。このようにすると、補正データを生成するために用いる反射光（拡散反射光）の光量を効果的に抑えることができるため、光検出手段からの出力をより飽和しにくくすることができる。

請求項４の発明は、拡散反射部材が植毛シートを有しており、当該植毛シートの外面が拡散反射面とされている。このようにすると、光量を抑えた拡散反射光を発生させうる構成を、簡易な部材によって良好に実現できる。

請求項５の発明は、拡散反射面が黒色面として構成されている。このようにすると、より簡易且つ安価な構成で、拡散反射光の光量を抑えることができる。

請求項６の発明は、拡散反射面がシボ加工が施された加工面として構成されている。このようにすると、光量を抑えた拡散反射光を発生させうる構成を、簡易な加工で良好に実現できる。

請求項７の発明は、偏向手段が第１回動位置にあるときの第１入射角が略０°であり、第２回動位置にあるときの第２入射角が０°よりも大きい角度とされている。このようにすると、入射角度が極めて小さい状態ときの拡散反射状態、及びそれよりも入射角度が大きいときの拡散反射状態をいずれも考慮に入れて距離補正を行うことができる。

請求項８の発明は、第１拡散反射光が光検出手段によって受光されたときの受光レベルが飽和レベルであり、第２拡散反射光が光検出手段によって受光されたときの受光レベルが非飽和レベルとされている。このようにすると、飽和状態及び非飽和状態をいずれも考慮に入れて距離補正を行うことができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ距離測定装置を概略的に例示する断面図である。 図２は、図１のレーザ距離測定装置の回動偏向機構、モータ、拡散反射部材を上方から見た様子を概略的に説明する説明図である。 図３は、偏向部が第１回動位置及び第２回動位置にあるときにレーザ光が拡散反射部材に入射する様子を説明する説明図である。 図４は、レーザダイオードの発光波形と、フォトダイオードから出力される出力信号との関係を説明する説明図である。

[第１実施形態]
以下、本発明のレーザ距離測定装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。

（全体構成）
まず、図１等を参照して第１実施形態に係るレーザ距離測定装置１の全体構成について説明する。図１に示すように、レーザ距離測定装置１は、レーザダイオード１０と、検出物体からの反射光Ｌ２を受光するフォトダイオード２０とを備え、検出物体までの距離や方位を検出する装置として構成されている。

レーザダイオード１０は、「レーザ光発生手段」の一例に相当するものであり、制御回路７０の制御により、図示しない駆動回路からパルス電流を受け、このパルス電流に応じたパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）を間欠的に出射している。なお、本実施形態では、レーザダイオード１０から検出物体に至るまでのレーザ光を符号Ｌ１にて示し、検出物体からフォトダイオードに至るまでの反射光を符号Ｌ２にて示している。

フォトダイオード２０は、「光検出手段」の一例に相当するものであり、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生し、そのレーザ光Ｌ１が検出物体にて反射したとき、その反射光Ｌ２を受光して電気信号に変換している。なお、検出物体からの反射光については所定領域のものが偏向部４１に取り込まれる構成となっており、図１では、符号Ｌ２で示す２つのライン間の領域の反射光が取り込まれる例を示している。

レーザダイオード１０から出射されるレーザ光Ｌ１の光軸上にはレンズ６０が設けられている。このレンズ６０は、コリメートレンズとして構成されるものであり、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を平行光に変換している。

レンズ６０を通過したレーザ光Ｌ１の光路上には、ミラー３０が設けられている。このミラー３０は、レンズ６０を透過したレーザ光Ｌ１の光軸に対して傾斜した反射面３０ａを備え、レンズ６０を透過したレーザ光Ｌ１を回動偏向機構４０に向けて反射させている。本実施形態では、レンズ６０を通過した水平方向のレーザ光Ｌ１をミラー３０によって垂直方向（後述する中心軸４２ａと平行な方向）に反射させており、その反射した垂直方向のレーザ光Ｌ１が回動偏向機構４０の偏向部４１に入射するようになっている。

回動偏向機構４０は、「回動偏向手段」の一例に相当するものであり、平坦な反射面４１ａを有するミラーからなる偏向部４１と、この偏向部４１を支持する支持台４３と、この支持台４３に連結された軸部４２と、この軸部４２を回転可能に支持する図示しない軸受とを備えている。

偏向部４１は、「偏向手段」の一例に相当するものであり、ミラー３０で反射されたレーザ光Ｌ１の光軸上に配置されると共に、中心軸４２ａ（所定の中心軸）を中心として回動可能とされている。この偏向部４１は、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を空間に向けて偏向（反射）させ、且つ検出物体からの反射光Ｌ２をフォトダイオード２０に向けて偏向（反射）させる構成をなしている。

また、偏向部４１の回転中心となる中心軸４２ａの方向は、ミラー３０から当該偏向部４１に入射するレーザ光Ｌ１の方向と一致しており、レーザ光Ｌ１が偏向部４１に入射する入射位置Ｐ１が中心軸４２ａ上の位置とされている

なお、本実施形態では、中心軸４２ａの方向を垂直方向（Ｙ軸方向）としており、中心軸４２ａと直交する平面方向を水平方向としている。また、水平方向の内の所定方向をＸ軸方向として示している。

図１に示すように、偏向部４１の反射面４１ａは、垂直方向（反射面４１ａに入射するレーザ光Ｌ１の方向）に対して４５°の角度で傾斜しており、ミラー３０側から入射するレーザ光Ｌ１を、水平方向に反射させている。また、偏向部４１は入射するレーザ光Ｌ１の方向と一致した方向の中心軸４２ａを中心として回転するため、偏向部４１の回転位置に関係なくレーザ光Ｌ１の入射角度が常に４５°で維持され、位置Ｐ１からのレーザ光Ｌ１の向きは絶えず水平方向（中心軸４２ａと直交する方向）となるように構成されている。

また、本実施形態に係るレーザ距離測定装置１では、偏向部４１における反射光を偏向する偏向領域（偏向部４１における反射面４１ａの領域）が、ミラー３０におけるレーザ光を反射する反射領域（ミラー３０における反射面３０ａの領域）よりも十分大きく構成されている。

さらに、回動偏向機構４０を駆動するモータ５０が設けられている。このモータ５０は、「駆動手段」の一例に相当するものであり、軸部４２を回転させることで、軸部４２と連結された偏向部４１を回転駆動している。なお、モータ５０の具体的構成としては、例えばサーボモータ等を用いても良いし、定常回転するモータを用い、偏向部４１が測距したい方向を向くタイミングに同期させてパルスレーザ光を出力することで、所望の方向の検出を可能としてもよい。また、本実施形態では、図１に示すように、モータ５０の軸部４２の回転角度位置（即ち偏向部４１の回転角度位置）を検出する回転角度位置センサ５２が設けられている。回転角度位置センサ５２は、ロータリーエンコーダなど、軸部４２の回転角度位置を検出しうるものであれば様々な種類のものを使用できる。

なお、上記説明では、検出対象となるモータ５０の具体例について述べたが、モータ５０の種類や構成は上記例に限定されず、例えば、ステップモータなどによって構成してもよく、この場合、１ステップ毎の角度が小さいものを使用すれば、緻密な回動が可能となる。

回動偏向機構４０からフォトダイオード２０に至るまでの反射光Ｌ２の光路上には、フォトダイオード２０に向けて反射光を集光する集光レンズ６２が設けられ、その集光レンズ６２とフォトダイオード２０の間にはフィルタ６４が設けられている。集光レンズ６２は、偏向部４１からの反射光Ｌ２を集光してフォトダイオード２０に導くものであり、集光手段として機能している。

また、フィルタ６４は、回動偏向機構４０からフォトダイオード２０に至るまでの反射光Ｌ２の光路上において反射光Ｌ２を透過させ且つ反射光Ｌ２以外の光を除去するように機能するものである。このフィルタ６４は、例えば反射光Ｌ２に対応した特定波長の光（例えば一定領域の波長の光）のみを透過させそれ以外の光を遮断する波長選択フィルタによって構成されている。

また、本実施形態では、レーザダイオード１０、フォトダイオード２０、ミラー３０、レンズ６０、回動偏向機構４０、モータ５０等がケース３内に収容され、防塵や衝撃保護が図られている。ケース３における偏向部４１の周囲には、当該偏向部４１を取り囲むようにレーザ光Ｌ１及び反射光Ｌ２の通過を可能とする導光部４が形成されている。導光部４は、偏向部４１に入光するレーザ光Ｌ１の光軸を中心とした環状形態で、ほぼ３６０°に亘って構成されており、この導光部４を閉塞する形態でガラス板等からなるレーザ光透過板５が配され、防塵が図られている。

（特徴的構成）
次に、本実施形態の特徴的構成について説明する。
本実施形態に係るレーザ距離測定装置１は、偏向部４１にて反射して空間に投射されるレーザ光Ｌ１の走査経路上に、拡散反射部材８０が設けられている。図２に示すように、拡散反射部材８０は、偏向部４１に面する側に拡散反射面８１が設けられており、図３に示すように、偏向部４１が所定回動範囲にあるときに、当該偏向部４１にて偏向されたレーザ光Ｌ１を拡散反射面８１で受けている。

拡散反射部材８０は、偏向部４１の側方に設けられており、偏向部４１に対向する対向部（２つの板面８０ａ、８０ｂの内の偏向部４１側の板面８０ｂを構成する部分）にシボ加工が施されており、そのシボ加工が施された加工面が拡散反射面８１として構成されている。

また、拡散反射部材８０は、シボ加工による微少な凹凸はあるものの拡散反射面８１が全体としてほぼ平坦面として構成されており、その拡散反射面８１の面方向が中心軸４２ａの方向とほぼ平行となる構成で配置されている。更に、拡散反射面８１は、黒色面として構成されており、拡散反射面の反射率が偏向手段の偏向面の反射率よりも低くなるように構成されている。

この拡散反射部材８０は、図１、図２に示すように、偏向部４１が所定回動範囲にあるときに、偏向部４１からのレーザ光が入射するように構成されている。なお、この「所定回動範囲」とは、即ち、３６０°回転する偏向部４１の全回動範囲のうち、レーザ光Ｌ１が、拡散反射部材８０の一端部８２に入射するときの回動位置から、他端部８３に入射するときの回動位置までの回動範囲を指し、偏向部４１が当該所定回動範囲にあるときに、レーザ光Ｌ１が装置外の空間に投射されずに拡散反射部材８０に入射し、拡散反射光がフォトダイオード２０によって受光されるようになっている。なお、図２では、レーザ光Ｌ１が一端部８２に入射するときのレーザ光Ｌ１の方向を直線Ａ１で示し、レーザ光Ｌ１が他端部８３に入射するときのレーザ光Ｌ１の方向を直線Ａ２で示しており、拡散反射部材８０に入射可能な領域を符号ＡＲにて示している。この図２の例では、偏向部４１の全回動範囲（３６０°）の内、レーザ光Ｌ１が領域ＡＲに投射される回動範囲が上記「所定回動範囲」に相当している。

次に、上記拡散反射部材８０を用いた補正データの生成について説明する。
本実施形態に係るレーザ距離測定装置１では、拡散反射部材８０に対してパルスレーザ光Ｌ１を照射すると共に、このパルスレーザ光Ｌ１の投光から拡散反射光の受光までの時間を検出し、この検出時間に基づいて補正データを生成している。その具体的方法は以下の通りである。

まず、偏向部４１の回動位置が、レーザ光が拡散反射部材８０に入射し得る回動範囲（所定回動範囲）の内のいずれかの回動位置にあるときに、レーザダイオード１０にてパルスレーザ光を発生させ、その発生したパルスレーザ光が拡散反射部材８０にて反射した拡散反射光がフォトダイオード２０によって検出されるまでの時間を検出する。例えば、図３では、偏向部４１が実線で示す「第１回動位置」にあるときにレーザダイオード１０からパルスレーザ光Ｌ１'を投射し、そのパルスレーザ光Ｌ１'が拡散反射部材８０にて反射した拡散反射光（第１拡散反射光Ｌａ）がフォトダイオード２０によって検出されるまでの時間を検出している。なお、以下の説明では、レーザダイオード１０がパルスレーザ光Ｌ１'を投射してから、フォトダイオード２０が第１拡散反射光Ｌａを受光するまでの時間を「第１時間Ｔ１」として説明する。

更に、偏向部４１が、破線で示す「第２回動位置」にあるときにも、別途パルスレーザ光Ｌ１"を発生させ、その発生したパルスレーザ光Ｌ２"が拡散反射部材８０にて反射した拡散反射光（第２拡散反射光Ｌｂ）がフォトダイオード２０によって検出されるまでの時間を検出している。なお、「第２回動位置」は、レーザ光Ｌ１が拡散反射部材８０に入射しうる回動範囲内（即ち、「所定回動範囲」内）における、上記「第１回動位置」とは異なる回動位置を指しており、図３の例では、パルスレーザ光Ｌ２"が拡散偏向部材８０の他端部８３付近に入射するときの偏向部４１の回動位置を「第２回動位置」としている。

以下の説明では、レーザダイオード１０がパルスレーザ光Ｌ１"を投射してから、フォトダイオード２０が第２拡散反射光Ｌｂを受光するまでの時間を「第２時間Ｔ２」として説明する。なお、本実施形態では、制御回路７０が「時間検出手段」の一例に相当し、上記第１時間Ｔ１及び第２時間Ｔ２を検出する機能を有している。

図３の例では、偏向部４１が実線で示す「第１回動位置」にあるときに当該偏向部４１からのパルスレーザ光Ｌ１'が拡散反射面８１に入射するときの第１入射角θ１（図３では図示略）と、偏向部４１が破線で示す「第２回動位置」にあるときに当該偏向部４１からのパルスレーザ光Ｌ１"が拡散反射面８１に入射するときの第２入射角θ２とが異なるように構成されている。

具体的には、「第１回動位置」のときの第１入射角θ１が略０°となっており、この例では、入射角が０°となるときのパルスレーザ光Ｌ１'の投光から拡散反射光Ｌａの受光までの時間（第１時間Ｔ１）を検出している。図４（ａ）に示すように、本実施形態では、偏向部４１が「第１回動位置」にあるときの第１拡散反射光Ｌａがフォトダイオード２０によって受光されたときの受光レベルが飽和レベルとなるように、レーザダイオード１０の出力、フォトダイオード２０の感度、拡散反射面８１の反射率が設定されている。

また、「第２回動位置」のときの第２入射角θ２は、０°よりも大きい角度（例えば、１０°〜２０°程度）とされており、この例では、入射角を第１入射角θ１よりも大きくしたときのパルスレーザ光Ｌ１"の投光から拡散反射光Ｌｂの受光までの時間（第１時間Ｔ２）を検出している。図４（ｂ）に示すように、本実施形態では、偏向部４１が「第２回動位置」にあるときの第２拡散反射光Ｌｂがフォトダイオード２０によって受光されたときの受光レベルが非飽和レベルとなるように、レーザダイオード１０の出力、フォトダイオード２０の感度、拡散反射面８１の反射率が設定されている。

そして、上記のように検出された第１時間Ｔ１及び第２時間Ｔ２に基づき、実際の物体検出の際に距離算出に用いる補正データを生成している。補正データは、上記第１時間Ｔ１、第２時間Ｔ２をパラメータとして距離算出を補正しうるデータであればよく、例えば、以下の数１で得られるようなデータとすることができる。なお、本実施形態では、制御回路７０が「補正データ生成手段」の一例に相当する。

なお、数１において、光速Ｃは公知の固定値である。また、第１回動位置のときの光路長Ｌ１と第２回動位置のときの光路長Ｌ２は、装置構成、第１回動位置、第２回動位置が定まれば一定値として定まるものである。従って、Ｃ，Ｌ１，Ｌ２が既知の値であるため、第１時間Ｔ１、第２時間Ｔ２が上記時間検出手段によって検出されれば補正係数Ｒが得られることになる。

次に、物体検出について説明する。本実施形態に係るレーザ距離測定装置１では、レーザ光Ｌ１が上記領域ＡＲ以外の領域に投射されるとき（即ち、偏向部４１が上記「所定回動範囲」外の回動位置にあるとき）に、外部空間に存在する物体を検出できるようになっている。

図１に示すように、偏向部４１の回動位置が検出可能範囲（上記「所定回動範囲」外の回動範囲）にあるときには、偏向部４１から空間に向けてパルスレーザ光Ｌ１が投射される。そして、そのパルスレーザ光Ｌ１の走査エリア上に検出物体が存在するときには、偏向部４１から投射されたパルスレーザ光Ｌ１が当該検出物体にて反射し、この反射光の一部が再び偏向部４１に入射する。空間側からの反射光Ｌ２は、偏向部４１にて反射した後、集光レンズ６２によって集光され、フィルタ６４を通過してフォトダイオード２０に入射する。

このように、偏向部４１が検出可能範囲にあるときに反射光Ｌ２が受光されると、この反射光Ｌ２の元となるパルスレーザ光Ｌ１が発生してから、当該パルスレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２がフォトダイオード２０によって受光されるまでの時間Ｔを検出し、光速Ｃを考慮して以下の式により検出物体までの距離Ｌを算出する。

なお、数２において、補正係数Ｒは上記数１によって求められており、光速Ｃは公知の固定値であるため、時間Ｔが検出されれば空間に存在する物体（検出物体）までの距離Ｌを算出できる。また、反射光Ｌ２が受光されたときの偏向部４１の回動位置を特定することで、検出物体の方位をも検出できる。

本実施形態では、制御回路７０が「距離算出手段」の一例に相当し、レーザダイオード１０にてパルスレーザ光Ｌ１が発生してから、当該パルスレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２をフォトダイオード２０が検出するまでの時間Ｔを検出し、当該時間Ｔに基づいて検出物体までの距離Ｌを算出するように機能している。より具体的には、フォトダイオード２０によって検出物体からの反射光Ｌ２が検出されるまでの時間Ｔと、上記「補正データ生成手段」によって生成された補正データＲとに基づいて距離Ｌを算出するように機能している。なお、上記の例では、「検出物体までの距離を示す値」として検出物体に照射されるパルスレーザ光の光路長（距離Ｌ）を求めているが、「検出物体までの距離を示す値」として光路長の１／２の値を求めるようにしてもよい。

（本実施形態の主な効果）
本実施形態に係るレーザ距離測定装置１は、偏向部４１が第１回動位置にあるときに、レーザダイオード１０にてパルスレーザ光Ｌ１'が発生してから、その発生したパルスレーザ光Ｌ１'が拡散反射部材８０にて反射した第１拡散反射光Ｌａがフォトダイオード２０（光検出手段）によって検出されるまでの時間（第１時間Ｔ１）を検出している。また、偏向部４１が所定回動範囲内の第２回動位置にあるときに、パルスレーザ光Ｌ１"が発生してから、その発生したパルスレーザ光Ｌ１"が拡散反射部材８０にて反射した第２拡散反射光Ｌｂがフォトダイオード２０によって検出されるまでの時間（第２時間Ｔ２）を検出している。そして、それら検出された第１時間Ｔ１及び第２時間Ｔ２に基づき、距離の算出に用いる補正データを生成している。このようにすると、少なくとも２つの拡散反射状態を考慮して補正データを生成することができるため、特定の状態に片寄った補正データとならず、距離算出の際により適切な補正を行うことができる。

特に、本実施形態では、偏向部４１が「第１回動位置」にあるときに当該偏向部４１からのパルスレーザ光Ｌ１'が拡散反射面８１に入射するときの第１入射角θ１と、偏向部４１が「第２回動位置」にあるときに当該偏向部４１からのパルスレーザ光Ｌ１"が拡散反射面８１に入射するときの第２入射角θ２とが異なるように構成されているため、各拡散反射光Ｌａ、Ｌｂの光量に差が生じることとなり、相対的に光量の大きい拡散反射光Ｌａ、及び相対的に光量が抑えられた拡散反射光Ｌｂをいずれも考慮した適切な補正データを生成でき、ひいては、この補正データを用いて検出物体までの距離を精度高く算出できるようになる。

また、本実施形態に係るレーザ距離測定装置１は、拡散反射部材８０の拡散反射面８１が平坦面とされている。このようにすると、拡散反射面８１へ入射するレーザ光の入射角を、偏向部４１の回動位置に応じて変化させうる構成をより簡易に実現できる。

また、本実施形態に係るレーザ距離測定装置１は、拡散反射面８１の反射率が偏向部４１の偏向面（反射面４１ａ）の反射率よりも低くなるように構成されている。このようにすると、補正データを生成するために用いる反射光（拡散反射光Ｌａ,Ｌｂ）の光量を効果的に抑えることができるため、フォトダイオード２０からの出力を飽和しにくくすることができる。

また、本実施形態で用いられる拡散反射部材８０は、拡散反射面８１が黒色面として構成されている。このようにすると、より簡易且つ安価な構成で、拡散反射光Ｌａ,Ｌｂの光量を抑えることができる。

また、本実施形態で用いられる拡散反射部材８０は、拡散反射面８１がシボ加工が施された加工面として構成されている。このようにすると、光量を抑えた拡散反射光を発生させうる構成を、簡易な加工で良好に実現できる。

また、本実施形態では、偏向部４１が「第１回動位置」にあるときの第１入射角θ１が略０°とされており、偏向部４１が「第２回動位置」にあるときの第２入射角θ２が０°よりも大きい角度とされている。このようにすると、入射角度が極めて小さい状態ときの拡散反射状態、及びそれよりも入射角度が大きいときの拡散反射状態をいずれも考慮に入れて距離補正を行うことができる。

また、本実施形態では、第１拡散反射光Ｌａがフォトダイオード２０によって受光されたときの受光レベルが飽和レベルであり、第２拡散反射光Ｌｂがフォトダイオード２０によって受光されたときの受光レベルが非飽和レベルとされている。このようにすると、飽和状態及び非飽和状態をいずれも考慮に入れて距離補正を行うことができる。

［他の実施形態]
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

上記実施形態では、拡散反射面８１が黒色面とされた拡散反射部材８０を例示したがこれに限定されない。例えば、反射率を低く抑えうる色であれば他の色でも好適に用いることができ、青色、緑色、茶色、灰色等を用いてもよい。この場合、濃度を大きくし、輝度を低く抑えることで、反射率をより低くすることができる。

上記実施形態では、樹脂材料にシボ加工を施してなる拡散反射部材８０を例示したが、樹脂部材に植毛シート（植毛紙）を添付してなる拡散反射部材を用いてもよい。この場合、一般的に望遠鏡などで用いられる植毛紙からなる植毛シートを樹脂部材に貼付した構成とし、当該植毛シートの外面を拡散反射面とするような構成としてもよい。このようにすると、光量を抑えた拡散反射光を発生させうる構成を、簡易な部材によって良好に実現できる。

上記実施形態では、第１入射角θ１がほぼ０°であり、第２入射角θ２が１０°〜２０°程度である例を示したが、第１回動位置のときの第１入射角と第２回動位置のときの第２入射角とが異なっていればよい。例えば、第１入射角θ１が１０°程度となるように第１回動位置を設定し、第２入射角θ２が３０°程度となるように第２回動位置を設定してもよい。

上記実施形態では、２つの回動位置（第１回動位置及び第２回動位置）に設定されたときの各拡散反射光Ｌａ、Ｌｂを受光して補正データを生成していたが、上記「所定回動範囲」内の３以上の回動位置においてそれぞれ拡散反射光を受光し、各回動位置において同様に時間検出を行い、補正データを生成してもよい。例えば、上記「第１回動位置」、「第２回動位置」を含んだｎ個の回動位置において時間検出を行う場合、各回動位置において、パルスレーザ光が発生してから当該パルスレーザ光の拡散反射光が受光されるまでの時間を検出し、これら各時間と、各回動位置のときの各光路長とに基づいて数３のように補正データを生成してもよい。

数３では、第１回動位置から第ｎ回動位置まで設定されるとき（即ち、拡散反射部材８０に照射するための回動位置がｎ個設定されるとき）の補正データ算出式を例示している。この例では、第ｋ回動位置のときにパルスレーザ光が発生してから当該パルスレーザ光の拡散反射光が受光されるまでの時間をＴｋとし、第ｋ回動位置のときのレーザダイオード１０からフォトダイオード２０に至るまでの光路長をＬｋとして示しており、各回動位置毎のＴｋ×Ｃ／Ｌｋの値を求めている（但しｋは１〜ｎの自然数）。
例えば、上記実施形態の「第１回動位置」「第２回動位置」に加え、それらとは異なる第３回動位置において拡散反射光を受光して補正データに加味する場合（即ちｎ＝３のとき）、上記実施形態と同様に、「第１回動位置」のときにパルスレーザ光Ｌ１'が発生してから当該パルスレーザ光Ｌ１'の拡散反射光Ｌａが受光されるまでの時間をＴ１とし、当該「第１回動位置」のときの光路長をＬ１としてＴ１×Ｃ／Ｌ１の値を求め、同様に、「第２回動位置」のときにパルスレーザ光Ｌ１"が発生してから当該パルスレーザ光Ｌ１"の拡散反射光Ｌｂが受光されるまでの時間をＴ２とし、当該「第２回動位置」のときの光路長をＬ２としてＴ２×Ｃ／Ｌ２の値を求める。更に、それらとは異なる「第３回動位置」のときにパルスレーザ光が発生してから当該パルスレーザ光が拡散反射部材８０で反射してなる拡散反射光が受光されるまでの時間をＴ３とし、当該「第３回動位置」のときの光路長をＬ３としてＴ３×Ｃ／Ｌ３の値を求め、これらＴ１×Ｃ／Ｌ１、Ｔ２×Ｃ／Ｌ２、Ｔ３×Ｃ／Ｌ３を全て加算した加算値を３で割った値をＲとして、当該Ｒを上記実施形態と同様に距離算出に用いることができる（数２参照）。また、ｎは４以上であってもよく、いずれにしてもＴｋ×Ｃ／Ｌｋの値を、ｋ＝１〜ｎまで累積し、その累積値をｎで割った値をＲとして用いればよい。

１…レーザ距離測定装置
１０…レーザダイオード（レーザ光発生手段）
２０…フォトダイオード（光検出手段）
４０…回動偏向機構（回動偏向手段）
４１…偏向部（偏向手段）
４２ａ…中心軸
５０…モータ（駆動手段）
７０…制御回路（距離算出手段、時間検出手段、補正データ生成手段）
８０…拡散反射部材
８１…拡散反射面
８３…植毛シート

Claims (8)

1. レーザ光を間欠的に発生させるレーザ光発生手段と、
   前記レーザ光発生手段にて前記レーザ光が発生したときに、その発生した前記レーザ光が検出物体にて反射した反射光を検出する光検出手段と、
   所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段により前記レーザ光を空間に向けて偏向させ、且つ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、
   前記回動偏向手段を回転駆動する駆動手段と、
   前記レーザ光発生手段にて前記レーザ光が発生してから、前記反射光が前記光検出手段に検出されるまでの時間を検出し、当該時間に基づいて前記検出物体までの距離を算出する距離算出手段と、
   を備えたレーザ距離測定装置であって、
   拡散反射面を有すると共に、前記偏向手段が所定回動範囲にあるときに、当該偏向手段にて偏向された前記レーザ光を前記拡散反射面で受ける拡散反射部材と、
   前記偏向手段が前記所定回動範囲内の第１回動位置にあるときに、前記レーザ光発生手段にて前記レーザ光が発生してから、その発生した前記レーザ光が前記拡散反射部材にて反射した第１拡散反射光が前記光検出手段によって検出されるまでの第１時間と、前記偏向手段が前記所定回動範囲内の第２回動位置にあるときに、前記レーザ光発生手段にて前記レーザ光が発生してから、その発生した前記レーザ光が前記拡散反射部材にて反射した第２拡散反射光が前記光検出手段によって検出されるまでの第２時間と、を検出する時間検出手段と、
   前記時間検出手段によって検出された前記第１時間及び前記第２時間に基づき、前記距離算出手段による前記距離の算出に用いる補正データを生成する補正データ生成手段と、
   を備え、
   前記拡散反射部材は、前記偏向手段が前記第１回動位置にあるときに当該偏向手段からの前記レーザ光が前記拡散反射面に入射するときの第１入射角と、前記偏向手段が第２回動位置にあるときに当該偏向手段からの前記レーザ光が前記拡散反射面に入射するときの第２入射角とが異なるように構成されており、
   前記距離算出手段は、前記光検出手段によって前記検出物体からの前記反射光が検出されるまでの前記時間と、前記補正データ生成手段によって生成された前記補正データと、に基づいて前記距離を算出することを特徴とするレーザ距離測定装置。
2. 前記拡散反射部材は、前記拡散反射面が平坦面とされていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置。
3. 前記拡散反射部材は、前記拡散反射面の反射率が、前記偏向手段の偏向面の反射率よりも低くなるように構成されている特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ距離測定装置。
4. 前記拡散反射部材は、植毛シートを有し、
   前記植毛シートの外面が前記拡散反射面とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザ距離測定装置。
5. 前記拡散反射部材の前記拡散反射面が黒色面であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ距離測定装置。
6. 前記拡散反射部材の前記拡散反射面が、シボ加工が施された加工面からなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザ距離測定装置。
7. 前記偏向手段が前記第１回動位置にあるときの前記第１入射角が略０°であり、前記第２回動位置にあるときの前記第２入射角が０°よりも大きい角度であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレーザ距離測定装置。
8. 前記偏向手段が前記第１回動位置にあるときの前記第１拡散反射光が前記光検出手段によって受光されたときの受光レベルが飽和レベルであり、
   前記偏向手段が前記第２回動位置にあるときの前記第２拡散反射光が前記光検出手段によって受光されたときの受光レベルが非飽和レベルであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザ距離測定装置。

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