JP2016020831A - レーザレンジファインダ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化及び光学部品の部品点数の削減ができるレーザレンジファインダを提供する。
【解決手段】本発明に係るレーザレンジファインダ１は、レーザ光を出射するＬＤ１０と、揺動軸Ｊを中心に揺動することにより、ＬＤ１０から出射されたレーザ光を走査するスキャンミラー２０と、スキャンミラー２０によって走査されたレーザ光の測定対象物２からの反射光を、スキャンミラー２０を介して受光するＰＤ３０とを備え、ＬＤ１０及びＰＤ３０の各々は、ＬＤ１０、ＰＤ３０及びスキャンミラー２０を含む平面において、スキャンミラー２０に対して互いに異なる方向に配置され、スキャンミラー２０は、ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ１を反射する第１ミラー部２１Ａと、測定対象物２からの反射光Ｌ３を反射かつ集光することによりＰＤ３０に反射光Ｌ４を導く第２ミラー部２１Ｂとを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、対象物までの距離を測定するレーザレンジファインダに関する。

ロボットが自律移動する時の障害物を検知するためのセンサ、あるいは、人物を検知するためのセンサには、例えば、レーザレンジファインダ（Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ、ＬＲＦ）がある。

レーザレンジファインダは、レーザ光が出射されてから、レーザ光が対象物に当たって反射した反射光が返ってくるまでの時間の測定を行い、測定結果から対象物までの距離を算出する。レーザレンジファインダは、レーザ光を出射する方向を水平方向および垂直方向に変化させることで、距離の測定を行う範囲（以下、「走査範囲」と称する）の全体において対象物までの距離の測定を行う。

具体的には、レーザレンジファインダは、例えば、レーザ光を出射するレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、ＬＤ）と、レーザ光の出射方向を調整するスキャンミラーと、対象物からの反射光を受光する受光素子と、信号処理部とを備えている。レーザ光の出射方向を調整するスキャンミラーには、例えば、回転機構に取り付けられたミラー、ポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラー等がある。信号処理部は、レーザダイオードにレーザ光を出射させる出力信号を出力し、受光素子からの受光信号を受け付ける。信号処理部は、レーザダイオードから出射されるレーザ光の位相と受光素子が受光した反射光の位相との差から、対象物までの距離を測定する。

ここで、スキャンミラーはレーザ光を走査するという機能しか持たず、対象物からの反射光を集光するための光学部品を別に設置する必要がある。また、対象物からの反射光は非常に微弱であるため、このような反射光を用いて対象物までの距離を測定するためには、受光部にＬＤからの光が入射しないようにすることが必要である。

このようなレーザレンジファインダの構成として、反射光の光路上に当該反射光を集光するためのレンズと、ＬＤから出射されたレーザ光の光路と、反射光の光路とを分離するための有孔ミラーとを備える構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２１０３１５号公報

しかしながら、このような構成の場合、レーザレンジファインダの測距精度を向上させるためにスキャンミラーの反射面を大面積化すると、それに伴って、反射光を集光するレンズ等の光学部品も大型化する必要がある。この場合、レーザレンジファインダが大型化するという問題がある。

また、光学部品の部品点数についても、削減が求められている。

本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、小型化及び光学部品の部品点数の削減ができるレーザレンジファインダを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザレンジファインダは、対象物までの距離を測定するレーザレンジファインダであって、レーザ光を出射する光源と、揺動軸を中心に揺動することにより、前記光源から出射されたレーザ光を走査する揺動ミラーと、前記揺動ミラーによって走査されたレーザ光の前記対象物からの反射光を、前記揺動ミラーを介して受光する受光部とを備え、前記光源及び前記受光部の各々は、前記揺動ミラーに対して互いに異なる方向に配置され、前記揺動ミラーは、前記光源から出射されたレーザ光を反射する第１ミラー部と、前記対象物からの反射光を反射かつ集光することにより前記受光部に前記反射光を導く第２ミラー部とを有する。

これにより、光源から出射されたレーザ光と受光部へ導かれる反射光との光路を分離する構成や、反射光Ｌ３を集光するための光学部品を設ける必要がない、もしくは設置した光学部品の有効受光面積より大きなスキャンミラーを用いて受光量を増加することができる。よって、小型化及び光学部品の部品点数の削減ができる。さらに、光学部品の部品点数を削減できることにより、レーザレンジファインダ内部での不要光及び迷光の発生を抑制できる。よって、受光部で受光する反射光のＳ／Ｎ比を向上することができるので、測距精度を向上することができる。

例えば、前記第１ミラー部は、前記第２ミラー部の集光軸上に配置され、前記第１ミラー部の前記レーザ光を反射する面は、当該集光軸に垂直な面に対して傾斜して配置されていてもよい。

ここで、対象物へ出射されたレーザ光の光軸と当該対象物からの反射光の光軸とは略同一と見なすことができる。したがって、光源から出射されたレーザ光の光軸と受光部へ導かれる反射光の光軸とは、集光軸に垂直な面（図中のＸ’Ｙ’平面）に対する光源から出射されたレーザ光を反射する面の傾斜角の２倍だけ、方向（角度）が異なる。よって、揺動ミラーは、光源から出射されたレーザ光の光路と受光部へ導かれる反射光の光路とを、当該傾斜角の２倍の角度で分離することができる。

また、例えば、前記第２ミラー部は、前記反射光を反射する面が凹形状の凹面鏡であってもよい。

また、例えば、前記第２ミラー部は、前記反射光を反射する反射部材と、当該反射部材に積層され、前記反射光を透過かつ集光するレンズ部材とを有してもよい。

また、例えば、前記第１ミラー部は、前記揺動ミラーの前記揺動軸上に配置されていてもよい。

これにより、第１ミラー部を小型化できる。つまり、第１ミラー部の光源から出射されたレーザ光を反射する面を小面積化できる。具体的には、第１ミラー部を揺動ミラーの揺動軸に配することにより、揺動による第１ミラー部の位置の変化を抑制できる。光源から出射された光源から出射されたレーザ光は指向性が高いので、揺動による第１ミラー部の位置の変化が小さいことにより、当該反射する面を極めて極小の面積で構成できる。

また、例えば、前記第２ミラー部は、前記第１ミラー部を囲むように配置されていてもよい。

このように、集光機能を有する第２ミラー部を第１ミラー部の周囲に配置することにより、光量の小さい散乱光である対象物からの反射光を受光反射する面を大面積化できる。よって、対象物からの反射光を面積が十分に大きい反射面で受光反射して受光部に集光させることができるので、受光部でＳ／Ｎの良い信号を得ることができる。

また、例えば、前記第２ミラー部の前記反射光を反射する面の裏面は、当該第２ミラー部の集光軸に直交する略平面形状であり、当該集光軸は、前記揺動ミラーの前記揺動軸を通ってもよい。

ここで、第２ミラー部は、集光機能を有することにより位置に応じて厚さが異なる。つまり、第２ミラー部は、単位面積当たりの質量が集光軸からの距離に応じて異なる。そこで、集光軸が揺動軸を通るように構成することにより、揺動軸を中心に左右形状が相似となり質量バランスがとれる。その結果、共振による揺動ミラーの揺動を容易にできる。

また、例えば、前記第１ミラー部は、前記第２ミラー部から外方に突出する凸形状であってもよい。

本発明によると、小型化及び光学部品の部品点数の削減ができる。

実施の形態１におけるレーザレンジファインダの概略構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態１におけるレーザレンジファインダの機能構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１におけるスキャンミラーの構成の一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。 実施の形態１におけるスキャンミラーによる反射を示す斜視図である。 図４の揺動軸Ｊにおけるミラー部材の断面図である。 実施の形態２におけるレーザレンジファインダの概略構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態２におけるスキャンミラーによる反射を示す斜視図である。 他の実施の形態におけるスキャンミラーの構成の一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、各図は、必ずしも各寸法あるいは各寸法比等を厳密に図示したものではない。

また、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１のレーザレンジファインダについて、図１〜図５を用いて説明する。

［１．レーザレンジファインダの構成］
まず、本実施の形態に係るレーザレンジファインダの構成について、図１及び図２を用いて説明する。

図１は、実施の形態１におけるレーザレンジファインダの概略構成の一例を示す斜視図である。なお、図１にはレーザレンジファインダ１による測定対象物２も示されている。また、図１は、レーザレンジファインダ１の筐体１１を透視して筐体１１内方を示した図となっている。図２は、実施の形態１におけるレーザレンジファインダ１の機能構成の一例を示すブロック図である。なお、図２では、電気信号の経路を実線の矢印で示し、光の進路を一点鎖線の矢印で示している。

また、図１では、Ｚ軸方向をレーザレンジファインダ１の走査軸（基準方向）に平行な軸として示しており、Ｙ軸を上下方向（設置状態での重力の作用する方向）として示している。以下ではＹ軸方向を上下方向として説明するが、使用態様によってはＹ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるため、Ｙ軸方向は上下方向となることには限定されない。以下の図においても、同様である。

また、以下において、例えば、Ｘ軸方向プラス側とは、Ｘ軸の矢印方向側を示しており、Ｘ軸方向マイナス側とは、Ｘ軸方向プラス側とは反対側を示す。Ｙ軸方向やＺ軸方向についても同様である。

図１に示すように、本実施の形態におけるレーザレンジファインダ１は、筐体１１の内部に配置されたＬＤ１０と、スキャンミラー２０と、フォトダイオード（ＰＤ；Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）３０とを備える。フォトダイオードはより高感度なアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）でもよい。また、本実施の形態におけるレーザレンジファインダ１は、さらに、図２に示すように、変調信号出力部４０と、ミラー駆動部５０と、信号処理部６０とを備える。ここで、信号処理部６０は、測定対象物２までの距離を算出する距離算出部６１を有する。

ＬＤ１０は、レーザ光を出射する光源の一例であり、変調信号出力部４０から出力される変調信号に従ってレーザ光を出射する。ＬＤ１０は、筐体１１の内部に配置され、レーザ光をスキャンミラー２０に向けて出射する。

スキャンミラー２０は、図１に示すように、揺動軸Ｊを中心に揺動することにより、ＬＤ１０から出射されたレーザ光を走査する揺動ミラーの一例であり、ミラー部材２１と、当該ミラー部材２１を揺動させる揺動器２２とを有し、例えば、電子回路を形成するシリコン基板上に、微小な機械部品であるミラー部材２１を形成して構成されるＭＥＭＳミラーである。なお、スキャンミラー２０の詳細な構成については後述する。また、スキャンミラー２０の揺動軸Ｊとは、具体的には、後述するスキャンミラー２０のミラー部材２１の揺動軸である。

ＰＤ３０は、スキャンミラー２０によって走査されたレーザ光の測定対象物２からの反射光を、スキャンミラー２０を介して受光する受光部の一例であり、受光量を示す電気信号を距離算出部６１へ出力する。

ここで、ＬＤ１０及びＰＤ３０の各々は、スキャンミラー２０に対して互いに異なる方向に配置されている。言い換えると、ＬＤ１０からスキャンミラー２０に到達するレーザ光の光路と、スキャンミラー２０からＰＤ３０に到達する反射光の光路とは、分離されている。このように光路が分離されるメカニズムについては、後述するスキャンミラー２０の詳細な構成で説明する。

本実施の形態では、図１に示すように、ＬＤ１０及びＰＤ３０の各々は、ＬＤ１０、ＰＤ３０及びスキャンミラー２０を含むＹＺ平面において、スキャンミラー２０に対して互いに異なる方向に配置されている。

変調信号出力部４０は、ＬＤ１０に出射させるレーザ光に含まれる変調信号を生成する。また、当該変調信号を距離算出部６１へ出力する。

ミラー駆動部５０は、信号処理部６０の出力に従って、スキャンミラー２０を駆動するための駆動電流を生成し、スキャンミラー２０に対して出力する。

信号処理部６０は、上述のように距離算出部６１を備え、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）、あるいは、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いて構成されていてもよい。あるいは、信号処理部６０は、マイクロコントローラにより構成されていても構わない。

距離算出部６１は、ＰＤ３０が受光した反射光と変調信号出力部４０で生成された変調信号との位相差を用いて、レーザレンジファインダ１から測定対象物２までの距離を算出する。つまり、距離算出部６１は、当該位相差を用いて、レーザ光がＬＤ１０から出射されてからＰＤ３０で受光されるまでの時間を算出する。この時間は、レーザ光がＬＤ１０から測定対象物２までを往復するのにかかる時間である。したがって、距離算出部６１は、当該時間の１／２に光の速さを乗算することにより、当該距離を求めることができる。

以上のように構成されたレーザレンジファインダ１は、スキャンミラー２０によってレーザ光を走査し、測定対象物２によるレーザ光の反射光を受光することにより、当該測定対象物２までの距離を測定する。

［２．スキャンミラー］
次に、上述したスキャンミラー２０について、図３〜図５を用いて詳述する。

図３は、実施の形態１におけるスキャンミラー２０の構成の一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。図４は、実施の形態１におけるスキャンミラー２０による反射を示す斜視図である。図５は、図４の揺動軸Ｊにおけるミラー部材２１の断面図である。なお、図４及び図５では、さらに、ＬＤ１０及びＰＤ３０と、ＬＤ１０からスキャンミラー２０に到達するレーザ光Ｌ１と、スキャンミラー２０によって反射されたレーザ光Ｌ１であるレーザ光Ｌ２と、レーザ光Ｌ２の測定対象物２からの反射光である反射光Ｌ３と、スキャンミラーによって反射された反射光Ｌ３である反射光Ｌ４とが示されている。

なお、図４及び図５では、Ｘ’軸方向を図１に示すＸ軸方向と同一方向として示し、Ｙ’軸方向をスキャンミラー２０の揺動軸Ｊの延伸方向、Ｚ’軸方向をＸ’軸方向及びＹ’軸方向に直交する方向として示している。

図３及び図４に示すように、ミラー部材２１と揺動器２２とは、架橋部材２３によって、互いに機械的に接続されている。

［２−１．構成］
以下、ミラー部材２１の詳細について説明する。

ミラー部材２１は、ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ１を反射する第１ミラー部２１Ａと、測定対象物２による反射光Ｌ３を反射かつ集光することによりＰＤ３０に反射光Ｌ４を導く第２ミラー部２１Ｂとを有し、例えば所定の波長の光を少なくとも一部反射する。所定の波長とは、ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ１の波長である。

これにより、図３及び図４に示すように、ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ１は、第１ミラー部２１Ａによって反射されることにより、レーザレンジファインダ１の外部へ出射及び走査される。一方、レーザレンジファインダ１の外部へ出射及び走査されたレーザ光Ｌ２のうち測定対象物２によって反射された反射光Ｌ３は、第２ミラー部２１Ｂによって反射及び集光されることにより、ＰＤ３０で受光される。

したがって、本実施の形態に係るレーザレンジファインダ１では、ＬＤ１０からスキャンミラー２０に到達するレーザ光Ｌ１の光路と、スキャンミラー２０からＰＤ３０に到達する反射光Ｌ４の光路とを分離することができる。

また、本実施の形態では、スキャンミラー２０が有する第２ミラー部２１Ｂによって、測定対象物２からの反射光Ｌ３が集光される。

ここで、反射光Ｌ３はレーザ光Ｌ２が測定対象物２によって反射散乱された光であるため、当該反射光Ｌ３の光強度はレーザ光Ｌ１、Ｌ２の光強度と比較して非常に小さくなる。このため、本実施の形態に係るレーザレンジファインダ１では、第２ミラー部２１Ｂによって反射光Ｌ３を集光することにより、ＰＤ３０で受光される反射光Ｌ４のＳ／Ｎ比を向上することができる。これにより、例えば、レーザレンジファインダ１から測定対象物２までの距離が遠い、及び、測定対象物２が小さい等の理由により、測定対象物２からの反射光Ｌ３の光強度が小さい場合であっても、本実施の形態に係るレーザレンジファインダ１は当該測定対象物２までの距離を測定することができる。言い換えると、測距精度を向上することができる。

［２−２．光路分離のメカニズム］
次に、上述のように光路が分離されるメカニズムについて、第１ミラー部２１Ａ及び第２ミラー部２１Ｂの構成について説明しながら述べる。

第１ミラー部２１Ａは、図５に示すように、第２ミラー部２１Ｂの集光軸ＯＡ上に配置されている。具体的には、第１ミラー部２１Ａは、図３〜図５に示すように、第２ミラー部２１Ｂから外方に突出する凸形状であり、より具体的には、揺動軸Ｊに平行な面（図中のＹ’Ｚ’平面）での断面形状が略三角形、揺動軸Ｊに垂直な面（図中のＸ’Ｚ’平面）での断面形状が略矩形形状の略三角柱形状である。

ここで、第１ミラー部２１Ａのレーザ光Ｌ１を反射する反射面２１ａは、当該集光軸ＯＡに垂直な面（図中のＸ’Ｙ’平面）に対して傾斜して配置されている。反射面２１ａは、例えば、０．５ｍｍ角の矩形形状であり、ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ１の直径（スポット径）より大きく形成されている。よって、ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ１は、反射面２１ａによって反射される。

また、第１ミラー部２１Ａは、スキャンミラー２０の揺動軸Ｊ上に配置されている。具体的には、ミラー部材２１の揺動軸Ｊ上に配置されている。なお、揺動軸Ｊ上に配置されているとは、揺動軸Ｊの近傍（揺動軸Ｊに対してミラー部材２１の直径の１０パーセント以内の範囲）に配置されている場合も含まれる。

第２ミラー部２１Ｂは、図３及び図５に示すように、測定対象物２からの反射光Ｌ３を反射する反射面２１ｂが凹形状の凹面鏡である。この第２ミラー部２１Ｂの集光軸ＯＡは、例えば、Ｘ’Ｙ’平面における第２ミラー部の中心のＺ’軸方向に平行な線である。反射面２１ｂは、例えば、パラボラ形状、及び、楕円の回転体の一部を成す形状等であり、この反射面２１ｂの集光軸ＯＡに垂直な面（図中のＸ’Ｙ’平面）における直径は、例えば、３．０ｍｍである。

このような構成により、ＬＤ１０を出射したレーザ光Ｌ１は、揺動軸Ｊを中心に揺動するミラー部材２１の反射面２１ａで反射されることにより、エリア走査されるレーザ光Ｌ２となり、測定対象物２に至る。測定対象物２でレーザ光Ｌ２が反射（拡散反射）されることにより生じる測定対象物２からの反射光Ｌ３は、集光軸ＯＡを挟んで反射光Ｌ３に対峙した光軸で反射して反射光Ｌ４となり、ＰＤ３０に至る。このとき、反射光Ｌ４は、ミラー部材２１の反射面２１ｂの凹面鏡形状により、集光されてＰＤ３０に至る。

ここで、測定対象物２へ出射されたレーザ光Ｌ２の光軸と当該測定対象物２で反射された反射光Ｌ３の光軸とは略同一と見なすことができる。したがって、レーザ光Ｌ１の光軸と反射光Ｌ４の光軸とは、集光軸ＯＡに垂直な面（図中のＸ’Ｙ’平面）に対する反射面２１ａの傾斜角の２倍だけ方向（角度）が異なる。よって、スキャンミラー２０は、レーザ光Ｌ１の光路と反射光Ｌ４の光路とを、当該傾斜角の２倍の角度で分離することができる。

すなわち、ＬＤ１０及びＰＤ３０の各々は、ＬＤ１０、ＰＤ３０及びスキャンミラー２０を含む平面（ＹＺ平面）において、スキャンミラー２０とＬＤ１０とを結ぶ線とスキャンミラー２０とＰＤ３０とを結ぶ線との成す角が、当該傾斜角の２倍となるように配置されている。

このように、本実施の形態では、スキャンミラー２０が、ＬＤ１０からのレーザ光Ｌ１を反射する反射面２１ａを有する第１ミラー部２１Ａと、測定対象物２からの反射光Ｌ３をレーザ光Ｌ１とは異なる方向へ反射かつ集光する反射面２１ｂを有する第２ミラー部２１Ｂとを有することにより、レーザ光Ｌ１の光路と反射光Ｌ４との光路を分離することができる。

［３．比較例との対比］
ここで、平板状のミラー部材を揺動するスキャンミラーを用いて、ＬＤから出射されたレーザ光の光路とＰＤへ入射する反射光の光路とを分離し、かつ、当該反射光を集光する構成としては、次のような構成が考えられる。具体的には、ＬＤから当該スキャンミラーへ至るレーザ光の光路上に光路を分離するための光学部品を設け、かつ、当該スキャンミラーからＰＤへ至る反射光の光路上に当該反射光を集光する光学部品を設ける構成が考えられる。

このような光学部品としては、例えば、スキャンミラーからの反射光をＰＤへ集光するための反射面の一部に、ＬＤから出射されたレーザ光をスキャンミラーへ導くための面が形成された凹面鏡が挙げられる。また、例えば、スキャンミラーからの反射光をＰＤに反射させるための平板状のミラー部材に、ＬＤから出射されたレーザ光をスキャンミラーへ導くための孔が形成された有孔ミラーと、スキャンミラーからの反射光のうち当該有孔ミラーで反射された光をＰＤへ集光するための集光レンズとの組み合わせが挙げられる。

しかしながら、このような構成では、測定対象物からの反射光を平板状のミラー部材で反射することにより、光量の小さい反射光を効率よく利用するためには、スキャンミラーとＰＤとの間に、反射光を集光するための光学部品を設ける必要があるという問題がある。また、このような光学部品の受光面積として、平板状のミラー部材と同様の大きさが必要であるという問題がある。つまり、このような構成では、光学部品の部品点数の増加やレーザレンジファインダが大型化するという問題がある。

また、レーザレンジファインダでは、当該レーザレンジファインダ内部でのレーザ光及び反射光の折り返しや、光学部品の段数が多いほど、不要光及び迷光の発生が懸念される。測定対象物からの反射光は極めて光量が小さいため、不要光及び迷光が発生した場合、当該反射光が不要光及び迷光に埋もれてしまう場合がある。このような場合、正しい測定結果（測定対象物までの距離）が得られなくなるという問題がある。

これに対して、本実施の形態では、スキャンミラー２０が、ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ１を反射する第１ミラー部２１Ａと、測定対象物２からの反射光Ｌ３を反射かつ集光することによりＰＤ３０に反射光Ｌ４を導く第２ミラー部２１Ｂとを有する。つまり、スキャンミラー２０は、反射機能に加えて集光機能を有する。これにより、本実施の形態に係るレーザレンジファインダ１は、反射光Ｌ３を集光するための光学部品を設ける必要がないため、小型化及び光学部品の部品点数の削減ができる。さらに、光学部品の部品点数を削減できることにより、レーザレンジファインダ１内部での不要光及び迷光の発生を抑制できる。よって、ＰＤ３０で受光する反射光Ｌ４のＳ／Ｎ比を向上することができるので、測距精度を向上することができる。

［４．まとめ］
以上のように、本実施の形態に係るレーザレンジファインダ１では、スキャンミラー２０が、ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ１を反射する第１ミラー部２１Ａと、測定対象物２からの反射光Ｌ３を反射かつ集光することによりＰＤ３０に反射光Ｌ４を導く第２ミラー部２１Ｂとを有する。

これにより、レーザ光Ｌ１と反射光Ｌ４との光路を分離する構成や、反射光Ｌ３を集光するための光学部品を設ける必要がない。もしくは設置した光学部品の有効受光面積より大きなスキャンミラーを用いて受光量を増加することができる。よって、小型化及び光学部品の部品点数の削減ができる。さらに、光学部品の部品点数を削減できることにより、レーザレンジファインダ１内部での不要光及び迷光の発生を抑制できる。よって、ＰＤ３０で受光する反射光Ｌ４のＳ／Ｎ比を向上することができるので、測距精度を向上することができる。

また、本実施の形態では、第１ミラー部２１Ａは、第２ミラー部２１Ｂの集光軸ＯＡ上に配置され、第１ミラー部２１Ａのレーザ光Ｌ１を反射する反射面２１ａは、当該集光軸ＯＡに垂直な面（図中のＸ’Ｙ’平面）に対して傾斜して配置されている。

ここで、測定対象物２へ出射されたレーザ光Ｌ２の光軸と当該測定対象物２で反射された反射光Ｌ３の光軸とは略同一と見なすことができる。したがって、レーザ光Ｌ１の光軸と反射光Ｌ４の光軸とは、集光軸ＯＡに垂直な面（図中のＸ’Ｙ’平面）に対する反射面２１ａの傾斜角の２倍だけ方向（角度）が異なる。よって、スキャンミラー２０は、レーザ光Ｌ１の光路と反射光Ｌ４の光路とを、当該傾斜角の２倍の角度で分離することができる。

なお、第１ミラー部２１Ａは、集光軸ＯＡ上以外の位置に配置されていてもよく、第１ミラー部２１Ａのレーザ光Ｌ１を反射する反射面２１ａは、当該集光軸ＯＡに垂直な面（図中のＸ’Ｙ’平面）に対して傾斜していなくてもよい。例えば第１ミラー部２１Ａは、第２ミラー部２１Ｂの周縁部に配置され、当該反射面２１ａは集光軸ＯＡに垂直な面と平行に配置されていてもよい。

また、本実施の形態では、第１ミラー部２１Ａは、スキャンミラー２０の揺動軸Ｊに配置されている。具体的には、ミラー部材２１の揺動軸Ｊ上に配置されている。

これにより、第１ミラー部２１Ａを小型化できる。つまり、第１ミラー部２１Ａの反射面２１ａを小面積化できる。具体的には、第１ミラー部２１Ａをスキャンミラー２０の揺動軸Ｊに配することにより、揺動による第１ミラー部２１Ａの位置の変化を抑制できる。ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ１は指向性が高いので、揺動による第１ミラー部２１Ａの位置の変化が小さいことにより、反射面２１ａを極めて極小の面積で構成できる。

なお、第１ミラー部材２１に加え、架橋部材２３も、ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ１を反射してもよい。つまり、揺動軸Ｊとは、ミラー部材２１の揺動中心と架橋部材２３とを通る軸線であり、「第１ミラー部２１Ａが揺動軸Ｊ上に配置されている」とは、第１ミラー部２１Ａが架橋部材２３に配置されていることも含まれる。

第１ミラー部２１Ａは、揺動軸Ｊとは異なる位置に配置されていてもよい。この場合であっても、第１ミラー部２１Ａの反射面２１ａを本実施の形態より大きくすることで、ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ１を第１ミラー部２１Ａで反射させて走査することができる。

また、本実施の形態では、第２ミラー部２１Ｂは、第１ミラー部２１Ａを囲むように配置されている。具体的には、スキャンミラー２０をＺ’軸方向プラス側から視た場合に、第２ミラー部２１Ｂは、第１ミラー部２１Ａを囲むように配置されている。

このように、集光機能を有する第２ミラー部２１Ｂを第１ミラー部２１Ａの周囲に配置することにより、光量の小さい散乱光である測定対象物２からの反射光Ｌ３を受光反射する反射面２１ｂを大面積化できる。よって、測定対象物２からの反射光Ｌ３を面積が十分に大きい反射面２１ｂで受光反射してＰＤ３０に集光させることができるので、ＰＤ３０でＳ／Ｎの良い信号を得ることができる。

また、本実施の形態では、図３及び図５に示すように、第２ミラー部２１Ｂの反射光を反射する反射面２１ｂの裏面は、当該第２ミラー部２１Ｂの集光軸ＯＡに直交する略平面形状であり、当該集光軸ＯＡは、スキャンミラー２０の揺動軸Ｊを通る。

ここで、第２ミラー部２１Ｂは、集光機能を有することにより位置に応じて厚さが異なる。つまり、第２ミラー部２１Ｂは、単位面積当たりの質量が集光軸ＯＡからの距離に応じて異なる。そこで、集光軸ＯＡが揺動軸Ｊを通るように構成することにより、揺動軸Ｊを中心に左右形状が相似となり質量バランスがとれる。その結果、共振によるスキャンミラー２０の揺動を容易にできる。

なお、第２ミラー部２１Ｂの反射光を反射する反射面２１ｂの裏面は平面形状でなくてもよく、例えば、曲面形状であってもよい。また、当該集光軸ＯＡは、スキャンミラー２０の揺動軸Ｊを通らなくてもよい。このような場合であっても、揺動軸Ｊを中心に左右の質量が実質的に同等となるように構成することで質量バランスをとることができる。つまり、共振によるスキャンミラー２０の揺動を容易にできる。

また、本実施の形態では、第１ミラー部２１Ａは、第２ミラー部２１Ｂから外方に突出する凸形状である。なお、第１ミラー部２１Ａの形状はこれに限らず、第２ミラー部２１Ｂから内方に窪む凹形状であってもよい。つまり、本実施の形態では、ＬＤ１０から出射されたレーザ光Ｌ１を反射する反射面２１ａは、凸形状を構成する面の一部であったが、当該反射面２１ａは、凹形状を構成する面の一部であってもよい。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２のレーザレンジファインダについて、図６及び図７を用いて説明する。

図６は、実施の形態２におけるレーザレンジファインダの概略構成の一例を示す斜視図である。なお、図６にはレーザレンジファインダ２０１による測定対象物２も示されている。また、図６は、レーザレンジファインダ１の筐体１１を透視して筐体１１内方を示した図となっている。図７は、実施の形態２におけるスキャンミラー２２０による反射を示す斜視図である。

本実施の形態におけるレーザレンジファインダ２０１は、実施の形態１におけるレーザレンジファインダ１とほぼ同様であるが、ＬＤ１０から出射されるレーザ光の光軸が水平方向である点が異なる。具体的には、実施の形態１では、ＬＤ１０、ＰＤ３０及びスキャンミラー２０が同一ＹＺ平面に配置されていたのに対して、本実施の形態では、ＬＤ１０、ＰＤ３０及びスキャンミラー２２０が同一ＸＺ平面に配置されている。つまり、本実施の形態では、ＬＤ１０及びＰＤ３０の各々は、ＬＤ１０、ＰＤ３０及びスキャンミラー２０を含むＸＺ平面において、スキャンミラー２０に対して互いに異なる方向に配置されている。

また、実施の形態１におけるスキャンミラー２０は、揺動軸ＪがＹ軸に対して傾いて配置されていたが、本実施の形態におけるスキャンミラー２２０は、当該揺動軸ＪがＹ軸と平行に配置されている。

本実施の形態におけるスキャンミラー２２０は、揺動軸Ｊに平行な面（図中のＹ’Ｚ’平面）での断面形状が略矩形形状、揺動軸Ｊに垂直な面（図中のＸ’Ｚ’平面）での断面形状が略三角形の略三角柱形状である。

このように、ＬＤ１０、ＰＤ３０及びスキャンミラー２２０が同一ＸＺ平面に配置されている構成であっても、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。すなわち、小型化及び光学部品の部品点数の削減ができる。さらに、光学部品の部品点数を削減できることにより、レーザレンジファインダ２０１内部での不要光及び迷光の発生を抑制できる。よって、ＰＤ３０で受光する反射光のＳ／Ｎ比を向上することができるので、測距精度を向上することができる。

（他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態に係るレーザレンジファインダについて説明したが、本発明は、これら実施の形態に限定されるものではない。

例えば、スキャンミラーは、図８に示すような構成であってもよい。図８は、他の実施の形態におけるスキャンミラー３２０の構成の一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。

同図に示すように、測定対象物２からの反射光を反射かつ集光することによりＰＤ３０に反射光を導く第２ミラー部３２１Ｂは、反射光を反射する反射部材３３１と、当該反射部材３３１に積層され、反射光を透過かつ集光するレンズ部材３３２とを有してもよい。例えば、第２ミラー部３２１Ｂは、レーザ光及び反射光が入射する表面側がフレネルレンズとして形成されたレンズ部材３３２であり、裏面側がレンズ部材３３２に積層された反射部材３３１であってもよい。

なお、反射光を透過かつ集光するレンズ部材３３２はフレネルレンズに限らず、マイクロレンズアレイであってもよい。

また、上記説明したスキャンミラーは、切削やエッチング加工により作成されてもよいし、ナノインプリントやガラスインプリント等のインプリント技術によって作成されてもよい。

さらに、上記実施の形態をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。

上記実施の形態は、物体の距離を検出するレーザレンジファインダに適用可能である。

１、２０１ レーザレンジファインダ
２ 測定対象物
１０ ＬＤ（レーザダイオード）
１１ 筐体
２０、２２０、３２０ スキャンミラー
２１ ミラー部材
２１Ａ 第１ミラー部
２１Ｂ、３２１Ｂ 第２ミラー部
２１ａ、２１ｂ 反射面
２２ 揺動器
２３ 架橋部材
３０ ＰＤ（フォトダイオード）
４０ 変調信号出力部
５０ ミラー駆動部
６０ 信号処理部
６１ 距離算出部
３３１ 反射部材
３３２ レンズ部材
Ｊ 揺動軸
Ｌ１、Ｌ２ レーザ光
Ｌ３、Ｌ４ 反射光
ＯＡ 集光軸

Claims (8)

1. 対象物までの距離を測定するレーザレンジファインダであって、
   レーザ光を出射する光源と、
   揺動軸を中心に揺動することにより、前記光源から出射されたレーザ光を走査する揺動ミラーと、
   前記揺動ミラーによって走査されたレーザ光の前記対象物からの反射光を、前記揺動ミラーを介して受光する受光部とを備え、
   前記光源及び前記受光部の各々は、前記揺動ミラーに対して互いに異なる方向に配置され、
   前記揺動ミラーは、
   前記光源から出射されたレーザ光を反射する第１ミラー部と、
   前記対象物からの反射光を反射かつ集光することにより前記受光部に前記反射光を導く第２ミラー部とを有する
   レーザレンジファインダ。
2. 前記第１ミラー部は、前記第２ミラー部の集光軸上に配置され、
   前記第１ミラー部の前記レーザ光を反射する面は、当該集光軸に垂直な面に対して傾斜して配置されている
   請求項１に記載のレーザレンジファインダ。
3. 前記第２ミラー部は、前記反射光を反射する面が凹形状の凹面鏡である
   請求項１又は２に記載のレーザレンジファインダ。
4. 前記第２ミラー部は、
   前記反射光を反射する反射部材と、
   当該反射部材に積層され、前記反射光を透過かつ集光するレンズ部材とを有する
   請求項１又は２に記載のレーザレンジファインダ。
5. 前記第１ミラー部は、前記揺動ミラーの前記揺動軸上に配置されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザレンジファインダ。
6. 前記第２ミラー部は、前記第１ミラー部を囲むように配置されている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザレンジファインダ。
7. 前記第２ミラー部の前記反射光を反射する面の裏面は、当該第２ミラー部の集光軸に直交する略平面形状であり、
   当該集光軸は、前記揺動ミラーの前記揺動軸を通る
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザレンジファインダ。
8. 前記第１ミラー部は、前記第２ミラー部から外方に突出する凸形状である
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザレンジファインダ。

Images