JP2017106833A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の遠近による視差の発生を抑制することができる測定装置を提供する。【解決手段】測定装置２は、光を出射する光源６と、揺動軸３０を中心に揺動することにより、光源６からの測定光１０を反射して対象物４に向けて測定光２０を走査する第１のミラー２４と、第１のミラー２４から揺動軸３０方向に配置され、揺動軸３０を中心に揺動することにより対象物４で反射した戻り光３２を所定の方向に反射する第２のミラー２６と、第２のミラー２６で反射した戻り光３２を受光する受光部１４と、第２のミラー２６で反射した光を受光部１４に集光する集光レンズ１２とを備える。集光レンズ１２により集光された光の焦点の位置は、光源６からの光の光軸の延長線上又はその近傍に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、対象物までの距離を測定するための測定装置に関する。

揺動するミラーを用いて光源からの測定光を対象物に向けて走査し、対象物で反射した戻り光をミラーを介して受光部で受光することにより、対象物までの距離を測定する測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような測定装置の一つとして、光源の光軸と受光部の光軸とを所定方向に分離させることにより、測定光と戻り光とが異なる光軸に沿って往復する、いわゆる分離光学系の測定装置が存在する。

特開２００９−１０９３１０号公報

上述した分離光学系の測定装置では、測定光の光軸と戻り光の光軸とが分離しているため、対象物の遠近によって戻り光の光軸が測定光の光軸に対してずれる、いわゆる視差が発生する場合がある。このように視差が発生した場合には、戻り光が受光部に入射する角度がずれることにより、測定誤差が生じるおそれが生じる。

本発明は、上述した課題を解決しようとするものであり、その目的は、対象物の遠近による視差の発生を抑制することができる測定装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る測定装置は、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、前記光源からの光を反射して対象物に向けて光を走査する第１のミラーと、前記第１のミラーから前記揺動軸方向に配置され、前記揺動軸を中心に揺動することにより前記対象物で反射した光を所定の方向に反射する第２のミラーと、前記第２のミラーで反射した光を受光する受光部と、前記第２のミラーで反射した光を前記受光部に集光する光学部品と、を備え、前記光学部品により集光された光の焦点の位置は、前記光源からの光の光軸の延長線上又はその近傍に配置されている。

本態様によれば、光学部品により集光された光の焦点の位置は、光源からの光の光軸の延長線上（又はその近傍）に配置されているので、第１のミラーで対象物に向けて反射した光の光軸と、第２のミラーに入射する対象物からの光の光軸とが同軸（又はほぼ同軸）となる。これにより、対象物の遠近による視差の発生を抑制することができる。その結果、対象物の遠近によって光が受光部に入射する角度がずれるのが抑制されるので、測定誤差の発生を抑制することができる。

例えば、本発明の一態様に係る測定装置において、前記測定装置は、さらに、前記第１のミラーから前記揺動軸方向に且つ前記第２のミラーと反対側に配置され、前記揺動軸を中心に揺動することにより前記対象物で反射した光を前記所定の方向に反射する第３のミラーと、を備え、前記第１のミラー、前記第２のミラー及び前記第３のミラーは互いに略平行に配置されているように構成してもよい。

本態様によれば、対象物からの光が２枚のミラー、すなわち第２のミラー及び第３のミラーで反射される。これにより、第２のミラー及び第３のミラーの各々で反射した光が受光部で受光されるので、受光部における受光量を増大させることができ、測定精度を高めることができる。

例えば、本発明の一態様に係る測定装置において、前記光源から前記第１のミラーまでの光路と、前記第２のミラー及び第３のミラーの各々から前記受光部までの光路とは、前記揺動軸方向に重なった状態で直線状に延びているように構成してもよい。

本態様によれば、第１のミラー、光源及び受光部を一直線上に配置することができる。

例えば、本発明の一態様に係る測定装置において、前記測定装置は、さらに、前記光源からの光を前記第１のミラーに向けて反射する偏向ミラーを備え、前記光源から前記第１のミラーまでの光路は、前記偏向ミラーにより屈曲されるように構成してもよい。

本態様によれば、光源から第１のミラーまでの光路は、偏向ミラーにより屈曲される。これにより、光源を、第１のミラーと受光部とを結ぶ直線上から側方にずらした位置に配置することができる。その結果、第１のミラー、光源及び受光部を一直線上に配置した場合と比べて、第１のミラーと受光部との間隔（又は第１のミラーと光源との間隔）を小さく抑えることができ、測定装置全体を小型化することができる。

例えば、本発明の一態様に係る測定装置において、前記測定装置は、さらに、前記第２のミラーで反射した光を前記受光部に向けて反射する第１の偏向ミラーと、前記第３のミラーで反射した光を前記受光部に向けて反射する第２の偏向ミラーと、を備え、前記第２のミラーから前記受光部までの光路は、前記第１の偏向ミラーにより屈曲され、前記第３のミラーから前記受光部までの光路は、前記第２の偏向ミラーにより屈曲されるように構成してもよい。

本態様によれば、第２のミラーから受光部までの光路は第１の偏向ミラーにより屈曲され、第３のミラーから受光部までの光路は第２の偏向ミラーにより屈曲される。これにより、受光部を、第１のミラーと光源とを結ぶ直線上から側方にずらした位置に配置することができる。その結果、第１のミラー、光源及び受光部を一直線上に配置した場合と比べて、第１のミラーと受光部との間隔（又は第１のミラーと光源との間隔）を小さく抑えることができ、測定装置全体を小型化することができる。

例えば、本発明の一態様に係る測定装置において、前記測定装置は、さらに、前記第１のミラーから前記揺動軸方向に且つ前記第２のミラーと反対側に配置され、前記揺動軸を中心に揺動することにより前記対象物で反射した光を前記所定の方向に反射する第３のミラーと、を備え、前記第２のミラー及び前記第３のミラーは互いに略平行に配置され、前記第１のミラーは、前記第２のミラー及び前記第３のミラーの各々に対して前記揺動軸回りに傾斜しているように構成してもよい。

本態様によれば、対象物からの光が２枚のミラー、すなわち第２のミラー及び第３のミラーで反射される。これにより、第２のミラー及び第３のミラーの各々で反射した光が受光部で受光されるので、受光部における受光量を増大させることができ、測定精度を高めることができる。さらに、第１のミラーは、第２のミラー及び第３のミラーの各々に対して揺動軸回りに傾斜しているので、光源を、第１のミラーと受光部とを結ぶ直線上から側方にずらした位置に配置することができる。その結果、第１のミラー、光源及び受光部を一直線上に配置した場合と比べて、第１のミラーと受光部との間隔（又は第１のミラーと光源との間隔）を小さく抑えることができ、測定装置全体を小型化することができる。

例えば、本発明の一態様に係る測定装置において、前記光学部品は集光レンズであり、前記光源、前記集光レンズ及び前記受光部は、各々の光軸が略一致する位置に配置されているように構成してもよい。

本態様によれば、光源、集光レンズ及び受光部は、各々の光軸が略一致する位置に配置されているので、第１のミラーで対象物に向けて反射した光の光軸と、第２のミラーに入射する対象物からの光の光軸とが同軸となる。その結果、対象物の遠近による視差の発生を抑制することができる。

例えば、本発明の一態様に係る測定装置において、前記光学部品により集光された光の焦点の位置は、前記光源からの光の前記光軸の延長線上に配置されているように構成してもよい。

本態様によれば、光学部品により集光された光の焦点の位置は、光源からの光の光軸の延長線上に配置されているので、第１のミラーで対象物に向けて反射した光の光軸と、第２のミラーに入射する対象物からの光の光軸とを同軸とすることができる。

本発明の一態様に係る測定装置によれば、対象物の遠近による視差の発生を抑制することができる。

実施の形態１に係る測定装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態１に係る測定装置の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る測定装置の構成を示す側面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 実施の形態１に係る測定装置の機能構成を示すブロック図である。 比較例１に係る測定装置の構成を示す図である。 比較例２に係る測定装置の構成を示す図である。 比較例３に係る測定装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係る測定装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態２に係る測定装置の構成を示す平面図である。 実施の形態３に係る測定装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態３に係る測定装置の構成を示す平面図である。 実施の形態４に係る測定装置の構成を示す平面図である。 実施の形態４に係る測定装置の構成を示す側面図である。 実施の形態５に係る測定装置の構成を示す平面図である。 実施の形態５に係る測定装置の構成を示す側面図である。

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、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な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。また、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、任意の構成要素として説明される。各図は、必ずしも各寸法または各寸法比等を厳密に図示したものではない。

（実施の形態１）
［１−１．測定装置の全体構成］
まず、図１〜図４を参照しながら、実施の形態１に係る測定装置２の全体構成について説明する。図１は、実施の形態１に係る測定装置２の構成を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る測定装置２の構成を示す平面図である。図３は、実施の形態１に係る測定装置２の構成を示す側面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。なお、説明の都合上、図２では、第１の遮光板１６及び第２の遮光板１８の図示を省略してある。

図１〜図３に示すように、実施の形態１に係る測定装置２は、例えば測定装置２から対象物４までの距離を測定するためのレーザレンジファインダである。具体的には、測定装置２は、対象物４に向けてレーザ光（光の一例）を走査し、対象物４で反射したレーザ光を受光することにより、測定装置２から対象物４までの距離を測定する。

図１〜図３に示すように、測定装置２は、光源６、コリメートレンズ８、ミラー部１０、集光レンズ１２（光学部品の一例）、受光部１４、第１の遮光板１６及び第２の遮光板１８を備えている。これらの光源６、コリメートレンズ８、ミラー部１０、集光レンズ１２、受光部１４、第１の遮光板１６及び第２の遮光板１８は、筐体（図示せず）の内部に収納されている。

光源６は、例えばレーザダイオードで構成されており、測定光２０（レーザ光）を出射する。光源６は、ミラー部１０と集光レンズ１２との間に配置されている。

コリメートレンズ８は、光源６とミラー部１０の第１のミラー２４（後述する）との間に配置されている。コリメートレンズ８は、光源６からの測定光２０を発散光から平行光に変換する。なお、コリメートレンズ８と第１のミラー２４との間に、コリメートレンズ８からの測定光２０のビーム径を規制するためのアパーチャ（図示せず）をさらに配置してもよい。

ミラー部１０は、フレーム２２と、３枚のミラー、すなわち第１のミラー２４、第２のミラー２６及び第３のミラー２８とを有している。ミラー部１０は、揺動軸３０を中心に揺動自在に筐体の内部に支持されており、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーで構成されている。なお、揺動軸３０は、Ｚ軸方向に第１の遮光板１６及び第２の遮光板１８の各々を貫通して延びる仮想的な軸線である。

フレーム２２は、例えば金属製の薄板（例えば厚み０．２ｍｍ）で形成され、揺動軸３０方向に長尺状に延びている。フレーム２２は、第１のミラー２４、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々を揺動自在に支持している。

第１のミラー２４は、コリメートレンズ８からの測定光２０（すなわち、光源６からの測定光２０）を対象物４に向けて反射するためのミラーである。第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々は、対象物４で反射した戻り光３２（レーザ光）を受光部１４に向けて反射するためのミラーである。

図１及び図３に示すように、第１のミラー２４、第２のミラー２６及び第３のミラー２８は、揺動軸３０方向に分離して配置されている。具体的には、第２のミラー２６は、第１のミラー２４から揺動軸３０方向に（すなわち、Ｚ軸のプラス方向に）分離して配置されている。一方、第３のミラー２８は、第１のミラー２４から揺動軸３０方向に且つ第２のミラー２６と反対側に（すなわち、Ｚ軸のマイナス方向に）分離して配置されている。第１のミラー２４、第２のミラー２６及び第３のミラー２８は、互いに略平行に（すなわち、同一平面上に）配置されている。第１のミラー２４、第２のミラー２６及び第３のミラー２８は、揺動器（図示せず）によって揺動軸３０を中心に同期して揺動する。

集光レンズ１２は、ミラー部１０と受光部１４との間に配置されている。集光レンズ１２は、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々で反射した戻り光３２を受光部１４に集光する。なお、ミラー部１０と集光レンズ１２との間にバンドパスフィルタ（図示せず）をさらに配置してもよい。このバンドパスフィルタは、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々で反射した戻り光３２に含まれる、測定光２０の波長以外の波長を有するノイズ光を除去するためのものである。

受光部１４は、集光レンズ１２からの戻り光３２（すなわち、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々で反射した戻り光３２）を受光し、受光した戻り光３２の強度に応じた受光信号（電気信号）を生成する。受光部１４は、例えばフォトダイオード又はアバランシェフォトダイオード等で構成される。

図１及び図３に示すように、第１の遮光板１６は、第１のミラー２４と第２のミラー２６との間に配置されており、透光性を有しない材料で形成されている。第２の遮光板１８は、第１のミラー２４と第３のミラー２８との間に配置されており、透光性を有しない材料で形成されている。第１の遮光板１６及び第２の遮光板１８の各々は、揺動軸３０に対して略垂直に配置され、且つ、ミラー部１０から集光レンズ１２の近傍に亘って互いに対向するように配置されている。第１の遮光板１６及び第２の遮光板１８の各々の集光レンズ１２側における端部の間には、透光性を有しない材料で形成された第３の遮光板３４が配置されている。

第１の遮光板１６、第２の遮光板１８及び第３の遮光板３４で囲まれた送光領域３６には、上述した光源６及びコリメートレンズ８が配置されている。第１の遮光板１６、第２の遮光板１８及び第３の遮光板３４の各々は、送光領域３６で生じた迷光が集光レンズ１２及び受光部１４に回り込むのを遮る機能を有している。なお、迷光とは、光源６からの測定光２０のうち、ミラー部１０等で拡散反射した光である。

なお、図１に示すように、第１の遮光板１６及び第２の遮光板１８にはそれぞれ、フレーム２２を回動自在に挿入するための矩形状の孔３８及び４０が形成されている。ここで、図４を参照しながら、第１の遮光板１６に孔３８を形成する方法の一例について簡単に説明する。図４に示すように、第１の遮光板１６は、一対の分割遮光板４１及び４２を組み合わせることにより構成される。一対の分割遮光板４１及び４２の各々の端部にはそれぞれ凹部４１ａ及び４２ａが形成されている。これら一対の凹部４１ａ及び４２ａが対向するように一対の分割遮光板４１及び４２を近接させた状態で、一対の分割遮光板４１及び４２の継ぎ目に遮光テープ４４を貼り付ける。これにより、一対の分割遮光板４１及び４２によって第１の遮光板１６が形成されるとともに、一対の凹部４１ａ及び４２ａによって孔３８が形成される。

以下、実施の形態１に係る測定装置２の特徴的な構成について説明する。図３に示すように、光源６、第１のミラー２４及び受光部１４は、揺動軸３０に対して略垂直な同一の平面４６上に（すなわち、第１のミラー２４で反射した測定光２０の光軸４８と、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々に入射する戻り光３２の光軸５０とが同軸となる位置に）配置されている。この平面４６は、Ｘ−Ｙ平面に略平行な仮想的な平面である。すなわち、光源６、コリメートレンズ８、集光レンズ１２及び受光部１４の各光軸と、第１のミラー２４の反射面の中心とが同一の平面４６上に配置されている。換言すると、集光レンズ１２により集光された光の焦点の位置は、光源６からの光（測定光２０及び戻り光３２を含む）の光軸の延長線上に位置する受光部１４に配置されている。

また、図２に示すように、光源６から第１のミラー２４までの測定光２０の光路と、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々から受光部１４までの戻り光３２の光路とは、揺動軸３０方向に重なった状態で直線状に延びている。すなわち、第１のミラー２４、光源６、コリメートレンズ８、集光レンズ１２及び受光部１４は、一直線上に配置されている。

以上の構成により、図１及び図２に示すように、第１のミラー２４で反射した測定光２０の光軸４８と、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々に入射する戻り光３２の光軸５０とが同軸となる。

［１−２．測定装置の機能構成］
次に、図５を参照しながら、測定装置２の機能構成について説明する。図５は、実施の形態１に係る測定装置２の機能構成を示すブロック図である。なお、図５では、細い実線の矢印は信号の流れを表し、太い実線の矢印はレーザ光の光路を表している。

図５に示すように、測定装置２は、上述した光源６、ミラー部１０及び受光部１４に加えて、光源駆動部５２、ミラー駆動部５４及び制御部５６を有している。

光源駆動部５２は、光源６を駆動する。具体的には、光源駆動部５２は、制御部５６からのレーザ発光制御信号及び変調信号に基づいて、光源６に測定光２０を出射させる。

ミラー駆動部５４は、ミラー部１０（第１のミラー２４、第２のミラー２６及び第３のミラー２８）を駆動する。具体的には、ミラー駆動部５４は、制御部５６からの駆動信号に基づいて、ミラー部１０を駆動するための駆動電流を生成し、生成した駆動電流を揺動器に出力する。これにより、第１のミラー２４、第２のミラー２６及び第３のミラー２８は、揺動器によって揺動軸３０を中心に同期して揺動する。

制御部５６は、測定装置２を制御するためのコントローラである。制御部５６は、例えばシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）又はマイクロコントローラ等で構成されている。以下、制御部５６の主な機能について説明する。

制御部５６は、光源駆動部５２及びミラー駆動部５４を制御する。具体的には、制御部５６は、光源駆動部５２に対してレーザ発光制御信号及び変調信号を出力し、且つ、ミラー駆動部５４に対して駆動信号を出力する。

さらに、制御部５６は、光源６から出射した測定光２０と受光部１４で受光された戻り光３２との間の位相差に基づいて、測定装置２から対象物４までの距離を算出する。具体的には、制御部５６は、光源駆動部５２に出力した変調信号及び受光部１４により生成された受光信号に基づいて、上記位相差を算出する。その後、制御部５６は、算出された位相差を用いて、光源６が測定光２０を出射してから受光部１４が戻り光３２を受光するまでの時間を算出する。その後、制御部５６は、算出した時間の１／２に光速を乗算することにより、測定装置２から対象物４までの距離を算出する。

［１−３．測定装置の動作］
次に、図１及び図２を参照しながら、実施の形態１に係る測定装置２の動作について説明する。

図１及び図２に示すように、光源６からの測定光２０は、コリメートレンズ８を介して第１のミラー２４に入射し、且つ、第１のミラー２４で反射する。このとき、第１のミラー２４が揺動軸３０を中心に揺動することにより、第１のミラー２４で反射した測定光２０は、筐体内から筐体外に存在する対象物４に向けて所定の走査範囲Ｒで走査する。

図１及び図２に示すように、対象物４で反射した戻り光３２は、筐体外から筐体内の第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々に入射し、且つ、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々で反射する。このとき、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々が揺動軸３０を中心に揺動することにより、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々で反射した戻り光３２は、集光レンズ１２を介して受光部１４で受光される。

なお、上述したように、第１のミラー２４で反射した測定光２０の光軸４８と、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々に入射する戻り光３２の光軸５０とは同軸となる。

［１−４．効果］
次に、実施の形態１に係る測定装置２により得られる効果について、比較例１〜３との対比に基づいて説明する。

図６は、比較例１に係る測定装置３００の構成を示す図である。図６に示すように、比較例１に係る測定装置３００は、同軸光学系の測定装置の一例である。この同軸光学系の測定装置３００では、光源３０２から出射した測定光３０４の光軸と、集光レンズ３０６により受光部３０８に集光される戻り光３１０の光軸とが、有孔ミラー３１２で同一の光軸となる。これにより、光源３０２から出射した測定光３０４と受光部３０８で受光される戻り光３１０とが同一の光軸に沿って往復するようになる。さらに、光源３０２からの測定光３０４は、ミラー３１４により走査され、筐体窓３１６から測定エリア（筐体の外部のエリア）に出射する。この比較例１に係る測定装置３００では、有孔ミラー３１２、ミラー３１４及び筐体窓３１６の内面で発生した迷光３１８が受光部３０８で受光されることにより、受光部３０８におけるＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）が低下するおそれがある。

図７は、比較例２に係る測定装置３２０の構成を示す図である。図７に示すように、比較例２に係る測定装置３２０は、同軸光学系の測定装置の一例である。この同軸光学系の測定装置３２０では、光源３０２から出射した測定光３０４の光軸と、集光レンズ３０６により受光部３０８に集光される戻り光３１０の光軸とが、ミラー３２２で同一の光軸となる。これにより、光源３０２から出射した測定光３０４と受光部３０８で受光される戻り光３１０とが同一の光軸に沿って往復するようになる。さらに、光源３０２からの測定光３０４は、ミラー３１４により走査され、筐体窓３１６から測定エリアに出射する。この比較例２に係る測定装置３２０では、ミラー３２２、ミラー３１４及び筐体窓３１６の内面で発生した迷光３１８が受光部３０８で受光されることにより、受光部３０８におけるＳ／Ｎ比が低下するおそれがある。

図８は、比較例３に係る測定装置３２４の構成を示す図である。図８に示すように、比較例３に係る測定装置３２４は、背景技術の欄で説明した分離光学系の測定装置の一例である。この分離光学系の測定装置３２４では、筐体の内部は、遮光板３２６により送光領域３２８と受光領域３３０とに仕切られている。送光用ミラー３３２は、受光用ミラー３３４から揺動軸３３６方向に分離して配置されている。遮光板３２６は、送光用ミラー３３２と受光用ミラー３３４との間に配置されている。

送光領域３２８では、光源３０２から出射した測定光３０４が送光用ミラー３３２により走査され、筐体窓３１６から測定エリアに出射する。また、受光領域３３０では、筐体窓３１６から入射した戻り光３１０ａ及び３１０ｂが、受光用ミラー３３４で受光部３０８に向けて反射した後に、集光レンズ３０６を介して受光部３０８で受光される。なお、戻り光３１０ａ及び３１０ｂはそれぞれ、測定装置３２４から遠距離に配置された対象物及び測定装置３２４から近距離に配置された対象物からの戻り光である。

この比較例３に係る測定装置３２４では、送光領域３２８と受光領域３３０とが遮光板３２６により仕切られているので、送光領域３２８で発生した迷光３１８が受光領域３３０に回り込むのを抑制することができる。このように、分離光学系の測定装置では、上述した同軸光学系の測定装置で発生する問題が解決される。

しかしながら、比較例３に係る測定装置３２４では、光源３０２の光軸と受光部３０８の光軸とが揺動軸３３６方向に分離しているため、対象物の遠近による視差が発生するおそれが生じる。具体的には、図８に示すように、近距離の対象物からの戻り光３１０ｂの光軸が遠距離の対象物からの戻り光３１０ａの光軸に対してずれることにより、戻り光３１０ａ及び３１０ｂの各集光点が距離ｄだけずれるようになる。そのため、例えば集光レンズ３０６及び受光部３０８を遠距離の対象物からの戻り光３１０ａに合わせて配置した場合には、近距離の対象物からの戻り光３１０ｂが受光部３０８に入射する角度がずれるので、測定誤差が生じてしまう。

そこで、本発明者は、上述した視差の問題を解決するために、実施の形態１に係る測定装置２を提案する。実施の形態１に係る測定装置２は、上述した分離光学系の測定装置に改良を加えたものである。具体的には、上述したように、光源６、第１のミラー２４及び受光部１４は、揺動軸３０に対して略垂直な同一の平面４６上に配置されている。換言すると、集光レンズ１２により集光された光の焦点の位置は、光源６からの光の光軸の延長線上に配置されている。これにより、第１のミラー２４で反射した測定光２０の光軸４８と、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々に入射する戻り光３２の光軸５０とが同軸となるので、対象物４の遠近による視差の発生を抑制することができる。その結果、対象物４の遠近によって戻り光３２が受光部１４に入射する角度がずれるのが抑制されるので、測定誤差の発生を抑制することができる。

なお、集光レンズ１２により集光された光の焦点の位置は、光源６からの光の光軸の延長線上の近傍、すなわち、当該光軸の延長線上から例えばＺ軸方向又はＹ軸方向等に僅かにずれた位置に配置されていてもよい。この場合であっても、第１のミラー２４で反射した測定光２０の光軸４８と、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々に入射する戻り光３２の光軸５０とがほぼ同軸となり、上述と同様の効果を得ることができる。

さらに、第１のミラー２４と第２のミラー２６との間に第１の遮光板１６が配置され、且つ、第１のミラー２４と第３のミラー２８との間に第２の遮光板１８が配置されている。これにより、第１のミラー２４で発生した迷光の受光部１４への回り込みが第１の遮光板１６及び第２の遮光板１８により遮られるので、受光部１４におけるＳ／Ｎ比を高めることができる。

さらに、対象物４からの戻り光３２が２枚のミラー、すなわち第２のミラー２６及び第３のミラー２８で反射される。これにより、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々で反射した戻り光３２が受光部１４で受光されるので、受光部１４における受光量を増大させることができ、測定精度を高めることができる。

（実施の形態２）
次に、図９及び図１０を参照しながら、実施の形態２に係る測定装置２Ａの構成について説明する。図９は、実施の形態２に係る測定装置２Ａの構成を示す斜視図である。図１０は、実施の形態２に係る測定装置２Ａの構成を示す平面図である。なお、説明の都合上、図１０では、第１の遮光板１６Ａ及び第２の遮光板１８Ｂの図示を省略してある。以下に示す各実施の形態において、上記実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図９及び図１０に示すように、実施の形態２に係る測定装置２Ａと上記実施の形態１に係る測定装置２とでは、光源６及びコリメートレンズ８の各配置と、第１の遮光板１６Ａ及び第２の遮光板１８Ａの各構成が異なっている。

具体的には、図９及び図１０に示すように、第１のミラー２４、光源６、コリメートレンズ８、集光レンズ１２及び受光部１４は、一直線上に配置されていない。すなわち、光源６及びコリメートレンズ８は、第１のミラー２４と受光部１４とを結ぶ直線上から側方にずれた位置に配置されている。

また、図９及び図１０に示すように、ミラー部１０と集光レンズ１２との間における送光領域３６には、偏向ミラー５８が配置されている。偏向ミラー５８は、光源６からの測定光２０を第１のミラー２４に向けて反射するためのミラーである。これにより、光源６から第１のミラー２４までの測定光２０の光路は、この偏向ミラー５８により屈曲されるようになる。

さらに、図９に示すように、第１の遮光板１６Ａ及び第２の遮光板１８Ａの各々は、揺動軸３０に対して略垂直に配置され、且つ、ミラー部１０から偏向ミラー５８を介して光源６に亘って屈曲しながら延びている。

実施の形態２に係る測定装置２Ａにおいても、光源６、第１のミラー２４及び受光部１４は、揺動軸３０に対して略垂直な同一の平面４６（図３参照）上に配置されているので、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、光源６及びコリメートレンズ８は、第１のミラー２４と受光部１４とを結ぶ直線上から側方にずれた位置に配置されているので、第１のミラー２４と受光部１４との間隔を小さく抑えることができ、測定装置２Ａ全体を小型化することができる。

（実施の形態３）
次に、図１１及び図１２を参照しながら、実施の形態３に係る測定装置２Ｂの構成について説明する。図１１は、実施の形態３に係る測定装置２Ｂの構成を示す斜視図である。図１２は、実施の形態３に係る測定装置２Ｂの構成を示す平面図である。なお、説明の都合上、図１２では、第１の遮光板１６及び第２の遮光板１８の図示を省略してある。

図１１及び図１２に示すように、実施の形態３に係る測定装置２Ｂと上記実施の形態１に係る測定装置２とでは、受光部１４及び集光レンズ１２の各配置が異なっている。

具体的には、図１１及び図１２に示すように、第１のミラー２４、光源６、コリメートレンズ８、集光レンズ１２及び受光部１４は、一直線上に配置されていない。すなわち、集光レンズ１２及び受光部１４は、第１のミラー２４と光源６とを結ぶ直線上から側方にずれた位置に配置されている。

また、第２のミラー２６及び集光レンズ１２の各々に対向する位置に第１の偏向ミラー６０が配置され、第３のミラー２８及び集光レンズ１２の各々に対向する位置に第２の偏向ミラー６２が配置されている。第１の偏向ミラー６０は、第２のミラー２６で反射した戻り光３２を受光部１４に向けて反射するためのミラーである。第２の偏向ミラー６２は、第３のミラー２８で反射した戻り光３２を受光部１４に向けて反射するためのミラーである。第２のミラー２６から受光部１４までの戻り光３２の光路は、第１の偏向ミラー６０により屈曲されるようになる。また、第３のミラー２８から受光部１４までの戻り光３２の光路は、第２の偏向ミラー６２により屈曲されるようになる。

実施の形態３に係る測定装置２Ｂにおいても、光源６、第１のミラー２４及び受光部１４は、揺動軸３０に対して略垂直な同一の平面４６（図３参照）上に配置されているので、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、集光レンズ１２及び受光部１４は、第１のミラー２４と光源６とを結ぶ直線上から側方にずれた位置に配置されているので、第１のミラー２４と集光レンズ１２との間隔を小さく抑えることができ、測定装置２Ｂ全体を小型化することができる。

（実施の形態４）
次に、図１３及び図１４を参照しながら、実施の形態４に係る測定装置２Ｃの構成について説明する。図１３は、実施の形態４に係る測定装置２Ｃの構成を示す平面図である。図１４は、実施の形態４に係る測定装置２Ｃの構成を示す側面図である。なお、説明の都合上、図１３では、第１の遮光板１６及び第２の遮光板１８の図示を省略してある。

図１３及び図１４に示すように、実施の形態４に係る測定装置２Ｃと上記実施の形態１に係る測定装置２とでは、ミラー部１０Ｃの構成と、光源６及びコリメートレンズ８の各配置とが異なっている。

具体的には、図１３に示すように、第２のミラー２６及び第３のミラー２８は互いに略平行に配置され、第１のミラー２４Ｃは、第２のミラー２６及び第３のミラー２８の各々に対して揺動軸３０回りに所定角度だけ傾斜している。これに伴い、第１のミラー２４Ｃ、光源６、コリメートレンズ８、集光レンズ１２及び受光部１４は、一直線上に配置されていない。すなわち、光源６及びコリメートレンズ８は、第１のミラー２４Ｃと受光部１４とを結ぶ直線上から側方にずれた位置に配置されている。

実施の形態４に係る測定装置２Ｃにおいても、光源６、第１のミラー２４Ｃ及び受光部１４は、揺動軸３０に対して略垂直な同一の平面４６（図１４参照）上に配置されているので、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、上述したように、光源６及びコリメートレンズ８は、第１のミラー２４Ｃと受光部１４とを結ぶ直線上から側方にずれた位置に配置されているので、第１のミラー２４Ｃと受光部１４との間隔を小さく抑えることができ、測定装置２Ｃ全体を小型化することができる。

（実施の形態５）
次に、図１５及び図１６を参照しながら、実施の形態５に係る測定装置２Ｄの構成について説明する。図１５は、実施の形態５に係る測定装置２Ｄの構成を示す平面図である。図１６は、実施の形態５に係る測定装置２Ｄの構成を示す側面図である。なお、説明の都合上、図１５では、第１の遮光板１６及び第２の遮光板１８の図示を省略してある。

図１５及び図１６に示すように、実施の形態５に係る測定装置２Ｄと上記実施の形態１に係る測定装置２とでは、ミラー部１０Ｄの構成と、集光レンズ１２Ｄの構成とが異なっている。

具体的には、図１６に示すように、ミラー部１０Ｄは、２枚のミラー、すなわち、第１のミラー２４及び第２のミラー２６Ｄを有している。第２のミラー２６Ｄは、第１のミラー２４から揺動軸３０方向に（すなわち、Ｚ軸のマイナス方向に）分離して配置されている。また、集光レンズ１２Ｄ（光学部品の一例）は、例えば平凸レンズの一部をカットした形状を有しており、第２のミラー２６Ｄに対向する位置に配置されている。光源６、集光レンズ１２Ｄ及び受光部１４は、各々の光軸が略一致する位置に配置されている。

実施の形態５に係る測定装置２Ｄにおいても、光源６、第１のミラー２４及び受光部１４は、揺動軸３０に対して略垂直な同一の平面４６（図１６参照）上に配置されているので、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

（他の変形例）
以上、本発明の実施の形態１〜５に係る測定装置について説明したが、本発明は、これらの実施の形態１〜５に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態１〜５をそれぞれ組み合わせてもよい。

本発明の測定装置は、例えば対象物までの距離を測定するためのレーザレンジファインダ等として適用することができる。

２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，３００，３２０，３２４ 測定装置
４ 対象物
６，３０２ 光源
８ コリメートレンズ
１０，１０Ｃ，１０Ｄ ミラー部
１２，１２Ｄ，３０６ 集光レンズ
１４，３０８ 受光部
１６，１６Ａ 第１の遮光板
１８，１８Ａ 第２の遮光板
２０，３０４ 測定光
２２ フレーム
２４，２４Ｃ 第１のミラー
２６，２６Ｄ 第２のミラー
２８ 第３のミラー
３０，３３６ 揺動軸
３２，３１０，３１０ａ，３１０ｂ 戻り光
３４ 第３の遮光板
３６，３２８ 送光領域
３８，４０ 孔
４１，４２ 分割遮光板
４１ａ，４２ａ 凹部
４４ 遮光テープ
４６ 平面
４８，５０ 光軸
５２ 光源駆動部
５４ ミラー駆動部
５６ 制御部
５８ 偏向ミラー
６０ 第１の偏向ミラー
６２ 第２の偏向ミラー
３１２ 有孔ミラー
３１４，３２２ ミラー
３１６ 筐体窓
３２６ 遮光板
３３０ 受光領域
３３２ 送光用ミラー
３３４ 受光用ミラー

Claims (8)

1. 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、前記光源からの光を反射して対象物に向けて光を走査する第１のミラーと、
   前記第１のミラーから前記揺動軸方向に配置され、前記揺動軸を中心に揺動することにより前記対象物で反射した光を所定の方向に反射する第２のミラーと、
   前記第２のミラーで反射した光を受光する受光部と、
   前記第２のミラーで反射した光を前記受光部に集光する光学部品と、を備え、
   前記光学部品により集光された光の焦点の位置は、前記光源からの光の光軸の延長線上又はその近傍に配置されている
   測定装置。
2. 前記測定装置は、さらに、
   前記第１のミラーから前記揺動軸方向に且つ前記第２のミラーと反対側に配置され、前記揺動軸を中心に揺動することにより前記対象物で反射した光を前記所定の方向に反射する第３のミラーと、を備え、
   前記第１のミラー、前記第２のミラー及び前記第３のミラーは互いに略平行に配置されている
   請求項１に記載の測定装置。
3. 前記光源から前記第１のミラーまでの光路と、前記第２のミラー及び第３のミラーの各々から前記受光部までの光路とは、前記揺動軸方向に重なった状態で直線状に延びている
   請求項２に記載の測定装置。
4. 前記測定装置は、さらに、前記光源からの光を前記第１のミラーに向けて反射する偏向ミラーを備え、
   前記光源から前記第１のミラーまでの光路は、前記偏向ミラーにより屈曲される
   請求項２に記載の測定装置。
5. 前記測定装置は、さらに、
   前記第２のミラーで反射した光を前記受光部に向けて反射する第１の偏向ミラーと、
   前記第３のミラーで反射した光を前記受光部に向けて反射する第２の偏向ミラーと、を備え、
   前記第２のミラーから前記受光部までの光路は、前記第１の偏向ミラーにより屈曲され、
   前記第３のミラーから前記受光部までの光路は、前記第２の偏向ミラーにより屈曲される
   請求項２に記載の測定装置。
6. 前記測定装置は、さらに、
   前記第１のミラーから前記揺動軸方向に且つ前記第２のミラーと反対側に配置され、前記揺動軸を中心に揺動することにより前記対象物で反射した光を前記所定の方向に反射する第３のミラーと、を備え、
   前記第２のミラー及び前記第３のミラーは互いに略平行に配置され、
   前記第１のミラーは、前記第２のミラー及び前記第３のミラーの各々に対して前記揺動軸回りに傾斜している
   請求項１に記載の測定装置。
7. 前記光学部品は集光レンズであり、
   前記光源、前記集光レンズ及び前記受光部は、各々の光軸が略一致する位置に配置されている
   請求項１に記載の測定装置。
8. 前記光学部品により集光された光の焦点の位置は、前記光源からの光の前記光軸の延長線上に配置されている
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の測定装置。

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