JP2018028484A - レーザー距離計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】近距離での集光効率を向上させること。
【解決手段】実施形態のレーザー距離計測装置は、出射部と、集光レンズと、計測部とを備える。出射部は、光源から出力された出力光を出射する。集光レンズは、出射部から出射された出力光が物体によって反射された反射光を検出器に対して集光させる。計測部は、検出器によって検出された反射光に基づいて、物体までの距離を計測する。出射部は、集光レンズの面内の出力光の光路上に配置され、集光レンズによって支持される。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、レーザー距離計測装置に関する。

従来、物体に対してレーザー光を出射して、物体によって反射された反射光に基づいて物体までの距離を計測する技術が知られている。かかる技術は、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）とも呼ばれ、この技術が適用されたレーザー距離計測装置は、種々の分野に応用されている。

特開２００９−６３３３９号公報

上述したレーザー距離計測装置は、例えば、コリメートレンズと集光レンズとが中心軸を異にして横並びに配置され、光源から出射されたレーザー光をコリメートレンズによって平行光にし、物体に照射する。そして、レーザー距離計測装置は、物体によって反射された反射光を集光レンズによって光検出器に集光させることで、反射光を検出する。ここで、物体とは、レーザー距離計測装置の周囲に存在する測定対象物であり、光源から出射されたレーザー光が照射され、レーザー距離計測装置に対してレーザー光を反射させる全ての物を含む。一般的に、レーザー光（例えば、半導体レーザー）は、光強度がガウス分布となることが知られており、物体によって反射された反射光の光強度もガウス分布となる。この反射光は、物体から集光レンズまでの距離が離れるほど、大きな分散を持つガウス分布となり、集光レンズの有効面積が増える。すなわち、物体までの距離が離れるほど、反射光を受光する集光レンズの面積が増え、集光レンズの集光により、精密な測定を行うための十分な光量を得ることができる。しかしながら、コリメートレンズと集光レンズとが同軸上にない（コリメートレンズと集光レンズとが中心軸を異にして横並びに配置されている）レーザー距離計測装置では、物体までの距離が近い場合、反射光の光強度が小さな分散を持つガウス分布の状態で集光レンズに到達するため、反射光を受光する集光レンズの面積が小さく、集光効率が低くなり、精密な測定を行うための十分な光量を得ることができない場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、近距離での集光効率を向上させることができるレーザー距離計測装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザー距離計測装置は、光源から出力された出力光を出射する出射部と、前記出射部から出射された前記出力光が物体によって反射された反射光を検出器に対して集光させる集光レンズと、前記検出器によって検出された反射光に基づいて、前記物体までの距離を計測する計測部とを備える。前記出射部は、前記集光レンズの面内の前記出力光の光路上に配置され、前記集光レンズによって支持される。

本発明の一態様によれば、近距離での集光効率を向上させることができる。

図１Ａは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す正面図及び側面図である。 図１Ｂは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す断面図である。 図２は、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成の一例を示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置の変形例を示す図である。 図４Ａは、一般的なレーザー距離計測装置の構成を示す断面図である。 図４Ｂは、一般的なレーザー距離計測装置における戻り光の強度分布を説明するための図である。 図５Ａは、第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す側面図である。 図５Ｂは、第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成の一例を示すブロック図である。 図６は、第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置の変形例を示す図である。 図７Ａは、第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す正面図及び側面図である。 図７Ｂは、第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す断面図である。

以下、実施形態に係るレーザー距離計測装置について図面を参照して説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（第１の実施形態）
図１Ａは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００の構成を示す正面図及び側面図である。ここで、図１Ａにおいては、左図にレーザー距離計測装置１００の正面図を示し、右図に側面図を示す。また、図１Ｂは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００の構成を示す断面図である。ここで、図１Ｂにおいては、レーザー距離計測装置１００の横断面を示す。図１Ａに示すように、レーザー距離計測装置１００は、光源１１０ａと、発光回路基板１１０ｂと、コリメートレンズ１２０と、ウェッジプリズム１３０と、集光レンズ１４０と、光検出器１５０ａと、受光回路基板１５０ｂと、制御回路基板１６０とを備え、各構成が基部１７０によって支持されている。なお、図１Ａ及び図１Ｂにおいては、レーザー距離計測装置１００の筐体を示していないが、実際には、各構成が図示しない筐体内に収められている。ここで、各構成を収める筐体は、ウェッジプリズム１３０及び集光レンズ１４０側に光を透過する窓を有している。

そして、レーザー距離計測装置１００は、光源１１０ａから出力した出力光（例えば、レーザー光）をコリメートレンズ１２０によって平行光として対象空間に出射し、対象空間内の物体によって反射された反射光を集光レンズ１４０によって光検出器１５０ａに集光させることで、物体によって反射された反射光を検出する。そして、レーザー距離計測装置１００は、検出した反射光に基づいて、物体までの距離を計測する。ここで、レーザー距離計測装置１００は、対象空間に平行光を出射する出射部における出射面の側面の全周囲を集光レンズ１４０で囲むように、集光レンズ１４０の内側に出射部が配置されることにより、近距離での集光効率を向上させることができる。以下、レーザー距離計測装置１００の詳細について説明する。なお、第１の実施形態では、レーザー光を対象空間に出射する出射部として、ウェッジプリズム１３０を用いる場合を例に挙げて説明する。また、以下では、物体によって反射され、レーザー距離計測装置１００に戻ってきた反射光を戻り光とも記載する。

光源１１０ａは、レーザーダイオード（Laser Diode:ＬＤ）などの発光素子であり、発光回路基板１１０ｂに配設された駆動回路からの駆動信号に応じて、コリメートレンズ１２０に対して出力光（例えば、レーザー光）を出力する。ここで、光源１１０ａは、レーザー光の光軸が水平方向に出力され、かつ、該光軸がコリメートレンズ１２０から出射されるレーザー光の光軸と揃うように、発光回路基板１１０ｂ上に配設されている。

発光回路基板１１０ｂは、光源１１０ａからレーザー光を出力させる駆動回路が配設され、制御回路基板１６０からの制御信号に応じて駆動信号を光源１１０ａに出力する。ここで、発光回路基板１１０ｂは、長手方向が鉛直方向と平行となるように基部１７０上に配設されるとともに、長手方向の上端に光源１１０ａが配設されている。

コリメートレンズ１２０は、光源１１０ａから出力されたレーザー光を平行光にしてウェッジプリズム１３０に出射する。ここで、コリメートレンズ１２０は、ウェッジプリズム１３０に出射する平行光の光軸が光源１１０ａから出射されるレーザー光の光軸と揃うように、基部１７０上に配設されている。

ウェッジプリズム１３０は、コリメートレンズ１２０から入射された平行光の光軸が集光レンズ１４０の受光面に直交する方向と平行となるように当該平行光を偏向させる。ここで、ウェッジプリズム１３０は、集光レンズ１４０の面内のレーザー光の光路上に配置され、集光レンズ１４０によって支持されている。すなわち、図１Ａに示すように、ウェッジプリズム１３０は、集光レンズ１４０に設けられた貫通孔に埋め込まれ、集光レンズ１４０よりも光源１１０ａ側に配置されているコリメートレンズ１２０から入射されたレーザー光を偏向させて対象空間に出射する。

ここで、ウェッジプリズム１３０によって偏向される角度は、レーザー光の光軸が集光レンズ１４０の受光面に直交する方向と平行となる角度である。すなわち、集光レンズ１４０の内側に配置されたウェッジプリズム１３０が、集光レンズ１４０に垂直な方向にレーザー光を出射することで、戻り光が集光レンズ１４０に対して垂直に戻ってくることとなり、物体までの距離に関係なく、集光レンズ１４０によって戻り光を効率よく集光することができる。

さらに、出射部としてウェッジプリズム１３０を用いることで、光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０の配置の自由度を向上させることができ、戻り光の集光効率を向上させることができる。すなわち、レーザー距離計測装置１００においては、光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０を、集光レンズ１４０と光検出器１５０ａとによって挟まれる空間外に配置させることができる。換言すると、集光レンズ１４０によって光検出器１５０ａに集光される戻り光の光路外に光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０を配置させることができ、光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０によって集光が阻害されることを抑止することができる。例えば、図１Ｂに示すように、集光レンズ１４０の端部と光検出器１５０ａの端部とを結んで形成される空間外に光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０が配置される。すなわち、光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０は、戻り光が集光レンズ１４０によって光検出器１５０ａに集光される光路外に配置される。

また、さらに、出射部としてウェッジプリズム１３０を用いることで、出射部の配置の自由度も向上させることができ、戻り光の集光効率を向上させることができる。すなわち、出射部としてウェッジプリズム１３０を用いることで、任意の角度でレーザー光を偏向させることができることから、例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ウェッジプリズム１３０を集光レンズ１４０の中心に配置することで、ウェッジプリズム１３０を中心に２次元のガウス分布状に戻る戻り光の集光を効率よく行うことができる。

上述したように、出射部としてウェッジプリズム１３０を用いることで、光源１１０ａ、コリメートレンズ１２０及びウェッジプリズム１３０の配置の自由度を向上させることできる。従って、ウェッジプリズム１３０の形状は、各部材の配置状態に応じて決定されることとなる。すなわち、コリメートレンズ１２０から出射されたレーザー光の光軸を集光レンズ１４０の受光面に直交する方向に偏向する際の角度に応じて、用いられるウェッジプリズム１３０の形状や枚数が決定される。さらに、ウェッジプリズム１３０の素材を考慮して形状や枚数を決定してもよい。

また、ウェッジプリズム１３０の形状は、レーザー光の形状に基づいて決定されてもよい。例えば、レーザー光の形状が円状又は楕円状である場合、ウェッジプリズム１３０は、図１Ａに示すように、円形に形成されることが望ましい。また、ウェッジプリズム１３０のサイズは、コリメートレンズ１２０のサイズに応じて変化させる場合であってもよい。例えば、コリメートレンズ１２０のサイズが直径６ｍｍ程度の場合、コリメートレンズ１２０によってコリメートされる光束は、３〜４ｍｍ程度となる。したがって、この場合には、ウェッジプリズム１３０は、直径５ｍｍ程度で形成される。

集光レンズ１４０は、ウェッジプリズム１３０によって出射されたレーザー光が物体によって反射された戻り光を光検出器１５０ａに対して集光させる。例えば、集光レンズ１４０は、フレネルレンズや、凸レンズなどである。ここで、集光レンズ１４０としてフレネルレンズを用いた場合、集光レンズ１４０の厚みを一定のまま、面積を大きくすることができる。また、集光レンズ１４０としてフレネルレンズを用いた場合、ウェッジプリズム１３０は、フレネルレンズの溝の中央に配置される。

光検出器１５０ａは、集光レンズ１４０によって集光される戻り光を検出する。例えば、光検出器１５０ａは、光電子増倍管（ＰＭＴ：Photomultiplier Tube）や光照射による電気抵抗変化を利用したＣｄＳ、ＰｂＳなどの光電導素子、半導体のｐｎ接合を利用した光起電力型のフォトダイオード（Photo Diode：ＰＤ）などである。フォトダイオードとしては、例えば、ＰＮフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードなどである。

受光回路基板１５０ｂは、増幅回路などが配設され、光検出器１５０ａによって検出された戻り光を増幅して制御回路基板１６０に出力する。ここで、受光回路基板１５０ｂは、長手方向が鉛直方向と平行となるように基部１７０上に配設されるとともに、集光される戻り光の光軸の高さが、光源１１０ａから出力されるレーザー光の光軸の高さと揃う位置に光検出器１５０ａが配設されている。

制御回路基板１６０は、レーザー距離計測装置１００の全体制御を行う回路が配設される。例えば、制御回路基板１６０は、発光回路基板１１０ｂを制御して、光源１１０ａからのレーザー光の出力を制御する。また、制御回路基板１６０は、光検出器１５０ａによって検出された戻り光に基づいて、レーザー光を反射した物体までの距離を計測する種々の回路が配設される。

例えば、制御回路基板１６０は、ＴＯＦ（Time of Flight）方式の距離測定を行うための回路、或いは、位相差方式の距離計測を行うための回路などが配設される。ＴＯＦ方式の距離測定を行う場合、制御回路基板１６０は、レーザー光に基づく信号と、戻り光に基づく信号との遅延時間から距離を演算するための回路が配設される。一方、位相差方式の距離計測を行う場合、制御回路基板１６０は、レーザー光に基づく信号と、戻り光に基づく信号との位相差を算出し、算出した位相差から距離を演算するための回路が配設される。

上述したように、レーザー距離計測装置１００は、ウェッジプリズム１３０を集光レンズ１４０の中心に配置し、集光レンズ１４０に対向する光検出器１５０ａ側に光源１１０ａとコリメートレンズ１２０を配置して、ウェッジプリズム１３０に向けてレーザー光を出射する。ウェッジプリズム１３０は、レーザー光を集光レンズ１４０と直交する方向に向けて偏向する。集光レンズ１４０は、物体によって反射され戻ってきた戻り光を光検出器１５０ａに集光する。ここで、光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０が、集光レンズ１４０と光検出器１５０ａとの間に形成される空間外に配置されることで、戻り光の集光効率を向上させることができる。

次に、図２を用いて、レーザー距離計測装置１００による距離計測の処理について説明する。図２は、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００の構成の一例を示すブロック図である。なお、図２においては、ＴＯＦ方式による距離計測を行う場合を一例に挙げて説明する。図２に示すように、レーザー距離計測装置１００の制御回路基板１６０は、ＴＤＣ（Time to Digital Converter）回路１６１と、信号処理回路１６２と、制御回路１６３とを有する。なお、信号処理回路１６２は、計測部とも記載される。

制御回路１６３は、発光回路基板１１０ｂに配設された駆動回路１１１ｂを駆動させることで、光源１１０ａからレーザー光を出力させる。例えば、制御回路１６３は、任意の周期のパルス信号を駆動回路１１１ｂに出力する。駆動回路１１１ｂは、パルス信号に同期して駆動信号を生成して光源１１０ａに出力することで、光源１１０ａを駆動させる。光源１１０ａは、駆動回路１１１ｂから入力された駆動信号により駆動され、レーザー光をパルス出力する。ここで、制御回路１６３によって出力されるパルス信号は、リファレンスクロックとして、ＴＤＣ回路１６１に出力される。

増幅回路１５１ｂは、光検出器１５０ａによって検出された戻り光の電気信号を信号解析可能なレベルまで増幅してＴＤＣ回路１６１に出力する。ＴＤＣ回路１６１は、制御回路１６３から入力されたパルス信号と、増幅回路１５１ｂから入力された電気信号との時間差を示すデジタル信号を信号処理回路１６２に出力する。信号処理回路１６２は、ＴＤＣ回路１６１から入力されたデジタル信号に対応する時間と光速とから物体までの距離を算出する。

以上、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００について説明した。なお、上述した実施形態はあくまでも一例であり、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、ウェッジプリズム１３０を集光レンズ１４０の中心に配置する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、ウェッジプリズム１３０は、出射面の側面が集光レンズに囲まれるように配置される位置であれば、任意の位置に配置することができる。

図３は、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置の変形例を示す図である。例えば、レーザー距離計測装置１００におけるウェッジプリズム１３０は、図３に示すように、集光レンズ１４０の中央の位置、すなわち、水平方向の中心であり、且つ、鉛直方向の中心である位置に配置される場合であってもよい。このように配置することにより、ウェッジプリズム１３０から出射されたレーザー光の戻り光の集光効率をより向上させることができる。

また、ウェッジプリズム１３０は、集光レンズ１４０の中心或いは中央の位置を含むように配置される場合であってもよい。すなわち、ウェッジプリズム１３０が、集光レンズ１４０の中心或いは中央の位置から若干ずれた位置に配置される場合であってもよい。或いは、ウェッジプリズム１３０は、集光レンズ１４０の中心或いは中央の位置を含まない位置に配置される場合であってもよい。

上述したように、第１の実施形態によれば、戻り光を受光する集光レンズ１４０の面積を拡大することができ、物体までの距離が近距離の場合の集光効率を向上させることができる。

図４Ａは、一般的なレーザー距離計測装置２００の構成を示す断面図である。また、図４Ｂは、一般的なレーザー距離計測装置２００における戻り光の強度分布を説明するための図である。ここで、図４Ａにおいては、レーザー距離計測装置２００の側面の縦断面を示す。また、図４Ｂにおいては、レーザー距離計測装置２００の正面図及び上面図を示す。例えば、一般的なレーザー距離計測装置２００は、図４Ａに示すように、光源２１０ａと、コリメートレンズ２２０と、集光レンズ２４０と、光検出器２５０ａと、制御回路基板２６０とを有する。ここで、レーザー距離計測装置２００では、図４Ａに示すように、光源２１０ａから出力されたレーザー光をコリメートレンズ２２０が平行光にして対象空間に出射する。そして、レーザー距離計測装置２００では、コリメートレンズ２２０と集光レンズ２４０とが中心軸を異にして横並びに配置される。

ここで、例えば、コリメートレンズ２２０から出射されるレーザー光が真円である場合、戻り光の強度分布は、図４Ｂに示すように、中央が最大となるガウス分布となる。ここで、測定対象物までの距離が遠い場合には、戻り光は大きな分散を持つガウス分布となる。例えば、測定対象物までの距離が遠い場合の戻り光は、領域ＲＬ２のような大きな分散を持つガウス分布となり、計測に十分な光量を集光することができる。しかしながら、測定対象物までの距離が近い場合には、戻り光の分散が小さいため、例えば、領域ＲＬ１のような小さな分散を持つガウス分布となり、計測に十分な光量を集光することができない場合がある。

しかしながら、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００は、集光レンズ１４０の内側に出射部であるウェッジプリズム１３０が配置されていることから、集光レンズ１４０における戻り光を受光する面積を拡大させることができ、集光効率を向上させることができる。

また、さらに、レーザー光の出射部であるウェッジプリズム１３０を集光レンズ１４０の中心或いは中央に配置することで、集光レンズ１４０のサイズをより大きくすることができる。すなわち、出射光の光軸と戻り光の光軸とが揃っていることから、集光レンズ１４０の中心とウェッジプリズム１３０の中心との距離が変化しないため、集光レンズ１４０のサイズをより大きくすることができ、例えば、より遠い物体までの距離を計測したり、より小さい出力のレーザー光でこれまでと同様の計測精度を維持したりすることができる。一方、図４Ａ及び図４Ｂに示す一般的なレーザー距離計測装置２００の場合、集光レンズ２４０のサイズを単純に大きくすると、コリメートレンズ２２０の中心から集光レンズ２４０の中心までの距離が大きくなり、測定対象物までの距離が遠い場合に計測できなくなる場合がある。

上述したように、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００は、一般的なレーザー距離計測装置２００と比較して、近距離での集光効率を向上させることができる。ここで、例えば、受光レンズ内に発光素子から出力されたレーザー光を出射するためのガイド部材を配置する技術が知られている。しかしながら、この技術は、レーザー光を出射するためのガイド部材の側面の全周囲を受光レンズによって囲んでいるわけではなく、受光レンズ内の端部にガイド部材が配置されたものである。したがって、ガイド部材を中心としてガウス分布状に戻り光が戻ってきたとしても受光レンズが無い部分では、戻り光を受光することができない。

また、集光レンズにフレネルレンズを用いた光波距離計の技術が知られている。しかしながら、この技術は、裏面鏡により、出射されるレーザー光を測定対象物の方向に偏向させ、測定対象物からの帰還光をフレネルレンズの方向に偏向させるものであり、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００のように、出射部が集光レンズの内側に配置されるものではない。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。上述した第１の実施形態では、１つの方向にレーザー光を出射して、レーザー光を反射した物体までの距離を計測する１次元の距離計測（１次元ＬｉＤＡＲ）について説明した。第２の実施形態では、２次元の距離計測（２次元ＬｉＤＡＲ）を行うレーザー距離計測装置について説明する。

図５Ａは、第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ａの構成を示す側面図である。また、図５Ｂは、第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ａの構成の一例を示すブロック図である。第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ａは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００と比較して、基部１７０に回転部１７１と、固定部１７２と、モータ１７３と、駆動回路１７４を備える点が異なる。以下、この点を中心に説明する。

回転部１７１は、光源１１０ａと、発光回路基板１１０ｂと、コリメートレンズ１２０と、ウェッジプリズム１３０と、集光レンズ１４０と、光検出器１５０ａと、受光回路基板１５０ｂと、制御回路基板１６０とを支持し、モータ１７３の回転軸を軸として回転可能に支持される。

固定部１７２は、モータ１７３を内包し、レーザー距離計測装置１００ａ全体を支持する。モータ１７３は、駆動回路１７４から出力される駆動信号に基づいて、回転軸を回転させることで、回転軸に支持される回転部１７１を回転させる。駆動回路１７４は、制御回路１６３から制御信号に基づいて駆動信号をモータ１７３に出力し、モータ１７３を駆動させる。

レーザー距離計測装置１００ａは、モータ１７３によって回転部１７１を回転させながら、上述した１次元の距離計測を行うことで、２次元の距離計測を行う。具体的には、まず、制御回路１６３は、駆動回路１７４に制御信号を出力することにより、モータ１７３を所定の速度で駆動させる。さらに、制御回路１６３は、モータ１７３を駆動させるための制御信号と対応付けたパルス信号を駆動回路１１１ｂに出力する。これにより、回転部１７１の回転角度ごとのパルス信号と戻り光の電気信号を検出することができる。駆動回路１１１ｂは、制御回路１６３からのパルス信号に同期して駆動信号を生成して光源に出力することで、回転角度ごとに光源１１０ａからレーザー光をパルス出力させる。ここで、制御回路１６３によって回転角度ごとのパルス信号は、リファレンスクロックとして、ＴＤＣ回路１６１に出力される。

増幅回路１５１ｂは、光検出器１５０ａによって検出された戻り光の電気信号を信号解析可能なレベルまで増幅してＴＤＣ回路１６１に出力する。ＴＤＣ回路１６１は、制御回路１６３から入力された回転角度ごとのパルス信号と、増幅回路１５１ｂから入力された回転角度ごとの電気信号との時間差を示すデジタル信号をそれぞれ生成し、生成したデジタル信号を信号処理回路１６２に出力する。信号処理回路１６２は、ＴＤＣ回路１６１から入力されたデジタル信号に対応する時間と光速とから回転角度ごとの物体までの距離を算出する。

図６は、第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置の変形例を示す図である。ここで、図６は、２次元の距離計測を実行するレーザー距離計測装置１００ｂの横断面を示す。

例えば、２次元の距離計測を実行するレーザー距離計測装置１００ｂは、図６に示すように、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー１８０を新たに備え、反射面がウェッジプリズム１３０と対向するように配置されている。さらに、レーザー距離計測装置１００ｂは、図６に示すように、光源１１０ａ及び発光回路基板１１０ｂが、光検出器１５０ａ及び受光回路基板１５０ｂと対向するように配置されている。

光源１１０ａは、発光回路基板１１０ｂに配設された駆動回路１１１ｂによって出力される駆動信号に基づいて、レーザー光を出力する。コリメートレンズ１２０は、光源１１０ａから出力されたレーザー光を平行光にしてＭＥＭＳミラー１８０に出射する。ＭＥＭＳミラー１８０は、コリメートレンズ１２０から出射されたレーザー光の出射方向が鉛直方向に沿って変化するようにレーザー光を偏向させる。具体的には、ＭＥＭＳミラー１８０は、上下方向に角度を変化させる１軸タイプのミラーであり、コリメートレンズ１２０から出射されたレーザー光を上下方向に走査する。

ウェッジプリズム１３０は、ＭＥＭＳミラー１８０によって出射方向が鉛直方向に沿って変化されたレーザー光が入射され、入射されたレーザー光の光軸が集光レンズ１４０の受光面に直交する方向と平行となるように当該平行光を偏向させる。例えば、ウェッジプリズム１３０は、ＭＥＭＳミラー１８０によって上下に走査されるレーザー光を受光可能となるように、鉛直方向に延伸された形状を有し、ＭＥＭＳミラー１８０から受光したレーザー光の光軸が集光レンズ１４０の受光面と直交する方向となるように、レーザー光を偏向させる。

これにより、レーザー距離計測装置１００ｂは、上記した構成により、上下方向の２次元の距離計測を行うことができる。

上述したように、第２の実施形態によれば、２次元の距離計測においても、物体までの距離が近距離の場合の集光効率を向上させることができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。上述した第１の実施形態では、レーザー光を対象空間に出射する出射部がウェッジプリズムである場合について説明した。第３の実施形態では、出射部がコリメートレンズである場合について説明する。

図７Ａは、第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ｃの構成を示す正面図及び側面図である。ここで、図７Ａにおいては、レーザー距離計測装置１００ｃの正面の縦断面と側面の縦断面とを示す。また、図７Ｂは、第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す断面図である。ここで、図７Ｂにおいては、レーザー距離計測装置１００の横断面を示す。第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ｃは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００と比較して、コリメートレンズ１２０が集光レンズ１４０の内側に配置されている点と、光源１１０ａ及び発光回路基板１１０ｂの配置が異なる。以下、これらを中心に説明する。

第３の実施形態に係るコリメートレンズ１２０は、レーザー光の出射面の側面が集光レンズ１４０に囲まれるように、集光レンズ１４０の内側に配置されている。そして、コリメートレンズ１２０は、集光レンズ１４０の水平方向の中心であり、鉛直方向の下部側に配置されている。ここで、第３の実施形態に係る集光レンズ１４０及びコリメートレンズ１２０は、一体形成させることも可能である。

また、第３の実施形態に係る光源１１０ａは、レーザー光の光軸が水平方向に出力され、かつ、該光軸がコリメートレンズ１２０から出射されるレーザー光の光軸と揃うように、発光回路基板１１０ｂ上に配設されている。これにより、コリメートレンズ１２０から出射されたレーザー光が物体に反射されて戻る戻り光が、集光レンズ１４０の水平方向での中心に受光されることとなり、集光効率を向上させることができる。

ここで、第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ｃでは、集光レンズ１４０と光検出器１５０ａとの間の空間内に光源１１０ａ及び発光回路基板１１０ｂが配置されることとなる。したがって、光源１１０ａ及び発光回路基板１１０ｂによって戻り光の集光が阻害される。そこで、第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ｃでは、発光回路基板１１０ｂの位置を任意の位置に配置して、戻り光の集光の阻害を極力低減させる場合であってもよい。

例えば、発光回路基板１１０ｂを基部１７０内部に配置し、光源１１０ａを最小の支持部によって支持するとともに、発光回路基板１１０ｂと光源１１０ａとを配線によって接続するような構成とする場合であってもよい。

なお、上記の第３の実施形態では、１次元の距離計測について説明したが、レーザー距離計測装置１００ｃは、第２の実施形態において説明した各構成を備えることで、２次元の距離計測及び３次元の距離計測を実行することができる。

上述したように、第３の実施形態によれば、少ない部品数で製造することができ、製造工程を簡略化させることができるとともに、近距離での集光効率を向上させることができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ レーザー距離計測装置
１１０ａ 光源
１１０ｂ 発光回路基板
１２０ コリメートレンズ
１３０ ウェッジプリズム
１４０ 集光レンズ
１５０ａ 光検出器
１５０ｂ 受光回路基板
１６０ 制御回路基板
１６２ 信号処理回路（計測部）
１７０ 基部
１７１ 回転部
１７２ 固定部
１７３ モータ
１７４ 駆動回路

Claims (7)

1. 光源から出力された出力光を出射する出射部と、
   前記出射部から出射された前記出力光が物体によって反射された反射光を検出器に対して集光させる集光レンズと、
   前記検出器によって検出された反射光に基づいて、前記物体までの距離を計測する計測部と、
   を備え、
   前記出射部は、前記集光レンズの面内の前記出力光の光路上に配置され、前記集光レンズによって支持される、レーザー距離計測装置。
2. 前記出力光を平行光にして前記出射部に対して出射するコリメートレンズをさらに備え、
   前記出射部は、前記コリメートレンズから入射された前記平行光の光軸が前記集光レンズの受光面に直交する方向と平行となるように当該平行光を偏向させるウェッジプリズムである、請求項１に記載のレーザー距離計測装置。
3. 前記光源及び前記コリメートレンズは、前記反射光が前記集光レンズによって前記検出器に集光される光路外に配置される、請求項２に記載のレーザー距離計測装置。
4. 前記出射部は、前記光源から出力された前記出力光を平行光にして出射するコリメートレンズである、請求項１に記載のレーザー距離計測装置。
5. 前記集光レンズは、フレネルレンズである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザー距離計測装置。
6. 前記出射部は、前記集光レンズの中心に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザー距離計測装置。
7. 鉛直方向を回転軸として、前記出射部と前記集光レンズとを含む光学系を回転させる回転機構をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザー距離計測装置。