JP2019028003A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測距領域からの反射光を良好に取り込みつつ、装置の小型化を図ることが可能な距離測定装置を提供する。
【解決手段】距離測定装置１は、固定部１０と、固定部１０に回転可能に配置された回転部２０と、固定部１０に配置されたレーザ光源３１と、固定部１０に配置された光検出器３８と、固定部１０に配置され、レーザ光源３１から出射された投射光の光路と測距領域から反射された反射光の光路とを分離するビームスプリッタ３３と、投射光および反射光の共通光路に配置され、測距領域から反射された反射光を取り込むための撮像レンズ３５と、回転部２０に配置され、ビームスプリッタ３３を経由した投射光を測距領域に導くとともに、測距領域から反射された反射光をビームスプリッタ３３へと導く回転ミラー３４と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、光を用いて物体との距離を測定する距離測定装置に関する。

従来、光を用いて物体との距離を測定する距離測定装置が、種々の機器に搭載されている。光を用いた距離の測定方式として、たとえば、三角測量法を利用した方式が知られている。この方式では、光の出射方向と、この光が物体で反射された反射光の進行方向との間の角度に基づいて、物体までの距離が計測される。しかし、この方式では、物体までの距離が長い場合に、距離を正確に計測することが困難となる。この問題を抑制し得る方式として、光を出射してから反射光を受光するまでの時間（ランタイム）に基づいて、物体までの距離を測定する方式を用いることができる。

以下の特許文献１には、ランタイムに基づいて物体までの距離を測定する距離測定装置が記載されている。この距離測定装置では、撮像レンズが装置の固定側に配置され、撮像レンズの光軸周りに回転するミラーが装置の回転側に配置されている。ミラーは、撮像レンズの光軸に対して所定の角度で傾くように配置されている。また、撮像レンズの中央に発光素子とコリメータレンズが埋め込まれている。発光素子から出射された光は、コリメータレンズによって平行光に変換された後、撮像レンズの光軸に沿って進む。この光がミラーで反射されて測距領域に投射される。測距領域からの反射光が撮像レンズによって取り込まれる。撮像レンズで取り込まれた反射光は、装置の固定側に配置された光検出器に集光される。

中国特許出願公開第１０５４６７３９８号明細書

特許文献１の構成では、撮像レンズに発光素子が埋め込まれているため、物体からの反射光を取り込み得る撮像レンズの領域が大きく制限される。このため、より多くの反射光を取り込むためには、撮像レンズの径を広げる必要があり、これにより、装置の固定側が大型化するとの問題が生じる。

かかる課題に鑑み、本発明は、測距領域からの反射光を良好に取り込みつつ、装置の小型化を図ることが可能な距離測定装置を提供することを目的とする。

本発明の主たる態様は、距離測定装置に関する。この態様に係る距離測定装置は、固定部と、前記固定部に回転可能に配置された回転部と、前記固定部に配置された光源と、前記固定部に配置された光検出器と、前記固定部に配置され、前記光源から出射された投射光の光路と測距領域から反射された反射光の光路とを分離するビームスプリッタと、前記投射光および前記反射光の共通光路に配置され、測距領域から反射された前記反射光を取り込むためのレンズ部と、前記回転部に配置され、前記ビームスプリッタを経由した前記投射光を前記測距領域に導くとともに、前記測距領域から反射された前記反射光を前記ビームスプリッタへと導く回転ミラーと、を備える。

本態様に係る距離測定装置によれば、反射光を取り込むためのレンズ部が、光源と異なる位置に配置されているため、レンズ部に光源を配置することによる光の取り込み量の低下を回避できる。よって、測距領域からの反射光をレンズ部により良好に取り込むことができる。また、レンズ部が光源と異なる位置に配置されているため、レンズ部の径を広げて反射光の取り込み量を増やす必要がない。このため、レンズ部の拡大に伴う装置の大型化を回避できる。さらに、光源から出射された投射光の光路と測距領域から反射された反射光の光路がビームスプリッタで分離されるため、共通光路にレンズ部を配置しても、測距領域からの反射光を光検出器に円滑に導くことができる。

以上のとおり、本発明に係る距離測定装置によれば、測距領域からの反射光を良好に取り込みつつ、装置の小型化を効果的に図ることができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、実施の形態に係る距離測定装置の構成を示す斜視図である。 図２は、実施の形態に係る固定部と回転部とを分離させた状態の距離測定装置の構成を示す斜視図である。 図３は、実施の形態に係る距離測定装置の構成を示す断面図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態に係るビームスプリッタの構成を示す平面図および側面図である。 図５は、実施の形態に係る距離測定装置の構成を示す回路ブロック図である。 図６は、変更例に係る距離測定装置の構成を示す断面図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、変更例に係るビームスプリッタの構成を示す平面図および側面図である。 図８は、他の変更例に係る距離測定装置の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸方向は、距離測定装置１の高さ方向である。

図１は、距離測定装置１の構成を示す斜視図である。

図１に示すように、距離測定装置１は、円柱状の固定部１０と、固定部１０に回転可能に配置された回転部２０とを備える。回転部２０は、固定部１０と略同径の大径部２０ａと、大径部２０ａよりも径が小さい小径部２０ｂと、大径部２０ａと小径部２０ｂとを繋ぐ傾斜部２０ｃからなっている。大径部２０ａおよび小径部２０ｂは、何れも、円柱形状である。固定部１０と、回転部２０の大径部２０ａおよび小径部２０ｂとは、互いに同軸に配置されている。小径部２０ｂの側面に撮像レンズ３５が外部に露出するように配置されている。撮像レンズ３５から測距領域に向かってレーザ光（投射光）が投射される。撮像レンズ３５は、測距領域から反射された反射光を取り込むためのレンズ部を構成する。

回転部２０は、Ｚ軸に平行、且つ、小径部２０ｂの中心を貫く回転軸Ｒ１０を中心に回転する。回転部２０の回転に伴い、撮像レンズ３５から投射されるレーザ光の光軸が回転軸Ｒ１０を中心に回転する。これに伴い、測距領域も回転する。後述のように、距離測定装置１は、測距領域にレーザ光を投射したタイミングと、測距領域からレーザ光の反射光を受光したタイミングとの間の時間差（ランタイム）に基づいて、測距領域に存在する物体までの距離を計測する。具体的には、この時間差に光の速度を乗じて物体までの距離を求める。上記のように回転部２０が回転軸Ｒ１０の周りに１回転することにより、距離測定装置１は、周囲３６０度の範囲に存在する物体までの距離を計測できる。

図２は、固定部１０と回転部２０とを分離させた状態の距離測定装置１の構成を示す斜視図である。

図２に示すように、固定部１０は、円柱状の支持ベース１１と、コイル１２と、ヨーク１３と、ベアリングボール１５と、を備えている。支持ベース１１は、たとえば樹脂で形成されている。支持ベース１１の上面には、回転軸Ｒ１０を中心とする周方向に沿って、凹部１１ａが形成されている。この凹部１１ａに、薄板状のヨーク１３が嵌め込まれている。ヨーク１３は、円板の中央部が抜き取られた形状である。ヨーク１３は、ネジ１４で支持ベース１１に固着されている。

さらに、ヨーク１３の上面に複数のコイル１２が周方向に並ぶように配置されている。ここでは、１２個のコイル１２が、ヨーク１３の上面に装着されている。これらヨーク１３は、回転部２０側の磁石２２とともに、回転部２０を回転させるためのリニアモータを構成する。

支持ベース１１の上面には、凹部１１ａの内側に深さ一定の案内溝１１ｂが周方向に延びるように形成されている。周方向に垂直な平面で切断した案内溝１１ｂの形状はＶ字状である。案内溝１１ｂは、周方向に繋がっている。案内溝１１ｂは、ベアリングボール１５を周方向に案内するためのものである。案内溝１１ｂに複数のベアリングボール１５が嵌められる。ベアリングボール１５間の距離を保つためのスペーサが、さらに案内溝１１ｂに嵌められてもよい。

支持部材２１の中央部に円柱状の突部１１ｃが設けられ、さらに、この突部１１ｃに凹部１１ｄが設けられている。この凹部１１ｄに、後述の光学系を構成する光学部材が配置される。図２には、光学部材として、ビームスプリッタ３３と、ミラー３６が示されている。

図２には、回転部２０が上下に反転した状態で示されている。回転部２０は、支持部材２１と、磁石２２とを備える。図２には示されていないが、回転部２０には、さらに、ヨーク２３（図３参照）が設置されている。図２の状態において、ヨーク２３は、磁石２２によって覆われている。

回転部２０の大径部２０ａには、回転軸Ｒ１０を中心とする周方向に沿って、凹部２１ａが形成されている。この凹部２１ａに、薄板状のヨーク２３（図３参照）が嵌め込まれている。ヨーク２３は、円板の中央部が抜き取られた形状である。ヨーク２３は、熱硬化接着剤または金属と樹脂の一体成形などの手段で大径部２０ａに固着されている。

さらに、ヨーク２３を覆うようにして、複数の磁石２２が周方向に並ぶように配置されている。これら磁石２２は、隣り合う磁石２２の極性が互いに反転するように配置されている。ここでは、１６個の磁石２２が、ヨーク２３を覆うように装着されている。これら磁石２２は、上記のように、固定部１０側のコイル１２とともに、回転部２０を回転させるためのリニアモータを構成する。

支持部材２１には、凹部２１ａの内側に深さ一定の案内溝２１ｂが周方向に延びるように形成されている。周方向に垂直な平面で切断した案内溝２１ｂの形状はＶ字状である。案内溝２１ｂは、周方向に繋がっている。案内溝２１ｂは、固定部１０側の案内溝１１ｂとともに、ベアリングボール１５を周方向に案内するためのものである。図１に示すように回転部２０が固定部１０に重ねられると、ベアリングボール１５が、固定部１０側の案内溝１１ｂと、回転部２０側の案内溝２１ｂとによって挟まれる。これにより、回転部２０が、回転軸Ｒ１０を中心に回転可能に、固定部１０に支持される。

支持ベース１１の中央部に円筒状の壁部２１ｃが設けられ、さらに、この壁部２１ｃの内側に開口２１ｄが設けられている。この開口２１ｄに、後述の回転ミラー３４（図３参照）が設置される。開口２１ｄは、小径部２０ｂの側面に形成された開口２１ｅに繋がっている。この開口２１ｅに、撮像レンズ３５が設置される。なお、壁部２１ｃには、周方向に一定間隔で切欠き２１ｆが形成されている。切欠き２１ｆは、回転部２０の回転状態を検出するためのものである。

上記のように、回転部２０が固定部１０に重ねられると、ベアリングボール１５を介して、回転部２０が、回転軸Ｒ１０を中心に回転可能に、固定部１０に支持される。この状態において、回転部２０側に配置された複数の磁石２２が、固定部１０側に配置された複数のコイル１２に向き合う。こうして、回転部２０を回転方向に駆動するためのリニアモータが構成される。

また、この状態において、回転部２０側の磁石２２と、固定部１０側のヨーク１３との間に磁気吸着力が生じる。この磁気吸着力によって、回転部２０が固定部１０に吸着され、固定部１０に対する回転部２０の支持状態が維持される。すなわち、ヨーク１３は、磁石２２との間で、回転部２０の脱落を規制するための磁気吸着力を生じさせるための磁性部を構成する。なお、支持ベース１１を磁性体で構成することにより、この磁気吸着を生じさせてもよい。

図３は、距離測定装置１の構成を示す断面図である。図３には、図１に示した距離測定装置１を、Ｘ−Ｚ平面に平行な平面により、Ｙ軸方向の中央位置で切断したときの断面図が示されている。図３では、レーザ光源３１から出射され、測距領域へと向かうレーザ光（投射光）が実線で示され、測距領域から反射された反射光が破線で示されている。光学系に付された一点鎖線は、光学系の光軸である。

図３に示すように、距離測定装置１は、光学系の構成として、レーザ光源３１と、リレーレンズ３２と、ビームスプリッタ３３と、回転ミラー３４と、撮像レンズ３５と、ミラー３６と、フィルタ３７と、光検出器３８と、を備えている。レーザ光源３１と光検出器３８は、回路基板４１に設置されている。リレーレンズ３２、ビームスプリッタ３３、ミラー３６およびフィルタ３７は、固定部１０側の支持ベース１１に設置されている。回転ミラー３４と撮像レンズ３５は、回転部２０の支持部材２１に設置されている。

レーザ光源３１は、所定波長のレーザ光を出射する。レーザ光源３１は、たとえば半導体レーザである。レーザ光源３１の出射光軸は、Ｚ軸に平行である。レーザ光源３１は、支持ベース１１の下面に設置された回路基板４１に設置されている。回路基板４１は、ネジ４２によって、支持ベース１１の下面に設置されている。レーザ光源３１から出射されたレーザ光は、リレーレンズ３２によって、放射角が絞られた後、ビームスプリッタ３３に入射する。レーザ光は、ビームスプリッタ３３を透過して、回転ミラー３４へと向かう。

図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ビームスプリッタ３３の構成を示す平面図および側面図である。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ビームスプリッタ３３は、厚みが一定の透明な基板３３ａの片面に反射膜３３ｂが形成された構成となっている。反射膜３３ｂは、円形の孔部３３ｃ以外の領域全てに設けられている。孔部３３ｃは、リレーレンズ３２側から入射したレーザ光が通過する領域よりもやや広めに設定されている。したがって、リレーレンズ３２側から入射したレーザ光は、略全てが、ビームスプリッタ３３を透過し、回転ミラー３４へと向かう。ビームスプリッタ３３は、Ｚ軸に対して４５度傾くように配置されている。

図３に戻り、回転ミラー３４は、板状の全反射ミラーである。回転ミラー３４は、反射面がビームスプリッタ３３に向き合うように、支持部材２１に設置される。回転ミラー３４の反射面は、平面である。回転ミラー３４は、反射面がＺ軸に対して４５度傾くように配置されている。ビームスプリッタ３３を透過したレーザ光は、回転ミラー３４によって光軸が９０度曲げられる。すなわち、レーザ光は、回転ミラー３４によって、撮像レンズ３５に向かう方向に反射される。

撮像レンズ３５は、光軸がＸ軸に平行となるように設置されている。撮像レンズ３５は、回転ミラー３４側から入射したレーザ光を、略平行光に変換して、測距領域へと投射する。撮像レンズ３５は、必ずしも、１つのレンズにより構成されなくともよく、複数のレンズが組み合わされた構成であってもよい。

測距領域に物体が存在する場合、測距領域に投射されたレーザ光は、物体で反射されて、再び、撮像レンズ３５へと向かう。こうして物体から反射された反射光が、撮像レンズ３５によって取り込まれる。反射光は、撮像レンズ３５を透過する間に、撮像レンズから収束作用を受ける。撮像レンズ３５によって取り込まれた反射光は、回転ミラー３４で反射され、ビームスプリッタ３３に入射する。

図４（ｂ）を参照して、ビームスプリッタ３３に入射した反射光は、反射膜３３ｂによってＸ軸負方向に反射される。図４には、破線で反射光が示されている。孔部３３ｃに入射した反射光は反射されずに、ビームスプリッタ３３を透過する。孔部３３ｃ以外の反射膜３３ｂの領域に入射した反射光は、反射膜３３ｂによって、Ｘ軸負方向に反射され、ミラー３６に向かう。なお、図４（ｂ）には、便宜上、反射光が平行光であるかのように図示されているが、実際は収束光となっている。

図３に戻り、ビームスプリッタ３３によって反射された反射光は、ミラー３６によってＺ軸負方向に反射される。ミラー３６は、片面に反射面を有する全反射ミラーである。ミラー３６は、反射面がＺ軸に対して４５度傾くように設置されている。ミラー３６で反射された反射光は、フィルタ３７を透過して、光検出器３８に収束される。

フィルタ３７は、レーザ光源３１から出射されるレーザ光の波長帯の光を透過し、その他の波長帯の光を遮光するよう構成されている。フィルタ３７の入射面または出射面に、フィルタ３７に入射する反射光のビーム径と略同径のピンホールが設けられてもよい。これにより、迷光がさらに除去され得る。光検出器３８は、受光光量に応じた検出信号を出力する。なお、フィルタ３７にピンホールが設けられる場合、撮像レンズ３５の焦点位置にピンホールが位置づけられるように光学系が調整されてもよい。

図３に示した光学系は、撮像レンズ３５から光検出器３８までの光路長が撮像レンズ３５の焦点距離に略一致するようにレイアウトされている。リレーレンズ３２は、レーザ光源３１から出射されたレーザ光が、撮像レンズ３５によって平行光に変換されるように、レーザ光の広がり角を調整する。これにより、図３に示すように、撮像レンズ３５からレーザ光源３１までの光路長と、撮像レンズ３５から光検出器３８までの光路長とが相違する構成であっても、レーザ光源３１と光検出器３８を同一の回路基板４１上に設置することが可能となる。

なお、図３の構成では、回路基板４１の他に、サブ基板４３が支持ベース１１に設置され、このサブ基板４３に、検出器１６が設置されている。検出器１６は、発光部と、発光部に対向する受光部とを備えている。検出器１６は、発光部と受光部との間の隙間に、図２に示した回転部２０側の壁部２１ｃが位置付けられるように配置されている。

回転部２０の回転に伴い、壁部２１ｃに形成された切欠き２１ｆが検出器１６の発光部と受光部との間に位置付けられると、発光部からの光が受光部により受光され、検出器１６からハイレベルの信号が出力される。切欠き２１ｆが通過すると、発光部からの光が壁部２１ｃで遮光され、検出器１６の信号がローレベルに立ち下がる。したがって、回転部２０が回転すると、検出器１６から、回転速度に応じた周期のパルス信号が出力される。この信号によって、回転部２０の回転状態が検出可能となる。サブ基板４３は、図示しない信号線によって、回路基板４１に電気的に接続されている。

図５は、距離測定装置１の構成を示す回路ブロック図である。

図５に示すように、距離測定装置１は、回路部の構成として、コントローラ１０１と、レーザ駆動回路１０２と、回転駆動回路１０３と、信号処理回路１０４とを備えている。

コントローラ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路と、メモリとを備え、所定の制御プログラムに従って各部を制御する。レーザ駆動回路１０２は、コントローラ１０１からの制御に応じて、レーザ光源３１を駆動する。回転駆動回路１０３は、コントローラ１０１からの制御に応じて、コイル１２に電流を導通させる。たとえば、コントローラ１０１は、検出器１６から入力されるパルス信号に基づいて、回転部２０が所定の回転速度で回転するように、回転駆動回路１０３を制御する。これに応じて、回転駆動回路１０３は、コイル１２に導通させる電流量と導通タイミングとを調節する。

信号処理回路１０４は、光検出器３８から入力される検出信号に対し、増幅およびノイズ除去の処理を施して、コントローラ１０１に出力する。通信インタフェース１０５は、距離測定装置１が設置される機器との間で通信を行うためのインタフェースである。

測距動作において、コントローラ１０１は、回転駆動回路１０３を制御して回転部２０を回転させつつ、レーザ駆動回路１０２を制御して、所定のタイミングごとに、所定パルスのレーザ光をレーザ光源３１から出力させる。コントローラ１０１は、信号処理回路１０４から入力される光検出器３８の検出信号に基づいて、各出射タイミングにおいて出射されたレーザ光パルスの受光タイミングを検出する。そして、コントローラ１０１は、レーザ光の出射タイミングと受光タイミングとの間の時間差（ランタイム）に基づいて、各出射タイミングにおいて測距領域に存在した物体までの距離を計測する。

具体的には、コントローラ１０１は、時間差（ランタイム）に光の速度を乗じて物体までの距離を算出する。コントローラ１０１は、こうして算出した距離のデータを、随時、通信インタフェース１０５を介して、距離測定装置１が設置された機器に送信する。機器は、受信した距離データに基づき、周囲３６０度に存在する物体までの距離を把握し、所定の制御を実行する。

＜実施形態の効果＞
以上、実施形態によれば、以下の効果が奏される。

反射光を取り込むための撮像レンズ３５（レンズ部）が、レーザ光源３１（光源）と異なる位置に配置されているため、撮像レンズ３５（レンズ部）に光源を配置することによる光の取り込み量の低下を回避できる。よって、測距領域からの反射光を撮像レンズ３５（レンズ部）により良好に取り込むことができる。また、撮像レンズ３５（レンズ部）がレーザ光源３１（光源）と異なる位置に配置されているため、撮像レンズ３５（レンズ部）の径を広げて反射光の取り込み量を増やす必要がない。このため、撮像レンズ３５（レンズ部）の拡大に伴う距離測定装置１の大型化を回避できる。さらに、レーザ光源３１（光源）から出射された投射光の光路と測距領域から反射された反射光の光路がビームスプリッタ３３で分離されるため、共通光路に撮像レンズ３５（レンズ部）を配置しても、測距領域からの反射光を光検出器３８に円滑に導くことができる。よって、本実施形態によれば、測距領域からの反射光を良好に取り込みつつ、距離測定装置１の小型化を効果的に図ることができる。

図３に示したように、レーザ光源３１と光検出器３８が共通の回路基板４１に配置され、ビームスプリッタ３３を経由した反射光を反射して回路基板４１に導くミラー３６が、固定部１０に配置されている。このように電力供給が必要なレーザ光源３１および光検出器３８が共通の回路基板４１に設置されることにより、構成の簡素化およびコストの低減を図り得る。また、ミラー３６で反射光の光路を折り曲げることにより、回路基板４１に設置された光検出器３８に対して反射光を円滑に導くことができる。

図４（ａ）、（ｂ）に示したように、ビームスプリッタ３３は、反射光を反射する反射領域（反射膜３３ｂ）と、レーザ光（投射光）を透過する透過領域（孔部３３ｃ）と、を備えている。これにより、なるべく多くの反射光を光検出器３８に導くことができ、反射光の検出を良好に行い得る。

図３に示したように、レーザ光源３１とビームスプリッタ３３との間にリレーレンズ３２が配置されている。このように、レーザ光源３１から出射されたレーザ光をリレーレンズ３２で絞ることにより、ビームスプリッタ３３に透過するレーザ光の領域を狭くでき、これに伴い、ビームスプリッタ３３における反射光の反射領域を広くできる。よって、より多くの反射光を光検出器３８に導くことができる。

図２に示したように、距離測定装置１は、固定部１０の回転部２０側の面に、回転部２０の回転軸Ｒ１０周りに並ぶコイル群（１０個のコイル１２）を備え、回転部２０の固定部１０側の面に、回転軸Ｒ１０周りに並びコイル群に対向する磁石群（１６個の磁石２２）を備える。このように、コイル群と磁石群とからなる非接触のリニアモータで回転部２０を駆動することにより、中央部に光学系の光路および配置スペースを確保しながら、図１に示すように、距離測定装置１の形状をコンパクトに収めることができる。

図２に示したように、距離測定装置１は、固定部１０の回転部２０側の面に回転軸Ｒ１０周りに配置された案内溝１１ｂ（第１の溝）と、回転部２０の固定部１０側の面に案内溝１１ｂ（第１の溝）に対向して配置された案内溝２１ｂ（第２の溝）と、案内溝１１ｂ（第１の溝）に嵌められ案内溝１１ｂ（第１の溝）と案内溝２１ｂ（第２の溝）とで挟まれる複数のベアリングボール１５と、固定部１０の磁石２２に対向する位置に配置され、磁石２２との間で磁気吸着力が生じるヨーク１３（磁性部）とを備える。この構成によれば、リニアモータの一部を構成する磁石２２とヨーク１３との間の磁気吸着力を用いて固定部１０に対する回転部２０の支持状態が維持される。よって、固定部１０に対する回転部２０の支持機構を簡素化でき、距離測定装置１全体の形状をコンパクトに収めることができる。また、回転部２０を固定部１０に重ねるだけで、回転部２０を固定部１０に対し回転可能に支持させることができる。

＜変更例＞
距離測定装置１の構成は、上記実施の形態に示した構成以外に、種々の変更が可能である。

たとえば、図６に示すように、レーザ光源３１から出射されたレーザ光がビームスプリッタ３３で反射され、測距領域からの反射光がビームスプリッタ３３を透過して光検出器３８に導かれる構成であってもよい。図６は、図３と同様、図１に示した距離測定装置１を、Ｘ−Ｚ平面に平行な平面により、Ｙ軸方向の中央位置で切断したときの断面図である。

この場合、レーザ光源３１から出射されたレーザ光は、ミラー３６で反射されてビームスプリッタ３３に導かれる。また、ビームスプリッタ３３は、図７（ａ）、（ｂ）の構成に変更される。すなわち、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ビームスプリッタ３３のＺ軸正側の面には、レーザ光（投射光）の入射領域に反射膜３３ｄが形成され、その他の領域には、反射膜が形成されない。図６に示した変更例のその他の構成は、上記実施の形態の構成と同様である。

図６の変更例においても、上記実施の形態と同様の効果が奏され得る。ただし、変更例の構成では、反射光の光路がビームスプリッタ３３およびミラー３６で折り曲げられないため、上記実施の形態に比べて、撮像レンズ３５から光検出器３８までの光路長が短くなる。このため、上記実施の形態に比べて、撮像レンズ３５の焦点距離を短くする必要があり、その結果、ビームスプリッタ３３における反射光の入射領域が狭くなる。これにより、変更例の構成では、ビームスプリッタの開口精度や組立上の位置ずれ等による影響が、上記実施の形態に比べて、光検出器３８に対する反射光の取り込み量の変動に大きく現れる。したがって、より安定した反射光を光検出器３８に導くためには、上記実施の形態のように、反射光の光路をビームスプリッタ３３とミラー３６とによって折り曲げる構成とするのが好ましい。

図６の構成において、ビームスプリッタ３３とフィルタ３７との間に反射光を収束させるリレーレンズを設けてもよい。こうすると、撮像レンズ３５の焦点距離を広げることができ、これにより、ビームスプリッタ３３における反射光の入射領域を広げることができる。よって、より安定した反射光を光検出器３８に導くことができる。

撮像レンズ３５は、必ずしも、上記実施の形態で示した位置に配置されずともよく、レーザ光（投射光）と反射光の共通光路に配置される限りにおいて、他の位置に撮像レンズ３５が配置されてもよい。たとえば、図８に示すように、回転部２０側ではなく、固定部１０側に撮像レンズ３５が配置されてもよい。図８の変更例では、ビームスプリッタ３３と回転ミラー３４との間の位置において、撮像レンズ３５が、固定部１０の支持ベース１１に設置されている。具体的には、図２に示した支持ベース１１中央の突部１１ｃの上部に撮像レンズ３５が設置される。

また、上記実施の形態では、コイル群と磁石群とからなるリニアモータによって回転部２０が駆動されたが、回転部２０が他の駆動機構によって駆動されてもよい。たとえば、回転部２０の外周面に、全周に亘ってギアが設けられ、このギアにモータの駆動軸に設置されたギアが噛み合うように駆動機構が構成されてもよい。

また、光源は、レーザ光源３１に限らず、ＬＥＤ等でもあってもよい。案内溝１１ｂ、２１ｂの形状は、Ｖ字状に限らず、ベアリングボール１５を案内可能な他の形状であってもよい。また、レーザ光（投射光）の投射方向は、必ずしも、回転軸Ｒ１０に垂直な方向でなくてもよく、回転軸Ｒ１０に垂直な方向に対して所定角度傾いていてもよい。コイル１２の配置数や、磁石２２の配置数、および、ベアリングボール１５の数も、適宜変更可能である。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１ … 距離測定装置
１０ … 固定部
１１ｂ … 案内溝（第１の溝）
１２ … コイル（コイル群）
１３ … ヨーク（磁性部）
１５ … ベアリングボール
２０ … 回転部
２１ｂ … 案内溝（第２の溝）
２２ … 磁石（磁石群）
３１ … レーザ光源（光源）
３２ … リレーレンズ
３３ … ビームスプリッタ
３３ｂ、３３ｄ … 反射膜（反射領域）
３３ｃ …孔部（透過領域）
３４ … 回転ミラー
３５ … 撮像レンズ（レンズ部）
３６ … ミラー
３８ … 光検出器
４１ … 回路基板
Ｒ１０ 回転軸

Claims (7)

1. 固定部と、
   前記固定部に回転可能に配置された回転部と、
   前記固定部に配置された光源と、
   前記固定部に配置された光検出器と、
   前記固定部に配置され、前記光源から出射された投射光の光路と測距領域から反射された反射光の光路とを分離するビームスプリッタと、
   前記投射光および前記反射光の共通光路に配置され、測距領域から反射された前記反射光を取り込むためのレンズ部と、
   前記回転部に配置され、前記ビームスプリッタを経由した前記投射光を前記測距領域に導くとともに、前記測距領域から反射された前記反射光を前記ビームスプリッタへと導く回転ミラーと、を備える、
   ことを特徴とする距離測定装置。
2. 請求項１に記載の距離測定装置において、
   前記光源と前記光検出器が共通の回路基板に設置され、
   前記ビームスプリッタに向かう前記投射光および前記ビームスプリッタを経由した前記反射光の少なくとも一方を反射するミラーが、前記固定部に配置されている、
   ことを特徴とする距離測定装置。
3. 請求項１または２に記載の距離測定装置において、
   前記ビームスプリッタは、前記投射光および前記反射光のうち一方を反射する反射領域と、前記投射光および前記反射光のうち他方を透過する透過領域と、を備える、
   ことを特徴とする距離測定装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の距離測定装置において、
   前記光源と前記ビームスプリッタとの間にリレーレンズが配置されている、
   ことを特徴とする距離測定装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一項に記載の距離測定装置において、
   前記固定部の前記回転部側の面に、前記回転部の回転軸周りに並ぶコイル群を備え、
   前記回転部の前記固定部側の面に、前記回転軸周りに並び前記コイル群に対向する磁石群を備える、
   ことを特徴とする距離測定装置。
6. 請求項５に記載の距離測定装置において、
   前記固定部の前記回転部側の面に前記回転軸周りに配置された第１の溝と、
   前記回転部の前記固定部側の面に前記第１の溝に対向して配置された第２の溝と、
   前記第１の溝に嵌められ前記第１の溝と前記第２の溝とで挟まれる複数のベアリングボールと、
   前記固定部の前記磁石に対向する位置に配置され、前記磁石との間で磁気吸着力が生じる磁性部と、を備える
   ことを特徴とする距離測定装置。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の距離測定装置において、
   前記レンズ部は、前記回転部に配置されている、
   ことを特徴とする距離測定装置。

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