JP2019211295A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測距対象の物体の遠近にかかわらず、適正に物体までの距離を測定できる距離測定装置を提供する。【解決手段】距離測定装置１は、レーザ光を測距領域に照射して測距領域に存在する物体までの距離を測定する。距離測定装置１は、物体により反射されたレーザ光の反射光を集光させる集光レンズ３５と、集光レンズ３５で集光された反射光を受光する光検出器３８と、反射光の一部の集光位置を他の部分の集光位置に対して集光レンズ３５の光軸方向に変位させるスリット板３６と、を備える。【選択図】図２

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、目標領域の物体へ光を投射する光源と、集光レンズと光検出器からなる検出光学系との位置の差（視差）が設けられ、投射光が物体から反射して戻り光検出器に結像される位置が物体までの距離で異なることを利用して距離が計測される。しかし、この方式では、遠い物体の距離を測定するためには、幾何学的原理により視差を大きくする必要があるため距離測定装置が大型化してしまう。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差（タイムオブフライト）に基づいて物体までの距離を測定する方式などを用いることができる。

以下の特許文献１には、ミラーを用いてレーザ光を回転させる構成のレーザスキャナが記載されている。このレーザスキャナには、回転中心軸について回転する回転基板が設けられ、この回転基板に、投射および受光のための光学系が設置される。具体的には、出射光軸が回転中心軸に一致するように発光器が配置され、回転中心軸に対して４５°傾くようにミラーが配置される。また、光軸が回転中心軸に一致するように集光レンズが配置され、さらに、回転中心軸上に受光器が配置される。

発光器から出射されたレーザ光は、ミラーにより、回転中心軸に垂直な方向に反射され、目標領域に投射される。回転基板が回転することにより、距離測定装置の周囲の目標領域がレーザ光で走査される。目標領域の物体からの反射光は、ミラーによって反射され、集光レンズによって光検出器に集光される。反射光の有無により目標領域に物体が存在するか否かが判定される。また、物体までの距離が、タイムオブフライト法により測定される。

特開２０１５−１４８６０５号公報

一般に、距離測定装置では、所定の距離範囲において物体までの距離が測定される。この場合、たとえば、最も遠い距離に位置する物体からの反射光が光検出器に集光するように、光学系が構成される。しかし、この構成では、物体が装置に近づくにつれて、光検出器に対する反射光の集光状態が低下する。このため、物体までの距離によっては、反射光の大半が光検出器から外れてしまい、適正に物体までの距離を測定できなくなることが起こり得る。この問題は、測距対象の距離範囲が広くなるほど顕著となる。

かかる課題に鑑み、本発明は、測距対象の物体の遠近にかかわらず、適正に物体までの距離を測定できる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、レーザ光を測距領域に照射して前記測距領域に存在する物体までの距離を測定する距離測定装置に関する。この態様に係る距離測定装置は、前記物体により反射された前記レーザ光の反射光を集光させる集光レンズと、前記集光レンズで集光された前記反射光を受光する光検出器と、前記反射光の一部の集光位置を他の部分の集光位置に対して前記集光レンズの光軸方向に変位させる調整部材と、を備える。

本態様に係る距離測定装置によれば、調整部材による作用により、物体までの距離に応じて、反射光の一部と他の部分が、光検出器の受光面に対して相補的に接近および離間する。よって、物体までの距離に応じて、反射光の一部および他の部分の少なくとも一方を光検出器に導くことができる。よって、適正に物体までの距離を測定できる。

以上のとおり、本発明に係る距離測定装置によれば、測距対象の物体の遠近にかかわらず、適正に物体までの距離を測定できる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施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、実施形態に係る距離測定装置の構成を示す断面図である。 図３（ａ）は、実施形態に係るスリット板の構成を示す斜視図である。図３（ｂ）は、実施形態に係るスリット板を回転中心軸に平行な方向に見たときの平面図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、比較例に係る測距領域の物体によって反射された光の光束を模式的に示す図である。図４（ｃ）、（ｄ）は、実施形態に係る測距領域の物体によって反射された光の光束を模式的に示す図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態に係るシミュレーションに用いた光学系およびスリット板の構成を説明するための図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、比較例および実施形態に係るシミュレーション結果を示すグラフである。 図７は、実施形態に係る距離測定装置の回路部の構成を示す図である。 図８（ａ）〜（ｃ）は、変更例に係るスリット板の構成を示す斜視図である。図８（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、変更例に係る透明部材の構成を示す斜視図および側面図である。 図９（ａ）は、変更例に係る距離測定装置の構成を模式的に示す側面透視図である。図９（ｂ）は、変更例に係るミラーの拡大側面図である。

以下、本発明の実施形態について、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軸正方向は、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、径の異なる２つの支持部材２１、２２を備えている。支持部材２１の上面に支持部材２２が設置されて、回転部２０が構成される。支持部材２２の側面に開口２２ａが設けられている。開口２２ａから測距領域に向かってレーザ光（投射光）が投射され、測距領域で反射されたレーザ光の反射光が開口２２ａから内部に取り込まれる。

回転部２０は、Ｚ軸に平行、且つ、回転部２０の中心を貫く回転中心軸Ｒ１０を中心に回転する。回転部２０の回転に伴い、開口２２ａから投射されるレーザ光の光軸が回転中心軸Ｒ１０を中心に回転する。これに伴い、測距領域（レーザ光の走査位置）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（タイムオブフライト）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。上記のように回転部２０が回転中心軸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、距離測定装置１の構成を示す断面図である。

図２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２では、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）が破線で示され、測距領域から反射された反射光が一点鎖線で示されている。

図２に示すように、固定部１０は、円柱状の支持ベース１１と、複数のコイル１２と、ヨーク１３と、カバー１４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の下面が、円形皿状のカバー１４で塞がれる。

支持部材２１は、円筒状のベアリング２４を介して、支持ベース１１に設置されている。ベアリング２４は、内筒２４ａと外筒２４ｂとの間に複数のベアリングボール２４ｃが周方向に並ぶように配置された構成である。支持部材２１には、Ｚ軸負方向に突出する円筒形状の筒部２１ａが形成され、支持ベース１１には、Ｚ軸正方向に突出する円筒形状の筒部１１ａが形成されている。筒部１１ａの外径は、ベアリング２４の内筒２４ａの内径より僅かに大きく、筒部２１ａの内径は、ベアリング２４の外筒２４ｂの外径より僅かに小さい。筒部１１ａと筒部２１ａとの間に、ベアリング２４が嵌め込まれて、支持部材２１が、回転中心軸Ｒ１０について回転可能に、支持ベース１１に支持されている。

支持ベース１１には、筒部１１ａの外側に、円筒状の壁部１１ｂが形成されている。壁部１１ｂの中心軸は、回転中心軸Ｒ１０に整合する。壁部１１ｂの外周にヨーク１３が嵌め込まれている。ヨーク１３は、リング状の基部から放射状に突出する複数の突出部１３ａを備える。周方向における突出部１３ａの間隔は一定である。各突出部１３ａに、それぞれ、コイル１２が巻回されて装着されている。

支持部材２１の外周部には、周方向に連続する段差部２１ｂが形成されている。この段差部２１ｂに、複数の磁石２３が周方向に隙間なく設置されている。隣り合う磁石２３は、内側の極性が互いに相違している。

これら磁石２３は、ヨーク１３の突出部１３ａに対向する。したがって、コイル１２に対する電流制御により、回転部２０が回転中心軸Ｒ１０について回転駆動される。コイル１２、ヨーク１３およびベアリング２４は、回転部２０とともにミラー３４を回転中心軸Ｒ１０について回転させる駆動部を構成する。

距離測定装置１は、光学系の構成として、光源３１と、コリメータレンズ３２と、ホルダ３３と、ミラー３４と、集光レンズ３５と、スリット板３６と、フィルタ３７と、光検出器３８と、を備えている。光源３１は、コリメータレンズ３２とともにホルダ３３に保持されている。

光源３１は、所定波長のレーザ光を出射する。光源３１は、たとえば半導体レーザである。光源３１の出射光軸は、Ｚ軸に平行である。光源３１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ３２によって平行光化される。平行光化されたレーザ光は、集光レンズ３５の上方に配置されたミラー３４に入射する。光源３１とコリメータレンズ３２は、ホルダ３３に保持された状態で、集光レンズ３５に設置される。集光レンズ３５の中央に上下に貫通する円形の開口が形成され、この開口に円柱状のホルダ３３が嵌め込まれて設置されている。

ミラー３４は、片面に反射面３４ａを有する反射ミラーである。反射面３４ａの中心位置は、回転中心軸Ｒ１０に略整合している。反射面３４ａは、Ｚ軸方向に見た場合に略正方形の形状を有する。ミラー３４は、回転中心軸Ｒ１０に対して反射面３４ａが４５°傾くように、回転部２０の支持部材２２に設置されている。

コリメータレンズ３２を介してミラー３４に入射したレーザ光は、ミラー３４によって、回転中心軸Ｒ１０に垂直な方向に反射される。その後、レーザ光は、開口２２ａを通って、測距領域へと投射される。

測距領域に物体が存在する場合、開口２２ａから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、開口２２ａへと向かう。こうして物体から反射された反射光が、開口２２ａから取り込まれ、ミラー３４に導かれる。その後、反射光は、ミラー３４によってＺ軸負方向に反射される。ミラー３４で反射された反射光は、集光レンズ３５により収束作用を受ける。その後、反射光は、支持ベース１１に形成された孔１１ｃを介してスリット板３６に入射する。こうして、反射光は、スリット板３６およびフィルタ３７を介して、光検出器３８に収束される。スリット板３６の構成については、追って図３（ａ）を参照して説明する。フィルタ３７は、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。

光検出器３８は、受光光量に応じた検出信号を出力する。光検出器３８は、たとえば、ＰＩＮフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードにより構成される。光検出器３８からの検出信号は、図示しない回路基板に配置された回路部に出力される。

なお、本実施形態では、集光レンズ３５に光源３１およびコリメータレンズ３２が設置される構成のため、開口２２ａを介して取り込まれた反射光の一部は、ホルダ３３によって遮光され、光検出器３８へと集光されない。たとえば、図２において集光レンズ３５の中央付近に一点鎖線で示した範囲の反射光は、その大部分が、ホルダ３３によって遮光される。

図３（ａ）は、スリット板３６の構成を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、スリット板３６を回転中心軸Ｒ１０に平行な方向に見たときの平面図である。図３（ａ）、（ｂ）には、スリット板３６が距離測定装置１に設置された場合の、回転中心軸Ｒ１０が併せて示されている。

図３（ａ）に示すように、スリット板３６は、Ｚ軸方向に所定の厚みを有する光透過性の板状部材である。スリット板３６は、Ｚ軸方向に見て略正方形の形状を有する。スリット板３６は、たとえば、透明なガラスにより構成される。なお、スリット板３６は、ポリカーボネートやアクリルなどの透明な樹脂により構成されてもよい。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、スリット板３６には、回転中心軸Ｒ１０と交わる位置すなわちスリット板３６の中心から外周に向かって直線状に延びるスリット３６ａが形成されている。スリット３６ａは、スリット板３６に入射する反射光の進行方向すなわちＺ軸方向に、スリット板３６を貫通している。また、スリット３６ａの形状は、Ｚ軸方向に見た場合に、回転中心軸Ｒ１０を中心とする周方向において、所定の幅を有する長方形である。

図３（ｂ）において、ハッチングで示された領域Ａ１、Ａ２は、集光レンズ３５を通った反射光が、スリット板３６に入射する領域を示している。薄いハッチングで示された領域Ａ２は、スリット板３６に入射する反射光のうち、スリット３６ａに入射する反射光の領域を示している。本実施形態では、後述するように、遠い位置に物体がある場合、領域Ａ１を通る反射光が光検出器３８に導かれ、近い位置に物体がある場合、領域Ａ２を通る反射光が光検出器３８に導かれる。

図４（ａ）、（ｂ）は、比較例の場合に測距領域の物体によって反射された光の光束を模式的に示す図であり、図４（ｃ）、（ｄ）は、実施形態の場合に測距領域の物体によって反射された光の光束を模式的に示す図である。図４（ａ）〜（ｄ）は、回転中心軸Ｒ１０を通るＸ−Ｚ平面で各部を切断した切断面を示している。図４（ａ）〜（ｄ）では、フィルタ３７の図示が省略されている。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、比較例の構成では、図４（ｃ）、（ｄ）に示す実施形態の構成と比較して、スリット板３６が省略されている。

距離測定装置１の開口２２ａに取り込まれる光量は、測距対象の物体が距離測定装置１から遠い位置にある場合に小さくなる。すなわち、開口２２ａに取り込まれる光量は、物体までの距離の２乗に反比例する。したがって、図４（ａ）の比較例に示すように、一般的には、距離測定装置１から遠い位置にある測距対象の物体からの光が集光レンズ３５によって収束される位置に、光検出器３８が配置される。こうすると、遠い位置にある物体からの微弱な光を良好に受光できる。

しかしながら、図４（ａ）に示すように、遠い位置にある物体に基づいて光検出器３８が配置されると、図４（ｂ）に示すように、測距対象の物体が近い位置にある場合に、集光レンズ３５によって集光される光が、光検出器３８から外れてしまうといった事態が起こり得る。したがって、比較例の場合、遠い位置にある物体からの光を適正に受光できるものの、近い位置にある物体からの光を適正に受光できない。

これに対して、実施形態では、図４（ｃ）に示すように、集光レンズ３５と光検出器３８の間にスリット板３６が配置されている。そして、遠い位置にある物体からの光のうち、スリット板３６のスリット３６ａ以外の部分を通った光が収束される位置に、光検出器３８が配置される。すなわち、集光レンズ３５によって収束された光のうち、スリット板３６における屈折によって光路が変化した光が収束する位置に、光検出器３８が配置される。

実施形態において、測距対象の物体が遠い位置にある場合、図４（ｃ）に示すように、スリット３６ａの位置を通った光は、光検出器３８よりもＺ軸正側の位置で収束するため、光検出器３８から外れるといった事態が起こり得る。しかしながら、スリット板３６のスリット３６ａ以外の部分を通った光は、適正に光検出器３８に収束する。他方、実施形態において、測距対象の物体が近い位置にある場合、図４（ｄ）に示すように、スリット板３６のスリット３６ａ以外の部分を通った光は、光検出器３８よりもＺ軸負側の位置で収束するため、光検出器３８から外れるといった事態が起こり得る。しかしながら、スリット板３６のスリット３６ａの位置を通った光は、適正に光検出器３８に収束する。

また、実施形態では、図３（ａ）に示したように、Ｚ軸方向に見た場合に、スリット板３６全体に占めるスリット３６ａの大きさは小さい。このように、スリット３６ａが小さく構成されると、図４（ｃ）に示す状態の場合に、反射光の大部分がスリット３６ａ以外の部分を通るため、遠い位置にある物体からの微弱な反射光の大部分を光検出器３８に導くことができる。また、図４（ｄ）に示す状態の場合、物体からの反射光の強度は大きいため、反射光のうちの一部のみがスリット３６ａを介して光検出器３８に導かれたとしても、十分な強度の反射光を光検出器３８で受光できる。

なお、スリット３６ａを通った光が収束する位置と、スリット３６ａ以外の部分を通った光が収束する位置との差分は、スリット板３６の厚みまたは屈折率の変化に応じて変化する。したがって、スリット板３６の厚みまたは屈折率は、測定対象とされる距離の範囲に応じて、スリット３６ａを通った光とスリット３６ａ以外の部分を通った光が相補的に光検出器３８に入射するように、適宜、好ましい値に調整すればよい。

次に、発明者が行った実施形態のシミュレーションについて説明する。

図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、シミュレーションに用いた光学系およびスリット板３６の構成を説明するための図である。

シミュレーションにおいて、集光レンズ３５の有効径φ１は９．２ｍｍ、ホルダ３３の直径φ２は６．４ｍｍ、光検出器３８の受光面の直径φ３は０．２ｍｍ、スリット板３６の厚みｄ１は１．７ｍｍ、スリット３６ａの幅ｄ２は１ｍｍ、フィルタ３７の厚みｄ３は１．１ｍｍに設定した。集光レンズ３５の焦点距離は８．９ｍｍ、スリット板３６の屈折率は１．５、フィルタ３７の屈折率は１．５に設定した。

この条件の下、発明者は、測距対象の物体までの距離を１８０ｍｍ〜６０００ｍｍの間で変化させて、比較例の場合と実施形態の場合とで、光検出器３８が受光した最大光量に対する受光光量の比（検出光量比）を算出した。比較例のシミュレーションでは、スリット板３６が省略され、実施形態のシミュレーションでは、スリット板３６を用いた。比較例および実施形態のシミュレーションでは、共に、物体までの距離が６０００ｍｍ（最大）の場合に、集光レンズ３５の光軸上の点光源（物体）からの光が光検出器３８に収束するよう、光学系の倍率を設定した。

図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、比較例の場合および実施形態に係るシミュレーション結果（検出光量比の変化）を示すグラフである。横軸は、測距対象の物体までの距離（ｍｍ）であり、縦軸は、距離６０００ｍｍの場合の検出光量を１とした場合の検出光量比である。

図６（ａ）に示すように、比較例の場合、すなわちスリット板３６が用いられない場合は、物体までの距離が短いと急激に検出光量が減少する。一方、図６（ｂ）に示すように、実施形態の場合、すなわちスリット板３６が用いられた場合、物体までの距離が短くなっても、検出光量は高いレベルで維持される。このように、実施形態では、物体までの距離が短い場合でも検出光量の減少を抑制できることを確認できた。

なお、この検証では、スリット板３６の厚みｄ１が１．７ｍｍであったが、スリット板３６の厚みｄ１は、測定対象の距離範囲に応じて適宜調整されればよい。また、スリット３６ａの幅ｄ２は、近距離にある物体からの反射光を必要な光量で光検出器３８に導き得る限りにおいて、なるべく狭くすることが好ましい。

図７は、距離測定装置１の回路部の構成を示す図である。

図７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、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、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からコイル１２に導通させる電流の強度とタイミングが調節される。

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とともにミラー３４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（タイムオブフライト）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。

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。機器側では、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が取得され、所定の制御が実行される。

＜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。

図４（ｃ）、（ｄ）に示したように、スリット板３６（調製部材）による作用により、物体までの距離に応じて、反射光の一部と他の部分が、光検出器３８の受光面に対して相補的に接近および離間する。よって、物体までの距離に応じて、反射光の一部および他の部分の少なくとも一方を光検出器３８に導くことができる。よって、適正に物体までの距離を測定できる。

スリット板３６は、スリット３６ａ以外の部分（第１の部分）と、スリット３６ａの部分（第２の部分）とで屈折率が異なっている。この屈折率の差異により、第１の部分を通る反射光の集光位置と第２の部分を通る反射光の集光位置とを、集光レンズ３５の光軸方向（Ｚ軸方向）に変位させることができる。このため、距離測定装置１から測距対象の物体までの距離の遠近にかかわらず、第１の部分を通る反射光および第２の部分を通る反射光の少なくとも一方を、光検出器３８に導くことができる。

図３（ａ）、（ｂ）に示したように、スリット板３６は、所定の厚みを有する光透過性の板状部材である。したがって、スリット板３６の厚みを調整することにより、スリット３６ａ以外の部分（第１の部分）を通る反射光の集光位置と、スリット３６ａの部分（第２の部分）を通る反射光の集光位置との差分を調整することができる。よって、測定の距離範囲に応じてスリット板３６を容易に構成できる。

スリット３６ａの部分（第２の部分）は、反射光の進行方向（Ｚ軸方向）に沿ってスリット板３６を貫通する貫通部である。このように、第２の部分が貫通部であると、スリット板３６において第２の部分を容易に形成できる。また、第２の部分の屈折率が空気の屈折率となるため、第１の部分と第２の部分との間に大きな屈折率差を容易に設定できる。よって、スリット板３６の厚みを薄く抑えながら、第１の部分および第２の部分を通った光の集光位置を適正に調整することができる。

図３（ａ）、（ｂ）に示したように、スリット３６ａの部分（第２の部分）は、スリット板３６の中心から外周に向かって形成されている。したがって、スリット３６ａの幅を調整することにより、第２の部分の広さ（入射面積）を容易に調整できる。よって、第２の部分を通る反射光の必要光量に応じてスリット３６ａ（第２の部分）を容易に設計できる。

集光レンズ３５とスリット板３６は、距離測定の範囲の最遠位置付近に物体が存在する場合に、スリット板３６のスリット３６ａ以外の部分（第１の部分）を通る反射光が光検出器３８に集光されるよう構成される。また、集光レンズ３５とスリット板３６は、距離測定の範囲の最近位置付近に物体が存在する場合に、スリット３６ａの部分（第２の部分）を通る反射光が光検出器３８に集光されるよう構成される。そして、スリット板３６は、反射光の入射面において、第１の部分の面積が第２の部分の面積よりも大きくなるよう構成される。これにより、遠い位置にある測距対象の物体からの微弱な反射光を、第１の部分を介して、より多く光検出器３８に導くことができる。よって、測距対象の物体が遠い位置にある場合でも、適正に物体までの距離を測定できる。また、測距対象の物体が近い位置にある場合は、第２の部分を通る光が光検出器３８に導かれるため、適正に物体までの距離を測定できる。

なお、第２の部分の面積は、近距離にある物体からの反射光を必要な光量で光検出器３８に導き得る限りにおいて、なるべく小さくすることが好ましい。これにより、遠い位置にある測距対象の物体からの微弱な反射光を、第１の部分を介して、より多く光検出器３８に導くことができる。

図２および図５（ａ）に示したように、スリット板３６は、集光レンズ３５と光検出器３８との間に配置されている。このように、集光レンズ３５で集光された反射光の集光光束中にスリット板３６を配置することにより、スリット３６ａ以外の部分（第１の部分）を通った反射光の集光位置と、スリット３６ａの部分（第２の部分）を通った反射光の集光位置とを、集光レンズ３５の光軸方向に大きく変化させることができる。よって、距離測定の範囲が比較的広い場合においても、距離測定の範囲内の各位置において、物体からの反射光を光検出器３８に円滑に導くことができる。

図２（ａ）、（ｂ）に示したように、レーザ光を出射する光源３１は、集光レンズ３５の中央に埋め込まれて設置されている。このように、光源３１が集光レンズ３５の中央に埋め込まれると、反射光が光源３１によって遮られるため、集光レンズ３５に向かう反射光のうち、集光レンズ３５の外周領域に入射した反射光のみが光検出器３８に集光されることになる。したがって、この構成では、スリット板３６が配置されていない場合、物体の遠近によっては反射光の集光領域が光検出器３８から外れてしまうことが起こり得る。これに対し、本実施形態の距離測定装置１によれば、上記のようにスリット板３６が配置されるため、このように光源３１が集光レンズ３５に埋め込まれていても、物体の遠近にかかわらず反射光を光検出器３８に導くことができる。

＜変更例＞
距離測定装置１の構成は、上記実施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、スリット３６ａの形状は、図３（ａ）、（ｂ）に示す形状に限らず、Ｚ軸方向に見て、図８（ａ）に示すように台形であってもよく、他の形状であってもよい。また、スリット３６ａは、必ずしも、スリット板３６の外周に繋がっていなくてもよい。たとえば、図８（ｂ）に示すように、外周に繋がらない長方形の孔によりスリット３６ａが形成されてもよい。また、透明な板状の部材に、円形または楕円形等の他の形状の貫通孔が設けられて、調整部材が構成されてもよい。

さらに、スリット３６ａの数は、必ずしも、１つに限られるものではなく、図８（ｃ）に示すように、スリット板３６に４つのスリット３６ａが設けられてもよく、その他の数のスリット３６ａがスリット板３６に設けられてもよい。

また、スリット板３６に替えて、図８（ｄ）、（ｅ）に示す透明部材５０が、調整部材として用いられてもよい。透明部材５０のＺ軸正側およびＺ軸負側の面には、回転中心軸Ｒ１０と交わる中心位置から、外側方向にそれぞれ凹部５１が形成されている。凹部５１の形状は、Ｚ軸方向に見た場合に長方形である。

このように、２つの凹部５１が透明部材５０の両面に形成されることにより、図８（ｅ）に示すように、２つの凹部５１の間に薄板部５２が形成される。このように薄板部５２が形成されると、薄板部５２とその他の部分との厚みが異なるため、両部分を通った光の光路が変化する。このため、薄板部５２以外の部分（第１の部分）に入射した反射光の集光位置と、薄板部５２の部分（第２の部分）に入射した反射光の集光位置が、集光レンズ３５の光軸方向に変位する。したがって、調整部材として透明部材５０が用いられる場合も、上記実施形態と同様、物体の遠近に応じて、反射光の一部および他の部分の少なくとも一方を、光検出器３８に導くことができる。

また、スリット板３６の一方の面に反射面が設けられて、スリット板３６が反射型の調整部材として用いられてもよい。この場合、反射面が設けられていない入射面から入射した反射光は、スリット板３６を通って反射面で反射され、再びスリット板３６を通った後に光検出器３８へと導かれる。この場合も、スリット３６ａ以外の部分（第１の部分）と、スリット３６ａの部分（第２の部分）とで、屈折の度合いが異なるため、上記実施形態と同様、反射光の一部および他の部分の少なくとも一方を光検出器３８に導くことができる。

また、スリット３６ａの形状は、板状に限らず、入射面と出射面とが平行ではないプリズム形状であってもよい。また、調整部材は、必ずしも、屈折率の差異により第１の部分を通った光の集光位置と第２の部分を通った光の集光位置に差異を持たせる構成でなくてもよい。たとえば、調整部材は、スリット３６ａの形成領域（第２の部分）に、スリット３６ａに代えて、フレネルレンズ等のレンズを設けて、第１の部分を通った光の集光位置と第２の部分を通った光の集光位置に差異を持たせる構成であってもよい。

また、上記実施形態では、光源３１とコリメータレンズ３２が集光レンズ３５に設置されたが、光源３１とコリメータレンズ３２が集光レンズ３５とは別の位置に配置されてもよい。

図９（ａ）、（ｂ）は、光源３１とコリメータレンズ３２が回転中心軸Ｒ１０のＸ軸負側に配置される場合の構成を示す図である。図９（ａ）は、この変更例に係る距離測定装置１の構成を模式的に示す側面透視図であり、図９（ｂ）は、この変更例に係るミラー６２の拡大側面図である。

図９（ａ）に示すように、この変更例では、光源３１と光検出器３８が、Ｘ軸方向に並ぶように基板に設置されている。また、集光レンズ３５のＺ軸負側において、固定部１０にミラー６１、６２が設置されている。コリメータレンズ３２は、光源３１とミラー６１との間に設置されている。集光レンズ３５は、全領域にわたって反射光を集光させる。ミラー６１は、全反射ミラーである。図９（ｂ）に示すように、ミラー６２は、透明部材６２ａと反射膜６２ｂを備える。反射膜６２ｂは、透明部材６２ａのＺ軸正側の面の中央に設けられている。反射膜６２ｂ以外の領域には、反射膜が形成されていない。

この変更例では、光源３１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ３２により平行光となり、ミラー６１によりＸ軸正方向に反射される。ミラー６１により反射されたレーザ光は、反射膜６２ｂに入射する。その後、レーザ光は、反射膜６２ｂによりＺ軸正方向に反射され、集光レンズ３５を通って、ミラー３４により測距領域へと反射される。測距領域の物体からの反射光は、ミラー３４によりＺ軸負方向に反射され、集光レンズ３５により集光される。集光レンズ３５により集光された反射光は、大半が、ミラー６２の透明部材６２ａを透過する。ミラー６２を透過した反射光は、上記実施形態と同様、スリット板３６とフィルタ３７を介して光検出器３８へと導かれる。

この変更例においても、上記実施形態と同様、スリット板３６が設けられているため、物体までの距離に応じて、反射光の一部および他の部分の少なくとも一方を光検出器３８に導くことができる。この変更例では、ミラー６２による光学作用を考慮して、スリット板３６の屈折率や厚みが調整される。

また、光源３１とコリメータレンズ３２が、回転部２０側に配置されてもよい。ただし、この場合は、固定部１０側から回転部２０側へと電力を供給するための構成が必要となる。よって、簡素な構成により安定的に光源３１を駆動するためには、上記実施形態のように、固定部１０側に光源３１を配置するのが好ましいと言える。

なお、距離測定機能がなく光検出器３８からの信号により投射方向に物体が存在するか否かの検出機能のみを備えた装置に本発明に係る構造を適用することも可能である。この場合も、物体までの距離に応じて、反射光の一部および他の部分の少なくとも一方を光検出器３８に導くことができるため、物体の有無を適正に検出することができる。

この他、本発明の実施形態は、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
３１ … 光源
３５ … 集光レンズ
３６ … スリット板（調整部材）
３６ａ … スリット（第２の部分、貫通部）
３８ … 光検出器
５０ … 透明部材（調整部材）
５２ … 薄板部（第２の部分）

Claims (8)

1. レーザ光を測距領域に照射して前記測距領域に存在する物体までの距離を測定する距離測定装置において、
   前記物体により反射された前記レーザ光の反射光を集光させる集光レンズと、
   前記集光レンズで集光された前記反射光を受光する光検出器と、
   前記反射光の一部の集光位置を他の部分の集光位置に対して前記集光レンズの光軸方向に変位させる調整部材と、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、
   前記調整部材は、前記反射光の他の部分が入射する第１の部分と、前記反射光の一部が入射し前記第１の部分と屈折率が異なる第２の部分と、を備える、
   ことを特徴とする距離測定装置。
3. 請求項２に記載の距離測定装置において、
   前記調整部材は、所定の厚みを有する光透過性の板状部材である、
   ことを特徴とする距離測定装置。
4. 請求項２または３に記載の距離測定装置において、
   前記第２の部分は、前記反射光の進行方向に沿って前記調整部材を貫通する貫通部である、
   ことを特徴とする距離測定装置。
5. 請求項４に記載の距離測定装置において、
   前記貫通部は、前記調整部材の中心近傍から外周に向かって形成されたスリットである、
   ことを特徴とする距離測定装置。
6. 請求項２ないし５の何れか一項に記載の距離測定装置において、
   前記集光レンズおよび前記調整部材は、距離測定の範囲の最遠位置付近に物体が存在する場合に前記第１の部分を通る前記反射光が前記光検出器に集光され、前記距離測定の範囲の最近位置付近に物体が存在する場合に前記第２の部分を通る前記反射光が前記光検出器に集光されるよう構成され、
   前記調整部材は、前記反射光の入射面において、前記第１の部分の面積が前記第２の部分の面積よりも大きくなるよう構成される、
   ことを特徴とする距離測定装置。
7. 請求項２ないし６の何れか一項に記載の距離測定装置において、
   前記調整部材は、前記集光レンズと前記光検出器との間に配置される、
   ことを特徴とする距離測定装置。
8. 請求項１ないし７の何れか一項に記載の距離測定装置において、
   前記レーザ光を出射する光源が、前記集光レンズの中央に埋め込まれて設置されている、
   ことを特徴とする距離測定装置。

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