JP2021169985A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象の距離範囲において、物体からの反射光をより適正に光検出器に導く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、レーザ光を投射する投射光学系（光源３１、コリメータレンズ３２およびミラー３４）と、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、集光レンズ３５と光検出器３８との間に配置された透明シート１１０と、透明シート１１０と光検出器３８との間に配置され、開口と開口の周囲に形成された反射面とを有する反射部材１２０と、を備える。所定距離より近い距離範囲の物体から反射された反射光の少なくとも一部は、反射面で反射された後、透明シート１１０で反射されて、光検出器３８に導かれる。【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。距離測定装置では、たとえば、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が測定される。測定対象の距離範囲において、物体からの反射光が、レンズにより光検出器に集光される。

以下の特許文献１には、光検出器に反射光を集光するレンズとして、中心部位から周辺部位に向かって焦点距離が徐々に連続的に変化して短くなる非球面レンズが用いられる。これにより、レンズの周辺部位は、近距離に存在する検出物体を検出するための近距離検出用レンズ部位となり、近距離検出用レンズ部位よりも内側のレンズの部位は、遠距離に存在する検出物体を検出するための遠距離検出用レンズ部位となる。

特開２０１１−１４９７６０号公報

上記特許文献１に記載の装置のように、レンズに、遠距離に対応する面と近距離に対応する面の両方が形成されると、遠距離および近距離にそれぞれ対応する面の開口面積が小さくなる。この場合、各距離に対応する反射光量が減少するため、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。

かかる課題に鑑み、本発明は、測定対象の距離範囲において、物体からの反射光をより適正に光検出器に導く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。本態様に係る距離測定装置は、レーザ光を投射する投射光学系と、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、前記集光レンズと前記光検出器との間に配置された透明シートと、前記透明シートと前記光検出器との間に配置され、開口と前記開口の周囲に形成された反射面とを有する反射部材と、を備える。所定距離より近い距離範囲の物体から反射された前記反射光の少なくとも一部は、前記反射面で反射された後、前記透明シートで反射されて、前記光検出器に導かれる。

本態様に係る距離測定装置によれば、所定距離より近い距離範囲の物体から反射された反射光は、その少なくとも一部が、反射部材の反射面で反射された後、透明シートで反射されて、光検出器に導かれる。これにより、近距離範囲からの反射光の受光光量を高めることができる。また、遠距離範囲からの反射光は、反射部材の開口を通過して光検出器に集光される。したがって、遠距離範囲からの反射光の受光光量も高く維持できる。よって、本態様に係る距離測定装置によれば、測定対象の距離範囲において、物体からの反射光をより適正に光検出器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、測定対象の距離範囲において、物体からの反射光をより適正に光検出器に導くことができる。

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、Ｚ軸負方向に見た場合の光学ユニットの構成を模式的に示す上面図である。図３（ｂ）は、実施形態に係る、Ｚ軸正方向に見た場合の光学ユニットの構成を模式的に示す下面図である。図３（ｃ）は、実施形態に係る、光学ユニットのＡ−Ａ’断面をＹ軸負方向に見た場合の光学ユニットの構成を模式的に示す断面図である。 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反射光の光束を模式的に示す図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る、測距領域の物体によって反射された反射光の光束を模式的に示す図である。 図６は、実施形態および比較例に係る、シミュレーションにおいて設定した各部のサイズを示す図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、比較例のシミュレーションに係る、物体面が遠距離および近距離にある場合の反射光の光線を示す図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態のシミュレーションに係る、物体面が遠距離および近距離にある場合の反射光の光線を示す図である。 図９は、実施形態および比較例に係る、シミュレーション結果を示すグラフである。 図１０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１１（ａ）は、反射部材が四角筒形状である変更例に係る、Ｚ軸正方向に見た場合の光学ユニットの構成を模式的に示す下面図である。図１１（ｂ）は、開口が正方形である変更例に係る、Ｚ軸正方向に見た場合の光学ユニットの構成を模式的に示す下面図である。図１１（ｃ）は、開口が楕円である変更例に係る、Ｚ軸正方向に見た場合の光学ユニットの構成を模式的に示す下面図である。図１１（ｄ）は、開口が径の異なる半円が合わせられた形である変更例に係る、Ｚ軸正方向に見た場合の光学ユニットの構成を模式的に示す下面図である。 図１２（ａ）は、反射面がＸ−Ｙ平面に対して角度を有する平面である変更例に係る、光学ユニットのＡ−Ａ’断面をＹ軸負方向に見た場合の光学ユニットの構成を模式的に示す断面図である。図１２（ｂ）は、反射面が曲面である変更例に係る、光学ユニットのＡ−Ａ’断面をＹ軸負方向に見た場合の光学ユニットの構成を模式的に示す断面図である。 図１３（ａ）、（ｂ）は、透明シートが所定の厚みを有する変更例に係る、測距領域の物体によって反射された反射光の光束を模式的に示す図である。 図１４（ａ）は、光源が集光レンズのＸ軸正側に配置される変更例に係る、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１４（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、光源が集光レンズのＸ軸正側に配置される変更例に係る、集光レンズおよび鏡筒の構成を示す斜視図である。 図１５（ａ）は、光源とコリメータレンズが回転中心軸のＸ軸負側に配置される変更例に係る、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１５（ｂ）は、光源とコリメータレンズが回転中心軸のＸ軸負側に配置される変更例に係る、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（以下、「投射光」という）が投射され、測距領域で反射されたレーザ光（以下、「反射光」という）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から投射される投射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（投射光の走査位置）も回転する。後述のように、距離測定装置１は、測距領域に投射光を投射したタイミングと、測距領域から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°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投射光が破線で示され、測距領域からの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、光学ユニット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と、コリメータレンズ３２と、ミラー３４とは、投射光を測距領域に投射する投射光学系を構成する。

光源３１は、たとえば半導体レーザであり、レーザ光（投射光）を出射する。光源３１は、支持ベース１１側から図示しない配線を通して電流駆動され発光する。光源３１の出射光軸は、Ｚ軸に平行である。光源３１から出射された投射光は、コリメータレンズ３２によって平行光化される。平行光化された投射光は、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孔が形成され、この孔に円柱状のホルダ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に入射した投射光は、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、投射光は、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投射光は、物体で反射されて、再び、開口２２ａへと向かう。こうして物体によって反射された投射光（反射光）は、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。集光レンズ３５の光軸は、回転中心軸Ｒ１０に整合する。

その後、反射光は、光学ユニット３６、支持ベース１１に形成された孔１１ｃ、およびフィルタ３７を介して、光検出器３８に集光される。光学ユニット３６は、透明シート１１０と反射部材１２０を備える。透明シート１１０は、集光レンズ３５と光検出器３８との間に配置され、反射部材１２０は、透明シート１１０と光検出器３８との間に配置される。光学ユニット３６の構成については、追って図３（ａ）、（ｂ）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（投射光）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。

光検出器３８は、集光レンズ３５により集光された反射光を受光面３８ａで受光し、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、Ｚ軸負方向に見た場合の光学ユニット３６の構成を模式的に示す上面図であり、図３（ｂ）は、Ｚ軸正方向に見た場合の光学ユニット３６の構成を模式的に示す下面図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）、（ｂ）に示す光学ユニット３６のＡ−Ａ’断面をＹ軸負方向に見た場合の光学ユニット３６の構成を模式的に示す断面図である。Ａ−Ａ’断面は、中心Ｃ１０（図３（ａ）、（ｂ）参照）を通るＸ−Ｚ平面に平行な断面である。

図３（ｃ）に示すように、光学ユニット３６は、透明シート１１０と反射部材１２０を備える。透明シート１１０は、透明シート１１０の出射面１１２の外縁部分が反射部材１２０の上面１２１ｂに装着されることにより、反射部材１２０に一体化されている。

図３（ａ）、（ｃ）に示すように、透明シート１１０は、Ｚ軸方向に見て中心Ｃ１０を中心とする円形状の薄板状のシートである。中心Ｃ１０は、透明シート１１０の中心位置であり、且つ、反射部材１２０の開口１２２ａの中心位置である。透明シート１１０は、たとえば、アクリルにより構成される。透明シート１１０は、反射光の大部分が透過するように高い透過率（たとえば、９８％）を有する。なお、透明シート１１０は、高い透過率の材料からなっていればよく、ポリカーボネート、ガラス、透明な樹脂などにより構成されてもよい。

透明シート１１０のＺ軸正側の面は、反射光が入射する入射面１１１であり、透明シート１１０のＺ軸負側の面は、反射光が出射される出射面１１２である。入射面１１１および出射面１１２には、それぞれ、反射率を高めるための光学薄膜１１１ａ、１１２ａが配置されている。光学薄膜１１１ａ、１１２ａは、たとえば、誘電体材料の蒸着により配置される。なお、光学薄膜１１１ａ、１１２ａは、別途形成された後、透明シート１１０に貼付されてもよい。

図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、反射部材１２０は、側面部１２１と底面部１２２とが一体的に形成された筒状の部材である。反射部材１２０は、たとえば、アルミニウムにより構成される。なお、反射部材１２０は、ステンレスやプラスチックなどにより構成されてもよい。

側面部１２１は、円筒の側面形状を有する。側面部１２１のＺ軸正側の端部には、開口１２１ａと上面１２１ｂが形成されている。開口１２１ａは円形状を有しており、側面部１２１の内部は、開口１２１ａを介してＺ軸正側に開放されている。上面１２１ｂは、開口１２１ａの外側において、中心Ｃ１０を中心とする円周方向の全周に亘って形成されている。上面１２１ｂは、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面である。

底面部１２２は、側面部１２１のＺ軸負側の端部に形成されており、Ｘ−Ｙ平面に平行な平板形状を有する。底面部１２２の中央には、Ｚ軸方向に底面部１２２を貫通する開口１２２ａが形成されている。開口１２２ａは、円形状を有しており、開口１２２ａの直径は、底面部１２２の外径よりも小さい。回転中心軸Ｒ１０が中心Ｃ１０を通るように、光学ユニット３６が支持ベース１１（図２参照）に設置される。これにより、開口１２２ａの中心Ｃ１０は、集光レンズ３５の光軸に整合する。

底面部１２２の上面（Ｚ軸正側の面）において、開口１２２ａの周囲には反射面１２２ｂが形成される。反射部材１２０がアルミニウムにより構成されることにより、反射面１２２ｂは、光を反射する反射面となる。なお、反射面１２２ｂは、反射部材１２０の成形後に、底面部１２２の上面に反射膜がコーティングされることにより形成されてもよく、底面部１２２の上面に対して鏡面仕上げが施されることにより形成されてもよい。また、底面部１２２の上面に別途設置されたミラーにより、反射面１２２ｂが形成されてもよい。

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反射光の光束を模式的に示す図であり、図５（ａ）、（ｂ）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）〜図５（ｂ）は、回転中心軸Ｒ１０（図２参照）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）〜図５（ｂ）では、便宜上、光源３１、コリメータレンズ３２、ミラー３４、およびフィルタ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５（ａ）、（ｂ）に示す実施形態の構成と比較して、光学ユニット３６（透明シート１１０と反射部材１２０）が省略されている。

距離測定装置１の開口２２ａ（図２参照）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、距離測定装置１から最も遠い位置にある測距対象の物体からの反射光が集光レンズ３５によって受光面３８ａに収束される位置に、光検出器３８が配置される。すなわち、集光レンズ３５は、測定対象の距離範囲のうち最遠距離からの反射光を受光面３８ａに集光させる焦点距離を有するように構成される。こうすると、遠い位置にある物体からの微弱な反射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、最遠距離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反射光が、受光面３８ａから外れてしまう。すなわち、測定対象の距離範囲のうち最近距離から遠方の所定の距離範囲において反射された反射光が、受光面３８ａにおいて受光されなくなる。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、本実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、集光レンズ３５と光検出器３８との間に光学ユニット３６（透明シート１１０と反射部材１２０）が配置されている。本実施形態においても、比較例と同様、集光レンズ３５は、測定対象の距離範囲のうち最遠距離からの反射光を、受光面３８ａに集光させる焦点距離を有するように構成される。また、集光レンズ３５によって収束された最遠距離からの反射光のほぼ全てが、透明シート１１０を介して、反射部材１２０の開口１２２ａを通過するよう、光学ユニット３６の各部の大きさや位置が設定される。

さらに、図５（ｂ）に示すように、測定対象の距離範囲のうち最近距離から遠方の所定の距離範囲において反射され集光レンズ３５によって収束された反射光の少なくとも一部が、反射部材１２０の反射面１２２ｂによって反射され、透明シート１１０によって反射され、最終的に受光面３８ａに導かれるよう、反射部材１２０の各部の大きさや位置が設定される。

具体的には、透明シート１１０と反射面１２２ｂとの距離は、反射部材１２０の高さ（側面部１２１のＺ軸方向における長さ）によって規定される。したがって、反射面１２２ｂで反射された反射光が、透明シート１１０で反射されて光検出器３８に適切に導かれるように、反射部材１２０の高さが調整される。また、開口１２２ａ以外の底面部１２２の上面によって、反射面１２２ｂが構成される。ここで、開口１２２ａの径方向における底面部１２２の幅（換言すると、開口１２２ａの径）によって、近距離範囲からの反射光が反射面１２２ｂで反射される光量が決まる。したがって、反射面１２２ｂで反射された反射光が、透明シート１１０で反射されて光検出器３８に適切に導かれるように、底面部１２２の幅が調整される。

なお、底面部１２２の幅が広すぎ、開口１２２ａの径が小さすぎると、遠距離範囲からの反射光が反射面１２２ｂで遮られ、開口１２２ａを通過する反射光の光量が低下する。このため、底面部１２２の幅および開口１２２ａの径は、近距離からの反射光のみならず、遠距離範囲からの反射光も、適正に光検出器３８に導くことが可能な大きさに設定される必要がある。

この他、光学ユニット３６のＺ軸方向の位置も、透明シート１１０と反射面１２２ｂとの距離、および底面部１２２の幅（開口１２２ａの径）との関係から、近距離からの反射光と、遠距離範囲からの反射光とを、適正に光検出器３８に導くことが可能な位置に調整される。

本実施形態において、測距対象の物体が最遠距離にある場合、図５（ａ）に示すように、集光レンズ３５によって収束された反射光は、透明シート１１０の入射面１１１から入射して透明シート１１０を透過し、反射部材１２０の開口１２２ａを通過して、受光面３８ａに集光される。このとき、透明シート１１０を通過した反射光は、反射面１２２ｂにほぼ掛からない。

本実施形態において、測距対象の物体が最近距離から所定範囲にある場合、図５（ｂ）に示すように、集光レンズ３５によって収束された反射光の内側部分（中心Ｃ１０（図３（ａ）、（ｂ）参照）に近い部分）は、図４（ｂ）と同様、開口１２２ａを通過した後、光検出器３８から外れた位置を通る。他方、集光レンズ３５によって収束された反射光の外側部分は、反射面１２２ｂに入射して反射面１２２ｂによって反射される。反射面１２２ｂによって反射された反射光の一部は、さらに透明シート１１０によって反射され、受光面３８ａに集光される。

より詳細には、反射面１２２ｂによって反射された反射光の一部は、透明シート１１０の出射面１１２によって反射されて受光面３８ａに導かれる。また、反射面１２２ｂによって反射された反射光のうち、透明シート１１０の出射面１１２を透過した反射光の一部は、透明シート１１０の入射面１１１によって反射されて受光面３８ａに導かれる。

このように、実施形態の場合は、開口１２２ａを通過した反射光と反射面１２２ｂおよび透明シート１１０によって反射された反射光とが、相補的に受光面３８ａに導かれるため、物体の距離にかかわらず、反射光を受光面３８ａへと導くことができる。

次に、発明者が行った反射光の光線に関するシミュレーションについて説明する。

図６は、本シミュレーションにおいて設定した各部のサイズを示す図である。

本シミュレーションでは、集光レンズ３５の中心に配置された光源３１から、Ｚ軸正方向に波長９０５ｎｍの光を出射させた。光源３１から出射された時点でのビームスポットＢＳの直径φ１を４ｍｍとした。Ｚ軸正方向に出射された光を、集光レンズ３５から所定の距離に配置したＸ−Ｙ平面に平行な物体面Ｒによって反射させ、物体面Ｒからの反射光を、集光レンズ３５に対してＺ軸負方向に入射させた。

集光レンズ３５の外形（Ｚ軸負側の光学面の直径）φ２を２５ｍｍとした。集光レンズ３５の中央部分を通る反射光を遮光するためのホルダ３３の直径φ３を７．５ｍｍとした。集光レンズ３５の焦点距離を３０ｍｍとした。集光レンズ３５を、ポリカーボネートにより形成した。受光面３８ａを、集光レンズ３５の焦点距離の位置に配置した。

透明シート１１０をアクリルにより構成した。透明シート１１０のＺ軸方向における長さ（厚み）ｄ１を１ｍｍとした。本シミュレーションでは、光学薄膜１１１ａ、１１２ａ（図３（ｃ）参照）を省略した。透明シート１１０と空気との屈折率差により生じる表面反射の比率（表面反射率）を、入射面１１１および出射面１１２の何れにおいても４％とした。

反射部材１２０をアルミニウムにより構成した。反射部材１２０を、底面部１２２（図３（ｃ）参照）のみにより構成した。反射部材１２０のＺ軸方向における長さ（厚み）ｄ２を０．４ｍｍとした。開口１２２ａの直径φ４を１．８ｍｍとした。透明シート１１０と反射部材１２０との間隙ｄ３を２．６ｍｍとした。反射部材１２０と光検出器３８との間隙ｄ４を１．５ｍｍとした。集光レンズ３５のＺ軸負側の面と透明シート１１０との軸上距離ｄ５を２０ｍｍとした。光検出器３８の受光面３８ａの直径φ５を０．５ｍｍとした。

この条件の下、発明者は、物体面ＲをＺ軸方向に移動させて、受光面３８ａから物体面Ｒまでの距離を１００ｍｍ〜４０００ｍｍまたは１３０ｍｍ〜４０００ｍｍの間で変化させて、光線のシミュレーションを行った。具体的には、測定対象の距離範囲を、比較例の場合１３０ｍｍ〜４０００ｍｍとし、実施形態の場合１００ｍｍ〜４０００ｍｍとした。最近距離を、比較例の場合１３０ｍｍとし、実施形態の場合１００ｍｍとした。比較例および実施形態の最遠距離を４０００ｍｍとした。

このシミュレーションでは、物体面Ｒまでの距離が４０００ｍｍ（最遠距離）の場合に、反射光のほぼ全てが透明シート１１０を透過し、反射部材１２０の開口１２２ａを通過した。また、物体面Ｒまでの距離が４０００ｍｍ（最遠距離）の場合に、集光レンズ３５を透過した反射光が、集光レンズ３５の収束作用により光検出器３８の受光面３８ａに収束するよう光検出器３８を配置した。そして、物体面Ｒまでの距離を変化させて、受光面３８ａで受光される反射光の受光光量を算出した。

図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、比較例において物体面Ｒが遠距離（４０００ｍｍ）および近距離（１５０ｍｍ）にある場合の反射光の光線を示す図である。図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態において物体面Ｒが遠距離（４０００ｍｍ）および近距離（１５０ｍｍ）にある場合の反射光の光線を示す図である。図７（ａ）〜図８（ｂ）は、集光レンズ３５の光軸を通るＸ−Ｚ平面で各部を切断した切断面をＹ軸負方向に見た側面図である。

図７（ａ）および図８（ａ）に示すように、物体面Ｒまでの距離が４０００ｍｍのとき、比較例および実施形態の何れの場合も、集光レンズ３５によって収束された反射光は、受光面３８ａに集光された。

図７（ｂ）に示すように、比較例において、物体面Ｒまでの距離が１５０ｍｍのとき、集光レンズ３５によって収束された反射光のほぼ全てが、受光面３８ａには集光しなかった。一方、図８（ｂ）に示すように、実施形態において、物体面Ｒまでの距離が１５０ｍｍのとき、集光レンズ３５によって収束された反射光のうち、開口１２２ａの周囲近傍の反射光は、反射面１２２ｂによって反射された後、さらに透明シート１１０によって反射されて、受光面３８ａに集光された。

なお、図８（ｂ）では、便宜上、反射面１２２ｂで反射された反射光のうち、透明シート１１０の出射面１１２で反射される光線のみが図示されている。しかし、実際は、透明シート１１０に厚みがあるため、反射面１２２ｂで反射された反射光の一部は、上記のように、透明シート１１０の出射面１１２を透過した後、入射面１１１で反射されて、受光面３８ａに導かれる。したがって、反射面１２２ｂで反射されて光検出器３８に導かれる反射光には、この光線の成分も含まれる。

図９は、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。横軸は、受光面３８ａから物体面Ｒまでの距離（ｍｍ）であり、縦軸は、距離４０００ｍｍにおける受光面３８ａの受光光量を１とした場合の受光光量（任意単位）である。図９において、ノイズや光検出器３８の検出感度等の影響なく適正に測定を行うことが可能な受光光量は１以上である。

比較例の場合、物体面Ｒまでの距離が３００ｍｍ以下になると、急激に受光光量が減少し、受光光量が１を下回った。これに対し、実施形態の場合、図８（ｂ）に示したように、近距離からの反射光が反射面１２２ｂおよび透明シート１１０によって受光面３８ａに導かれることにより、物体面Ｒまでの距離が３００ｍｍ以下になっても、受光光量は高いレベルで維持された。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受光光量の減少を抑制できることを確認できた。

なお、比較例および実施形態の何れの場合も、物体面Ｒまでの距離が１０００ｍｍ〜４０００ｍｍの間において、物体面Ｒまでの距離が長くなるにつれて受光光量が減少した。ここで、上述したように、物体面Ｒまでの距離が４０００ｍｍの場合に、反射光が受光面３８ａに収束するよう光検出器３８が配置されている。これにより、物体面Ｒまでの距離が１０００ｍｍ〜４０００ｍｍの場合には、反射光がほぼ漏れなく受光面３８ａに導かれる。しかしながら、物体面Ｒまでの距離が１０００ｍｍ〜４０００ｍｍの場合には、集光レンズ３５に入射する反射光自体が微弱になるため、比較例および実施形態の何れの場合も受光光量が減少する。

以上のように、実施形態では、透明シート１１０を介して開口１２２ａを通過する反射光の受光光量が大きく低下する距離範囲（上記シミュレーションの場合、距離が３００ｍｍ以下の範囲）において、反射面１２２ｂおよび透明シート１１０で反射された反射光が光検出器３８に導かれるよう、透明シート１１０および反射部材１２０が設定される。これにより、測距可能な距離範囲を広げることができる。

なお、反射面１２２ｂおよび透明シート１１０によって受光光量が補われる距離範囲は、図９に示した距離範囲（１００〜３００ｍｍ）に限られるものではなく、たとえば、図９において、さらに、３００ｍｍ以上の所定の距離範囲においても、反射面１２２ｂおよび透明シート１１０で反射された反射光が、光検出器３８に導かれてもよい。

すなわち、光検出器３８の受光光量が、ノイズや光検出器３８の検出感度等の影響なく適正に測定を行うことが可能な所定光量（上記シミュレーションの場合、受光光量が１）以上となるように、透明シート１１０および反射部材１２０が設定されればよい。具体的には、受光光量が上記所定光量以上となるように、透明シート１１０の厚みｄ１、透明シート１１０と反射部材１２０との間隙ｄ３、開口１２２ａの直径φ４、および透明シート１１０の表面反射率が設定されればよい。このほか、集光レンズ３５の焦点距離、集光レンズ３５と透明シート１１０との軸上距離ｄ５、および反射部材１２０と光検出器３８との間隙ｄ４なども適宜設定されてもよい。

図１０は、距離測定装置１の回路部の構成を示す図である。

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、を備える。

コントローラ１０１は、ＣＰＵ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°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５（ｂ）に示したように、所定距離より近い距離範囲の物体から反射された反射光は、その少なくとも一部が、反射部材１２０の反射面１２２ｂで反射された後、透明シート１１０で反射されて、光検出器３８に導かれる。これにより、近距離範囲からの反射光の受光光量を高めることができる。また、図５（ａ）に示したように、遠距離範囲からの反射光は、反射部材１２０の開口１２２ａを通過して光検出器３８に集光される。したがって、遠距離範囲からの反射光の受光光量も高く維持できる。よって、測定対象の距離範囲において、物体からの反射光をより適正に光検出器３８に導くことができる。

反射部材１２０の開口１２２ａは、円形であり、開口１２２ａの中心Ｃ１０が、集光レンズ３５の光軸に整合している。この構成によれば、所定距離より近い距離範囲の物体から反射された反射光の外周部分を、全周に亘って反射面１２２ｂに入射させて、光検出器３８へと導くことができる。これにより、光検出器３８に導かれる当該反射光の光量を高めることができる。また、遠距離の物体からの反射光は、開口１２２ａを通って、光検出器３８へと導かれる。よって、遠距離からの物体からの反射光を光検出器３８で円滑に受光できる。

透明シート１１０の入射面１１１および出射面１１２の少なくとも一方に、反射率を高めるための光学薄膜が配置されている。具体的には、入射面１１１および出射面１１２に、それぞれ、光学薄膜１１１ａ、１１２ａが配置されている。これにより、反射面１２２ｂで反射された反射光を、光学薄膜によって、より効率良く光検出器３８に導くことができる。よって、光検出器３８により受光される近距離範囲からの反射光の光量を高めることができる。

たとえば、透明シート１１０の入射面１１１および出射面１１２の反射率を４％、透明シート１１０の入射面１１１および出射面１１２に光学薄膜を設けた場合の入射面１１１および出射面１１２の反射率を６％とすると、光学薄膜を設けた場合の透明シート１１０を透過する反射光の比率は、（１００％−６％）＾２＝８８．４％となる。反射面１２２ｂで反射された後、透明シート１１０で反射される反射光の比率は、８８．４％×（１００％−（１００％−６％）＾２）＝１０．３％となる。一方、この場合に光学薄膜が設けられないと、透明シート１１０を透過する反射光の比率は、（１００％−４％）＾２＝９２．２％となる。反射面１２２ｂで反射された後、透明シート１１０で反射される反射光の比率は、９２．２％×（１００％−（１００％−４％）＾２）＝７．２％となる。このように、光学薄膜を設けることにより、反射面１２２ｂおよび透明シート１１０で反射され光検出器３８へと導かれる反射光の光量を高めることができる。

反射部材１２０は、上面１２１ｂが開口１２１ａにより開放された筒状の部材からなっており、反射部材１２０の底面部１２２（底面）に開口１２２ａが形成されている。透明シート１１０は、反射部材１２０の上面１２１ｂに装着されて、反射部材１２０に一体化されている。この構成によれば、透明シート１１０と反射部材１２０とが一体化されているため、これらの部材を光学系に配置する際に、透明シート１１０と反射部材１２０（反射面１２２ｂ）との位置調整を行う必要がない。よって、透明シート１１０と反射部材１２０とを光学系に容易に配置できる。

図２に示したように、レーザ光（投射光）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、上記比較例のように透明シート１１０および反射部材１２０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、実施形態の距離測定装置１によれば、上記のように透明シート１１０および反射部材１２０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、上記実施形態では、反射部材１２０は、上面１２１ｂが開口１２１ａにより開放された円筒形状であったが、これに限らず、上面１２１ｂが開口１２１ａにより開放された角筒形状であってもよい。たとえば、反射部材１２０は、四角筒形状であり、図１１（ａ）に示すように、Ｚ軸方向に見て正方形であってもよい。このように反射部材１２０の形状が変更される場合、透明シート１１０の形状も、反射部材１２０の上面１２１ｂの外形に合わせて変更される。

また、上記実施形態では、側面部１２１と底面部１２２とが一体的に形成された反射部材１２０の上面１２１ｂに、透明シート１１０を装着することにより、透明シート１１０と反射部材１２０とが一体化された。しかしながら、透明シート１１０と反射部材１２０とを一体化する構成は、これに限らない。たとえば、反射部材１２０が開口１２２ａを有する板状の部材である場合、透明シート１１０と反射部材１２０との間にリング状または上下面が開放された筒状の部材を介在させて、透明シート１１０と反射部材１２０とを一体化させてもよい。

また、上記実施形態において、透明シート１１０と反射部材１２０は、必ずしも一体化されていなくてもよく、光学系に個別に配置されてもよい。たとえば、透明シート１１０と反射部材１２０は、個別に支持ベース１１（図２参照）に設置されてもよい。ただし、透明シート１１０と反射部材１２０とを個別に支持ベース１１に設置させる場合、透明シート１１０と反射部材１２０との位置調整を別途行う必要がある。したがって、位置調整の手間を省くためには、上記実施形態のように、透明シート１１０と反射部材１２０とが一体化されるのが好ましい。

また、上記実施形態では、反射部材１２０の底面部１２２に設けられた開口１２２ａは、円形であったが、これに限らず、他の形状であってもよい。

たとえば、開口１２２ａは、図１１（ｂ）〜（ｄ）に示す形状であってもよい。図１１（ｂ）〜（ｄ）に示す変更例では、開口１２２ａは、それぞれ、正方形、円の外周に切欠き１２２ｃが付与された形、および、径の異なる半円が合わせられた形である。図１１（ｂ）〜（ｄ）の何れの変更例においても、測距対象の物体が最遠距離にある場合に、集光レンズ３５によって収束された反射光の領域（図１１（ｂ）〜（ｄ）の破線の領域）が開口１２２ａ内に収まるように、開口１２２ａの大きさが設定される。これらの場合、上記実施形態に比べて、開口１２２ａの面積が広がるため、遠距離範囲からの反射光をより確実に光検出器３８の受光面３８ａへと導くことができる。

また、実施形態と比較して開口１２２ａが大きくなると、近距離の物体からの反射光のうち反射面１２２ｂによって反射される反射光の光量が減少するため、受光面３８ａに導かれる反射光の光量が減少する。したがって、近距離範囲からの反射光の光量が大きすぎる場合には、開口１２２ａの形状や大きさを変更することによって、光検出器３８に導かれる近距離範囲からの反射光の光量を所望の光量に設定できる。

また、上記実施形態では、反射部材１２０の反射面１２２ｂは、Ｘ−Ｙ平面に平行な面であったが、これに限らず、反射面１２２ｂおよび透明シート１１０で反射される反射光と、開口１２２ａを通過する反射光とが相補的に光検出器３８に導かれれば、反射面１２２ｂは他の形状であってもよい。たとえば、反射面１２２ｂは、回転中心軸Ｒ１０から離れるに従って、回転中心軸Ｒ１０に平行な一方向に変位するように傾斜していてもよい。

たとえば、図１２（ａ）に示すように、反射面１２２ｂは、Ｘ−Ｙ平面に対して鋭角の所定の角度を有する平面であってもよい。図１２（ａ）の変更例では、反射面１２２ｂは円錐の側面に整合する。また、図１２（ｂ）に示すように、反射面１２２ｂは、曲面であってもよい。反射面１２２ｂが曲面により構成される場合、回転中心軸Ｒ１０を含む平面による断面において、反射面１２２ｂは、たとえば、円弧形状、楕円形状、放物線形状であってもよい。

また、反射面１２２ｂで反射された反射光のうち、透明シート１１０の出射面１１２で反射された反射光と透明シート１１０の入射面１１１で反射された反射光の両方が、適正に光検出器３８へと導かれるように、透明シート１１０の厚みが設定されてもよい。

図１３（ａ）、（ｂ）は、透明シート１１０が所定の厚みを有する場合に、それぞれ、最遠距離からの反射光の光束および最近距離から所定の範囲において反射された反射光の光束を模式的に示す図である。図１３（ａ）、（ｂ）に示す変更例には、外縁付近における反射光の光束が、破線で示されている。

図１３（ａ）に示すように、最遠距離からの反射光は、開口１２２ａの内側を通り、光検出器３８上の一点に対して集光する。一方、図１３（ｂ）に示すように、最近距離から所定の範囲において反射された反射光の一部は、反射部材１２０の反射面１２２ｂおよび透明シート１１０の出射面１１２により反射される。このとき、反射面１２２ｂで反射された反射光のうち、出射面１１２で反射された反射光と、出射面１１２を透過した後、入射面１１１で反射された反射光の両方が、光検出器３８へと導かれるように、透明シート１１０の厚みが設定される。

この構成によれば、出射面１１２で反射された反射光と入射面１１１で反射された反射光の両方を、適正に光検出器３８に導くことができる。よって、光検出器３８により受光される近距離範囲からの反射光の光量を高めることができる。透明シート１１０の厚みは、近距離範囲からの反射光の受光光量を適切に高め得る値に最適化されればよい。

また、上記実施形態では、透明シート１１０の入射面１１１および出射面１１２の両方に光学薄膜が配置されたが、これに限らず、入射面１１１および出射面１１２の何れか一方に光学薄膜が配置されてもよく、入射面１１１および出射面１１２の何れにも光学薄膜が配置されなくてもよい。ただし、光学薄膜が配置されない場合、反射面１２２ｂで反射された反射光のうち、出射面１１２または入射面１１１で反射され光検出器３８へと導かれる反射光の光量が、上記実施形態と比較して減少する。したがって、光検出器３８へ導かれる反射光の光量を高めたい場合には、上記実施形態のように、入射面１１１および出射面１１２の両方に光学薄膜が配置されるのが好ましい。なお、光学薄膜は、透明シート１１０の内部に層構造として設けられてもよい。

また、上記実施形態において、透明シート１１０には、反射面１２２ｂからの反射光を光検出器３８に集光させるレンズ作用が付与されてもよい。

また、上記実施形態では、光源３１とコリメータレンズ３２は、集光レンズ３５の中央に埋め込まれるようにして設置されたが、これに限らず、他の方法により、光源３１およびコリメータレンズ３２が配置されてもよい。たとえば、光源３１とコリメータレンズ３２は、図１４（ａ）〜（ｃ）に示す変更例のように配置されてもよく、図１５（ａ）、（ｂ）に示す変更例のように配置されてもよい。

図１４（ａ）〜（ｃ）は、光源３１が集光レンズ４０のＸ軸正側に配置される変更例の構成を示す図である。図１４（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１４（ｂ）は、この変更例に係る集光レンズ４０の構成を示す斜視図であり、図１４（ｃ）は、この変更例に係る鏡筒５０の構成を示す斜視図である。

図１４（ａ）に示すように、この変更例では、上記実施形態と比較して、集光レンズ３５に代えて集光レンズ４０が設置されている。図１４（ｂ）に示すように、集光レンズ４０は、側縁から中心まで延びる切欠き４１を備える。言い換えれば、切欠き４１は、集光レンズ４０のＸ軸正側の外周部分から、回転中心軸Ｒ１０に整合する光軸まで延びている。また、この変更例の切欠き４１は、Ｚ軸方向に集光レンズ４０を貫通している。

集光レンズ４０の中心位置に、レーザ光（投射光）を集光レンズ４０の光軸方向に反射させるミラー３９が配置される。レーザ光（投射光）は、集光レンズ４０の側方から切欠き４１に沿って入射してミラー３９によって集光レンズ４０の光軸に平行な方向（Ｚ軸正方向）に反射される。ここでは、鏡筒５０を用いて、光源３１、コリメータレンズ３２およびミラー３９が配置される。図１４（ａ）に示すように、切欠き４１に、鏡筒５０が嵌め込まれる。

図１４（ｃ）に示すように、鏡筒５０は、Ｘ軸方向に延びた筒部５１と、Ｚ軸方向に延びた筒部５２とが一体的に形成された部材である。筒部５２の中心軸は、回転中心軸Ｒ１０および集光レンズ４０の光軸に整合する。コリメータレンズ３２は、筒部５１の内部の中央付近に設置されており、光源３１は、筒部５１のＸ軸正側端部の開口５１ａに設置される。ミラー３９は、筒部５１と筒部５２の接合部分の内部に設置される。光源３１、コリメータレンズ３２およびミラー３９が設置された鏡筒５０が、集光レンズ４０の切欠き４１に嵌め込まれると、図１４（ａ）に示すように、光源３１、コリメータレンズ３２およびミラー３９がＸ軸方向に並び、ミラー３９が集光レンズ４０の中心位置に位置付けられる。

図１４（ａ）に示すように、光源３１から出射されたレーザ光（投射光）は、集光レンズ４０の側方から切欠き４１に沿って入射して、ミラー３９によって集光レンズ４０の光軸方向に反射される。具体的には、光源３１からＸ軸負方向に出射された投射光は、鏡筒５０内を通って、コリメータレンズ３２によって平行光化された後、ミラー３９によりＺ軸正方向へと反射され、筒部５２のＺ軸正側端部の開口５２ａからＺ軸正方向に出射される。

開口５２ａから出射された投射光は、回転中心軸Ｒ１０を中心に回転するミラー３４によって回転中心軸Ｒ１０に垂直な方向に反射され、距離測定装置１に設けられた光学窓１ａを透過して測距領域に投射される。測距領域の物体からの反射光は、光学窓１ａを介して、距離測定装置１内に取り込まれ、ミラー３４によりＺ軸負方向に反射される。ミラー３４によって反射された反射光は、集光レンズ４０により集光され、上記実施形態と同様、光学ユニット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、光学ユニット３６（透明シート１１０と反射部材１２０）が設けられている。これにより、測定対象の距離範囲のうち遠距離からの反射光を光検出器３８に集光させるとともに、測定対象の距離範囲のうち近距離からの反射光も、光検出器３８へと導くことができる。

また、この変更例によれば、光源３１および光源３１を駆動するための駆動回路を集光レンズ４０に組み込む必要がないため、光源３１および光源３１の駆動回路を、上記実施形態と比較して、光検出器３８および光検出器３８が設置された回路基板から遠ざけることができる。また、上記実施形態と異なり、集光レンズ３５の真下に光源３１に繋がる接続配線を配置する必要がない。これにより、光検出器３８の検出信号に重畳するノイズを低減させることができる。

また、この変更例によれば、光源３１から出射されたレーザ光（投射光）の光路を覆う鏡筒５０のみが集光レンズ４０の内部に配置されるため、集光レンズ４０の開口面積の減少を抑えることができる。これにより、光検出器３８へと導かれる反射光の光量を高めることができる。また、コリメータレンズ３２と光源３１を間隔が広くなるように配置できるため、コリメータレンズ３２の焦点距離を長く設定できる。これにより、光学倍率を適正に設定して光検出器３８の受光面３８ａにおけるビームスポットを小さくできるため、測距領域の物体からの反射光を効率よく光検出器３８に導くことができる。

図１４（ａ）〜（ｃ）に示した変更例では、鏡筒５０は、集光レンズ４０をＺ軸方向に貫通する切欠き４１により保持されたが、これに限らず、集光レンズ４０の光軸からＸ軸正方向に延び、且つ、Ｚ軸正方向に開放された凹状の切欠きにより保持されてもよい。

また、図１４（ａ）〜（ｃ）の構成では、鏡筒５０の開口５１ａに光源３１が設置されたが、光源３１は、必ずしも、鏡筒５０の開口５１ａに設置されなくともよい。たとえば、光源３１とミラー３９とがＸ軸方向に向き合うように、光源３１が鏡筒５０の外側に配置されてもよく、あるいは、光源３１から出射されたレーザ光が、別のミラーで反射されて、切欠き４１に沿ってミラー３９へと向かう構成であってもよい。また、ミラー３９は、必ずしも、鏡筒５０と別部材でなくてもよく、たとえば、鏡筒５０の筒部５１と筒部５２との接続部分に平面状の傾斜面を設け、この傾斜面を鏡面仕上げすることで、ミラー３９が構成されてもよい。

図１５（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変更例の構成を示す図である。図１５（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１５（ｂ）は、この変更例に係るミラー６２の拡大側面図である。

図１５（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。光学ユニット３６は、ミラー６２とフィルタ３７との間に設置されている。ミラー６１は、全反射ミラーである。図１５（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、光学ユニット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、光学ユニット３６（透明シート１１０と反射部材１２０）が設けられている。これにより、測定対象の距離範囲のうち遠距離からの反射光を光検出器３８に集光させるとともに、測定対象の距離範囲のうち近距離からの反射光も、光検出器３８へと導くことができる。

図１５（ａ）、（ｂ）に示した変更例において、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、物体までの距離にかかわらず、反射光を光検出器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（投射光学系）
３２ コリメータレンズ（投射光学系）
３４ ミラー（投射光学系）
３５ 集光レンズ
３８ 光検出器
３９ ミラー
４０ 集光レンズ
４１ 切欠き
１１０ 透明シート
１１１ 入射面
１１１ａ 光学薄膜
１１２ 出射面
１１２ａ 光学薄膜
１２０ 反射部材
１２１ 側面部（筒状の部材）
１２１ｂ 上面
１２２ 底面部（筒状の部材、底面）
１２２ａ 開口
１２２ｂ 反射面

Claims (7)

1. レーザ光を投射する投射光学系と、
   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、
   前記集光レンズと前記光検出器との間に配置された透明シートと、
   前記透明シートと前記光検出器との間に配置され、開口と前記開口の周囲に形成された反射面とを有する反射部材と、を備え、
   所定距離より近い距離範囲の物体から反射された前記反射光の少なくとも一部は、前記反射面で反射された後、前記透明シートで反射されて、前記光検出器に導かれる、
   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、
   前記開口は、円形であり、
   前記開口の中心が、前記集光レンズの光軸に整合している、
   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、
   前記透明シートの入射面および出射面の少なくとも一方に、反射率を高めるための光学薄膜が配置されている、
   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、
   前記反射面で反射された前記反射光のうち、前記透明シートの出射面で反射された前記反射光と前記透明シートの入射面で反射された前記反射光の両方が、前記光検出器へと導かれるように、前記透明シートの厚みが設定されている、
   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、
   前記反射部材は、上面が開放された筒状の部材からなっており、前記反射部材の底面に前記開口が形成され、
   前記透明シートは、前記反射部材の上面に装着されて、前記反射部材に一体化されている、
   ことを特徴とする距離測定装置。
6. 請求項１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。
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、
   前記集光レンズは、側縁から中心まで延びる切欠きを備え、
   前記集光レンズの中心位置に前記レーザ光を前記集光レンズの光軸方向に反射させるミラーが配置され、
   前記レーザ光が、前記集光レンズの側方から前記切欠きに沿って入射して前記ミラーによって前記光軸方向に反射される、
   ことを特徴とする距離測定装置。

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