JP6347079B2 - レーザレンジファインダ - Google Patents

Description

本発明は、対象物までの距離を測定するレーザレンジファインダに関する。

ロボットが自律移動する時の障害物を検知するためのセンサ、あるいは、人物を検知するためのセンサには、例えば、レーザレンジファインダ（Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ、ＬＲＦ）がある。レーザレンジファインダは、レーザ光を出射してから、レーザ光が対象物に当たって反射した反射光が返ってくるまでの時間の測定を行い、測定結果から対象物までの距離を算出する。

具体的には、レーザレンジファインダは、例えば、レーザ光を出射するレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、ＬＤ）と、レーザ光の出射方向を調整する揺動ミラーと、対象物からの反射光を受光する受光素子と、レーザダイオードから出射されたレーザ光の位相と受光素子が受光した反射光の位相との差から、対象物までの距離を測定する信号処理部とを備えている。

また、このようなレーザレンジファインダを用いて、対象物の形状を測定する形状測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この形状測定装置は、次のように対象物の方向を求めることにより、対象物の形状を推定することができる。具体的には、測距に用いられるレーザ光のスキャン軌道上の一部にレーザ光を反射する基準反射板を設けて、当該基準反射板で反射されたレーザ光を受光部が受光したタイミングを用いることにより、レーザレンジファインダに対する対象物の方向を求める。

特開２０１３−１６０５４５号公報

しかしながら、同軸光学系を用いてレーザレンジファインダを構成した場合において、対象物からの反射光と基準反射板からの反射光とを区別できない場合がある。例えば、対象物が基準反射板と同様の反射率を有する場合、もしくは、全反射体の対象物がレーザレンジファインダの筐体のレーザ光を出射するための開口部に張り付いている場合に、対象物からの反射光と基準反射板からの反射光との光強度が同等となることにより、これらの反射光を区別できない場合がある。

このように、いずれの反射光であるかを区別できない場合には、レーザ光の出射方向が基準反射板を設けた基準位置であるか否かの判別が困難になる。当該判別を誤った場合には、対象物の角度認識（方向認識）の誤り、及び、不意なキャリブレーション操作を行う場合がある。つまり、このような場合には、レーザレンジファインダが誤動作する恐れがある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、誤動作を生じにくくすることができるレーザレンジファインダを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザレンジファインダは、対象物までの距離を測定するレーザレンジファインダであって、筐体と、前記筐体内に配置され、レーザ光を出射する光源と、前記光源からのレーザ光を走査領域で走査する揺動ミラーと、前記走査領域かつ前記筐体内に配置され、前記揺動ミラーからのレーザ光を反射する反射板と、前記走査領域のうち前記揺動ミラーから前記反射板に到達するレーザ光の光路及び当該光路の延長上を除く測距領域、かつ、前記筐体内に配置され、前記揺動ミラーからのレーザ光の強さを制限して前記筐体外へ透過する光制限部材と、前記揺動ミラーによって走査されたレーザ光の前記対象物及び前記反射板からの反射光を受光する受光部と、前記受光部が前記反射光を受光したタイミングを用いて前記レーザレンジファインダに対する前記対象物の方向の算出を行う信号処理部とを備える。

これにより、筐体外部の測距領域に出力されるレーザ光の光強度は、筐体内部の測距領域に出力されたレーザ光の光強度よりも小さくなる。つまり、対象物が全反射ターゲットの場合であっても、当該対象物からの反射光の光強度は、筐体内部に配置された反射板からの光強度よりも必ず小さくなる。したがって、レーザレンジファインダは、受光部で受光した光が、対象物からの反射光であるか、反射板からの反射光であるかを識別することができる。言い換えると、測距領域からの反射光と反射板からの反射光とを識別することができる。つまり、測距領域と反射板が配置されている基準位置とを高精度に分離して識別することができる。よって、測距領域からの反射光を基準位置からの反射光と誤認識することを抑制できるので、当該誤認識によって生じ得る、例えば、対象物の角度認識（方向認識）の誤り、及び、不意なキャリブレーション操作といったレーザレンジファインダの誤動作を低減することができる。

例えば、前記光制限部材は、前記筐体の開口部に設けられ、前記揺動ミラーからのレーザ光の前記開口部におけるスポットの一部を遮蔽することにより、当該レーザ光の強さを制限して前記筐体外へ透過する遮光部材であってもよい。

このように、レーザ光のスポットの一部を遮蔽する遮光部材を設けることにより、筐体外部の測距領域に出力されるレーザ光の光強度を筐体内部の測距領域に出力されたレーザ光の光強度よりも小さくすることができる。この一方で、開口部において遮光部材はレーザスポット径より幅が小さく、揺動ミラーの面積、及び、開口部の開口面積に比べて極僅かな面積しか占有しない。したがって、光強度が非常に小さな拡散光となっている対象物からの反射光を用いて精度よく距離を測定するために必要な開口面積を遮光部材が制限するようなことはない。よって、対象物からの反射光が開口部を通過する際の遮光部材が設けられていることによる光量低下の影響を抑制することができる。その結果、受光部でのＳ／Ｎ比を遮光部材がない場合と同等に扱うことができる。つまり、角度認識精度が向上することで、測距精度が向上する。

また、例えば、前記遮光部材は、前記揺動ミラーによるレーザ光の走査方向に沿って前記測距領域に配置されていてもよい。

これにより、遮光部材は、揺動ミラーによるレーザ光の走査方向のいずれの位置においても、揺動ミラーからのレーザ光を同等の割合で遮蔽することができる。よって、測距領域と基準位置とを一層高精度に分離して識別することができる。

また、例えば、前記光制限部材は、前記筐体の開口部に設けられ、当該レーザ光の強さを制限して前記筐体外へ透過する減光フィルタであってもよい。

これにより、レーザレンジファインダを組み立てる際に、光制限部材と揺動ミラーとの位置決めについて高い精度が要求されにくくなる。言い換えると、レーザレンジファインダの組み立てを容易にすることができる。また、揺動ミラーがレーザ光を２次元走査する場合であっても、レーザレンジファインダの誤動作を低減することができる。

また、例えば、前記反射板は、前記走査領域の端部に配置されていてもよい。

これにより、反射板からの反射光を一定の時間間隔で受光することができるので、揺動ミラーの最大走査角度を容易に算出することができる。よって、対象物の方向を容易に算出することができる。

また、例えば、前記揺動ミラーは、所定の軸線を含む少なくとも２軸を中心に揺動し、前記反射板は、前記所定の軸線に平行な方向において、前記筐体の開口部を塞ぐように配置されていてもよい。

これにより、測距領域からの反射光の強さと反射板からの反射光の強さとの差が小さいことにより、反射光の強さに基づいて測距領域と反射板が配置されている基準位置とを分離して識別することが困難な場合であっても、反射光を受光するタイミングに基づいて測距領域と反射板が配置されている基準位置とを分離して識別することができる。具体的には、測距領域の当該所定の軸線に平行な方向に一定の幅で高い反射が存在するとは考えにくいので、一定の周期かつ一定の強さで出現する反射光を基準位置からの反射光と見なすことができる。このように、一定の周期かつ一定の強さで出現する反射光を基準位置からの反射光と見なすことにより、測距領域と基準位置とを分離して識別することができる。よって、測距領域からの反射光の強さと反射板からの反射光の強さとの差が小さい場合であっても、測距領域と基準位置とを高精度に分離して識別することができる。

本発明によると、誤動作を生じにくくすることができる。

実施の形態におけるレーザレンジファインダの概略構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態におけるレーザレンジファインダの信号処理部の機能構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態における窓部の構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態における窓部の測距エリアを通過する光の様子を示す断面図である。 実施の形態における窓部の基準位置検出エリアにおける光の様子を示す断面図である。 比較例における窓部の構成の一例を示す斜視図である。 比較例において生じる問題について説明するための図である。 比較例において、図７の状態の場合に信号処理部で取得される各種の信号を示すグラフであり、（ａ）は受光振幅強度を示すグラフ、（ｂ）は基準位置検知信号を示すグラフである。 実施の形態において生じる効果について説明するための図である。 実施の形態において、図９の状態の場合に信号処理部で取得される各種の信号を示すグラフであり、（ａ）は受光振幅強度を示すグラフ、（ｂ）は基準位置検知信号を示すグラフである。 実施の形態の変形例１における窓部の構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態の変形例２における窓部の構成の一例を示す斜視図である。

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、いずれも本発明の好ましい一具体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等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、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、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

（実施の形態）
［１．レーザレンジファインダの構成］
まず、本実施の形態に係るレーザレンジファインダの構成について、図１及び図２を用いて説明する。

図１は、実施の形態におけるレーザレンジファインダ１の概略構成の一例を示す斜視図である。なお、図１は、レーザレンジファインダ１の筐体１１を透視して筐体１１内方を示した図となっている。また、説明の都合上、遮光部材５１及び反射板５２には網掛けを施している。図２は、実施の形態におけるレーザレンジファインダ１の信号処理部６０の機能構成の一例を示すブロック図である。なお、図２では、信号処理部６０に加えて、受光部３０も図示されている。

なお、図１では、Ｚ軸方向をレーザレンジファインダ１の走査軸（基準方向）に平行な軸として示しており、Ｙ軸を上下方向（設置状態での重力の作用する方向）として示している。以下ではＹ軸方向を上下方向として説明するが、使用態様によってはＹ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるため、Ｙ軸方向は上下方向となることには限定されない。以下の図においても、同様である。

また、以下において、例えば、Ｘ軸方向プラス側とは、Ｘ軸の矢印方向側を示しており、Ｘ軸方向マイナス側とは、Ｘ軸方向プラス側とは反対側を示す。Ｙ軸方向やＺ軸方向についても同様である。

図１に示すように、本実施の形態におけるレーザレンジファインダ１は、光源１０と、スキャンミラー２０と、受光部３０（受光部３０にはスキャンミラー２０の反射光を集光する光学部も含まれる）と、ビームスプリッタ４０と、窓部５０とを備え、さらに、図２に示す信号処理部６０を備える。

光源１０は、筐体１１内に配置され、レーザ光を出射し、例えばレーザダイオード（ＬＤ）で構成されている。この光源１０は、変調信号出力部（不図示）から出力される変調信号に従ってレーザ光を出射する。

スキャンミラー２０は、光源１０からのレーザ光を走査領域（図中のＡ−Ｃエリア）で走査する揺動ミラーであり、例えば、揺動器（図示せず）によって所定の軸線を中心に揺動するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーである。なお、軸線は、例えば、Ｙ軸方向に延びている。スキャンミラー２０は、軸線を中心に揺動することにより、光源１０からのレーザ光を対象物に向けて１軸方向（例えば水平方向）に走査する機能を有している。さらに、スキャンミラー２０は、対象物で反射したレーザ光を受光部３０に向けて反射する機能を有している。

ここで、光源１０から出射されたレーザ光は、スキャンミラー２０が揺動することにより、所定の範囲（図１中のＡ−Ｃエリア）で走査される。当該所定の範囲の一部（図１中のＢ−Ｃエリア）には、反射板５２（後述する）が設けられており、スキャンミラー２０から反射板５２に入射したレーザ光はレーザレンジファインダ１の外部に出射されることなくスキャンミラー２０に反射される。つまり、スキャンミラー２０によって走査されたレーザ光のうち、レーザレンジファインダ１の外部に出射されるレーザ光は、当該所定の範囲の他部（図１中のＡ−Ｂエリア）に出射されたレーザ光である。以下、図１中のＡ−Ｃエリアをミラースキャンエリア（走査領域）、Ａ−Ｂエリアを測距エリア（測距領域）、Ｂ−Ｃエリアを基準位置検出エリアと記載する場合がある。

言い換えると、測距エリア（Ａ−Ｂエリア）とは、スキャンミラー２０によってレーザ光が走査されるミラースキャンエリア（Ａ−Ｃエリア）のうち、レーザレンジファインダ１が対象物の距離及び方向を検知できるエリアである。すなわち、測距エリア（Ａ−Ｂエリア）とは、ミラースキャンエリア（Ａ−Ｃエリア）のうち、当該スキャンミラー２０から反射板５２に到達するレーザ光の光路及び当該光路の延長上を除く領域である。

また、基準位置検出エリア（Ｂ−Ｃエリア）とは、スキャンミラー２０によってレーザ光が走査されるミラースキャンエリア（Ａ−Ｃエリア）のうち、スキャンミラー２０から反射板５２に到達するレーザ光の光路及び当該光路の延長によって形成される領域である。

本実施の形態では、上述したようにスキャンミラー２０がレーザ光Ｌ１を１軸方向（水平方向）に走査するため、ミラースキャンエリア、測距エリア、及び、基準位置検出エリアは２次元の平面領域となる。

なお、本実施の形態では、スキャンミラー２０は、レーザ光を１軸方向（例えば水平方向）に走査するとして説明するが、スキャンミラー２０は、レーザ光を２軸方向（水平方向及び垂直方向）に走査してもよく、この場合、ミラースキャンエリア、測距エリア、及び、基準位置検出エリアは３次元の空間領域となる。

受光部３０は、スキャンミラー２０によって走査されたレーザ光の対象物及び反射板５２からの反射光を受光する、例えば、フォトダイオード（ＰＤ；Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、又は、当該フォトダイオードよりも高感度なアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）で構成されている。具体的には、受光部３０は、対象物及び反射板５２からの反射光を、スキャンミラー２０及びビームスプリッタ４０を介して受光する。また、受光部３０は、対象物及び反射板５２からの反射光の光路上に配置され、スキャンミラー２０及びビームスプリッタ４０を経由した反射光を集光してＰＤに導く光学部（例えば、集光レンズ）を備える。

ビームスプリッタ４０は、光源１０とスキャンミラー２０との間に配置され、光源１０から出射されたレーザ光をそのまま通過させ、スキャンミラー２０からの光を受光部３０に反射する（導く）。なお、光源１０から出射されたレーザ光をそのまま通過させ、スキャンミラー２０からの光を反射させる部材であれば、ビームスプリッタ４０でなくてもよく、例えば、有孔ミラーであってもよい。

窓部５０は、筐体１１の開口部に設けられ、遮光部材５１と反射板５２とを備える。スキャンミラー２０で反射されたレーザ光は、当該窓部５０を介して筐体１１の外部（レーザレンジファインダ１の外部）へ出射される。また、出射されたレーザ光の対象物からの反射光は、当該窓部５０を介して筐体１１の内部（レーザレンジファインダ１の内部）へ入射する。この窓部５０の詳細については、後述する。

ここで、スキャンミラー２０で反射されたレーザ光は、光強度が比較的大きな直線偏光の光である。これに対し、対象物からの反射光は、光強度が非常に小さな拡散光となる。そこで、筐体１１の開口部のうち遮光部材５１及び反射板５２を設けた領域以外は、スキャンミラー２０の面積より大きく、受光部３０によって対象物からの反射光を受光できるだけの十分な光量を確保できるだけの大きさにすることが好ましい。

なお、以下、本実施の形態では、反射板５２は窓部５０に設けられているとして説明するが、これに限らない。反射板５２は、ミラースキャンエリア（走査領域）に設けられていればよく、例えば、走査領域の端部が筐体１１の開口端部を含む場合、反射板５２は、筐体１１内面の開口端部に設けられていてもよい。

次に、図２を参照しながら、実施の形態におけるレーザレンジファインダ１の信号処理部６０の機能構成について説明する。

同図に示す信号処理部６０は、受光部３０が受光した対象物からの反射光を用いて、レーザレンジファインダ１から当該対象物までの距離を算出する。また、さらに、受光部３０が受光した反射板５２からの反射光を用いて、当該対象物の方向（角度）を算出する。この信号処理部６０は、測距信号処理部６１と、強度信号モニタ部６２と、基準位置検知部６３と、演算部６４とを備え、例えば、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）、あるいは、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いて構成されている。あるいは、信号処理部６０は、マイクロコントローラにより構成されていてもよい。以下、信号処理部６０の具体的な構成について、説明する。

測距信号処理部６１は、光源１０から出射されたレーザ光に含まれた変調信号と、受光部３０が受光した反射光に含まれる変調信号との位相差を用いて、レーザレンジファインダ１から対象物までの距離を算出する。つまり、測距信号処理部６１は、当該位相差を用いて、レーザ光が光源１０から出射されてから受光部３０で受光されるまでの時間を算出する。この時間は、レーザ光が光源１０から測定対象物までを往復するのにかかる時間である。したがって、測距信号処理部６１は、当該時間の１／２に光の速さを乗算することにより、当該距離を求めることができる。また、測距信号処理部６１は、求めた距離を示す距離情報信号を出力する。

強度信号モニタ部６２は、受光部３０が受光した反射光の光強度を用いて、当該反射光が基準位置検出エリアからの反射光か否かを判定する。具体的には、当該反射光の光強度が所定の閾値（例えば、測距エリアからの反射光の飽和光量）以上の場合に、当該反射光が基準位置検出エリアからの反射光（反射板５２からの反射光）であると判定し、当該反射光が基準位置検出エリアからの反射光であることを示すクロック信号（パルス信号）を出力する。

基準位置検知部６３は、強度信号モニタ部６２から出力されたクロック信号の信号周期を用いて、スキャンミラー２０の走査方向（走査角：走査位置）を示すミラー位置認識信号を出力する。具体的には、基準位置検知部６３は、強度信号モニタ部６２から出力されたクロック信号の信号周期とスキャンミラー２０に対して反射板５２が配置された方向（基準位置検出エリアの方向）とから、スキャンミラー２０の最大走査角度を算出する。さらに、算出した最大走査角度とスキャンミラー２０の揺動周期とから、スキャンミラー２０の走査方向（走査角：走査位置）を算出する。

演算部６４は、測距信号処理部６１から出力された距離情報信号と、基準位置検知部６３から出力されたミラー位置認識信号とを用いて、レーザレンジファインダ１に対する対象物の方向（位置）、及び、レーザレンジファインダ１から対象物までの距離を演算する。また、演算した当該方向及び当該距離を示すスキャンエリア距離情報を出力する。

このように、信号処理部６０は、受光部３０によって受光された反射板５２からの反射光と対象物からの反射光とのタイミングを用いて、レーザレンジファインダ１に対する対象物の方向（位置）を算出する。また、当該信号処理部６０は、さらに、受光部３０が受光した対象物からの反射光の位相と、光源１０から出射されたレーザ光の位相との位相差を用いて、レーザレンジファインダ１から対象物までの距離を算出する。

なお、信号処理部６０は、基準位置検知部６３によって算出されたスキャンミラー２０の最大走査角度を示す信号を、スキャンミラー２０を駆動（揺動）させるミラー駆動部（不図示）へフィードバックすることにより、スキャンミラー２０の最大走査角度を制御してもよい。

［２．窓部の構成］
次に、窓部５０の構成について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態における窓部５０の構成の一例を示す斜視図である。なお、説明の都合上、遮光部材５１及び反射板５２には網掛けを施している。

上述したように、窓部５０は、筐体１１の開口部に設けられ、遮光部材５１と反射板５２とを備える。また、図３に示すように、さらに、透過部材５３を備える。

［２−１．遮光部材］
遮光部材５１は、ミラースキャンエリア（Ａ−Ｃエリア）のうち測距エリア（Ａ−Ｂエリア）、かつ、筐体１１内に配置され、スキャンミラー２０からのレーザ光Ｌ１の強さ（光強度）を制限して筐体１１外へ透過する光制限部材の一例である。ここで、「筐体１１内に配置されている」とは、筐体１１の内部（内方）に配置されている場合も筐体１１の開口部に配置されている場合も含まれる。

具体的には、遮光部材５１は、筐体１１の開口部に設けられ、スキャンミラー２０からのレーザ光Ｌ１の当該開口部におけるレーザスポットＬＳスポットの一部を遮光することにより、当該レーザ光の強さを制限して筐体１１外へ透過する。より具体的には、遮光部材５１は、スキャンミラー２０によるレーザ光Ｌ１の走査方向（水平方向）に沿って測距エリア（Ａ−Ｂエリア）に配置されている。このように構成された遮光部材５１により、スキャンミラー２０からのレーザ光Ｌ１は、強さ（光強度）が制限されて筐体１１外へ出射される。つまり、遮光部材５１は、レーザ光Ｌ１のレーザスポットＬＳの一部と重なるように配置されることにより、スキャンミラー２０からのレーザ光Ｌ１の一部をレーザ光Ｌ２として透過させ、他の一部を透過させない。ここで、「レーザ光を透過させない」とは、透過量をゼロにする場合に限らず、透過量を実質的にゼロ（例えば、透過量５パーセント以内）にすればよい。

この遮光部材５１は、例えば、透過部材５３に塗布されたカーボンブラック等の光吸収剤を含有する樹脂であり、当該遮光部材５１に入射したレーザ光を透過させない。なお、遮光部材５１の構成はこれに限らず、当該遮光部材５１に入射したレーザ光の光路を変えることにより、当該レーザ光を筐体１１外へ透過しなくてもよく、例えば、入射したレーザ光を、筐体１１外へ透過せず、かつ、受光部３０に到達しないような光路で反射する鏡等の反射部材であってもよい。

また、遮光部材５１は、スキャンミラー２０によるレーザ光Ｌ１の走査方向（水平方向）に沿って測距エリア（Ａ−Ｂエリア）の全域に亘って配置されており、当該走査方向のいずれの位置においても、開口部に入射したレーザ光のスポット面積を同等の割合で遮光するように設けられていることが好ましい。これにより、スキャンミラー２０からのレーザ光は、測距エリアのいずれの光路においても、同等の割合で制限されて筐体１１外へ出射される。

このように、遮光部材５１は、スキャンミラー２０によるレーザ光Ｌ１の走査角度範囲の一部において当該レーザ光Ｌ１の光路上に配置され、当該光路を通るレーザ光Ｌ１の強さを制限して透過する。

［２−２．反射板］
反射板５２は、ミラースキャンエリア（Ａ−Ｃエリア）のうち筐体１１内に配置され、スキャンミラー２０からのレーザ光を反射する。つまり、反射板５２は、測定エリア（Ｂ−Ｃエリア）外、かつ、ミラースキャンエリア（Ａ−Ｃエリア）内のうち、筐体１１内に配置されている。具体的には、反射板５２は、スキャンミラー２０からのレーザ光Ｌ１を当該スキャンミラー２０に反射する反射面を有する。当該反射面は、比較的大きい既知の反射率を有していればよく、例えば、白色等の塗料が塗られて形成されていても構わないし、鏡のように光を全反射する部材が取り付けられて構成されていてもよい。また、当該反射面の大きさは、レーザスポットＬＳよりも大きければよい。

このように、反射板５２は、スキャンミラー２０によるレーザ光Ｌ１の走査角度範囲の他の一部において当該レーザ光Ｌ１の光路上に配置され、当該光路を通るレーザ光Ｌ１をスキャンミラー２０に反射する。

［２−３．透過部材］
透過部材５３は、筐体１１の開口を塞ぐように設けられ、スキャンミラー２０からのレーザ光Ｌ１及び当該レーザ光Ｌ１の対象物からの反射光を透過する、例えば、アクリル樹脂又はガラス等である。なお、窓部５０は、透過部材５３を有していなくてもよく、例えば、筐体１１の開口部に架橋された柱形状の遮光部材５１と、当該筐体１１の開口部に設けられた反射板５２とを備えてもよい。

［３．測距エリアと基準位置検出エリアとの分離］
以上のように構成された窓部５０により、本実施の形態に係るレーザレンジファインダ１は、測距エリア（Ａ−Ｂエリア）と基準位置検出エリア（Ｂ−Ｃエリア）とを、分離して識別することができる。つまり、基準位置検出エリアからの反射光を、測距エリアからの反射光と区別することができる。

［３−１．対象物が窓部直前以外に位置している場合］
まず、対象物が窓部５０の直前以外に位置している場合について、図４及び図５を用いて説明する。つまり、この場合、対象物は、窓部５０に張り付くことなく、窓部５０から所定の距離だけ離れた位置に配置されている。図４は、本実施の形態における窓部５０の測距エリア（Ａ−Ｂエリア）を通過する光の様子を示す断面図である。図５は、本実施の形態における窓部５０の基準位置検出エリア（Ｂ−Ｃエリア）における光の様子を示す断面図である。

［３−１−１．測距エリア］
図４に示すように、測距エリア（Ａ−Ｂエリア）では、スキャンミラー２０により走査されたレーザ光Ｌ１は、窓部５０（筐体１１の開口部）において、遮光部材５１によりスポット径が絞られる。つまり、窓部５０において、レーザ光Ｌ１のスポットの一部が遮蔽される。これにより、レーザ光Ｌ１の強さ（光強度）が制限されて、筐体１１外へ透過される。つまり、筐体１１外へ出射されるレーザ光Ｌ２の強さは、スキャンミラー２０からのレーザ光Ｌ１と比較して小さくなる。

レーザレンジファインダ１から出射されたレーザ光Ｌ２の測定ターゲット２からの反射光は、レーザ光Ｌ２が測定ターゲット２で拡散反射されることにより、レーザ光Ｌ２よりも極めて光強度の小さい拡散反射光Ｌ３となり、レーザ光Ｌ２と同様の光路でレーザレンジファインダ１へと入射する。

このように、測距エリアに測定ターゲット２が存在する場合には、レーザ光Ｌ１、Ｌ２よりも極めて光強度の小さい拡散反射光Ｌ３がスキャンミラー２０へと入射する。つまり、受光部３０では、微弱な光が受光される。なお、測距エリアに測定ターゲット２が存在しない場合には、スキャンミラー２０へと入射する光が実質的にゼロとなる。

［３−１−２．基準位置検出エリア］
一方、図５に示すように、基準位置検出エリア（Ｂ−Ｃエリア）では、スキャンミラー２０により走査されたレーザ光Ｌ１は、窓部５０（筐体１１の開口部）において、反射板５２により反射され、筐体１１外へは実質的に透過されない。

スキャンミラー２０により走査されたレーザ光Ｌ１の反射板５２からの反射光は、反射板５２の反射面が比較的非常に大きい反射率を有していることから、レーザ光Ｌ１と同等の光強度を有する。例えば、反射板５２の反射面が鏡のように光を全反射する部材により構成されている場合には、反射板５２からの反射光は、光強度が比較的大きな直線偏光の直線反射光Ｌ４となる。

このように、基準位置検出エリアでは、光強度が比較的大きな直線反射光Ｌ４がスキャンミラー２０へと入射する。つまり、受光部３０では、光強度が比較的大きな光が受光される。

よって、信号処理部６０において、強度信号モニタ部６２が、受光部３０によって受光された光の光強度が所定の閾値以上であるか否かを判定することにより、当該光が基準位置検出エリアからの反射光（反射板５２からの反射光）であるか、測距エリアからの反射光であるかを分離して識別することができる。

［３−２．対象物が窓部直前に位置している場合］
次に、対象物が窓部５０の直前に位置している場合について、本実施の形態の比較例と比較しながら説明する。つまり、この場合、対象物は、窓部５０に張り付いた状態で配置されている。なお、以下では、対象物が光を全反射する全反射ターゲットであるとして説明するが、比較例に生じる問題は、対象物が全反射ターゲットである場合に限らず、反射板５２の反射率と同等の反射率を有する場合であっても同様である点について留意されたい。

［３−２−１．比較例に生じる問題］
まず、対象物が窓部の直前に位置している場合において、比較例に生じる問題について、図６〜図８を用いて説明する。図６は、比較例における窓部９５０の構成の一例を示す斜視図である。なお、説明の都合上、反射板５２には網掛けを施している。図７は、比較例において生じる問題について説明するための図である。図８は、比較例において、図７の状態の場合に信号処理部６０で取得される各種の信号を示すグラフであり、（ａ）は受光振幅強度を示すグラフ、（ｂ）は基準位置検知信号を示すグラフである。

比較例におけるレーザレンジファインダは、実施の形態におけるレーザレンジファインダ１とほぼ同様の構成を有するが、図６に示すように、窓部９５０が窓部５０と比較して、遮光部材５１を備えない点が異なる。つまり、比較例におけるレーザレンジファインダでは、測距エリアにおいて、スキャンミラー２０により走査されたレーザ光Ｌ９１は、遮蔽されることなくレーザ光Ｌ１と同等のスポット径のレーザ光Ｌ９２として筐体１１の外部へ出射される。

これにより、図７に示すように、全反射ターゲット２Ａが窓部９５０の直前に位置している場合、全反射ターゲット２Ａからの反射光Ｌ９５は、レーザ光Ｌ１と同等の光強度を有する直線偏光の光となる。

その結果、信号処理部６０では、全反射ターゲット２Ａからの反射光Ｌ９５を、基準位置検出エリアからの反射光（反射板５２からの反射光）であると誤認識する場合がある。具体的には、比較例では、受光部３０から出力される信号が図８の（ａ）のようになる。つまり、強度信号モニタ部６２によって所定の閾値以上であると判定される箇所が、基準位置検出エリア（Ｂ−Ｃエリア）だけでなく、測距エリア（Ａ−Ｂエリア）にも出現する。よって、強度信号モニタ部６２から出力される基準位置検出エリアからの反射光であることを示すクロック信号（パルス信号）は、図８の（ｂ）に示すようになる。

よって、比較例では、強度信号モニタ部６２が、受光部３０によって受光された光の光強度が所定の閾値以上であるか否かを判定しても、当該光が基準位置検出エリアからの反射光（反射板５２からの反射光）であるか、測距エリアからの反射光であるかを分離して識別することができない。

基準位置検知部６３では、強度信号モニタ部６２から出力されたクロック信号の信号周期を用いて、スキャンミラー２０の走査方向（走査角：走査位置）を示すミラー位置認識信号を出力するため、このような測距エリア（Ａ−Ｂエリア）に出現するパルスは誤動作を引き起こす恐れがある。

［３−２−２．本実施の形態の効果］
次に、対象物が窓部５０の直前に位置している場合において、本実施の形態が奏する効果について、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、本実施の形態において生じる効果について説明するための図である。図１０は、本実施の形態において、図９の状態の場合に信号処理部６０で取得される各種の信号を示すグラフであり、（ａ）は受光振幅強度を示すグラフ、（ｂ）は基準位置検知信号を示すグラフである。

比較例に対し、本実施の形態では、窓部５０に遮光部材５１が設けられていることにより、図９に示すように、全反射ターゲット２Ａが窓部５０の直前に位置している場合であっても、全反射ターゲット２Ａからの反射光Ｌ５は、レーザ光Ｌ１よりも光強度の小さな直線偏光の光となる。

その結果、信号処理部６０では、全反射ターゲット２Ａからの反射光Ｌ５を、基準位置検出エリアからの反射光（反射板５２からの反射光）ではないと判別することができる。具体的には、本実施の形態では、受光部３０から出力される信号が図１０の（ａ）のようになる。つまり、強度信号モニタ部６２によって所定の閾値以上であると判定される箇所が、基準位置検出エリア（Ｂ−Ｃエリア）のみに出現する。よって、強度信号モニタ部６２から出力される基準位置検出エリアからの反射光であることを示すクロック信号（パルス信号）は、図１０の（ｂ）に示すようになる。

よって、本実施の形態では、強度信号モニタ部６２が、受光部３０によって受光された光の光強度が所定の閾値以上であるか否かを判定することにより、当該光が基準位置検出エリアからの反射光（反射板５２からの反射光）であるか、測距エリアからの反射光であるかを分離して識別することができる。

基準位置検知部６３では、強度信号モニタ部６２から出力されたクロック信号の信号周期を用いて、スキャンミラー２０の走査方向（走査角：走査位置）を示すミラー位置認識信号を出力するため、比較例において生じるような誤動作を抑制することができる。

［４．まとめ］
以上のように、本実施の形態に係るレーザレンジファインダ１は、スキャンエリア（Ａ−Ｃエリア）のうちスキャンミラー２０から反射板５２に到達するレーザ光の光路及び当該光路の延長上を除く測距エリア（Ａ−Ｂエリア）、かつ、筐体１１内に配置され、スキャンミラー２０からのレーザ光の強さを制限して筐体１１外へ透過する光制限部材（本実施の形態では遮光部材５１）を備える。

これにより、筐体１１外部の測距エリアに出力されるレーザ光の光強度は、筐体１１内部の測距エリアに出力されたレーザ光の光強度よりも小さくなる。つまり、対象物が全反射ターゲットの場合であっても、当該対象物からの反射光の光強度は、筐体１１内部に配置された反射板５２からの光強度よりも必ず小さくなる。したがって、レーザレンジファインダ１は、受光部３０で受光した光が、対象物からの反射光であるか、反射板５２からの反射光であるかを識別することができる。言い換えると、測距エリアからの反射光と基準位置検出エリアからの反射光とを識別することができる。つまり、測距エリアと基準位置検出エリアとを高精度に分離して識別することができる。よって、測距エリアからの反射光を基準位置検出エリアからの反射光と誤認識することを抑制できるので、当該誤認識によって生じ得る、例えば、対象物の角度認識（方向認識）の誤り、及び、不意なキャリブレーション操作といったレーザレンジファインダ１の誤動作を低減することができる。

また、本実施の形態では、光制限部材として、筐体１１の開口部に設けられ、スキャンミラー２０からのレーザ光の開口部におけるスポットの一部を遮蔽することにより、当該レーザ光の強さを制限して筐体１１外へ透過する遮光部材５１が設けられている。

このように、レーザ光のスポットの一部を遮蔽する遮光部材５１を設けることにより、筐体１１外部の測距エリアに出力されるレーザ光の光強度を筐体１１内部の測距エリアに出力されたレーザ光の光強度よりも小さくすることができる。この一方で、窓部５０において遮光部材５１はレーザスポット径より幅が小さく、スキャンミラー２０の面積、及び、窓部５０に比べて極僅かな面積しか占有しない。したがって、光強度が非常に小さな拡散光となっている対象物からの反射光を用いて精度よく距離を測定するために必要な開口面積を遮光部材５１が制限するようなことはない。よって、対象物からの反射光が窓部５０を通過する際の遮光部材５１が設けられていることによる光量低下の影響を抑制することができる。その結果、受光部３０でのＳ／Ｎ比を遮光部材５１がない場合と同等に扱うことができる。つまり、角度認識精度が向上することで、測距精度が向上する。

また、本実施の形態では、遮光部材５１は、スキャンミラー２０によるレーザ光の走査方向（水平方向）に沿って、測距エリア（Ａ−Ｂエリア）に配置されている。

これにより、遮光部材５１は、当該走査方向のいずれの位置においても、スキャンミラー２０からのレーザ光を同等の割合で遮蔽することができる。よって、測距エリアと基準位置検出エリアとを一層高精度に分離して識別することができる。なお、遮光部材５１は、測距エリアの全域に亘って配置されていることが好ましい。

また、本実施の形態では、反射板５２は、ミラースキャンエリア（Ａ−Ｃエリア）の端部に配置されている。言い換えると、基準位置検出エリア（Ｂ−Ｃエリア）は、ミラースキャンエリア（Ａ−Ｃエリア）の端部に位置している。

これにより、反射板５２からの反射光を一定の時間間隔で受光することができるので、スキャンミラー２０の最大走査角度を容易に算出することができる。よって、対象物の方向（角度）を容易に算出することができる。

なお、反射板５２は、ミラースキャンエリア（Ａ−Ｃエリア）かつ筐体１１内に配置されていればよく、例えば、筐体１１の開口部よりもスキャンミラー２０に近い位置に配置されていてもよい。また、例えば、反射板５２は、ミラースキャンエリア（Ａ−Ｃエリア）の中央に配置されていてもよい。また、例えば、反射板５２は、遮光部材５１と同一平面（Ｘ−Ｙ平面）に配置されていなくてもよく、遮光部材５１よりもスキャンミラー２０に近い位置に配置されていてもよい。

（変形例１）
次に、実施の形態の変形例１について、図１１を用いて説明する。図１１は、実施の形態の変形例１における窓部２５０の構成の一例を示す斜視図である。なお、説明の都合上、遮光部材２５１ａ、２５１ｂと反射板５２とには、網掛けを施している。

本変形例に係るレーザレンジファインダは、上記実施の形態とほぼ同様であるが、図１１に示すように、窓部２５０が複数（本変形例では２つ）の遮光部材２５１ａ、２５１ｂを備える点が異なる。このような複数の遮光部材２５１ａ、２５１ｂを配置した構成であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。

なお、本変形例では、２つの遮光部材２５１ａ、２５１ｂを配置した構成を例に説明したが、３つ以上の遮光部材を配置した構成であってもよい。

（変形例２）
次に、実施の形態の変形例２について、図１２を用いて説明する。図１２は、実施の形態の変形例２における窓部３５０の構成の一例を示す斜視図である。なお、説明の都合上、減光フィルタ３５１及び反射板５２Ａには網掛けを施している。

本変形例に係るレーザレンジファインダは、上記実施の形態とほぼ同様であるが、図１１に示すように、窓部３５０が、遮光部材５１に代わり減光フィルタ３５１を備え、反射板５２に代わり反射板５２Ａを備える点が異なる。

減光フィルタ３５１は、ミラースキャンエリア（Ａ−Ｃエリア）のうち測距エリア（Ａ−Ｂエリア、かつ、筐体１１内に配置され、スキャンミラー２０からのレーザ光Ｌ１の強さ（光強度）を制限して筐体１１外へ透過する光制限部材の一例である。具体的には、減光フィルタ３５１は、筐体１１の開口部に設けられ、スキャンミラー２０からのレーザ光Ｌ１の強さ（光強度）を制限して筐体１１階へ透過する、例えば、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタである。この減光フィルタ３５１は、レーザ光Ｌ１の波長の光の強さを抑制する。

このように、光制限部材として減光フィルタ３５１を用いた構成であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。

また、光制限部材として減光フィルタ３５１を用いることにより、図１２に示すように、減光フィルタ３５１を透過部材５３の反射板５２Ａが設けられた領域以外の全面に配置することが可能になる。つまり、実施の形態では、遮光部材５１をレーザ光Ｌ１のスポットの一部を遮蔽するように配置していたが、本変形例では、減光フィルタ３５１をレーザ光Ｌ１のスポットの全てを含むように配置することができる。

これにより、レーザレンジファインダ１を組み立てる際に、光制限部材（本変形例では減光フィルタ３５１）とスキャンミラー２０との位置決めについて高い精度が要求されにくくなる。言い換えると、レーザレンジファインダ１の組み立てを容易にすることができる。

また、スキャンミラー２０がレーザ光Ｌ１を２次元走査する場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。

また、本変形例における反射板５２Ａは、上記実施の形態における反射板５２と比較して、窓部２５０のＹ軸方向（垂直方向）の全域に形成されている。

これにより、スキャンミラー２０がレーザ光Ｌ１を２次元走査する場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。

また、スキャンミラー２０が所定の軸線を含む少なくとも２軸を中心に揺動し、かつ、反射板５２Ａが、当該所定の軸線に平行な方向において、筐体１１の開口部を塞ぐように配置されていることにより、次のような効果を奏する。

すなわち、測距エリアからの反射光の強さと反射板５２Ａからの反射光の強さとの差が小さいことにより、測距エリアと基準位置検出エリアとを分離して識別することが困難な場合であっても、測距エリアのＹ軸方向（垂直方向）に一定の幅で高い反射が存在するとは考えにくいので、一定の周期かつ一定の強さで出現する反射光を反射板５２Ａからの反射光と見なすことができる。このように、一定の周期かつ一定の強さで出現する反射光を反射板５２Ａからの反射光と見なすことにより、測距エリアと基準位置検出エリアとを分離して識別することができる。よって、測距エリアからの反射光の強さと反射板５２Ａからの反射光の強さとの差が小さい場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。

（他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態及び変形例に係るレーザレンジファインダについて説明したが、本発明は、これら実施の形態及び変形例に限定されるものではない。

例えば、レーザ光Ｌ１のレーザスポット形状は、略円形、略楕円形、ライン形状、矩形形状等のいずれでもよく、例えば、遮光部材の形状と共に適宜調整されてもよい。

また、遮光部材とスキャンミラー２０からのレーザ光Ｌ１のレーザスポットＬＳとの重なり面積は、レーザレンジファインダ１から出射されるレーザ光Ｌ２の強さ（光強度）と相関がある。具体的には、当該重なり面積が大きいほど、レーザ光Ｌ２の強さが小さくなる。そこで、当該重なり面積は、レーザ光Ｌ２が全反射された場合の光強度が、基準位置検出エリアからの反射光（反射板からの反射光）からの光強度よりも有意に小さくなるようにすればよい。具体的には、当該重なり面積は、レーザ光Ｌ２が全反射された場合の光強度が、強度信号モニタ部６２において基準位置検出エリアからの反射光か否かの判定に用いられる閾値よりも小さくなるようにすればよい。

また、遮光部材の幅（スキャンミラー２０によるレーザ光Ｌ１の走査方向に直交する方向の大きさ）は、特に限定されてないが、受光部３０におけるＳ／Ｎ比を良好に保つことができる程度の幅であることが好ましい。例えば、遮光部材の幅は、筐体１１の開口部におけるレーザ光Ｌ１のレーザスポット径程度以下であることが好ましい。

また、上記説明では、レーザレンジファインダは、スキャンミラー２０と受光部３０とが同軸経路で構成された同軸光学系として説明したが、スキャンミラー２０と受光部３０とが分離して構成された分離光学系であってもよい。

さらに、上記実施の形態及び変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。

上記実施の形態は、物体の距離を検出するレーザレンジファインダに適用可能である。

１ レーザレンジファインダ
２ 測定ターゲット
２Ａ 全反射ターゲット
１０ 光源
１１ 筐体
２０ スキャンミラー
３０ 受光部
４０ ビームスプリッタ
５０、２５０、３５０、９５０ 窓部
５１、２５１ａ、２５１ｂ 遮光部材
５２、５２Ａ 反射板
５３ 透過部材
６０ 信号処理部
６１ 測距信号処理部
６２ 強度信号モニタ部
６３ 基準位置検知部
６４ 演算部
３５１ 減光フィルタ

Claims (6)

1. 対象物までの距離を測定するレーザレンジファインダであって、
   筐体と、
   前記筐体内に配置され、レーザ光を出射する光源と、
   前記光源からのレーザ光を走査領域で走査する揺動ミラーと、
   前記走査領域かつ前記筐体内に配置され、前記揺動ミラーからのレーザ光を反射する反射板と、
   前記走査領域のうち前記揺動ミラーから前記反射板に到達するレーザ光の光路及び当該光路の延長上を除く測距領域、かつ、前記筐体内に配置され、前記揺動ミラーからのレーザ光の強さを制限して前記筐体外へ透過する光制限部材と、
   前記揺動ミラーによって走査されたレーザ光の前記対象物及び前記反射板からの反射光を受光する受光部と、
   前記受光部が前記反射光を受光したタイミングを用いて前記レーザレンジファインダに対する前記対象物の方向の算出を行う信号処理部とを備える
   レーザレンジファインダ。
2. 前記光制限部材は、前記筐体の開口部に設けられ、前記揺動ミラーからのレーザ光の前記開口部におけるスポットの一部を遮蔽することにより、当該レーザ光の強さを制限して前記筐体外へ透過する遮光部材である
   請求項１に記載のレーザレンジファインダ。
3. 前記遮光部材は、前記揺動ミラーによるレーザ光の走査方向に沿って前記測距領域に配置されている
   請求項２に記載のレーザレンジファインダ。
4. 前記光制限部材は、前記筐体の開口部に設けられ、当該レーザ光の強さを制限して前記筐体外へ透過する減光フィルタである
   請求項１に記載のレーザレンジファインダ。
5. 前記反射板は、前記走査領域の端部に配置されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザレンジファインダ。
6. 前記揺動ミラーは、所定の軸線を含む少なくとも２軸を中心に揺動し、
   前記反射板は、前記所定の軸線に平行な方向において、前記筐体の開口部を塞ぐように配置されている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザレンジファインダ。

Images