JP6672715B2

JP6672715B2 - 測定装置

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Publication number: JP6672715B2
Application number: JP2015217832A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎増田
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2035-11-05
Also published as: JP2017090128A; US10416287B2; CN106680826B; CN106680826A; EP3165942B1; US20170131386A1; EP3165942A1

Description

本発明は、光を用いて対象物までの距離を測定する測定装置に関する。

従来、可動ミラーを用いて測定光を複数方向に偏向して出射し、対象物で反射した前記測定光の戻り光を、前記可動ミラーを介して受光することにより、前記対象物までの距離を測定する測定装置がある。

一例として、送光部の中心軸と受光部の中心軸とをプリズムやミラーなどの光学素子を用いて一致させることにより測定光と戻り光とが同じ光軸に沿って出入りする、いわゆる同軸光学系の測定装置が知られている（例えば、特許文献１、２）。

特開２０１１−５９１１１号公報特開２０１２−２０８０５９号公報

同軸光学系を採用した測定装置は、測定光の光軸と戻り光の光軸とが一致しているために、送光部と受光部との視差による測距誤差がない反面、測定光が筐体内で拡散反射して生じる迷光が受光部に回り込む迷光干渉の除去が難しいという不利がある。当該迷光干渉は、測距誤差の要因になり得る。

そこで、本発明は、送光部と受光部との視差を縮小しかつ迷光干渉を低減した測定装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る測定装置は、測定光を出射する送光部と、揺動軸で支持されて揺動し、前記測定光を反射する送光ミラーと、前記揺動軸の方向で前記送光部と離間して設けられた受光部と、前記測定光を前記送光ミラーから受光し、前記揺動軸の方向で前記受光部寄りの位置から出射する光軸シフト部と、前記送光ミラーと同期して揺動し、前記光軸シフト部から出射された前記測定光の対象物からの戻り光を前記受光部に向けて反射する受光ミラーと、を備える。

この構成によれば、前記送光ミラーで反射後の前記測定光を前記受光部寄りの位置へシフトして出射している。そのため、前記送光ミラーと前記受光ミラーとの間を遮光して前記測定光と前記戻り光とを分離し、前記送光ミラーで発生する迷光の前記受光部への回り込みを低減できる。また、前記測定光の出射位置が前記受光部に近づくので、送光部と受光部との視差も縮小される。

また、前記送光ミラーと前記受光ミラーとが、同一の平面に配置され、かつ同一の揺動軸で支持されて揺動してもよい。

この構成によれば、同期して揺動する前記送光ミラーと前記受光ミラーとを、比較的簡素な構成で実現することができる。

また、前記測定装置は、さらに、さらに、前記測定光及び前記戻り光が透過する窓を有する筐体を備え、前記光軸シフト部は、前記窓に設けられていてもよい。

この構成によれば、前記窓の内側、つまり前記筐体の内部で前記測定光の光路と前記戻り光の光路とが分離できるので、前記筐体内で発生する迷光の遮光が容易になる。

また、前記光軸シフト部は、対向する第１反射部と第２反射部とを有し、前記第１反射部は、前記窓と前記測定光とが交わる位置に配置され、前記第２反射部は、前記第１反射部を前記受光部寄りに平行移動した位置に配置されてもよい。

この構成によれば、具体的に、前記第１反射部へ入射した前記測定光を前記第２反射部から出射する前記光軸シフト部を構成できる。

また、前記第２反射部は、前記揺動軸の方向で前記受光部の中心軸と同じ位置に設けられていてもよい。

この構成によれば、前記揺動軸の方向で、前記測定光の出射位置と前記受光部の中心軸の位置とが一致するので、前記送光部と前記受光部との視差を最小化できる。

また、前記第２反射部は、前記揺動軸の方向で前記受光部の中心軸とは異なる位置に設けられていてもよい。

この構成によれば、前記第２反射部が前記受光部の中心軸からずれた位置に配置されるので、前記第２反射部が邪魔になって前記戻り光の前記受光部への入射量が減ってしまう不都合を軽減できる。

また、前記第２反射部は、前記揺動軸の方向に移動可能に設置されていてもよい。

この構成によれば、前記第２反射部を移動することで、前記揺動軸の方向に異なる複数の測距面に位置する対象物までの距離を測定できる。

また、前記測定装置は、さらに、前記筐体内に遮光板を備え、前記第２反射部は、前記揺動軸の方向で、前記遮光板よりも前記受光部寄りに位置してもよい。

この構成によれば、前記筐体内で生じる迷光の前記受光部への回り込みを前記遮光板で阻止しつつ、前記戻り光の前記受光部への光路が前記遮光板で遮られない位置から前記測定光を出射することができる。

また、前記透明部材が、前記揺動軸と平行な平面形状に設けられていてもよい。

この構成によれば、前記透明部材を、作製が比較的容易な平板で構成できる。

また、前記透明部材が、前記揺動軸を中心とする円筒形状に設けられていてもよい。

この構成によれば、前記光軸シフト部によって生じ得る前記測定光と前記戻り光との前記揺動軸と直交する平面内でのずれを最小化できる。

本発明の測定装置によれば、送光部と受光部との視差を縮小しかつ迷光干渉を低減した測定装置が得られる。

実施の形態１に係る測定装置の構成の一例を示す切り欠き斜視図である。実施の形態１に係る光軸シフト部の詳細な構成の一例を示す斜視図である。実施の形態１に係る光軸シフト部の詳細な構成の一例を示す斜視図である。比較例１に係る測定装置での測定光及び戻り光の光路の一例を示す上面図である。比較例２に係る測定装置での測定光及び戻り光の光路の一例を示す上面図である。比較例３に係る測定装置での測定光及び戻り光の光路の一例を示す側面図である。実施の形態１に係る測定装置での測定光及び戻り光の光路の一例を示す側面図である。実施の形態１に係る測定装置での測定光及び戻り光の光路の一例を示す側面図である。実施の形態２に係る測定装置の構成の一例を示す切り欠き斜視図である。実施の形態２に係る光軸シフト部の詳細な構成の一例を示す斜視図である。実施の形態２に係る光軸シフト部の詳細な構成の一例を示す斜視図である。実施の形態１に係る測定装置での測定光の光路の一例を示す上面図である。実施の形態２に係る測定装置での測定光の光路の一例を示す上面図である。実施の形態３に係る測定装置での測定光及び戻り光の光路の一例を示す側面図である。

（実施の形態１）
実施の形態１について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、何れも包括的又は具体的な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などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、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、任意の構成要素として説明される。

また、以下で参照する各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構成に対しては、同一の符号を付し、重複する説明を省略又は簡略化する。

また、以下で用いる平行及び垂直なる用語は、それぞれ略平行及び略垂直と解釈されるべきものである。これらの用語は、設計上の平行及び垂直を意味しており、現実の測定装置では部材の成形や組み立てで生じる実際的な誤差が含まれ得る。

実施の形態１に係る測定装置は、送光部から出射された測定光を送光ミラーで振って測距エリアを走査し、対象物からの当該測定光の戻り光を、受光ミラーを介して受光部で受光することにより、当該対象物までの距離を測定する測定装置である。当該測定装置は、前記揺動ミラーで反射される前記測定光の光路と前記戻り光の光路とを分離して迷光干渉を低減しつつ、前記揺動ミラーの後段に前記測定光の光軸を前記受光部寄りにシフトする光軸シフト部を設けたことを特徴とする。

まず、実施の形態１に係る測定装置の構成について説明する。

図１は、測定装置１０１の構成の一例を示す切り欠き斜視図である。

図１に示すように、測定装置１０１は、筐体１１１、送光部１２０、偏向部１４０、光軸シフト部１５１、受光部１６０、及び制御部１９０を備える。

筐体１１１は、測定装置１０１の外観を構成する箱体であり、送光部１２０、偏向部１４０、受光部１６０、及び制御部１９０を格納している。筐体１１１は、例えば、樹脂又は金属で構成されてもよい。筐体１１１の内部空間は、遮光板１１２により、送光領域１１３と受光領域１１４とに仕切られている。送光領域１１３は、主として測定光１２５が通過する領域であり、受光領域１１４は、主として戻り光１６５が通過する領域である。

筐体１１１には、筐体１１１の内部空間と外部空間（つまり、測距エリア）とを分けるとともに、測定光１２５及び戻り光１６５が透過する透明部材で構成された筐体窓１１５が設けられている。筐体窓１１５は、例えば、樹脂製又はガラス製の平板であってもよい。

送光部１２０は、測定光１２５を出射する光学系であり、光源１２１を有する。光源１２１は、例えば、レーザダイオードで構成されてもよい。送光部１２０は、測定光１２５を平行化するコリメートレンズ１２２や、測定光１２５の出射方向を規制するスリット（図示せず）を有していてもよい。

ここで、送光部１２０から出射され送光ミラー１４１に向かう測定光１２５の光軸を、送光部１２０の中心軸と定義する。説明の便宜上、送光部１２０の中心軸の方向をｙ軸とする。

偏向部１４０は、送光部１２０から出射された測定光１２５で測距エリアを走査するとともに、当該測距エリアにある対象物からの戻り光１６５を受光部１６０に導く可動ミラーを含む光学系である。偏向部１４０は、揺動軸１４６で支持され、アクチュエータ１４３から与えられるトルクにより揺動する送光ミラー１４１及び受光ミラー１４２を有する。

送光ミラー１４１及び受光ミラー１４２は、例えば、金属膜ミラーで構成されてもよく、また、同一平面に配置されてもよい。揺動軸１４６は、例えば、金属薄膜を打ち抜いて形成されてもよい。説明の便宜上、揺動軸１４６の方向をｚ軸とし、ｚ軸方向の位置を高さと称する。

送光ミラー１４１及び受光ミラー１４２は、それぞれの裏面（反射面の反対面）が、例えば接着剤などで揺動軸１４６に固定され、さらに、揺動軸１４６の上下端に設けられる固定部（図示せず）を介して、筐体１１１に固定されてもよい。

アクチュエータ１４３は、一例として、電磁力、静電力、又は圧電変位をトルク源に用いるアクチュエータであってもよい。例えば、アクチュエータ１４３が周期的なトルクを発生することにより、揺動軸１４６をトーションバーとして共振が生じ、送光ミラー１４１及び受光ミラー１４２はｚ軸の周りに揺動する。

送光ミラー１４１は、当該揺動により、送光部１２０からの測定光１２５で測距エリアを走査する。

光軸シフト部１５１は、送光ミラー１４１で反射後の測定光１２５を受光し、受光した測定光１２５を受光部１６０により近い高さから出射する光学系である。光軸シフト部１５１は、例えば、対向する第１反射部１５１１と第２反射部１５１２とで構成されてもよく、また、筐体窓１１５に設けられていてもよい。光軸シフト部１５１の詳細な構成について、後ほど説明する。

光軸シフト部１５１から出射された測定光１２５は、測距エリア内にある対象物（図示せず）に到達し、当該対象物で拡散反射される。

当該対象物で拡散反射した測定光１２５のうち、測定装置１０１に向けて戻る戻り光１６５が、測定装置１０１の筐体窓１１５を透過して、筐体１１１の内部へ入射する。受光ミラー１４２は、戻り光１６５を受光部１６０に向けて反射する。

受光部１６０は、受光ミラー１４２で反射された戻り光１６５を受信信号に変換する光学系であり、受光素子１６２を有する。受光素子１６２は、例えば、アバランシェフォトダイオードで構成されてもよい。受光部１６０は、戻り光１６５を受光素子１６２に集光する集光レンズ１６１や、測定光１２５以外の波長のノイズ光を除去するバンドパスフィルタ（図示せず）を有していてもよい。受光部１６０は、高さ方向で送光部１２０と離間して設けられる。

ここで、受光ミラー１４２から受光部１６０に入射し受光素子１６２に集光される光の光軸を、受光部１６０の中心軸と定義する。受光部１６０の中心軸は、例えば、集光レンズ１６１の中心軸であってもよく、送光部１２０の中心軸と平行であってもよい。

制御部１９０は、測定装置１０１における測距動作を制御するコントローラである。制御部１９０は、光源１２１及びアクチュエータ１４３を駆動し、受光素子１６２からの受信信号を処理することにより、測定装置１０１から対象物までの距離を算出する。

制御部１９０は、例えば、光源１２１及びアクチュエータ１４３に駆動信号を供給する駆動回路、受光素子１６２からの信号を受信して処理する信号処理回路などのハードウェア機能、及びマイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することにより果たされるソフトウェア機能の組み合わせによって実現されてもよい。

制御部１９０は、具体的に、光源１２１に供給した駆動信号と受光素子１６２からの受信信号との位相差に基づいて、測定光１２５の測定装置１０１から対象物までの往復時間を求め、前記対象物までの距離を算出してもよい。また、制御部１９０は、送光ミラー１４１の揺動軸１４６周りの回転角（以下、傾きと称する）から、測距エリア内での前記対象物の方向を特定してもよい。

次に、光軸シフト部１５１の構成について説明する。

図２は、光軸シフト部１５１の詳細な構成の一例を示す斜視図である。

図２に示すように、光軸シフト部１５１の第１反射部１５１１は、筐体窓１１５と測定光１２５とが交わる位置に配置されている。具体的に、第１反射部１５１１は、筐体窓１１５の外面の、送光部１２０の中心軸の高さに設けられ、筐体窓１１５の外面と４５度の角度をなす反射面を有する長尺のミラーであってもよい。

また、第２反射部１５１２は、第１反射部１５１１を受光部１６０寄りに平行移動した位置に配置されている。具体的に、第２反射部１５１２は、筐体窓１１５の外面の、第１反射部１５１１と平行でかつ第１反射部１５１１より低い位置に設けられ、筐体窓１１５の外面と１３５度の角度をなす反射面を有する長尺のミラーであってもよい。

第１反射部１５１１及び第２反射部１５１２は、例えば、筐体１１１に設けられる保持部材（図示せず）で両端を保持されて、筐体窓１１５の前述した位置に固定されてもよい。

この構成によれば、送光ミラー１４１で反射後の測定光１２５の光軸は、第１反射部１５１１で筐体窓１１５の外面と平行な方向に折り曲げられ、第２反射部１５１２で、元の測定光１２５の光軸と平行な方向に再び折り曲げられて出射される。つまり、測定光１２５の光軸は、図１に示すように、光軸シフト部１５１によって、受光部１６０（詳細には受光部１６０の中心軸）寄りの高さにシフトされる。

光軸シフト部は、ミラーに代えてプリズムで構成することもできる。以下では、そのような光軸シフト部の変形例について説明する。

図３は、変形例に係る光軸シフト部１５２の詳細な構成の一例を示す斜視図である。

図３に示すように、光軸シフト部１５２は１つのプリズムで構成され、第１反射部１５２１と第２反射部１５２２とは、当該プリズムに設けられた一対の反射面である。

第１反射部１５２１は、筐体窓１１５と測定光１２５とが交わる位置に配置されている。具体的に、第１反射部１５２１としての反射面は、筐体窓１１５の外面と４５度の角度をなしていてもよい。

また、第２反射部１５２２は、第１反射部１５２１を受光部１６０寄りに平行移動した位置に配置されている。具体的に、第２反射部１５１２としての反射面は、筐体窓１１５の外面と１３５度の角度をなしていてもよい。

光軸シフト部１５２は、例えば、筐体窓１１５に接着されるか、又は、筐体１１１に設けられる保持部材（図示せず）で両端を保持されて、前述した位置に固定されてもよい。

この構成によれば、送光ミラー１４１で反射後の測定光１２５の光軸は、第１反射部１５１１で筐体窓１１５の外面と平行な方向に折り曲げられ、第２反射部１５１２で、元の測定光１２５の光軸と平行な方向に再び折り曲げられて出射される。つまり、測定光１２５の光軸は、図１に示すように、光軸シフト部１５１によって受光部１６０（詳細には受光部１６０の中心軸）寄りの高さにシフトされる。

上記のように構成された測定装置１０１で得られる効果を、複数の比較例との対比に基づいて説明する。

図４は、比較例１に係る測定装置８０１での測定光及び戻り光の光路の一例を示す上面図である。測定装置８０１は、背景技術の項で述べた同軸光学系の測定装置の一例である。測定装置８０１では、光源１２１から出射された測定光１２５と、集光レンズ１６１で受光素子１６２に集光される戻り光１６５とを、有孔ミラー１５８で同一の光軸に重ねて、可動ミラー１４８で複数の方向に振り、筐体窓１１５から測距エリアに出射している。そのため、測定装置８０１では、有孔ミラー１５８、可動ミラー１４８及び筐体窓１１５の内面で発生した迷光１２９を戻り光１６５から分離できない懸念がある。

図５は、比較例２に係る測定装置８０２での測定光及び戻り光の光路の一例を示す上面図である。測定装置８０２は、背景技術の項で述べた同軸光学系の測定装置の一例である。測定装置８０２では、光源１２１から出射された測定光１２５と、集光レンズ１６１で受光素子１６２に集光される戻り光１６５とを、ミラー１５９で同一の光軸に重ねて、可動ミラー１４８で複数の方向に振り、筐体窓１１５から測距エリアに出射している。そのため、測定装置８０２では、ミラー１５９、可動ミラー１４８及び筐体窓１１５の内面で発生した迷光１２９を戻り光１６５から分離できない懸念がある。

この問題に対し、発明者は、測定光と戻り光とを筐体内で同じ光軸上に配置せず、筐体内の互いに分離された空間で処理する分離光学系の測定装置を検討している。

図６は、比較例３に係る測定装置８０３での測定光及び戻り光の光路の一例を示す側面図である。測定装置８０３では、筐体内部は、遮光板１１２により送光領域１１３と受光領域１１４とに仕切られている。送光ミラー１４１と受光ミラー１４２とは高さ方向で離間して設けられ、遮光板１１２は、揺動軸１４６の近傍を除いて、送光ミラー１４１と受光ミラー１４２との間にも挿入されている。

送光領域１１３では、光源１２１から出射された測定光１２５を送光ミラー１４１で複数の方向に振り、筐体窓１１５から測距エリアに出射している。また、受光領域１１４では、筐体窓１１５から入射した戻り光１６５ａ、１６５ｂを、受光ミラー１４２を介して集光レンズ１６１に導き、受光素子１６２に集光している。ここで、戻り光１６５ａ、１６５ｂは、それぞれ遠距離の対象物及び近距離の対象物からの戻り光である。

このように、測定装置８０３では、測定光１２５と戻り光１６５ａ、１６５ｂとが、遮光板１１２で互いに分離された送光領域１１３と受光領域１１４とでそれぞれ処理される。そのため、迷光１２９が生じた場合でも、迷光１２９の受光素子１６２への回り込みを阻止することができる。

ところが、測定装置８０３では、測定光１２５が集光レンズ１６１の中心軸（つまり、受光部１６０の中心軸）から離間して配置されているため、対象物までの距離に応じた視差が生じるという問題がある。

具体的には、図６に示すように、遠距離の対象物からの戻り光１６５ａと近距離の対象物からの戻り光１６５ｂとは、互いに異なる入射角度で測定装置８０３に入射することにより、集光点が距離ｄずれる。対象物の距離に応じた戻り光１６５の入射角度のずれを遠近視差と称する。例えば、集光レンズ１６１と受光素子１６２とを遠距離の対象物からの戻り光１６５ａに合わせて配置すると、近距離の対象物からの戻り光１６５ｂは、遠近視差のために受光素子１６２に正確に集光されなくなり、測距誤差の要因になり得る。

そこで、本発明者は、比較例３に係る測定装置８０３に、光軸シフト部１５１、１５２を追加した測定装置１０１、１０２を提案する。前述した迷光干渉及び遠近視差の問題は、測定装置１０１、１０２によって軽減又は解決される。

図７は、測定装置１０１での測定光及び戻り光の光路の一例を示す側面図である。図７の側面図は、図２の斜視図に対応する。測定装置１０１では、前述したように、測定光１２５の光軸は、光軸シフト部１５１によって、受光部１６０寄りの高さにシフトされる。

図８は、測定装置１０２での測定光及び戻り光の光路の一例を示す側面図である。図８の側面図は、図３の斜視図に対応する。測定装置１０２では、前述したように、測定光１２５の光軸は、光軸シフト部１５２によって、受光部１６０寄りの高さにシフトされる。

測定装置１０１、１０２の何れにおいても、測定光１２５が、受光部１６０の中心軸（具体的には、集光レンズ１６１の中心軸）寄りの位置から測距エリアへ出射されることにより、遠近視差が縮小される。また、測定光１２５と戻り光１６５とが、遮光板１１２で互いに分離された送光領域１１３と受光領域１１４とでそれぞれ処理されるので、迷光干渉も低減される。

なお、光軸シフト部１５１、１５２が測定光１２５を出射する位置（つまり、第２反射部１５１２、１５２２の配置高さ）は、集光レンズ１６１の中心軸（つまり、受光部１６０の中心軸）の配置高さと同じでもよく、異なっていてもよい。第２反射部１５１２、１５２２の配置高さと受光部１６０の中心軸の高さとが同じ場合は、遠近視差を最小化でき、また、異なっている場合は、第２反射部１５１２、１５２２が邪魔になって戻り光１６５の受光素子１６２への入射量が減ってしまう不都合を軽減できる。

また、第２反射部１５１２、１５２２は、遮光板１１２よりも受光部１６０寄りに位置していてもよい。この構成によれば、光軸シフト部１５１、１５２は、測定光１２５を遮光板１１２の配置高さよりも低い高さから出射する。つまり、遮光板１１２で迷光干渉を低減しつつ、戻り光１６５の受光部１６０への光路が遮光板１１２で遮られない位置から測定光１２５を出射することができる。

また上記では、光軸シフト部１５１、１５２が筐体窓１１５の外面に設けられる例を説明したが、光軸シフト部１５１、１５２は筐体窓１１５の厚みの中に設けられてもよい。つまり、光軸シフト部１５１、１５２は筐体窓１１５に埋め込まれていてもよい。そのような構成によっても、遠近視差を縮小しかつ迷光干渉を低減する効果が得られる。

（実施の形態２）
実施の形態２について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図９は、実施の形態２に係る測定装置１０３の構成の一例を示す切り欠き斜視図である。

図９に示すように、測定装置１０３は、図１の測定装置１０１と比べて、筐体窓１１６が、揺動軸１４６を中心とする円筒形状に設けられている点が異なる。筐体窓１１６の形状の変更に伴い、光軸シフト部１５３を構成する第１反射部１５３１及び第２反射部１５３２の形状が変更される。測定装置１０３について、筐体窓１１６及び光軸シフト部１５３の形状が変更される点以外は、測定装置１０１と同一である。

光軸シフト部１５３の構成について詳細に説明する。

図１０は、光軸シフト部１５３の詳細な構成の一例を示す斜視図である。

図１０に示すように、光軸シフト部１５３の第１反射部１５３１は、筐体窓１１６の、送光ミラー１４１で反射後の測定光１２５が交差する位置に、筐体窓１１６に沿って湾曲して配置されている。具体的に、第１反射部１５３１は、筐体窓１１６の外面の、送光部１２０の中心軸の高さに設けられ、揺動軸１４６を含む任意の断面において筐体窓１１６の外面と４５度の角度をなす反射面を有する長尺のミラーであってもよい。

また、第２反射部１５３２は、第１反射部１５３１と平行かつ受光部１６０により近い高さに配置されている。具体的に、第２反射部１５３２は、筐体窓１１６の外面の、第１反射部１５３１と平行でかつ第１反射部１５３１より低い位置に設けられ、揺動軸１４６を含む任意の断面において筐体窓１１５の外面と１３５度の角度をなす反射面を有する長尺のミラーであってもよい。

第１反射部１５３１及び第２反射部１５３２は、例えば、筐体１１１に設けられる保持部材（図示せず）で両端を保持されて、筐体窓１１６の前述した位置に固定されてもよい。

この構成によれば、送光ミラー１４１で反射後の測定光１２５の光軸は、第１反射部１５３１で筐体窓１１６の外面と平行な方向に折り曲げられ、第２反射部１５３２で、元の測定光１２５の光軸と平行な方向に折り曲げられて出射される。つまり、測定光１２５の光軸は、図９に示すように、光軸シフト部１５３によって、受光部１６０（詳細には受光部１６０の中心軸）寄りの高さにシフトされる。

測定装置１０３では、図７に示す測定光及び戻り光の光路が、揺動軸１４６を含む任意の断面における測定光１２５及び戻り光１６５の光路に対応する。

図１１は、変形例に係る光軸シフト部１５４の詳細な構成の一例を示す斜視図である。

図１１に示すように、光軸シフト部１５４は筐体窓１１６に沿って湾曲した１つのプリズムで構成され、第１反射部１５４１と第２反射部１５４２とは、当該プリズムに設けられた一対の反射面である。

第１反射部１５４１は、筐体窓１１６と測定光１２５とが交差する位置に配置されている。具体的に、第１反射部１５２１としての反射面は、揺動軸１４６を含む任意の断面において筐体窓１１５の外面と４５度の角度をなしていてもよい。

また、第２反射部１５４２は、第１反射部１５２１と平行かつ受光部１６０により近い高さに配置されている。具体的に、第２反射部１５４２としての反射面は、揺動軸１４６を含む任意の断面において筐体窓１１５の外面と１３５度の角度をなしていてもよい。

光軸シフト部１５４は、例えば、筐体窓１１５に接着されるか、又は、筐体１１１に設けられる保持部材（図示せず）で両端を保持されて、前述した位置に固定されてもよい。

この構成によれば、送光ミラー１４１で反射後の測定光１２５の光軸は、第１反射部１５４１で筐体窓１１６の外面と平行な方向に折り曲げられ、第２反射部１５４２で、元の測定光１２５の光軸と平行な方向に再び折り曲げられて出射される。つまり、測定光１２５の光軸は、図１に示すように、光軸シフト部１５４によって受光部１６０（詳細には受光部１６０の中心軸）寄りの高さにシフトされる。

測定装置１０４では、図８に示す測定光及び戻り光の光路が、揺動軸１４６を含む任意の断面における測定光１２５及び戻り光１６５の光路に対応する。

このように、測定装置１０３、１０４においても、側面視（断面視）での測定光１２５及び戻り光１６５の光路が、測定装置１０１、１０２と同等に配置されるので、遠近視差を縮小しかつ迷光干渉を低減する効果が発揮される。

しかも、測定装置１０３、１０４によれば、測定装置１０１、１０２で生じ得る左右視差を解消することができる。以下では、当該左右視差について説明し、さらに測定装置１０３、１０４での効果について説明する。

図１２は、測定装置１０１、１０２での測定光の光路の一例を示す上面図である。測定装置１０１、１０２では、光軸シフト部１５１、１５２は、平板状の筐体窓１１５に設けられている。そのため、送光ミラー１４１から光軸シフト部１５１、１５２に垂直に入射した測定光１２５ａは、上面視でまっすぐに出射される。他方、光軸シフト部１５１、１５２に斜めに入射した測定光１２５ｂ、１２５ｃは、第１反射部１５１１と第２反射部１５１２との間、第１反射部１５１２と第２反射部１５２２との間でそれぞれｙ軸方向にずれることにより、ｙ軸方向にシフトして出射される。

このように、光軸シフト部１５１、１５２によれば、測定光１２５の光軸は、出射方向に応じてｙ軸方向に異なる大きさシフトされる。このように、出射方向によってｙ軸方向に異なる大きさで生じる測定光１２５の光軸のシフトを左右視差と称する。当該左右視差は、前述した遠近視差と同様に、集光点のずれによる測距誤差の要因になり得る。

図１３は、測定装置１０３、１０４での測定光の光路の一例を示す上面図である。測定装置１０３、１０４では、光軸シフト部１５３、１５４は、揺動軸１４６を中心とする円筒側面形状の筐体窓１１６に沿って湾曲して設けられている。そのため、光軸シフト部１５３、１５４には、出射方向に依らず測定光１２５が垂直に入射するので、左右視差は生じない。

なお、筐体窓１１６は、厳密に揺動軸１４６を中心とする円筒側面形状でなくとも、揺動軸１４６側が凹面となる曲率を有していればよい。この構成によれば、左右視差をある程度縮小することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１４は、実施の形態３に係る測定装置１０５での測定光及び戻り光の光路の一例を示す側面図である。

図１４に示すように、測定装置１０５は、図７の測定装置１０１と比べて、光軸シフト部１５５が異なる。測定装置１０５における光軸シフト部１５５以外の構成要素は、測定装置１０１と同一である。

測定装置１０５の光軸シフト部１５５は、測定光１２５の出射位置の高さを変更可能に構成される。光軸シフト部１５５の構成は、特には限定しないが、一例として、第２反射部１５５２の両端を筐体１１１に設けられる可動の保持部材（図示せず）で保持し、第２反射部１５５２を筐体窓１１５に沿ってスライド可能としてもよい。第１反射部１５１１は、筐体窓１１５に固定的に配置されればよい。

この構成によれば、第２反射部１５５２を移動することで、高さが異なる複数の測距面に位置する対象物までの距離を測定できる。

以上、本発明の実施の形態に係る測定装置について説明したが、本発明は、個々の実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本発明は、測定装置に利用できる。

１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、８０１、８０２、８０３測定装置
１１１筐体
１１２遮光板
１１３送光領域
１１４受光領域
１１５、１１６筐体窓
１２０送光部
１２１光源
１２２コリメートレンズ
１２５、１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ測定光
１２６揺動軸
１２９迷光
１４０偏向部
１４１送光ミラー
１４２受光ミラー
１４３アクチュエータ
１４６揺動軸
１４８可動ミラー
１５１、１５２、１５３、１５４、１５５光軸シフト部
１５８有孔ミラー
１５９ミラー
１６０受光部
１６１集光レンズ
１６２受光素子
１６５、１６５ａ、１６５ｂ戻り光
１９０制御部
１５１１、１５２１、１５３１、１５４１第１反射部
１５１２、１５２２、１５３２、１５４２、１５５２第２反射部

Claims

測定光を出射する送光部と、
揺動軸で支持されて揺動し、前記測定光を反射する送光ミラーと、
前記揺動軸の方向で前記送光部と離間して設けられた受光部と、
前記測定光を前記送光ミラーから受光し、前記揺動軸の方向で前記受光部寄りの位置から出射する光軸シフト部と、
前記送光ミラーと同期して揺動し、前記光軸シフト部から出射された前記測定光の対象物からの戻り光を前記受光部に向けて反射する受光ミラーと、
前記測定光及び前記戻り光が透過する窓を有する筐体と、
を備え、
前記光軸シフト部は、前記窓に設けられ、対向する第１反射部と第２反射部とを有し、
前記第１反射部は、前記窓と前記測定光とが交わる位置に配置され、
前記第２反射部は、前記第１反射部を前記受光部寄りに平行移動した位置に配置され、且つ、前記第１反射部に対して前記窓に沿って前記揺動軸の方向に移動可能に設置されている
測定装置。
前記送光ミラーと前記受光ミラーとが、同一の平面に配置され、かつ同一の揺動軸で支持されて揺動する、
請求項１に記載の測定装置。
さらに、前記筐体内に遮光板を備え、
前記第２反射部は、前記揺動軸の方向で、前記遮光板よりも前記受光部寄りに位置する、
請求項１又は２に記載の測定装置。
前記窓が、前記揺動軸と平行な平面形状に設けられている、
請求項１から３の何れか１項に記載の測定装置。
前記窓が、前記揺動軸を中心とする円筒形状に設けられている、
請求項１から３の何れか１項に記載の測定装置。