JP7311718B2 - 測距装置 - Google Patents
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Description
〈測距装置100の構成〉
図1は、実施の形態に係る測距装置100の概略的な構成と対象物90とを示す図である。測距装置100は、出射光L10が照射された対象物90で反射又は散乱した戻り光L20を検出して、対象物90までの距離を検出する。測距装置100は、例えば、出射光L10としてシングルモードレーザ光又はマルチモードレーザ光を対象物90に照射する。なお、測距装置100は、複数の対象物90までの距離を検出してもよい。そのため、測距装置100は、少なくとも1つの対象物90までの距離を検出することができる。
図2は、図1に示される光走査装置101の概略的な構成を示す構成図である。図2に示されるように、光走査装置101は、レーザ光源部10と、走査光学部としての走査ミラー20と、受光光学部としての受光光学系30と、光路案内部としての光分割素子40とを有する。
図1に戻って、コンピュータ102及び筐体103の構成について説明する。コンピュータ102は、制御部としてのコントローラ102aと、演算器102bと、記憶装置102cとを有する。コントローラ102a及び演算器102bは、CPU(Central Proccessing Unit)、GPU(Graphics Proccessing Unit)又はFPGA(Field-Programmable Gate Array)などのプロセッサに備えられている。記憶装置102cは、例えば、ROM(Read On Memory)又はハードディスクである。
筐体103は、光走査装置101及びコンピュータ102を収容する。筐体103は、透明窓103aを有する。透明窓103aは、光走査装置101から出射された出射光L10及び対象物90で反射又は散乱した戻り光L20を透過させる。なお、透明窓103aは、出射光L10及び戻り光L20のそれぞれの波長と異なる波長を有する波長フィルタによって形成されていてもよい。これにより、不要な光を遮蔽することができる。また、測距装置100において、コンピュータ102は、筐体103に収容されていなくても実現することができる。この場合、コンピュータ102は、筐体103の外部に配置されていてもよい。
次に、図1に示されるコントローラ102aによる制御内容について説明する。コントローラ102aは、光源11を制御する。これにより、レーザ光L1の出射タイミングが制御される。コントローラ102aは、光源11がレーザ光L1を出射した時刻(以下、「第1のタイミング」とも呼ぶ。)を示す信号を、光源11から受信する。
以上に説明した実施の形態によれば、測距装置100は、レーザ光源部10から光分割素子40の反射部40aに向かう出射光L10の光路上に配置され、出射光L10の径を小さくするアパーチャ部50を有する。これにより、出射光L10が光分割素子40に入射したときの散乱及び回折の発生が防止されるため、測距方位の分解能を向上させることができる。また、出射光L10の散乱光及び回折光が迷光として受光光学系30に入射することが防止されるため、測距可能距離を伸ばすことができる。したがって、実施の形態に係る測距装置100では、測距方位の分解能を向上させつつ、測距可能距離を伸ばすことができる。
図4は、実施の形態の変形例1に係る測距装置200の構成を示す構成図である。図4において、図2に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図2に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態の変形例1に係る測距装置200は、第2のアパーチャ部60を更に有する点で、実施の形態に係る測距装置100と相違する。これ以外の点については、実施の形態の変形例1に係る測距装置200は、実施の形態に係る測距装置100と同じである。
以上に説明した実施の形態の変形例1によれば、測距装置200は、レーザ光源部10から光分割素子40の反射部40aに向かう出射光L10の光路上に配置され、出射光L10の径を小さくする第1のアパーチャ部50を有する。これにより、出射光L10が光分割素子40に入射したときの散乱及び回折の発生が防止されるため、測距方位の分解能を向上させることができる。また、出射光L10の散乱光及び回折光が迷光として受光光学系30に入射することが防止されるため、測距可能距離を伸ばすことができる。したがって、測距装置200では、測距方位の分解能を向上させつつ、測距可能距離を伸ばすことができる。
上記実施の形態及び実施の形態の変形例1では、レーザ光源部10から出射された出射光L10が光分割素子40で反射して走査ミラー20に向けられ、戻り光L20が光分割素子40を透過して受光光学系30に入射する例を説明した。実施の形態の変形例2では、レーザ光源部10から出射された出射光L10が光分割素子340を通過して走査ミラー20に向けられ、戻り光L20が光分割素子40で反射して受光光学系30に入射する例を説明する。図7は、実施の形態の変形例2に係る測距装置300の概略的な構成を示す構成図である。図7において、図2又は4に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図2又は4に示される符号と同じ符号が付される。
以上に説明した実施の形態の変形例2によれば、測距装置300は、レーザ光源部10から光分割素子340の透過部340bに向かう出射光L10の光路上に配置され、出射光L10の径を小さくする第1のアパーチャ部50を有する。これにより、出射光L10が光分割素子340に入射したときの散乱及び回折の発生が防止されるため、測距方位の分解能を向上させることができる。また、出射光L10の散乱光及び回折光が迷光として受光光学系30に入射することが防止されるため、測距可能距離を伸ばすことができる。したがって、測距装置300では、測距方位の分解能を向上させつつ、測距可能距離を伸ばすことができる。
図10は、実施の形態の変形例3に係る測距装置400の概略的な構成を示す構成図である。図10において、図5に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図5に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態の変形例3に係る測距装置400は、第1のアパーチャ部450及び第2のアパーチャ部460それぞれの形状の点で、実施の形態の変形例1に係る測距装置200と相違する。これ以外の点については、実施の形態の変形例3に係る測距装置400は、実施の形態の変形例1に係る測距装置200と同じである。そのため、以下の説明では、図4を参照する。
以上に説明した実施の形態の変形例3によれば、第1のアパーチャ部450は、第1の開口50aに近づくほど薄肉となる板状の部材である。これにより、レーザ光源部10から出射された出射光L10が第1の開口50aを通過するときに、第1の開口50aを囲う内面における散乱及び回折の発生を抑制できる。よって、測距装置400では、測距方位の分解能を向上させつつ、測距可能距離を伸ばすことができる。
図11は、実施の形態の変形例4に係る測距装置500の概略的な構成を示す構成図である。図11において、図5に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図5に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態の変形例4に係る測距装置500は、第1のアパーチャ部450及び第2のアパーチャ部460それぞれの形状の点で、実施の形態の変形例1に係る測距装置200と相違する。これ以外の点については、実施の形態の変形例4に係る測距装置500は、実施の形態の変形例1に係る測距装置200と同じである。そのため、以下の説明では、図4を参照する。
以上に説明した実施の形態の変形例4によれば、第1のアパーチャ部550は、板部551と、板部551に対して出射光L10の出射方向にずれて配置された板部552とを有し、レーザ光源部10から光分割素子340に向かう出射光L10は、板部551と板部552との間を通過する。これにより、第1のアパーチャ部550の位置精度を高めつつ、迷光の発生を防止することができる。
Claims (16)
- 対象物で反射又は散乱した戻り光を検出して、前記対象物までの距離を測定する測距装置であって、
マルチモードレーザ光を出射光として前記対象物に照射するレーザ光源部と、
前記レーザ光源部から出射された前記出射光を走査する走査光学部と、
前記走査光学部で走査された前記出射光が照射された前記対象物で反射又は散乱し、前記走査光学部で反射した前記戻り光を検出する受光光学部と、
前記レーザ光源部から出射された前記出射光を前記走査光学部に向ける光路案内部と、
前記出射光の中心光束を含む部分を通過させる第1の光通過部と、前記第1の光通過部の外側に配置された第1の遮光部とによって構成され、前記レーザ光源部から前記光路案内部に向かう前記出射光の光路上に配置され、前記出射光の径を小さくする第1のアパーチャ部と、
前記第1のアパーチャ部から前記光路案内部に向かう前記出射光の光路上に配置され、前記第1の光通過部より大きい第2の光通過部を含む第2のアパーチャ部と
を有する、
ことを特徴とする測距装置。 - 前記走査光学部で反射した前記戻り光は、前記光路案内部を透過して前記受光光学部に入射する、
ことを特徴とする請求項1に記載の測距装置。 - 前記走査光学部で反射した前記戻り光は、前記光路案内部で反射して前記受光光学部に入射する、
ことを特徴とする請求項1に記載の測距装置。 - 前記走査光学部で反射した前記戻り光は、前記光路案内部の外側を通過して前記受光光学部に入射する、
ことを特徴とする請求項1に記載の測距装置。 - 前記第1のアパーチャ部は、前記第1の光通過部と前記第1の遮光部との間に配置された第1の境界領域を更に有し、
前記第1の境界領域における前記出射光の透過率は、前記第1の光通過部に近づくほど高くなる、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の測距装置。 - 前記第1の光通過部は、前記出射光の径より小さい第1の開口である、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の測距装置。 - 前記第2のアパーチャ部は、
前記第1のアパーチャ部と前記光路案内部との間の位置に設置され、
前記第2のアパーチャ部の前記第2の光通過部の設置位置は、前記出射光の光軸に垂直な面内での前記第1のアパーチャ部から前記光路案内部に向かう前記出射光の光強度分布において振幅分布の値が前記出射光のピーク強度の1/5以下、かつ、1/1000以上となる位置である
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の測距装置。 - 前記第1の光通過部は、第1の開口であり、
前記第2の光通過部は、第2の開口であり、
前記第1の開口及び前記第2の開口の少なくとも一方である開口を囲う内面には、前記開口に近づくほど幅狭となる複数の凸部が配列されている、
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の測距装置。 - 前記第1のアパーチャ部と前記第2のアパーチャ部との間の距離は、1.0mm以上である、
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の測距装置。 - 前記第1のアパーチャ部及び前記第2のアパーチャ部のうちの少なくとも一方の前記出射光の出射方向の厚みは、2.0mm以上である、
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の測距装置。 - 前記第2のアパーチャ部は、
前記第2の光通過部の外側に配置された第2の遮光部と
前記第2の光通過部と前記第2の遮光部との間に配置された第2の境界領域と
を更に含み、
前記第2の境界領域における前記出射光の透過率は、前記第2の光通過部に近づくほど高くなる、
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の測距装置。 - 前記第1のアパーチャ部及び前記第2のアパーチャ部のうちの少なくとも一方は、前記第1の光通過部に近づくほど薄肉となる板状の部材である、
ことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の測距装置。 - 前記第1のアパーチャ部及び前記第2のアパーチャ部のうちの少なくとも一方は、
第1の板部と、
前記第1の板部に対して前記出射光の出射方向にずれて配置された第2の板部と
を有し、
前記レーザ光源部から前記光路案内部に向かう前記出射光は、前記第1の板部と前記第2の板部との間を通過する、
ことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の測距装置。 - 前記第1のアパーチャ部及び前記第2のアパーチャ部のうちの少なくとも一方は、
第1の板部と、
前記第1の板部に対して前記出射光の出射方向にずれて配置された第2の板部と
を有し、
前記第2の板部は、前記レーザ光源部から前記光路案内部に向かう前記出射光が通過する貫通部を有し、
前記出射方向に見たときに、前記第1の板部は、前記貫通部の一部と重なっている、
ことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の測距装置。 - 前記レーザ光源部は、
光源と、
前記光源から発せられたレーザ光を平行光に変換して前記出射光として出射する光学部と
を有する、
ことを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の測距装置。 - 前記受光光学部は、
受光素子と、
前記走査光学部で反射した前記戻り光を集光して前記受光素子に向ける集光レンズと
を有し、
前記光路案内部は、前記受光光学部の光軸に垂直な面に対して傾斜している、
ことを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の測距装置。
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