JP7483016B2

JP7483016B2 - 測距装置

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Publication number: JP7483016B2
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Authority: JP
Inventors: 菜月本田; 正幸大牧; 彰太中原
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Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2024-05-14
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Description

本開示は、測距装置に関する。

特許第６５１９０３３号公報（特許文献１）は、投光部と、走査部と、受光部とを備える物体検出装置を開示している。投光部は、レーザダイオードモジュールと、投光光学系とを含む。走査部は、ミラーと、ミラーを駆動するアクチュエータとを含む。受光部は、集光レンズと、受光素子と、アパーチャとを含む。レーザダイオードモジュールから放射されるレーザビームの発散角αは、角度β以下である。角度βは、arctan（Ｄ／ｄ）によって与えられる。Ｄはアパーチャの直径を表し、ｄは集光レンズからアパーチャまでの距離を表す。

特許第６５１９０３３号公報

特許文献１の物体検出装置では、角度βは角度α以上であるため、物体検出装置の分解能が低い。本開示は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、向上された分解能を有する測距装置を提供することである。

本開示の第一の局面の測距装置は、第１光源と、走査ミラーと、第１受光光学系とを備える。第１光源は、第１光ビームを出射する。走査ミラーは、第１光ビームを走査する。第１受光光学系は、第１光ビームが少なくとも一つの対象物で反射または散乱されることによって生成される第１戻り光を受光する。第１受光光学系は、第１集光光学系と、第１受光素子と、第１集光光学系と第１受光素子との間にある第１アパーチャとを含む。第１アパーチャは、第１集光光学系の第１焦点面上に配置されている。第１受光光学系の第１視野角は、第１光ビームの第１発散角より小さい。第１視野角は、arctan（Ｄ₁／ｆ₁）で与えられる。ｆ₁は第１集光光学系の第１焦点距離を表し、Ｄ₁は第１アパーチャに設けられている第１孔の第１直径を表す。

本開示の第二の局面の測距装置は、複数の光源と、走査ミラーと、光走査領域補正光学部材と、複数の受光光学系とを備える。複数の光源は、複数の光ビームをそれぞれ出射する。走査ミラーは、複数の光ビームを走査する。光走査領域補正光学部材は、走査ミラーで走査された複数の光ビームが形成する複数の光走査領域の少なくとも一つを補正する。複数の受光光学系は、複数の光ビームがそれぞれ少なくとも一つの対象物で反射または散乱されることによって生成される複数の戻り光をそれぞれ受光する。複数の受光光学系は、各々、集光光学系と、受光素子と、集光光学系と受光素子との間にあるアパーチャとを含む。アパーチャは、集光光学系の焦点面上に配置されている。受光光学系の視野角は、受光光学系に対応する複数の光ビームの各々の発散角よりも小さい。受光光学系の視野角は、arctan（Ｄ／ｆ）で与えられる。ｆは、集光光学系の焦点距離を表す。Ｄは、アパーチャに設けられている孔の直径を表す。

複数の光走査領域のうち互いに隣接する一対の光走査領域の一方の第１端部が一対の光走査領域の他方の第２端部にのみ重なるまたは一対の光走査領域の他方の第２端部に接することによって、光走査領域が拡張される方向を第１軸とする。走査ミラーが複数の光走査領域に対応する走査ミラーの回転範囲の中心にある場合の走査ミラーの法線を第２軸とする。第１軸と第２軸とを含む平面に投影された走査ミラーに入射する複数の光ビームの各々の光軸と第２軸との間の角度が大きいほど、複数の光ビームの各々に対応するアパーチャに設けられている孔の直径は大きい。

本開示の第三の局面の測距装置は、複数の光源と、走査ミラーと、光走査領域補正光学部材と、複数の受光光学系とを備える。複数の光源は、複数の光ビームをそれぞれ出射する。走査ミラーは、複数の光ビームを走査する。光走査領域補正光学部材は、走査ミラーで走査された複数の光ビームが形成する複数の光走査領域の少なくとも一つを補正する。複数の受光光学系は、複数の光ビームがそれぞれ少なくとも一つの対象物で反射または散乱されることによって生成される複数の戻り光をそれぞれ受光する。複数の受光光学系は、各々、集光光学系と、受光素子と、集光光学系と受光素子との間にあるアパーチャとを含む。アパーチャは、集光光学系の焦点面上に配置されている。受光光学系の視野角は、受光光学系に対応する複数の光ビームの各々の発散角よりも小さい。受光光学系の視野角は、arctan（Ｄ／ｆ）で与えられる。ｆは、集光光学系の焦点距離を表す。Ｄは、アパーチャに設けられている孔の直径を表す。

複数の光走査領域のうち互いに隣接する一対の光走査領域の一方の第１端部が一対の光走査領域の他方の第２端部にのみ重なるまたは一対の光走査領域の他方の第２端部に接することによって、光走査領域が拡張される方向を第１軸とする。走査ミラーが複数の光走査領域に対応する走査ミラーの回転範囲の中心にある場合の走査ミラーの法線を第２軸とする。第１軸と第２軸とを含む平面に投影された走査ミラーに入射する複数の光ビームの各々の光軸と第２軸との間の角度が大きいほど、複数の光ビームの各々に対応するアパーチャに設けられている孔の直径は小さい。

本開示の第一の局面の測距装置では、第１アパーチャは、第１受光光学系の第１視野角を第１光ビームの第１発散角より小さくして、第１受光素子に入射することができる第１戻り光の角度範囲を制限する。そのため、本開示の第一の局面の測距装置の分解能は向上され得る。

本開示の第二の局面及び第三局面の測距装置では、アパーチャは、受光光学系の視野角を、受光光学系に対応する複数の光ビームの各々の発散角より小さくして、受光素子に入射することができる戻り光の角度範囲を制限する。そのため、本開示の第二の局面及び第三局面の測距装置の分解能は向上され得る。

実施の形態１から実施の形態３の測距装置の概略図である。実施の形態１の測距装置に含まれる光ビーム走査装置の概略図である。実施の形態１から実施の形態３の測距装置に含まれる照射光学系及び光源の概略拡大図である。実施の形態１及び実施の形態３の測距装置に含まれる第１受光光学系の概略拡大図である。実施の形態１の第１変形例の測距装置に含まれる第１受光光学系の概略拡大図である。実施の形態１の第２変形例の測距装置に含まれる光ビーム走査装置の概略図である。実施の形態２の測距装置に含まれる光ビーム走査装置の概略図である。実施の形態２の測距装置に含まれる第１受光光学系の概略拡大図である。実施の形態３の測距装置に含まれる光ビーム走査装置の概略平面図である。実施の形態３の測距装置に含まれる光ビーム走査装置の概略正面図である。実施の形態３の測距装置に含まれる第２受光光学系の概略拡大図である。 θ_xa及びθ_yaの定義を示す図である。比較例の測距装置の複数の光走査領域を示す図である。実施の形態３の測距装置の複数の光走査領域を示す図である。

以下、本開示の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

実施の形態１．
図１から図４を参照して、実施の形態１の測距装置１を説明する。測距装置１は、光ビーム走査装置２と、コンピュータ３と、筐体７とを備える。光ビーム走査装置２は、光源１０と、照射光学系１５と、光ビームスプリッタ１６と、走査ミラー２０と、受光光学系３０とを含む。

図２及び図３を参照して、光源１０は、光ビーム１２を出射する。例えば、光源１０は半導体レーザであり、光ビーム１２はレーザビームである。光源１０は、例えば、図３に示されるように、複数の発光点１１ａ，１１ｂ，１１ｃを含む。光源１０は、例えば、１０Ｗ以上の高出力を有している。

複数の発光点１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、例えば、水平方向のような一つの方向に配列されている。光源１０は、複数の発光点１１ａ，１１ｂ，１１ｃが配列されている方向において、点光源と見なすことができないほど広い発光領域幅を有している。複数の発光点１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、それぞれ、複数の光ビーム１３ａ，１３ｂ，１３ｃを出射する。光ビーム１２は、複数の光ビーム１３ａ，１３ｂ，１３ｃを含む。複数の光ビーム１３ａ，１３ｂ，１３ｃの光軸は、互いに平行である。複数の光ビーム１３ａ，１３ｂ，１３ｃの光軸は、各々、例えば、照射光学系１５の光軸１５ｐに平行である。複数の光ビーム１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、各々、拡がり角を有している。

照射光学系１５は、光源１０から出射される光ビーム１２をコリメートする。照射光学系１５は、例えば、凸レンズを含む。複数の発光点１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、照射光学系１５の焦点面上に位置している。上記のとおり、光源１０は、複数の発光点１１ａ，１１ｂ，１１ｃが配列されている方向において、点光源と見なすことができないほど広い発光領域幅を有している。そのため、図３に示されるように、照射光学系１５を通過した光ビーム１２は、複数の発光点１１ａ，１１ｂ，１１ｃが配列されている方向において、発散角αを有する。

具体的には、複数の発光点１１ａ，１１ｂ，１１ｃのうちの一つの発光点１１ｂは、照射光学系１５の光軸１５ｐ上に（すなわち、照射光学系１５の焦点に）位置している。そのため、発光点１１ｂから出射される光ビーム１３ｂは、照射光学系１５によってコリメートされて、照射光学系１５の光軸１５ｐに平行に進む。これに対し、発光点１１ａ，１１ｃは、照射光学系１５の光軸１５ｐ（すなわち、照射光学系１５の焦点）から、複数の発光点１１ａ，１１ｂ，１１ｃが配列されている方向にずれている。そのため、発光点１１ａから出射される光ビーム１３ａは、照射光学系１５によってコリメートされて、照射光学系１５の光軸１５ｐに対して斜めに進む。発光点１１ｃから出射される光ビーム１３ｃは、照射光学系１５によってコリメートされて、照射光学系１５の光軸１５ｐに対して斜めに進む。こうして、照射光学系１５を通過した光ビーム１２は、発散角αを有する。

図２を参照して、光ビームスプリッタ１６は、光ビーム１２と、光ビーム１２が少なくとも一つの対象物９（図１を参照）で反射または散乱されることによって生成される戻り光２６とを分離する。例えば、光ビームスプリッタ１６は、光ビーム１２を反射し、戻り光２６を透過させる。具体的には、光ビームスプリッタ１６は、反射部１７と、透過部１８とを含む。反射部１７は、照射光学系１５を通過した光ビーム１２を、走査ミラー２０に向けて反射する。透過部１８は、戻り光２６を、受光光学系３０に向けて透過させる。光ビームスプリッタ１６は、例えば、透明板のうち反射部１７に対応する部分上に選択的に反射膜を形成することによって得られる。

走査ミラー２０は、光ビーム１２を反射しかつ走査する。走査ミラー２０は、走査ミラー２０の法線に垂直な平面に平行でありかつ互いに垂直な二つの回転軸２１，２２のまわりに回転し得る。走査ミラー２０は、光ビーム１２を、二次元的に走査する。走査ミラー２０は、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーである。走査ミラー２０によって走査された光ビーム１２は、光走査領域を照射する。

図２及び図４を参照して、受光光学系３０は、戻り光２６を受光する。受光光学系３０は、集光光学系３１と、アパーチャ３２と、受光素子３６とを含む。

集光光学系３１は、戻り光２６を、集光させながら、受光素子３６に導く。集光光学系３１は、例えば、集光レンズを含む。集光光学系３１は、第１焦点距離ｆ₁を有する。

受光素子３６は、戻り光２６を受光する。受光素子３６は、例えば、アバランシェフォトダイオードもしくは単一光子アバランシェフォトダイオードのようなフォトダイオード、または、シリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である。アバランシェフォトダイオード、単一光子アバランシェフォトダイオードまたはシリコンフォトマルチプライヤーのような高い感度を有する受光素子３６を用いることによって、測距装置１から遠方にありかつ低い反射率を有する少なくとも一つの対象物９からの微弱な戻り光２６が検出され得る。そのため、測距装置１による測距可能な距離が増加して、測距装置１は、より広い範囲にわたって少なくとも一つの対象物９の正確な距離画像を得ることができる。

図４を参照して、受光素子３６は、受光領域３７を含む。受光領域３７は、受光素子３６のうち、戻り光２６に対して感度を有する領域である。戻り光２６は、受光領域３７に入射する。受光領域３７は、発散角αに対応する方向において、直径Ｄ_r1を有する。受光素子３６の受光領域３７は、戻り光２６の光軸方向において、集光光学系３１から距離ｄ₁だけ離れている。

アパーチャ３２は、集光光学系３１と受光素子３６との間に配置されている。アパーチャ３２は、集光光学系３１の焦点面上に配置されている。アパーチャ３２には、孔３２ｈが設けられている。アパーチャ３２は、受光素子３６に入射することができる戻り光２６の角度範囲を制限する。受光光学系３０はアパーチャ３２を含むため、受光光学系３０の第１視野角θ₁はarctan（Ｄ₁／ｆ₁）で与えられる。Ｄ₁は、発散角αに対応する方向における孔３２ｈの直径である。受光光学系３０の第１視野角θ₁は、光ビーム１２の発散角αより小さい。これに対し、アパーチャ３２が無い場合の受光光学系３０の視野角θ_r1は、arctan（Ｄ_r1／ｄ₁）で与えられる。アパーチャ３２が無い場合の受光光学系３０の視野角θ_r1は、光ビーム１２の発散角αより大きい。

図１を参照して、コンピュータ３は、コントローラ４と、演算器５と、ＲＯＭまたはハードディスクのような記憶装置６とを含む。コントローラ４と演算器５とは、例えば、コンピュータ３に含まれる、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、または、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）のようなプロセッサである。

コントローラ４は、光源１０、走査ミラー２０及び受光素子３６に通信可能に接続されている。コントローラ４は、測距装置１を制御する。

具体的には、コントローラ４は、光源１０を制御して、光源１０からパルス状の光ビーム１２が出射するタイミングを制御する。コントローラ４は、光源１０が光ビーム１２を出射した第１タイミングを、光源１０から受信する。コントローラ４は、走査ミラー２０を制御する。コントローラ４は、走査ミラー２０の傾き角（例えば、走査ミラー２０の法線の角度）を受信する。コントローラ４は、受光素子３６が受光した戻り光２６の光量に応じた信号を、受光素子３６から受信する。コントローラ４は、受光素子３６が戻り光２６を受光した第２タイミングを受信する。

演算器５は、コントローラ４が受信した走査ミラー２０の傾き角と記憶装置６に格納されている走査ミラー２０に対する光源１０の位置とから、光ビーム１２の出射方向を算出する。演算器５は、コントローラ４から、光源１０が光ビーム１２を出射した第１タイミングを受信する。演算器５は、コントローラ４から、受光素子３６が戻り光２６を受光した第２タイミングを受信する。演算器５は、光ビーム１２の出射方向、光源１０が光ビーム１２を出射した第１タイミング、及び、受光素子３６が戻り光２６を受光した第２タイミングに基づいて、測距装置１から少なくとも一つの対象物９までの距離と測距装置１に対する少なくとも一つの対象物９の方向とを算出する。

演算器５は、測距装置１から少なくとも一つの対象物９までの距離と測距装置１に対する少なくとも一つの対象物９の方向とを含む少なくとも一つの対象物９の距離画像を生成する。演算器５は、少なくとも一つの対象物９の距離画像を、記憶装置６またはコンピュータ３に通信可能に接続されている表示装置（図示せず）に出力する。表示装置は、少なくとも一つの対象物９の距離画像を表示する。

筐体７は、光ビーム走査装置２と、コンピュータ３とを収容する。筐体７には、光ビーム１２及び戻り光２６を透過させる透明窓８が設けられている。透明窓８は、光ビーム１２及び戻り光２６を透過させるが、光ビーム１２及び戻り光２６とは異なる波長を有しかつ不要な光を遮断する波長フィルタで形成されてもよい。コンピュータ３は、筐体７の外部に配置されてもよい。

図５を参照して、本実施の形態の第１変形例では、受光光学系３０は、光拡散素子３３をさらに含む。光拡散素子３３は、アパーチャ３２と受光素子３６との間に配置されている。光拡散素子３３は、例えば、光拡散板または光拡散フィルムである。

戻り光２６がアパーチャ３２の孔３２ｈを通過する際に、戻り光２６の一部が回折されて、戻り光２６の光強度分布が不均一になる。本明細書において、戻り光２６の光強度分布は、戻り光２６の光軸に垂直な面における、戻り光２６の光強度分布を意味する。戻り光２６の光強度分布が均一なほど、受光素子３６の感度が向上する。光拡散素子３３は、アパーチャ３２の孔３２ｈを通過した戻り光２６を拡散させて、戻り光２６の光強度分布をより均一にする。そのため、戻り光２６に対する受光素子３６の感度が向上する。戻り光２６の光強度分布をより均一にするために、光拡散素子３３に代えて、回折格子のような回折光学素子（ＤＯＥ）が用いられてもよい。

図６を参照して、本実施の形態の第２変形例では、光ビームスプリッタ１６の透過部１８は、光源１０から出射された光ビーム１２を走査ミラー２０に向けて透過させる。光ビームスプリッタ１６の反射部１７は、戻り光２６を、受光光学系３０に向けて反射させる。光ビームスプリッタ１６は、例えば、孔あきミラーであってもよい。孔あきミラーは、透過部１８に対応する部分に孔が設けられている反射ミラーである。

本実施の形態の第３変形例では、光源１０は、マルチモードレーザであってもよい。マルチモードレーザの出力は、シングルモードレーザの出力よりも大きい。マルチモードレーザは、例えば、水平方向においてマルチモード発振し、かつ、鉛直方向においてシングルモード発振する、水平マルチモードレーザである。マルチモードレーザは、マルチモード発振する方向において、点光源と見なすことができないほど広い発光領域幅を有している。そのため、照射光学系１５を通過した光ビーム１２は、発散角αを有する。

本実施の形態の測距装置１の効果を説明する。
本実施の形態の測距装置１は、第１光源（光源１０）と、走査ミラー２０と、第１受光光学系（受光光学系３０）とを備える。第１光源は、第１光ビーム（光ビーム１２）を出射する。走査ミラー２０は、第１光ビームを走査する。第１受光光学系は、第１光ビームが少なくとも一つの対象物９で反射または散乱されることによって生成される第１戻り光（戻り光２６）を受光する。第１受光光学系は、第１集光光学系（集光光学系３１）と、第１受光素子（受光素子３６）と、第１集光光学系と第１受光素子との間にある第１アパーチャ（アパーチャ３２）とを含む。第１アパーチャは、第１集光光学系の第１焦点面上に配置されている。第１受光光学系の第１視野角θ₁は、第１光ビームの第１発散角（発散角α）より小さい。第１視野角θ₁は、arctan（Ｄ₁／ｆ₁）で与えられる。ｆ₁は第１集光光学系の第１焦点距離を表し、Ｄ₁は第１アパーチャに設けられている第１孔（孔３２ｈ）の第１直径を表す。

第１アパーチャ（アパーチャ３２）は、第１受光光学系（受光光学系３０）の第１視野角θ₁を第１光ビーム（光ビーム１２）の第１発散角（発散角α）より小さくして、第１受光素子（受光素子３６）に入射することができる第１戻り光（戻り光２６）の角度範囲を制限する。そのため、測距装置１の分解能は向上され得る。

また、測距装置１の第１受光光学系（受光光学系３０）は、第１アパーチャ（アパーチャ３２）を含むため、測距装置１の分解能を向上させるために、照射光学系１５を長くする必要がない。低コストかつコンパクトな測距装置１が提供され得る。

本実施の形態の測距装置１では、第１アパーチャ（アパーチャ３２）が無い場合の第１受光光学系（受光光学系３０）の視野角θ_r1は、第１光ビーム（光ビーム１２）の第１発散角（発散角α）より大きい。第１アパーチャ（アパーチャ３２）が無い場合の第１受光光学系の視野角θ_r1は、arctan（Ｄ_r1／ｄ₁）で与えられる。ｄ₁は第１集光光学系と第１受光素子（受光素子３６）の受光領域３７との間の距離を表し、Ｄ_r1は受光領域３７の直径を表す。

一般に、光源の出力が増加するにつれて、光源から出射される光ビームの発散角は増加する。しかし、第１アパーチャ（アパーチャ３２）は、第１受光光学系（受光光学系３０）の第１視野角θ₁を第１光ビーム（光ビーム１２）の第１発散角（発散角α）より小さくして、第１受光素子（受光素子３６）に入射することができる第１戻り光（戻り光２６）の角度範囲を制限する。そのため、第１光源（光源１０）として高出力の光源を用いても、測距装置１の分解能は向上され得る。また、第１光源（光源１０）として高出力の光源を用いることができるため、測距装置１による測距可能な距離が増加して、測距装置１は、より広い範囲にわたって少なくとも一つの対象物９の正確な距離画像を得ることができる。

本実施の形態の測距装置１では、第１光源は、複数の発光点が配列されているレーザ、または、マルチモードレーザである。

そのため、第１光源として、低コストかつ高出力のレーザ光源が用いられ得る。一般に、光源の出力が増加するにつれて、光源から出射される光ビームの発散角は増加する。しかし、第１アパーチャ（アパーチャ３２）は、第１受光光学系（受光光学系３０）の第１視野角θ₁を第１光ビーム（光ビーム１２）の第１発散角（発散角α）より小さくして、第１受光素子（受光素子３６）に入射することができる第１戻り光（戻り光２６）の角度範囲を制限する。そのため、第１光源（光源１０）として低コストかつ高出力のレーザ光源を用いても、測距装置１の分解能を向上させることができる。また、第１光源（光源１０）として高出力の光源を用いることができるため、測距装置１による測距可能な距離が増加して、測距装置１は、より広い範囲にわたって少なくとも一つの対象物９の正確な距離画像を得ることができる。

本実施の形態の測距装置１では、第１受光光学系（受光光学系３０）は、第１アパーチャ（アパーチャ３２）と第１受光素子（受光素子３６）との間に配置されている光拡散素子３３または回折光学素子をさらに含む。

光拡散素子３３または回折光学素子は、第１アパーチャ（アパーチャ３２）の第１孔（孔３２ｈ）を通った戻り光２６の光強度分布をより均一にする。そのため、第１受光素子（受光素子３６）の感度が向上する。測距装置１による測距可能な距離が増加して、測距装置１は、より広い範囲にわたって少なくとも一つの対象物９の正確な距離画像を得ることができる。

実施の形態２．
図１、図３、図７及び図８を参照して、実施の形態２の測距装置１を説明する。本実施の形態の測距装置１は、実施の形態１の測距装置１と同様の構成を備えるが、光ビーム走査装置２に代えて、光ビーム走査装置２ａを備えている点で、実施の形態１の測距装置１と異なっている。

図７及び図８を参照して、光ビーム走査装置２ａは、実施の形態１の光ビーム走査装置２と同様の構成を備えているが、受光光学系３０に代えて、受光光学系３０ａを含む点で、実施の形態１の光ビーム走査装置２と異なっている。受光光学系３０ａは、後方アパーチャ３４をさらに含む。後方アパーチャ３４は、アパーチャ３２と受光素子３６との間に配置されている。後方アパーチャ３４の孔３４ｈの直径Ｄ_bは、アパーチャ３２の孔３２ｈの直径Ｄ₁より大きい。そのため、アパーチャ３２の孔３２ｈを通った戻り光２６が後方アパーチャ３４によってケラれることが防止される。

後方アパーチャ３４は、迷光４１，４２が受光素子３６に入射することを防止する。具体的には、測距装置１の外部から、少なくとも一つの対象物９からの戻り光２６に加えて、外乱光が迷光４１として、受光光学系３０ａに入射する。さらに、測距装置１の内部では、照射光学系１５に含まれる光学部品（例えば、レンズ）の表面または光ビームスプリッタ１６の表面などにおいて光ビーム１２の一部が反射または散乱されて、迷光４２が発生する。後方アパーチャ３４は、測距装置１の外部からの迷光４１と、測距装置１の内部における迷光４２とが、受光素子３６に入射することを防止する。

一例では、アパーチャ３２と後方アパーチャ３４との間で迷光４１，４２が多重反射し得るように、後方アパーチャ３４はアパーチャ３２に対して配置されている。後方アパーチャ３４の表面は、低い反射率を有している。そのため、迷光４１，４２は、アパーチャ３２と後方アパーチャ３４との間で多重反射して減衰される。別の例では、後方アパーチャ３４は、光吸収部材であってもよい。迷光４１，４２は、後方アパーチャ３４によって吸収されて、減衰される。

本実施の形態の測距装置１の効果は、実施の形態１の測距装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の測距装置１では、第１受光光学系（受光光学系３０ａ）は、第１アパーチャ（アパーチャ３２）と第１受光素子（受光素子３６）との間に配置されている後方アパーチャ３４をさらに含む。後方アパーチャ３４の孔３４ｈの直径Ｄ_bは、第１アパーチャの第１孔（孔３２ｈ）の第１直径（直径Ｄ₁）より大きい。

そのため、後方アパーチャ３４は、測距装置１の外部からの迷光４１と、測距装置１の内部における迷光４２とが第１受光素子（受光素子３６）に入射することが防止され得る。測距装置１から遠方にありかつ低い反射率を有する少なくとも一つの対象物９からの微弱な戻り光２６が正確に検出され得る。測距装置１による測距可能な距離が増加して、測距装置１は、より広い範囲にわたって少なくとも一つの対象物９の正確な距離画像を得ることができる。

実施の形態３．
図１、図３、図４、図９から図１１を参照して、実施の形態３の測距装置１を説明する。本実施の形態の測距装置１は、実施の形態１の測距装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態１の測距装置１と異なっている。

本実施の形態の測距装置１は、光ビーム走査装置２（図２を参照）に代えて、光ビーム走査装置２ｂを備える。光ビーム走査装置２ｂは、光ビーム走査装置２の構成に加えて、光源１０ｂと、照射光学系１５ｂと、光ビームスプリッタ１６ｂと、受光光学系３０ｂとをさらに含む。本実施の形態の測距装置１は、光走査領域補正光学部材５０をさらに備える。

光源１０ｂは、光ビーム１２ｂを出射する。例えば、光源１０ｂは半導体レーザであり、光ビーム１２ｂはレーザビームである。光源１０ｂは、図３に示される光源１０と同様の構成を含む。一例では、光源１０ｂは、複数の発光点を含む。別の例では、光源１０ｂは、高出力の水平マルチモードレーザ光源のようなマルチモードレーザである。光源１０ｂは、点光源と見なすことができないほど広い発光領域幅を有している。複数の光源１０，１０ｂの光軸は、互いに非平行である。

照射光学系１５ｂは、照射光学系１５と同様の機能を有する。具体的には、照射光学系１５ｂは、光源１０ｂから出射される光ビーム１２ｂをコリメートする。上記のとおり、光源１０ｂは、点光源と見なすことができないほど広い発光領域幅を有している。そのため、照射光学系１５ｂを通過した光ビーム１２ｂは、照射光学系１５を通過した光ビーム１２と同様に、第２発散角を有する。

光ビームスプリッタ１６ｂは、光ビームスプリッタ１６と同様の機能を有する。光ビームスプリッタ１６ｂは、光ビーム１２ｂと、光ビーム１２ｂが少なくとも一つの対象物９（図１を参照）で反射または散乱されることによって生成される戻り光２６ｂとを分離する。例えば、光ビームスプリッタ１６ｂは、光ビーム１２ｂを走査ミラー２０に向けて反射する。光ビームスプリッタ１６ｂは、戻り光２６ｂを透過させる。光ビームスプリッタ１６ｂは、光ビームスプリッタ１６と同様に構成されてもよい。

走査ミラー２０は、さらに、光ビーム１２ｂを反射しかつ走査する。走査ミラー２０は、さらに、光ビーム１２ｂを二次元的に走査する。走査ミラー２０によって走査された光ビーム１２は、光走査領域４５（図１４を参照）を照射する。走査ミラー２０によって走査された光ビーム１２ｂは、光走査領域４６（図１４を参照）を照射する。

図１０及び図１１を参照して、受光光学系３０ｂは、戻り光２６ｂを受光する。受光光学系３０ｂは、集光光学系３１ｂと、アパーチャ３２ｂと、受光素子３６ｂとを含む。

集光光学系３１ｂは、集光光学系３１と同様の機能を有する。具体的には、集光光学系３１ｂは、戻り光２６ｂを、集光させながら、受光素子３６ｂに導く。集光光学系３１ｂは、例えば、集光レンズを含む。集光光学系３１ｂは、第２焦点距離ｆ₂を有する。

受光素子３６ｂは、戻り光２６ｂを受光する。受光素子３６ｂは、例えば、アバランシェフォトダイオードもしくは単一光子アバランシェフォトダイオードのようなフォトダイオード、または、シリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である。アバランシェフォトダイオード、単一光子アバランシェフォトダイオードまたはシリコンフォトマルチプライヤーのような高い感度を有する受光素子３６ｂを用いることによって、測距装置１から遠方にありかつ低い反射率を有する少なくとも一つの対象物９からの微弱な戻り光２６ｂが検出され得る。そのため、測距装置１による測距可能な距離が増加して、測距装置１は、より広い範囲にわたって少なくとも一つの対象物９の正確な距離画像を得ることができる。

図１１を参照して、受光素子３６ｂは、受光領域３７ｂを含む。受光領域３７ｂは、受光素子３６ｂのうち、戻り光２６ｂに対して感度を有する領域である。戻り光２６ｂは、受光領域３７ｂに入射する。受光領域３７ｂは、第２発散角に対応する方向において、直径Ｄ_r2を有する。受光素子３６ｂの受光領域３７ｂは、戻り光２６ｂの光軸方向において、集光光学系３１ｂから距離ｄ₂だけ離れている。

アパーチャ３２ｂは、集光光学系３１ｂと受光素子３６ｂとの間に配置されている。アパーチャ３２ｂは、集光光学系３１ｂの第２焦点面上に配置されている。アパーチャ３２ｂには、孔３２ｉが設けられている。アパーチャ３２ｂは、受光素子３６ｂに入射することができる戻り光２６ｂの角度範囲を制限する。受光光学系３０ｂはアパーチャ３２ｂを含むため、受光光学系３０ｂの第２視野角θ₂はarctan（Ｄ₂／ｆ₂）で与えられる。Ｄ₂は、第２発散角に対応する方向における孔３２ｉの直径である。受光光学系３０ｂの第２視野角θ₂は、光ビーム１２ｂの第２発散角より小さい。これに対し、アパーチャ３２ｂが無い場合の受光光学系３０ｂの視野角θ_r2は、arctan（Ｄ_r2／ｄ₂）で与えられる。アパーチャ３２ｂが無い場合の受光光学系３０ｂの視野角θ_r2は、光ビーム１２ｂの第２発散角より大きい。

図９及び図１４を参照して、複数の光走査領域４５，４６は、第１方向（ｘ軸）に配列されている。測距装置１（光ビーム走査装置２ｂ）は、第１方向（ｘ軸）に光走査領域を拡げることができる。ｒ_x（図１３及び図１４を参照）は、回転軸２１（ｘ軸）まわりの走査ミラー２０の回転角を表す。ｒ_y（図１３及び図１４を参照）は、回転軸２２（ｙ軸）まわりの走査ミラー２０の回転角を表す。

複数の光走査領域４５，４６が配列される方向（第１方向（ｘ軸））において、互いに隣り合う一対の光走査領域の一方の端部は、互いに隣り合う一対の光走査領域の他方の端部のみと重なっている、または、互いに隣り合う一対の光走査領域の他方の端部に接している。複数の光走査領域４５，４６が配列される方向（第１方向（ｘ軸））において、互いに隣り合う一対の光走査領域の一方の中央領域は、互いに隣り合う一対の光走査領域の他方の中央部において重なっていない。互いに隣り合う一対の光走査領域の一方の中央領域は、互いに隣り合う一対の光走査領域の他方の中央部から、複数の光走査領域４５，４６が配列される方向（第１方向（ｘ軸））にずれている。

具体的には、複数の光走査領域４５，４６が配列される方向（第１方向（ｘ軸方向））において、光走査領域４６の端部は、光走査領域４５の端部のみと重なっている、または、光走査領域４５の端部に接している。複数の光走査領域４５，４６が配列される方向（第１方向（ｘ軸方向））において、光走査領域４６の中央部は、光走査領域４５の中央部と重なっていない。光走査領域４６の中央部は、光走査領域４５の中央部から、複数の光走査領域４５，４６が配列される方向（第１方向（ｘ軸方向））にずれている。

本明細書において、光走査領域４５の端部が光走査領域４６の端部にのみ重なるまたは光走査領域４６の端部に接することによって、測距装置１の光走査領域が拡張される方向（第１方向）をｘ軸とする。走査ミラー２０が複数の光走査領域４５，４６に対応する走査ミラー２０の回転範囲の中心にある場合の走査ミラー２０の法線２３を、ｚ軸とする。光走査領域４５に対応する走査ミラー２０の回転範囲の中心と、光走査領域４６に対応する走査ミラー２０の回転範囲の中心とは、互いに同じである。ｙ軸は、ｘ軸とｚ軸とに垂直である。ｘ軸とｚ軸とを含む平面を、第１平面（ｚｘ平面）とする。ｚ軸とｙ軸とを含む平面を第２平面（ｙｚ平面）とする。

測距装置１（光ビーム走査装置２ｂ）が第１方向（ｘ軸）に光走査領域を拡げることできる理由は、図９に示されるように、第２角度θ_ybが第１角度θ_yaと異なるからである。図１２に示されるように、第１角度θ_yaは、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する光ビーム１２の第１光軸とｚ軸との間の角度である。すなわち、第１角度θ_yaは、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０への光ビーム１２の入射角である。第２角度θ_ybは、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する光ビーム１２ｂの第２光軸とｚ軸との間の角度である。すなわち、第２角度θ_ybは、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０への光ビーム１２ｂの入射角である。本実施の形態では、第２角度θ_ybは、第１角度θ_yaより大きい。

図１３に示されるように、光走査領域補正光学部材５０が無ければ、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する複数の光ビーム１２，１２ｂの各々の光軸とｚ軸との間の角度が大きいほど、走査ミラー２０で走査された複数の光ビーム１２，１２ｂの各々が形成する複数の光走査領域４５，４６の各々の歪みが大きくなる。すなわち、光走査領域補正光学部材５０が無ければ、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０への複数の光ビーム１２，１２ｂの各々の入射角が大きいほど、走査ミラー２０で走査された複数の光ビーム１２，１２ｂの各々が形成する複数の光走査領域４５，４６の各々の歪みが大きくなる。

具体的には、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する光ビーム１２ｂの第２光軸とｚ軸との間の第２角度θ_ybは、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する光ビーム１２の第１光軸とｚ軸との間の第１角度θ_yaより大きい。すなわち、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０への光ビーム１２ｂの第２入射角は、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０への光ビーム１２の第１入射角より大きい。光走査領域補正光学部材５０が無ければ、走査ミラー２０で走査された光ビーム１２ｂが形成する光走査領域４６の歪みは、走査ミラー２０で走査された光ビーム１２が形成する光走査領域４５の歪みより大きい。

光走査領域補正光学部材５０は、例えば、自由曲面形状のレンズ（図９及び図１０を参照）または自由曲面形状のミラーである。光走査領域補正光学部材５０は、走査ミラー２０で走査された複数の光ビーム１２，１２ｂが形成する複数の光走査領域４５，４６の少なくとも一つを補正する。特定的には、光走査領域補正光学部材５０は、走査ミラー２０で走査された複数の光ビーム１２，１２ｂが形成する複数の光走査領域４５，４６の全てを補正する。

具体的には、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する複数の光ビーム１２，１２ｂの各々の光軸とｚ軸との間の角度が大きいほど、光走査領域補正光学部材５０は、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々により強い負のパワーを与える。こうして、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する複数の光ビーム１２，１２ｂの各々の光軸とｚ軸との間の角度が大きいほど、光走査領域補正光学部材５０は、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々に対応する複数の光走査領域４５，４６の各々の歪みをより大きく補正する。

具体的には、光走査領域補正光学部材５０は、光ビーム１２に対して相対的に弱い負のパワーを与えるのに対し、光ビーム１２ｂに対して相対的に強い負のパワーを与える。そのため、光走査領域補正光学部材５０は、光走査領域４６の歪みを光走査領域４５の歪みより大きく補正する。光走査領域４５の形状と光走査領域４６の形状との差は減少する。複数の光走査領域４５，４６は、各々、略矩形の形状のような望ましい形状を有する。

しかし、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々が光走査領域補正光学部材５０からより強い負のパワーを受けるほど、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々はより大きく拡がる。複数の光ビーム１２，１２ｂの各々が光走査領域補正光学部材５０からより強い負のパワーを受けるほど、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々に対応する複数の光走査領域４５，４６の各々はより低い単位面積当たりの光強度で照射されて、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々に対応する複数の戻り光２６，２６ｂの各々の光強度は減少する。そのため、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々が光走査領域補正光学部材５０からより強い負のパワーを受けるほど、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々を用いた少なくとも一つの対象物９の測距可能な距離または範囲が減少する。複数の光走査領域４５，４６の間で、測距可能な距離または範囲がばらつく。

具体的には、光走査領域補正光学部材５０は、光ビーム１２に対して相対的に弱い負のパワーを与えるのに対し、光ビーム１２ｂに対して相対的に強い負のパワーを与える。そのため、光ビーム１２ｂは、光ビーム１２より大きく拡がる。少なくとも一つの対象物９に照射される光ビーム１２ｂの単位面積当たりの光強度は、少なくとも一つの対象物９に照射される光ビーム１２の単位面積当たりの光強度より低い。戻り光２６ｂの光強度は、戻り光２６の光強度より低い。光ビーム１２ｂを用いた少なくとも一つの対象物９の測距可能な距離または範囲は、光ビーム１２を用いた少なくとも一つの対象物９の測距可能な距離または範囲より小さくなる。複数の光走査領域４５，４６の間で、測距可能な距離または範囲がばらつく。

また、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々は、光走査領域補正光学部材５０によってより強い負のパワーが与えられるほど、より大きく拡がって、より広い面積で少なくとも一つの対象物９に照射される。そのため、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々が光走査領域補正光学部材５０からより強い負のパワーを受けるほど、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々が形成する複数の光走査領域４５，４６の各々における測距装置１の分解能が低下する。複数の光走査領域４５，４６の間で、測距装置１の分解能がばらつく。

具体的には、光走査領域補正光学部材５０は、光ビーム１２に対して相対的に弱い負のパワーを与えるのに対し、光ビーム１２ｂに対して相対的に強い負のパワーを与える。そのため、光ビーム１２ｂは、光ビーム１２より大きく拡がる。少なくとも一つの対象物９に照射される光ビーム１２ｂの面積は、少なくとも一つの対象物９に照射される光ビーム１２の面積より大きい。光ビーム１２ｂが形成する光走査領域４６における測距装置１の分解能は、光ビーム１２が形成する光走査領域４５における測距装置１の分解能より低い。

そこで、本実施の形態では、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々が光走査領域補正光学部材５０から受ける負のパワーの強さに応じて、アパーチャ３２ｂの孔３２ｉの直径Ｄ₂を、アパーチャ３２の孔３２ｈの直径Ｄ₁とは異ならせている。

本実施の形態の一例では、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々が光走査領域補正光学部材５０からより強い負のパワーを受けるほど、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々に対応する複数の戻り光２６，２６ｂの各々に対応する複数のアパーチャ３２，３２ｂの各々の孔３２ｈ，３２ｉの直径Ｄ₁，Ｄ₂を大きくする。具体的には、光ビーム１２ｂは、光ビーム１２より、光走査領域補正光学部材５０からより強い負のパワーを受けている。光ビーム１２ｂに対応する戻り光２６ｂに対応するアパーチャ３２ｂの孔３２ｉの直径Ｄ₂を、光ビーム１２に対応する戻り光２６に対応するアパーチャ３２の孔３２ｈの直径Ｄ₁より大きくする。

そのため、光走査領域補正光学部材５０からより強い負のパワーを受ける複数の光ビーム１２，１２ｂの各々に対応する複数の戻り光２６，２６ｂの各々が、より多く、複数の戻り光２６，２６ｂの各々に対応する複数の受光素子３６，３６ｂの各々に到達する。具体的には、アパーチャ３２ｂを通って、受光素子３６ｂに到達する戻り光２６ｂの光量を増加させることができる。光ビーム１２ｂを用いた少なくとも一つの対象物９の測距可能な距離及び範囲が増加し得る。測距装置１によって測距可能な距離または範囲が増加する。また、光ビーム１２ｂを用いた少なくとも一つの対象物９の測距可能な距離及び範囲を、光ビーム１２を用いた少なくとも一つの対象物９の測距可能な距離及び範囲に近づけるまたは等しくすることができる。複数の光走査領域４５，４６の間で、測距可能な距離または範囲のばらつきを減少させることができる。

本実施の形態の別の例では、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々が光走査領域補正光学部材５０からより強い負のパワーを受けるほど、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々に対応する複数の戻り光２６，２６ｂの各々に対応する複数のアパーチャ３２，３２ｂの各々の孔３２ｈ，３２ｉの直径Ｄ₁，Ｄ₂を小さくする。具体的には、光ビーム１２ｂは、光ビーム１２より、光走査領域補正光学部材５０からより強い負のパワーを受けている。アパーチャ３２ｂの孔３２ｉの直径Ｄ₂を、アパーチャ３２の孔３２ｈの直径Ｄ₁より小さくしている。

そのため、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々が光走査領域補正光学部材５０からより強い負のパワーを受けるほど、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々に対応する複数の戻り光２６，２６ｂの各々が複数の戻り光２６，２６ｂの各々に対応する複数の受光素子３６，３６ｂの各々に入射することができる角度範囲は小さい。具体的には、アパーチャ３２ｂを通って受光素子３６ｂに入射することができる戻り光２６ｂの角度範囲は、アパーチャ３２を通って受光素子３６に入射することができる戻り光２６の角度範囲よりも小さい。光ビーム１２ｂが形成する光走査領域４６における測距装置１の分解能を向上させることができる。また、光ビーム１２ｂが形成する光走査領域４６における測距装置１の分解能を、光ビーム１２が形成する光走査領域４５における測距装置１の分解能に近づけるまたは等しくすることができる。複数の光走査領域４５，４６の間で、測距装置１の分解能のばらつきを減少させることができる。

複数の光源１０，１０ｂは、第１平面（ｚｘ平面）に対して一方側（＋ｙ方向側）に配置されている。第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する複数の光ビーム１２，１２ｂの各々の光軸とｚ軸との間の角度が大きいほど、第２平面（ｙｚ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する複数の光ビーム１２，１２ｂの各々の光軸とｚ軸との間の角度は大きい。すなわち、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０への複数の光ビーム１２，１２ｂの各々の入射角が大きいほど、第２平面（ｙｚ平面）に投影された、走査ミラー２０への複数の光ビーム１２，１２ｂの各々の入射角は大きい。そのため、ｘ軸及びｚ軸に垂直なｙ軸方向における複数の光走査領域４５，４６の間のずれが減少する。複数の光走査領域４５，４６の連続性が向上する。

具体的には、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する光ビーム１２ｂの第２光軸とｚ軸との間の第２角度θ_ybは、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する光ビーム１２の第１光軸とｚ軸との間の第１角度θ_yaより大きい。すなわち、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０への光ビーム１２ｂの入射角は、第１平面（ｚｘ平面）に投影された、走査ミラー２０への光ビーム１２の入射角より大きい。そして、第２平面（ｙｚ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する光ビーム１２ｂの第２光軸とｚ軸との間の第４角度θ_xbは、第２平面（ｙｚ平面）に投影された、走査ミラー２０に入射する光ビーム１２の第１光軸とｚ軸との間の第３角度θ_xa（図１２を参照）より大きい。すなわち、第２平面（ｙｚ平面）に投影された、走査ミラー２０への光ビーム１２ｂの入射角は、第２平面（ｙｚ平面）に投影された、走査ミラー２０への光ビーム１２の入射角より大きい。

図１を参照して、コントローラ４は、光源１０ｂ及び受光素子３６ｂにさらに通信可能に接続されている。コントローラ４は、光源１０，１０ｂを制御して、光源１０，１０ｂからパルス状の光ビーム１２，１２ｂが出射するタイミングを制御する。コントローラ４は、光源１０，１０ｂが光ビーム１２，１２ｂを出射した第１タイミングを、光源１０，１０ｂから受信する。コントローラ４は、受光素子３６，３６ｂが受光した戻り光２６，２６ｂの光量に応じた信号を、受光素子３６，３６ｂから受信する。コントローラ４は、受光素子３６，３６ｂが戻り光２６，２６ｂを受光した第２タイミングを受信する。

演算器５は、コントローラ４が受信した走査ミラー２０の傾き角と記憶装置６に格納されている走査ミラー２０に対する光源１０，１０ｂの位置とから、光ビーム１２，１２ｂの出射方向を算出する。演算器５は、コントローラ４から、光源１０，１０ｂが光ビーム１２，１２ｂを出射した第１タイミングを受信する。演算器５は、コントローラ４から、受光素子３６，３６ｂが戻り光２６，２６ｂを受光した第２タイミングを受信する。演算器５は、光ビーム１２，１２ｂの出射方向、光源１０，１０ｂが光ビーム１２，１２ｂを出射した第１タイミング、及び、受光素子３６，３６ｂが戻り光２６，２６ｂを受光した第２タイミングに基づいて、測距装置１から少なくとも一つの対象物９までの距離と測距装置１に対する少なくとも一つの対象物９の方向とを算出する。演算器５は、実施の形態１と同様に、少なくとも一つの対象物９の距離画像を生成する。演算器５は、実施の形態１と同様に、少なくとも一つの対象物９の距離画像を、表示装置（図示せず）に出力する。

本実施の形態の第１変形例では、実施の形態１の第１変形例（図５を参照）と同様に、光拡散素子３３または回折光学素子がアパーチャ３２と受光素子３６との間に配置されるとともに、光拡散素子３３または回折光学素子がアパーチャ３２ｂと受光素子３６ｂとの間に配置されている。

本実施の形態の第２変形例では、実施の形態２（図７を参照）と同様に、後方アパーチャ３４がアパーチャ３２と受光素子３６との間に配置されるとともに、第２後方アパーチャがアパーチャ３２ｂと受光素子３６ｂとの間に配置されている。

本実施の形態の第３変形例では、複数の光源１０，１０ｂの数は三以上である。
本実施の形態の測距装置１の効果は、実施の形態１の測距装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の測距装置１は、光走査領域補正光学部材５０をさらに備える。光走査領域補正光学部材５０は、走査ミラー２０で走査された第１光ビーム（光ビーム１２）が形成する第１光走査領域（光走査領域４５）を補正する。

そのため、光走査領域補正光学部材５０によって第１光ビーム（光ビーム１２）が拡げられても、第１アパーチャ（アパーチャ３２）は、第１受光素子（受光素子３６）に入射することができる第１戻り光（戻り光２６）の角度範囲を制限する。そのため、光走査領域補正光学部材５０を用いて、光走査領域４５をより望ましい形状にすることができるとともに、測距装置１の分解能は向上され得る。

本実施の形態の測距装置１は、第２光源（光源１０ｂ）と、第２受光光学系（受光光学系３０ｂ）とをさらに備える。第２光源は、第２光ビーム（光ビーム１２ｂ）を出射する。第２受光光学系は、第２光ビームが少なくとも一つの対象物９で反射または散乱されることによって生成される第２戻り光（戻り光２６ｂ）を受光する。走査ミラー２０は、第２光ビームをさらに走査する。光走査領域補正光学部材５０は、走査ミラー２０で走査された第２光ビームが形成する第２光走査領域（光走査領域４６）をさらに補正する。第２受光光学系は、第２集光光学系（集光光学系３１ｂ）と、第２受光素子（受光素子３６ｂ）と、第２集光光学系と第２受光素子との間にある第２アパーチャ（アパーチャ３２ｂ）とを含む。第２アパーチャは、第２集光光学系の第２焦点面上に配置されている。第２受光光学系の第２視野角θ₂は、第２光ビームの第２発散角より小さい。第２視野角θ₂は、arctan（Ｄ₂／ｆ₂）で与えられる。ｆ₂は第２集光光学系の第２焦点距離を表し、Ｄ₂は第２アパーチャに設けられている第２孔（孔３２ｉ）の第２直径（直径Ｄ₂）を表す。第２アパーチャの第２孔の第２直径は、第１アパーチャ（アパーチャ３２）の第１孔（孔３２ｈ）の第１直径（直径Ｄ₁）と異なっている。

そのため、光走査領域補正光学部材５０によって第２光ビーム（光ビーム１２ｂ）が拡げられても、第２アパーチャ（アパーチャ３２ｂ）は、第２受光素子（受光素子３６ｂ）に入射することができる第２戻り光（戻り光２６ｂ）の角度範囲を制限する。そのため、測距装置１の分解能は向上され得る。

また、第２アパーチャ（アパーチャ３２ｂ）の第２孔（孔３２ｉ）の第２直径（直径Ｄ₂）は、第１アパーチャ（アパーチャ３２）の第１孔（孔３２ｈ）の第１直径（直径Ｄ₁）と異なっている。そのため、第１光走査領域（光走査領域４５）及び第２光走査領域（光走査領域４６）の全体にわたって、測距装置１によって測距可能な距離もしくは範囲のばらつき、または、測距装置１の分解能のばらつきを減少させることができる。

本実施の形態の測距装置１では、第１光走査領域（光走査領域４５）の第１端部が第２光走査領域（光走査領域４６）の第２端部にのみ重なるまたは第２光走査領域の第２端部に接することによって、測距装置１の光走査領域が拡張される方向を第１軸（ｘ軸）とする。走査ミラー２０が第１光走査領域及び第２光走査領域に対応する走査ミラー２０の回転範囲の中心にある場合の走査ミラー２０の法線２３を第２軸（ｚ軸）とする。第１軸と第２軸とを含む平面（ｚｘ平面）に投影された走査ミラー２０に入射する第２光ビーム（光ビーム１２ｂ）の第２光軸と第２軸との間の第２角度は、当該平面（ｚｘ平面）に投影された走査ミラー２０に入射する第１光ビーム（光ビーム１２）の第１光軸と第２軸との間の第１角度より大きい。第２アパーチャ（アパーチャ３２ｂ）の第２孔（孔３２ｉ）の第２直径（直径Ｄ₂）は、第１アパーチャ（アパーチャ３２）の第１孔（孔３２ｈ）の第１直径（直径Ｄ₁）より大きい。

そのため、第２アパーチャ（アパーチャ３２ｂ）を通る第２戻り光（戻り光２６ｂ）の光量を増加させることができる。第２光ビーム（光ビーム１２ｂ）を用いた少なくとも一つの対象物９の測距可能な距離及び範囲が増加し得る。測距装置１によって測距可能な距離または範囲が増加する。また、第２光ビーム（光ビーム１２ｂ）を用いた少なくとも一つの対象物９の測距可能な距離及び範囲を、第１光ビーム（光ビーム１２）を用いた少なくとも一つの対象物９の測距可能な距離及び範囲に近づけるまたは等しくすることができる。第１光走査領域（光走査領域４５）と第２光走査領域（光走査領域４６）との間で、測距可能な距離または範囲のばらつきを減少させることができる。

本実施の形態の測距装置１は、複数の光源１０，１０ｂと、走査ミラー２０と、光走査領域補正光学部材５０と、複数の受光光学系３０，３０ｂとを備える。複数の光源１０，１０ｂは、複数の光ビーム１２，１２ｂをそれぞれ出射する。走査ミラー２０は、複数の光ビーム１２，１２ｂを走査する。光走査領域補正光学部材５０は、走査ミラー２０で走査された複数の光ビーム１２，１２ｂが形成する複数の光走査領域４５，４６の少なくとも一つを補正する。複数の受光光学系３０，３０ｂは、複数の光ビーム１２，１２ｂがそれぞれ少なくとも一つの対象物９で反射または散乱されることによって生成される複数の戻り光２６，２６ｂをそれぞれ受光する。複数の受光光学系３０，３０ｂは、各々、集光光学系３１，３１ｂと、受光素子３６，３６ｂと、集光光学系３１，３１ｂと受光素子３６，３６ｂとの間にあるアパーチャ３２，３２ｂとを含む。アパーチャ３２，３２ｂは、集光光学系３１，３１ｂの焦点面上に配置されている。受光光学系３０，３０ｂの視野角は、受光光学系３０，３０ｂに対応する複数の光ビーム１２，１２ｂの各々の発散角よりも小さい。受光光学系３０，３０ｂの視野角は、arctan（Ｄ／ｆ）で与えられる。ｆは、集光光学系３１，３１ｂの焦点距離を表す。Ｄは、アパーチャ３２，３２ｂに設けられている孔３２ｈ，３２ｉの直径を表す。

複数の光走査領域４５，４６のうち互いに隣接する一対の光走査領域の一方の第１端部が一対の光走査領域の他方の第２端部にのみ重なるまたは一対の光走査領域の他方の第２端部に接することによって、光走査領域が拡張される方向を第１軸（ｘ軸）とする。走査ミラー２０が複数の光走査領域４５，４６に対応する走査ミラー２０の回転範囲の中心にある場合の走査ミラー２０の法線２３を第２軸（ｚ軸）とする。第１軸（ｘ軸）と第２軸（ｚ軸）とを含む平面（ｚｘ平面）に投影された走査ミラー２０に入射する複数の光ビーム１２，１２ｂの各々の光軸と第２軸（ｚ軸）との間の角度が大きいほど、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々に対応するアパーチャ３２，３２ｂに設けられている孔３２ｈ，３２ｉの直径は大きい。

そのため、測距装置１によって測距可能な距離または範囲が増加する。複数の光走査領域４５，４６の間で、測距可能な距離または範囲のばらつきを減少させることができる。

本実施の形態の測距装置１では、第１光走査領域（光走査領域４５）の第１端部が第２光走査領域（光走査領域４６）の第２端部にのみ重なるまたは第２光走査領域の第２端部に接することによって、測距装置１の光走査領域が拡張される方向を第１軸（ｘ軸）とする。走査ミラー２０が第１光走査領域及び第２光走査領域に対応する走査ミラー２０の回転範囲の中心にある場合の走査ミラー２０の法線２３を第２軸（ｚ軸）とする。第１軸と第２軸とを含む平面（ｚｘ平面）に投影された走査ミラー２０に入射する第２光ビーム（光ビーム１２ｂ）の第２光軸と第２軸との間の第２角度は、当該平面（ｚｘ平面）に投影された走査ミラー２０に入射する第１光ビーム（光ビーム１２）の第１光軸と第２軸との間の第１角度より大きい。第２アパーチャ（アパーチャ３２ｂ）の第２孔（孔３２ｉ）第２直径（直径Ｄ₂）は、第１アパーチャ（アパーチャ３２）の第１孔（孔３２ｈ）の第１直径（直径Ｄ₁）より小さい。

そのため、第２光ビーム（光ビーム１２ｂ）が形成する第２光走査領域（光走査領域４６）における測距装置１の分解能を向上させることができる。また、第２光ビーム（光ビーム１２ｂ）が形成する第２光走査領域（光走査領域４６）における測距装置１の分解能を、第１光ビーム（光ビーム１２）が形成する第１光走査領域（光走査領域４５）における測距装置１の分解能に近づけるまたは等しくすることができる。第１光走査領域（光走査領域４５）と第２光走査領域（光走査領域４６）との間で、測距装置１の分解能のばらつきを減少させることができる。

複数の光走査領域４５，４６のうち互いに隣接する一対の光走査領域の一方の第１端部が一対の光走査領域の他方の第２端部にのみ重なるまたは一対の光走査領域の他方の第２端部に接することによって、光走査領域が拡張される方向を第１軸（ｘ軸）とする。走査ミラー２０が複数の光走査領域４５，４６に対応する走査ミラー２０の回転範囲の中心にある場合の走査ミラー２０の法線２３を第２軸（ｚ軸）とする。第１軸（ｘ軸）と第２軸（ｚ軸）とを含む平面（ｚｘ平面）に投影された走査ミラー２０に入射する複数の光ビーム１２，１２ｂの各々の光軸と第２軸（ｚ軸）との間の角度が大きいほど、複数の光ビーム１２，１２ｂの各々に対応するアパーチャ３２，３２ｂに設けられている孔３２ｈ，３２ｉの直径は小さい。

そのため、向上された分解能で測距可能な距離または範囲が増加する。複数の光走査領域４５，４６の間で、測距装置１の分解能のばらつきを減少させることができる。

今回開示された実施の形態１から実施の形態３並びにそれらの変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、実施の形態１から実施の形態３並びにそれらの変形例の少なくとも２つを組み合わせてもよい。例えば、本開示の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

１測距装置、２，２ａ，２ｂ光ビーム走査装置、３コンピュータ、４コントローラ、５演算器、６記憶装置、７筐体、８透明窓、９対象物、１０，１０ｂ光源、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ発光点、１２，１２ｂ光ビーム、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ光ビーム、１５，１５ｂ照射光学系、１５ｐ光軸、１６，１６ｂ光ビームスプリッタ、１７反射部、１８透過部、２０走査ミラー、２１，２２回転軸、２３法線、２６，２６ｂ戻り光、３０，３０ａ，３０ｂ受光光学系、３１，３１ｂ集光光学系、３２，３２ｂアパーチャ、３２ｈ，３２ｉ孔、３３光拡散素子、３４後方アパーチャ、３４ｈ孔、３６，３６ｂ受光素子、３７，３７ｂ受光領域、４１，４２迷光、４５，４６光走査領域、５０光走査領域補正光学部材。

Claims

第１光ビームを出射する第１光源と、
前記第１光ビームを走査する走査ミラーと、
前記第１光ビームが少なくとも一つの対象物で反射または散乱されることによって生成される第１戻り光を受光する第１受光光学系とを備え、
前記第１受光光学系は、第１集光光学系と、第１受光素子と、前記第１集光光学系と前記第１受光素子との間にある第１アパーチャとを含み、
前記第１アパーチャは、前記第１集光光学系の第１焦点面上に配置されており、かつ、前記第１受光素子に入射する前記第１戻り光の角度範囲を制限し、
前記第１受光光学系の第１視野角は、前記第１光ビームの第１発散角より小さく、
前記第１視野角は、arctan（Ｄ₁／ｆ₁）で与えられ、
前記ｆ₁は前記第１集光光学系の第１焦点距離を表し、前記Ｄ₁は前記第１アパーチャに設けられている第１孔の第１直径を表す、測距装置。
前記第１アパーチャが無い場合の前記第１受光光学系の視野角は、前記第１光ビームの前記第１発散角より大きく、
前記第１受光光学系の前記視野角は、arctan（Ｄ_r1／ｄ₁）で与えられ、
前記ｄ₁は前記第１集光光学系と前記第１受光素子の受光領域との間の距離を表し、前記Ｄ_r1は前記受光領域の直径を表す、請求項１に記載の測距装置。
前記第１光源は、配列されている複数の発光点を含むレーザ、または、マルチモードレーザである、請求項１または請求項２に記載の測距装置。
前記第１受光光学系は、前記第１アパーチャと前記第１受光素子との間に配置されている光拡散素子または回折光学素子をさらに含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の測距装置。
前記第１受光光学系は、前記第１アパーチャと前記第１受光素子との間に配置されている後方アパーチャをさらに含み、
前記後方アパーチャの孔の直径は、前記第１直径より大きい、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の測距装置。
光走査領域補正光学部材をさらに備え、
前記光走査領域補正光学部材は、前記走査ミラーで走査された前記第１光ビームが形成する第１光走査領域を補正する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の測距装置。
第２光ビームを出射する第２光源と、
前記第２光ビームが前記少なくとも一つの対象物で反射または散乱されることによって生成される第２戻り光を受光する第２受光光学系とをさらに備え、
前記走査ミラーは、前記第２光ビームをさらに走査し、
前記光走査領域補正光学部材は、前記走査ミラーで走査された前記第２光ビームが形成する第２光走査領域をさらに補正し、
前記第２受光光学系は、第２集光光学系と、第２受光素子と、前記第２集光光学系と前記第２受光素子との間にある第２アパーチャとを含み、
前記第２アパーチャは、前記第２集光光学系の第２焦点面上に配置されており、
前記第２受光光学系の第２視野角は、前記第２光ビームの第２発散角より小さく、
前記第２視野角は、arctan（Ｄ₂／ｆ₂）で与えられ、
前記ｆ₂は前記第２集光光学系の第２焦点距離を表し、前記Ｄ₂は前記第２アパーチャに設けられている第２孔の第２直径を表し、
前記第２直径は、前記第１直径と異なっている、請求項６に記載の測距装置。
前記第１光走査領域の第１端部が前記第２光走査領域の第２端部にのみ重なるまたは前記第２光走査領域の前記第２端部に接することによって、前記測距装置の光走査領域が拡張される方向を第１軸とし、
前記走査ミラーが前記第１光走査領域及び前記第２光走査領域に対応する前記走査ミラーの回転範囲の中心にある場合の前記走査ミラーの法線を第２軸とし、
前記第１軸と前記第２軸とを含む平面に投影された前記走査ミラーに入射する前記第２光ビームの第２光軸と前記第２軸との間の第２角度は、前記平面に投影された前記走査ミラーに入射する前記第１光ビームの第１光軸と前記第２軸との間の第１角度より大きく、
前記第２直径は、前記第１直径より大きい、請求項７に記載の測距装置。
前記第１光走査領域の第１端部が前記第２光走査領域の第２端部にのみ重なるまたは前記第２光走査領域の前記第２端部に接することによって、前記測距装置の光走査領域が拡張される方向を第１軸とし、
前記走査ミラーが前記第１光走査領域及び前記第２光走査領域に対応する前記走査ミラーの回転範囲の中心にある場合の前記走査ミラーの法線を第２軸とし、
前記第１軸と前記第２軸とを含む平面に投影された前記走査ミラーに入射する前記第２光ビームの第２光軸と前記第２軸との間の第２角度は、前記平面に投影された前記走査ミラーに入射する前記第１光ビームの第１光軸と前記第２軸との間の第１角度より大きく、
前記第２直径は、前記第１直径より小さい、請求項７に記載の測距装置。
複数の光ビームをそれぞれ出射する複数の光源と、
前記複数の光ビームを走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された前記複数の光ビームが形成する複数の光走査領域の少なくとも一つを補正する光走査領域補正光学部材と、
前記複数の光ビームがそれぞれ少なくとも一つの対象物で反射または散乱されることによって生成される複数の戻り光をそれぞれ受光する複数の受光光学系とを備え、
前記複数の受光光学系は、各々、集光光学系と、受光素子と、前記集光光学系と前記受光素子との間にあるアパーチャとを含み、
前記アパーチャは、前記集光光学系の焦点面上に配置されており、かつ、前記受光素子に入射する前記戻り光の角度範囲を制限し、
前記受光光学系の視野角は、前記受光光学系に対応する前記複数の光ビームの各々の発散角よりも小さく、
前記視野角は、arctan（Ｄ／ｆ）で与えられ、
前記ｆは前記集光光学系の焦点距離を表し、前記Ｄは前記アパーチャに設けられている孔の直径を表し、
前記複数の光走査領域のうち互いに隣接する一対の光走査領域の一方の第１端部が前記一対の光走査領域の他方の第２端部にのみ重なるまたは前記一対の光走査領域の前記他方の前記第２端部に接することによって、光走査領域が拡張される方向を第１軸とし、
前記走査ミラーが前記複数の光走査領域に対応する前記走査ミラーの回転範囲の中心にある場合の前記走査ミラーの法線を第２軸とし、
前記第１軸と前記第２軸とを含む平面に投影された前記走査ミラーに入射する前記複数の光ビームの各々の光軸と前記第２軸との間の角度が大きいほど、前記複数の光ビームの各々に対応する前記アパーチャに設けられている前記孔の前記直径は大きい、測距装置。
複数の光ビームをそれぞれ出射する複数の光源と、
前記複数の光ビームを走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された前記複数の光ビームが形成する複数の光走査領域の少なくとも一つを補正する光走査領域補正光学部材と、
前記複数の光ビームがそれぞれ少なくとも一つの対象物で反射または散乱されることによって生成される複数の戻り光をそれぞれ受光する複数の受光光学系とを備え、
前記複数の受光光学系は、各々、集光光学系と、受光素子と、前記集光光学系と前記受光素子との間にあるアパーチャとを含み、
前記アパーチャは、前記集光光学系の焦点面上に配置されており、かつ、前記受光素子に入射する前記戻り光の角度範囲を制限し、
前記受光光学系の視野角は、前記受光光学系に対応する前記複数の光ビームの各々の発散角よりも小さく、
前記視野角は、arctan（Ｄ／ｆ）で与えられ、
前記ｆは前記集光光学系の焦点距離を表し、前記Ｄは前記アパーチャに設けられている孔の直径を表し、
前記複数の光走査領域のうち互いに隣接する一対の光走査領域の一方の第１端部が前記一対の光走査領域の他方の第２端部にのみ重なるまたは前記一対の光走査領域の前記他方の前記第２端部に接することによって、光走査領域が拡張される方向を第１軸とし、
前記走査ミラーが前記複数の光走査領域に対応する前記走査ミラーの回転範囲の中心にある場合の前記走査ミラーの法線を第２軸とし、
前記第１軸と前記第２軸とを含む平面に投影された前記走査ミラーに入射する前記複数の光ビームの各々の光軸と前記第２軸との間の角度が大きいほど、前記複数の光ビームの各々に対応する前記アパーチャに設けられている前記孔の前記直径は小さい、測距装置。