WO2023007694A1 - 測距装置 - Google Patents

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WO2023007694A1
WO2023007694A1 PCT/JP2021/028256 JP2021028256W WO2023007694A1 WO 2023007694 A1 WO2023007694 A1 WO 2023007694A1 JP 2021028256 W JP2021028256 W JP 2021028256W WO 2023007694 A1 WO2023007694 A1 WO 2023007694A1
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WO
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light
section
emitted
aperture
measuring device
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/028256
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English (en)
French (fr)
Inventor
菜月 本田
正幸 大牧
彰太 中原
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to PCT/JP2021/028256 priority Critical patent/WO2023007694A1/ja
Priority to JP2022553198A priority patent/JP7311718B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements

Definitions

  • the present disclosure relates to a rangefinder.
  • a range finder irradiates a target area with laser light and detects the presence or absence of an object based on the presence or absence of return light reflected or scattered by the target area. Also, the distance measuring device detects the distance to the object based on the time required from the timing of irradiation of the laser beam to the timing of receiving the return light. See, for example, US Pat.
  • the device of Patent Document 1 has a light splitting element that splits the optical path of the laser light and the optical path of the return light.
  • the light splitting element of Patent Document 1 is a perforated mirror that transmits laser light.
  • Patent Document 1 when the hole of the light splitting element is made small in order to increase the amount of received light, laser light is scattered or diffracted on the inner surface (hereinafter also referred to as "edge") surrounding the hole. do. In this case, since the spot diameter of the laser light becomes large, the resolution of the ranging direction is lowered. In addition, when the scattered light and diffracted light formed by the laser beam passing through the hole enters the light receiving optical system as stray light, it becomes difficult for the light receiving optical system to distinguish between the stray light and the returned light, making distance measurement possible. distance is reduced.
  • the present disclosure aims to extend the measurable distance while improving the resolution of the ranging azimuth.
  • An optical scanning device is a distance measuring device that detects return light reflected or scattered by an object and measures a distance to the object, comprising: a laser light source unit; a scanning optical unit that scans the emitted light emitted from the scanning optical unit; the emitted light scanned by the scanning optical unit is reflected by the object irradiated with the emitted light; and the return light reflected by the scanning optical unit is detected.
  • a light receiving optical section an optical path guide section for directing the emitted light emitted from the laser light source section toward the scanning optical section; and a first aperture portion for reducing the diameter of emitted light.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a distance measuring device and an object according to an embodiment
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the optical scanning device shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration around an aperture section shown in FIG. 2
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a distance measuring device according to Modification 1 of the embodiment
  • 5 is a diagram showing a configuration around a first aperture section and a second aperture section shown in FIG. 4
  • FIG. 4 is a graph showing a light intensity distribution of emitted light with diffraction.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a distance measuring device according to Modification 2 of the embodiment
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a distance measuring device according to Modification 2 of the embodiment
  • FIG. 10 is a view of another example of the first aperture section of the range finder according to Modification 2 of the embodiment, viewed in the Z-axis direction;
  • FIG. 11 is a diagram of still another example of the first aperture section of the rangefinder according to Modification 2 of the embodiment, viewed in the Z-axis direction;
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a distance measuring device according to Modification 3 of the embodiment;
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing a part of a schematic configuration of a distance measuring device according to Modification 4 of the embodiment;
  • FIG. 12 is a view of another example of the first aperture section of the rangefinder according to Modification 4 of the embodiment, viewed in the Z-axis direction;
  • a distance measuring device according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
  • the following embodiment is merely an example, and it is possible to combine the embodiment and each modification as appropriate, and to change the embodiment and each modification as appropriate.
  • the Z-axis is a coordinate axis parallel to the emission direction of the emitted light emitted from the distance measuring device to the object.
  • the X-axis is a coordinate axis orthogonal to the Z-axis.
  • the Y-axis is a coordinate axis orthogonal to the X-axis and Z-axis.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a distance measuring device 100 and an object 90 according to an embodiment.
  • the distance measuring device 100 detects the return light L20 reflected or scattered by the object 90 irradiated with the emitted light L10, and detects the distance to the object 90.
  • FIG. The distance measuring device 100 irradiates the object 90 with, for example, single-mode laser light or multi-mode laser light as emitted light L10. Note that the distance measuring device 100 may detect distances to a plurality of objects 90 . Therefore, the rangefinder 100 can detect the distance to at least one target 90 .
  • the distance measuring device 100 has an emitted light scanning device (hereinafter also referred to as an "optical scanning device") 101, a computer 102, and a housing 103.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the optical scanning device 101 shown in FIG.
  • the optical scanning device 101 includes a laser light source section 10, a scanning mirror 20 as a scanning optical section, a light receiving optical system 30 as a light receiving optical section, and a light splitting element 40 as an optical path guiding section. and
  • the laser light source section 10 has a light source 11 and an irradiation optical system 12 .
  • the optical axis of the laser light source section 10 will be referred to as "optical axis C1".
  • the light source 11 emits laser light L1.
  • the light source 11 is, for example, a semiconductor laser light source.
  • the output of the light source 11 is, for example, 10 W or more.
  • the irradiation optical system 12 collimates the laser light L1 emitted from the light source 11.
  • the irradiation optical system 12 is an optical unit that converts the laser beam L1 into parallel light and emits the emitted light L10.
  • the irradiation optical system 12 has, for example, a convex lens 12a.
  • “collimate” means to collimate the laser beam L1. It is within the range up to 2deg.
  • the light splitting element 40 is an optical member that separates the optical path of the outgoing light L10 and the optical path of the return light L20. Assuming that the optical axis of the light receiving optical system 30 is the optical axis C3, the light splitting element 40 rotates around the X axis and is inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis C3. In the example shown in FIG. 2, the light splitting element 40 reflects the emitted light L10 and transmits the return light L20. Specifically, the light splitting element 40 has a reflecting portion 40a and a transmitting portion 40b.
  • the reflecting section 40 a reflects the emitted light L 10 emitted from the irradiation optical system 12 and passing through the aperture section 50 to be described later, and directs it toward the scanning mirror 20 .
  • the shape of the reflecting portion 40a is, for example, circular.
  • the shape of the reflecting portion 40a is not limited to a circular shape, and may be other shapes such as an elliptical shape or a rectangular shape.
  • the transmitting part 40b transmits the return light L20 reflected by the scanning mirror 20 and directs it to the light receiving optical system 30.
  • the light splitting element 40 is formed, for example, by coating a transparent glass with a reflecting film as the reflecting portion 40a. It should be noted that the light splitting element 40 can be realized without the transmitting portion 40b.
  • the light splitting element 40 may be, for example, a micromirror having only the reflecting portion 40a. In this case, the return light L ⁇ b>20 reflected by the scanning mirror 20 passes outside the light splitting element 40 and enters the light receiving optical system 30 .
  • the scanning mirror 20 scans the emitted light L10 reflected by the light splitting element 40.
  • the scanning mirror 20 reflects the emitted light L10 and directs it toward the object 90 (see FIG. 1).
  • Scanning mirror 20 rotates around two axes of rotation 21 , 22 .
  • the scanning mirror 20 illuminates the object 90 by changing the emission direction of the emission light L10.
  • the two rotation axes 21, 22 are parallel to a plane perpendicular to the normal to the reflecting surface 20a of the scanning mirror 20 and perpendicular to each other.
  • the scanning mirror 20 two-dimensionally scans the emitted light L10.
  • the scanning mirror 20 is, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror.
  • the emitted light L10 scanned by the scanning mirror 20 is applied to the optical scanning area where the object 90 is located.
  • the light receiving optical system 30 detects the return light L20 reflected by the scanning mirror 20.
  • the light receiving optical system 30 has a light collecting optical section 31 and a light receiving element 32 .
  • the condensing optical section 31 is arranged on the optical path of the return light L20 that has passed through the light splitting element 40 .
  • the light collection optical unit 31 collects the return light L20 that has passed through the light splitting element 40 and directs it to the light receiving element 32 . Thereby, the detection accuracy of the returned light L20 in the light receiving element 32 can be improved.
  • the condensing optical section 31 includes, for example, a condensing lens.
  • the light receiving element 32 detects the returned light L20.
  • the light receiving element 32 is, for example, a photodiode such as an APD (Avalanche Photo Diode) or a single photon APD, or SiPM (Silicon Photo Multipliers). Since APD, single-photon APD and SiPM have high sensitivity, even if the object 90 (see FIG. 1) is located far from the rangefinder 100 and the reflectance at the object 90 is low, , the return light L20 can be detected. Therefore, since the distance that can be measured by rangefinder 100 increases, rangefinder 100 can acquire an accurate range image of object 90 over a wider range.
  • APD Anavalanche Photo Diode
  • SiPM Silicon Photo Multipliers
  • the optical scanning device 101 further has an aperture section 50 (hereinafter also referred to as "first aperture section 50").
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration around the aperture section 50 of the optical scanning device 101 shown in FIG.
  • the laser light source section 10 , the aperture section 50 and the light splitting element 40 constitute a light transmission optical system 110 of the light scanning device 101 .
  • the aperture section 50 is arranged on the optical path of the emitted light L10 from the laser light source section 10 toward the light splitting element 40 .
  • the aperture section 50 reduces the diameter of the emitted light L10 emitted from the irradiation optical system 12 .
  • the aperture section 50 has an opening 50a (hereinafter also referred to as "first opening 50a") as a first light passing section.
  • the aperture 50a is smaller than the diameter of the emitted light L10.
  • the aperture 50a allows a portion of the emitted light L10 including the central luminous flux L11, which is part of the light, to pass therethrough.
  • the central luminous flux L11 is a luminous flux containing the central ray of the emitted light L10.
  • the central luminous flux L11 is a luminous flux that travels on the optical axis C1 and in the vicinity of the optical axis C1 in the emitted light L10.
  • the central luminous flux L11 may include a ray that travels parallel to the optical axis C1 and a ray that travels non-parallel to the optical axis C1 in a region near the optical axis C1.
  • the aperture 50a is preferably smaller than the diameter Ah of the reflecting portion 40a of the light splitting element 40.
  • the opening 50a is circular, for example. Note that the opening 50a is not limited to a circular shape, and may be oval or rectangular.
  • the aperture section 50 further has a light shielding section 50b as a first light shielding section arranged outside the opening 50a.
  • a light shielding section 50b as a first light shielding section arranged outside the opening 50a.
  • the light splitting element 40 has the reflecting portion 40a that directs the emitted light L10 toward the scanning mirror 20. As shown in FIG. In order to extend the measurable distance, it is necessary to narrow the area of the reflecting portion 40a. In other words, in order to extend the measurable distance, it is necessary to reduce the diameter of the emitted light L10 incident on the light splitting element 40 (hereinafter also referred to as "beam diameter").
  • Range finder 100 is provided with aperture section 50 shown in FIGS. 2 and 3 in order to reduce the beam diameter while suppressing the divergence angle of emitted light L10.
  • the light splitting element 40 is arranged within the field of view of the light receiving optical system 30 .
  • the light splitting element 40 is arranged on the optical path of the return light L20 from the scanning mirror 20 toward the light receiving optical system 30.
  • the reflecting portion 40a of the light splitting element 40 is used as an aperture portion for limiting the beam diameter, there is a possibility that a large amount of stray light will be generated.
  • an example of the light receiving element 32 is an element with high light sensitivity such as APD or SiPM. Therefore, the light-receiving element 32 detects even a weak light of about several pW, and therefore, when stray light occurs, the accuracy of distance measurement deteriorates. For example, when measuring the distance to the object 90 close to the distance measuring device 100, if stray light occurs, it becomes difficult for the light receiving element 32 to distinguish between the stray light and the returned light L20. Therefore, the measurable distance to the object 90 is reduced.
  • the aperture section 50 makes the beam diameter of the emitted light L10 incident on the light splitting element 40 smaller than the beam diameter of the emitted light L10 emitted from the laser light source section 10 . As a result, it is possible to extend the measurable distance while improving the resolution of the ranging azimuth in the ranging device 100 . Further, in the distance measuring device 100 according to the embodiment, the resolution of the distance measurement direction can be improved with a low-cost and compact configuration without increasing the thickness of the irradiation optical system 12 in the Z-axis direction.
  • the computer 102 has a controller 102a as a control unit, a calculator 102b, and a storage device 102c.
  • the controller 102a and arithmetic unit 102b are provided in a processor such as a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), or an FPGA (Field-Programmable Gate Array).
  • the storage device 102c is, for example, a ROM (Read On Memory) or a hard disk.
  • the controller 102a is communicably connected to the light source 11, the scanning mirror 20 and the light receiving element 32.
  • the controller 102 a controls the optical scanning device 101 .
  • the content of control by the controller 102a will be described later.
  • a calculator 102b generates a distance image.
  • the distance image generated by the calculator 102b includes the distance between the distance measuring device 100 and the object 90 and the direction of the object 90 viewed from the distance measuring device 100.
  • the calculator 102b outputs a signal for the distance image to a display device (not shown).
  • the display device is communicatively connected to computer 102 (eg, storage device 102c). The display device displays the distance image.
  • a housing 103 accommodates the optical scanning device 101 and the computer 102 .
  • the housing 103 has a transparent window 103a.
  • the transparent window 103a allows the outgoing light L10 emitted from the optical scanning device 101 and the return light L20 reflected or scattered by the object 90 to pass therethrough.
  • the transparent window 103a may be formed of a wavelength filter having a wavelength different from the wavelengths of the emitted light L10 and the returned light L20. Thereby, unnecessary light can be blocked.
  • the computer 102 can be implemented without being accommodated in the housing 103.
  • FIG. In this case, the computer 102 may be arranged outside the housing 103 .
  • a controller 102 a controls the light source 11 . Thereby, the emission timing of the laser beam L1 is controlled.
  • the controller 102a receives from the light source 11 a signal indicating the time when the light source 11 emitted the laser beam L1 (hereinafter also referred to as “first timing”).
  • the controller 102 a controls the scanning mirror 20 .
  • the controller 102a receives a signal from the scanning mirror 20 indicating the tilt angle of the scanning mirror 20 (for example, the tilt of the normal to the reflecting surface 20a of the scanning mirror 20).
  • the controller 102 a also receives from the light receiving element 32 a signal indicating the amount of the returned light L ⁇ b>20 received by the light receiving element 32 .
  • the controller 102a also receives from the light receiving element 32 a signal indicating the time when the light receiving element 32 detected the returned light L20 (hereinafter also referred to as “second timing”).
  • the calculator 102b calculates the emission direction of the emitted light L10 based on the tilt of the scanning mirror 20 received by the controller 102a and the position of the light source 11 with respect to the scanning mirror 20 stored in advance in the storage device 102c.
  • the calculator 102b receives the signal indicating the first timing and the signal indicating the second timing from the controller 102a.
  • the calculator 102b calculates the distance between the rangefinder 100 and the target 90 and the position of the target 90 with respect to the rangefinder 100 based on the calculated output direction of the emitted light L10, the first timing, and the second timing. calculate.
  • the distance measuring device 100 is arranged on the optical path of the emitted light L10 from the laser light source section 10 toward the reflecting section 40a of the light splitting element 40, and reduces the diameter of the emitted light L10. It has an aperture section 50 . This prevents the emitted light L10 from being scattered and diffracted when it enters the light splitting element 40, thereby improving the resolution of the range finding direction. In addition, scattered light and diffracted light of the emitted light L10 are prevented from entering the light receiving optical system 30 as stray light, so that the measurable distance can be extended. Therefore, in the ranging device 100 according to the embodiment, it is possible to extend the measurable distance while improving the resolution of the ranging azimuth.
  • the aperture section 50 has an opening 50a that allows a portion including the central luminous flux of the emitted light L10 to pass therethrough, and a light shielding section 50b arranged outside the opening 50a.
  • the aperture section 50 can reduce the diameter of the emitted light L10 when entering the light splitting element 40 .
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of a distance measuring device 200 according to Modification 1 of the embodiment. 4, the same or corresponding components as those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals as those shown in FIG.
  • a range finder 200 according to Modification 1 of the embodiment differs from the range finder 100 according to the embodiment in that it further includes a second aperture section 60 . Apart from this, rangefinder 200 according to Modification 1 of the embodiment is the same as rangefinder 100 according to the embodiment.
  • the distance measuring device 200 includes a laser light source section 10, a scanning mirror 20, a light receiving optical system 30, a light splitting element 40, a first aperture section 50, and a second aperture section. 60.
  • the second aperture section 60 is arranged on the optical path of the emitted light L10 from the first aperture section 50 toward the light splitting element 40 .
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration around the first aperture section 50 and the second aperture section 60 shown in FIG.
  • the second aperture section 60 includes a second opening 60a as a second light passing section and a second light blocking section 60b arranged outside the second opening 60a.
  • the opening width A2 of the second opening 60a is larger than the opening width A1 of the first opening 50a.
  • the light intensity distribution of the emitted light L10 that has passed through the first opening 50a is Affected by Fresnel diffraction. Since the aperture width A2 is larger than the aperture width A1, the diffracted light of the emitted light L10 generated by passing through the first aperture 50a can be blocked.
  • the aperture width A2 is smaller than the diameter Ah (see FIG. 3) of the reflecting portion 40a of the light splitting element 40.
  • the second opening 60a is circular, for example.
  • the second opening 60a is not limited to a circular shape, and may be oval or other shapes such as the above-described rectangular shape.
  • each of the first aperture section 50 and the second aperture section 60 is preferably, for example, 2.0 mm or less. This can suppress the occurrence of diffraction when the emitted light L10 passes through the first opening 50a and the second opening 60a.
  • first aperture section 50 and the second aperture section 60 are separated from each other. It is preferably 0 mm or more. In the example shown in FIG. 5, for example, the distance between the first aperture section 50 and the second aperture section 60 is 15 mm.
  • FIG. 6 is a graph showing light intensity distributions D1, D2, and D3 of emitted light L10.
  • the horizontal axis indicates the position [mm] at which the light intensity was measured, and the vertical axis indicates the light intensity [a. u. ] is shown.
  • the light intensity distribution D1 is obtained when the first aperture 50a has a rectangular shape of 3.0 mm ⁇ 3.0 mm and the distance between the first aperture section 50 and the light splitting element 40 is 35 mm.
  • 4 shows the light intensity distribution of emitted light L10 measured on the splitting element 40.
  • the emitted light L10 has a wavelength of 905 nm, and the emitted light L10 emitted from the light source 11 is collimated by the irradiation optical system 12 .
  • the second aperture section 60 is not provided. Therefore, the light intensity distribution D1 is shifted from the position corresponding to the outer edge of the first opening 50a on the light splitting element 40 (that is, ⁇ 1. 5 mm). In this case, when the emitted light L10 enters the light splitting element 40, it leaks from the reflecting portion 40a and becomes stray light.
  • the light intensity distribution D2 is the light intensity distribution at a position 15 mm away from the first aperture section 50 in the +Z-axis direction (that is, the emission direction of the emission light L10).
  • the second aperture section 60 is arranged at a position 15 mm away from the first aperture section 50 in the +Z-axis direction, and the second opening 60a has a rectangular shape of 3.1 mm ⁇ 3.1 mm. 4 shows the light intensity distribution of emitted light L10 measured on the light splitting element 40 in a certain case.
  • the light intensity in the area outside the position corresponding to the outer edge of the first opening 50a on the light splitting element 40 is smaller than that in the light intensity distribution D1.
  • the diffracted light generated when the emitted light L10 passes through the first opening 50a is It can enter the light splitting element 40 as stray light. Even if the light intensity distribution of the emitted light L10 has another shape such as a Gaussian shape, the same tendency as described above is observed.
  • Equation (1) A is the amplitude, i is the imaginary unit, k is the wave number, (x, y) are the coordinates on the aperture, and (x', y') are the coordinates at a distance R from the aperture. show. It is preferable that the second aperture section 60 is arranged at a position where the value of the left side of Equation (1) is 1 ⁇ 5 or less of the peak intensity of the emitted light L10.
  • the second aperture section 60 is arranged at a position where it does not overlap with the return light L20 reflected by the scanning mirror 20 . As a result, blocking of the return light L20 by the second aperture section 60 can be prevented.
  • the distance measuring device 200 is arranged on the optical path of the emitted light L10 from the laser light source unit 10 toward the reflecting portion 40a of the light splitting element 40, and the emitted light L10 It has a first aperture portion 50 that reduces the diameter. This prevents the emitted light L10 from being scattered and diffracted when it enters the light splitting element 40, thereby improving the resolution of the range finding direction. In addition, scattered light and diffracted light of the emitted light L10 are prevented from entering the light receiving optical system 30 as stray light, so that the measurable distance can be extended. Therefore, in the ranging device 200, it is possible to extend the measurable distance while improving the resolution of the ranging azimuth.
  • the distance measuring device 200 further includes the second aperture section 60 arranged on the optical path from the first aperture section 50 to the light splitting element 40.
  • the second opening 60 a of the second aperture section 60 is larger than the first opening 50 a of the first aperture section 50 .
  • the second aperture section 60 can shield the diffracted light of the output light L10 generated by passing through the first opening 50a. Therefore, in the distance measuring device 200 according to Modification 1 of the embodiment, it is possible to further increase the measurable distance while further improving the resolution of the distance measurement azimuth.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a distance measuring device 300 according to Modification 2 of the embodiment. 7, the same or corresponding components as those shown in FIG. 2 or 4 are given the same reference numerals as those shown in FIG.
  • the distance measuring device 300 includes a laser light source section 10, a scanning mirror 20, a light receiving optical system 30, a light splitting element 340, a first aperture section 50, and a second aperture section. 60.
  • the light splitting element 340 has a reflecting portion 340a and a transmitting portion 340b.
  • the reflecting part 340 a reflects the return light L 20 reflected by the scanning mirror 20 and directs it to the light receiving optical system 30 .
  • the return light L20 reflected by the scanning mirror 20 is reflected by the light splitting element 40 and enters the light receiving optical system 30 .
  • the transmission part 340 b transmits the emitted light L 10 emitted from the irradiation optical system 12 and directs it to the scanning mirror 20 .
  • the transmissive portion 340b is, for example, a hole passing through the light splitting element 340.
  • the light splitting element 340 is, for example, a perforated mirror.
  • the light splitting element 340 may be a reflecting mirror in which a transparent glass is coated with a reflecting film as the reflecting portion 340a. Also, the light splitting element 340 can be realized without having the transmitting portion 340b.
  • the emitted light L10 incident on the light splitting element 340 would pass through the inner surface of the hole, which is the transmission section 340b (that is, edge), and scattered light may be generated. Moreover, diffracted light may be generated when the emitted light L10 passes through the hole. Scattered light and diffracted light enter the light receiving optical system 30 as stray light.
  • the first aperture section 50 is arranged on the optical path of the emitted light L10 from the laser light source section 10 toward the light splitting element 340 to reduce the diameter of the emitted light L10. This prevents the emitted light L10 from being scattered and diffracted when it enters the light splitting element 340, thereby improving the resolution of the distance measurement direction. Moreover, since the scattered light and the diffracted light are prevented from entering the light receiving optical system 30 as stray light, the measurable distance can be extended. Therefore, even in a configuration in which the emitted light L10 emitted from the laser light source unit 10 passes through the light splitting element 340 and the return light L20 is reflected by the light splitting element 340, the resolution of the ranging direction is improved. It can extend the measurable distance.
  • the distance measuring device 300 further has a second aperture section 60 arranged on the optical path from the first aperture section 50 to the light splitting element 340 .
  • the second opening 60 a of the second aperture section 60 is larger than the first opening 50 a of the first aperture section 50 .
  • the second aperture section 60 can shield the diffracted light of the output light L10 that is generated when passing through the first opening 50a.
  • FIG. 8 is a diagram of another example of the first aperture section 351 of the distance measuring device 300 according to Modification 2 of the embodiment, viewed in the Z-axis direction.
  • the first aperture portion 351 has a light transmitting portion 350a as a light passing portion, a light shielding portion 350b, and a boundary region 350c as a first boundary region.
  • the light transmitting portion 350a allows a portion including the central luminous flux of the emitted light L10 to pass therethrough.
  • the shape of the light transmitting portion 350a when viewed in the Z-axis direction is, for example, circular.
  • the light shielding portion 350b is arranged outside the light transmitting portion 350a and shields peripheral rays of the emitted light L10.
  • the light shielding part 350b is, for example, a metal film deposited on transparent glass.
  • the boundary region 351c is arranged between the light transmitting portion 350a and the light shielding portion 350b.
  • the boundary area 351c is, for example, annular.
  • the transmittance of the emitted light L10 in the boundary region 351c increases as it approaches the light transmitting portion 350a and decreases as it approaches the light blocking portion 350b.
  • the transmittance has a gradient. Accordingly, when the emitted light L10 emitted from the laser light source section 10 passes through the light transmission section 350a of the first aperture section 351, scattering and diffraction can be prevented.
  • the width of the boundary region 351c is preferably about 5% of the diameter of the light transmitting portion 350a.
  • the second aperture section 60 has a second boundary area disposed between the light transmission section and the light shielding section, and the transmittance of the second boundary area increases as it approaches the light transmission section. It may be.
  • FIG. 9 is a diagram of still another example of the first aperture section 352 of the distance measuring device 300 according to Modification 2 of the embodiment, viewed in the Z-axis direction.
  • the first aperture section 352 has an opening 50a and a light blocking section 352b arranged outside the opening 50a.
  • a plurality of convex parts 352d are arranged, the width of which narrows as it approaches the opening 50a.
  • the inner surface 352s has a sawtooth shape. Accordingly, when the emitted light L10 emitted from the laser light source section 10 passes through the first aperture section 352, it is possible to prevent scattering and diffraction from occurring on the inner surface 352s surrounding the opening 50a.
  • a plurality of protrusions may be arranged on the inner surface surrounding the opening 60a of the second aperture section 60, the width of which becomes narrower as it approaches the opening 60a.
  • the distance measuring device 300 is arranged on the optical path of the emitted light L10 from the laser light source unit 10 toward the transmission portion 340b of the light splitting element 340. It has a first aperture portion 50 that reduces the diameter. This prevents the emitted light L10 from being scattered and diffracted when it enters the light splitting element 340, thereby improving the resolution of the distance measurement direction. In addition, scattered light and diffracted light of the emitted light L10 are prevented from entering the light receiving optical system 30 as stray light, so that the measurable distance can be extended. Therefore, in the ranging device 300, the measurable distance can be extended while improving the resolution of the ranging azimuth.
  • the first aperture portion 351 has the boundary region 351c arranged between the light transmission portion 350a and the light blocking portion 350b, and the emitted light L10 in the boundary region 351c
  • the transmittance of becomes higher as it approaches the light transmitting portion 350a.
  • FIG. Therefore, in the distance measuring device 300, it is possible to further improve the resolution of the distance measurement direction and further extend the distance that can be measured.
  • the inner surface 352s of the first aperture portion 352 surrounding the opening 50a is provided with a plurality of convex portions 352d that become narrower toward the opening 50a. Accordingly, when the emitted light L10 emitted from the laser light source section 10 passes through the first aperture section 352, it is possible to prevent scattering and diffraction from occurring on the inner surface 352s. Therefore, in the distance measuring device 300, it is possible to further improve the resolution of the distance measurement direction and further extend the distance that can be measured.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing a schematic configuration of distance measuring device 400 according to Modification 3 of the embodiment. 10, the same or corresponding components as those shown in FIG. 5 are given the same reference numerals as those shown in FIG.
  • Range finder 400 according to Modification 3 of the embodiment differs from range finder 200 according to Modification 1 of the embodiment in terms of the shapes of first aperture section 450 and second aperture section 460. do.
  • rangefinder 400 according to Modification 3 of the embodiment is the same as rangefinder 200 according to Modification 1 of the embodiment. Therefore, FIG. 4 will be referred to in the following description.
  • a distance measuring device 400 includes a laser light source unit 10, a scanning mirror 20 (see FIG. 4), a light receiving optical system 30 (see FIG. 4), a light splitting element 40, and a first It has an aperture section 450 and a second aperture section 460 .
  • the first aperture part 450 is a plate-like member that becomes thinner as it approaches the first opening 50a. Accordingly, when the emitted light L10 emitted from the laser light source unit 10 passes through the first opening 50a, it is possible to suppress scattering and diffraction on the inner surface surrounding the first opening 50a.
  • a surface 450d of the first aperture section 450 on the side of the laser light source section 10 is inclined in a direction away from the laser light source section 10 as it approaches the first opening 50a.
  • the second aperture part 460 is a plate-like member that becomes thinner as it approaches the second opening 60a. This can suppress scattering and diffraction on the inner surface surrounding the second opening 60a when the emitted light L10 that has passed through the first opening 50a passes through the second opening 60a.
  • a surface 460d of the second aperture section 460 on the first aperture section 450 side is inclined away from the first aperture section 450 as the second opening 60a is approached. At least one of the first aperture portion 450 and the second aperture portion 460 should be thinner as it approaches the opening.
  • the first aperture portion 450 is a plate-like member that becomes thinner as it approaches the first opening 50a. Accordingly, when the emitted light L10 emitted from the laser light source unit 10 passes through the first opening 50a, scattering and diffraction on the inner surface surrounding the first opening 50a can be suppressed. Therefore, in the ranging device 400, the measurable distance can be extended while improving the resolution of the ranging azimuth.
  • the second aperture portion 460 is a plate-like member that becomes thinner as it approaches the second opening 60a. Accordingly, when the emitted light L10 that has passed through the first opening 50a passes through the second opening 60a, scattering and diffraction on the inner surface surrounding the second opening 60a can be suppressed. Therefore, in the distance measuring device 400, it is possible to further increase the measurable distance while further improving the resolution of the distance measurement direction.
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a distance measuring device 500 according to Modification 4 of the embodiment. 11, the same or corresponding components as those shown in FIG. 5 are given the same reference numerals as those shown in FIG.
  • Range finder 500 according to Modification 4 of the embodiment differs from range finder 200 according to Modification 1 of the embodiment in terms of the shapes of first aperture section 450 and second aperture section 460. do. Except for this point, rangefinder 500 according to Modification 4 of the embodiment is the same as rangefinder 200 according to Modification 1 of the embodiment. Therefore, FIG. 4 will be referred to in the following description.
  • a distance measuring device 500 includes a laser light source unit 10, a scanning mirror 20 (see FIG. 4), a light receiving optical system 30 (see FIG. 4), a light splitting element 40, and a first It has an aperture portion 550 , a second aperture portion 560 , a first aperture holding member 571 and a second aperture holding member 572 .
  • the first aperture portion 550 has a plate portion 551 as a first plate portion and a plate portion 552 as a second plate portion.
  • the plate portion 551 is held by a first aperture holding member 571 .
  • the plate portion 552 is held by a second aperture holding member 572 .
  • the first aperture holding member 571 and the second aperture holding member 572 may be formed integrally with a member holding another optical member such as the lens or the light splitting element 40 .
  • the plate portions 551 and 552 are arranged with the emitted light L10 interposed therebetween. A portion of the emitted light L10 that includes the central luminous flux passes through the opening 50a that is the gap formed between the plate portions 551 and 552 . Further, the peripheral light beam L12 of the emitted light beam L10 that travels away from the optical axis C1 is shielded by the plate portions 551 and 552 . Thereby, the first aperture section 550 can reduce the diameter of the emitted light L10 directed from the laser light source section 10 toward the light splitting element 40 . As a result, the ranging device 500 can extend the measurable distance while improving the resolution of the ranging azimuth.
  • the aperture portion is integrated with a member (that is, another holding structure) that holds another optical member such as the lens or the light splitting element 40.
  • a member that is, another holding structure
  • another optical member such as the lens or the light splitting element 40.
  • a method of forming is conceivable.
  • the aperture section is integrally formed with another holding structure, the processing becomes difficult, and thus it becomes difficult to form an opening in the aperture section.
  • the aperture portion having the opening is a separate part and fixed to the aperture holding member with a screw or the like, the positional accuracy of the aperture portion is deteriorated.
  • the portion of the first aperture portion 550 that shields the peripheral ray L12 of the emitted light L10 is divided.
  • the plate portion 552 is displaced from the plate portion 551 in the emission direction of the emission light L10 (that is, the Z-axis direction).
  • the positional accuracy of the first aperture section 550 can be improved, and stray light can be prevented from occurring.
  • formation of the opening 50a in the first aperture portion 550 is facilitated.
  • the second aperture portion 560 has a plate portion 561 as a first plate portion and a plate portion 562 as a second plate portion.
  • the plate portion 561 is held by a first aperture holding member 571 .
  • the plate portion 562 is held by a second aperture holding member 572 .
  • the plate portions 561 and 562 are arranged with the emitted light L10 interposed therebetween.
  • the emitted light L10 that has passed through the first aperture section 550 passes through the opening 60a that is the gap formed between the plate section 561 and the plate section 562 .
  • Opening 60a is larger than opening 50a.
  • the plate portions 561 and 562 can shield the diffracted light of the output light L10 generated by passing through the opening 50a.
  • the portion of the second aperture portion 560 that shields the diffracted light of the output light L10 is also divided.
  • the plate portion 562 is arranged to be displaced from the plate portion 561 in the emission direction of the emission light L10 (that is, the Z-axis direction).
  • the positional accuracy of the second aperture portion 560 can be improved, and stray light can be prevented from occurring.
  • formation of the opening 60a in the second aperture portion 560 is facilitated.
  • FIG. 12 is a view of another example of the first aperture section 550A of the distance measuring device 400 according to Modification 4 of the embodiment, viewed in the Z-axis direction.
  • the first aperture portion 550A includes a first plate portion 551A and a second plate portion 552A that is displaced from the first plate portion 551A in the +Z-axis direction. have.
  • the second plate portion 552A has a through portion 550e penetrating in the Z-axis direction.
  • the first plate portion 551A partially overlaps the penetrating portion 550e.
  • part of the penetrating portion 550e is blocked by the first plate portion 551A.
  • a portion of the emitted light L10 emitted from the laser light source unit 10 passes through a region of the through portion 550e that is not blocked by the first plate portion 551A.
  • the first aperture portion 550A can reduce the diameter of the emitted light L10. Therefore, scattering and diffraction are prevented when the emitted light L10 is incident on the light splitting element 40, that is, stray light is prevented from occurring. You can extend the distance.
  • the portion of the first aperture portion 550A that shields the peripheral ray L12 of the emitted light L10 is divided.
  • the positional accuracy of the first aperture portion 550A can be improved, and the occurrence of stray light can be prevented.
  • the second aperture section 560 may have the same configuration as the first aperture section 550A shown in FIG.
  • the first aperture portion 550 includes the plate portion 551 and the plate portion 552 that is displaced from the plate portion 551 in the emission direction of the emitted light L10. , and emitted light L10 directed from the laser light source unit 10 toward the light splitting element 340 passes between the plate portions 551 and 552 .
  • the positional accuracy of the first aperture section 550 can be improved, and stray light can be prevented from occurring.
  • the second aperture portion 560 has a plate portion 561 and a plate portion 562 that is displaced from the plate portion 561 in the emission direction of the emitted light L10. Then, the emitted light L10 directed from the first aperture portion 550 to the light splitting element 340 passes between the plate portion 561 and the plate portion 562 . As a result, the positional accuracy of the second aperture portion 560 can be improved, and stray light can be prevented from occurring.
  • the first aperture portion 550A is arranged to shift from the first plate portion 551A and the first plate portion 551A in the emission direction of the emitted light L10. and a second plate portion 552A.
  • the second plate portion 552A has a through portion 550e through which the emitted light L10 passes, and the first plate portion 551A partially overlaps with the through portion 550e when viewed in the emission direction of the emitted light L10.
  • Laser light source unit 11 Light source 12 Irradiation optical system 12a Convex lens 20 Scanning mirror 20a Reflecting surface 21, 22 Rotating shaft 30
  • Light receiving optical system 31 Condensing optical unit 32
  • Light receiving element 40 340 Light splitting Elements 40a, 340a Reflective portions 40b, 340b Transmissive portions 50, 351, 352, 450, 550, 550A First aperture portions 50a, 550a First openings 50b, 350b, 352b
  • Distance measuring device 101 Optical scanning device 102 Computer 102a Controller 102b Arithmetic unit 102c Storage device 103 Housing 103a Transparent window 110
  • Light transmission optical system 350a Light transmission part 351c Boundary area 352d Convex part 352s Inner surface 450d, 460d Surface 550c, 550e Through part 551, 551A, 552,

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Abstract

測距装置（１００）は、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）までの距離を測定する。測距装置（１００）は、レーザ光源部（１０）と、レーザ光源部（１０）から出射された出射光（Ｌ１０）を走査する走査光学部（２０）と、走査光学部（２０）で走査された出射光（Ｌ１０）が照射された対象物（９０）で反射し、走査光学部（２０）で反射した戻り光（Ｌ２０）を検出する受光光学部（３０）と、レーザ光源部（１０）から出射された出射光（Ｌ１０）を走査光学部（２０）に向ける光路案内部（４０）と、レーザ光源部（１０）から光路案内部（４０）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）とを有する。

Description

測距装置
　本開示は、測距装置に関する。
　測距装置は、目標領域にレーザ光を照射し、当該目標領域で反射又は散乱した戻り光の有無に基づいて物体の有無を検出する。また、測距装置は、レーザ光の照射タイミングから戻り光の受光タイミングまでの所要時間に基づいて、物体までの距離を検出する。例えば、特許文献１を参照。
　特許文献１の装置では、測距可能距離を延ばすために、レーザ光を照射する照射光学系の光軸の一部を、戻り光を受光する受光光学系の光軸の一部と一致させている。また、特許文献１の装置は、レーザ光の光路と戻り光の光路とを分割する光分割素子を有する。特許文献１の光分割素子は、レーザ光を透過させる孔あきミラーである。
特表２０２０－５３１８４１号公報
　しかしながら、特許文献１において、戻り光の受光量を増加させるために、光分割素子の孔を小さくした場合、当該孔を囲う内面（以下、「エッジ」とも呼ぶ。）においてレーザ光が散乱又は回折する。この場合、レーザ光のスポット径が大きくなるため、測距方位の分解能が低下する。また、レーザ光が孔を通過することで形成された散乱光及び回折光が迷光として受光光学系に入射した場合、受光光学系における迷光と戻り光との判別が困難となるため、測距可能距離が縮小する。
　本開示は、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を目的とする。
　本開示の一態様に係る光走査装置は、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、レーザ光源部と、前記レーザ光源部から出射された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のアパーチャ部とを有する、ことを特徴とする。
　本開示によれば、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。
実施の形態に係る測距装置の概略的な構成と対象物とを示す構成図である。 図１に示される光走査装置の概略的な構成を示す構成図である。 図２に示されるアパーチャ部周辺の構成を示す図である。 実施の形態の変形例１に係る測距装置の概略的な構成を示す構成図である。 図４に示される第１のアパーチャ部及び第２のアパーチャ部周辺の構成を示す図である。 回折が発生した出射光の光強度分布を示すグラフである。 実施の形態の変形例２に係る測距装置の概略的な構成を示す構成図である。 実施の形態の変形例２に係る測距装置の第１のアパーチャ部の他の例をＺ軸方向に見た図である。 実施の形態の変形例２に係る測距装置の第１のアパーチャ部の更に他の例をＺ軸方向に見た図である。 実施の形態の変形例３に係る測距装置の概略的な構成を示す構成図である。 実施の形態の変形例４に係る測距装置の概略的な構成の一部を示す構成図である。 実施の形態の変形例４に係る測距装置の第１のアパーチャ部の他の例をＺ軸方向に見た図である。
　以下に、本開示の実施の形態に係る測距装置を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、実施の形態及び各変形例を適宜組み合わせること及び実施の形態及び各変形例を適宜変更することが可能である。
　図面には、説明の理解を容易にするためにＸＹＺ直交座標系の座標軸が示されている。Ｚ軸は、測距装置から対象物に照射される出射光の出射方向に平行な座標軸である。Ｘ軸は、Ｚ軸に直交する座標軸である。Ｙ軸は、Ｘ軸及びＺ軸に直交する座標軸である。
　《実施の形態》
　〈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。
　測距装置１００は、出射光走査装置（以下、「光走査装置」とも呼ぶ。）１０１と、コンピュータ１０２と、筐体１０３とを有する。
　〈光走査装置１０１の構成〉
　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。
　レーザ光源部１０は、光源１１と、照射光学系１２とを有する。以下の説明では、レーザ光源部１０の光軸を「光軸Ｃ１」と呼ぶ。
　光源１１は、レーザ光Ｌ１を発する。光源１１は、例えば、半導体レーザ光源である。光源１１の出力は、例えば、１０Ｗ以上である。
　照射光学系１２は、光源１１から発せられたレーザ光Ｌ１をコリメートする。言い換えれば、照射光学系１２は、レーザ光Ｌ１を平行光に変換して出射光Ｌ１０として出射する光学部である。照射光学系１２は、例えば、凸レンズ１２ａを有する。ここで、「コリメート」とは、レーザ光Ｌ１を平行化することであるが、照射光学系１２によって平行化された平行光は広がり角を有しており、当該広がり角は、例えば、０ｄｅｇから２ｄｅｇまでの範囲内である。
　実施の形態では、光分割素子４０は、出射光Ｌ１０の光路と戻り光Ｌ２０の光路とを分離する光学部材である。受光光学系３０の光軸を光軸Ｃ３としたとき、光分割素子４０は、光軸Ｃ３に垂直な面に対してＸ軸回りに回転して傾斜している。図２に示す例では、光分割素子４０は、出射光Ｌ１０を反射させ、且つ戻り光Ｌ２０を透過させる。具体的には、光分割素子４０は、反射部４０ａと、透過部４０ｂとを有する。
　反射部４０ａは、照射光学系１２から出射されて且つ後述するアパーチャ部５０を通過した出射光Ｌ１０を反射して、走査ミラー２０に向ける。反射部４０ａの形状は、例えば、円形である。なお、反射部４０ａの形状は、円形に限らず、楕円形又は矩形などの他の形状であってもよい。
　透過部４０ｂは、走査ミラー２０で反射した戻り光Ｌ２０を透過させて、受光光学系３０に向ける。光分割素子４０は、例えば、透明ガラスに、反射部４０ａとしての反射膜がコーティングされることによって形成される。なお、光分割素子４０は、透過部４０ｂを有していなくても実現することができる。光分割素子４０は、例えば、反射部４０ａのみを有する微小ミラーであってもよい。この場合、走査ミラー２０で反射した戻り光Ｌ２０は、光分割素子４０の外側を通過して受光光学系３０に入射する。
　走査ミラー２０は、光分割素子４０で反射した出射光Ｌ１０を走査する。走査ミラー２０は、出射光Ｌ１０を反射して対象物９０（図１参照）に向ける。走査ミラー２０は、２つの回転軸２１、２２周りに回転する。これにより、走査ミラー２０は、出射光Ｌ１０の出射方向を変化させて対象物９０に照射する。２つの回転軸２１、２２は、走査ミラー２０の反射面２０ａの法線に垂直な平面に平行であって且つ互いに垂直である。走査ミラー２０は、出射光Ｌ１０を２次元走査する。走査ミラー２０は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーである。走査ミラー２０によって走査された出射光Ｌ１０は、対象物９０が位置する光走査領域に照射される。
　受光光学系３０は、走査ミラー２０で反射した戻り光Ｌ２０を検出する。図２に示す例では、受光光学系３０は、集光光学部３１と、受光素子３２とを有する。
　集光光学部３１は、光分割素子４０を透過した戻り光Ｌ２０の光路上に配置されている。集光光学部３１は、光分割素子４０を透過した戻り光Ｌ２０を集光して、受光素子３２に向ける。これにより、受光素子３２における戻り光Ｌ２０の検出精度を向上させることができる。集光光学部３１は、例えば、集光レンズを含む。
　受光素子３２は、戻り光Ｌ２０を検出する。受光素子３２は、例えば、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ　Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉоｄｅ）若しくは単一光子ＡＰＤ等のフォトダイオード又はＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｐｈｏｔｏ　Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）である。ＡＰＤ、単一光子ＡＰＤ及びＳｉＰＭは高い感度を有するため、対象物９０（図１参照）が測距装置１００から離れた位置にあって且つ当該対象物９０における反射率が低い場合であっても、戻り光Ｌ２０を検出することができる。よって、測距装置１００による測距可能距離が増加するため、測距装置１００は、より広範囲にわたって対象物９０の正確な距離画像を取得することができる。
　光走査装置１０１は、アパーチャ部５０（以下、「第１のアパーチャ部５０」とも呼ぶ。）を更に有する。
　図３は、図２に示される光走査装置１０１のアパーチャ部５０周辺の構成を示す図である。レーザ光源部１０、アパーチャ部５０及び光分割素子４０は、光走査装置１０１の光送信光学系１１０を構成する。アパーチャ部５０は、レーザ光源部１０から光分割素子４０に向かう出射光Ｌ１０の光路上に配置されている。アパーチャ部５０は、照射光学系１２から出射された出射光Ｌ１０の径を小さくする。
　アパーチャ部５０は、第１の光通過部としての開口５０ａ（以下、「第１の開口５０ａ」とも呼ぶ。）を有する。開口５０ａは、出射光Ｌ１０の径より小さい。開口５０ａは、出射光Ｌ１０のうちの一部の光である中心光束Ｌ１１を含む部分を通過させる。中心光束Ｌ１１は、出射光Ｌ１０のうちの中心光線を含む光束である。また、中心光束Ｌ１１は、出射光Ｌ１０のうちの光軸Ｃ１上及び光軸Ｃ１の近傍の領域を進む光線束である。中心光束Ｌ１１は、光軸Ｃ１の近傍の領域において、光軸Ｃ１と平行に進む光線と、光軸Ｃ１と非平行に進む光線とを含んでいてもよい。
　開口５０ａは、光分割素子４０の反射部４０ａの径Ａｈより小さいことが好ましい。開口５０ａは、例えば、円形である。なお、開口５０ａは、円形に限らず、楕円形又は矩形などの他の形状であってもよい。
　アパーチャ部５０は、開口５０ａより外側に配置された第１の遮光部としての遮光部５０ｂを更に有する。これにより、出射光Ｌ１０のうち光軸Ｃ１から離れた位置を進む周辺光線Ｌ１２を遮蔽することができる。よって、光分割素子４０に入射するときの出射光Ｌ１０の径を小さくすることができる。
　測距装置１００にアパーチャ部５０が備えられていることによる効果について説明する。上述したように、光分割素子４０は、出射光Ｌ１０を走査ミラー２０に向ける反射部４０ａを有している。測距可能距離を伸ばすためには、反射部４０ａの領域を狭くする必要がある。言い換えれば、測距可能距離を伸ばすためには、光分割素子４０に入射する出射光Ｌ１０の径（以下、「ビーム径」とも呼ぶ。）を小さくする必要がある。
　ここで、出射光Ｌ１０のビーム径を小さくするために、照射光学系１２の凸レンズ１２ａの焦点距離を短くする方法が考えられる。しかしながら、この方法では、出射光Ｌ１０の広がり角（すなわち、発散角）が大きくなるため、測定分解能が悪化する。実施の形態に係る測距装置１００には、出射光Ｌ１０の広がり角を抑えつつビーム径を小さくするために、図２及び３に示されるアパーチャ部５０が備えられている。
　また、実施の形態に係る測距装置１００では、光分割素子４０は、受光光学系３０の視野内に配置されている。言い換えれば、光分割素子４０は、走査ミラー２０から受光光学系３０に向かう戻り光Ｌ２０の光路上に配置されている。そのため、出射光Ｌ１０の一部が光分割素子４０の反射部４０ａで反射されなかった場合、受光素子３２に入射する迷光が発生する。したがって、仮に、光分割素子４０の反射部４０ａがビーム径を制限するアパーチャ部として用いられた場合、多くの迷光が発生するおそれがある。上述した通り、受光素子３２の一例は、ＡＰＤ又はＳｉＰＭなどの受光感度の高い素子である。そのため、受光素子３２は、数ｐＷ程度の微弱な光も検出するため、迷光が発生した場合、測距精度が悪化する。例えば、測距装置１００に近い対象物９０までの距離を測定する場合に、迷光が発生すると、受光素子３２における迷光と戻り光Ｌ２０との判別が困難となる。そのため、対象物９０までの測距可能距離が縮小する。
　アパーチャ部５０は、光分割素子４０に入射するときの出射光Ｌ１０のビーム径を、レーザ光源部１０から出射されたときの出射光Ｌ１０のビーム径より小さくする。これにより、測距装置１００における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。また、実施の形態に係る測距装置１００では、照射光学系１２のＺ軸方向の厚みを厚くせずに、低コスト且つ小型の構成で測距方位の分解能を向上できる。
　〈コンピュータ１０２の構成〉
　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。
　コントローラ１０２ａは、光源１１、走査ミラー２０及び受光素子３２と通信可能に接続されている。コントローラ１０２ａは、光走査装置１０１を制御する。コントローラ１０２ａによる制御内容については、後述する。
　演算器１０２ｂは、距離画像を生成する。演算器１０２ｂによって生成された距離画像は、測距装置１００と対象物９０との間の距離と測距装置１００から対象物９０を見た方向とを含む。演算器１０２ｂは、距離画像についての信号を図示しない表示装置に出力する。表示装置は、コンピュータ１０２（例えば、記憶装置１０２ｃ）と通信可能に接続されている。表示装置は、距離画像を表示する。
　〈筐体１０３の構成〉
　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。
　〈コントローラ１０２ａによる制御〉
　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。
　また、コントローラ１０２ａは、走査ミラー２０を制御する。コントローラ１０２ａは、走査ミラー２０の傾き角（例えば、走査ミラー２０の反射面２０ａの法線の傾き）を示す信号を、走査ミラー２０から受信する。また、コントローラ１０２ａは、受光素子３２における戻り光Ｌ２０の受光量を示す信号を、受光素子３２から受信する。また、コントローラ１０２ａは、受光素子３２が戻り光Ｌ２０を検出した時刻（以下、「第２タイミング」とも呼ぶ。）を示す信号も、受光素子３２から受信する。
　演算器１０２ｂは、コントローラ１０２ａが受信した走査ミラー２０の傾きと、記憶装置１０２ｃに予め格納されている走査ミラー２０に対する光源１１の位置とに基づいて、出射光Ｌ１０の出射方向を算出する。
　また、演算器１０２ｂは、第１タイミングを示す信号及び第２タイミングを示す信号を、コントローラ１０２ａから受信する。演算器１０２ｂは、算出した出射光Ｌ１０の出射方向、第１タイミング及び第２タイミングに基づいて、測距装置１００と対象物９０との間の距離及び測距装置１００に対する対象物９０の位置を算出する。
　〈実施の形態の効果〉
　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。
　また、実施の形態によれば、アパーチャ部５０は、出射光Ｌ１０の中心光束を含む部分を通過させる開口５０ａと、開口５０ａより外側に配置された遮光部５０ｂとを有する。これにより、出射光Ｌ１０のうち光軸Ｃ１から離れた位置を進む周辺光線Ｌ１２を遮蔽することができる。よって、アパーチャ部５０は、光分割素子４０に入射するときの出射光Ｌ１０の径を小さくすることができる。
　《実施の形態の変形例１》
　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。
　図４に示されるように、測距装置２００は、レーザ光源部１０と、走査ミラー２０と、受光光学系３０と、光分割素子４０と、第１のアパーチャ部５０と、第２のアパーチャ部６０とを有する。
　第２のアパーチャ部６０は、第１のアパーチャ部５０から光分割素子４０に向かう出射光Ｌ１０の光路上に配置されている。
　図５は、図４に示される第１のアパーチャ部５０及び第２のアパーチャ部６０の周辺の構成を示す図である。図４及び５に示されるように、第２のアパーチャ部６０は、第２の光通過部としての第２の開口６０ａと、第２の開口６０ａより外側に配置された第２の遮光部６０ｂとを有する。
　第２の開口６０ａの開口幅Ａ２は、第１の開口５０ａの開口幅Ａ１より大きい。ここで、レーザ光源部１０から出射された出射光Ｌ１０のうちの周辺光線Ｌ１２が第１のアパーチャ部５０によって遮光された場合、第１の開口５０ａを通過した出射光Ｌ１０の光強度分布は、フレネル回折の影響を受ける。開口幅Ａ２が、開口幅Ａ１より大きいことにより、第１の開口５０ａを通過したことによって生じた出射光Ｌ１０の回折光を遮光することができる。
　また、開口幅Ａ２は、光分割素子４０の反射部４０ａの径Ａｈ（図３参照）より小さい。第２の開口６０ａは、例えば、円形である。なお、第２の開口６０ａは、円形に限らず、楕円形又は上述した矩形などの他の形状であってもよい。
　第１のアパーチャ部５０及び第２のアパーチャ部６０のそれぞれのＺ軸方向の厚みは、例えば、２.０ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、出射光Ｌ１０が第１の開口５０ａ及び第２の開口６０ａをそれぞれ通過したときの回折の発生を抑制できる。
　また、第１のアパーチャ部５０と第２のアパーチャ部６０との間の距離は離れている構成が好ましく、第１のアパーチャ部５０と第２のアパーチャ部６０との間の距離は、１．０ｍｍ以上であることが好ましい。図５に示す例では、例えば、第１のアパーチャ部５０と第２のアパーチャ部６０との間の距離は１５ｍｍである。
　図６は、出射光Ｌ１０の光強度分布Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を示すグラフである。図６において、横軸は、光強度を計測した位置［ｍｍ］を示し、縦軸は、光強度［ａ．ｕ．］を示す。
　光強度分布Ｄ１は、第１の開口５０ａが３．０ｍｍ×３．０ｍｍの矩形形状であって、第１のアパーチャ部５０と光分割素子４０との間の距離が３５ｍｍである場合に、光分割素子４０上で計測された出射光Ｌ１０の光強度分布である。光強度分布Ｄ１が計測されるとき、出射光Ｌ１０の波長は９０５ｎｍであり、光源１１から発せられた出射光Ｌ１０は照射光学系１２によってコリメートされている。上述した実施の形態では、第２のアパーチャ部６０が備えられていない。そのため、出射光Ｌ１０が第１の開口５０ａを通過したときに発生する回折によって、光強度分布Ｄ１は、光分割素子４０上の第１の開口５０ａの外縁に対応する位置（すなわち、±１．５ｍｍ）から外側に広がっている。この場合、出射光Ｌ１０が光分割素子４０に入射するときに、反射部４０ａから漏れることで迷光となる。
　光強度分布Ｄ２は、第１のアパーチャ部５０から＋Ｚ軸方向（すなわち、出射光Ｌ１０の出射方向）に１５ｍｍ離れた位置における光強度分布である。光強度分布Ｄ３は、第２のアパーチャ部６０が第１のアパーチャ部５０から＋Ｚ軸方向に１５ｍｍ離れた位置に配置され、且つ第２の開口６０ａが３．１ｍｍ×３．１ｍｍの矩形形状である場合に、光分割素子４０上で計測された出射光Ｌ１０の光強度分布である。光強度分布Ｄ３では、光分割素子４０上の第１の開口５０ａの外縁に対応する位置（すなわち、±１．５ｍｍ）より外側の領域の光強度が、光強度分布Ｄ１と比較して小さい。このように、第１の開口５０ａより大きい第２の開口６０ａを有する第２のアパーチャ部６０が備えられることによって、出射光Ｌ１０が第１の開口５０ａを通過したときに発生した回折光が、光分割素子４０に迷光として入射することができる。なお、出射光Ｌ１０の光強度分布がガウス形状などの他の形状であっても、上記と同様の傾向が見られる。
　ここで、平面波の出射光Ｌ１０が開口関数ｆ（ｘ，ｙ）の開口を通過するとき、当該開口から＋Ｚ軸方向に距離Ｒ離れた位置における振幅分布ｕ（ｘ′，ｙ′）は、以下の式（１）によって示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）において、Ａは振幅、ｉは虚数単位、ｋは波数、（ｘ，ｙ）は開口上での座標、及び（ｘ′，ｙ′）は開口から距離Ｒ離れた位置における座標を示す。式（１）の左辺の値が出射光Ｌ１０のピーク強度の１／５以下となるときの位置に、第２のアパーチャ部６０が配置されていることが好ましい。
　また、測距装置２００をＹ軸方向に見たときに、第２のアパーチャ部６０は、走査ミラー２０で反射した戻り光Ｌ２０と重ならない位置に配置されている。これにより、第２のアパーチャ部６０による戻り光Ｌ２０の遮光を防止することができる。
　〈実施の形態の変形例１の効果〉
　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。
　また、実施の形態の変形例１によれば、測距装置２００は、第１のアパーチャ部５０から光分割素子４０に向かう光路上に配置された第２のアパーチャ部６０を更に有し、第２のアパーチャ部６０の第２の開口６０ａは、第１のアパーチャ部５０の第１の開口５０ａより大きい。これにより、第１の開口５０ａを通過したことによって生じた出射光Ｌ１０の回折光を第２のアパーチャ部６０によって遮光することができる。したがって、実施の形態の変形例１に係る測距装置２００では、測距方位の分解能を一層向上させつつ、測距可能距離を更に伸ばすことができる。
　《実施の形態の変形例２》
　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。
　図７に示されるように、測距装置３００は、レーザ光源部１０と、走査ミラー２０と、受光光学系３０と、光分割素子３４０と、第１のアパーチャ部５０と、第２のアパーチャ部６０とを有する。
　光分割素子３４０は、反射部３４０ａと、透過部３４０ｂとを有する。
　反射部３４０ａは、走査ミラー２０で反射した戻り光Ｌ２０を反射して受光光学系３０に向ける。このように、実施の形態の変形例２では、走査ミラー２０で反射した戻り光Ｌ２０が、光分割素子４０で反射して受光光学系３０に入射する。
　透過部３４０ｂは、照射光学系１２から出射された出射光Ｌ１０を透過して走査ミラー２０に向ける。透過部３４０ｂは、例えば、光分割素子３４０を貫通する孔である。すなわち、光分割素子３４０は、例えば、孔あきミラーである。なお、光分割素子３４０は、透明ガラスに、反射部３４０ａとしての反射膜がコーティングされた反射ミラーであってもよい。また、光分割素子３４０は、透過部３４０ｂを有していなくても実現することができる。
　仮に、第１のアパーチャ部５０及び第２のアパーチャ部６０が測距装置３００に備えられていない場合、光分割素子３４０に入射した出射光Ｌ１０が、透過部３４０ｂである孔の内面（すなわち、エッジ）において散乱して散乱光が発生するおそれがある。また、出射光Ｌ１０が、当該孔を通過したときに回折光が発生する場合がある。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。
　実施の形態の変形例２では、第１のアパーチャ部５０が、レーザ光源部１０から光分割素子３４０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。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、当該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、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、且つ戻り光Ｌ２０が光分割素子３４０で反射する構成であっても、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。
　また、測距装置３００は、第１のアパーチャ部５０から光分割素子３４０に向かう光路上に配置された第２のアパーチャ部６０を更に有する。第２のアパーチャ部６０の第２の開口６０ａは、第１のアパーチャ部５０の第１の開口５０ａより大きい。これにより、第２のアパーチャ部６０は、第１の開口５０ａを通過したときに生じた出射光Ｌ１０の回折光を遮光することができる。
　図８は、実施の形態の変形例２に係る測距装置３００の第１のアパーチャ部３５１の他の例をＺ軸方向に見た図である。図８に示されるように、第１のアパーチャ部３５１は、光通過部としての光透過部３５０ａと、遮光部３５０ｂと、第１の境界領域としての境界領域３５０ｃとを有する。
　光透過部３５０ａは、出射光Ｌ１０の中心光束を含む部分を通過させる。Ｚ軸方向に見たときの光透過部３５０ａの形状は、例えば、円形である。遮光部３５０ｂは、光透過部３５０ａより外側に配置され、出射光Ｌ１０の周辺光線を遮光する。遮光部３５０ｂは、例えば、透明ガラスに蒸着された金属膜である。
　境界領域３５１ｃは、光透過部３５０ａと遮光部３５０ｂとの間に配置されている。境界領域３５１ｃは、例えば、円環状である。境界領域３５１ｃにおける出射光Ｌ１０の透過率は、光透過部３５０ａに近づくほど高くなり、遮光部３５０ｂに近づくほど低くなる。
　このように、第１のアパーチャ部３５１の境界領域３５１ｃでは、透過率が勾配を有している。これにより、レーザ光源部１０が出射された出射光Ｌ１０が第１のアパーチャ部３５１の光透過部３５０ａを通過するときに、散乱及び回折の発生を防止することができる。境界領域３５１ｃの幅は、光透過部３５０ａの直径の５％程度であることが好ましい。なお、第２のアパーチャ部６０が、光透過部と遮光部との間に配置された第２の境界領域とを有し、当該第２の境界領域の透過率が光透過部に近づくほど高くなっていてもよい。
　図９は、実施の形態の変形例２に係る測距装置３００の第１のアパーチャ部３５２の更に他の例をＺ軸方向に見た図である。図９に示されるように、第１のアパーチャ部３５２は、開口５０ａと、開口５０ａより外側に配置された遮光部３５２ｂとを有する。
　第１のアパーチャ部３５２のうち開口５０ａを囲う内面３５２ｓには、開口５０ａに近づくほど幅狭となる複数の凸部３５２ｄが配置されている。図９に示す例では、内面３５２ｓは、鋸波形状である。これにより、レーザ光源部１０が出射された出射光Ｌ１０が第１のアパーチャ部３５２を通過するときに、開口５０ａを囲う内面３５２ｓでの散乱及び回折の発生を防止することができる。なお、第２のアパーチャ部６０の開口６０ａを囲う内面に、開口６０ａに近づくほど幅狭となる複数の凸部が配置されていてもよい。
　〈実施の形態の変形例２の効果〉
　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。
　また、実施の形態の変形例２によれば、第１のアパーチャ部３５１は、光透過部３５０ａと遮光部３５０ｂとの間に配置された境界領域３５１ｃを有し、境界領域３５１ｃにおける出射光Ｌ１０の透過率は、光透過部３５０ａに近づくほど高くなる。これにより、レーザ光源部１０が出射された出射光Ｌ１０が第１のアパーチャ部３５１の光透過部３５０ａを通過するときの散乱及び回折の発生を防止することができる。よって、測距装置３００では、測距方位の分解能を一層向上させつつ、測距可能距離を一層伸ばすことができる。
　また、実施の形態の変形例２によれば、第１のアパーチャ部３５２のうち開口５０ａを囲う内面３５２ｓには、開口５０ａに近づくほど幅狭となる複数の凸部３５２ｄが配置されている。これにより、レーザ光源部１０が出射された出射光Ｌ１０が第１のアパーチャ部３５２を通過するときに、内面３５２ｓでの散乱及び回折の発生を防止することができる。よって、測距装置３００では、測距方位の分解能を一層向上させつつ、測距可能距離を一層伸ばすことができる。
　《実施の形態の変形例３》
　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。
　図１０に示されるように、測距装置４００は、レーザ光源部１０と、走査ミラー２０（図４参照）と、受光光学系３０（図４参照）と、光分割素子４０と、第１のアパーチャ部４５０と、第２のアパーチャ部４６０とを有する。
　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を囲う内面において散乱及び回折することを抑制できる。図１０に示す例では、第１のアパーチャ部４５０のレーザ光源部１０側の面４５０ｄが、第１の開口５０ａに近づくほどレーザ光源部１０から離れる方向に傾斜している。
　第２のアパーチャ部４６０は、第２の開口６０ａに近づくほど薄肉となる板状の部材である。これにより、第１の開口５０ａを通過した出射光Ｌ１０が第２の開口６０ａを通過するときに、第２の開口６０ａを囲う内面において散乱及び回折することを抑制できる。図１０に示す例では、第２のアパーチャ部４６０の第１のアパーチャ部４５０側の面４６０ｄが、第２の開口６０ａに近づくほど第１のアパーチャ部４５０から離れる方向に傾斜している。なお、第１のアパーチャ部４５０及び第２のアパーチャ部４６０のうちの少なくとも一方のアパーチャ部が、開口に近づくほど薄肉となっていればよい。
　〈実施の形態の変形例３の効果〉
　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。
　また、実施の形態の変形例３によれば、第２のアパーチャ部４６０は、第２の開口６０ａに近づくほど薄肉となる板状の部材である。これにより、第１の開口５０ａを通過した出射光Ｌ１０が第２の開口６０ａを通過するときに、第２の開口６０ａ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一層向上させつつ、測距可能距離を一層伸ばすことができる。
　《実施の形態の変形例４》
　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。
　図１１に示されるように、測距装置５００は、レーザ光源部１０と、走査ミラー２０（図４参照）と、受光光学系３０（図４参照）と、光分割素子４０と、第１のアパーチャ部５５０と、第２のアパーチャ部５６０と、第１のアパーチャ保持部材５７１と、第２のアパーチャ保持部材５７２とを有する。
　第１のアパーチャ部５５０は、第１の板部としての板部５５１と、第２の板部としての板部５５２とを有する。板部５５１は、第１のアパーチャ保持部材５７１によって保持されている。板部５５２は、第２のアパーチャ保持部材５７２によって保持されている。なお、第１のアパーチャ保持部材５７１及び第２のアパーチャ保持部材５７２は、レンズ又は光分割素子４０などの他の光学部材を保持する部材と一体に形成されていてもよい。
　板部５５１、５５２は、出射光Ｌ１０を挟んで配置されている。出射光Ｌ１０のうち中心光束を含む部分は、板部５５１と板部５５２との間に形成された間隙である開口５０ａを通過する。また、出射光Ｌ１０のうち光軸Ｃ１から離れた位置を進む周辺光線Ｌ１２は、板部５５１及び板部５５２によって遮蔽される。これにより、第１のアパーチャ部５５０は、レーザ光源部１０から光分割素子４０に向かう出射光Ｌ１０の径を小さくできる。これにより、測距装置５００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。
　ここで、アパーチャ部を光軸Ｃ１に対して精度良く配置するために、アパーチャ部を、レンズ又は光分割素子４０などの他の光学部材を保持する部材（すなわち、他の保持構造）と一体に形成する方法が考えられる。しかしながら、アパーチャ部を他の保持構造と一体に形成する場合、加工が難しくなるため、アパーチャ部における開口の形成が困難となる。また、開口を有するアパーチャ部を別部品として、アパーチャ保持部材にネジなどで固定する場合、アパーチャ部の位置精度が低下する。実施の形態の変形例４では、第１のアパーチャ部５５０のうち出射光Ｌ１０の周辺光線Ｌ１２を遮光する部分は、分割されている。具体的には板部５５２は、板部５５１に対して出射光Ｌ１０の出射方向（すなわち、Ｚ軸方向）にずれて配置されている。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。また、実施の形態の変形例４では、第１のアパーチャ部５５０における開口５０ａの形成が容易となる。
　第２のアパーチャ部５６０は、第１の板部としての板部５６１と、第２の板部としての板部５６２とを有する。板部５６１は、第１のアパーチャ保持部材５７１によって保持されている。板部５６２は、第２のアパーチャ保持部材５７２によって保持されている。
　板部５６１、５６２は、出射光Ｌ１０を挟んで配置されている。第１のアパーチャ部５５０を通過した出射光Ｌ１０は、板部５６１と板部５６２との間に形成された間隙である開口６０ａを通過する。開口６０ａは、開口５０ａより大きい。これにより、開口５０ａを通過したことによって生じた出射光Ｌ１０の回折光を板部５６１、５６２によって遮光することができる。
　このように、実施の形態の変形例４では、第２のアパーチャ部５６０のうち出射光Ｌ１０の回折光を遮光する部分も、分割されている。具体的には、板部５６２は、板部５６１に対して出射光Ｌ１０の出射方向（すなわち、Ｚ軸方向）にずれて配置されている。これにより、第２のアパーチャ部５６０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。また、実施の形態の変形例４では、第２のアパーチャ部５６０における開口６０ａの形成が容易となる。
　図１２は、実施の形態の変形例４に係る測距装置４００の第１のアパーチャ部５５０Ａの他の例をＺ軸方向に見た図である。図１２に示されるように、第１のアパーチャ部５５０Ａは、第１の板部５５１Ａと、第１の板部５５１Ａに対して＋Ｚ軸方向にずれて配置された第２の板部５５２Ａとを有する。
　第２の板部５５２Ａは、Ｚ軸方向に貫通する貫通部５５０ｅを有する。Ｚ軸方向に見たときに第１の板部５５１Ａは、貫通部５５０ｅの一部と重なっている。このように、図１２に示す例では、貫通部５５０ｅの一部は、第１の板部５５１Ａによって遮られている。レーザ光源部１０から出射された出射光Ｌ１０の一部は、貫通部５５０ｅのうち第１の板部５５１Ａによって遮られていない領域を通過する。これにより、第１のアパーチャ部５５０Ａは、出射光Ｌ１０の径を小さくすることができる。よって、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、すなわち、迷光の発生が防止されるため、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。
　また、図１２に示す例でも、第１のアパーチャ部５５０Ａのうち出射光Ｌ１０の周辺光線Ｌ１２を遮光する部分は、分割されている。これにより、第１のアパーチャ部５５０Ａ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。なお、第２のアパーチャ部５６０が、図１２に示される第１のアパーチャ部５５０Ａと同様の構成であってもよい。
　〈実施の形態の変形例４の効果〉
　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。
　また、実施の形態の変形例４によれば、第２のアパーチャ部５６０は、板部５６１と、板部５６１に対して出射光Ｌ１０の出射方向にずれて配置された板部５６２とを有し、第１のアパーチャ部５５０から光分割素子３４０に向かう出射光Ｌ１０は、板部５６１と板部５６２との間を通過する。これにより、第２のアパーチャ部５６０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。
　また、実施の形態の変形例４によれば、第１のアパーチャ部５５０Ａは、第１の板部５５１Ａと、第１の板部５５１Ａに対して出射光Ｌ１０の出射方向にずれて配置された第２の板部５５２Ａとを有する。第２の板部５５２Ａは、出射光Ｌ１０が通過する貫通部５５０ｅを有し、出射光Ｌ１０の出射方向に見たときに第１の板部５５１Ａが貫通部５５０ｅの一部と重なっている。これにより、第１のアパーチャ部５５０Ａ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。
　１０　レーザ光源部、　１１　光源、　１２　照射光学系、　１２ａ　凸レンズ、　２０　走査ミラー、　２０ａ　反射面、　２１、２２　回転軸、　３０　受光光学系、　３１　集光光学部、　３２　受光素子、　４０、３４０　光分割素子、　４０ａ、３４０ａ　反射部、　４０ｂ、３４０ｂ　透過部、　５０、３５１、３５２、４５０、５５０、５５０Ａ　第１のアパーチャ部、　５０ａ、５５０ａ　第１の開口、　５０ｂ、３５０ｂ、３５２ｂ　遮光部、　６０、４６０、５６０　第２のアパーチャ部、　６０ａ、５６０ａ　第２の開口、　６０ｂ　第２の遮光部、　９０　対象物、　１００、２００、３００、４００　測距装置、　１０１　光走査装置、　１０２　コンピュータ、　１０２ａ　コントローラ、　１０２ｂ　演算器、　１０２ｃ　記憶装置、　１０３　筐体、　１０３ａ　透明窓、　１１０　光送信光学系、　３５０ａ　光透過部、　３５１ｃ　境界領域、　３５２ｄ　凸部、　３５２ｓ　内面、　４５０ｄ、４６０ｄ　面、　５５０ｃ、５５０ｅ　貫通部、　５５１、５５１Ａ、５５２、５５２Ａ、５６１、５６２　板部、　５７１　第１のアパーチャ保持部材、　５７２　第２のアパーチャ保持部材、　Ａ１、Ａ２　開口幅、Ａｈ　径、　Ｃ１、Ｃ３　光軸、　Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３　光強度分布、　Ｌ１　レーザ光、　Ｌ１０　出射光、　Ｌ１１　中心光束、　Ｌ１２　周辺光線、　Ｌ２０　戻り光。

Claims (18)

  1. 　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、
    　レーザ光源部と、
    　前記レーザ光源部から出射された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
    　を有する、
    　ことを特徴とする測距装置。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　前記第１のアパーチャ部は、
    　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
    　を有する、
    　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。
  6. 　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５に記載の測距装置。
  7. 　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５に記載の測距装置。
  8. 　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のアパーチャ部を更に有する、
    　ことを特徴とする請求項７に記載の測距装置。
  9. 　前記第２の光通過部は、前記第１の開口より大きい第２の開口である、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の測距装置。
  10. 　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９に記載の測距装置。
  11. 　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８から１０のいずれか１項に記載の測距装置。
  12. 　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８から１１のいずれか１項に記載の測距装置。
  13. 　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通過率は、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８から１２のいずれか１項に記載の測距装置。
  14. 　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８から１３のいずれか１項に記載の測距装置。
  15. 　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８から１４のいずれか１項に記載の測距装置。
  16. 　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８から１４のいずれか１項に記載の測距装置。
  17. 　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１６のいずれか１項に記載の測距装置。
  18. 　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１７のいずれか１項に記載の測距装置。
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