(57)【要約】      （修正有）【課題】対象物までの距離にかかわらず、正確に測距を行うことが可能な測距装置を提供する。【解決手段】所定領域に向けて出射され所定領域内の対象物によって反射された光を、第１の反射光ＲＬ１と第２の反射光ＲＬ２とに分岐させる分岐部と、第１の反射光の光路上に設けられた第１の集光レンズ２２Ａと、第１の集光レンズを経た第１の反射光の光路上に設けられた第１の受光部２３Ａと、第２の反射光の光路上に設けられた第２の集光レンズ２２Ｂと、第２の集光レンズを経た第２の反射光の光路上に設けられた第２の受光部２３Ｂと、第１の受光部の受光結果及び第２の受光部の受光結果の少なくとも一方に基づいて対象物までの距離を算出する距離算出部３３と、を有し、第１の集光レンズの開口数は、第２の集光レンズの開口数よりも大きい。【選択図】図１
2020067360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定領域に向けて出射され前記所定領域内の対象物によって反射された光を、第１の反射光と第２の反射光とに分岐させる分岐部と、
前記第１の反射光の光路上に設けられた第１の集光レンズと、
前記第１の集光レンズを経た前記第１の反射光の光路上に設けられた第１の受光部と、
前記第２の反射光の光路上に設けられた第２の集光レンズと、
前記第２の集光レンズを経た前記第２の反射光の光路上に設けられた第２の受光部と、
前記第１の受光部の受光結果及び前記第２の受光部の受光結果の少なくとも一方に基づいて前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、
を有し、
前記第１の集光レンズの開口数は、前記第２の集光レンズの開口数よりも大きいことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
前記第１の集光レンズの口径は、前記第２の集光レンズの口径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記第１の集光レンズの焦点距離は、前記第２の集光レンズの焦点距離よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記第１の受光部は、前記第１の集光レンズを経た前記第１の反射光を受光して第１の受光信号を生成し、
前記第２の受光部は、前記第２の集光レンズを経た前記第２の反射光を受光して第２の受光信号を生成し、
前記距離算出部は、前記第１の受光信号と前記第２の受光信号とを合算した合算信号、又は前記第２の受光信号に基づいて、前記対象物までの距離を算出する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の測距装置。
【請求項５】
前記距離算出部は、前記第１の受光信号又は前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの概算距離を判定し、前記概算距離が閾値以上である場合には前記合算信号に基づいて前記対象物までの距離を算出し、前記概算距離が前記閾値未満である場合には前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの距離を算出することを特徴とする請求項４に記載の測距装置。
【請求項６】
ライン状の前記光を出射する出射部を有し、
前記第１の受光部及び前記第２の受光部の各々は、複数の受光素子がライン状に配列されたラインセンサであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の測距装置。
【請求項７】
光を分岐させる分岐部と、前記分岐部により分岐した光の一方の光路上に設けられた第１の集光レンズと、前記第１の集光レンズを経た光の光路上に設けられた第１の受光部と、前記分岐部により分岐した光の他方の光路上に設けられた前記第１の集光レンズよりも開口数が小さい第２の集光レンズと、前記第２の集光レンズを経た光の光路上に設けられた第２の受光部と、前記第１の受光部又は前記第２の受光部の受光結果に基づいて前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、を有する測距装置が実行する測距方法であって、
前記分岐部が、所定領域に向けて出射され前記所定領域内の対象物によって反射された光を、第１の反射光と第２の反射光とに分岐させるステップと、
前記第１の集光レンズが、前記第１の反射光を集光するステップと、
前記第２の集光レンズが、前記第２の反射光を集光するステップと、
前記第１の受光部が、前記第１の集光レンズにより集光された前記第１の反射光を受光して第１の受光信号を生成するステップと、
前記第２の受光部が、前記第２の集光レンズにより集光された前記第２の反射光を受光して第２の受光信号を生成するステップと、
前記距離算出部が、前記第１の受光信号又は前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの概算距離を判定するステップと、
前記距離算出部が、前記概算処理が閾値以上である場合には、前記第１の受光信号と前記第２の受光信号とを合算した合算信号に基づいて前記対象物までの距離を算出し、前記概算距離が前記閾値未満である場合には前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの距離を算出するステップと、
を含むことを特徴とする測距方法。
【請求項８】
所定領域に向けて出射され前記所定領域内の対象物によって反射された光を、第１の反射光と第２の反射光とに分岐させる分岐部と、前記第１の反射光を集光する第１の集光レンズと、前記第１の集光レンズを経た前記第１の反射光を受光して第１の受光信号を生成する第１の受光部と、前記第１の集光レンズよりも小さい開口数を有し前記第２の反射光を集光する第２の集光レンズと、前記第２の集光レンズを経た前記第２の反射光を受光して第２の受光信号を生成する第２の受光部と、を有する測距装置に搭載されたコンピュータに、
前記第１の受光信号又は前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの概算距離を判定するステップと、
前記概算処理が閾値以上である場合には、前記第１の受光信号と前記第２の受光信号とを合算した合算信号に基づいて前記対象物までの距離を算出し、前記概算距離が前記閾値未満である場合には前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの距離を算出するステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項９】
所定領域に向けて出射され前記所定領域内の対象物によって反射された光を、第１の反射光と第２の反射光とに分岐させる分岐部と、前記第１の反射光を集光する第１の集光レンズと、前記第１の集光レンズを経た前記第１の反射光を受光して第１の受光信号を生成する第１の受光部と、前記第１の集光レンズよりも小さい開口数を有し前記第２の反射光を集光する第２の集光レンズと、前記第２の集光レンズを経た前記第２の反射光を受光して第２の受光信号を生成する第２の受光部と、を有する測距装置に搭載されたコンピュータに、
前記第１の受光信号又は前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの概算距離を判定するステップと、
前記概算処理が閾値以上である場合には、前記第１の受光信号と前記第２の受光信号とを合算した合算信号に基づいて前記対象物までの距離を算出し、前記概算距離が前記閾値未満である場合には前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの距離を算出するステップと、
を実行させるプログラムを記録する記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を対象物に照射し、当該対象物によって反射されたレーザ光を受光して解析することにより、対象物までの距離を計測する測距装置が知られている（例えば、特許文献１）。かかる測距装置では、例えば対象物によって反射されたレーザ光をレンズによって集光し、集光したレーザ光を受光素子で受光する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２９６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような測距装置では、通常、遠距離にある対象物からの反射光が受光素子上に集光するように受光光学系が設定されているため、近距離にある対象物からの反射光を集光する場合にはデフォーカスや球面収差が発生してしまう。そのため、受光素子では近距離の対象物からの反射光を十分に集光した状態で受光することができず、対象物までの正確な距離を得ることができないという問題があった。
【０００５】
特に、ライン形状のレーザ光（ラインビーム）を出射し、複数の受光素子がライン状に配列されたラインセンサを用いて反射光を受光する場合、近距離の対象物からの反射光をレンズで集光する際に発生する収差により、各々の受光素子で受光すべき光が隣の受光素子にはみ出してしまうという問題点があった。
【０００６】
このように、対象物が近距離に存在する場合、受光素子は十分に集光した状態の反射光を受光できず、対象物までの距離を正確に算出することができないということが課題の一例として挙げられる。
【０００７】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、対象物までの距離にかかわらず、正確に測距を行うことが可能な測距装置を提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、測距装置であって、所定領域に向けて出射され前記所定領域内の対象物によって反射された光を、第１の反射光と第２の反射光とに分岐させる分岐部と、前記第１の反射光の光路上に設けられた第１の集光レンズと、前記第１の集光レンズを経た前記第１の反射光の光路上に設けられた第１の受光部と、前記第２の反射光の光路上に設けられた第２の集光レンズと、前記第２の集光レンズを経た前記第２の反射光の光路上に設けられた第２の受光部と、前記第１の受光部の受光結果及び前記第２の受光部の受光結果の少なくとも一方に基づいて前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、を有し、前記第１の集光レンズの開口数は、前記第２の集光レンズの開口数よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
請求項７に記載の発明は、光を分岐させる分岐部と、前記分岐部により分岐した光の一方の光路上に設けられた第１の集光レンズと、前記第１の集光レンズを経た光の光路上に設けられた第１の受光部と、前記分岐部により分岐した光の他方の光路上に設けられた前記第１の集光レンズよりも開口数が小さい第２の集光レンズと、前記第２の集光レンズを経た光の光路上に設けられた第２の受光部と、前記第１の受光部又は前記第２の受光部の受光結果に基づいて前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、を有する測距装置が実行する測距方法であって、前記分岐部が、所定領域に向けて出射され前記所定領域内の対象物によって反射された光を、第１の反射光と第２の反射光とに分岐させるステップと、前記第１の集光レンズが、前記第１の反射光を集光するステップと、前記第２の集光レンズが、前記第２の反射光を集光するステップと、前記第１の受光部が、前記第１の集光レンズにより集光された前記第１の反射光を受光して第１の受光信号を生成するステップと、前記第２の受光部が、前記第２の集光レンズにより集光された前記第２の反射光を受光して第２の受光信号を生成するステップと、前記距離算出部が、前記第１の受光信号又は前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの概算距離を判定するステップと、前記距離算出部が、前記概算処理が閾値以上である場合には、前記第１の受光信号と前記第２の受光信号とを合算した合算信号に基づいて前記対象物までの距離を算出し、前記概算距離が前記閾値未満である場合には前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの距離を算出するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項８に記載の発明は、プログラムであって、所定領域に向けて出射され前記所定領域内の対象物によって反射された光を、第１の反射光と第２の反射光とに分岐させる分岐部と、前記第１の反射光を集光する第１の集光レンズと、前記第１の集光レンズを経た前記第１の反射光を受光して第１の受光信号を生成する第１の受光部と、前記第１の集光レンズよりも小さい開口数を有し前記第２の反射光を集光する第２の集光レンズと、前記第２の集光レンズを経た前記第２の反射光を受光して第２の受光信号を生成する第２の受光部と、を有する測距装置に搭載されたコンピュータに、前記第１の受光信号又は前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの概算距離を判定するステップと、前記概算処理が閾値以上である場合には、前記第１の受光信号と前記第２の受光信号とを合算した合算信号に基づいて前記対象物までの距離を算出し、前記概算距離が前記閾値未満である場合には前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの距離を算出するステップと、を実行させることを特徴とする。
【００１１】
請求項９に記載の発明は、記録媒体であって、所定領域に向けて出射され前記所定領域内の対象物によって反射された光を、第１の反射光と第２の反射光とに分岐させる分岐部と、前記第１の反射光を集光する第１の集光レンズと、前記第１の集光レンズを経た前記第１の反射光を受光して第１の受光信号を生成する第１の受光部と、前記第１の集光レンズよりも小さい開口数を有し前記第２の反射光を集光する第２の集光レンズと、前記第２の集光レンズを経た前記第２の反射光を受光して第２の受光信号を生成する第２の受光部と、を有する測距装置に搭載されたコンピュータに、前記第１の受光信号又は前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの概算距離を判定するステップと、前記概算処理が閾値以上である場合には、前記第１の受光信号と前記第２の受光信号とを合算した合算信号に基づいて前記対象物までの距離を算出し、前記概算距離が前記閾値未満である場合には前記第２の受光信号に基づいて前記対象物までの距離を算出するステップと、を実行させるプログラムを記録することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の測距装置の構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】対象物が遠距離にある場合の反射光の受光を示す模式図である。
【図２Ｂ】対象物が近距離にある場合の反射光の受光を示す模式図である。
【図３Ａ】対象物が遠距離にある場合の受光信号の波形を示す図である。
【図３Ｂ】対象物が近距離にある場合の受光信号の波形を示す図である。
【図４Ａ】遠距離にある複数の対象物からの反射光の受光の様子を示す模式図である。
【図４Ｂ】複数の対象物が遠距離にある場合の受光信号の波形を示す図である。
【図５Ａ】近距離にある複数の対象物からの反射光を第１の受光部で受光した場合を示す模式図である。
【図５Ｂ】複数の対象物が近距離にある場合の第１の受光信号の例を示す図である。
【図６Ａ】近距離にある複数の対象物からの反射光を第２の受光部で受光した場合を示す模式図である。
【図６Ｂ】複数の対象物が近距離にある場合の第２の受光信号の例を示す図である。
【図７】実施例２のビームスプリッタの例を示す図である。
【図８Ａ】実施例２における遠距離の対象物からの反射光の受光を示す模式図である。
【図８Ｂ】実施例２における近距離の対象物からの反射光の受光を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の各実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本実施例の測距装置１００の構成を示すブロック図である。測距装置１００は、レーザ光を所定領域に向けて出射し、所定領域内の対象物ＯＪＴによって反射されたレーザ光を受光して、受光結果に基づいて対象物ＯＪＴまでの距離を計測する測距装置である。測距装置１００は、投光部１１、ビームスプリッタ２０、第１受光処理部２１Ａ、第２受光処理部２１Ｂ、及び測距部３０を有する。
【００１５】
投光部１１は、レーザ光を出射する光源１２、光源１２を駆動する発光駆動部１３、及び光源１２から出射されたレーザ光の光路上に設けられた投光レンズ１４を含む。光源１２は、例えばライン状に配された複数のエミッタ（マルチエミッタ）から構成され、当該複数のエミッタから出射されたレーザ光が合わさったライン形状のレーザ光（すなわち、ラインビーム）を出射する。透光部１１は、光源１２から出射されたレーザ光を所定領域に向けて出射する。
【００１６】
ビームスプリッタ２０は、所定領域内の対象物ＯＪＴによって反射されたレーザ光である反射光ＲＬの光路上に設けられている。ビームスプリッタ２０は、例えばハーフミラーから構成され、反射光ＲＬの一部を反射させるとともに他の一部を透過させることにより、反射光ＲＬを第１の反射光ＲＬ１と第２の反射光ＲＬ２とに分岐させる。例えば、本実施例では、反射光ＲＬの一部を反射させたものを第１の反射光ＲＬ１とし、反射光ＲＬの他の一部を透過させたものを第２の反射光ＲＬ２とする。
【００１７】
第１受光処理部２１Ａは、第１の反射光ＲＬ１を受光し、第１の受光信号ＲＳ１を生成する信号処理部である。第１受光処理部２１Ａは、第１の受光レンズ２２Ａ及び第１の受光部２３Ａを含む。
【００１８】
第１の受光レンズ２２Ａは、入射された光を集光する集光レンズであり、例えば凸レンズとして構成されている。第１の受光レンズ２２Ａは、ビームスプリッタ２０によって反射された反射光ＲＬの一部である第１の反射光ＲＬ１の光路上に設けられている。第１の受光レンズ２２Ａは、開口数ＮＡ１（ＮＡ：Numerical Aperture）を有する。
【００１９】
第１の受光部２３Ａは、受光した光の強度を電気信号に変換する受光素子がライン状に複数配列されたラインセンサとして構成されている。第１の受光部２３Ａを構成する受光素子の各々は、例えばＡＰＤ（Avalanche Photodiode）から構成されている。第１の受光部２３Ａは、第１の受光レンズ２２Ａを透過した第１の反射光ＲＬ１の光路上に設けられており、第１の反射光ＲＬ１を受光して電気信号に変換することにより、第１の受光信号ＲＳ１を生成する。なお、第１の受光部２２Ａの各受光素子は、第１の受光レンズ２２Ａの開口数ＮＡ１を考慮して、第１の受光レンズ２２Ａから見て無限遠とみなせる距離から第１の受光レンズ２２Ａに入射した光が集光する位置に配置されている。
【００２０】
第２受光処理部２１Ｂは、第２の反射光ＲＬ２を受光し、第２の受光信号ＲＳ２を生成する信号処理部である。第２受光処理部２１Ｂは、第２の受光レンズ２２Ｂ及び第２の受光部２３Ｂを含む。
【００２１】
第２の受光レンズ２２Ｂは、入射された光を集光する集光レンズであり、例えば凸レンズとして構成されている。第２の受光レンズ２２Ｂは、ビームスプリッタ２０によって透過された反射光ＲＬの一部である第２の反射光ＲＬ２の光路上に設けられている。第２の受光レンズ２２Ｂは、第１の受光レンズ２２Ａの開口数ＮＡ１よりも小さな開口数である開口数ＮＡ２を有する。すなわち、本実施例の測距装置１００において、第１の受光レンズ２２Ａの開口数ＮＡ１は、第２の受光レンズＮＡ２の開口数ＮＡ２よりも大きい
第２の受光部２３Ｂは、受光素子がライン状に複数配列されたラインセンサとして構成されている。第２の受光部２３Ｂを構成する受光素子の各々は、例えばＡＰＤから構成されている。第２の受光部２３Ｂは、第２の受光レンズ２２Ｂを透過した第２の反射光ＲＬ２の光路上に設けられており、第２の反射光ＲＬ２を受光して電気信号に変換することにより、第２の受光信号ＲＳ２を生成する。なお、第２の受光部２２Ｂの各受光素子は、第２の受光レンズ２２Ｂの開口数ＮＡ２を考慮して、無限遠とはみなせない程度の近距離の位置から第１の受光レンズ２２Ａに入射した光が集光する位置に配置されている。
【００２２】
測距部３０は、第１の受光信号ＲＳ１又は第２の受光信号ＲＳ２に基づいて、対象物ＯＪＴまでの距離を算出する処理演算を行う信号処理部である。測距部３０は、概算距離判定部３１、使用受光素子判定部３２及び距離算出部３３を含む。
【００２３】
概算距離判定部３１は、第１の受光部２３Ａから第１の受光信号ＲＳ１、第２の受光部２３Ｂから第２の受光信号ＲＳ２の供給をそれぞれ受け、第１の受光信号ＲＳ１及び第２の受光信号ＲＳ２のうちの少なくとも一方に基づいて、対象物ＯＪＴまでの概算距離を判定する。例えば、概算距離判定部３１は、対象物ＯＪＴが第１の受光レンズ２２Ａから見て無限遠とみなせる所定以上の遠距離（例えば１０ｍ以上）に位置しているか否かを判定する。
【００２４】
使用受光素子判定部３２は、概算距離判定部３１により判定された概算距離に基づいて、第１の受光部２３Ａ又は第２の受光部２３Ｂのいずれによる受光結果を用いて対象物ＯＪＴまでの距離を算出するかを判定する。例えば、使用受光素子判定部３２は、概算距離が所定以上の遠距離である場合には、第１の受光部２３Ａによる受光結果である第１の受光信号ＲＳ１と第２の受光部２３Ｂによる受光結果である第２の受光信号ＲＳ２とを合算した合算信号に基づいて、対象物ＯＪＴまでの距離を算出すると判定する。一方、使用受光素子判定部３２は、概算距離が所定未満の近距離である場合には、第２の受光部２３Ｂによる受光結果である第２の受光信号ＲＳ２に基づいて、対象物ＯＪＴまでの距離を算出すると判定する。
【００２５】
距離算出部３３は、使用受光素子判定部３２による判定結果に応じて、第１の受光信号ＲＳ１と第２の受光信号ＲＳ２とを合算した合算信号、又は第２の受光信号ＲＳ２に基づいて、対象物ＯＪＴまでの距離を算出する。
【００２６】
次に、本実施例の測距装置１００による反射光ＲＬの受光（すなわち、第１の反射光ＲＬ１及び第２の反射光ＲＬ２の受光）について説明する。所定領域内の対象物ＯＪＴによって反射されたレーザ光である反射光ＲＬは、ビームスプリッタ２０で一部が反射し、他の一部がビームスプリッタ２０を透過することにより、第１の反射光ＲＬ１及び第２の反射光ＲＬ２に分岐される。第１の反射光ＲＬ１は第１の受光レンズ２２Ａによって集光され、第２の反射光ＲＬ２は第２の受光レンズ２２Ｂによって集光される。その際、第１の反射光ＲＬ１の集光の態様は、第１の受光レンズ２２Ａから見た反射光ＲＬ及び第１の反射光ＲＬ１の光路の長さ（すなわち、対象物ＯＪＴまでの距離）によって異なる。
【００２７】
図２Ａは、反射光ＲＬ及び反射光ＲＬ１の光路の長さが第１の受光レンズ２２Ａから見て無限遠とみなせる距離である場合、すなわち反射光ＲＬが無限遠とみなせるような遠距離に存在している対象物ＯＪＴからの反射光ＲＬである場合の集光の態様を模式的に示す図である。ここでは、第１の受光部２３Ａを構成する受光素子の１つとして受光素子２４Ａ、第２の受光部２３Ｂを構成する受光素子の１つとして受光素子２４Ｂを示している。
【００２８】
無限遠とみなせる距離からの反射光ＲＬは、平行光に近い状態、すなわち光束の径がほぼ一定となった状態でビームスプリッタ２０に入射する。このため、第１の反射光ＲＬ１は、光束の径がほぼ一定の状態で第１の受光レンズ２２Ａに入射し、集光される。従って、受光素子２４Ａは、第１の受光レンズ２２Ａによって十分に集光された状態の第１の反射光ＲＬ１を受光する。また、第２の反射光ＲＬ２も、光束の径がほぼ一定の状態で第２の受光レンズ２２Ｂに入射し、集光される。従って、受光素子２４Ｂは、第２の受光レンズ２２Ｂによって十分に集光された状態の第２の反射光ＲＬ２を受光する。
【００２９】
一方、図２Ｂは、反射光ＲＬ及び第１の反射光ＲＬ１の光路の長さが第１の受光レンズ２２Ａから見て無限遠とはみなせないような近距離である場合、すなわち反射光ＲＬが比較的近距離に存在している対象物ＯＪＴからの反射光である場合の集光の態様を模式的に示す図である。
【００３０】
無限遠とはみなせないような近距離からの反射光ＲＬは、光束の径が広がるような状態でビームスプリッタ２０に入射する。このため、第１の反射光ＲＬ１は、光束の径が広がるような状態で第１の受光レンズ２２Ａに入射する。第１の受光レンズ２２Ａは、無限遠からの光が受光素子上に集光するように設定されているため、第１の反射光ＲＬ１は、球面収差とデフォーカスの影響により十分に集光されない状態で受光素子２４Ａに入射する。
【００３１】
これに対し、第２の反射光ＲＬ２も光束の径が広がるような状態で第２の受光レンズ２２Ｂに入射するが、第２の受光レンズ２２Ｂは、開口数ＮＡ２が小さく設定されている。一般的にデフォーカスによる波面収差（以下、デフォーカス収差と呼ぶ）と球面収差があると集光スポットの径は大きくなり、結像性能の低下につながる。しかしこれらの波面収差は開口数の増加に伴い大きくなる性質があり、十分に小さな開口数の下では結像性能の低下を最小限にとどめることができる。なお、ピンホール写真でボケのない鮮明な像が得られるのも開口数が十分に小さいことによるものである。第２の反射光ＲＬ２は、小さい開口数のレンズにより集光されるため、十分に集光された状態で受光素子２４Ｂに入射する。
【００３２】
このため、本実施例の測距装置１００は、無限遠とみなせるような遠距離の対象物ＯＪＴからの反射光ＲＬについては、第１の受光部２３Ａによる受光結果と第２の受光部２３Ｂによる受光結果との双方を用いて対象物ＯＪＴまでの距離を算出する。一方、無限遠とはみなせないような近距離の対象物ＯＪＴからの反射光ＲＬについては、第２の受光部２３Ｂによる受光結果のみを用いて対象物ＯＪＴまでの距離を算出する。
【００３３】
具体的には、まず概算距離判定部３１が、第１の受光部２３Ａからの受光信号ＲＳ１又は第２の受光部２３Ｂからの受光信号ＲＳ２に基づいて、対象物ＯＪＴまでの概算距離を判定する。例えば、反射光ＲＬが無限遠とみなせるような遠距離にある対象物ＯＪＴからの反射光である場合、受光信号ＲＳ２は図３Ａに示すような信号波形となる。ここで、横軸は出射光ＯＬが出射されてからの経過時間、縦軸は受光信号ＲＳ２の信号レベルを示している。遠距離からの反射光ＲＬに基づく受光信号ＲＳ２は、基準タイミングＲＴよりも遅く立ち上がる信号波形となる。このため、概算距離判定部３１は、無限遠とみなせるような所定以上の遠距離に対象物ＯＪＴが位置していると判定する。
【００３４】
一方、反射光ＲＬが無限遠とはみなせないような近距離にある対象物ＯＪＴからの反射光である場合、受光信号ＲＳ２は図３Ｂに示すような信号波形となる。近距離からの反射光ＲＬに基づく受信信号ＲＳ２は、基準タイミングＲＴよりも早く立ち上がる信号波形となる。このため、概算距離判定部３１は、反射光ＲＬが無限遠とはみなせないような近距離に象物ＯＪＴが位置していると判定する。
【００３５】
使用受光素子判定部３２は、判定された概算距離に基づいて、距離算出部３３による対象物ＯＪＴまでの距離の算出に、第１の受光信号ＲＳ１と第２の受光信号ＲＳ２とを合算した合算信号を用いるか、第２の受光信号ＲＳ２のみを用いるかを判定する。例えば概算距離が遠距離である場合には、使用受光素子判定部３２は、第１の受光信号ＲＳ１と第２の受光信号ＲＳ２とを合算した合算信号を用いて距離を算出すると判定する。概算距離が近距離である場合には、使用受光素子判定部３２は、第２の受光信号ＲＳ２のみを用いて距離を算出すると判定する。
【００３６】
距離算出部３３は、使用受光素子判定部３２の判定結果に基づいて、第２の受光信号ＲＳ２又は合算信号に基づいて、対象物ＯＪＴまでの距離を算出する。すなわち、対象物ＯＪＴが遠距離にある場合、距離算出部３３は、合算信号を用いて距離の算出を行う。対象物ＯＪＴが近距離にある場合、距離算出部３３は、第２の受光信号ＲＳ２のみを用いて距離の算出を行う。
【００３７】
図４Ａは、無限遠とみなせるような遠距離にある複数の対象物ＯＪＡ、ＯＪＢ及びＯＪＣからの反射光の受光の様子を示す模式図である。遠距離からの反射光は、開口数の大きい第１の受光レンズ２２Ａによっても十分に集光されるため、対象物ＯＪＡ、ＯＪＢ及びＯＪＣからの反射光は、第１の受光部２３Ａを構成する複数の受光素子の各々によって受光される。
【００３８】
図４Ｂは、第１の受光部２３Ａの各受光素子で受光された遠距離からの反射光の受光信号の波形を示す図である。上記の通り、遠距離からの反射光は第１の受光レンズ２２Ａによって集光された状態で第１の受光部２３Ａの各受光素子によって受光されるため、それぞれの受光信号を区別することが容易である。
【００３９】
従って、対象物が遠距離にある場合、第１の受光部２３Ａの受光結果及び第２の受光部２３Ｂの受光結果の双方を用いることにより、十分な受信信号を得ることができるため、正確に距離の算出を行うことが可能となる。
【００４０】
一方、図５Ａは、無限遠とはみなせないような近距離にある複数の対象物ＯＪＡ、ＯＪＢ及びＯＪＣからの反射光を第１の受光部２３Ａで受光した場合を示す模式図である。近距離からの反射光は、開口数の大きい第１の受光レンズ２２Ａの球面収差の影響により、第１の受光部２３Ａの各受光素子上では十分に集光されず、スポットが大きくなり、隣接する受光素子にはみ出してしまう。
【００４１】
図５Ｂは、第１の受光部２３Ａの各受光素子で受光された近距離からの反射光の受光信号の波形を示す図である。上記の通り、近距離からの反射光は第１の受光部２３Ａの各受光素子上では十分に集光されず、隣接する受光素子にはみ出してしまうため、それぞれの受光信号を区別することが困難である。従って、対象物が近距離にある場合には、第１の受光部２３Ａの受光結果を用いて正確に対象物ＯＪＴまでの距離を判定することができない。
【００４２】
図６Ａは、図５Ａの場合と同様の近距離にある複数の対象物ＯＪＡ、ＯＪＢ及びＯＪＣからの反射光を、第２の受光部２３Ｂで受光した場合を示す模式図である。第２の受光レンズ２２Ｂの開口数ＮＡ２は小さいため、近距離からの反射光であっても第２の受光レンズ２２Ｂによって集光され、第２の受光部２３Ｂの各受光素子によって受光される。
【００４３】
図６Ｂは、第２の受光部２３Ｂの各受光素子で受光された近距離からの反射光の受光信号の波形を示す図である。上記の通り、近距離からの反射光は第２の受光レンズ２２Ｂによって集光された状態で第２の受光部２３Ｂの各受光素子によって受光されるため、それぞれの受光信号を区別することが可能である。
【００４４】
従って、対象物が近距離にある場合、第２の受光部２３Ｂの受光結果のみを用いることにより、第１の受光レンズ２２Ａの球面収差及びデフォーカスの影響を受けることなく、距離の算出を行うことが可能となる。
【００４５】
以上のように、本実施例の測距装置１００は、対象物ＯＪＴが無限遠とみなせるような遠距離にある場合には第１の受光部２３Ａによる受光結果及び第２の受光部２３Ｂによる受光結果の双方を用いて距離の算出を行い、対象物ＯＪＴが無限遠とはみなせないような近距離にある場合には第２の受光部２３Ｂによる受光結果の双方を用いて距離の算出を行う。かかる構成によれば、対象物ＯＪＴまでの距離にかかわらず、正確に測距をすることが可能となる。
【００４６】
また、本実施例の測距装置１００では、ハーフミラーからなるビームスプリッタ２０が反射光ＲＬを第１の反射光ＲＬ１と第２の反射光ＲＬ２とに分岐し、分岐された反射光を第１の受光部２３Ａ及び第２の受光部２３Ｂの各々で受光するように構成されている。従って、近距離からの反射光ＲＬについては光量を落として受光することができるため、第１の受光部２３Ａ及び第２の受光部２３Ｂの受光素子の感度を下げることが可能となる。
【実施例２】
【００４７】
次に、本発明の実施例２の測距装置について説明する。本実施例の測距装置は、ビームスプリッタ２０がハーフミラーではなく穴あきミラーから構成されている点で、実施例１の測距装置１００と異なる。また、本実施例の測距装置においては、第１の受光レンズ２２Ａの開口数ＮＡ１及び第２の受光レンズ２２Ｂの開口数ＮＡ２は、同じ値であってもよい。
【００４８】
図７は、本実施例のビームスプリッタ２０の表面の例を示す図である。本実施例のビームスプリッタ２０は、中央部付近に開口部ＡＰを有する。また、開口部ＡＰの周縁には所定の反射率を有する反射領域ＲＰが形成されている。
【００４９】
図１に示すようにビームスプリッタ２０に入射した反射光ＲＬは、その一部が開口部ＡＰを通って反射光ＲＬ２となる。一方、反射光ＲＬの他の一部は反射領域ＲＰによって反射されて反射光ＲＬ１となる。これにより、反射光ＲＬは、第１の反射光ＲＬ１と、第１の反射光ＲＬ１よりも外縁が小さい第２の反射光ＲＬ２とに分岐される。
【００５０】
図８Ａは、反射光ＲＬ及び反射光ＲＬ１の光路の長さが第１の受光レンズ２２Ａから見て無限遠とみなせる距離である場合、すなわち反射光ＲＬが無限遠とみなせるような遠距離に存在している対象物ＯＪＴからの反射光である場合の集光の態様を模式的に示す図である。ここでは、第１の受光部２３Ａを構成する受光素子の１つとして受光素子２４Ａ、第２の受光部２３Ｂを構成する受光素子の１つとして受光素子２４Ｂを示している。
【００５１】
無限遠とみなせる距離からの反射光ＲＬは、平行光に近い状態、すなわち光束の径がほぼ一定となった状態でビームスプリッタ２０に入射する。このため、第１の反射光ＲＬ１は、光束の径がほぼ一定の状態で第１の受光レンズ２２Ａに入射し、集光される。従って、受光素子２４Ａは、第１の受光レンズ２２Ａによって十分に集光された状態の第１の反射光ＲＬ１を受光する。また、第２の反射光ＲＬ２も、光束の径がほぼ一定の状態で第２の受光レンズ２２Ｂに入射し、集光される。従って、受光素子２４Ｂは、第２の受光レンズ２２Ｂによって十分に集光された状態の第２の反射光ＲＬ２を受光する。
【００５２】
一方、図８Ｂは、反射光ＲＬ及び反射光ＲＬ１の光路の長さが第１の受光レンズ２２Ａから見て無限遠とはみなせないような近距離である場合、すなわち反射光ＲＬが比較的近距離に存在している対象物ＯＪＴからの反射光である場合の集光の態様を模式的に示す図である。
【００５３】
無限遠とはみなせないような近距離からの反射光ＲＬは、光束の径が広がるような状態でビームスプリッタ２０に入射する。このため、第１の反射光ＲＬ１は、光束の径が広がるような状態で第１の受光レンズ２２Ａに入射する。第１の受光レンズ２２Ａは、無限遠からの光が受光素子上に集光するように設定されているため、第１の反射光ＲＬ１は、球面収差とデフォーカスの影響により十分に集光されない状態で受光素子２４Ａに入射する。
【００５４】
これに対し、第２の反射光ＲＬ２も光束の径が広がるような状態で第２の受光レンズ２２Ｂに入射するが、第２の受光レンズ２２Ｂは、開口数ＮＡ２が小さく設定されているため、第２の反射光ＲＬ２は、十分に集光された状態で受光素子２４Ｂに入射する。
【００５５】
本実施例の第１の受光レンズ２２Ａ及び第２の受光レンズ２２Ｂは、例えば同じ値の開口数を有するが、入射する反射光の外縁の大きさ（すなわち、光束の径の大きさ）が異なる。本実施例の測距装置１００では、反射光ＲＬは、ビームスプリッタ２０により、外縁が比較的大きく実質的な開口数が大きな第１の反射光ＲＬ１と外縁が比較的小さく実質的な開口数が小さな第２の反射光ＲＬ２とに分岐される。すなわち、第２の受光レンズ２２Ｂには、外縁が小さい第２の反射信号ＲＬ２が入射し、実質的な開口数が小さい状態となる。このため、第２の反射光ＲＬ２は、ほぼ集光した状態で受光素子２４Ｂによって受光される。
【００５６】
一方、第１の受光レンズ２２Ａには、外縁が大きい第１の反射信号ＲＬ１が入射し、実質的な開口数が大きい状態となる。このため、第１の反射光ＲＬ１は、デフォーカスや球面収差の影響により十分に集光されない状態で受光素子２４Ａ上に入射する。ですなわち、受光素子２４Ａに入射した第１の反射光ＲＬ１は、隣接する受光素子にはみ出してしまう。
【００５７】
本実施例の概算距離判定部３１は、実施例１と同様、概算距離判定部３１が、第１の受光部２３Ａからの受光信号ＲＳ１又は第２の受光部２３Ｂからの受光信号ＲＳ２に基づいて、対象物ＯＪＴまでの概算距離を判定する。
【００５８】
使用受光素子判定部３２は、判定された概算距離に基づいて、距離算出部３３による対象物ＯＪＴまでの距離の算出に、第１の受光信号ＲＳ１と第２の受光信号ＲＳ２とを合算した合算信号を用いるか、第２の受光信号ＲＳ２のみを用いるかを判定する。例えば概算距離が遠距離である場合には、使用受光素子判定部３２は、第１の受光信号ＲＳ１と第２の受光信号ＲＳ２とを合算した合算信号を用いて距離を算出すると判定する。概算距離が近距離である場合には、使用受光素子判定部３２は、第２の受光信号ＲＳ２のみを用いて距離を算出すると判定する。
【００５９】
距離算出部３３は、使用受光素子判定部３２の判定結果に基づいて、第２の受光信号ＲＳ２又は合算信号に基づいて、対象物ＯＪＴまでの距離を算出する。すなわち、対象物ＯＪＴが遠距離にある場合、距離算出部３３は、合算信号を用いて距離の算出を行う。対象物ＯＪＴが近距離にある場合、距離算出部３３は、第２の受光信号ＲＳ２のみを用いて距離の算出を行う。
【００６０】
本実施例の測距装置２００では、実施例１と同様、遠距離の対象物ＯＪＴについての距離の算出には、第１の受光信号ＲＳ１及び第２の受光信号ＲＳ２の双方を用いるため、正確に距離を算出することが可能である。また、近距離の対象物ＯＪＴについての距離の算出には、外縁の小さい第２の反射光ＲＬ２の受光結果（第２の受光信号ＲＳ２）のみを用いるため、レンズの球面収差及び反射光のデフォーカスの影響を受けることなく、距離を算出することが可能である。
【００６１】
したがって、本実施例の測距装置２００によれば、対象物までの距離にかかわらず、正確に測距を行うことが可能となる。
【００６２】
なお、本発明の実施形態は、上記実施例で示したものに限られない。例えば上記実施１では、第１の受光レンズ２２Ａの開口数ＮＡ１が第２の受光レンズ２２Ｂの開口数ＮＡ２よりも大きい構成について説明した。また、上記実施例２では、穴あきミラーからなるビームスプリッタ２０が反射光ＲＬを外縁の大きい第１の反射光ＲＬ１と外縁の小さい第２の反射光ＲＬ２とに分岐させる構成について説明した。しかし、これらの構成は組み合わせることが可能である。すなわち、穴あきミラーを用いて反射光を外縁の大きさが異なるように分岐させるとともに、分岐した反射光を互いに開口数の異なる受光レンズを通して受光するように構成してもよい。
【００６３】
また、上記実施例では、第１の受光部２３Ａ及び第２の受光部２３Ｂが、それぞれ受光素子がライン状に複数配列されたラインセンサとして構成されている場合について説明したが、第１の受光部２３Ａ及び第２の受光部２３Ｂの構成はこれに限られない。例えば、第１の受光部２３Ａ及び第２の受光部２３Ｂは、それぞれ単一の受光素子から構成されていてもよい。また、第１の受光部２３Ａ及び第２の受光部２３Ｂは、それぞれ２次元のアレイ状に配列された複数の受光素子から構成されていてもよい。
【００６４】
また、上記実施例では、光源１２がライン状に配された複数のエミッタ（マルチエミッタ）から構成され、ライン形状のレーザ光を出射する場合について説明した。しかし、光源１２の構成及び出射するレーザ光の形状はこれに限られない。例えば、光源１２はシングルエミッタとして構成されていてもよい。
【００６５】
また、上記実施例２では、中央部に円形の開口部を有する穴あきミラーを用いて、反射光ＲＬを第１の反射光ＲＬ１と第２の反射光ＲＬ２とに分岐させる構成について説明した。しかし、反射光ＲＬを分岐させる分岐部は、このような穴あきミラーに限られず、第１の反射光ＲＬ１の外縁が第２の反射光ＲＬ２の外縁よりも大きくなるように分岐させることが可能に構成されていればよい。
【００６６】
また、上記実施例で説明した一連の処理は、例えばＲＯＭなどの記録媒体に格納されたプログラムに従ったコンピュータ処理により行うことができる。
【符号の説明】
【００６７】
１００  測距装置
１１  投光部
１２  光源
１３  発光駆動部
１４  投光レンズ
２０  ビームスプリッタ
２１Ａ  第１受光処理部
２１Ｂ  第２受光処理部
２２Ａ  第１の受光レンズ
２２Ｂ  第２の受光レンズ
２３Ａ  第１の受光部
２３Ｂ  第２の受光部
２４Ａ  受光素子
２４Ｂ  受光素子
３０  測距部
３１  概算距離判定部
３２  使用受光素子判定部
３３  距離算出部
【図１】
2020067360.tif 000003
【図２Ａ】
2020067360.tif 000004
【図２Ｂ】
2020067360.tif 000005
【図３Ａ】
2020067360.tif 000006
【図３Ｂ】
2020067360.tif 000007
【図４Ａ】
2020067360.tif 000008
【図４Ｂ】
2020067360.tif 000009
【図５Ａ】
2020067360.tif 000010
【図５Ｂ】
2020067360.tif 000011
【図６Ａ】
2020067360.tif 000012
【図６Ｂ】
2020067360.tif 000013
【図７】
2020067360.tif 000014
【図８Ａ】
2020067360.tif 000015
【図８Ｂ】
2020067360.tif 000016