(57)【要約】【課題】  大口径な望遠系の距離測定装置でありながら小型化を達成した距離測定装置を提供すること。【解決手段】  第一光学系と信号光を射出する光源と受光素子を有し、被検物に照射した信号光が被検物から反射または散乱して戻ってきた光を前記受光素子で受光することで前記被検物との距離を測定する距離測定装置において、前記第一光学系は、開口部、主鏡、副鏡を有し、前記副鏡よりも前記開口側に信号射出部を有し、前記信号射出部の少なくとも一部が前記開口部と前記副鏡との間に有し、前記信号射出部から射出された信号光が被検物に当たり、前記被検物から反射もしくは散乱した前記信号光を前記受光素子が受光することで前記距離測定装置から前記被検物までの距離を測定する。【選択図】図１
2020106271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一光学系と信号光を射出する光源と受光素子を有し、被検物に照射した信号光が被検物から反射または散乱して戻ってきた光を前記受光素子で受光することで前記被検物との距離を測定する距離測定装置において、
前記第一光学系は、
最も被検物側に開口部を有し、
前記開口部より前記受光素子側に配置され、前記被検物からの入射光を反射させて集光させる効果を有する前記主鏡を有し、
前記主鏡の被検物側に配置され、前記主鏡によって反射し集光された光を前記主鏡側に向けて反射する副鏡を有し、
前記副鏡よりも前記開口側に信号射出部を有し、
前記信号射出部の少なくとも一部が前記開口部と前記副鏡との間に有し、
前記信号射出部から射出された信号光が被検物に当たり、前記被検物から反射もしくは散乱した前記信号光を前記受光素子が受光することで前記距離測定装置から前記被検物までの距離を測定することができる距離測定装置。
【請求項２】
前記信号光が照射されてから前記被検物で反射または散乱して戻ってきた前記信号光を前記受光素子が受光するまでの時間により、前記被検物までの距離を求めることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記信号射出部は、前記信号光を走査しながら照射する走査光学系を有した構成からなることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記第一光学系は結像面を有し、前記結像面よりも後方に瞳面を形成する第二光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記第二光学系は有限距離から射出された光を平行光束に変換するアフォーカルコンバータであることを特徴とする請求項４に記載の距離測定装置。
【請求項６】
前記信号射出部は角度調整機能を有した反射光学素子を少なくとも１つとレーザー光学系とを有することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項７】
前記信号射出部は、２次元的に前記信号光照射する面照射光学系を有した構成からなることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項８】
前記第一光学系は結像面を有し、前記結像面の位置に二次元撮像センサを有することを特徴とする請求項７に記載の距離測定装置。
【請求項９】
前記開口部と前記副鏡の間には前記信号射出部が外部と電気的な接続をするための支持部を有することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項１０】
前記主鏡の焦点距離をｆＲ１、前記第一光学系全系の焦点距離をｆ１、前記開口部の面積をＡｐ、前記副鏡１２４の面積をＳｕｂ、前記開口部１２２の有効径端部と前記副鏡の有効径端部とを結ぶ直線と光軸がなす角度をθｓｕｂ、前記第一光学系全系の半画角をωとする、このとき
０．２＜ｆＲ１／ｆ１＜１．０              ・・・（１）
１．５＜Ａｐ／Ｓｕｂ＜８．０              ・・・（２）
１．５×ω＜θＳｕｂ＜５０×ω            ・・・（３）
なる条件式を満足すること特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーを用いた距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無人航空機（Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）の自律航行やロボットの歩行もしくは自動車の運転支援などで周囲を把握するためのレーダーに注目が集まっている。特にレーザーを用いた距離測定装置は高精度に遠くの障害物を検知できるため種々のものが提案され、知られている。
【０００３】
特許文献１や特許文献２では、レーザー光をミラーや回転機構などの偏向手段で走査する事で広い範囲の検出対象物について距離測定を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０８０５９号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１０００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のヘリコプター型の無人航空機（以下、ドローンと呼ぶ）で自律航行するための周囲監視装置として、ＧＰＳやカメラを使った画像認識技術を応用した装置が知られている。また前記レーザーを用いた距離測定装置も自動車をはじめ前記ドローンにも搭載されるようになった。前記ドローンや自動車用の距離測定装置においては、少ない装置数で広い範囲を監視する必要があったので、前記距離測定装置自体の画角が１００度を越えるような広いものが必要であった。
【０００６】
しかし、前記ドローンは高速に移動するため、周囲の監視も重要であるが、自機の進行方向に障害物があるかどうかを速く正確に検知することが重要である。前記画角が広い距離測定装置の場合、広い範囲を監視できるが、範囲を広くすればするほど実際に走査できる点の間隔は粗くなり、小さい障害物は検知できないという課題があった。
【０００７】
また自動車に関しても例えば高速道路などでの高速移動する場合は、進行方向の路上に障害物があるかどうか早く検知することが重要となる。もし発見が遅れてしまうと、トラブル発生の原因となるからである。この場合も従来の広角な距離測定装置を使うと、検出対象物までの距離が遠ければ遠いほど、走査点の間隔が広くなってしまい正しい大きさが測定できない。
【０００８】
よって前方の長距離監視には広角な距離測定装置ではなく、望遠系の距離測定装置が必要となる。しかし、検出対象物までの距離が遠くなればなるほど受光素子に戻ってくるレーザー光の強度が弱くなるため、受光用の光学系は大口径なものが必要となる。通常は大口径な光学系は大型化してしまい、さらにレーザー照射光学系も必要であるため照射光学系と受光光学系を含めたユニット全体が大型化しやすいという課題があった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、大口径な望遠系の距離測定装置でありながら小型化を達成した距離測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面としての距離測定装置は、
第一光学系と信号光を射出する光源と受光素子を有し、被検物に照射した信号光が被検物から反射または散乱して戻ってきた光を前記受光素子で受光することで前記被検物との距離を測定する距離測定装置において、
前記第一光学系は、最も被検物側に開口部を有し、
前記開口部より前記受光素子側に配置され、前記被検物からの入射光を反射させて集光させる効果を有する前記主鏡を有し、
前記主鏡の被検物側に配置され、前記主鏡によって反射し集光された光を前記主鏡側に向けて反射する副鏡を有し、
前記副鏡よりも前記開口側に信号射出部を有し、
前記信号射出部の少なくとも一部が前記開口部と前記副鏡との間に有し、
前記信号射出部から射出された信号光が被検物に当たり、前記被検物から反射もしくは散乱した前記信号光を前記受光素子が受光することで前記距離測定装置から前記被検物までの距離を測定することができることを特徴としている。
【００１１】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、大口径な望遠系の距離測定装置でありながら小型化を達成した距離測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における本発明の距離測定装置の概略説明図である。
【図２】実施例１における本発明の距離測定装置の概略説明図である。
【図３】実施例１における本発明の距離測定装置の概略説明図である。
【図４】実施例１における本発明の距離測定装置の概略説明図である。
【図５】実施例１における本発明の距離測定装置の概略説明図である。
【図６】実施例１における本発明の距離測定装置の概略説明図である。
【図７】実施例１における本発明の距離測定装置の概略説明図である。
【図８】実施例２における本発明の距離測定装置の概略説明図である。
【図９】実施例２における本発明の距離測定装置の概略説明図である。
【図１０】実施例２における本発明の距離測定装置の概略説明図である。
【図１１】実施例３における本発明の距離測定装置の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
前記の距離測定装置は、レーザー光を二次元的に走査して被検物（検出対象物）に照射し、被検物から反射もしくは散乱されたレーザー光を検出用の受光素子で検出するものである。そしてレーザー光が被検物までの距離を往復するのに要した時間により被検物までの距離を測定する。
【００１６】
レーザー光源によって被検物に照射されるレーザー光を「信号光」と呼ぶ。前記被検物から反射もしくは散乱されたレーザー光を受光素子で受光する光を「戻り信号光」と呼ぶ。また、前記レーザー光源から放射されるレーザー光を二次元的に偏向して空間を走査する照射用レーザー光とする部分を「偏向光学系」と呼ぶ。また前記戻り信号光を前記受光素子に導光する部分を「受光部」と呼ぶ。そしてレーザー光束の二次元的な偏向を行う手段を「偏向手段」と呼ぶ。
【００１７】
従来の前記距離測定装置は、レーザー光源や前記偏向手段の部分と、受光素子を含む受光部が完全に別々のユニットに分かれているものや、レーザー光の光軸と受光部の光軸の一部が共用となっているものがある。前記別々のユニットになっているものは、それぞれの光学系が独立であるため、設計自由度があるという利点がある。しかし、前記光軸の一部が共用のものと比べて大型化しやすい。よって、部品点数を少なくして小型化を計るには前記光軸の一部が共用のものが良い。しかし、前記受光部を望遠光学系とする場合、それ自体が大型化してしまうため、前記レーザー光源や前記偏向光学系を付加するとさらに大型化してしまう。
【００１８】
そこで、受光部に主鏡と副鏡を用いたカタディオプトリック光学系を用いることで、受光部をコンパクトにしつつ、遮光部となるスペースに前記レーザー光源や偏向光学系を収納してユニット全体をコンパクト化した。
【００１９】
以上のような概略構成にすることで、従来の課題を解決したのが本発明である。
【実施例１】
【００２０】
次に、本発明の更なる具体的な構成例として、本実施形態の距離測定装置１００の基本的な構成を図１と図２を参照して説明する。
【００２１】
図１は本実施例における前記距離測定装置の概略説明図である。
【００２２】
図１において、前記距離測定装置は、信号射出部１０１、受光部１０２、制御部１０３、信号処理部１０４を有している。前記信号射出部１０１は、少なくとも１つの反射光学素子１１１とレーザー光学系１１２を有している。前記レーザー光学系１１２の詳細は不図示であるが、レーザー光源とレーザー光のビーム径を成形する光学系を有している。前記レーザー光源から射出されるレーザー光が信号光となる。前記受光部１０２は、第一光学系１２１と第二光学系１２５を有している。
【００２３】
図２は前記信号射出部１０１と前記受光部１０２をより具体的に図示したものである。
【００２４】
図２にある通り、前記第一光学系１２１は、最も被検物側に前記開口部１２２を有している。そして、前記開口部１２２よりも後方に、前記信号射出部から射出されたレーザー光が被検物から反射または散乱して戻ってきた光（以下、戻り信号光）を集光する効果を有する凹面形状を有した主鏡１２３を有している。そして前記主鏡１２３の被検物側（前記主鏡と前記開口部の間）に凸面形状を有した前記副鏡１２４を有している。また、前記副鏡１２４よりも後方に結像面ＩＰを有している。ここで「前方」とは前記開口部から被検物へ向かう方向と同じ方向を指し、「後方」とは前記前方とは逆の方向を指す。
【００２５】
また図２にあるように、前記「後方」がＺ軸のプラス方向に対応する。そして、前記結像面ＩＰよりも後方に、第二光学系１２５を有している。最後に前記第二光学系１２５よりも後方に受光素子１２６を有している。前記第二光学系１２５は前記結像面ＩＰを物体面として、軸上光の射出光を略平行光にしつつ前記受光素子１２６の位置で瞳面を構成するようなアフォーカルコンバータの構成となっている。こうすることで、軸上光だけでなく画角光束もある一定の面に重畳することが可能となる。こうすることで前記受光素子１２６の面積を小さくすることができるため好ましい。
【００２６】
このように前記レーザー光学系１１２から射出されたレーザー光（信号光）が被検物に当たって、反射又は散乱して戻ってきた前記戻り信号光を前記第一光学系と前記第二光学系を介して前記受光素子１２６で受光する構成となっている。前記制御部１０３は駆動手段１３１、角度調整手段１３２、レーザー制御手段１３３を有している。駆動手段１３１は前記レーザー光学系１１２で射出した信号光の光路を偏向するために反射光学素子１１１のうち少なくとも１つを駆動させる。駆動させる方向は水平方向と垂直方向の２軸で前記反射光学素子１１１を傾けることで駆動させる。駆動させる手段としてガルバノミラーやＭＥＭＳミラーなどを利用してもよい。こうすることで、二次元的に走査する形で前記信号光を射出することができる。
【００２７】
そして、図２には不図示であるが、前記角度調整手段１３２は前記駆動させて傾ける角度を調整する。これは単純に前記反射光学素子１１１を傾けるのではなくて、決まった角度に傾けないと所望の方向に前記信号光が射出されない。よって、前記角度調整手段１３２で前記反射光学素子１１１の角度を監視・調整しながら前記駆動手段１３１で前記反射光学素子１１１を駆動させる必要がある。また、前記反射光学素子１１１を駆動させるだけではなく、前記反射光学素子１１１の角度に応じてタイミングを合わせて前記信号光を射出させる必要がある。
【００２８】
そこで、前記レーザー制御手段１３３によって、前記駆動手段に合わせてタイミングを取りつつ前記信号光を射出させている。このように前記信号射出部１０１はタイミングを合わせて前記信号光を所望の角度方向に射出させて空間を二次元的に走査する光学系を有している。こうすることで、前記信号光は二次元的に走査され、前記戻り信号光を前記受光部１０２で受光することが可能となる。
【００２９】
そして信号処理部１０４は信号処理手段１４１を有している。前記信号処理手段１４１は前記信号射出部１０１から前記信号光が射出された時間と、前記受光部１０２に戻ってきた時間をカウントして、被検物までの距離を算出する。この距離を算出する手法は従来の手法で構わない。
【００３０】
また、前記受光素子１２６で取り込める前記信号光の最大光量は前記開口部１２２の面積で決まる。しかし遮光部として前記副鏡１２４が存在するため、実際には、前記開口部１２２の面積と遮光部である前記副鏡１２４の面積の差分で決まることになる。前記主鏡１２３のパワーを弱めて前記副鏡１２４を大きくすれば前記信号射出部１０１のスペースを大きくできるため、中に入れる前記反射光学素子１１１や前記レーザー光学系１１２部分の設計余裕ができる。
【００３１】
しかし、そうすると前記第一光学系１２１の全長が長くなる上、前記遮光部の面積が増大するため前記受光素子１２６へ入射する光量が少なくなってしまう。このためＳ／Ｎ比が低下してしまい好ましくない。逆に、前記主鏡１２３のパワーを強めて全長を短くコンパクトにすると、前記副鏡１２４が小さくなる。
【００３２】
そうすると前記信号射出部１０１を収納するスペースがなくなってしまう。もしくは前記主鏡１２３のパワーを強めることで収差が増大してしまい、うまく前記信号光を前記受光素子１２６へ導くことができなくなるため好ましくない。
【００３３】
そこで、前記主鏡１２３の焦点距離をｆＲ１とする。前記第一光学系全系の焦点距離をｆ１とする。前記開口部１２２の面積をＡｐとする。前記副鏡１２４の面積をＳｕｂとする。前記開口部１２２の有効径端部と前記副鏡１２４の有効径端部とを結ぶ直線と光軸がなす角度をθｓｕｂとする。ただし前記開口部１２２の有効径端部と前記副鏡１２４の有効径端部とを結ぶ直線は光軸をまたがないものとする。前記第一光学系の半画角をωとする。このとき、次の各条件式を満足することが好ましい。
【００３４】
０．２＜ｆＲ１／ｆ１＜１．０              ・・・（１）
１．５＜Ａｐ／Ｓｕｂ＜８．０              ・・・（２）
１．５×ω＜θＳｕｂ＜５０×ω            ・・・（３）
ただし、前記Ａｐは前記開口部１２２の有効半径をＹ１とした時、
Ａｐ＝π×（Ｙ１）２      ・・・（ａ）
なる式で定義される。
【００３５】
そして、Ｓｕｂは、前記副鏡の有効半径をＹ２とした時、
Ｓｕｂ＝π×（Ｙ２）２      ・・・（ｂ）
なる式で定義される。
【００３６】
そして、θＳｕｂは、前記開口部１２２と前記副鏡１２４の光軸上の距離をｄｘとするとき、
θＳｕｂ＝Ｔａｎ−１（（Ｙ１−Ｙ２）／ｄｘ）    ・・・（ｃ）
なる式で定義されるものである。図３にＹ１、Ｙ２、θｓｕｂ、ｄｘの各符号の関係を図示した。
【００３７】
条件式（１）〜（３）は、前記信号射出部１０１を収納するスペースに関する。条件式（１）は前記主鏡１２３の焦点距離と第一光学系全系の焦点距離に関し、この範囲を超えると上述したように、全長短縮と前記収納スペースの確保のバランスが取れなくなる。
【００３８】
条件式（１）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。
【００３９】
０．２５＜ｆＲ１／ｆ１＜０．８              ・・・（１ａ）
条件式（１ａ）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。
【００４０】
０．３＜ｆＲ１／ｆ１＜０．７              ・・・（１ｂ）
条件式（２）は前記開口部１２２と前記副鏡１２４のＸＹ面上での面積の比に関する。（ここでＸ方向とは図２や図３において紙面奥行き方向のことである。Ｙ方向とは図２や図３紙面縦方向のことである）条件式（２）の上限値を超えると前記受光素子１２６に取り込める光量は増加するが、前記信号射出部１０１を収納するスペースがＹ方向に少なくなってしまうため好ましくない。また条件式（２）の下限値を超えると逆に前記信号射出部１０１を収納するスペースは増大するが、前記受光素子１２６に取り込める光量が少なくなりすぎるため好ましくない。
【００４１】
条件式（２）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。
【００４２】
１．７＜Ａｐ／Ｓｕｂ＜６．０              ・・・（２ａ）
条件式（２ａ）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。
【００４３】
１．８＜Ａｐ／Ｓｕｂ＜３．５              ・・・（２ｂ）
条件式（３）は前記開口部１２２と前記副鏡１２４の有効径端部同士を結ぶ直線が光軸となす角度に関する。条件式（３）の上限値を超えると前記信号射出部１０１を収納するスペースがＹ方向に少なくなってしまう、もしくは前記開口部１２２と前記副鏡１２４が接近配置となるため前記信号射出部１０１を収納するスペースがＺ方向（光軸方向）に少なくなってしまう。このため好ましくない。また条件式（３）の下限値を超えると前記受光素子１２６に取り込める光量が少なくなりすぎるため好ましくない。
【００４４】
条件式（３）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。
【００４５】
１．７×ω＜θＳｕｂ＜３０×ω・・・（３ａ）
条件式（３ａ）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。
【００４６】
２．０×ω＜θＳｕｂ＜２０×ω・・・（３ｂ）
前記第一光学系と前記第二光学系は、前記第一光学系の全系の焦点距離をｆ１、前記第二光学系の全系の焦点距離をｆ２とすると、図６の近軸配置で示すようにアフォーカル光学系を構成するように配置している。
【００４７】
こうすることで、前記第二光学系１２５よりも後方に瞳面を形成することができ、前記瞳面に前記受光素子１２６を置くことで、小さな範囲に軸上光束だけでなく画角光束も取り込むことが可能となる。この範囲に受光素子１２６を配置することで、前記「戻り信号光」を受光することが可能となる。
【００４８】
図４に、本実施例の具体的な受光部１０２（第一光学系と第二光学系）の構成を示す。
【００４９】
前記第一光学系はカタディオプトリック光学系から構成され、最も光線入射側から光路順に一定の間隔を隔てて、前記開口部１２２、前記主鏡１２３、前記副鏡１２４が配置され、この順に光が入射・反射し前記結像面ＩＰへと導かれる。また、この構成のため、前記主鏡１２３は前記副鏡１２４よりも有効径や面積は大きい。
【００５０】
前記結像面ＩＰよりも後方（Ｚ軸プラス方向）に前記第二光学系１２５を有している。前記第一光学系１２１は、焦点距離３３３ｍｍ、Ｆナンバーは５．６であり、前記結像面ＩＰへと導かれる画角は±１度である。前記第二光学系１２５は２枚の正レンズから構成されており、その焦点距離は２１．１２ｍｍである。前記第一光学系は前記開口部１２２と前記副鏡１２４の間のスペースに前記信号射出部１０１を構成している。
【００５１】
前記信号射出部１０１は、前記レーザー光学系１１２と２つの反射光学素子１１１を有している。前記反射光学素子１１１のうち１つを水平方向に、もう１つを垂直方向に駆動させて射出口から前記信号光を射出することで二次元的に走査させている。
【００５２】
また、前記第一光学系１２１において前記反射光学素子１１１の位置は前記開口部１２２の光軸上の点に近いほうが良い。前記副鏡側に近いと射出口の直径を大きくしなければならず射出口をカバーするカバーガラスなどのサイズも大型化してしまう、もしくはカバーガラスがない場合も射出口径が大きくなるとほこり等の進入がしやすくなるため好ましくない。また前記反射光学素子１１１の位置が前記開口部１２２の光軸上の点よりも大きく被検物側に離れてしまう場合も全系が大型化してしまい好ましくない。
【００５３】
また、変形例として、図５に示すように前記信号射出部１０１の外径部は斜面Ｓで示すように画角に応じた斜面構成となっていることが好ましい。こうすることで図５に示すような射出口を有する面で画角光線を遮ることを防ぐことができ、より多くの光を前記受光素子１２６に取り込むことができるため好ましい。図４と基本構成は同じであるため、簡単のために図５において前記信号射出部１０１の内部構成は省略した。
【００５４】
また本実施例では前記主鏡１２３や副鏡１２４は簡単のために球面ミラーとしたが、非球面や回折光学素子を使用してももちろん構わない。
【００５５】
そして、前記副鏡１２４を保持する鏡筒と前記主鏡１２３を保持する鏡筒との間に支持部を有し、前記支持部には、前記信号射出部１０１と外部の電源とを電気的に接続する配線を通すことが好ましい。こうすることで遮光部の面積増加を抑えながら、電気配線も可能となる。図４の状態をＺ軸方向から見た図を図７に示す。
【００５６】
以上の通り、本実施形態によれば、大口径な望遠系の距離測定装置でありながら小型化を達成した距離測定装置を提供することができる。
【実施例２】
【００５７】
次に、本発明の他の実施形態の距離測定装置１００の基本的な構成を図８と図９を参照して説明する。
【００５８】
実施例２は前記第二光学系が存在せず、前記第一光学系の前記結像面ＩＰの位置に受光素子１２６として二次元撮像センサを配置した点が大きく異なる。前記第二光学系が無い分更なる小型化が可能となる。また、前記信号射出部１０１内に有する前記「偏向光学系」については、実施例１ではＭＥＭＳミラーやガルバノミラーのような駆動ミラーを例に挙げた。
【００５９】
しかし、本実施例では前記反射光学素子１１１のうち１つは回転駆動するポリゴンミラー（多角形ミラー）を有している点が異なる。前記ポリゴンミラーを使用して前記信号光を偏向させる技術としては複写機などで使用されている従来技術で構わない。また、前記ポリゴンミラーを使用して前記信号光を二次元的に偏向させるには、ミラーの回転方向とは異なる方向に、各面異なる角度（θｍ）で傾きを持たせることで実現できる。
【００６０】
各面に角度をつけたときの様子を図１０に示す。図１０（Ａ）が前記ポリゴンミラーを上から見た図である。図１０（Ｂ）が前記ポリゴンミラーを横から見たときの図であり、面の角度（θｍ）によって反射光の角度が異なることを示している。このように各面に異なった角度をつけることで、ポリゴンミラーの回転方向だけでなく、二次元的に操作することが可能となる。前記ポリゴンミラーは六角形だけに限定せず、八角形などの多角形でもよい。辺の数が増えるとその分各面につける角度のバリエーションを増やすことができるため、より密に走査することが可能となる。
【００６１】
しかしそうすると各面の長さがその分短くなる。このため、回転方向における走査角度幅が狭くなる。従来の広角な距離測定装置であれば、回転方向においても走査点の数はある程度必要である。そうしなければ被検物の形状を測定するのは難しい。しかし本発明のように望遠系で画角が非常に狭い光学系であれば前記ポリゴンミラーは六角形に限らず、辺の数を増やしてその分密に画角内の空間を走査可能としても良い。また前記ポリゴンミラーの各面に傾きを付けるのではなく、水平方向の偏向をポリゴンミラーで、垂直方向の偏向をガルバノミラーなどで行っても良い。他の構成は実施例１と同じであるため詳細の説明は省略する。
【００６２】
図８に、本実施例の具体的な第一光学系１２１の構成を示す。
【００６３】
前記第一光学系１２１はカタディオプトリック光学系から構成され、最も光線入射側から光路順に一定の間隔を隔てて、前記開口部１２２、前記主鏡１２３、前記副鏡１２４が配置され、この順に光が入射・反射し前記結像面ＩＰへと導かれる。
【００６４】
前記結像面ＩＰには二次元撮像センサを有している。前記第一光学系１２１は、焦点距離３００ｍｍ、Ｆナンバーは５．６であり、前記結像面ＩＰへと導かれる画角は±３度である。前記第一光学系は前記開口部１２２と前記副鏡１２４の間のスペースに前記信号射出部１０１を構成している。前記信号射出部１０１の構成は、実施例１と同様であるため詳細の説明は省略する。
【００６５】
以上の通り、本実施形態によれば、大口径な望遠系の距離測定装置でありながら小型化を達成した距離測定装置を提供することができる。
【実施例３】
【００６６】
次に、本発明の他の実施形態の撮像光学系の基本的な構成を図１１を参照して説明する。
【００６７】
実施例３は前記第二光学系１２５が存在せず、前記第一光学系１２１の前記結像面ＩＰの位置に二次元撮像センサを配置した点が実施例１と異なる。また、前記信号射出部が有する前記射出口が前記開口部１２２よりも被検物側に配置されている点が実施例２と異なる。他の構成は実施例１や実施例２と同じであるため詳細の説明は省略する。
【００６８】
図１０に、本実施例の具体的な受光部１０２の構成を示す。
【００６９】
前記第一光学系１２１はカタディオプトリック光学系から構成され、最も光線入射側から光路順に一定の間隔を隔てて、前記開口部１２２、前記主鏡１２３、前記副鏡１２４が配置され、この順に光が入射・反射し前記結像面ＩＰへと導かれる。
【００７０】
前記結像面ＩＰには二次元撮像センサを有している。前記第一光学系１２１は、焦点距離１６９ｍｍ、Ｆナンバーは５．６であり、前記結像面ＩＰへと導かれる画角は±３度である。前記第一光学系は前記開口部１２２と前記副鏡１２４の間のスペースに前記信号射出部１０１を構成している。前記信号射出部１０１は、前記レーザー光学系１１２と２つの反射光学素子１１１を有している。前記反射光学素子１１１のうち最も前記射出口に近い前記反射光学素子１１１を水平方向と垂直方向に駆動させて射出口から前記信号光を射出することで二次元的に走査させている。駆動させる前記反射光学素子１１１はガルバノミラーやＭＥＭＳミラーなどの構成である。他の構成は、実施例１と同様であるため詳細の説明は省略する。
【００７１】
このように前記信号射出部１０１を少し前記開口部１２２よりも被検物側にせり出すことで、前記信号射出部１０１の設計自由度が増えるため好ましい。しかし、あまり被検物側にせり出しすぎると、画角光束を遮ってしまうことになるため好ましくない。具体的には前記信号射出部１０１の前記射出口から前記副鏡までの光軸上の距離の２０％程度以下であれば良い。
【００７２】
以上の通り、本実施形態によれば、大口径な望遠系の距離測定装置でありながら小型化を達成した距離測定装置を提供することができる。
【００７３】
以下に、実施例１〜３に対応する数値実施例１〜３を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒｉは物体側より第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側より第ｉ番目と第ｉ＋１番目の間隔、ｎｄｉとνｄｉは第ｉ番目の光学部材の屈折率とアッベ数である。ｆ、Ｆｎｏ、２ωは全系の焦点距離、Ｆナンバー、画角（度）を表している。また例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。そして、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を（表−１）に示す。
【００７４】
（数値実施例１）
f1= 333.33mm（第一光学系）  Fno=5.6（第一光学系）  ２ω=2.0度
面番号       r        d      nd       νd    有効径
1          0.000   150.00                    59.53
2       -400.000  -100.00   反射             64.72
3       -500.000   166.67   反射             35.90
4          0.000     0.00                    11.87
5          0.000    14.62                    11.87
6         50.000    10.00  1.88300   40.76   34.50
7        -50.000     5.00                    34.50
8         80.000    5.00   1.88300   40.76   28.50
9       -100.000    13.24                    27.10
f1     333.33mm
f2      21.12mm
Fナンバー      5.6  
画角(ω)        1.00度
レンズ全長   264.52mm
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1(主鏡)   2    200.00mm (fR1)
2(副鏡)   3    -250.00mm
3        6      29.71mm
4        8      51.00mm
条件式（１）ｆＲ１／ｆ１=0.60
Y1=59.53/2=29.765
Y2=35.90/2=17.95
Ap＝π×（Y1）２=2783.31
Sub=π×（Y2）２=1012.23
条件式（２）Ａｐ／Ｓｕｂ＝2.75
dx=50mm
θSub=13.295
条件式（３）θSub=13.295
（数値実施例２）
f1= 300.00mm（第一光学系）  Fno=5.6（第一光学系）  ２ω=6.0度
面番号       r        d      nd       νd    有効径
1          0.000   100.00                    53.57
2       -200.000   -50.00   反射             63.79
3       -150.000   150.00   反射             37.11
f1     300.00mm
Fナンバー      5.6  
画角(ω)        3.00度
レンズ全長   200.00mm
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1(主鏡)   2    100.00mm (fR1)
2(副鏡)   3     -75.00mm
条件式（１）ｆＲ１／ｆ１=0.33
Y1=53.57/2=26.785
Y2=37.11/2=18.555
Ap＝π×（Y1）２=2253.89
Sub=π×（Y2）２=1081.61
条件式（２）Ａｐ／Ｓｕｂ＝2.08
dx=50mm
θSub=9.35
条件式（３）θSub=9.35
（数値実施例３）
f1= 168.75mm（第一光学系）  Fno=5.6（第一光学系）  ２ω=6.0度
面番号       r        d      nd       νd    有効径
1          0.000   100.00                    30.14
2       -150.000   -50.00   反射             40.48
3         90.000    56.25   反射             18.69
f1     168.75mm
Fナンバー      5.6  
画角(ω)        3.00度
レンズ全長   106.25mm
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1(主鏡)   2      75.00mm (fR1)
2(副鏡)   3     -45.00mm
条件式（１）ｆＲ１／ｆ１=0.44
Y1=30.14/2=15.07
Y2=18.69/2=9.345
Ap＝π×（Y1）２=713.47
Sub=π×（Y2）２=274.35
条件式（２）Ａｐ／Ｓｕｂ＝2.60
dx=50mm
θSub=6.53
条件式（３）θSub=6.53
【００７５】
【表１】
2020106271.tif 000003
【００７６】
このように、実施例１〜３の距離測定装置１００を無人航空機や自動車等の前方監視システムに適用することにより、小型でありながら大口径な望遠系の距離測定装置を実現できる。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０１  信号射出部、１０２  受光部、１２１  第一光学系、１２２  開口部、
１２３  主鏡、１２４  副鏡、１２５  第二光学系、ＩＰ  結像面
【図１】
2020106271.tif 000004
【図２】
2020106271.tif 000005
【図３】
2020106271.tif 000006
【図４】
2020106271.tif 000007
【図５】
2020106271.tif 000008
【図６】
2020106271.tif 000009
【図７】
2020106271.tif 000010
【図８】
2020106271.tif 000011
【図９】
2020106271.tif 000012
【図１０】
2020106271.tif 000013
【図１１】
2020106271.tif 000014