(57)【要約】      （修正有）【課題】垂直方向の測定角度範囲を複数の領域に分割して物体の検出するレーザ測距装置において、出射光ビームの光軸と受光素子の光軸とを精度よく調整するための光軸調整用装置を提供する。【解決手段】光ビームを照射する光源と、変調ビーム発生手段と、複数の受光素子と、受光素子群に導く反射光集光手段とを有し、複数の受光素子は、複数の検出領域に分割して検出し得るように、垂直方向に沿って配置されるレーザ装置１の光軸調整用ターゲットであって、調整用ターゲットである第１のターゲット59aおよび第２のターゲットは、レーザ装置からの距離が互いに異なるように配置され、第１のターゲットの光ビームの垂直方向の幅は、光ビームの垂直方向の照射幅より小さく予め定められ、複数の受光素子と反射光集光手段との相対位置は、複数の受光素子のうちのいずれかが、第１のターゲットからの反射光のみを受光するように調整される。【選択図】図５
2014029318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを放出して検出対象に照射する、光源とカップリングレンズを含む変調光ビーム発生手段と、
前記検出対象により反射された光を受光する複数の受光素子と、
前記検出対象より反射された光を集光して前記複数の受光素子に導く反射光集光手段と、
第１のターゲットおよび第２のターゲットと
を有するレーザ装置の光軸調整装置であって、
前記複数の受光素子が、前記検出対象を複数の検出領域に分割するように、前記光ビームの放出方向に対して垂直方向に沿って配置され、
前記第１のターゲットおよび第２のターゲットは、前記光ビームの出射方向における前記レーザ装置からの距離が互いに異なるように配置され、
前記第１のターゲットの前記光ビームの出射方向に対する垂直方向の幅は、前記光ビームの垂直方向の照射幅よりも小さく形成されており、
前記複数の受光素子の位置は、前記複数の受光素子のうちのいずれかが、前記第１のターゲットからの反射光のみを受光する位置に設置される、
ことを特徴とするレーザ装置の光軸調整装置。
【請求項２】
前記レーザ装置から前記第1のターゲットを見たときの前記垂直方向の視野角が、前記複数の検出領域に分割された検出範囲の垂直方向角度に略等しい、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置の光軸調整装置。
【請求項３】
前記第1のターゲットと前記第２のターゲットとが、前記光ビーム照射方向において1m以上離れて配置される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ装置の光軸調整装置。
【請求項４】
前記レーザ装置と前記第1のターゲット及び前記第２のターゲットとの間の距離が５ｍ以上１００ｍ以下の範囲にある
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のレーザ装置の光軸調整装置。
【請求項５】
前記第２のターゲットの反射率が前記第1のターゲットの反射率より大きい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のレーザ装置の光軸調整装置。
【請求項６】
前記第1のターゲット及び前記第２のターゲットへ放出された前記光ビームに対する感受性を有する撮像装置が、前記レーザ装置の近傍に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のレーザ装置の光軸調整装置。
【請求項７】
前記光ビームの照射領域に略等しい図形若しくは方眼形状が、前記第1のターゲット及び/又は第２のターゲットの表面に描かれる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のレーザ装置の光軸調整装置。
【請求項８】
前記光ビームの水平方向広がり角に略等しい開口幅を有するスリットが、前記レーザ装置と前記第1のターゲット及び前記第２のターゲットとの間に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のレーザ装置の光軸調整装置。
【請求項９】
光ビームを放出して検出対象に照射する、光源とカップリングレンズを含む変調ビーム発生手段と、
前記検出対象により反射された光を受光し、前記検出対象を複数の検出領域に分割して検出し得るように、垂直方向に沿って配置される複数の受光素子と、
前記検出対象より反射された光を集光して前記複数の受光素子に導く反射光集光手段とを有する、
レーザ装置の光軸調整方法であって、
第１のターゲットおよび第２のターゲットを供する工程であって、前記第１のターゲットおよび第２のターゲットは、前記光ビームの出射方向における前記レーザ装置からの距離が互いに異なるように配置される、工程、
前記第１のターゲットの前記光ビームの出射方向に対する垂直方向の幅を、前記光ビームの垂直方向の照射幅より小さく設定する工程、
前記複数の受光素子のうちのいずれかが、前記第１のターゲットからの反射光のみを受光するように、前記複数の受光素子の位置を調整する工程、
を有することを特徴とするレーザ装置の光軸調整方法。
【請求項１０】
前記レーザ装置から前記第1のターゲットを見たときの前記垂直方向の視野角が、前記複数の検出領域に分割された検出範囲の垂直方向角度に略等しい、
ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ装置の光軸調整方法。
【請求項１１】
前記第1のターゲットと前記第２のターゲットとが、前記光ビーム照射方向において1m以上離れて配置される
ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のレーザ装置の光軸調整方法。
【請求項１２】
前記レーザ装置と前記第1のターゲット及び前記第２のターゲットとの間の距離が５ｍ以上１００ｍ以下の範囲にある
ことを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載のレーザ装置の光軸調整方法。
【請求項１３】
前記第２のターゲットの反射率が前記第1のターゲットの反射率より大きい
ことを特徴とする請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載のレーザ装置の光軸調整方法。
【請求項１４】
前記第1のターゲット及び前記第２のターゲットへ放出された前記光ビームに対する波長選択感受性を有する撮像装置が、前記レーザ装置の近傍に配置される
ことを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか一項に記載のレーザ装置の光軸調整方法。
【請求項１５】
前記光ビームの照射領域に略等しい図形若しくは方眼形状が、前記第1のターゲット及び/又は第２のターゲットの表面に描かれる
ことを特徴とする請求項９乃至請求項１４のいずれか一項に記載のレーザ装置の光軸調整方法。
【請求項１６】
前記光ビームの水平方向広がり角に略等しい開口幅を有するスリットが、前記レーザ装置と前記第1のターゲット及び前記第２のターゲットとの間に配置される
ことを特徴とする請求項９乃至請求項１５のいずれか一項に記載のレーザ装置の光軸調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置の光軸調整装置及び光軸調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザをプローブとして用いる検査装置は測距、生体センシング、環境センシング等の用途に広く使われている。特に筐体内にレーザ発光素子と受光素子を備え、変調レーザビームを測定対象物に照射してその反射光を受光し、投受光の時間差から対象物との距離を測定するＴｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ（TOF）法を利用した測距装置は、車両、船舶、鉄道等の安全装置やＦＡ分野で用いられている。
【０００３】
一般的なレーザ測距装置はレーザパルスビームを生成する投光部と、装置前方に置かれた物体で反射したレーザパルスを受光して電圧信号に変換するフォトダイオード等の受光素子および反射光を受光素子に導くレンズ等の光学素子を備えた受光部からなる。レーザパルスが発生した時間と、反射光を受光素子で受光した時間差によって測距装置と物体との間の距離を算出することができる。
【０００４】
通常、レーザパルスは半導体レーザダイオードにパルス形状の駆動電流を印加することによって生成され、カップリングレンズ等の光結合素子を介して所定の光ビームプロファイルを有する光ビームに成形されて測距装置外に放出される。検出対象表面で反射した光はその反射点においてランダムな方向に散乱されるが、測距装置から放出された光ビームと等しい光路を辿って反射してくる光成分のみが再び装置に入力される。ここで投光部および受光部を構成する光学素子の光軸を一致させた同軸光学系を採用することで、測距装置に入力された反射光が受光素子に導かれる。
【０００５】
また上記光結合素子の後段に光ビームを水平方向に走査する光スキャナを設けた走査型レーザレーダも存在する。光スキャナとしてはポリゴンミラーやガルバノミラー等が用いられている。ミラーデバイスによってレーザビームを走査することにより、水平方向において広範囲な領域の距離測定が可能となる。
【０００６】
さらに近年では水平方向の測定範囲の拡大に加え、垂直方向の測定領域を分割して検出することも要求され得る。水平方向の走査と組み合わせると、測距データを２次元平面上に描画することが可能となる。簡便に垂直方向の領域分割を達成する手段として、回転ポリゴンミラーの反射面にその回転軸に対する倒れ角を設け、複数の反射面に対して互いに倒れ角を異ならせる方法や、複数の受光素子を垂直方向に並べた構成が採用される。
【０００７】
以上のように、投光部と受光部とが同軸光学系として配置されるレーザ測距装置において、複数の受光素子を垂直方向に並べることにより垂直方向の検出領域を分割して測定行う方法が既に知られている。
【０００８】
しかし複数の受光素子を垂直方向に並べたレーザ測距装置では、投光部と受光部の光軸とを高精度に調整する必要があるが、具体的な調整方法や調整用装置については開示されておらず、精度よく光学系を調整することが困難であった。
【０００９】
投光部と受光部の光軸が理想状態からずれた場合、光ビームが測定対象物を照射する領域と受光素子が光を受光する領域とが互いにずれ、本来の測定領域とは異なる領域が検出される、検出信号強度が低下する等の問題があった。
【００１０】
特許文献1には、レーザレーダ装置の検出エリア位置調整を行う目的で、反射面を屈曲させた反射ターゲットに対する検出信号をモニタして適切な位置で装置を車体に固定し、その後ソフトウェアによる補正を用いて検出エリアを所定の領域に規定する調整方法が開示されている。
【００１１】
特許文献1に開示された方法は、光軸方向にレーザ測距装置からの距離が異なる反射ターゲットを用いて光軸調整を行っている。しかし特許文献1に開示された方法は、予め光軸調整が完了したレーザレーダユニットを車体に取り付ける際に検出領域を規定する方法を示しており、ユニット本体、すなわち複数の光受光素子を配置したレーザ測距モジュールにおける投光部と受光部の光軸調整方法については開示されていない。したがって垂直方向の測定角度範囲を複数の領域に精度よく分割して検出することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、垂直方向の測定角度範囲を複数の領域に分割して物体の検出するレーザ測距装置において、出射光ビームの光軸と受光素子の光軸とを精度よく調整するための光軸調整用ターゲットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、光ビームを放出して検出対象に照射する、光源とカップリングレンズを含む変調ビーム発生手段と、前記検出対象により反射された光を受光する複数の受光素子と、前記検出対象より反射された光を集光して前記受光素子群に導く反射光集光手段とを有し、前記複数の受光素子は、前記検出対象を複数の検出領域に分割して検出し得るように、垂直方向に沿って配置される、レーザ装置の光軸調整用ターゲットであって、当該調整用ターゲットは第１のターゲットおよび第２のターゲットを有し、前記第１のターゲットおよび第２のターゲットは、前記光ビームの出射方向における前記レーザ装置からの距離が互いに異なるように配置され、前記第１のターゲットの前記光ビームの出射方向に対して垂直方向の幅は、前記光ビームの垂直方向の照射幅より小さく予め定められ、前記複数の受光素子と前記反射光集光手段との相対位置は、前記複数の受光素子のうちのいずれかが、前記第１のターゲットからの反射光のみを受光するように調整される、ことを特徴とするレーザ装置の光軸調整用ターゲットである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、垂直方向の測定角度範囲を複数の領域に分割して物体の検出するレーザ測距装置において、出射光ビームの光軸と受光素子の光軸とを精度よく調整するための調整方法および光軸調整用ターゲットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】垂直方向に測定領域を分割したレーザ測距装置の基本構成および動作原理について説明する図である。
【図２】レーザ測距装置から放出された光ビームが検出対象を照射する領域と、垂直方向に並べられた複数の受光素子がそれぞれ受光し得る領域を模式的に図示している。
【図３】レーザ測距装置から放出された光ビームが検出対象を照射する領域と、垂直方向に並べられた複数の受光素子がそれぞれ受光し得る領域を模式的に図示している。
【図４】レーザ測距装置から放出された光ビームが検出対象を照射する領域と、垂直方向に並べられた複数の受光素子がそれぞれ受光し得る領域を模式的に図示している。
【図５】レーザ測距装置の投光部および受光部を調整する調整装置を図示している。
【図６】光受光部の光軸調整を施す前の受光素子の検出信号の一例を模式的に示している。
【図７】投射ビーム照射範囲および第１のターゲットと複数の受光素子の受光領域の関係を示している。
【図８】受光信号波形を示している。
【図９】投射ビーム照射範囲および第１のターゲットと、複数の受光素子の受光領域との関係を図示している。
【図１０】調整許容幅を考慮した場合の第１のターゲットの寸法を示している。
【図１１】受光素子の信号波形を示している。
【図１２】調整用ターゲットの別の例を示している。
【図１３】屋内でレーザ測距装置を調整する場合において、当該レーザ測距装置から放出された光ビームが伝播する様子を示している。
【図１４】第1ターゲットからの反射信号と第2ターゲットからの反射信号を表している。
【図１５】投射ビーム照射範囲の目標領域を示している。
【図１６】第２のターゲット表面に描かれた所定の間隔で刻まれた方眼模様等を示している。
【図１７】レーザ測距装置の投光部および受光部を調整する他の調整装置を図示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を説明する。本発明は、垂直方向に測定範囲を分割したレーザ測距装置の光軸調整方法に際して、以下の特徴を有する。
【００１７】
要するに本発明におけるレーザ測距装置の調整方法では、装置からの距離が互いに異なる複数のターゲットからの反射信号を観察しながら光学系の位置調整を行い、かつ一方のターゲット（第１のターゲット）の大きさを垂直方向に並べられた受光素子のうちの一つの検出領域にほぼ等しく設定することで、最適な光学素子の位置関係において第１のターゲットからの反射信号のみが取得され得るようにしたことが特徴になっている。
【００１８】
上記記載の本発明の特徴について、以下の図面を用いて詳細に解説する。
【００１９】
図１は垂直方向に測定領域を分割したレーザ測距装置の基本構成および動作原理について説明する図である。図1では、一例として、検出領域は垂直方向に３分割されている。しかし分割される測定領域数はこの例に限定されない。
【００２０】
レーザ測距装置1は光源2およびカップリングレンズ3等からなる投光部と、受光素子4a,4b,4cおよび該受光素子に光を導く受光レンズ5等からなる受光部とからなる。投光部と受光部は近接して配置され、投光部の光軸と受光部の光軸とは、数ｍ程度以上離れた位置からは、同軸関係にあるものみなすことができる。また図１には図示していないが、投光部の後方に回転ミラー等からなる光走査機構を設けることで、水平方向（Ｘ軸方向）に光ビームを走査してもよい。
【００２１】
光源2から放出された変調レーザ光は、カップリングレンズ3を介して所定の広がり角を有する光ビームとなり、その後Z軸に平行な方向に投射ビーム8としてレーザ測距装置1から放出された後、検出対象物9を照射する。検出対象物9によって反射された光は、その反射点において一様な方向に散乱されるが、レーザ測距装置1から放出された光ビームと等しい光路を辿って反射する光成分のみがレーザ測距装置1内の受光レンズ5等の受光光学系を介して受光素子4a,4b,4cに導かれ、反射信号として検出される。
【００２２】
垂直方向（Ｙ軸方向）の光ビーム照射角度範囲は、レーザ測距装置1から放出される投射ビーム8の垂直方向のビーム広がり角によって規定される。垂直方向のビーム広がり角は光源2の発光幅とカップリングレンズ3の焦点距離に依存し、両者の値を制御することによって所望の垂直方向広がり角を有する光ビームがレーザ測距装置1から放出される。
【００２３】
一方、検出対象物9からの反射光は投射ビーム8と同じ経路を辿って受光ミラーに戻るため、受光レンズ5により結合される反射光ビーム10も、垂直方向において、投射ビーム8の広がり角と同等の広がり角を有している。したがって、受光レンズ5を通過した反射光ビーム10は、受光素子4a,4b,4cが配置されたＸＹ平面において、その角度成分に応じて受光レンズ5の光軸中心からY軸方向に移動した位置に集光される。
【００２４】
図1では、一例として最も上側の領域からの反射光10が、受光レンズ5を介して第３の受光素子4cに入力される様子が図示されている。
【００２５】
この性質を利用し、図１に示すように垂直方向に沿って複数の受光素子4a,4b,4cを配置することによって、垂直方向に検出領域11を分割して距離情報を取得することができる。受光素子4a,4b,4c全体のY軸方向の検出幅と受光レンズ5の焦点距離を制御することによって、垂直方向の検出角度範囲が決定される。さらに、この検出角度範囲を上記の光ビーム照射角度範囲と同等に設定し受光素子4a,4b,4cをY軸方向に複数の領域に分割して各々の反射光信号を検出することで、垂直方向の検出範囲を分割することが可能となる。
【００２６】
図２乃至4は、レーザ測距装置から放出された光ビームが検出対象を照射する領域と、垂直方向に並べられた複数の受光素子がそれぞれ受光し得る領域を模式的に図示している。ここでは3個の受光素子4を利用することで、全体的な垂直方向の受光範囲を３つの領域に分割して検出する場合を仮定している。しかし本発明は、3個以外の個数の受光素子4を利用してもよい。
【００２７】
好適には、照射領域21,31,41は所望の検出領域と同一又はそれより若干大きい。その理由は、照射領域21,31,41が所望の検出領域よりも小さい場合には、プローブとなるレーザ光が検出したい領域に照射されないことで、検出が不可能となる一方、照射領域21,31,41が所望の検出領域よりもはるかに大きい場合には、検出対象物を照射する光ビームのパワー密度が減少することで、反射光強度が減少してしまうだけではなく、意図しない領域からの反射光を迷光として検出してしまうことで測定の信頼性が低下するためである。
【００２８】
同様の理由で、分割された受光領域21a,21b,21c,31a,31b,31c,41a,41b,41cを合わせた全体の受光領域も所望する検出領域と同一又はそれより若干大きいことが好ましい。その理由は、検出範囲が所望する検出領域よりも広すぎると、検出対象からの反射光以外の光（例えば日光によって照射された物体からの光又は別の測距装置から放出されたレーザ光およびその反射光）を迷光として検出してしまう結果、測定結果の信頼度が失われてしまうためである。
【００２９】
以上のことから、上記の照射領域と全体的な受光領域とは互いにほぼ等しい領域に設定されることが好ましい。
【００３０】
図2は理想的な照射領域と受光領域の位置関係を示している。図2では、水平方向（Ｘ軸方向）については、照射領域21が全ての受光領域21a,21b,21cに包含され、垂直方向（Ｙ軸方向）については、照射領域21の大部分が受光領域21a,21b,21cに含まれ、さらに受光領域21a,21b,21cが均等に分割される。このような状態を照射領域の照射角度と受光領域の受光角度とが互いに一致していると定義する。
【００３１】
図3は投射角度と受光角度が互いに水平方向にずれた場合の照射領域と受光領域の関係を示し、図4は互いに垂直方向にずれた場合の照射領域と受光領域の関係を示している。いずれの場合も照射領域と受光領域とが重なった領域が小さくなり、その重なった領域は本来所望した検出領域のうちの限られた範囲を占めるに過ぎない。したがって反射光の検出感度の低下等が発生し、測定結果の信頼度が失われてしまう。
【００３２】
上述のように、適切な検出のためには照射角度と受光角度とを互いに一致するように投光部を構成する光学素子と受光部を構成する受光素子との相対位置を調整することが要求される。
【００３３】
図5はレーザ測距装置の投光部および受光部の調整する調整装置を図示している。レーザ測距装置1の前方（Ｚ軸方向）に、当該レーザ測距装置1から放出された投射光ビーム8を反射するためのターゲット59a,59bが配置され、そのターゲット59a,59bからの反射光が装置の受光素子に入射する。
【００３４】
光学系の調整時には受光素子によって検出される反射光の時間波形が観測される。ここで上記ターゲット59a,59bはレーザ測距装置1からの距離および大きさが互いに異なる2種類のターゲットからなる。ここでは、レーザ測距装置1に対して近い位置に配置された垂直方向での相対的な長さの小さいターゲットを第１のターゲット59aと呼び、レーザ測距装置1に対して遠い位置に配置された垂直方向での相対的な長さの大きいターゲットを第2のターゲット59bと呼ぶことにする。
【００３５】
本発明における調整方法に好適な上記ターゲットの大きさについて説明する。図5には投射ビームの照射範囲とターゲットの大きさの関係が示されている。第2のターゲット59bは、投射ビーム8の水平方向および垂直方向いずれの照射範囲よりも大きな寸法を有する。したがってレーザ光は、第２のターゲット59bの後方には照射されない。これにより調整装置50の外へのレーザ光の放出が防止されることで、調整装置50の外に存在する人に対する安全性が確保される。
【００３６】
一方第１のターゲット59aについては、その垂直方向の大きさを複数の受光素子のうちの一つの受光範囲と同程度の大きさに設定する。図5では、受光領域が３つの領域に分割されるように３つの受光素子を垂直方向に沿って配置した場合のターゲットの配置の例を示している。ここで第１のターゲット59aは分割された3つの領域のうちの中央の領域に相当する大きさを有する。一般的に複数の受光素子のサイズは互いに等しい大きさに設定され、第１のターゲット59aの垂直方向の幅は概ね、投射ビーム8の照射領域の1／３程度の大きさとなる。また第１のターゲット59aの水平方向の幅は、投射ビーム8の水平方向照射幅に比べて若干大きな寸法を有するものとする。
【００３７】
さらに、上述の大きさに設定された第１のターゲット59aは、投射ビーム8の照射範囲の中央に位置するように固定される。あるいは予め第１のターゲット59aを所定の位置に固定しておき、投射ビーム8の中央が第１のターゲット59aを照射するように投光部の光学系を調整してもよい。第１のターゲット59aの水平方向の幅が投射ビームの水平幅より大きく設定されているため、第１のターゲット59aの後方の第2のターゲット59b上には、互いに垂直方向に分離した２つの照射領域が形成される。
【００３８】
また第１のターゲット59aの別な実施例として、その水平方向の幅を投射ビームの水平方向照射幅に比べて十分大きな寸法として、かつその表面に投射ビームの照射目標位置を描いたものを用いてもよい。後述するビームプロファイルの取得方法により、第1のターゲット59aに投影される投射ビーム8を観察しながら、投射ビーム8の水平方向での放出が所定の範囲内に規定されてもよい。
【００３９】
図6は光受光部の光軸調整を施す前の受光素子の検出信号の一例を模式的に示したものである。このときの投射ビーム照射範囲および第１のターゲットと複数の受光素子の受光領域の関係を図7に示した。
【００４０】
図6に示されている光源の発光時間波形のように、光源は所定の時間範囲のみパルス発光している。また光源が発光した時間からある時間差をもって、ターゲットからの反射光に対応する反射信号がそれぞれの受光素子の信号波形に現われる。ここで第３の受光素子ではピークが１つしか観察されないのに対し、第１および第２の受光素子には２つのピークが観察される。２つのピークのうち、先に観察されるピークが第１のターゲットからの反射信号に相当し、後に観察されるピークが第２のターゲットからの反射信号に相当する。
【００４１】
ターゲット79a,79bと受光領域71a,71b,71cの位置関係が図7に示したようなものであるとき、第３の受光素子は第２のターゲット79bに照射された光に対する反射信号のみを検出するのに対し、第１および第２の受光素子には第１のターゲット79aおよび第２のターゲット79bに照射された光をそれぞれ検出するため、結果的に２つのピークが検出波形に現れる。
【００４２】
図6および図7は、受光領域が理想状態から垂直方向にずれた状態を表している。この状態から受光部の光学素子または受光素子の位置を調整して、受光領域71a,71b,71cを全体的に下方に移動させることによって、図8に示すような時間波形が得られる。
【００４３】
図8では複数の受光素子の信号波形がいずれも１つのピークを有している。第１および第３の受光素子では第２のターゲットからの反射信号のみが検出され、一方で第２の受光素子では第１のターゲットからの反射信号のみが検出される。このときの投射ビーム照射範囲および第１のターゲットと、複数の受光素子の受光領域との関係は、図9に図示されている。図9では、第２の受光素子の受光領域91bと第１のターゲット99aの照射範囲とが一致する。第１のターゲットは照射ビームの中央に配置されているから、図8に示した受光信号波形が得られた時点で受光系は最適状態に調整されることになる。
[実施例1]
上記の説明では、第１のターゲットの垂直方向での幅と第２の受光素子の受光領域の垂直方向での幅が一致しているが、現実には調整の誤差には許容値が存在する。したがってこの調整許容幅を鑑みて第１のターゲットの大きさを決定することが好ましい。図10は調整許容幅を考慮した場合の第１のターゲットの寸法について説明するための図である。
【００４４】
例えば受光部において垂直方向の位置ずれがある程度許容される場合、その許容幅分だけ第１のターゲット109aの垂直方向の幅は、第２の受光素子の垂直方向の幅より大きく設定される。この第１のターゲット109aからの反射信号を観察し、図11に示すように第２の受光素子の信号波形のピークが１つになる、すなわち第１のターゲット109aからの反射信号のみが検出される状態になれば、その時点で位置ずれの許容範囲内での調整が達成されたことになる。
【００４５】
このとき第１のターゲット109aの幅を大きくした分、第１および第３の受光素子の信号波形には第１のターゲット109aからの反射信号が僅かに検出され得るが、第２の受光素子の信号波形でピークが１つの状態であれば調整を完了して構わない。
【００４６】
以上の調整用ターゲット構成および調整手順により、高精度なレーザ測距装置内部の光学素子の調整が可能となる。ここでは一例として、全体の検出範囲を垂直方向に３つの領域に分割されるように３つの受光素子を垂直方向沿って配置する場合を想定して説明したが、受光素子の個数および分割領域数はこれに限定されることはなく、同様の原理および手順で高精度な調整が可能である。
【００４７】
また調整用ターゲットの別の例として、図12に示すように第１のターゲット1209aにスリットが設けられ、その垂直方向スリット幅は、第２の受光素子の検出領域の垂直方向の幅に等しく設定されてもよい。この場合、最適状態では第１および第３の受光素子には第１のターゲットからの反射光のみが検出され、第２の受光素子には第２のターゲットからの反射光のみが検出される。
[実施例2]
次に実施例2について説明する。本発明による調整方法を実施する際には、２種類のタ
ーゲットからの反射信号をそれぞれ明確に検出することが求められる。第１のターゲット
と第２のターゲットの間隔を極端に狭くした場合、検出信号に両方のターゲットからの反射光が含まれる図6のような検出波形では、明確なピークの分離が困難となる。ＴＯＦ法の測距原理によると、２つのターゲット間の検出時間差△tとターゲット間距離△Ｌの間には、以下に示す式、
【００４８】
【数１】
2014029318.tif 000003
の関係がある。ここでｃは光速である。
【００４９】
一方、レーザ測距装置の光源として用いられるパルス光のパルス半値幅は数ナノ秒から数１０ナノ秒程度である。仮にパルス幅が５ナノ秒である場合、ターゲット間の距離を検出時間差に換算して少なくとも５ナノ秒以上となるように設定する必要がある。式（１）より５ナノ秒の時間差の相当するターゲット間距離は０．７５ｍと求められる。高精度な調整を施す際には、ターゲット１からの反射信号の裾引きが十分減衰した後にターゲット２からの反射光を検出することが必要となることから、ターゲット間の距離は１ｍ程度以上離して設置することが望ましい。
[実施例3]
次に、レーザ測距装置とターゲットの間の好適な距離について図13を用いて説明する。図13は屋内でレーザ測距装置を調整する場合において、当該レーザ測距装置から放出された光ビームが伝播する様子を示したものである。
【００５０】
レーザ測距装置1内では、投光部と受光部の光軸がほぼ一致しているが、厳密には図１に示したように両者の光軸は垂直方向にずれがある。したがって極端にターゲットとレーザ測距装置との距離を近づけて調整すると、この光軸ずれの影響により、所定の検出領域からずれた位置で調整が完了する恐れがある。したがって原理的には光軸調整はできる限りレーザ測距装置から遠方にターゲットを置いて実施することが好ましい。
【００５１】
しかしながら、光学素子の調整は温度等が精密に制御された環境下で実施する必要があるため必然的に屋内で実施されることになる。このため極端にレーザ測距装置とターゲットとの距離を離すことは不可能である。その理由は、図８に示すように調整環境における床13や天井14に投射ビームが照射されてしまい、ターゲット1309のみに投射ビーム1308を照射することが困難になるからである。
【００５２】
一般的なレーザ測距装置から放出される投射ビームの垂直方向広がり角は1°乃至１０°程度である。また床13からレーザ測距装置1の高さは１ｍ程度である。これより高い位置での調整は作業が困難となる他、レーザ測距装置1から放出された投射ビーム1308が直接作業者の眼に入力される等、アイセーフティの面から避けるべきである。
【００５３】
仮に投射ビームの垂直方向広がり角が1°である場合、投射ビーム1308が床13を照射するのは１１４ｍより遠方の範囲であり、レーザ測距装置1とターゲット1309との間を１００ｍ程度離すことができる。しかしながら投射ビーム1308の垂直方向広がり角が10°である場合、光ビームが床を照射するのは１1ｍより遠方の範囲でありそれ以上離れた位置にターゲットを設置できない。上記のことを鑑み、レーザ測距装置1とターゲット1308との距離は５ｍから１００ｍの範囲で投射ビーム1308の広がり角に応じて適切に設定される。
[実施例4]
次に実施例4について説明する。本発明に係るターゲットの材料は極端に反射率の低い素材や精密な鏡面でなければ特に限定されることはない。また第１のターゲットと第２のターゲットで素材を異ならせ、それぞれのターゲットの反射率を異ならせることも有効である。
【００５４】
本発明は、受光素子の検出信号を観察しながら、所望の反射ピーク以外のピーク（ここではノイズピークと呼ぶ）を消失させるように光学素子を調整することが特徴であるが、調整により理想的な状態に近づくほどノイズピークの強度が小さくなりピーク消失の判別が困難となる。この問題を解決するために、ターゲット２の反射率をターゲット１の反射率より高くすることが有効である。具体的なターゲットの材料として、例えば第１のターゲットには反射率の低い黒色起毛素材等を用い、第２のターゲットには細かなガラスビーズやコーナーリフレクタを並べた反射板等を用いることができる。
【００５５】
図９はターゲット反射率を互いに異ならせることの効果を説明するための図である。第１のターゲットと第２のターゲットの反射率が互いに等しいときには第２のターゲットからの反射ピークが相対的に小さく観察される場合であっても、第２のターゲットの反射率を高めるまたは第１のターゲットの反射率を下げることで、第２のターゲットからの反射信号を相対的に増大させることができ、反射ピークが消失する最適位置を判別することが容易になる。以上のように本発明により、レーザ測距装置の投光部と受光部とを高精度に調整することができる。
[実施例5]
以上の調整方法においては、投射ビームの中央部が第１のターゲットを照射していることを前提として、ターゲットの位置と受光系の受光領域の位置とを調整している。したがって投射ビームの照射範囲とターゲットの位置関係を予め調整しておく必要がある。
【００５６】
この調整を簡便に行う方法として、図5に示したように、レーザ測距装置の近傍にＣＣＤカメラ等の撮像装置を設置し、ターゲットに投影された投射ビームを観察しながら互いの位置を調整することが有効である。ここで一般的なレーザ測距装置に使用される光源はその波長が８５０ナノメートルから９５０ナノメートル程度の近赤外光であり、汎用的な可視光用途の撮像素子であっても検出感度を有するため、ビームプロファイル形状を観察することが可能である。さらにビームプロファイルをより明確に観察するために、近赤外光以外の光をカットするバンドパスフィルタ等を撮像装置に挿入することが有効である。また撮像装置は図３に示すようにレーザ測距装置の後方かつ投射ビームの出射方向軸の延長上に設置することが好ましい。ターゲットとして微小なコーナーリフレクタからなる反射板等を用いた時にはターゲットからの反射光は投射ビームの放出方向とほぼ同じ経路を辿ってレーザ測距装置に戻ってくるからである。
[実施例6]
またターゲットと光照射領域との位置関係を調整する際には、図15に示したような投射ビーム照射範囲の目標領域1501や、図16のように所定の間隔で刻まれた方眼模様1613等を第２のターゲット表面1609bに描き、これらを基準にして投光部から放出される光ビームの方向を調整することも有効である。これらの投射目標1601または方眼模様1613と第１のターゲットとを予め最適な位置関係にあるように設置しておくことで、投射ビームと第２のターゲットとの位置関係を調整すれば投射ビームの照射範囲とターゲットの位置関係が最適な状態となる。
【００５７】
また、ターゲットに描かれた方眼1613を利用してターゲットに投影されたビームプロファイルの照射範囲を測定することで、投射ビームの広がり角も評価することもできる。
[実施例7]
投射ビームとターゲットの水平方向の位置関係を精密に調整する方法として、図17に示すように所定の幅をもつスリット15をレーザ測距装置と第１のターゲットとの間に挿入してもよい。ここでスリット幅は投射ビームの水平方向広がり角に応じて決定される。
【００５８】
例えば広がり角と比べて僅かに小さい角度に相当する開口幅をもつスリット15を準備し、調整時にはスリット15からの反射信号を受光素子でモニタする。反射信号が最も小さくなるように投射ビームの出射方向を調整することで、投射ビームの水平方向放出角度を高精度に規定できる。
【００５９】
以上に述べた方法により、ターゲットと光照射領域との位置関係を最適状態に調整することができ、レーザ測距装置の投光部と受光部とを高精度に調整することができる。
【符号の説明】
【００６０】
1  レーザ測距装置
2  光源
3  カップリングレンズ
4a  受光素子
4b  受光素子
4c  受光素子
5  受光レンズ
6  投光部の光軸
7  受光部の光軸
8  投射ビーム
9  検出対象物
10  反射光
13  床
14  天井
15  スリット
11a  受光領域
11b  受光領域
11c  受光領域
12  撮像装置
21  照射領域
21a  受光領域
21b  受光領域
21c  受光領域
31  照射領域
31a  受光領域
31b  受光領域
31c  受光領域
41  照射領域
41a  受光領域
41b  受光領域
41c  受光領域
50  調整装置
59a  第1のターゲット
59b  第2のターゲット
71a  受光領域
71b  受光領域
71c  受光領域
79a  第1のターゲット
79b  第2のターゲット
91a  受光領域
91b  受光領域
91c  受光領域
99a  第1のターゲット
99b  第2のターゲット
101  照射領域
101a  受光領域
101b  受光領域
101c  受光領域
109a  第1のターゲット
1209a  第1のターゲット
1209b  第2のターゲット
1308  投射ビーム
1309  ターゲット
1501  照射領域
1509b  第2のターゲット
1513  投射目標
1601  照射領域
1609b  第2のターゲット
1613  方眼
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６１】
【特許文献１】特開２００２−１７４６８４明細書
【図１】
2014029318.tif 000004
【図２】
2014029318.tif 000005
【図３】
2014029318.tif 000006
【図４】
2014029318.tif 000007
【図５】
2014029318.tif 000008
【図６】
2014029318.tif 000009
【図７】
2014029318.tif 000010
【図８】
2014029318.tif 000011
【図９】
2014029318.tif 000012
【図１０】
2014029318.tif 000013
【図１１】
2014029318.tif 000014
【図１２】
2014029318.tif 000015
【図１３】
2014029318.tif 000016
【図１４】
2014029318.tif 000017
【図１５】
2014029318.tif 000018
【図１６】
2014029318.tif 000019
【図１７】
2014029318.tif 000020