(57)【要約】      （修正有）【課題】小型、高感度の３次元ＬｉＤＡＲを実現させるレーザー距離計測装置を提供する。【解決手段】レーザー距離計測装置１００は、光源１１０ａから出力された出力光の出射方向が一方向に沿って変化するように出力光を偏向させる偏向部１３０と、出射方向が変化された出力光が入射され、入射された出力光を偏向させて出射する出射部１４０と、出力光が物体によって反射された反射光を検出器１６０ａに対して集光させる集光レンズ１５０と、一方向を回転軸として、光源等を含む光学系を回転させる回転機構１８２と、検出器によって検出された反射光に基づいて、出力光を反射した物体までの距離を計測する計測部とを備える。出射部は、出射された出力光を、出射方向の水平面に対する角度を維持した状態で集光レンズの主平面に直交する方向に偏向させる。検出器は、一方向に配列された複数の検出素子を有する。【選択図】図３
2018128432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出力された出力光の出射方向が少なくとも一方向に沿って変化するように前記出力光を偏向させる偏向部と、
前記偏向部によって出射方向が変化された出力光が入射され、入射された出力光を偏向させて出射する出射部と、
前記出射部から出射された前記出力光が物体によって反射された反射光を検出器に対して集光させる集光レンズと、
前記一方向を回転軸として、前記光源と、前記偏向部と、前記出射部と、前記集光レンズと、前記検出器とを含む光学系を回転させる回転機構と、
前記検出器によって検出された反射光に基づいて、前記出力光を反射した物体までの距離を計測する計測部とを備え、
前記出射部は、前記偏向部から出射された出力光を、前記出射方向の水平面に対する角度を維持した状態で前記集光レンズの主平面に直交する方向に偏向させ、
前記検出器は、前記一方向に配列された複数の検出素子を有し、
前記計測部は、前記複数の検出素子によってそれぞれ検出された反射光に基づいて、各反射光を反射した物体までの距離をそれぞれ計測する、レーザー距離計測装置。
【請求項２】
前記出力光の出射方向に基づいて、前記複数の検出素子のうち前記反射光を検出する検出素子が選択される、請求項１に記載のレーザー距離計測装置。
【請求項３】
前記光学系が、前記光源から出力された出力光を平行光にして前記偏向部に対して出射するコリメートレンズをさらに含み、
前記偏向部は、反射面が前記集光レンズの方向に向けて配置された走査ミラーであり、前記コリメートレンズから入射した平行光の出射方向を鉛直方向に沿って変化させ、前記出射部に対して反射し、
前記出射部は、前記集光レンズによって支持され、前記走査ミラーから入射した平行光を、前記出射方向の水平面に対する角度を維持した状態で前記集光レンズの主平面に直交する方向に偏向させ、
前記集光レンズは、前記出射部から出射された前記平行光が物体によって反射された反射光を前記検出器に対して集光させる、請求項１又は２に記載のレーザー距離計測装置。
【請求項４】
前記光学系が、前記光源から出力された出力光を平行光にして前記偏向部に対して出射するコリメートレンズをさらに含み、
前記偏向部は、前記コリメートレンズから入射された平行光を前記集光レンズの前方に向けて反射するように配置された走査ミラーであり、前記コリメートレンズから入射した平行光の出射方向を鉛直方向に沿って変化させ、前記出射部に対して反射し、
前記出射部は、前記集光レンズの受光面の前方に配置されたミラーであり、前記走査ミラーから入射した平行光を、前記出射方向の水平面に対する角度を維持した状態で前記集光レンズの主平面に直交する方向に反射させ、
前記集光レンズは、前記ミラーによって反射された前記平行光が物体によって反射された反射光を前記検出器に対して集光させる、請求項１又は２に記載のレーザー距離計測装置。
【請求項５】
前記偏向部は、出射面が前記集光レンズの方向に向けて配置されたフェーズドアレイであり、前記光源から入射した出力光の出射方向を鉛直方向に沿って変化させ、前記出射部に対して出射し、
前記出射部は、前記集光レンズによって支持され、前記フェーズドアレイから入射した出力光を、前記出射方向の水平面に対する角度を維持した状態で前記集光レンズの主平面に直交する方向に偏向させ、
前記集光レンズは、前記出射部から出射された前記出力光が物体によって反射された反射光を前記検出器に対して集光させる、請求項１又は２に記載のレーザー距離計測装置。
【請求項６】
前記偏向部は、前記光源から出力された出力光を前記集光レンズの前方に向けて出射するように配置されたフェーズドアレイであり、前記光源から入射した出力光の出射方向を鉛直方向に沿って変化させ、前記出射部に対して出射し、
前記出射部は、前記集光レンズの受光面の前方に配置されたミラーであり、前記フェーズドアレイから入射した出力光を、前記出射方向の水平面に対する角度を維持した状態で前記集光レンズの主平面に直交する方向に反射させ、
前記集光レンズは、前記ミラーによって反射された前記出力光が物体によって反射された反射光を前記検出器に対して集光させる、請求項１又は２に記載のレーザー距離計測装置。
【請求項７】
前記光学系が、前記フェーズドアレイから出射された出力光を平行光にして前記出射部に対して出射するコリメートレンズをさらに含む、請求項５又は６に記載のレーザー距離計測装置。
【請求項８】
前記出射部を介して前記検出器に入射される反射光を遮光する遮光部をさらに備える、請求項１〜３、５のいずれか一項に記載のレーザー距離計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー距離計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体に対してレーザー光を出射して、物体によって反射された反射光に基づいて物体までの距離を計測する技術が知られている。かかる技術が適用されたレーザー距離計測装置は、ＬｉＤＡＲ（Light  Detection  and  Ranging）とも呼ばれ、種々の分野に応用されている。なお、物体とは、レーザー距離計測装置の周囲に存在する測定対象物であり、光源から出射されたレーザー光が照射され、レーザー距離計測装置に対してレーザー光を反射させる全ての物を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１０９６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述したレーザー距離計測装置においては、レーザー光を２次元走査することで、３次元の距離計測を行う３次元ＬｉＤＡＲが知られている。かかるレーザー距離計測装置は、例えば、上下方向に搖動されるミラーが光源から出射されたレーザー光を反射することにより、レーザー光を鉛直方向に走査する。そして、同じミラーが、物体によって反射された反射光を受光して光検出器の方向に反射させることで、反射光を検出する。さらに、３次元の距離計測を行うレーザー距離計測装置では、レーザー光を鉛直方向に走査する構造自体を、鉛直方向を軸に回転させることで、レーザー光をさらに水平方向に走査する。これにより、レーザー距離計測装置は、レーザー光を２次元的に走査して、３次元の距離計測を行う。
【０００５】
ここで、このようなレーザー距離計測装置では、物体によって反射された反射光の受光量を増やして感度を向上させるためには、投光と受光を行うミラーのサイズを大きくすることが求められる。しかしながら、ミラーのサイズを大きくした場合、装置が大型化し、走査を高速で行うことが困難となるため、感度を向上させるためのミラーサイズの大型化には一定の限界があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型、高感度の３次元ＬｉＤＡＲを実現させることができるレーザー距離計測装置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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザー距離計測装置は、光源から出力された出力光の出射方向が少なくとも一方向に沿って変化するように前記出力光を偏向させる偏向部と、前記偏向部によって出射方向が変化された出力光が入射され、入射された出力光を偏向させて出射する出射部と、前記出射部から出射された前記出力光が物体によって反射された反射光を検出器に対して集光させる集光レンズと、前記一方向を回転軸として、前記光源と、前記偏向部と、前記出射部と、前記集光レンズと、前記検出器とを含む光学系を回転させる回転機構と、前記検出器によって検出された反射光に基づいて、前記出力光を反射した物体までの距離を計測する計測部とを備える。前記出射部は、前記偏向部から出射された出力光を、前記出射方向の水平面に対する角度を維持した状態で前記集光レンズの主平面に直交する方向に偏向させる。前記検出器は、前記一方向に配列された複数の検出素子を有する。前記計測部は、前記複数の検出素子によってそれぞれ検出された反射光に基づいて、各反射光を反射した物体までの距離をそれぞれ計測する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、小型、高感度の３次元ＬｉＤＡＲを実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す正面図及び側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第１の実施形態に係るＭＥＭＳミラーによるレーザー光の偏向の一例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第１の実施形態に係る光検出器の一例を示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す側面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る受光回路基板に配設される回路の一例を示す図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置の一例を示す図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る制御回路による処理のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】図８は、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置によるレーザー光の走査軌跡を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す正面図及び側面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す正面図及び側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第４の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す正面図及び側面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、第４の実施形態に係るレーザー距離計測装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態に係るレーザー距離計測装置について図面を参照して説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１Ａは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００の構成を示す正面図及び側面図である。ここで、図１Ａにおいては、左図にレーザー距離計測装置１００の正面図を示し、右図に側面図を示す。また、図１Ａにおいては、レーザー距離計測装置１００において光学系が配置された上部を示す。また、図１Ｂは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００の構成を示す断面図である。ここで、図１Ｂにおいては、レーザー距離計測装置１００の横断面を示す。図１Ａに示すように、レーザー距離計測装置１００は、光源１１０ａと、発光回路基板１１０ｂと、コリメートレンズ１２０と、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）ミラー１３０と、ウェッジプリズム１４０と、集光レンズ１５０と、光検出器１６０ａと、受光回路基板１６０ｂと、制御回路基板１７０とを備え、各構成が基部１８０によって支持されている。なお、図１Ａ及び図１Ｂにおいては、レーザー距離計測装置１００の筐体を示していないが、実際には、各構成が図示しない筐体内に収められている。ここで、各構成を収める筐体は、ウェッジプリズム１４０及び集光レンズ１５０側に光を透過する窓を有している。また、ＭＥＭＳミラー１３０は偏向部の一例であり、ウェッジプリズム１４０は出射部の一例である。
【００１２】
そして、レーザー距離計測装置１００は、光源１１０ａから出力した出力光（例えば、レーザー光）をコリメートレンズ１２０によって平行光として、ＭＥＭＳミラー１３０及びウェッジプリズム１４０を介して対象空間に出射し、対象空間内の物体によって反射された反射光を集光レンズ１５０によって光検出器１６０ａに集光させることで、物体によって反射された反射光を検出する。そして、レーザー距離計測装置１００は、検出した反射光に基づいて、物体までの距離を計測する。ここで、レーザー距離計測装置１００は、対象空間に平行光を出射する出射部が集光レンズ１５０で支持される。例えば、ウェッジプリズム１４０の全周囲を集光レンズ１５０で囲むように、集光レンズ１５０の内側に出射部が配置される。また、レーザー距離計測装置１００は、光検出器１６０ａが、複数の検出素子によって構成され、各検出素子が鉛直方向に沿って配置される。以下、レーザー距離計測装置１００の詳細について説明する。また、以下では、物体によって反射され、レーザー距離計測装置１００に戻ってきた反射光を戻り光とも記載する。
【００１３】
光源１１０ａは、レーザーダイオード（Laser  Diode:ＬＤ）などの発光素子であり、発光回路基板１１０ｂに配設された駆動回路からの駆動信号に応じて、コリメートレンズ１２０に対して出力光（例えば、レーザー光）を出力する。ここで、光源１１０ａは、レーザー光の光軸が水平方向に出力され、かつ、該光軸がコリメートレンズ１２０から出射されるレーザー光の光軸と揃うように、発光回路基板１１０ｂ上に配設されている。
【００１４】
発光回路基板１１０ｂは、光源１１０ａからレーザー光を出力させる駆動回路が配設され、制御回路基板１７０からの制御信号に応じて駆動信号を光源１１０ａに出力する。ここで、発光回路基板１１０ｂは、長手方向が鉛直方向と平行となるように基部１８０上に配設されるとともに、長手方向の上端に光源１１０ａが配設されている。
【００１５】
コリメートレンズ１２０は、光の入射面が光源１１０ａの出射面と対向するように配置され、光源１１０ａから出力されたレーザー光を平行光にしてＭＥＭＳミラー１３０に出射する。ここで、コリメートレンズ１２０は、ＭＥＭＳミラー１３０に出射する平行光の光軸が光源１１０ａから出射されるレーザー光の光軸と揃うように、基部１８０上に配設されている。
【００１６】
ＭＥＭＳミラー１３０は、反射面がコリメートレンズ１２０の出射面及びウェッジプリズム１４０の入射面に対向するように配置される。そして、ＭＥＭＳミラー１３０は、コリメートレンズ１２０から出射された平行光の出射方向が少なくとも一方向に沿って変化するように平行光を偏向させながら、ウェッジプリズム１４０に平行光を反射する。例えば、ＭＥＭＳミラー１３０は、コリメートレンズ１２０から出射された平行光の出射方向が鉛直方向に沿って変化するように平行光を偏向させながら、ウェッジプリズム１４０に平行光を反射する。一例を挙げると、ＭＥＭＳミラー１３０は、上下方向（図１Ａにおける両矢印１０で示す方向）に角度を変化させる１軸タイプのミラーであり、コリメートレンズ１２０から出射されたレーザー光を上下方向に走査する。
【００１７】
図２Ａは、第１の実施形態に係るＭＥＭＳミラー１３０によるレーザー光の偏向の一例を示す図である。例えば、ＭＥＭＳミラー１３０は、図２Ａに示すように、水平方向を回転軸として、両矢印１１に示す方向に角度を変化させながら、レーザー光を反射する。例えば、ＭＥＭＳミラー１３０は、光源１１０ａから出力されてコリメートレンズ１２０を介して入射した平行光を、実線で示す角度で反射することで、矢印１２の方向に平行光を反射する。また、例えば、ＭＥＭＳミラー１３０は、光源１１０ａから出力されてコリメートレンズ１２０を介して入射した平行光を、点線で示す角度で反射することで、矢印１３の方向に平行光を反射する。
【００１８】
図１Ａ及び図１Ｂに戻って、ウェッジプリズム１４０は、ＭＥＭＳミラー１３０によって出射方向が変化されたレーザー光が入射され、入射されたレーザー光を偏向させて出射する。具体的には、ウェッジプリズム１４０は、ＭＥＭＳミラー１３０から出射された平行光を、出射方向の水平面に対する角度を維持した状態で集光レンズ１５０の主平面に直交する方向に偏向させて対象空間に出射する。すなわち、ウェッジプリズム１４０は、ＭＥＭＳミラー１３０によって一方向（例えば、鉛直方向）に偏向された平行光の一方向（例えば、鉛直方向）の変化を維持した状態で集光レンズ１５０の光軸の方向に平行光を偏向させる。
【００１９】
ここで、ウェッジプリズム１４０は、集光レンズ１５０の面内のレーザー光の光路上に配置され、集光レンズ１５０によって支持されている。すなわち、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ウェッジプリズム１４０は、集光レンズ１５０に設けられた貫通孔に埋め込まれ、装置の内部に配置されているコリメートレンズ１２０から入射された平行光を偏向させて対象空間に出射する。例えば、ウェッジプリズム１４０は、ＭＥＭＳミラー１３０によって上下に走査される平行光を受光可能となるように、図１Ａに示すように、鉛直方向に延伸された形状を有し、ＭＥＭＳミラー１３０から受光した平行光を偏向させて出射する。
【００２０】
上述したように、ウェッジプリズム１４０から出射される平行光は、ＭＥＭＳミラー１３０によって変化された水平面に対する角度を維持した状態で集光レンズ１５０の主平面に直交する方向に偏向される。すなわち、集光レンズ１５０の内側に配置されたウェッジプリズム１４０が、集光レンズ１５０に対向する方向に平行光を出射することで、戻り光が集光レンズ１５０に対して効率よく戻ってくることとなり、物体までの距離に関係なく、集光レンズ１５０によって戻り光を効率よく集光することができる。
【００２１】
さらに、出射部としてウェッジプリズム１４０を用いることで、光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０の配置の自由度を向上させることができ、戻り光の集光効率を向上させることができる。すなわち、レーザー距離計測装置１００においては、光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０を、集光レンズ１５０と光検出器１６０ａとによって挟まれる空間外に配置させることができる。換言すると、集光レンズ１５０によって光検出器１６０ａに集光される戻り光の光路外に光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０を配置させることができ、光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０によって集光が阻害されることを抑止することができる。例えば、図１Ｂに示すように、集光レンズ１５０の端部と光検出器１６０ａの端部とを結んで形成される空間外に光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０が配置される。すなわち、光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０は、戻り光が集光レンズ１５０によって光検出器１６０ａに集光される光路外に配置される。
【００２２】
また、さらに、出射部としてウェッジプリズム１４０を用いることで、出射部の配置の自由度も向上させることができ、戻り光の集光効率を向上させることができる。すなわち、出射部としてウェッジプリズム１４０を用いることで、任意の角度でレーザー光を偏向させることができることから、例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ウェッジプリズム１４０を集光レンズ１５０の中心に配置することで、戻り光の集光を効率よく行うことができる。
【００２３】
上述したように、出射部としてウェッジプリズム１４０を用いることで、光源１１０ａ、コリメートレンズ１２０及びウェッジプリズム１４０の配置の自由度を向上させることができる。従って、ウェッジプリズム１４０の形状は、ＭＥＭＳミラー１３０によって上下に走査される平行光を受光可能となるように鉛直方向に延伸された形状である点以外は、各部材の配置状態に応じて決定されることとなる。すなわち、コリメートレンズ１２０から出射された平行光を偏向する際の角度に応じて、用いられるウェッジプリズム１４０の形状や枚数が決定される。さらに、ウェッジプリズム１４０の素材を考慮して形状や枚数を決定してもよい。
【００２４】
なお、上述した実施形態はあくまでも一例であり、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、ウェッジプリズム１４０を集光レンズ１５０の中心に配置する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、ウェッジプリズム１４０は、全周囲が集光レンズ１５０に囲まれるように配置される位置であれば、任意の位置に配置することができる。
【００２５】
集光レンズ１５０は、ウェッジプリズム１４０によって出射された平行光が物体によって反射された戻り光を光検出器１６０ａに対して集光させる。例えば、集光レンズ１５０は、平凸レンズや、フレネルレンズなどである。ここで、第１の実施形態では、集光レンズ１５０として平凸レンズを用いる例を示している。なお、集光レンズ１５０としてフレネルレンズを用いた場合、集光レンズ１５０の厚みを一定のまま、面積を大きくすることができる。
【００２６】
光検出器１６０ａは、集光レンズ１５０によって集光される戻り光を検出する。例えば、光検出器１６０ａは、光電子増倍管（ＰＭＴ：Photomultiplier  Tube）や光照射による電気抵抗変化を利用したＣｄＳ、ＰｂＳなどの光電導素子、半導体のｐｎ接合を利用した光起電力型のフォトダイオード（Photo  Diode：ＰＤ）などである。フォトダイオードとしては、例えば、ＰＮフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードなどである。
【００２７】
ここで、光検出器１６０ａは、少なくとも一方向（例えば、鉛直方向）に配列された複数の検出素子を有する。図２Ｂは、第１の実施形態に係る光検出器１６０ａの一例を示す図である。なお、図２Ｂにおいては、集光レンズ１５０及び光検出器１６０ａの側面図を示す。例えば、光検出器１６０ａは、図２Ｂに示すように、鉛直方向に配列された１３個の検出素子１６１ａ〜１６１３ａを有する。そして、光検出器１６０ａにおいては、各検出素子が集光レンズ１５０から集光された戻り光を検出する。
【００２８】
上述したように、レーザー距離計測装置１００においては、平行光がＭＥＭＳミラー１３０によって鉛直方向に沿って変化するように偏向され、変化が維持された状態で対象空間に出射される。すなわち、ウェッジプリズム１４０から出射される平行光は、上下方向に角度が付いたものとなる。したがって、物体によって反射された戻り光も角度が付いており（入射角が大きくなり）、集光レンズ１５０は、斜めから入射される戻り光を光検出器１６０ａに集光させることとなる。このように、戻り光の入射角が大きくなると、集光点の位置が変化することとなり、単一の検出素子だけでは、効率よく戻り光を検出することができない場合がある。
【００２９】
そこで、レーザー距離計測装置１００においては、集光点の位置が変化する方向、すなわち、入射角が変化する方向に複数の検出素子を配列させて戻り光を検出する。レーザー距離計測装置１００においては、ＭＥＭＳミラー１３０が鉛直方向に沿って出射方向が変化するように平行光が偏向されることから、光検出器１６０ａは、平行光が走査される方向（鉛直方向）に沿って複数の検出素子が配置される。例えば、図２Ｂに示すように、１３個の検出素子１６１ａ〜１６１３ａが鉛直方向に沿って配置されることで、入射角が小さい実線で示す戻り光を検出素子１６７ａで検出し、入射角が大きい点線で示す戻り光を検出素子１６９ａで検出する。
【００３０】
図１Ａ及び図１Ｂに戻って、受光回路基板１６０ｂは、増幅回路などが配設され、光検出器１６０ａによって検出された戻り光を増幅して制御回路基板１７０に出力する。ここで、受光回路基板１６０ｂは、長手方向が鉛直方向と平行となるように基部１８０上に配設される。そして、受光回路基板１６０ｂは、光源１１０ａから出力されるレーザー光の光軸の高さと揃う位置に光検出器１６０ａの中心の検出素子が配設されるように、光検出器１６０ａが配設されている。
【００３１】
制御回路基板１７０は、レーザー距離計測装置１００の全体制御を行う回路が配設される。例えば、制御回路基板１７０は、発光回路基板１１０ｂを制御して、光源１１０ａからのレーザー光の出力を制御する。また、制御回路基板１７０は、ＭＥＭＳミラー１３０の搖動を制御する。また、制御回路基板１７０は、光検出器１６０ａによって検出された戻り光に基づいて、レーザー光を反射した物体までの距離を計測する種々の回路が配設される。
【００３２】
例えば、制御回路基板１７０は、ＴＯＦ（Time  of  Flight）方式の距離測定を行うための回路、或いは、位相差方式の距離計測を行うための回路などが配設される。ＴＯＦ方式の距離測定を行う場合、制御回路基板１７０は、レーザー光に基づく信号と、戻り光に基づく信号との遅延時間から距離を演算するための回路が配設される。一方、位相差方式の距離計測を行う場合、制御回路基板１７０は、レーザー光に基づく信号と、戻り光に基づく信号との位相差を算出し、算出した位相差から距離を演算するための回路が配設される。
【００３３】
基部１８０は、上述した各構成を支持する。ここで、レーザー距離計測装置１００は、回転機構を有し、鉛直方向を回転軸として基部１８０を回転させることで、平行光による水平方向の走査を実現する。図３は、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００の構成を示す側面図である。例えば、レーザー距離計測装置１００は、図３に示すように、固定部１８１と、モータ１８２とを有する。
【００３４】
固定部１８１は、モータ１８２を内包し、レーザー距離計測装置１００全体を支持する。モータ１８２は、駆動回路から出力される駆動信号に基づいて、回転軸を回転させることで、回転軸に支持される基部１８０を回転させる。基部１８０は、光源１１０ａと、発光回路基板１１０ｂと、コリメートレンズ１２０と、ＭＥＭＳミラー１３０と、ウェッジプリズム１４０と、集光レンズ１５０と、光検出器１６０ａと、受光回路基板１６０ｂと、制御回路基板１７０とを支持し、モータ１８２の回転軸を軸として回転可能に支持される。
【００３５】
次に、図４を用いて、レーザー距離計測装置１００による距離計測の処理について説明する。図４は、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００の構成の一例を示すブロック図である。なお、図４においては、ＴＯＦ方式による距離計測を行う場合を一例に挙げて説明する。図４に示すように、レーザー距離計測装置１００の受光回路基板１６０ｂは、トランスインピーダンスアンプ１６１ｂと、スイッチング回路１６２ｂと、増幅回路１６３ｂとを有する。また、制御回路基板１７０は、ＴＤＣ（Time  to  Digital  Converter）回路１７１と、信号処理回路１７２と、制御回路１７３とを有する。なお、信号処理回路１７２は、計測部とも記載される。また、レーザー距離計測装置１００は、駆動回路１３１を有し、ＭＥＭＳミラー１３０が、駆動回路１３１から出力される駆動信号によって駆動される。また、モータ１８２は、図示しない制御回路が駆動回路１８３を制御することによって駆動される。
【００３６】
制御回路１７３は、駆動回路１３１に制御信号を出力することにより、ＭＥＭＳミラー１３０を所定の速度で搖動させる。そして、制御回路１７３は、ＭＥＭＳミラー１３０を搖動させるための制御信号と対応付けたパルス信号を駆動回路１１１ｂに出力する。そして、制御回路１７３は、モータ１８２の駆動とＭＥＭＳミラー１３０の駆動とを同期させることにより、基部１８０の回転角度及びＭＥＭＳミラー１３０の搖動角度ごとのパルス信号と戻り光の電気信号を検出することができる。駆動回路１１１ｂは、制御回路１７３からのパルス信号に同期して駆動信号を生成して光源１１０ａに出力することで、回転角度及び搖動角度ごとに光源１１０ａからレーザー光をパルス出射させる。
【００３７】
トランスインピーダンスアンプ１６１ｂは、戻り光に基づいて光検出器１６０ａが発生させた電流を電圧に変換して、スイッチング回路１６２ｂに出力する。具体的には、トランスインピーダンスアンプ１６１ｂは、光検出器１６０ａに含まれる複数の検出素子が発生した電流をそれぞれ電圧に変換して、スイッチング回路１６２ｂに出力する。スイッチング回路１６２ｂは、制御回路１７３による制御のもと、増幅回路１６３ｂに対して出力される電圧（電気信号）の出力元を切り替える。すなわち、スイッチング回路１６２ｂは、光検出器１６０ａに含まれる複数の検出素子のうち、出力元の検出素子を切り替える。例えば、制御回路１７３がＭＥＭＳミラー１３０の搖動角度ごとに、電気信号の出力元となる検出素子を切り替える。
【００３８】
増幅回路１６３ｂは、光検出器１６０ａによって検出された戻り光の電気信号を信号解析可能なレベルまで増幅してＴＤＣ回路１７１に出力する。具体的には、増幅回路１６３ｂは、トランスインピーダンスアンプ１６１ｂによって変換された電気信号がスイッチング回路１６２ｂを介して入力され、入力された電気信号を増幅する。
【００３９】
図５は、第１の実施形態に係る受光回路基板１６０ｂに配設される回路の一例を示す図である。図５に示すように、受光回路基板１６０ｂは、光検出器１６０ａに含まれる複数の検出素子にそれぞれトランスインピーダンスアンプ１６１ｂが接続される。そして、各トランスインピーダンスアンプ１６１ｂにスイッチング回路１６２ｂが接続される。ここで、各トランスインピーダンスアンプ１６１ｂには、スイッチング回路１６２ｂに含まれるアナログスイッチがそれぞれ接続され、制御回路１７３がスイッチング回路１６２ｂの各アナログスイッチを制御することにより、いずれかのアナログスイッチを介して、電気信号が増幅回路１６３ｂに入力される。
【００４０】
ここで、制御回路１７３は、平行光の出射方向に基づいて、複数の検出素子のうち反射光を検出する検出素子を選択する。例えば、制御回路１７３は、ＭＥＭＳミラー１３０の搖動角度に応じて、複数のトランスインピーダンスアンプ１６１ｂのうちのいずれかと、増幅回路１６３ｂとが導通するように、各アナログスイッチを制御する。すなわち、ウェッジプリズム１４０から出射される平行光の角度は、ＭＥＭＳミラー１３０の搖動角度によって定まることから、ＭＥＭＳミラー１３０の搖動角度から戻り光の入射角が定まり、戻り光がどの検出素子に集光されるかが定まる。そこで、制御回路１７３は、ＭＥＭＳミラー１３０の搖動角度ごとに戻り光が集光される検出素子を選択して、選択した検出素子から発生された電流に基づく電気信号が増幅回路１６３ｂに出力されるように、スイッチング回路１６２ｂを制御する。制御回路１７３は、ＭＥＭＳミラー１３０の制御と同期して、上記したスイッチング回路１６２ｂを制御する。このように、スイッチング回路１６２ｂによって検出素子を切り替えることで、全ての検出素子に対して増幅回路１６３ｂとＴＤＣ回路１７１と信号処理回路１７２を配置する構成と比較して、回路をより簡略化させることができる。
【００４１】
図４に戻って、ＴＤＣ回路１７１は、制御回路１７３から入力されたパルス信号と、増幅回路１６３ｂから入力された電気信号との時間差を示すデジタル信号を信号処理回路１７２に出力する。具体的には、ＴＤＣ回路１７１は、制御回路１７３から入力される回転角度及び搖動角度ごとのパルス信号と、増幅回路１６３ｂから入力された回転角度及び搖動角度ごとの電気信号との時間差を示す各デジタル信号を信号処理回路１７２に出力する。信号処理回路１７２は、ＴＤＣ回路１７１から入力されたデジタル信号に対応する時間と光速とから物体までの距離を算出する。
【００４２】
以上、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００について説明した。以下、レーザー距離計測装置１００の一例について説明する。図６は、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００の一例を示す図である。ここで、図６においては、レーザー距離計測装置１００の側面図を示す。例えば、レーザー距離計測装置１００は、図６に示すように、受光側を直径「２５ｍｍ」、焦点距離「２５ｍｍ」の集光レンズ１５０と、１６画素のＡＰＤ（avalanche  photodiode）アレイを用いて構成される。ＡＰＤアレイは、画素のサイズが「１ｍｍ×０．４０５ｍｍ」、画素間のピッチが「０．５ｍｍ」で形成される。レーザー光の走査角の正方向を図６に示すようにとり、ＡＰＤ素子の番号を鉛直方向の下から番号０として一番上を番号１５とする。そして、距離の測定はＴＯＦで行い、レーザー光の鉛直方向の走査はＭＥＭＳミラー１３０で、水平方向の走査はモータ１８２で行うものとする。また、ＭＥＭＳミラー１３０の振幅は正弦波状に駆動されるものとする。さらに、ＭＥＭＳミラー１３０の周波数を「１ｋＨｚ」、モータ１８２の回転数を毎秒１０回転とする。
【００４３】
制御回路１７３は、ＭＥＭＳミラー１３０の搖動角度と同期して、戻り光がいずれかのＡＰＤ素子の中心に集光するタイミングで、光源１１０ａからレーザー光をパルス発光させる。ここで、番号「ｉ」のＡＰＤ素子に集光するようにパルス発光させるＭＥＭＳミラー１３０の搖動角度「θi」は、以下の式によって求められる。
【００４４】
θi＝arctan｛（０．５×７＋０．２５−０．５×ｉ）／２５｝、（ｉ＝０、１、２・・・１５）
【００４５】
例えば、ＡＰＤアレイの両端のＡＰＤ素子に集光させる場合の搖動角度「θ0」及び「θ15」は、上記した式を用いてそれぞれ以下のように算出される。
【００４６】
θ0＝arctan｛（０．５×７＋０．２５−０．５×０）／２５｝＝８．５３[deg]
【００４７】
θ15＝arctan｛（０．５×７＋０．２５−０．５×１５）／２５｝＝−８．５３[deg]
【００４８】
上記したように、ＡＰＤアレイにおける一番上のＡＰＤ素子と一番下のＡＰＤ素子の中心に集光させるためのＭＥＭＳミラー１３０の角度が「８．５３[deg]」及び「−８．５３[deg]」であることから、ＡＰＤアレイに含まれる全てのＡＰＤ素子に戻り光を集光させるためには、ＭＥＭＳミラー１３０を振幅「１７．０６[deg]」で振動させればよい。
【００４９】
ここで、ＭＥＭＳミラー１３０の搖動角度「θi」でレーザーを発光するためのタイミング「ｔi」は、ＭＥＭＳミラー１３０の振幅が正弦波状に駆動されていることと、振動数が「１ｋＨｚ」であることから、以下の式によって算出することができる。
【００５０】
ｔi＝１／３６０arcsin（θi／８．５３）×１／１０００[秒]、（ｉ＝０、１、２・・・１５）
【００５１】
制御回路１７３は、「ｔi」の前後の一定時間（この時間は所望の最大測定距離に応じて変化する）で、番号「ｉ」のＡＰＤ素子から信号を読み出すように制御する。すなわち、制御回路１７３は、「ｔi」の前後の一定時間に番号「ｉ」のＡＰＤ素子から信号を読み出すようにスイッチング回路１６２ｂを制御する。以下、制御回路１７３による処理のタイミングについて、図７を用いて説明する。図７は、第１の実施形態に係る制御回路１７３による処理のタイミングを示すタイミングチャートである。ここで、図７においては、上段にレーザー光の走査角度[deg]、すなわち、ＭＥＭＳミラー１３０の搖動角度を示す。また、図７においては、中段に光源１１０ａからのレーザー光の出射タイミングを示し、下段にＡＰＤ素子のスイッチングのタイミングを示す。
【００５２】
例えば、制御回路１７３は、図７の上段に示すように、振幅「１７．０６[deg]」で正弦波状にＭＥＭＳミラー１３０を搖動させる。そして、制御回路１７３は、ＭＥＭＳミラー１３０の角度が、各ＡＰＤ素子の中心に戻り光を集光させる角度となった各タイミングでレーザー光をパルス出射させる。そして、制御回路１７３は、レーザー光がパルス出射されるタイミングの前後の一定時間に、対応するＡＰＤ素子からの電気信号が増幅回路１６３ｂに入力されるようにスイッチング回路１６２ｂを制御する。例えば、制御回路１７３は、走査角度を「０°」から正方向に変化させ、番号「７」のＡＰＤ素子の中心に戻り光が集光されるタイミングでレーザー光をパルス出射させる。
【００５３】
ここで、制御回路１７３は、レーザー光をパルス出射させるタイミングに前後する一定時間、番号「７」のＡＰＤ素子に対応するトランスインピーダンスアンプ１６１ｂと増幅回路１６３ｂとが導通するように、番号「７」のＡＰＤ素子に対応するアナログスイッチを制御する。ここで、制御回路１７３は、番号「７」以外のＡＰＤ素子に対応するアナログスイッチについて、番号「７」以外のＡＰＤ素子に対応するトランスインピーダンスアンプ１６１ｂと増幅回路１６３ｂとの導通が無くなるように制御する。制御回路１７３は、ＭＥＭＳミラー１３０の搖動角度に応じてレーザー光のパルス出射と、スイッチング回路１６２ｂのスイッチングとを制御する。
【００５４】
図８は、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００によるレーザー光の走査軌跡を示す図である。レーザー距離計測装置１００は、ＭＥＭＳミラー１３０による鉛直方向の走査を行いながら、モータ１８２による水平方向の走査を行うことで、図８に示すような軌跡で、周囲を走査する。
【００５５】
上述したように、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００は、複数の検出素子を有し、鉛直方向及び水平方向に走査した戻り光を、鉛直方向の走査角度に応じた検出素子で検出することで、小型、高感度の３次元ＬｉＤＡＲを実現させることができる。また、レーザー距離計測装置１００は、集光レンズ１５０の内側に配置したウェッジプリズム１４０（出射部）から平行光を出射して、反射光を集光レンズ１５０によって集光することで、反射光を効率よく集光することができる。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。上述した第１の実施形態では、出射部（ウェッジプリズム１４０）が集光レンズ１５０に設けられた貫通孔に配設され、ＭＥＭＳミラー１３０が、反射面がウェッジプリズム１４０及び集光レンズ１５０に対向するように配置される場合について説明した。第２の実施形態では、出射部が集光レンズ１５０の前方に配置されるレーザー距離計測装置について説明する。
【００５７】
図９Ａは、第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ａの構成を示す正面図及び側面図である。ここで、図９Ａにおいては、左図にレーザー距離計測装置１００ａの正面図を示し、右図に側面図を示す。また、図９Ａにおいては、レーザー距離計測装置１００において光学系が配置された上部を示す。また、図９Ｂは、第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ａの構成を示す断面図である。ここで、図９Ｂにおいては、レーザー距離計測装置１００ａの横断面を示す。第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ａは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００と比較して、光源１１０ａ、発光回路基板１１０ｂ、コリメートレンズ１２０及びＭＥＭＳミラー１３０が配置される位置と、出射部としてミラー１４１を有する点が異なる。以下、この点を中心に説明する。
【００５８】
第２の実施形態に係る出射部は、集光レンズ１５０の受光面の前方に配置されたミラー１４１である。ミラー１４１は、ＭＥＭＳミラー１３０から入射した平行光を、出射方向の水平面に対する角度を維持した状態で集光レンズ１５０の主平面に直交する方向に反射させる。すなわち、ミラー１４１は、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、集光レンズ１５０の反射光を受光する側の前方に配置される。そして、ミラー１４１は、ＭＥＭＳミラー１３０によって出射方向が変化された平行光を、出射方向の水平面に対する角度を維持した状態で集光レンズ１５０の主平面に直交する方向に反射させる。ここで、ミラー１４１は、ＭＥＭＳミラー１３０によって角度が変化する平行光を受光することができるように、鉛直方向に延伸された形状を有する。
【００５９】
第２の実施形態に係るＭＥＭＳミラー１３０は、コリメートレンズ１２０から入射された平行光を集光レンズ１５０の前方に向けて反射するように配置される。そして、ＭＥＭＳミラー１３０は、コリメートレンズ１２０から入射した平行光の出射方向を鉛直方向に沿って変化させ、ミラー１４１に対して反射する。例えば、第２の実施形態に係る光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０は、レーザー光の出射面が集光レンズ１５０の受光面と同じ方向となるように配置される。ここで、光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０は、集光レンズ１５０の外側にレーザー光を出射するように配置される。そして、ＭＥＭＳミラー１３０は、コリメートレンズ１２０から入射された平行光を、鉛直方向に沿って出射方向を変化させて、ミラー１４１に対して反射する。
【００６０】
上述したように、第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ａにおいても、小型、高感度の３次元ＬｉＤＡＲを実現させることができる。
【００６１】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。上述した第１の実施形態では、偏向部がＭＥＭＳミラー１３０である場合について説明した。第３の実施形態では、偏向部がフェーズドアレイである場合について説明する。
【００６２】
図１０Ａは、第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ｂの構成を示す正面図及び側面図である。ここで、図１０Ａにおいては、左図にレーザー距離計測装置１００ｂの正面図を示し、右図に側面図を示す。また、図１０Ａにおいては、レーザー距離計測装置１００ｂにおいて光学系が配置された上部を示す。また、図１０Ｂは、第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ｂの構成を示す断面図である。ここで、図１０Ｂにおいては、レーザー距離計測装置１００ｂの横断面を示す。第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ｂは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００と比較して、偏向部としてフェーズドアレイ１３２を有する点と、光源１１０ａ及びコリメートレンズ１２０の配置が異なる。以下、これらを中心に説明する。
【００６３】
第３の実施形態に係る偏向部は、出射面が集光レンズ１５０の方向に向けて配置されたフェーズドアレイ１３２である。フェーズドアレイ１３２は、光源１１０ａから入射したレーザー光の出射方向を少なくとも一方向（例えば、鉛直方向）に沿って変化させ、ウェッジプリズム１４０に対して出射する。
【００６４】
第３の実施形態に係る光源１１０ａは、図１０Ｂに示すように、出射面が集光レンズ１５０の方向に向けて配置される。そして、光源１１０ａは、フェーズドアレイ１３２に対してレーザー光を出射する。第３の実施形態に係るコリメートレンズ１２０は、図１０Ｂに示すように、出射面が集光レンズ１５０の方向に向けて配置される。そして、コリメートレンズ１２０は、フェーズドアレイ１３２から出射されたレーザー光が入射され、入射されたレーザー光を平行光にしてウェッジプリズム１４０に出射する。
【００６５】
以下、フェーズドアレイ１３２によるレーザー光の偏向について説明する。図１１は、第３の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ｂの構成の一例を示すブロック図である。なお、図１１においては、フェーズドアレイ１３２と制御回路１７３とを示す。フェーズドアレイ１３２は、光導波路１３２ａと、位相変調部１３２ｂとを有する。光導波路１３２ａは、位相を変調させるレーザー光の数に応じて、分岐する数が決定される。そして、各光導波路１３２ａには、位相変調部１３２ｂがそれぞれ接続される。
【００６６】
位相変調部１３２ｂは、制御回路１７３による制御のもと、各光導波路１３２ａを通過するレーザー光の位相を変調させる。ここで、制御回路１７３は、少なくとも一方向（例えば、鉛直方向）に沿って出射方向が変化するように、位相変調部１３２ｂを制御してレーザー光の位相を変調させる。すなわち、制御回路１７３は、出力先の方向に応じて各位相変調部１３２ｂでのレーザー光の位相変調を変化させることで、レーザー光の出射方向を鉛直方向に沿って変化させる。
【００６７】
コリメートレンズ１２０は、フェーズドアレイ１３２から出射されたレーザー光の水平方向への広がりを抑えて、平行にする。なお、第３の実施形態では、フェーズドアレイ１３２から出射されたレーザー光をコリメートレンズ１２０で平行光にする場合を示しているが、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、シリンドリカルレンズを用いる場合であってもよい。かかる場合には、シリンドリカルレンズは、フェーズドアレイ１３２から出射されたレーザー光の水平方向への広がりを抑える向きに配置される。
【００６８】
また、上述した例では、フェーズドアレイ１３２から出射されたレーザー光の水平方向への広がりを、コリメートレンズ１２０或いはシリンドリカルレンズで抑える場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、フェーズドアレイ１３２が水平方向に広がらないように制御する場合であってもよい。かかる場合には、例えば、光導波路１３２ａが２次元状に配設され、鉛直方向に沿って出射方向を変化させつつ、水平方向では中心に光が集まるように位相が変調される。また、鉛直方向、水平方向の両方向に偏向してもよく、その場合はコリメートレンズ１２０あるいはシリンドリカルレンズは不要となる。
【００６９】
また、上述した第３の実施形態では、出射部（ウェッジプリズム１４０）が集光レンズ１５０に設けられた貫通孔に配設される場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、出射部が集光レンズ１５０の前方に配置される場合であってもよい。すなわち、第２の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ａにおける偏向部をフェーズドアレイに置き換えたレーザー距離計測装置の場合であってもよい。かかる場合には、偏向部は、光源１１０ａから出力された出力光を集光レンズ１５０の前方に向けて出射するように配置されたフェーズドアレイ１３２である。かかるフェーズドアレイ１３２は、光源１１０ａから入射した出力光の出射方向を鉛直方向に沿って変化させ、ミラー１４１に対して出射する。ミラー１４１は、集光レンズ１５０の受光面の前方に配置され、フェーズドアレイ１３２から入射した出力光を、出射方向の水平面に対する角度を維持した状態で集光レンズ１５０の主平面に直交する方向に反射させる。集光レンズ１５０は、ミラー１４１によって反射された平行光が物体によって反射された反射光を光検出器１６０ａに対して集光させる。
【００７０】
上述したように、第３の実施形態によれば、小型、高感度の３次元ＬｉＤＡＲを実現させることができる。
【００７１】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。第４の実施形態では、ウェッジプリズム１４０を介して光検出器１６０ａに入射する戻り光を遮光する遮光部を備えるレーザー距離計測装置について説明する。
【００７２】
図１２Ａは、第４の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ｃの構成を示す正面図及び側面図である。ここで、図１２Ａにおいては、左図にレーザー距離計測装置１００ｂの正面図を示し、右図に側面図を示す。また、図１２Ａにおいては、レーザー距離計測装置１００ｃにおいて光学系が配置された上部を示す。また、図１２Ｂは、第４の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ｃの構成を示す断面図である。ここで、図１２Ｂにおいては、レーザー距離計測装置１００ｃの横断面を示す。第４の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００ｃは、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００と比較して、遮光部としての遮光板１９０を有する点と、ウェッジプリズム１４０の配置及び集光レンズ１５０の形状が異なる。以下、これらを中心に説明する。
【００７３】
第４の実施形態に係るウェッジプリズム１４０は、集光レンズ１５０によって支持されている。ここで、第４の実施形態に係るウェッジプリズム１４０は、集光レンズ１５０の中心からずれた位置に配置される。例えば、ウェッジプリズム１４０は、図１２Ａの正面図に示すように、集光レンズ１５０の鉛直方向の中心であり、水平方向のＭＥＭＳミラー１３０側に配置される。すなわち、ウェッジプリズム１４０は、中心の高さが集光レンズ１５０の中心の高さと一致し、中心の水平方向の位置が集光レンズ１５０の中心の位置からずれた位置に配置される。
【００７４】
第４の実施形態に係る集光レンズ１５０は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、中心からずれた位置でウェッジプリズム１４０を支持する。ここで、第４の実施形態に係る集光レンズ１５０は、例えば、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、円状の形状からウェッジプリズムを支持する側の一部がカットされた形状を有する。
【００７５】
遮光板１９０は、ウェッジプリズム１４０を介して光検出器１６０ａに入射される戻り光を遮光する。例えば、遮光板１９０は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、投光側の光学系（光源１１０ａ、コリメートレンズ１２０、ＭＥＭＳミラー１３０、ウェッジプリズム１４０）と、受光側の光学系（集光レンズ１５０、光検出器１６０ａ）との間に配置され、ウェッジプリズム１４０に入射された戻り光の光検出器１６０ａへの入射を遮る。
【００７６】
ここで、遮光板１９０は、投光側の光学系と受光側の光学系との間において、少なくとも平面が基部１８０に対して垂直となるように配置される。例えば、遮光板１９０は、ウェッジプリズム１４０の鉛直方向の長さ以上の長さを有する平面で形成され、投光側の光学系と受光側の光学系との間に、平面が基部１８０に対して垂直となるように配置される。これにより、第４の実施形態にかかるレーザー距離計測装置１００ｃは、ウェッジプリズム１４０に入射された戻り光が光検出器１６０ａに入射することを抑止することができ、精度の高い距離計測を行うことができる。
【００７７】
なお、遮光板１９０は、基部１８０に対して垂直となるように配置される平面を有する形状であればどのような形状であってもよい。例えば、遮光板１９０は、図１２Ａの正面図に示すように、正面から見てコの字型で形成されてもよい。一例を挙げると、遮光板１９０は、投光側の光学系を受光側の光学系側から取り囲むように形成される。遮光板１９０が、このように形成されることで、ウェッジプリズム１４０を介して光検出器に入射される戻り光の遮光効率を上げることができる。なお、図１２Ａに示す遮光板１９０は、集光レンズ１５０よりも装置内部に配置されているものであり、説明の便宜上、点線で示している。
【００７８】
上述したように、第４の実施形態によれば、計測精度の高い３次元ＬｉＤＡＲを実現させることができる。
【００７９】
上述した第１〜第４の実施形態では、偏向部（ＭＥＭＳミラー１３０、フェーズドアレイ１３２）が、コリメートレンズ１２０から出射された平行光を鉛直方向に沿って偏向させる場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、異なる方向に沿って平行光を偏向させる場合であってもよい。かかる場合には、光検出器１６０ａにおける検出素子が偏向される方向に沿って配列される。
【００８０】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１００、１００ａ、１００ｂ  レーザー距離計測装置
１１０ａ  光源
１１０ｂ  発光回路基板
１２０  コリメートレンズ
１３０  ＭＥＭＳミラー（偏向部）
１３２  フェーズドアレイ（偏向部）
１４０  ウェッジプリズム（出射部）
１４１  ミラー（出射部）
１５０  集光レンズ
１６０ａ  光検出器
１６１ａ〜１６１３ａ  検出素子
１６０ｂ  受光回路基板
１７０  制御回路基板
１７２  信号処理回路（計測部）
１８０  基部
１８１  固定部
１８２  モータ
１９０  遮光板（遮光部）
【図１Ａ】
2018128432.tif 000003
【図１Ｂ】
2018128432.tif 000004
【図２Ａ】
2018128432.tif 000005
【図２Ｂ】
2018128432.tif 000006
【図３】
2018128432.tif 000007
【図４】
2018128432.tif 000008
【図５】
2018128432.tif 000009
【図６】
2018128432.tif 000010
【図７】
2018128432.tif 000011
【図８】
2018128432.tif 000012
【図９Ａ】
2018128432.tif 000013
【図９Ｂ】
2018128432.tif 000014
【図１０Ａ】
2018128432.tif 000015
【図１０Ｂ】
2018128432.tif 000016
【図１１】
2018128432.tif 000017
【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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