(57)【要約】      （修正有）【課題】受光素子に対する十分な受光量を確保すると共に受光素子における受光面積の小型化を図る。【解決手段】レーザー光を出射するレーザー光源２と、レーザー光源から出射されたレーザー光を略平行光にする光学素子３と、所定の角度範囲で回動可能とされ光学素子によって略平行光にされたレーザー光を被測定物１００へ向けて反射しレーザー光によって被測定物を走査する投光用ミラー４ｂと、被測定物で反射されて拡散されたレーザー光を集光する集光レンズ５と、集光レンズによって集光されたレーザー光を受光する受光面７ａを有する受光素子７と、レーザー光の径を絞る開口部６ａを有し集光レンズと受光素子の間に配置された開口絞り６と、受光素子で受光したレーザー光に基づいて生成される受光信号を処理することにより被測定物に関する距離情報を算出する制御部とを備え、受光素子を開口絞りの近傍に配置した。【選択図】図１
2011095103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光としてレーザー光を出射する少なくとも一つのレーザー光源と、
前記レーザー光源から出射されたレーザー光を略平行光にする光学素子と、
所定の角度範囲で回動可能とされ前記光学素子によって略平行光にされたレーザー光を被測定物へ向けて反射し前記レーザー光によって前記被測定物を走査する投光用ミラーと、
前記被測定物で反射されて拡散されたレーザー光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズによって集光されたレーザー光を受光する受光面を有する受光素子と、
前記レーザー光の径を絞る開口部を有し前記集光レンズと前記受光素子の間に配置された開口絞りと、
前記受光素子で受光したレーザー光に基づいて生成される受光信号を処理することにより前記被測定物に関する距離情報を算出する制御部とを備え、
前記受光素子を前記開口絞りの近傍に配置した
距離測定装置。
【請求項２】
前記集光レンズの入射面における前記レーザー光の径に対する受光素子の受光面における前記レーザー光の径の縮小率を５０％以上とした
請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記受光素子の受光面に入射するレーザー光の半画角の最大値を２０°以上とした
請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
以下の条件式（１）を満足するようにした
請求項３に記載の距離測定装置。
（１）Ｒ≦−１．５θ＋９５
但し、
Ｒ：縮小率
θ：半画角
とする。
【請求項５】
前記開口絞りと前記受光素子を接した状態で配置した
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】
本発明は距離測定装置についての技術分野に関する。詳しくは、開口絞りの近傍に受光素子を配置して受光素子に対する十分な受光量を確保すると共に受光素子における受光面積の小型化を図る技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定光としてレーザー光を用いて被測定物との間の距離を測定する距離測定装置がある。
【０００３】
距離測定装置としては、例えば、レーザー光を変調して被測定物に照射し、レーザー光源から被測定物へ向けて出射された出射光と被測定物で反射されて受光素子に入射された入射光との位相差を検出して距離を測定する装置がある。
【０００４】
また、別の距離測定装置として、レーザーパルスを被測定物に照射し、レーザー光源から出射されたレーザーパルスが被測定物で反射され受光素子に入射されるまでの往復時間を測定することにより距離を測定する装置もある。
【０００５】
このような距離測定装置は、例えば、産業用のロボットに組み込まれてロボットから周囲の被測定物までの距離を測定したり、車輌に組み込まれて車間距離を測定したり、ゲーム機器に組み込まれて所定の位置から被測定物となるユーザーまでの距離を測定する用途等に利用されている。
【０００６】
上記のような距離測定装置には、投光用ミラーが所定の方向へ回動され該投光用ミラーで反射されたレーザー光によって被測定物をライン状に走査して２次元の距離を測定する装置として用いられるものがある（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。
【０００７】
また、距離測定装置には、装置の全体を投光用ミラーの回動軸とは異なる回動軸を中心に回動させたり、プリズム群を回動させて被測定物に対する走査領域を拡大して３次元の距離を測定する装置として用いられるものもある（例えば、特許文献４及び特許文献５参照）。
【０００８】
さらに、レーザー光を投光用ミラーとして用いられたガルバノミラーやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーによって反復走査して２次元又は３次元の距離を測定する距離測定装置もある。
【０００９】
【特許文献１】特許３９０８２２６号公報
【特許文献２】特許３８７５６６５号公報
【特許文献３】特開２００９−１６２６５９号公報
【特許文献４】特許４０５９９１１号公報
【特許文献５】特開平０７−９８３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のような距離測定装置において、動きのある被測定物に関する距離情報を測定する場合には、特に、距離情報を正確かつ高速で取得する必要性が高い。
【００１１】
距離情報を正確かつ高速で取得するためには、一定の画角の範囲で受光素子における十分な受光量を確保することが必要である。
【００１２】
ところが、十分な受光量を確保するために受光面積の大きな受光素子を使用すると、受光面積が大きくなることにより入力信号（受光信号）に対する帯域が狭くなり、被測定物に関する距離情報を高速で取得することができなくなるおそれがある。
【００１３】
そこで、本発明距離測定装置は、上記した問題点を克服し、受光素子に対する十分な受光量を確保すると共に受光素子における受光面積の小型化を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
距離測定装置は、上記した課題を解決するために、測定光としてレーザー光を出射する少なくとも一つのレーザー光源と、前記レーザー光源から出射されたレーザー光を略平行光にする光学素子と、所定の角度範囲で回動可能とされ前記光学素子によって略平行光にされたレーザー光を被測定物へ向けて反射し前記レーザー光によって前記被測定物を走査する投光用ミラーと、前記被測定物で反射されて拡散されたレーザー光を集光する集光レンズと、前記集光レンズによって集光されたレーザー光を受光する受光面を有する受光素子と、前記レーザー光の径を絞る開口部を有し前記集光レンズと前記受光素子の間に配置された開口絞りと、前記受光素子で受光したレーザー光に基づいて生成される受光信号を処理することにより前記被測定物に関する距離情報を算出する制御部とを備え、前記受光素子を前記開口絞りの近傍に配置したものである。
【００１５】
従って、距離測定装置においては、開口絞りの開口部と受光素子の受光面とが接近して位置され、受光素子を大型化することなく、大きな画角を有する光線についても受光素子に入射される。
【００１６】
上記した距離測定装置においては、前記集光レンズの入射面における前記レーザー光の径に対する受光素子の受光面における前記レーザー光の径の縮小率を５０％以上とすることが望ましい。
【００１７】
集光レンズの入射面における前記レーザー光の径に対する受光素子の受光面におけるレーザー光の径の縮小率を５０％以上とすることにより、集光レンズの高い集光機能が確保される。
【００１８】
上記した距離測定装置においては、前記受光素子の受光面に入射するレーザー光の半画角の最大値を２０°以上とすることが望ましい。
【００１９】
受光素子の受光面に入射するレーザー光の半画角の最大値を２０°以上とすることにより、画角の大きなレーザー光が受光素子の受光面に入射される。
【００２０】
上記した距離測定装置においては、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）Ｒ≦−１．５θ＋９５
但し、
Ｒ：縮小率
θ：半画角
とする。
【００２１】
条件式（１）を満足することにより、集光レンズにおいて、所定の入射画角に対して必要とされる縮小率が確保される。
【００２２】
上記した距離測定装置においては、前記開口絞りと前記受光素子を接した状態で配置することが望ましい。
【００２３】
開口絞りと受光素子を接した状態で配置することにより、開口絞りの開口部と受光素子の受光面との間に隙間が形成されない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明距離測定装置は、測定光としてレーザー光を出射する少なくとも一つのレーザー光源と、前記レーザー光源から出射されたレーザー光を略平行光にする光学素子と、所定の角度範囲で回動可能とされ前記光学素子によって略平行光にされたレーザー光を被測定物へ向けて反射し前記レーザー光によって前記被測定物を走査する投光用ミラーと、前記被測定物で反射されて拡散されたレーザー光を集光する集光レンズと、前記集光レンズによって集光されたレーザー光を受光する受光面を有する受光素子と、前記レーザー光の径を絞る開口部を有し前記集光レンズと前記受光素子の間に配置された開口絞りと、前記受光素子で受光したレーザー光に基づいて生成される受光信号を処理することにより前記被測定物に関する距離情報を算出する制御部とを備え、前記受光素子を前記開口絞りの近傍に配置している。
【００２５】
従って、受光素子に対する十分な受光量を確保することができると共に受光素子における受光面積の小型化を図ることができる。
【００２６】
請求項２に記載した発明にあっては、前記集光レンズの入射面における前記レーザー光の径に対する受光素子の受光面における前記レーザー光の径の縮小率を５０％以上としている。
【００２７】
従って、受光素子のレーザー光に対する検出動作の高速化及び高精度化を図ることができる。
【００２８】
請求項３に記載した発明にあっては、前記受光素子の受光面に入射するレーザー光の半画角の最大値を２０°以上としている。
【００２９】
従って、広い検出範囲に対して被測定物に関する距離測定を適正に行うことができる。
【００３０】
請求項４に記載した発明にあっては、以下の条件式（１）を満足するようにしている。
（１）Ｒ≦−１．５θ＋９５
但し、
Ｒ：縮小率
θ：半画角
とする。
【００３１】
従って、所定の入射画角に対して必要とされる縮小率を確保され、広い検出範囲に対して被測定物に関する距離測定を適正に行うことができる。
【００３２】
請求項５に記載した発明にあっては、前記開口絞りと前記受光素子を接した状態で配置している。
【００３３】
従って、受光素子に対する最大の受光量を確保することができると共に受光素子における受光面積の最も小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００３５】
［距離測定装置の全体構成］
以下に、距離測定装置の全体構成について説明する。
【００３６】
距離測定装置１はレーザー光源２、光学素子３、ミラーユニット４、集光レンズ５、開口絞り６及び受光素子７を備えている（図１参照）。
【００３７】
レーザー光源２としては、例えば、レーザーダイオードが用いられ、レーザー光源２は半導体の構成元素によって発振するレーザー光の波長を変化させることが可能である。尚、レーザー光源２は複数が設けられていてもよい。
【００３８】
光学素子３としては、例えば、コリメーターレンズが用いられ、光学素子３は入射されたレーザー光を略平行光として出射する機能を有する。
【００３９】
ミラーユニット４はミラーケース４ａと該ミラーケース４ａに配置された投光用ミラー４ｂとを有している。投光用ミラー４ｂは直交する第１の回動軸と第２の回動軸を有し、第１の回動軸と第２の回動軸のそれぞれを支点として直交する２方向へ回動可能とされている。
【００４０】
尚、投光用ミラー４ｂとしては、例えば、ＭＥＭＳミラーを用いてもよく、また、一方の回動をＭＥＭＳによる駆動とし、他方の回動をモーターによる駆動とすることも可能である。
【００４１】
集光レンズ５は被測定物１００で反射されて拡散されたレーザー光を集光して受光素子７に入射させる機能を有する。
【００４２】
開口絞り６は集光レンズ５と受光素子７の間に配置され、レーザー光の径を絞る開口部６ａを有している。
【００４３】
受光素子７としては、例えば、高速通信用の光信号検出器であるアバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられ、受光素子７は受光面７ａを有している。
【００４４】
受光素子７は開口絞り６の近傍において、該開口絞り６に近接又は接した状態で位置されている。受光素子７の受光面７ａは開口絞り６の開口部６ａに対応して位置されている。
【００４５】
上記のように構成された距離測定装置１において、レーザー光源２からレーザー光、例えば、波長７８５ｎｍ付近の赤外光が出射されると、出射されたレーザー光は、光学素子３によって略平行光とされ、ミラーユニット４の投光用ミラー４ｂに入射される。レーザー光は投光用ミラー４ｂで反射されて被測定物１００へ向けて照射される。このとき投光用ミラー４ｂは所定の角度範囲Ｄで直交する２方向へ回動され、レーザー光によって被測定物１００が走査される。
【００４６】
被測定物１００に照射されたレーザー光は被測定物１００で反射され拡散光とされて集光レンズ５に入射され、該集光レンズ５によって集光され開口絞り６の開口部６ａを透過されて受光素子７の受光面７ａに入射される。このときレーザー光は開口絞り６によって径が絞られる。
【００４７】
尚、被測定物１００と集光レンズ５の間には受光用ミラーが配置されていてもよく、受光用ミラーが配置されている場合には被測定物１００で反射されたレーザー光が受光用ミラーで反射されて集光レンズ５に入射される。
【００４８】
受光素子７に入射されたレーザー光に基づいて受光信号が生成され、生成された受光信号が後述する制御部によって処理され被測定物１００に関する距離情報が算出されて距離測定が行われる。
【００４９】
尚、被測定物１００に関する距離測定は、例えば、パルス発光されたレーザー光の出射時におけるパルス波を基準とし、被測定物１００で反射され受光素子７に入射されて検出されたパルス波との時間差を算出することにより行うことが可能である。
【００５０】
具体的には、レーザー光源２からの出射時におけるレーザー光のパルス波と被測定物１００で反射され受光素子７に対する入射時におけるレーザー光のパルス波との遅延時間差Δｔを測定し、レーザー光の光速をｃとすると、距離ＬをＬ＝ｃ・Δｔ／２によって算出することが可能である。
【００５１】
［距離測定装置の回路構成等］
次に、距離測定装置の回路構成等について説明する（図２参照）。尚、以下に示す回路構成は、上記した距離測定装置１において、距離の算出をレーザー光の往復時間、即ち、レーザーパルスの発光から受光までの時間差を測定することにより行う所謂ＴＯＦ（Time Of Flight）方式とした場合の一例である。
【００５２】
レーザー光源２は光源ドライバー８によって駆動され、測定光としてのレーザー光（レーザーパルス）を出射する。レーザー光源２から出射されるレーザー光の出力は、光源ドライバー８において設定された光源駆動電流に基づいて制御される。
【００５３】
出射されたレーザー光の一部は、レーザー光源２の近傍に設けられたモニター用受光素子９に入射され、該モニター用受光素子９に入射されたレーザー光に基づいて生成された観測電圧に応じて出力調整部１０によって光源ドライバー８における光源駆動電流の設定値が制御される。
【００５４】
タイミング発生ブロック１１は、投光用ミラー４ｂを駆動するミラー駆動回路１２に対してレーザー光による走査を行う際の駆動タイミング信号を送出すると共に該駆動タイミング信号と同期した発光指令パルスを光源ドライバー８に送出してパルス発光のタイミング制御を行う。
【００５５】
尚、発光指令パルスはレーザー光の往復時間の測定を行う際の基準信号として時間差測定ブロック１３にも送出される。
【００５６】
また、タイミング発生ブロック１１は、レーザー光の出力調整を行う際にモニター用受光素子９の電圧を観測するためのタイミング信号の生成や投光用ミラー４ｂによる走査のタイミング情報（又は位相情報）のＣＰＵ（Central Processing Unit）１４への送出も行う。
【００５７】
受光素子７には被測定物１００で反射されたレーザー光が集光レンズ５によって集光されて入射される。受光素子７においては、入射されたレーザー光の光量に略比例した電流パルスが発生し、発生した電流パルスはＩ／Ｖ変換回路１５によって受光電圧（受光信号）に変換され増幅アンプブロック１６に送出される。
【００５８】
増幅アンプブロック１６はＩ／Ｖ変換回路１５によって変換された受光電圧を適正なレベルまで増幅して増幅後受光電圧として立上り検出ブロック１７に送出する。受光電圧はダイナミックレンジが大きな信号となるため、増幅アンプブロック１６には、例えば、信号レベルの調整のための可変ゲインアンプ等が含まれる。
【００５９】
立上り検出ブロック１７はコンパレーター等によって構成され、入力されたアナログパルスをデジタル（２値信号）の受光パルスに変換して時間差測定ブロック１３に送出する。
【００６０】
時間差測定ブロック１３は発光指令パルスと受光パルスの時間差を測定してレーザー光源２から出射されたレーザー光の往復時間を算出する。
【００６１】
距離変換ブロック１８は時間差測定ブロック１３によって算出された往復時間（時間情報）を距離情報に変換しＣＰＵ１４に送出する。変換された距離情報はＣＰＵ１４によって処理され、外部装置に対して出力される。
【００６２】
上記した増幅アンプブロック１６、立上り検出ブロック１７、時間差測定ブロック１３、距離変換ブロック１８は、受光素子７に入射されたレーザー光に基づいて生成される受光電圧（受光信号）を処理し被測定物１００に関する距離情報を算出する制御部として機能する。
【００６３】
［開口絞りと受光素子の位置関係］
次に、開口絞り６と受光素子７の位置関係について説明する（図３参照）。
【００６４】
図３は、光線（レーザー光）と受光素子７の位置との関係を示したものであり、受光素子７が集光レンズ５に対して異なる位置に配置された状態を示す概念図である。図３には、説明を簡単にするために、集光素子５を１本の線で示し、受光素子７を集光レンズ５に近い側から順に受光素子７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅとして示している。光線としては、入射画角（半画角）が０の光線Ｐと入射画角がθの光線Ｑとを示している。
【００６５】
距離測定装置１においては、一定の画角の範囲で被測定物１００に関する距離情報を取得する必要がある。
【００６６】
画角（半画角θ）を有する光線（光線Ｑ）は、ｆを焦点距離とすると、結像点ｍにおいてｙ＝ｆ×ｔａｎθで表される像高ｙを有する。光線の結像点ｍに受光素子７が配置されている場合（受光素子７Ｅ）には、画角が大きい光線Ｑに対して大きな像高ｙを有する。従って、結像点ｍに配置された受光素子７（受光素子７Ｅ）に画角の大きな光線Ｑを入射させるためには、受光素子７を大型化して受光面７ａの受光面積を大きくする必要が生じる。
【００６７】
また、光線の結像点ｍに配置された受光素子７Ｅにあっては、万が一、設計上の配置位置に対する位置ずれが生じてしまった場合には、大きな画角を有する光線Ｑの結像点ｍが受光面７ａの外側に位置されてしまうおそれがあり、この場合には、光線Ｑに関して距離測定を行うことができなくなってしまう。
【００６８】
さらに、光線の結像点ｍに存在しなくても集光レンズ５に接近して配置された受光素子７Ａや開口絞り６から離れた位置に配置された受光素子７Ｂ、７Ｄにおいても、画角が大きい光線Ｑを入射させるために受光面７ａの受光面積を大きくする必要がある。
【００６９】
一方、開口絞り６の位置においては、何れの画角を有する光線にあっても、主光線Ｍが開口絞り６の中心を通過するため光線の高さが最小となる。
【００７０】
そこで、距離測定装置１にあっては、受光素子７を開口絞り６の近傍に配置することにより、受光素子７を大型化することなく、大きな画角を有する光線についても受光素子７に入射させるようにしている（受光素子７Ｃ）。
【００７１】
このように、受光素子７を開口絞り６の近傍に配置することにより、受光素子７に対する十分な受光量を確保することができると共に受光素子７における受光面積の小型化を図ることができる。
【００７２】
従って、受光素子７を開口絞り６の近傍に配置することにより、距離情報を正確かつ高速で取得することが可能となり、走査時におけるスキャン周波数を高め受光素子７の良好な周波数特性を確保することができる。
【００７３】
また、万が一、設計上の配置位置に対する受光素子７の位置ずれが生じてしまった場合においても、大きな画角を有する光線Ｑの少なくとも一部が入射されるため、光線Ｑに関して距離測定を行うことができなくなると言う不具合を解消することができる。
【００７４】
尚、上記には、受光素子７を開口絞り６の近傍に配置した例を示したが、受光素子７の開口絞り６に対する近傍の配置は、受光素子７を開口絞り６に近接した状態としてもよく、また、受光素子７を開口絞り６に接した状態としてもよい。
【００７５】
特に、受光素子７を開口絞り６に接した状態で配置した場合には、受光素子７に対する最大の受光量を確保することができると共に受光素子７における受光面積の最も小型化を図ることができる。
【００７６】
［集光レンズの具体的構成］
以下に、集光レンズ５の具体的構成について説明する。
【００７７】
距離測定装置１の用途としては、例えば、適度なフレームレートを確保し、ゲーム機器に組み込まれて所定の位置から被測定物となるユーザーまでの距離を測定したり産業用のロボットに組み込まれてロボットから周囲の被測定物１００までの距離を測定したりする等の例がある。
【００７８】
特に、このような用途においては、第１に、受光素子７によって適度なフレームレート、例えば、３０乃至６０ｆｐｓを確保して高速でレーザー光を検出する必要と、第２に、数メートル先で反射されたレーザー光を高い精度で検出する必要とがある。
【００７９】
数メートル先で反射されたレーザー光を高い精度で検出するためには、受光素子７に入射されるレーザー光の十分な光量が必要である。そこで、受光素子７に入射されるレーザー光の光量を増加させるために、レーザー光源２の出力を高くして出射されるレーザー光の光強度を強くすることが考慮される。
【００８０】
しかしながら、距離測定装置１をゲーム機器に組み込む用途やロボットに組み込んで人が存在する場所で使用するような用途の場合には、万が一、レーザー光が眼に入った場合の安全性を確保するために、出射されるレーザー光の光強度には一定の制限が存在する。
【００８１】
従って、レーザー光を高い精度で検出するためには、レーザー光源２の出力を高くすることなく受光素子７に入射されるレーザー光の十分な受光量を確保する必要がある。
【００８２】
距離測定装置１にあっては、受光素子７によって高速でレーザー光を検出するために、上記したように、受光素子７として、例えば、アバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）を用いている。アバランシフォトダイオードは、逆バイアスを印加することにより光電流が増倍される高速性能を有する高感度な受光素子である。
【００８３】
また、受光素子７によって適度なフレームレートを確保し高速でレーザー光を検出するためには、受光面７ａを小さくし受光素子７の良好な周波数特性を確保する必要がある。
【００８４】
例えば、このような良好な周波数特性を確保することができるアバランシフォトダイオードの受光面７ａの径は５ｍｍ以下である。
【００８５】
また、一般に、例えば、３ｍ以上の距離に存在する被測定物に関する距離を測定するためには、集光レンズ５の入射面におけるレーザー光の径が１０ｍｍ程度必要である。
【００８６】
従って、距離測定装置１にあっては、集光レンズ５の入射面におけるレーザー光の径に対する受光素子７の受光面７ａにおけるレーザー光の径の縮小率を５０％以上となるような集光特性を有する集光レンズ５を配置している。
【００８７】
距離測定装置１において、上記のように、縮小率が５０％以上となるような集光レンズ５を配置することにより、受光素子７のレーザー光に対する検出動作の高速化及び高精度化を図ることができる。
【００８８】
次に、集光レンズ５に入射するレーザー光の光束の画角について説明する。
【００８９】
距離測定装置１の用途として、ゲーム機器に組み込まれたりロボットに組み込まれたりする等の例において、例えば、２ｍ程度離れた位置において被測定物１００の全体、例えば、人の全身の動きを検知する場合には、画角（半画角）として少なくとも２０°が必要である。
【００９０】
従って、距離測定装置１にあっては、集光レンズ５に入射されるレーザー光の光束の半画角の最大値が２０°以上となるようにされており、広い検出範囲に対して被測定物１００に関する距離測定を適正に行うことができる。
【００９１】
上記したように、距離測定装置１においては、広い検出範囲に対して距離測定を行うために、集光レンズ５に入射される光束の画角は大きいことが望ましい。
【００９２】
しかしながら、距離測定装置１のように、受光素子７を開口絞り６の近傍に配置し光学系の瞳位置に受光素子７を配置する場合には、大きな画角を有するレーザー光の光束については縮小率が低くなり易い。
【００９３】
図４は、集光レンズについて測定した入射画角（半画角）と縮小率の関係を示すグラフ図である。図４に示す「●」と「○」は各入射画角（半画角）における縮小率を測定したデーターである。
【００９４】
図４に示すように、入射画角が大きくなるに従って縮小率が低くなる傾向にある。
【００９５】
上記したように、距離測定装置１においては、縮小率が５０％以上となるような集光レンズ５を配置することにより、受光素子７のレーザー光に対する検出動作の高速化及び高精度化を図ることができる。
【００９６】
また、集光レンズ５に入射されるレーザー光の光束の半画角の最大値が２０°以上となるようにすることにより、広い検出範囲に対して被測定物１００に関する距離測定を適正に行うことができる。
【００９７】
従って、距離測定装置１にあっては、縮小率の値は図４に示すラインＬ１以上の範囲、かつ、最大の入射画角の値は図４に示すラインＬ２以上の範囲が望ましい範囲である。
【００９８】
また、図４に示す各データーに基づいて考察すると、上記したように、入射画角が大きくなるに従って縮小率が低くなる傾向にある。図４の「●」のデーターは、縮小率と入射画角が比例関係にあることを示しており、これらの八つの「●」のデーターに基づいて最小二乗法によってラインＬ３を算出した。
【００９９】
ラインＬ３は、
Ｒ＝−１．５θ＋９５
但し、
Ｒ：縮小率
θ：半画角
で表される。
【０１００】
ラインＬ３で表される上式に基づいた以下の条件式（１）
（１）Ｒ≦−１．５θ＋９５
を満足する集光レンズ５を用いることにより、所定の入射画角に対して必要とされる縮小率を確保することが可能である。所定の入射画角に対して必要とされる縮小率を確保することにより、広い検出範囲に対して被測定物１００に関する距離測定を適正に行うことができる。
【０１０１】
従って、距離測定装置１にあっては、縮小率と入射画角（半画角）の比が条件式（１）を満足する範囲を望ましい範囲として定めている。
【０１０２】
上記のように、縮小率と入射画角の関係を考察し、縮小率が５０％以上、かつ、入射画角の最大値が２０°以上、かつ、条件式（１）を満足する範囲である図４に斜線で示す範囲Ｆ（ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３を含む範囲）が最も望ましい範囲であることが確認された。
【０１０３】
距離測定装置１が範囲Ｆを満足することにより、受光素子７のレーザー光に対する検出動作の高速化及び高精度化を図り広い検出範囲に対して被測定物１００に関する距離測定を適正に行うことができる。
【０１０４】
以下に、上記した範囲Ｆに含まれる集光レンズ５の各実施例を示す。集光レンズ５は非球面レンズとして形成され、以下の数式１に表１乃至表４の各値を代入した形状に形成されている。数式１において、ｒは光軸から該光軸に直交する方向における距離、Ｚ（ｒ）は光軸から距離ｒの面形状、Ｋは円錐係数、ｃは曲率半径、Ａ２ｉは非球面係数である。
【０１０５】
以下に示す各表１乃至表４には、円錐係数と非球面係数の他、屈折率と軸上厚みも示している。各表において、「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、即ち、「１０−ｉ」を表しており、例えば、「０．１２３４５Ｅ−０５」は「０．１２３４５×１０−５」を表している。
【０１０６】
【数１】
2011095103.tif 000003
【０１０７】
表１に示す集光レンズ５の第１の実施例は、図４の点Ｐ１に該当するデーターであり、縮小率が５０％、入射画角の最大値が３０°とされている。
【０１０８】
【表１】
2011095103.tif 000004
【０１０９】
表２に示す集光レンズ５の第２の実施例は、図４の点Ｐ２に該当するデーターであり、縮小率が６４％、入射画角の最大値が２０．５°とされている。
【０１１０】
【表２】
2011095103.tif 000005
【０１１１】
表３に示す集光レンズ５の第３の実施例は、図４の点Ｐ３に該当するデーターであり、縮小率が５０％、入射画角の最大値が２０°とされている。
【０１１２】
【表３】
2011095103.tif 000006
【０１１３】
表４に示す集光レンズ５の第４の実施例は、図４の点Ｐ４に該当するデーターであり、縮小率が５４％、入射画角の最大値が２４°とされている。
【０１１４】
【表４】
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【０１１５】
尚、上記には、レーザー光の往復時間を測定することにより距離の算出を行うＫＫ１を例として示したが、ＫＫ１は出射光と入射光の位相差を検出して距離を測定する装置にも適用することが可能である。
【０１１６】
上記した最良の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施する際の具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】図２乃至図４と共に本発明の実施の形態を示すものであり、本図は、距離測定装置を概略的に示す平面図である。
【図２】距離測定装置の回路構成等を示すブロック図である。
【図３】開口絞りと受光素子の位置関係等を示す概念図である。
【図４】縮小率と入射画角の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１…距離測定装置、２…レーザー光源、３…光学素子、４ｂ…投光用ミラー、５…集光レンズ、６…開口絞り、６ａ…開口部、７…受光素子、７ａ…受光面、１００…被測定物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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