(57)【要約】【課題】小型化、かつ、生産性を向上させること。【解決手段】実施形態のレーザー距離計測装置は、光源から出力された出力光が物体によって反射された反射光が入射される光学窓と、受光面が複数の領域に区分けされ、光学窓を介して入射された反射光を複数の領域における受光素子でそれぞれ検出する検出器と、複数の領域における検出結果に基づいて、反射光の入射角度及び反射光を反射した物体までの距離を算出する算出部とを備える。【選択図】図１Ａ
2019078603.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が物体によって反射された反射光が入射される光学窓と、
受光面が複数の領域に区分けされ、前記光学窓を介して入射された反射光を前記複数の領域における受光素子でそれぞれ検出する検出器と、
前記複数の領域における検出結果に基づいて、前記反射光の入射角度及び前記反射光を反射した物体までの距離を算出する算出部と、
を備える、レーザー距離計測装置。
【請求項２】
前記算出部は、前記光学窓の形状と前記複数の領域における検出結果に基づいて、前記反射光を検出した前記検出器における位置を特定し、特定した位置に基づいて前記反射光の入射角度を算出する、請求項１に記載のレーザー距離計測装置。
【請求項３】
前記算出部は、前記光学窓と前記検出器との位置関係に応じて、前記反射光を検出した前記検出器における位置を補正する、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】
前記検出器の受光面は、前記出力光の走査方向の数に応じた数の領域に区分けされる、請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザー距離計測装置。
【請求項５】
前記算出部は、前記反射光の入射角度及び前記反射光を反射した物体までの距離に基づいて、前記出力光の出射方向を算出する、請求項１〜４のいずれか１つ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２００５−９１２８６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は、物体によって反射された反射光を受光し、受光した反射光をフォトディテクタに集光する受光レンズを有している。例えば、受光レンズは、レーザー距離計測装置の筐体の側面に配置され、筐体内部に配置されたフォトディテクタの受光素子に対して反射光を集光させる。しかしながら、受光レンズによって反射光を受光素子に集光させる場合、受光素子から所定の距離離した位置に受光レンズを配置する必要があるため、レーザー距離計測装置の小型化に一定の限界があった。また、上述したレーザー距離計測装置の製造においては、受光レンズ及び受光素子の配置の調整に手間がかかり、生産性が低下する場合があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化、かつ、生産性を向上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】
【０００６】
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が物体によって反射された反射光が入射される光学窓と、受光面が複数の領域に区分けされ、前記光学窓を介して入射された反射光を前記複数の領域における受光素子でそれぞれ検出する検出器と、前記複数の領域における検出結果に基づいて、前記反射光の入射角度及び前記反射光を反射した物体までの距離を算出する算出部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、小型化、かつ、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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上面図である。
【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側面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係るＭＥＭＳミラーの一例を示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係るフォトセンサの一例を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る光学窓とフォトセンサとの位置関係の一例を示す図である。
【図５】図５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６】図６は、第１の実施形態に係る反射光の検出の一例を説明するための図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係るフォトセンサの出力の一例を説明するための図である。
【図８】図８は、第１の実施形態に係る入射角度の算出の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。また、以下の実施形態では、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を一例に挙げて説明する。
【００１０】
（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の構成を示す上面図である。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の構成を示す側面図である。ここで、図１Ｂにおいては、レーザー距離計測装置１００における光が出入射される側面を示す。図１Ａに示すように、レーザー距離計測装置１００は、光走査デバイス１１０と、光学フィルタ１２０と、光学窓１３０と、フォトセンサ１４０とを有する。また、図１Ｂに示すように、レーザー距離計測装置１００は、筐体１０１と基部１０２とを有する。なお、以下では、フォトセンサ１４０を検出器とも記載する。
【００１１】
光走査デバイス１１０、光学フィルタ１２０、光学窓１３０、及び、フォトセンサ１４０は、筐体１０１に収められる。ここで、筐体１０１は、光走査デバイス１１０によって出力された出力光（例えば、レーザー光）を透過する窓と、出力光が物体によって反射された反射光を透過する窓を有する。すなわち、光走査デバイス１１０は、筐体１０１に設けられた窓を介してレーザー光を外部に出射する。また、反射光は、筐体１０１に設けられた窓を介して入射される。
【００１２】
筐体１０１は、光走査デバイス１１０、光学フィルタ１２０、光学窓１３０、及び、フォトセンサ１４０等の光学系や、種々の回路が収められ、基部１０２によって支持される。基部１０２は、筐体１０１を支持する。
【００１３】
光走査デバイス１１０は、概略的に、光源１１１、光源駆動回路１１２、コリメートレンズ１１３、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）ミラー１１４等を備え、レーザー光を外部に出射する。具体的には、光走査デバイス１１０は、光源１１１から出力したレーザー光をコリメートレンズ１１３によって平行光として、ＭＥＭＳミラー１１４を介して対象空間に出射する。
【００１４】
光源１１１は、レーザーダイオード（Laser  Diode:ＬＤ）などの発光素子であり、光源駆動回路１１２からの駆動信号に応じて、コリメートレンズ１１３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１１１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１１３から出射されるレーザー光の光軸と揃うように、光走査デバイス１１０内部に配設されている。
【００１５】
コリメートレンズ１１３は、光の入射面が光源１１１の出射面と対向するように配置され、光源１１１から出力されたレーザー光を平行光にしてＭＥＭＳミラー１１４に出射する。ここで、コリメートレンズ１１３は、ＭＥＭＳミラー１１４に出射する平行光の光軸が光源１１１から出射されるレーザー光の光軸と揃うように、光走査デバイス１１０内部に配設されている。
【００１６】
ＭＥＭＳミラー１１４は、反射面がコリメートレンズ１１３の出射面及び筐体１０１の窓に対向するように光走査デバイス１１０内部に配置される。そして、ＭＥＭＳミラー１１４は、コリメートレンズ１１３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、筐体１０１の窓を介して外部に平行光を反射する。例えば、ＭＥＭＳミラー１１４は、コリメートレンズ１１３から出射された平行光の出射方向が鉛直方向及び水平方向に沿って変化するように平行光を偏向させながら、筐体１０１の窓を介して外部に平行光を反射する。一例を挙げると、ＭＥＭＳミラー１１４は、鉛直方向及び水平方向に角度を変化させる２軸タイプのミラーであり、コリメートレンズ１１３から出射されたレーザー光を鉛直方向に走査する。
【００１７】
図２は、第１の実施形態に係るＭＥＭＳミラーの一例を示す図である。例えば、ＭＥＭＳミラー１１４は、ミラー１１４１と、第１の可動部１１４２と、第２の可動部１１４３と、支持部１１４４と、トーションバー１１４５ａと、トーションバー１１４５ｂと、磁石１１４６とを備える。ミラー１１４１は、第１の可動部１１４２上に形成され、コリメートレンズ１１３から出射された平行光を反射する。ここで、ＭＥＭＳミラー１１４においては、ミラー１１４１が、トーションバー１１４５ａ及びトーションバー１１４５ｂによって２軸方向に傾くことで、コリメートレンズ１１３から入射された平行光を２次元的に反射させることができ、平行光を２次元走査することができる。
【００１８】
具体的には、ミラー１１４１が載置された第１の可動部１１４２は、１対のトーションバー１１４５ｂを介して第２の可動部１１４３の内側に支持される。また、第２の可動部１１４３は、１対のトーションバー１１４５ａを介して支持部１１４４の内側に支持される。ここで、第１の可動部１１４２及び第２の可動部１１４３は、それぞれ表面にコイルが形成され、図示しない制御回路による制御のもと電流が流される。例えば、図示しない制御回路が、トーションバー１１４５ａを介して、第２の可動部１１４３に形成されたコイルに電流を流すことで磁石１１４６による磁界との相互作用が発生し、回転トルク（ローレンツ力）が生じる。その結果、トーションバー１１４５ａを回転軸として、ミラー１１４１、第１の可動部１１４２及びトーションバー１１４５ｂが一体的に回転する。これにより、ミラー１１４１は、トーションバー１１４５ａを軸とした軸方向（例えば、水平方向）に傾くことが可能となる。
【００１９】
また、例えば、図示しない制御回路が、トーションバー１１４５ａ及びトーションバー１１４５ｂを介して、第１の可動部１１４２に形成されたコイルに電流を流すことで磁石１１４６による磁界との相互作用が発生し、回転トルクが生じる。その結果、トーションバー１１４５ｂを回転軸として、ミラー１１４１及び第１の可動部１１４２が一体的に回転する。これにより、ミラー１１４１は、トーションバー１１４５ｂを軸とした軸方向（例えば、垂直方向）に傾くことが可能となる。なお、ローレンツ力は、流される電流に比例することから、電流の値を変化させることで、ミラー１１４１の最大の傾き（レーザーによる走査角度）を任意に変化させることができる。また、図２においては、ミラー１１４１、第１の可動部１１４２及び第２の可動部１１４３の形状が矩形である場合を一例に挙げて説明したが、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、ミラー１１４１、第１の可動部１１４２及び第２の可動部１１４３の形状が円形である場合でもよい。
【００２０】
光学フィルタ１２０は、筐体１０１の窓を介して入射される光のうち、所定の波長の光を透過するフィルタである。例えば、光学フィルタ１２０は、光走査デバイス１１０から出射されるレーザー光の波長のみを透過させるフィルタである。すなわち、光学フィルタ１２０は、反射光のみを透過させるフィルタである。
【００２１】
光学窓１３０は、光源から出力された出力光が物体によって反射された反射光が入射される。具体的には、光学窓１３０は、光学フィルタ１２０とフォトセンサ１４０との間に配置され、光学フィルタ１２０を透過した反射光をフォトセンサ１４０側に通過させる。ここで、光学窓１３０は、反射光の通過領域が所定の形状で形成されるとともに、通過領域の面積が、光学フィルタ１２０における反射光の透過領域の面積よりも小さくなるように形成される。
【００２２】
すなわち、光学窓１３０における反射光の通過領域は、入射される反射光の照射領域よりも小さくなるように形成される。これにより、光学窓１３０を通過した反射光の照射形状は、光学窓１３０における反射光の通過領域の形状と同一の形状となる。例えば、光学窓１３０は、反射光の通過領域が、矩形や、円形などで形成される。かかる場合、光学窓１３０を通過した反射光は、フォトセンサ１４０に対して矩形や円形の照射形状で入射することとなる。
【００２３】
フォトセンサ１４０は、光学窓１３０を通過した反射光を検出する。ここで、フォトセンサ１４０は、受光面が複数の領域に区分けされ、光学窓１３０を介して入射された反射光を複数の領域における受光素子でそれぞれ検出する。図３は、第１の実施形態に係るフォトセンサ１４０の一例を示す図である。図３に示すように、例えば、フォトセンサ１４０は、縦方向及び横方向がそれぞれ２分割されることで、４つの領域（センサ領域１４１、センサ領域１４２、センサ領域１４３及びセンサ領域１４４）に区分けされた分割フォトセンサである。
【００２４】
センサ領域１４１、センサ領域１４２、センサ領域１４３及びセンサ領域１４４は、それぞれ複数の受光素子を有し、各領域からそれぞれ出力値が出力される。一例を挙げると、各領域は、縦方向及び横方向にそれぞれ複数の受光素子が配置され、各受光素子によって受光された反射光に基づく出力値が出力される。例えば、フォトセンサ１４０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。
【００２５】
なお、フォトセンサ１４０の受光面は、レーザー光の走査方向の数に応じた数に区分けされる。例えば、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の場合、少なくとも２方向（例えば、縦方向と横方向）で区分けされる。また、例えば、レーザー光を１次元走査することで、２次元の距離計測を行う２次元ＬｉＤＡＲの場合、走査方向に応じた１方向で区分けされる。一例を挙げると、レーザー光を水平方向に走査する場合、フォトセンサ１４０の受光面は、横方向で区分けされる。一方、レーザー光を垂直方向に走査する場合、フォトセンサ１４０の受光面は、縦方向で区分けされる。
【００２６】
ここで、レーザー距離計測装置１００においては、光学窓１３０とフォトセンサ１４０とが所定の位置関係で配置される。図４は、第１の実施形態に係る光学窓１３０とフォトセンサ１４０との位置関係の一例を示す図である。ここで、図４においては、正方形の光学窓１３０を配置する場合について示す。例えば、図４に示すように、光学窓１３０の平面をｘ−ｚ平面とし、光学窓１３０の中心を原点とし、平面に直交する方向をｙ軸とした場合に、フォトセンサ１４０は、光学窓１３０と平行、かつ、中心の座標が（０，−ｌ，０）となるように配置される。すなわち、フォトセンサ１４０は、中心の座標が、光学窓１３０の中心の座標と、ｘ軸方向及びｚ軸方向において一致する位置に配置される。
【００２７】
レーザー距離計測装置１００は、光走査デバイス１１０において、光源１１１から出力したレーザー光をコリメートレンズ１１３によって平行光として、ＭＥＭＳミラー１１４に入射させる。そして、レーザー距離計測装置１００においては、ＭＥＭＳミラー１１４が、コリメートレンズ１１３から入射された平行光を垂直面及び水平方向に沿って偏向させながら対象空間に出射することで、鉛直方向（縦方向）及び水平方向（横方向）の走査を実行する。
【００２８】
そして、レーザー距離計測装置１００は、光学フィルタ１２０及び光学窓１３０を介して入射した反射光をフォトセンサ１４０で検出し、検出した反射光に基づいて、物体までの距離を計測する。このように、本実施形態に係るレーザー距離計測装置１００においては、反射光を集光する受光レンズを用いないことで、装置の小型化と生産性の向上を実現することができる。さらに、本実施形態に係るレーザー距離計測装置１００は、フォトセンサ１４０によって検出した反射光に基づいて、反射光の入射角度を算出する。これにより、レーザー距離計測装置１００は、入射される反射光に基づいてレーザー光の走査角度を算出することができる。その結果、レーザー距離計測装置１００は、レーザー光の走査角度をモニタリングする構成を除くことができ、さらなる小型化と生産性の向上を実現することができる。
【００２９】
以下、レーザー距離計測装置１００による処理について説明する。図５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。図５に示すように、レーザー距離計測装置１００は、光源１１１と、光源駆動回路１１２と、フォトセンサ１４０と、アナログフロントエンド１５０と、ＡＤ（Analog-to-digital）コンバータ１６０と、制御回路１７０と、通信Ｉ／Ｆ１８０とを備える。
【００３０】
ここで、光源１１１は、光源駆動回路１１２からの駆動信号に基づいて、所定のパルス幅でレーザー光を出力したパルス光を出力する。ここで、光源１１１は、計測する距離に応じて出力するパルス光のピーク出力を大きくすることもできる。なお、光源１１１は、上述したように、光走査デバイス１１０に含まれる。
【００３１】
光源駆動回路１１２は、制御回路１７０からの制御信号に応じた駆動信号を光源１１１に出力することで、光源１１１からレーザー光（パルス光）を出力させる。なお、光源駆動回路１１２は、図５に示すように、光走査デバイス１１０に含まれていてもよい。
【００３２】
フォトセンサ１４０は、上述したように、受光面が複数の領域に区分けされ、光学窓１３０を通過した反射光を検出する。
【００３３】
アナログフロントエンド１５０は、フォトセンサ１４０によって検出された反射光を増幅する。例えば、アナログフロントエンド１５０は、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）と増幅回路（Ａｍｐ）を有する。トランスインピーダンスアンプは、フォトセンサ１４０が反射光に基づいて発生させた電流を電圧（電気信号）に変換して、増幅回路に出力する。増幅回路は、トランスインピーダンスアンプから入力された電気信号を信号解析可能なレベルまで増幅して、ＡＤコンバータ１６０に出力する。
【００３４】
ここで、アナログフロントエンド１５０は、フォトセンサ１４０における各領域に対応したトランスインピーダンスアンプ及び増幅回路を有する。例えば、フォトセンサ１４０は、図３に示すように、４つの領域に区分けされている場合、アナログフロントエンド１５０は、トランスインピーダンスアンプ及び増幅回路を各領域に対応して、それぞれ４つずつ備える。すなわち、アナログフロントエンド１５０は、センサ領域１４１に対応するトランスインピーダンスアンプ及び増幅回路と、センサ領域１４２に対応するトランスインピーダンスアンプ及び増幅回路と、センサ領域１４３に対応するトランスインピーダンスアンプ及び増幅回路と、センサ領域１４４に対応するトランスインピーダンスアンプ及び増幅回路とを備える。
【００３５】
ＡＤコンバータ１６０は、アナログフロントエンド１５０から入力された電気信号をデジタル信号に変換する。具体的には、ＡＤコンバータ１６０は、入力された電気信号に対して、所定のサンプリングレートでサンプリング処理を実行することで、電気信号を離散的な数値に変換したデジタル信号を生成する。そして、ＡＤコンバータ１６０は、デジタル信号を制御回路１７０におけるデータバッファ１７２に格納する。
【００３６】
ここで、ＡＤコンバータ１６０は、フォトセンサ１４０における各領域の出力からそれぞれデジタル信号を生成する。例えば、ＡＤコンバータ１６０は、フォトセンサ１４０における各領域に対応する４つのＡＤコンバータから構成され、各ＡＤコンバータがフォトセンサ１４０における各領域の出力からそれぞれデジタル信号を生成する。或いは、ＡＤコンバータ１６０は、４つのチャンネルを有し、各チャンネルにおいてそれぞれデジタル信号を生成する。
【００３７】
制御回路１７０は、図５に示すように、制御部１７１と、データバッファ１７２と、補正処理部１７３と、算出処理部１７４とを備え、レーザー距離計測装置１００における各種制御を実行する。例えば、制御回路１７０は、光源１１１によるパルス光の出力を制御する。また、制御回路１７０は、受光した反射光に対する各種処理を実行することで、パルス光を反射した物体までの距離や、反射光の入射角度を計測する。
【００３８】
通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）１８０は、外部装置に対するデータ出力の通信を制御する。例えば、通信Ｉ／Ｆ１８０は、ネットワークカードやネットワークアダプタ、ＮＩＣ（Network  Interface  Controller）等によって実現され、外部装置に対して、距離計測の結果を出力する。
【００３９】
制御回路１７０における制御部１７１は、レーザー距離計測装置１００の全体を制御する。例えば、制御部１７１は、光源駆動回路１１２による駆動信号の生成を制御する。また、例えば、制御部１７１は、ＡＤコンバータ１６０によるサンプリング処理を制御する。また、例えば、制御部１７１は、補正処理部１７３による補正処理を制御する。また、制御部１７１は、算出処理部１７４による算出処理を制御する。データバッファ１７２は、ＡＤコンバータ１６０から入力されたデジタル信号を記憶する。
【００４０】
算出処理部１７４は、複数の領域における検出結果に基づいて、反射光の入射角度及び反射光を反射した物体までの距離を算出する。具体的には、算出処理部１７４は、光学窓１３０の形状と複数の領域における検出結果に基づいて、反射光を検出したフォトセンサ１４０における位置を特定し、特定した位置に基づいて反射光の入射角度を算出する。なお、算出処理部１７４は、算出部とも記載される。図６は、第１の実施形態に係る反射光の検出の一例を説明するための図である。なお、図６においては、レーザー光のスポットの広がり角が十分小さく、光学窓１３０の辺の長さより対象物までの距離が十分長いと仮定し、光学窓１３０に入射する反射光が平行光である場合について示す。
【００４１】
例えば、図６に示すように、反射光が矢印１０の方向から入射される場合、光学窓１３０を通過してフォトセンサ１４０に入射される反射光は、照射領域Ｒ１にて検出される。算出処理部１７４は、フォトセンサ１４０における照射領域Ｒ１の位置に基づいて、矢印１０の角度（水平方向の角度「θ」及び鉛直方向の角度「Φ」）を算出する。ここで、算出処理部１７４は、フォトセンサ１４０から出力される出力値に基づいて、フォトセンサ１４０における照射領域Ｒ１の位置を特定する。図７は、第１の実施形態に係るフォトセンサ１４０の出力の一例を説明するための図である。
【００４２】
例えば、受光面が４つの領域に区分けされたフォトセンサ１４０においては、図７に示すように、各センサ領域が、電流「α・Ｅ・Ａ」を出力する。ここで、「α[Ａ／Ｗ]」は、センサの光電変換効率（ここでは、光‐電流変換とする）を示し、「Ｅ[Ｗ／ｍ2]」は、光学窓１３０上の照度を示し、「Ａ」は、各センサ領域に入射する反射光の面積を示す。例えば、図７に示すように、センサ領域１４１は「α・Ｅ・Ａ1」を出力し、センサ領域１４２は「α・Ｅ・Ａ2」を出力し、センサ領域１４３は「α・Ｅ・Ａ3」を出力し、センサ領域１４４は「α・Ｅ・Ａ4」を出力する。
【００４３】
すなわち、各センサ領域からの電流は、入射する反射光の面積に応じて変化する。換言すると、各センサ領域からの電流が、反射光の入射位置の違いを反映することとなる。そこで、算出処理部１７４は、各センサ領域からの電流に回路全体のゲイン「Ｇ」をかけた出力「Ｓ」を用いて、フォトセンサ１４０における照射領域Ｒ１の位置を特定する。ここで、各センサ領域から出力された電流は、対応するＴＩＡによって電圧にされ、Ａｍｐによってゲイン「Ｇ」がかけられる。例えば、センサ領域１４１によって出力された電流「α・Ｅ・Ａ1」は、ＴＩＡ１５１ｂ及びＡｍｐ１５２ｂを介して、出力「Ｓ1＝Ｇ・α・Ｅ・Ａ1」に変換される。また、例えば、センサ領域１４２によって出力された電流「α・Ｅ・Ａ2」は、ＴＩＡ１５１ａ及びＡｍｐ１５２ａを介して、出力「Ｓ2＝Ｇ・α・Ｅ・Ａ2」に変換される。また、例えば、センサ領域１４３によって出力された電流「α・Ｅ・Ａ3」は、ＴＩＡ１５１ｃ及びＡｍｐ１５２ｃを介して、出力「Ｓ3＝Ｇ・α・Ｅ・Ａ3」に変換される。また、例えば、センサ領域１４４によって出力された電流「α・Ｅ・Ａ4」は、ＴＩＡ１５１ｄ及びＡｍｐ１５２ｄを介して、出力「Ｓ4＝Ｇ・α・Ｅ・Ａ4」に変換される。
【００４４】
算出処理部１７４は、上述した出力「Ｓ1」、「Ｓ2」、「Ｓ3」及び「Ｓ4」を用いた以下の式（１）及び式（２）によって、フォトセンサ１４０における照射領域の位置を特定する。ここで、式（１）における「Δｘ」は、基準位置からのｘ方向の光の位置ずれを示し、式（２）における「Δｚ」は、基準位置からのｚ方向の光の位置ずれを示す。また、式（１）における「ｘ0」は、「Δｘ」が「０」のときに光が入射する領域のｘ軸方向の各辺の長さを示し、式（２）における「ｚ0」は、「Δｚ」が「０」のときに光が入射する領域のｚ軸方向の各辺の長さを示す。
【００４５】
【数１】
2019078603.tif 000003
【００４６】
【数２】
2019078603.tif 000004
【００４７】
すなわち、算出処理部１７４は、式（１）に示すように、基準となる辺の長さ「ｘ0」に対して出力をかけることで、入射された反射光のｘ軸方向の基準位置からの位置ずれを算出する。また、算出処理部１７４は、式（２）に示すように、基準となる辺の長さ「ｚ0」に対して出力をかけることで、入射された反射光のｚ軸方向の基準位置からの位置ずれを算出する。ここで、基準位置は、例えば、光学窓１３０の入射面に対して垂直に光が入射した際の光の照射領域である。すなわち、算出処理部１７４は、光学窓１３０に対して垂直に入射した光の照射領域に対して、反射光の入射位置がどのようにずれているかを算出することにより、反射光の入射角度を算出する。
【００４８】
図８は、第１の実施形態に係る入射角度の算出の一例を説明するための図である。ここで、図８においては、フォトセンサ１４０の中心の座標が、光学窓１３０の中心の座標と、ｘ軸方向及びｚ軸方向において一致する位置に配置された場合を示す。かかる場合には、光学窓１３０に対して光が垂直に入射した場合、センサ領域１４１〜１４４のそれぞれに対して入射する光の面積は同一となる。すなわち、光学窓１３０に対して光が垂直に入射した場合の各センサ領域の面積は、図８に示すように、「ｘ0×ｚ0」となる。
【００４９】
従って、フォトセンサ１４０に対して入射した反射光の各領域における面積は、図８に示すように、センサ領域１４１における面積「Ａ1＝（ｘ0−Δｘ）×（ｚ0＋Δｚ）」、センサ領域１４２における面積「Ａ2＝（ｘ0＋Δｘ）×（ｚ0＋Δｚ）」、センサ領域１４３における面積「Ａ3＝（ｘ0−Δｘ）×（ｚ0−Δｚ）」、センサ領域１４４の面積「Ａ4＝（ｘ0＋Δｘ）×（ｚ0−Δｚ）」で示される。
【００５０】
そして、位置ずれ「Δｘ」及び「Δｚ」は、図８に示すように、（Δｘ，Δｚ）＝（−ｌ・ｔａｎθ，−ｌ・ｔａｎΦ／ｃｏｓθ）で表される。そこで、算出処理部１７４は、反射光が入射した水平方向の角度「θ」及び鉛直方向の角度「Φ」を以下の式（３）及び（４）を用いて算出する。
【００５１】
【数３】
2019078603.tif 000005
【００５２】
【数４】
2019078603.tif 000006
【００５３】
すなわち、算出処理部１７４は、式（１）によって算出した「Δｘ」と、光学窓１３０とフォトセンサ１４０との距離「ｌ」を、式（３）に適用することで、反射光が入射した水平方向の角度「θ」を算出する。また、算出処理部１７４は、式（２）によって算出した「Δｚ」と、光学窓１３０とフォトセンサ１４０との距離「ｌ」と、式（３）で算出した「θ」を、式（４）に適用することで、反射光が入射した鉛直方向の角度「Φ」を算出する。
【００５４】
上述したように、算出処理部１７４は、反射光の入射角度を算出する。さらに、算出処理部１７４は、反射光を反射した物体までの距離を算出する。例えば、算出処理部１７４は、ＴＯＦ（Time  of  Flight）方式の距離測定を行うことで、反射光を反射した物体までの距離を計測する。かかる場合、算出処理部１７４は、光源１１１から出射されたレーザー光に基づく信号と、フォトセンサ１４０によって検出された信号との遅延時間から距離を演算する。例えば、算出処理部１７４は、レーザー光の出力開始の時間と、フォトセンサ１４０によって反射光が検出された時間との時間差、及び、光速に基づいて、物体までの距離を計測する。
【００５５】
そして、算出処理部１７４は、反射光の入射角度と、反射光を反射した物体までの距離とから、レーザー光の走査方向を算出する。すなわち、算出処理部１７４は、レーザー光を出射した方向を算出する。例えば、算出処理部１７４は、レーザー光を出射した位置（例えば、筐体１０１におけるレーザー光を出射するための窓の中心）と、反射光を受光した位置（例えば、筐体１０１における反射光を受光するための窓の中心）との距離と、反射光が入射した水平方向の角度「θ」と、物体までの距離とから、レーザー光を出射した水平方向の角度を算出する。また、算出処理部１７４は、レーザー光を出射した位置と反射光を受光した位置との距離と、反射光が入射した鉛直方向の角度「Φ」と、物体までの距離とから、レーザー光を出射した鉛直方向の角度を算出する。
【００５６】
そして、算出処理部１７４は、算出した走査方向ごとの距離を通信Ｉ／Ｆ１８０に出力する。このように、レーザー距離計測装置１００は、反射光からレーザー光の走査方向を算出することで、走査方向をモニタリングするための構成を除くことができ、装置の小型化、部品点数の削減、生産性の向上を実現することができる。
【００５７】
図５に戻って、補正処理部１７３は、光学窓１３０とフォトセンサ１４０との位置関係に応じて、反射光を検出したフォトセンサ１４０における位置を補正する。上述した実施形態では、フォトセンサ１４０の中心の座標が、光学窓１３０の中心の座標と、ｘ軸方向及びｚ軸方向において一致する位置に配置された場合について説明した。この場合、生産時に、フォトセンサ１４０と光学窓１３０との位置関係を厳密に調整することが求められる。
【００５８】
そこで、補正処理部１７３は、距離計測を開始する前（例えば、出荷時）に、補正を行う。具体的には、補正処理部１７３は、光学窓１３０に対して光が垂直に入射した場合のフォトセンサ１４０における照射領域（基準位置）を予め取得し、取得した基準位置に基づいて補正処理を実行する。例えば、補正処理部１７３は、フォトセンサ１４０におけるセンサ領域１４１〜１４４のそれぞれについて、「Δｘ」が「０」のときに光が入射する領域のｘ軸方向の辺の長さをそれぞれ取得する。また、例えば、補正処理部１７３は、フォトセンサ１４０におけるセンサ領域１４１〜１４４のそれぞれについて、「Δｚ」が「０」のときに光が入射する領域のｚ軸方向の辺の長さをそれぞれ取得する。そして、補正処理部１７３は、算出処理部１７４による入射角度の算出における基準位置を、取得した各領域における基準位置に補正する。
【００５９】
上述したように、第１の実施形態によれば、光学窓１３０は、光源１１１から出力された出力光が物体によって反射された反射光が入射される。フォトセンサ１４０は、受光面が複数の領域に区分けされ、光学窓１３０を介して入射された反射光を複数の領域における受光素子でそれぞれ検出する。算出処理部１７４は、複数の領域における検出結果に基づいて、反射光の入射角度及び反射光を反射した物体までの距離を算出する。従って、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００は、受光レンズを用いずに距離計測を行うことができ、小型化、かつ、生産性を向上させることを可能にする。すなわち、レーザー距離計測装置１００では、従来必要であった受光レンズとフォトセンサとの間の空間を削減することができ、装置の小型化を図ることができる。さらに、製造の過程において手間がかかる受光側の光学系の調整を行う必要がなく、生産性を向上させることができる。
【００６０】
また、第１の実施形態によれば、算出処理部１７４は、光学窓１３０の形状と複数の領域における検出結果に基づいて、反射光を検出したフォトセンサ１４０における位置を特定し、特定した位置に基づいて反射光の入射角度を算出する。従って、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００は、反射光からの入射角度の算出を容易に実行することを可能にする。
【００６１】
また、第１の実施形態によれば、算出処理部１７４は、光学窓１３０とフォトセンサ１４０との位置関係に応じて、反射光を検出したフォトセンサ１４０における位置を補正する。従って、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００は、製造時に厳密な調整を行う必要がなく、生産性を向上させることを可能にする。
【００６２】
また、第１の実施形態によれば、フォトセンサ１４０の受光面は、出力光の走査方向の数に応じた数の領域に区分けされる。従って、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００は、ＬｉＤＡＲの用途に応じてフォトセンサ１４０を区分けすればよく、生産性を向上させることを可能にする。
【００６３】
また、第１の実施形態によれば、算出処理部１７４は、反射光の入射角度及び反射光を反射した物体までの距離に基づいて、出力光の出射方向を算出する。従って、第１の実施形態に係るレーザー距離計測装置１００は、レーザー光の走査角度をモニタリングするための構成（例えば、ビームスプリッタや、角度計測器など）を除くことができ、装置を小型化させることを可能にする。すなわち、レーザー光の走査角度をモニタリングするための構成を配置する空間を削減することができ、装置の小型化を図ることができる。
【００６４】
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】
【００６５】
１００  レーザー距離計測装置、１１０  光走査デバイス、１１１  光源、１１２  光源駆動回路、１２０  光学フィルタ、１３０  光学窓、１４０  フォトセンサ、１５０  アナログフロントエンド、１６０  ＡＤコンバータ、１７０  制御回路、１７１  制御部、１７２  データバッファ、１７３  補正処理部（算出部）、１７４  算出処理部（算出部）
【図１Ａ】
2019078603.tif 000007
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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