(57)【要約】  距離測定装置（１）は、レーザ光を測距領域に照射して測距領域に存在する物体までの距離を測定する。距離測定装置（１）は、物体により反射されたレーザ光の反射光を集光させる集光レンズ（３５）と、集光レンズ（３５）の後段側に配置され、集光レンズ（３５）で集光された反射光が入射する内側面に、集光レンズ（３５）の光軸に対する傾き角が異なる２種類の反射面（３６ｃ、３６ｄ）とが形成された筒状の鏡筒（３６）と、鏡筒（３６）を経由した前記反射光を受光する光検出器（３８）と、を備える。
2019235260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を測距領域に照射して前記測距領域に存在する物体までの距離を測定する距離測定装置において、
前記物体により反射された前記レーザ光の反射光を集光させる集光レンズと、
前記集光レンズの後段側に配置され、前記集光レンズで集光された前記反射光が入射する内側面に、第１反射面と、前記第１反射面に対して前記集光レンズの光軸に対する傾き角が異なる第２反射面とが形成された筒状の調整部材と、
前記調整部材を経由した前記反射光を受光する光検出器と、
を備える、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の距離測定装置において、
前記調整部材は、複数の前記第１反射面と、複数の前記第２反射面が、周方向に交互に並ぶように構成されている、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の距離測定装置において、
前記第１反射面および前記第２反射面は、前記集光レンズの光軸に対して対称な位置に配置されている、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項４】
レーザ光を測距領域に照射して前記測距領域に存在する物体までの距離を測定する距離測定装置において、
前記物体により反射された前記レーザ光の反射光を集光させる集光レンズと、
前記集光レンズの後段側に配置され、前記集光レンズで集光された前記反射光が入射する円錐状の第１反射面および第２反射面と、
前記第１反射面および前記第２反射面を経由した前記反射光を受光する光検出器と、を備え、
前記第２反射面は、前記第１反射面に対して前記集光レンズの光軸に対する傾き角が異なる、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の距離測定装置において、
前記第１反射面および前記第２反射面は、前記集光レンズの光軸に沿って並ぶように配置されている、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の距離測定装置において、
前記第２反射面は、前記第１反射面よりも後段側に配置され、
前記第１反射面の傾き角は、前記第２反射面の傾き角よりも大きい、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項７】
請求項４ないし６の何れか一項に記載の距離測定装置において、
前記第１反射面が形成された第１調整部材と、
前記第１調整部材の後段側に配置され、前記第２反射面が形成された第２調整部材と、を備える、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の距離測定装置において、
前記第２調整部材は、前記光検出器を含む受光ユニットを電磁シールドするためのシールドカバーである、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか一項に記載の距離測定装置において、
前記集光レンズ、前記第１反射面および前記第２反射面は、距離測定の範囲の最も遠い位置に物体が存在する場合に前記反射光が前記第１反射面および前記第２反射面の何れによっても反射されることなく直接的に前記光検出器に集光されるよう構成される、
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の距離測定装置において、
前記レーザ光を出射する光源が、前記集光レンズの中央に埋め込まれて設置されている、
ことを特徴とする距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いて物体との距離を測定する距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を用いて物体との距離を測定する距離測定装置が、種々の機器に搭載されている。光を用いた距離の測定方式として、たとえば、三角測量法を利用した方式が知られている。この方式では、目標領域の物体へ光を投射する光源と、集光レンズと光検出器からなる検出光学系との位置の差（視差）が設けられ、投射光が物体から反射して戻り光検出器に結像される位置が物体までの距離で異なることを利用して距離が計測される。しかし、この方式では、遠い物体の距離を測定するためには、幾何学的原理により視差を大きくする必要があるため距離測定装置が大型化してしまう。この問題を抑制し得る方式として、光を出射してから反射光を受光するまでの時間差（タイムオブフライト）に基づいて物体までの距離を測定する方式などを用いることができる。【０００３】
以下の特許文献１には、ミラーを用いてレーザ光を回転させる構成のレーザスキャナが記載されている。このレーザスキャナには、回転中心軸について回転する回転基板が設けられ、この回転基板に、投射および受光のための光学系が設置される。具体的には、出射光軸が回転中心軸に一致するように発光器が配置され、回転中心軸に対して４５°傾くようにミラーが配置される。また、光軸が回転中心軸に一致するように集光レンズが配置され、さらに、回転中心軸上に受光器が配置される。【０００４】
発光器から出射されたレーザ光は、ミラーにより、回転中心軸に垂直な方向に反射され、目標領域に投射される。回転基板が回転することにより、距離測定装置の周囲の目標領域がレーザ光で走査される。目標領域の物体からの反射光は、ミラーによって反射され、集光レンズによって光検出器に集光される。反射光の有無により目標領域に物体が存在するか否かが判定される。また、物体までの距離が、タイムオブフライト法により測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１４８６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、距離測定装置では、所定の距離範囲において物体までの距離が測定される。この場合、たとえば、最も遠い距離に位置する物体からの反射光が光検出器に集光するように、光学系が構成される。しかし、この構成では、物体が装置に近づくにつれて、光検出器に対する反射光の集光状態が低下する。このため、物体までの距離によっては、反射光の大半が光検出器から外れてしまい、適正に物体までの距離を測定できなくなることが起こり得る。この問題は、測距対象の距離範囲が広くなるほど顕著となる。【０００７】
かかる課題に鑑み、本発明は、測距対象の物体の遠近にかかわらず、適正に物体までの距離を測定できる距離測定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】
【０００８】
本発明の第１の態様は、レーザ光を測距領域に照射して前記測距領域に存在する物体までの距離を測定する距離測定装置に関する。本態様に係る距離測定装置は、前記物体により反射された前記レーザ光の反射光を集光させる集光レンズと、前記集光レンズの後段側に配置され、前記集光レンズで集光された前記反射光が入射する内側面に、第１反射面と、前記第１反射面に対して前記集光レンズの光軸に対する傾き角が異なる第２反射面とが形成された筒状の調整部材と、前記調整部材を経由した前記反射光を受光する光検出器と、を備える。【０００９】
本態様に係る距離測定装置によれば、第１反射面と第２反射面の傾き角が異なるため、第１反射面で反射された反射光の集光位置と第２反射面で反射された反射光の集光位置が、光検出器の受光面に平行な方向に変位する。このため、物体までの距離が変化した場合、第１反射面で反射された反射光と第２反射面で反射された反射光が光検出器の受光面に対して相補的に接近および離間する。よって、物体までの距離が変化しても、反射光を光検出器に導くことができる。これにより、物体までの距離を適正に測定できる。【００１０】
本発明の第２の態様は、レーザ光を測距領域に照射して前記測距領域に存在する物体までの距離を測定する距離測定装置に関する。本態様に係る距離測定装置は、前記物体により反射された前記レーザ光の反射光を集光させる集光レンズと、前記集光レンズの後段側に配置され、前記集光レンズで集光された前記反射光が入射する円錐状の第１反射面および第２反射面と、前記第１反射面および前記第２反射面を経由した前記反射光を受光する光検出器と、を備える。前記第２反射面は、前記第１反射面に対して前記集光レンズの光軸に対する傾き角が異なる。【００１１】
本態様に係る距離測定装置によれば、第１の態様と同様の効果が奏される。
【発明の効果】
【００１２】
以上のとおり、本発明に係る距離測定装置によれば、測距対象の物体の遠近にかかわらず、適正に物体までの距離を測定できる。【００１３】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態１に係る距離測定装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る距離測定装置の構成を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、実施形態１に係る鏡筒を集光レンズの光軸に平行な方向に見たときの平面図である。図３（ｃ）、（ｄ）は、実施形態１に係る鏡筒を集光レンズの光軸に平行な平面で切断したときの断面図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、比較例に係る測距領域の物体によって反射された光の光束を模式的に示す図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１に係る鏡筒を通る反射光の光線をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１に係る鏡筒を通る反射光の光線をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。
【図７】図７は、比較例１〜３に係るシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】図８は、実施形態１に係る距離測定装置の回路部の構成を示す図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、実施形態１の変更例に係る鏡筒を集光レンズの光軸に平行な方向に見たときの平面図である。図９（ｃ）、（ｄ）は、実施形態１の他の変更例に係る鏡筒を集光レンズの光軸に平行な方向に見たときの平面図である。
【図１０】図１０は、実施形態１の変更例に係る距離測定装置の構成を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、実施形態１の変更例に係るミラーおよび鏡筒の位置関係を模式的に示す図である。図１１（ｃ）、（ｄ）は、実施形態１の他の変更例に係るミラーおよび鏡筒の位置関係を模式的に示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、光源およびコリメータレンズが別の位置に配置される変更例に係る距離測定装置の構成を模式的に示す側面透視図である。図１２（ｂ）は、光源およびコリメータレンズが別の位置に配置される変更例に係るミラーの拡大側面図である。
【図１３】図１３は、実施形態２に係る距離測定装置の構成を示す断面図である。
【図１４】図１４は、実施形態２に係る基板とシールドカバーを上面側から見た場合の構成を示す斜視図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｃ）は、実施形態２における比較例４に係る反射光の光線をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｃ）は、実施形態２における比較例５に係る反射光の光線をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｃ）は、実施形態２における比較例６に係る反射光の光線をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。
【図１８】図１８は、比較例４〜６に係るシミュレーション結果を示すグラフである。
【００１５】
ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸正方向は、距離測定装置１の高さ方向である。
【００１７】
＜実施形態１＞
図１は、距離測定装置１の構成を示す斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、距離測定装置１は、円柱状の固定部１０と、固定部１０に回転可能に配置された回転部２０とを備える。回転部２０は、径の異なる２つの支持部材２１、２２を備えている。支持部材２１の上面に支持部材２２が設置されて、回転部２０が構成される。支持部材２２の側面に開口２２ａが設けられている。開口２２ａから測距領域に向かってレーザ光（投射光）が投射され、測距領域で反射されたレーザ光の反射光が開口２２ａから内部に取り込まれる。
【００１９】
回転部２０は、Ｚ軸に平行、且つ、回転部２０の中心を貫く回転中心軸Ｒ１０を中心に回転する。回転部２０の回転に伴い、開口２２ａから投射されるレーザ光の光軸が回転中心軸Ｒ１０を中心に回転する。これに伴い、測距領域（レーザ光の走査位置）も回転する。後述のように、距離測定装置１は、測距領域にレーザ光を投射したタイミングと、測距領域からレーザ光の反射光を受光したタイミングとの間の時間差（タイムオブフライト）に基づいて、測距領域に存在する物体までの距離を計測する。上記のように回転部２０が回転中心軸Ｒ１０の周りに１回転することにより、距離測定装置１は、周囲３６０度の範囲に存在する物体までの距離を計測できる。
【００２０】
図２は、距離測定装置１の構成を示す断面図である。
【００２１】
図２には、図１に示した距離測定装置１を、Ｘ−Ｚ平面に平行な平面により、Ｙ軸方向の中央位置で切断したときの断面図が示されている。図２では、光源３１から出射され、測距領域へと向かうレーザ光（投射光）が破線で示され、測距領域から反射された反射光が一点鎖線で示されている。
【００２２】
図２に示すように、固定部１０は、円柱状の支持ベース１１と、複数のコイル１２と、ヨーク１３と、カバー１４と、を備えている。支持ベース１１は、たとえば樹脂で形成されている。支持ベース１１の下面が、円形皿状のカバー１４で塞がれる。
【００２３】
支持部材２１は、円筒状のベアリング２４を介して、支持ベース１１に設置されている。ベアリング２４は、内筒２４ａと外筒２４ｂとの間に複数のベアリングボール２４ｃが周方向に並ぶように配置された構成である。支持部材２１には、Ｚ軸負方向に突出する円筒形状の筒部２１ａが形成され、支持ベース１１には、Ｚ軸正方向に突出する円筒形状の筒部１１ａが形成されている。筒部１１ａの外径は、ベアリング２４の内筒２４ａの内径より僅かに大きく、筒部２１ａの内径は、ベアリング２４の外筒２４ｂの外径より僅かに小さい。筒部１１ａと筒部２１ａとの間に、ベアリング２４が嵌め込まれて、支持部材２１が、回転中心軸Ｒ１０について回転可能に、支持ベース１１に支持されている。
【００２４】
支持ベース１１には、筒部１１ａの外側に、円筒状の壁部１１ｂが形成されている。壁部１１ｂの中心軸は、回転中心軸Ｒ１０に整合する。壁部１１ｂの外周にヨーク１３が嵌め込まれている。ヨーク１３は、リング状の基部から放射状に突出する複数の突出部１３ａを備える。周方向における突出部１３ａの間隔は一定である。各突出部１３ａに、それぞれ、コイル１２が巻回されて装着されている。
【００２５】
支持部材２１の外周部には、周方向に連続する段差部２１ｂが形成されている。この段差部２１ｂに、複数の磁石２３が周方向に隙間なく設置されている。隣り合う磁石２３は、内側の極性が互いに相違している。
【００２６】
これら磁石２３は、ヨーク１３の突出部１３ａに対向する。したがって、コイル１２に対する電流制御により、回転部２０が回転中心軸Ｒ１０について回転駆動される。コイル１２、ヨーク１３およびベアリング２４は、回転部２０とともにミラー３４を回転中心軸Ｒ１０について回転させる駆動部を構成する。
【００２７】
距離測定装置１は、光学系の構成として、光源３１と、コリメータレンズ３２と、ホルダ３３と、ミラー３４と、集光レンズ３５と、鏡筒３６と、フィルタ３７と、光検出器３８と、を備えている。光源３１は、コリメータレンズ３２とともにホルダ３３に保持されている。
【００２８】
光源３１は、所定波長のレーザ光を出射する。光源３１は、たとえば半導体レーザである。光源３１の出射光軸は、Ｚ軸に平行である。光源３１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ３２によって平行光化される。平行光化されたレーザ光は、集光レンズ３５の上方に配置されたミラー３４に入射する。光源３１とコリメータレンズ３２は、ホルダ３３に保持された状態で、集光レンズ３５に設置される。集光レンズ３５の中央に上下に貫通する円形の開口が形成され、この開口に円柱状のホルダ３３が嵌め込まれて設置されている。
【００２９】
ミラー３４は、片面に反射面３４ａを有する反射ミラーである。反射面３４ａの中心位置は、回転中心軸Ｒ１０に略整合している。反射面３４ａは、Ｚ軸方向に見た場合に略正方形の形状を有する。ミラー３４は、回転中心軸Ｒ１０に対して反射面３４ａが４５°傾くように、回転部２０の支持部材２２に設置されている。
【００３０】
コリメータレンズ３２を介してミラー３４に入射したレーザ光は、ミラー３４によって、回転中心軸Ｒ１０に垂直な方向に反射される。その後、レーザ光は、開口２２ａを通って、測距領域へと投射される。
【００３１】
測距領域に物体が存在する場合、開口２２ａから測距領域に投射されたレーザ光は、物体で反射されて、再び、開口２２ａへと向かう。こうして物体から反射された反射光が、開口２２ａから取り込まれ、ミラー３４に導かれる。その後、反射光は、ミラー３４によってＺ軸負方向に反射される。ミラー３４で反射された反射光は、集光レンズ３５により収束作用を受ける。
【００３２】
その後、反射光は、鏡筒３６、支持ベース１１に形成された孔１１ｃ、およびフィルタ３７を介して、光検出器３８に収束される。鏡筒３６の中心軸と集光レンズ３５の光軸は、回転中心軸Ｒ１０に一致している。鏡筒３６の構成については、追って図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。フィルタ３７は、光源３１から出射されるレーザ光の波長帯の光を透過し、その他の波長帯の光を遮光する。
【００３３】
光検出器３８は、受光光量に応じた検出信号を出力する。光検出器３８は、たとえば、ＰＩＮフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードにより構成される。光検出器３８からの検出信号は、図示しない回路基板に配置された回路部に出力される。
【００３４】
なお、実施形態１では、集光レンズ３５に光源３１およびコリメータレンズ３２が設置される構成のため、開口２２ａを介して取り込まれた反射光の一部は、ホルダ３３によって遮光され、光検出器３８へと集光されない。たとえば、図２において集光レンズ３５の中央付近に一点鎖線で示した範囲の反射光は、その大部分が、ホルダ３３によって遮光される。
【００３５】
図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、Ｚ軸負方向およびＺ軸正方向に鏡筒３６を見た場合の平面図である。図３（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、鏡筒３６をＺ軸方向に平行な平面で切断した断面Ｃ１１−Ｃ１２および断面Ｃ２１−Ｃ２２の切断面である。図３（ａ）〜（ｄ）には、集光レンズ３５の光軸３５ａが図示されている。上記のように光軸３５ａは、回転中心軸Ｒ１０および鏡筒３６の中心軸に一致する。
【００３６】
図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、鏡筒３６は、Ｚ軸方向に貫通する孔を備えた筒状部材である。鏡筒３６のＺ軸正側およびＺ軸負側の端部には、それぞれ、鏡筒３６の内側面に繋がる開口３６ａ、３６ｂが形成されている。
【００３７】
鏡筒３６の内側面には、８個の反射面３６ｃと８個の反射面３６ｄとが形成されている。反射面３６ｃ、３６ｄは、鏡筒３６の内側面において周方向に沿った曲面である。すなわち、反射面３６ｃは、所定の円錐面に整合し、反射面３６ｄは、反射面３６ｃが整合する円錐面とは異なる頂角の円錐面に整合する。反射面３６ｃ、３６ｄは、鏡筒３６の内側面において周方向に沿って交互に設けられている。反射面３６ｃと光軸３５ａとのなす角は、反射面３６ｄと光軸３５ａとのなす角よりも大きい。反射面３６ｃ、３６ｄは、鏡筒３６の内部に入射した反射光を反射させる。
【００３８】
鏡筒３６は、たとえば、ポリカーボネートなどの樹脂により構成される。鏡筒３６が樹脂により成形されることにより、反射面３６ｃ、３６ｄは、光を反射する反射面となる。なお、反射面３６ｃ、３６ｄは、鏡筒３６の成形後に、鏡筒３６の内側面に反射膜が設けられることにより形成されてもよく、鏡筒３６の内側面に対して鏡面仕上げが施されることにより形成されてもよい。また、鏡筒３６は、樹脂の他、アルミニウム等の金属や、ガラス等により構成されてもよい。
【００３９】
なお、実施形態１では、光軸３５ａに対して対称な位置に２つの反射面３６ｃが配置され、また、光軸３５ａに対して対称な位置に２つの反射面３６ｄが配置されている。すなわち、反射面３６ｃと反射面３６ｄは、光軸３５ａに対して非対称な位置に配置されている。８つの反射面３６ｃの形状は全て同じであり、また、８つの反射面３６ｄの形状は全て同じである。
【００４０】
図４（ａ）、（ｂ）は、比較例の場合に測距領域の物体によって反射された光の光束を模式的に示す図であり、回転中心軸Ｒ１０を通るＸ−Ｚ平面で各部を切断した切断面を示している。図４（ａ）、（ｂ）では、フィルタ３７の図示が便宜上省略されている。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、比較例の構成では、図２に示した実施形態１の構成と比較して、鏡筒３６が省略されている。
【００４１】
距離測定装置１の開口２２ａに取り込まれる光量は、測距対象の物体が距離測定装置１から遠い位置にある場合に小さくなる。すなわち、開口２２ａに取り込まれる光量は、物体までの距離の２乗に反比例する。したがって、図４（ａ）の比較例に示すように、一般的には、距離測定装置１から遠い位置にある測距対象の物体からの光が集光レンズ３５によって収束される位置に、光検出器３８が配置される。こうすると、遠い位置にある物体からの微弱な光を良好に受光できる。
【００４２】
しかしながら、図４（ａ）に示すように、遠い位置にある物体に基づいて光検出器３８が配置されると、図４（ｂ）に示すように、測距対象の物体が近い位置にある場合に、集光レンズ３５によって集光される光が、光検出器３８から外れてしまうといった事態が起こり得る。したがって、比較例の場合、遠い位置にある物体からの光を適正に受光できるものの、近い位置にある物体からの光を適正に受光できない。これに対して、実施形態１では、物体が遠い位置にある場合の他、物体が近い位置にある場合にも、鏡筒３６の作用により、反射光が光検出器３８へと導かれる。
【００４３】
以下、鏡筒３６による作用について、図５（ａ）〜図６（ｃ）を参照して説明する。図５（ａ）〜図６（ｃ）は、鏡筒３６を通る反射光の光線を発明者がシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。
【００４４】
図５（ａ）〜（ｃ）は、図３（ｃ）と同様、反射面３６ｃおよび集光レンズ３５の光軸３５ａを通る平面で切断した切断面を側方から見た側面図であり、図６（ａ）〜（ｃ）は、図３（ｄ）と同様、反射面３６ｄおよび集光レンズ３５の光軸３５ａを通る平面で切断した切断面を側方から見た側面図である。図５（ａ）〜図６（ｃ）では、集光レンズ３５に入射した反射光の光束が模式的に示されている。
【００４５】
本シミュレーションにおいて、集光レンズ３５の有効径φ１は１８．４ｍｍ、ホルダ３３の直径φ２は６．４ｍｍ、光検出器３８の受光面３８ａの直径φ３は０．２ｍｍ、鏡筒３６の内面拡散反射率は１０％、フィルタ３７の厚みｄ１は１．１ｍｍに設定した。光軸３５ａと反射面３６ｃとのなす角θ１は４８°、光軸３５ａと反射面３６ｄとのなす角θ２は４６°に設定した。集光レンズ３５の焦点距離は８．９ｍｍ、フィルタ３７の屈折率は１．５に設定した。鏡筒３６の入射側の開口３６ａが集光レンズ３５の出射面を塞ぐように、鏡筒３６を配置した。
【００４６】
この条件の下、発明者は、測距対象の物体までの距離を８０ｍｍ〜６０００ｍｍの間で変化させて、光線のシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、物体までの距離が６０００ｍｍ（最大）の場合に、集光レンズ３５の光軸３５ａ上の点光源（物体）からの光が、鏡筒３６の反射面３６ｃ、３６ｄにほぼ反射されることなく光検出器３８に収束するよう、すなわち、集光レンズ３５によって集光された反射光のうち最も外側の光線が反射面３６ｃに沿って進むよう、光学系の倍率を設定した。
【００４７】
物体までの距離が６０００ｍｍのとき、図５（ａ）および図６（ａ）に示すように、集光レンズ３５によって集光された反射光は、鏡筒３６内を通ってフィルタ３７に入射し、受光面３８ａに収束する。
【００４８】
物体までの距離が２５０ｍｍのとき、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、反射光の光線の一部が、反射面３６ｃ、３６ｄに入射して反射面３６ｃ、３６ｄにより反射されて、光検出器３８へと導かれる。
【００４９】
すなわち、図５（ｂ）では、集光レンズ３５によって集光された反射光のうち、光軸３５ａに近い位置を通る反射光は、反射面３６ｃで反射されることなく鏡筒３６の出射側の開口３６ｂを抜けるため、受光面３８ａにほぼ入射しない。一方、集光レンズ３５によって集光された反射光のうち、光軸３５ａから遠い位置を通る反射光は、反射面３６ｃによって反射されて光軸３５ａに接近する方向に向きが変えられるため、受光面３８ａに入射するようになる。
【００５０】
また、図６（ｂ）では、集光レンズ３５によって集光された反射光のうち、光軸３５ａに近い位置を通る反射光は、反射面３６ｄで反射されることなく鏡筒３６の出射側の開口３６ｂを抜けるため、受光面３８ａにほぼ入射しない。一方、集光レンズ３５によって集光された反射光のうち、光軸３５ａから遠い位置を通る反射光は、反射面３６ｄによって反射されるものの、反射により向きが変えられる角度が小さいため、受光面３８ａにほぼ入射しない。
【００５１】
物体までの距離が８０ｍｍのとき、図５（ｃ）および図６（ｃ）に示すように、反射面３６ｃ、３６ｄにより反射光が反射される角度が、図５（ｂ）および図６（ｂ）に比べて大きくなる。
【００５２】
この場合、図５（ｃ）では、光軸３５ａに近い位置を通る反射光は、鏡筒３６の出射側の開口３６ｂを介して受光面３８ａから離れる位置に導かれるため、図５（ｂ）の場合と同様、受光面３８ａにほぼ入射しない。一方、光軸３５ａから遠い位置を通る反射光は、図５（ｂ）の場合に比べて、反射面３６ｃによって、より光軸３５ａに接近する方向に反射されるため、受光面３８ａから外れてしまう。
【００５３】
また、図６（ｃ）では、光軸３５ａに近い位置を通る反射光は、図５（ｃ）の場合と同様、鏡筒３６の出射側の開口３６ｂを介して受光面３８ａから離れる位置に導かれるため、受光面３８ａにほぼ入射しない。一方、光軸３５ａから遠い位置を通る反射光は、図６（ｂ）の場合に比べて、反射面３６ｄによって光軸３５ａにより接近する方向に反射されるため、受光面３８ａに入射する。
【００５４】
以上の光線に関するシミュレーション結果から、物体までの距離が６０００ｍｍよりも短い場合でも、上記のような条件下において、反射面３６ｃ、３６ｄの何れか一方により、反射光の少なくとも一部が受光面３８ａに導かれることが分かった。
【００５５】
図２に示す距離測定装置１の光学系は、図５（ａ）〜図６（ｃ）に示したように、反射光の少なくとも一部が光検出器３８の受光面３８ａに導かれるように構成される。すなわち、反射面３６ｃと反射面３６ｄの傾き角および幅（面積）は、距離の測定範囲において、反射面３６ｃからの反射光と反射面３６ｄからの反射光が、相補的にかつ効率的に光検出器３８の受光面３８ａに入射するように調整される。これにより、距離測定装置１において、物体までの距離が変化しても反射光の少なくとも一部を光検出器３８の受光面３８ａへと導くことができる。
【００５６】
続いて、発明者は、鏡筒３６を省略した場合を比較例１、鏡筒３６の内側面の周方向全域にわたって反射面３６ｃを形成した場合を比較例２、鏡筒３６の内側面の周方向全域にわたって反射面３６ｄを形成した場合を比較例３として、シミュレーションを行った。ここでも、光軸３５ａと反射面３６ｃとのなす角θ１は４８°に設定し（比較例２）、光軸３５ａと反射面３６ｄとのなす角θ２は４６°に設定した（比較例３）。その他の条件は、上記検証と同じとした。
【００５７】
図７は、比較例１〜３のシミュレーション結果（検出光量比の変化）を示すグラフである。検出光量比は、光検出器３８が受光した最大光量に対する受光光量の比である。横軸は、測距対象の物体までの距離（ｍｍ）であり、縦軸は、距離６０００ｍｍの場合の検出光量を１とした場合の検出光量比である。
【００５８】
比較例１の場合、すなわち鏡筒３６が用いられない場合は、物体までの距離が短いと急激に検出光量が減少する。一方、比較例２の場合、すなわち反射面３６ｃのみが形成されている場合、物体までの距離が短くなっても、物体までの距離が１４０ｍｍ〜３００ｍｍにおいて検出光量は高いレベルで維持される。しかしながら、比較例２の場合、物体までの距離が１４０ｍｍより短いと急激に検出光量が減少する。比較例３の場合、すなわち反射面３６ｄのみが形成されている場合、物体までの距離が１４０ｍｍ以下において検出光量は高いレベルで維持される。しかしながら、比較例３の場合、物体までの距離が１４０ｍｍより長いと急激に検出光量が減少する。
【００５９】
この結果から、鏡筒３６が用いられない場合は、物体までの距離が短いと適正に反射光を受光できないことが分かった。また、反射面３６ｃによれば、１４０ｍｍ〜３００ｍｍにおいて適正に反射光を受光でき、反射面３６ｄによれば、１４０ｍｍ以下において適正に反射光を受光できることが分かった。したがって、実施形態１のように鏡筒３６の内側面において周方向に反射面３６ｃ、３６ｄを交互に設ければ、物体までの距離が短い場合でも、検出光量の減少が抑制され、検出光量を高いレベルに維持できることが分かる。
【００６０】
図８は、距離測定装置１の回路部の構成を示す図である。
【００６１】
図８に示すように、距離測定装置１は、回路部の構成として、コントローラ１０１と、レーザ駆動回路１０２と、回転駆動回路１０３と、信号処理回路１０４とを備えている。
【００６２】
コントローラ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路と、メモリとを備え、所定の制御プログラムに従って各部を制御する。レーザ駆動回路１０２は、コントローラ１０１からの制御に応じて、光源３１を駆動する。回転駆動回路１０３は、コントローラ１０１からの制御に応じて、コイル１２に電流を導通させる。たとえば、コントローラ１０１は、回転部２０が所定の回転速度で回転するように、回転駆動回路１０３を制御する。これに応じて、回転駆動回路１０３からコイル１２に導通させる電流の強度とタイミングが調節される。
【００６３】
信号処理回路１０４は、光検出器３８から入力される検出信号に対し、増幅およびノイズ除去の処理を施して、コントローラ１０１に出力する。通信インタフェース１０５は、距離測定装置１が設置される機器との間で通信を行うためのインタフェースである。
【００６４】
測距動作において、コントローラ１０１は、回転駆動回路１０３を制御して回転部２０とともにミラー３４を回転させつつ、レーザ駆動回路１０２を制御して、所定のタイミングごとに、所定パルスのレーザ光を光源３１から出力させる。コントローラ１０１は、信号処理回路１０４から入力される光検出器３８の検出信号に基づいて、各出射タイミングにおいて出射されたレーザ光パルスの受光タイミングを検出する。そして、コントローラ１０１は、レーザ光の出射タイミングと受光タイミングとの間の時間差（タイムオブフライト）に基づいて、各出射タイミングにおいて測距領域に存在した物体までの距離を計測する。
【００６５】
コントローラ１０１は、こうして算出した距離のデータを、随時、通信インタフェース１０５を介して、距離測定装置１が設置された機器に送信する。機器側では、受信した距離データに基づき、周囲３６０度に存在する物体までの距離が取得され、所定の制御が実行される。
【００６６】
＜実施形態１の効果＞
以上、実施形態１によれば、以下の効果が奏される。
【００６７】
反射面３６ｃと反射面３６ｄの光軸３５ａに対する傾き角が異なるように鏡筒３６（調整部材）が構成されているため、図５（ａ）〜図６（ｃ）に示したように、反射面３６ｃで反射された反射光の集光位置と反射面３６ｄで反射された反射光の集光位置が、光検出器３８の受光面３８ａに平行な方向に変位する。このため、物体までの距離が変化した場合、反射面３６ｃで反射された反射光と反射面３６ｄで反射された反射光が光検出器３８の受光面３８ａに対して相補的に接近および離間する。よって、物体までの距離が変化しても、反射光を光検出器３８に導くことができる。これにより、物体までの距離を適正に測定できる。
【００６８】
反射面３６ｃ、３６ｄが、鏡筒３６の内側面の周方向に交互に並ぶように配置されている。これにより、集光レンズ３５により集光された反射光を、反射面３６ｃ、３６ｄに偏り無く入射させることができる。よって、反射光の一部に欠落が生じた場合でも、その他の部分の反射光を反射面３６ｃ、３６ｄに導くことができ、反射光を光検出器３８に適正に導くことができる。
【００６９】
図５（ａ）〜図６（ｃ）を参照して説明したように、集光レンズ３５および鏡筒３６は、距離測定の範囲の最も遠い位置に物体が存在する場合に反射光が反射面３６ｃ、３６ｄの何れによっても反射されることなく直接的に光検出器３８に集光されるよう構成される。これにより、物体が距離測定範囲の最も遠い位置にある場合の微弱な反射光を、反射面３６ｃ、３６ｄによる減衰無く効率的に、光検出器３８に導くことができる。
【００７０】
図２に示したように、レーザ光を出射する光源３１は、集光レンズ３５の中央に埋め込まれて設置されている。このように、光源３１が集光レンズ３５の中央に埋め込まれると、反射光が光源３１によって遮られるため、集光レンズ３５に向かう反射光のうち、集光レンズ３５の外周領域に入射した反射光のみが光検出器３８に集光されることになる。したがって、この構成では、鏡筒３６が配置されていない場合、物体の遠近によっては反射光の集光領域が光検出器３８から外れてしまうことが起こり得る。これに対し、実施形態１の距離測定装置１によれば、上記のように鏡筒３６が配置されるため、このように光源３１が集光レンズ３５に埋め込まれていても、物体の遠近にかかわらず反射光を光検出器３８に導くことができる。
【００７１】
＜実施形態１の変更例＞
距離測定装置１の構成は、上記実施形態１に示した構成以外に、種々の変更が可能である。
【００７２】
たとえば、鏡筒３６の内側面に配置された反射面３６ｃ、３６ｄの数は、図３（ａ）、（ｂ）に示した数に限られるものではない。
【００７３】
図９（ａ）、（ｂ）は、変更例に係る鏡筒３６を集光レンズ３５の光軸３５ａに平行な方向に見たときの平面図、図９（ｃ）、（ｄ）は、他の変更例に係る鏡筒３６を集光レンズ３５の光軸３５ａに平行な方向に見たときの平面図である。
【００７４】
図９（ａ）、（ｂ）に示す変更例では、５つの反射面３６ｃと５つの反射面３６ｄとが、内側面において周方向に交互に配置されている。図９（ｃ）、（ｄ）に示す例では、１つの反射面３６ｃと１つの反射面３６ｄとが、内側面において周方向に配置されている。反射面３６ｃ、３６ｄは、上記実施形態１と同様、異なる頂角の円錐面にそれぞれ整合する曲面である。このように、反射面３６ｃの数および反射面３６ｄの数は、それぞれ、１以上であればよい。反射面３６ｃの数および反射面３６ｄの数が１以上であれば、上記実施形態１と同様、物体までの距離が変化しても、反射光を光検出器３８に導くことができる。
【００７５】
これら変更例の場合も、反射面３６ｃと反射面３６ｄの傾き角および幅（面積）は、距離の測定範囲において、反射面３６ｃからの反射光と反射面３６ｄからの反射光が、相補的にかつ効率的に光検出器３８の受光面３８ａに入射するように調整される。
【００７６】
ここで、図９（ａ）、（ｂ）および図９（ｃ）、（ｄ）に示す変更例では、光軸３５ａの方向（Ｚ軸方向）に見た場合に、１つの反射面３６ｃと１つの反射面３６ｄとが、光軸３５ａに対して対称な位置に配置されている。すなわち、図３（ａ）、（ｂ）に示した上記実施形態１の場合は、２つの反射面３６ｃが、光軸３５ａに対して対称な位置に配置され、また、２つの反射面３６ｄが、光軸３５ａに対して対称な位置に配置されている。これに対し、図９（ａ）、（ｂ）および図９（ｃ）、（ｄ）の場合は、反射面３６ｃ、３６ｄが、光軸３５ａに対して対称な位置に配置されている。
【００７７】
このように、反射面３６ｃ、３６ｄが、光軸３５ａに対して対称な位置に配置されると、たとえば、集光レンズ３５によって収束された反射光が、光軸３５ａに垂直な平面において細長い形状を有する場合でも、反射光を反射面３６ｃ、３６ｄにバランス良く導くことができる。以下、図１０〜図１１（ｄ）を参照して、この場合の効果について説明する。
【００７８】
図１０は、反射光が細長い形状で鏡筒３６に入射する場合の距離測定装置１の構成を示す断面図である。この構成では、図２に示した距離測定装置１と比較して、ミラー３４のＸ軸方向の幅が短くなっている。このため、ミラー３４によって反射された反射光のＸ軸方向の幅は、上記実施形態１よりも短くなる。
【００７９】
図１１（ａ）、（ｂ）は、図１０に示す距離測定装置１において図９（ａ）、（ｂ）の鏡筒３６が用いられた場合の、ミラー３４と鏡筒３６の位置関係を模式的に示す図である。
【００８０】
図１１（ａ）に示すように、ミラー３４の長手方向がＸ軸に平行な場合、ミラー３４によってＺ軸負方向に反射された反射光は、Ｙ軸方向の幅が短くＸ軸方向の幅が広い細長い形状となる。この場合、図９（ａ）、（ｂ）の鏡筒３６では、反射面３６ｃ、３６ｄが、光軸３５ａに対して対称な位置に配置されているため、このように反射光が細長い形状で鏡筒３６に入射しても、反射光は反射面３６ｃ、３６ｄの両方に略均等にバランス良く入射する。また、図１１（ｂ）に示すように、ミラー３４が図１１（ａ）の状態から９０°回転すると、ミラー３４に反射された反射光は、Ｙ軸方向に細長い形状となる。この場合も、反射面３６ｃ、３６ｄが、光軸３５ａに対して対称な位置に配置されているため、反射光は、反射面３６ｃ、３６ｄの両方に略均等にバランス良く入射する。
【００８１】
図１１（ｃ）、（ｄ）は、図１０に示す距離測定装置１において図９（ｃ）、（ｄ）の鏡筒３６が用いられた場合の、ミラー３４と鏡筒３６の位置関係を模式的に示す図である。この場合も、図１１（ｃ）に示すように、反射面３６ｃ、３６ｄは、光軸３５ａに対して対称な位置に配置されているため、反射光が細長い形状で鏡筒３６に入射しても、反射光は、反射面３６ｃ、３６ｄの両方に略均等にバランス良く入射する。同様に、図１１（ｄ）に示すように、ミラー３４が図１１（ｃ）の状態から９０°回転した場合でも、反射光は、反射面３６ｃ、３６ｄの両方に略均等にバランス良く入射する。
【００８２】
よって、反射面３６ｃ、３６ｄが光軸３５ａに対して対称な位置に配置されると、ミラー３４によって反射された細長い形状の反射光が、反射面３６ｃ、３６ｄの両方に略均等にバランス良く入射する。これにより、反射光に対して反射面３６ｃおよび反射面３６ｄの両方による作用をバランス良く付与することができる。よって、物体までの距離にかかわらず、同程度の反射光を光検出器３８に導くことができ、物体までの距離を適切に取得することができる。
【００８３】
なお、図１０の構成によれば、図２に示した実施形態１の構成に比べて、光検出器３８に導かれる反射光の光量が減少するものの、距離測定装置１の高さを低くすることができる。
【００８４】
また、反射面３６ｃ、３６ｄは、鏡筒３６の内側面において周方向に沿った曲面であったが、反射面３６ｃ、３６ｄの形状はこれに限られるものではなく、たとえば、反射面３６ｃ、３６ｄが平面であってもよい。反射面３６ｃ、３６ｄが平面の場合にも、反射面３６ｃと反射面３６ｄの傾き角および幅（面積）は、距離の測定範囲において、反射面３６ｃからの反射光と反射面３６ｄからの反射光が、相補的にかつ効率的に光検出器３８の受光面３８ａに入射するように調整される。
【００８５】
なお、反射面３６ｃ、３６ｄが平面の場合は、上記実施形態１および変更例のように反射面３６ｃ、３６ｄが円錐面に整合する曲面である場合に比べて、反射面３６ｃ、３６ｄで反射された反射光が収束しにくくなる。よって、より効率的に反射光を光検出器３８の受光面３８ａに導くためには、上記実施形態１および変更例のように、反射面３６ｃ、３６ｄが曲面であることが好ましい。
【００８６】
また、鏡筒３６の内側面に配置される反射面の傾き角の種類は２種類に限られるものではない。たとえば、さらに異なる傾き角の第３の反射面が調整部材に設けられてもよい。この場合も、３種類の反射面の傾き角および幅（面積）は、距離の測定範囲において、３種類の反射面からの反射光が、相補的にかつ効率的に光検出器３８の受光面３８ａに入射するように調整される。
【００８７】
また、鏡筒３６に配置される複数の反射面３６ｃは、周方向の幅が全て同じでなくてもよく、同様に、鏡筒３６に配置される複数の反射面３６ｄは、周方向の幅が全て同じでなくてもよい。
【００８８】
また、上記実施形態１では、光源３１とコリメータレンズ３２が集光レンズ３５に設置されたが、光源３１とコリメータレンズ３２が集光レンズ３５とは別の位置に配置されてもよい。
【００８９】
図１２（ａ）、（ｂ）は、光源３１とコリメータレンズ３２が回転中心軸Ｒ１０のＸ軸負側に配置される場合の構成を示す図である。図１２（ａ）は、この変更例に係る距離測定装置１の構成を模式的に示す側面透視図であり、図１２（ｂ）は、この変更例に係るミラー６２の拡大側面図である。
【００９０】
図１２（ａ）に示すように、この変更例では、光源３１と光検出器３８が、Ｘ軸方向に並ぶように基板に設置されている。また、集光レンズ３５のＺ軸負側において、固定部１０にミラー６１、６２が設置されている。コリメータレンズ３２は、光源３１とミラー６１との間に設置されている。集光レンズ３５は、全領域にわたって反射光を集光させる。ミラー６１は、全反射ミラーである。図１２（ｂ）に示すように、ミラー６２は、透明部材６２ａと反射膜６２ｂを備える。反射膜６２ｂは、透明部材６２ａのＺ軸正側の面の中央に設けられている。反射膜６２ｂ以外の領域には、反射膜が形成されていない。
【００９１】
この変更例では、光源３１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ３２により平行光となり、ミラー６１によりＸ軸正方向に反射される。ミラー６１により反射されたレーザ光は、反射膜６２ｂに入射する。その後、レーザ光は、反射膜６２ｂによりＺ軸正方向に反射され、集光レンズ３５を通って、ミラー３４により測距領域へと反射される。測距領域の物体からの反射光は、ミラー３４によりＺ軸負方向に反射され、集光レンズ３５により集光される。集光レンズ３５により集光された反射光は、大半が、ミラー６２の透明部材６２ａを透過する。ミラー６２を透過した反射光は、上記実施形態と同様、鏡筒３６とフィルタ３７を介して光検出器３８へと導かれる。
【００９２】
この変更例においても、上記実施形態と同様、鏡筒３６が設けられているため、物体までの距離が近い場合でも、物体までの距離に応じて、反射光を反射面３６ｃ、３６ｄの少なくとも一方により光検出器３８に導くことができる。
【００９３】
また、光源３１とコリメータレンズ３２が、回転部２０側に配置されてもよい。ただし、この場合は、固定部１０側から回転部２０側へと電力を供給するための構成が必要となる。よって、簡素な構成により安定的に光源３１を駆動するためには、上記実施形態のように、固定部１０側に光源３１を配置するのが好ましいと言える。
【００９４】
なお、距離測定機能がなく光検出器３８からの信号により投射方向に物体が存在するか否かの検出機能のみを備えた装置に本発明に係る構造を適用することも可能である。この場合も、物体までの距離が近い場合でも、物体までの距離に応じて、反射光を反射面３６ｃ、３６ｄの少なくとも一方により光検出器３８に導くことができるため、物体の有無を適正に検出することができる。
【００９５】
＜実施形態２＞
上記実施形態１では、光軸方向（Ｚ軸方向）において同じ位置に反射面３６ｃ、３６ｄが設けられたが、実施形態２では、反射光を光検出器３８に導く２種類の反射面が、集光レンズ３５の光軸方向（Ｚ軸方向）において互いに異なる位置に配置される。
【００９６】
図１３は、実施形態２の距離測定装置１の構成を示す断面図である。図１３において、図２と同じ部分には同じ符号が付されている。
【００９７】
実施形態２では、支持ベース１１に、筒状の反射面１１ｄ（第１反射面）が形成されている。反射面１１ｄは、所定の円錐面に整合している。反射面１１ｄの中心軸は、集光レンズ３５の光軸に一致している。反射面１１ｄの下端に円形の孔１１ｃが繋がっている。
【００９８】
実施形態１と同様、支持ベース１１は、たとえば、ポリカーボネート等の樹脂により成形される。これにより、反射面１１ｄは、所定の反射率で光を反射する。反射面１１ｄは、支持ベース１１の成形後に、反射面１１ｄに対応する部分に反射膜が設けられることにより形成されてもよく、あるいは、反射面１１ｄに対応する部分に対して鏡面仕上げが施されることにより形成されてもよい。なお、支持ベース１１がアルミニウム等の金属やガラス等で構成されることにより、反射面１１ｄが光を反射するように形成されてもよい。
【００９９】
なお、ここでは、反射面１１ｄが支持ベース１１に一体形成されたが、実施形態１と同様、支持ベース１１に鏡筒を配置することにより、反射面１１ｄが設けられてよい。
【０１００】
実施形態２では、さらに、光検出器３８が設置された基板４０の上面に、シールドカバー５０が設置される。
【０１０１】
図１４は、基板４０とシールドカバー５０を上面側（Ｚ軸正側）から見た場合の構成を示す斜視図である。
【０１０２】
基板４０には、光検出器３８のほか、光検出器３８からの信号を増幅するアンプ回路などが配置されている。基板４０の上面には、光検出器３８と基板４０上の各種回路とを覆うようにシールドカバー５０が設置されている。シールドカバー５０は、銅、鉄、アルミニウムなどの導電性の金属により構成され、半田等で電気的にアース等に接続されている。シールドカバー５０は、光検出器３８と基板４０上の各種回路とを含む受光ユニットを電磁シールドするためのカバーである。シールドカバー５０が受光ユニットの上方を覆うことにより、電磁波により光検出器３８で生じるノイズを抑制できる。
【０１０３】
シールドカバー５０は、直方体形状を有している。シールドカバー５０の上面には、シールドカバー５０を上下に貫通する孔５１が形成されている。孔５１の周囲には、筒状の反射面５２（第２反射面）が形成されている。反射面５２の下端は、孔５１に繋がっている。反射面５２は、所定の円錐面に整合する。反射面５２の中心軸は、集光レンズ３５の光軸に一致している。
【０１０４】
シールドカバー５０が金属により成形されることにより、反射面５２は、比較的高い反射率で光を反射する。反射面５２は、シールドカバー５０の成形後に、反射面５２に対応する部分に反射膜が設けられることにより形成されてもよく、あるいは、反射面５２に対応する部分に対して鏡面仕上げが施されることにより形成されてもよい。
【０１０５】
図１３に戻り、反射面１１ｄおよび反射面５２は、集光レンズ３５の光軸３５ａに沿って並ぶように配置される。反射面１１ｄの中心軸および反射面５２の中心軸は、回転中心軸Ｒ１０に一致する。反射面５２は、反射面１１ｄよりも後段側に配置される。反射面１１ｄの回転中心軸Ｒ１０に対する傾き角は、反射面５２の回転中心軸Ｒ１０に対する傾き角よりも大きい。
【０１０６】
次に、２つの反射面１１ｄ、５２による作用について、図１５（ａ）〜図１７（ｃ）を参照して説明する。図１５（ａ）〜図１７（ｃ）は、反射光の光線を発明者がシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。
【０１０７】
図１５（ａ）〜図１７（ｃ）は、光検出器３８付近の光学系を集光レンズ３５の光軸３５ａを通る平面で切断した切断面を側方から見た側面図である。図１５（ａ）〜図１７（ｃ）では、集光レンズ３５に入射した反射光の光束が模式的に示されている。
【０１０８】
図１５（ａ）〜（ｃ）は、反射面１１ｄ、５２を設けない場合（比較例４）に得られた光線図であり、図１６（ａ）〜（ｃ）は、反射面１１ｄを設け反射面５２を設けない場合（比較例５）に得られた光線図であり、図１７（ａ）〜（ｃ）は、反射面１１ｄを設けず反射面５２を設けた場合（比較例６）に得られた光線図である。
【０１０９】
本シミュレーションの条件は、以下のように設定した。
【０１１０】
・集光レンズ３５の有効径φ１１：１９．０ｍｍ
・ホルダ３３の直径φ１２：６．５ｍｍ
・光検出器３８の受光面３８ａの直径φ１３：０．２ｍｍ
・反射面１１ｄ、５２の内面拡散反射率：１０％
・フィルタ３７の厚みｄ１：１．１ｍｍ
・光軸３５ａと反射面１１ｄとのなす角θ１：３７．６°
・光軸３５ａと反射面５２とのなす角θ２：３５．０°
・集光レンズ３５の焦点距離：約１５ｍｍ
・集光レンズ３５の屈折率：１．５７３
・フィルタ３７の屈折率：１．５１１
・光の波長：８４５ｎｍ
・集光レンズ３５とフィルタ３７との距離Ｌ１：４．３ｍｍ
・フィルタ３７と光検出器３８との距離Ｌ２：３．７５ｍｍ
【０１１１】
この条件の下、発明者は、測距対象の物体までの距離を２０００ｍｍ、１００ｍｍ、５０ｍｍと変化させて、光線のシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、物体までの距離が２０００ｍｍ（最大）の場合に、集光レンズ３５の光軸３５ａ上の点光源（物体）からの光が、反射面１１ｄ、５２にほぼ反射されることなく光検出器３８に収束するよう、光学系を設定した。
【０１１２】
物体までの距離が２０００ｍｍのとき、図１５（ａ）、図１６（ａ）および図１７（ａ）に示すように、比較例４〜６のいずれの場合も、集光レンズ３５によって集光された反射光は、反射面１１ｄ、５２に反射されることなく、受光面３８ａに収束する。
【０１１３】
物体までの距離が１００ｍｍのとき、図１５（ｂ）に示すように、反射面１１ｄ、５２が設けられていない場合（比較例４）、反射光の光線は、受光面３８ａにほぼ入射しない。また、図１６（ｂ）に示すように、反射面１１ｄのみが設けられている場合（比較例５）、反射光の光線の一部は、反射面１１ｄにより反射されるものの、反射光は受光面３８ａにほぼ入射しない。一方、図１７（ｂ）に示すように、反射面５２のみが設けられている場合（比較例６）、反射光の光線の一部が、反射面５２に入射して反射面５２により反射され、受光面３８ａへと導かれる。
【０１１４】
物体までの距離が５０ｍｍのとき、図１５（ｃ）に示すように、反射面１１ｄ、５２が設けられていない場合（比較例４）、反射光の光線は、さらに受光面３８ａにほぼ入射しないようになる。また、図１７（ｃ）に示すように、反射面５２のみが設けられている場合（比較例６）、反射光の光線の一部は、反射面５２により反射されるものの、反射光は受光面３８ａにほぼ入射しない。一方、図１６（ｃ）に示すように、反射面１１ｄのみが設けられている場合（比較例５）、反射光の光線の一部が、反射面１１ｄに入射して反射面１１ｄにより反射され、受光面３８ａへと導かれる。
【０１１５】
以上の光線に関するシミュレーション結果から、物体までの距離が２０００ｍｍよりも短い場合でも、上記のような条件下において、反射面１１ｄ、５２の何れか一方により、反射光の少なくとも一部が受光面３８ａに導かれることが分かった。
【０１１６】
図１３に示す距離測定装置１の光学系は、図１６（ａ）〜図１７（ｃ）に示したように、反射光の少なくとも一部が光検出器３８の受光面３８ａに導かれるように構成される。すなわち、反射面１１ｄと反射面５２の傾き角、回転中心軸Ｒ１０に平行な方向の幅および回転中心軸Ｒ１０に垂直な方向の幅（面積）は、距離の測定範囲において、反射面１１ｄからの反射光と反射面５２からの反射光が、相補的にかつ効率的に光検出器３８の受光面３８ａに入射するように調整される。これにより、距離測定装置１において、物体までの距離が変化しても反射光の少なくとも一部を光検出器３８の受光面３８ａへと導くことができる。
【０１１７】
図１８は、比較例４〜６のシミュレーション結果（検出光量比の変化）を示すグラフである。検出光量比は、光検出器３８が受光した最大光量に対する受光光量の比である。横軸は、測距対象の物体までの距離（ｍｍ）であり、縦軸は、距離２０００ｍｍの場合の検出光量を１とした場合の検出光量比である。ここでも、光軸３５ａと反射面１１ｄとのなす角θ１は３７．６°に設定し（比較例５）、光軸３５ａと反射面５２とのなす角θ２は３５．０°に設定した（比較例６）。その他の条件は、上記検証と同じとした。
【０１１８】
比較例４の場合（反射面１１ｄ、５２が設けられない場合）は、物体までの距離が１５０ｍｍより短いと急激に検出光量が減少する。一方、比較例６の場合（反射面５２のみが形成されている場合）、物体までの距離が短くなっても、物体までの距離が８０ｍｍ〜１５０ｍｍにおいて検出光量は高いレベルで維持される。しかしながら、比較例６の場合、物体までの距離が８０ｍｍより短いと急激に検出光量が減少する。比較例５の場合（反射面１１ｄのみが形成されている場合）、物体までの距離が４０〜８０ｍにおいて検出光量は高いレベルで維持される。しかしながら、比較例５の場合、物体までの距離が８０ｍｍより長いと急激に検出光量が減少する。
【０１１９】
この結果から、反射面１１ｄ、５２が設けられない場合は、物体までの距離が短いと適正に反射光を受光できないことが分かった。また、反射面５２によれば、８０ｍｍ〜１５０ｍｍにおいて適正に反射光を受光でき、反射面１１ｄによれば、８０ｍｍ以下において適正に反射光を受光できることが分かった。したがって、実施形態２のように支持ベース１１に反射面１１ｄを設け、シールドカバー５０に反射面５２を設ければ、物体までの距離が短い場合でも、検出光量の減少が抑制され、検出光量を高いレベルに維持でき、測距対象の全範囲において反射光を適正に受光できることが分かる。
【０１２０】
＜実施形態２の効果＞
以上、実施形態２によれば、以下の効果が奏される。
【０１２１】
反射面１１ｄおよび反射面５２が図１３に示すように配置されることにより、反射光の少なくとも一部を光検出器３８の受光面３８ａに導くことが可能となる。すなわち、反射面１１ｄと反射面５２の、傾き角、径、Ｚ軸方向の位置などは、距離の測定範囲において、反射面１１ｄからの反射光と反射面５２からの反射光が、相補的にかつ効率的に光検出器３８の受光面３８ａに入射するように調整される。これにより、物体までの距離が変化した場合でも、反射面１１ｄで反射された反射光と反射面５２で反射された反射光が光検出器３８の受光面３８ａに対して相補的に接近および離間する。よって、物体までの距離が変化しても、反射光を光検出器３８に導くことができる。これにより、広範囲な領域において物体までの距離を適正に測定できる。
【０１２２】
反射面５２は、シールドカバー５０に形成されており、シールドカバー５０は、光検出器３８と基板４０上の各種回路とを含む受光ユニットを覆うことにより、電磁波により光検出器３８で生じるノイズを抑制する。このように、シールドカバー５０が、電磁波によるノイズ低減を行いながら反射面５２を形成するため、距離測定装置１の構成を簡素化できる。
【０１２３】
＜実施形態２の変更例＞
距離測定装置１の構成は、上記実施形態２に示した構成以外に、種々の変更が可能である。
【０１２４】
たとえば、上記実施形態２では、反射面１１ｄは支持ベース１１に形成され、反射面５２はシールドカバー５０に形成されたが、２つの反射面１１ｄ、５２は、１つの部材に一体的に設けられてもよい。
【０１２５】
また、上記実施形態２において、反射面１１ｄ、５２は周方向に沿った曲面であったが、反射面１１ｄ、５２の形状はこれに限られるものではなく、たとえば、反射面１１ｄ、５２が多角柱の内側面を構成する平面であってもよい。反射面１１ｄ、５２が平面の場合にも、反射面１１ｄと反射面５２の傾き角は、距離の測定範囲において、反射面１１ｄからの反射光と反射面５２からの反射光が、相補的にかつ効率的に光検出器３８の受光面３８ａに入射するように調整される。この場合も、より効率的に反射光を光検出器３８の受光面３８ａに導くためには、上記実施形態２のように、反射面１１ｄ、５２が曲面であることが好ましい。
【０１２６】
なお、反射面１１ｄ、５２が平面の場合は、上記実施形態２のように反射面１１ｄ、５２が円錐面に整合する曲面である場合に比べて、反射面１１ｄ、５２で反射された反射光が収束しにくくなる。よって、より効率的に反射光を光検出器３８の受光面３８ａに導くためには、上記実施形態２のように、反射面１１ｄ、５２が曲面であることが好ましい。
【０１２７】
また、上記実施形態２において、集光レンズ３５の光軸方向（Ｚ軸方向）に対して異なる傾き角の２つの反射面１１ｄ、５２がＺ軸方向に並ぶように配置されることに限らず、たとえば、さらに異なる傾き角の第３の反射面がＺ軸方向に並ぶように配置されてもよい。この場合も、３種類の反射面の傾き角、回転中心軸Ｒ１０に平行な方向の幅および回転中心軸Ｒ１０に垂直な方向の幅（面積）は、距離の測定範囲において、３種類の反射面からの反射光が、相補的にかつ効率的に光検出器３８の受光面３８ａに入射するように調整される。
【０１２８】
また、上記実施形態２においても、図１０に示した構成と同様、ミラー３４のＸ軸方向の幅を短くしてもよい。この場合も、図１３に示した実施形態２の構成に比べて、光検出器３８に導かれる反射光の光量が減少するものの、距離測定装置１の高さを低くすることができる。
【０１２９】
また、上記実施形態２においても、光源３１とコリメータレンズ３２が集光レンズ３５とは別の位置に配置されてもよい。たとえば、図１２（ａ）、（ｂ）に示した構成と同様、光源３１とコリメータレンズ３２が回転中心軸Ｒ１０のＸ軸負側に配置されてもよい。
【０１３０】
また、上記実施形態２においても、光源３１とコリメータレンズ３２が、回転部２０側に配置されてもよい。ただし、この場合は、固定部１０側から回転部２０側へと電力を供給するための構成が必要となる。よって、簡素な構成により安定的に光源３１を駆動するためには、上記実施形態２の構成や図１２（ａ）、（ｂ）の構成のように、固定部１０側に光源３１を配置するのが好ましいと言える。
【０１３１】
なお、距離測定機能がなく光検出器３８からの信号により投射方向に物体が存在するか否かの検出機能のみを備えた装置に本発明に係る構造を適用することも可能である。この場合も、物体までの距離が近い場合でも、物体までの距離に応じて、反射光を反射面１１ｄ、５２の少なくとも一方により光検出器３８に導くことができるため、広範囲な領域での物体の有無を適正に検出することができる。
【０１３２】
この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
１  …  距離測定装置
１１  …  支持ベース（第１調整部材）
１１ｄ  …  反射面（第１反射面）
３１  …  光源
３５  …  集光レンズ
３６  …  鏡筒（調整部材）
３６ｃ、３６ｄ  …  反射面（第１反射面、第２反射面）
３８  …  光検出器
５０  …  シールドカバー（第２調整部材）
５２  …  反射面（第２反射面）
【図１】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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