JP2022000659A

JP2022000659A - 計測装置

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Publication number: JP2022000659A
Application number: JP2021163892A
Authority: JP
Inventors: 直治梁川; Naoharu Yanagawa
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2021-10-05
Publication date: 2022-01-04
Also published as: JP2018151278A

Abstract

【課題】高い受光効率により反射光を受光可能な計測装置を提供する。【解決手段】計測装置１００は、計測対象物１０に向けて出射されたレーザ光の戻り光Ｌ２を受光部３が受光することにより計測対象物１０までの距離を計測する計測装置であって、投射光Ｌ１を出射する光源部１と、アイソレート光学系５とを備える。アイソレート光学系５は、投射光Ｌ１を透過し、当該投射光Ｌ１の光路を含む所定領域を通過する戻り光Ｌ２を反射して受光部３に受光させる。【選択図】図２

Description

本発明は、対象物との距離を計測する装置に関する。

従来から、レーザ光を利用した測距装置として、パルス光を対象物に対して出射し、対象物で反射したパルス光の受光タイミングに基づいて測定対象物までの距離を測定するように構成されたものが広く利用されている。また、特許文献１には、中心に孔が設けられたミラーの孔からレーザ光を出射し、対象物で反射された戻り光を上述のミラーで反射させて受光部へ導く構成を有する集光光学系が開示されている。

特開２００４−１７０９６５号公報

特許文献１に記載の構造の場合、反射光の一部が出射部によって遮られてしまい、反射光を受光部で受光する際に受光強度が低下してしまうという課題がある。特に、遠方の反射光を受光する際は、対象物の反射率が低い場合やレーザ光の減衰等により、反射光の強度が低くなるため、反射光の受光効率を上げる必要がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高い受光効率により反射光を受光可能な計測装置を提供することを主な目的とする。

請求項１に記載の発明は、
対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光部が受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、
前記レーザ光を出射する出射部と、
出射された前記レーザ光を透過し、当該レーザ光の光路を含む所定領域を通過する前記戻り光を反射して前記受光部に受光させる光学素子と、
を備え、
前記受光部は、前記所定領域の外を通過した前記戻り光を受光する第１受光部と、前記光学素子によって反射された前記戻り光を受光する第２受光部と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光部が受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、
前記レーザ光を出射する出射部と、
出射された前記レーザ光を透過し、当該レーザ光の光路を含む所定領域を通過する前記戻り光を反射して前記受光部に受光させる光学素子と、
前記所定領域の外に入射する前記戻り光を反射して前記受光部に受光させ、かつ、前記所定領域に入射する前記戻り光を通過させる孔を有する反射透過部と、
を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光部が受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、
前記レーザ光を出射する出射部と、
出射された前記レーザ光を透過し、当該レーザ光の光路を含む所定領域を通過する前記戻り光を反射して前記受光部に受光させる光学素子と、
を備え、
前記受光部と、前記出射部と、前記光学素子とは、略同一軸上に配置され、
前記受光部と前記出射部との間には、前記戻り光を前記受光部に集光させる集光レンズが設けられ、
前記所定領域を通過する前記戻り光は、前記光学素子での反射後、前記集光レンズに向けて反射する反射部により反射され、
前記所定領域の外を通過する前記戻り光は、前記集光レンズに入射することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、
対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光部が受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、
前記レーザ光を出射する出射部と、
出射された前記レーザ光を透過し、当該レーザ光の光路を含む所定領域を通過する前記戻り光を反射して前記受光部に受光させる光学素子と、
を備え、
前記レーザ光の出射方向を法線とする面の内側に前記出射部、外側に前記受光部が形成され、
前記所定領域を通過する前記戻り光は、前記光学素子での反射後、前記受光部に向けて反射する反射部により反射され、
前記所定領域の外を通過する前記戻り光は、前記受光部に入射することを特徴とする。

実施例に係る計測装置の概略構成を示す。アイソレート光学系を概略的に示した図である。分離部へ入射する投射光及び戻り光を概略的に示した図である。計測装置の第２構成例を示す。計測装置の第３構成例を示す。計測装置の第３構成例での受光部及び光源部の配置を示す。計測装置の第４構成例を示す。計測装置の第５構成例を示す。計測装置の第６構成例を示す。

本発明の１つの好適な実施形態では、対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光部が受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、前記レーザ光を出射する出射部と、出射された前記レーザ光を透過し、当該レーザ光の光路を含む所定領域を通過する前記戻り光を反射して前記受光部に受光させる光学素子と、を備える。この構成によれば、光学素子は、レーザ光の出射時にはレーザ光を透過し、レーザ光の受光時には戻り光を反射して受光部に受光させる。これにより、計測装置は、対象物までの距離を計測する為に必要な光量となる戻り光を好適に受光することができる。

上記計測装置の一態様では、前記光学素子によって反射された前記戻り光を前記受光部に向けて反射する反射部を更に備える。この態様により、計測装置は、戻り光を好適に受光部に導くことができる。

上記計測装置の他の一態様では、前記受光部は、前記所定領域の外を通過した前記戻り光を受光する第１受光部と、前記光学素子によって反射された前記戻り光を受光する第２受光部と、を備える。このように、受光部は、所定領域の外を通過した戻り光を受光する第１受光部と、所定領域を通過した戻り光を受光する第２受光部とから構成されてもよい。

上記計測装置の他の一態様では、前記出射部は、Ｐ偏光のレーザ光を出射し、前記光学素子は、Ｐ偏光を透過してＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを通過後のレーザ光及び前記偏光ビームスプリッタに入射前の前記戻り光が通過する位置に設けられた１／４波長板である。この態様によれば、偏光ビームスプリッタは、出射部から出射されたレーザ光を透過し、１／４波長板からＰ偏光となって入射する戻り光を好適に反射して受光部へ導くことができる。

上記計測装置の他の一態様では、計測装置は、前記所定領域の外に入射する前記戻り光を反射して前記受光部に受光させ、かつ、前記所定領域に入射する前記戻り光を通過させる孔を有する反射透過部を備える。この態様により、計測装置は、光学素子に入射しない戻り光についても好適に受光部により受光することができる。好適な例では、前記光学素子は、前記孔に設けられている。

上記計測装置の他の一態様では、前記受光部と、前記出射部と、前記光学素子とは、略同一軸上に配置され、前記受光部と前記出射部との間には、前記戻り光を前記受光部に集光させる集光レンズが設けられ、前記所定領域を通過する前記戻り光は、前記光学素子での反射後、前記集光レンズに向けて反射する反射部により反射され、前記所定領域の外を通過する前記戻り光は、前記集光レンズに入射する。この態様により、計測装置は、所定領域を通過する戻り光及び所定領域外を通過する戻り光の両方を好適に受光部に導くことができる。

上記計測装置の他の一態様では、前記レーザ光の出射方向を法線とする面の内側に前記出射部、外側に前記受光部が形成され、前記所定領域を通過する前記戻り光は、前記光学素子での反射後、前記受光部に向けて反射する反射部により反射され、前記所定領域の外を通過する前記戻り光は、前記受光部に入射する。この態様によっても、計測装置は、所定領域を通過する戻り光及び所定領域外を通過する戻り光の両方を好適に受光部に導くことができる。

上記計測装置の他の一態様では、前記出射部が出射するレーザ光を光走査部へ反射し、かつ、前記光走査部から入射した前記戻り光を前記光学素子へ集光させるように配置された凹面鏡をさらに備える。この態様により、計測装置は、戻り光を好適に光学素子へ集光させて受光部に導くことができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

［装置構成］
図１は、本実施例に係る計測装置１００の概略構成を示す。計測装置１００は、計測対象物１０に対して電磁波である赤外線（例えば、波長９０５ｎｍ）の投射光「Ｌ１」を投射し、その戻り光「Ｌ２」を受光して計測対象物１０までの距離を計測する。計測装置１００は、例えば車両に搭載され、車両の前方、側方又は後方などの特定の方位を計測範囲とするライダ（LiDAR : Light Detection and Ranging、または、LIDAR : Laser Imaging Detection and Ranging）である。図示のように、計測装置１００は、光源部１と、制御部２と、受光部３と、ＭＥＭＳミラー４と、アイソレート光学系５とを備える。

光源部１は、赤外線の投射光Ｌ１をＭＥＭＳミラー４へ向けて出射する。光源部１は、本発明における「出射部」の一例である。本実施例では、光源部１は、投射光Ｌ１としてＰ偏光を出射する。ＭＥＭＳミラー４は、投射光Ｌ１を反射し、計測装置１００の外部へ出射する。受光部３は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）であり、受光した戻り光Ｌ２の光量に対応する検出信号を生成して制御部２へ送る。

ＭＥＭＳミラー４は、光源部１から入射する投射光Ｌ１を計測装置１００の外部に向けて反射する。また、ＭＥＭＳミラー４は、計測装置１００の外部から入射する戻り光Ｌ２を、受光部３へ向けて反射する。ＭＥＭＳミラー４は、例えば静電駆動方式のミラーであり、制御部２の制御により傾き（即ち光走査の角度）が所定の範囲内で変化する。ＭＥＭＳミラー４は、本発明における「光走査部」の一例である。

アイソレート光学系５は、投射光Ｌ１の光路と戻り光Ｌ２の光路を分離し、投射光Ｌ１をＭＥＭＳミラー４へ導くと共に、戻り光Ｌ２を受光部３へ導く。この場合、アイソレート光学系５は、投射光Ｌ１の損失を生じさせることなく、計測装置１００に入射した戻り光Ｌ２を全てまたはほとんどを受光部３へ導く。アイソレート光学系５の構成例については図２を参照して後述する。

制御部２は、光源部１からの投射光Ｌ１の出射を制御するとともに、受光部３から供給された検出信号を処理して計測対象物１０までの距離を算出する。また、制御部２は、ＭＥＭＳミラー４の傾きに関する制御信号をＭＥＭＳミラー４に送信することで、投射光Ｌ１の照射方向をＭＥＭＳミラー４により変化させる。

［アイソレート光学系］
次に、アイソレート光学系５の詳細について説明する。図２は、アイソレート光学系５を概略的に示した図である。図２に示すように、アイソレート光学系５は、分離部６と、ミラー７（７Ａ、７Ｂ）と、コリメータレンズ８と、集光レンズ９とを備える。なお、図２では、投射光Ｌ１を実線により示し、戻り光Ｌ２を一点鎖線により示している。

分離部６は、投射光Ｌ１の光軸上に存在し、本実施例ではミラー７Ａの中心に形成された孔７０に嵌め込まれている。分離部６は、光源部１側に存在する偏光ビームスプリッタ６０と、ＭＥＭＳミラー４側に存在する１／４波長板６１とを有する。偏光ビームスプリッタ６０は、光源部１から入射するＰ偏光の投射光Ｌ１を透過させ、１／４波長板６１から入射するＳ偏光の戻り光Ｌ２を反射して集光レンズ９へ導く。１／４波長板６１は、偏光ビームスプリッタ６０から入射するＰ偏光の投射光Ｌ１を左回り円偏光に変換し、計測対象物１０から反射された右回り円偏光の戻り光Ｌ２をＳ偏光に変換する。分離部６の具体的な作用については図３を参照して後述する。分離部６は、本発明における「光学素子」の一例である。

ミラー７Ａは、投射光Ｌ１の光軸と重なる中心部分に孔７０が形成されており、投射光Ｌ１を通過させると共に、ＭＥＭＳミラー４から反射された戻り光Ｌ２の一部を集光レンズ９へ向けて反射する。ここで、計測対象物１０に入射した投射光Ｌ１は、計測対象物１０で散乱光として所定の広がり角を有して反射され、戻り光Ｌ２としてＭＥＭＳミラー４に入射する。そしてＭＥＭＳミラー４で反射した戻り光Ｌ２の光軸を含む中心部分は孔７０に嵌め込まれた分離部６に入射し、他の外縁部分の戻り光Ｌ２はミラー７Ａに入射する。ミラー７Ａは、本発明における「反射透過部」の一例であり、孔７０は、本発明における「所定領域」の一例である。

ミラー７Ｂは、分離部６で反射された戻り光Ｌ２が入射し、当該戻り光Ｌ２を集光レンズ９へ向けて反射する。集光レンズ９は、ミラー７Ａ又はミラー７Ｂにより反射された戻り光Ｌ２を集光して受光部３へ導く。ミラー７Ｂは、本発明における「反射部」の一例である。また、ＭＥＭＳミラー４の動きに同期して戻り光Ｌ２がレンズ９を介して受光部３の中心に集光するよう、ミラー７Ｃを駆動してもよい。

図３は、分離部６へ入射する投射光Ｌ１及び戻り光Ｌ２を概略的に示した図である。図３では、投射光Ｌ１及び戻り光Ｌ２の偏光方向が明示されている。上述したように、本実施例では、光源部１からＰ偏光となる投射光Ｌ１が偏光ビームスプリッタ６０に入射する。ここで、偏光ビームスプリッタ６０は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する性質を有する。従って、偏光ビームスプリッタ６０は、入射した投射光Ｌ１をＰ偏光のまま透過させる。その後、投射光Ｌ１は、１／４波長板６１へ入射する。この場合、１／４波長板６１は、入射した投射光Ｌ１の偏光方向をＰ偏光から左回り円偏光に変換する。その後、左回り円偏光の投射光Ｌ１は、計測対象物１０で反射されることにより、右回り円偏光の戻り光Ｌ２となって再び１／４波長板６１へ入射する。この場合、１／４波長板６１は、戻り光Ｌ２の偏光方向を右回り円偏光からＳ偏光に変換する。そして、１／４波長板６１から偏光ビームスプリッタ６０に入射したＳ偏光の戻り光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ６０によって反射されて集光レンズ９へ導かれる。

このように、分離部６は、投射光Ｌ１を透過させる一方、戻り光Ｌ２を反射して戻り光Ｌ２が受光部３に導かれるように戻り光Ｌ２の光路を変更させる。従って、計測装置１００は、図２に示すアイソレート光学系５を備えることで、投射光Ｌ１がアイソレート光学系５を通過する際に損失を生じさせることなく投射光Ｌ１を計測装置１００の外部へ出射させると共に、計測装置１００に入射した戻り光Ｌ２をアイソレート光学系５により受光部３へ導くことができる。これにより、計測装置１００は、十分な光量の戻り光Ｌ２を受光部３に受光させることができ、計測対象物１０が遠方に存在する場合や計測対象物１０の反射率が低い場合であっても、的確に計測対象物１０の測距を行うことができる。

［他の構成例］
次に、図２に示した計測装置１００の光学系に関する構成例（「第１構成例」とも呼ぶ。）以外の他の構成例（第２〜第６構成例）について順に説明する。以後では、同一の構成要素については適宜同一の符号を付し、その説明を省略する。

（第２構成例）
図４は、アイソレート光学系５Ａを備える計測装置１００の第２構成例を示す。アイソレート光学系５Ａは、分離部６と、ミラー７Ｃと、コリメータレンズ８と、集光レンズ９とを備える。そして、受光部３、集光レンズ９、光源部１、コリメータレンズ８、分離部６、ＭＥＭＳミラー４は、この順番により略同一軸（即ち投射光Ｌ１の光軸と重なる軸）上に存在している。

第２構成例では、光源部１から出射されたＰ偏光の投射光Ｌ１は、コリメータレンズ８により平行光に変換された後、第１構成例と同様に分離部６を通過してＭＥＭＳミラー４で反射されることにより、計測対象物１０に入射する。従って、この場合、投射光Ｌ１は、アイソレート光学系５Ａによる光の損失は生じない。

また、計測対象物１０での反射時に散乱光となって所定の広がり角によりＭＥＭＳミラー４に入射した戻り光Ｌ２は、ＭＥＭＳミラー４で反射した後、光軸を含む中心部分は分離部６に入射し、他の外縁部分は集光レンズ９へ入射する。即ち、投射光Ｌ１の光軸付近を通る戻り光Ｌ２については分離部６に入射し、投射光Ｌ１の光軸から外れた他の戻り光Ｌ２については集光レンズ９へ入射する。ここで、分離部６に入射した戻り光Ｌ２は、分離部６によりミラー７Ｃへ向けて反射され、ミラー７Ｃにより集光レンズ９へ導かれる。そして、集光レンズ９は、ＭＥＭＳミラー４での反射後に直接入射した戻り光Ｌ２及びミラー７Ｃで反射された戻り光Ｌ２の両方を集光して受光部３へ導く。

このように、第２構成例の場合であっても、第１構成例と同様に、投射光Ｌ１がアイソレート光学系５Ａを通過する際に損失を生じさせることなく投射光Ｌ１を計測装置１００の外部へ出射させると共に、計測装置１００に入射した戻り光Ｌ２をアイソレート光学系５Ａにより受光部３へ導くことができる。また、第２構成例に係るアイソレート光学系５Ａは、孔の空いたミラー（第１構成例ではミラー７Ａ）を用いていないこと、及び、光源部１、受光部３、ＭＥＭＳミラー４及び分離部６等が同一軸上に存在することから、製造・設計が比較的容易である。なお、第２構成例において、ミラー７Ｃは、本発明における「反射部」の一例であり、分離部６が載置された領域は、本発明における「所定領域」の一例である。また、ＭＥＭＳミラー４の動きに同期して戻り光Ｌ２のうちミラー７Ｃで反射する光束がレンズ９を介して受光部３の中心に集光するよう、ミラー７Ｃを駆動してもよい。

（第３構成例）
図５は、アイソレート光学系５Ｂを備える計測装置１００の第３構成例を示す。また、図６は、第３構成例に係る光源部１及び受光部３を戻り光Ｌ２が入射する方向から観察した図である。

第３構成例に係るアイソレート光学系５Ｂは、分離部６と、ミラー７Ｃと、コリメータレンズ８とを備える。そして、第３構成例では、光源部１及び受光部３Ａは、投射光Ｌ１の出射方向を法線とする面を有する円板形状となっている。そして、光源部１は、受光部３Ａに嵌め込まれており、円板形状の面の内側（中心部分）には光源部１が配置され、面の外側には受光部３Ａが配置されている。

そして、第３構成例では、計測対象物１０で反射して所定の広がり角によりＭＥＭＳミラー４に入射した戻り光Ｌ２は、ＭＥＭＳミラー４で反射した後、投射光Ｌ１の光軸付近を通る光については分離部６に入射し、他の光については受光部３Ａへ直接入射する。ここで、分離部６に入射した戻り光Ｌ２は、第２構成例と同様にミラー７Ｃへ向けて反射され、ミラー７Ｃにより受光部３Ａへ導かれる。このように、第３構成例に係る計測装置１００は、第１及び第２構成例と同様に、アイソレート光学系５Ｂによる損失を生じさせることなく投射光Ｌ１を計測装置１００の外部へ出射し、かつ、計測装置１００に入射した全ての戻り光Ｌ２を受光部３へ入射させることができる。また、ＭＥＭＳミラー４の動きに同期して戻り光Ｌ２のうちミラー７Ｃで反射する光束が受光部３の中心に集光するよう、ミラー７Ｃを駆動してもよい。

（第４構成例）
図７は、アイソレート光学系５Ｃを備える計測装置１００の第４構成例を示す。第４構成例に係るアイソレート光学系５Ｃは、第１構成例のアイソレート光学系５と同様に、ＭＥＭＳミラー４で反射された戻り光Ｌ２を集光レンズ９へ導くミラー７Ａを備える。そして、第４構成例に係るアイソレート光学系５Ｃでは、分離部６が光源部１とコリメータレンズ（光束収束光学系）８との間に設けられ、２つの受光部３Ｘ、３Ｙが存在する点において、第１構成例に係るアイソレート光学系５と異なる。

第４構成例では、分離部６及びコリメータレンズ８を通過した投射光Ｌ１は、ミラー７Ａの孔７０の通過後、ＭＥＭＳミラー４により反射されて計測対象物１０に入射する。そして、計測対象物１０で反射されてＭＥＭＳミラー４に入射した戻り光Ｌ２は、さらにＭＥＭＳミラー４により反射され、投射光Ｌ１の光軸付近を通る戻り光Ｌ２については孔７０を通過し、他の戻り光Ｌ２についてはミラー７Ａに入射する。

ミラー７Ａに入射した戻り光Ｌ２は、ミラー７Ａにより反射されて集光レンズ９に入射し、集光レンズ９により集光されて受光部３Ｘへ入射する。一方、孔７０を通過した戻り光Ｌ２は、コリメータレンズ８を通過して分離部６に入射し、分離部６により反射されて受光部３Ｙへ入射する。その後、受光部３Ｘ及び受光部３Ｙがそれぞれ検出した光量の加算値を示す信号が制御部２へ供給される。なお、受光部３Ｙは、コリメータレンズ８から受光部３Ｙまでの光路長がコリメータレンズ８から光源部１（半導体レーザ）までの距離とほぼ同じ距離になるように配置されるとよい。また、ＭＥＭＳミラー４の動きに同期して戻り光Ｌ２のうちミラー７Ａで反射する光束が受光部３の中心に集光するよう、ミラー７Ａを駆動してもよい。

このように、第４構成例に係る計測装置１００は、第１〜第３構成例と同様、アイソレート光学系５Ｃによる損失を生じさせることなく投射光Ｌ１を出射し、かつ、計測装置１００に入射した全ての戻り光Ｌ２を受光部３Ｘまたは受光部３Ｙへ入射させて戻り光Ｌ２の光量を適切に検出することができる。受光部３Ｘは、本発明における「第１受光部」の一例であり、受光部３Ｙは、本発明における「第２受光部」の一例である。また、分離部６と受光器３Ｙの間に任意の焦点距離のレンズを挿入してもよい。

（第５構成例）
図８は、アイソレート光学系５Ｄを備える計測装置１００の第５構成例を示す。第５構成例に係るアイソレート光学系５Ｄは、ミラー７Ａ及び集光レンズ９の代わりにハーシェルタイプの凹面鏡７Ｄを備え、１つの受光部３により戻り光Ｌ２を受光させる点において第４構成例と異なる。

凹面鏡７Ｄは、反射した戻り光Ｌ２が受光部３に入射するように、投射光Ｌ１及び戻り光Ｌ２の光軸に対して傾けられている。また、凹面鏡７Ｄは、ミラー７Ａと同様、投射光Ｌ１の光路を遮断しないように、中心部分に孔７１が設けられている。凹面鏡７Ｄは、本発明における「反射透過部」の一例である。

第５構成例では、コリメータレンズ８及び分離部６を通過した投射光Ｌ１は、孔７１を通過してＭＥＭＳミラー４に反射されて計測対象物１０に入射する。計測対象物１０で反射されてＭＥＭＳミラー４に入射した戻り光Ｌ２は、さらにＭＥＭＳミラー４により反射され、投射光Ｌ１の光軸付近を通る戻り光Ｌ２については孔７１を通過し、他の戻り光Ｌ２については凹面鏡７Ｄに入射する。そして、凹面鏡７Ｄに入射した戻り光Ｌ２は、凹面鏡７Ｄにより反射されて受光部３に集光する。一方、孔７１を通過した戻り光Ｌ２は、コリメータレンズ８を通過して分離部６により反射された後、さらにミラー７Ｅにより反射されて受光部３へ導かれる。また、ＭＥＭＳミラー４の動きに同期して戻り光Ｌ２のうちミラー７Ｄ、７Ｅで反射する光束が受光部３の中心に集光するよう、ミラー７Ｄ及びミラー７Ｅの少なくとも一方を駆動してもよい。

第５構成例では、第４構成例での効果に加えて、１つの受光部３により全ての戻り光Ｌ２を受光することができる。このように、ハーシェルタイプの凹面鏡７Ｄを用いることで、光学設計が容易となる。

（第６構成例）
図９は、アイソレート光学系５Ｅを備える計測装置１００の第６構成例を示す。第６構成例に係るアイソレート光学系５Ｅは、孔が設けられていないハーシェルタイプの凹面鏡７Ｆを有する点で、第５構成例と異なる。

第６構成例では、光源部１から出射された投射光Ｌ１は、コリメータレンズ８及び分離部６を通過後に凹面鏡７Ｆに反射されＭＥＭＳミラー４に入射する。この場合、コリメータレンズ８は、好適には、凹面鏡７Ｆで反射された投射光Ｌ１が平行光になるように、即ちコリメータレンズ８と凹面鏡７Ｆとの光学的作用の合計により投射光Ｌ１が平行光になるように設計される。その後、投射光Ｌ１は、ＭＥＭＳミラー４で反射されて計測対象物１０に入射する。計測対象物１０で反射した戻り光Ｌ２は、散乱光となって所定の広がり角を有しながらＭＥＭＳミラー４に入射し、ＭＥＭＳミラー４に反射されることで凹面鏡７Ｆに入射する。そして、凹面鏡７Ｆに入射した戻り光Ｌ２は、凹面鏡７Ｆの光学的作用に基づき集光しつつ分離部６に入射し、分離部６で反射されて受光部３へ導かれる。

このように、第６構成例では、計測装置１００に入射した戻り光Ｌ２は、全て凹面鏡７Ｆで反射されて分離部６に集光される。よって、第６構成例によっても、第１〜第５構成例と同様に、アイソレート光学系５Ｅによる損失を生じさせることなく投射光Ｌ１を計測装置１００の外部へ出射し、かつ、計測装置１００に入射した全ての戻り光Ｌ２を受光部３へ入射させることができる。また、一般的に、ハーシェルタイプの凹面鏡に孔を設けるのは容易ではない。これに対し、第６構成例では、孔が空いていないハーシェルタイプの凹面鏡７Ｆを用いるため、第５構成例と比較して製造が容易である。また、ＭＥＭＳミラー４の動きに同期して戻り光Ｌ２のうちミラー７Fで反射する光束が受光部３の中心に集光するよう、ミラー７Ｆを駆動してもよい。

以上説明したように、本実施例に係る計測装置１００は、計測対象物１０に向けて出射されたレーザ光の戻り光Ｌ２を受光部３が受光することにより計測対象物１０までの距離を計測する計測装置であって、投射光Ｌ１を出射する光源部１と、アイソレート光学系５とを備える。アイソレート光学系５は、投射光Ｌ１を透過し、当該投射光Ｌ１の光路を含む所定領域を通過する戻り光Ｌ２を反射して受光部３に受光させる。これにより、計測装置１００は、アイソレート光学系５による損失を生じさせることなく投射光Ｌ１を出射し、かつ、計測装置１００に入射した全ての戻り光Ｌ２を受光部３へ入射させることができる。

［変形例］
計測装置１００の構成は、図１等に示す構成に限定されない。例えば、計測装置１００は、ＭＥＭＳミラー４に代えて、モータにより回転する回転体に設けられたプリズム等であってもよい。

１光源部
２制御部
３受光部
４ＭＥＭＳミラー
５、５Ａ〜５Ｅアイソレート光学系
１０計測対象物
１００計測装置

Claims

対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光部が受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、
前記レーザ光を出射する出射部と、
出射された前記レーザ光を透過し、当該レーザ光の光路を含む所定領域を通過する前記戻り光を反射して前記受光部に受光させる光学素子と、
を備え、
前記受光部は、前記所定領域の外を通過した前記戻り光を受光する第１受光部と、前記光学素子によって反射された前記戻り光を受光する第２受光部と、を備えることを特徴とする計測装置。
対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光部が受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、
前記レーザ光を出射する出射部と、
出射された前記レーザ光を透過し、当該レーザ光の光路を含む所定領域を通過する前記戻り光を反射して前記受光部に受光させる光学素子と、
前記所定領域の外に入射する前記戻り光を反射して前記受光部に受光させ、かつ、前記所定領域に入射する前記戻り光を通過させる孔を有する反射透過部と、
を備えることを特徴とする計測装置。
前記光学素子は、前記孔に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
前記出射部が出射するレーザ光を光走査部へ反射し、かつ、前記光走査部から入射した前記戻り光を前記光学素子へ集光させるように配置された凹面鏡をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の計測装置。
対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光部が受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、
前記レーザ光を出射する出射部と、
出射された前記レーザ光を透過し、当該レーザ光の光路を含む所定領域を通過する前記戻り光を反射して前記受光部に受光させる光学素子と、
を備え、
前記受光部と、前記出射部と、前記光学素子とは、略同一軸上に配置され、
前記受光部と前記出射部との間には、前記戻り光を前記受光部に集光させる集光レンズが設けられ、
前記所定領域を通過する前記戻り光は、前記光学素子での反射後、前記集光レンズに向けて反射する反射部により反射され、
前記所定領域の外を通過する前記戻り光は、前記集光レンズに入射することを特徴とする計測装置。
対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光部が受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、
前記レーザ光を出射する出射部と、
出射された前記レーザ光を透過し、当該レーザ光の光路を含む所定領域を通過する前記戻り光を反射して前記受光部に受光させる光学素子と、
を備え、
前記レーザ光の出射方向を法線とする面の内側に前記出射部、外側に前記受光部が形成され、
前記所定領域を通過する前記戻り光は、前記光学素子での反射後、前記受光部に向けて反射する反射部により反射され、
前記所定領域の外を通過する前記戻り光は、前記受光部に入射することを特徴とする計測装置。
前記光学素子によって反射された前記戻り光を前記受光部に向けて反射する反射部を更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の計測装置。
前記出射部は、Ｐ偏光のレーザ光を出射し、
前記光学素子は、Ｐ偏光を透過してＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを通過後の前記レーザ光及び前記偏光ビームスプリッタに入射前の前記戻り光が通過する位置に設けられた１／４波長板であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の計測装置。