ビーム光投受光装置
【課題】同軸系タイプのビーム光投受光装置のコンパクト化及び組立て調整作業の容易化を図る。
【解決手段】光源２１０からスキャンミラー２４０に向かう投光ビームの光路と、対象領域内の物体から反射しスキャンミラー２４０から受光素子２６０に向かう戻り光の光路を分離する投受光分離部材を、１つのプリズム２３０で形成し、プリズム２３０は、投光ビームをスキャンミラー２４０方向に反射する反射領域２３１（外側反射面）と、スキャンミラー２４０からの戻り光を透過する透過領域２３２と、この透過領域２３２を透過した戻り光をプリズム内部で受光素子２６０方向に反射する内側反射面Ｄと有する構成である。
【解決手段】光源２１０からスキャンミラー２４０に向かう投光ビームの光路と、対象領域内の物体から反射しスキャンミラー２４０から受光素子２６０に向かう戻り光の光路を分離する投受光分離部材を、１つのプリズム２３０で形成し、プリズム２３０は、投光ビームをスキャンミラー２４０方向に反射する反射領域２３１（外側反射面）と、スキャンミラー２４０からの戻り光を透過する透過領域２３２と、この透過領域２３２を透過した戻り光をプリズム内部で受光素子２６０方向に反射する内側反射面Ｄと有する構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム光投受光装置に関し、特に、光ビームを用いて対象物までの距離を計測する光測距装置等において用いられるビーム光投受光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、監視対象の領域内の物体までの距離を計測するために、空間内を多次元的に走査するようにレーザ光等の光ビームを射出し、光ビームを射出してから物体からの反射光が受光されるまでの時間を計測して物体までの距離を計測するように構成された光測距装置が知られている。このような光測距装置においては、レーザ光等の光ビームを射出する光源部と、対象領域内を多次元的に走査するよう光源部から射出された光ビームを反射し走査するスキャンミラーと、物体からの反射光を受光する受光素子と、を含んで構成されるビーム光投受光装置を備えている。
【０００３】
このようなビーム光投受光装置として、特許文献１に記載されたような同軸系タイプと称されるものが知られている。この同軸系タイプは、光源部から射出されたレーザ光が光源部からスキャンミラーを経て対象領域内に照射されるまでの投光光路と、空間内の物体で反射された反射光が物体からスキャンミラーを経て受光素子に至るまでの戻り光路とが途中まで互いに重なっているタイプである。
【０００４】
特許文献１では、対象領域内の物体に照射されたレーザ光の入射方向と同じ方向に反射した戻り光を、スキャンミラーにより反射させ、スキャンミラーで反射した戻り光の光路上に配した投受光分離部材により、スキャンミラーで反射した戻り光の光路を、前記投受光分離部材からスキャンミラーに向かう投光ビームの光路から分離して戻り光を受光素子に導くようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９１７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたビーム光投受光装置では、投光ビームの光路から分離する戻り光の光路の方向が光源部の配置方向と異なる方向であるため、光源部と受光素子を離れて配置しなければならなかった。また、複数のミラーやプリズムによる反射、屈折を利用して、投光ビームの光路と戻り光の光路の分離を行う構成であるため、部品点数が多くなり、それぞれのミラーやプリズム毎にその反射面の配置や調整を行う必要があるので、ビーム光投受光装置のコンパクト化や組立て調整作業の容易化等について改善の余地があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、より一層の装置のコンパクト化及び組立て調整作業の容易化を図ることができるビーム光投受光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】
このため、請求項１に記載した本発明は、投光ビームを出射する光源と、前記投光ビームを反射して対象領域内へ投光し走査するスキャンミラーと、該スキャンミラーへ向かう投光ビームの光路と、前記対象領域内の物体で反射し前記スキャンミラーで反射した戻り光の光路と、を互いに分離する投受光分離部材と、前記戻り光を受光する受光素子と、を備えたビーム光投受光装置であって、前記投受光分離部材は、前記投光ビームをスキャンミラー方向に反射する反射面と、前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射する反射面と、を設けた１つのプリズムで形成したことを特徴とする。
【０００９】
かかる構成では、１つのプリズムで、スキャンミラーへ向かう投光ビームの光路と、対象領域内の物体で反射しスキャンミラーで反射した戻り光の光路と、を互いに分離するようになる。
【００１０】
また、請求項２に記載した本発明は、投光ビームを出射する光源と、前記投光ビームを反射して対象領域内へ投光し走査するスキャンミラーと、該スキャンミラーへ向かう投光ビームの光路と、前記対象領域内の物体で反射し前記スキャンミラーで反射した戻り光の光路と、を互いに分離する投受光分離部材と、前記戻り光を受光する受光素子と、を備えたビーム光投受光装置であって、前記投受光分離部材は、少なくとも１つのプリズムで形成し、前記プリズムの外側反射面と内側反射面のいずれか一方の反射面で、前記投光ビームをスキャンミラー方向に反射し、他方の反射面で、前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射するよう構成したことを特徴とする。
【００１１】
かかる構成では、プリズムの外側反射面と内側反射面のいずれか一方の反射面で、投光ビームをスキャンミラー方向に反射し、他方の反射面で、スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射することで、スキャンミラーへ向かう投光ビームの光路と、対象領域内の物体で反射しスキャンミラーで反射した戻り光の光路と、を互いに分離するようになる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載した本発明のビーム光投受光装置によれば、投受光分離部材を、投光ビームをスキャンミラー方向に反射する反射面とスキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射する反射面とを設けた１つのプリズムで形成する構成としたので、戻り光を反射する反射面を、その反射方向が光源と同じ方向側になるよう形成すれば、光源と受光素子を並べて配置することができ、ビーム光投受光装置を小型化できる。また、投光ビームの光路と戻り光の光路をプリズム１つで分離するので、従来装置に比べて部品点数を少なくでき、装置の小型化と組立て調整作業を容易化できる。
【００１３】
請求項２に記載した本発明のビーム光投受光装置によれば、投受光分離部材を、少なくとも１つのプリズムで形成し、プリズムの外側反射面と内側反射面の一方で投光ビームをスキャンミラー方向に反射し、他方で前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射する構成としたので、戻り光を反射する外側反射面又は内側反射面を、その反射方向が光源と同じ方向側になるよう形成すれば、光源と受光素子を並べて配置することができ、ビーム光投受光装置を小型化できる。また、投光ビームの光路と戻り光の光路とを、プリズムの外側反射面と内側反射面を用いて分離することにより、従来装置に比べて部品点数を少なくでき、組立て調整作業を容易化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のビーム光投受光装置を適用する光測距装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のビーム光投受光装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図３】第１実施形態における投受光分離部材（プリズム）の斜視図である。
【図４】コーナーキューブによる光軸調整例を説明するための図である。
【図５】本発明のビーム光投受光装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明のビーム光投受光装置の第３実施形態を示す概略構成図である。
【図７】第３実施形態における投受光分離部材（プリズム）の斜視図である。
【図８】第３実施形態における投受光分離部材（プリズム）の変形例の斜視図である。
【図９】本発明のビーム光投受光装置の第４実施形態を示す概略構成図である。
【図１０】第４実施形態における投受光分離部材（プリズム）の斜視図である。
【図１１】本発明のビーム光投受光装置の第５実施形態を示す概略構成図である。
【図１２】第５実施形態における投受光分離部材（プリズム）の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、本発明のビーム光投受光装置の詳細を説明する前に、本発明のビーム光投受光装置の適用例として、光測距装置について説明する。
図１は、光測距装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、光測距装置１は、投光ビーム（レーザパルス）を対象領域内でリサージュ走査、又はラスタ走査して前記対象領域内に存在する物体までの距離を計測（測距）し、計測結果に基づく距離画像を生成して出力（表示）する。
【００１６】
光測距装置１は、例えば複数の動作モードで動作可能に構成されており、図１に示すように、情報入力部３と、電磁駆動型のスキャンミラー５と、スキャンミラー５を駆動する駆動部７と、投光ビームを出射する光源部９と、出射された投光ビームの光路とその反射光（戻り光）の光路を分離する投受光分離部材１１と、投光ビームと分離された反射光（戻り光）を受光する受光部１３と、投光ビームを反射した物体までの距離を計測する測距部１５と、測距部１５による計測結果に基づいて距離画像を生成する画像生成部１７と、生成された距離画像を出力（表示）する表示部１９と、を備える。そして、光源部９、スキャンミラー５、投受光分離部材１１及び受光部１３を備えて構成されるビーム光投受光装置に、後述する本発明のビーム光投受光装置を適用する。
【００１７】
情報入力部３には、例えばユーザによって光測距装置１の動作に関する情報、例えば、光測距装置１の動作モードを選択するモード選択指令が入力される。選択可能な動作モードには、例えば、基本となる「通常計測モード」、通常計測モードよりも計測位置を多くして対象領域について詳細な測距を行う「詳細計測モード」、対象領域の一部について詳細な測距を行う「部分詳細モード」及び通常計測モードよりも対象領域についての測距完了時間が短い「高速計測モード」等がある。
【００１８】
スキャンミラー５は、ミラーを有する可動部が互いに直交する２つの方向に揺動可能に形成されており、ミラー面に入射される投光ビーム（パルス光）を空間領域内で二次元走査、より具体的にはリサージュ走査、又はラスタ走査することが可能である。このようなスキャンミラー５としては、例えば、本出願人により提案された特許第２７２２３１４号公報に記載の二次元走査型の半導体ガルバノミラー（以下単に「二次元ガルバノミラー」という）を用いることができる。この二次元ガルバノミラーは、２つの駆動コイル（内側駆動コイルと外側駆動コイル）にそれぞれ流れる各電流（交流電流）と、１対又は２対の永久磁石による静磁界と、によって２つの可動部（外側可動部及び内側可動部）にローレンツ力が作用し、その結果、内側可動部が二次元方向に揺動する。内側可動部が揺動することによってミラー面に入射される投光ビームが対象領域内でリサージュ走査、又はラスタ走査される。尚、リサージュ走査又はラスタ走査を実現するスキャンミラーとして、２つの一次元ガルバノミラーを使用し、２つの一次元ガルバノミラーを、それぞれのミラーを有する可動部が互いに直交する方向に揺動するよう配置することで、リサージュ走査、又はラスタ走査を行うようにしてもよい。
【００１９】
駆動部７は、駆動信号（交流電流）をスキャンミラー５に供給して内側可動部（及び外側可動部）を揺動駆動する。駆動部７は、内側駆動コイルに駆動信号を供給すると共に外側駆動コイルに駆動信号を供給する駆動回路７１と、２つの駆動信号の位相差を変更する位相差変更部７２と、２つの駆動信号の大きさ（振幅）を調整して内側可動部の揺動振幅を変更する振幅変更部７３と、を備える。
【００２０】
駆動回路７１は、位相差変更部７２から位相差を入力すると共に振幅変更部７３から各駆動信号の大きさを入力し、入力した大きさの各駆動信号を入力した位相差でスキャンミラー５に供給する。ここで、各駆動信号の周波数は、二次元ガルバノミラーの共振周波数と同一又はその近傍の周波数に設定されている。
【００２１】
位相差変更部７２は、情報入力部３を介して入力されたモード選択指令に応じて２つの駆動信号の位相差を設定し、設定した位相差を駆動回路７１に出力する。
【００２２】
振幅変更部７３は、各駆動信号の大きさ（振幅）を調整してスキャンミラー５の内側可動部の揺動振幅を変更する。具体的には、振幅変更部７３は、情報入力部３を介して入力されたモード選択指令に応じて各駆動信号の大きさをそれぞれ設定し、設定した大きさを駆動回路７１に出力する。内側可動部の揺動振幅を小さくすればスキャンミラー５によるリサージュ走査、又はラスタ走査範囲は小さくなり、内側可動部の揺動振幅を大きくすればスキャンミラー５によるリサージュ走査、又はラスタ走査範囲は大きくなる。
【００２３】
光源部９は、スキャンミラー５の内側可動部に形成されたミラーに向かって投光ビームを出射するものであり、光源９１と、光源９１の駆動を制御する光源制御部９２と、投光光学系９３と、を含む。
【００２４】
光源９１は、例えば半導体レーザであり、光源制御部９２からの駆動信号によって発光してレーザ光を投光ビームとして出射する。
【００２５】
光源制御部９２は、情報入力部３を介して入力されたモード選択指令に応じて光源９１の発光タイミング、即ち、投光ビームの出射タイミングを制御する。光源制御部９２は、例えば動作モード毎に対象領域内の計測位置と時刻（タイミング）とが関連付けられた発光タイミングテーブルを備えており、動作モードに応じて予め設定されたタイミング（計測位置）で光源９１を発光させる。
【００２６】
投光光学系９３は、光源９１が発した投光ビームを好ましい状態とするものであり、光源９１が発した投光ビームを平行光に変換する。
【００２７】
投受光分離部材１１は、光源９１が発した投光ビームをスキャンミラー５方向に反射し、対象領域内の物体で反射しスキャンミラー５で反射した戻り光を受光部１３方向に反射することにより、スキャンミラー５へ向かう投光ビームの光路と、スキャンミラー５で反射した戻り光の光路と、を互いに分離する。
【００２８】
そして、光源部９から出射された投光ビームは、投受光分離部材１１でスキャンミラー５方向に反射され、スキャンミラー５のミラーで反射されて対象領域内に投光されリサージュ走査、又はラスタ走査される。
【００２９】
受光部１３は、光源部９から出射されて対象領域内に存在する物体によって反射された反射光（戻り光）を受光して検知するものであり、受光光学系１３１と、受光素子１３２と、を含む。
【００３０】
受光光学系１３１は、対象領域内に存在する物体によって反射され、投受光分離部材１１で投光ビームと分離された反射光（戻り光）を受光素子１３２上に集光させるものである。
【００３１】
受光素子１３２は、対象領域内に存在する物体によって反射された反射光（戻り光）を、受光光学系１３１を介して受光するもので、例えばフォトセンサを用いることができる。
【００３２】
測距部１５は、光源部９による投光ビームの出射タイミングと、受光部１３による反射光（戻り光）の受光タイミングと、を入力し、両者の時間差（光飛行時間）に基づいて投光ビームを反射した物体までの距離を計測する。測距部１５による距離の計測は、対象領域内の各計測位置において、即ち、光源部９からの投光ビームの出射毎に行なわれ、その計測結果が画像生成部１７に出力される。
【００３３】
画像生成部１７は、測距部１５によって計測された距離に基づいて各計測位置の画素値を決定し、対象領域についての距離画像を生成する。生成される距離画像は、例えば、計測された距離毎に色が異なる画像、即ち、対象領域内に存在する物体についてはその奥行き距離が反映された三次元的な画像となる。そして、画像生成部１７で生成された距離画像は表示部１９に出力される。表示部１９は、ディスプレイを備え、画像生成部１７から出力された距離画像を表示する。この距離画像によって対象領域内に存在する物体を認識できることは勿論、物体の位置、物体までの距離、物体の姿勢の変化なども検出することが可能となる。
【００３４】
次に、上述の光測距装置に適用する本発明に係るビーム光投受光装置について説明する。
図２及び図３に本発明に係るビーム光投受光装置の第１実施形態を示す。
図２は、本実施形態のビーム光投受光装置の概略構成図であり、本実施形態のビーム光投受光装置２００は、例えば半導体レーザでレーザ光を投光ビームとして出射する光源２１０と、光源２１０からの投光ビームを平行光に変換するとコリメートレンズ２２０と、光源２１０から出射された投光ビームの光路と対象領域内の物体からの反射光（戻り光）の光路を分離する投受光分離部材２３０と、スキャンミラー２４０と、投受光分離部材２３０で投光ビームと分離された戻り光を集光する集光レンズ２５０と、集光レンズ２５０で受光面に集光される戻り光を受光する受光素子２６０と、を備える。尚、２７０は、光測距装置等に適用する場合等に、スキャンミラー２４０の汚れ防止や保護のために、スキャンミラー前方で筐体等に取付けるカバーガラスを示す。ここで、光源２１０、コリメートレンズ２２０、投受光分離部材２３０、スキャンミラー２４０、集光レンズ２５０及び受光素子２６０は、図１の光測距装置１において、光源部９の光源９１、投光光学系９３、投受光分離部材１１、スキャンミラー５、受光部１３の受光光学系１３１、受光素子１３２に、それぞれ対応するものである。
【００３５】
前記投受光分離部材２３０は、光源２１０から出射されコリメートレンズ２２０で平行光に変換された投光ビームをスキャンミラー２４０方向に反射する反射面を有し、また、対象領域内の物体で投光ビームの入射方向に反射されスキャンミラー２４０で反射された反射光（戻り光）を受光素子２６０方向に反射する反射面を有し、スキャンミラー２４０へ向かう投光ビームの光路（図２中、実線で示す）と、対象領域内の物体で反射しスキャンミラー２４０で反射した戻り光の光路（図２中、点線で示す）と、を互いに分離する。
【００３６】
前記投受光分離部材２３０は、具体的には、図３に示すように、例えば５つの面Ａ〜Ｅを持つ５角形状の１つのプリズムで形成されている。前記プリズム２３０は、外側表面の１つである例えばＡ面に、投光ビームをスキャンミラー２４０方向に反射する反射領域２３１と、戻り光（反射光）を透過する透過領域２３２が形成されている。反射領域２３１は、投光ビームが略１００％反射するように鏡面反射面で且つ散乱光等が発生しないようにコーティングを施してあり、外側反射面となる。透過領域２３２は、戻り光が略１００％透過するよう無反射コーティングを施してある。また、プリズム２３０は、透過領域２３２を透過した戻り光をプリズム２３０内部においてＤ面で受光素子２６０方向に反射するよう形成されている。この際、Ｄ面で反射されＢ面を透過して受光素子２６０に向かう戻り光が、光源２１０からコリメートレンズ２２０を介してスキャンミラー２４０に向かう投光ビームと平行になるように、Ａ面及びＢ面に対するＤ面の角度を決定する。
【００３７】
本実施形態では、前記反射領域２３１（外側反射面）が、光源２１０から出射されコリメートレンズ２２０で平行光に変換された投光ビームをスキャンミラー２４０方向に反射する反射面であり、前記Ｄ面が、対象領域内の物体で投光ビームの入射方向に反射されスキャンミラー２４０で反射された戻り光を受光素子２６０方向に反射する反射面である。
【００３８】
かかるビーム光投受光装置では、光源２１０から出射された投光ビームは、図２に実線で示すように、コリメートレンズ２２０で平行光に変換され、プリズム２３０の反射領域２３１（外側反射面）でスキャンミラー２４０の方向に反射される。更に、スキャンミラー２４０で反射され、カバーガラス２７０を透過して装置外部の対象領域に投光され、スキャンミラー２４０の揺動動作により対象領域内で走査される。対象領域内に存在する物体で投光ビーム方向に反射した戻り光は、図２に点線で示すように、投光ビームの光路と同軸、即ち、略重なるようにしてカバーガラス２７０を透過し、スキャンミラー２４０で反射してプリズム２３０のＡ面に向かい、プリズム２３０のＡ面の透過領域２３２を透過する。戻り光を、プリズム２３０のＡ面の透過領域２３２を透過させることで、投光ビームの光路と戻り光の光路を分離する。投光ビームと分離された戻り光は、プリズム２３０の内部を進行しＤ面（内側反射面）で受光素子２６０方向に反射され、プリズム２３０のＢ面を透過し、集光レンズ２５０を介して集光されて受光素子２６０で受光される。
【００３９】
本実施形態のビーム光投受光装置によれば、プリズム２３０の外側表面であるＡ面に投光ビームをスキャンミラー２４０の方向に反射する外側反射面（反射領域２３１）を形成し、同じＡ面に戻り光を透過させる透過領域２３２を形成すると共に、Ａ面と対面するＤ面を内側反射面として、透過した戻り光を受光素子２６０の方向に反射するよう構成して、投光ビームの光路と戻り光の光路を１つのプリズム２３０で分離するようにしたので、ビーム光投受光装置の部品点数を減らすことができると共に、投受光の光軸調整等における調整部品を少なくでき、装置の小型化と調整作業の容易化を図れる。更に、プリズム２３０のＤ面を、その反射方向が光源２１０と同じ方向側で、且つ、光源２１０からプリズム２３０側に向かう投光ビームとプリズム２３０から受光素子２６０方向に向かう戻り光が平行となるように形成すれば、光源２１０と受光素子２６０を並べて配置できるので、より一層の装置全体の小型化を図ることができる。
【００４０】
また、光源２１０、プリズム２３０、スキャンミラー２４０、受光素子２６０等の各光学部材の配置や形状が決まっていれば、コーナーキューブ等の再帰反射装置を用いて組立て調整工程の大幅な削減が図れる。例えば、プリズム２３０とスキャンミラー２４０がない状態で、まず、始めに光源２１０と受光素子２６０を並べて配置する。そして、図４のように投光ビームの投光方向にコーナーキューブ３００を置いて、投光ビームをコーナーキューブ３００に向けて投光し、コーナーキューブ３００からの反射光が受光素子２６０で受光できるように受光素子２６０の配置を調整する。これにより、投光ビームと反射光（戻り光）を略平行にできる。その後、プリズム２３０とスキャンミラー２４０を予め決めてある位置にセットすれば、光軸調整は略完了するので、組立て作業工程の大幅な削減が図れる。
【００４１】
上記実施形態では、投光ビームを反射領域２３１（外側反射面）で反射させ、戻り光をプリズム２３０のＤ面（内側反射面）で反射させる構成であるが、図５に示す第２実施形態のように、逆に、投光ビームをプリズム２３０のＤ面（内側反射面）でスキャンミラー２４０の方向に反射させ、戻り光を反射領域２３１（外側反射面）で受光素子２６０の方向に反射させる構成としてもよい。かかる構成の第２実施形態の場合も、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、図５において、第１実施形態と同一要素には同一符号を付してある。
【００４２】
ただし、プリズム２３０の内側反射面では略全反射となるので、信号レベルが投光ビームに比べて低い戻り光を、プリズム２３０の内側反射面で反射させて受光素子２６０で受光する構成である第１実施形態の方が望ましい。
【００４３】
図６及び図７に本発明に係るビーム光投受光装置の第３実施形態を示す。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付してある。
図６は、本実施形態のビーム光投受光装置の概略構成図であり、本実施形態のビーム光投受光装置２００は、プリズム２３０のＡ面の略中央部に、図７に示すように矩形形状の反射領域２３１を形成し、Ａ面の反射領域２３１を除く部分に透過領域２３２を形成したものである。尚、反射領域２３１の形状は、図８に示すような円形形状にしてもよい。
【００４４】
かかる第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、透過領域２３２の面積が増加するため、プリズム２３０内部における内側反射面（Ｄ面）で受光素子２６０方向に反射される戻り光の光量が増大できる。
【００４５】
図９及び図１０に本発明に係るビーム光投受光装置の第４実施形態を示す。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付してある。
図９は、本実施形態のビーム光投受光装置の概略構成図であり、本実施形態のビーム光投受光装置２００は、反射領域２３１と透過領域２３２をプリズム２３０の外側表面の２つの面に分けて形成するようにしたものである。即ち、図１０に示すように、プリズム２３０に新たな面Ｆを形成して６角形状とし、反射領域２３１（外側反射面）をＡ面に形成し、透過領域２３２を隣接するＦ面に形成し、Ｆ面の透過領域２３２を透過した戻り光を、プリズム２３０の内側反射面であるＤ面で受光素子２６０に向けて反射する構成である。
【００４６】
かかる第４実施形態によれば、投光ビームの反射領域２３１と戻り光の透過領域２３２が異なる面にあるため、信号レベルが戻り光に比べて格段に高い投光ビームが透過領域２３２を透過する戻り光の光路側に漏れ難くなるので、投光／受光のアイソレーション特性を向上できる。
【００４７】
尚、図６の第３実施形態や図９の第４実施形態の各構成の場合も、図５の第２実施形態のように、投光ビームをプリズム２３０の内側反射面（Ｄ面）でスキャンミラー２４０の方向に反射させ、戻り光を反射領域２３１（外側反射面）で受光素子２６０の方向に反射させる構成としてもよいが、投光ビームと戻り光の信号レベルを考慮すれば、図６や図９の構成の方が望ましい。
【００４８】
図１１及び図１２に本発明に係るビーム光投受光装置の第５実施形態を示す。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付してある。
図１１は、本実施形態のビーム光投受光装置の第５実施形態を示す概略構成図であり、本実施形態のビーム光投受光装置２００は、投受光分離部材を、図１０に示すプリズム２３０に、スキャンミラー２４０からの戻り光を透過する透過領域３３２と、受光素子２６０の方向に透過した戻り光を反射する内側反射面（Ｄ１面）と、を有する別のプリズム３３０を結合して構成したものである。即ち、図１２に示すように、プリズム３３０は、５つの面Ｂ１〜Ｅ１とＧ１を持つ５角形状で、プリズム３３０を図１２に示すようにプリズム２３０に結合したときに、プリズム３３０のＢ１面〜Ｅ１面の各面を、プリズム２３０のＢ面〜Ｅ面の各面とそれぞれ面一となるように形成し、Ｇ１面をプリズム２３０のＦ面と段差を有するように形成し、このＧ１面に、無反射コーティングを施して戻り光が透過する透過領域３３２を形成し、この透過領域３３２を透過した戻り光を、プリズム３３０内部でＤ１面を内側反射面として受光素子２６０の方向に反射するように形成する。
【００４９】
かかる第５実施形態によれば、第５実施形態と同様に、投光ビームの反射領域２３１と戻り光の透過領域２３２、３３２が異なる面にあるため、信号レベルが戻り光に比べて格段に高い投光ビームが透過領域２３２を透過する戻り光の光路側に漏れ難くなり、投光／受光のアイソレーション特性を向上できる。加えて、透過領域面積が増大するので、受光素子２６０方向に反射する戻り光の光量が増大し、受光素子２６０の受光量を増大することができる。
【００５０】
尚、上述した各実施形態において、投光ビームの光路と戻り光の光路の途中に位置するプリズム２３０のＡ面、Ｂ面、Ｄ面やプリズム３３０のＤ１面の各に適当な凸状又は凹状の曲率をつけることで、光源２１０側のコリメートレンズ２２０や受光素子２６０側の集光レンズ２５０を省略することが可能であり、これにより、部品点数を更に削減することが可能となり、光軸調整部品の削減で光軸調整作業をより一層容易化できるようになる。
【００５１】
尚、本発明のビーム光投受光装置は、光測距装置だけでなく、光ビームを照射し物体からの戻り光を受光して物体の存在、位置、大きさ等を検出するようなあらゆる装置の同軸系タイプのビーム光投受光装置として適用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５２】
１ 光測距装置
２００ ビーム光投受光装置
２１０ 光源
２３０、３３０ プリズム（投受光分離部材）
２３１ 反射領域（外側反射面）
２３２、３３２ 透過領域
Ｄ、Ｄ１ 内側反射面
２４０ スキャンミラー
２６０ 受光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム光投受光装置に関し、特に、光ビームを用いて対象物までの距離を計測する光測距装置等において用いられるビーム光投受光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、監視対象の領域内の物体までの距離を計測するために、空間内を多次元的に走査するようにレーザ光等の光ビームを射出し、光ビームを射出してから物体からの反射光が受光されるまでの時間を計測して物体までの距離を計測するように構成された光測距装置が知られている。このような光測距装置においては、レーザ光等の光ビームを射出する光源部と、対象領域内を多次元的に走査するよう光源部から射出された光ビームを反射し走査するスキャンミラーと、物体からの反射光を受光する受光素子と、を含んで構成されるビーム光投受光装置を備えている。
【０００３】
このようなビーム光投受光装置として、特許文献１に記載されたような同軸系タイプと称されるものが知られている。この同軸系タイプは、光源部から射出されたレーザ光が光源部からスキャンミラーを経て対象領域内に照射されるまでの投光光路と、空間内の物体で反射された反射光が物体からスキャンミラーを経て受光素子に至るまでの戻り光路とが途中まで互いに重なっているタイプである。
【０００４】
特許文献１では、対象領域内の物体に照射されたレーザ光の入射方向と同じ方向に反射した戻り光を、スキャンミラーにより反射させ、スキャンミラーで反射した戻り光の光路上に配した投受光分離部材により、スキャンミラーで反射した戻り光の光路を、前記投受光分離部材からスキャンミラーに向かう投光ビームの光路から分離して戻り光を受光素子に導くようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９１７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたビーム光投受光装置では、投光ビームの光路から分離する戻り光の光路の方向が光源部の配置方向と異なる方向であるため、光源部と受光素子を離れて配置しなければならなかった。また、複数のミラーやプリズムによる反射、屈折を利用して、投光ビームの光路と戻り光の光路の分離を行う構成であるため、部品点数が多くなり、それぞれのミラーやプリズム毎にその反射面の配置や調整を行う必要があるので、ビーム光投受光装置のコンパクト化や組立て調整作業の容易化等について改善の余地があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、より一層の装置のコンパクト化及び組立て調整作業の容易化を図ることができるビーム光投受光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】
このため、請求項１に記載した本発明は、投光ビームを出射する光源と、前記投光ビームを反射して対象領域内へ投光し走査するスキャンミラーと、該スキャンミラーへ向かう投光ビームの光路と、前記対象領域内の物体で反射し前記スキャンミラーで反射した戻り光の光路と、を互いに分離する投受光分離部材と、前記戻り光を受光する受光素子と、を備えたビーム光投受光装置であって、前記投受光分離部材は、前記投光ビームをスキャンミラー方向に反射する反射面と、前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射する反射面と、を設けた１つのプリズムで形成したことを特徴とする。
【０００９】
かかる構成では、１つのプリズムで、スキャンミラーへ向かう投光ビームの光路と、対象領域内の物体で反射しスキャンミラーで反射した戻り光の光路と、を互いに分離するようになる。
【００１０】
また、請求項２に記載した本発明は、投光ビームを出射する光源と、前記投光ビームを反射して対象領域内へ投光し走査するスキャンミラーと、該スキャンミラーへ向かう投光ビームの光路と、前記対象領域内の物体で反射し前記スキャンミラーで反射した戻り光の光路と、を互いに分離する投受光分離部材と、前記戻り光を受光する受光素子と、を備えたビーム光投受光装置であって、前記投受光分離部材は、少なくとも１つのプリズムで形成し、前記プリズムの外側反射面と内側反射面のいずれか一方の反射面で、前記投光ビームをスキャンミラー方向に反射し、他方の反射面で、前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射するよう構成したことを特徴とする。
【００１１】
かかる構成では、プリズムの外側反射面と内側反射面のいずれか一方の反射面で、投光ビームをスキャンミラー方向に反射し、他方の反射面で、スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射することで、スキャンミラーへ向かう投光ビームの光路と、対象領域内の物体で反射しスキャンミラーで反射した戻り光の光路と、を互いに分離するようになる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載した本発明のビーム光投受光装置によれば、投受光分離部材を、投光ビームをスキャンミラー方向に反射する反射面とスキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射する反射面とを設けた１つのプリズムで形成する構成としたので、戻り光を反射する反射面を、その反射方向が光源と同じ方向側になるよう形成すれば、光源と受光素子を並べて配置することができ、ビーム光投受光装置を小型化できる。また、投光ビームの光路と戻り光の光路をプリズム１つで分離するので、従来装置に比べて部品点数を少なくでき、装置の小型化と組立て調整作業を容易化できる。
【００１３】
請求項２に記載した本発明のビーム光投受光装置によれば、投受光分離部材を、少なくとも１つのプリズムで形成し、プリズムの外側反射面と内側反射面の一方で投光ビームをスキャンミラー方向に反射し、他方で前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射する構成としたので、戻り光を反射する外側反射面又は内側反射面を、その反射方向が光源と同じ方向側になるよう形成すれば、光源と受光素子を並べて配置することができ、ビーム光投受光装置を小型化できる。また、投光ビームの光路と戻り光の光路とを、プリズムの外側反射面と内側反射面を用いて分離することにより、従来装置に比べて部品点数を少なくでき、組立て調整作業を容易化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のビーム光投受光装置を適用する光測距装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のビーム光投受光装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図３】第１実施形態における投受光分離部材（プリズム）の斜視図である。
【図４】コーナーキューブによる光軸調整例を説明するための図である。
【図５】本発明のビーム光投受光装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明のビーム光投受光装置の第３実施形態を示す概略構成図である。
【図７】第３実施形態における投受光分離部材（プリズム）の斜視図である。
【図８】第３実施形態における投受光分離部材（プリズム）の変形例の斜視図である。
【図９】本発明のビーム光投受光装置の第４実施形態を示す概略構成図である。
【図１０】第４実施形態における投受光分離部材（プリズム）の斜視図である。
【図１１】本発明のビーム光投受光装置の第５実施形態を示す概略構成図である。
【図１２】第５実施形態における投受光分離部材（プリズム）の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、本発明のビーム光投受光装置の詳細を説明する前に、本発明のビーム光投受光装置の適用例として、光測距装置について説明する。
図１は、光測距装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、光測距装置１は、投光ビーム（レーザパルス）を対象領域内でリサージュ走査、又はラスタ走査して前記対象領域内に存在する物体までの距離を計測（測距）し、計測結果に基づく距離画像を生成して出力（表示）する。
【００１６】
光測距装置１は、例えば複数の動作モードで動作可能に構成されており、図１に示すように、情報入力部３と、電磁駆動型のスキャンミラー５と、スキャンミラー５を駆動する駆動部７と、投光ビームを出射する光源部９と、出射された投光ビームの光路とその反射光（戻り光）の光路を分離する投受光分離部材１１と、投光ビームと分離された反射光（戻り光）を受光する受光部１３と、投光ビームを反射した物体までの距離を計測する測距部１５と、測距部１５による計測結果に基づいて距離画像を生成する画像生成部１７と、生成された距離画像を出力（表示）する表示部１９と、を備える。そして、光源部９、スキャンミラー５、投受光分離部材１１及び受光部１３を備えて構成されるビーム光投受光装置に、後述する本発明のビーム光投受光装置を適用する。
【００１７】
情報入力部３には、例えばユーザによって光測距装置１の動作に関する情報、例えば、光測距装置１の動作モードを選択するモード選択指令が入力される。選択可能な動作モードには、例えば、基本となる「通常計測モード」、通常計測モードよりも計測位置を多くして対象領域について詳細な測距を行う「詳細計測モード」、対象領域の一部について詳細な測距を行う「部分詳細モード」及び通常計測モードよりも対象領域についての測距完了時間が短い「高速計測モード」等がある。
【００１８】
スキャンミラー５は、ミラーを有する可動部が互いに直交する２つの方向に揺動可能に形成されており、ミラー面に入射される投光ビーム（パルス光）を空間領域内で二次元走査、より具体的にはリサージュ走査、又はラスタ走査することが可能である。このようなスキャンミラー５としては、例えば、本出願人により提案された特許第２７２２３１４号公報に記載の二次元走査型の半導体ガルバノミラー（以下単に「二次元ガルバノミラー」という）を用いることができる。この二次元ガルバノミラーは、２つの駆動コイル（内側駆動コイルと外側駆動コイル）にそれぞれ流れる各電流（交流電流）と、１対又は２対の永久磁石による静磁界と、によって２つの可動部（外側可動部及び内側可動部）にローレンツ力が作用し、その結果、内側可動部が二次元方向に揺動する。内側可動部が揺動することによってミラー面に入射される投光ビームが対象領域内でリサージュ走査、又はラスタ走査される。尚、リサージュ走査又はラスタ走査を実現するスキャンミラーとして、２つの一次元ガルバノミラーを使用し、２つの一次元ガルバノミラーを、それぞれのミラーを有する可動部が互いに直交する方向に揺動するよう配置することで、リサージュ走査、又はラスタ走査を行うようにしてもよい。
【００１９】
駆動部７は、駆動信号（交流電流）をスキャンミラー５に供給して内側可動部（及び外側可動部）を揺動駆動する。駆動部７は、内側駆動コイルに駆動信号を供給すると共に外側駆動コイルに駆動信号を供給する駆動回路７１と、２つの駆動信号の位相差を変更する位相差変更部７２と、２つの駆動信号の大きさ（振幅）を調整して内側可動部の揺動振幅を変更する振幅変更部７３と、を備える。
【００２０】
駆動回路７１は、位相差変更部７２から位相差を入力すると共に振幅変更部７３から各駆動信号の大きさを入力し、入力した大きさの各駆動信号を入力した位相差でスキャンミラー５に供給する。ここで、各駆動信号の周波数は、二次元ガルバノミラーの共振周波数と同一又はその近傍の周波数に設定されている。
【００２１】
位相差変更部７２は、情報入力部３を介して入力されたモード選択指令に応じて２つの駆動信号の位相差を設定し、設定した位相差を駆動回路７１に出力する。
【００２２】
振幅変更部７３は、各駆動信号の大きさ（振幅）を調整してスキャンミラー５の内側可動部の揺動振幅を変更する。具体的には、振幅変更部７３は、情報入力部３を介して入力されたモード選択指令に応じて各駆動信号の大きさをそれぞれ設定し、設定した大きさを駆動回路７１に出力する。内側可動部の揺動振幅を小さくすればスキャンミラー５によるリサージュ走査、又はラスタ走査範囲は小さくなり、内側可動部の揺動振幅を大きくすればスキャンミラー５によるリサージュ走査、又はラスタ走査範囲は大きくなる。
【００２３】
光源部９は、スキャンミラー５の内側可動部に形成されたミラーに向かって投光ビームを出射するものであり、光源９１と、光源９１の駆動を制御する光源制御部９２と、投光光学系９３と、を含む。
【００２４】
光源９１は、例えば半導体レーザであり、光源制御部９２からの駆動信号によって発光してレーザ光を投光ビームとして出射する。
【００２５】
光源制御部９２は、情報入力部３を介して入力されたモード選択指令に応じて光源９１の発光タイミング、即ち、投光ビームの出射タイミングを制御する。光源制御部９２は、例えば動作モード毎に対象領域内の計測位置と時刻（タイミング）とが関連付けられた発光タイミングテーブルを備えており、動作モードに応じて予め設定されたタイミング（計測位置）で光源９１を発光させる。
【００２６】
投光光学系９３は、光源９１が発した投光ビームを好ましい状態とするものであり、光源９１が発した投光ビームを平行光に変換する。
【００２７】
投受光分離部材１１は、光源９１が発した投光ビームをスキャンミラー５方向に反射し、対象領域内の物体で反射しスキャンミラー５で反射した戻り光を受光部１３方向に反射することにより、スキャンミラー５へ向かう投光ビームの光路と、スキャンミラー５で反射した戻り光の光路と、を互いに分離する。
【００２８】
そして、光源部９から出射された投光ビームは、投受光分離部材１１でスキャンミラー５方向に反射され、スキャンミラー５のミラーで反射されて対象領域内に投光されリサージュ走査、又はラスタ走査される。
【００２９】
受光部１３は、光源部９から出射されて対象領域内に存在する物体によって反射された反射光（戻り光）を受光して検知するものであり、受光光学系１３１と、受光素子１３２と、を含む。
【００３０】
受光光学系１３１は、対象領域内に存在する物体によって反射され、投受光分離部材１１で投光ビームと分離された反射光（戻り光）を受光素子１３２上に集光させるものである。
【００３１】
受光素子１３２は、対象領域内に存在する物体によって反射された反射光（戻り光）を、受光光学系１３１を介して受光するもので、例えばフォトセンサを用いることができる。
【００３２】
測距部１５は、光源部９による投光ビームの出射タイミングと、受光部１３による反射光（戻り光）の受光タイミングと、を入力し、両者の時間差（光飛行時間）に基づいて投光ビームを反射した物体までの距離を計測する。測距部１５による距離の計測は、対象領域内の各計測位置において、即ち、光源部９からの投光ビームの出射毎に行なわれ、その計測結果が画像生成部１７に出力される。
【００３３】
画像生成部１７は、測距部１５によって計測された距離に基づいて各計測位置の画素値を決定し、対象領域についての距離画像を生成する。生成される距離画像は、例えば、計測された距離毎に色が異なる画像、即ち、対象領域内に存在する物体についてはその奥行き距離が反映された三次元的な画像となる。そして、画像生成部１７で生成された距離画像は表示部１９に出力される。表示部１９は、ディスプレイを備え、画像生成部１７から出力された距離画像を表示する。この距離画像によって対象領域内に存在する物体を認識できることは勿論、物体の位置、物体までの距離、物体の姿勢の変化なども検出することが可能となる。
【００３４】
次に、上述の光測距装置に適用する本発明に係るビーム光投受光装置について説明する。
図２及び図３に本発明に係るビーム光投受光装置の第１実施形態を示す。
図２は、本実施形態のビーム光投受光装置の概略構成図であり、本実施形態のビーム光投受光装置２００は、例えば半導体レーザでレーザ光を投光ビームとして出射する光源２１０と、光源２１０からの投光ビームを平行光に変換するとコリメートレンズ２２０と、光源２１０から出射された投光ビームの光路と対象領域内の物体からの反射光（戻り光）の光路を分離する投受光分離部材２３０と、スキャンミラー２４０と、投受光分離部材２３０で投光ビームと分離された戻り光を集光する集光レンズ２５０と、集光レンズ２５０で受光面に集光される戻り光を受光する受光素子２６０と、を備える。尚、２７０は、光測距装置等に適用する場合等に、スキャンミラー２４０の汚れ防止や保護のために、スキャンミラー前方で筐体等に取付けるカバーガラスを示す。ここで、光源２１０、コリメートレンズ２２０、投受光分離部材２３０、スキャンミラー２４０、集光レンズ２５０及び受光素子２６０は、図１の光測距装置１において、光源部９の光源９１、投光光学系９３、投受光分離部材１１、スキャンミラー５、受光部１３の受光光学系１３１、受光素子１３２に、それぞれ対応するものである。
【００３５】
前記投受光分離部材２３０は、光源２１０から出射されコリメートレンズ２２０で平行光に変換された投光ビームをスキャンミラー２４０方向に反射する反射面を有し、また、対象領域内の物体で投光ビームの入射方向に反射されスキャンミラー２４０で反射された反射光（戻り光）を受光素子２６０方向に反射する反射面を有し、スキャンミラー２４０へ向かう投光ビームの光路（図２中、実線で示す）と、対象領域内の物体で反射しスキャンミラー２４０で反射した戻り光の光路（図２中、点線で示す）と、を互いに分離する。
【００３６】
前記投受光分離部材２３０は、具体的には、図３に示すように、例えば５つの面Ａ〜Ｅを持つ５角形状の１つのプリズムで形成されている。前記プリズム２３０は、外側表面の１つである例えばＡ面に、投光ビームをスキャンミラー２４０方向に反射する反射領域２３１と、戻り光（反射光）を透過する透過領域２３２が形成されている。反射領域２３１は、投光ビームが略１００％反射するように鏡面反射面で且つ散乱光等が発生しないようにコーティングを施してあり、外側反射面となる。透過領域２３２は、戻り光が略１００％透過するよう無反射コーティングを施してある。また、プリズム２３０は、透過領域２３２を透過した戻り光をプリズム２３０内部においてＤ面で受光素子２６０方向に反射するよう形成されている。この際、Ｄ面で反射されＢ面を透過して受光素子２６０に向かう戻り光が、光源２１０からコリメートレンズ２２０を介してスキャンミラー２４０に向かう投光ビームと平行になるように、Ａ面及びＢ面に対するＤ面の角度を決定する。
【００３７】
本実施形態では、前記反射領域２３１（外側反射面）が、光源２１０から出射されコリメートレンズ２２０で平行光に変換された投光ビームをスキャンミラー２４０方向に反射する反射面であり、前記Ｄ面が、対象領域内の物体で投光ビームの入射方向に反射されスキャンミラー２４０で反射された戻り光を受光素子２６０方向に反射する反射面である。
【００３８】
かかるビーム光投受光装置では、光源２１０から出射された投光ビームは、図２に実線で示すように、コリメートレンズ２２０で平行光に変換され、プリズム２３０の反射領域２３１（外側反射面）でスキャンミラー２４０の方向に反射される。更に、スキャンミラー２４０で反射され、カバーガラス２７０を透過して装置外部の対象領域に投光され、スキャンミラー２４０の揺動動作により対象領域内で走査される。対象領域内に存在する物体で投光ビーム方向に反射した戻り光は、図２に点線で示すように、投光ビームの光路と同軸、即ち、略重なるようにしてカバーガラス２７０を透過し、スキャンミラー２４０で反射してプリズム２３０のＡ面に向かい、プリズム２３０のＡ面の透過領域２３２を透過する。戻り光を、プリズム２３０のＡ面の透過領域２３２を透過させることで、投光ビームの光路と戻り光の光路を分離する。投光ビームと分離された戻り光は、プリズム２３０の内部を進行しＤ面（内側反射面）で受光素子２６０方向に反射され、プリズム２３０のＢ面を透過し、集光レンズ２５０を介して集光されて受光素子２６０で受光される。
【００３９】
本実施形態のビーム光投受光装置によれば、プリズム２３０の外側表面であるＡ面に投光ビームをスキャンミラー２４０の方向に反射する外側反射面（反射領域２３１）を形成し、同じＡ面に戻り光を透過させる透過領域２３２を形成すると共に、Ａ面と対面するＤ面を内側反射面として、透過した戻り光を受光素子２６０の方向に反射するよう構成して、投光ビームの光路と戻り光の光路を１つのプリズム２３０で分離するようにしたので、ビーム光投受光装置の部品点数を減らすことができると共に、投受光の光軸調整等における調整部品を少なくでき、装置の小型化と調整作業の容易化を図れる。更に、プリズム２３０のＤ面を、その反射方向が光源２１０と同じ方向側で、且つ、光源２１０からプリズム２３０側に向かう投光ビームとプリズム２３０から受光素子２６０方向に向かう戻り光が平行となるように形成すれば、光源２１０と受光素子２６０を並べて配置できるので、より一層の装置全体の小型化を図ることができる。
【００４０】
また、光源２１０、プリズム２３０、スキャンミラー２４０、受光素子２６０等の各光学部材の配置や形状が決まっていれば、コーナーキューブ等の再帰反射装置を用いて組立て調整工程の大幅な削減が図れる。例えば、プリズム２３０とスキャンミラー２４０がない状態で、まず、始めに光源２１０と受光素子２６０を並べて配置する。そして、図４のように投光ビームの投光方向にコーナーキューブ３００を置いて、投光ビームをコーナーキューブ３００に向けて投光し、コーナーキューブ３００からの反射光が受光素子２６０で受光できるように受光素子２６０の配置を調整する。これにより、投光ビームと反射光（戻り光）を略平行にできる。その後、プリズム２３０とスキャンミラー２４０を予め決めてある位置にセットすれば、光軸調整は略完了するので、組立て作業工程の大幅な削減が図れる。
【００４１】
上記実施形態では、投光ビームを反射領域２３１（外側反射面）で反射させ、戻り光をプリズム２３０のＤ面（内側反射面）で反射させる構成であるが、図５に示す第２実施形態のように、逆に、投光ビームをプリズム２３０のＤ面（内側反射面）でスキャンミラー２４０の方向に反射させ、戻り光を反射領域２３１（外側反射面）で受光素子２６０の方向に反射させる構成としてもよい。かかる構成の第２実施形態の場合も、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、図５において、第１実施形態と同一要素には同一符号を付してある。
【００４２】
ただし、プリズム２３０の内側反射面では略全反射となるので、信号レベルが投光ビームに比べて低い戻り光を、プリズム２３０の内側反射面で反射させて受光素子２６０で受光する構成である第１実施形態の方が望ましい。
【００４３】
図６及び図７に本発明に係るビーム光投受光装置の第３実施形態を示す。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付してある。
図６は、本実施形態のビーム光投受光装置の概略構成図であり、本実施形態のビーム光投受光装置２００は、プリズム２３０のＡ面の略中央部に、図７に示すように矩形形状の反射領域２３１を形成し、Ａ面の反射領域２３１を除く部分に透過領域２３２を形成したものである。尚、反射領域２３１の形状は、図８に示すような円形形状にしてもよい。
【００４４】
かかる第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、透過領域２３２の面積が増加するため、プリズム２３０内部における内側反射面（Ｄ面）で受光素子２６０方向に反射される戻り光の光量が増大できる。
【００４５】
図９及び図１０に本発明に係るビーム光投受光装置の第４実施形態を示す。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付してある。
図９は、本実施形態のビーム光投受光装置の概略構成図であり、本実施形態のビーム光投受光装置２００は、反射領域２３１と透過領域２３２をプリズム２３０の外側表面の２つの面に分けて形成するようにしたものである。即ち、図１０に示すように、プリズム２３０に新たな面Ｆを形成して６角形状とし、反射領域２３１（外側反射面）をＡ面に形成し、透過領域２３２を隣接するＦ面に形成し、Ｆ面の透過領域２３２を透過した戻り光を、プリズム２３０の内側反射面であるＤ面で受光素子２６０に向けて反射する構成である。
【００４６】
かかる第４実施形態によれば、投光ビームの反射領域２３１と戻り光の透過領域２３２が異なる面にあるため、信号レベルが戻り光に比べて格段に高い投光ビームが透過領域２３２を透過する戻り光の光路側に漏れ難くなるので、投光／受光のアイソレーション特性を向上できる。
【００４７】
尚、図６の第３実施形態や図９の第４実施形態の各構成の場合も、図５の第２実施形態のように、投光ビームをプリズム２３０の内側反射面（Ｄ面）でスキャンミラー２４０の方向に反射させ、戻り光を反射領域２３１（外側反射面）で受光素子２６０の方向に反射させる構成としてもよいが、投光ビームと戻り光の信号レベルを考慮すれば、図６や図９の構成の方が望ましい。
【００４８】
図１１及び図１２に本発明に係るビーム光投受光装置の第５実施形態を示す。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付してある。
図１１は、本実施形態のビーム光投受光装置の第５実施形態を示す概略構成図であり、本実施形態のビーム光投受光装置２００は、投受光分離部材を、図１０に示すプリズム２３０に、スキャンミラー２４０からの戻り光を透過する透過領域３３２と、受光素子２６０の方向に透過した戻り光を反射する内側反射面（Ｄ１面）と、を有する別のプリズム３３０を結合して構成したものである。即ち、図１２に示すように、プリズム３３０は、５つの面Ｂ１〜Ｅ１とＧ１を持つ５角形状で、プリズム３３０を図１２に示すようにプリズム２３０に結合したときに、プリズム３３０のＢ１面〜Ｅ１面の各面を、プリズム２３０のＢ面〜Ｅ面の各面とそれぞれ面一となるように形成し、Ｇ１面をプリズム２３０のＦ面と段差を有するように形成し、このＧ１面に、無反射コーティングを施して戻り光が透過する透過領域３３２を形成し、この透過領域３３２を透過した戻り光を、プリズム３３０内部でＤ１面を内側反射面として受光素子２６０の方向に反射するように形成する。
【００４９】
かかる第５実施形態によれば、第５実施形態と同様に、投光ビームの反射領域２３１と戻り光の透過領域２３２、３３２が異なる面にあるため、信号レベルが戻り光に比べて格段に高い投光ビームが透過領域２３２を透過する戻り光の光路側に漏れ難くなり、投光／受光のアイソレーション特性を向上できる。加えて、透過領域面積が増大するので、受光素子２６０方向に反射する戻り光の光量が増大し、受光素子２６０の受光量を増大することができる。
【００５０】
尚、上述した各実施形態において、投光ビームの光路と戻り光の光路の途中に位置するプリズム２３０のＡ面、Ｂ面、Ｄ面やプリズム３３０のＤ１面の各に適当な凸状又は凹状の曲率をつけることで、光源２１０側のコリメートレンズ２２０や受光素子２６０側の集光レンズ２５０を省略することが可能であり、これにより、部品点数を更に削減することが可能となり、光軸調整部品の削減で光軸調整作業をより一層容易化できるようになる。
【００５１】
尚、本発明のビーム光投受光装置は、光測距装置だけでなく、光ビームを照射し物体からの戻り光を受光して物体の存在、位置、大きさ等を検出するようなあらゆる装置の同軸系タイプのビーム光投受光装置として適用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５２】
１ 光測距装置
２００ ビーム光投受光装置
２１０ 光源
２３０、３３０ プリズム（投受光分離部材）
２３１ 反射領域（外側反射面）
２３２、３３２ 透過領域
Ｄ、Ｄ１ 内側反射面
２４０ スキャンミラー
２６０ 受光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光ビームを出射する光源と、前記投光ビームを反射して対象領域内へ投光し走査するスキャンミラーと、該スキャンミラーへ向かう投光ビームの光路と、前記対象領域内の物体で反射し前記スキャンミラーで反射した戻り光の光路と、を互いに分離する投受光分離部材と、前記戻り光を受光する受光素子と、を備えたビーム光投受光装置であって、
前記投受光分離部材は、前記投光ビームをスキャンミラー方向に反射する反射面と、前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射する反射面と、を設けた１つのプリズムで形成したことを特徴とするビーム光投受光装置。
【請求項２】
投光ビームを出射する光源と、前記投光ビームを反射して対象領域内へ投光し走査するスキャンミラーと、該スキャンミラーへ向かう投光ビームの光路と、前記対象領域内の物体で反射し前記スキャンミラーで反射した戻り光の光路と、を互いに分離する投受光分離部材と、前記戻り光を受光する受光素子と、を備えたビーム光投受光装置であって、
前記投受光分離部材は、少なくとも１つのプリズムで形成し、前記プリズムの外側反射面と内側反射面のいずれか一方の反射面で、前記投光ビームをスキャンミラー方向に反射し、他方の反射面で、前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射するよう構成したことを特徴とするビーム光投受光装置。
【請求項３】
前記プリズムは、外側表面に、光ビームの反射領域と光ビームの透過領域を有すると共に、前記透過領域を透過した光ビームをプリズム内部で反射させる反射面を有する構成とし、前記外側表面の前記反射領域を外側反射面とし、透過した光ビームをプリズム内部で反射させる反射面を内側反射面とし、前記外側反射面と前記内側反射面のいずれか一方の反射面で、前記投光ビームをスキャンミラー方向に反射し、他方の反射面で、前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射するよう構成した請求項１又は２に記載のビーム光投受光装置。
【請求項４】
前記プリズムの前記外側反射面と前記内側反射面を、光源からプリズムに向かう投光ビームの投光光路とプリズムから受光素子に向かう戻り光の戻り光路とが、互いに略平行になるように形成した請求項２又は３に記載のビーム光投受光装置。
【請求項５】
前記反射領域と透過領域を、プリズムの外側表面の同じ面に形成した請求項３又は４に記載のビーム光投受光装置。
【請求項６】
前記同じ面の略中央部に前記反射領域を形成し、前記反射領域を除く部分に前記透過領域を形成するようにした請求項５に記載のビーム光投受光装置。
【請求項７】
前記反射領域を円形形状にした請求項６に記載のビーム光投受光装置。
【請求項８】
前記反射領域と透過領域を、プリズムの外側表面の２つの面に分けて形成した請求項３又は４に記載のビーム光投受光装置。
【請求項９】
前記投受光分離部材は、前記外側反射面と前記内側反射面を有するプリズムに、前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射する反射面を設けた別のプリズムを結合して構成したことを特徴とする請求項２に記載のビーム光投受光装置。
【請求項１０】
前記投受光分離部材は、外側表面に投光ビームをスキャンミラー方向に反射する外側反射面となる反射領域とスキャンミラーからの戻り光を透過させる透過領域とを有すると共に、前記透過領域を透過した戻り光をプリズム内部で受光素子方向に反射する内側反射面を有するプリズムに、前記透過領域と段差を有しスキャンミラーからの戻り光を透過させる透過領域と、当該透過領域を透過した戻り光をプリズム内部で受光素子方向に反射する内側反射面と、を有する別のプリズムを結合して構成した請求項９に記載のビーム光投受光装置。
【請求項１１】
前記光源からの投光ビームの出射タイミングと前記受光素子における戻り光の受光タイミングとに基づいて前記対象領域内の物体までの距離を計測する光測距装置に用いる請求項１〜１０のいずれか１つに記載のビーム光投受光装置。
【請求項１】
投光ビームを出射する光源と、前記投光ビームを反射して対象領域内へ投光し走査するスキャンミラーと、該スキャンミラーへ向かう投光ビームの光路と、前記対象領域内の物体で反射し前記スキャンミラーで反射した戻り光の光路と、を互いに分離する投受光分離部材と、前記戻り光を受光する受光素子と、を備えたビーム光投受光装置であって、
前記投受光分離部材は、前記投光ビームをスキャンミラー方向に反射する反射面と、前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射する反射面と、を設けた１つのプリズムで形成したことを特徴とするビーム光投受光装置。
【請求項２】
投光ビームを出射する光源と、前記投光ビームを反射して対象領域内へ投光し走査するスキャンミラーと、該スキャンミラーへ向かう投光ビームの光路と、前記対象領域内の物体で反射し前記スキャンミラーで反射した戻り光の光路と、を互いに分離する投受光分離部材と、前記戻り光を受光する受光素子と、を備えたビーム光投受光装置であって、
前記投受光分離部材は、少なくとも１つのプリズムで形成し、前記プリズムの外側反射面と内側反射面のいずれか一方の反射面で、前記投光ビームをスキャンミラー方向に反射し、他方の反射面で、前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射するよう構成したことを特徴とするビーム光投受光装置。
【請求項３】
前記プリズムは、外側表面に、光ビームの反射領域と光ビームの透過領域を有すると共に、前記透過領域を透過した光ビームをプリズム内部で反射させる反射面を有する構成とし、前記外側表面の前記反射領域を外側反射面とし、透過した光ビームをプリズム内部で反射させる反射面を内側反射面とし、前記外側反射面と前記内側反射面のいずれか一方の反射面で、前記投光ビームをスキャンミラー方向に反射し、他方の反射面で、前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射するよう構成した請求項１又は２に記載のビーム光投受光装置。
【請求項４】
前記プリズムの前記外側反射面と前記内側反射面を、光源からプリズムに向かう投光ビームの投光光路とプリズムから受光素子に向かう戻り光の戻り光路とが、互いに略平行になるように形成した請求項２又は３に記載のビーム光投受光装置。
【請求項５】
前記反射領域と透過領域を、プリズムの外側表面の同じ面に形成した請求項３又は４に記載のビーム光投受光装置。
【請求項６】
前記同じ面の略中央部に前記反射領域を形成し、前記反射領域を除く部分に前記透過領域を形成するようにした請求項５に記載のビーム光投受光装置。
【請求項７】
前記反射領域を円形形状にした請求項６に記載のビーム光投受光装置。
【請求項８】
前記反射領域と透過領域を、プリズムの外側表面の２つの面に分けて形成した請求項３又は４に記載のビーム光投受光装置。
【請求項９】
前記投受光分離部材は、前記外側反射面と前記内側反射面を有するプリズムに、前記スキャンミラーからの戻り光を受光素子方向に反射する反射面を設けた別のプリズムを結合して構成したことを特徴とする請求項２に記載のビーム光投受光装置。
【請求項１０】
前記投受光分離部材は、外側表面に投光ビームをスキャンミラー方向に反射する外側反射面となる反射領域とスキャンミラーからの戻り光を透過させる透過領域とを有すると共に、前記透過領域を透過した戻り光をプリズム内部で受光素子方向に反射する内側反射面を有するプリズムに、前記透過領域と段差を有しスキャンミラーからの戻り光を透過させる透過領域と、当該透過領域を透過した戻り光をプリズム内部で受光素子方向に反射する内側反射面と、を有する別のプリズムを結合して構成した請求項９に記載のビーム光投受光装置。
【請求項１１】
前記光源からの投光ビームの出射タイミングと前記受光素子における戻り光の受光タイミングとに基づいて前記対象領域内の物体までの距離を計測する光測距装置に用いる請求項１〜１０のいずれか１つに記載のビーム光投受光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−６８３５０（Ｐ２０１２−６８３５０Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１７１２（Ｐ２０１０−２１１７１２）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【出願人】（３９１００９９３６）株式会社住田光学ガラス (59)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【出願人】（３９１００９９３６）株式会社住田光学ガラス (59)
【Ｆターム（参考）】
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