距離測定装置

【課題】偏向素子へレーザ光を導くための光学部品を測定範囲内に配置した場合でも死角を形成することなく、広角な範囲を測定可能な距離測定装置を提供する。
【解決手段】レーザ光を用いて測定対象との距離を測定する距離測定装置であって、
レーザ光を出力するレーザ出力部１と、第１の方向に偏光したレーザ光を第１の方向と異なる第２の方向に偏光するとともに測定対象へ向けて偏向する偏向部３と、測定対象の測定範囲内に配置され、第１の方向に偏光したレーザ光を反射して偏向部３へ導き、且つ第２の方向に偏光したレーザ光を透過可能な第１の反射型偏光板２と、第１の反射型偏光板２を保持し、且つ第２の方向に偏光したレーザ光を透過する透明保持体６とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離測定装置（レーザレーダ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、環境認識や障害物検出等を用途として、レーザ光を用いて測定対象との距離を測定する距離測定装置が利用されている。
【０００３】
距離測定装置の一つとして、１素子２軸の偏向素子によりレーザ光を２次元方向に偏向（走査）することにより３次元形状を測定するものが知られている。このような距離測定装置において、レーザ光を出力するレーザ出力部自体、又はレーザ光を偏向素子へ導くための反射ミラー等の光学部品は、レーザ光を偏向したときにその裏側が死角とならないように測定範囲外に設置されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９８５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、測定範囲が広くなると、レーザ出力部自体、又はレーザ光を偏向素子へ導くための光学部品は、偏向ミラーから測定中心部へ出射するレーザ光の光軸から大きく外して設置することとなる。そのため、レーザ出力部又光学部品から偏向素子へのレーザ光の入射角の偏りが大きくなり、十分な測定範囲を走査することは困難であった。
【０００６】
上記問題点を鑑み、本発明の目的は、偏向素子へレーザ光を導くための光学部品を測定範囲内に配置した場合でも死角を形成することなく、広角な範囲を測定可能な距離測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、レーザ光を用いて測定対象との距離を測定する距離測定装置であって、レーザ光を出力するレーザ出力部（１）と、第１の方向に偏光したレーザ光を第１の方向と異なる第２の方向に偏光するとともに測定対象へ向けて偏向する偏向部（３）と、測定対象の測定範囲内に配置され、第１の方向に偏光したレーザ光を反射して偏向部（３）へ導き、且つ第２の方向に偏光したレーザ光を透過可能な第１の反射型偏光板（２）と、第１の反射型偏光板（２）を保持し、且つ第２の方向に偏光したレーザ光を透過する透明保持体（６）とを備える距離測定装置が提供される。
【０００８】
本発明の一態様において、測定対象で反射したレーザ光を反射するハーフミラー（４）と、ハーフミラー（４）により反射したレーザ光を受光する受光部（５）とを更に備えていても良い。
【０００９】
本発明の一態様において、偏向部（３）は、第１の反射型偏光板（２）で反射されたレーザ光を測定対象へ向けて偏向する偏向ミラー（３２）と、偏向ミラー（３２）の第１の反射型偏光板（２）と対向する表面に接着された１／４波長板（３１）とを備えていても良い。
【００１０】
本発明の一態様において、偏向部（３）は、第１の反射型偏光板（２）で反射されたレーザ光を測定対象へ向けて偏向する偏向ミラー（３２）と、偏向ミラー（３２）の第１の反射型偏光板（２）と対向する表面に接着され、レーザ光の偏光面を４５度回転させるファラデー偏光子とを備えていても良い。
【００１１】
本発明の一態様において、偏向部（３）は、第１及び第２の方向と異なる第３の方向に偏光したレーザ光を反射して測定対象へ向けて偏向する第２の反射型偏光板（３４）と、第１の反射型偏光板（２）及び第２の反射型偏光板（３４）の対向するいずれかの表面に接着され、レーザ光の偏光面を４５度回転させるファラデー偏光子（３３）とを備えていても良い。更に、第２の反射型偏光板（３４）が、レーザ出力部（１）とファラデー偏光子（３３）との間に配置され、第１〜第３の方向と異なる第４の方向に偏光したレーザ光を透過しても良い。
【００１２】
本発明の一態様において、第１の反射型偏光板（２）が、透明保持体（６）の一部に貼り付けられ、偏向部（３）により偏向されたレーザ光の偏向方向によってレーザ光の一部又は全てが第１の反射型偏光板（２）に入射することなく透明保持体（６）を透過しても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、偏向素子へレーザ光を導くための光学部品を測定範囲内に配置した場合でも死角を形成することなく、広角な範囲を測定可能な距離測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る距離測定装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る距離測定方法（測定中心部の測定時）の一例を説明するための概略図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る距離測定方法（測定中心部以外の測定時）の一例を説明するための概略図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る距離測定方法（測定中心部以外の測定時）の一例を説明するための他の概略図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ光の振れ角解析の解析結果を示す画像である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る距離測定装置の一例を示す概略図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る距離測定方法（測定中心部の測定時）の一例を説明するための偏光状態を表す概念図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る距離測定方法（測定中心部の測定時）の一例を説明するための概略図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る距離測定方法（測定中心部以外の測定時）の一例を説明するための概略図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る距離測定方法（測定中心部以外の測定時）の一例を説明するための他の概略図である。
【図１１】本発明のその他の実施の形態に係る距離測定装置の一例を示す概略図である。
【図１２】比較例に係る距離測定装置を示す概略図である。
【図１３】比較例に係る距離測定装置を示す概略図である。
【図１４】比較例に係るレーザ光の振れ角解析の解析結果を示す画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面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ことはもちろんである。
【００１６】
また、以下に示す第１及び第２の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る距離測定装置は、レーザ光を用いて測定対象との距離を測定する距離測定装置であって、図１に示すように、レーザ光を出力するレーザ出力部１と、第１の方向に偏光したレーザ光を第１の方向と異なる第２の方向に偏光するとともに測定対象へ向けて偏向する偏向部３と、測定対象の測定範囲内に配置され、第１の方向に偏光したレーザ光を反射して偏向部３へ導き、且つ第２の方向に偏光したレーザ光を透過可能な第１の反射型偏光板２と、第１の反射型偏光板２を保持し、且つ第２の方向に偏光したレーザ光を透過する透明保持体６とを備える。
【００１８】
レーザ出力部１は、測定範囲外に配置されている。レーザ出力部１は、例えば光線の進行方向に対して水平方向（９０度）に偏光したレーザ光を出力する。レーザ出力部１としては、例えば半導体レーザ等が使用可能である。
【００１９】
図１に示した反射型偏光板２は、例えば測定中心部へ偏向するときのレーザ光の光軸上に配置されている。反射型偏光板２は、第１の方向に偏光したレーザ光（例えばｓ偏光）を反射し、第２の方向に偏光したレーザ光（例えばｐ偏光）を透過する。
【００２０】
偏向部３は、反射型偏光板２で反射されたレーザ光を測定対象へ向けて偏向する偏向ミラー３２と、偏向ミラー３２の反射型偏光板２と対向する表面に接着された１／４波長板３１とを備える。
【００２１】
偏向ミラー３２は、レーザ光を２次元方向に偏向（走査）する。偏向ミラー３２としては、例えばＭＥＭＳミラー等が使用可能であり、磁石、モータ又は共振等により回転駆動することが可能である。
【００２２】
透明保持体６の材料としては、ガラス等が使用可能である。透明保持体６は第１の反射型偏光板２を保持可能であれば良く、透明保持体６の形状は特に限定されない。第１の反射型偏光板２が、透明保持体６の一部に貼り付けられている。偏向部３により偏向されたレーザ光の偏向方向によって、レーザ光の一部又は全てが第１の反射型偏光板２に入射することなく透明保持体６を透過する。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態に係る距離測定装置は、測定対象で反射したレーザ光を反射するハーフミラー４と、ハーフミラー４により反射した光を受光する受光部５とを更に備える。
【００２４】
ハーフミラー４は、レーザ出力部１と反射型偏光板２との間に配置されている。ハーフミラー４は、レーザ出力部１から出力されたレーザ光を透過する。
【００２５】
受光部５は、測定範囲外に配置されている。レーザ光を出力してから受光するまでの時間又はレーザ光の位相差等から、測定対象までの距離を測定可能である。
【００２６】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る距離測定装置を用いた距離測定方法の一例を、図１〜図３を用いて説明する。
【００２７】
（イ）図１に示したレーザ出力部１は、光線の進行方向に対して水平方向（９０度）に偏光したレーザ光（実線矢印で図示）を出力する。出力されたレーザ光は、ハーフミラー４を透過した後、反射型偏光板２にｓ偏光として入射するため、反射型偏光板２で反射する。
【００２８】
（ロ）反射型偏光板２で反射したレーザ光は、１／４波長板３１に入射し、円偏光となる。更に、偏向ミラー３２で反射したときに逆回りの円偏光となり、１／４波長板３１に入射する。１／４波長板３１により、レーザ光（点線矢印で図示）は最初に１／４波長板３１に入射する前の直線偏光光に対して９０度回転した直線偏光光となる。
【００２９】
（ハ）偏向ミラー３２で反射したレーザ光は、図１に示すように測定中心部を測定する時、反射型偏光板２にｐ偏光として入射するため、反射型偏光板２を透過し、透明保持体６を透過して射出される。
【００３０】
（ニ）その後、測定対象で反射したレーザ光は、図２に示すように射出時と逆向きに透明保持体６を透過し、反射型偏光板２を透過し、１／４波長板３１を介して偏向ミラー３２で反射し、反射型偏光板２で反射し、ハーフミラー４で反射して受光部５により受光される。
【００３１】
（ホ）一方、測定中心部以外を測定する時は、図３に示すように偏向ミラー３２が回転駆動する。偏向ミラー３２により偏向されたレーザ光は反射型偏光板２に入射せずに透明保持体６を透過し、測定対象へ向けて射出される。なお、測定中心部以外を測定する場合であっても、測定中心部近傍を測定する場合には、偏向ミラー３２により偏向されたレーザ光は反射型偏光板２を透過するのは勿論である。
【００３２】
（ヘ）その後、測定対象で反射したレーザ光は、図４に示すように射出時と逆向きに、透明保持体６を透過し、１／４波長板３１を介して偏向ミラー３２で反射し、反射型偏光板２で反射し、ハーフミラー４で反射して受光部５により受光される。
【００３３】
本発明の第１の実施の形態に係る距離測定装置によれば、偏向ミラー３２へレーザ光を導くための反射型偏光板２を測定範囲内（偏向ミラー３２の偏向範囲内）に配置した場合でも、反射型偏光板２の裏側も死角なく広角な範囲を測定可能となる。
【００３４】
ここで、比較例に係る距離測定装置を説明する。比較例に係る距離測定装置は、図１２に示すように、レーザ出力部１０１により出力されたレーザ光を偏向ミラー１０２が偏向する構成である。この場合、レーザ出力部１０１の裏側が死角となるため、レーザ出力部１０１は測定範囲外に配置される。測定範囲を広くとろうとした場合、図１３に示すようにレーザ出力部１０１は、偏向ミラー１０２から測定中心部へ出射するレーザ光の光軸から大きく外れる。そのため、偏向ミラー３２への入射角の偏りが大きくなる。
【００３５】
図１３に示すように測定中心部へ偏向するときの偏向ミラー１０２への入射角が４５度の場合を比較例として振れ角解析を行った。その解析結果を図１４に示す。同心円が１０度毎の間隔を示し、黒色の点が測定点を示す。図１４において、上部と下部で走査範囲が異なり、十分な測定範囲を走査できていないことが分かる。これに対して本発明の第１の実施の形態に係る距離測定装置の振れ角解析の解析結果を図５に示す。図５において、広角の周辺部まで十分に測定できていることが分かる。
【００３６】
なお、図１に示した１／４波長板３１の代わりに、レーザ光の偏光面を回転させるファラデー偏光子を備えていても良い。ファラデー偏光子としては、例えばガーネット単結晶膜等が使用可能である。この場合、反射型偏光板２により反射されたレーザ光はファラデー偏光子により例えば４５度回転し、偏向ミラー３２で反射する。このレーザ光は再びファラデー偏光子に入射し４５度回転するため、結果として９０度回転したレーザ光が射出される。よって、図１に示した１／４波長板３１を有する場合と同等の効果を奏することができる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る距離測定装置は、レーザ光を用いて測定対象との距離を測定する距離測定装置であって、図６に示すように、レーザ光を出力するレーザ出力部１と、第１の方向に偏光したレーザ光を第１の方向と異なる第２の方向に偏光するとともに測定対象へ向けて偏向する偏向部３と、測定対象の測定範囲内に配置され、第１の方向に偏光したレーザ光を反射して偏向部３へ導き、且つ第２の方向に偏光したレーザ光を透過可能な第１の反射型偏光板２と、第１の反射型偏光板２を保持し、且つ第２の方向に偏光したレーザ光を透過する透明保持体７とを備える。
【００３８】
第１の反射型偏光板２は、第１の方向（例えば４５度）に偏光するレーザ光を反射し、且つ第２の方向（例えば１３５度）に偏光するレーザ光を透過する。
【００３９】
偏向部３は、第２の反射型偏光板３４と、第１の反射型偏光板２の第２の反射型偏光板３４と対向する表面に接着され、レーザ光の偏光面を４５度回転させるファラデー偏光子３３とを備える。
【００４０】
第２の反射型偏光板３４は、レーザ出力部１とファラデー偏光子３３との間に配置されている。第２の反射型偏光板３４は、モータや共振等により回転駆動することが可能である。第２の反射型偏光板３４は、第３の方向（例えば９０度）に偏光したレーザ光を反射して、測定対象へ向けて２次元方向に偏向する。更に、第２の反射型偏光板３４は、第４の方向（例えば０度）に偏光したレーザ光を透過する。
【００４１】
ファラデー偏光子３３としては、例えばガーネット単結晶膜等が使用可能である。ファラデー偏光子３３は、第２の反射型偏光板３４を透過した第４の方向（例えば０度）に偏光したレーザ光の偏光面を第１の方向（例えば４５度）に回転させる。更に、ファラデー偏光子３３は、第１の反射型偏光板２で反射した第１の方向（例えば４５度）に偏光したレーザ光の偏光面を第３の方向（例えば９０度）に回転させる。更に、第２の反射型偏光板３４で反射した第３の方向（例えば９０度）に偏光したレーザ光の偏光面を第２の方向（例えば１３５度）に回転させる。
【００４２】
本発明の第２の実施の形態に係る距離測定装置の他の構成は、本発明の第１の実施の形態と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る距離測定装置を用いた距離測定方法の一例を、図６〜図９を用いて説明する。
【００４４】
（イ）図６及び図７に示すように、レーザ出力部１が、光線の進行方向に対して垂直方向（０度）に偏光したレーザ光を出力する。レーザ出力部１から出力されたレーザ光は、ハーフミラー４を透過した後、第２の反射型偏光板３４を透過し、ファラデー偏光子３３で４５度回転する。
【００４５】
（ロ）４５度回転したレーザ光は、第１の反射型偏光板２で反射して再びファラデー偏光子３３で４５度回転する。この結果、最初の偏光状態に対して９０度回転する。
【００４６】
（ハ）９０度回転したレーザ光は第２の反射型偏光板３４に反射され、測定対象に向けて偏向される。
【００４７】
（ニ）図６及び図７に示すように、測定中心部を測定する時には、第２の反射型偏光板３４で反射したレーザ光はファラデー偏光子３３に入射して４５度回転する。この結果、最初の偏光状態に対して１３５度回転する。そして、レーザ光は第１の反射型偏光板２に反射時から９０度回転して入射することとなり、第１の反射型偏光板２を透過し、透明保持体７を透過して測定対象へ向けて射出する。
【００４８】
（ホ）その後、測定対象で反射したレーザ光は、図８に示すように射出時と逆向きに、透明保持体７を透過し、第１の反射型偏光板２を透過し、ファラデー偏光子３３を介して第２の反射型偏光板３４で反射し、ファラデー偏光子３３を介して第１の反射型偏光板２で反射し、第２の反射型偏光板３４を透過し、ハーフミラー４で反射して受光部５により受光される。
【００４９】
（ヘ）一方、測定中心部以外を測定するときは、図９に示すように第２の反射型偏光板３４が回転駆動し、測定対象へ向けてレーザ光を偏向する。偏向されたレーザ光はファラデー偏光子３３及び第１の反射型偏光板２に入射せず、透明保持体７を透過し、測定対象に向けて射出される。なお、測定中心部以外を測定する場合であっても、測定中心部近傍を測定する場合には、偏向されたレーザ光はファラデー偏光子３３及び第１の反射型偏光板２を透過するのは勿論である。
【００５０】
（ト）その後、測定対象で反射したレーザ光は、図１０に示すように射出時と逆向きに、透明保持体７を透過し、第２の反射型偏光板３４で反射し、ファラデー偏光子３３を介して第１の反射型偏光板２で反射し、第２の反射型偏光板３４を透過し、ハーフミラー４で反射して受光部５により受光される。
【００５１】
本発明の第２の実施の形態に係る距離測定装置によれば、第２の反射型偏光板３４へレーザ光を導くための第１の反射型偏光板２を測定範囲内（第２の反射型偏光板３４の偏向範囲内）に配置した場合でも、第１の反射型偏光板２の裏側も死角なく広角な範囲を測定可能となる。
【００５２】
更に、レーザ出力部１が、第２の反射型偏光板３４により測定中心部へ偏向するときのレーザ光の光軸上に配置することができる。この結果、第１の反射型偏光板２は、測定中心部へ偏向するときのレーザ光射出角を０度とすることができ、測定中心部へ射出したレーザ光の光軸から傾けて取り付けなければならない場合に比べて、カバーガラス等への設置が容易となる。
【００５３】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５４】
例えば、本発明の第１及び第２の実施の形態において、レーザ出力部１から出力されるレーザ光の偏光方向（振動方向）や、（第１の）反射型偏光板２、第２の反射型偏光板３４が透過及び反射するレーザ光の偏光方向（振動方向）、ファラデー偏光子３３が偏向面を回転させる度合いは特に限定されず、各部品の相対関係に応じて適宜選択可能である。
【００５５】
また、本発明の第１及び第２の実施の形態において、（第１の）反射型偏光板２は測定中心部を測定するときの光軸上に配置する場合を説明したが、必ずしも中心部を測定するときの光軸上に配置しなくても良く、測定範囲内に配置されていれば良い。
【００５６】
また、本発明の第１及び第２の実施の形態において、測定対象により反射されたレーザ光を受光するための部品としてハーフミラー４及び受光部５を説明したが、測定対象により反射されたレーザ光を受光するための部品は特に限定されず、適宜使用可能である。
【００５７】
また、本発明の第２の実施の形態において、レーザ出力部１からレーザ光を第２の反射型偏光板３４に入射させる場合を説明したが、レーザ出力部１の配置位置を変更する等して、第２の反射型偏光板３４を透過させずに直接ファラデー偏光子３３に入射させても良い。
【００５８】
また、本発明の第２の実施の形態において、ファラデー偏光子３３は、第１の反射型偏光板２と接着されている場合を説明したが、図１１に示すように、ファラデー偏光子３３は、第２の反射型偏光板３４に接着されていても良い。
【００５９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１…レーザ出力部
２…（第１の）反射型偏光板
３…偏向部
４…ハーフミラー
５…受光部
６，７…透明保持体
３１…１／４波長板
３２…偏向ミラー
３３…ファラデー偏光子
３４…第２の反射型偏光板

【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を用いて測定対象との距離を測定する距離測定装置であって、
前記レーザ光を出力するレーザ出力部と、
第１の方向に偏光した前記レーザ光を前記第１の方向と異なる第２の方向に偏光するとともに前記測定対象へ向けて偏向する偏向部と、
前記測定対象の測定範囲内に配置され、前記第１の方向に偏光したレーザ光を反射して前記偏向部へ導き、且つ前記第２の方向に偏光したレーザ光を透過可能な第１の反射型偏光板と、
前記第１の反射型偏光板を保持し、且つ前記第２の方向に偏光したレーザ光を透過する透明保持体と
を備えることを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記測定対象で反射したレーザ光を反射するハーフミラーと、
前記ハーフミラーにより反射したレーザ光を受光する受光部と
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記偏向部は、
前記第１の反射型偏光板で反射されたレーザ光を前記測定対象へ向けて偏向する偏向ミラーと、
前記偏向ミラーの第１の反射型偏光板と対向する表面に接着された１／４波長板と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記偏向部は、
前記第１の反射型偏光板で反射されたレーザ光を前記測定対象へ向けて偏向する偏向ミラーと、
前記偏向ミラーの前記第１の反射型偏光板と対向する表面に接着され、前記レーザ光の偏光面を４５度回転させるファラデー偏光子と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記偏向部は、
前記第１及び第２の方向と異なる第３の方向に偏光した前記レーザ光を前記測定対象へ向けて偏向する第２の反射型偏光板と、
前記第１の反射型偏光板及び第２の反射型偏光板の対向するいずれかの表面に接着され、前記レーザ光の偏光面を４５度回転させるファラデー偏光子と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の距離測定装置。
【請求項６】
前記第２の反射型偏光板が、前記レーザ出力部と前記ファラデー偏光子との間に配置され、前記第１〜第３の方向と異なる第４の方向に偏光したレーザ光を透過することを特徴とする請求項５に記載の距離測定装置。
【請求項７】
前記第１の反射型偏光板が、前記透明保持体の一部に貼り付けられ、前記偏向部により偏向されたレーザ光の偏向方向によってレーザ光の一部又は全てが前記第１の反射型偏光板に入射することなく前記透明保持体を透過することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の距離測定装置。

【図１】