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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024034338
(43)【公開日】2024-03-13
(54)【発明の名称】測距装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20240306BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 A
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022138517
(22)【出願日】2022-08-31
(71)【出願人】
【識別番号】000006220
【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】田中 豊樹
(72)【発明者】
【氏名】西山 隆彦
(72)【発明者】
【氏名】山田 健介
(72)【発明者】
【氏名】木村 祐司
【テーマコード（参考）】
2F112
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AD01
2F112BA03
2F112CA12
2F112DA04
2F112DA08
2F112DA09
2F112DA11
2F112DA15
2F112DA21
2F112DA25
2F112DA28
2F112EA05
2F112GA01
5J084AA05
5J084AA10
5J084AD01
5J084AD02
5J084BA04
5J084BA35
5J084BA36
5J084BA38
5J084BA40
5J084BA50
5J084BB02
5J084BB04
5J084BB15
5J084BB24
5J084BB25
5J084BB26
5J084CA03
5J084CA07
5J084DA01
5J084EA07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】測定可能な距離の範囲を広く確保可能な測距装置を提供すること。
【解決手段】本測距装置（１００）は、物体（２００）との間の距離を測定する測距装置であって、照射部（１２０）と、照射部からの光（Ｌ２）が物体により反射または散乱された光である戻り光（Ｒ）を透過する第２レンズ（７）と、第２レンズを透過した戻り光（Ｒ）に基づいて受光情報を出力する受光部（８）と、受光部からの受光情報（Ｓ）に基づき、物体との間の距離情報を出力する出力部と、を有し、第１レンズ（４）は、予め定められた、測定可能な最大距離離れた物体の位置において、照射部（１２０）により照射される光（Ｌ２）の直径が最小になるように、発光部（３）からの光（ＬＯ）の広がり角βを規定し、第２レンズの焦点距離をｆ、１つの前記受光部の有効径をｄとすると、第２レンズのｄ/ｆはベータより小さい。
【選択図】図４
【解決手段】本測距装置（１００）は、物体（２００）との間の距離を測定する測距装置であって、照射部（１２０）と、照射部からの光（Ｌ２）が物体により反射または散乱された光である戻り光（Ｒ）を透過する第２レンズ（７）と、第２レンズを透過した戻り光（Ｒ）に基づいて受光情報を出力する受光部（８）と、受光部からの受光情報（Ｓ）に基づき、物体との間の距離情報を出力する出力部と、を有し、第１レンズ（４）は、予め定められた、測定可能な最大距離離れた物体の位置において、照射部（１２０）により照射される光（Ｌ２）の直径が最小になるように、発光部（３）からの光（ＬＯ）の広がり角βを規定し、第２レンズの焦点距離をｆ、１つの前記受光部の有効径をｄとすると、第２レンズのｄ/ｆはベータより小さい。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
物体との間の距離を測定する測距装置であって、
発光部からの光を透過する第１レンズと、
前記第１レンズを透過した光を前記物体に照射する照射部と、
前記照射部からの光が前記物体により反射または散乱された光である戻り光を透過する第２レンズと、
前記第２レンズを透過した前記戻り光に基づいて受光情報を出力する受光部と、
前記受光部からの前記受光情報に基づき、前記物体との間の距離情報を出力する出力部と、を有し、
前記第１レンズは、予め定められた、測定可能な最大距離離れた前記物体の位置において、前記照射部により照射される光の直径が最小になるように、前記発光部からの光の広がり角βを規定し、
前記第２レンズの焦点距離をｆ、１つの前記受光部の有効径をｄとすると、前記第２レンズは、以下の式（１）を充足する、測距装置。
発光部からの光を透過する第１レンズと、
前記第１レンズを透過した光を前記物体に照射する照射部と、
前記照射部からの光が前記物体により反射または散乱された光である戻り光を透過する第２レンズと、
前記第２レンズを透過した前記戻り光に基づいて受光情報を出力する受光部と、
前記受光部からの前記受光情報に基づき、前記物体との間の距離情報を出力する出力部と、を有し、
前記第１レンズは、予め定められた、測定可能な最大距離離れた前記物体の位置において、前記照射部により照射される光の直径が最小になるように、前記発光部からの光の広がり角βを規定し、
前記第２レンズの焦点距離をｆ、１つの前記受光部の有効径をｄとすると、前記第２レンズは、以下の式（１）を充足する、測距装置。
【数1】
【請求項2】
前記第２レンズの有効径をφとすると、前記第２レンズによる結像において、次の式（２）および式（３）により表される第１距離Ｌａに位置する前記物体に対して焦点が合う、請求項１に記載の測距装置。
【数2】
【数3】
【請求項3】
前記第１レンズを透過した光を複数に分割する光分割部材を有し、
前記照射部は、前記光分割部材により分割された複数の光を前記物体に照射し、
前記受光部は、前記光分割部材により分割された複数の光それぞれと対をなす複数の受光部を含み、前記第２レンズを透過した複数の前記戻り光に基づいて、前記複数の受光部それぞれによる前記受光情報を出力する、請求項２に記載の測距装置。
前記照射部は、前記光分割部材により分割された複数の光を前記物体に照射し、
前記受光部は、前記光分割部材により分割された複数の光それぞれと対をなす複数の受光部を含み、前記第２レンズを透過した複数の前記戻り光に基づいて、前記複数の受光部それぞれによる前記受光情報を出力する、請求項２に記載の測距装置。
【請求項4】
前記光分割部材は回折格子であり、
前記複数の受光部のうち隣り合う前記受光部同士の間隔をｐ、前記回折格子による回折角をγとすると、前記第２レンズによる結像において、次の式（５）、式（６）および式（７）により表される第３距離Ｌｃよりも遠方に位置する前記物体に対する前記距離情報の演算処理は、近距離に位置する前記物体に対する前記距離情報の演算処理とは異なる、請求項３に記載の測距装置。
前記複数の受光部のうち隣り合う前記受光部同士の間隔をｐ、前記回折格子による回折角をγとすると、前記第２レンズによる結像において、次の式（５）、式（６）および式（７）により表される第３距離Ｌｃよりも遠方に位置する前記物体に対する前記距離情報の演算処理は、近距離に位置する前記物体に対する前記距離情報の演算処理とは異なる、請求項３に記載の測距装置。
【数5】
【数6】
【数7】
【請求項5】
前記照射部は、少なくとも１つの方向に走査される光を前記物体に照射する、請求項１または請求項２に記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測距装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、物体との間の距離を測定する測距装置が知られている。このような測距装置は、ロボットや、自動車、飛行体等の移動体に搭載され、移動体の周囲に存在する物体を認識する用途等において使用される。
【0003】
上記測距装置には、投受光部と、投受光部から投光された光を走査させる第１偏向機構および第２偏向機構と、を備え、投光された光の投光時期と、該光の物体による反射光の受光時期との時間差から、物体との間の距離を測定するものが開示されている（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２０１４－１０９６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
測距装置では、測定可能な距離の範囲に広く確保することが求められる。
【0006】
本発明は、測定可能な距離の範囲を広く確保可能な測距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】
【0007】
本測距装置（１００）は、物体（２００）との間の距離を測定する測距装置であって、発光部（３）からの光（Ｌ０）を透過する第１レンズ（４）と、第１レンズ（４）を透過した光（Ｌ２）を物体（２００）に照射する照射部（１２０）と、照射部（１２０）からの光（Ｌ２）が物体（２００）により反射または散乱された光である戻り光（Ｒ）を透過する第２レンズ（７）と、第２レンズ（７）を透過した戻り光（Ｒ）に基づいて受光情報を出力する受光部（８）と、受光部（８）からの受光情報（Ｓ）に基づき、物体（２００）との間の距離情報（Ｄｔ）を出力する出力部（４０５）と、を有し、第１レンズ（４）は、予め定められた、測定可能な最大距離（Ｌｘ）離れた物体（２００）の位置において、照射部（１２０）により照射される光（Ｌ２）の直径が最小になるように、発光部（３）からの光（Ｌ０）の広がり角βを規定し、第２レンズ（７）の焦点距離をｆ、１つの前記受光部の有効径をｄとすると、第２レンズ（７）は以下の式（１）を充足する。
【0008】
【数1】
【0009】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、測定可能な距離の範囲を広く確保可能な測距装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施形態に係る測距装置の全体構成を例示する斜視図である。
【図4】実施形態に係る測距装置の構成例のブロック図である。
【図6】実施形態に係る測距装置の同期検出部の構成例の図である。
【図7】実施形態に係る測距装置における走査光の照射例の図である。
【図8】比較例に係る物体の距離と戻り光直径との関係例の図である。
【図9】実施形態に係る物体の距離と戻り光直径との関係例の図である。
【図10】隣り合う受光部同士の間隔を例示する図である。
【図11】実施形態に係る測距装置の制御部のハードウェア構成例の図である。
【図12】実施形態に係る測距装置の制御部の機能構成例のブロック図である。
【図13】実施形態に係る測距装置の制御部による処理例のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の構成部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。
【0013】
以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための測距装置を例示するものであって、本発明を以下に示す実施形態に限定するものではない。以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。
【0014】
以下に示す図でＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸により方向を示す場合があるが、Ｚ軸に沿うＺ方向は、実施形態に係る測距装置が備える第２駆動体の回転軸である第２軸に沿う方向を示す。Ｘ軸に沿うＸ方向は、Ｚ方向に交差する方向を示す。Ｙ軸に沿うＹ方向は、Ｘ軸およびＺ軸の両方に交差する方向を示す。
【0015】
また、Ｘ方向で矢印が向いている方向を＋Ｘ方向、＋Ｘ方向の反対方向を－Ｘ方向と表記し、Ｙ方向で矢印が向いている方向を＋Ｙ方向、＋Ｙ方向の反対方向を－Ｙ方向と表記し、Ｚ方向で矢印が向いている方向を＋Ｚ方向、＋Ｚ方向の反対方向を－Ｚ方向と表記する。但し、これらは測距装置の使用時における向きを制限するものではなく、測距装置は任意の向きに配置可能である。
【0016】
［第１実施形態］
以下、サービスロボットに搭載され、サービスロボットの進行方向または周囲に存在する物体との間の距離をＴＯＦ（Time of Flight）方式で測定する測距装置を一例として、実施形態を説明する。
以下、サービスロボットに搭載され、サービスロボットの進行方向または周囲に存在する物体との間の距離をＴＯＦ（Time of Flight）方式で測定する測距装置を一例として、実施形態を説明する。
【0017】
サービスロボットとは、工場内での資材運搬、接客施設での商品運搬および案内業務、施設内警備、或いは清掃等の主に役務の目的で使用される自律移動型の移動体をいう。移動体とは移動可能な物体をいう。サービスロボットに搭載される測距装置は、サービスロボットの進行方向または周囲に存在する物体を検出したり、サービスロボットが動作する施設の施設内地図等を作成したりするために使用される。
【0018】
＜測距装置１００の構成例＞
（全体構成）
図１から図３を参照して、実施形態に係る測距装置１００の構成の一例を説明する。図１は、測距装置１００の全体構成を例示する斜視図である。図２は、測距装置１００における発光部および受光部の周辺を例示する斜視図である。図３は測距装置１００における照射部１２０を例示する斜視図である。
（全体構成）
図１から図３を参照して、実施形態に係る測距装置１００の構成の一例を説明する。図１は、測距装置１００の全体構成を例示する斜視図である。図２は、測距装置１００における発光部および受光部の周辺を例示する斜視図である。図３は測距装置１００における照射部１２０を例示する斜視図である。
【0019】
測距装置１００は、物体との間の距離を測定する。図１から図３に示すように、測距装置１００は、照射部１２０と、台部１と、保持部２と、発光部３と、第１レンズ４と、穴あきミラー６と、第２レンズ７と、５つの受光部８と、イケール９と、を有する。
【0020】
照射部１２０は、走査される光を物体に照射する。本実施形態では、照射部１２０は、回転反射体５と、回転ステージ１０と、を含む。照射部１２０は、第１方向および第１方向と交差する第２方向に走査される光を物体に照射する。本実施形態では、第１方向は、Ａ１周り（図１の配置の場合は垂直方向）に対応する。第１方向については、別途図１０を用いて説明においても述べる。第２方向は、Ａ２周り（同じく図１の配置の場合は水平方向）に対応する方向である。
【0021】
台部１は、保持部２と回転ステージ１０が設けられた平板状の部材である。台部１は、－Ｚ方向側の面上における相互に異なる領域に、保持部２と回転ステージ１０とを固定している。回転ステージ１０は、台部１の＋Ｙ方向側の領域にネジ部材等により固定されている。保持部２は、台部１における回転ステージ１０の－Ｙ方向側の領域に、結合部材１１を介してネジ部材等により固定されている。
【0022】
台部１は、その材質に特段の制限はないが、回転ステージ１０は重量が大きい場合があるため、金属材料等の剛性が高い材料を含んで構成されることが好ましい。台部１は、平板状の部材に限られず、回転ステージ１０と保持部２を設置可能であれば如何なるものであってもよい。例えばサービスロボットの筐体に保持部２と回転ステージ１０が設置される場合には、サービスロボットの筐体が台部に対応する。
【0023】
保持部２は、天井パネル２１と背面パネル２２とが結合して構成された部材である。天井パネル２１および背面パネル２２は、それぞれ平板状の部材である。天井パネル２１および背面パネル２２は、その材質に特段の制限はなく、例えば金属材料または樹脂材料等を適用可能である。
【0024】
天井パネル２１の＋Ｚ方向側の面には、発光部３、第１レンズ４および穴あきミラー６が設けられている。背面パネル２２の＋Ｙ方向側の面には、第２レンズ７および５つの受光部８が設けられている。
【0025】
発光部３は、光を発する。例えば、発光部３は、ＬＤ（Laser Diode：半導体レーザ）である。発光部３は、パルス光であるレーザ光Ｌ０を＋Ｚ方向側に発する。但し、発光部は、ＬＥＤ（light emitting diode：発光ダイオード）等であってもよい。レーザ光Ｌ０の波長は、近赤外波長領域等の非可視の波長領域のレーザ光であると、人間にレーザ光を視認させずに測距可能な点において好適である。
【0026】
第１レンズ４は、ガラス材料または樹脂材料を含んで構成される。第１レンズ４は、レーザ光Ｌ０を略コリメート（略平行化）する。第１レンズ４は必須の構成部ではない。但し、測距装置１００は、第１レンズ４を有することにより、発光部３から発せられたレーザ光Ｌ０の広がりを抑制でき、光利用効率を向上させることができる。
【0027】
第１レンズ４によりコリメートされたレーザ光Ｌ０は、光分割部材４１に入射する。光分割部材４１は、発光部３からのレーザ光Ｌ０を複数に分割する。光分割部材４１は、例えば回折格子である。光分割部材４１は、レーザ光Ｌ０を５つの分割光Ｌ１に分割する。５つの分割光Ｌ１は、穴あきミラー６に設けられた貫通孔６１を通過した後、回転反射体５に入射する。分割光Ｌ１の数は、複数であれば、要求される空間分解能等に応じて適宜選択可能である。なお、光分割部材４１により得られる５つの分割光Ｌ１の詳細については、別途図５を参照して述べる。
【0028】
回転反射体５は、６つの光反射面５１を有する。回転反射体５は、回転により光反射面５１の角度を変化させることによって走査される５つの分割光Ｌ１を物体に照射する。図１における走査光Ｌ２は、光反射面５１による分割光Ｌ１の反射光であり、走査される光に対応する。換言すると、照射部１２０は、光分割部材４１により分割された５つの分割光Ｌ１それぞれが走査される光である５つの走査光Ｌ２を物体に照射できる。
【0029】
図１では、図を簡素化するため、５つの分割光Ｌ１のうちの１つのみと、５つの走査光Ｌ２のうちの１つのみと、を表示している。また図１は、５つの走査光Ｌ２のうちの１つを、任意のタイミングに＋Ｙ方向側に照射される１つのレーザビームとして表示している。
【0030】
回転反射体５は、例えばポリゴンミラーである。ポリゴンミラーは回転多面鏡である。第１軸Ａ１に沿う方向から視た回転反射体５の形状は略正六角形である。回転反射体５は、正六角形の各辺に対応する外周面に６つの光反射面５１を有する。回転反射体５は、アルミニウム等の金属材料で形成した略正六角柱状の部材の外周面を、切削または鏡面研磨することにより製作できる。但し、回転反射体５は、金属材料または樹脂材料等で形成された回転体の外周面にアルミニウム等を鏡面蒸着することにより製作されてもよい。
【0031】
光反射面５１の数は、６つに限定されず、１以上であればよい。光反射面５１の数に応じて、回転反射体５による光の走査角度範囲が異なる。例えば、光反射面５１の数が多いほど走査角度範囲は狭くなり、光反射面５１の数が少ないほど走査角度範囲は広くなる。光反射面５１の数は、要求される走査角度範囲に応じて適宜決定可能である。
【0032】
回転反射体５には、回転反射体５の中心軸と回転軸が略一致するように第１軸モータが取り付けられている。回転反射体５は、第１軸モータを駆動源にして第１軸Ａ１周りに回転する。５つの分割光Ｌ１は、第１軸Ａ１を中心にした円の円周方向に走査されるということもできる。回転反射体５の回転方向は一定である。例えば、回転反射体５は図１における第１軸回転方向Ａ１１に沿って連続回転する。但し、回転反射体５は、第１軸回転方向Ａ１１とは反対方向に連続回転してもよい。
【0033】
図１において、ある時刻における、測距装置１００の＋Ｙ方向側に物体が存在すると、５つの走査光Ｌ２が物体で反射または散乱された戻り光が測距装置１００に向けて－Ｙ方向側に戻される。戻り光は、再び回転反射体５の光反射面５１に入射し、光反射面５１により－Ｚ方向側に反射される。－Ｚ方向側に反射された戻り光のうち、穴あきミラー６のミラー面に入射した戻り光は、このミラー面により－Ｙ方向側に反射され、５つの受光部８に到達する。本実施形態では、５つの分割光Ｌ１が反射される光反射面５１と戻り光が反射される光反射面５１は同じ面である。なお、図１の状態における時刻とは別の時刻における照射部１２０のＡ２軸周りの回転位置よび回転反射体５のＡ１周りの回転位置によっては、走査光Ｌ２が物体を照射する方向は、＋Ｙ方向に限らない。しかしながら、照射光が物体で反射されて測距装置１００に向けて戻され、光反射面５１に入射し、－Ｚ方向に反射される点は、図１の状態における時刻とは別の時刻においても同様である。
【0034】
穴あきミラー６は、走査光Ｌ２が物体で反射または散乱された戻り光を偏向させる光偏向部である。穴あきミラー６は貫通孔６１を含む。貫通孔６１は、発光部３が発する光を通過させる開口である。貫通孔６１は、穴あきミラー６におけるミラー面が設けられた領域の一部に形成されている。穴あきミラー６に入射する光のうち、このミラー面に入射する光は反射され、貫通孔６１に入射する光は貫通孔６１を通過する。
【0035】
穴あきミラー６は、第１レンズ４によりコリメートされたレーザ光Ｌ０を、貫通孔６１を通して通過させる。また穴あきミラー６は、走査光Ｌ２が物体で反射または散乱された戻り光を、ミラー面により５つの受光部８に向けて反射する。穴あきミラー６のミラー面により反射された戻り光は、第２レンズ７により集光され、５つの受光部８に入射する。
【0036】
光偏向部の開口は、貫通孔に限らず、光偏向部におけるミラー面の一部に設けられた透明な領域であってもよい。また、光偏向部としてビームスプリッターやハーフミラー等を用いることもできる。
【0037】
５つの受光部８は、照射部１２０から照射された５つの走査光Ｌ２が物体により反射または散乱された戻り光に基づいて、５つの走査光Ｌ２それぞれの走査角度ごとでの受光情報を出力する。「走査角度ごと」は、「単位時間当たりに走査光が走査される角度ごと」を意味する。
【0038】
５つの受光部８は、光分割部材４１により分割された５つの分割光Ｌ１それぞれと対をなす、受光部８１から受光部８５を含む。受光部８１から受光部８５のそれぞれは、５つの分割光Ｌ１のうち対をなす走査光Ｌ２が、物体により反射または散乱された戻り光に基づき、５つの走査光Ｌ２それぞれの走査角度ごとでの受光情報を出力する。
【0039】
受光部８１から受光部８５のそれぞれは、例えばＡＰＤ（Avalanche Photodiode：アバランシェフォトダイオード）である。ＡＰＤは、アバランシェ増倍と呼ばれる現象を利用して受光感度を向上させたフォトダイオードの一種である。但し、受光部８１から受光部８５のそれぞれは、フォトダイオード（Photodiode）や光電子増倍管等であってもよい。
【0040】
イケール９は、屈曲部を含む部材である。イケール９は、回転反射体５を支持する。イケール９は、－Ｚ方向側の面が回転ステージ１０の載置面１０１に接触し、ネジ部材等により載置面１０１上に固定されている。イケール９は、基板９１を介し、底面に交差する＋Ｘ方向側の面に回転反射体５を支持する。イケール９の材質に特段の制限はないが、剛性を高く確保するために、金属等の高剛性の材料を含んで構成されることが好ましい。
【0041】
回転ステージ１０は、回転反射体５を支持しつつ、自身が回転可能である。回転ステージ１０は、イケール９を第２軸Ａ２周りに回転させることにより、回転反射体５を第２軸Ａ２周りに回転させる。回転反射体５による５つの走査光Ｌ２は、回転ステージ１０の回転によって、第２方向に走査される。５つの走査光Ｌ２は、第２軸Ａ２を中心にした円の円周方向に走査されるということもできる。
【0042】
回転ステージ１０は、台部１上において、保持部２が設けられた領域とは異なる領域に設けられている。従って回転ステージ１０が回転しても、保持部２、並びに保持部２が保持する発光部３および５つの受光部８はそれぞれ不動であり、台部１に固定された状態が維持される。
【0043】
図３に示すように、回転ステージ１０は、載置面１０１と、ベアリング１０２と、マグネット１０３と、モータコア１０４と、を有する。
【0044】
載置面１０１は、第２軸Ａ２に略直交し、第２軸Ａ２周りに回転可能な面である。載置面１０１はイケール９を載置する。ベアリング１０２は、載置面１０１の回転を滑らかにする部材である。ベアリング１０２には、ボールベアリングまたはクロスローラベアリング等を適用してもよい。
【0045】
マグネット１０３は永久磁石からなる。モータコア１０４はモータを構成するステータの鉄心に該当する部材である。マグネット１０３とモータコア１０４とを含んでモータが構成されている。電流に応じてマグネット１０３が回転することにより、ベアリング１０２を介して載置面１０１が回転する。
【0046】
回転ステージ１０の回転方向は、一定であり、例えば図１における第２軸回転方向Ａ２１に対応する。但し、回転ステージ１０は、第２軸回転方向Ａ２１とは反対方向に連続回転してもよい。
【0047】
測距装置１００は、レーザ光Ｌ０の光軸と第２軸Ａ２とが同軸になるように構成されている。レーザ光Ｌ０の光軸は、レーザ光Ｌ０の伝搬方向に沿うレーザ光Ｌ０の中心を通る軸を意味する。また同軸とは、複数の軸が略一致していることを意味する。
【0048】
走査光Ｌ２は、回転反射体５の回転により第１軸Ａ１と交差する方向に走査されるとともに、回転ステージ１０の回転により第２軸Ａ２と交差する方向に走査される。第２軸Ａ２と交差する方向は、例えば重力方向に略直交する水平方向である。第１軸Ａ１は、第２軸Ａ２に対して傾いて配置されればよい。
【0049】
測距装置１００は、発光部３、回転反射体５、５つの受光部８または回転ステージ１０等の構成部の一部または全部を覆うための外装カバーを備えてもよい。外装カバーを備えると、測距装置１００の内部へのゴミや埃等の侵入を防ぎ、回転反射体５等にゴミや埃等が付着することを防止できる。また回転反射体５や回転ステージ１０が高速回転すると、回転に伴う風切り音が大きくなる場合がある。外装カバーを設けることにより音が周囲に伝わることを抑制できる。外装カバーの材質には、金属または樹脂材料等を適用可能である。
【0050】
一方、外装カバーを設けると、外装カバーにおける走査光Ｌ２が出射する出射窓以外の部分が走査光Ｌ２を遮るため、走査角度範囲が制限され、測距装置１００による物体２００の検出範囲または測距範囲が制限される場合がある。走査光Ｌ２の波長に対して光透過性を有する透明な樹脂材料で外装カバーを構成すると、このような走査角度範囲の制限を緩和できる。
【0051】
図４は、測距装置１００の構成を例示するブロック図である。なお、図４における実線で示した矢印は光の流れを示し、破線で示した矢印は電気信号の流れを示している。図４に示すように、測距装置１００は、受発光部１１０と、照射部１２０と、出射窓１３０と、制御部１４０と、を有する。
【0052】
照射部１２０は、回転反射体５と、回転ステージ１０と、駆動制御部１５０と、を有する。照射部１２０は、駆動制御部１５０により、回転反射体５および回転ステージ１０それぞれの回転を制御することによって、５つの走査光Ｌ２を物体２００に照射する。
【0053】
駆動制御部１５０は、第１軸モータ１５１と、第２軸モータ１５２と、同期検出部１５３と、回転制御部４０２と、給電部１５５と、を有する。駆動制御部１５０は、同期検出部１５３から出力される回転反射体５の回転周期に対応する同期信号Ｓｎに基づき、回転制御部４０２により、第２軸モータ１５２による回転を制御する。
【0054】
同期検出部１５３は、第１軸エンコーダ５３１と、周期光発光部５３２と、周期光受光部５３３と、を有する。同期検出部１５３は、第１軸エンコーダ５３１から出力される第１角度検出信号Ｅｎ１に基づいて周期光発光部５３２に発光させ、周期光発光部５３２からの光を受光した周期光受光部５３３により同期信号Ｓｎを出力させる。第１角度検出信号Ｅｎ１は、回転反射体５の回転角度の検出信号である。
【0055】
周期光発光部５３２は、例えばＬＥＤ等を含んで構成され、第１角度検出信号Ｅｎ１に基づき、例えば第１軸エンコーダ５３１が回転反射体５の回転原点に対応する角度を検出したタイミングにパルス光Ｏｐを発する。
【0056】
周期光受光部５３３は、フォトダイオード（Photo Diode）等を含んで構成され、周期光発光部５３２により発生されたパルス光Ｏｐを受光したタイミングに、第２軸ドライバ基板１７３を介して同期信号Ｓｎを回転制御部４０２に出力する。
【0057】
給電部１５５は、発電コイル５５１と、給電コイル５５２と、を有する。給電部１５５は、電磁誘導により第１軸モータ１５１等に非接触で給電する。なお、給電とは電力を供給することをいう。
【0058】
発電コイル５５１は、電磁誘導により逆起電力を発生し、第１軸モータ１５１、第１軸エンコーダ５３１および第１軸ドライバ基板１６３のそれぞれに給電可能なコイルである。給電コイル５５２は、発電コイル５５１に対向配置され、第２軸ドライバ基板１７３から流れる電流に応じて、電磁誘導により発電コイル５５１に逆起電力を発生させるコイルである。給電コイル５５２に電流を流すと、電磁誘導により非接触で発電コイル５５１に逆起電力が発生する。
【0059】
本実施形態では、給電部１５５が電磁誘導により非接触給電する構成を例示するが、これに限定されるものではない。例えば給電部１５５は、回転接点により給電することもできる。回転接点とは、回転体に配置された金属製リングとブラシを介して、回転体に電気的に接続する構成をいう。このような回転接点を用いて、外部から第１軸モータ１５１等に給電することもできる。
【0060】
基板９１には、回転反射体５、第１軸モータ１５１、第１軸エンコーダ５３１、第１軸ドライバ基板１６３、周期光発光部５３２および発電コイル５５１等が設けられている。回転ステージ１０には、第２軸モータ１５２、第２軸エンコーダ１７２、第２軸ドライバ基板１７３、周期光受光部５３３、給電コイル５５２等が設けられている。
【0061】
第１軸モータ１５１は、回転反射体５を第１軸Ａ１周りに回転させる。第１軸モータ１５１には、ＤＣ（Direct Current）モータまたはＡＣ（Alternating Current）モータ等を適用できる。
【0062】
第１軸エンコーダ５３１は、第１角度検出信号Ｅｎ１を出力する。第１軸エンコーダ５３１は、例えばロータリエンコーダである。
【0063】
第１軸ドライバ基板１６３は、第１軸モータ１５１に駆動信号を供給する電気回路等を含む基板である。第１軸ドライバ基板１６３は、第１角度検出信号Ｅｎ１に基づき、回転反射体５が所定の第１周波数（回転数）により回転するように制御できる。なお、第１周波数は、第１軸ドライバ基板１６３により制御されるため、回転制御部４０２の制御対象ではない。
【0064】
第１軸ドライバ基板１６３は、給電部１５５による給電が開始された場合に、第１軸モータ１５１により回転反射体５の回転を開始させ、給電部１５５による給電が停止された場合に、第１軸モータ１５１により回転反射体５の回転を停止させる。
【0065】
第２軸モータ１５２は、ＤＣモータ、ＡＣモータまたはステッピングモータ等の各種モータにより構成できる。第２軸エンコーダ１７２は、ロータリエンコーダ等により構成され、回転ステージ１０の回転角度を検出する。
【0066】
第２軸ドライバ基板１７３は、第２軸モータ１５２に駆動信号を供給する電気回路等を含む実装基板である。第２軸ドライバ基板１７３は、回転制御部４０２からの第２軸制御信号Ｄｒ２に基づき、回転ステージ１０を回転させる。また、第２軸ドライバ基板１７３は、第２軸エンコーダ１７２により検出された回転ステージ１０の第２角度検出信号Ｅｎ２を回転制御部４０２に出力する。
【0067】
回転制御部４０２は、第２角度検出信号Ｅｎ２に基づき、回転ステージ１０の回転を制御する。ここで、回転ステージ１０の回転数である第２周波数は、回転制御部４０２の制御対象である。
【0068】
受発光部１１０は、発光部基板１１１と、発光ブロック１１２と、穴あきミラー６と、穴あきミラーホルダ６２と、受光ブロック１１３と、受光部基板１１４と、を含む。
【0069】
発光部基板１１１は、制御部１４０からの発光制御信号Ｄｒ１に応じて発光部３を発光させる電気回路を含む実装基板である。
【0070】
発光ブロック１１２は、発光部３と、発光部ホルダ３１と、第１レンズ４と、第１レンズホルダ４０と、を含む。発光部ホルダ３１は発光部３を保持する部材である。第１レンズホルダ４０は第１レンズ４を保持する部材である。穴あきミラーホルダ６２は、穴あきミラー６を保持する部材である。
【0071】
受光ブロック１１３は、第２レンズ７と、第２レンズホルダ７１と、５つの受光部８と、受光部ホルダ８０と、を含む。第２レンズホルダ７１は第２レンズ７を保持する部材である。受光部ホルダ８０は５つの受光部８を保持する部材である。
【0072】
受光部基板１１４は、受光情報Ｓを、制御部１４０に出力する電気回路を含む実装基板である。受光情報Ｓは、例えば受光部８が受光した光強度に応じた電気信号である。受光部基板１１４は、トランスインピーダンスアンプおよびオペアンプ等を含む。受光部基板１１４は、トランスインピーダンスアンプおよびオペアンプ等により受光情報Ｓを増幅処理することにより、受光情報Ｓを、後段の制御部１４０によるデータ処理が可能な状態にすることができる。
【0073】
制御部１４０は、電気回路または電子回路等を有する制御回路基板を含む。制御部１４０は、例えば背面パネル２２等に設置される。この制御回路基板は、回転反射体５および回転ステージ１０が回転しても動かない。
【0074】
制御部１４０は、受発光部１１０および照射部１２０のそれぞれに電気的に接続しており、信号およびデータを相互に送受可能である。また制御部１４０は、サービスロボットを制御可能な外部装置３００に通信可能に接続している。本実施形態では、回転制御部４０２は、制御部１４０内に設けられているが、制御部１４０の外部に設けられていてもよい。
【0075】
制御部１４０は、例えば外部装置３００からの測距制御信号Ｃｔに応じて発光制御信号Ｄｒ１を出力し、発光部基板１１１を介して発光部３を発光させる。５つの分割光Ｌ１それぞれが走査される５つの走査光Ｌ２は、出射窓１３０を透過して、測距装置１００から外部に向けて照射される。
【0076】
出射窓１３０は、レーザ光Ｌ０の波長に対して光透過性を有するガラス材料または樹脂材料を含んで構成されている。出射窓１３０は、測距装置１００が装置全体を覆う不透明な外装カバーを備える場合に、走査光Ｌ２を透過して出射させる窓として機能する。
【0077】
走査光Ｌ２が物体２００により反射または散乱された５つの戻り光Ｒは、出射窓１３０を透過して回転反射体５の光反射面５１に入射する。５つの戻り光Ｒは、光反射面５１により反射され、穴あきミラー６のミラー面により５つの受光部８に向けて反射される。
【0078】
５つの戻り光Ｒは、第２レンズ７により集光されながら５つの受光部８にそれぞれ入射する。５つの受光部８は、５つの戻り光Ｒに基づいて、５つの走査光Ｌ２の走査角度ごとでの受光情報Ｓを出力する。５つの走査光Ｌ２に対応する５つの受光情報Ｓは、受光部基板１１４を介して制御部１４０に出力される。
【0079】
制御部１４０は、受光情報Ｓに基づき、物体２００までの距離を示す距離情報Ｄｔを演算により取得する。制御部１４０は、距離情報Ｄｔを外部装置３００に出力する。
【0080】
測距装置１００は、例えば、サービスロボットが搭載するバッテリから供給される電力により駆動される。但し、測距装置１００は、測距装置１００自身が搭載するバッテリから電力供給されてもよい。またサービスロボットの動作範囲が広くない場合等には、商用電源からケーブルを用いて給電されるようにしてもよい。
【0081】
（光分割部材４１による光分割例）
図５は、光分割部材４１による光分割の一例を示す図である。図５（ａ）は光分割部材４１の側面図、図５（ｂ）は光分割部材４１を－Ｚ方向側から視た斜視図、図５（ｃ）は光分割部材４１を＋Ｚ方向側から視た正面図である。
図５は、光分割部材４１による光分割の一例を示す図である。図５（ａ）は光分割部材４１の側面図、図５（ｂ）は光分割部材４１を－Ｚ方向側から視た斜視図、図５（ｃ）は光分割部材４１を＋Ｚ方向側から視た正面図である。
【0082】
光分割部材４１は、平面視において略円形状を有し、レーザ光Ｌ０の波長に対して光透過性を有する平板状の部材である。光分割部材４１の－Ｚ方向側の面、＋Ｚ方向の面、またはその両方には、周期構造が形成されている。光分割部材４１は、入射されるレーザ光Ｌ０を、周期構造を用いて回折させることによって、複数の光束に分割する。
【0083】
光分割部材４１は、レーザ光Ｌ０を分割光Ｌ１１から分割光Ｌ１５を含む５つの分割光Ｌ１に分割する。分割光Ｌ１１は、光分割部材４１の０次光（透過光）である。分割光Ｌ１２から分割光Ｌ１５は１次回折光である。
【0084】
分割光Ｌ１１から分割光Ｌ１５は、伝搬方向が相互に異なる平行光束である。分割光Ｌ１１から分割光Ｌ１５は、照射部１２０により走査される。分割光Ｌ１１から分割光Ｌ１５のそれぞれと対をなす５つの走査光Ｌ２は、それぞれ照射領域における異なる位置に照射される。
【0085】
図５（ａ）に示す光分割部材４１による分割角度情報θＬは、２．１度以上であってもよい。分割角度情報θＬとは、光分割部材４１により分割された５つの分割光Ｌ１それぞれの、伝搬方向に沿う中心軸同士がなす角度をいう。光分割部材４１として回折格子を用いた場合には、分割角度情報θＬは、回折格子による回折光の、伝搬方向に沿う中心軸同士がなす角度である回折角に対応する。
【0086】
ここで、規格であるＩＥＣ６０８２５－１では、レーザ光出射する機器から１００ｍｍ離れた位置において、直径７ｍｍの受光面を有するセンサにより検出した場合の光強度によってレーザ光に対する安全性を規定している。分割角度情報θＬを２．１度以上とすると、測距装置１００から１００ｍｍ離れた位置の直径７ｍｍの受光面内に、光分割部材４１により分割した５つの分割光Ｌ１のうち３つ以下が入射する状態になる。これにより、測距装置１００は、ＩＥＣ６０８２５－１の規定に準拠しやすくなる。
【0087】
人の目の瞳径および焦点距離に基づくと、５つの分割光Ｌ１のうちの同一直線上に並ぶ３つが並行して人の目に入射し得る角度は、±２．０度よりも小さい角度である。本実施形態では、光分割部材４１による分割角度情報θＬを２．１度以上とすることにより、５つの分割光Ｌ１のうちの同一直線上の３つ以上が並行して人の目に入射することを防止し、人の目に対する安全性を意味するアイセーフを実現できる。また、本実施形態では、２．１度以上において分割角度情報θＬをできるだけ小さくすることにより、アイセーフを実現しつつ、測距の空間分解能を向上させることができる。
【0088】
なお、本実施形態では、光分割部材４１の平面視形状は、円形状に限らず、矩形状、楕円形状、多角形状等であってもよい。また、光分割部材４１の中央を透過する分割光Ｌ１１と、４つの対角方向に分割される分割光Ｌ１２から分割光Ｌ１５が得られる構成を例示したが、レーザ光Ｌ０が分割される方向は対角方向に限定されず、適宜選択可能である。
【0089】
【0090】
図６に示すように、回転ステージ１０は、回転可能な回転部１０ａと、回転しない固定部１０ｂと、を含んで構成される。周期光発光部５３２は、回転部１０ａにおける載置面１０１に設けられた発光基板５３２ａに実装される。周期光受光部５３３は、固定部１０ｂに設けられた受光基板５３３ａに実装される。
【0091】
周期光発光部５３２は、発光基板５３２ａに入力される第１角度検出信号Ｅｎ１に応じて、周期光発光部５３２に対向配置された周期光受光部５３３に向けてパルス光Ｏｐを発する。周期光受光部５３３によるパルス光Ｏｐの受光信号は、受光基板５３３ａにより二値信号に変換され、同期信号Ｓｎとして回転制御部４０２に出力される。
【0092】
（第１レンズ４および第２レンズ７の作用）
測距装置１００では、図２等に示した第１レンズ４による走査光Ｌ２の広がり角に応じて、走査光Ｌ２の物体２００による戻り光Ｒのうち、第２レンズの有効径内に戻る光量（以下戻り光量という）、および、受光部８により受光可能な光量（以下、受光光量という）が変化する。また、図２等に示した第２レンズ７におけるレンズ直径、焦点距離、バックフォーカス等の仕様に応じて、第２レンズの有効径内に戻る光量が変化するとともに、受光部８の受光面内に到達する光量が変化し、戻り光量および受光光量が変化する。また、測距装置１００に対して近距離にある物体２００からの戻り光Ｒの戻り光量および受光光量と比較して、測距装置１００に対して遠距離、例えば予め定められた測定可能な最大距離Ｌｘ（以下、最大距離Ｌｘという）離れた位置にある物体２００からの戻り光Ｒの戻り光量および受光光量のほうが小さい。
測距装置１００では、図２等に示した第１レンズ４による走査光Ｌ２の広がり角に応じて、走査光Ｌ２の物体２００による戻り光Ｒのうち、第２レンズの有効径内に戻る光量（以下戻り光量という）、および、受光部８により受光可能な光量（以下、受光光量という）が変化する。また、図２等に示した第２レンズ７におけるレンズ直径、焦点距離、バックフォーカス等の仕様に応じて、第２レンズの有効径内に戻る光量が変化するとともに、受光部８の受光面内に到達する光量が変化し、戻り光量および受光光量が変化する。また、測距装置１００に対して近距離にある物体２００からの戻り光Ｒの戻り光量および受光光量と比較して、測距装置１００に対して遠距離、例えば予め定められた測定可能な最大距離Ｌｘ（以下、最大距離Ｌｘという）離れた位置にある物体２００からの戻り光Ｒの戻り光量および受光光量のほうが小さい。
【0093】
本実施形態では、第１レンズ４および第２レンズ７の作用により、戻り光Ｒの戻り光量に対する受光光量を高く確保可能な物体２００の距離の範囲を広くする。これにより、本実施形態では、測距装置１００によって測定可能な距離の範囲を広く確保することができる。
【0094】
まず、第１レンズ４の作用について説明する。図７は、測距装置１００における走査光Ｌ２の照射を例示する図である。
【0095】
図７に示すように、本実施形態では、測定可能な最大距離Ｌｘ離れた位置において、走査光Ｌ２の直径Ｄｘが小さくなるように、測距装置１００における第１レンズ４による広がり角βを規定する。第１レンズ４による広がり角βは、例えば第１レンズ４の焦点距離を選択することにより規定できる。
【0096】
測距装置１００により測定可能な物体２００との間の距離は制限があるため、測定可能な最大距離Ｌｘは、例えば測距装置１００の仕様または用途等に応じて予め定められる。最大距離Ｌｘは、例えば３０ｍである。
【0097】
本実施形態では、第１レンズ４によって走査光Ｌ２の広がり角βを規定することにより、最大距離Ｌｘ離れた位置にある物体２００からの戻り光Ｒの戻り光量を大きくすることができる。
【0098】
次に、第２レンズ７の作用について説明する。
【0099】
まず比較例に係る第２レンズの作用について説明する。図８は、比較例に係る物体までの距離と、受光部の位置での戻り光の直径と、の関係を例示する図である。比較例では、最大距離Ｌｘ離れた位置にある物体からの戻り光Ｒの直径は、受光部８Ｘ上において最小になるように、第２レンズの仕様およびフォーカス調整状態が定められる。なお、受光部８Ｘは、実施形態に係る受光部８と同じ機能を有するものとする。
【0100】
図８の上段に示した横軸は、測距装置からの距離を表している。該横軸において、矢印が向く方向に進むほど、距離は長くなる。距離０は測距装置の位置に対応する距離である。最大距離Ｌｘは、測距装置により測定可能な最も長い距離である。
【0101】
図８の下段に示した図は、５つの受光部８Ｘ上それぞれに対応する５つの戻り光Ｒを表している。戻り光Ｒｘは、最大距離Ｌｘにある物体からの戻り光である。戻り光Ｒ２は、距離Ｌ２Ｘにある物体からの戻り光である。戻り光Ｒ１は、距離Ｌ１Ｘにある物体からの戻り光である。戻り光Ｒ０は、距離０にある物体からの戻り光である。各距離同士の長さの関係は、Ｌｘ＞Ｌ２＞Ｌ１＞０である。また戻り光量の関係はＲｘ＜Ｒ２＜Ｒ１＜Ｒ０である。
【0102】
戻り光Ｒｘの直径が、他の戻り光Ｒ２、戻り光Ｒ１、戻り光Ｒ０の各直径と比較して最も小さくなるように第２レンズのフォーカス調整がされている状態にある。換言すると、戻り光Ｒｘは、他の戻り光と比較して、受光部８Ｘの位置において最も集束している。１つの戻り光Ｒｘの直径は、１つの受光部８Ｘの直径よりも小さいため、１つの受光部８Ｘは、１つの戻り光Ｒｘの光量をほぼ全て受光可能である。これにより戻り光Ｒｘの戻り光量は、他の戻り光Ｒ２、戻り光Ｒ１および戻り光Ｒ０それぞれの戻り光量と比較して、より大きな割合を受光部８内に捕捉することが可能となる。
【0103】
距離Ｌ２Ｘの位置では、１つの戻り光Ｒ２は、距離の短縮に伴って戻り光Ｒｘよりも広がる。但し、１つの戻り光Ｒ２の直径は、１つの受光部８Ｘの直径と略同じであるため、１つの受光部８Ｘは、１つの戻り光Ｒ２の光量をほぼ全て受光可能である。これにより戻り光Ｒ２の受光の割合は、戻り光Ｒｘの受光の割合と同程度に大きくなる。
【0104】
距離Ｌ１Ｘの位置では、１つの戻り光Ｒ１は、距離の短縮に伴って戻り光Ｒ２よりも広がる。１つの戻り光Ｒ１の直径は、１つの受光部８Ｘの直径よりも大きい。このため、１つの受光部８Ｘは、１つの戻り光Ｒ１のうち、受光部８Ｘの受光面に到達した戻り光Ｒ１を受光でき、受光部８Ｘの受光面に到達しない戻り光Ｒ１、換言すると受光部８Ｘからはみ出した戻り光Ｒ１を受光できない。これにより、戻り光Ｒ１の受光の割合は、戻り光Ｒｘおよび戻り光Ｒ２の各受光の割合と比較して小さくなる。
【0105】
距離０の位置では、１つの戻り光Ｒ０は、距離の短縮に伴って戻り光Ｒ１よりも広がる。１つの戻り光Ｒ０の直径は、１つの戻り光Ｒ１の直径よりも大きくなる。これにより、戻り光Ｒ０の受光の割合は、戻り光Ｒ１の受光の割合よりも小さくなる。
【0106】
距離０の位置では、１つの受光部８Ｘに対し、隣接する受光部８Ｘに対応する戻り光Ｒ０が到達する。これにより、複数の戻り光Ｒ０が１つの受光部８Ｘにより受光される現象であるクロストークが発生する。図８において、複数のクロストーク領域Ｃｒは、クロストークにより複数の戻り光Ｒ０同士が１つの受光部８Ｘ上において重なる領域を表している。クロストークは、測距装置による測距精度を低下させる。
【0107】
図８の上段において白抜き矢印で示した範囲ＱＸ３では、１つの受光部８Ｘにより１つの戻り光Ｒをほぼ全て受光できるため、測距装置による測距精度を高く確保可能となる。
【0108】
範囲ＱＸ２では、１つの受光部８Ｘによる戻り光Ｒの受光の割合の減少に伴い、範囲ＱＸ３と比較して、測距装置による受光の割合は低下する。但し、範囲ＱＸ３と比べて近距離であるために戻り光Ｒの絶対的な戻り光量は大きいことから測距精度の低下の影響は小さく、また、範囲ＱＸ２では、クロストークは発生しないため、クロストークによる測距精度の低下は生じない。
【0109】
範囲ＱＸ１では、１つの受光部８Ｘによる戻り光Ｒの受光光量の減少に伴い、範囲ＱＸ２と比較して、測距装置による受光の割合は低下する。但し、範囲ＱＸ２と比べて近距離であるために戻り光Ｒの絶対的な戻り光量は大きい点では測距精度の低下の影響は小さいが、範囲ＱＸ１では、クロストークが発生するため、該クロストークによる測距精度が低下する。
【0110】
比較例では、戻り光Ｒの受光の割合を高く確保することによって測距装置による測距精度を高く確保可能な測定範囲は、範囲ＱＸ３に対応する。
【0111】
比較例では、複数の戻り光Ｒ同士のクロストークを抑制することによって測距装置による測距精度を高く確保可能な測定範囲は、範囲ＱＸ３と範囲ＱＸ２の和に対応する。
【0112】
次に、本実施形態に係る第２レンズ７の作用について説明する。本実施形態では、第２レンズ７の焦点距離をｆ、１つの受光部８の有効径をｄとすると、第２レンズ７は、以下の式（１）を充足する。
【0113】
【数1】
【0114】
また、本実施形態では、第２レンズ７の有効径をφとすると、第２レンズ７による結像において、次の式（２）および式（３）により表される第１距離Ｌａに位置する物体に対して焦点が合う。ここで、第１距離Ｌａに位置する物体とは、物体における最も測距装置に近い部分が第１距離Ｌａに位置する物体を意味する。
【0115】
【数2】
【0116】
【数3】
【0117】
図９は、本実施形態に係る物体の距離と、受光部８の位置での戻り光Ｒの直径と、の関係を例示する図である。
【0118】
図９の上段に示した横軸は、測距装置からの距離を表している。該横軸において、矢印が向く方向に進むほど、距離は長くなる。距離０は、測距装置の位置に対応する距離である。最大距離Ｌｘは、測距装置により測定可能な最も長い距離である。
【0119】
図９の下段に示した図は、５つの受光部８上それぞれに対応する５つの戻り光Ｒを表している。戻り光Ｒｘは、最大距離Ｌｘにある物体からの戻り光である。戻り光Ｒａは、第１距離Ｌａにある物体からの戻り光である。戻り光Ｒｂは、第２距離Ｌｂにある物体からの戻り光である。戻り光Ｒｃは、第３距離Ｌｃにある物体からの戻り光である。戻り光Ｒ０は、距離０にある物体からの戻り光である。各距離同士の長さの関係は、Ｌｘ＞Ｌａ＞Ｌｂ＞Ｌｃ＞０である。また戻り光量の関係はＲｘ＜Ｒa＜Ｒb＜Ｒｃ＜Ｒ０である。
【0120】
１つの戻り光Ｒｘの直径は、１つの受光部８の直径と略同じである。１つの受光部８は、１つの戻り光Ｒｘの光量をほぼ全て受光可能である。これにより、１つの戻り光Ｒｘの受光光量は、他の戻り光Ｒｂ、戻り光Ｒｃ、戻り光Ｒ０と比較してより大きな割合を受光部８内に捕捉していることになる。
【0121】
第１距離Ｌａの位置では、１つの戻り光Ｒａは、距離の短縮に伴って１つの戻り光Ｒｘよりも集束する。１つの戻り光Ｒａの直径は、他の戻り光Ｒｘ、戻り光Ｒｂ、戻り光Ｒｃ、戻り光Ｒ０の各直径と比較して最も小さい。換言すると、戻り光Ｒａは、他の戻り光と比較して、受光部８の位置において最も集束している。１つの戻り光Ｒａの直径は、１つの受光部８の直径よりも小さいため、１つの受光部８は、１つの戻り光Ｒａの光量をほぼ全て受光可能である。これにより戻り光Ｒａの受光光量は、戻り光Ｒｘの受光光量と同程度に大きくなる。
【0122】
第２距離Ｌｂの位置では、１つの戻り光Ｒｂは、距離の短縮に伴って戻り光Ｒａよりも広がる。１つの戻り光Ｒｂの直径は、受光部８の直径と略同じである。１つの受光部８は、１つの戻り光Ｒｂの光量をほぼ全て受光可能である。これにより戻り光Ｒｂの受光の割合は、戻り光Ｒａの受光の割合と同程度に大きくなる。
【0123】
第３距離Ｌｃの位置では、１つの戻り光Ｒｃは、距離の短縮に伴って戻り光Ｒｂよりも広がる。１つの戻り光Ｒｃの直径は、１つの受光部８の直径よりも大きい。このため、１つの受光部８は、１つの戻り光Ｒｃのうち、受光部８の受光面に到達した戻り光Ｒｃを受光でき、受光部８の受光面に到達しない戻り光Ｒｃ、換言すると受光部８からはみ出した戻り光Ｒｃを受光できない。これにより戻り光Ｒｃの受光の割合は、他の戻り光Ｒｘ、戻り光Ｒａおよび戻り光Ｒｂの各受光の割合と比較して小さくなる。
【0124】
距離０の位置では、１つの戻り光Ｒ０は、距離の短縮に伴って戻り光Ｒｃよりも広がる。１つの戻り光Ｒ０の直径は、１つの戻り光Ｒｃの直径よりも大きくなる。これにより戻り光Ｒ０の受光の割合は、戻り光Ｒｃの受光の割合よりも小さくなる。
【0125】
距離０の位置では、１つの受光部８に対し、隣接する受光部８に対応する戻り光Ｒ０が到達し、クロストークが発生する。図９における複数のクロストーク領域Ｃｒは、クロストークにより複数の戻り光Ｒ０同士が１つの受光部８上において重なる領域を表している。
【0126】
本実施形態では、戻り光Ｒの受光光量を高く確保することによって測距精度を高く確保可能な測定範囲は、範囲Ｑ３に対応する。範囲Ｑ３は、比較例に係る範囲ＱＸ３よりも広い。
【0127】
本実施形態では、複数の戻り光Ｒ同士のクロストークを抑制することによって測距精度を高く確保可能な測定範囲は、範囲Ｑ３および範囲Ｑ２の和に対応する。範囲Ｑ３および範囲Ｑ２の和は、比較例に係る範囲ＱＸ３および範囲ＱＸ２の和よりも広い。
【0128】
例えば、最大距離Ｌｘを３０ｍと設定した場合に、第２レンズ７による結像において、焦点が合うようにする物体までの距離を意味するフォーカス距離を５ｍとすると、範囲Ｑ３は、３０ｍから１．５ｍまでの範囲にすることができる。また範囲Ｑ２は１．５ｍから０．６ｍまでの範囲にすることができる。
【0129】
測距装置では、物体までの距離が遠距離から近距離の全ての範囲において、戻り光の受光の割合を高く確保し、またクロストークを防止することは不可能である。第２レンズによる結像において所定距離に位置する物体に対して焦点が合うようにしても、物体との間の距離が所定距離からずれると戻り光が広がるため、戻り光の受光の割合が減少し、またクロストークが発生するからである。
【0130】
本実施形態では、第１レンズ４により、走査光Ｌ２の広がり角βを規定することによって、最大距離Ｌｘ離れた位置にある物体からの戻り光Ｒの戻り光量を大きくする。これにより、最大距離Ｌｘ離れた位置にある物体からの戻り光Ｒの戻り光量および受光光量を大きくすることができ、測定可能な距離のうち、最も測距精度を確保しにくい最大距離Ｌｘ離れた位置にある物体の測距精度を確保することができる。反射率が低い物体まで測距装置により測距可能にするには、遠距離において受光光量を確保することが重要である。
【0131】
本実施形態では、第２レンズ７は上記の式（１）を充足することにより、受光部８の受光の割合を大きく確保可能な範囲Ｑ３を広くし、測定可能な距離の範囲を広く確保することができる。また、本実施形態では、上記の式（１）を充足することにより、クロストークが発生する範囲Ｑ１を狭くすることにより、測定可能な距離の範囲を広く確保することができる。
【0132】
本実施形態では、第２レンズ７による結像において、上記の式（２）および式（３）により表される第１距離Ｌａに位置する物体に対して焦点が合うようにする。これにより、受光部８の受光光量を大きく確保可能な範囲Ｑ３を広くするとともに、複数の戻り光Ｒ同士のクロストークを抑制することができ、測定可能な距離の範囲を広く確保することができる。
【0133】
また、本実施形態では、第２レンズ７による結像において、次の式（４）により表される第２距離Ｌｂが、図９に示した戻り光Ｒｂの直径と受光部８直径が略等しくなる距離となる。
【0134】
【数4】
【0135】
また、本実施形態では、複数の受光部８のうち隣り合う受光部８同士の間隔をｐ、光分割部材４１による回折角をγとすると、第２レンズ７による結像において、次の式（５）、式（６）および式（７）により表される第３距離Ｌｃが、図９に示したクロストークの発生しない距離となる。
【0136】
【数5】
【0137】
【数6】
【0138】
【数7】
【0139】
なお、ここで、図１０は、隣り合う受光部８同士の間隔ｐを例示する図である。間隔ｐは、隣り合う受光部８の中心同士の間隔である。間隔ｐは、隣り合う受光部８同士のうち、最も近い間隔である。複数の受光部８の配置は任意の配置であってもよい。
【0140】
（制御部１４０のハードウェア構成例）
図１１は、制御部１４０のハードウェア構成を例示するブロック図である。制御部１４０は、コンピュータによって構築されており、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１４１と、ＲＯＭ(Read Only Memory)１４２と、ＲＡＭ(Random Access Memory)１４３と、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）１４４と、ＨＤＤ／ＳＳＤ(Hard Disk Drive／Solid State Drive)１４５と、機器接続Ｉ／Ｆ(Interface)１４６と、通信Ｉ／Ｆ１４７と、を有する。これらは、システムバスＡを介して相互に通信可能に接続している。
図１１は、制御部１４０のハードウェア構成を例示するブロック図である。制御部１４０は、コンピュータによって構築されており、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１４１と、ＲＯＭ(Read Only Memory)１４２と、ＲＡＭ(Random Access Memory)１４３と、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）１４４と、ＨＤＤ／ＳＳＤ(Hard Disk Drive／Solid State Drive)１４５と、機器接続Ｉ／Ｆ(Interface)１４６と、通信Ｉ／Ｆ１４７と、を有する。これらは、システムバスＡを介して相互に通信可能に接続している。
【0141】
ＣＰＵ１４１およびＦＰＧＡ１４４は、演算処理を含む制御処理を実行する。ＲＯＭ１４２は、ＩＰＬ(Initial Program Loader)等のＣＰＵ１４１の駆動に用いられるプログラムを記憶する。ＲＡＭ１４３は、ＣＰＵ１４１のワークエリアとして使用される。ＨＤＤ／ＳＳＤ１４５は、プログラムや測距装置１００の設定情報等の各種情報を記憶する。
【0142】
機器接続Ｉ／Ｆ１４６は、制御部１４０を機器と接続するためのインターフェースである。ここでの機器は、発光部基板１１１、受光部基板１１４、同期検出部１５３、給電部１５５、第２軸エンコーダ１７２および第２軸ドライバ基板１７３等である。
【0143】
通信Ｉ／Ｆ１４７は、外部装置３００や通信ネットワーク等とデータを通信するためのインターフェースである。通信Ｉ／Ｆ１４７として、イーサネットインターフェース等を適用できる。制御部１４０は、通信Ｉ／Ｆ１４７を介してインターネットに接続し、インターネットを介して外部装置３００との間で通信することもできる。
【0144】
（制御部１４０の機能構成例）
図１２は、制御部１４０の機能構成の一例を説明するブロック図である。制御部１４０は、可変部４０１と、回転制御部４０２と、発光制御部４０３と、距離情報取得部４０４と、出力部４０５と、を有する。回転制御部４０２は、第１軸回転制御部４２１と、第２軸回転制御部４２２と、停止制御部４２３と、を有する。
図１２は、制御部１４０の機能構成の一例を説明するブロック図である。制御部１４０は、可変部４０１と、回転制御部４０２と、発光制御部４０３と、距離情報取得部４０４と、出力部４０５と、を有する。回転制御部４０２は、第１軸回転制御部４２１と、第２軸回転制御部４２２と、停止制御部４２３と、を有する。
【0145】
制御部１４０は、可変部４０１、回転制御部４０２、発光制御部４０３および距離情報取得部４０４の各機能をＦＰＧＡ１４４等により実現できる他、上記各機能の少なくとも一部をＣＰＵ１４１によって実現することもできる。また制御部１４０は、出力部４０５の機能を通信Ｉ／Ｆ１４７等により実現できる。
【0146】
ＦＰＧＡ１４４等により実現される各機能は、複数の回路または複数のソフトウェアによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ１４４等により実現される各機能の一部は、外部装置３００等の制御部１４０以外の構成部により実現されてもよいし、制御部１４０と制御部１４０以外の構成部との分散処理により実現されてもよい。
【0147】
可変部４０１は、以下の式（１）および式（２）における定数αを変更することにより、回転ステージ１０の第２周波数ｆｈを変化させる。
ｆｈ＝Ｍ×ｆｖ／（Ｎ＋α） ・・・（１）
０＜｜α｜＜１ ・・・（２）
式（１）において、Ｎは、回転ステージ１０の１回転中に第１軸Ａ１と交差する方向に走査される５つの走査光Ｌ２によって形成される走査線の数を表す。ｆｖは第１周波数を表す。Ｍは、回転反射体５の一回転周期中に、第１方向に走査される５つの走査光Ｌ２によって形成される走査線の数を表す。ｍ面の回転反射体５であればＭ＝ｍである。回転反射体５に代えて揺動ミラー（往復ミラー）を用いる場合にはＭ＝２となる。
ｆｈ＝Ｍ×ｆｖ／（Ｎ＋α） ・・・（１）
０＜｜α｜＜１ ・・・（２）
式（１）において、Ｎは、回転ステージ１０の１回転中に第１軸Ａ１と交差する方向に走査される５つの走査光Ｌ２によって形成される走査線の数を表す。ｆｖは第１周波数を表す。Ｍは、回転反射体５の一回転周期中に、第１方向に走査される５つの走査光Ｌ２によって形成される走査線の数を表す。ｍ面の回転反射体５であればＭ＝ｍである。回転反射体５に代えて揺動ミラー（往復ミラー）を用いる場合にはＭ＝２となる。
【0148】
可変部４０１は、測距装置１００に設けられた操作部等の外部からの設定入力情報Ｓｅに応じて定数αを変更することができる。
【0149】
第１軸回転制御部４２１は、給電部１５５に給電制御信号Ｓｔを出力し、給電部１５５から第１軸モータ１５１への給電を開始させることにより、第１軸モータ１５１に回転を開始させる。また第１軸回転制御部４２１は、給電部１５５に給電制御信号Ｓｔを出力し、給電部１５５から第１軸モータ１５１への給電を停止させることにより、第１軸モータ１５１に回転を停止させる。第１軸回転制御部４２１は、第１軸モータ１５１の回転の開始および停止のみを制御し、第１軸モータ１５１の回転速度等の制御は行わない。
【0150】
第２軸回転制御部４２２は、同期検出部１５３からの同期信号Ｓｎと、第２軸エンコーダ１７２からの第２角度検出信号Ｅｎ２と、に基づき、第２軸ドライバ基板１７３を用いて回転ステージ１０の回転を制御する。
【0151】
停止制御部４２３は、同期検出部１５３から所定期間、同期信号Ｓｎが出力されない場合に、第２軸モータ１５２による回転ステージ１０の回転を停止させる。
【0152】
発光制御部４０３は、発光部基板１１１を用いて発光部３に発光制御信号Ｄｒ１を出力することにより、発光部３の発光を制御する。また発光制御部４０３は、発光部３が発光した時刻に対応する発光時刻情報ｔ１を距離情報取得部４０４に出力する。
【0153】
距離情報取得部４０４は、走査光Ｌ２が物体２００により反射または散乱された後、５つの受光部８により受光される５つの戻り光Ｒに基づいて、物体２００との間の距離情報Ｄｔを演算により取得する。距離情報取得部４０４は、発光部３によりレーザ光Ｌ０が発せられた発光時刻情報ｔ１を発光制御部４０３から入力する。また距離情報取得部４０４は、受光部基板１１４を介して、５つの受光部８から、５つの受光部８に対応する５つの受光情報Ｓを入力し、５つの受光情報Ｓに基づき５つの受光時刻情報ｔ２を取得する。距離情報取得部４０４は、ＴＯＦの原理に基づき、以下の式（３）を演算することによって距離情報Ｄｔを取得できる。
Ｄｔｎ＝ｃ×Δｔｎ／２ ・・・（３）
Ｄｔｎ＝ｃ×Δｔｎ／２ ・・・（３）
【0154】
（３）式において、ｎは、分割光Ｌ１１から分割光Ｌ１５それぞれに対応する自然数である。例えば、Ｄｔ１は分割光Ｌ１１に基づき得られる距離情報、Ｄｔ２は分割光Ｌ１２に基づき得られる距離情報、Ｄｔ３は分割光Ｌ１３に基づき得られる距離情報、Ｄｔ４は分割光Ｌ１４に基づき得られる距離情報、Ｄｔ５は分割光Ｌ１５に基づき得られる距離情報である。ｃは光速（約３×１０８ｍ／ｓ）を表す。距離情報Ｄｔは、複数の距離情報Ｄｔｎの総称表記である。Δｔは、分割光Ｌ１１から分割光Ｌ１５それぞれにおける発光時刻と受光時刻との間の時間差である。
【0155】
分割光Ｌ１１から分割光Ｌ１５は、発光部３から同時に発せられたレーザ光Ｌ０を分割したものであるため、発光時刻はいずれも等しい。一方、分割光Ｌ１１から分割光Ｌ１５に基づく５つの戻り光Ｒそれぞれの受光時刻は異なる。距離情報取得部４０４は、分割光Ｌ１１から分割光Ｌ１５それぞれに基づく距離情報Ｄｔｎを並行して演算により取得する。
【0156】
出力部４０５は、５つの受光部８による５つの受光情報Ｓに基づいて取得される物体との間の５つの距離情報Ｄｔを外部装置３００に出力する。
【0157】
測距装置１００による距離測定方式は、ＴＯＦ方式に限定されるものではない。例えば測距装置１００は、振幅変調したレーザ光を物体に照射し、物体で反射または散乱された戻り光と照射したレーザ光との位相差に基づき、距離情報を取得する位相差検出方式等を用いてもよい。
【0158】
＜制御部１４０による処理例＞
図１３は、制御部１４０による処理の一例を示すフローチャートである。制御部１４０は、測距装置１００に電源が投入され、測距装置１００が起動されたタイミングに図１３の処理を開始する。
図１３は、制御部１４０による処理の一例を示すフローチャートである。制御部１４０は、測距装置１００に電源が投入され、測距装置１００が起動されたタイミングに図１３の処理を開始する。
【0159】
まず、ステップＳ１４１において、制御部１４０は、可変部４０１により走査線間隔またはリフレッシュレートを変更するか否かを判定する。例えば可変部４０１は、測距装置１００の操作部を用いた、測距装置１００の操作者による設定入力に基づき、走査線間隔またはリフレッシュレートを変更するか否かを判定できる。
【0160】
ステップＳ１４１において、変更しないと判定された場合には（ステップＳ１４１、ＮＯ）、制御部１４０は、ステップＳ１４４に処理を移行する。一方、変更すると判定された場合には（ステップＳ１４１、ＹＥＳ）、制御部１４０は、ステップＳ１４２において、可変部４０１により、設定入力情報Ｓｅを受け付ける。
【0161】
続いて、ステップＳ１４３において、制御部１４０は、可変部４０１により設定入力情報Ｓｅに応じて定数αを変更する。これにより、上記（１）式に応じて、第２周波数ｆｈが変化し、走査線間隔およびリフレッシュレートが変更される。
【0162】
続いて、ステップＳ１４４において、制御部１４０は、第１軸回転制御部４２１により、給電部１５５から第１軸モータ１５１への給電を開始する。第１軸モータ１５１は、給電部１５５による給電開始に応じて回転を開始することにより、回転反射体５の回転を開始させる。
【0163】
続いて、ステップＳ１４５において、制御部１４０は、第２軸回転制御部４２２により、同期検出部１５３からの同期信号Ｓｎと、第２軸エンコーダ１７２からの第２角度検出信号Ｅｎ２と、に基づき、回転ステージ１０の回転を開始させる。以降、回転ステージ１０は、第２軸回転制御部４２２による制御下において回転を続ける。
【0164】
続いて、ステップＳ１４６において、制御部１４０は、発光制御部４０３により、発光部３に発光制御信号Ｄｒ１を出力することによって、発光部３にレーザ光Ｌ０を発光させる。また発光制御部４０３は、発光部３の発光時刻情報ｔ１を距離情報取得部４０４に出力する。
【0165】
続いて、ステップＳ１４７において、制御部１４０は、５つの走査光Ｌ２に由来する戻り光Ｒに基づき５つの受光部８から出力される５つの受光情報Ｓを入力する。
【0166】
続いて、ステップＳ１４８において、制御部１４０は、距離情報取得部４０４により、受光情報Ｓに基づく戻り光Ｒの受光時刻情報ｔ２と、発光部３の発光時刻情報ｔ１と、に基づいて距離情報Ｄｔを演算により取得する。
【0167】
続いて、ステップＳ１４９において、制御部１４０は、出力部４０５により、距離情報Ｄｔを外部装置３００に出力する。
【0168】
続いて、ステップＳ１４０において、制御部１４０は、停止制御部４２３により、同期検出部１５３からの同期信号Ｓｎが出力されない期間が所定の期間閾値以下であるか否かを判定する。
【0169】
ステップＳ１４０において、期間閾値以下ではないと判定された場合には（ステップＳ１４０、ＮＯ）、制御部１４０は、ステップＳ１４２に処理を移行する。一方、期間閾値以下であると判定された場合には（ステップＳ１４０、ＹＥＳ）、制御部１４０は、ステップＳ１４１において、測距装置１００による測距を終了するか否かを判定する。例えば、制御部１４０は、測距装置１００の操作部を用いた操作者の操作入力に基づき測距を終了するか否かを判定できる。
【0170】
ステップＳ１４１において、終了しないと判定した場合には（ステップＳ１４１、ＮＯ）、制御部１４０は、ステップＳ１４６以降の処理を再度行う。一方、終了すると判定した場合には（ステップＳ１４１、ＹＥＳ）、制御部１４０は、ステップＳ１４２において、第２軸回転制御部４２２により回転ステージ１０の回転を停止させるとともに、発光制御部４０３により発光部３の発光を停止させる。
【0171】
続いて、ステップＳ１４３において、制御部１４０は、第１軸回転制御部４２１により、給電部１５５から第１軸モータ１５１への給電を停止させることにより、第１軸モータ１５１に回転を停止させる。第１軸モータ１５１は、給電部１５５による給電停止に応答して回転を停止し、回転反射体５の回転を停止させる。
【0172】
以上のようにして、制御部１４０は、測距装置１００による測距動作を制御できる。
【0173】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形または変更が可能である。
【0174】
実施形態の説明で用いた序数、数量等の数字は、全て本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係をこれに限定するものではない。
【0175】
実施形態に係る測距装置および測距システムは、サービスロボットに限らず、自動車、飛行体等の移動体に搭載され、移動体の周囲に存在する物体を認識する用途等において使用可能である。
【符号の説明】
【0176】
１…台部、２…保持部、３…発光部、４…第１レンズ、５…回転反射体、６…穴あきミラー、７…第２レンズ、８…５つの受光部、８１、８２、８３、８４、８５…受光部、９…イケール、１０…回転ステージ、１０ａ…回転部、１０ｂ…固定部、１１…結合部材、２１…天井パネル、２２…背面パネル、３１…発光部ホルダ、４０…第１レンズホルダ、４１…光分割部材、５１…光反射面、６１…貫通孔、６２…穴あきミラーホルダ、７１…第２レンズホルダ、９０…第１方向、９１…基板、１００…測距装置、１０１…載置面、１０２…ベアリング、１０３…マグネット、１０４…モータコア、１１０…受発光部、１１２…発光ブロック、１１３…受光ブロック、１１４…受光部基板、１２０…照射部、１３０…出射窓、１４０…制御部、４０１…可変部、４０２…回転制御部、４０３…発光制御部、４０４…距離情報取得部、４０５…出力部、４２１…第１軸回転制御部、４２２…第２軸回転制御部、４２３…停止制御部、１５０…駆動制御部、１５１…第１軸モータ、１５２…第２軸モータ、１５３…同期検出部、１５５…給電部、１６３…第１軸ドライバ基板、１７２…第２軸エンコーダ、１７３…第２軸ドライバ基板、２００…物体、３００…外部装置、５３１…第１軸エンコーダ、５３２…周期光発光部、５３２ａ…発光基板、５３３…周期光受光部、５３３ａ…受光基板、５５１…発電コイル、５５２…給電コイル、Ａ１…第１軸、Ａ１１…第１軸回転方向、Ａ２…第２軸、Ａ２１…第２軸回転方向、Ｌ０…レーザ光、Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５…分割光、Ｌ２…走査光、Ｒ、Ｒｘ、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒ０…戻り光、Ｄｒ１…発光制御信号、Ｄｒ２…第２軸制御信号、Ｃｔ…測距制御信号、Ｄｔ…距離情報、Ｓ…受光情報、Ｓｎ…同期信号、Ｓｔ…給電制御信号、Ｅｎ１…第１角度検出信号、Ｅｎ２…第２角度検出信号、Ｏｐ…パルス光、Ｌｘ…最大距離、Ｄｘ…直径、β…広がり角、Ｌａ…第１距離、Ｌｂ…第２距離、Ｌｃ…第３距離、Ｃｒ…クロストーク領域、ｐ…間隔
【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13】