特開 2024-89429 測距装置

(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】P2024089429

(43)【公開日】2024-07-03

(54)【発明の名称】測距装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20240626BHJP

   G02B 26/12 20060101ALI20240626BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20240626BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G02B26/12

G02B26/10 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022204783

(22)【出願日】2022-12-21

(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】山田 健介

(72)【発明者】

【氏名】西山 隆彦

【テーマコード（参考）】

2H045

5J084

【Ｆターム（参考）】

2H045AA03

2H045AA06

2H045AA62

2H045BA12

2H045BA26

2H045CA85

5J084AA05

5J084AA10

5J084AC02

5J084AC04

5J084AC07

5J084AD01

5J084AD02

5J084BA02

5J084BA04

5J084BA20

5J084BA35

5J084BA36

5J084BA38

5J084BA49

5J084BB02

5J084BB04

5J084BB26

5J084BB40

5J084CA03

5J084EA01

5J084EA31

(57)【要約】

【課題】迷光を低減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、物体からの戻り光に基づき、物体との間の距離を測定する測距装置であって、光源と、光源からの光（Ｌ０）が内側を通過する筒状部材（４２）と、筒状部材（４２）を通過した光源からの光（Ｌ０）を複数の光（Ｌ１）に分割する回折素子（４１）と、回折素子（４１）により分割された複数の光（Ｌ１）それぞれに由来する戻り光（Ｒ）を反射するミラー面（６２）を含み、光源からの光（Ｌ０）を通過させる貫通孔（６１）がミラー面（６２）に形成された穴あきミラー（６）と、を有し、穴あきミラー（６）と物体との間において、前記筒状部材の一方側の端部は、穴あきミラー（６）の貫通孔（６１）と内側が連続するように配置される。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体からの戻り光に基づき、前記物体との間の距離を測定する測距装置であって、
光源と、
前記光源からの光が内側を通過する筒状部材と、
前記筒状部材を通過した前記光源からの光を複数の光に分割する回折素子と、
前記回折素子により分割された前記複数の光それぞれに由来する前記戻り光を反射するミラー面を含み、前記光源からの光を通過させる貫通孔が前記ミラー面に形成された穴あきミラーと、を有し、
前記穴あきミラーと前記物体との間において、前記筒状部材の一方側の端部は、前記穴あきミラーの前記貫通孔と前記内側が連続するように配置される、測距装置。

【請求項2】

前記筒状部材の他方の端部は、前記光源が位置する方向とは反対側の端部であって、前記回折素子が配置される、請求項１に記載の測距装置。

【請求項3】

前記筒状部材は、前記穴あきミラーと一体に形成されている、請求項１または請求項２に記載の測距装置。

【請求項4】

前記穴あきミラーにおける前記ミラー面の外側に配置される遮光部材をさらに有する、請求項１または請求項２に記載の測距装置。

【請求項5】

前記遮光部材は、前記穴あきミラーを支持する支持部材を含む、請求項４に記載の測距装置。

【請求項6】

前記筒状部材と一体に形成され、前記穴あきミラーを支持する支持部材を有する、請求項１または請求項２に記載の測距装置。

【請求項7】

開口を含み、前記開口に挿入された前記穴あきミラーを支持する支持部材を有し、
前記開口は、前記光源からの光が前記穴あきミラーに対して前記穴あきミラーの表面方向へ離れるほど開口面積が大きくなるテーパ形状を含む、請求項１または請求項２に記載の測距装置。

【請求項8】

前記回折素子と前記物体との間に配置され、前記回折素子により分割された前記複数の光のそれぞれを走査する走査部をさらに有する、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、物体からの戻り光に基づき、該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、迷光により測距性能が低下する場合がある。

【0006】

本発明は、迷光を低減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、物体からの戻り光に基づき、物体との間の距離を測定する測距装置であって、光源と、光源からの光（Ｌ０）が内側を通過する筒状部材（４２）と、筒状部材（４２）を通過した光源からの光（Ｌ０）を複数の光（Ｌ１）に分割する回折素子（４１）と、回折素子（４１）により分割された複数の光（Ｌ１）それぞれに由来する戻り光（Ｒ）を反射するミラー面（６２）を含み、光源からの光（Ｌ０）を通過させる貫通孔（６１）がミラー面（６２）に形成された穴あきミラー（６）と、を有し、穴あきミラー（６）と物体との間において、前記筒状部材の一方側の端部は、穴あきミラー（６）の貫通孔（６１）と内側が連続するように配置される。

【0008】

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】

【0009】

本発明によれば、迷光を低減可能な測距装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る測距装置の一例を示す斜視図である。

【図2】図１の測距装置の発光部および受光部周辺の一例を示す斜視図である。

【図3】回折素子による光分割の一例を示す図であり、図３（ａ）は回折素子の側面図、図３（ｂ）は光の入射方向側から視た回折素子の斜視図、図３（ｃ）は回折素子の正面図である。

【図4】図１の測距装置における穴あきミラーおよび筒状部材の一例を示す拡大斜視図である。

【図5】図４の穴あきミラーおよび筒状部材を平面Ｐ１で切断した断面図である。

【図6】図１の測距装置の走査部の一例を示す斜視図である。

【図7】図１の測距装置の構成例を示すブロック図である。

【図8】図１の測距装置における同期検出部の一例を示す図である。

【図9】図１の測距装置における制御部のハードウェア構成例を示す図である。

【図10】図１の測距装置における制御部の機能構成例を示すブロック図である。

【図11】図１の測距装置における制御部による処理例を示すフロー図である。

【図12】第２実施形態に係る支持部材の一例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

［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。

【0016】

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。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。

【0017】

＜測距装置１００の構成例＞
（全体構成）
図１～図６を参照して、本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における光源および受光部の周辺を例示する斜視図である。図３は、回折素子４１による光分割の一例を示す図であり、図３（ａ）は回折素子４１の側面図、図３（ｂ）は光の入射方向側から視た回折素子４１の斜視図、図３（ｃ）は回折素子４１の正面図である。図４は、測距装置１００における穴あきミラー６および筒状部材４２の一例を示す拡大斜視図である。図５は、図４の穴あきミラー６および筒状部材４２を平面Ｐ１で切断した断面図である。図６は測距装置１００における走査部１２０を例示する斜視図である。

【0018】

測距装置１００は、物体からの戻り光に基づき、該物体との間の距離を測定する装置である。ここで、戻り光とは、測距装置１００から照射された光が物体等により反射または散乱され、測距装置１００に戻る光をいう。測距装置１００は、１つの物体に限らず、２以上の物体それぞれとの間の距離も測定できる。

【0019】

図１～図６に示すように、測距装置１００は、台部１と、保持部２と、光源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、回折素子４１と、筒状部材４２と、支持部材６３と、遮光部材６４と、走査部１２０と、を有する。なお、台部１、保持部２、第１レンズ４、第２レンズ７、イケール９、支持部材６３および走査部１２０のそれぞれは、必須の構成部ではない。

【0020】

図１に示すように、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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

図１および図２に示すように、天井パネル２１の＋Ｚ方向側の面には、光源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。

【0024】

光源３は、光Ｌ０を発する。光源３は、例えばＬＤ（Laser Diode：半導体レーザ）である。光Ｌ０は、例えばパルス状のレーザ光である。光源３は、光Ｌ０を＋Ｚ方向側に発する。但し、光源３は、ＬＥＤ（light emitting diode：発光ダイオード）等であってもよい。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。

【0025】

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、光Ｌ０を略コリメート（略平行化）する。測距装置１００は、第１レンズ４を有することにより、光源３から発せられた光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。第１レンズ４によりコリメートされた光Ｌ０は、穴あきミラー６に設けられた貫通孔６１を通過した後、筒状部材４２に入射する。

【0026】

筒状部材４２は、光源３からの光Ｌ０が内側を通過する筒状の部材である。本実施形態では、筒状部材４２は、穴あきミラー６と物体との間において、長手方向に沿う方向（例えばＺ方向）から視た場合に穴あきミラー６の貫通孔６１が内側に位置するように配置される。筒状部材４２は、樹脂、金属材料等を含んで構成される。筒状部材４２の内側および外側は、光の反射を低減するように黒塗りされることが好ましく、艶消しされることがさらに好ましい。

【0027】

本実施形態では、筒状部材４２における光源３が位置する方向とは反対側の端部４２０に、回折素子４１が配置される。換言すると、回折素子４１は、穴あきミラー６に対して光源３が位置する方向とは反対方向に配置される。

【0028】

図３に示すように、回折素子４１は、平面視において略円形の形状を有し、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。回折素子４１は、ガラス、樹脂等の材料を含んで構成される。回折素子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。回折素子４１は、入射される光Ｌ０を、周期構造を用いて回折させることにより５つの光Ｌ１に分割する。５つの光Ｌ１は、分割光Ｌ１１～Ｌ１５を含む。分割光Ｌ１１は、回折素子４１の０次光（透過光）である。分割光Ｌ１２～Ｌ１５は、回折素子４１の１次回折光である。但し、光Ｌ０が回折素子４１により分割される数は、５つに限らず、要求される空間分解能等に応じて適宜選択可能である。

【0029】

分割光Ｌ１１～Ｌ１５は、伝搬方向が相互に異なる平行光束である。分割光Ｌ１１～Ｌ１５は、走査部１２０により走査される。分割光Ｌ１１～Ｌ１５のそれぞれが走査された光である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。

【0030】

図３（ａ）に示す回折素子４１による分割角度θＬは、２．１度以上であってもよい。分割角度θＬとは、回折素子４１により分割された５つの光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。分割角度θＬは、回折素子４１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。

【0031】

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、回折素子４１により分割した５つの光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。

【0032】

人の目の瞳径および焦点距離に基づくと、５つの光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、回折素子４１による分割角度θＬを２．１度以上とすることにより、５つの光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。

【0033】

平面視における回折素子４１の外形形状は、略円形に限らず、略矩形、略楕円形、略多角形等であってもよい。また、回折素子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～Ｌ１５が得られる構成を例示したが、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。

【0034】

図１および図２に示すように、穴あきミラー６は、光源３と回折素子４１との間に配置される。穴あきミラー６は、回折素子４１により分割された複数の光Ｌ１のそれぞれに由来する戻り光を反射するミラー面６２を含み、光源３からの光Ｌ０を通過させる貫通孔６１がミラー面６２に形成されている。穴あきミラー６は、金属、ガラス、樹脂等の材料を含んで構成される。ミラー面６２には、アルミニウム等の金属からなる反射膜が蒸着等により形成される。

【0035】

光源３からの光Ｌ０は、穴あきミラー６の貫通孔６１を通過する。貫通孔６１を通過した光Ｌ０は、回折素子４１により５つの光Ｌ１に分割され、走査部１２０により走査される。走査部１２０による５つの走査光Ｌ２に由来する５つの戻り光は、回折素子４１および筒状部材４２の外側を通ってミラー面６２に入射する。ミラー面６２により反射された５つの戻り光は、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】

図４および図５に示すように、支持部材６３は、穴あきミラー６を支持する。遮光部材６４は、穴あきミラー６におけるミラー面６２の外側に配置される。支持部材６３は、金属材料、樹脂材料等を含んで構成される。本実施形態では、遮光部材６４は、支持部材６３を含む。支持部材６３は、遮光部材６４として機能するため、図４および図５では、支持部材６３と遮光部材６４の符号を併記している。

【0037】

例えば、回折素子４１が、穴あきミラー６と光源３との間に配置されると、回折素子４１により回折され、分割された５つの光Ｌ１が穴あきミラー６の貫通孔６１に入射する。５つの光Ｌ１に含まれる分割光Ｌ１１～Ｌ１５のうち、分割光Ｌ１１は、光Ｌ０の進行方向と略平行な方向に伝搬して貫通孔６１に入射する。一方、分割光Ｌ１２～Ｌ１５は、回折により、光Ｌ０の進行方向に対して角度を有する方向に伝搬して貫通孔６１に入射する。分割光Ｌ１２～Ｌ１５が光Ｌ０の進行方向に対して角度を有する方向に伝搬し、貫通孔６１の外縁や内壁等により散乱されることで、迷光が発生する場合がある。また、回折素子４１による高次回折光が迷光となる場合がある。これらの迷光が第２レンズ７により集光されて５つの受光部８に入射することで、測距装置１００における受光信号のＳＮ（Signal Noise）比が低下し、測距性能が低下する場合がある。

【0038】

本実施形態では、回折素子４１を筒状部材４２の端部４２０に配置することにより、回折素子４１により回折された光が貫通孔６１の外縁や内壁等により散乱されることを低減し、迷光の発生を低減できる。また、回折素子４１を筒状部材４２の端部４２０に配置することにより、回折素子４１が配置される位置が物体に近づくため、回折素子４１による高次回折光が第２レンズ７に入射することを低減できる。このように、本実施形態では、迷光を低減可能な測距装置を提供することができる。また、本実施形態では、迷光を低減する結果、測距装置１００における受光信号のＳＮ（Signal Noise）比を向上させ、測距性能を高くすることができる。

【0039】

一方、走査部１２０により走査された光に由来する戻り光のうちの一部は、穴あきミラー６におけるミラー面６２の外側を通り、ミラー面６２により反射されずに、第２レンズ７に直接入射する場合がある。図５において、戻り光Ｒは、戻り光のうち、ミラー面６２により反射されるものを表し、迷光Ｒｓは、戻り光のうち、ミラー面６２の外側を通り、ミラー面６２により反射されないものを表している。迷光Ｒｓは、予め定められた光路を通る光ではないため、受光部８に入射すると、測距装置１００における受光信号のＳＮ比を低下させ、測距性能を低下させる。

【0040】

本実施形態では、ミラー面６２の外側に遮光部材６４を配置することにより、迷光Ｒｓを遮光し、迷光Ｒｓが受光部８に入射することを低減できるため、測距装置１００における受光信号のＳＮ比を向上させ、測距性能を高くすることができる。遮光部材６４の外形のサイズは、第２レンズ７の直径と、回折素子４１による分割角度と、によって決定される第２レンズ７の有効視野角以上の入射角で、第２レンズ７に入射する迷光Ｒｓを遮光できるように定められることが好ましい。

【0041】

また、図５に示すように、本実施形態では、支持部材６３は、開口６３０を含み、開口６３０に挿入された穴あきミラー６を支持する。開口６３０は、光源３からの光Ｌ０が穴あきミラー６に対して入射する側から出射する側に向けて（穴あきミラー６の表面方向へ離れるほど）開口面積が大きくなるテーパ形状６３１を含む。開口６３０がテーパ形状６３１を含むことにより、戻り光Ｒのうち、ミラー面６２の外縁近傍に入射する戻り光Ｒが支持部材６３により遮られることを低減できる。これにより、本実施形態では、戻り光Ｒの光量を増大させることができるため、測距装置１００における受光信号のＳＮ比を向上させ、測距性能を高くすることができる。

【0042】

また、図４および図５に示すように、本実施形態では、筒状部材４２は、穴あきミラー６と一体に形成されている。例えば、筒状部材４２および穴あきミラー６のそれぞれを別々に製作した後、接着部材等により筒状部材４２と穴あきミラー６とを接着することによって、筒状部材４２を穴あきミラー６と一体に形成できる。この場合、ミラー面６２における反射膜は、筒状部材４２と穴あきミラー６とを接着する前に穴あきミラー６の表面に蒸着されてもよいし、筒状部材４２と穴あきミラー６とを接着した後に穴あきミラー６の表面に蒸着されてもよい。また、筒状部材４２と穴あきミラー６を樹脂材料により構成する場合には、筒状部材４２および穴あきミラー６を射出成形で加工することにより、筒状部材４２を穴あきミラー６と一体に形成することもできる。この場合には、ミラー面６２における反射膜は、筒状部材４２と穴あきミラー６とが成形加工された後、穴あきミラー６の表面に蒸着されてもよい。

【0043】

本実施形態では、筒状部材４２を穴あきミラー６と一体に形成することにより、筒状部材４２を支持するための部材を製作し、配置しなくてもよいため、測距装置１００の製造効率を高くするとともに、測距装置１００の製造コストを低減できる。また筒状部材４２を支持するための部材の配置スペースを省略できるため、測距装置１００を小型化することができる。

【0044】

走査部１２０は、回折素子４１と物体との間の光路に配置され、回折素子４１により分割された５つの光Ｌ１のそれぞれを走査する。走査部１２０による走査光Ｌ２は、物体に照射される。走査部１２０は、回転反射体５と、回転ステージ１０と、を含む。走査部１２０は、第１方向および第１方向と交差する第２方向への走査光Ｌ２を物体に照射する。本実施形態では、測距装置１００が走査部１２０を有することにより、広い範囲に存在する１以上の物体に対し、１以上の物体それぞれと間の距離を測定することができる。但し、測距装置１００は、走査部１２０を必ずしも有さなくてもよい。測距装置１００は、走査部１２０を有さない場合には、５つの光Ｌ１の照射方向に存在する物体との間の距離を測定できる。なお、走査部１２０は、回転反射体５に代えて揺動ミラー（往復ミラー）により、５つの光Ｌ１のそれぞれを走査してもよい。

【0045】

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、５つの光Ｌ１のそれぞれを走査し、走査される５つの走査光Ｌ２を物体に照射する。

【0046】

図１では、図を簡素化するため、５つの光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では、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。

【0047】

回転反射体５は、例えばポリゴンミラーである。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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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６２に入射した戻り光は、ミラー面６２により－Ｙ方向側に反射され、５つの受光部８に到達する。本明細書に示す例では、５つの光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走査部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。

【0051】

５つの受光部８のそれぞれは、穴あきミラー６のミラー面６２により反射された戻り光の受光信号を出力する。５つの受光部８は、より詳しくは、走査部１２０から照射された５つの走査光Ｌ２に由来する戻り光に基づいて、５つの走査光Ｌ２それぞれの走査角度ごとでの受光信号を出力する。「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。

【0052】

５つの受光部８は、受光部８１から受光部８５を含む。５つの受光部８は、５つの走査光Ｌ２それぞれの走査角度ごとでの受光信号を出力する。なお、受光部８の数は５つに限定されず、回折素子４１による分割数に合わせて適宜変更可能である。

【0053】

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。

【0054】

図６において、イケール９は、屈曲部を含み、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。

【0055】

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。

【0056】

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が保持する光源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。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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

測距装置１００は、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。光Ｌ０の光軸は、光Ｌ０の伝搬方向に沿う光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。

【0061】

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
4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。

【0062】

測距装置１００は、光源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。

【0063】

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。

【0064】

図７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７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。測距装置１００は、受発光部１１０と、出射窓１３０と、制御部１４０と、を有する。

【0065】

走査部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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

給電部１５５は、電磁誘導による非接触給電に限定されず、回転接点等により、外部から第１軸モータ１５１等に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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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、支持部材６３と、受光ブロック１１３と、受光部基板１１４と、を含む。

【0082】

発光部基板１１１は、制御部１４０からの発光制御信号Ｄｒ１に応じて光源３を発光させる電気回路を含む実装基板である。

【0083】

発光ブロック１１２は、光源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は光源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。支持部材６３は、上述したように、穴あきミラー６を保持する部材である。

【0084】

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。

【0085】

受光部基板１１４は、受光信号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。受光信号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信号Ｓを増幅処理することにより、受光信号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。

【0086】

制御部１４０は、測距装置１００全体の動作を制御する。本実施形態では、制御部１４０は、５つの受光信号Ｓに基づき、物体２００との間の距離に関連する５つの距離情報Ｄｔを演算により取得する。制御部１４０は、５つの距離情報Ｄｔを外部装置３００に出力する。なお、距離情報とは、物体２００との間の距離に関する情報をいう。

【0087】

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。

【0088】

制御部１４０は、受発光部１１０および走査部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。

【0089】

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を介して光源３を発光させる。５つの光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。

【0090】

出射窓１３０は、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。

【0091】

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。

【0092】

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信号Ｓを出力する。５つの走査光Ｌ２に対応する５つの受光信号Ｓは、受光部基板１１４を介して制御部１４０に出力される。

【0093】

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。

【0094】

（同期検出部１５３の構成例）
図８は、同期検出部１５３の構成を例示する図である。図８は、回転ステージ１０をＹＺ平面により切断した状態を模式的に示している。

【0095】

図８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。

【0096】

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。

【0097】

（制御部１４０のハードウェア構成例）
図９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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

（制御部１４０の機能構成例）
図１０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。

【0102】

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の各機能は、ＦＰＧＡ１４４等により実現される。あるいは、これら各機能の少なくとも一部は、ＣＰＵ１４１がＲＯＭ１４２に格納されたプログラムに規定された処理を実行することにより実現されてもよい。これら各機能の少なくとも一部は、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、これら各機能の少なくとも一部は、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。出力部４０５の機能は、通信Ｉ／Ｆ１４７等により実現される。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

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。

【0107】

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。

【0108】

発光制御部４０３は、発光部基板１１１を用いて光源３に発光制御信号Ｄｒ１を出力することにより、光源３の発光を制御する。また発光制御部４０３は、光源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。

【0109】

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との間の距離に関する情報である５つの距離情報Ｄｔを演算により取得する。距離情報取得部４０４は、光源３により光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つの受光信号Ｓを入力し、５つの受光信号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５つの距離情報Ｄｔを取得できる。
Ｄｔ（ｎ）＝ｃ×Δｔ（ｎ）／２ ・・・（３）

【0110】

（３）式において、ｎは、分割光Ｌ１１～Ｌ１５それぞれに対応する自然数である。例えば、Ｄｔ（１）は分割光Ｌ１１に基づき得られる距離情報、Ｄｔ（２）は分割光Ｌ１２に基づき得られる距離情報、Ｄｔ（３）は分割光Ｌ１３に基づき得られる距離情報、Ｄｔ（４）は分割光Ｌ１４に基づき得られる距離情報、Ｄｔ（５）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３×１０^８ｍ／ｓ）を表す。Δｔは、発光時刻と受光時刻との間の時間差である。Δｔ（ｎ）は、分割光Ｌ１１～Ｌ１５それぞれに対応する時間差である。

【0111】

分割光Ｌ１１～Ｌ１５は、光源３から同時に発せられた光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～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～Ｌ１５それぞれに基づく距離情報Ｄｔを並行して演算により取得する。

【0112】

出力部４０５は、距離情報取得部４０４により取得された距離情報Ｄｔを出力する。本明細書に示す例では、出力部４０５は、５つの受光部８による５つの受光信号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。

【0113】

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。

【0114】

＜制御部１４０による処理例＞
図１１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で図１１の処理を開始する。

【0115】

まず、ステップＳ１１１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。

【0116】

ステップＳ１１１において、変更しないと判定された場合には（ステップＳ１１１、ＮＯ）、制御部１４０は、ステップＳ１１４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Ｓ１１１、ＹＥＳ）、制御部１４０は、ステップＳ１１２において、可変部４０１により、設定入力情報Ｓｅを受け付ける。

【0117】

続いて、ステップＳ１１３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。

【0118】

続いて、ステップＳ１１４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。

【0119】

続いて、ステップＳ１１５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。

【0120】

続いて、ステップＳ１１６において、制御部１４０は、発光制御部４０３により、光源３に発光制御信号Ｄｒ１を出力することによって、光源３に光Ｌ０を発光させる。また発光制御部４０３は、光源３の発光時刻情報ｔ１を距離情報取得部４０４に出力する。

【0121】

続いて、ステップＳ１１７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つの受光信号Ｓを入力する。

【0122】

続いて、ステップＳ１１８において、制御部１４０は、距離情報取得部４０４により、受光信号Ｓに基づく戻り光Ｒの受光時刻情報ｔ２と、光源３の発光時刻情報ｔ１と、に基づいて５つの距離情報Ｄｔを演算により取得する。

【0123】

続いて、ステップＳ１１９において、制御部１４０は、出力部４０５により、５つの距離情報Ｄｔを外部装置３００に出力する。

【0124】

続いて、ステップＳ１２０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。

【0125】

ステップＳ１２０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Ｓ１２０、ＮＯ）、制御部１４０は、ステップＳ１２２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Ｓ１２０、ＹＥＳ）、制御部１４０は、ステップＳ１２１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。

【0126】

ステップＳ１２１において、終了しないと判定した場合には（ステップＳ１２１、ＮＯ）、制御部１４０は、ステップＳ１１６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Ｓ１２１、ＹＥＳ）、制御部１４０は、ステップＳ１２２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により光源３の発光を停止させる。

【0127】

続いて、ステップＳ１２３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。

【0128】

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。

【0129】

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る測距装置における穴あきミラーおよび筒状部材について説明する。なお、既に説明した実施形態と同一の名称、符号については、同一もしくは同質の部材又は構成部を示しており、詳細説明を適宜省略する。

【0130】

本実施形態に係る測距装置は、筒状部材と一体に形成され、穴あきミラーを支持する支持部材を有する点が第１実施形態とは異なる。

【0131】

図１２は、本実施形態に係る支持部材６３ａの一例を示す斜視図である。支持部材６３ａは、穴あきミラー６を支持する。遮光部材６４ａは、穴あきミラー６におけるミラー面６２の外側に配置される。本実施形態では、遮光部材６４ａは、支持部材６３ａを含む。支持部材６３ａは、遮光部材６４ａとして機能するため、図１２では、支持部材６３ａと遮光部材６４ａの符号を併記している。

【0132】

支持部材６３ａは、内側に延びる梁状の接続部６３２を３つ有する。支持部材６３ａは、接続部６３２を介して筒状部材４２と接続することにより、筒状部材４２と一体に形成されている。なお、接続部６３２の数は３つに限らず、１以上であればよい。このような支持部材６３ａおよび筒状部材４２は、樹脂を材料とした射出成形加工等によって形成できる。

【0133】

本実施形態では、支持部材６３ａが筒状部材４２と一体に形成されることにより、筒状部材４２を支持するための部材を製作し、配置しなくてもよいため、測距装置１００の製造効率を高くするとともに、測距装置１００の製造コストを低減できる。また筒状部材４２を支持するための部材の配置スペースを省略できるため、測距装置を小型化することができる。これ以外の作用効果は、第１実施形態で示したものとほぼ同じである。

【0134】

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。

【0135】

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。

【0136】

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。

【0137】

本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 物体からの戻り光に基づき、前記物体との間の距離を測定する測距装置であって、 光源と、前記光源からの光が内側を通過する筒状部材と、前記筒状部材を通過した前記光源からの光を複数の光に分割する回折素子と、前記回折素子により分割された前記複数の光それぞれに由来する前記戻り光を反射するミラー面を含み、前記光源からの光を通過させる貫通孔が前記ミラー面に形成された穴あきミラーと、を有し、前記穴あきミラーと前記物体との間において、前記筒状部材の一方側の端部は、前記穴あきミラーの前記貫通孔と前記内側が連続するように配置される、測距装置である。
＜２＞ 前記筒状部材の他方の端部は、前記光源が位置する方向とは反対側の端部であって、前記回折素子が配置される、前記＜１＞に記載の測距装置である。
＜３＞ 前記筒状部材は、前記穴あきミラーと一体に形成されている、前記＜１＞または前記＜２＞に記載の測距装置である。
＜４＞ 前記穴あきミラーにおける前記ミラー面の外側に配置される遮光部材をさらに有する、前記＜１＞から前記＜３＞のいずれか１つに記載の測距装置である。
＜５＞ 前記遮光部材は、前記穴あきミラーを支持する支持部材を含む、前記＜４＞に記載の測距装置である。
＜６＞ 前記筒状部材と一体に形成され、前記穴あきミラーを支持する支持部材を有する、前記＜１＞から前記＜５＞のいずれか１つに記載の測距装置である。
＜７＞ 開口を含み、前記開口に挿入された前記穴あきミラーを支持する支持部材を有し、前記開口は、前記光源からの光が前記穴あきミラーに対して前記穴あきミラーの表面方向へ離れるほど開口面積が大きくなるテーパ形状を含む、前記＜１＞から前記＜６＞のいずれか１つに記載の測距装置である。
＜８＞ 前記回折素子と前記物体との間に配置され、前記回折素子により分割された前記複数の光のそれぞれを走査する走査部をさらに有する、前記＜１＞から前記＜７＞のいずれか１つに記載の測距装置である。

【符号の説明】

【0138】

１…台部、２…保持部、３…光源、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…回折素子、４２…筒状部材、４２０…端部、５１…光反射面、６１…貫通孔、６２…ミラー面、６３、６３ａ…支持部材、６３０…開口、６３１…テーパ形状、６３２…接続部、６４、６４ａ…遮光部材、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…走査部、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…光、Ｌ１…複数の光、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５…分割光、Ｌ２…走査光、Ｒ…戻り光、Ｒｓ…迷光、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…受光信号、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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】