JP2020063970A - 投受光装置及び測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の受光セグメント間の光のクロストークが抑制され、正確な投受光を行うことが可能な投受光装置及び正確な測距を行うことが可能な測距装置を提供する。【解決手段】光を出射する光源と、当該光が対象物に向けて投光されかつ対象物によって反射された反射光を受光し、複数の受光セグメント１６Ａが配列された受光面１６Ｓを有する受光素子１６と、反射光を集光させつつ複数の受光セグメントの各々に導く集光光学系と、受光素子の受光面における互いに隣接する受光セグメント間の領域から突出し、当該光に対して遮光性を有する遮光壁１７と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、光の投光及び受光を行う投受光装置、並びに光学的な測距を行う測距装置に関する。

従来から、光を対象物に照射し、当該対象物によって反射された光を検出することで、当該対象物までの距離を測定する測距装置が知られている。当該測距装置は、光を投光しかつ光を受光する投受光装置と、当該投受光装置による光の投受光結果に基づいて測距情報を生成する測距部と、を有する。例えば、特許文献１には、投光部、受光部及び距離計測手段を含む光学式レーダ装置が開示されている。

特開2007-85832号公報

例えば、測距装置には、測距用の光を出射する光源と、対象物によって反射された光を受光する受光素子とが設けられている。また、例えば、独立して光を受光する複数の受光セグメントを有する受光素子を用いることで、複数の領域（複数の対象物や当該対象物における複数の表面領域など）の各々に対して一括して投受光を行うことができる。

ここで、当該複数の領域の各々に対して正確に投受光及び測距を行うことを考慮すると、例えば、当該複数の受光セグメントのうちの１の受光セグメントには、当該複数の領域のうちの当該１の受光セグメントに対応する１の領域から戻ってきた光のみが受光されることが好ましい。

従って、例えば、１の受光セグメントに複数の領域から戻ってきた光が受光されないこと、及び１の受光セグメントに受光されるべき光が他の受光セグメントに受光されないことが好ましい。換言すれば、複数の受光セグメント間での光のクロストークが抑制されていることが好ましい。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、複数の受光セグメント間の光のクロストークが抑制され、正確な投受光を行うことが可能な投受光装置及び正確な測距を行うことが可能な測距装置を提供することを目的の１つとしている。

請求項１に記載の発明は、光を出射する光源と、当該光が対象物に向けて投光されかつ対象物によって反射された反射光を受光し、複数の受光セグメントが配列された受光面を有する受光素子と、反射光を集光させつつ複数の受光セグメントの各々に導く集光光学系と、受光素子の受光面における互いに隣接する受光セグメント間の領域から突出し、当該光に対して遮光性を有する遮光壁と、を有することを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の投受光装置と、受光素子による反射光の受光結果に基づいて対象物までの距離を測定する測距部と、を有することを特徴とする。

実施例１に係る測距装置の全体構成を示す図である。 実施例１に係る測距装置における光源の光出射面を示す図である。 実施例１に係る測距装置における投光光の構成例を示す図である。 実施例１に係る測距装置における受光素子及び遮光壁を示す図である。 実施例１に係る測距装置における反射光の集光光学系への進路を示す図である。 実施例１に係る測距装置における集光光学系、受光素子及び遮光壁の配置例を示す図である。 実施例１に係る測距装置における受光素子及び遮光壁の上面図である。 実施例１に係る測距装置における受光素子及び遮光壁の断面図である。 実施例１に係る測距装置における受光素子及び遮光壁の断面図である。 実施例１に係る測距装置における反射光の進路を示す図である。 実施例１の変形例１に係る測距装置における受光素子及び遮光壁の断面図である。 実施例１の変形例２に係る測距装置における受光素子及び遮光壁の上面図である。 実施例１の変形例２に係る測距装置における受光素子及び遮光壁の断面図である。 実施例２に係る測距装置における受光素子及び遮光壁の上面図である。 実施例２に係る測距装置における受光素子及び遮光壁の断面図である。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は、実施例１に係る測距装置１０の模式的な配置図である。測距装置１０は、所定の領域（以下、走査領域と称する）Ｒ０の光走査を行い、走査領域Ｒ０内に存在する対象物ＯＢまでの距離を測定する走査型の測距装置である。図１を用いて、測距装置１０について説明する。なお、図１には、走査領域Ｒ０及び対象物ＯＢを模式的に示している。

まず、測距装置１０は、光（以下、１次光と称する）Ｌ１を生成及び出射する光源１１を有する。本実施例においては、光源１１は、１次光Ｌ１として赤外領域にピーク波長を有するレーザ光を生成し、これを断続的に出射する。

測距装置１０は、１次光Ｌ１を投光用に整形する整形光学系（又は投光光学系）１２を有する。整形光学系１２は、例えば、１次光Ｌ１を集光しつつその断面形状（ビーム形状）及び光路を定める少なくとも１つのレンズを含む。

測距装置１０は、１次光Ｌ１を方向可変に偏向しつつ投光光（以下、２次光Ｌ２と称する）として投光する偏向素子（第１の偏向素子）１３を有する。偏向素子１３は、周期的な動作を行って１次光Ｌ１の偏向方向を周期的に変化させる。偏向素子１３は、１次光Ｌ１の進行方向を屈曲させつつ出射し、またその屈曲方向を周期的に変化させる。偏向素子１３によって偏向された１次光Ｌ１は、２次光Ｌ２として、走査領域Ｒ０に向けて投光される。

本実施例においては、偏向素子１３は、回動軸ＡＹの周りに回動し、１次光Ｌ１を反射させる少なくとも１つの回動ミラー１３Ａを有する。例えば、偏向素子１３は、ポリゴンミラーを含む。本実施例においては、偏向素子１３は、回動ミラー１３Ａが回動しつつ１次光Ｌ２を反射させることで、１次光Ｌ２の反射方向を周期的に変化させる。すなわち、本実施例においては、２次光Ｌ２は、偏向素子１３の回動ミラー１３Ａによって反射された１次光Ｌ１である。

なお、走査領域Ｒ０は、偏向素子１３を経た１次光Ｌ１（２次光Ｌ２）が投光される仮想の３次元空間である。また、本実施例においては、光源１１は、回動ミラー１３Ａの回動軸ＡＹの軸方向に沿って延びるライン状の断面形状を有するレーザ光を１次光Ｌ１として出射する。

図１には、走査領域Ｒ０の外縁を破線で模式的に示した。また、図１には、１次光Ｌ１及び２次光Ｌ２の主光軸を実線で示し、１次光Ｌ１における回動軸ＡＹの軸方向に沿った端部の光路を破線で示した。

例えば、走査領域Ｒ０は、２次光Ｌ２の断面における長手方向（以下、第１の方向と称する）Ｄ１に沿った高さ方向の方向範囲と、偏向素子１３による１次光Ｌ１の偏向方向の可変範囲に対応する方向（以下、第２の方向と称する）Ｄ２に沿った幅方向の方向範囲と、２次光Ｌ２が所定の強度を維持できる距離方向の範囲（すなわち奥行範囲）と、を有する錐状の空間として定義されることができる。

また、走査領域Ｒ０内における偏向素子１３から所定の距離だけ離れた仮想の平面を走査面Ｒ１としたとき、走査面Ｒ１は、第１及び第２の方向Ｄ１及びＤ２に沿って広がる２次元的な領域として定義されることができる。２次光Ｌ２は、この走査面Ｒ１を走査するように、走査領域Ｒ０に向けて投光される。

また、図１に示すように、走査領域Ｒ０に対象物ＯＢ（すなわち２次光Ｌ２に対して反射性又は散乱性を有する物体又は物質）が存在する場合、２次光Ｌ２は、対象物ＯＢによって反射又は散乱される。対象物ＯＢによって反射された２次光Ｌ２は、その一部が、３次光（すなわち反射光又は戻り光）Ｌ３として、２次光Ｌ２とほぼ同一の光路を２次光Ｌ２とは反対の方向に向かって進み、偏向素子１３に戻って来る。

測距装置１０は、３次光Ｌ３の光路上、本実施例においては偏向素子１３と投光光学系１２との間の１次光Ｌ１及び３次光Ｌ１に共通の光路上に設けられ、３次光Ｌ３を偏向する偏向素子（第２の偏向素子）１４を有する。例えば、偏向素子１４は、１次光Ｌ１を透過させかつ３次光Ｌ３を反射させることで１次光Ｌ１及び３次光Ｌ３を分離する光分離素子であり、本実施例においてはビームスプリッタである。

本実施例においては、偏向素子１３は、動作することで１次光Ｌ１を方向可変に偏向する走査用の可動式偏向素子である。一方、偏向素子１４は、１次光Ｌ１及び３次光Ｌ３を分離するための固定式偏向素子である。

測距装置１０は、偏向素子１４によって偏向された３次光Ｌ３を集光する集光光学系（又は受光光学系）１５を有する。集光光学系１５は、例えば、少なくとも１つのレンズを含む。

測距装置１０は、集光光学系１５によって集光された３次光Ｌ３の光路上に設けられ、３次光Ｌ３を受光する受光素子１６を有する。例えば、受光素子１６は、３次光Ｌ３を検出し、３次光Ｌ３に応じた電気信号を生成する。

受光素子１６は、当該電気信号を３次光Ｌ３の検出結果（受光結果）として生成する。すなわち、測距装置１０は、受光素子１６によって生成された当該電気信号を走査領域Ｒ０の走査結果として生成する。

測距装置１０は、受光素子１６に入射する光を制限するように設けられた遮光壁１７を有する。遮光壁１７は、３次光Ｌ３、すなわち２次光Ｌ２が走査領域Ｒ０（対象物ＯＢ）に投光されたことによって生成された光以外の受光素子１６への入射を抑制するように構成されている。受光素子１６及び遮光壁１７の詳細については、後述する。

測距装置１０は、光源１１、偏向素子１３及び受光素子１６の駆動及びその制御を行う制御部２０を有する。例えば、本実施例においては、制御部２０は、光源１１の駆動及びその制御を行う光源制御部２１と、偏向素子１３の駆動及びその制御を行う偏向素子制御部２２と、を有する。

また、制御部２０は、受光素子１６を駆動し、受光素子１６による３次光Ｌ３の受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部２３を有する。本実施例においては、測距部２３は、受光素子１６によって生成された電気信号から３次光Ｌ３を示すパルスを検出する。また、測距部２３は、２次光Ｌ２の投光タイミングと３次光Ｌ３の受光タイミングとの間の時間差に基づくタイムオブフライト法によって、対象物ＯＢ（又はその一部の表面領域）までの距離を測定する。また、測距部２３は、測定した距離情報を示すデータ（測距データ）を生成する。

また、本実施例においては、測距部２３は、走査領域Ｒ０（走査面Ｒ１）を複数の測距点（走査点）に区別し、当該複数の測距点の各々の測距結果（距離値）を画素として示す走査領域Ｒ０の画像（測距画像）を生成する。本実施例においては、測距部２３は、測距点と回動ミラー１３Ａの変位とを示す情報とを対応付け、走査領域Ｒ０の２次元マップ又は３次元マップを示す画像データを生成する。

また、測距部２３は、例えば、２次光Ｌ２の投光方向の変化周期、すなわち走査領域Ｒ０を走査する周期である走査周期を測距画像の生成周期とし、当該走査周期毎に１つの測距画像を生成する。

なお、走査周期とは、例えば、測距装置１０が走査領域Ｒ０に対する光走査を周期的に行う場合において、回動ミラー１２Ａの所定の変位がその後に再度当該変位に戻るまでの期間をいう。また、測距部２３は、生成した複数の測距画像を時系列に沿って動画として表示する表示部（図示せず）を有していてもよい。

図２は、光源１１の光出射面１１Ｓを模式的に示す図である。また、図３は、走査面Ｒ１上の２次光Ｌ２の軌跡を模式的に示す図である。本実施例においては、図２に示すように、光源１１は、第１の方向Ｄ１を長手方向とするライン状又は楕円状のビーム形状を有するレーザ光を１次光Ｌ１として出射するレーザ素子１１Ａを有する。本実施例においては、レーザ素子１１Ａは、第１の方向Ｄ１を長手方向とし、第２の方向Ｄ２を短手方向とする断面形状を有するライン状のレーザ光を出射する。

また、偏向素子１３は、１次光Ｌ２を第２の方向Ｄ２に沿って可変に偏向する。従って、図３に示すように、本実施例においては、測距装置１０は、第１の方向Ｄ１に延びるライン状の２次光Ｌ２の投光方向（出射方向）を第２の方向Ｄ２に沿って変化させることで走査面Ｒ１を走査する。

図４は、受光素子１６及び遮光壁１７の斜視図である。まず、本実施例においては、受光素子１６は、方向ＤＡに沿って複数の受光セグメント１６Ａが配列された受光面１６Ｓを有する。本実施例においては、受光素子１６は、受光面１６Ｓに複数の受光セグメント１６Ａが１列に配列されている。本実施例においては、受光素子１６は、ライン状の受光面１６Ｓを有するラインセンサである。

本実施例においては、受光セグメント１６Ａの各々は、互いに独立して３次光Ｌ３の受光動作を行う。また、受光セグメント１６Ａの各々は、少なくとも１つの光電変換素子によって光検出を行う検出素子を有する。

次に、本実施例においては、遮光壁１７は、受光素子１６受光面１６Ｓから突出するように、受光面１６Ｓ上に形成されている。例えば、遮光壁１７の表面は、３次光Ｌ３に対して反射性又は散乱性を有する。本実施例においては、遮光壁１７の表面は、３次光Ｌ３に対して反射性及び散乱性を有する。

また、本実施例においては、遮光壁１７は、受光素子１６の受光面１６Ｓにおける受光セグメント１６Ａの外縁の領域を取り囲むように形成されている。また、本実施例においては、遮光壁１７は、受光素子１６の受光面１６Ｓ上において複数の単位格子が配列されるように格子状に形成されている。

以下においては、受光素子１６の受光面１６Ｓ内における受光セグメント１６Ａが配列された方向を受光セグメント１６Ａの配列方向（又は受光面１６Ｓの長さ方向）ＤＡと称する場合がある。また、受光面１６Ｓ内における受光セグメント１６Ａの配列方向ＤＡに垂直な方向を受光セグメント１６Ａの側方向（又は受光面１６Ｓの幅方向）ＤＢと称する場合がある。本実施例においては、受光セグメント１６Ａの配列方向ＤＡは第１の方向Ｄ１に対応し、側方向ＤＢは第２の方向Ｄ２に対応する。

図５Ａは、対象物ＯＢに照射された２次光Ｌ２のスポット形状、及び対象物ＯＢによって反射された２次光Ｌ２である３次光Ｌ３の集光光学系１５への進路を模式的に示す図である。図５Ａに示すように、２次光Ｌ２が照射される対象物ＯＢの領域は、第１の方向Ｄ１を長手方向とするライン状の形状を有する。そして、集光光学系１５には、当該対象物ＯＢにおける２次光Ｌ２の被照射領域から、種々の入射角を有する光が３次光Ｌ３として入射することとなる。

図５Ｂは、集光光学系１５と受光素子１６及び遮光壁１７との間の配置関係を模式的に示す図である。まず、受光素子１６の受光面１６Ｓは、平面状に形成され、集光光学系１５の光軸に垂直に延びるように配置されている。

また、集光光学系１５に入射した３次光Ｌ３は、その集光光学系１５への入射角に応じて、複数の部分光（以下、部分３次光と称する）Ｌ３Ａに分割されることができる。これら部分３次光Ｌ３Ａの各々は、図５Ｂに示すように、受光セグメント１６Ａの各々によって受光される光となる。

例えば、複数の部分光Ｌ３Ａのうち、集光光学系１５の光軸に平行な方向に沿って進む部分光（すなわち３次光Ｌ３における入射角が０度の成分）Ｌ３ＡＡは、複数の受光セグメント１６Ａのうちの中央部に配置された受光セグメント１６ＡＡに入射し、この受光セグメント１６ＡＡによって受光及び検出される。

このようにして、受光セグメント１６Ａ毎に受光された部分３次光Ｌ３Ａに対応する電気信号が受光セグメント１６Ａの各々によって生成される。そして、従って、走査領域Ｒ０における２次光Ｌ２が１度に投光される領域を、第１の方向Ｄ１に沿って、受光セグメント１６Ａの各々に対応する複数の部分領域に分けたとき、当該複数の部分領域に対する走査情報が一括して取得される。また、これを第２の方向Ｄ２に沿って繰り返し行うことで、走査領域Ｒ０の全体の走査情報が取得される。

また、本実施例においては、遮光壁１７は、受光面１６Ｓから、集光光学系１５に向かって、受光面１６Ｓに垂直な方向に沿って突出している。従って、遮光壁１７の壁面（側面）１７Ｓは、受光面１６Ｓに垂直な方向に延びている。

また、本実施例においては、集光光学系１５は、受光素子１６の受光面１６Ｓから離間した位置（焦点位置）Ｐ１に３次光Ｌ３（反射光）が集光されるように配置されている。具体的には、例えば、集光光学系１５が少なくとも１つのレンズを有する場合について、当該レンズの位置を位置Ｐ０とした場合、そのレンズの焦点距離ＬＦだけ離れた位置Ｐ１よりも当該レンズから離れた位置に受光素子１６の受光面１６Ｓが配置されている。

本実施例においては、集光光学系１５は、遮光壁１７によって画定される受光面１６Ｓ上の空間内に３次光Ｌ３が集光されるように配置されている。従って、図５に示すように、３次光Ｌ３（部分３次光Ｌ３Ａの各々）は、完全には集光されていない状態で受光素子１６の受光セグメント１６Ａの各々に入射する。

図６は、受光素子１６及び遮光壁１７の上面図である。図６に示すように、受光素子１６Ａにおいては、受光セグメント１６Ａが互いに離間して配列されている。従って、受光素子１６の受光面１６Ｓには、受光セグメント１６Ａが形成された領域（以下、セグメント領域と称する）Ａ０と、隣接する受光セグメント１６Ａ間の領域（以下、セグメント間領域と称する）Ａ１と、が形成される。

また、遮光壁１７は、セグメント間領域Ａ１に形成された第１の壁部１７Ａと、セグメント領域Ａ０の全体を取り囲むように形成された第２の壁部１７Ｂとを有する。本実施例においては、第２の壁部１７Ｂは、他の受光セグメント１６Ａに隣接しない受光セグメント１６Ａの側面の領域に形成されている。また、本実施例においては、第１及び第２の壁部１７Ａ及び１８Ｂは、一体的に形成されている。

図７及び図８の各々は、受光素子１６及び遮光壁１７の断面図である。図７及び図８は、それぞれ、図６の７−７線及び８−８線に沿った断面図である。図７は、受光セグメント１６Ａの配列方向ＤＡに沿った受光素子１６及び遮光壁１７の断面図である。また、図８は、受光セグメント１６Ａの側方向ＤＢに沿った受光素子１６及び遮光壁１７の断面図である。

まず、図７及び図８に示すように、受光素子１６は、基板３１と、基板３１上において並置された複数の光検出素子３２と、複数の光検出素子３２の上面全体を覆うように基板３１上に一体的に形成された透光板３３と、を有する。

光検出素子３２の各々は、３次光Ｌ３に対して光電変換を行う少なくとも１つの光電変換素子を有する。本実施例においては、光検出素子３２の各々は、ガイガーモードで動作する少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードを含む。また、本実施例においては、透光板３３は、平板形状を有し、３次光Ｌ３に対して透光性を有する。

本実施例においては、図７に示すように、１つの光検出素子３２と、透光板３３における当該１つの光検出素子３２上の部分とは、受光素子１６における１つの受光セグメント１６Ａを構成する。また、透光板３３の上面（遮光壁１７側の表面）は、受光素子１６における受光面１６Ｓを構成する。

また、遮光壁１７の第１及び第２の壁部１７Ａ及び１７Ｂは、透光板３３上に形成されている。本実施例においては、第１及び第２の壁部１７Ａは、透光板３３に接合されている。また、遮光壁１７の壁面１７Ｓ（図５参照）は、第１の壁部１７Ａにおけるセグメント領域Ａ０側に設けられた第１の壁面１７ＡＳと、第２の壁部１７Ｂにおけるセグメント領域Ａ０側に設けられた第２の壁面１８ＢＳと、を有する。

なお、例えば、図６乃至図８に示す例では、遮光壁１７の第１の壁部１７Ａは、セグメント間領域Ａ１の間隔（配列方向ＤＡにおける隣接する光検出素子３２間の距離）と同一又はこれよりも小さな厚さを有している。しかし、遮光壁１７の厚さはこれに限定されない。例えば、遮光壁１７は、セグメント間領域Ａ１の間隔よりも大きな厚さを有していてもよい。遮光壁１７は、わずかにセグメント領域Ａ０上に形成されることとなる。

図９は、遮光壁１７に入射した３次光Ｌ３の進路を模式的に示す図である。図９は、図７と同様の断面図である。まず、受光面１６Ｓにおける隣接する受光セグメント１６Ａ間の領域には、遮光壁１７の第１の壁部１７Ａが設けられている。

また、遮光壁１７によって画定された１つの空間内に入射した３次光Ｌ３（部分３次光Ｌ３Ａ）は、当該１つの空間に対応する１つの受光セグメント１６Ａに受光されるべき光である。遮光壁１７は、当該空間内に入射した３次光Ｌ３が他の空間に進むことを抑制する。従って、１つの受光セグメント１６Ａに受光されるべき部分３次光Ｌ３Ａが他の受光セグメント１６Ａに受光されること、すなわち受光セグメント１６Ａ間の光のクロストークが抑制される。

また、本実施例においては、図９に示すように、遮光壁１７における第１の壁部１７Ａの第１の壁面１７ＡＳは、３次光Ｌ３を散乱させるように構成されている。本実施例においては、遮光壁１７の壁面１７Ｓの全てが光を散乱させるように構成されている。例えば、遮光壁１７は、その壁面１７Ｓに凹凸などの光散乱処理が施されている。

従って、遮光壁１７の壁面１７Ｓに入射した３次光Ｌ３（部分３次光Ｌ３Ａ）は、図９に示すように、遮光壁１７によって散乱する。また、３次光Ｌ３は、遮光壁１７に入射する度に散乱される。

これによって、３次光Ｌ３がセグメント領域Ａ０の全体に入射しやすくなる。従って、受光セグメント１６Ａ（光検出素子３２）の全体で３次光Ｌ３を受光することができる。これによって、３次光Ｌ３を確実に受光及び検出することができる。

また、本実施例においては、受光セグメント１６Ａの各々は、ガイガーモードで動作する少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードを含む光検出素子３２を有する。従って、光検出素子３２における部分３次光Ｌ３が入射する領域が大きいほど、正確に光検出動作（フォトンカウンティング）を行うことができる。これに対し、遮光壁１７が光散乱性を有することで、受光セグメント１６Ａの全体に部分３次光Ｌ３を受光させることができる。従って、より正確に３次光Ｌ３を受光及び検出することができる。

なお、本実施例においては、受光素子１６が一体的に形成された透光板３３を有し、遮光壁１７が透光板３３上に形成される場合について説明した。しかし、受光素子１６及び遮光壁１７の構成はこれに限定されない。

図１０は、本実施例の変形例１に係る測距装置１０Ａにおける受光素子１６Ｍ及び遮光壁１８の断面図である。図１０は、受光素子１６Ｍ及び遮光壁１８における図７と同様の断面図である。測距装置１０Ａは、受光素子１６Ｍ及び遮光壁１８の構成を除いては、測距装置１０と同様の構成を有する。

測距装置１０Ａにおいては、受光素子１６Ｍは、基板３１及び複数の光検出素子３２と、各々が光検出素子３２の上面上に形成された複数の透光板３４と、を有する。本変形例においては、１つの光検出素子３２及び当該光検出素子３２上の透光板３４が受光素子１６Ｍにおける１つの受光セグメント１６Ａを構成する。また、透光板３４の上面の各々が受光素子１６Ｍの受光面１６Ｓを構成する。

また、本変形例においては、遮光壁１８は、受光素子１６Ｍの基板３１上に形成されている。具体的には、遮光壁１８の第１の壁部１８Ａは、受光素子１６Ｍの基板３１上における隣接する光検出素子３２間の領域（すなわちセグメント間領域）Ａ１に形成されている。また、第２の壁部１８Ｂは、基板３１上における光検出素子３２の最外部の領域において、光検出素子３２の全体を取り囲むように形成されている。

なお、本変形例においては、遮光壁１８の第１及び第２の壁部１８Ａ及び１８Ｂは、基板３１の上面から、受光面１６Ｓを越えて形成されており、これによって受光面１６Ｓから突出している。

本変形例においては、光検出素子３２の側面間に遮光壁１８が設けられている。従って、例えば、１の受光セグメント１６Ａに向けて部分３次光Ｌ３Ａが透光板３４に入射した後に当該部分３次光Ｌ３Ａが当該１の受光セグメント１６Ａではない他の受光セグメント１６Ａに受光されることが抑制される。従って、受光セグメント１６Ａ間のクロストークの抑制効果が大きい。このように遮光壁１８が設けられていてもよい。

図１１は、本実施例の変形例２に係る測距装置１０Ｂにおける受光素子１６及び遮光壁１９の上面図である。また、図１２は、受光素子１６及び遮光壁１９の断面図である。図１２は、図１１における１２−１２線に沿った断面図であり、受光セグメント１６Ａの側方向ＤＢにおける断面図である。測距装置１０Ｂは、遮光壁１９の構成を除いては、測距装置１０と同様の構成を有する。

測距装置１０Ｂにおいては、遮光壁１９は、第２の壁部１９の受光セグメント１６Ａ側に設けられた第２の壁面１９ＡＳが受光面１６Ｓに対して傾斜している点を除いては、遮光壁１７と同様の構成を有する。

本変形例においては、第２の壁部１９Ａの各々は、受光セグメント１６Ａ側に設けられ、受光面１６Ｓとのなす角度が９０°よりも大きい第２の壁面１９ＡＳを有する。本変形例においては、遮光壁１９の第２の壁部１９Ａは、対向する他の第２の壁部１９との距離が受光面１６Ｓから離れるに従って徐々に大きくなるように、受光面１６Ｓに対して傾斜する第２の壁面１９ＡＳを有する。

第２の壁部１９Ａがこのように構成されていることで、受光セグメント１６Ａに入射する部分３次光Ｌ３Ａの大部分が受光セグメント１６Ａに入射する前に遮光壁１９に入射しやすくなる。従って、部分３次光Ｌ３Ａを反射及び散乱させつつ受光セグメント１６Ａの全体に導くことができる。従って、受光セグメント１６Ａ間の光のクロストークを抑制しつつ、受光セグメント１６Ａに正確に３次光Ｌ３を受光させることができる。

なお、本実施例及びその変形例においては、遮光壁１７乃至１９が受光セグメント１６Ａの領域を取り囲むように形成されている場合について説明した。しかし、遮光壁１７乃至１９の構成はこれに限定されない。

例えば、遮光壁１７は、セグメント間領域Ａ１に設けられた第１の壁部１７Ａを有することによって、受光セグメント１６Ａ間の光のクロストークを抑制することができる。従って、例えば、遮光壁１７は、第２の壁部１７Ｂを有していなくてもよい。すなわち、遮光壁１７は、受光素子１６の受光面１６Ｓにおける隣接する他の受光セグメント１６Ａ間の領域Ａ１から突出していればよい。

また、本実施例においては、例えば、遮光壁１７が３次光Ｌ３、すなわち対象物ＯＢによって反射された１次光Ｌ１に対して反射性及び散乱性を有するように構成されている場合について説明した。しかし、遮光壁１７の構成はこれに限定されない。例えば、遮光壁１７は、１次光Ｌ１に対して吸収性を有していてもよい。例えば、遮光壁１７は、１次光Ｌ１に対して遮光性を有していればよい。

また、本実施例及びその変形例においては、受光素子１６及び１６Ｍの受光セグメント１６Ａが第１の方向Ｄ１に沿って１列に配列される場合について説明した。しかし、受光素子１６及び１６Ｍの構成はこれに限定されない。

例えば、受光素子１６は、複数の受光セグメント１６Ａが配列された受光面１６Ｓを有していればよい。また、集光光学系１５は、３次光Ｌ３を集光させつつこれらの受光セグメント１６Ａの各々に導くように構成されていればよい。

換言すれば、例えば、測距装置１０は、３次光Ｌ３を受光し、複数の受光セグメント１６Ａが配列された受光面１６Ｓを有する受光素子１６と、３次光Ｌ３を集光させつつ受光セグメント１６Ａの各々に導く集光光学系１５と、受光素子１６の受光面１６Ｓ内の互いに隣接する受光セグメント１６Ａ間の領域Ａ１から突出し、１次光Ｌ１に対して遮光性を有する遮光壁１７と、を有していればよい。

これによって、受光セグメント１６Ａ間の光のクロストークを抑制しつつ、一括で走査領域Ｒ０内の複数の領域に対する２次光Ｌ２の投受光を行うことができる。そして、これによって正確な測距動作を行うことが可能な測距装置１０を提供することができる。

なお、正確に受光動作を行うことを考慮すると、例えば、遮光壁１７の壁面１７Ｓは、１次光Ｌ１を反射又は散乱させるように構成されていることが好ましい。また、３次光Ｌ３以外の装置内の迷光などの受光を抑制することを考慮すると、遮光壁１７が第２の壁部１７Ｂを有すること、すなわち遮光壁１７が受光面１６Ｓにおける受光セグメント１６Ａの各々の外縁の領域を取り囲むように形成されていることが好ましい。

また、受光面１６Ｓから離間した位置Ｐ１に３次光Ｌ３を集光させるように集光光学系１５を配置することで、受光セグメント１６Ａの全体に３次光Ｌ３を入射させることができる。これらの場合、例えば光検出素子３２としてガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードのような検出面に入射する光の面積で光検出精度が異なる受光素子１６を用いる場合の効果が大きい。

また、本実施例においては、光源１１がライン状の断面形状のレーザ光を１次光Ｌ１として出射する場合について説明した。しかし、光源１１の構成はこれに限定されない。例えば、光源１１は、任意の断面形状の光を１次光Ｌ１として出射すればよい。すなわち、光源１１は、１次光Ｌ１を出射するように構成されていればよい。

このように、本実施例においては、測距装置１０は、１次光Ｌ１を出射する光源１１と、１次光Ｌ１を方向可変に偏向しつつ２次光Ｌ２として投光する偏向素子１３と、２次光Ｌ２が対象物ＯＢによって反射された３次光Ｌ３を受光し、複数の受光セグメント１６Ａが配列された受光面１６Ｓを有する受光素子１６と、３次光Ｌ３を集光させつつ受光セグメント１６Ａの各々に導く集光光学系１５と、受光素子１６の受光面１６Ｓ内の互いに隣接する受光セグメント１６Ａ間の領域Ａ１から突出し、１次光Ｌ１に対して遮光性を有する遮光壁１７と、受光素子１６による３次光Ｌ３の受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部２３と、を有する。

従って、複数の受光セグメント１６Ａ間の光のクロストークが抑制され、走査領域Ｒ０に対して正確な投受光を行うことで正確な測距を行うことが可能な測距装置１０を提供することができる。

なお、本実施例においては、測距装置１０が偏向素子１３を有する場合について説明した。しかし、測距装置１０は、偏向素子１３を有していなくてもよい。すなわち、測距装置１０は、所定の方向に向けて１次光Ｌ１を出射し、対象物ＯＢによって反射された１次光Ｌ１を受光するように構成されていてもよい。この場合でも、受光素子１６の受光セグメント１６Ａ間の光のクロストークを抑制することができ、正確な測距を行うことができる。すなわち、測距装置１０は、光源１１及び受光素子１６によって１次光Ｌ１の投受光を行うように構成されていればよい。

また、受光素子１６による３次光Ｌ３の受光結果は、測距以外の用途、例えば対象物ＯＢの検出用途などにも有効に利用することができる。従って、測距装置１０は、測距部２４を有していなくてもよい。この場合、例えば、測距装置１０における光源１１、受光素子１６、集光光学系１５及び遮光壁１７は、投受光装置として機能する。

このように、本実施例においては、測距装置１０は、１次光Ｌ１を出射する光源１１と、１次光Ｌ１が対象物ＯＢによって反射された３次光Ｌ３を受光し、複数の受光セグメント１６Ａが配列された受光面１６Ｓを有する受光素子１６と、３次光Ｌ３を集光させつつ受光セグメント１６Ａの各々に導く集光光学系１５と、受光素子１６の受光面１６Ｓ内の互いに隣接する受光セグメント１６Ａ間の領域Ａ１から突出し、１次光Ｌ１に対して遮光性を有する遮光壁１７と、を有する。従って、受光素子１６における複数の受光セグメント１６Ａ間の光のクロストークが抑制され、正確な投受光を行うことが可能な投受光装置を提供することができる。

図１３は、実施例２に係る測距装置４０における受光素子１６、遮光壁１７及び散乱板４１の上面図である。また、図１４は、受光素子１６、遮光壁１７及び散乱板４１の断面図である。図１４は、図１３における１４−１４線に沿った断面図である。

測距装置４０は、遮光壁１７によって画定された受光面１６Ｓ上の空間の各々内に設けられ、３次光Ｌ３を散乱させる複数の散乱セグメント４１Ａからなる散乱板４１を有する点を除いては、測距装置１０と同様の構成を有する。

本実施例においては、散乱板４１の散乱セグメント４１Ａの各々は、平板形状を有し、遮光壁１７の壁面１７Ｓに固定されている。また、本実施例においては、散乱セグメント４１Ａの各々は、遮光壁１７内における受光セグメント１６Ａへの３次光Ｌ３の光路の全体に配置されている。

従って、図１４に示すように、３次光Ｌ３は、散乱板４１によって散乱された後、受光素子１６の受光セグメント１６Ａに受光される。従って、遮光壁１７及び散乱板４１によって、受光セグメント１６Ａ間の光のクロストークを抑制しつつ、受光セグメント１６Ａの全体に３次光Ｌ３を受光させることができる。従って、受光セグメント１６Ａの各々毎、及び受光素子１６全体の３次光Ｌ３の受光精度が向上する。

なお、本実施例においては、散乱板４１が遮光壁１７の壁面１７Ｓ、すなわち遮光壁１７の側壁面に形成される場合について説明した。しかし、散乱板４１は、遮光壁１７の端面上に形成されていてもよい。散乱板４１は、遮光壁１７によって画定される集光光学系１５と受光セグメント１６Ａの各々との間の３次光Ｌ３の光路上に設けられていればよい。例えば、散乱板４１は、遮光壁１７によって画定される受光面１６Ｓ上の空間内に設けられていればよい。

このように、測距装置４０は、遮光壁１７によって画定される集光光学系１５と受光セグメント１６Ａの各々との間の３次光Ｌ３の光路上に設けられ、３次光Ｌ３を散乱させる散乱板４１を有する。従って、受光素子１６における複数の受光セグメント１６Ａ間の光のクロストークが抑制され、正確な投受光を行うことが可能な投受光装置及び正確な測距を行うことが可能な測距装置４０を提供することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、４０ 測距装置
１６、１６Ｍ 受光素子
１７、１８、１９ 遮光壁
４１ 散乱板

Claims (7)

1. 光を出射する光源と、
   前記光が対象物に向けて投光されかつ前記対象物によって反射された反射光を受光し、複数の受光セグメントが配列された受光面を有する受光素子と、
   前記反射光を集光させつつ前記複数の受光セグメントの各々に導く集光光学系と、
   前記受光素子の前記受光面における互いに隣接する前記受光セグメント間の領域から突出し、前記光に対して遮光性を有する遮光壁と、を有することを特徴とする投受光装置。
2. 前記遮光壁の壁面は、前記反射光を反射又は散乱させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の投受光装置。
3. 前記遮光壁によって画定される前記受光面上の空間内に設けられ、前記光を散乱させる散乱板を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の投受光装置。
4. 前記遮光壁は、前記受光面における前記複数の受光セグメントの各々の外縁の領域を取り囲むように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の投受光装置。
5. 前記集光光学系は、前記受光面から離間した位置に前記反射光が集光されるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の投受光装置。
6. 前記遮光壁は、前記受光面における隣接する前記受光セグメント間の前記領域に形成された第１の壁部と、前記受光面における前記複数の受光セグメントが形成された領域の全体を取り囲むように形成された第２の壁部と、を有し、
   前記第２の壁部は、前記受光セグメント側に設けられ、前記受光面とのなす角度が９０°よりも大きい壁面を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の投受光装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の投受光装置と、
   前記受光素子による前記反射光の受光結果に基づいて前記対象物までの距離を測定する測距部と、を有することを特徴とする測距装置。

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