JP2007333592A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射光の受光強度を低下させることなく、散乱光の受光を大幅に抑制可能な距離測定装置を提供する。
【解決手段】受光部２０（受光側レンズ２１）を発光部１０（発光側レンズ１１）から離して配置し、受光側レンズ２１（受光面）の周縁の発光部１０側端に、遮光板３０を立設する。水滴による散乱光の受光強度が受光部２０のノイズレベル以下となる距離をｄ、発光部１０による探査光の出射方向と受光面の法線方向とがなす角をθ、特定方向に収束する散乱光の偏角の下限をαとして、発光側レンズ１１の中心から受光側レンズ２１の周縁までの最短距離Ｋは、Ｋ≧ｄ×ｓｉｎ６°を満たし、受光面の直径Ｄ、及び遮光板３０の高さＬ１は、Ｄ／Ｌ１≦ｔａｎ（α−θ）を満たすように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、探査光を用いて物体までの距離を測定する距離測定装置に関する。

従来より、自動車等の車両に搭載され、探査光を用いて先行車等の障害物との距離を測定する光学式の距離測定装置が知られている。
一般に、光学式の距離測定装置では、発光素子（例えば、レーザダイオード）を断続的に発光させることによって、検知すべき対象物が存在する方向（例えば、車両の前方）に探査光を照射し、この探査光が照射された対象物からの反射光を受光素子（例えば、フォトダイオード）で検出し、発光時刻と受光時刻との時間差から対象物までの距離を求めるようにされている。

ところで、光学式の距離測定装置を雨や霧などの環境下で使用すると、図４（ａ）に示すように、検知すべき対象物からの反射光以外に、雨や霧の水滴による散乱光も受光してしまい、対象物までの距離を正確に測定することができない場合がある。

これに対して、直線偏光の特性、即ち、対象物からの反射光は非偏光となるが、水滴による散乱光は偏光面を変えないという特性に着目して、探査光として直線偏光を使用し、受光部に散乱光の通過を阻止する偏光板を設けることで、受光部にて散乱光が受光されてしまうことを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１７４５５７号公報

しかし、偏光板は、散乱光だけでなく、非偏光である対象物からの反射光のうち散乱光と同じ偏光方向成分の通過も阻止してしまうため、偏光板を設けた場合の受光部での受光強度は、偏光板を設けない場合と比較して１／２以下となり、測定可能な距離が大幅に低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するために、反射光の受光強度を低下させることなく、散乱光の受光を大幅に抑制可能な距離測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の距離測定装置では、発光部が探査光を出射し、受光部が探査光の反射光を受光し、その受光部にて受光した反射光に基づいて、探査光を反射した対象物までの距離を測定する。

また、探査光が該探査光の波長より大きな径を有する水滴を透過又は水滴で反射することで発生する散乱光の強度が、受光部のノイズレベルを超えた大きさとなる発光部を中心とした領域を強散乱領域として、受光部は、強散乱領域から外れた位置に設置されている。更に、散乱光のうち特定方向に収束する収束散乱光、及び該収束散乱光より大きな入射角で受光部に入射しようとする散乱光を遮る遮光手段を備えている。

なお、光をその波長より大きな径を有する水滴に入射すると、図４（ｂ）に示すように、光は、回折散乱により、光の入射方向と同一方向（図中矢印Ａ参照）、光の入射方向とは正反対方向（図中矢印Ｂ参照）、光の入射方向とは正反対方向から４０°〜４４°及び５０°〜５４°傾いた方向（図中矢印Ｃ参照）に強い散乱を受けることが知られている。以下、矢印Ａの方向に向かう散乱光を散乱光Ａ、矢印Ｂの方向に向かう散乱光を散乱光Ｂ、矢印Ｃの方向に向かう散乱光を散乱光Ｃという。

また、散乱光Ｃは、水滴内で光が１回反射（偏角が４０°〜４４°）又は２回反射（偏角が５０°〜５４°）して生じるものであり、これらの角度範囲の散乱光の強度が強くなることは、虹の原理としてよく知られた現象である。そして、散乱光Ｂは、ある程度の広がりを持つため、これが上述の強散乱領域となり、また、散乱光Ｃが、上述の収束散乱光に相当する。

そして、受光部を発光部に接近させて設置した場合には、散乱光Ｂの受光を阻止することができず、散乱光Ｂの受光を阻止するために受光部を発光部から離して設置しても、受光部での散乱光Ｃの受光を阻止することができない。

これに対して、本発明の距離測定装置では、散乱光Ｂの影響を受けない位置に受光部を配置し、且つ散乱光Ｃを遮る遮光手段を設けることによって、受光部のノイズレベルを超える強度を有した散乱光が、受光部にて受光されることがないようにしている。

従って、本発明の距離測定装置によれば、受光部の受光面に偏光板を配置する従来装置とは異なり、対象物からの反射光を減衰させることなく、水滴からの散乱光の受光を抑制することができ、その結果、測定可能な距離を低下させることなく、散乱光の影響による誤検出（水滴までの距離を測定してしまう等）を防止することができる。

なお、請求項２に記載のように、遮光手段として、例えば、受光部の受光面の発光部側端に設けられた遮光板を用いることができる。この場合、発光部による探査光の出射方向と受光面の法線方向とがなす角をθ、収束散乱光の偏角の下限をαとして（図４（ｃ）参照）、遮光板の高さＬ１及び受光面の直径Ｄが、
Ｄ／Ｌ１≦ｔａｎ（α−θ）
を満たすように設定されていることが望ましい。

また、請求項３に記載のように、遮光手段として、例えば、受光部の受光面と同径の開口を有するように形成され、底部に受光面が位置するように受光部が設置される凹部を用いてもよい。この場合、発光部による探査光の出射方向と受光面の法線方向とがなす角をθ、収束散乱光の偏角の下限をαとして、凹部の深さＬ２及び受光面の直径Ｄが、
Ｄ／Ｌ２≦ｔａｎ（α−θ）
を満たすように設定されていることが望ましい。

更に、請求項４に記載のように、遮光手段として、格子状に配列された複数の羽板からなり、受光部の受光面を覆うように設置されるルーバを用いてもよい。この場合、発光部による探査光の出射方向と受光面の法線方向とがなす角をθ、収束散乱光の偏角の下限をαとして、ルーバを構成する羽板の高さＩ及び羽板の配置間隔Ｗが、
Ｗ／Ｉ≦ｔａｎ（α−θ）
を満たすように設定されていることが望ましい。

これらのように、受光面の直径Ｄ，遮光板の高さＬ１，凹部の深さＬ２，羽板の高さＩ，羽板の配置間隔Ｗを設定することにより、収束散乱光（散乱光Ｃ）の影響を効果的に低減することができる。

特に、遮光手段としてルーバを用いた場合には、発光部や受光部に対する遮光手段の突出量が小さく抑えられ、また、遮光手段として凹部を用いた場合には、発光部や受光部より突出した構成が無くなるため、当該距離測定装置の外形が単純なものとなり、当該装置を設置する際の自由度を向上させることができる。

なお、収束散乱光は、水滴内で１回反射及び２回反射した散乱光（散乱光Ｃ）であるため、例えば、請求項５に記載のように、収束散乱光の偏角の下限αは４０°に設定すればよい。

ここで、図５は、（ｂ）が水滴による散乱光の偏角と受光強度との関係を測定した結果を示すグラフであり、（ａ）が測定方法を示す説明図である。
図５（ａ）に示すように、局所的に人工霧を発生させ、その人工霧にレーザダイオード（ＬＤ）のパルス光をレンズを介して照射し、水滴による散乱光をレンズを介してフォトダイオード（ＰＤ）にて受光した。ＬＤと霧との間の距離（１４０ｃｍ）及びＰＤと霧との間の距離（１２６ｃｍ）を一定として、霧を中心として円弧状にＰＤの位置を変え、受光強度の角度分布を測定した。なお、レーザの波長は８７０ｎｍで、ＰＤにはＳｉのｐｉｎ型ＰＤを用いた。

図５（ｂ）に示すように、ＬＤのパルス光（探査光）の出射方向とＰＤ（受光面）の法線方向とがなす角θがθ＝０の付近では、散乱光Ｂの影響で、大きな受光強度となるが、θを大きくするに従って、受光強度は低下し、θ≧６°ではピーク強度の５０％程度となる。しかし、更に角度θを大きくすると、受光強度は、散乱光Ｃの影響で急激に増大し、θ＝４０°付近でピークとなり、そのピークを越えると急激に低下する。

このため、請求項６に記載のように、水滴による散乱光の最大強度が、受光部のノイズレベル以下となる水滴までの距離をｄとして、発光部の中心とする半径ｄ×ｓｉｎ６°の範囲を強散乱領域とすることが望ましい。

なお、距離ｄは発光部での発光強度と受光部での受光感度とに依存するが、散乱光が非常に微弱であること、及び散乱光は更に散乱を受けてより微弱になることから、通常ｄ＝３［ｍ］程度に設定すればよい。つまり、ｄ＝３ｍであれば、受光部を３×ｓｉｎ６°＝０．３１ｍ以上、発光部の中心から離すことで、散乱光Ｂの影響を大幅に低減することができる。

ところで、本発明の距離測定装置は、請求項７に記載のように、発光部から出射される探査光の出射方向を予め設定された範囲内で変化させる探査光走査部を備えていてもよい。

この場合、請求項２乃至請求項４に示した式中の角度θは、探査光の出射方向に応じて変化することになるが、その最大値を用いるようにすればよい。
探査光走査部には請求項８に記載のように、多面体ミラーやガルバノミラーなどのミラーを用いることで容易に探査光の走査ができる。
また、請求項９に記載のように、探査光走査部に揺動レンズを用いることでも探査光の走査ができる。この場合、ミラーによる探査光の損失が低減されたり、装置のサイズを小さくすることができる。
請求項１０に記載のように複数の発光領域をもつ発光部をプリズムなどの光学素子と組み合わせ、各発光領域から出射される探査光の出射方向を異なるものとし、かつ隙間がないようにして、各発光領域を順次発光させることで予め設定された範囲内を走査するようにしてもよい。この場合、探査光走査部が駆動部を持たないため装置の信頼性に優れる。

請求項１１に記載のように、受光部は、半導体受光素子（例えば、フォトダイオード等）を用いて構成されていたりしてもよい。この場合、当該距離測定装置を、小型かつ安価に構成することができる。
請求項１２に記載のように、発光部は、レーザを用いて構成されていたりしてもよい。
この場合、発光部の光出力を大きくすることができるため、より遠距離の物体やより反射率の小さい物体までの距離を測定することができる。
請求項１３に記載のように、発光部は、半導体発光素子（例えば、レーザダイオード等）を用いて構成されていたりしてもよい。この場合、当該距離測定装置を、小型かつ安価に構成することができる。

なお、探査光は、人体に向けて照射される可能性がある場合には、目に対する安全性の高い波長のもの、具体的には、請求項１４に記載のように、１．４μｍ以上の波長を有するものを用いることが望ましい。

そして、本発明の距離測定装置は、霧や雨でも精度の高い測定が可能であるため、屋外で使用する機器として好適であり、例えば、請求項１５に記載のように、車両に搭載して使用することが考えられる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１は、（ａ）が本発明が適用された車載用の距離測定装置１の全体構成図、（ｂ）が距離測定装置１を構成する測定ユニット３の筐体前面における各部の配置を示す説明図である。

図１（ａ）に示すように、距離測定装置１は、車両に取り付けられ、車両の前方に向けて探査光を出射する発光部１０、及び車両の前方から到来する対象物からの反射光を受光する受光部２０、発光部１０と受光部２０との間に立設された遮光手段としての遮光板３０とを備えた測定ユニット３と、測定ユニット３とは信号線を介して接続され、測定ユニット３を駆動する指令を出力すると共に、その駆動により得られる測定結果から対象物までの距離を求める制御ユニット５とを備えている。

このうち、発光部１０は、探査光としての赤外光（本実施形態では波長１．４μｍ）を出力する発光素子としてのレーザダイオード（ＬＤ）１３と、ＬＤ１３から出力された探査光のビームを整形する発光側レンズ１１と、制御ユニット５からの指令に従って、パルス状の探査光が出射されるようにＬＤ１３を駆動する発光側駆動回路１５とからなる。

また、受光部２０は、外部から到来する光を集光する受光側レンズ２１と、受光側レンズ２１にて集光された光を受光する受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）２３と、ＰＤ２３を駆動することにより、受光強度に応じた信号強度を有する受光信号を発生させる受光側駆動回路２５とからなる。

なお、測定ユニット３の筐体４は、光を遮断する材料にて構成されている。また、この筐体の車両前方に向けて配置される面（以下「筐体前面」という）４ａには、二つの孔６，７が形成されており、各孔６，７には、発光側レンズ１１及び受光側レンズ２１が、両レンズ１１，２１の互いの光軸が平行且つ筐体前面の法線方向と一致するように固定されている。

また、遮光板３０は、図１（ｂ）に示すように、受光側レンズ２１（即ち、受光面）の周縁の発光部１０側端に、両レンズ１１，２１の中心軸を結ぶ線（以下「配列線」という）と直交するように立設されている。また、遮光板３０は、配列線を中心にして設置され、その幅（図１（ｂ）中の上下方向の長さ）は、受光側レンズ２１の直径と等しい長さに設定されている。

なお、発光側レンズ１１の中心から受光側レンズ２１の周縁までの最短距離Ｋは（１）式を、受光側レンズ２１（受光面）の直径Ｄ、及び遮光板３０の高さＬ１は（２）式を満たすように設定され、具体的には、Ｋ＝３２ｃｍ、Ｄ＝５ｃｍ、Ｌ１＝６ｃｍに設定されている。

Ｋ≧ｄ×ｓｉｎ６° （１）
Ｄ／Ｌ１≦ｔａｎ（α−θ） （２）
但し、霧や雨の環境下において探査光を出射した場合に、水滴による散乱光の受光強度が受光部２０のノイズレベル以下となる距離をｄ（本実施形態ではｄ＝３ｍ）、発光部１０による探査光の出射方向（発光側レンズ１１の光軸方向）と受光面の法線方向（受光側レンズ２１の光軸方向）とがなす角をθ（本実施形態ではθ＝０°）、収束散乱光の偏角の下限をα（本実施形態ではα＝４０°）とする。

このように構成された距離測定装置１では、発光部１０から探査光を出射し、その探査光を反射した検出すべき対象物からの反射光を受光部２０にて検出する。そして、探査光の出射タイミングと反射光の受光タイミングとから、探査光が対象物までの距離を往復するのに要した時間を測定し、その測定結果と光速とに基づいて対象物までの距離が算出される。

但し、雨や霧などの環境下で距離測定装置１を用いた場合、発光部１０と対象との間に存在する水滴による散乱が生じる。その散乱光のうち、出射光（探査光）と正反対方向に散乱される散乱光Ｂの受光レベルは、探査光を中心とした半径約３１ｃｍ（＝３ｍ×ｓｉｎ６°）の領域（以下「強散乱領域」という）では、受光部２０のノイズレベルより大きく、この強散乱領域から外れた位置では、受光部２０のノイズレベルより小さくなる。

また、水滴内で１回反射又は２回反射し特定方向に収束する散乱光Ｃは、探査光に対する偏角が４０°〜４４°（１回反射の場合）又は５０°〜５４°（２回反射の場合）であるため、この散乱光Ｃの受光側レンズ２１（受光面）に対する入射角（受光面の法線方向に対する角度）は、最小で４０°となる。

しかし、受光側レンズ２１の縁に遮光板３０が設けられており、しかも、受光面径Ｄ／遮光板高さＬ１＝５／６（≒ｔａｎ３９．８°）＜ｔａｎ４０°となるため、受光面に対する入射角が４０°以上である散乱光Ｃは、遮光板３０で遮られ、受光側レンズ２１に入射されることがない。

つまり、距離測定装置１では、散乱光Ｂの影響を受けない位置に受光部２０を配置し、且つ散乱光Ｃを遮るように形成された遮光板３０を設けることによって、受光部２０のノイズレベルを超える強度を有した散乱光Ｂ，Ｃが、受光部２０にて受光されることがないようにされている。

従って、距離測定装置１によれば、対象物からの反射光を減衰させることなく、水滴からの散乱光Ｂ，Ｃの受光を抑制することができ、その結果、測定可能な距離を低下させることなく、散乱光Ｂ，Ｃの影響による誤検出（水滴までの距離を測定してしまう等）を防止することができる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。

図２は、本発明が適用された車載用の距離測定装置１０１の全体構成図である。
図２に示すように、距離測定装置１０１は、車両に取り付けられ、車両の前方に向けて探査光を出射する発光部１１０、及び車両の前方から到来する対象物からの反射光を受光する受光部１２０を備えた測定ユニット１０３と、測定ユニット１０３とは信号線を介して接続され、測定ユニット１０３を駆動すると共に、その駆動により得られる測定結果から対象物までの距離を求める制御ユニット１０５とを備えている。

このうち、発光部１１０は、探査光としての赤外光（本実施形態では波長１．４μｍ）を出力する発光素子としてのレーザダイオード（ＬＤ）１１３と、ＬＤ１１３から出力された探査光のビームを整形する発光側レンズ１１１と、制御ユニット１０５からの指令に従って、発光側レンズを予め設定された角度範囲内で揺動させることにより、探査光の出射方向を変化させる揺動駆動部（図示せず）と、制御ユニット１０５からの指令に従って、パルス状の探査光が出射されるようにＬＤ１１３を駆動する発光側駆動回路１１５とからなる。つまり、本実施形態では、発光側レンズ１１１として揺動レンズが用いられている。

一方、受光部１２０は、第１実施形態の受光側レンズ２１，ＰＤ２３，受光側駆動回路２５と同様に構成された受光側レンズ１２１，ＰＤ１２３，受光側駆動回路１２５からなる。

なお、測定ユニット１０３の筐体１０４は、光を遮断する材料にて構成されている。また、この筐体１０４の車両前方に向けて配置される面（筐体前面）１０４ａには、一つの孔１０６と、遮光手段としての一つの凹部１０７が形成されており、孔１０６には発光側レンズ１１１が揺動自在に取り付けられ、凹部１０７の底には、受光側レンズ１２１が固定されている。

但し、発光側レンズ１１１は、筐体前面の法線方向を中心にして、両レンズ１１１，１２１の中心を結ぶ配列方向に沿って、発光部１１０による探査光の出射方向が±１０°となるように揺動し、また、受光側レンズ１２１は、その光軸方向（受光面の法線方向）が筐体前面１０４ａの法線方向と一致するようにされている。

なお、発光側レンズ１１１の中心から凹部１０７の開口縁までの最短距離Ｋは（３）式を、受光側レンズ１２１（受光面）の直径（即ち、凹部１０７の開口径）Ｄ、及び凹部１０７の深さＬ２は（４）式を満たすように設定され、具体的には、Ｋ＝３２ｃｍ、Ｄ＝３ｃｍ、Ｌ２＝６ｃｍに設定されている。

Ｋ≧ｄ×ｓｉｎ６° （３）
Ｄ／Ｌ２≦ｔａｎ（α−θ） （４）
但し、霧や雨の環境下において探査光を出射した場合に、水滴による散乱光の受光強度が受光部１２０のノイズレベル以下となる距離をｄ（本実施形態ではｄ＝３ｍ）、発光部１１０による探査光の出射方向（発光側レンズ１１１の光軸方向）と受光面の法線方向（受光側レンズ１２１の光軸方向）とがなす角の最大値をθ（本実施形態ではθ＝１０°）、収束散乱光の偏角の下限をα（本実施形態ではα＝４０°）とする。

このように構成された距離測定装置１０１では、第１実施形態の距離測定装置１と同様にして、探査光を反射した対象物までの距離を測定する。
また、雨や霧などの環境下で距離測定装置１０１を用いた場合、出射光（探査光）と正反対方向に散乱される散乱光Ｂの受光レベルは、探査光を中心とした半径約３１ｃｍ（＝３ｍ×ｓｉｎ６°）の領域（以下「強散乱領域」という）では、受光部１２０のノイズレベルより大きく、この強散乱領域から外れた位置では、受光部１２０のノイズレベルより小さくなる。

また、水滴内で１回反射又は２回反射し特定方向に収束する散乱光Ｃは、探査光に対する偏角が４０°〜４４°（１回反射の場合）又は５０°〜５４°（２回反射の場合）であるため、この散乱光Ｃの受光側レンズ１２１（受光面）に対する入射角（α−θ）は、最小で３０°（＝４０°−１０°）となる。

しかし、受光側レンズ１２１が凹部１０７の底に設けられており、しかも、受光面径Ｄ／凹部深さＬ２＝３／６（≒ｔａｎ２６．６°）＜ｔａｎ３０°となるため、受光面への入射角が３０°以上である散乱光Ｃは、凹部１０７の底、即ち受光側レンズ１２１に到達することがない。

つまり、距離測定装置１０１では、発光部１１０と凹部１０７（受光部１２０）との配置間隔を、散乱光Ｂの影響を受けない大きさとし、且つ散乱光Ｃでは底まで到達することのできない深さを有する凹部１０７の底に受光部１２０の受光面（受光側レンズ１２１）を設けることによって、受光部１２０のノイズレベルを超える強度を有した散乱光Ｂ，Ｃが、受光部１２０にて受光されることがないようにされている。

従って、距離測定装置１０１によれば、対象物からの反射光を減衰させることなく、水滴からの散乱光Ｂ，Ｃの受光を抑制することができ、その結果、測定可能な距離を低下させることなく、散乱光Ｂ，Ｃの影響による誤検出（水滴までの距離を測定してしまう等）を防止することができる。

また、距離測定装置１０１によれば、距離測定装置１における遮光板３０のように、筐体正面から大きく突出する構成が存在せず、単純な外観形状を有しているため、車両に設置する際の自由度を向上させることができる。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。

図３は、本発明が適用された車載用の距離測定装置２０１の全体構成図である。
図３に示すように、距離測定装置２０１は、車両に取り付けられ、車両の前方に向けて探査光を出射する発光部２１０、及び車両の前方から到来する対象物からの反射光を受光する受光部２２０、受光部２２０の受光面を覆うように設置された遮光手段としてのルーバ２３０を備えた測定ユニット２０３と、測定ユニット２０３とは信号線を介して接続され、測定ユニット２０３を駆動すると共に、その駆動により得られる測定結果から対象物までの距離を求める制御ユニット２０５とを備えている。

なお、発光部２１０は、第２実施形態の発光側レンズ１１１，揺動駆動部，ＬＤ１１３，発光側駆動回路１１５と同様に構成された発光側レンズ２１１，揺動駆動部（図示せず），ＬＤ２１３，発光側駆動回路２１５からなり、一方、受光部２２０は、第１実施形態の受光側レンズ２１，ＰＤ２３，受光側駆動回路２５と同様に構成された受光側レンズ２２１，ＰＤ２２３，受光側駆動回路２２５からなる。

なお、測定ユニット２０３の筐体２０４は、光を遮断する材料にて構成されている。また、この筐体の車両前方に向けて配置される面（筐体前面）２０４ａには、二つの孔２０６，２０７が形成されており、一方の孔２０６には、発光側レンズ２１１が揺動自在に取り付けられ、他方の孔２０７には、受光側レンズ２２１が固定されている。

但し、発光側レンズ２１１は、筐体前面２０４ａの法線方向を中心にして、両レンズ２１１，２２１の中心を結ぶ配列方向に沿って、発光部２１０による探査光の出射方向が±１０°となるように揺動し、また、受光側レンズ２２１は、その光軸方向が筐体前面２０４ａの法線方向と一致するようにされている。

また、ルーバ２３０は、高さＩの羽板を、配置間隔Ｗで複数配置したものであり、各羽板は、両レンズ２１１，２２１の中心軸を結ぶ配列線と直交するように配置されている。
なお、発光側レンズ２１１の中心から受光側レンズ２１１の周縁までの最短距離Ｋは（５）式を、ルーバ２３０を構成する各羽板の高さＷ及び配置間隔Ｉは（６）式を満たすように設定され、具体的には、Ｋ＝３２ｃｍ、Ｗ＝０．３ｃｍ、Ｉ＝０．６ｃｍに設定されている。

Ｋ≧ｄ×ｓｉｎ６° （５）
Ｗ／Ｉ≦ｔａｎ（α−θ） （６）
但し、霧や雨の環境下において探査光を出射した場合に、水滴による散乱光の受光強度が受光部２２０のノイズレベル以下となる距離をｄ（本実施形態ではｄ＝３ｍ）、発光部２１０による探査光の出射方向（発光側レンズ２１１の光軸方向）と受光面の法線方向（受光側レンズ２２１の光軸方向）とがなす角の最大値をθ（本実施形態ではθ＝１０°）、収束散乱光の偏角の下限をα（本実施形態ではα＝４０°）とする。

このように構成された距離測定装置２０１では、第１実施形態の距離測定装置１と同様にして、探査光を反射した対象物までの距離を測定する。
また、雨や霧などの環境下で距離測定装置２０１を用いた場合、出射光（探査光）と正反対方向に散乱される散乱光Ｂの受光レベルは、探査光を中心とした半径約３１ｃｍ（＝３ｍ×ｓｉｎ６°）の領域（以下「強散乱領域」という）では、受光部２２０のノイズレベルより大きく、この強散乱領域から外れた位置では、受光部２２０のノイズレベルより小さくなる。

また、水滴内で１回反射又は２回反射し特定方向に収束する散乱光Ｃは、探査光に対する偏角が４０°〜４４°（１回反射の場合）又は５０°〜５４°（２回反射の場合）であるため、この散乱光Ｃの受光側レンズ２２１（受光面）に対する入射角（α−θ）は、最小で３０°（＝４０°−１０°）となる。

しかし、受光側レンズ２２１の受光面を覆うようにルーバ２３０が設けられており、しかも、ルーバ配置間隔Ｗ／ルーバ高さＩ＝０．３／０．６（≒ｔａｎ２６．６°）＜ｔａｎ３０°となるため、受光面に対する入射角が３０°以上である散乱光Ｃは、ルーバ２３０の存在により遮られ、受光側レンズ２２１に入射されることがない。

つまり、距離測定装置２０１では、発光部２１０と受光部２２０との配置間隔を、散乱光Ｂの影響を受けない大きさとし、且つ散乱光Ｃを遮るように形成されたルーバ２３０を設けることによって、受光部２２０のノイズレベルを超える強度を有した散乱光Ｂ，Ｃが、受光部２２０にて受光されることがないようにされている。

従って、距離測定装置２０１によれば、対象物からの反射光を減衰させることなく、水滴からの散乱光Ｂ，Ｃの受光を抑制することができ、その結果、測定可能な距離を低下させることなく、散乱光Ｂ，Ｃの影響による誤検出（水滴までの距離を測定してしまう等）を防止することができる。

また、距離測定装置２０１によれば、距離測定装置１における遮光板３０と比較して、筐体前面からの突出量が格段に小さい（本実施形態では１／１０）ルーバ２３０を用いているため、大きく突出した部位が存在しないため、車両に設置する際の自由度を高めることができる。

なお、ルーバ２３０による受光部２２０での受光量の低下を必要最小限に抑えるため、ルーバ２３０を構成する羽板の厚さはできるだけ薄いものを用いることが望ましい。また、ルーバ２３０として、「覗き込み防止フィルタ」などの名称で市販され、羽板の高さＩ及び配置間隔Ｗがより小さいマイクロルーバを用いてもよい。

更に、ルーバ２３０を構成する羽板の高さＩ及び配置間隔Ｗは、散乱光Ｃを遮ることができればよく、必ずしも全てを一定の大きさとする必要はない。
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、第１実施形態の遮光板３０として、直線的な形状を有するものを用いたが、低角度で散乱される光が受光側レンズ２１に入射されないものであれば、形状は特に限定されるものではない。具体的には、受光側レンズ２１の周縁に沿って設けられた円弧状フードを、遮光板３０として用いてもよい。

また、遮光板３０の高さＬ１は、近距離に位置する対象物の検出能力を確保するために、散乱光Ｃを遮光できる必要最小限の大きさとすることが望ましい。
また、第１実施形態では、遮光板３０の長さを受光側レンズ２１の直径と同じ長さとしたが、散乱光Ｃを遮光できれば、受光側レンズ２１の直径より短くても、逆にこれより長くてもよい。

また、第２及び第３実施形態では、送信側レンズ１１を揺動する揺動駆動部を設けることで、探査光を走査するように構成したが、これを多面体ミラーやガルバノミラーなどの可動ミラーを用いて構成してもよい。

また、上記実施形態において、距離Ｋ，ｄ、受光径Ｄ、遮光板高さＬ１、凹部深さＬ２、羽板高さＩ、羽板配置間隔Ｗ、角度θとして具体的な数値を示したが、これらの数値に限るものではなく、発光部１０，１１０，２１０から出射される探査光の強度、受光部２０，１２０，２２０での受光感度、発光部１１０，２１０による探査光の走査範囲等に応じて適宜変更すればよい。

また、第１実施形態の距離測定装置１を、探査光の走査を行うように構成（即ち、θ≠０°）し、第２及び第３実施形態の距離測定装置１０１，２０１を、探査光の走査を行わないように構成（即ち、θ＝０°）してもよい。
また、上記第２及び第３実施形態では、発光側レンズ１１１，２１１として揺動レンズを用いることにより、探査光による走査を実現しているが、複数の発光領域をもつ発光部をプリズムなどの光学素子と組み合わせ、各発光領域から出射される探査光の出射方向を異なるものとし、かつ隙間がないようにして、各発光領域を順次発光させることで予め設定された範囲内を走査するようにしてもよい。この場合、探査光を走査するための構成（探査光走査部）が駆動部を持たないため、装置の信頼性を向上させることができる。

（ａ）が第１実施形態の距離測定装置の全体構成図、（ｂ）が距離測定装置を構成する測定ユニットの筐体前面における各部の配置を示す説明図。 第２実施形態の距離測定装置の全体構成図。 第３実施形態の距離測定装置の全体構成図。 従来技術の課題や、課題解決の前提となる原理などを示す説明図。 （ａ）散乱光の偏角と受光強度との関係を測定する際の測定方法、（ｂ）がその測定結果を示すグラフ。

符号の説明

１，１０１，２０１…距離測定装置、３，１０３，２０３…測定ユニット、 ４，１０４，２０４…筐体、５，１０５，２０５…制御ユニット、６，７，１０６，２０６，２０７…孔、１０，１１０，２１０…発光部、１１，１１１，２１１…発光側レンズ、１３，１１３，２１３…レーダダイオード（ＬＤ）、１５，１１５，２１５…発光側駆動回路、２０，１２０，２２０…受光部、２１，１２１，２２１…受光側レンズ、２３，１２３，２２３…フォトダイオード（ＰＤ）、２５，１２５，２２５…受光側駆動回路、３０…遮光板、１０７…凹部、２３０…ルーバ。

Claims (15)

1. 探査光を出射する発光部と、
   前記探査光の反射光を受光する受光部と、
   を備え、前記受光部によって受光した反射光に基づいて、前記探査光を反射した対象物までの距離を測定する距離測定装置において、
   前記探査光が該探査光の波長より大きな径を有する水滴を透過又は該水滴で反射することで発生する散乱光の強度が、前記受光部のノイズレベルを超えた大きさとなる前記発光部を中心とした領域を強散乱領域として、前記受光部を、前記強散乱領域から外れた位置に設置すると共に、
   前記散乱光のうち、特定方向に収束する収束散乱光、及び該収束散乱光より大きな入射角で前記受光部に入射しようとする散乱光を遮る遮光手段を設けたことを特徴とする距離測定装置。
2. 前記遮光手段は、前記受光部の受光面の前記発光部側端に立設された遮光板からなり、
   前記発光部による前記探査光の出射方向と前記受光面の法線方向とがなす角をθ、前記収束散乱光の偏角の下限をαとして、前記遮光板の高さＬ１及び前記受光面の直径Ｄが、
   Ｄ／Ｌ１≦ｔａｎ（α−θ）
   を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
3. 前記遮光手段は、前記受光部の受光面と同径の開口を有するように形成され、底部に前記受光面が位置するように前記受光部が設置される凹部からなり、
   前記発光部による前記探査光の出射方向と前記受光面の法線方向とがなす角をθ、前記収束散乱光の偏角の下限をαとして、前記凹部の深さＬ２及び前記受光面の直径Ｄが、
   Ｄ／Ｌ２≦ｔａｎ（α−θ）
   を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
4. 前記遮光手段は、格子状に配列された複数の羽板からなり、前記受光部の受光面を覆うように設置されるルーバからなり、
   前記発光部による前記探査光の出射方向と前記受光面の法線方向とがなす角をθ、前記収束散乱光の偏角の下限をαとして、前記ルーバを構成する羽板の高さＩ及び羽板の配置間隔Ｗが
   Ｗ／Ｉ≦ｔａｎ（α−θ）
   を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
5. 前記収束散乱光の偏角の下限αが４０°に設定されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の距離測定装置。
6. 水滴による散乱光の最大強度が、前記受光部のノイズレベル以下となる水滴までの距離をｄとして、前記発光部の中心とする半径ｄ×ｓｉｎ６°の範囲を、前記強散乱領域とすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の距離測定装置。
7. 前記発光部から出射される探査光の出射方向を予め設定された範囲内で変化させる探査光走査部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の距離測定装置。
8. 前記探査光走査部が、可動ミラーを用いて構成されていることを特徴とする請求項７に記載の光学式距離測定装置。
9. 前記探査光走査部が、揺動レンズを用いて構成されていることを特徴とする請求項７に記載の光学式距離測定装置。
10. 前記発光部が複数の発光領域をもち、かつ光学素子により各発光部から出射される探査光の出射方向が異なる方向となるようにすることで、探査光の出射方向を予め設定された範囲内で変化させることを特徴とする請求項７に記載の光学式距離測定装置。
11. 前記受光部が、半導体受光素子を用いて構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の距離測定装置。
12. 前記発光部が、レーザを用いて構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の距離測定装置。
13. 前記発光部が、半導体発光素子を用いて構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の距離測定装置。
14. 前記発光部から出射される探査光の波長は、１．４μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の距離測定装置。
15. 車両に搭載して使用されることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の距離測定装置。