JP2017106745A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測距方向に対する測距精度の一様性を高めた測定装置を提供する。【解決手段】測定物へ測定光１２５を出射する送光部１２０と、前記測定物で反射した反射測定光１６５を受光する揺動ミラーとしての受光ミラー１４２と、受光ミラー１４２で反射した反射測定光１６５を受光する受光部１６０と、測定光１２５及び反射測定光１６５の少なくとも一方の光路上に設けられ、受光ミラー１４２への反射測定光１６５の入射角がより小さいときほど測定光１２５又は反射測定光１６５が通過する部分の透過率が小さくなる透過特性の第１範囲を有している光学フィルターとしての光学フィルター１１５２ａと、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、対象物までの距離を測定する測定装置に関する。

従来、可動ミラーを用いてレーザ光を複数方向に出射し、対象物で反射したレーザ光を、当該可動ミラーを介して受光することで、対象物までの距離を測定する測定装置がある。

例えば、特許文献１には、ポリゴンミラー及びガルバノミラーを用いてそれぞれ垂直方向及び水平方向に振ったレーザ光で監視範囲を走査するレーザレーダ装置が開示されている。当該レーザレーダ装置には、監視範囲における遠近距離に応じてレーザ光の透過率を調整する強度調整フィルタが設けられている。

特開２０１３−１９７９０号公報

しかしながら、可動ミラーを用いる測定装置では、受光部に到達する測定光の光量は、対象物の距離が同じでも方向が異なれば、可動ミラーの向きに依存して変化する。その結果、受光部におけるＳＮ（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ）比が対象物の方向に依存して変化することになり、測距精度の一様性が損なわれる。

そこで、本発明は、測距方向に対する測距精度の一様性を高めた測定装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る測定装置は、測定物へ測定光を出射する送光部と、前記測定物で反射した反射測定光を受光部へ反射する揺動ミラーと、前記揺動ミラーで反射した前記反射測定光を受光する受光部と、前記測定光及び前記反射測定光の少なくとも一方の光路上に設けられ、前記揺動ミラーへの前記反射測定光の入射角が小さいときほど前記測定光又は前記反射測定光が通過する部分の透過率が小さくなる透過特性の第１範囲を有している光学フィルターと、を備える。

ここで、前記受光部での前記測定光の受光量は、前記揺動ミラーの前記受光部方向への投影面積が大きいほど大きい。投影面積とは、前記揺動ミラーのミラー面の前記揺動ミラーと前記受光部とを結ぶ直線に直交する平面への投影寸法である。前記投影面積は、前記入射角が小さいほど大きくなるため、前記受光量は、前記入射角、つまり測距方向に応じて変動する。このような受光量の変動が、測距方向に対する測距精度の一様性を阻害する要因になり得る。

これに対し、前記構成によれば、前記光学フィルターは、前記反射測定光が前記揺動ミラーにて小さい角度で入射するときほど、つまり、前記投影面積が大きいときほど、前記反射測定光又は前記測定光が通過する部分において、前記反射測定光又は前記測定光をより強く減衰させる。その結果、前記受光量の、前記投影面積の変動に伴う変動が抑制され、測距方向に対する測距精度の一様性が向上する。

また、前記揺動ミラーの前記受光部方向への投影面積が最大のときと最小のときとで、前記光学フィルターの前記測定光又は前記反射測定光が通過する部分の透過率と前記投影面積との積は略同一であってもよい。

この構成によれば、前記投影面積が最大のときと最小のときとで前記受光部での受光量が略一致することにより、測距方向に対する測距精度の一様性が向上する。

また、前記光学フィルターは、前記揺動ミラーの揺動角速度が小さいときほど前記測定光又は前記反射測定光が通過する部分の透過率が小さくなる透過特性の第２範囲を有していてもよい。

この構成によれば、前記揺動角速度が小さい場合に、実効的な受光時間が長くなることで大きくなる受光量を減衰させることができるので、測距方向に対する測距精度の一様性が向上する。特に、前記光学フィルターを、前記対象物への前記測定光の光路上に設ける構成では、前記測定光の過剰な出射強度を抑制することができる。

また、前記光学フィルターの前記透過率は、前記揺動ミラーへの前記反射測定光の入射角をθとし、前記揺動ミラーの揺動角速度をωとするとき、ω／ｃｏｓθに比例してもよい。

この構成によれば、前記受光量が、前記投影面積及び前記揺動角速度の変動に関わらず一定になることで、測距方向に対する測距精度の一様性が向上する。

また、前記光学フィルターは、グラデーションによる透過率の変化で構成されていてもよく、またマスクによる透過面積の変化で構成されていてもよい。

これらの構成によれば、グラデーション又はマスクといった比較的簡素な部材を用いて前記光学フィルターを構成できる。

また、さらに、前記測定光及び前記反射測定光が通過する窓を有する筐体を備え、前記光学フィルターは、前記窓に設けられていてもよい。

この構成によれば、前記光学フィルターを、前記筐体に一般的に設けられている前記窓に配置することで、測定装置の構成や組み立ての簡素化を図ることができる。

本発明の測定装置によれば、測距方向に対する測距精度の一様性を高めた測定装置が得られる。

実施の形態１に係る測定装置の構成の一例を示す切り欠き斜視図である。 実施の形態１に係る反射測定光の経路の一例を模式的に表す図である。 実施の形態１に係る反射測定光の経路の一例を模式的に表す図である。 実施の形態１に係る反射測定光の経路の一例を模式的に表す図である。 実施の形態１に係る受光ミラーの傾きと開口率との関係の一例を示すグラフである。 実施の形態１に係る光学フィルターの詳細な構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態１に係る光学フィルターを設けた筐体窓の一例を示す正面図である。 実施の形態１に係る光学フィルターを設けた筐体窓の一例を示す正面図である。 実施の形態１に係る光学フィルターを設けた筐体窓の一例を示す正面図である。 実施の形態１に係る光学フィルターの透過率と受光ミラーへの反射測定光の入射角との関係の一例を示すグラフである。 実施の形態１に係る受光ミラーへの反射測定光の入射角と光学部での受光量との関係の一例を示すグラフである。 実施の形態１に係る光学フィルターの透過率と受光ミラーへの反射測定光の入射角との関係の一例を示すグラフである。 実施の形態１に係る受光ミラーへの反射測定光の入射角と光学部での受光量との関係の一例を示すグラフである。 実施の形態２に係る光学フィルターの詳細な構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態２に係る光学フィルターを設けた筐体窓の一例を示す斜視図である。 実施の形態２に係る光学フィルターを設けた筐体窓の一例を示す斜視図である。 実施の形態２に係る光学フィルターを設けた筐体窓の一例を示す斜視図である。 実施の形態２に係る受光ミラーへの反射測定光の入射角と角速度との関係の一例を示すグラフである。 実施の形態２に係る光学フィルターの透過率と受光ミラーへの反射測定光の入射角との関係の一例を示すグラフである。 実施の形態２に係る受光ミラーへの反射測定光の入射角と光学部での受光量との関係の一例を示すグラフである。 実施の形態３に係る測定装置の構成の一例を示す切り欠き斜視図である。 実施の形態３に係る光学フィルターの詳細な構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態３に係る光学フィルターの詳細な構成の一例を示す斜視図である。

（実施の形態１）
実施の形態１について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、何れも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、以下で参照する各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構成に対しては、同一の符号を付し、重複する説明を省略又は簡略化する。

また、以下で用いる平行及び垂直なる用語は、それぞれ略平行及び略垂直と解釈されるべきものである。これらの用語は、設計上の平行及び垂直を意味しており、現実の測定装置では部材の成形や組み立てで生じる実際的な誤差が含まれ得る。

実施の形態１に係る測定装置は、送光部から出射された測定光を送光ミラーで振って測距エリアを走査し、対象物で反射した反射測定光を、受光ミラーを介して受光部で受光することにより、当該対象物までの距離を測定する測定装置である。

当該測定装置は、前記測定光及び前記反射測定光の少なくとも一方の光路上に、光学フィルターを設けたことを特徴とする。当該光学フィルターは、前記受光ミラーへの前記反射測定光の入射角が小さいときほど前記測定光又は前記反射測定光が通過する部分の透過率が小さくなる透過特性の第１範囲を有している。

まず、実施の形態１に係る測定装置の基本的な構成について説明する。

図１は、測定装置１０１の構成の一例を示す切り欠き斜視図である。

図１に示すように、測定装置１０１は、筐体１１１、送光部１２０、偏向部１４０、受光部１６０、及び制御部１９０を備える。

筐体１１１は、測定装置１０１の外観を構成する箱体であり、送光部１２０、偏向部１４０、受光部１６０、及び制御部１９０を格納している。筐体１１１は、例えば、樹脂又は金属で構成されてもよい。筐体１１１の内部空間は、遮光板１１２により、送光領域１１３と受光領域１１４とに仕切られている。送光領域１１３は、主として測定光１２５（つまり、対象物への測定光）が通過する領域であり、受光領域１１４は、主として反射測定光１６５（つまり、対象物で反射した測定光）が通過する領域である。

筐体１１１には、筐体１１１の内部空間と外部空間（つまり、測距エリア）とを分けるとともに、測定光１２５及び反射測定光１６５が透過する透明部材で構成された筐体窓１１５が設けられている。筐体窓１１５は、例えば、樹脂製又はガラス製の平板であってもよい。筐体窓１１５は、測定光１２５が透過する筐体窓１１５１と反射測定光１６５が透過する筐体窓１１５２とに分離されていてもよい。

送光部１２０は、測定光１２５を出射する光学系であり、光源１２１を有する。光源１２１は、例えば、レーザダイオードで構成されてもよい。送光部１２０は、測定光１２５を平行化するコリメートレンズ１２２や、測定光１２５の出射方向を規制するスリット（図示せず）を有していてもよい。

ここで、送光部１２０から出射され送光ミラー１４１に向かう測定光１２５の光軸を、送光部１２０の中心軸と定義する。図示の便宜上、送光部１２０の中心軸の方向をｙ軸としている。

偏向部１４０は、測定光１２５を反射することにより、測定光１２５で測距エリアを走査するとともに、当該測距エリアにある対象物からの反射測定光１６５を受光部１６０に導く可動ミラーを含む光学系である。偏向部１４０は、揺動軸１４６で支持され、アクチュエータ１４３から与えられるトルクにより揺動する送光ミラー１４１及び受光ミラー１４２を有する。送光ミラー１４１及び受光ミラー１４２は、同一平面に配置されてもよい。

送光ミラー１４１及び受光ミラー１４２は、例えば、金属膜ミラーで構成されてもよく、また、揺動軸１４６は、例えば、金属薄膜を打ち抜いて形成されてもよい。図示の便宜上、揺動軸１４６の方向をｚ軸とする。以下の説明では、ｚ軸方向の位置を高さと称する。

送光ミラー１４１及び受光ミラー１４２は、それぞれの裏面（反射面の反対面）が、例えば接着剤などで揺動軸１４６に固定され、さらに、揺動軸１４６の上下端に設けられる固定部（図示せず）を介して、筐体１１１に固定されてもよい。

アクチュエータ１４３は、一例として、電磁力、静電力、又は圧電変位をトルク源に用いるアクチュエータであってもよい。例えば、アクチュエータ１４３が周期的なトルクを発生することにより、揺動軸１４６をトーションバーとして共振が生じ、送光ミラー１４１及び受光ミラー１４２は揺動軸１４６の周りに揺動する。

送光ミラー１４１は、当該揺動により、送光部１２０からの測定光１２５で測距エリアを走査する。

送光ミラー１４１で反射後の測定光１２５は、筐体窓１１５１を透過して測距エリアに出射され、測距エリア内にある対象物（図示せず）に到達し、当該対象物で拡散反射される。

当該対象物で拡散反射した測定光１２５のうち、測定装置１０１に向けて、測定光１２５と平行に戻る反射測定光１６５が、測定装置１０１の筐体窓１１５２を透過して、筐体１１１の内部へ入射する。受光ミラー１４２は、反射測定光１６５を受光部１６０に向けて反射する。ここで、受光ミラー１４２が、測定物から測定光と平行に入射する反射測定光を受光部へ反射する揺動ミラーの一例である。

受光部１６０は、受光ミラー１４２で反射された反射測定光１６５を受信信号に変換する光学系であり、受光素子１６２を有する。受光素子１６２は、例えば、アバランシェフォトダイオードで構成されてもよい。受光部１６０は、反射測定光１６５を受光素子１６２に集光する集光レンズ１６１や、測定光１２５以外の波長のノイズ光を除去するバンドパスフィルタ（図示せず）を有していてもよい。受光部１６０は、高さ方向で送光部１２０と離間して設けられる。

ここで、受光ミラー１４２から受光部１６０に入射し受光素子１６２に集光される光の光軸を、受光部１６０の中心軸と定義する。受光部１６０の中心軸は、例えば、集光レンズ１６１の中心軸であってもよく、送光部１２０の中心軸と平行であってもよい。

制御部１９０は、測定装置１０１における測距動作を制御する電気回路である。制御部１９０は、光源１２１及びアクチュエータ１４３を駆動し、受光素子１６２からの受信信号を処理することにより、測定装置１０１から対象物までの距離を算出する。

制御部１９０は、例えば、光源１２１及びアクチュエータ１４３に駆動信号を供給する駆動回路、受光素子１６２からの信号を受信して処理する信号処理回路などのハードウェア機能、及びマイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することにより果たされるソフトウェア機能の組み合わせによって実現されてもよい。

制御部１９０は、具体的に、光源１２１に供給した駆動信号と受光素子１６２からの受信信号との位相差に基づいて、測定光１２５の測定装置１０１から対象物までの往復時間を求め、前記対象物までの距離を算出してもよい。また、制御部１９０は、送光ミラー１４１の揺動軸１４６周りの回転角（以下、傾きと称する）から、測距エリア内での前記対象物の方向を特定してもよい。

次に、測定装置１０１における受光動作の詳細について、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃを用いて説明する。

図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、それぞれ、受光ミラー１４２が揺動範囲の中央、一端及び他端にあるときに、受光部１６０に到達する反射測定光１６５の経路の一例を模式的に示す図である。

以下の説明では、簡明のため、次の前提を設ける。すなわち、受光ミラー１４２の傾きαを、揺動していない送光ミラー１４１の静止位置を基準としかつ時計回りを正として、受光ミラー１４２の揺動軸１４６周りの回転角度により定義する。前記静止位置が、受光ミラー１４２の揺動範囲の中央であるとする。

図示のための限定的でない具体例として、揺動範囲の中央、一端、及び他端にある受光ミラー１４２の傾きを、それぞれα０＝０度、α１＝−２２．５度（＜０度）、α２＝＋２２．５度（＞０度）とする。静止位置の受光ミラー１４２から受光部１６０へ向かう光軸と受光ミラー１４２の法線とがなす角度を、受光ミラー１４２の取り付け角度と定義し、同様の具体例として４５度とする。

このような前提の下で、受光部１６０に到達することができる反射測定光１６５の入射角θは、受光ミラー１４２の取り付け角度から、受光ミラー１４２の傾きαを減じた角度である。入射角θは、傾きαが大きいほど小さい。ここで、入射角θの２倍の角度２θが、受光ミラー１４２による反射測定光１６５の偏向角度である。

さて、図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃに示されるように、反射測定光１６５が、受光ミラー１４２よりも大きく広がった光束１６５ａであるとする。このとき、光束１６５ａのうち受光ミラー１４２で反射された一部の光束１６５ｂは受光部１６０に到達するが、残部の光束１６５ｃは受光部１６０に到達できず失われる。

受光部１６０に到達する光束１６５ｂの大きさ、つまり反射測定光１６５の受光部１６０での受光量は、受光ミラー１４２のミラー面の、受光部１６０の方向への投影面積に比例する。投影面積とは、前記ミラー面の、受光部１６０と受光ミラー１４２とを結ぶ受光光軸方向への投影形状の大きさであり、以下では開口率と呼ぶ。開口率は、入射角θが大きいほど、つまり傾きαが小さいほど小さい。開口率は、例えば、入射角θに対するｃｏｓθの値で数値化されてもよい。

図３は、受光ミラー１４２の傾きαと開口率との関係の一例を示すグラフである。図３では、図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃの例示に基づき、受光ミラー１４２の開口率を、±２２．５゜の範囲の傾きαについて、傾きαが０のときに受光部１６０に到達する反射測定光１６５の入射角θを４５゜として、示している。横軸には、傾きαに対応する入射角θを併記している。入射角θの２倍の角度２θが、受光ミラー１４２での反射による反射測定光１６５の偏向角度である。

このように、受光ミラー１４２の開口率には、本来的な入射角依存性があるため、対象物の方向によって、反射測定光１６５の受光部１６０での受光量が変動する。これが、背景技術の欄で指摘した、測距方向に対する測距精度の一様性が損なわれる直接的な要因である。

そこで、本願発明者らは、測定光１２５及び反射測定光１６５の少なくとも一方の光路上に、光学フィルターを設ける構成を考案した。当該光学フィルターは、受光ミラー１４２への反射測定光１６５の入射角θが小さいときほど測定光１２５又は反射測定光１６５が通過する部分の透過率が小さくなる透過特性の範囲を有するものである。これにより、受光部１６０での反射測定光１６５の受光量の変動を低減して、測距方向に対する測距精度の一様性の改善を図る。

以下では、光学フィルターの配置及び構成について詳しく説明する。

図４は、光学フィルターを設けた測定装置１０１ａの要部の一例を示す斜視図である。図４に示すように、測定装置１０１ａでは、図１に示す測定装置１０１の反射測定光１６５の光路上（一例として、受光側の筐体窓１１５２）に光学フィルター１１５２ａを設けている。光学フィルター１１５２ａは、一例として、グラデーションによる透過率の変化で構成されている。測定装置１０１ａでは、送光側の筐体窓１１５１は透明である。

光学フィルターには、グラデーションによる透過率の変化により構成した光学フィルター１１５２ａに限らず、マスクによる透過面積の変化で構成した光学フィルターを用いてもよい。光学フィルターのいくつかの具体例を示す。

図５Ａは、図４の光学フィルター１１５２ａを設けた筐体窓１１５の正面図である。

図５Ｂ、図５Ｃは、マスクによる透過面積の変化で構成した光学フィルター１１５２ｂ、１１５２ｃを設けた筐体窓１１５の正面図である。

図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃの点線枠は、受光ミラー１４２の光学フィルター１１５２ａ、１１５２ｂ、１１５２ｃへの投影領域１４２ａを示す。投影領域１４２ａは、受光ミラー１４２で反射し受光部１６０に到達する反射測定光１６５が通過する部分であり、受光ミラー１４２の揺動によりｙ軸方向に移動する。つまり、投影領域１４２ａの位置は反射測定光１６５の受光ミラー１４２への入射角θに対応する。なお、反射測定光１６５が通過する部分の透過率は、詳細には、入射角θに対応する投影領域１４２ａ内での透過率の平均値によって定義されてもよい。

図６は、光学フィルター１１５２ａ、１１５２ｂ、１１５２ｃの反射測定光１６５が通過する部分の透過率と受光ミラー１４２の傾きαとの関係の一例を示すグラフである。横軸には、傾きαに対応する入射角θ（図２Ａ〜図２Ｃを参照）を併記している。

図６に示す透過率は入射角θが小さいほど小さい。つまり、図６で示される光学フィルターの透過率は、受光ミラー１４２に小さい入射角θで入射する反射測定光１６５が通過する部分ほど、小さい。図６に示す透過率の特性は、揺動ミラーへの反射測定光の入射角が小さいときほど反射測定光が通過する部分の透過率が小さくなる透過特性の一例である。このような特性の透過率は、光学フィルター１１５２ａ、１１５２ｂ、１１５２ｃの何れにも適用され得る。

図６に示す透過率を有する光学フィルター１１５２ａ、１１５２ｂ、１１５２ｃの効果について説明する。

図７は、受光ミラー１４２への反射測定光１６５の入射角θと反射測定光１６５の受光部１６０での受光量との関係の一例を示すグラフである。図７には、図６の透過率を有する光学フィルターを設けた場合の受光量（実施例）と、光学フィルターを設けない場合の受光量（比較例）とが示されている。

図７に見られるように、比較例では、受光量は図３の開口率に比例し、入射角θに応じて大きく変動する。これに対し、実施例では、受光量は図３の開口率と図６の透過率とを乗じた大きさになるので、入射角θによる変動が縮小され、その結果、測距方向に対する測距精度の一様性が向上する。

なお、光学フィルター１１５２ａ、１１５２ｂ、１１５２ｃの透過率は、前記特性には限定されない。例えば、受光ミラー１４２の開口率が最大のときと最小のときとで、前記光学フィルターの反射測定光１６５が通過する部分の透過率は、当該透過率と受光ミラー１４２の開口率との積が略同一であってもよい。なお、受光ミラー１４２の開口率の最大及び最小は、受光ミラー１４２の測定に用いられる位置での開口率の最大及び最小であり、受光ミラー１４２の測定に用いられない位置での開口率を含まない。

図８は、光学フィルター１１５２ａ、１１５２ｂ、１１５２ｃの透過率と受光ミラー１４２の傾きαとの関係の他の一例を示すグラフである。横軸には、傾きαに対応する入射角θを併記している。

図６の透過率が、ほぼ一律に減少する直線的な特性であるのに対し、図８に示す透過率は、中間部でやや透過率を下げたカーブで表される特性である。図８に示す透過率は、一例として、図３に示す開口率に反比例している。つまり、図８では、受光ミラー１４２の開口率と光学フィルターの透過率との積は、受光ミラー１４２の開口率の最大と最小との間で略一定になる。このような透過率は、光学フィルター１１５２ａ、１１５２ｂ、１１５２ｃの何れにも適用され得る。

図８に示す透過率を有する光学フィルター１１５２ａ、１１５２ｂ、１１５２ｃの効果について説明する。

図９は、受光ミラー１４２への反射測定光１６５の入射角θと反射測定光１６５の受光部１６０での受光量との関係の一例を示すグラフである。図９には、図８の透過率を有する光学フィルターを設けた場合の受光量（実施例）と、光学フィルターを設けない場合の受光量（比較例）とが示されている。

図９に見られるように、比較例では、受光量は図３の開口率に比例し、入射角θに応じて大きく変動する。これに対し、実施例では、受光量は図３の開口率と図８の反射率とを乗じた大きさになるので、入射角θによる変動が除去され、その結果、測距方向に対する測距精度の一様性が向上する。図９の実施例では、図７の実施例と比べて、透過率を中間部で下げたことで受光量の中間部での変動が抑制される。特に、開口率に反比例する透過率を用いる場合、受光ミラー１４２の開口率の最大と最小との間で受光量はほぼ一定になるので、測距精度への影響が最小化される。

以上、受光側の筐体窓１１５２に光学フィルターを設けてなる測定装置１０１ａについて説明したが、光学フィルターの配置位置は反射測定光１６５の光路上には限られない。例えば、上述の光学フィルターを、測定光１２５の光路上（一例として、送光側の筐体窓１１５１）に配置してもよく、反射測定光１６５の光路上と測定光１２５の光路上との両方に配置してもよい。その場合も、測定光１２５、又は測定光１２５と反射測定光１６５との両方を減衰させることにより、測距方向に対する測距精度の一様性を向上する効果が得られる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１と比べて、光学フィルターの配置位置及び透過率の特性が異なる。

図１０は、光学フィルターを設けた測定装置１０１ｂの要部の一例を示す斜視図である。図１０に示すように、測定装置１０１ｂは、図１に示す測定装置１０１の測定光１２５の光路上（一例として、送光側の筐体窓１１５１）に光学フィルター１１５１ａを設けてなる。光学フィルター１１５１ａは、一例として、グラデーションによる透過率の変化で構成されている。測定装置１０１ｂでは、受光側の筐体窓１１５２は透明である。

光学フィルターには、グラデーションによる透過率の変化により構成した光学フィルター１１５１ａに限らず、マスクによる透過面積の変化で構成した光学フィルターを用いてもよい。光学フィルターのいくつかの具体例を示す。

図１１Ａは、図１０の光学フィルター１１５１ａを設けた筐体窓１１５の正面図である。

図１１Ｂ、図１１Ｃは、マスクによる透過面積の変化で構成した光学フィルター１１５１ｂ、１１５１ｃを設けた筐体窓１１５の正面図である。

図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃの点線円は、送光部１２０からの測定光１２５の通過領域１２５ａを示す。通過領域１２５ａは、送光ミラー１４１で反射後の測定光１２５が通過する部分であり、送光ミラー１４１の揺動によりｙ軸方向に移動する。説明の簡明のため、送光ミラー１４１と受光ミラー１４２とが同期して揺動するとして、通過領域１２５ａの位置は反射測定光１６５の受光ミラー１４２への入射角θに対応する。そのため、測定光１２５が通過する部分の透過率は、詳細には、入射角θに対応する通過領域１２５ａ内での透過率の平均値によって定義されてもよい。

受光ミラー１４２が揺動するとき、静止の対象物からの反射測定光１６５は、受光ミラー１４２の角速度が大きいほど高速で受光部１６０を横切る。そのため、対象物からの反射測定光１６５を受光部１６０で受光できる時間（以下、受光時間と言う）は、受光ミラー１４２の角速度が大きいときほど短くなる。

図１２は、受光ミラー１４２の傾きと角速度との関係の一例を示すグラフである。図１２では、受光ミラー１４２が揺動中に前記傾きの位置を通過する角速度を示している。横軸には、傾きαに対応する入射角θを併記している。図１２の例では、受光ミラー１４２の角速度は、入射角θの範囲の中ほどで大きく、両端で小さくなる。

角速度が大きい傾きにおいて受光時間が短くなることは、受光部１６０での反射測定光１６５の受光量が減少することと実質的に同じであり、測距方向に対する測距精度の一様性が損なわれる要因となり得る。

そこで、実施の形態２では、光学フィルター１１５１ａ、１１５１ｂ、１１５１ｃの透過率の特性を、受光ミラー１４２が揺動するときの角速度を考慮に入れて決定する。具体的には、光学フィルター１１５１ａ、１１５１ｂ、１１５１ｃの透過率を、受光ミラー１４２への反射測定光１６５の入射角が小さいときほど測定光１２５が通過する部分の透過率が小さくなる透過特性の第１範囲と、受光ミラー１４２の揺動角速度が小さいときほど測定光１２５が通過する部分の透過率が小さくなる透過特性の第２範囲とを有するものとする。

図１３は、光学フィルター１１５１ａ、１１５１ｂ、１１５１ｃの透過率と受光ミラー１４２の傾きαとの関係の一例を示すグラフである。横軸には、傾きαに対応する入射角θを併記している。図１３では、カーブの頂点よりも右側が第１範囲の一例であり、頂点よりも左側と入射角θが４５度以下の区間とが第２範囲の一例である。

図１３に示す透過率は、図１２に示す角速度をω、図３に示す開口率をｃｏｓθとするとき、ω／ｃｏｓθに比例する。つまり、図１３では、受光ミラー１４２の開口率と光学フィルターの透過率との積を受光ミラー１４２の角速度で除した値は、開口率の最大と最小との間で略一定になる。このような特性の透過率は、光学フィルター１１５１ａ、１１５１ｂ、１１５１ｃの何れにも適用され得る。

図１３に示す透過率を有する光学フィルター１１５１ａ、１１５１ｂ、１１５１ｃの効果について説明する。

図１４は、受光ミラー１４２の傾きαと反射測定光１６５の受光部１６０での受光量との関係の一例を示すグラフである。図１４には、図１３の透過率を有する光学フィルターを設けた場合の受光量（実施例）と、光学フィルターを設けない場合の受光量（比較例）とが示されている。

図１４に見られるように、比較例では、受光量は、図３の開口率を図１２の角速度で除した値に比例し、入射角θに応じて大きく変動する。これに対し、実施例では、受光量は、受光ミラー１４２の開口率の最大と最小との間で、入射角θに依らず、図３の開口率を図１２の角速度で除した値に図１３の透過率を乗じた略一定の大きさになるので、測距方向に対する測距精度の一様性が向上する。

なお、これらの効果は、光学フィルター１１５２ａ、１１５２ｂ、１１５２ｃに上述の透過率の特性を持たせることによっても得ることができる。ただし、測定装置１０１ｂによれば、光学フィルター１１５１ａ、１１５１ｂ、１１５１ｃで測定光１２５を減衰させるので、測定光１２５の過剰な出射強度を抑制する付加的な効果を得ることができる。

以上、送光側の筐体窓１１５１に光学フィルターを設けてなる測定装置１０１ｂについて説明したが、光学フィルターの配置位置は測定光１２５の光路上には限られない。例えば、上述の光学フィルターを、反射測定光１６５の光路上（一例として、受光側の筐体窓１１５２）に配置してもよく、測定光１２５の光路上と反射測定光１６５の光路上との両方に配置してもよい。その場合も、反射測定光１６５、又は反射測定光１６５と測定光１２５との両方を減衰させることにより、測距方向に対する測距精度の一様性を向上する効果が得られる。

（実施の形態３）
実施の形態３について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１５は、実施の形態３に係る測定装置１０２の構成の一例を示す切り欠き斜視図である。

図１５に示すように、測定装置１０２は、図１の測定装置１０１と比べて、筐体窓１１６が、揺動軸１４６を中心とする円筒形状に設けられている点が異なる。筐体窓１１６は、測定光１２５が透過する筐体窓１１６１と反射測定光１６５が透過する筐体窓１１６２とに分離されていてもよい。測定装置１０３について、筐体窓１１６の形状が変更される点以外は、測定装置１０１と同一である。

図１６は、測定装置１０２ａの要部の一例を示す斜視図である。測定装置１０２ａは、図１５に示す測定装置１０２の反射測定光１６５の光路上（一例として、受光側の筐体窓１１６２）に光学フィルター１１６２ａを設けてなる。測定装置１０２ａでは、送光側の筐体窓１１６１は透明である。

光学フィルター１１６２ａは、図５Ａの光学フィルター１１５２ａと同様にグラデーションによる透過率の変化で構成してもよく、また、図５Ｂ、図５Ｃの光学フィルター１１５２ｂ、１１５２ｃと同様にマスクによる透過面積の変化で構成してもよい。

測定装置１０２ａでは、筐体窓１１６が、揺動軸１４６を中心とする円筒形状に設けられているので、光学フィルター１１６２ａを受光側の筐体窓１１６２に設置することによって、受光ミラー１４２の投影領域１４２ａの形状は、入射角θに依らず一定になる。そのため、測定装置１０２ａでは、光学フィルター１１６２ａのグラデーションパターン又はマスクパターンの設計が単純になる。

図１７は、測定装置１０２ｂの要部の一例を示す斜視図である。測定装置１０２ｂは、図１５に示す測定装置１０２の測定光１２５の光路上（一例として、送光側の筐体窓１１６１）に光学フィルター１１６１ａを設けてなる。測定装置１０２ｂでは、送光側の筐体窓１１６１は透明である。

光学フィルター１１６２ａは、図５Ａの光学フィルター１１５２ａと同様にグラデーションによる透過率の変化で構成してもよく、また、図５Ｂ、図５Ｃの光学フィルター１１５２ｂ、１１５２ｃと同様にマスクによる透過面積の変化で構成してもよい。

測定装置１０２ｂでは、筐体窓１１６が、揺動軸１４６を中心とする円筒形状に設けられているので、光学フィルター１１６２ａを送光側の筐体窓１１６１に設置することによって、測定光１２５の通過領域１２５ａの形状は、入射角θに依らず一定になる。そのため、測定装置１０２ｂでは、光学フィルター１１６１ａのグラデーションパターン又はマスクパターンの設計が単純になる。

なお、測定装置１０２ａ、１０２ｂの筐体窓１１６は、厳密に揺動軸１４６を中心とする円筒形状でなくとも、揺動軸１４６側が凹面となる曲率を有していればよい。この構成によれば、入射角θによる、受光ミラー１４２の投影領域１４２ａの形状変化、及び測定光１２５の通過領域１２５ａの形状変化が抑制されるので、光学フィルター１１６１ａ、１１６２ａの設計を単純にする効果が得られる。

以上、筐体窓１１６が曲面形状を有する測定装置１０２ａ、１０２ｂについて説明したが、光学フィルターの配置位置は測定光１２５の光路上及び反射測定光１６５の光路上の何れか一方には限られない。例えば、上述の光学フィルターを、測定光１２５の光路上と反射測定光１６５の光路上との両方に配置してもよい。その場合も、反射測定光１６５、又は反射測定光１６５と測定光１２５との両方を減衰させることにより、測距方向に対する測距精度の一様性を向上する効果が得られる。

以上、本発明の実施の形態に係る測定装置について説明したが、本発明は、個々の実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本発明は、測定装置に利用できる。

１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０３ 測定装置
１１１ 筐体
１１２ 遮光板
１１３ 送光領域
１１４ 受光領域
１１５、１１５１、１１５２、１１６、１１６１、１１６２ 筐体窓
１２０ 送光部
１２１ 光源
１２２ コリメートレンズ
１２５ 測定光
１２５ａ 測定光の通過領域
１４０ 偏向部
１４１ 送光ミラー
１４２ 受光ミラー
１４２ａ 受光ミラーのミラー面の投影領域
１４３ アクチュエータ
１４６ 揺動軸
１６０ 受光部
１６１ 集光レンズ
１６２ 受光素子
１６５ 反射測定光
１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ 光束
１９０ 制御部
１１５１ａ、１１５１ｂ、１１５２ａ、１１５２ｂ、１１６１ａ、１１６２ａ 光学フィルター

Claims (7)

1. 測定物へ測定光を出射する送光部と、
   前記測定物で反射した反射測定光を受光する揺動ミラーと、
   前記揺動ミラーで反射した前記反射測定光を受光する受光部と、
   前記測定光及び前記反射測定光の少なくとも一方の光路上に設けられ、前記揺動ミラーへの前記反射測定光の入射角が小さいときほど前記測定光又は前記反射測定光が通過する部分の透過率が小さくなる透過特性の第１範囲を有している光学フィルターと、
   を備える測定装置。
2. 前記揺動ミラーの前記受光部方向への投影面積が最大のときと最小のときとで、前記光学フィルターの前記測定光又は前記反射測定光が通過する部分の透過率と前記投影面積との積は略同一である、
   請求項１に記載の測定装置。
3. 前記光学フィルターは、前記揺動ミラーの揺動角速度が小さいときほど前記測定光又は前記反射測定光が通過する部分の透過率が小さくなる透過特性の第２範囲を有している、
   請求項１に記載の測定装置。
4. 前記光学フィルターの前記透過率は、前記揺動ミラーへの前記反射測定光の入射角をθとし、前記揺動ミラーの揺動角速度をωとするとき、ω／ｃｏｓθに比例する、
   請求項３に記載の測定装置。
5. 前記光学フィルターは、グラデーションによる透過率の変化で構成されている、
   請求項１から４の何れか１項に記載の測定装置。
6. 前記光学フィルターは、マスクによる透過面積の変化で構成されている、
   請求項１から４の何れか１項に記載の測定装置。
7. さらに、前記測定光及び前記反射測定光が通過する窓を有する筐体を備え、
   前記光学フィルターは、前記窓に設けられている、
   請求項１から６の何れか１項に記載の測定装置。