JP2017122673A - レーザ距離測定装置、測定方法及び測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ距離測定装置、測定方法及び測定プログラムにおいて、バンドパスフィルタに対するレーザ光の相対入射角度を変えても、距離測定精度の低下を防止することを目的とする。
【解決手段】レーザダイオードから出射されるレーザ光を投光する投光部と、特定の波長領域を透過するフィルタと、前記投光部から投光され、測定対象物で反射されたレーザ光を前記フィルタを介して受光する多分割受光素子と、前記フィルタに対する前記反射されたレーザ光の相対入射角度を制御して、温度に応じて変化する前記レーザダイオードの中心波長に合わせて前記フィルタの透過中心波長を調整する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記多分割受光素子のうち、前記調整により生じる前記反射されたレーザ光の集光位置の前記調整前の集光位置からのずれに応じた位置の受光素子部を選択的にオンに制御して、前記測定対象物までの距離の算出に用いる受光信号を、オンに制御された前記受光素子部から出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ距離測定装置、測定方法及び測定プログラムに関する。

レーザ距離測定装置は、レーザレーダと呼ばれることもあり、測定対象物までの距離の測定などに用いられる。レーザ距離測定装置は、レーザダイオードなどから出射されたレーザ光で測定対象物を含む走査範囲を走査し、測定対象物から反射されたレーザ光を受光する受光素子が出力する受光信号に基づいて、レーザ光が出射されてから受光するまでの時間から測定対象物までの距離を測定する。レーザ距離測定装置は、例えば車両の走行支援または駐車支援のための障害物検知、鉄道のホームにおける車両と開閉扉間の人検知のための周辺監視などにも用いられる。

レーザ距離測定装置において、受光素子が受光する波長帯域は比較的広いため、レーザダイオードから出射されるレーザ光の波長以外の帯域も検出される。特に、レーザ光の走査範囲を広げると、測定対象物から反射されたレーザ光を広角で受光するため、外乱光などもより多く受光してしまう。このため、外乱光の影響などによるノイズが増大し、レーザ距離測定装置の測定精度が低下する要因となる。そこで、受光素子の前段にレーザ光の波長近傍のみを透過させるバンドパスフィルタを設けることで、外乱光の影響などによるノイズを抑制することが提案されている（例えば、特許文献３，５参照）。

外乱光の影響などによるノイズをできるだけ抑制するには、バンドパスフィルタの透過中心波長を、レーザダイオードから投光されるレーザ光の中心波長と一致させることが望ましい。バンドパスフィルタの透過中心波長を、レーザダイオードから投光されるレーザ光の中心波長と一致させることで、バンドパスフィルタの狭帯域化が可能となる。

しかし、レーザダイオードから投光されるレーザ光の波長は、高温では長波長側に変化し、低温では短波長側に変化する。レーザ距離測定装置で使用されるレーザダイオードから投光されるレーザ光の温度による波長変化は、例えば１℃当たり約０．３ｎｍである。このため、レーザダイオードを使用する温度範囲が例えば−２０℃〜８５℃であると、レーザダイオードから投光されるレーザ光の中心波長に対し、バンドパスフィルタの透過中心波長は３１．５ｎｍとある程度広い帯域を透過させるように調整せざるを得ない。

バンドパスフィルタの透過中心波長は、バンドパスフィルタへのレーザ光の入射角度、または、入射するレーザ光に対するバンドパスフィルタの角度（以下、単に「バンドパスフィルタに対するレーザ光の相対入射角度」とも言う）を変えることで調整可能である。しかし、バンドパスフィルタに対するレーザ光の相対入射角度を変えると、バンドパスフィルタを介して受光素子へ到達するレーザ光の光路が変化する。この結果、バンドパスフィルタを介してレーザ光が集光する受光素子上の位置が、前記相対入射角度を変える前の位置からずれるので、レーザ光が受光素子上の他の領域に比べて感度が低い領域または不感領域内に集光されると、受光素子が受光する光量が減少し、距離測定精度が低下してしまう。

特開２００４−１１０２９３号公報 特開２０１３−７２７７１号公報 特開２０１４−９５５９４号公報 特開平６−２００７９号公報 特開２００７−８５８３２号公報

従来のレーザ距離測定装置では、温度に応じてバンドパスフィルタに対するレーザ光の相対入射角度を変えることで、バンドパスフィルタの透過中心波長を調整可能である。しかし、バンドパスフィルタに対するレーザ光の相対入射角度を変えると、バンドパスフィルタを介して受光素子へ到達するレーザ光の光路が変化し、バンドパスフィルタを介してレーザ光が集光する受光素子上の位置が、前記相対入射角度を変える前の位置からずれるので、レーザ光の集光位置によっては距離測定精度が低下してしまう。

そこで、１つの側面では、バンドパスフィルタに対するレーザ光の相対入射角度を変えても、距離測定精度の低下を防止できるレーザ距離測定装置、測定方法及び測定プログラムを提供することを目的とする。

１つの案によれば、レーザダイオードから出射されるレーザ光を投光する投光部と、特定の波長領域を透過するフィルタと、前記投光部から投光され、測定対象物で反射されたレーザ光を前記フィルタを介して受光する、複数の受光素子部を含む受光素子と、前記フィルタに対する前記反射されたレーザ光の相対入射角度を制御して、温度に応じて変化する前記レーザ光の中心波長に合わせて前記フィルタの透過中心波長を調整する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記受光素子のうち、前記調整により生じる前記反射されたレーザ光の集光位置の前記調整前の集光位置からのずれに応じた位置の受光素子部を選択的にオンに制御して、前記測定対象物までの距離の算出に用いる受光信号を、オンに制御された前記受光素子部から出力するレーザ距離測定装置が提供される。

一態様によれば、バンドパスフィルタに対するレーザ光の相対入射角度を変えても、距離測定精度の低下を防止できる。

第１実施例におけるレーザ距離測定装置の一例を模式的に示す図である。 バンドパスフィルタの制御系の一例を示す図である。 多分割受光素子の一例を示す平面図である。 バンドパスフィルタに対するレーザ光の相対入射角度を調整の一例を説明する図である。 多分割受光素子の受光素子部上のずれ量の一例を説明する図である。 相対入射角度制御処理の一例を説明するフローチャートである。 受光素子部選択処理の一例を説明するフローチャートである。 多分割受光素子上に集光されるレーザ光の入射スポットの一例を説明する図である。 第２実施例におけるレーザ距離測定装置の一例を模式的に示す図である。 多分割受光素子の受光チャンネル位置の一例を示す図である。 投光方向に応じた受光チャンネルを格納したテーブルの一例を示す図である。 受光素子可変設定処理の一例を説明するフローチャートである。 第３実施例におけるレーザ距離測定装置の一例を模式的に示す図である。 バンドパスフィルタの制御系の一例を示す図である。 バンドパスフィルタ及び集光位置補正板の回転角度制御処理の一例を説明するフローチャートである。

開示のレーザ距離測定装置は、レーザダイオードなどから出射されたレーザ光から投光され測定対象物で反射されたレーザ光をフィルタを介して受光する複数の受光素子部を含む受光素子と、フィルタに対する反射されたレーザ光の相対入射角度を制御して、温度に応じて変化するレーザ光の中心波長に合わせてフィルタの透過中心波長を調整する制御装置を備える。制御装置は、受光素子のうち、調整により生じる反射されたレーザ光の集光位置の調整前の集光位置からのずれに応じた位置の受光素子部を選択的にオンに制御する。測定対象物までの距離は、オンに制御された受光素子部の受光信号に基づき算出できる。

以下に、開示のレーザ距離測定装置、測定方法及び測定プログラムの各実施例を図面と共に説明する。

（第１実施例）
図１は、第１実施例におけるレーザ距離測定装置の一例を模式的に示す図であり、図２は、バンドパスフィルタの制御系の一例を示す図である。

図１に示すように、レーザ距離測定装置１−１は、投光部の一例である投光系２と、受光部の一例である受光系３とを有する。投光系２は、レーザ光源の一例であるレーザダイオード２１と、コリメートレンズ２２と、ミラー２３と、投光レンズ２４を含む。レーザダイオード２１から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２２、ミラー２３、及び投光レンズ２４を介して測定対象物１００に対して実線で示すように投光される。ミラー２３は、周知の方法により例えば２次元で走査するように駆動されることで、レーザ光は測定対象物１００を含む２次元の領域を走査する。

一方、受光系３は、受光レンズ３１と、集光レンズ３２と、特定の波長領域を透過するバンドパスフィルタ３３と、多分割受光素子３４を含む。投光系２から投光されたレーザ光は、測定対象物１００から破線で示すように反射されて受光系３に到達する。反射されたレーザ光は、受光レンズ３１、集光レンズ３２、及びバンドパスフィルタ３３を介して多分割受光素子３４上に集光される。多分割受光素子３４は、例えばフォトダイオードで形成可能である。多分割受光素子３４の受光領域（または、受光面）は、複数の受光素子部に分割されており、各受光素子部は１つの受光素子で形成されていても、１つの受光素子を形成する受光領域の一部で形成されていても良い。前者の場合、多分割受光素子３４は、受光領域（または、受光面）に複数の受光素子がマトリクス状に配置された受光素子アレイで形成可能である。バンドパスフィルタ３３は、特定の波長領域を透過するように設計されたフィルタの一例である。図１では、バンドパスフィルタ３３の制御系の図示は省略する。

バンドパスフィルタ３３の制御系は、図２に示すように、温度センサなどで形成可能な温度計測部３５と、駆動部の一例であるモータ３６と、制御装置３７とを含む。この例では、モータ３６にステッピングモータが用いられている。制御装置３７は、モータ３６を制御してバンドパスフィルタ３３の１軸を中心とした角度を制御することで、レーザ光のバンドパスフィルタ３３の入射面への入射角度、または、入射するレーザ光に対するバンドパスフィルタ３３の入射面の角度（即ち、「バンドパスフィルタ３３に対するレーザ光の相対入射角度」）を変えて調整することができる。なお、バンドパスフィルタ３３に対するレーザ光の相対入射角度を調整する方法は、本実施例で採用する方法に限定されない。つまり、制御装置３７は、バンドパスフィルタ３３に対する反射されたレーザ光の相対入射角度を制御して、温度に応じて変化するレーザ光の中心波長に合わせてバンドパスフィルタ３３の透過中心波長を調整できれば良い。従って、相対入射角度の制御は、モータ３６などを用いたバンドパスフィルタ３３の姿勢制御に限定されず、バンドパスフィルタ３３の入射面に入射するレーザ光の光路制御であっても良い。

制御装置３７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサで形成可能な処理部３７１と、記憶部３７２とを含むコンピュータにより形成しても良い。処理部３７１は、例えば記憶部３７２に記憶された測定プログラムを実行することで、レーザ距離測定装置１−１から測定対象物１００までの距離を測定することができる。記憶部３７２は、測定プログラムなどのプログラムに加え、処理部３７１が実行する演算で用いるパラメータ、演算の中間結果、測定結果などを含む各種データを記憶する。記憶部３７２が記憶するパラメータには、例えばレーザダイオード２１の例えば１℃当たりの波長変化が含まれる。記憶部３７２は、例えば半導体記憶装置、磁気記録媒体、光記録媒体、光磁気記録媒体などで形成可能である。温度計測部３５は、レーザ距離測定装置１−１中、レーザダイオード２１の温度を測定可能な場所に設けられている。

図３は、多分割受光素子の一例を示す平面図である。この例では、多分割受光素子３４は、受光素子部３４−１〜３４−９に９分割された、９分割受光素子で形成されているが、多分割受光素子３４の分割数は９個に限定されず、複数個であれば特に限定されない。また、多分割受光素子３４の各受光素子部の形状及び配置は、特に限定されない。

図４は、バンドパスフィルタに対するレーザ光の相対入射角度を調整の一例を説明する図である。説明の便宜上、レーザ光の相対入射角度の調整前の状態では、レーザ光がバンドパスフィルタ３３の上面に対して垂直に入射し、バンドパスフィルタ３３の入射面に対する垂線ＶＬに対する入射角度θ_１＝０°であり、レーザ光の相対入射角度の調整後の図４に示す状態では、入射角度θ_１≠０°である場合を示す。図４中、太い一点鎖線は調整前のバンドパスフィルタ３３以降のレーザ光の光路ＯＰ１を示し、太い破線は調整後のバンドパスフィルタ３３以降のレーザ光の光路ＯＰ２を示す。また、ｎ_１は空気の屈折率を表しｎ_１＝１であり、ｎ_２はバンドパスフィルタ３３の（即ち、バンドパスフィルタ３３を形成する材料の）屈折率を表す。上記の入射角度θ_１は、バンドパスフィルタ３３内で調整前の光路ＯＰ１が垂線ＶＬとなす角度であり、角度θ_２は、バンドパスフィルタ３３内で調整後の光路ＯＰ２が垂線ＶＬとなす角度である。

バンドパスフィルタ３３に対するレーザ光の相対入射角度を調整して、レーザダイオード２１から出射されるレーザ光の中心波長と一致させることで、バンドパスフィルタ３３の狭帯域化が可能である。しかし、図４に示すように、バンドパスフィルタ３３に対するレーザ光の相対入射角度を変えると、レーザ光の光路が例えば光路ＯＰ１から光路ＯＰ２へずれるため、レーザ光が多分割受光素子３４上で集光する位置もずれ量ｙだけずれる。

スネルの法則から、次式（１）〜（３）が成り立つ。

ｎ_１ｓｉｎθ_１＝ｎ_２ｓｉｎθ_２ 式（１）
ｓｉｎθ_２＝（１／ｎ_２）・ｓｉｎθ_１ 式（２）
ｃｏｓθ_２＝｛１−（１／ｎ_２ ^２）・ｓｉｎ^２θ_１｝^１／２ 式（３）
レーザ光の光路が光路ＯＰ１から光路ＯＰ２へずれると、レーザ光が多分割受光素子３４上で集光する位置は、次式（４）で表されるずれ量ｙだけずれる。なお、ｔは、バンドパスフィルタ３３の厚さを表す。

ｙ＝ｔ・｛ｓｉｎθ_１−ｃｏｓθ_１（ｓｉｎθ_１／ｃｏｓθ_２）｝ 式（４）
図１に示すレーザ距離測定装置１−１のように、投光系２と受光系３とが分離された構造を有する場合、受光素子３４がレーザ光の走査範囲から反射されてくるレーザ光を全て受光するので、単一の受光素子部（または、受光領域）を有する受光素子を用いたのでは全方位の外乱光などのノイズを受けてしまう。しかし、レーザ光を、図３に示す多分割受光素子３４のうち、レーザ光の投光方向及び受光系３の光学系で決まる特定の受光素子部３４−ｉ（ｉ＝１〜９）上に集光させることで、外乱光を抑制することができる。一方、バンドパスフィルタ３３に対するレーザ光の相対入射角度を変えた場合、レーザ光の光路がずれてレーザ光が集光する位置もずれるため、レーザ光を特定の受光素子部３４−ｉ上に集光させることは難しい。

そこで、本実施例では、多分割受光素子３４を有する受光系３において、バンドパスフィルタ３３に対するレーザ光の相対入射角度を変えたことでレーザ光を特定の受光素子部３４−ｉへ集光させることができない場合でも、多分割受光素子３４から出力される受光信号を検出できるようにする。特定の受光素子部３４−ｉで受光するように設計された多分割受光素子３４を含む受光系３において、バンドパスフィルタ３３に対するレーザ光の相対入射角度の制御により生じた集光位置の変化を算出し、集光する特定の受光素子部を選択する。

具体的には、バンドパスフィルタ３３の透過中心波長を、温度により変化するレーザダイオード２１から出射されるレーザ光の中心波長と一致させるため、バンドパスフィルタ３３への相対入射角度を制御し、バンドパスフィルタ３３の透過中心波長を調整する。また、この調整により生じる、レーザ光の多分割受光素子３４上の集光位置のずれ量ｙを算出し、ずれ量ｙに応じた位置の受光素子部３４−ｊ（ｊ＝１〜９）を選択的にオンに制御することで、集光位置が変化した場合でも、受光信号を検出できる。オンに制御されない受光素子部、即ち、オフに制御された受光素子部は、レーザ光を受光しても受光信号を出力しない。例えば、バンドパスフィルタ３３の厚さｔが５ｍｍであり、レーザ光のバンドパスフィルタ３３への入射角度が例えばθ_１＝０°からθ_１＝３０°に調整されると、ずれ量ｙは約０．２５ｍｍとなる。この場合、レーザ光が、例えば図５に示すように、入射角度がθ_１＝０°のときに多分割受光素子３４の破線の丸印で示す特定の受光素子部３４−１（３４−ｉ）上で集光していたとすると、入射角度がθ_１＝３０°に調整されると、特定の受光素子部３４−１から約０．２５ｍｍのずれ量ｙだけずれた実線の丸印で示す受光素子部３４−２（３４−ｊ）上に集光される。図５は、多分割受光素子の受光素子部上のずれ量の一例を説明する図である。バンドパスフィルタ３３を介したレーザ光は、多分割受光素子３４の受光素子部３４−２で確実に受光できるので、距離測定精度の低下を防止できる。

レーザ光の集光位置がずれ量ｙだけずれる方向は、バンドパスフィルタ３３の角度が制御される方向により決まる。例えば、バンドパスフィルタ３３の１軸を中心とした角度が正方向（例えば、図２中時計方向）に制御される場合にはずれ量ｙの方向を正方向（例えば、図５中右方向）とし、バンドパスフィルタ３３の１軸を中心とした角度が負方向（例えば、図２中反時計方向）に制御される場合にはずれ量ｙの方向を負方向（例えば、図５中左方向）とすることができる。なお、レーザ光の受光系３への入射角度が設計値からずれているときなどには、当該入射角度を設計値に補正するために、バンドパスフィルタ３３の２軸を中心とした角度を制御可能とする場合がある。このような場合には、ずれ量ｙの方向を、図５中左右方向及び上下方向にすれば良い。

図６は、相対入射角度制御処理の一例を説明するフローチャートである。図６に示す相対入射角度制御処理は、例えば図３に示す処理部３７１が記憶部３７２に記憶されたプログラムを実行することで実行可能である。

図６において、ステップＳ１では、処理部３７１が、温度計測部３５が計測したレーザダイオード２１の温度が変化したか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理は終了する。ステップＳ１の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ２では、処理部３７１が、温度変化が閾値以上であるか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理は終了する。ステップＳ２の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ３では、処理部３７１が、温度変化に対する波長変化量を算出する。温度変化に対する波長変化量は、記憶部３７２に記憶されたパラメータ（例えば、レーザダイオード２１の例えば１℃当たりの波長変化）から算出可能である。ステップＳ４では、処理部３７１が、算出された温度変化に対する波長変化量に合わせたバンドパスフィルタ３３の透過中心波長を得るための入射角度θ_１を算出し、モータ３６を制御することでバンドパスフィルタ３３に対するレーザ光を算出された入射角度θ_１に調整する。ステップＳ５では、処理部３７１が、多分割受光素子３４の受光素子部を選択する受光素子部選択処理を実行し、相対入射角度制御処理は終了する。

図７は、受光素子部選択処理の一例を説明するフローチャートである。図７に示す受光素子部選択処理は、例えば図３に示す処理部３７１が記憶部３７２に記憶されたプログラムを実行することで実行可能である。

図７において、ステップＳ５１では、処理部３７１が、バンドパスフィルタ３３に対するレーザ光の入射角度θ_１が変化したか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理は図６の相対入射角度制御処理へ戻り、相対入射角度制御処理は終了する。入射角度θ_１が変化したか否かは、例えば処理部３７１がステッピングモータ３６を制御する信号から検知可能である。ステップＳ５１の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ５２では、処理部３７１が、上記の式（４）で表されるずれ量ｙを算出する。ステップＳ５３では、処理部３７１が算出されたずれ量ｙからレーザ光を集光する受光素子部３４−２（３４−ｊ）選択的にオンに制御し、処理は図６の相対入射角度制御処理へ戻り、相対入射角度制御処理は終了する。従って、図６のステップＳ５では、測定対象物１００までの距離の算出に用いる受光信号を、多分割受光素子３４のオンに制御された受光素子部から出力する。

なお、測定処理は、例えば図３に示す処理部３７１が記憶部３７２に記憶された測定プログラムを実行することで実行可能である。測定処理は、図６に示す相対入射角度制御処理に加え、処理部３７１が多分割受光素子３４のうちオンに制御された受光素子部の受光信号を検出することで、検出された受光信号に基づき周知の方法でレーザ距離測定装置１−１から測定対象物１００までの距離を算出可能である。距離は、例えば後述する第２実施例のように、多分割受光素子３４の出力に接続された測定回路により算出するようにしても良い。

このように、レーザダイオード２１から出射されるレーザ光の中心波長が温度に応じて変化しても、バンドパスフィルタ３３の透過中心波長を、バンドパスフィルタ３３に対するレーザ光の相対入射角度を変えることで、レーザ光の中心波長に合わせるように調整可能である。また、特定の受光素子部（または、特定の受光領域）でレーザ光を受光するように設計された多分割受光素子３４を含む受光系３において、バンドパスフィルタ３３の角度の制御により生じた集光位置の変化を算出し、レーザ光を集光する特定の受光素子部（または、特定の受光領域）を選択的にオンに制御する。バンドパスフィルタ３３に対するレーザ光の相対入射角度を変えることで、バンドパスフィルタ３３を介して多分割受光素子３４へ到達するレーザ光の光路が変化しても、バンドパスフィルタ３３を介してレーザ光が集光する集光位置の受光素子部（または、受光領域）を選択的にオンに制御して受光信号を検出することで、距離測定精度の低下を防止できる。
（第２実施例）
次に、第２実施例におけるレーザ距離測定装置について説明する。複数の受光素子で形成された多分割受光素子は、投光方向に応じた受光素子を選択的にオンに制御することで、外乱光の受光を抑制することができる。しかし、広角で受光するための受光レンズ（即ち、広角レンズ）を備えた受光系の場合、図８に示すように、レーザ光の受光系への入射角度により、多分割受光素子上に集光されるレーザ光の入射スポットの大きさが変化するため、入射スポットの大きさに応じて１または複数の受光素子を選択的にオンに制御することが望ましい。図８は、多分割受光素子上に集光されるレーザ光の入射スポットの一例を説明する図である。図８中、入射スポットの右側に示す角度０°〜２０°は、レーザ光の受光系への入射角度を示す。図８に示すように、レーザ光の受光系への入射角度が大きくなる程、入射スポットが大きくなる。

この場合、レーザ光の入射角度が０°の場合のように入射スポットが小さいときに合わせて複数の受光素子を選択的にオンに制御すると、入射角度が２０°の場合のように入射スポットが大きいときには受光可能な光量が減少して受光信号の強度が低下する。逆に、レーザ光の入射角度が２０°の場合ように入射スポットが大きいときに合わせて複数の受光素子を選択的にオンに制御すると、入射角度が０°の場合のように入射スポットが小さいときに受光する外乱光が増加してノイズが増大する。そこで、本実施例では、レーザ光の入射スポットの大きさ（または、広がり）に応じて、選択的にオンに制御する受光素子及び受光素子の数を可変設定可能とする。

図９は、第２実施例におけるレーザ距離測定装置の一例を模式的に示す図である。図９中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図９に示すように、レーザ距離測定装置１−２は、ミラー２３の角度を検出する検出器４０と、レーザダイオード２１を駆動する駆動回路４１と、ミラー２３を制御するミラーコントローラ４２と、多分割受光素子３４から出力される受光信号を選択的に増幅する選択増幅回路４３と、選択的に増幅された受光信号から測定対象物までの距離を算出する測定回路４４と、測定制御回路４５とを含む。ミラー２３は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーであっても良い。バンドパスフィルタ３３の制御系の構成及び動作は、図２の制御系の構成と動作と同様で良いため、図９では、バンドパスフィルタ３３の制御系の図示は省略する。この例では、バンドパスフィルタ３３が受光レンズ３１１と集光レンズ３２との間の、集光レンズ３２の前段に設けられている。また、この例では、受光レンズ３１１に広角レンズが用いられている。

検出器４０は、レーザ光の投光方向を決めるミラー２３の垂直角度Ｖ及び水平角度Ｈを周知の方法で検出し、検出したミラー角度をミラーコントローラ４２を介して測定制御回路４５に供給する。測定制御回路４５は、多分割受光素子３４が有する複数の受光素子部のうち、ミラー角度に応じて、入射スポットに対応する各受光素子部を選択的にオンに制御するか否かを示す情報を格納したテーブル４５１を含む。測定制御回路４５は、検出器４０からのミラー角度に基づきテーブル４５１の情報を参照することで、選択的に増幅するべき受光素子部を示す情報の一例である選択信号を選択増幅回路４３に供給する。選択増幅回路４３は、多分割受光素子３４のうち、選択信号が示す受光素子部が出力する受光信号を増幅して測定回路４４に供給する。また、選択信号が複数の受光素子部を示す場合、選択増幅回路４３は、当該複数の受光素子部が出力する受光信号の和を増幅して測定回路４４に供給する。

測定制御回路４５は、選択的に増幅するべき受光素子部を示す選択信号を選択増幅回路４３に供給する代わりに、オンに制御する受光素子部を示す選択信号を多分割受光素子３４に直接供給しても良い。この場合、多分割受光素子３４の消費電力を抑えることができ、選択増幅回路４３は、オンに制御された受光素子部が出力する受光信号、或いは、オンに制御された複数の受光素子部が出力する受光信号の和を増幅すれば良い。また、この場合、測定制御回路４５の少なくとも一部の処理を、バンドパスフィルタ３３の制御系の制御装置３７で実行するようにしても良い。

測定制御回路４５は、レーザダイオード２１を例えばパルス駆動するなど、周知の方法で駆動するように駆動回路４１を制御する。駆動回路４１は、レーザダイオード２１の駆動タイミングを示す信号を測定回路４４に供給するので、測定回路４４は、投光されるレーザ光の１走査期間毎に測定対象物までの距離を算出できる。

なお、測定回路４４の処理を、バンドパスフィルタ３３の制御系の制御装置３７で実行するようにしても良い。

図１０は、多分割受光素子の受光チャンネル位置の一例を示す図である。図１０に示す多分割受光素子３４は、ｎ行ｍ列のマトリクス状に配置された受光素子部Ｄ（１１）〜Ｄ（ｍｎ）を有する。ここで、ｎは２以上の自然数であり、ｍは２以上の自然数であり、ｍ＝ｎであっても、ｍ≠ｎであっても良い。この例では、多分割受光素子３４を形成する各受光素子部の位置が、１つの受光チャンネル位置に相当する。

図１１は、投光方向に応じた受光チャンネルを格納したテーブルの一例を示す図である。テーブル４５１は、図９に示す例では測定制御回路４５内のメモリなどに格納されているが、測定制御回路４５に外部接続されたメモリなどに格納されていても良い。図１１に示すように、テーブル４５１は、レーザ光の投光方向を決める垂直角度Ｖ及び水平角度Ｈに対する受光チャンネルＤ（１１），．．．，Ｄ（ｍｎ）の選択信号（または、選択上方）を格納している。説明の便宜上、図１１では多分割受光素子３４のうち、入射スポットに対応してオンに制御される受光素子部を示す選択信号が「１」であり、入射スポットに対応せずオフに制御される受光素子部を示す選択信号が「０」である。

図１２は、受光素子可変設定処理の一例を説明するフローチャートである。測定制御回路４５の処理は、例えば測定プログラムを実行するプロセッサにより実行可能である。図１２において、ステップＳ２１では、測定制御回路４５が、検出器４０が検出したミラー２３の垂直角度Ｖ及び水平角度Ｈ、即ち、ミラー角度を取得する。ステップＳ２２では、測定制御回路４５が、取得したミラー角度に基づいてテーブル４５１を参照して、選択的に増幅するべき受光素子部を示す選択信号を取得する。ステップＳ２３では、測定制御回路４５が、取得した選択信号を選択増幅回路４３に供給して、多分割受光素子３４のうち、選択信号が示す受光素子部が出力する受光信号を増幅して測定回路４４に供給する。なお、選択信号が複数の受光素子部を示す場合には、当該複数の受光素子部が出力する受光信号の和を増幅して測定回路４４に供給する。ステップＳ２４では、測定制御回路４５が、レーザダイオード２１を駆動するように駆動回路４１を制御する。ステップＳ２５では、測定制御回路４５が、投光されるレーザ光の１走査期間毎に測定回路４４において算出される測定対象物までの距離を取得し、処理はステップＳ２１へ戻る。測定制御回路４５が取得した測定対象物までの距離は、例えば外部装置などへ出力可能である。

本実施例によれば、上記第１実施例で得られる効果に加え、多分割受光素子上に集光されるレーザ光の入射スポットの大きさにかかわらず、多分割受光素子から出力される受光信号の信号強度の低下を抑制し、ノイズを抑制することができる。
（第３実施例）
次に、第３実施例におけるレーザ距離測定装置について説明する。図１３は、第３実施例におけるレーザ距離測定装置の一例を模式的に示す図であり、図１４は、バンドパスフィルタの制御系の一例を示す図である。図１３及び図１４中、図１及び図２と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１３及び図１４に示すように、レーザ距離測定装置１−３は、バンドパスフィルタ３３の角度の制御により生じたレーザ光の光路のずれ、即ち、レーザ光の多分割受光素子３４上の集光位置のずれを補正するための集光位置補正板３３３が設けられている。集光位置補正板３３３は、補正板の一例であり、測定対象物１００から反射されたレーザ光を受光する光路中、バンドパスフィルタ３３と多分割受光素子３４との間の光路に配置されている。また、バンドパスフィルタ３３の制御系は、バンドパスフィルタ３３の角度を制御するバンドパスフィルタ用モータ３６と同様に集光位置補正板３３３の角度を制御する集光位置補正板用モータ３６Ａを含む。

図１３に示すように、レーザ光の投光方向に応じて、測定対象物１００で反射したレーザ光を特定の受光素子部で受光するように設計した多分割受光素子３４を備えた受光系３において、温度により変化するレーザダイオード２１の中心波長と一致させるため、図１４に示す、バンドパスフィルタ３３に対するレーザ光の相対入射角度を制御し、バンドパスフィルタ３３の透過中心波長を調整する。この時、バンドパスフィルタ３３に対するレーザ光の相対入射角度が変化することにより、レーザ光の光路がずれて、レーザ光の多分割受光素子３４上の集光位置もずれる。そこで、本実施例では、レーザ光の多分割受光素子３４上の集光位置のずれ量を算出し、ずれた集光位置がずれが生じる前の集光位置へ戻るように、集光位置補正板３３３の角度を制御する。

集光位置補正板３３３の角度は、制御されたバンドパスフィルタ３３の角度により生じるレーザ光の光路のずれを相殺するように制御される。これにより、バンドパスフィルタ３３の角度を制御しても、レーザ光の多分割受光素子３４上の集光位置のずれを防止することができる。従って、レーザ光は、多分割受光素子３４のうちオンに制御される受光素子部上に確実に集光されるので、当該受光素子部から出力される受光信号の信号強度の低下を抑制し、ノイズを抑制することが可能になる。

集光位置補正板３３３には、バンドパスフィルタ３３を形成する母材と同じ屈折率及び同じ厚みの材料で形成された補正板を用いることができる。このように集光位置補正板３３３をバンドパスフィルタ３３を形成する母材と同じ屈折率及び同じ厚みの材料で形成した場合、バンドパスフィルタ３３の角度により生じるレーザ光の光路のずれは、集光位置補正板３３３をバンドパスフィルタ３３の角度とは相補的な角度に制御することで相殺できる。

図１５は、バンドパスフィルタ及び集光位置補正板の回転角度制御処理の一例を説明するフローチャートである。図１５に示す回転角度制御処理は、例えば図４に示す処理部３７１が記憶部３７２に記憶されたプログラムを実行することで実行可能である。

図１５において、ステップＳ３１では、処理部３７１が、レーザダイオード２１の基準温度Ｔ_０及び温度変化量の閾値Ｄ_ＭＡＸを記憶部３７２から読み出して取得する。ステップＳ３２では、処理部３７１が、温度計測部３５が計測したレーザダイオード２１の温度Ｔ_１を取得する。ステップＳ３３では、処理部３７１が、レーザダイオードの温度Ｔ_１とレーザダイオード基準温度Ｔ_０との差Ｔ_１−Ｔ_０が閾値Ｄ_ＭＡＸ以上であるか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ３２へ戻る。ステップＳ３３の判定結果がＹＥＳであると、処理はステップＳ３４へ進む。

ステップＳ３４では、処理部３７１が、レーザダイオード２１が温度Ｔ_１で出射するレーザ光の中心波長を記憶部３７２から読み出して取得する。ステップＳ３５では、処理部３７１が、バンドパスフィルタ３３の透過中心波長をレーザダイオード２１が出射すレーザ光の中心波長に合わせる場合のバンドパスフィルタ３３の入射面に対するレーザ光の入射角度θ_ａを取得する。温度変化に対する波長変化量は、記憶部３７２に記憶されたパラメータ（例えば、レーザダイオード２１の例えば１℃当たりの波長変化）から算出可能であり、ステップＳ３５では、処理部３７１が、算出された温度変化に対する波長変化量に合わせたバンドパスフィルタ３３の透過中心波長を得るための入射角度θ_ａを算出する。ステップＳ３６では、処理部３７１が、入射角度θ_ａを得るためのバンドパスフィルタ３３の回転角度Ｒ_１を算出して取得する。ステップＳ３７では、処理部３７１が、バンドパスフィルタ３３が回転角度Ｒ_１だけ回転することにより生じるレーザ光の光路のずれを相殺するための、集光位置補正板３３３の回転角度Ｒ_２を算出して取得する。ステップＳ３８では、処理部３７１が、バンドパスフィルタ３３を回転角度Ｒ_１に制御するようにモータ３６を駆動すると共に、集光位置補正板３３３を回転角度Ｒ_２に制御するようにモータ３６Ａを駆動し、処理は終了する。

なお、本実施例においても、上記第２実施例のように、レーザ光の入射スポットの大きさ（または、広がり）に応じて、選択的にオンに制御する受光素子を可変設定可能としても良い。

本実施例によれば、集光位置補正板３３３を設けることで、バンドパスフィルタ３３の角度を制御した際にレーザ光の多分割受光素子３４上の集光位置がずれる現象を防止して、上記第１実施例で得られる効果と同様の効果を得ることができる。

上記の各実施例によれば、バンドパスフィルタの透過中心波長を、バンドパスフィルタへのレーザ光の入射角度を変えることで調整可能である。また、バンドパスフィルタへのレーザ光の入射角度を変えることで、バンドパスフィルタを介して多分割受光素子へ到達するレーザ光の光路が変化しても、バンドパスフィルタを介してレーザ光が集光する集光位置の受光素子部を選択して受光信号を検出することができ、距離測定精度の低下を防止できる。つまり、特定の受光素子部で受光するように設計された多分割受光素子を備えた受光系において、バンドパスフィルタの角度制御により生じたレーザ光の集光位置のずれ量を算出し、ずれ量を考慮して集光位置の受光素子部をオンに制御する。具体的には、上記第１及び第２実施例では、ずれ量に応じた位置の受光素子部をオンに制御し、上記第３実施例では、ずれ量を集光位置補正板により補正して集光位置の受光素子部をオンに制御する。また、オンに制御する集光位置の受光素子部は、少なくとも１つの受光素子部であれば良く、複数の受光素子部であっても良い。

以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
レーザダイオードから出射されるレーザ光を投光する投光部と、
特定の波長領域を透過するフィルタと、
前記投光部から投光され、測定対象物で反射されたレーザ光を前記フィルタを介して受光する、複数の受光素子部を含む受光素子と、
前記フィルタに対する前記反射されたレーザ光の相対入射角度を制御して、温度に応じて変化する前記レーザ光の中心波長に合わせて前記フィルタの透過中心波長を調整する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記受光素子のうち、前記調整により生じる前記反射されたレーザ光の集光位置の前記調整前の集光位置からのずれに応じた位置の受光素子部を選択的にオンに制御して、前記測定対象物までの距離の算出に用いる受光信号を、オンに制御された前記受光素子部から出力することを特徴とする、レーザ距離測定装置。
（付記２）
前記レーザダイオードの温度を計測する温度計測部を更に備え、
前記制御装置は、前記計測した温度の変化が閾値以上であると、前記温度の変化に対する前記中心波長の変化量を算出し、前記変化量に基づき前記相対入射角度を制御することを特徴とする、付記１記載のレーザ距離測定装置。
（付記３）
前記制御装置は、前記相対入射角度が変化していると、前記ずれを算出して前記ずれに応じた位置の受光素子部を選択的にオンに制御することを特徴とする、付記１または２記載のレーザ距離測定装置。
（付記４）
前記反射されたレーザ光を受光する広角レンズを更に備え、
前記制御装置は、前記広角レンズへの前記反射されたレーザ光の入射角度により歪む前記受光素子上の入射スポットと、前記相対入射角度とに応じた前記集光位置のずれとに基づき、複数の受光素子部を選択的にオンに制御することを特徴とする、付記１乃至３のいずれか１項記載のレーザ距離測定装置。
（付記５）
前記投光部が投光する前記レーザ光の投光方向に応じて、前記入射スポットに対応する各受光素子部を選択的にオンに制御するか否かを示す情報を格納したテーブルをさらに備え、
前記制御装置は、前記投光方向に基づき前記テーブルの情報を参照して前記選択的にオンに制御する前記複数の受光素子部を読み出すことを特徴とする、付記４記載のレーザ距離測定装置。
（付記６）
前記フィルタを形成する母材と同じ屈折率及び同じ厚みの材料で形成され、前記フィルタと前記受光素子との間の光路に配置された補正板を更に備え、
前記制御装置は、前記反射されたレーザ光の集光位置の前記調整前の集光位置からのずれを補正するように前記補正板の角度を制御することを特徴とする、付記１乃至５のいずれか１項記載のレーザ距離測定装置。
（付記７）
レーザダイオードから出射されるレーザ光を投光部が投光し、
投光され測定対象物で反射されたレーザ光を、特定の波長領域を透過するフィルタを介して、複数の受光素子部を含む受光素子が受光し、
前記フィルタに対する前記反射されたレーザ光の相対入射角度を制御装置が制御して、温度に応じて変化する前記レーザ光の中心波長に合わせて前記フィルタの透過中心波長を調整し、
前記受光素子のうち、前記調整により生じる前記反射されたレーザ光の集光位置の前記調整前の集光位置からのずれに応じた位置の受光素子部を前記制御装置が選択的にオンに制御して、前記測定対象物までの距離の算出に用いる受光信号を、オンに制御された前記受光素子部から出力することを特徴とする、測定方法。
（付記８）
前記レーザダイオードの温度を温度計測部が計測し、
前記計測した温度の変化が閾値以上であると、前記制御装置が前記温度の変化に対する前記中心波長の変化量を算出し、前記変化量に基づき前記相対入射角度を制御することを特徴とする、付記７記載の測定方法。
（付記９）
前記相対入射角度が変化していると、前記制御装置が前記ずれを算出して前記ずれに応じた位置の受光素子部を選択的にオンに制御することを特徴とする、付記７または８記載の測定方法。
（付記１０）
前記反射されたレーザ光を広角レンズが受光し、
前記広角レンズへの前記反射されたレーザ光の入射角度により歪む前記受光素子上の入射スポットと、前記相対入射角度とに応じた前記集光位置のずれとに基づき、前記制御装置が複数の受光素子部を選択的にオンに制御することを特徴とする、付記７乃至９のいずれか１項記載の測定方法。
（付記１１）
前記投光部が投光する前記レーザ光の投光方向に基づき、前記制御装置が前記投光方向に応じて前記入射スポットに対応する各受光素子部を選択的にオンに制御するか否かを示す情報を格納したテーブルを参照して、前記選択的にオンに制御する前記複数の受光素子部を示す情報を読み出すことを特徴とする、付記１０記載の測定方法。
（付記１２）
前記反射されたレーザ光の集光位置の前記調整前の集光位置からのずれを補正するように、前記制御装置が前記フィルタを形成する母材と同じ屈折率及び同じ厚みの材料で形成され、前記フィルタと前記受光素子との間の光路に配置された補正板の角度を制御することを特徴とする、付記７乃至１１のいずれか１項記載の測定方法。
（付記１３）
コンピュータに測定処理を実行させる測定プログラムであって、
投光部のレーザダイオードを駆動して前記レーザダイオードから出射されるレーザ光を投光し、
前記投光部から投光され、測定対象物で反射されたレーザ光の、特定の波長領域を透過するフィルタに対する相対入射角度を制御して、温度に応じて変化する前記レーザ光の中心波長に合わせて前記フィルタの透過中心波長を調整し、
前記フィルタを介して前記反射されたレーザ光を受光する、複数の受光素子部を含む受光素子のうち、前記調整により生じる前記反射されたレーザ光の集光位置の前記調整前の集光位置からのずれに応じた位置の受光素子部を選択的にオンに制御して、オンに制御された前記受光素子部の受光信号に基づき前記測定対象物までの距離を算出する、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、測定プログラム。
（付記１４）
温度計測部が計測した前記レーザダイオードの温度を取得し、
前記計測した温度の変化が閾値以上であると、前記温度の変化に対する前記中心波長の変化量を算出し、前記変化量に基づき前記相対入射角度を制御する、
処理を前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする、付記１３記載の測定プログラム。
（付記１５）
前記相対入射角度が変化していると、前記ずれを算出して前記ずれに応じた位置の受光素子部を選択的にオンに制御する、
処理を前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする、付記１３または１４記載の測定プログラム。
（付記１６）
前記反射されたレーザ光を受光する広角レンズへの前記反射されたレーザ光の入射角度により歪む前記受光素子上の入射スポットと、前記相対入射角度とに応じた前記集光位置のずれに基づき、複数の受光素子部を選択的にオンに制御する、
処理を前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする、付記１３乃至１５のいずれか１項記載の測定プログラム。
（付記１７）
前記投光部が投光する前記レーザ光の投光方向に基づき、前記投光方向に応じて前記入射スポットに対応する各受光素子部を選択的にオンに制御するか否かを示す情報を格納したテーブルを参照して、前記選択的にオンに制御する前記複数の受光素子部を示す情報を読み出す、
処理を前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする、付記１６記載の測定プログラム。
（付記１８）
前記反射されたレーザ光の集光位置の前記調整前の集光位置からのずれを補正するように、前記フィルタを形成する母材と同じ屈折率及び同じ厚みの材料で形成され、前記フィルタと前記受光素子との間の光路に配置された補正板の角度を制御する、
処理を前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする、付記１３乃至１７のいずれか１項記載の測定プログラム。

以上、開示のレーザ距離測定装置、測定方法及び測定プログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

１−１，１−２，１−３ レーザ距離測定装置
２ 投光系
３ 受光系
２１ レーザダイオード
２２ コリメートレンズ
２３ ミラー
２４ 投光レンズ
３１，３１１ 受光レンズ
３２ 集光レンズ
３３ バンドパスフィルタ
３４ 多分割受光素子
３５ 温度計測部
３６，３６Ａ モータ
３７ 制御装置
４０ 検出器
４１ 駆動回路
４２ ミラーコントローラ
４３ 選択増幅回路
４４ 測定回路
４５ 測定制御回路
３３３ 集光位置補正板
３７１ 処理部
３７２ 記憶部
４５１ テーブル

Claims (6)

1. レーザダイオードから出射されるレーザ光を投光する投光部と、
   特定の波長領域を透過するフィルタと、
   前記投光部から投光され、測定対象物で反射されたレーザ光を前記フィルタを介して受光する、複数の受光素子部を含む受光素子と、
   前記フィルタに対する前記反射されたレーザ光の相対入射角度を制御して、温度に応じて変化する前記レーザ光の中心波長に合わせて前記フィルタの透過中心波長を調整する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記受光素子のうち、前記調整により生じる前記反射されたレーザ光の集光位置の前記調整前の集光位置からのずれに応じた位置の受光素子部を選択的にオンに制御して、前記測定対象物までの距離の算出に用いる受光信号を、オンに制御された前記受光素子部から出力することを特徴とする、レーザ距離測定装置。
2. 前記レーザダイオードの温度を計測する温度計測部を更に備え、
   前記制御装置は、前記計測した温度の変化が閾値以上であると、前記温度の変化に対する前記中心波長の変化量を算出し、前記変化量に基づき前記相対入射角度を制御することを特徴とする、請求項１記載のレーザ距離測定装置。
3. 前記反射されたレーザ光を受光する広角レンズを更に備え、
   前記制御装置は、前記広角レンズへの前記反射されたレーザ光の入射角度により歪む前記受光素子上のスポットと前記相対入射角度とに応じた前記集光位置のずれに基づき複数の受光素子部を選択的にオンに制御することを特徴とする、請求項１または２記載のレーザ距離測定装置。
4. 前記フィルタを形成する母材と同じ屈折率及び同じ厚みの材料で形成され、前記フィルタと前記受光素子との間の光路に配置された補正板を更に備え、
   前記制御装置は、前記反射されたレーザ光の集光位置の前記調整前の集光位置からのずれを補正するように前記補正板の角度を制御することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項記載のレーザ距離測定装置。
5. レーザダイオードから出射されるレーザ光を投光部が投光し、
   投光され測定対象物で反射されたレーザ光を、特定の波長領域を透過するフィルタを介して、複数の受光素子部を含む受光素子が受光し、
   前記フィルタに対する前記反射されたレーザ光の相対入射角度を制御装置が制御して、温度に応じて変化する前記レーザ光の中心波長に合わせて前記フィルタの透過中心波長を調整し、
   前記受光素子のうち、前記調整により生じる前記反射されたレーザ光の集光位置の前記調整前の集光位置からのずれに応じた位置の受光素子部を前記制御装置が選択的にオンに制御して、前記測定対象物までの距離の算出に用いる受光信号を、オンに制御された前記受光素子部から出力することを特徴とする、測定方法。
6. コンピュータに測定処理を実行させる測定プログラムであって、
   投光部のレーザダイオードを駆動して前記レーザダイオードから出射されるレーザ光を投光し、
   前記投光部から投光され、測定対象物で反射されたレーザ光の、特定の波長領域を透過するフィルタに対する相対入射角度を制御して、温度に応じて変化する前記レーザ光の中心波長に合わせて前記フィルタの透過中心波長を調整し、
   前記フィルタを介して前記反射されたレーザ光を受光する、複数の受光素子部を含む受光素子のうち、前記調整により生じる前記反射されたレーザ光の集光位置の前記調整前の集光位置からのずれに応じた位置の受光素子部を選択的にオンに制御して、オンに制御された前記受光素子部の受光信号に基づき前記測定対象物までの距離を算出する、
   処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、測定プログラム。

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