JP2019164172A - 距離測定装置、距離測定方法、距離測定プログラムおよびテーブルの作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 受光素子アレイの受光素子の選択精度が向上する距離測定装置、距離測定方法、距離測定プログラムおよびテーブルの作成方法を提供する。【解決手段】 距離測定装置は、レーザ光を投光する投光部と、複数の受光素子が所定面内に２次元配列された受光素子アレイと、前記受光素子アレイに対して集光する集光レンズと、前記受光素子アレイの１以上の前記受光素子の出力を検出する検出部と、前記レーザ光の投光角度に対応する対象物からの反射光の前記集光レンズに対する入射角度に応じて、前記投光角度が大きくなった場合の前記所定面内における前記レーザ光の照射範囲の２次元方向の歪みを考慮して、前記検出部に出力させる前記受光素子を選択する選択部と、を備える。【選択図】 図６

Description

本件は、距離測定装置、距離測定方法、距離測定プログラムおよびテーブルの作成方法に関する。

近年、距離測定装置（レーザレーダ）は、対象物までの距離計測だけでなく、自動車における障害物検知をはじめ、鉄道のホームにおける車両と開閉扉間の人検知のような周辺監視などを目的に、さまざまなシーンで利用されている。

このような距離測定装置に対しては、対象物を測定する測定範囲を拡大したいという要求が高くなると予想される。そこで、投光系に、投光範囲を拡大する光学系を用い、集光レンズに広角レンズを用いることが考えられる。しかしながら、集光レンズに入射するノイズ光も増えるため、Ｓ／Ｎ比が低下することになる。そこで、受光素子アレイを用いて、測定対象からの戻り光の照射範囲の受光素子の出力を選択的に使用することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１５７０４４号公報

しかしながら、集光レンズの収差に起因して、集光レンズに対する入射画角に応じて照射範囲に歪みが生じる場合がある。この場合、受光素子の選択精度が低下する。

１つの側面では、本件は、受光素子アレイの受光素子の選択精度が向上する距離測定装置、距離測定方法、距離測定プログラムおよびテーブルの作成方法を提供することを目的とする。

１つの態様では、距離測定装置は、レーザ光を投光する投光部と、複数の受光素子が所定面内に２次元配列された受光素子アレイと、前記受光素子アレイに対して集光する集光レンズと、前記受光素子アレイの１以上の前記受光素子の出力を検出する検出部と、前記レーザ光の投光角度に対応する対象物からの反射光の前記集光レンズに対する入射角度に応じて、前記投光角度が大きくなった場合の前記所定面内における前記レーザ光の照射範囲の２次元方向の歪みを考慮して、前記検出部に出力させる前記受光素子を選択する選択部と、を備える。

１つの態様では、テーブルの作成方法は、レーザ光を投光する投光部と、複数の受光素子が一面に配置された受光素子アレイと、前記レーザ光の投光角度に対応する対象物からの反射光を前記受光素子アレイに対して集光する集光レンズと、を備える距離測定装置において、前記レーザ光の投光角度を順次変更し、各投光角度において、前記受光素子アレイに対する前記レーザ光の照射範囲に応じた受光素子を選択し、前記投光角度と、選択した受光素子とを関連付けてテーブルに格納し、前記受光素子を選択する際に、前記レーザ光の投光角度が大きくなった場合の照射範囲の歪みを考慮する。

受光素子アレイの受光素子の選択精度が向上する。

（ａ）は比較例に係る距離測定装置の概略図であり、（ｂ）はＴＯＦ方式の説明図である。 （ａ）は投光部に角度拡大レンズ（拡大率小）および受光部の集光レンズに狭角レンズを用いた場合を例示し、（ｂ）は投光部に角度拡大レンズ（拡大率大）および受光部の集光レンズに広角レンズを用いた場合を例示する図である （ａ）は受光素子アレイを例示し、（ｂ）は戻り光が入射する範囲を拡大した図であり、（ｃ）は選択された受光素子を例示する図である。 （ａ）は集光レンズに対する入射角度を例示し、（ｂ）は受光素子アレイに対する入射範囲を例示する図である。 入射画角と入射範囲との関係を例示する図である。 （ａ）は実施例１に係る距離測定装置の全体構成を表す概略図であり、（ｂ）は受光素子アレイを例示する図である。 （ａ）は水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖと、選択される受光素子との関係を格納するテーブルを例示し、（ｂ）は距離測定装置の動作の具体例を表すフローチャートである。 テーブルの他の例を例示する図である。 （ａ）および（ｂ）はテーブルの他の例を例示する図である。 （ａ）および（ｂ）はテーブルの他の例を例示する図である。 テーブルの他の例を例示する図である。 各受光素子の受光面を複数の領域に仮想的に分割する例を例示する図である。 （ａ）〜（ｄ）は最小ビーム径を説明するための図である。 テーブルの作成方法を例示する図である。 テーブルの作成方法を表すフローチャートの一例である。 （ａ）はスネルの法則を例示する図であり、（ｂ）はスネルの法則を用いて選択チャネルを補正するための構成を表す図である。 全体制御部の他のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。

実施例の説明に先立って、距離測定装置の概略について説明する。

図１（ａ）は、比較例に係る距離測定装置２００の概略図である。図１（ａ）で例示するように、距離測定装置２００は、発光素子２０１、コリメートレンズ２０２、走査ミラー２０３、角度拡大レンズ２０４、集光レンズ２０５、受光素子２０６などを備える。発光素子２０１、コリメートレンズ２０２、走査ミラー２０３、角度拡大レンズ２０４は、出射光学系２０７を構成する。集光レンズ２０５および受光素子２０６は、入射光学系２０８を構成する。

発光素子２０１は、レーザパルスを出射する。コリメートレンズ２０２は、発光素子２０１が出射するレーザパルスの広がりを抑制して略平行光とする。走査ミラー２０３は、コリメートレンズ２０２から出射された平行光の角度を水平方向および垂直方向に偏向する。角度拡大レンズ２０４は、走査ミラー２０３で偏向された角度をさらに拡大する。角度拡大レンズ２０４から出射されるレーザパルスの角度が投光角度に相当する。角度拡大レンズ２０４から出射されたレーザパルスは、測距対象に照射され、散乱（反射）され、集光レンズ２０５に戻る。この戻り光は、集光レンズ２０５で集光され、受光素子２０６で受光される。

距離測定装置２００は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ＯＦ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を採用することによって、測距対象までの距離を測定する。図１（ｂ）は、ＴＯＦ方式の説明図である。図１（ｂ）で例示するように、距離測定装置２００は、発光素子２０１がレーザパルスを出射して戻り光が測距対象から戻ってくるまでの往復時間（ΔＴ）を計測し、光速を乗算することによって、測距対象までの距離を算出する。

図２（ａ）は、角度拡大レンズ２０４に拡大率小のレンズおよび集光レンズ２０５に狭角レンズを用いた場合を例示する。図２（ａ）で例示するように、測定しようとする範囲が狭い場合には、狭角レンズを用いても測定対象物の距離を測定することができる。この場合、集光レンズ２０５に対する入射範囲が狭くなることから、集光レンズ２０５に入射するノイズ光を抑制することができる。それにより、良好なＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ）比を得ることができる。

このような距離測定装置に対しては、対象物を測定する測定範囲を拡大したいという要求が高くなると予想される。そこで、図２（ｂ）で例示するように、角度拡大レンズ２０４に拡大率大のレンズおよび集光レンズ２０５に広角レンズを用いることが考えられる。図２（ｂ）で例示するように、広角レンズを用いると、測定範囲を拡大することができる。しかしながら、集光レンズ２０５に対する入射範囲も広くなることから、集光レンズ２０５に入射するノイズ光も増える。それにより、Ｓ／Ｎ比が低下することになる。そこで、広角性を有しつつ、ノイズを抑制することができる距離測定装置が求められている。

そこで、図３（ａ）で例示するような、複数の受光素子が一面に配置された受光素子アレイ２０９を用いることが考えられる。図３（ｂ）は、戻り光が入射する範囲を拡大した図である。図３（ｂ）で記載された符号は、各受光素子に割り振られたチャネル番号である。例えば、図３（ｃ）で例示するように、戻り光の中心（照射範囲の重心）が位置する受光素子の出力と、それに隣接する受光素子の出力とを用いることが考えられる。

ここで、集光レンズ２０５に対する入射角度と、受光素子アレイ２０９に対する入射範囲との関係について説明する。図４（ａ）は、集光レンズ２０５に対する入射角度を例示する図である。図４（ａ）で例示するように、入射光（１）および入射光（３）は、集光レンズ２０５の集光面に対して斜めに入射している。すなわち、入射画角が大きくなっている。これに対して、入射光（２）は、集光レンズ２０５の集光面に対して垂直に入射している。すなわち、入射画角が小さくなっている。

図４（ｂ）は、受光素子アレイ２０９に対する入射範囲を例示する図である。図４（ｂ）で例示するように、入射光（２）のように入射画角が小さい場合には、受光素子アレイ２０９に対する入射範囲は小さくなる。これに対して、入射光（１)および入射光（３）のように入射画角が大きくなると、集光レンズ２０５の収差に起因して、受光素子アレイ２０９に対する入射範囲に歪みが生じて大きくなる。この場合において図３（ｃ）で説明した範囲の出力だけを用いると、十分な受光光量が得られなくなり、Ｓ／Ｎ比が劣化してしまう。図５で例示するように、この傾向は、入射画角が大きくなると顕著になる。そこで、以下の実施例では、受光素子アレイの受光素子の選択精度が向上する距離測定装置、距離測定方法、距離測定プログラムおよびテーブルの作成方法について説明する。

図６（ａ）は、実施例１に係る距離測定装置１００の全体構成を表す概略図である。図６（ａ）で例示するように、距離測定装置１００は、発光部１０、走査ミラー２０、角度拡大レンズ３０、バンドパスフィルタ４０、集光レンズ５０、受光素子アレイ６０、コントローラ７０などを備える。コントローラ７０は、レーザ駆動部７１、ミラー駆動部７２、選択出力アンプ７３、測定部７４、および全体制御部７５を備える。

発光部１０は、レーザ駆動部７１の指示に従ってレーザ光を出射する装置であり、半導体レーザなどの発光素子を備える。発光部１０は、一例として、所定の周期でパルス光を出射する。全体制御部７５は、レーザ駆動部７１を制御する。レーザ駆動部７１が発光部１０にパルス光の出射を指示するタイミングは、全体制御部７５から測定部７４に送られる。すなわち、測定部７４は、パルス光の出射タイミングを取得する。また、発光部１０は、パルス光の広がりを抑制して略平行光とするコリメートレンズを備える。

走査ミラー２０は、３次元に出射するレーザ光の角度を変化させるミラーである。例えば、走査ミラー２０は、水平面内の回転角度および垂直面内の回転角度が変化することによって、出射するレーザ光の角度が３次元に変化する。以下、水平面内の回転角度を水平角度Ｈと称し、垂直面内の回転角度を垂直角度Ｖと称する。例えば、走査ミラー２０として、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラー、ガルバノミラー等を用いることができる。全体制御部７５は、ミラー駆動部７２に、走査ミラー２０の水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖを指示する。ミラー駆動部７２は、指示された角度が実現されるように、走査ミラー２０を駆動する。発光部１０から出射されたパルス光は、走査ミラー２０の水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖに応じて偏向される。

角度拡大レンズ３０は、走査ミラー２０で偏向された光の角度をさらに拡大する。この走査ミラー２０の走査により、レーザ光の角度拡大レンズ３０に対する入射角度が変更される。角度拡大レンズ３０から出射されるパルス光の角度が投光角度に相当する。角度拡大レンズ３０から出射されたパルス光は、測距対象に照射され、散乱（反射）され、バンドパスフィルタ４０を介して集光レンズ５０に戻る。この戻り光は、集光レンズ５０で集光され、受光素子アレイ６０で受光される。バンドパスフィルタ４０は、発光部１０が出射するパルス光の波長帯を選択的に透過する。それにより、受光素子アレイ６０に対するノイズの入射を抑制することができる。

図６（ｂ）は、受光素子アレイ６０を例示する図である。図６（ｂ）で例示するように、受光素子アレイ６０は、複数の受光素子６１が基板の一面に配置された構造を有する。例えば、受光素子アレイ６０は、基板の一面に２０×２０の受光素子６１が格子状に配置された構造を有する。図６（ｂ）の左上の受光素子６１のチャネルをＤ（１，１）とし、座標を（−１０，１０）とする。右上の受光素子６１のチャネルをＤ（ｍ（＝２０），１）とし、座標を（１０，１０）とする。左下の受光素子６１のチャネルをＤ（１，ｎ（＝２０））とし、座標を（−１０，−１０）とする。右下の受光素子６１のチャネルをＤ（ｍ，ｎ）とし、座標を（１０，−１０）とする。

全体制御部７５は、受光素子アレイ６０の各受光素子６１のうち１以上の受光素子６１を選択し、選択した受光素子６１に係る情報を選択出力アンプ７３に指示する。選択出力アンプ７３は、指示された受光素子６１が出力する電気信号（光電流）を増幅して測定部７４に出力する。選択されなかった受光素子６１の電気信号は測定部７４に入力されない。このように、選択出力アンプ７３は、各受光素子６１のオンとオフとを切り替える。

本実施例においては、全体制御部７５は、ミラー駆動部７２に指示する水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖに応じてチャネルを選択する。なお、走査ミラー２０の水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖは、角度検出器などの装置を用いて検出してもよい。まず、ミラー駆動部７２に指示する水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖに基づいて、角度拡大レンズ３０から出射されるレーザ光の方向（投光角度）が定まる。この投光角度が定まれば、測距対象からの集光レンズ５０に対する入射画角も定まる。集光レンズ５０に対する入射画角が定まれば、受光素子アレイ６０においてパルス光が照射される範囲が定まる。この範囲は、集光レンズ５０の収差を考慮した範囲である。したがって、集光レンズ５０に対する入射画角が小さい場合には照射範囲は狭く、当該入射画角が大きい場合には照射範囲は歪みで広くなる。例えば、全体制御部７５は、照射範囲全体が含まれるように、チャネルを選択する。したがって、集光レンズ５０に対する入射画角が小さい場合には選択されるチャネルの数は少なく、当該入射画角が大きい場合には選択されるチャネルの数は多くなる。例えば、水平角度Ｈまたは垂直角度Ｖがゼロから大きくなるにつれて、選択されるチャネル数が徐々に多くなる。また、水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖの両方が大きくなると、水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖのいずれかのみが大きくなる場合よりも、選択されるチャネル数が多くなる。このようにすることで、受光素子の選択精度が向上し、ノイズ光の誤検出を抑制しつつ受光光量の検出精度が向上する。それにより、Ｓ／Ｎ比の劣化を抑制することができる。

図７（ａ）は、水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖと、選択される受光素子６１との関係を格納するテーブルを例示する。図７（ａ）のテーブルでは、水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖに関連付けて、全体制御部７５によって選択されるチャネルが格納されている。

測定部７４は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ＯＦ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を採用することによって、測距対象までの距離を測定する。まず、測定部７４は、選択出力アンプ７３が出力する光電流が閾値以上となった時刻から、測距対象から戻り光が戻ってきたタイミングを算出する。この場合、受光素子アレイ６０に戻り光が入射してから、測定部７４に光電流が入力されるまでの時間が考慮される。次に、測定部７４は、レーザ駆動部７１から受け取った出射タイミングと、戻り光が戻ってきたタイミングとから、往復時間ΔＴを算出する。この往復時間の半分の時間に光速を乗算することによって、測距対象までの距離を算出する。

図７（ｂ）は、距離測定装置１００の動作の具体例を表すフローチャートである。図７（ｂ）で例示するように、全体制御部７５は、ミラー駆動部７２に水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖを検出する（ステップＳ１）。角度検出器を用いない場合には、ミラー駆動部７２に指示する水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖを用いることができる。次に、全体制御部７５は、図７（ａ）のテーブルを参照し、指示した水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖに対応する受光チャネルを選択する（ステップＳ２）。次に、選択出力アンプ７３は、ステップＳ２で選択した受光チャネルの電気信号を増幅する（ステップＳ３）。次に、全体制御部７５は、レーザ駆動部７１に、発光部１０のパルス光の発光を指示する（ステップＳ４）。次に、測定部７４は、レーザ駆動部７１から受け取った出射タイミングと、戻り光が戻ってきたタイミングとから、往復時間ΔＴを算出し、測距対象までの距離を算出する（ステップＳ５）。

本実施例によれば、受光素子アレイ６０の受光素子６１を選択する際に、受光素子アレイ６０に対するパルス光の照射範囲の、当該パルス光の投光角度が大きくなった場合の歪みが考慮される。それにより、角度拡大レンズ３０および集光レンズ５０に広角レンズを用いても、受光素子６１の選択精度が向上する。また、照射範囲に係る受光素子６１が選択されることから、ノイズを抑制することができる。以上のことから、広角性を有しつつＳ／Ｎ比の劣化を抑制することができる距離測定装置を提供することができる。

（テーブルの他の例１）
選択出力アンプ７３が参照するテーブルは、図７（ａ）のテーブルに限られない。例えば、水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖから、受光素子アレイ６０に対するレーザ光の照射範囲の重心位置が予めわかることから、当該重心位置（代表位置）のチャネルと、周辺のチャネルの情報だけが格納されていてもよい。例えば、図８で例示するように、照射範囲の重心位置およびその周辺範囲（有効選択範囲）が格納されていてもよい。このようにすることで、オフするチャネルの情報を格納する必要がなくなるため、テーブルの容量を低減することができる。

（テーブルの他の例２）
または、図９（ａ）で例示するように、水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖから求まる重心位置のチャネルと、当該水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖに対応する照射範囲の形状のパターンとをテーブルに格納してもよい。図９（ｂ）は、各パターンを例示する。このようにすることで、オフするチャネルの情報を格納する必要がなくなるため、テーブルの容量を低減することができる。

（テーブルの他の例３）
または、図１０（ａ）、図１０（ｂ）および図１１で例示するように、水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖの代わりに、それぞれに対応する番号（レーザ光出射カウント）を格納してもよい。

（受光面を分割する例）
各受光素子６１の受光面を複数の領域に仮想的に分割し、照射範囲の重心位置が位置する領域に応じて、チャネルを選択してもよい。例えば、図１２で例示するように、各受光素子６１の受光面が矩形を有する場合に、当該受光面を４つの矩形（領域１〜４）に仮想的に分割してもよい。図１２の例では、照射範囲の重心位置がチャネルＤ（２，２）の領域４に位置する場合、チャネルＤ（２，３）、チャネルＤ（３，２）、およびチャネルＤ（３，３）に照射範囲がまたがることになる。そこで、照射範囲の重心位置がチャネルＤ（２，２）の領域４に位置する場合、チャネルＤ（２，２）、チャネルＤ（２，３）、チャネルＤ（３，２）、およびチャネルＤ（３，３）を選択する。なお、照射範囲の重心位置が位置する領域は、光学シミュレータなどを用いて事前に推定することができる。または、実際に発光部１０に発光させた場合に、その場合の水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖと、重心位置とを取得してもよい。

ところで、走査ミラー２０の角度を連続的に変化させる場合において、発光部が出射するパルス光の時間間隔が小さいと、１つの受光素子６１に対して複数のパルス光の照射範囲の重心位置が位置することになる。すなわち、受光素子数よりも発光点数が多くなる。図１２の左上において複数の円がシフトして描かれている部分が相当する。この場合、１つの受光素子６１の受光面において、照射範囲の重心位置が複数箇所となる。このような場合に、上述したような仮想的に分割した領域を用いることで、１つの受光素子６１に複数の重心位置が位置する場合でも、精度よく光強度を検出することができる。

（受光素子６１間の距離）
高分解能化のためにデータ点数を増やすことが考えられる。データ点数とは、水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖの組み合わせの数である。すなわち、データ点数を増やすことは、各パルス光を出射するための水平角度Ｈおよび垂直角度Ｂの間隔を小さくすることに相当する。当該間隔が小さくなると、受光素子６１間の光不感領域（光電流が得られない領域）にパルス光の照射範囲の重心が位置する場合が生じ得る。この場合、受光素子６１が出力する光電流のレベル低下が発生し、所望の光強度を検出できない場合がある。例えば、図１３（ａ）の点線で囲まれた範囲の照射範囲において、信号レベルが低下する場合がある。

そこで、パルス光の受光素子アレイ６０に対する照射範囲の大きさと、受光素子６１間の幅とに関して、以下の関係が成立するようにすることで、光強度の検出精度を向上させることができる。まず、図１３（ｂ）で例示するように、各受光素子６１の形状を矩形とする。また、各受光素子６１の辺同士が平行に対向するものとする。照射範囲は、略円形を有しているものとする。この場合において、照射範囲の最小ビーム径をＤとする。受光素子６１同士の水平方向の離間距離をＷｈとし、垂直方向の離間距離をＷｖとする。離間距離Ｗｈおよび離間距離Ｗｖが、不感領域の幅に相当する。

互いに隣接する４つの受光素子６１の中心は、当該４つの受光素子６１の互いに最近接する角からの距離が最小となる点である。この中心に、レーザ光の照射範囲の重心が位置する場合に、当該４つの受光素子６１に少なくとも一部の照射範囲が含まれれば、信号消失を抑制することができる。具体的には、下記式（１）を満たせばよい。

図１３（ｃ）および図１３（ｄ）は、照射範囲の重心が上記中心を通るように水平方向に移動させた場合における、上記４つの受光素子６１の出力電流の合計を表す。図１３（ｃ）および図１３（ｄ）で例示するように、上記式（１）が成立すれば、いずれの場所に重心が位置していても、光電流が出力される。なお、上述したように、集光レンズ５０に対する入射画角が大きくなるほど照射範囲が広くなることから、集光レンズ５０に対する入射画角が０度またはそれに近い値において、上記式（１）が成立すればよい。

（テーブルの作成方法）
続いて、テーブルの作成方法について説明する。例えば、光学シミュレータなどを用いて、各水平角度Ｈおよび各垂直角度Ｖに対する、受光素子アレイ６０における照射範囲を計算する。次に、当該照射範囲の少なくとも一部を含むチャネルを求める。求まったチャネルを、水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖに関連付けてテーブルに格納する。照射範囲の計算には、集光レンズ５０の収差を考慮する。以上の工程により、テーブルを作成することができる。

または、距離測定装置の現物を用いた測定により、テーブルを作成してもよい。例えば、図１４で例示するように、角度拡大レンズ３０から適当な距離にスクリーン８０を配置する。スクリーン８０は、例えば白ケント紙などで作成することができる。このスクリーン８０からの反射光を受光素子アレイ６０で検出する。このようにすることで、ノイズが集光レンズ５０に入射することが抑制される。また、距離測定装置１００の現物を用いてテーブルを作成すれば、集光レンズ５０や光軸調整誤差を含んだテーブルを作成することができる。なお、距離測定装置１００に、テーブル作成部７６の機能を持たせておく。

図１５は、スクリーン８０を用いたテーブルの作成方法を表すフローチャートの一例である。図１５で例示するように、レーザ駆動部７１は、発光部１０にパルスのレーザ光を発光させる（ステップＳ１１）。次に、テーブル作成部７６は、受光素子アレイ６０において、所定の光強度が得られた受光素子６１のチャネルを取得する（ステップＳ１２）。

次に、テーブル作成部７６は、全体制御部７５からミラー駆動部７２に指示されている水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖを取得する（ステップＳ１３）。次に、テーブル作成部７６は、ステップＳ１３で取得した水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖに、ステップＳ１２で取得したチャネルを関連付けてテーブルに格納する（ステップＳ１４）。次に、全体制御部７５は、未実施の水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖをミラー駆動部７２に指示する（ステップＳ１５）。その後、未実施の水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖが無くなるまで、ステップＳ１１から再度実行される。

バンドパスフィルタ４０として、透明基板（ガラス基板）の片側もしくは両側に光学的多層膜を形成したものを用いることができる。バンドパスフィルタ４０を用いることで、発光部１０のレーザ光以外の波長光の入射を抑制することができる。すなわち、ノイズを抑制することができる。このようなバンドパスフィルタ４０の角度を変更することで、波長特性（透過波長）をさらに変更することができる。

したがって、温度変化に起因して発光部１０が出射するレーザ光の波長が変化した場合に、変化後の波長が透過するようにバンドパスフィルタ４０の波長特性を変更することが好ましい。しかしながら、バンドパスフィルタ４０の傾斜角を変更すると、スネルの法則に基づいて、光軸がシフトする。すなわち、受光素子アレイ６０に対する照射範囲がシフトする。そこで、発光部１０の温度に対応して、選択出力アンプ７３の選択チャネルを補正してもよい。

まず、スネルの法則について説明する。図１６（ａ）は、スネルの法則を表す図である。空気中の屈折率をｎ_１とする。バンドパスフィルタ４０の屈折率をｎ_２とする。バンドパスフィルタ４０の厚さをｔとする。所定の光路でバンドパスフィルタ４０を透過して受光素子アレイ６０にレーザ光が入射している場合に、バンドパスフィルタ４０に対する入射角度がθ_１だけシフトし、バンドパスフィルタ４０からの出射角度がθ_２だけシフトするものとする。この場合、ｎ_１ｓｉｎθ_１＝ｎ_２ｓｉｎθ_２が成立する。また、屈折率ｎ_１は空気の屈折率であるため、ｎ_１＝１である。したがって、ｓｉｎθ_２＝（ｓｉｎθ_１）／ｎ_２が成立する。これらの式から、下記式（２）を導くことができる。また、下記式（２）を用いて、受光素子アレイ６０における集光位置のずれ量ｙは、下記式（３）のように表すことができる。

図１６（ｂ）は、このスネルの法則を用いて選択チャネルを補正するための構成を表す図である。図１６（ｂ）で例示するように、バンドパスフィルタ４０は、光学的多層膜の傾斜角度を変更するための回転装置として、ステッピングモータ４１を備えている。さらに、バンドパスフィルタ４０の制御装置４２が備わっている。制御装置４２は、温度計測部４３、記憶部４４、および処理部４５を備えている。

温度計測部４３は、発光部１０の発光素子の温度を計測する温度センサなどである。記憶部４４は、発光素子の温度に関連付けて、ステッピングモータ４１の回転量（回転角度）を記憶するメモリなどである。処理部４５は、温度計測部４３が計測した温度に対応する回転角度を記憶部４４から読み出し、当該回転角度が実現するようにステッピングモータ４１を制御する。また、処理部４５は、上述したスネルの法則を用いて、回転角度に応じて、受光素子アレイ６０における照射範囲の重心位置を補正する。選択出力アンプ７３は、補正された重心位置に関連付けられたチャネルをテーブルから読み出す。このようにすることで、バンドパスフィルタ４０の波長特性の変化に対応して、受光素子アレイ６０のチャネルを選択することができる。

（他の例）
図１７は、全体制御部７５の他のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図１７を参照して、全体制御部７５は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、インタフェース１０４などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。ＣＰＵ１０１が距離測定プログラムを実行することによって、距離測定装置１００に全体制御部７５が実現される。または、ＣＰＵ１０１が距離測定プログラムを実行することによって、距離測定装置１００に全体制御部７５およびテーブル作成部７６が実現されてもよい。

上記各例において、発光部１０、走査ミラー２０および角度拡大レンズ３０が、レーザ光を投光する投光部の一例として機能する。受光素子アレイ６０が、複数の受光素子が配置された受光素子アレイの一例として機能する。集光レンズ５０が、受光素子アレイに対して集光する集光レンズの一例として機能する。測定部７４が、受光素子アレイの１以上の受光素子の出力を検出する検出部の一例として機能する。全体制御部７５が、レーザ光の投光角度に対応する対象物からの反射光の集光レンズに対する入射角度に応じて、投光角度が大きくなった場合の受光素子アレイにおけるレーザ光の照射範囲の歪みを考慮して、検出部に出力させる前記受光素子を選択する選択部の一例として機能する。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例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・変更が可能である。

１０ 発光部
２０ 走査ミラー
３０ 角度拡大レンズ
４０ バンドパスフィルタ
５０ 集光レンズ
６０ 受光素子アレイ
７０ コントローラ
７１ レーザ駆動部
７２ ミラー駆動部
７３ 選択出力アンプ
７４ 測定部７４
７５ 全体制御部
７６ テーブル作成部
１００ 距離測定装置

Claims (10)

1. レーザ光を投光する投光部と、
   複数の受光素子が所定面内に２次元配列された受光素子アレイと、
   前記受光素子アレイに対して集光する集光レンズと、
   前記受光素子アレイの１以上の前記受光素子の出力を検出する検出部と、
   前記レーザ光の投光角度に対応する対象物からの反射光の前記集光レンズに対する入射角度に応じて、前記投光角度が大きくなった場合の前記所定面内における前記レーザ光の照射範囲の２次元方向の歪みを考慮して、前記検出部に出力させる前記受光素子を選択する選択部と、を備えることを特徴とする距離測定装置。
2. 前記選択部は、前記照射範囲の重心位置に基づいて、前記選択を行うことを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
3. 前記選択部は、前記受光素子の受光面を仮想的に複数の領域に分割し、前記複数の領域のうち前記重心位置が位置する領域に応じて、前記選択を行うことを特徴とする請求項２記載の距離測定装置。
4. 前記集光レンズに入射する光のうち、前記レーザ光の波長を選択的に透過するバンドパスフィルタを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の距離測定装置。
5. 前記バンドパスフィルタは、光学的多層膜を備え、前記レーザ光の波長変化に応じて前記光学的多層膜の角度を調整することによって、前記レーザ光の波長を選択的に透過することを特徴とする請求項４記載の距離測定装置。
6. 前記選択部は、前記光学的多層膜の角度に応じて、前記選択を行うことを特徴とする請求項５記載の距離測定装置。
7. 前記受光素子アレイは、直交する２軸がなす平面において、矩形の受光素子が格子点上に配置された構造を有し、
   各軸方向における受光素子間の距離をＷｖおよびＷｈとした場合に、前記受光素子アレイに入射する前記レーザ光のビーム径の最小値は、（Ｗｖ^２＋Ｗｈ^２）の平方根を上回ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の距離測定装置。
8. レーザ光を投光する投光部と、複数の受光素子が所定面内に２次元配列された受光素子アレイと、前記レーザ光の投光角度に対応する対象物からの反射光を前記受光素子アレイに対して集光する集光レンズと、前記受光素子アレイの１以上の前記受光素子の出力を検出する検出部と、を備える距離測定装置において、
   前記反射光の前記集光レンズに対する入射角度に応じて、前記投光角度が大きくなった場合の前記所定面内における前記レーザ光の照射範囲の２次元方向の歪みを考慮して、前記検出部に出力させる前記受光素子を選択する、ことを特徴とする距離測定方法。
9. レーザ光を投光する投光部と、複数の受光素子が所定面内に２次元配列された受光素子アレイと、前記レーザ光の投光角度に対応する対象物からの反射光を前記受光素子アレイに対して集光する集光レンズと、前記受光素子アレイの１以上の前記受光素子の出力を検出する検出部と、を備える距離測定装置において、
   コンピュータに、
   前記反射光の前記集光レンズに対する入射角度に応じて、前記投光角度が大きくなった場合の前記所定面内における前記レーザ光の照射範囲の２次元方向の歪みを考慮して、前記検出部に出力させる前記受光素子を選択する、処理を実行させることを特徴とする距離測定プログラム。
10. レーザ光を投光する投光部と、複数の受光素子が一面に配置された受光素子アレイと、前記レーザ光の投光角度に対応する対象物からの反射光を前記受光素子アレイに対して集光する集光レンズと、を備える距離測定装置において、
    前記レーザ光の投光角度を順次変更し、
    各投光角度において、前記受光素子アレイに対する前記レーザ光の照射範囲に応じた受光素子を選択し、前記投光角度と、選択した受光素子とを関連付けてテーブルに格納し、
    前記受光素子を選択する際に、前記レーザ光の投光角度が大きくなった場合の照射範囲の歪みを考慮する、ことを特徴とするテーブルの作成方法。

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