JP5711925B2 - 光測距装置 - Google Patents

Description

本発明は、バイアス電圧を印加することにより増倍作用を持つ受光器を備え、測定対象物から反射した光を前記受光器で検出する光測距装置に関する。

従来、光測距装置として、特許文献１に開示されるように、測定対象物に向けてレーザ光を放射し、レーザ光を放射したタイミングと、測定対象物から反射したレーザ光を受光したタイミングとの時間差を測定することにより、測定対象物までの距離を測定する装置がある。
前記光測距装置では、測定対象物から反射した微弱な光を高感度で検出する受光器として、バイアス電圧を印加することにより増倍作用を持つ受光素子であるアバランシェフォトダイオードＡＰＤを用いている。

特開２００３−１３０９５３号公報

ところで、増倍作用を持つ受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）の増倍率は、素子温度によって変化する。
このため、素子温度が変化すると、反射光強度（光量）に依存せずに受光素子の出力が変化し、これによって受光タイミングの判定にずれが生じ、距離の測定結果に誤差を生じることがある。

そこで、増倍率を一定にするためのバイアス電圧を素子温度毎に予め求めてテーブルに記憶させ、そのときの素子温度に基づき前記テーブルを参照してバイアス電圧を決定すれば、素子温度が変化しても増倍率を一定に保持することが可能である。
しかし、受光素子における素子温度と増倍率との相関には固体差があるため、高精度に増倍率を制御するためには、受光器毎に前記テーブルを用意する必要があり、また、増倍率に相関する素子温度を高精度に検出することは難しいという問題があった。

本発明は上記問題点に着目してなされたものであり、受光素子毎にバイアス電圧と素子温度との相関を示すテーブルを用意することなく、素子温度の変化に対して個々の受光素子の増倍率を精度良く一定に保持できる光測距装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１に係る発明は、バイアス電圧を印加することにより増倍作用を持つ受光器、測定光を投光する投光器、測定光を走査する走査装置を備え、透明板を介して測定光の放射及び反射光の受光を行い、投光と受光との時間差から距離を測定する光測距装置において、前記透明板を前記投光器に向けて凸となる折れ曲がった形状とし、前記透明板の頂点付近で反射した光を受光したときの前記受光器の出力が所定値になるように前記バイアス電圧を変更するようにした。

かかる構成では、透明板を介して測定光の放射及び反射光の受光を行う光測距装置において、透明板を投光器に向けて凸となる折れ曲がった形状とし、透明板の頂点付近で反射した光を受光したときの受光器の出力が所定値になるようにバイアス電圧を変更することで、素子温度の変化や受光器の固体差などがあっても、増倍率を精度良く一定に保持でき、高い測距精度を安定して得ることができる。また、透明板の平面からの反射光が受光器の視野に入ることを抑制し、測定対象物からの反射光に透明板からの反射光が混じることによるノイズを低減できる。

上記請求項１の構成において、請求項２のように、測定光の走査領域内における前記透明板の頂点付近の配置領域に基づき、前記透明板の頂点付近で反射した光を受光した前記受光器の出力を検出することができる。
かかる構成では、受光器が受光した反射光のうち、透明板の頂点付近からの反射光は、走査領域内で透明板の頂点が配置された領域を測定光が走査したときに受光することになるので、透明板の頂点付近からの反射光であるか、測定対象物からの反射光であるかを、走査領域内における透明板の頂点の配置領域に基づき区別することができ、透明板の頂点付近からの反射光を受光したときの受光器の出力を検出して、バイアス電圧の制御に用いることができる。

また、請求項１の構成において、請求項３のように、距離の測定結果に基づき、透明板の頂点付近で反射した光を受光した受光器の出力を検出することができる。
かかる構成では、透明板の頂点までの距離は既知であるから、透明板の頂点までの距離に対応しない測距結果を得たときに受光した反射光は、測定対象物からの反射光であり、透明板の頂点までの距離に対応する測距結果を得たときに受光した反射光は、透明板の頂点付近からの反射光であると判断でき、透明板の頂点付近からの反射光を受光したときの受光器の出力を検出して、バイアス電圧の制御に用いることができる。

また、請求項１から３のいずれか１つの構成において、請求項４のように、前記走査装置による走査振幅が走査開始から目標値に到達するまでの間は、前記バイアス電圧を標準値に固定し、走査振幅が前記目標値に達した後に、前記バイアス電圧を初期値に設定し、前記透明板の頂点付近で反射した光を受光した前記受光器の出力と前記所定値との偏差に応じて、前記バイアス電圧を前記初期値からステップ的に変化させることができる。
かかる構成では、測定光の走査開始直後であって、走査振幅が目標値に達していないときには、透明板の頂点付近からの反射光を受光したときの出力を精度良くモニタできないので、走査が所期の振幅で行われるようになるまでは、バイアス電圧を標準値に固定し、走査が所期の振幅で行われるようになると、バイアス電圧を初期値に設定し、透明板の頂点付近で反射した光を受光した受光器の出力と所定値との偏差に応じて、バイアス電圧を初期値からステップ的に変化させる。

また、請求項１から４のいずれか１つの構成において、請求項５のように、前記透明板の頂点付近で反射した光を受光した前記受光器の出力の平均値を求め、前記平均値に基づき前記バイアス電圧を変更することができる。
かかる構成では、透明板の頂点付近で反射した光を受光した受光器の出力の平均値を求めることで、出力ばらつきを平滑化し、平均的な出力レベルに基づきバイアス電圧を変更する。

また、請求項１から５のいずれか１つの構成において、請求項６のように、前記透明板の頂点付近で反射した光を受光した前記受光器の出力と前記所定値との偏差が許容誤差を超える場合に、前記バイアス電圧を変更することができる。
かかる構成では、透明板の頂点付近で反射した光を受光した受光器の出力と所定値との偏差が許容誤差内であって、受光器の出力が目標値に略一致する場合には、バイアス電圧をそれまでの値に保持させ、前記偏差が許容誤差を超えている場合には、バイアス電圧を変更して増倍率を修正することで、前記偏差を許容誤差内に収束させる。

かかる光測距装置によると、受光器毎にバイアス電圧テーブルを用意することなく、素子温度の変化、及び、受光器の固体差に対して、受光器の増倍率を精度良く一定に保持でき、高い測距精度を安定して得ることができる。

本発明の実施形態の光測距装置におけるレーザ光の走査系を示す斜視図 本発明の実施形態の光測距装置のシステムブロック図 本発明の実施形態の光測距装置におけるバイアス電圧の変更処理の流れを示すフローチャート 本発明の実施形態の光測距装置においてカバーガラスの折れ曲がり部の頂点を反射部としたときのレーザ光の反射特性を示す図 本発明の実施形態の光測距装置においてカバーガラスの折れ曲がり部の頂点を反射部とする場合の反射部の配置パターンを示す図 本発明の実施形態の光測距装置においてカバーガラスの折れ曲がり部の頂点を反射部とする場合の頂点付近での反射特性を示す図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る光測距装置１の光学系を示す斜視図であり、光測距装置１は、２次元走査ミラー（スキャナ、走査装置）２、レーザ投光部（投光器）３、レーザ受光部（受光器）４、投受光分離器５を含んで構成され、測定対象物に向けたレーザ光（測定光）の投光、及び、測定対象物からの反射光の受光は、図示省略した筐体に開口させた投受光窓６に取り付けた透明板であるカバーガラス７を介してなされるようになっている。
尚、カバーガラス７はガラス板で形成され、カバーガラス７で反射したレーザ光がレーザ受光部４の視野内に入ることがないように、カバーガラス７を湾曲させたり、平板状のカバーガラス７を光軸に対して斜めに交差するように取り付けたりしてある。

そして、光測距装置１は、レーザ光を投射すべき座標と時刻とを定めたタイミングテーブルを備え、このタイミングテーブルに従ってレーザ光の放射を行い、レーザ投光部３からの測定対象物に向けたレーザ光の放射タイミングと、測定対象物からの反射光をレーザ受光部４が受光した受光タイミングとの時間差及びレーザ光の伝播速度に基づいて、測定対象物までの距離を算出する。
即ち、光測距装置１は、光パルス飛行時間計測法によって測定対象物までの距離を測定する装置である。
尚、光測距装置１は、測距結果の長短に応じた色分けを画素毎に行った画像（測距画像データ）を出力する構成とすることができる。

図２は、光測距装置１のシステム構成の詳細を示すブロック図である。
レーザ投光部３は、レーザ素子３ａ及び投光光学系３ｂを備え、レーザ放射タイミング制御信号に基づいてレーザ素子３ａを駆動制御して、測定光としてのレーザ光（パルス光）を発光させる。レーザ素子３ａから発光されたレーザ光は、投光光学系３ｂを介して放射され、投受光分離器５を透過して、２次元走査ミラー２で反射し、カバーガラス７を透過して測定対象物に向けて放射される。

ここで、２次元走査ミラー２が２次元的に振動することで、２次元走査ミラー２での反射光は２次元領域に走査され、これにより、レーザ光で測定対象物が２次元に走査される。２次元走査ミラー２によるレーザ光の走査は、ラスタスキャン或いはリサージュスキャンである。但し、１次元の走査装置（走査ミラー）を２つ組み合わせることで、測定対象物をレーザ光が２次元に走査するシステムであってもよい。
カバーガラス７を透過して測定対象物に向けて放射されたレーザ光は、測定対象物で反射し、この反射レーザ光は、カバーガラス７を透過して２次元走査ミラー２で反射し、更に、投受光分離器５で反射して、レーザ受光部４に受光される。

レーザ受光部４は、受光光学系４ａ、受光素子４ｂ、プリアンプ４ｃ、バイアス回路４ｄを含んで構成される。
そして、投受光分離器５で反射したレーザ光は、受光光学系４ａで集光されて受光素子４ｂに受光され、受光素子４ｂは、測定対象物で反射したレーザ光の強度（光量）に応じた電圧を検出出力として発生する。

受光素子４ｂは、バイアス電圧を印加することにより増倍作用を持つアバランシェフォトダイオードＡＰＤであり、バイアス回路４ｄは、アバランシェフォトダイオードＡＰＤにバイアス電圧を印加する。
測定対象物からの反射光の強度（光量）を示す受光素子４ｂの出力信号（アナログ信号）を、プリアンプ４ｃで増幅し、更に、増幅後の信号を、Ａ／Ｄ変換器１０でデジタル信号に変換し、プリアンプ４ｃが出力するアナログ信号及びＡ／Ｄ変換器１０が出力するデジタル信号を、測距部１１に出力する。

測距部１１は、受光素子４ｂの出力信号（アナログ信号）に基づき計時ストップパルスを生成し、図示省略した発光モニタ部が生成する計時スタートパルスから、前記計時ストップパルスまでの時間差を計測し、この時間差から測定対象物までの距離を算出する。
Ａ／Ｄ変換器１０が出力するデジタル信号、即ち、反射光の強度（光量）データは、測距部１１において、レーザ光の照射タイミング及び受光タイミングの検出方式の選択などに用いる。

また、本実施形態では、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂの増倍率を一定にするために、バイアス回路４ｄが印加するバイアス電圧を制御する。
上記バイアス電圧制御のために、図１，図２に示すように、レーザ光走査領域ＳＡの下端に沿って走査領域ＳＡに重なるように、短冊状の反射板２１をカバーガラス７に取り付けてある。
この反射板２１の位置に走査タイミングが来たときにレーザ光を投射すると、レーザ光が反射板２１で反射して、この反射板２１での反射光がレーザ受光部４（受光素子４ｂ）に受光されるようにしてある。

図１及び図２に示した例では、反射部としての反射板２１を、レーザ光走査領域ＳＡの下端に沿って走査幅の全域に渡って延びる短冊状の部材としたが、反射板２１を設ける位置を走査領域ＳＡの下端に限定するものではなく、上端、左側端、右側端のいずれかに反射板２１を配置しても良く、また、上端、下端、左側端、右側端のうちの複数箇所に反射板２１を配置しても良い。
また、レーザ光走査領域ＳＡの４隅の少なくとも１つに反射板２１を配置しても良く、更に、反射板２１の形状を短冊状（長方形）に限定するものでもない。
即ち、反射板２１は、レーザ光の走査領域ＳＡ内であって、レーザ光が投射される位置に配置すれば良い。但し、反射板２１を設けた領域は、カバーガラス７の外側に位置する測定対象物に向けてレーザ光が投射されずに測距不能となるので、走査領域ＳＡの周縁に配置することが好ましい。

更に、反射板２１をカバーガラス７の内側面に取り付けるようにすれば、反射板２１を簡易に設けることができるが、反射板２１の取り付け位置をカバーガラス７に限定するものではなく、２次元走査ミラー２とカバーガラス７との間に、ステーなどを用いて固定することができる。
但し、反射板２１は、カバーガラス７の内側の装置筐体内に設置することが好ましい。反射板２１を、カバーガラス７の内側の装置筐体内に設置すれば、反射板２１に向けて投射したレーザ光が他の障害物で反射してしまうことを回避でき、走査振幅及び発光タイミングが所期の値で走査される状態であれば、反射板２１からの反射光をレーザ受光部４に確実に受光させることができる。

そして、反射板２１で反射したレーザ光を受光したときのレーザ受光部４（受光素子４ｂ）の出力が所定の設定値（目標値）になるように、バイアス回路４ｄが、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂに印加するバイアス電圧を変更する。
ここで、レーザ受光部４（受光素子４ｂ）の出力のうち、反射板２１で反射したレーザ光を受光したときの出力は、走査領域内で反射板２１を配置した領域から判断でき、反射板２１を配置した領域（走査ポイント）での出力は、反射板２１で反射したレーザ光を受光したときの出力であるものと推定できる。

また、測定対象物に照射される前に反射板２１によってレーザ光が反射されることになり、反射板２１までの距離は既知であるから、この既知である距離の測定結果を得たときの出力は、反射板２１での反射光を受光したときの出力であるものと推定できる。
更に、反射板２１を配置した領域での出力であり、かつ、測距結果が反射板２１までの距離に相当する場合に、反射板２１での反射光を受光したときの出力であると判断することができる。

尚、反射板２１は、レーザ受光部４から近距離に配置されることになり、その反射面におけるレーザ光の反射率が高いと、反射板２１からの反射光を受光したときの受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂの出力が飽和してしまい、受光素子４ｂの増倍率が設定値よりも高いか否かを出力から判断することができなくなる。
そこで、反射板２１の反射面を黒色にするなどして、反射板２１からの反射光を受光したときにレーザ受光部４（受光素子４ｂ）の出力が飽和しない程度の低反射率に設定してある。

バイアス電圧の変更を行うための処理ブロックとして、平均値算出部１２、目標設定部１３、偏差算出部１４、調整部１５、バイアス電圧変更部（バイアス電圧変更手段）１６を設けてある。
平均値算出部１２は、Ａ／Ｄ変換器１０が出力するデジタル信号のうち、反射板２１で反射したレーザ光の強度（光量）を示す信号について、複数フレームｎでの平均値を算出する。

目標設定部１３は、反射板２１で反射したレーザ光を受光したときの受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂの出力の目標値を予め記憶し、この目標値（設定値）を偏差算出部１４に出力する。
偏差算出部１４は、目標設定部１３が出力する目標値（設定値）と平均値算出部１２が算出した平均値との偏差、即ち、反射板２１で反射したレーザ光を受光したときの受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂの出力の目標値に対する誤差を算出する。

調整部１５は、偏差算出部１４が算出した偏差（誤差）を入力し、反射板２１で反射したレーザ光を受光したときの受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂの出力を目標値に近づけるためのバイアス電圧の変更分（補正値）を設定する。
そして、バイアス電圧変更部１６は、調整部１５が設定した変更分に従って、バイアス回路４ｄが受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂに印加するバイアス電圧を変更する。
尚、バイアス電圧変更部１６を、Ｄ／Ａ変換器、又は、可変抵抗器で構成することができる。

反射板２１で反射したレーザ光の強度（光量）は一定であるから、上記のように、反射板２１で反射したレーザ光を受光したときの受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂの出力が目標値になるようにバイアス電圧を変更することは、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂの増倍率（入射光量に対する出力レベルのゲイン）を一定とすることになる。
従って、受光素子４ｂの素子温度に変化によって増倍率が変化すると、バイアス電圧を変更して増倍率を一定に保持するように作用し、素子温度の変化による出力レベルの変動を抑制できる。

また、素子温度と増倍率との相関が、個々の受光素子４ｂでばらついても、反射板２１で反射した一定強度（光量）のレーザ光を受光したときの出力が目標値（設定値）になるようにバイアス電圧を補正すれば、反射光強度（光量）と出力との相関を一定に揃えることになって、前記ばらつきに影響されて出力レベルが変動することを抑制できる。
そして、反射光強度（光量）に対する出力レベルを一定にできれば、受光タイミングの判定にずれが生じることを抑制できるから、素子温度の変化や素子ばらつきに対して、高い測距精度を安定して得ることができる。

以下では、前述したバイアス電圧の変更処理を、図３のフローチャートに従ってより詳細に説明する。
ステップＳ１０１で光測距装置を起動すると、まず、ステップＳ１０２では、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂに印加するバイアス電圧を標準値Ｖ０に設定する。
前記標準値Ｖ０は、標準温度のときに、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂの出力が設定値（設計値）となる値として予め適合してある。

ステップＳ１０３では、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂに印加するバイアス電圧を標準値Ｖ０とした状態で、仮動作を開始させる。
ステップＳ１０４では、２次元走査ミラー２によるレーザ光の走査、及び、レーザ発光タイミングの制御を起動する。
２次元走査ミラー２は、ミラーの振動を検出する振動センサ（歪ゲージ、ピエゾ抵抗素子など）を備え、レーザ光の走査制御においては、前記振動センサの出力に基づき検出したミラーの振動に応じて、ミラー駆動手段の操作量をフィードバック制御する。

ステップＳ１０５では、２次元走査ミラー２によるレーザ光の走査振幅、及び、レーザ発光タイミングが目標値に達したか否か、即ち、所期の走査領域ＳＡを、所期の発光タイミングでレーザ光が走査されるようになったか否かを判断する。
そして、２次元走査ミラー２によるレーザ光の走査振幅、及び、レーザ発光タイミングが目標値に達していない状態では、ステップＳ１０４へ戻って、２次元走査ミラー２によるレーザ光の走査、及び、レーザ発光タイミングの制御を継続させる。

一方、２次元走査ミラー２によるレーザ光の走査振幅、及び、レーザ発光タイミングが目標値に達すると、ステップＳ１０６へ進み、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂに印加するバイアス電圧のフィードバック制御を開始する。
ステップＳ１０７では、反射板２１から反射したレーザ光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅ（検出光量）の目標値Ｅ０を設定すると共に、この目標値Ｅ０と実際の出力Ｅとの偏差ΔＥの許容値である許容誤差εを設定する。前記目標値Ｅ０及び許容誤差εは、予め記憶した値であるが、任意に変更できるようにしてもよい。

ステップＳ１０８では、仮動作で用いたバイアス電圧の標準値Ｖ０を、フィードバック制御におけるバイアス電圧Ｖ１の初期値に設定する。
ステップＳ１０９では、バイアス電圧をフィードバック制御で変更するときの制御ステップΔＶ、即ち、１サイクル当たりのバイアス電圧の変更幅を設定する。
ステップＳ１１０では、レーザ光を２次元に走査して得た走査ポイント（画素）毎の測距データを取得する。

ステップＳ１１１では、取得した測距データが、反射板２１の配置領域内の走査ポイント（画素）で得たデータであるか否か、換言すれば、反射板２１からの反射光を受光するものとして予め設定した領域内で得た測距データであるか否かを判断する。
そして、反射板２１の配置領域内の走査ポイント（画素）で得たデータではなく、カバーガラス７をレーザ光が透過する領域（反射板２１の配置領域外）で得た測距データであると判断すると、ステップＳ１１０へ戻る。

一方、反射板２１の配置領域内の走査ポイント（画素）での測距データを得た場合には、ステップＳ１１２へ進み、その測距データが、反射板２１までの距離に略相当する値であるか否かを判断する。
反射板２１までの距離は不変であって、かつ、既知の値であるから、反射板２１からの反射光を受光した結果としての測距データであれば、その測距データは、反射板２１までの距離に略相当することになり、反射板２１までの距離からずれている場合には、反射板２１からの反射光を受光した結果としての測距データではないものと判断できる。

従って、測距データが反射板２１までの距離に略一致していない場合には、反射板２１からの反射光を受光した結果としての測距データではないものと判断し、ステップＳ１１０へ戻る。
一方、測距データが反射板２１までの距離に略一致していれば、反射板２１からの反射光を受光した結果としての測距データであると判断して、ステップＳ１１３へ進む。

即ち、反射板２１の配置領域内の走査ポイントで得た測距データであって、かつ、その測距データが反射板２１までの距離に略一致している場合に、当該測距データが、反射板２１からの反射光をレーザ受光部４が受光したときのレーザ受光部４の出力に基づき算出したものであると判断する。
換言すれば、ステップＳ１１３へ進んだ場合には、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力を検出したことになる。

ここで、ステップＳ１１１とステップＳ１１２とのいずれか一方の処理を省略し、反射板２１の配置領域内の走査ポイント（画素）での測距データを得た場合にステップＳ１１３へ進むようにするか、又は、測距データが反射板２１までの距離に略一致している場合にステップＳ１１３へ進むようにしても良い。
但し、反射板２１の配置領域内の走査ポイント（画素）で得た測距データであって、かつ、反射板２１までの距離に略一致している場合にステップＳ１１３へ進むようにすれば、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力に基づき測距を行ったことを、高精度に判断できる。

ステップＳ１１３では、測距データの基礎となったレーザ受光部４の出力Ｅ、即ち、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅについて、同じバイアス電圧Ｖ１で動作させた過去の複数フレームでの平均値Ｅａを算出する。
そして、ステップＳ１１４では、ステップＳ１１３で算出した平均値Ｅａと、ステップＳ１０７で設定した目標値Ｅ０との偏差ΔＥ（ΔＥ＝Ｅａ−Ｅ０）を算出する。

ステップＳ１１５では、ステップＳ１１４で算出した偏差ΔＥの絶対値が許容誤差εよりも小さいか否かを判断する。
偏差ΔＥの絶対値が許容誤差εよりも小さい場合には、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅが略目標値Ｅ０に一致していて、現状のバイアス電圧Ｖ１を変更する必要はないので、バイアス電圧Ｖ１を変更することなくステップＳ１１０に戻る。

一方、偏差ΔＥの絶対値が許容誤差εよりも大きい場合には、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅが目標値Ｅ０からずれていて、係る出力レベルのずれによって受光タイミングの判定にずれが生じ、測距精度が低下している可能性があるものと判断し、ステップＳ１１６へ進む。
即ち、許容誤差εは、出力レベルのずれによる受光タイミングの判定ずれによって発生する測距誤差が、許容範囲を超えない範囲での偏差ΔＥの最大値として設定され、偏差ΔＥの絶対値が許容誤差εよりも小さい場合には、測距精度が確保されているものと推定できるようにしてある。

ステップＳ１１６以降では、バイアス電圧Ｖ１の変更（補正）による増倍率の修正によって、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅを目標値Ｅ０に近づけるようにする。
まず、ステップＳ１１６では、偏差ΔＥが０よりも大きい正の値であるか否か、換言すれば、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅが目標値Ｅ０よりも高いか否かを判断する。

そして、偏差ΔＥが０よりも大きい正の値であって、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅが目標値Ｅ０よりも高くなっている場合には、ステップＳ１１７（バイアス電圧変更手段）へ進む。
ステップＳ１１７では、バイアス電圧Ｖ１をそれまでの値よりも制御ステップΔＶだけより小さな値に修正し、減少修正後のバイアス電圧Ｖ１を、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂに印加する。

受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂに印加するバイアス電圧Ｖ１をより低い電圧に変更すると、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂにおける増倍率が低下し、同じ強度（光量）のレーザ光を受光したときの出力Ｅが低下することになる。
従って、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅが目標値Ｅ０よりも高くなっている状態で、バイアス電圧Ｖ１をより低く変更すれば、出力Ｅが目標値Ｅ０に近づくことになる。

一方、偏差ΔＥが０よりも小さい負の値であって、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅが目標値Ｅ０よりも低くなっている場合には、ステップＳ１１８（バイアス電圧変更手段）へ進む。
ステップＳ１１８では、バイアス電圧Ｖ１をそれまでの値よりも制御ステップΔＶだけより高い値に修正し、増大修正後のバイアス電圧Ｖ１を、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂに印加する。

受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂに印加するバイアス電圧Ｖ１をより高い電圧に変更すると、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂにおける増倍率が増加し、同じ強度（光量）のレーザ光を受光したときの出力Ｅが増大することになる。
従って、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅが目標値Ｅ０よりも低くなっている状態で、バイアス電圧Ｖ１をより高く変更すれば、出力Ｅが目標値Ｅ０に近づくことになる。

上記のように、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅが目標値Ｅ０よりも高いか低いかによって、バイアス電圧Ｖ１を制御ステップΔＶだけ低下又は増大修正すると、ステップＳ１１０へ戻り、バイアス電圧Ｖ１の変更後の距離データを取得する。
そして、偏差ΔＥの絶対値が許容誤差εよりも小さくなるまで、バイアス電圧Ｖ１の変更を繰り返し、偏差ΔＥの絶対値が許容誤差εよりも小さくなると、そのときのバイアス電圧Ｖ１を保持する。

従って、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂの温度が変化して、増倍率が変化し、その結果、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅが目標値Ｅ０からずれると、バイアス電圧Ｖ１を修正することで、増倍率を一定に保持するようにする。
また、素子温度と増倍率との相関が、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂ毎にばらついても、一定の強度（光量）である反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅが目標値Ｅ０に一致するように、バイアス電圧Ｖ１を変更するので、素子温度の変化及び素子ばらつきに対して増倍率を一定に保持するように制御することになる。

従って、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂ毎にバイアス電圧Ｖ１と素子温度との相関を示すテーブルを用意することなく、素子温度の変化に対して個々のレーザ受光部４の増倍率を精度良く一定に保持でき、高い測距精度を安定して得ることができる。
尚、バイアス電圧Ｖ１の変更幅を定める制御ステップΔＥを、偏差ΔＥの絶対値が大きいほど大きな値とし、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅが目標値Ｅ０に近づくほど、制御ステップΔＥをより小さい値に変更すれば、増倍率の変化に対するバイアス電圧Ｖ１の応答性と、収束安定性とを両立させることができる。

また、偏差ΔＥに基づく比例・積分・微分動作によってバイアス電圧Ｖ１を変更することができる。
また、バイアス電圧Ｖ１のフィードバック制御を開始させるときのバイアス電圧の初期値を、素子温度の検出値に基づき可変に設定することができる。
また、バイアス電圧Ｖ１の可変領域（上下限値）を予め設定し、前記可変領域内でバイアス電圧Ｖ１を変更することが好ましく、前記可変領域内でバイアス電圧Ｖ１を変更しても、反射板２１からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅを、目標値Ｅ０に充分に近づけることができなかった場合には、レーザ投光部（投光器）３における発光光量の低下などが発生している可能性があるので、故障検知信号を発生させ、測距動作を停止させることができる。

更に、上記実施形態では、２次元走査ミラー２で走査されるレーザ光を、レーザ受光部４に向けて反射させる反射部として反射板２１を設けたが、カバーガラス７の一部を反射部として用いることができる。
カバーガラス７の一部を反射部として用いる実施形態を、図４〜図６に基づいて説明する。
図４に示すように、カバーガラス７（透明板）を、走査領域内でレーザ受光部４に向けて凸となるように折れ曲がった形状に形成し、このカバーガラス７の頂点７ａ付近を反射部として用いる。

尚、カバーガラス７の頂点７ａがなす稜線が、図５（Ａ）に示すように、水平方向に延びるようにしても良いし、又は、図４（Ｂ）に示すように、上下方向に延びるようにしても良いが、稜線が走査領域の中心付近を通り、稜線で走査領域が上下又は左右に略２等分されるようにすることが好ましい。
稜線が走査領域の中心から大きくずれていると、一方の傾斜面が長くなり、その結果、頂点７ａから走査領域の端部に相当するカバーガラス７の部分までの光軸方向での長さ（カバーガラスの奥行き）が長くなり、装置を大型化させることになってしまう。これに対し、稜線が走査領域の略中心を通るようにすれば、カバーガラスの奥行きが最も短くなり、装置の小型化に寄与できる。

測定対象物までの距離を計測する場合に、カバーガラス７の内面で反射したレーザ光がレーザ受光部４の視野に入ると、ノイズを発生させることになってしまうが、図４に示すように、カバーガラス７をレーザ受光部４に向けて凸となる折り曲がった形状にし、カバーガラス７の内側平面を、頂点７ａ部分から離れるに従って２次元走査ミラー２からの距離がより長くなる傾斜面とすれば、カバーガラス７の内側平面に対してレーザ光が入射角α（α＞０）をもって入射し、図４に示すように、レーザ光を走査領域の外側に向けて反射させることができ、ノイズ低減を図れる。
一方、カバーガラス７の頂点７ａ付近では、図６に示すように、一定の条件を満たすことで、カバーガラス７での反射光をレーザ受光部４の視野に入れることができ、この頂点７ａ付近での反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力Ｅが目標値Ｅ０に一致するようにバイアス電圧Ｖ１を変更すれば、受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）４ｂの増倍率を一定に制御できる。

カバーガラス７での反射光がレーザ受光部４の視野に入るようにするための条件は、投光ビームがカバーガラス７の頂点７ａ付近に放射されたときに、投光ビームの一部がカバーガラス７の平面に対して直角に入射する条件であり、具体的には、投光ビームの径を２Ｗ、走査基点（２次元走査ミラー２）とカバーガラス７との距離をＬ、カバーガラス７の頂点７ａを挟んだ２つの平面が、垂直面となす角度をそれぞれθ１としたときに、tanθ１≦ｗ／Ｌを満たせばよい。
上記のように、カバーガラス７の一部を反射部として用いるようにすれば、反射板２１を設ける場合に比べて部品点数を少なくできる。

また、カバーガラス７の頂点７ａが走査領域の中心付近に位置するため、走査振幅が多少変動しても反射部としても頂点７ａ付近からの反射光をレーザ受光部４で受光できる。従って、図３のフローチャートのステップＳ１０５における走査振幅が目標に到達したか否かの判断を省略し、走査振幅が目標に到達する前から、反射部からの反射光を受光したときのレーザ受光部４の出力をモニタすることができる。
尚、カバーガラス７を、複数個所で凸となるように蛇腹状に折れ曲がった形状とし、複数の稜線をそれぞれ反射部とすることが可能であり、また、頂点７ａに近づくほど前記角度θ１が段階的により大きくなるように形成することも可能であり、前記角度θ１を連続的に変化させることで、カバーガラス７が湾曲するようにしても良い。

１ 光測距装置
２ ２次元走査ミラー（走査装置）
３ レーザ投光部（投光器）
４ レーザ受光部（受光器）
４ｂ 受光素子（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）
４ｄ バイアス回路
５ 投受光分離器
７ カバーガラス（透明板）
７ａ 頂点
１１ 測距部
１２ 平均値算出部
１３ 目標設定部
１４ 偏差算出部
１５ 調整部
１６ バイアス電圧変更部
２１ 反射板

Claims (6)

1. バイアス電圧を印加することにより増倍作用を持つ受光器、測定光を投光する投光器、測定光を走査する走査装置を備え、透明板を介して測定光の放射及び反射光の受光を行い、投光と受光との時間差から距離を測定する光測距装置において、前記透明板を前記投光器に向けて凸となる折れ曲がった形状とし、前記透明板の頂点付近で反射した光を受光したときの前記受光器の出力が所定値になるように前記バイアス電圧を変更する、光測距装置。
2. 測定光の走査領域内における前記透明板の頂点付近の配置領域に基づき、前記透明板の頂点付近で反射した光を受光した前記受光器の出力を検出する、請求項１記載の光測距装置。
3. 距離の測定結果に基づき、前記透明板の頂点付近で反射した光を受光した前記受光器の出力を検出する、請求項１記載の光測距装置。
4. 前記走査装置による走査振幅が走査開始から目標値に到達するまでの間は、前記バイアス電圧を標準値に固定し、走査振幅が前記目標値に達した後に、前記バイアス電圧を初期値に設定し、前記透明板の頂点付近で反射した光を受光した前記受光器の出力と前記所定値との偏差に応じて、前記バイアス電圧を前記初期値からステップ的に変化させる、請求項１から３のいずれか１つに記載の光測距装置。
5. 前記透明板の頂点付近で反射した光を受光した前記受光器の出力の平均値を求め、前記平均値に基づき前記バイアス電圧を変更する、請求項１から４のいずれか１つに記載の光測距装置。
6. 前記透明板の頂点付近で反射した光を受光した前記受光器の出力と前記所定値との偏差が許容誤差を超える場合に、前記バイアス電圧を変更する、請求項１から５のいずれか１つに記載の光測距装置。