JP6609995B2 - レーザ測距装置 - Google Patents

Description

本願が開示する技術は、レーザ測距装置に関する。

レーザダイオードから発光されたレーザ光のうち、所定波長のレーザ光を透過させるバンドパスフィルタ（誘電体多層膜）がある（例えば、特許文献１〜３参照）。

また、レーザ光を発光するレーザダイオード（半導体レーザ）と、レーザダイオードから発光され、測定対象物で反射されたレーザ光を受光する受光器とを備え、測定対象物までの距離を測定するレーザ測距装置がある（例えば特許文献１，２参照）。

この種のレーザ測距装置には、外乱光等のノイズが受光器に入射されないように、例えば、レーザ光の中心波長を透過させるバンドパスフィルタが設けられる。そして、レーザダイオードから発光され、測定対象物で反射されたレーザ光は、バンドパスフィルタを介して受光器に入射される。

ここで、レーザ光の中心波長は、レーザダイオードの温度に応じて変化する。一方、バンドパスフィルタを透過可能なレーザ光の波長（以下、「透過波長」という）は、当該バンドパスフィルタのフィルタ入射面に対するレーザ光の入射角に応じて変化する。したがって、レーザダイオードの温度に応じてバンドパスフィルタが回動され、フィルタ入射面に対するレーザ光の入射角を変化させることにより、バンドパスフィルタの透過波長をレーザ光の中心波長に合わせることができる。

特開２００７−０８５８３２号公報 特開２００１−３１７９３８号公報 特開平５−５８０５号公報

しかしながら、バンドパスフィルタに対するレーザ光の入射角が変化すると、レーザ光の光路が変位し、受光器に対するレーザ光の入射位置がずれる。

本願が開示する技術は、一つの側面として、受光器に対するレーザ光の入射位置のずれを制御することを目的とする。

本願が開示する技術では、レーザ測距装置は、レーザダイオードと、受光器と、光路補正板とを備える。レーザダイオードは、レーザ光を発光する。受光器は、レーザダイオードから発光され、測定対象物で反射されたレーザ光を受光する。

バンドパスフィルタは、測定対象物で反射されたレーザ光が入射されるフィルタ入射面を有する。このバンドパスフィルタは、フィルタ入射面に入射されるレーザ光のうち、所定波長のレーザ光を受光器側へ透過させる。また、バンドパスフィルタは、回動に伴ってフィルタ入射面に対するレーザ光の入射角を変化させて受光器側へ透過させる所定波長を変更し、かつ、レーザ光の光路を変位させる。

光路補正板は、バンドパスフィルタを透過したレーザ光が入射される補正板入射面を有する。この光路補正板は、バンドパスフィルタの回動に伴ってバンドパスフィルタとは逆方向へ回動し、補正板入射面に対するレーザ光の入射角を変化させ、レーザ光の光路をバンドパスフィルタによる光路の変位方向とは反対方向へ変位させる。

本願が開示する技術によれば、一つの側面として、受光器に対するレーザ光の入射位置のずれを制御することができる。

図１は、一実施形態に係るレーザ測距装置の構成図である。 図２は、図１に示される受光器を示す正面図である。 図３は、図１に示される受光器に反射レーザ光が入射した状態の一例を示す説明図である。 図４は、図１に示されるバンドパスフィルタ及び光路補正板を回動軸の軸方向から見た図である。 図５は、図１に示されるバンドパスフィルタ及び光路補正板を回動軸の軸方向と直交する方向から見た図である。 図６は、図１に示されるバンドパスフィルタ及び光路補正板を回動軸の軸方向から見た図である。 図７は、バンドパスフィルタのフィルタ入射面に対するレーザ光の入射角とバンドパスフィルタの透過波長との相関関係を示すグラフである。 図８は、図１に示されるレーザ測距装置の制御部を実現するハードウェアの一例を示すハードウェア構成図である。 図９は、図８に示される制御部の機能を示す機能ブロック図である。 図１０は、図９に示されるレーザ測距部の機能を示す機能ブロック図である。 図１１は、図１に示されるレーザダイオードの温度とレーザダイオードの中心波長との相関関係を示すグラフである。 図１２は、図９に示される透過波長補正部の機能を示す機能ブロック図である。 図１３は、図１２に示される透過波長補正部の処理フローを示すフローチャートである。 図１４は、図１に示されるバンドパスフィルタ及び光路補正板の変形例を示す図６に相当する図である。

以下、本願が開示する技術の一実施形態について説明する。

（レーザ測距装置）
図１に示されるように、本実施形態に係るレーザ測距装置１０は、筐体１２と、投光部（投光系）１４と、受光部（受光系）３０と、温度センサ６０と、制御部５０（図９参照）とを備える。筐体１２は、例えば、箱状に形成されており、内部に投光部１４及び受光部３０が収納される。なお、投光部１４と受光部３０とは、筐体１２の仕切壁１２Ａによって仕切られている。また、温度センサ６０は、温度検出部の一例である。

（投光部）
投光部１４は、レーザダイオード（半導体レーザ）１６と、コリメートレンズ１８と、駆動ミラー２０と、投光レンズ２２とを有する。レーザダイオード１６は、通電されることにより発熱を伴ってレーザ光Ｌ１を発光する。このレーザダイオード１６から発光されたレーザ光Ｌ１は、コリメートレンズ１８を透過して駆動ミラー２０で偏向された後、投光レンズ２２を透過して測定対象物２４に照射される。なお、レーザダイオード１６には、温度センサ６０が取り付けられる。

コリメートレンズ１８は、レーザダイオード１６と駆動ミラー２０との間に配置されており、レーザダイオード１６から発光されたレーザ光Ｌ１が透過される。このコリメートレンズ１８は、レーザダイオード１６から駆動ミラー２０に向かうレーザ光Ｌ１を平行な光束に変換（コリメート）する。

駆動ミラー２０は、レーザ光Ｌ１を偏向（反射）する偏向面２０Ａを有する。また、この駆動ミラー２０は、例えば、互いに直交する２つの回動軸を有し、各回動軸を中心とした回動に伴って偏向面２０Ａに対するレーザ光Ｌ１の入射角を変化させながら、偏向面２０Ａに入射されたレーザ光Ｌ１を偏向する。この駆動ミラー２０によって偏向されたレーザ光Ｌ１は、投光レンズ２２を透過し、測定対象物２４に２次元的に走査される。

（受光部）
受光部３０は、受光レンズ３２と、集光レンズ３４と、バンドパスフィルタ３６と、光路補正板３８と、受光器４０とを有する。受光レンズ３２は、レーザダイオード１６から発光され、測定対象物２４で反射されたレーザ光（以下、「反射レーザ光」ともいう）Ｌ２を集光し、受光器４０へ誘導する。

集光レンズ３４は、受光レンズ３２と受光器４０との間に配置されており、受光レンズ３２で集光された反射レーザ光Ｌ２をさらに集光し、受光器４０へ誘導する。バンドパスフィルタ３６は、集光レンズ３４と受光器４０との間に配置されており、集光レンズ３４で集光された反射レーザ光Ｌ２のうち、所定波長の反射レーザ光Ｌ２のみを透過させる。光路補正板３８は、バンドパスフィルタ３６と受光器４０との間に配置されており、バンドパスフィルタ３６の回動に伴って変位した反射レーザ光Ｌ２の光路を補正する。なお、バンドパスフィルタ３６及び光路補正板３８の詳細については、後述する。

図２に示されるように、受光器４０は、マトリクス状に配列された複数の多分割受光素子４２を有する。各多分割受光素子４２は、受光領域４２Ａを有し、受光領域４２Ａで受光した反射レーザ光Ｌ２の受光情報を電気信号に変換し、後述する受光情報処理部７４へ出力する。これらの受光領域４２Ａには、例えば、図３に示されるように、入射方向が異なる複数の反射レーザ光Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂ，Ｌ２Ｃがそれぞれ入射される。なお、図３では、バンドパスフィルタ３６及び光路補正板３８の図示が省略される。

次に、バンドパスフィルタ３６及び光路補正板３８について説明する。

（バンドパスフィルタ）
図４及び図５に示されるように、バンドパスフィルタ３６は、例えば、ガラス等の透光性を有する母材（透光性部材）の表面及び裏面の少なくとも一方を誘電体多層膜で被覆することにより形成される。このバンドパスフィルタ３６は、外乱光等のノイズが受光器４０に入射されないように、所定波長（以下、「透過波長」という）の反射レーザ光Ｌ２のみを透過し、透過波長以外の反射レーザ光Ｌ２を減衰させる。

バンドパスフィルタ３６の透過波長は、例えば、レーザ光Ｌ１の中心波長及び当該中心波長の周辺波長を含むように設定される。そして、初期状態（初期設定）では、バンドパスフィルタ３６は、後述するレーザダイオード１６の基準温度Ｔ_０の中心波長を透過可能な状態で配置される。

なお、透過波長は、レーザ光Ｌ１の中心波長に設定されても良い。また、レーザ光Ｌ１の中心波長とは、例えば、レーザダイオード１６が発光するレーザ光Ｌ１のうち、発光強度のスペクトルが所定値（基準値）以上となる波長範囲（波長帯域）の中間（中心）の波長を意味する。

図４に示されるように、バンドパスフィルタ３６は、平板状に形成されており、測定対象物２４（図１参照）から受光器４０へ向かう反射レーザ光Ｌ２の光路上に配置される。このバンドパスフィルタ３６における測定対象物２４側の面は、フィルタ入射面３６Ａとされる。フィルタ入射面３６Ａには、測定対象物２４で反射され、受光レンズ３２及び集光レンズ３４を透過した反射レーザ光Ｌ２が入射される。一方、バンドパスフィルタ３６における受光器４０側の面は、バンドパスフィルタ３６を透過した反射レーザ光Ｌ２が射出されるフィルタ射出面３６Ｂとされる。

また、バンドパスフィルタ３６は、フィルタ用モータ４４の回動軸４４Ａに取り付けられており、回動軸４４Ａを中心として回動される（矢印Ｋ方向）。フィルタ用モータ４４は、例えば、ステッピングモータとされる。そして、図６に示されるように、フィルタ用モータ４４が作動されると、回動軸４４Ａとバンドパスフィルタ３６とが一体に所定方向に回動され、フィルタ入射面３６Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ａが変化される。なお、フィルタ用モータ４４には、後述するモータ制御部９２（図５参照）が電気的に接続される。

ここで、バンドパスフィルタ３６は、図７に示されるグラフのように、フィルタ入射面３６Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ａに応じて透過波長が変化する特性を有する。具体的には、フィルタ入射面３６Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角が大きくなると、透過波長が短くなる。一方、フィルタ入射面３６Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角が小さくなると、透過波長が長くなる。

なお、バンドパスフィルタ３６では、例えば、フィルタ入射面３６Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ａが大きくなるに従ってバンドパスフィルタ３６内を透過する反射レーザ光Ｌ２の光路長が長くなる。一方、フィルタ入射面３６Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ａが小さくなるに従ってバンドパスフィルタ３６内を透過する反射レーザ光Ｌ２の光路長が短くなる。この光路長の変化に伴い、バンドパスフィルタ３６の透過波長が変化する。

図６に示されるように、反射レーザ光Ｌ２がバンドパスフィルタ３６を透過すると、反射レーザ光Ｌ２の光路が変位する。具体的には、バンドパスフィルタ３６を透過した反射レーザ光Ｌ２の光路ＰＢは、バンドパスフィルタ３６の屈折率ｎ_ｂに応じてバンドパスフィルタ３６を透過する前の反射レーザ光Ｌ２の光路ＰＡに対して平行移動する。この光路ＰＡに対する光路ＰＢの変位量ｙ_１は、式（１）から求められる。なお、図６では、フィルタ用モータ４４及び後述する補正板用モータ４６の図示が省略される。

ただし、
ｙ_１：バンドパスフィルタによる反射レーザ光の光路の変位量
ｔ_１：バンドパスフィルタの厚み
θ_ａ：フィルタ入射面に対する反射レーザ光の入射角
θ_ｂ：バンドパスフィルタの屈折角
である。

なお、入射角θ_ａ及び屈折角θ_ｂは、フィルタ入射面３６Ａの法線Ｎに対する角度である。また、入射角θ_ａと屈折角θ_ｂとの関係は、下記式（ａ）〜式（ｄ）（スネルの法則）から得られる。

だだし、
ｎ_ａ：空気の屈折率（ｎ_ａ＝１）
ｎ_ｂ：バンドパスフィルタの屈折率
である。

（光路補正板）
光路補正板３８は、例えば、ガラス等の透光性を有する部材（透光性部材）で形成される。この光路補正板３８は、バンドパスフィルタ３６の回動に伴って変位された反射レーザ光Ｌ２の光路を補正する。なお、光路補正板３８の表面及び裏面の少なくとも一方は、誘電体多層膜によって被覆されても良い。この場合、光路補正板３８は、バンドパスフィルタ３６と同様のフィルタとして機能する。つまり、光路補正板３８は、所定の波長（以下、「透過波長」という）の反射レーザ光Ｌ２のみを透過し、所定波長以外の反射レーザ光Ｌ２を減衰させるフィルタとして機能する。

図４及び図５に示されるように、光路補正板３８は、平板状に形成されており、バンドパスフィルタ３６と受光器４０との間に配置される。光路補正板３８におけるバンドパスフィルタ３６側の面は、補正板入射面３８Ａとされる。この補正板入射面３８Ａには、バンドパスフィルタ３６を透過した反射レーザ光Ｌ２が入射される。一方、光路補正板３８における受光器４０側の面は、光路補正板３８を透過した反射レーザ光Ｌ２が射出される補正板射出面３８Ｂとされる。

光路補正板３８は、補正板用モータ４６の回動軸４６Ａに取り付けられており、回動軸４６Ａを中心として回動される（矢印Ｋ方向）。また、補正板用モータ４６の回動軸４６Ａは、フィルタ用モータ４４の回動軸４４Ａと平行して配置される。このバンドパスフィルタ３６と光路補正板３８とは、各々の回動軸４４Ａ，４６Ａから見て、測定対象物２４（受光レンズ３２）から受光器４０へ向かう反射レーザ光Ｌ２の光路上に互いに対向して配置される。

補正板用モータ４６は、例えば、ステッピングモータとされる。図６に示されるように、補正板用モータ４６が作動されると、回動軸４６Ａと光路補正板３８とが一体に所定方向に回動され、補正板入射面３８Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ｃが変化される。また、補正板用モータ４６には、後述するモータ制御部９２（図５参照）が電気的に接続される。

ここで、バンドパスフィルタ３６と同様に、反射レーザ光Ｌ２が光路補正板３８を透過すると、反射レーザ光Ｌ２の光路が変位する。具体的には、光路補正板３８を透過した反射レーザ光Ｌ２の光路ＰＣは、光路補正板３８の屈折率ｎ_ｄに応じて光路補正板３８を透過する前の光路ＰＢに対して平行移動する。この光路ＰＢに対する光路ＰＣの変位量ｙ_２は、下記式（２）から求められる。そして、光路補正板３８は、バンドパスフィルタ３６による反射レーザ光Ｌ２の変位方向とは、反対方向へ反射レーザ光Ｌ２を変位させるように配置される。

ただし、
ｙ_２：光路補正板による反射レーザ光の光路の変位量
ｔ_２：光路補正板の厚み
θ_ｃ：補正板入射面に対する反射レーザ光の入射角
θ_ｄ：光路補正板の屈折角
である。

なお、θ_ｃとθ_ｄとの関係は、上記式（ｅ）〜式（ｈ）（スネルの法則）から得られる。

だだし、
ｎ_ｃ：空気の屈折率（ｎ_ｃ＝１）
ｎ_ｄ：光路補正板の屈折率
である。

（制御部）
次に、制御部について説明する。

図８に示されるように、制御部５０は、例えば、コンピュータ５２で実現される。コンピュータ５２は、ＣＰＵ５４、メモリ５６及び記憶部５８を備える。これらのＣＰＵ５４、メモリ５６及び記憶部５８は、図示しないバスを介して互いに接続される。

記憶部５８は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリ等で実現される。この記憶部５８には、レーザ測距装置１０を制御する制御プログラムが記憶される。そして、ＣＰＵ５４は、記憶部５８から制御プログラムを読み出してメモリ５６に展開し、後述する制御プログラムの各ステップを実行する。また、記憶部５８には、後述するレーザダイオード１６の基準温度Ｔ_０及びレーザダイオード１６の温度変化量の閾値Ｄ_ＭＡＸが記憶される。

また、コンピュータ５２には、温度センサ６０及び表示部６２が接続される。温度センサ６０は、図１に示されるように、レーザダイオード１６に取り付けられる。この温度センサ６０は、レーザダイオード１６の温度を検出し、後述するコントローラ６６（図９参照）に出力する。

なお、温度センサ６０は、レーザダイオード１６の温度を直接的に検出するセンサに限らない。温度センサ６０は、例えば、レーザダイオード１６の周囲の空気や筐体１２の温度を検出しても良い。

表示部６２は、例えば、液晶パネル等を有する。この表示部６２には、例えば、後述するレーザ測距部７０で算出された測定対象物２４までの距離等が表示される。

図９に示されるように、制御部５０は、コントローラ６６と、レーザ測距部７０と、透過波長補正部８０とを有する。コントローラ６６は、制御部５０全体の動作を制御する。

（レーザ測距部）
図１０に示されるように、レーザ測距部７０は、投光制御部７２と、受光情報処理部７４と、距離算出部７６とを有する。投光制御部７２は、レーザダイオード１６と電気的に接続されており、コントローラ６６からの制御信号に基づいてレーザダイオード１６に対して通電し、レーザダイオード１６にレーザ光Ｌ１を発光させる。この際、コントローラ６６は、投光制御部７２に対する制御信号の送信時刻、すなわちレーザダイオード１６のレーザ光Ｌ１の発光時刻を、例えばメモリ５６（図８参照）に記憶する。

受光情報処理部７４は、受光器４０で受光され、電気信号に変換された反射レーザ光Ｌ２の受光情報を増幅等してコントローラ６６へ出力する。また、受光情報処理部７４は、受光器４０が反射レーザ光Ｌ２を受光した受光時刻をコントローラ６６へ出力する。そして、コントローラ６６は、受光情報処理部７４から入力された受光時刻を、例えばメモリ５６（図８参照）に記憶する。

距離算出部７６は、コントローラ６６からの制御信号に基づいて、レーザ測距装置１０から測定対象物２４までの距離を算出する。この距離算出部７６は、例えば、レーザダイオード１６がレーザ光Ｌ１を発光してから当該レーザ光Ｌ１が測定対象物２４で反射されて受光器４０で受光されるまでの時間に基づいて、レーザ測距装置１０から測定対象物２４までの距離を算出する。なお、距離算出部７６の詳細は、後述する。

（透過波長補正部）
次に、透過波長補正部８０について説明する。

レーザダイオード１６は、前述したように、通電されることにより発熱を伴ってレーザ光Ｌ１を発光する。このレーザダイオード１６は、例えば、図１１に示されるグラフのように、レーザダイオード１６の温度によって、発光するレーザ光Ｌ１の中心波長が変化する。具体的には、レーザダイオード１６の温度が高くなると、中心波長が長くなる。一方、レーザダイオード１６の温度が低くなると、中心波長が短くなる。

この対策として本実施形態は、透過波長補正部８０が、レーザダイオード１６の温度変化に応じてバンドパスフィルタ３６を回動させ、フィルタ入射面３６Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ａを変化させる。これにより、レーザダイオード１６の温度変化に伴う中心波長の変化に応じてバンドパスフィルタ３６の透過波長が変化され、レーザダイオード１６の中心波長にバンドパスフィルタ３６の透過波長が合わせられる（一致される）。

なお、本実施形態におけるレーザダイオード１６の基準温度Ｔ_０には、例えば、レーザダイオード１６がレーザ光Ｌ１を発光する前のレーザダイオード１６の温度が用いられる。若しくは、レーザダイオード１６の基準温度Ｔ_０には、例えば、レーザダイオード１６がレーザ光Ｌ１を所定回数発光した後のレーザダイオード１６の温度が用いられる。

前述したように、反射レーザ光Ｌ２がバンドパスフィルタ３６を透過すると、反射レーザ光Ｌ２の光路が変位する。この反射レーザ光Ｌ２の光路の変位量ｙ_１は、バンドパスフィルタ３６の回動に伴って変化する。そのため、バンドパスフィルタ３６が回動すると、受光器４０に対する反射レーザ光Ｌ２の入射位置がずれる。

この対策として本実施形態では、図６に示されるように、透過波長補正部８０がバンドパスフィルタ３６の回動に伴って光路補正板３８を回動させ、補正板入射面３８Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ｃを変化させる。これにより、光路補正板３８によってバンドパスフィルタ３６による反射レーザ光Ｌ２の光路の変位が相殺され、光路補正板３８を透過した反射レーザ光Ｌ２の光路ＰＣがバンドパスフィルタ３６を透過する前の反射レーザ光Ｌ２の光路ＰＡの位置へ戻される。

具体的には、図１２に示されるように、透過波長補正部８０は、フィルタ回動制御部８２と、補正板回動制御部９０と、モータ制御部９２とを有する。また、フィルタ回動制御部８２は、中心波長推定部８４と、フィルタ入射角推定部８６と、フィルタ回動角度算出部８８とを有する。

中心波長推定部８４は、例えば、図１１に示されるグラフのように、レーザダイオード１６の温度と中心波長との相関関係から、所定温度のレーザダイオード１６の中心波長を推定する。なお、図１１に示されるレーザダイオード１６の温度と中心波長との相関関係は、記憶部５８（図８参照）に予め記憶される。

フィルタ入射角推定部８６は、図７に示されるグラフのように、フィルタ入射面３６Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ａと透過波長との相関関係から、所定温度のレーザダイオード１６の中心波長を透過可能にする反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ａを推定する。なお、フィルタ入射面３６Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ａと透過波長との相関関係は、記憶部５８（図８参照）に予め記憶される。

フィルタ回動角度算出部８８は、フィルタ入射角推定部８６で推定された入射角θ_ａに基づいて、バンドパスフィルタ３６の回動角度Ｒ_１を算出する。

補正板回動制御部９０は、バンドパスフィルタ３６による変位量ｙ_１と、光路補正板６８による変位量ｙ_２とが等しくなるように（ｙ_１＝ｙ_２）、上記式（１）及び式（２）から補正板入射面３８Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ｃを算出する。また、補正板回動制御部９０は、算出された入射角θ_ｃに基づいて、光路補正板３８の回動角度Ｒ_２を算出する。

モータ制御部９２は、フィルタ回動制御部８２で算出されたバンドパスフィルタ３６の回動角度Ｒ_１、及び補正板回動制御部９０で算出された光路補正板３８の回動角度Ｒ_２に基づいて、フィルタ用モータ４４及び補正板用モータ４６を回動させる。この際、モータ制御部９２は、フィルタ用モータ４４及び補正板用モータ４６を互いに逆方向へ回動させる。

次に、制御部５０の動作について説明する。

（レーザ測距部）
先ず、レーザ測距部７０の動作について説明する。図１０に示されるように、コントローラ６６は、図示しない操作パネルからの制御信号を受信すると、レーザ測距部７０を作動する。レーザ測距部７０は、先ず、投光制御部７２に制御信号を送信し、レーザダイオード１６にレーザ光Ｌ１を発光させる。この際、コントローラ６６は、レーザダイオード１６のレーザ光Ｌ１の発光時刻をメモリ５６に記憶する。

次に、測定対象物２４反射された反射レーザ光Ｌ２を受光器４０が受光すると、受光器４０は、反射レーザ光Ｌ２の受光情報を電気信号に変換し、受光情報処理部７４に出力する。受光情報処理部７４は、反射レーザ光Ｌ２の受光情報を増幅等してコントローラ６６へ出力する。また、受光情報処理部７４は、受光器４０が反射レーザ光Ｌ２を受光した受光時刻をコントローラ６６へ出力する。コントローラ６６は、受光情報処理部７４から入力された受光時刻をメモリ５６に記憶する。

次に、コントローラ６６は、距離算出部７６に制御信号を送信し、レーザ測距装置１０から測定対象物２４までの距離を算出させる。具体的には、距離算出部７６は、メモリ５６から発光時刻及び受光時刻を取得する。次に、距離算出部７６は、発光時刻と受光時刻との差分を半分にした値（差分×１／２）にレーザ光Ｌ１の光速を乗じて、レーザ測距装置１０から測定対象物２４までの距離を算出し、コントローラ６６に出力する。これにより、コントローラ６６は、距離算出部７６から入力された測定対象物２４までの距離を、例えば表示部６２に表示させる。

（透過波長補正部）
次に、透過波長補正部８０の動作及び反射レーザ光Ｌ２の光路補正方法について説明する。図１３には、透過波長補正部８０の各処理ステップが示される。この透過波長補正部８０は、例えば、コントローラ６６によってレーザ測距部７０が実行される際に、コントローラ６６によって実行される。

コントローラ６６は、先ず、ステップＳ１において、記憶部５８からレーザダイオード１６の基準温度Ｔ_０及びレーザダイオード１６の温度変化量の閾値Ｄ_ＭＡＸを取得する。次に、コントローラ６６は、ステップＳ２において、温度センサ６０からレーザダイオード１６の温度Ｔ_１を取得する。

次に、コントローラ６６は、ステップＳ３において、レーザダイオード１６の温度Ｔ_１と基準温度Ｔ_０との差分（Ｔ_１−Ｔ_０）が閾値Ｄ_ＭＡＸ以上か否かを判定する。そして、温度Ｔ_１と基準温度Ｔ_０との差分が閾値Ｄ_ＭＡＸ未満の場合（Ｔ_１−Ｔ_０＜Ｄ_ＭＡＸ）は、コントローラ６６は、ステップＳ２に戻る。この際、コントローラ６６は、所定時間後にステップＳ２を再び実行しても良いし、レーザダイオード１６のレーザ光Ｌ１の発光回数が所定回数以上になった場合にステップＳ２を再び実行しても良い。

一方、温度Ｔ_１と基準温度Ｔ_０との差分が閾値Ｄ_ＭＡＸ以上の場合（Ｔ_１−Ｔ_０≧Ｄ_ＭＡＸ）は、コントローラ６６は、ステップＳ４において、中心波長推定部８４からレーザダイオード１６の温度Ｔ_１に対応するレーザ光Ｌ１の中心波長を取得する。次に、コントローラ６６は、ステップＳ５において、フィルタ入射角推定部８６からレーザ光Ｌ１の中心波長に対応する入射角θ_ａを取得する。次に、コントローラ６６は、ステップＳ６において、フィルタ回動角度算出部８８から入射角θ_ａに対応するバンドパスフィルタ３６の回動角度Ｒ_１を取得する。

次に、コントローラ６６は、ステップＳ７において、補正板回動制御部９０からバンドパスフィルタ３６の回動角度Ｒ_１に応じた光路補正板３８の回動角度Ｒ_２を取得する。具体的には、変位量ｙ_１と変位量ｙ_２とが等しくなるように（ｙ_１＝ｙ_２）、上記式（２）から補正板入射面３８Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ｃを算出すると共に、算出された入射角θ_ｃに基づいて光路補正板３８の回動角度Ｒ_２を算出する。

次に、コントローラ６６は、ステップＳ８においてモータ制御部９２に制御信号を送信し、フィルタ用モータ４４の回動軸４４Ａを回動角度Ｒ_１まで回動させる。また、コントローラ６６は、モータ制御部９２に補正板用モータ４６の回動軸４６Ａをフィルタ用モータ４４の回動軸４４Ａとは逆方向に回動角度Ｒ_２まで回動させる。

これにより、図６に示されるように、光路補正板３８を透過した反射レーザ光Ｌ２の光路が、バンドパスフィルタ３６による反射レーザ光Ｌ２の光路の変位方向とは反対方向へ変位され、反射レーザ光Ｌ２の光路が補正される。つまり、光路補正板３８を透過した反射レーザ光Ｌ２の光路ＰＣが、バンドパスフィルタ３６を透過する前の反射レーザ光Ｌ２の光路ＰＡの位置に戻される。この結果、受光器４０に対する反射レーザ光Ｌ２の入射位置の位置ずれが制御される。その後、コントローラ６６は、処理を終了する。

次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態では、制御部５０は、レーザダイオード１６の温度変化に伴ってバンドパスフィルタ３６を回動させ、フィルタ入射面３６Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ａを変化させる。これにより、レーザダイオード１６の温度変化に伴う中心波長の変化に応じてバンドパスフィルタ３６の透過波長が変化され、レーザダイオード１６の中心波長にバンドパスフィルタ３６の透過波長が合わせられる（一致される）。

したがって、本実施形態では、透過波長の幅（帯域幅）が狭いバンドパスフィルタ３６を用いることができる。つまり、本実施形態では、温度変化に伴うレーザ光Ｌ１の中心波長の変化量を考慮して、バンドパスフィルタ３６の透過波長の幅を広げなくても良い。そのため、受光器４０に対する外乱光等のノイズを効率的に低減することができる。この結果、レーザ測距装置１０の測距精度が向上する。

一方、反射レーザ光Ｌ２がバンドパスフィルタ３６を透過すると、反射レーザ光Ｌ２の光路が変位する。また、反射レーザ光Ｌ２の光路の変位量ｙ_１は、バンドパスフィルタ３６の回動に伴って変動する。そのため、受光器４０に対する反射レーザ光Ｌ２の入射位置がずれる可能性がある。

特に、本実施形態における受光器４０は、図２に示されるように、複数の多分割受光素子４２で形成される。この場合、レーザ測距装置１０の測距精度が向上するものの、受光器４０を単一の受光素子で形成する場合と比較して、各多分割受光素子４２の受光領域４２Ａが狭くなる。そのため、受光領域４２Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射位置の位置ずれの影響が大きくなる。具体的には、例えば、所定の受光領域４２Ａに入射されるべき反射レーザ光Ｌ２（実線）が、二点鎖線で示されるように、隣接する他の受光領域４２Ａに入射される可能性がある。

この対策として本実施形態では、図６に示されるように、バンドパスフィルタ３６の回動に伴って制御部５０が光路補正板３８を回動させ、補正板入射面３８Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ｃを変化させる。これにより、光路補正板３８によってバンドパスフィルタ３６による反射レーザ光Ｌ２の光路の変位が相殺され、光路補正板３８を透過した反射レーザ光Ｌ２の光路ＰＣがバンドパスフィルタ３６を透過する前の反射レーザ光Ｌ２の光路ＰＡの位置へ戻される。したがって、受光器４０に対する反射レーザ光Ｌ２の入射位置の位置ずれが制御（抑制）される。

このように本実施形態では、多分割受光素子４２によって測距精度を向上しつつ、各受光領域４２Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射位置のずれを制御することができる。

また、本実施形態では、式（１）及び式（２）から、光路補正板３８の補正板入射面３８Ａに対する反射レーザ光Ｌ２の入射角θ_ｃを算出する。この場合、バンドパスフィルタ３６とは厚み及び屈折率の少なくとも一方が異なる光路補正板３８を用いることができる。したがって、光路補正板３８の選択自由度が向上する。

また、本実施形態では、レーザダイオード１６から発光されたレーザ光Ｌ１を駆動ミラー２０によって偏向し、偏向されたレーザ光Ｌ１によって測定対象物２４を走査する。これにより、広範囲に亘って測定対象物２４にレーザ光Ｌ１を照射（スキャン）することができる。したがって、測距精度がさらに向上する。

さらに、本実施形態では、フィルタ用モータ４４及び補正板用モータ４６がステッピングモータとされる。これにより、簡単な構成で、バンドパスフィルタ３６及び光路補正板３８を精度良く回動させることができる。

次に、上記実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、バンドパスフィルタ３６の厚みＴ_１及び屈折率ｎ_ｂと、光路補正板３８の厚みｔ_２及び屈折率ｎ_ｄとが異なるが、上記実施形態はこれに限らない。例えば、バンドパスフィルタ３６の厚みｔ_１及び屈折率ｎ_ｂと、光路補正板３８の厚みｔ_２及び屈折率ｎ_ｄとはそれぞれ同じとされても良い。

この場合は、例えば、図１４に示されるように、バンドパスフィルタ３６と光路補正板３８とは、各々の回動軸４４Ａ，４６Ａの軸方向から見て、回動軸４４Ａと回動軸４６Ａとの間の仮想線Ｖに対して対称（線対称）に配置される。なお、仮想線Ｖとは、測定対象物２４から受光器４０へ向かう反射レーザ光Ｌ２の光路と直交する仮想の直交線を意味する。これにより、バンドパスフィルタ３６による反射レーザ光Ｌ２の光路の変位量ｙ_１と光路補正板３８による反射レーザ光Ｌ２の光路の変位量ｙ_２とが同じなるため（ｙ_１＝ｙ_２）、バンドパスフィルタ３６による反射レーザ光Ｌ２の光路の変位が補正される。

また、バンドパスフィルタ３６と光路補正板３８とは、対称関係を維持するように、互いに逆方向へ同じ回動量で回動される。より具体的には、補正板回動制御部９０は、フィルタ回動角度算出部８８によって算出されたバンドパスフィルタ３６の回動角度Ｒ_１と同じ回動角度Ｒ_２で（Ｒ_１＝Ｒ_２）、光路補正板３８をバンドパスフィルタ３６とは逆方向へ回動させる。これにより、仮想線Ｖに対するバンドパスフィルタ３６と光路補正板３８との対称関係が維持される。

次に、上記実施形態では、バンドパスフィルタ３６による反射レーザ光Ｌ２の光路の変位量ｙ_１と光路補正板３８による反射レーザ光Ｌ２の光路の変位量ｙ_２とが同じになるように、バンドパスフィルタ３６の回動に伴って光路補正板３８が回動される。しかしながら、光路補正板３８は、当該光路補正板３８を透過した反射レーザ光Ｌ２の光路をバンドパスフィルタ３６による光路の変位方向とは反対方向へ変位させ、変位量ｙ_１が小さくなるように回動されても良い。

また、上記実施形態では、光路補正板３８が誘電体多層膜で形成されるが、光路補正板３８は誘電体多層膜ではなく、他の材料で形成されても良い。

また、上記実施形態では、受光器４０が多分割受光素子４２で形成されるが、受光器は、例えば、単一の受光素子で形成されても良い。

また、上記実施形態では、バンドパスフィルタ３６及び光路補正板３８がフィルタ用モータ４４及び補正板用モータ４６によって回動されるが、上記実施形態はこれに限らない。例えば、一端側が回動軸を介して筐体１２に取り付けられたバンドパスフィルタ３６の他端側をソレノイド等のアクチュエータで押し引きすることにより、バンドパスフィルタ３６を回動させても良い。なお、光路補正板３８についても、アクチュエータで回動させても良い。

さらに、バンドパスフィルタ３６及び光路補正板３８は、ギヤ機構等によって回動されても良い。特に、図１４に示されるように、バンドパスフィルタ３６と光路補正板３８とが互いに逆方向に同じ回動量で回動される場合には、互いに逆回動する一対の反転ギヤ機構を介してバンドパスフィルタ３６及び光路補正板３８を回動させても良い。

また、上記実施形態では、レーザ測距装置１０に、コリメートレンズ１８、駆動ミラー２０、投光レンズ２２、受光レンズ３２及び集光レンズ３４が設けられる。しかし、コリメートレンズ１８、駆動ミラー２０、投光レンズ２２、受光レンズ３２及び集光レンズ３４の数や配置は、適宜変可能である。さらに、コリメートレンズ１８、駆動ミラー２０、投光レンズ２２、受光レンズ３２及び集光レンズ３４は、適宜省略可能である。

以上、本願が開示する技術の一実施形態について説明したが、本願が開示する技術は上記の実施形態に限定されるものでない。また、上記実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本願が開示する技術の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

なお、以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
レーザ光を発光するレーザダイオードと、
前記レーザダイオードから発光され、測定対象物で反射されたレーザ光を受光する受光器と、
前記測定対象物で反射されたレーザ光が入射されるフィルタ入射面を有し、前記フィルタ入射面に入射されるレーザ光のうち、所定波長のレーザ光を前記受光器側へ透過させると共に、回動に伴って前記フィルタ入射面に対するレーザ光の入射角を変化させて前記受光器側へ透過させる前記所定波長を変更し、かつ、レーザ光の光路を変位させるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを透過したレーザ光が入射される補正板入射面を有し、前記バンドパスフィルタの回動に伴って該バンドパスフィルタとは逆方向へ回動し、前記補正板入射面に対するレーザ光の入射角を変化させ、該レーザ光の光路を前記バンドパスフィルタによる光路の変位方向とは反対方向へ変位させる光路補正板と、
を備えるレーザ測距装置。
（付記２）
前記光路補正板は、前記バンドパスフィルタの回動に伴って回動し、前記補正板入射面に入射されたレーザ光を、前記バンドパスフィルタによるレーザ光の光路の変位量に応じて変位させる、
付記１の記載のレーザ測距装置。
（付記３）
前記光路補正板は、前記バンドパスフィルタの回動に伴って回動し、前記補正板入射面に入射されたレーザ光を、前記バンドパスフィルタによるレーザ光の光路の変位量と同じ変位量で変位させる、
付記１又は付記２の記載のレーザ測距装置。
（付記４）
前記バンドパスフィルタと前記光路補正板とは、屈折率及び厚みが同じとされ、互いに平行する各々の回動軸の軸方向から見て、該回動軸の間で前記測定対象物から前記受光器へ向かうレーザ光の光路と直交する仮想線に対して対称に配置され、
前記光路補正板は、前記バンドパスフィルタの回動に伴って回動し、前記仮想線に対する前記バンドパスフィルタとの対称関係を維持する、
付記１〜付記３の何れか１つに記載のレーザ測距装置。
（付記５）
前記バンドパスフィルタと前記光路補正板とは、屈折率及び厚みの少なくとも一方が異なる、
付記１〜付記３の何れか１つに記載のレーザ測距装置。
（付記６）
前記レーザダイオードの温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部で検出された前記レーザダイオードの温度に基づいて、前記レーザダイオードが発光するレーザ光の中心波長を推定する中心波長推定部と、
前記中心波長推定部によって推定されたレーザ光の中心波長に基づいて、前記バンドパスフィルタを回動させるフィルタ回動制御部と、
前記バンドパスフィルタの回動角度に応じて前記光路補正板を回動させる補正板回動制御部と、
付記１〜付記５の何れか１つに記載のレーザ測距装置。
（付記７）
前記中心波長推定部によって推定されたレーザ光の中心波長を透過させる前記フィルタ入射面に対するレーザ光の入射角を推定するフィルタ入射角推定部を備え、
前記フィルタ回動制御部は、前記フィルタ入射角推定部で推定された前記入射角に基づいて前記バンドパスフィルタを回動させる、
付記６に記載のレーザ測距装置。
（付記８）
前記補正板回動制御部は、前記補正板入射面に対するレーザ光の入射角θ_ｃを下記式（１）、式（２）、式（３）、式（ａ）及び式（ｅ）から算出すると共に、算出した前記入射角θ_ｃに基づいて前記光路補正板を回動させる、
付記６又は付記７に記載のレーザ測距装置。

ただし、
ｙ_１：バンドパスフィルタによる反射レーザ光の光路の変位量
ｙ_２：光路補正板による反射レーザ光の光路の変位量
ｔ_１：バンドパスフィルタの厚み
ｔ_２：光路補正板の厚み
θ_ａ：フィルタ入射面に対する反射レーザ光の入射角
θ_ｂ：バンドパスフィルタの屈折角
θ_ｃ：補正板入射面に対する反射レーザ光の入射角
θ_ｄ：光路補正板の屈折角
ｎ_ａ：空気の屈折率（ｎ_ａ＝１）
ｎ_ｂ：バンドパスフィルタの屈折率
ｎ_ｃ：空気の屈折率（ｎ_ｃ＝１）
ｎ_ｄ：光路補正板の屈折率
である。
（付記９）
前記受光器は、多分割受光素子を有する、
付記１〜付記８の何れか１つに記載のレーザ測距装置。
（付記１０）
前記レーザダイオードがレーザ光を発光してから、該レーザ光が前記測定対象物で反射されて前記受光器で受光されるまでの時間に基づいて、前記測定対象物までの距離を算出する距離算出部を備える、
付記１〜付記９の何れか１つに記載のレーザ測距装置。
（付記１１）
前記バンドパスフィルタを回動させるフィルタ用モータと、
前記光路補正板を回動させる補正板用モータと、
付記１〜付記１０の何れか１つに記載のレーザ測距装置。
（付記１２）
前記フィルタ用モータ及び補正板用モータは、ステッピングモータとされる、
付記１１に記載のレーザ測距装置。
（付記１３）
前記レーザダイオードから発光されたレーザ光を回動しながら偏向し、該レーザ光によって前記測定対象物を走査する駆動ミラーを備える、
付記１〜付記１２の何れか１つに記載のレーザ測距装置。
（付記１４）
前記レーザダイオードから発光されたレーザ光を透過し、該レーザ光を前記測定対象物側へ投光させる投光レンズを備える、
付記１〜付記１３の何れか１つに記載のレーザ測距装置。
（付記１５）
前記測定対象物で反射されたレーザ光を集光し、前記受光器へ誘導する受光レンズを備える、
付記１〜付記１４の何れか１つに記載のレーザ測距装置。
（付記１６）
レーザダイオードから発光され、測定対象物で反射されたレーザ光がフィルタ入射面に入射されるバンドパスフィルタを前記レーザダイオードの温度に応じて回動させ、前記フィルタ入射面に対するレーザ光の入射角を変化させることにより、該バンドパスフィルタの透過波長を前記レーザダイオードの温度変化に伴って変化するレーザ光の中心波長に合わせ、
前記バンドパスフィルタを透過したレーザ光が補正板入射面に入射される光路補正板を前記バンドパスフィルタの回動に伴って該バンドパスフィルタとは逆方向へ回動させ、前記補正板入射面に対するレーザ光の入射角を変化させることにより、該レーザ光の光路を前記バンドパスフィルタによるレーザ光の光路の変位方向とは反対方向へ変位させる、
レーザ光の光路補正方法。

１０ レーザ測距装置
１６ レーザダイオード
２０ 駆動ミラー
２２ 投光レンズ
２４ 測定対象物
３２ 受光レンズ
３４ 集光レンズ
３６ バンドパスフィルタ
３６Ａ フィルタ入射面
３６Ｂ フィルタ射出面
３８ 光路補正板
３８Ａ 補正板入射面
４０ 受光器
４２ 多分割受光素子
４４ フィルタ用モータ
４４Ａ 回動軸
４６ 補正板用モータ
４６Ａ 回動軸
６０ 温度センサ（温度検出部の一例）
７６ 距離算出部
８２ フィルタ回動制御部
８４ 中心波長推定部
８６ フィルタ入射角推定部
９０ 補正板回動制御部
Ｌ１ レーザ光
Ｌ２ 反射レーザ光（測定対象物で反射されたレーザ光の一例）
Ｖ 仮想線
θａ 入射角（フィルタ入射面に対するレーザ光の入射角の一例）
θｃ 入射角（補正板入射面に対するレーザ光の入射角の一例）

Claims (3)

1. レーザ光を発光するレーザダイオードと、
   前記レーザダイオードから発光され、測定対象物で反射されたレーザ光を受光する受光器と、
   前記測定対象物で反射されたレーザ光が入射されるフィルタ入射面を有し、前記フィルタ入射面に入射されるレーザ光のうち、所定波長のレーザ光を前記受光器側へ透過させると共に、回動に伴って前記フィルタ入射面に対するレーザ光の入射角を変化させて前記受光器側へ透過させる前記所定波長を変更し、かつ、レーザ光の光路を変位させるバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタを透過したレーザ光が入射される補正板入射面を有し、前記バンドパスフィルタの回動に伴って該バンドパスフィルタとは逆方向へ回動し、前記補正板入射面に対するレーザ光の入射角を変化させ、該レーザ光の光路を前記バンドパスフィルタによる光路の変位方向とは反対方向へ変位させる光路補正板と、
   前記レーザダイオードの温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部で検出された前記レーザダイオードの温度に基づいて、前記レーザダイオードが発光するレーザ光の中心波長を推定する中心波長推定部と、
   前記中心波長推定部によって推定されたレーザ光の中心波長に基づいて、前記バンドパスフィルタを回動させるフィルタ回動制御部と、
   前記バンドパスフィルタの回動角度に応じて前記光路補正板を回動させる補正板回動制御部と、
   を備えるレーザ測距装置。
2. 前記バンドパスフィルタと前記光路補正板とは、屈折率及び厚みが同じとされ、互いに平行する各々の回動軸の軸方向から見て、該回動軸の間で前記測定対象物から前記受光器へ向かうレーザ光の光路と直交する仮想線に対して対称に配置され、
   前記光路補正板は、前記バンドパスフィルタの回動に伴って回動し、前記仮想線に対する前記バンドパスフィルタとの対称関係を維持する、
   請求項１に記載のレーザ測距装置。
3. 前記中心波長推定部によって推定されたレーザ光の中心波長を透過させる前記フィルタ入射面に対するレーザ光の入射角を推定するフィルタ入射角推定部を備え、
   前記フィルタ回動制御部は、前記フィルタ入射角推定部で推定された入射角に基づいて前記バンドパスフィルタを回動させる、
   請求項１又は請求項２に記載のレーザ測距装置。