JP7127548B2 - 距離測定装置及びそのｓｎ比を改善する方法 - Google Patents

Description

本開示は、距離測定装置及びそのＳＮ比を改善する方法に関する。

特許文献１には、Ｌｉｄａｒ（Light Detection and Ranging）を用いて、距離を測定する距離測定装置が開示されている。この距離測定装置は、精度を維持するために、レーザーの発光素子の温度を計測し、温度調整装置で発光素子の温度を一定に保つように制御している。

特開２０１３－９２３８５号公報

しかし、測定を行う光学系には、バンドパスフィルタや受光センサが存在するため、特許文献１に示すように、発光素子の温度を一定に保っても光学系全体のＳＮ比が温度変化につれて低下する場合があった。

本開示の一形態によれば、光学的に距離を測定する距離測定装置（１００）が提供される。この距離測定装置は、光を発光する発光素子（１２）と、測定対象物（２００）からの反射光を受光する受光センサ（４０）と、前記反射光のうちの一部の波長を前記受光センサに向けて透過させるバンドパスフィルタ（３０）と、前記発光素子の温度を測定するための第１温度センサ（１６）と、前記バンドパスフィルタの温度を測定するための第２温度センサ（３６）と、前記発光素子の発光波長と、前記バンドパスフィルタの透過中心波長とを近づけるように、前記発光素子の温度と前記バンドパスフィルタの温度のうちの少なくとも一方の温度を制御する温度制御装置（５０、１８、３８）と、を備える。この形態によれば、温度制御装置が、発光素子の発光波長と、バンドパスフィルタの透過中心波長とが合うように発光素子とバンドパスフィルタの温度を制御するので、発光素子の発光波長と、バンドパスフィルタの透過中心波長とがずれず、ＳＮ比の低下を抑制できる。

距離測定装置における発光部と受光部の概略構成を示す説明図である。 発光部と受光部のブロック図である。 距離測定装置の動作時において、制御部が実行する制御フローチャートである。 第１実施形態における発光素子とバンドパスフィルタの温度と波長の関係を示すグラフである。 第２制御において、制御部が実行する制御フローチャートである。 第２制御における発光素子とバンドパスフィルタの温度と波長の関係を示すグラフである。 第３制御において、制御部が実行する制御フローチャートである。 第３制御における発光素子とバンドパスフィルタの温度と波長の関係を示すグラフである。 第２実施形態の距離測定装置の発光部と受光部のブロック図である。 第２実施形態の他の形態の概略構成を示す説明図である。 第２実施形態の他の形態のブロック図である。 第２実施形態の他の形態の概略構成を示す説明図である。 第２実施形態の他の形態のブロック図である。 第２実施形態の他の形態の概略構成を示す説明図である。 第２実施形態の他の形態のブロック図である。 第２実施形態の他の形態の概略構成を示す説明図である。 第３実施形態の発光部の概略構成を示す説明図である。 第３実施形態の他の形態の発光部の概略構成を示す説明図である。 第４実施形態における距離測定装置における発光部と受光部の概略構成を示す説明図である。 第４実施形態の他の形態における距離測定装置における発光部と受光部の概略構成を示す説明図である。 第５実施形態における距離測定装置における発光部と受光部の概略構成を示す説明図である。

・第１実施形態：
図１、図２に示すように、光学的に距離を測定する距離測定装置１００は、発光部１０と、受光部２０と、制御部５０と、を備える。発光部１０からの照射光が測定対象物２００に当たり、その反射光を受光部２０で受光する。制御部５０は、発光から受光までの時間を用いて、測定対象物２００までの距離を測定する。発光部１０と、受光部２０とは、筐体９０の上に設置されている。図１の例では、発光部１０と、受光部２０とは同一の筐体９０上に配置されているが、異なる筐体上に配置しても良い。

発光部１０は、発光素子１２と、第１温度センサ１６と、第１温度制御装置１８と、を備える。発光素子１２は、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）であり、ホルダ１４により保持されている。垂直共振器面発光レーザーは、発光波長の温度に対するシフト量が０．１ｎｍ／℃以下であることが多い。また、垂直共振器面発光レーザーを用いる場合、発光波長の温度に対するシフト量を０．１ｎｍ／℃以下に設計しやすい。なお、垂直共振器面発光レーザーの代わりに、分布帰還型レーザー（ＤＦＢ：Distributed FeedBack Laser）を用いても良い。同様に、発光波長の温度に対するシフト量が０．１ｎｍ／℃以下であることが多い。また、発光波長の温度に対するシフト量を０．１ｎｍ／℃以下に設計しやすい。第１温度センサ１６は、発光素子１２の温度を測定するセンサであり、例えば熱電対が用いられる。第１温度制御装置１８は、発光素子１２を加熱し、又は冷却する装置であり、例えば、第１熱電素子であるペルチェ素子が用いられる。ペルチェ素子であれば、ペルチェ素子に流す電流の向きにより、発光素子１２を加熱し、あるいは、冷却できる。

受光部２０は、集光用のレンズ２２と、バンドパスフィルタ３０と、第２温度センサ３６と、第２温度制御装置３８と、受光センサ４０と、を備える。レンズ２２は、例えばガラスや樹脂で形成され、発光部１０が発光した光が、物に当たって反射して戻ってくる反射光を集光して、バンドパスフィルタ３０及び受光センサ４０に透過させる。レンズ２２は、レンズホルダ２４により保持されている。バンドパスフィルタ３０は、薄膜の界面で発生する反射光の干渉現象を利用し、特定の波長を選択して透過させることができるフィルタである。第１波長よりも長波長の光のみ透過させるフィルタと、第１波長よりも長い第２波長よりも短波長の光のみ透過させるフィルタとを組み合わせても良い。バンドパスフィルタ３０の透過中心波長の温度に対する変化量は、０．０２ｎｍ／℃以上であることが多い。また、透過中心波長の温度に対するシフト量を０．０２ｎｍ／℃以上に設計しやすい。バンドパスフィルタ３０は、ホルダ３４により保持されている。第２温度センサ３６は、バンドパスフィルタ３０の温度を測定するセンサであり、例えば熱電対が用いられる。第２温度センサ３６は、バンドパスフィルタ３０とホルダ３４との間に設けられている。第２温度制御装置３８は、バンドパスフィルタ３０を加熱し、又は冷却する装置であり、例えば、第２熱電素子であるペルチェ素子が用いられる。なお、バンドパスフィルタを冷却する必要がない場合には、ペルチェ素子の代わりに、ヒータを用いても良い。受光センサ４０は、例えば、ＣＣＤやＭＯＳセンサにより形成されており、反射光を検知する。なお、ＣＣＤやＭＯＳセンサの代わりに、フォトダイオードやフォトトランジスタ、ＳＰＡＤ(Single Photon Avalanche Diode)を採用することも可能である。

図３は、距離測定装置１００の動作時において、制御部５０が実行する第１制御の制御フローチャートであり、図４は、第１制御における発光素子１２とバンドパスフィルタ３０の温度と波長の関係を示すグラフである。図４に示すように、発光素子１２とバンドパスフィルタ３０は、いずれも、温度が高くなると、波長が長くなる特性を有している。ただし、発光素子１２は、例えば０．０６５ｎｍ／℃のシフト量を有し、バンドパスフィルタ３０は、例えば、０．０２５ｎｍ／℃のシフト量を有しており、発光素子１２のシフト量の方が大きい。第１実施形態では、室温（Ｔ＝ＲＴ）で発光素子１２の波長と、バンドパスフィルタ３０の透過中心波長とがλｒｔで一致するようにバンドパスフィルタ３０の膜厚が設定されている。

図３のステップＳ１０では、制御部５０は、発光素子１２の温度Ｔｌｄと、バンドパスフィルタ３０の温度Ｔｂｐｆを取得する。図４では、図３の各ステップの処理を図示している。ステップＳ２０では、制御部５０は、温度Ｔｂｐｆにおけるバンドパスフィルタ３０の透過中心波長λｂｐｆを算出する。バンドパスフィルタを透過する光は、波長を横軸、透過光の強さを縦軸にグラフを描くと、ある波長が最も強く、その波長よりも波長が短くなっても、長くなっても、透過光は弱くなる。透過中心波長とは、その透過光の強さが最も強くなる波長である。ステップＳ３０では、制御部５０は、発光素子１２の発光波長が、λｂｐｆとなる発光素子１２の温度Ｔｌｄｔａｒを算出する。ステップＳ４０では、制御部５０は、発光素子１２の温度がＴｌｄｔａｒとなるように、第１熱電素子である第１温度制御装置１８を制御する。具体的には、第１温度制御装置１８を制御して発光素子１２を冷却し、発光素子１２の温度をＴｌｄからＴｌｄｔａｒに低下させる。

以上、第１制御によれば、制御部５０は、発光素子１２の温度Ｔｌｄと、バンドパスフィルタ３０の温度Ｔｂｐｆを取得して、温度Ｔｂｐｆにおけるバンドパスフィルタ３０の透過中心波長λｂｐｆを算出する。次いで、発光素子１２の発光波長がλｂｐｆとなる発光素子１２の温度Ｔｌｄｔａｒを算出する。そして、発光素子１２の温度がＴｌｄｔａｒとなるように、第１温度制御装置１８を制御する。その結果、発光素子１２の発光波長と、バンドパスフィルタ３０の透過中心波長とを近づけることができるので、ＳＮ比の低下を抑制できる。また、バンドパスフィルタ３０の温度Tｂｐｆから透過中心波長λｂｐｆを正確に算出することで、発光素子１２の温度をどれくらいにすればよいか正確に決定することができる。さらに、発光素子１２に、バンドパスフィルタ３０が透過させることができる波長の光をより多く発光させることができる。

第１制御によれば、発光素子１２の温度上昇による波長のシフトを考慮してバンドパスフィルタ３０の透過波長を広めに設定する必要がなく、外乱光を少なくできる。例えば発光素子１２が上述したように、０．０６５ｎｍ/℃の温度に対する発光波長のシフト量を有する場合、発光素子１２の温度が１００℃上昇した場合には、６．５ｎｍの発光波長のシフトが生じる。発光素子１２の温度を制御しない場合、このシフトした分の波長の光もバンドパスフィルタ３０を透過するように、バンドパスフィルタ３０の透過波長を広く設定する必要がある。しかし、第１制御によれば、発光素子１２の温度をＴｌｄｔａｒになるように制御するので、発光素子１２の発する光の発光波長のシフト量を減少させることができる。その結果、バンドパスフィルタ３０の透過波長を広く設定する必要がなくなり、外乱光が少なくなるためＳＮ比を改善できる。

発光素子１２とバンドパスフィルタ３０は、いずれも、温度が高くなると、波長が長くなる正のシフト係数、すなわち、波長の温度に対するシフト量を有する特性を有しているので、発光素子１２とバンドパスフィルタ３０の一方が負のシフト係数、すなわち温度が高くなると波長が短くなるシフト係数を有している場合に比べて、発光素子１２の温度の制御量を少なく出来る。

第１制御のみ実行する場合、第２温度制御装置３８は、省略可能である。

図５は、第２制御において、制御部５０が実行する制御フローチャートであり、図６は、第２制御における発光素子１２とバンドパスフィルタ３０の温度と波長の関係を示すグラフである。第１制御では、制御部５０は、発光素子１２の温度を制御したが、第２制御では、制御部５０は、バンドパスフィルタ３０の温度を制御する点が異なっている。

図５のステップＳ１０では、制御部５０は、発光素子１２の温度Ｔｌｄと、バンドパスフィルタ３０の温度Ｔｂｐｆを取得する。図６では、図５の各ステップの処理を図示している。ステップＳ２１では、制御部５０は、温度Ｔｌｄにおける発光素子１２の発光波長λｌｄを算出する。ステップＳ３１では、制御部５０は、バンドパスフィルタ３０の透過中心波長が、λｌｄとなるバンドパスフィルタ３０の温度Ｔｂｐｆｔａｒを算出する。ステップＳ４１では、制御部５０は、バンドパスフィルタ３０の温度がＴｂｐｆｔａｒとなるように、第２熱電素子である第２温度制御装置３８を制御する。具体的には、第２温度制御装置３８を制御してバンドパスフィルタ３０を加熱し、バンドパスフィルタ３０の温度をＴｂｐｆからＴｂｐｆｔａｒに上昇させる。

以上、第２制御によれば、制御部５０は、発光素子１２の温度Ｔｌｄと、バンドパスフィルタ３０の温度Ｔｂｐｆを取得して、温度Ｔｌｄにおける発光素子１２の発光波長λｌｄを算出する。次いで、バンドパスフィルタ３０の透過中心波長がλｌｄとなるバンドパスフィルタ３０の温度Ｔｂｐｆｔａｒを算出する。そして、バンドパスフィルタ３０の温度がＴｂｐｆｔａｒとなるように、第２温度制御装置３８を制御する。その結果、発光素子１２の発光波長と、バンドパスフィルタ３０の透過中心波長とを近づけることができるので、ＳＮ比の低下を抑制できる。第２制御のみ実行する場合、第１温度制御装置１８は、省略可能である。

第２制御では、発光素子１２やバンドパスフィルタ３０を冷却することがないので、第２温度制御装置３８として、安価なヒータを利用できる。

図７は、第３制御において、制御部５０が実行する制御フローチャートであり、図８は、第３制御における発光素子１２とバンドパスフィルタ３０の温度と波長の関係を示すグラフである。第１制御では、制御部５０は、発光素子１２の温度を制御し、第２制御では、制御部５０は、バンドパスフィルタ３０の温度を制御したが、第３制御では、制御部５０は、発光素子１２の温度と、バンドパスフィルタ３０の温度の両方を制御する点が異なっている。

図７のステップＳ１０では、制御部５０は、発光素子１２の温度Ｔｌｄと、バンドパスフィルタ３０の温度Ｔｂｐｆを取得する。図８では、図７の各ステップの処理を図示している。ステップＳ２２では、制御部５０は、温度Ｔｌｄにおける発光素子１２の発光波長λｌｄを算出し、温度Ｔｂｐｆにおけるバンドパスフィルタ３０の透過中心波長λｂｐｆを算出する。ステップＳ２３では、制御部５０は、波長λｌｄと波長λｂｐｆの間の目標波長λｔａｒを算出する。制御部５０は、例えば、（λｌｄ＋λｂｐｆ）／２を算出し、λｔａｒとしてもよい。また、制御部５０は、例えば、２λｌｄ×λｂｐｆ／（λｌｄ＋λｂｐｆ）を算出し、λｔａｒとしてもよい。すなわち、２つの波長の振動数の中間の振動数に対応する波長としてもよい。ステップＳ３２では、制御部５０は、発光素子１２の発光波長がλｔａｒとなる発光素子１２の温度Ｔｌｄｔａｒと、バンドパスフィルタ３０の透過中心波長がλｔａｒとなるバンドパスフィルタ３０の温度Ｔｂｐｆｔａｒと、を算出する。ステップＳ４２では、制御部５０は、発光素子１２の温度がＴｌｄｔａｒとなるように、第１熱電素子である第１温度制御装置１８を制御し、バンドパスフィルタ３０の温度がＴｂｐｆｔａｒとなるように、第２熱電素子である第２温度制御装置３８を制御する。具体的には、第１温度制御装置１８を制御して発光素子１２を冷却し、発光素子１２の温度をＴｌｄからＴｌｄｔａｒに低下させ、第２温度制御装置３８を制御してバンドパスフィルタ３０を加熱し、バンドパスフィルタ３０の温度をＴｂｐｆからＴｂｐｆｔａｒに上昇させる。

以上、第３制御によれば、制御部５０は、発光素子１２の温度Ｔｌｄと、バンドパスフィルタ３０の温度Ｔｂｐｆを取得して、温度Ｔｌｄにおける発光素子１２の発光波長λｌｄと、温度Ｔｂｐｆにおけるバンドパスフィルタ３０の透過中心波長λｂｐｆとを算出し、波長λｌｄと波長λｂｐｆの間の目標波長λｔａｒを算出する。次いで、発光素子１２の発光波長がλｔａｒとなる発光素子１２の温度Ｔｌｄｔａｒと、バンドパスフィルタ３０の透過中心波長がλｔａｒとなるバンドパスフィルタ３０の温度Ｔｂｐｆｔａｒと、を算出する。そして、発光素子１２の温度がＴｌｄｔａｒとなるように、第１熱電素子である第１温度制御装置１８を制御し、バンドパスフィルタ３０の温度がＴｂｐｆｔａｒとなるように、第２熱電素子である第２温度制御装置３８を制御する。その結果、発光素子１２の発光波長と、バンドパスフィルタ３０の透過中心波長とを近づけることができるので、ＳＮ比の低下を抑制できる。

第３制御によれば、制御部５０は、発光素子１２の温度を低下させ、バンドパスフィルタ３０の温度を上昇させる。そのため、発光素子１２とバンドパスフィルタ３０の一方の温度を制御する場合に比べて効率的に発光素子１２の発光波長と、バンドパスフィルタ３０の透過中心波長とを近づけることができる。

以上、第１制御から第３制御までをまとめると、第１実施形態の距離測定装置１００は、光を発光する発光素子１２と、反射光を受光する受光センサ４０と、反射光のうちの一部の波長を受光センサに向けて透過させるバンドパスフィルタ３０と、発光素子の温度を測定するための第１温度センサ１６と、バンドパスフィルタの温度を測定するための第２温度センサ３６と、発光素子１２の発光波長と、バンドパスフィルタ３０の透過中心波長とを近づけるように、発光素子１２の温度とバンドパスフィルタ３０の温度のうちの少なくとも一方の温度を制御する温度制御装置と、を備える。温度制御装置は、第１制御では、第１温度制御装置１８であり、第２制御では、第２温度制御装置３８であり、第３制御では、第１温度制御装置１８と第２温度制御装置３８の両方である。

また、発光素子１２として、垂直共振器面発光レーザーや分布帰還型レーザーを用いると、発光波長の温度に対するシフト量を、０．１ｎｍ／℃以下としやすく、一方、バンドパスフィルタ３０の透過中心波長の温度に対するシフト量は、０．０２ｎｍ／℃以上であり、その比を５倍以下にできる。そのため、第１制御から第３制御までのいずれかの制御において、発光素子１２の温度とバンドパスフィルタ３０の温度のうちの少なくとも一方の温度を制御するときに、それらの温度の変化させるときの温度変化量を少なくでき、制御が容易となる。また、発光素子１２、またはバンドパスフィルタ３０の温度を変化させるときのエネルギーを少なくできる。

・第２実施形態：
図９に示す第２実施形態の距離測定装置１０１は、第１実施形態の距離測定装置１００と比較すると、発光部１０ａが第１温度制御装置１８を備えておらず、代わりに、発光素子デューティ比制御部５４を備える。

発光素子デューティ比制御部５４は、発光素子１２に流す電流のデューティ比、すなわち、全サイクル時間中の発光素子１２に電流を流す時間の割合を制御する。発光素子デューティ比制御部５４がデューティ比を大きくすれば、発光素子１２を発熱させて発光素子の温度を上昇させ、一方、デューティ比を小さくすれば発光素子１２の発熱を抑制し、発光素子１２の温度を下降させることができる。

発光素子デューティ比制御部５４に代えて、あるいは、発光素子デューティ比制御部５４とともに、発光素子電流制御部を備えても良い。発光素子電流制御部は、発光素子１２に流す電流の大きさを制御する。発光素子電流制御部が発光素子１２に流す電流を多く制御すれば、発光素子１２を発熱させて発光素子の温度を上昇させ、一方、発光素子１２に流す電流を少なく制御すれば、発光素子１２の発熱を抑制し、発光素子１２の温度を下降させることができる。

発光素子デューティ比制御部５４が発光素子１２に電流をながる時間の割合であるデューティ比を制御し、あるいは、発光素子電流制御部が発光素子１２に流す電流の大きさを制御することで、発光素子１２の温度を制御できる。すなわち、発光素子デューティ比制御部５４や発光素子電流制御部は、発光素子１２の温度を制御する温度制御装置として機能する。

以上、第２実施形態によれば、温度制御装置として、発光素子デューティ比制御部５４と発光素子電流制御部との少なくとも一方を備え、発光素子１２に電流が流れる時間の割合であるデューティ比と発光素子１２に流す電流の大きさとの少なくとも一方を制御することで、発光素子１２の温度を制御できる。

第２実施形態では、第１温度制御装置１８の機能を実現する発光素子デューティ比制御部５４と発光素子電流制御部との少なくとも一方を備えているので、発光素子１２を加熱しまたは冷却する第１温度制御装置１８を設けなくても、発光素子１２の温度を制御できる。すなわち、第２実施形態の発光素子デューティ比制御部５４と発光素子電流制御部とを、第１実施形態の第１制御、第３制御における第１温度制御装置１８の代わりに採用してもよい。

なお、第２実施形態においては、発光素子デューティ比制御部５４と発光素子電流制御部との両方を備える構成であってもよく、いずれか一方を備える構成であってもよい。

・受光部の他の形態１：
図１０、図１１に示す距離測定装置１０２は、第１実施形態の距離測定装置１００と比較すると、発光部１０の構成は同じであるが、受光部２０ａの構成が異なっている。受光部２０ａの第２温度センサ３６と第２温度制御装置３８の位置が異なっている。すなわち、第２温度センサ３６は、バンドパスフィルタ３０ではなく、バンドパスフィルタ３０を保持するホルダ３４に設けられている。また、第２温度制御装置３８は、バンドパスフィルタ３０ではなく、ホルダ３４に設けられている。ホルダ３４は、バンドパスフィルタ３０を固定する抑え部３５を有している。バンドパスフィルタ３０とホルダ３４の温度は、ほぼ等しいので、ホルダ３４に第２温度センサ３６を設けて、温度を測定しても良い。ホルダ３４に熱電対のような第２温度センサ３６を設けることは、バンドパスフィルタ３０に設けるよりも容易である。また、ホルダ３４に第２温度センサ３６を設ければ、第２温度センサ３６がバンドパスフィルタに与える影響、例えば、設置に伴う薄膜の厚さの変動やこれに伴う透過中心波長の変動を抑制できる。さらに、バンドパスフィルタ３０を遮ることにより生じる光量の減少を抑制できる。

この距離測定装置１０２では、制御部５０は、第１実施形態、第２実施形態で説明したのと同様に、発光素子１２と、バンドパスフィルタ３０の温度の制御を実行する。

この距離測定装置１０２では、ホルダ３４に第２温度センサ３６を設けているが、抑え部３５に第２温度センサ３６を設けても良い。また、この距離測定装置１０２では、第２温度制御装置３８を、ホルダ３４に設けているが、抑え部３５に設けても良く、バンドパスフィルタ３０に直接設けても良い。

・受光部の他の形態２：
図１２、１３に示す距離測定装置１０３は、第１実施形態の距離測定装置１００と比較すると、発光部１０の構成は同じであるが、受光部２０ｂの構成が異なっている。すなわち、受光部２０ｂの第２温度センサ３６が、バンドパスフィルタ３０ではなく、受光センサ４０に設けられている。外乱光による影響を少なくするため、バンドパスフィルタ３０と受光センサ４０との間の間隔は狭く設定される。そのため、バンドパスフィルタ３０と受光センサ４０の温度は、ほぼ等しいと考えられる。そのため、受光センサ４０に第２温度センサ３６を設けて、温度を測定しても良い。受光センサ４０に熱電対のような第２温度センサ３６を設けることは、バンドパスフィルタ３０に設けるよりも容易である。また、受光センサ４０に第２温度センサ３６を設ければ、第２温度センサ３６がバンドパスフィルタに与える影響、例えば、設置に伴う薄膜の厚さの変動やこれに伴う透過中心波長の変動を抑制できる。さらに、バンドパスフィルタ３０を遮ることにより生じる光量の減少を抑制できる。なお、受光センサ４０をホルダで保持している場合には、受光センサ４０のホルダに第２温度センサ３６を設けても良い。

この距離測定装置１０３では、制御部５０は、第１実施形態、第２実施形態で説明したのと同様に、発光素子１２と、バンドパスフィルタ３０の温度の制御を実行してもよい。

・受光部の他の形態３：
図１４、１５に示す距離測定装置１０４は、第１実施形態の距離測定装置１００と比較すると、発光部１０の構成は同じであるが、受光部２０ｃの構成が異なっている。受光部２０ｃは、第２温度センサ３６を備えておらず、受光センサ４０が温度モニタ４６を有している。バンドパスフィルタ３０と受光センサ４０との間の間隔は狭い。そのため、バンドパスフィルタ３０と受光センサ４０の温度は、ほぼ等しいと考えられる。そのため、受光センサ４０が温度モニタ４６を有している場合には、温度モニタ４６が測定した温度を、バンドパスフィルタ３０の温度としても良い。この距離測定装置１０４では、第２温度センサ３６を別個に備えないので、第２温度センサ３６がバンドパスフィルタに与える影響、例えば、設置に伴う薄膜の厚さの変動やこれに伴う透過中心波長の変動を抑制できる。さらに、バンドパスフィルタ３０を遮ることにより生じる光量の減少を抑制できる。

この距離測定装置１０４では、制御部５０は、第１実施形態、第２実施形態で説明したのと同様に、発光素子１２と、バンドパスフィルタ３０の温度の制御を実行してもよい。

・受光部の他の形態４：
図１６に示す距離測定装置１０５は、第１実施形態の距離測定装置１００と比較すると、発光部１０の構成は同じであるが、受光部２０ｄの構成が異なっている。受光部２０ｄは、バンドパスフィルタ３０がレンズ２２に組み込まれている構成を有する。受光部４０は、ホルダ４４により保持されている。そして、第２温度制御装置３８は、バンドパスフィルタ３０とレンズ２２の外周に設けられ、バンドパスフィルタ３０とレンズ２２の両方に接触し、バンドパスフィルタ３０とレンズ２２の温度を制御する。また、第２温度センサ３６は、レンズ２２に設けられ、間接的にバンドパスフィルタ３０の温度を測定する。バンドパスフィルタ３０は、レンズ２２に組み込まれているので、バンドパスフィルタ３０とレンズ２２の温度は、ほぼ等しいと考えられる。そのため、第２温度センサ３６で測定した温度を、バンドパスフィルタ３０の温度としても良い。

この距離測定装置１０５では、制御部５０は、第１実施形態、第２実施形態で説明したのと同様に、発光素子１２と、バンドパスフィルタ３０の温度の制御を実行してもよい。

以上、説明したように、バンドパスフィルタ３０の温度を測定する場合、ホルダ３４、受光センサ４０、レンズ２２などの温度を測定することで、間接的にバンドパスフィルタ３０の温度を測定しても良い。

・第３実施形態：
第３実施形態は、発光素子１２で生じた熱を放熱する実施形態である。図１７に示すように、第３実施形態の発光部１０ｂは、発光素子１２と、高熱伝導ホルダ１５と、第１温度センサ１６と、第１温度制御装置１８と、ヒートシンク９２と、熱伝導部材９４を備える。ヒートシンク９２の上に熱伝導部材９４が配置され、熱伝導部材９４の上に、発光素子１２と高熱伝導ホルダ１５が配置されている。高熱伝導ホルダ１５は、アルミニウムや、アルミニウム合金、銅などの熱伝導性の大きな金属で形成されており、発光素子１２の外縁を囲うように設けられている。高熱伝導ホルダ１５には、ペルチェ素子のような第１温度制御装置１８が配置されている。熱伝導部材９４としては、例えば、高熱伝導率のフィラを含むエポキシ樹脂で形成された高熱伝導プリント基板や、アルミニウム、銅などの金属をベースとしたプリント基板を用いることができる。また、プリント基板以外に、シリコーン、変性シリコーンで形成された樹脂層が使用可能である。シリコーンや変性シリコーンは、熱伝導率の高い金属あるいは金属酸化物の粒子（フィラー）、例えば、銅、銀、アルミニウム、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化アルミニウムを含んでいても良い。熱伝導部材９４は、発光素子１２の熱をヒートシンク９２に移動させる。

第３実施形態の発光部１０ｂは、熱伝導部材９４を備えることで、発光素子１２からヒートシンク９２を経由して筐体９０に熱を移動させることができ、発光素子１２の温度を降下させることができる。ヒートシンク９２により熱を放熱するので、第１温度制御装置１８によって冷却する熱量を低下させることができる。その結果、発光素子１２の温度を目標温度Ｔｌｄｔａｒまで下げるときの第１温度制御装置１８の消費電力を少なくできる。

・第３実施形態の他の形態：
図１８に示す発光部１０ｃは、図１７に示す発光部１０ｂと比較すると、高熱伝導ホルダ１５を備えておらず、第１温度制御装置１８の位置が異なっている。発光部１０ｃでは、熱伝導部材９４とヒートシンク９２との間にペルチェ素子のような第１温度制御装置１８が配置されている。ペルチェ素子は、一方の面が吸熱し、反対面に発熱が起こる。すなわち、第１温度制御装置１８の発光素子１２、熱伝導部材９４側を冷却側、すなわち吸熱側とすると、第１温度制御装置１８のヒートシンク９２側が放熱側となる。この形態では、第１温度制御装置１８のヒートシンク９２側の熱を、ヒートシンク９２を経由して筐体９０に熱を移動させることができる。その結果、第１温度制御装置１８の効率を向上させることができる。

第３実施形態を、第１実施形態、第２実施形態と組み合わせて実施してもよい。例えば、図１７、図１８に示す発光部の構成は、図１から図１６で説明した受光部の構成と自在に組み合わせて採用してもよい。

・第４実施形態：
第４実施形態は、発光素子１２で生じた熱をバンドパスフィルタ３０に移動させる実施形態である。図１９に示す第４実施形態の距離測定装置１０６は、発光部１０ｄの発光素子１２と、受光部２０ｅのバンドパスフィルタ３０とが熱的に結合している。具体的には、発光部１０ｄは、熱伝導板９５ａと、発光素子１２を有し、筐体９０の上に熱伝導部材である熱伝導板９５ａが設けられ、熱伝導板９５ａの上に発光素子１２が配置されている。熱伝導板９５ａは、高熱伝導率のフィラを含むエポキシ樹脂で形成された高熱伝導プリント基板や、アルミニウム、銅などの金属をベースとしたプリント基板や、アルミニウム、銅などの金属をベースとしたプリント基板で形成されている。受光部２０ｅは、レンズ２２と、バンドパスフィルタ３０と、受光センサ４０と、熱伝導板９５ｂを備える。熱伝導板９５ｂは、熱伝導板９５ａと同様の部材である。筐体９０の上に熱伝導部材である熱伝導板９５ｂが設けられ、熱伝導板９５ｂの上に受光センサ４０が設けられている。バンドパスフィルタ３０は、高熱伝導性を有するホルダ３７に保持されており、ホルダ３７は、熱伝導板９５ｂの上に配置されている。このように、発光素子１２とバンドパスフィルタ３０とは、熱伝導板９５ａ、筐体９０、熱伝導板９５ｂ、ホルダ３７を介して熱的に結合している。

発光素子１２は、電流が流されると、発熱する。一方、バンドパスフィルタ３０は、反射光を選択して透過させるだけなので、自発的に発熱することはなく、周囲環境によって温度が上昇する。通常、発光素子１２の温度Ｔｌｄは、バンドパスフィルタ３０の温度Ｔｂｐｆよりも高い。この形態では、発光素子１２の熱は、熱伝導板９５ａを経て筐体９０に伝わる。筐体９０は、第１実施形態よりも熱電導性の優れた材料で形成されていることが好ましい。筐体９０の熱は、熱伝導板９５ｂ、ホルダ３７を介してバンドパスフィルタ３０に伝わる。すなわち、発光素子１２の温度を下げ、バンドパスフィルタ３０の温度を上げることができる。その結果、発光素子１２の発光波長λｌｄを短くし、バンドパスフィルタ３０の透過中心波長λｂｐｆを長くできる。第５実施形態の距離測定装置１０６では、発光部１０ｄの熱伝導板９５ａと、受光部２０ｅの熱伝導板９５ａとが分かれているが、一体としてもよい。この場合、筐体９０を熱伝導性の高くない材料で形成できる。第５実施形態の距離測定装置１０６では、第１温度センサ１６、第２温度センサ３６が配置されているが、第１温度センサ１６と第２温度センサ３６は、省略可能である。

第４実施形態の距離測定装置１０６において、第１温度制御装置１８と第２温度制御装置３８を備える構成を採用しても良い。すなわち、第４実施形態を、第１実施形態、第２実施形態と組み合わせて実施してもよい。第１温度制御装置１８による冷却を少なくし、第２温度制御装置３８による加熱を少なくできる。

・第４実施形態の他の形態：
図２０に示す第４実施形態の他の形態である距離測定装置１０７は、発光部１０ｄと、受光部２０ｅとが、熱伝導部材であるヒートパイプ９６によって、熱的に結合している。具体的には、熱伝導板９５ａとホルダ３７とがヒートパイプ９６によって接続されている。この形態によれば、発光素子１２の熱は、熱伝導板９５ａを経てヒートパイプ９６に伝わる。ヒートパイプ９６の熱は、ホルダ３７を介してバンドパスフィルタ３０に伝わる。すなわち、発光素子１２の熱は、筐体９０を経由しないでバンドパスフィルタ３０に伝わる。そのため、筐体９０を熱伝導性のよい材料、例えば金属で形成する必要がなく、樹脂で形成できる。

第４実施形態においては、第１温度センサ１６、第２温度センサ３６は、備えても良く、備えていなくても良い。

・第５実施形態：
第５実施形態は、発光部１０と受光部２０とを熱的に結合させない実施形態である。図２１に示すように、第５実施形態の距離測定装置１０８では、発光部１０と受光部２０とが、異なる筐体９０ａ、９０ｂに配置され、発光部１０と受光部２０との間に断熱材９８が配置されている。この形態では、発光素子１２の熱が、断熱材９８により受光部２０に伝わらない。そのため、バンドパスフィルタ３０の温度は、発光素子１２の熱の影響を受けない。その結果、発光素子１２とバンドパスフィルタ３０の温度を独立に、高精度に制御できる。第５実施形態は、第１～第３実施形態と組み合わせて実施しても良い。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０ 発光部 １２ 発光素子 １６ 第１温度センサ １８ 第１温度制御装置 ２０ 受光部 ３０ バンドパスフィルタ ３６ 第２温度センサ ３８ 第２温度制御装置 ４０ 受光センサ １００ 距離測定装置

Claims (9)

1. 光学的に距離を測定する距離測定装置（１００）であって、
   光を発光する発光素子（１２）と、
   測定対象物（２００）からの反射光を受光する受光センサ（４０）と、
   前記反射光のうちの一部の波長を前記受光センサに向けて透過させるバンドパスフィルタ（３０）と、
   前記発光素子の温度を測定するための第１温度センサ（１６）と、
   前記バンドパスフィルタの温度を測定するための第２温度センサ（３６、４６）と、
   前記発光素子の発光波長と、前記バンドパスフィルタの透過中心波長とを近づけるように、前記発光素子の温度と前記バンドパスフィルタの温度のうちの少なくとも一方の温度を制御する温度制御装置（１８、３８、５４）と、
   前記バンドパスフィルタと前記発光素子との間に設けられた断熱材（９８）と、
   を備える、距離測定装置。
2. 光学的に距離を測定する距離測定装置（１００）であって、
   光を発光する発光素子（１２）と、
   測定対象物（２００）からの反射光を受光する受光センサ（４０）と、
   前記反射光のうちの一部の波長を前記受光センサに向けて透過させるバンドパスフィルタ（３０）と、
   前記発光素子の温度を測定するための第１温度センサ（１６）と、
   前記バンドパスフィルタの温度を測定するための第２温度センサ（３６、４６）と、
   前記発光素子の発光波長と、前記バンドパスフィルタの透過中心波長とを近づけるように、前記発光素子の温度と前記バンドパスフィルタの温度のうちの少なくとも一方の温度を制御する温度制御装置（１８、３８、５４）と、
   を備え、
   前記発光素子の発光波長は、前記発光素子の温度が高いほど長く、
   前記バンドパスフィルタの透過中心波長は、前記バンドパスフィルタの温度が高いほど長く、
   前記バンドパスフィルタと前記発光素子とは、熱伝導部材（９６）により接続されている、
   距離測定装置。
3. 請求項１に記載の距離測定装置であって、
   前記温度制御装置は、前記発光素子を加熱し、または冷却する第１熱電素子（１８）と、前記バンドパスフィルタを加熱し、または冷却する第２熱電素子（３８）とのうちの少なくとも一方を含む、距離測定装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の距離測定装置であって、
   前記温度制御装置は、前記発光素子に流す電流のデューティ比と前記発光素子に流す電流の大きさの少なくとも一方を制御する、距離測定装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の距離測定装置であって、
   前記バンドパスフィルタは、ホルダ（３４）に設置されており、
   前記第２温度センサは、前記ホルダの温度を測定する温度センサである、距離測定装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の距離測定装置であって、
   前記受光センサは、前記受光センサの温度を測定する温度モニタ（４６）を内蔵しており、
   前記温度モニタを、前記バンドパスフィルタの温度を測定するための前記第２温度センサとして用いる、距離測定装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の距離測定装置であって、
   前記発光素子は、垂直共振器面発光レーザーまたは分布帰還型レーザーであり、
   前記発光素子の発光波長の温度に対するシフト量は、前記バンドパスフィルタの透過中心波長の温度に対するシフト量の５倍以下である、距離測定装置。
8. 光学的に距離を測定する距離測定装置におけるＳＮ比を改善する方法であって、
   光を発光する発光素子（１２）の温度を測定し、
   測定対象物（２００）からの反射光のうちの一部の波長を受光センサに向けて透過させるバンドパスフィルタ（３０）であって、前記発光素子とは断熱材（９８）により隔てられたバンドパスフィルタの温度を測定し、
   前記発光素子の発光波長と、前記バンドパスフィルタの透過中心波長とが合うように、前記発光素子と前記バンドパスフィルタの少なくとも一方の温度を制御する、方法。
9. 光学的に距離を測定する距離測定装置におけるＳＮ比を改善する方法であって、
   光を発光する発光素子（１２）の温度を測定し、
   測定対象物（２００）からの反射光のうちの一部の波長を受光センサに向けて透過させるバンドパスフィルタ（３０）の温度を測定し、
   前記発光素子の発光波長と、前記バンドパスフィルタの透過中心波長とが合うように、前記発光素子と前記バンドパスフィルタの少なくとも一方の温度を制御し、
   前記発光素子の発光波長は、前記発光素子の温度が高いほど長く、
   前記バンドパスフィルタの透過中心波長は、前記バンドパスフィルタの温度が高いほど長く、
   前記バンドパスフィルタと前記発光素子とは、熱伝導部材（９６）により接続されている、方法。

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