JP2007085832A - 光学式レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が少なく簡易な構成で、発光素子が照射している波長を中心とする狭帯域の光のみを通すバンドパスフィルタを備えた光学式レーダ装置を提供する。
【解決手段】
発光素子２からミラー５を介して照射した光１０４を測定対象物１０１で反射させて、受光レンズ４、６を介して、バンドパスフィルタ７を通して、受光素子８に導く。バンドパスフィルタ７の波長は可変であり、バンドパスフィルタ駆動部１８は、バンドパスフィルタ７の波長を調整する。また、発光素子２の温度を検知する温度検出部１６を備える。発光素子２から照射する光の波長がドリフトするに合わせて、距離測定制御回路１５は、この温度に対応する発光素子２の波長から、バンドパスフィルタ駆動部１８を制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、測定対象物に光を照射して、反射した光が戻ってくるまでの往復の時間を基に距離を測定する、光学的レーダ装置に関する。

従来、光を送信し、このレーザ光を測定対象物に照射して、反射した光が戻ってくるまでの往復の時間を基に距離を測定する装置が実用化されている。このような装置では、この距離測定のために用いる反射光と、太陽光などからの外乱光とを分離するために、送信したレーザ光の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタを用いて、Ｓ／Ｎ比の向上を図っている。

ここで、図１５を用いて、従来式の光学式レーダ装置の動作について説明する。図１５は、従来式の光学式レーダ装置の構成図である。まず、光学式レーダ装置１００は、距離測定制御回路１５が投光回路１１の動作を駆動する。発光素子２から外部に放出された光１０４は、投光レンズ３により、所定のビーム形状に整えられ、ミラー５に反射して光学式レーダ装置１００の外部に放出される。前方に光１０４をさえぎる測定対象物１０１がある場合には測定対象物１０１で反射して反射光１０５が受光レンズ４で集光され、バンドパスフィルタ７（図中「ＢＰＦ」と略す。以下同じ。）を通って受光素子８に入り、光電変換の後、受光回路１２に受信信号として取り込まれる。

受光回路１２は、距離測定制御回路１５が発光素子２に駆動を指示した時点から、受光信号を所定時間観測し受信データ記憶部１７に記録する。距離測定制御回路１５は、受信データ記憶部１７のデータに基づき、発光を指示した時点から受光信号を受信するまでの時間差に基づいて、測定対象物１０１までの距離を求める。ミラー駆動部１３は、ミラー５の角度を変更して、光を送受信できる方向を変更することが可能となっているから、ミラーで測定対象１００を走査しながら距離測定を行うことにより、より広い範囲での距離測定が可能となる。ミラー５とミラー駆動部１３に相当する走査装置は、図１５で例示したミラー揺動方式に限らず、ポリゴンミラー方式等他の方式でも構成できる。また、測定結果を表示する表示装置（図示せず）を備えるもの、インターフェース回路を通じて外部に測定結果を送信する、外部からの起動停止信号を受信するなどの構成をとっている光学式レーダ装置も実用化されている。

このような光学式レーダ装置１では、受信する際に太陽などからの波長が発光素子とは異なる外乱光が受光素子８にノイズとして入射する問題があり、そのために、前述のとおり受光素子８の前にはバンドパスフィルタ６が設けられている。受光素子８により電気信号に変換される前に発光素子２が発生する波長の光のみを通すことができる。これによりこのような外乱光が受光素子８にノイズとして入射することを抑制することができる。

このように、光学式レーダ装置１００では、一般的にバンドパスフィルタ６を用いてＳ／Ｎ比の改善を図っているが、発光素子の温度により発生する光の波長がドリフトするため、狭帯域のバンドパスフィルタが使えないという問題がある。狭帯域のバンドパスフィルタが使えない場合には、温度による波長変化を考慮した広めのバンドパスフィルタを用いざるを得ず、Ｓ／Ｎ比の改善を阻害している。

そこで、従来、このような反射光を用いて測定を行う装置において、その反射光のＳ／Ｎ比の改善を図るため種々の提案がなされている（例えば、特許文献１〜７参照。）。

特許文献１、２には、流体中を透過させたレーザビームの流体速度に応じたドップラー効果による周波数変化に基づいて流体の流速を測定するレーザドップラーベロシティーメータ（ＬＤＶ）について、受光素子で変換された電気信号について電気的なフィルタをかけるものが開示されている。これは、干渉によるドップラー信号の電気的周波数を観測し、その結果に基づいて電気的バンドパスフィルタの透過帯の制御を行う構成である。これは、ドップラー信号の周波数が比較的低いため、その周波数の測定が比較的容易なため実現している。これに対し、パルスエコー式のレーダの場合、受光信号（＝反射光）の周波数（波長）の計測することは困難である。光の周波数（波長）を測定する手法として、光スペクトルアナライザが一般的に知られているが、大規模な装置であるため、小型化を求められる搭載型の光学式測距装置に採用することができない。

特許文献３には、その〔従来の技術〕において、バンドパスフィルタを回転させることにより波長特性を改善している点が記載されていると共に、この方法の入射光束の変更が変化するとフィルタの透過特性が変化してしまう欠点が記載されている。また、２つの光束に分離してそれぞれ偏光素子等を介して合成することで、入力光束の偏光が変化しても、透過特性が変化しないようにした光フィルタ素子が開示されている。

特許文献４には、光の透過系路上に複数のバンドパスフィルタを設けて組み合わせによって構成された狭帯域のフィルタが開示されている。特許文献４には温度変化による変動に対応するなどの動的に調整する旨の記載はない。

特許文献５には、入射光を少なくとも３つの光ビームに分割し、光フィルタを透過した光強度をモニタする手段を設け、光フィルタを移動することにより、適切な波長帯を透過させる構成が開示されている。温度変化による変動に対応することの記載はない。

特許文献６には、ミラーを用いることにより、一枚のバンドパスフィルタで狭帯域のフィルタリングを実現する構成が開示されている。

特許文献７には、以下の構成が開示されている。投光ビームの一部をハーフミラーで分岐し、受光部側へ送光する。受光部では、一度ミラーで反射させた後バンドパスフィルタに入射し、第２の受光素子を用いて、受光レベルが最大となるようにバンドパスフィルタの角度を変化させる。
特公平０２−０２５２８８号公報 特開平０６−１９４４４８号公報 特許３２８８３９７号公報 特開平１０−３００９１５号公報 特開２０００−１２１９６４号公報 特開２００２−２７７７５７号公報 特開昭６２−１０３５８７号公報

しかしながら、従来文献の構成は以下のような問題があった。

即ち、特許文献１、２の構成では、受光素子８で変換された電気信号の周波数特性を解析するものであるが、パルスエコー式のレーダの場合、受光信号（即ち、反射光を受光素子により変換した電気信号）の周波数または波長の計測することは困難であった。また、光の周波数（波長）を測定する手法として、光学用途のスペクトルアナライザが一般的に知られているが、大規模な装置であるため、小型化を求められる車載型の光学式測距装置に採用することができない。

特許文献３の構成では、光学的な構成を複数設ける必要があり、構造が複雑化する問題があった。
特許文献４の構成では、光の透過系路上に複数のＢＰＦを設けるから、部品点数が多くなりまた光量が減る問題があった。また、温度変化による変動に対応するなどの動的に調整する旨の記載はなく、発光素子から送信される光の周波数のドリフトに対応できない問題があった。

特許文献５には、温度変化による変動に対応することの記載はなく、また、Ｌ／Ｒの場合、外乱光の入射があるため、単純に受光した状況において透過光の強度が最大になるようにした場合、自らが発信した光と異なる波長帯の透過率が最大となる可能性がある。例えば、光学的レーダ装置を乗用車に搭載した場合、夜間において、対向車がないとビジョン用に近赤外光帯に感度を持つカメラを搭載し近赤外光の照明をしていたとき、その照明用の近赤外光の中心帯域に透過特性を合わせてしまう問題があった。

特許文献６には、温度変化による変動に対応するなど動的に調整することの記載はなく、発光素子から送信される光の周波数のドリフトに対応できない問題があった。

特許文献７の構成では、構造が複雑であり、ハーフミラーを用いているので光量が１０％低下する問題があった。また、他にもミラーを用いているのでさらに、２〜３％光量が低下する問題があった。

そこで、本発明は、これらの問題に鑑み、部品点数が少なく簡易な構成で、発光素子が照射している波長を中心とする狭帯域の光のみを通すバンドパスフィルタを備えた光学式レーダ装置の提供を目的とする。

この発明は、上記課題を解決するため、以下の構成を備えている。

（１）本発明は、
半導体レーザ素子を光源とする、外部に光を照射する投光部と、
前方にある測定対象物で反射した光を受信してこの光を電気信号に変換する受光部と、
前記投光部から光を照射した時から前記受光部で反射光を受信した時までの経過時間に基づいて、前記測定対象物までの距離を計測する距離計測手段と、
前記受光部の前に設けられ、特定の波長の帯域を透過させて前記受光部に光を導くバンドパスフィルタであって、この波長の中心波長が調整可能なバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を前記半導体レーザ素子の温度から推定される前記投光部から照射された光の波長に追従させるよう、前記バンドパスフィルタを調整する透過帯域調整手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の投光部は、半導体レーザ素子を光源として、外部に光を照射しており、受光部は、測定対象物で反射した光を受信してこの光を電気信号に変換する。距離計測手段は、この経路を光が透過する間の時間から前記測定対象物までの距離を計測する。受光素子８は、投光部で照射した光の反射光のみを受光するのが望ましいが、測定対象物で反射した光には投光部で照射した光のみならず、太陽光などの外乱光が含まれている。この外乱光を取り除いてＳ／Ｎ比を向上させる必要があり、本発明はバンドパスフィルタを設けている。

当然ながら、バンドパスフィルタは、その中心周波数を半導体レーザ素子が発する光の波長と合わせなければ、投光部で照射した光の戻り光を検出できなくなって光学式レーダ装置が機能しなくなる。一方、半導体レーザ素子は、その温度により、照射する光の波長がドリフトして、時間と共にこの照射する光の波長とバンドパスフィルタの中心波長とが合わなくなる問題がある。これを解決するために、本発明は、前記半導体レーザ素子の温度に対応する波長に追従させる透過帯域調整手段を設けている。

したがって、本発明によれば、前記半導体レーザ素子の温度が変動しても、その前記半導体レーザ素子が照射している光の波長に追従させることが可能となる。その結果、このような前記半導体レーザ素子の波長のドリフトに対応して、バンドパスフィルタを光の透過帯域を余分に広い帯域に設定する必要はないので装置のＳ／Ｎ比が向上する。また、前記半導体レーザ素子が照射する光そのものを検出するのではなく、半導体レーザ素子の温度に基づいて透過帯域調整手段は調整するものであるから、この調整のために余分で高価な光学系を必要とせず、光量の減少を抑えることができる。さらに、簡易な構成で構成でき、かつ、コストダウンに寄与する。

なお、透過帯域調整手段が半導体レーザ素子の温度に基づいて、バンドパスフィルタの中心波長を調整する方法は、例えば、温度をセンサで検出する方法が考えられる。

（２）本発明は、
前記バンドパスフィルタは、前記バンドパスフィルタに入射する光とバンドパスフィルタのなす角度によって、前記バンドパスフィルタを透過する光の中心波長が変化するものであって、
前記透過帯域調整手段は、前記バンドパスフィルタに入射する光とバンドパスフィルタのなす角度を変化させることによって、前記バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を調整するものである。

本発明は、前記バンドパスフィルタは、前記バンドパスフィルタに入射する光とバンドパスフィルタのなす角度によって、前記バンドパスフィルタを透過する光の中心波長が変化するものである。これは、例えば、ファブリペローの干渉計の原理を応用したものを使用でき、この原理は、コートされた２枚の面を多重反射することによって、光の干渉を生じることを利用するものである。本発明に使用できる製品として、例えば、MELES GRIO社（商標）の製品を使用できる。このように構成した場合に、前記透過帯域調整手段は、前記半導体レーザ素子の温度に対応する波長に合うようにこの角度を変化させることにより、前記半導体レーザ素子から照射された光の波長に合わせることができる。

（３）本発明は、
前記バンドパスフィルタは、前記バンドパスフィルタに入射する位置を、光の透過方向と直行する方向に移動することに対応して、前記バンドパスフィルタを透過した光の中心波長が変化するものであって、
前記透過帯域調整手段は、前記バンドパスフィルタに光が入射する位置を移動させることによって、前記バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を調整するものである。

前記バンドパスフィルタは、前記バンドパスフィルタに入射する位置を、光の透過方向と直行する方向に移動させることにより、前記バンドパスフィルタを透過した光の中心波長が変化するものである。これは、（２）と同様、例えば、ファブリペローの干渉計の原理を応用したものを使用できる。この原理は、コートされた２枚の面を多重反射することによって、光の干渉を生じることを利用するものであり、コートされた２枚の面の光学的厚みを変えることにより、透過する光の波長を変えることができる。本発明に使用できる製品として、例えば、MELES GRIO社（商標）の製品を使用できる。このように構成した場合に、前記透過帯域調整手段は、前記半導体レーザ素子の温度に対応する波長に合うようにこの位置を変化させることにより、前記半導体レーザ素子から照射された光の波長に合わせることができる。

なお、透過帯域調整手段が「前記バンドパスフィルタに入射する位置」を変える手段を用いていれば、平行移動や回転移動であってもよい。また、バンドパスフィルタは、入射する位置がバンドパスフィルタ上に沿って、単に直線的に変化するか、または円盤状に形成されたバンドパスフィルタ上の円周に沿って変化するように構成しても良い。

（４）本発明は、
（２）に記載の光学式レーダ装置において、
さらに、前記バンドパスフィルタの前に、反射角度が回転可能な回転ミラーを備え、
前記バンドパスフィルタに透過させる光は、前記回転ミラーの反射光が前記バンドパスフィルタに導かれたものであって、
前記透過帯域調整手段は、前記ミラーを回転させることにより、
前記バンドパスフィルタと入射する光のなす角度を変化させることによって、
バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を調整するものである。

本発明は、（２）の構成のバンドパスフィルタを用いるが、そのバンドパスフィルタに透過させる光は、前記回転ミラーの反射光が前記バンドパスフィルタに導かれたものとして、前記回転ミラーを回転させることにより、前記バンドパスフィルタに前記光が透過する位置を変動させることができる。これにより、前記バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を調整することができる。

（５）本発明は、
前記受光部に光を導く光学系をアフォーカル系として、バンドパスフィルタに導く光を平行光とすることを特徴とする。

アフォーカル系とは、焦点距離が無限大となる光学系のことを指し、バンドパスフィルタに導く光を平行光とすることによって、この光が拡散しないようにすることができる。また、バンドパスフィルタは、角度依存性が大きく、斜めからの入射した光は、垂直に入射するよりも入射光の透過率が下がる。本発明によれば、この透過率の減少を避けることができ、光の量が減衰することを抑えることができるので、上記構成の発明の効果をより高めることができる。

（６）本発明は、
（２）〜（４）のいずれかに記載の光学式レーダ装置において、
前記透過帯域調整手段は、さらに、
外乱光を遮断した状態で、前記半導体レーザ素子の温度を複数回検出して、その温度の各検出時において、前記受信部で変換された電圧が最大値を示すような、前記バンドパスフィルタとこれに入射する光との入射角または位置関係を検出する検出機能と、
前記温度と前記入射角または位置関係との対応関係を記憶する機能とを備え、
前記透過帯域調整手段は、この対応関係に基づいて、前記バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を調整するものである。

このように構成すれば、前記透過帯域調整手段は、前記温度と前記位置関係との対応関係を記憶する機能を備えているから、半導体レーザ素子の特性のばらつきに対応して、前記温度と前記位置関係との正確な対応関係を得ることができる。前記透過帯域調整手段は、この対応関係に基づいて、前記バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を調整するから、上記発明の効果を高めることができる。

この発明によれば、前記半導体レーザ素子の温度が変動しても、その前記半導体レーザ素子が照射している光の波長に追従させることが可能となる。その結果、このような前記半導体レーザ素子の波長のドリフトに対応して、バンドパスフィルタは、光の透過帯域を余分に広い帯域に設定する必要はない。また、前記半導体レーザ素子が照射する光そのものを検出するのではなく、半導体レーザ素子の温度に基づいて透過帯域調整手段は調整するものであるから、この調整のために余分で高価な光学系を必要とせず、光量の減少を抑えることができる。さらに、簡易な構成で構成でき、かつ、コストダウンに寄与する。

図１を用いて、第１の実施形態の光学式レーダ装置の構成について説明する。図１は、この構成を表した図である。光学式レーダ装置１の構成は大別すると光学系およびセンサと、電気的構成に分けることができる。

まず、図１を用いて、光学系およびセンサについて説明する。
図１に示すように、光学系およびセンサは、発光素子２と、発光素子２から照射した光を平行な光に変換する投光レンズ３と、投光レンズ３を経た光を光学式レーダ装置１の外部に導くミラー５を備えている。また、発光素子２から外部に放出された光１０４が測定対象物１０１に反射して戻ってきた反射光１０５が、再度ミラー５で反射した光を集める受光レンズ４と、受光レンズ４で集められた光を平行な光に調整する受光レンズ６と、特定の波長の光を通すバンドパスフィルタ７と、受光素子８を備えている。以下、それぞれの構成を説明する。

図１の発光素子２は、半導体レーザ素子で構成する。これにより安価で小型化に寄与することができる。発光素子２は、これに流れる電流により発熱し、この発熱により発光素子２が照射する光の波長がドリフトするという性質を有する（後述、図９（Ａ）参照。）。

図１の投光レンズ３は、凸レンズで構成でき、発光素子２から照射した光を平行な光に変換し、ミラー５に導く。
ミラー５は、投光レンズ３から照射された平行光を反射して、測定対象物１０１に当てる。また、測定対象物１０１から戻ってきた反射光１０５を反射させて、受光レンズ４に導く。ミラー５は、測定対象物１０１からの反射光１０５を受光レンズ４に導く。後述するミラー駆動部１３の駆動により、４５度の振れ角度で水平方向にミラー５を揺動させて、測定対象物１０１のスキャンを行う。この揺動は例えば５０Ｈｚの周期で行なわれる。そのためにミラー駆動部１３は、ミラー５を揺動させる電極アクチュエータと、ミラー５の角度を検出するエンコーダを備えている。

図１の受光レンズ４は、凸レンズで構成できる。受光レンズ４は、ミラー５で反射した光を集めて、受光レンズ６に導く働きをする。受光レンズ６、バンドパスフィルタ７を通った光が受光素子８で電圧に変換される場合に感度を高めるためである。
受光レンズ６は、凹レンズで構成できる。受光レンズ６は、受光レンズ４で集められた光を、平行に調整してバンドパスフィルタ７に導く。

バンドパスフィルタ７は、特定の波長帯域のみの光を透過させるフィルタである。第１の実施形態の光学式レーダ装置１では、透過する光の波長を変えることができるタイプのものを使用する。例えば、ファブリペローの干渉計の原理を応用したものを使用できる。この干渉計の原理は、コートされた２枚の面を多重反射することによって、光の干渉を生じることを利用するものである。
バンドパスフィルタ７をこの原理を応用して構成した場合、バンドパスフィルタ７に入射する光の入射角度を変動させるとバンドパスフィルタ７の中心波長を変動させることができる。この原理を利用する場合には、コートされた２枚の面の光学的距離が一様になるよう構成する。
また、バンドパスフィルタ７をこの原理を応用して構成した場合、コートされた２枚の面の光学的厚みを変えることにより、透過する光の波長を変えることができる。この場合には、一定方向に沿ってコートされた２枚の面の光学的厚みを一様にし、これに直交する方向については、連続的にこの光学的厚みを変動させるようにする。また、バンドパスフィルタ７を円盤状に構成し、円周方向に沿って連続的にこの光学的厚みを変動させるようにすることができる。このようにバンドパスフィルタ７を構成した場合には、円盤状のバンドパスフィルタ７の面の一部にこの面に垂直に光を入射して、バンドパスフィルタ７を図示しない回転部により回転させることで、バンドパスフィルタ７の波長を変動させることができる。

図１のバンドパスフィルタ７の機能は、発光素子２で照射した光のみを受光素子８に導くものであり、太陽光等の外乱光を遮断して、Ｓ／Ｎ比を向上させるものである。そのためには、発光素子２で照射した光の波長とバンドパスフィルタ７の光の中心波長を合わせるようにする必要がある。前述のとおり、バンドパスフィルタ７で透過する中心波長を可変となるようにしている。そして、この調整は後述する距離測定制御回路１５が行う。

なお、図１に示した本発明のバンドパスフィルタ７に使用できる製品として、例えば、MELES GRIO社（商標）の製品を使用できる。

図１の受光素子８は、例えばフォトダイオードで構成する。この受光素子８は、逆方向電圧をかけたフォトダイオードに光を受けた場合、このダイオード間の抵抗値が変動することを用いて、バンドパスフィルタ７を通って受光素子８に導かれた光を電気信号に変換する。この電気信号は、受光素子８に入射する光が強いほど振り幅が大きくなるというような、光の強度との対応関係を有している。

次に図１を用いて、光学式レーダ装置１の電気的構成について説明する。
光学式レーダ装置１の電気的構成として、発光素子２に与える電圧を駆動する投光回路１１と、受光素子８で得た電気信号を増幅して距離測定制御回路１５に伝達する受光回路１２と、ミラー５の回転を駆動するミラー駆動部１３とを備える。また、光学式レーダ装置１の内部には、ミラー駆動部１３の動作を制御するミラー制御回路１４と、発光素子２の温度を検出して距離測定制御回路１５に伝達する温度検出部１６とを備える。受光回路１２で得たデータを記録する受信データ記憶部１７と、バンドパスフィルタ７の動作を駆動するバンドパスフィルタ駆動部１８と、これらの電気的構成を制御する距離測定制御回路１５と、外部機器１１０との通信を行うインターフェース１９とを備える。以下、それぞれの構成について説明する。

図１の投光回路１１は、半導体レーザ素子に電流を供給して発光素子２を駆動する回路であり、電圧を調節することが可能なレギュレータで構成することができる。投光回路１１は、発光素子２に与える電圧を距離測定制御回路１５の指示に基づいて変動させる。
受光回路１２は、受光素子８で検出した受光量電圧を増幅する増幅器と、Ａ／Ｄ変換器で構成する。受光回路１２で検出した受光量電圧は、増幅器で増幅され、Ａ／Ｄ変換器でディジタルデータに変換して、距離測定制御回路１５に伝達するほか、受信データ記憶部１７にこのディジタルデータを格納する。

図１のミラー駆動部１３は、ミラー５の揺動を駆動する。前述のとおり、ミラー駆動部１３は、ミラー５を揺動させるモータまたはアクチュエータと、ミラー５の角度を検出するエンコーダを備えている。ミラー駆動部１３は、エンコーダの出力とミラー制御回路１４の指示との残差を増幅するアンプを含んでおり、ミラー制御回路１４が指示した角度との残差に応じた電圧をこのモータに供給して、この揺動を駆動する。

図１のミラー制御回路１４は、３角波発生回路で構成する。距離測定制御回路１５から送られるパルス（例えば５０Ｈｚ）に同期して、３角波の電圧をミラー駆動部１３に与える。ミラー制御回路１４の機能は、左右にミラー５を振ることにより、測定対象物１０１をスキャンするようにミラー５の動作を制御するものである。

図１の距離測定制御回路１５は、図１で示すような電気的構成の各部を制御するものであり、この制御の動作のプログラムが距離測定制御回路１５に付属するＲＯＭに焼き付けられたＩＣで構成する（詳細は後述する）。このＩＣは、このプログラムを読み取って、実行することができる。

図１の温度検出部１６は、発光素子２の温度を検出する。この温度検出部１６は、例えばサーミスタ、半導体センサ等を備えており、これらの素子により温度を電気信号に変換する。また、温度検出部１６には図示しないアンプとＡ／Ｄ変換器を含んでおり、この温度に関する電気信号を増幅して、Ａ／Ｄ変換器により温度の値［℃］をディジタル信号に変換する。

図１の受信データ記憶部１７は、読み書き可能なメモリで構成する。受信データ記憶部１７の機能は、受光回路１２で得た受光素子８に入射する光の強度についてのディジタル信号を格納する。また、受信データ記憶部１７は、距離測定制御回路１５からミラー制御回路１４の揺動制御信号を受け取って、角度情報として格納している。

図１のバンドパスフィルタ駆動部１８は、バンドパスフィルタ７で透過させる光の波長を制御する。バンドパスフィルタ駆動部１８の構成として、後述する図２以降で示すようにバンドパスフィルタ７の構成に応じてさまざまな形態にすることができる。バンドパスフィルタ駆動部１８の駆動対象は、例えば、後述する図２、図３に示すように、バンドパスフィルタ７に入射する光の角度を変えることにより光の波長を変えることができるバンドパスフィルタ７０がある。この場合には、バンドパスフィルタ駆動部１８は、これを回転するモータとエンコーダとを備えるようにする。また、バンドパスフィルタ駆動部１８は、この回転を駆動するドライバを備えるようにする。また、駆動対象として、後述する図４に示すようにバンドパスフィルタ７に入射する光の位置を変えることにより、光の波長を変えることができるバンドパスフィルタ７１がある。この場合には、バンドパスフィルタ駆動部１８はこれを移動させるモータと、エンコーダまたはゲージとを備えており、バンドパスフィルタ駆動部１８はこの回転を駆動するドライバを備えるようにする。これらのドライバは、それぞれ、例えばパワートランジスタによる増幅段からなるアンプで構成でき、モータに与える電圧を生成する。

図１のインターフェース１９は、データの入出力ポートであり、外部機器１１０と通信を行って、光学式レーダ装置１の動作の指示を距離測定制御回路１５に伝達したり、距離測定制御回路１５で計算した距離の値を外部機器１１０に伝達したりする役割を果たす。

次に、図２〜図５を用いて、図１で示した第１の実施形態の装置に使用できるバンドパスフィルタ駆動部１８（図１参照。）の実施例について説明する。ここで、図２、図３は、図１のバンドパスフィルタ７のうち、バンドパスフィルタ７に入射する角度を変えることで透過する光の波長を変化させるバンドパスフィルタ７０の実施例を表している。図４、図５は、バンドパスフィルタ７に入射する位置を変えることで透過する光の波長を変化させるバンドパスフィルタ７１、７１０の実施例を表している。

まず、図２（Ａ）を用いてバンドパスフィルタ駆動部１８の実施例１について説明する。実施例１では、バンドパスフィルタ駆動部１８は、バンドパスフィルタ７０を支えるモータ軸７１１と、これを回転させるモータ７１２と、図示しないエンコーダを備える。モータ７１２は、モータ軸７１１を介して、バンドパスフィルタ７０を回転させる。この駆動電圧は、アンプを備えるバンドパスフィルタ駆動部１８から供給する。バンドパスフィルタ駆動部１８の動作は、例えば、距離測定制御回路１５から指示された角度目標値とエンコーダとで検出される角度の差に応じた出力電圧をモータ７１２に供給して位置決めを行う。また別の位置決め制御方法としては、バンドパスフィルタ駆動部１８は、距離測定制御回路１５から指示された電圧のみを供給することを行い、距離測定制御回路１５で、より複雑な位置決め制御を行ってもよい。
このように位置決めして、バンドパスフィルタ７０を回転させることで、バンドパスフィルタ７０を透過して、受光素子８に入射する光の周波数帯域を調整できる。これらの動作は、図２〜図４で後述する以下の実施例でモータを使用する場合には同様であるので、以下の実施例では説明を省略する。

図２（Ｂ）を用いてバンドパスフィルタ駆動部１８の実施例２について説明する。実施例２では、バンドパスフィルタ７０は、回転中心７２１に支持される鎌状の部材７２５に取り付けられており、鎌状の部材７２５は、部分的に歯切りされた歯車７２４を備え、歯車７２４は、ピニオン歯車７２３と噛み合っている。ピニオン歯車７２３は、モータ７２２により回転し、これにより、バンドパスフィルタ７０が回転する。バンドパスフィルタ７０が回転するのでバンドパスフィルタ７に入射する光１０３の角度を変えることができ、受光素子８に入射する光の周波数帯域を調整できる。

図３（Ａ）を用いてバンドパスフィルタ駆動部１８の実施例３について説明する。実施例３では、バンドパスフィルタ７０は、回転中心７３１に支持される鎌状の部材７３５に取り付けられており、鎌状の部材７３５は、部分的に歯切りされたウォームホイール７３３を備え、ウォームホイール７３３は、ウォーム歯車７３４と噛み合っている。回転軸に対してななめに歯面が切られたウォーム歯車７３４は、モータ７３２により回転し、ウォーム歯車７３４の溝に合わせて鎌状の部材７３５が摺動して、バンドパスフィルタ７０が回転する。バンドパスフィルタ７０が回転すると、バンドパスフィルタ７に入射する光１０３の角度を変えることができ、受光素子８に入射する光の周波数帯域を調整できる。

図３（Ｂ）を用いてバンドパスフィルタ駆動部１８の実施例４について説明する。実施例４では、受光レンズ６を通った光を反射させて、バンドパスフィルタ７０に導く回転ミラー７４１を備えている。回転ミラー７４１は、回転中心７４２を中心として、回転する。この回転の動力は、図示しないモータにより与えられ、このモータに供給する電圧はバンドパスフィルタ駆動部１８の駆動により行う。回転ミラー７４１は、図５（Ａ）の図中に２点鎖線で示したように回転し、これにより、バンドパスフィルタ７１に透過する光１０３が通る位置は、バンドパスフィルタ７１上で１０３Ａから１０３Ｂまで移動する。これにより、光１０３の入射角が変わり、バンドパスフィルタ７０は、バンドパスフィルタに入射する角度により透過する光の波長が変わるから、バンドパスフィルタ７１の移動により、受光素子８に入射する光の波長の帯域を調整できる。

次に、図４、図５を用いて、バンドパスフィルタ駆動部１８の実施例であって、バンドパスフィルタに入射する位置により透過する光の波長が変わるバンドパスフィルタ７１、７１０を用いた実施例５、６について説明する。ここで、バンドパスフィルタ７１は、入射する位置を直線的に変化させた場合に中心波長の変化するフィルタであり、バンドパスフィルタ７１０は、入射する位置を円周に沿って変化させた場合に、中心波長の変化するフィルタである。

図４を用いてバンドパスフィルタ駆動部１８の実施例５について説明する。実施例５では、バンドパスフィルタ７としてバンドパスフィルタ７１を用いる。バンドパスフィルタ７１は、バンドパスフィルタ７１０に入射する光１０３の位置を直線的に変化させた場合に中心波長の変化するバンドパスフィルタ７１を用いる。バンドパスフィルタ７１は、ラック歯車７５２を備えた部材７５４に固定されており、ラック歯車７５２は、ピニオン歯車７５３と噛み合っている。ピニオン歯車７５３は、モータ７５１により回転することができ、モータ７５１の回転により、ピニオン歯車７５３が回転し、ピニオン歯車７５３と噛み合うラック歯車７５２が移動することにより、バンドパスフィルタ７１が左右に移動する（なお、受光素子８は、固定されており移動しない）。バンドパスフィルタ７１の移動により、バンドパスフィルタ７１に透過する光１０３が通る位置は、バンドパスフィルタ７１上で１０３Ａから１０３Ｂまで移動する。バンドパスフィルタ７１は、バンドパスフィルタに入射する位置により透過する光の波長が変わるから、バンドパスフィルタ７１の移動により、受光素子８に入射する光の波長の帯域を調整できる。

図５を用いてバンドパスフィルタ駆動部１８の実施例６について説明する。実施例６ではバンドパスフィルタ７として、バンドパスフィルタ７１０を用いる。このバンドパスフィルタ７１０は、円盤状に形成され、この円周方向に沿ってバンドパスフィルタに入射する光１０３の位置を変えると、透過する光の波長が変わる。バンドパスフィルタ７１０の外周には歯面７６５が形成されており、歯面７６５は、ピニオン歯車７８４と噛み合っている。ピニオン歯車７６４は、モータ７６２のモータ軸７８１に固定されており、バンドパスフィルタ駆動部１８の駆動により、モータ軸７６１、ピニオン歯車７６４が回転し、バンドパスフィルタ７１が回転する。これにより、バンドパスフィルタに入射する光の円周上の位置を変えることができる。ここで、前述のとおり、この円周方向に沿ってバンドパスフィルタ７１に入射する光１０３の位置を変えると、透過する光の波長が変わるから、バンドパスフィルタ７１の移動により、受光素子８に入射する光の波長の帯域を調整できる。

なお、以上図２〜図５の例では、バンドパスフィルタ駆動部１８で回転の位置決めをする方法としてモータとエンコーダを用いた例を示したが、より簡易的に、電極アクチュエータや、アクチュエータと回転ばねを組み合わせる構成も考えられる。この場合、アクチュエータに設けた電磁石に電流を流すことで回転力を生じさせるとともに、これを抑止する回転ばねにより、電流に対して角度が一義的に決まるようにすることができる。そこで、この電磁石に与える電流と、回転角度との関係を予め把握しておけば、距離測定制御回路１５は、バンドパスフィルタ駆動部１８には、これに対応する電流を流すよう目標値となる電圧を与えることができる。

図６を用いて、第１の実施形態の装置の応用に係る第２の実施形態の装置のバンドパスフィルタ駆動部１８の実施例について説明する。図６（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、バンドパスフィルタ７０を駆動するバンドパスフィルタ駆動部１８の実施例１、２の構造についての説明図である。

図６（Ａ）を用いて、バンドパスフィルタ駆動部１８の実施例１について説明する。この実施例１では、温度に反応する形状記憶合金製ばね７７４を用いてバンドパスフィルタ７０の角度調整を機構的に行うものであり、第１の実施形態の装置と異なる点は、温度検出部１６とバンドパスフィルタ駆動部１８と、バンドパスフィルタ駆動部１８の調整機能が形状記憶合金製ばね７７４で一体的に構成されていることである。以下具体的に説明する。実施例１ではバンドパスフィルタ７０は、回転中心７４１で支持された回転棒７７２に設けられている。回転棒７７２は、固定された壁にそれぞれ接続されたばね７７３、形状記憶合金製ばね７７４に接続されている。形状記憶合金製ばね７７４は、温度により伸縮する性質を有しており、形状記憶合金製ばね７４４は、発光素子２に近接して配置されている。したがって、発光素子２の温度上昇または降下すると、形状記憶合金製ばね７７４が伸縮する。そうすると、バンドパスフィルタ７０が回転するのでバンドパスフィルタ７に入射する光１０３の角度を変えることができ、受光素子８に入射する光の周波数帯域を調整できる。詳細は図９（Ａ）で後述するが、発光素子２の温度と発光素子２が照射する光の波長との間には、特定の対応関係がある。また、バンドパスフィルタ７０と、これに入射する光１０３の入射角の関係にも特定の関係がある。そこで、この特定の対応関係に沿うように、ばね７７３と形状記憶合金製ばね７４４を調整する。この実施例４の構成では、図１で示した温度検出部１６と、バンドパスフィルタ駆動部１８と、距離測定制御回路１５の機能をばね７７３と形状記憶合金製ばね７７４のみで機構的に達成しており、図１で示した波長の調整のために電気的構成が不要となるメリットがある。

図６（Ｂ）を用いて、第２の実施形態の装置のバンドパスフィルタ駆動部１８についての実施例２について説明する。実施例２ではバイメタル７８１を用いている。バイメタル７８１は、前述の図６（Ａ）で示した実施例１の形状記憶合金製ばね７７４と同様に温度により伸縮する金属を用いたものであるが、互いに膨張率が異なる７８１Ａ、７８１Ｂを張り合わせている点が異なる。実施例２では、バイメタル７８１が温度によりたわむ性質を利用してバンドパスフィルタに透過させる光１０３の波長を機構的に制御している。以下具体的な構成について説明する。バンドパスフィルタ７０は、固定された壁から突き出たバイメタル７８１に接続されており、発光素子２に近接して配置されている。したがって、発光素子２の温度上昇または降下すると、図６（Ｂ）の右側の図のように、互いに７８１Ａ、７８１Ｂの膨張率の違いによりバイメタル７６１が変形し、これに接続されているバンドパスフィルタ７０が傾く。バンドパスフィルタ７０が傾くことにより、バンドパスフィルタ７０に入射する光１０３は、バンドパスフィルタ７０に対して入射角が変化する。バンドパスフィルタ７０は、バンドパスフィルタに入射する角度により透過する光の波長が変わるから、バンドパスフィルタ７０が傾くことにより、受光素子８に入射する光の波長の帯域を調整できる。ここで、発光素子２の温度と発光素子２が照射する光の波長との間には、特定の対応関係がある。また、バンドパスフィルタ７０で透過する光の波長と、これに入射する光１０３の入射角度の関係にも特定の関係がある。そこで、図６（Ａ）で示した実施例と同様に、この特定の対応関係に沿うように、バンドパスフィルタ７０を選択し、バイメタル７８１を調整する。この実施例２の構成では、図６（Ａ）の説明で前述した実施例１と同様、図１で示した温度検出部１６と、バンドパスフィルタ駆動部１８と、距離測定制御回路１５の機能を一つのバイメタル７８１で機構的に達成しており、図１で示した波長の調整のために電気的構成が不要となるメリットがある。

以下、図１で示した第１の実施形態の装置の説明に戻る。

図７〜図１０を用いて、距離測定制御回路１５に付属するＲＯＭに焼き付けられたプログラムについて説明する。このプログラムには、距離測定のためのメインプログラムと、温度検出部１６で得られた温度に基づいて、バンドパスフィルタ駆動部１８を駆動するサブプログラム１と、測定対象物１０１をスキャンするミラー制御回路１４に、受信データ記憶部１７の受信データを解析して受信した旨の信号を送るサブプログラム２とを含んでいる（前述、図６の説明参照。）。以下、それぞれ説明する。

図７を用いて、図１の距離測定制御回路１５に付属するＲＯＭに焼き付けられた距離測定のためのメインプログラムについて説明する。図７は、このメインプログラムのフロー図の一例である（なお、図７ではこのステップを簡略化して示している。）。以下のステップで構成できる。

＜ステップ１１＞投光回路１１に投光を指示する。
＜ステップ１２＞受光回路１２のデータを受信データ記憶部１７に格納するよう指示する。
＜ステップ１３＞投光回路１１に投光の停止を指示する。
＜ステップ１４＞投光回路１１に投光するよう指示した時刻を受信データ記憶部１７に格納するよう指示する（このステップは必ずしも必要ない。）。
＜ステップ１５＞受信データ記憶部１７のデータを解析して、受光回路１２が受光した時刻を計測する。
＜ステップ１６＞投光回路１１に指示した時刻と受光回路１２が受光した時刻との時間差に、光速を積算して、光学式レーダ装置１と測定対象物１０１との距離を測定する。
＜ステップ１７＞インターフェース１９を通じて、外部機器１１０にこの距離を伝達する。

なお、これらのメインプログラムのステップは、投光回路１１への投光が停止している状態から開始する。また、光学式レーダ装置１の動作中は、ミラー５が揺動している角度範囲の中の予め定めた刻み幅ごとの角度で、常にこれらの動作サイクルを繰り返す。したがって、ミラー５の揺動の周期（例えば５０Ｈｚ）よりも速い速度で、このサイクルを繰り返す。また、実現可能な限りこれらのステップは、順序が前後していても良い。

図１の距離測定制御回路１５で用いる、前述したサブプログラム１について説明する。サブプログラム１は、温度検出部１６で得られた温度に基づいて、バンドパスフィルタ駆動部１８を駆動するプログラムである。詳細は、図９の説明でさらに具体的に説明するが、ここでは簡潔にこれを説明する。サブプログラム１は、温度検出部１６で得られた温度を表すディジタルデータを基にバンドパスフィルタ駆動部１８を駆動するための電圧値を決定するものである。そして、このサブプログラム１の動作の目標は、バンドパスフィルタ７の中心波長を発光素子２が照射している光の波長に追従させるようにすることである。

ここで、図８を用いて、このサブプログラム１の構成例について説明する。図８は、このサブプログラム１のフロー図の一例である。図８に示すようにこのサブプログラムは、例えば以下のステップで実現できる（なお、図中では各ステップを簡略化して表示している。）。

＜ステップ２１＞温度検出部１６で得られたディジタルデータを温度に変換する。
＜ステップ２２＞発光素子２の温度から発光素子２が照射している光の波長を求める。
＜ステップ２３＞発光素子２が照射している光の波長から、バンドパスフィルタ７に入る光の角度または位置の目標値を決める。
＜ステップ２４＞バンドパスフィルタ駆動部１８にステップ２３で決定した目標値を与える。

なお、距離測定制御回路１５のうちこのサブプログラム１に関する部分と、温度検出部１６とバンドパスフィルタ駆動部１８は、本発明の「透過帯域調整手段」に相当する。
このステップ２４で示すように、温度検出部１６で得たデータは、バンドパスフィルタ駆動部１８で用いるものであり、実装上、内部の計算上では必ずしも、温度［℃］という値を求める必要はない。
また、上記では、サブプログラム１について、説明上ステップ２１〜２４を設け、温度→光の波長→バンドパスフィルタ駆動部１８に与える目標値を順番に求めるような構成としたが、これらは１対１の対応関係にあるから、実装上は、必ずしもこのようにステップを分ける必要はなく、同時に値を求めることができる場合がありうる。

図１の距離測定制御回路１５で実施するサブプログラム２は、前述のとおり、測定対象物１０１をスキャンするミラー制御回路１４に、受信データ記憶部１７の受信データを解析して受信した旨の信号を送るサブプログラム２である（前述、図６の説明参照。）。このサブプログラム２は、ミラー制御回路１４の、測定対象物をスキャンするプログラムが稼働中は、常時所定間隔ごとにタイマを設定して何度も繰り返す。このプログラムは、例えば以下のステップで構成できる。

＜ステップ４１＞受光回路１２のデータが記憶された受信データ記憶部１７のデータを特定時間ごとに切り出す。
＜ステップ４２＞受光回路１２のデータの２乗和をこの特定時間について計算する。
＜ステップ４３＞閾値を決めて、ステップ４２で得たデータと比較して大きければ、光が受光素子８に入力されていると判断し、ミラー制御回路１４にその旨伝える。
次に、図９を用いて、第１の実施形態の装置について、図６〜図８で説明した距離測定制御回路１５の説明を参照しつつ、距離測定制御回路１５のサブプログラム１の動作についてさらに具体的に実験値を示して説明する。図９は、発光素子２の温度からバンドパスフィルタ駆動部１８に与える目標値を与えるのに必要な対応関係を表す実測値データの一例である。

図９（Ａ）は、発光素子２の温度と発光素子２により照射される光の波長との関係を表している。横軸が発光素子２の温度［℃］、縦軸が照射される光の波長［ｎｍ］を表している。この関係は、上述の発光素子２の温度から発光素子２が照射している光の波長を求めるステップ２２の算出に用いる。図９（Ａ）に示すように、温度上昇に伴い、略直線的に照射される光の波長が長くなっているのが分かる。第１の実施形態の装置では、発光素子２から照射された光そのものでなく、この温度と、波長の関係を基にバンドパスフィルタ駆動部１８に指示しているから、光学式レーダ装置１の光学系に余計なレンズ等を介在させる必要がない。したがって、光学系の付加により光量が落ちるといった問題を避けることができ、また、構造の単純化、コストダウン、小型化に寄与する。

図９（Ｂ）は、バンドパスフィルタ７への光１０３の入射角とバンドパスフィルタ７の透過率特性との関係を表す図である。横軸が、バンドパスフィルタ７への光１０３の入射角［ｄｅｇ］、縦軸がバンドパスフィルタ７で透過する波長［ｎｍ］（これを以後「透過波長」ということにする。）である。図９（Ｂ）は、上述の発光素子２が照射している光の波長から、バンドパスフィルタ７に入る光の角度または位置の目標値を決めるステップ２３に用いるものであるが、特に、角度により中心波長を調整するバンドパスフィルタ７０を用いる場合に利用できる。例えば、前述したバンドパスフィルタ７の実施例１〜４（図２、図３参照。）に用いることができる。ここで、サブプログラム１の目的は、バンドパスフィルタ７の中心波長を発光素子２が照射する光の波長と合わせることであるから、図９９（Ａ）で求めた発光素子２が照射している波長を図９（Ｂ）の縦軸の値に入れて、これに対応する横軸の値、即ち、バンドパスフィルタ７に入射する角度を求める。この値が目標値であり、上述のステップ２３で求める値である。ステップ２４では、この値を指令値としてバンドパスフィルタ駆動部１８に与える。

なお、図９（Ｂ）のグラフが、横軸が入射角［ｄｅｇ］、縦軸が透過波長［ｎｍ］としているのは、この関係を求める際には、バンドパスフィルタ７への入射角を決めて、それに対する透過波長を測定するのが簡便であるからである。

また、前述図４、図５で示したようにバンドパスフィルタ７１に入射する位置を変えることで透過する光の中心波長を変える場合には、この入射する位置の移動量［ｍｍ］と透過波長［ｎｍ］との関係の実測値が必要となる。

次に図１０を用いて、第１の実施形態の装置に用いるバンドパスフィルタの透過波長の特性について説明する。図１０は、この透過波長の特性について第１の実施形態の装置と図１５で示した従来形態の装置とを比較した図である。横軸が波長［ｎｍ］、縦軸が透過率［％］である。透過波長特性６０２は、第１の実施形態の装置に用いるバンドパスフィルタの特性であり、透過波長特性６０１が図１５で示した従来形態の装置に用いるバンドパスフィルタの特性である。図１０では、中心波長が９００［ｎｍ］であるバンドパスフィルタを示している。

図１０の透過波長特性６０１に示すように、図１５に示す従来形態の装置では、発光素子２の波長のドリフトに対応する手段がなく、広帯域のバンドパスフィルタで構成せざるを得ず、Ｓ／Ｎ比が十分でなかった。第１の実施形態の装置では、発光素子２の温度を温度検出部１６が検出して、距離測定制御回路１５内でこの温度とこの発光素子２の照射している光の波長との関係を基に、発光素子２が照射した光の波長に追従するようにしているので、発光素子２で照射した光がバンドパスフィルタ７の帯域外であるという不具合は生じない。したがって、透過波長特性６０２のように狭帯域でバンドパスフィルタ７を構成できるから、第１の実施形態の装置によれば、よりＳ／Ｎ比が高いフィルタ７を構成できる。

次に、図１１、図１２を用いて、第１の実施形態の装置の応用に係る第３の実施形態の装置の実施例について説明する。図１１は、この実施例についての構成を表す図である。この実施例では、図１〜図１０で説明したバンドパスフィルタ７に代わって、プリズム９を用いる点が異なる。図１２は、図１１の説明のうち、このプリズム９についての詳細図である。以下、図１に示した第１の実施形態の装置と同様の部分は、同一の符号を用いて重複する説明を省略し、以下、この実施例の重要点、図１〜図１０で説明した装置との相違点のみを説明する。

図１１に示す第３の実施形態の装置の実施例では、距離測定制御回路１５で距離測定を行うプロセスは同様である。また、距離測定制御回路１５が、前述のサブプログラム１を用いて、温度検出部１６で検出したデータに基づいて、プリズム９を制御するようプリズム駆動部１８０に目標となる角度の指示を与える点も（バンドパスフィルタ駆動部１８と名称は異なるが）、図１の実施形態の装置と同様である。

ただし、図１１に示す第３の実施形態の装置の実施例ではプリズムを用いており、図１０で示した狭帯域のフィルタを構成する点とは相違する。また、このサブプログラム１のうち、ステップ２３は、若干の修正が必要である（詳細は図１２の説明の後、図１３を用いて後述する。）。

図１２を用いて、図１１で示した実施例について、プリズム９の動作をさらに詳細に説明する。この実施例では、プリズム９を通すと、その透過した光の波長の違いに応じて光の屈折率が異なることを利用するものである。以下具体的に説明する。
図１２に示すように、凹レンズで構成された受光レンズ６により平行光に調整した光１０３は、プリズム９に入射する。プリズム９に入射した光１０３はその波長に応じて振り分けられ、違った方向に光が進行する。波長がλ１である光１０６のみが、小さい（２〜３［ｍｍ］程度）受光素子８に入射することになり、その他の、波長がλ１でない光１０７は、受光素子８に入射できない。その結果として特定の波長帯域の光のみを受光素子８に入れることができる。そして、プリズム９を図示しない回転部により回転９１を行えば、受光素子８に入射する光の波長帯域を可変とすることができる。したがって、結果的に図１０で示したような、透過波長特性６０２を持つバンドパスフィルタ７を透過したのと同様な効果を奏することができる。

図１３を用いて、図１１で示した第３の実施形態の実施例の装置で用いるサブプログラム１について説明する。サブプログラム１は、第１の実施形態の装置と若干異なり、温度検出部１６で得られた温度に基づいて、プリズム駆動部１８０を駆動する。図１３は係るサブプログラム１のフロー図の一例である。図１で示したサブプログラム１のステップ２３は、第１の実施形態の実施例の装置と一部分異なり、前述のとおり以下の修正が必要である。即ち、
「＜ステップ２３＞発光素子２が照射している光の波長から、バンドパスフィルタ７に入る光の角度または位置の目標値を決める」は、
「＜ステップ３３＞発光素子２が照射している光の波長から、プリズム９に入る光の角度の目標値を決める」に変更する必要がある。
また、「＜ステップ２４＞バンドパスフィルタ駆動部１８にステップ２３で決定した目標値を与える。」は、
「＜ステップ３４＞プリズム駆動部１８０にステップ２３で決定した目標値を与える。」必要がある。
ここで、ステップ３３において、図１１、図１２の実施例に用いるプリズム９をプリズム駆動部１８０で駆動するためには、第１の実施形態の装置について表した図９（Ｂ）に示す対応関係に相当するデータが必要である。即ち、プリズム９の回転９１の角度と、受光素子８で観測される光の波長と関係を予め調べておく必要がある。そして、ステップ２３’では、この関係の縦軸（受光素子８で観測される光の波長［ｎｍ］）から、横軸（プリズム９の回転９１の角度［ｄｅｇ］）を求めるための近似関数をプログラム化する必要がある。

図１４を用いて、第１、第３の実施形態の装置の応用として使用できる角度の事前設定プロセスを行うサブプログラム３のフローについて説明する。図１４は、このフローを表す図である。以上で説明した距離測定制御回路１５のサブプログラム１や、ステップ２３’の調整を行うためには、発光素子２の温度と、バンドパスフィルタ７の回転角度または光の入射位置（例えば図２〜図５参照。第２、第３の実施形態の装置は除く。）、または図１２のプリズム９の回転角度との対応関係（例えば図９（Ｂ）に例示。）を予め把握している必要がある（なお、これらの第１、第３の実施形態でバンドパスフィルタ７、プリズム９に設定する回転角度、位置を、以下の説明では、「バンドパスフィルタ７の回転角度または位置、またはプリズム９の回転角度」ということにする。）。しかし、発光素子２にもばらつきがあり得、工場出荷前にそれぞれ調整を行うとなると、困難が生じる場合がある。そこで、図１４に示すように例えば、以下のフローからなるサブプログラム３を実施する（なお、図１４では、このステップを簡略化して示している。）。

＜ステップ５１＞装置の前方の光路を遮断して、外乱光が入らないようにする。この遮断方法としては、モータ等を用いて自動的にシャッタを閉じても良く、手動でシャッタを閉じるよう誘導し、光が遮断されるまで待機することが考えられる。
＜ステップ５２＞時間経過に沿って、温度検出部１６は、以下４２〜４６まで繰り返す上で特定時間ごとに温度データを取得する。距離測定制御回路１５は、温度検出部１６で得たデータを必ずしも温度［℃］そのものに変換する必要はない。
＜ステップ５３＞距離測定制御回路１５は、バンドパスフィルタ駆動部１８に対し、バンドパスフィルタ７の回転角度または位置、またはプリズム９の回転角度の端点となる位置に移動するよう目標値を与える。
＜ステップ５４＞距離測定制御回路１５は、バンドパスフィルタ駆動部１８に対し、バンドパスフィルタ７の回転角度または位置、またはプリズム９の回転角度を、予め定めた刻み幅の角度をインクリメントするよう目標値を与える。
＜ステップ５５＞受光回路１２で得たデータが受信データ記憶部１７に格納され、受信データ記憶部１７のデータを距離測定制御回路１５が解析して、受光素子８で得られた光量を測定する。このステップ５４、５５は、ステップ５３で設定した端点と逆側の端点に到達するまで繰り返す。
＜ステップ５６＞このステップ５４、５５で得た光量のデータの中で最も大きな値を、ステップ５２で、温度検出部１６が得た値に対応するデータとする。
以上のステップ５２〜５６は、ステップ５３で得られた温度データの値が収束するまで続ける。ステップ５２〜５６では、温度変化が激しい前の方の時間ほど頻繁に行うのが好ましい。
＜ステップ５７＞ステップ５２で温度検出部１６が検知した温度と、ステップ５６で設定したバンドパスフィルタ７の回転角度または位置、またはプリズム９の回転角度とを、受信データ記憶部１７に記憶する。

以上、図１４のフローのとおり実行してステップ５６のデータを作成すれば、サブプログラム１を実行する際に受信データ記憶部１７から前述のステップ５７で記憶したデータを読み出して、温度検出部１６に対する最適なバンドパスフィルタ駆動部１８に指示すべ
き角度、位置を求めることができる。

以下、図１４で示したサブプログラム１の機能を説明する。まず、バンドパスフィルタ７、プリズム９は、上述のとおり特定の波長帯域しか通さない。したがって、温度検出部１６で検出した温度のときには、ステップ５５を繰り返す中で、ある角度または位置のパターンを距離測定制御回路１５が実行して光量が最大となる角度パターンに設定するとき、ステップ５４で設定した角度または位置は、図９（Ａ）で示したような温度に対応する波長帯域となるよう、バンドパスフィルタ駆動部１８を介してバンドパスフィルタ７を制御していることになる。ここで、ステップ５１で外乱光は遮断しているから、受光素子８に到達すべき光の波長は、発光素子２で照射したものである。したがって、前述のステップ５６では、発光素子２で照射した光の波長帯域を中心とする光を通すのに適した、バンドパスフィルタ駆動部１８に設定すべき角度、位置を求めたことになる。

このようにして、サブプログラム３を実行することにより、温度検出部１６で得たディジタルデータに対応するバンドパスフィルタ駆動部１８で設定すべき角度が分かれば、温度検出部１６での温度変化に応じて、距離測定制御回路１５は、この設定角度をバンドパスフィルタ駆動部１８に指示するようにして、図８または図１３で示したサブプログラム２を実行する。これにより、発光素子２のばらつきに対応して、発光素子２の各温度に応じたバンドパスフィルタ駆動部１８に設定すべき値を自動的に求めることができるので、発光素子２で照射する光の波長のドリフトがあっても、バンドパスフィルタ７またはプリズム９は、このドリフトに対応して、狭帯域の波長を通すフィルタとして機能する。

なお、以上の図のいずれかで説明したバンドパスフィルタ駆動部１８は、別の構成として、単に指示された電圧を与えるアンプを備え、目標の電圧を出力するよう制御するのみであるとともに、距離測定制御回路１５は、バンドパスフィルタ駆動部１８を介してバンドパスフィルタ７の角度を検出して、バンドパスフィルタ７またはプリズム９のモータに設定するのに適する目標の電圧値を与えるよう構成してもよい。この場合には、単に目標値との差に比例する電圧を与えるような制御でなく、距離測定制御回路１５を用いて、さらに高度な制御も可能である。

第１の実施形態の光学式レーダ装置の構成を表す図を示す。 第１の実施形態の装置に使用できるバンドパスフィルタ駆動部の実施例を示す。 第１の実施形態の装置に使用できるバンドパスフィルタ駆動部の実施例を示す。 第１の実施形態の装置に使用できるバンドパスフィルタ駆動部の実施例を示す。 第１の実施形態の装置に使用できるバンドパスフィルタ駆動部の実施例を示す。 第１の実施形態の装置の応用に係る第２の実施形態の光学式レーダ装置に使用できるバンドパスフィルタ駆動部の実施例を示す。 第１の実施形態に係る装置の距離測定制御回路１５に付属するＲＯＭに焼き付けられた距離測定のためのメインプログラムのフロー図の一例を示す。 第１の実施形態の実施例の装置で用いるサブプログラム１のフロー図の一例を示す。 第１の実施形態の装置の発光素子の温度からバンドパスフィルタ駆動部に与える目標値を与えるのに必要な対応関係を表す実測値データの一例を示す。 第１の実施形態の装置に使用するバンドパスフィルタの特性例と従来形態の装置のそれとの比較を示す。 第１の実施形態の装置の応用に係る第３の実施形態の装置の実施例についての構成図を示す。 第３の実施形態の装置についてのプリズムの実施例を示す。 第３の実施形態の装置で用いるサブプログラム１のフロー図の一例を示す。 第１、第３の実施形態の装置に使用できる角度の事前設定を行うサブプログラム３のフロー図を示す。 従来形態の光学式レーダ装置の構成を表す図を示す。

符号の説明

１−光学式レーダ装置
２−発光素子
３−投光レンズ
４−受光レンズ
５−ミラー
６−受光レンズ
６０１−透過波長特性
６０２−透過波長特性
７−バンドパスフィルタ
７０−バンドパスフィルタ
７１−バンドパスフィルタ
７１１−モータ軸
７１２−モータ
７２１−回転中心
７２２−モータ
７２３−ピニオン歯車
７２４−歯車
７２５−鎌状の部材
７３１−回転中心
７３２−モータ
７３３−ウォームホイール
７３４−ウォーム歯車
７４１−回転ミラー
７４２−回転中心
７５１−モータ
７５２−ラック歯車
７５３−ピニオン歯車
７５４−部材
７６１−モータ軸
７６２−モータ
７６４−ピニオン歯車
７６５−歯面
７７１−回転中心
７７２−回転棒
７７３−ばね
７７４−形状記憶合金製ばね
７８１−バイメタル
７８１Ａ−金属
７８１Ｂ−金属
８−受光素子
９−プリズム
９１−回転
９３−入射面
９４−出光面
１１−投光回路
１２−受光回路
１３−ミラー駆動部
１４−ミラー制御回路
１５−距離測定制御回路
１６−温度検出部
１７−受信データ記憶部
１８−バンドパスフィルタ駆動部
１８０−プリズム駆動部
１９−インターフェース
１０１−測定対象物
１０３−光
１０３Ａ−入射する位置
１０３Ｂ−入射する位置
１０４−光
１０５−反射光
１０６−波長がλ１である光
１０７−波長がλ１でない光
１１０−外部機器

Claims (6)

1. 半導体レーザ素子を光源とする、外部に光を照射する投光部と、
   前方にある測定対象物で反射した光を受信してこの光を電気信号に変換する受光部と、
   前記投光部から光を照射した時から前記受光部で反射光を受信した時までの経過時間に基づいて、前記測定対象物までの距離を計測する距離計測手段と、
   前記受光部の前に設けられ、特定の波長の帯域を透過させて前記受光部に光を導くバンドパスフィルタであって、この波長の中心波長が調整可能なバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を前記半導体レーザ素子の温度から推定される前記投光部から照射された光の波長に追従させるよう、前記バンドパスフィルタを調整する透過帯域調整手段と、を備えたことを特徴とする、
   光学式レーダ装置。
2. 前記バンドパスフィルタは、前記バンドパスフィルタに入射する光とバンドパスフィルタのなす角度によって、前記バンドパスフィルタを透過する光の中心波長が変化するものであって、
   前記透過帯域調整手段は、前記バンドパスフィルタに入射する光とバンドパスフィルタのなす角度を変化させることによって、前記バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を調整するものである、
   請求項１に記載の光学式レーダ装置。
3. 前記バンドパスフィルタは、前記バンドパスフィルタに入射する位置を、光の透過方向と直行する方向に移動することに対応して、前記バンドパスフィルタを透過した光の中心波長が変化するものであって、
   前記透過帯域調整手段は、前記バンドパスフィルタに光が入射する位置を移動させることによって、前記バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を調整するものである、
   請求項１に記載の光学式レーダ装置。
4. 請求項２に記載の光学式レーダ装置において、
   さらに、前記バンドパスフィルタの前に、反射角度が回転可能な回転ミラーを備え、
   前記バンドパスフィルタに透過させる光は、前記回転ミラーの反射光が前記バンドパスフィルタに導かれたものであって、
   前記透過帯域調整手段は、前記ミラーを回転させることにより、
   前記バンドパスフィルタと入射する光のなす角度を変化させることによって、
   バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を調整するものである、
   光学式レーダ装置。
5. 前記受光部に光を導く光学系をアフォーカル系として、バンドパスフィルタに導く光を平行光とすることを特徴とする、
   請求項１〜４に記載の光学式レーダ装置。
6. 請求項２〜４のいずれかに記載の光学式レーダ装置において、
   前記透過帯域調整手段は、さらに、
   外乱光を遮断した状態で、前記半導体レーザ素子の温度を複数回検出して、その温度の各検出時において、前記受信部で変換された電圧が最大値を示すような、前記バンドパスフィルタとこれに入射する光との入射角または位置関係を検出する検出機能と、
   前記温度と前記入射角または位置関係との対応関係を記憶する機能とを備え、
   前記透過帯域調整手段は、この対応関係に基づいて、前記バンドパスフィルタを透過させる光の中心波長を調整するものである、
   光学式レーダ装置。

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