JP2016095135A - 測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像ブレにより測距装置で対象物を視準することが難しい場合がある。【解決手段】測距装置であって、光源、および、光源が発生した信号光を対象物に向かって送光する送光光学系を有する送光部と、受光素子、および、送光部の光軸と異なる光軸を有し、対象物に反射された信号光を受光して受光素子に導く受光光学系を有する受光部と、送光部および受光部の少なくとも一方の一部を、対象物に反射された信号光を受光素子で検出できる範囲で変位させることにより、送光部および受光部の対象物に対するブレを光学的に補正する補正部と、信号光が光源から受光素子まで伝播するに要した時間に基づいて対象物までの距離を測定する測距部とを備える。【選択図】図１０

Description

本発明は、測距装置に関する。

対象物に反射された信号光の伝搬時間に基づいて対象物までの距離を測定する測距装置がある（例えば、特許文献１参照）。
［特許文献１］ 国際公開第２００９／３１５５０号

測距装置で意図した対象物を視準して測距することが、像ブレにより困難になる場合がある。

本発明の一態様においては、光源、および、光源が発生した信号光を対象物に向かって送光する送光光学系を有する送光部と、受光素子、および、送光部の光軸と異なる光軸を有し、対象物に反射された信号光を受光して受光素子に導く受光光学系を有する受光部と、送光部および受光部の少なくとも一方の一部を、対象物に反射された信号光を受光素子で検出できる範囲で変位させることにより、送光部および受光部の対象物に対するブレを光学的に補正する補正部と、信号光が光源から受光素子まで伝播するに要した時間に基づいて対象物までの距離を測定する測距部とを備える測距装置が提供される。

上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

測距装置１０の模式的断面図である。 測距部５００のブロック図である。 測距装置１０の測距動作を光学的に説明する模式図である。 測距装置１０の測距動作の手順を示す流れ図である。 補正部３００のブロック図である。 補正部３００の補正動作を説明する模式図である。 補正部３００の補正動作を説明する模式図である。 受光素子４３０に形成されるスポット像を示す図である。 補正部３００の補正動作を説明する模式図である。 補正部３００の動作を説明する流れ図である。 補正部３００の他の補正動作を説明する模式図である。 測距装置１１の模式的断面図である。 補正部３０１の補正動作を説明する模式図である。 測距装置１２の模式的断面図である。 補正部３０２の補正動作を説明する模式図である。

続いて、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。下記の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせ全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、測距装置１０の模式的断面図である。測距装置１０は、視準部１００、送光部２００、補正部３００、受光部４００および測距部５００を備える。なお、以降の説明においては、測距装置１０において視準部１００が配置されている側を後側とする。また、測距装置１０において、測距の対象に対面する側を前側とする。

視準部１００は、接眼光学系１１０、レチクルプレート１２０および正立プリズム１３０を含む。また、視準部１００は、対物光学系２２０を送光部２００と、補正部材３１０を補正部３００と、それぞれ兼用する。

接眼光学系１１０の後端は、測距装置１０の後端面に露出する。接眼光学系１１０の前端は、測距装置１０の内部において正立プリズム１３０の後端に対向する。測距装置１０のユーザは、接眼光学系１１０を通じて対象物の像を視認することにより測距装置１０を視準する。

レチクルプレート１２０は、可視光に対して透明な板に印刷、食刻等により形成したレチクルを有する。レチクルは、十字線、矩形枠、円形枠等の視準指標を有する。測距装置１０のユーザは、接眼光学系１１０を通じて観察する像にレチクルの視準指標を重畳させることにより、測距装置１０を対象物に視準する。レチクルとしては、透過型液晶表示板の表示画像を用いることもできる。

正立プリズム１３０は、可視光帯域を反射して、赤外帯域を透過するダイクロイック反射面１３２と、可視光帯域に加えて赤外帯域についても高い反射率を有する全反射面１３４、１３６とを有する。正立プリズム１３０は、参照番号を付していない他の反射面も有して、入射光線により形成される倒立鏡像を正立正像に反転させる。正立プリズム１３０は、ダハプリズム、ポロプリズム等を用いて形成できる。

送光部２００は、発光部２１０および対物光学系２２０を有する。送光部２００は、ダイクロイック反射面１３２および全反射面１３４を含む正立プリズム１３０の一部を視準部１００と兼用する。また、送光部２００は、補正部材３１０を補正部３００と兼用する。

発光部２１０は、半導体レーザ等の発光素子を光源として含み、測距装置１０が測距動作をする場合にパルス状の信号光を射出する。本実施形態において、信号光は例えば赤外光である。対物光学系２２０は、測距装置１０の前端に配され、前側の端面が測距の対象となる対象物に対向する。対物光学系２２０の後側端面は、補正部材３１０を挟んで、正立プリズム１３０の前側端面に対向する。対物光学系２２０および補正部材３１０は、共に送光光学系を形成する。

なお、信号光の波長は、可視項帯域以外の他の波長、例えば紫外線であってもよい。信号光が紫外線である場合、正立プリズム１３０のダイクロイック反射面１３２は、可視光帯域を反射して、紫外帯域を透過する。また、全反射面１３４は、可視光帯域と紫外帯域とを反射する。

補正部３００は、補正部材３１０および駆動部３２０を含む。補正部材３１０は、接眼光学系１１０および対物光学系２２０が全体として形成するアフォーカル光学系の一部をなすレンズを含む。駆動部３２０は、補正部材３１０を、補正部材３１０の光軸と交差する方向に変位させる。更に、駆動部３２０は、主面が揺動する方向に補正部材３１０を揺動させてもよい。

なお、補正部材３１０としては、変位する球面レンズの他に、揺動するプリズムを用いることもできる。また、入射面または射出面を形成する部材を揺動させることにより入射面と射出面とがなす頂角を変化させることができる可変頂角プリズムを補正部材３１０として用いることもできる。駆動部３２０としては、ボイスコイルモータ、圧電モータ等を使用できる。

測距装置１０には、測距装置１０の前方に位置する対象物から放射または反射された光のうち、対物光学系２２０の見込み角の範囲内を伝播する光線Ａ_１が、対物光学系２２０を通じて入射する。光線Ａ_１は、補正部材３１０を透過して、光線Ａ_２として測距装置１０内部を後方に向かって伝播し、正立プリズム１３０、レチクルプレート１２０および接眼光学系１１０を通じて、測距装置１０の後方に光線Ａ_３として射出される。これにより、ユーザは、接眼光学系１１０を通じて、対象物の正立正像を観察できる。

ユーザが接眼光学系１１０を通じて観察する対象物の像には、レチクルプレート１２０に配されたレチクルが重畳される。よって、ユーザは、測距装置１０を変位させてレチクルを対象物に一致させることにより、測距装置１０を視準できる。

なお、接眼光学系１１０の一部として、または、接眼光学系１１０に加えて、接眼光学系１１０の焦点距離を変化させる光学部材を設けてもよい。これにより、対象物までの距離に依らず、鮮明な画像をユーザに観察させることができる。また、ユーザの視力に応じた視度補正ができる。

ユーザは、例えば、測距装置１０に設けられたボタン等のスイッチ操作により、測距装置１０に測距動作の開始を指示する。測距装置１０に対してユーザが測距を指示した場合、発光部２１０は、パルス状の信号光を光線Ｂ_１として正立プリズム１３０の図中上面に向かって射出する。正立プリズム１３０において、信号光はダイクロイック反射面１３２を透過し、全反射面１３４において反射され、光線Ｂ_２として測距装置１０内を前方に向かって伝播する。

更に、信号光は、補正部材３１０および対物光学系２２０を通じて、光線Ｂ_３として測距装置１０の前方に向かって外部に投射される。光線Ｂ_３として投射された信号光は、ユーザにより視準された測距の対象物に投射される。測距の対象物までの距離を数百メートルと想定した場合、投射される信号光の拡がりは、例えば、±０．０５°程度にする。

なお、対物光学系２２０の一部として、または、対物光学系２２０に加えて、対物光学系２２０の焦点距離を変化させる光学部材を設けてもよい。これにより、視準部１００においてより鮮明な像が観察できると共に、信号光のビーム径を絞って、測距の対象となる対象物を精度よく選択できる。

補正部材３１０は、対物光学系２２０の近傍において、測距装置１０の内部に入射した光線Ａ_２と、測距装置１０から射出される光線Ｂ_２とを透過させる。駆動部３２０により駆動されて補正部材３１０の光軸が変位した場合、光線Ａ_２、Ｂ_２各々の光路が変位し、その伝播方向が変化する。

光線Ａ_２の伝播方向が変位することにより、視準部１００を通じてユーザが観察する像は変位する。換言すれば、測距装置１０が変位した場合に補正部材３１０を適切に変位させることにより、ユーザが観察する像の変位を止めることができる。

補正部材３１０の光軸が変位した場合に光線Ｂ_２の伝播方向が変位することにより、外部に投射された信号光の光線Ｂ_３の伝播方向が変位する。よって、測距装置１０が変位した場合に補正部材３１０を適切に変位させることにより、信号光の照射対象を維持できる。

受光部４００は、対物光学系４１０、帯域透過フィルタ４２０および受光素子４３０を有して受光光学系を形成する。受光部４００の対物光学系４１０は、送光部２００の対物光学系２２０とは異なる光軸を有する。

対物光学系４１０の後方には、帯域透過フィルタ４２０および受光素子４３０が順次配される。帯域透過フィルタ４２０は、信号光を含む狭い帯域の光を透過させ、他の帯域の光を遮断または減衰させる特性を有する。受光素子４３０は、信号光の帯域に対して感度を有するフォトダイオード、フォトトランジスタ等の光電気変換素子を含む。これにより、受光素子４３０は、入射した信号光を検出して、検出した信号光に対応した電気信号を発生する。

受光部４００の対物光学系には、測距装置１０の前方に位置する対象物から放射または反射された光線Ｂ_１が入射する。光線Ｂ_１は、測距装置１０の内部を光線Ｂ_２として後方に向かって伝播し、帯域透過フィルタ４２０を通過した後、受光素子４３０に受光される。

よって、受光素子４３０は、入射した光線Ｂ_１、Ｂ_２に含まれる信号光を、高いＳＮ比で検出して電気信号を発生する。受光素子４３０が発生した電気信号は、測距部５００に入力される。

なお、信号光の検出にあたって背景光の影響を排除するという観点から、受光素子４３０の受光面積はより小さいことが好ましい。対物光学系４１０の一部として、または、対物光学系４１０に加えて、光学系の焦点距離を変化させる光学部材を設けてもよい。これにより、受光した信号光のビーム径を絞って受光素子４３０により小さなスポット光を受光させることができる。

図２は、測距装置１０における測距部５００の構造を示すブロック図である。測距部５００は、測定部５１０、測距制御部５２０および表示部５３０を有する。測定部５１０は、送光部２００が信号光を送光してから、対象物で反射された信号光を受光するまでにかかった時間を測定する。

測距制御部５２０は、測距装置１０における測距動作を総合的に制御する。測距制御部５２０の制御対象には、送光部２００の発光部２１０等も含まれる。測距制御部５２０は、測定部５１０が計測した時間に基づいて、測距装置１０と対象物との距離を算出する。測距装置１０に傾き等を検出する機能がある場合は、対象物までの水平距離、高低差等を算出してもよい。更に、測定部５１０は、気温等の環境変化により演算結果を補正してもよい。

表示部５３０は、液晶表示板等を有し、対象物までの距離等、測距制御部５２０の算出結果を、文字、画像等によりユーザに示す。表示部５３０は、測距結果の他、電池の残量、エラーメッセージ、時計等を併せて表示してもよい。

更に、表示部５３０は、ブレ検出部３４０が検出したブレの振幅または周波数が予め定めた閾値を超えた場合に、ユーザに向かって測距装置１０の保持に注意を促すメッセージを表示してもよい。これにより、補正部３００の負担を軽減して、測距装置１０の電力を節約できる。

図３は、測距装置１０の測距動作を光学的に説明する模式図である。図３は、測距装置１０から十分に離れた位置にある対象物２０を、水平状態の測距装置１０により測距する場合を示す。

なお、以降の図面においては、送光部２００から対象物２０に向かって射出される信号光の伝播方向をＹ方向と記載する。また、紙面上でＹ方向に直交する方向であって、紙面上で下から上に向かう方向をＺ方向、紙面に直交する方向のうち、紙面に対して手前から奥に向かう方向をＸ方向と記載する。また、これらＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向と反対の方向を（−Ｘ）方向、（−Ｙ）方向および（−Ｚ）方向と記載する。

測距装置１０を使用するユーザは、まず、対象物２０を視準する。反射等により対象物２０から放射される光のうち、対物光学系の見込み角の範囲内を図中（−Ｙ）方向に伝播する光線Ａ_１は、対物光学系２２０および補正部材３１０を通じて測距装置１０に入射する。入射した光線Ａ_１は、測距装置１０内を光線Ａ_２として伝播し、正立プリズム１３０、レチクルプレート１２０および接眼光学系１１０を通じて、測距装置１０の後端から図中（−Ｙ）方向に射出される。

測距装置１０を使用するユーザは、接眼光学系１１０を通じて観察する対象物２０の像にレチクルを一致させて、対象物２０を視準する。これにより、送光部２００から測距装置１０の前方に、Ｙ方向に伝播する光線Ｂ_３として投射された信号光が、対象物２０に照射される状態になる。対象物２０に信号光が投射された場合、対象物２０に反射された信号光は光線Ｃ_１として、（−Ｙ）方向に伝播する。

測距装置１０において、受光部４００の見込み角内を伝播した光線Ｃ_１の一部は対物光学系４１０から測距装置１０の内部に入射する。測距装置１０から対象物２０までの距離を数百メートルと想定した場合、対物光学系４１０の見込み角は、例えば、±０．３５°程度にすることができる。

測距装置１０内を（−Ｙ）方向に伝播した光線Ｃ_２のうち、信号光を含む帯域は、帯域透過フィルタ４２０を透過して受光素子４３０に入射する。光線Ａ_２は、受光素子４３０受光面の略中央にスポット像を形成して検出される。これにより、測距装置１０の測距部５００は、信号光の伝播時間に基づいて算出した、測距装置１０から対象物２０までの距離Ｄ_Ｌをユーザに向かって表示する。

図４は、測距装置１０における測距動作の手順の一例を示す流れ図である。スイッチの投入等、ユーザの操作による測距の指示を受けて測距が開始された場合、測距制御部５２０は、まず、発光部２１０に発光を指示する（ステップＳ１０１）。これにより、送光部２００を通じて信号光が対象物に投射される。

なお、送光部２００には、受光部４００が反射光を受光するまでの伝播時間よりも長い周期でパルス状の信号光を繰り返し投射させてもよい。これにより、何らかの理由で対象物からの反射光を受光できなかった場合があっても、即座に再試行できる。

次に、測距制御部５２０は、受光部４００が信号光を受光したか否かを調べる（ステップＳ１０２）。受光部４００が信号光を受光していた場合は（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、測定部５１０に、発光部２１０が信号光を射出してから受光素子４３０が信号光を検出するまでにかかった時間を計測させ（ステップＳ１０３）、続いて、信号光の伝播距離を算出させる（ステップＳ１０４）。

更に、測距制御部５２０は、測定部５１０が算出した距離を、表示部５３０に表示させる（ステップＳ１０５）。なお、測定部５１０は、ステップＳ１０４において、測距装置１０の傾き等を検出して、計測に基づく算出結果を水平距離、高低差等に換算する場合もある。

一方、ステップＳ１０２において、受光部４００が信号光を受光できなかった場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、測距制御部５２０は、発光部２１０に発光を指示した回数をインクリメントし（ステップＳ１０６）、続いて、当該回数が予め定められた回数に達しているか否かを調べる（ステップＳ１０７）。

ここで、測距の試行回数が既定の回数に達したことが判った場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、測距制御部５２０は、測距動作を中止させ、表示部５３０に測距できない旨を表示させる。一方、測距の試行回数が既定の回数に達していないことが判った場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、測距制御部５２０は、再び、ステップＳ１０１からの一連の測距動作を繰り返す。こうして、測距装置１０は、高い確率で測距動作を完遂できる。

図５は、補正部３００の構造を示すブロック図である。補正部３００は、補正部材３１０および駆動部３２０に加えて、ブレ検出部３４０および補正制御部３３０を有する。

ブレ検出部３４０は、検出方向が互いに交差する複数の角速度センサ等を備える。複数の角速度センサは、例えば、測距装置１０のピッチングおよびヨーイングを検出する方向に配される。角速度センサの各々は、測距装置１０が変位した場合に、変位の方向と変位量とに対応した信号を出力する。

補正制御部３３０は、ブレ検出部３４０の出力を周期的に参照して、測距装置１０の変位に起因して視準部１００で生じる像ブレを打ち消す補正部材３１０の変位方向および変位量を算出する。また、補正制御部３３０は、算出した変位方向および変位量を駆動部３２０に伝えて、補正部材３１０を駆動させる。

駆動部３２０は、補正制御部３３０から受けた指令に基づいて、補正部材３１０を光軸と交差する方向に変位させる。これにより、視準部１００における像ブレが抑制されると共に、信号光が対象物から逸れることが防止される。

更に、補正制御部３３０は、補正部材３１０から変位量を取得して、補正部材３１０の駆動量を帰還制御する。これにより、衝撃、振動等の外乱が加わった場合であっても、補正部材３１０の位置を精度よく制御できる。

なお、補正部３００は、常時補正動作をしてもよいが、ユーザが測距装置１０を使用している期間に限って補正動作を実行してもよい。ユーザが測距装置１０を使用していることは、例えば、接眼光学系１１０を覗くユーザの目を検出して、補正部３００をオン／オフしてもよい。また、ユーザがスイッチ等を操作することにより補正部３００が動作を開始するようにしてもよい。更に、予め定められた時間を超えてユーザの操作が無い場合に補正部３００の動作を停止させてもよい。

図６は、測距装置１０における補正部３００の補正動作を光学的に説明する模式図である。測距装置１０は、図５に示した状態から、図中時計回りに回転して、水平面Ｈに対して角度（＋θ_０）をなす傾きを生じている。これにより、測距装置１０の前端はＺ方向に変位し、対物光学系２２０の光軸は、対象物２０の図中上方を指す。

補正部３００においては、ブレ検出部３４０が測距装置１０の回転を検出して、駆動部３２０により補正部材３１０をＺ方向に変位させる。これにより、対象物２０から測距装置１０に向かって、（−Ｙ）方向に水平に伝播した光線Ａ_１は、測距装置１０の傾きと同じ傾きを有する光線Ａ_２として、測距装置１０の内部を伝播する。よって、接眼光学系１１０に形成される対象物２０の像は変位しない。

また、測距装置１０の内部において測距装置１０と共に傾斜した信号光の光線Ｂ_２の光路は、補正部材３１０により水平に補正される。これにより、測距装置１０から射出されてＹ方向に伝播する信号光の光線Ｂ_３は、依然として対象物２０に投射される。

対象物２０に投射された信号光は、対象物２０により反射される。反射された信号光のうち、受光部４００の見込み角に含まれる光線Ｃ_１は、受光部４００から測距装置１０に入射し、光線Ｃ_２して（−Ｙ）方向に伝播する。光線Ｃ_２は、やがて受光素子４３０に検出され、測距部５００は、信号光の伝播時間に基づいて算出した距離Ｄ_Ｌをユーザに向かって表示する。

図７は、測距装置１０における補正部３００の他の補正動作を光学的に説明する模式図である。測距装置１０は、図５に示した状態から、図中反時計回りに回転して、水平面Ｈに対して角度（−θ_０）をなす傾きを生じている。これにより、測距装置１０の前端は（−Ｚ）方向に変位し、対物光学系２２０の光軸は、対象物２０の図中下方を指す。

補正部３００においては、ブレ検出部３４０が測距装置１０の回転を検出して、駆動部３２０により補正部材３１０を（−Ｚ）方向に変位させる。これにより、対象物２０から測距装置１０に向かって、（−Ｙ）方向に水平に伝播した光線Ａ_１は、測距装置１０の傾きと同じ傾きを有する光線Ａ_２として、測距装置１０の内部を伝播する。よって、接眼光学系１１０に形成される対象物２０の像は変位しない。

また、測距装置１０の内部において測距装置１０と共に傾斜した信号光の光線Ｂ_２の光路は、補正部材３１０により水平に補正される。これにより、測距装置１０から射出されてＹ方向に伝播する信号光の光線Ｂ_３は、依然として対象物２０に投射される。

対象物２０に投射された信号光は、対象物２０により反射される。反射された信号光のうち、受光部４００の見込み角に含まれる光線Ｃ_１は、受光部４００から測距装置１０に入射し、光線Ｃ_２して（−Ｙ）方向に伝播する。光線Ｃ_２は、やがて受光素子４３０に検出され、測距部５００は、信号光の伝播時間に基づいて算出した距離Ｄ_Ｌをユーザに向かって表示する。

このように、測距装置１０においては、測距装置１０が水平面Ｈに対して上向きまたは下向きに変位した場合も、測距装置１０内部を伝播する光線Ａ_２の光路が補正部３００により補正され、視準部１００からユーザが観察する対象物２０の像が変位しない。また、送光部２００が対象物２０に向かって投射する信号光の光線Ｂ_３の光路も水平に補正されて対象物２０に投射され続ける。よって、ユーザの手振れ等による変位が生じても、対象物２０を容易に視準して測距を実行できる。

図８は、受光素子４３０に形成される信号光のスポット像を模式的に示す図である。図５を参照して説明したように、測距装置１０が水平状態の場合、対象物２０により反射された信号光が受光素子４３０の受光領域４３１に形成するスポット像４３２は、受光領域４３１の略中央に位置する。

ここで、測距装置１０が、図６に示したように上向きに変位した場合、対象物２０に投射される信号光の光線Ｂ_３の光路は依然として水平に保たれる。よって、受光素子４３０に入射する光線Ｃ_２も、光線Ｂ_３の水平な光路を反映して、測距装置１０内を略水平に伝播する。

しかしながら、光線Ｃ_２を受光する受光素子４３０は、測距装置１０の傾きに伴って下方に変位している。このため、光線Ｃ_２は、受光素子４３０の受光領域４３１において上端側の偏った位置にスポット像４３４を形成する。

また、測距装置１０が、図７に示したように下向きに変位した場合も、受光素子４３０に入射する光線Ｃ_２は、測距装置１０内を略水平に伝播する。しかしながら、光線Ｃ_２を受光する受光素子４３０は、測距装置１０の傾きに伴って上方に変位している。このため、光線Ｃ_２は、受光素子４３０の受光領域４３１において下端側の偏った位置にスポット像４３６を形成する。

このように、補正部３００が補正動作をした場合は、受光素子４３０において信号光がスポット像を形成する位置が変化する。測距装置１０においては、補正部３００による補正の範囲が、受光素子４３０が信号光を検出できる範囲に制限される。これにより、補正部３００が動作した場合も、測距装置１０は測距動作を実行できる状態が継続される。

補正範囲は、例えば、補正部材３１０の変位量を規制することにより制限できる。補正部材３１０の変位量は、補正制御部３３０が発生する駆動部３２０の指令の範囲を規制してもよい。また、駆動部３２０または補正部材３１０に、機械的または電気的な制限を設けてもよい。

なお、補正部３００において、補正制御部３３０は、ブレ検出部３４０が検出する検出結果に制限を加える処理を実行してもよい。例えば、測距装置１０の用途に応じて高い検出精度が求められる場合は、ブレ検出部３４０が検出するブレの大きさを制限して、ブレ検出部３４０のリソースを検出の分解能に振り向けてもよい。この場合、ブレ検出部３４０は、予め定められた範囲を越えるブレ量を検出しない。

また、より大きなブレを検出する目的で、補正制御部３３０は、ブレを検出する場合のブレ検出部３４０の分解能を低くしてもよい。更に、補正制御部３３０は、検出するブレ量が小さい範囲ではブレ検出部３４０の分解能を高くし、検出するブレ量が大きくなるに連れてブレ検出部３４０の分解能を低くするように制限してもよい。

また、補正制御部３３０は、信号光のスポット像４３４が受光領域４３１の中央に形成される場合の補正部材３１０の位置を、補正部材３１０の初期位置として補正動作を開始してもよい。これにより、受光領域４３１の全面を利用して、補正部３００が広い補正範囲で補正動作を実行できる。

更に、上記の例では、測距装置１０がＺ／−Ｚ方向に振れた場合について説明した。しかしながら、駆動部３２０は、補正部材３１０を紙面に対して垂直なＸ／−Ｘ方向に変位させるアクチュエータも備えている。これにより、補正部３００は、測距装置１０のＸ／−Ｘ方向のブレも補正できる。

また更に、Ｚ／−Ｚ方向の補正とＸ／−Ｘ方向の補正とを組み合わせることにより、測距装置１０のあらゆる方向への変位を補正できる。また更に、補正部３００は、補正部材３１０を揺動させる他の駆動部を設けて、補正部材３１０を揺動させることにより補正を実行してもよい。

受光素子４３０の受光領域４３１の形状が矩形に限られないことはもちろんである。むしろ、補正部３００による補正範囲が受光領域４３１の形状に既定されることを考慮すると、受光領域４３１の形状は、中心から縁部までの間隔が均一な円形であってもよい。これにより、補正部３００による補正範囲を、全包囲について等しくできる。また、受光素子４３０の前に正の屈折率を有する光学部材を設けて、信号光の光線Ｃ_２を受光素子４３０に集光してもよい。

図９は、測距装置１０における補正部３００の他の補正動作を説明する模式図である。測距装置１０は、図８に示した状態から更に図中反時計回りに回転して、水平面Ｈに対してより大きな角度（−θ_１）をなす傾きを生じている。これにより、測距装置１０の前端は（−Ｚ）方向に変位し、対物光学系２２０の光軸は対象物２０の図中下方を指す。

補正部３００においては、ブレ検出部３４０が測距装置１０の回転を検出して、駆動部３２０により補正部材３１０を（−Ｚ）方向に変位させる。これにより、対象物２０から測距装置１０に向かって、（−Ｙ）方向に水平に伝播する光線Ａ_１は、測距装置１０の傾きと同じ側に傾けられる。しかしながら、測距装置１０の傾きが大きくなると、受光素子４３０において信号光が形成するスポット像の位置が受光領域４３１の端に到達する。

測距装置１０における補正部３００は、受光素子４３０が信号光を受光する範囲において補正動作を実行する。よって、信号光のスポット像が受光領域４３１の端部に達した段階で、補正部材３１０の変位を停止する。よって、接眼光学系１１０に形成される対象物２０の像が上方に変位する。また、これに伴って、光線Ｂ_３として投射される信号光の投射位置も、対象物２０に対して下方に変位する。

これにより、受光素子４３０は、対象物２０の異なる位置、または、異なる対象物２０により反射された信号光を受光し続けて測距可能な状態を継続する。このように、測距装置１０は、補正部３００を備えるが故に、大きな変位が生じた場合も測距機能を維持し続ける。

なお、測距制御部５２０は、測定部５１０が算出した補正量が補正部材３１０の移動範囲を超えた場合に、表示部５３０を通じてその旨を外部に通知してもよい。これにより、測距装置１０の安定な保持をユーザに促して、補正部３００の負担を軽減できる。

図１０は、上記のような補正部３００の動作を制御する補正制御部３３０の制御手順を示す流れ図である。補正部３００が補正動作を開始すると、補正制御部３３０は、ブレ検出部３４０が測距装置１０のブレを検出したか否かを調べる（ステップＳ２０１）。

補正部３００が動作を開始すると、補正制御部３３０は、ブレ検出部３４０がブレを検出したか否かを監視して（ステップＳ２０１）待機する（ステップＳ２０１：ＮＯ）。ブレ検出部３４０により測距装置１０のブレが検出されると（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、補正制御部３３０は、検出されたブレを打ち消すことができる補正部材３１０の駆動量、即ち補正量を算出する（ステップＳ２０２）。

次に、補正制御部３３０は、算出された補正量に基づいて補正部材３１０を変位させた場合に、補正部材３１０が補正限界を越えて変位しないかを調べる（ステップＳ２０３）。補正限界は、信号光が受光部４００において形成するスポット像４３２、４３４、４３６が補正部材３１０の移動により移動した場合に、受光素子４３０の受光領域からはずれてしまう限界を意味する。

なお、補正限界は、スポット像４３２、４３４、４３６が受光素子４３０の受光領域から完全に外に出る限界ではなく、スポット像の一部が受光領域内に残っている位置に定めてもよい。これにより、補正部材３１０が補正限界に達した段階では、受光素子４３０が依然として信号光を受光しており、測距可能で状態が継続される。

また、補正制御部３３０が参照する補正限界は、予め定められた値を補正制御部３３０に保持させておいてもよい。また、補正制御部３３０が参照できる格納部に補正限界の値を格納しておいてもよい。

ステップＳ２０３において、算出された補正量により補正部材３１０を移動させても補正限界内にとどまることが判った場合、（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、補正制御部３３０は、算出され補正量に従って補正部材３１０を変位させる指令を駆動部３２０に発信する（ステップＳ２０４）。これにより、ブレ検出部３４０により検出されたブレは補正部材３１０により補正され、接眼光学系１１０を通じて観察される対象物２０の像に像ブレが防止される。

また、送光部２００から射出された信号光も、当初視準した対象物２０から逸れない。更に、対象物２０において反射された信号光が受光素子４３０に受光される状態が維持されているので、測距部５００は、測距装置１０から対象物２０までの距離を測距できる状態が継続される。

一方、ステップＳ２０３において、算出された補正量が、補正限界を越えて補正部材３１０を移動させるものであった場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、補正制御部３３０は、補正部材３１０によるブレ補正を中止して、補正部材３１０を初期位置に復帰させる（ステップＳ２０５）。これにより、視準部１００において対象物２０の像ブレが生じると共に、信号光が対象物２０以外のものに投射される場合がある。しかしながら、測距装置１０が測距を実行できる状態は維持される。

次に、補正制御部３３０は、測距装置１０のブレをブレ検出部３４０が周期的に検出する場合の時間間隔を調整する（ステップＳ２０６）。即ち、ステップＳ２０１からステップＳ２０４までの一連の補正動作により補正部３００が測距装置１０のブレを補正できている場合は、例えば、ブレの検出間隔をより長くしてステップＳ２０２からステップＳ２０４までの補正動作の回数を削減してもよい。これにより、補正部３００による電力消費を抑制できる。

また、ステップＳ２０１からステップＳ２０５までの動作により補正部３００の継続的な補正動作が中断した場合、例えば、ブレの検出間隔をより短くしてステップＳ２０２からステップＳ２０３までの単位時間当たりの補正動作の回数を増加してもよい。これにより、補正量が補正限界に達する前に、有効な補正動作を完遂できる可能性を高くすることができる。なお、ステップＳ２０６における間隔の調整が、補正間隔を変更しない場合も含むことはもちろんである。

次に、補正制御部３３０は、補正部３００に補正動作を実行させる指示が依然として有効か否かを調べる（ステップＳ２０７）。その結果、補正動作の指示が依然として有効な場合（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、補正制御部３３０は、再びステップＳ２０１に戻って、ブレ検出部３４０がブレを検出したか否かを監視する。ステップＳ２０７において、補正動作の指示が無効になっていることが判った場合は（ステップＳ２０７：ＮＯ）、補正制御部３３０は補正部３００の動作を終了させる。

なお、上記の例において、ステップＳ２０３の補正部３００は、予め用意された値を参照して補正限界を判断している。しかしながら、例えば、受光素子４３０としてイメージセンサを用い、信号光のスポット像の位置が受光領域４３１の縁に近づいた場合に駆動部３２０の動作を制限してもよい。これにより、受光素子４３０による信号光の受光強度を低下させることなく補正限界を自動検出できる。

図１１は、補正部３００による他の補正動作を説明する模式図である。図１１において、測距装置１０は、図５に示した状態と同様に水平状態にある。一方、対象物２０が測距装置１０に接近しており、測距装置１０の送光部２００と受光部４００との間には無視できない視差が生じている。

一方、上記のように、補正部３００は、補正限界を越えない範囲で補正部材３１０を変位させることができる。そこで、補正部材３１０を変位させることにより、対象物２０に向かってＹ方向に投射する信号光の光線Ｂ_３における光路の向きを変化させ、送光部２００と受光部４００との視差に起因する信号光の受光強度を補うことができる。

即ち、測距装置１０から対象物２０までの距離Ｄ_Ｓが短い場合に、例えば、スイッチ操作等によりユーザが測距範囲を切り換える指示をして、光線Ｂ_３の光路を（−Ｚ）方向に変位させる。これにより、送光部２００と受光部４００との間の視差を緩和して受光素子４３０における信号光の受光効率を向上させることができる。

このように距離に応じて補正部材３１０を変位させる場合、測定対象が測距装置１０に近づくほど、補正部材３１０の変位量が大きくなる。よって、補正制御部３３０は、予め定められた閾値を超えて対象物２０が測距装置１０に接近した場合に、補正制御部３３０は、補正部材３１０の変位量を大きくしてもよい。

また、信号光の光線Ｂ_３の光路を補正部３００で変更することにより、信号光が受光素子４３０に確実に受光されるので、受光素子４３０の受光領域４３１の面積を小さくすることができる。これにより、信号光のＳＮ比を大きくすると共に、受光素子４３０の部品コストを低減できる。

なお、対象物２０までの距離に応じた補正を開始する前に、信号光のスポット像４３４が受光領域４３１の中央に形成される位置に補正部材３１０を移動させておくことが好ましい。これにより、受光素子４３０の受光領域４３１全面を利用して、広い補正範囲で補正動作を実行できる。

図１２は、他の補正部３０１を備えた測距装置１１の模式的断面図である。測距装置１１は、次に説明する補正部３０１の構造を除くと、図１に示した測距装置１０と同じ構造を有する。そこで、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

測距装置１１の補正部３０１は、送光部２００に配された補正部材３１０および駆動部３２０に加えて、受光部４００に配された補正部材３１２および駆動部３２２を有する。受光部４００の補正部材３１２は、受光部４００に含まれるアフォーカル光学系の一部をなすレンズを含む。

補正制御部３３０の制御の下に、駆動部３２２は、補正部材３１２を、補正部材３１２の光軸と交差する方向に変位させる。これにより、測距装置１０内を（−Ｙ）方向に伝播する光線Ｃ_２の光路を変化させ、受光素子４３０において信号光のスポット像が形成される位置を変化させることができる。

補正部３０１において、駆動部３２２は、駆動部３２０を制御する補正制御部３３０により共通に制御されてもよい。これにより、補正部材３１２を補正部材３１０と同期して変位させることができる。ここで、「同期して変位させる」とは、一対の補正部材３１０、３１２を同時に移動させることを意味すると共に、補正部材３１０、３１２の移動により生じる光路の変化も対応していることを意味する。

なお、補補正部材３１２としては、球面レンズまたはプリズムを用いることができる。また、入射面と射出面とがなす角度を変化させることができる可変頂角プリズムを用いることもできる。

図１３は、補正部３０１の補正動作を説明する模式図である。測距装置１０は、図５に示した状態から、図中時計回りに回転して、水平面Ｈに対して角度（＋θ_０）をなす傾きを生じている。これにより、測距装置１０の前端はＺ方向に変位し、対物光学系２２０の光軸は、対象物２０の図中上方を指す。

補正部３０１においては、ブレ検出部３４０が測距装置１０の回転を検出して、駆動部３２０により補正部材３１０をＺ方向に変位させる。これにより、対象物２０から測距装置１０に向かって、（−Ｙ）方向に水平に伝播した光線Ａ_１は、測距装置１０の傾きと同じ傾きを有する光線Ａ_２として、測距装置１０の内部を伝播する。よって、接眼光学系１１０に形成される対象物２０の像は変位しない。

また、測距装置１０の内部において測距装置１０と共に傾斜した信号光の光線Ｂ_２の光路は、補正部材３１０により水平に補正される。これにより、測距装置１０から射出されてＹ方向に伝播する信号光の光線Ｂ_３は、依然として対象物２０に投射される。

対象物２０に投射された信号光は、対象物２０により反射され、その一部が光線Ｃ_１として受光部４００に入射し、補正部材３１２により伝播光路を補正された後、光線Ｃ_２として測距装置１０内を伝播する。補正された光線Ｃ_２の光路は、視準部１００における光線Ａ_２および送光部２００における光線Ｂ_２と平行であり、光線Ｂ_２は、受光素子４３０の受光領域４３１の略中心にスポット像を形成する。これにより、測距部５００は、信号光の伝播時間に基づいて算出した距離をユーザに向かって表示する。

このように、測距装置１１においては、受光部４００における光線Ｃ_２の伝播光路が、補正部３０１による補正で、視準部１００における光線Ａ_２および送光部２００における光線Ｂ_２と平行に補正される。よって、補正部材３１０により視準部１００の像の変位が補正されるのと同様に、また、送光部２００における信号光の投射方向が補正されるのと同様に、受光部４００においては、受光素子４３０における信号光のスポット像の位置が補正される。よって、受光素子４３０による信号光の受光範囲により補正部３０１の補正範囲が制限を受けることがない。

なお、上記の例では、送光部２００の補正部材３１０と受光部４００の補正部材３１２とを同期して変位させた例を示した。しかしながら、補正部材３１０、３１２を同期させずに、個別に制御してもよい。即ち、例えば、当初は補正部材３１０により補正動作をして、信号光のスポット像が受光素子４３０の受光範囲の端まで到達した場合に、受光部４００の補正部材３１２を駆動してもよい。これにより、実効的には、上記の例と同じ補正範囲が達成できると共に、一方の補正部材３１２の変位を削減した分、電力を節約することができる。

図１４は、他の補正部３０２を備えた測距装置１２の模式的断面図である。測距装置１２は、次に説明する補正部３０２の構造を除くと、図１に示した測距装置１０および図１２に示した測距装置１１と同じ構造を有する。そこで、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

測距装置１２の補正部３０２は、視準部１００および送光部２００に補正部材３１０を備えておらず、受光部４００に配された補正部材３１２と駆動部３２２とを有する。補正部材３１２は、受光部４００に含まれるアフォーカル光学系の一部をなすレンズを含む。

駆動部３２２は、補正部材３１２を、補正部材３１２の光軸と交差する方向に変位させる。これにより、測距装置１０内を（−Ｙ）方向に伝播する光線Ｃ_２の光路を変化させ、受光素子４３０において信号光のスポット像が形成される位置を変化させることができる。駆動部３２２は、ブレ検出部３４０の出力を参照する補正制御部３３０により制御される。

なお、補補正部材３１２としては、球面レンズまたはプリズムを用いることができる。また、入射面と射出面とがなす角度を変化させることができる可変頂角プリズムを用いることもできる。

図１５は、補正部３０２の補正動作を説明する模式図である。測距装置１２は、図５に示した状態と同様に水平状態にある。一方、対象物２０が測距装置１０に接近しており、測距装置１０の送光部２００と受光部４００との間には無視できない視差が生じている。

そこで、例えば、スイッチ操作等によりユーザが測距範囲を切り換える指示をする。これにより、補正部３０２は、補正部材３１２を変位させて、対象物２０により反射されて対物光学系４１０から入射した信号光Ｃ_１の光路の向きを変化させることができる。よって、測距装置１２から対象物２０までの距離Ｄ_Ｓが短い場合には、測距装置１２の内部を伝播する光線Ｃ_２の光路をＺ方向に変位させることにより、送光部２００と受光部４００との間の視差を緩和して、受光素子４３０における信号光の受光効率を向上させることができる。

換言すれば、補正部材３１２により、信号光が受光素子４３０に受光されるように、光線Ｃ_２の光路を変更できるので、実装する受光素子４３０の受光領域４３１の面積を小さくすることができる。これにより、信号光のＳＮ比を大きくすると共に、受光素子４３０の部品コストを低減できる。

上記のように、補正部３００は、対象物２０までの距離が短い場合に視差補正する用途にも利用できる。更に、手振れ等による測距装置１０の変位の補正と、対象物２０の位置による視差の補正とを両方併せて実行してもよい。

また、対象物２０までの距離に応じた補正を開始する前に、信号光のスポット像４３４が受光領域４３１の中央に形成される位置に補正部材３１０を移動させておくことが好ましい。これにより、受光素子４３０の受光領域４３１全面を利用して、広い補正範囲で補正動作を実行できる。

なお、上記の一連の測距装置１０、１１、１２において、補正部３００、３０１、３０２による補正動作を、測距装置１０の状態に応じて変更してもよい。即ち、例えば、ユーザが対象物２０を視準している期間は、補正の範囲を大きくして対象物２０を補足しやすくしてもよい。

一方、測距部５００が測距動作を開始した場合、送光部２００と受光部４００との光学条件の相違を抑制する目的で、補正動作を一時的に抑制または停止してもよい。１回の測距動作に要する時間は短いので、測距動作の実行に応じて補正動作を中断しても、視準部１００においてユーザが観察する像に及ぼす影響は小さい。

また、測距装置１０の変位が生じる原因のひとつにユーザの手振れがある。しかしながら、手振れには様々なパターンがあり、単一の補正アルゴリズムが常に有効であるとは限らない。そこで、補正制御部３３０が実行する補正アルゴリズムを複数用意して、ブレ検出部３４０が検出したブレのパターンに応じて補正アルゴリズムを切り換えてもよい。

より具体的には、ブレ検出部３４０が検出したブレの振幅および周波数の少なくとも一方が予め定められた閾値を超えた場合に、補正制御部３３０が実行する補正アルゴリズムを切り換えてもよい。より具体的には、測距時間および消費電力等の抑制等を重視して、補正部３００による補正範囲を狭くした動作モードを設けてもよい。

逆に、測距装置１０の操作に習熟していないユーザを想定して、補正範囲をできるだけ広くすると共に、補正限界に達した場合に、ユーザの慎重な操作を示唆するメッセージを表示する動作モードを設けてもよい。動作モードは、ユーザの選択に応じて切り換えてもよいし、補正制御部３３０、測距制御部５２０等が判断して自動で切り換えてもよい。

更に、ステップＳ２０１において、ブレが検出されない期間が予め定めた時間を越えて継続した場合に、補正部３００または測距装置１０全体を、電力消費を抑制する状態に移行させてもよい。

更に、上記の例では、補正部材３１０、３１２を、対物光学系２２０、４１０に設けた。しかしながら、例えば、正立プリズム１３０の一部または全部を、補正部材３１０として用いることもできる。また、接眼光学系１１０の一部を補正部材３１０として利用することもできる。更に、視準部１００に、液晶表示板等を用いた場合には、電子的な補正部材も用い得る。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０、１１、１２ 測距装置、２０ 対象物、１００ 視準部、１１０ 接眼光学系、１２０ レチクルプレート、１３０ 正立プリズム、１３２ ダイクロイック反射面、１３４、１３６ 全反射面、２００ 送光部、２１０ 発光部、２２０、４１０ 対物光学系、３００、３０１、３０２ 補正部、３１０、３１２ 補正部材、３２０、３２２ 駆動部、３３０ 補正制御部、３４０ ブレ検出部、４００ 受光部、４２０ 帯域透過フィルタ、４３０ 受光素子、４３１ 受光領域、４３２、４３４、４３６ スポット像、５００ 測距部、５１０ 測定部、５２０ 測距制御部、５３０ 表示部

Claims (10)

1. 光源、および、前記光源が発生した信号光を対象物に向かって送光する送光光学系を有する送光部と、
   受光素子、および、前記送光部の光軸と異なる光軸を有し、前記対象物に反射された前記信号光を受光して前記受光素子に導く受光光学系を有する受光部と、
   前記送光部および前記受光部の少なくとも一方の一部を、前記対象物に反射された前記信号光を前記受光素子で検出できる範囲で変位させることにより、前記送光部および前記受光部の前記対象物に対するブレを光学的に補正する補正部と、
   前記信号光が前記光源から前記受光素子まで伝播するに要した時間に基づいて前記対象物までの距離を測定する測距部と
   を備える測距装置。
2. 前記補正部は、予め定められた移動範囲内で前記一部を変位させて前記ブレを補正する請求項１に記載の測距装置。
3. 前記補正部は、前記ブレの振幅および周波数の少なくとも一方が予め定められた閾値を超えた場合に、前記一部をより大きく変位させる請求項１または請求項２に記載の測距装置。
4. 前記補正部は、前記対象物までの距離が予め定められた閾値よりも近い場合に、前記一部をより大きく変位させる請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の測距装置。
5. 前記補正部は、前記一部を最大限に変位させても前記ブレを補正できない場合に、外部に向かってその旨を通知する請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の測距装置。
6. 前記対象物を目視させて前記送光部を視準する視準部を更に備え、
   前記補正部は、前記視準部の前記対象物に対するブレを、前記送光部および前記受光部の前記対象物に対するブレよりも広い範囲で補正する請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の測距装置。
7. 前記補正部は、前記送光部において前記ブレを補正する送光補正部と、前記受光部において前記ブレを補正する受光補正部とを有する請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の測距装置。
8. 前記送光補正部および前記受光補正部は、前記送光部の一部と、前記受光部の一部とを同期して変位させることにより、前記ブレを補正する請求項７に記載の測距装置。
9. 前記受光補正部は、前記送光補正部における前記ブレの補正量が予め定めた閾値に達した場合に、前記ブレを補正する請求項７に記載の測距装置。
10. 前記補正部は、前記送光部における光軸上の前記信号光を、前記受光素子の受光領域の中央に受光させた後に、前記補正を開始する請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の測距装置。

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