JP6480943B2 - 距離検出装置、光学機器および距離検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、測距計および測距方法に関する。

従来、パルスレーザを照射し、その走光時間から物体の距離を算出する測距計が知られている。測距計のうち、手振れ補正機能を有するものがある。
［特許文献１］ 特開２００４−１０１３４２

手振れ補正機能において、視準光学系を補正するにも関わらず送受信部の光学系を補正しないと、視準の対象物と測距の対象物とが異なるという不具合がある。一方、視準光学系に加えて送受信部の光学系も補正すると装置が大型化するという課題がある。

本発明の第１の態様における測距計は、対象物を視準して視準対象の光学像を形成し、光学像の像振れを補正するために駆動される補正部材をその光路上に含む視準光学系と、視準光学系に加わる振れ量に基づいて補正部材を駆動する駆動部と、測定光を視準対象に出射する送光部と、視準対象からの戻り光を受光して受光信号を出力する受光部と、測定光が出射されたタイミングと、受光部が戻り光を受光したタイミングとに基づいて視準対象までの距離を演算する距離演算部と、補正部材の駆動に応じて、送光部、受光部および距離演算部の少なくともいずれかを制御する制御部とを備える。

本発明の第２の態様における測距方法は、対象物を視準して視準対象の光学像を形成し、光学像の像振れを補正するために駆動される補正部材をその光路上に含む視準光学系に加わる振れ量に基づいて、補正部材を駆動する駆動ステップと、測定光を視準対象に出射する送光ステップと、視準対象からの戻り光を受光して受光信号を出力する受光ステップと、測定光が出射されたタイミングと、受光ステップで戻り光を受光したタイミングとに基づいて、視準対象までの距離を演算する距離演算ステップと、駆動ステップの補正部材の駆動に応じて、送光ステップ、受光ステップおよび距離演算ステップのいずれかを制御する制御ステップとを備える。

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

第１実施形態における測距計１０のブロック図である。 第１実施形態における測距計１０の測距実行範囲の一例を示す図である。 第１実施形態における制御部６００による制御動作を説明する模式図である。 第１実施形態における制御部６００による制御動作を説明するフロー図である。 制御部６００による別の制御動作を説明する模式図である。 制御部６００による別の制御動作を説明するフロー図である。 制御部６００による別の制御動作を説明する模式図である。 制御部６００による別の制御動作を説明するフロー図である。 第２実施形態における測距計１１のブロック図である。 第２実施形態における測距計１１の測距実行範囲の一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの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、第１実施形態における測距計１０のブロック図である。測距計１０は、送光部１００、受光部２００、視準光学系３００、補正部４００、制御部６００、記憶部７００、距離演算部８００および測距ボタン９００を備える。

送光部１００は、測定光を視準対象に出射する。送光部１００は、対物レンズ１１０、補正レンズ４１０、正立プリズム１２０および発光部１３０を有する。以降の説明においては、測距計１０において送光部１００が測定光を出射する方向、すなわち図中の光線Ｂ_３の矢印方向を前方と呼ぶ。

発光部１３０は、単位時間当たり予め定められた個数のパルス状の測定光を出射する。なお、以後の説明において、パルス状の測定光をパルス光と呼ぶ場合がある。この場合に、発光部１３０は、例えば、毎秒数百から数千個のパルス光を測定光として出射する。発光部１３０の一例は、赤外線を発振する半導体レーザである。以下、発光部１３０は赤外域の測定光を出射する例を用いて説明する。

正立プリズム１２０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１２２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１２４、１２６とを有する。正立プリズム１２０において、測定光はダイクロイック反射面１２２を透過し、全反射面１２４において反射され、光線Ｂ_２として測距計１０内を前方に向かって伝播する。さらに、正立プリズム１２０は、ダイクロイック反射面１２２、全反射面１２４、１２６および他の反射面を用いて、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１２０の例は、ダハプリズム、ポロプリズム等である。

対物レンズ１１０は、測距計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。対物レンズ１１０の後側端面は、補正レンズ４１０を挟んで、正立プリズム１２０の前側端面に対向する。

受光部２００は、視準対象からの戻り光を受光して電気信号に変換した受光信号を出力する。受光部２００は、送光部１００および視準光学系３００とは別個の光学系である、受光レンズ２１０、帯域透過フィルター２２０および受光素子２３０を含む。これにより、受光部２００は、送光部１００および視準光学系３００とは異なる光軸を有する。

受光レンズ２１０の後方には、帯域透過フィルター２２０および受光素子２３０が順次配される。帯域透過フィルター２２０は、測定光を含む狭い波長帯域の光を透過し、他の波長帯域の光を遮断または減衰させる。受光素子２３０の例は、測定光の波長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である。測定光に対して背景光の影響を排除するという観点から、受光素子２３０の受光面積はより小さいことが好ましい。

上記受光部２００において、受光レンズ２１０には、測距計１０の前方に位置する対象物から反射または散乱された光線Ｃ_１が入射する。光線Ｃ_１は、受光レンズ２１０で集光されて光線Ｃ_２として後方に向かって伝播し、帯域透過フィルター２２０を通過した後、受光素子２３０に受光される。

受光素子２３０は、受光した光信号を強度に対応した電気信号に変換して出力する。受光素子２３０から出力された当該電気信号は、受信回路部５００へ出力される。

受信回路部５００は、増幅器、二値化回路、サンプリング回路、カウンタ回路、発振器などを含む。受光素子２３０からの電気信号は、増幅器で増幅処理され、二値化回路にて予め定められた閾値にしたがって二値化信号に変換されて、サンプリング回路に出力される。サンプリング回路には、発振器から特定の周波数のサンプリングクロックが入力される。また、サンプリング回路には、カウンタ回路からカウント値が入力される。サンプリング回路は、入力された二値化信号のデジタルサンプリングを行い、サンプリングクロックに同期した受光信号を生成し、当該受光信号を記憶部７００に記憶する。なお、当該カウント値は、発光部１３０からパルス光が出射されるタイミングで、制御部６００によりリセットされる。

視準光学系３００は、対象物を視準して視準対象の光学像を形成する。視準光学系３００はレチクルプレート３２０および接眼レンズ３１０を有する。視準光学系３００はさらに、対物レンズ１１０と補正レンズ４１０および正立プリズム１２０を送光部１００と共有する。これにより、送光部１００と視準光学系３００とは見かけの光軸が一致する。ユーザは、視準光学系３００を通して前方を観察して対象物に対して視準を定める。

レチクルプレート３２０は、送光部１００の対物レンズ１１０の焦点位置に配置される。接眼レンズ３１０の前端は、測距計１０の内部においてレチクルプレート３２０の後端に対向する。レチクルプレート３２０は、視準指標および表示部を有する。視準指標の形状の例は、十字線、矩形枠、円形枠等である。表示部は、透過型の液晶等を用いて、対象物までの距離の計測結果を、文字、画像等によりユーザに示す。

視準光学系３００には、測距計１０の前方に位置する対象物から反射または散乱された光のうち、対物レンズ１１０の見込み角の範囲内を伝播する光線Ａ_１が入射する。光線Ａ_１は、対物レンズ１１０で光線Ａ_２として集光し、正立プリズム１２０、レチクルプレート３２０および接眼レンズ３１０を通じて、測距計１０の後方に光線Ａ_３として出射される。これにより、ユーザは、接眼レンズ３１０を通じて、対象物の正立正像を観察する。

ユーザが接眼レンズ３１０を通じて観察する対象物の像には、レチクルプレート３２０に配された視準指標が重畳される。よって、ユーザは、接眼レンズ３１０を通じて観察する像に視準指標が重畳されるように測距計１０を配向させて対象物に視準する。この場合に、上記の通り送光部１００と視準光学系３００とは見かけの光軸が一致するので、視準指標の示す位置に測定光が照射される。

補正部４００は、視準光学系３００の光軸のブレに応じた駆動量で補正レンズ４１０を駆動する。補正部４００は、補正レンズ４１０、駆動部４２０、補正制御部４３０、ブレ検出部４４０、および位置検出部４５０を含む。

ブレ検出部４４０は、検出方向が互いに交差する複数の角速度センサー等を備える。複数の角速度センサーは、例えば、測距計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。角速度センサーの各々は、測距計１０が変位した場合に、情報として方向と大きさとを含む変位量に対応した信号を補正制御部４３０に出力する。

本実施形態において、補正制御部４３０は、視準光学系３００に加わる振れ量に基づいて補正レンズ４１０の駆動量を演算する駆動量演算部として機能する。補正制御部４３０は、ブレ検出部４４０の出力を周期的に参照して、補正レンズ４１０の駆動量を演算する。当該駆動量は、測距計１０の変位に起因して視準光学系３００で生じる像ブレを打ち消すために補正レンズ４１０を変位させる量である。当該駆動量には、方向と大きさの情報が含まれる。補正制御部４３０は、当該駆動量で補正レンズ４１０を駆動させる駆動信号を駆動部４２０および制御部６００に出力する。

駆動部４２０は、補正制御部４３０から受けた駆動信号に基づいて、補正レンズ４１０を光軸と交差する方向に変位させる。駆動部４２０には、例えば、ボイスコイルモータ、圧電モータ等を使用できる。

位置検出部４５０は、周期的に補正レンズ４１０の位置を検出して、当該位置に対応した信号である位置信号を補正制御部４３０に出力する。位置検出部４５０には、例えば、ホール素子やＭＲ素子等を使用した磁気センサーのほかに、光学式位置検出センサー等を使用できる。

補正制御部４３０は、位置検出部４５０から取得した補正レンズ４１０の位置信号に応じて、補正レンズ４１０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、補正レンズ４１０の位置を精度よく制御できる。

なお、補正部４００は、常時補正動作をしてもよいが、ユーザが測距計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。ユーザが測距計１０を使用していることは、例えば、接眼レンズ３１０を覗くユーザの目を検出して、補正部４００をオン／オフしてもよい。また、ユーザが測距ボタン９００を操作したことに基づいて補正部４００が動作を開始してもよい。その後に、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４００の動作を停止してもよい。

補正レンズ４１０は、対物レンズ１１０の近傍において、駆動部４２０により駆動されて、光線Ａ_２、Ｂ_２各々の光路を変位させる。これにより、測距計１０が変位した場合に光学的に当該変位を打ち消すように補正レンズ４１０を変位させることにより、ユーザが観察する像のブレを止めることができる。補正レンズ４１０は送光部１００にも共用されているので、測距計１０が変位しても同じ対象物に測定光を照射し続けることができる。

制御部６００は、測距計１０における測距動作を総合的に制御する。本実施形態において、測距動作には、送光部１００から測定光が出射し、対象物等で反射等された当該測定光の戻り光を受光部２００が受信して、視準対象までの距離を演算して表示部に当該距離を表示させるまでの一連の動作が含まれる。制御部６００の制御対象には、送光部１００、受光部２００、受信回路部５００、距離演算部８００等が含まれる。制御部６００は、補正レンズ４１０の駆動に応じて、これら制御対象を制御する。例えば、制御部６００は、補正レンズ４１０の駆動に応じて、送光部１００、受光部２００および距離演算部８００の少なくともいずれかを制御することにより、測距のタイミングを制御する。測距のタイミングの制御には、上記測距動作のいずれかの動作をタイミングに応じて実行したりしなかったりするという制御が含まれる。例えば、補正レンズ４１０の光軸からの駆動量（位置）が予め定められた範囲内にないタイミングにおいては、制御部６００は送光部１００を制御して、視準対象までの距離を演算するための測定光の出射を停止させる。一方、補正レンズ４１０の光軸からの駆動量（位置）が予め定められた範囲内にあるタイミングにおいては、制御部６００は送光部１００を制御して、視準対象までの距離を演算するための測定光を出射させる。詳細は後述する。

距離演算部８００は、記憶部７００に記憶された受光信号を読み出して距離を演算する。距離演算部８００は、測定光が出射されたタイミングと受光部２００が入射光を受光したタイミングとに基づいて、対象物までの距離を演算する。

具体的には、距離演算部８００は、記憶部７００に記憶された受光信号を読み出す。距離演算部８００は、受光信号のパルスにおけるカウント値より、発光部１３０がパルス光を出射した時間と、対象物から反射等された入射光を受光素子２３０が受光した時間の時間差を算出する。

距離演算部８００は、測定光の各パルス光に対して同様に時間差の算出処理を順次実行する。そして、受光信号におけるパルスの時間差を算出するごとに、記憶部７００上の当該時間差に該当するメモリアドレスに信号値を積算する。これにより、距離演算のためのヒストグラムが生成される。予め定められた個数のパルス光に対応する受光信号について当該処理が終わると、距離演算部８００は、積算値が最大のメモリアドレスを特定する。距離演算部８００は、当該メモリアドレスに該当する時間差Δｔを、対象物に対応する送受光の時間差であると認定する。

距離演算部８００は、当該認定した時間差Δｔに基づいて、対象物までの距離を演算する。具体的には、距離演算部８００は、当該時間差を下記の式にて距離に換算する。
ｌ=ｃ×Δｔ／２
ここで、ｌは対象物までの距離、ｃは光速である。距離演算部８００は、演算した対象物までの距離ｌの情報を制御部６００に送る。制御部６００は、距離演算部８００で求められた対象物までの距離等の情報を、レチクルプレート３２０に文字、画像等によりユーザに示す。

図２は、測距計１０にて、ユーザ２２が遠方のターゲット２０についての測距を行っている様子を示す。観察領域１２は、ユーザ２２が視準光学系３００を通して観察できる視野の領域を示す。

視準光学系３００における視準位置はターゲット２０上にある。視準光学系３００と送光部１００とは光軸が一致しているので、測定光は当該視準位置に照射される。対物レンズ１１０から出射した測定光は、特定の照射角で広がり、視準位置に照射光領域１６を形成する。仕様により定められた測定が可能な距離範囲において、照射光領域１６は受光領域１８に少なくとも一部が含まれるように設定される。

受光領域１８は、受光部２００が光を取り込む領域を示す。受光領域１８は、対象物までの距離と受光角θｒとで決まる。ここで受光角θｒは、受光レンズ２１０の焦点距離と受光素子２３０の有効受光径とで決まる光の取り込み角である。

図２（ａ）は、測距動作において、手振れが発生していない状態を示す。観察領域１２、照射光領域１６、受光領域１８のそれぞれの中心が一致しており、それらはターゲット２０上にある。

図２（ｂ）は、測距動作において、手振れにより測距計１０の重心回りに角度ａ１のピッチングが生じている状態を示す。測距計１０において、測定光の照射光領域１６の中心は、観察領域１２の中心と常に一致する。よって、補正部４００の手振れ補正により、補正前の光軸３０は補正後の光軸３２に補正されて、視準位置および測定光の照射位置はターゲット２０上に維持される。

しかしながら、受光部２００には、補正部４００が設けられていない。よって、手振れに起因して、受光領域１８はターゲット２０に対して距離ｄ１分変位する。

ここで、図２（ｂ）では、ターゲット２０において、測定光の照射光領域１６の一部が受光領域１８に含まれているので、受光部２００はターゲット２０から反射された測定光の一部を検出することができる。

図２（ｃ）は、測距動作において、手振れにより測距計１０の重心回りに、上記角度ａ１よりも大きい角度ａ２のピッチングが生じている状態を示す。受光領域１８はターゲット２０に対して距離ｄ２分変位する。

図２（ｃ）では、ターゲット２０において、測定光の照射光領域１６が受光領域１８にほとんどまたは全く含まれていない。よって、受光部２００はターゲット２０から反射された測定光を検出することができない。

本実施形態では、駆動量の予め定められた範囲の一例として、視準光学系３００の光軸が受光角θｒによって決まる受光領域１８に納まるような補正レンズ４１０の変動の範囲を採用する。そして、受光領域１８の半径ｒ_１ぶんの光軸の変動を生じさせる補正レンズ４１０の駆動量を閾値ｄｔｈとして算出して、制御部６００は、自身の内部メモリに記憶する。制御部６００は、閾値ｄｔｈを用いて、補正レンズ４１０の駆動量が当該予め定められた範囲内にあるか否かを判定する。

次に、図３、４を参照して、制御部６００の制御動作の一例を説明する。図３は、制御部６００の制御動作を説明する模式図である。図３（ａ）は、発光部１３０から出射される測定光の時間強度変化を示す。図３（ｂ）は、受光素子２３０から出力される電気信号を示す。なお、説明を簡単にするために、測定光の一個のパルス光に対して、一つの電気信号パルスが出力されるものとする。図３（ｃ）は、記憶部７００に記憶された、受光信号を示す。

本実施形態において制御部６００は、補正レンズの駆動量ｄが予め定められた閾値ｄｔｈを超えた場合に、測定光の出射を停止させる。そして、測定光の出射を停止させた場合には、制御部６００は、停止させた期間に出射されるはずであった個数を記憶しておき、同じ個数の追加パルス光を発光部１３０から出射させる。

図４は、制御部６００の制御動作を説明するフロー図である。図４を参照して具体的な制御動作を説明する。本制御動作は、ユーザより測距ボタン９００が押下されることにより開始する。ユーザから測距ボタン９００が押された場合に、制御部６００は、発光部１３０からパルス状の測定光を予め定められた時間間隔で予め定められた個数分、例えば３２０個、出射させる。制御部６００は、補正部４００が補正レンズ４１０を駆動する駆動パルスと送光部１００から測定光を出射する駆動パルスとを同期させる。例えば、手振れ補正の制御間隔と、測定光の出射間隔を２ｋＨｚとする。

制御部６００は、補正制御部４３０から駆動信号を取得する（Ｓ１０１）。制御部６００は、当該駆動信号が示す補正レンズ４１０の駆動量ｄと内部メモリに記憶された閾値ｄｔｈとを比較して、駆動量ｄが閾値ｄｔｈを超えたか否かを判断する（Ｓ１０２）。

制御部６００は、駆動量ｄが閾値ｄｔｈを超えたと判断した場合には（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、送光部１００からの測定光の出射を停止する（Ｓ１０３）。図３（ａ）において、出射を停止している区間のパルスを破線で示す。

パルス光の出射を停止すると、制御部６００は、ＡＰに１をインクリメントする（Ｓ１０３）。ここで、ＡＰは、制御部６００の内部メモリに作られる変数である。なお、ＡＰは、本制御動作開始時に格納されているデータが削除されることにより初期化される。

一方、制御部６００は、駆動量ｄが閾値ｄｔｈを超えていないと判断した場合には（Ｓ１０２：ＮＯ）、パルス光を出射させる（Ｓ１０５）。そして、制御部６００は、受光信号を記憶部７００に記憶させる（Ｓ１０６）。

次に、制御部６００は、予め定められた時間ｔを経過したか否かを判断する（Ｓ１０７）。ここで、予め定められた時間ｔは、予め定められたパルス光の出射時間の間隔と、１回の測距動作につき出射されるパルス光の予め定められた個数より決まる。例えば、１回の測距動作において、予め定められた個数を３２０個、予め定められた時間間隔を０．５ｍｓとすると、予め定められた時間は、３２０×０．５＝１６０ｍｓである。予め定められた時間を経過していないと判断した場合には（Ｓ１０７：ＮＯ）、制御部６００は、ステップＳ１０１に移行する。

一方、予め定められた時間ｔを経過したと判断した場合には（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、制御部６００は、ＡＰの値が０であるか否かを判断する（Ｓ１０８）。ＡＰの値が０でないと判断した場合には（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、制御部６００は、ＡＰの値と同じ個数の追加パルス光を出射させる（Ｓ１０９）。そして、制御部６００は、受光信号を記憶部７００に記憶させる（Ｓ１１０）。図３（ａ）では、４個分のパルス光の出射を停止させたため、制御部６００は、予め定められた時間ｔの経過後に４個分のパルス光を発光部１３０に追加で出射させたことを示す。一方、ＡＰの値が０であると判断した場合には（Ｓ１０８：ＮＯ）、制御部６００は、追加パルス光を出射させない。

最後に、距離演算部８００は、記憶部７００に記憶された受光信号から、距離を演算する（Ｓ１１１）。図３において、図３（ａ）の各パルス光の立ち上がり位置と、図３（ｃ）の各パルス信号の立ち上がり位置の時間差ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・が、発光部１３０からのパルス光の出射時間と受光素子２３０による当該パルス光の受光時間との時間差となる。ｄ＞ｄｔｈの場合には、制御部６００はパルス光を出射させないので、上記時間差を算出する電気信号も検出されない。よって、記憶部７００に受光信号は記憶されない。したがって、距離演算部８００は、図３（ｃ）に示すｄ＞ｄｔｈの期間が除かれた受光信号を用いて、対象物までの距離を演算する。

距離演算部８００は、制御部６００を介して、レチクルプレート３２０に演算した対象物までの距離を表示させる。ステップＳ１１１を終えると、本制御動作は終了する。

以上、図１から図４に示す実施形態によれば、意図しない物体、換言すると対象物と異なる物体に対する測距を抑制し、対象物に対する測距の確度を上げることができる。さらに、予め定められた範囲に駆動量がない場合に、測定光の出射を停止することにより、測距に寄与しない測定光の出射にかかるエネルギーを節約することができる。一方、測定光の出射を停止した場合には追加のパルス光を出射することにより、測定光の総数ＴＰは維持されて、測定結果のばらつきが抑えられる。また、上記予め定められた範囲に制限されることなく補正レンズ４１０の駆動量を大きく設定できるため、よりユーザの使い勝手の向上が図られる。

図５および図７は、制御部６００による図３とは別の制御動作を説明する模式図である。図５、７において、制御部６００は、駆動量が予め定められた範囲内にない場合に、受光部２００からの受光信号を用いない。

図５および図７では、ｄ＞ｄｔｈの期間であっても、制御部６００は、パルス光の出射を停止させない。ただし、制御部６００は、当該期間に出射された個数分のパルス光を追加で出射する。このため、図５、７においては、出射された測定光の総パルス数ＴＰは、図３の場合よりも多くなっている。

図５では、制御部６００は、駆動量ｄが予め定められた範囲内にない場合に受光信号を記憶部７００に記憶しない。一方、駆動量ｄが予め定められた範囲内にある場合に受光信号を記憶部７００に記憶する。

図６は、図５の制御動作を説明するフロー図である。図６を参照して、具体的な制御動作を説明する。なお、説明の重複を避けるべく、図４と同じ内容については記載を省略する。制御部６００は、ｄ＞ｄｔｈと判断した場合には（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、受信回路部５００を制御して、受光素子２３０から出力された電気信号についての処理を停止させて、受光信号を記憶部７００に記憶させない（Ｓ２０４）。これにより、距離演算部８００は、記憶部７００から当該受光信号から距離を演算する際に、ｄ＞ｄｔｈの期間における受光信号を使用しないこととなる。

図７では、制御部６００は、駆動量ｄが予め定められた範囲内にない場合の受光信号を用いないよう距離演算部８００を制御する。一方、駆動量ｄが予め定められた範囲内にある場合の受光信号を用いて距離を演算するよう距離演算部８００を制御する。

図８は、図７の制御動作を説明するフロー図である。図８を参照して、具体的な制御動作を説明する。なお、説明の重複を避けるべく、図４、６と同じ内容については記載を省略する。制御部６００は、受信回路部５００を制御して、受光素子２３０から出力された電気信号についての処理において、ｄ＞ｄｔｈの期間における受光信号に、ｄ≦ｄｔｈの期間における受光信号とは別のフラグを付して、記憶部７００に記憶させる。例えば、制御部６００は、ｄ＞ｄｔｈと判断した場合には（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、受光信号には、フラグとして１を付加する（Ｓ３０４）。一方、制御部６００は、ｄ≦ｄｔｈと判断した場合には（Ｓ３０３：ＮＯ）、受光信号には、フラグとして０を付加する（Ｓ３０６）。そして、制御部６００は、距離演算部８００に対して、記憶部７００に記憶された当該受光信号から距離を演算する際に、フラグが０の受光信号を用いるが、フラグが１の受光信号を用いないように制御する。

以上、図５から図８に示す実施形態においても、図１から図４の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、図１の視準光学系３００は、送光部１００と一部の光学系を共用するが、受光部２００と一部の光学系を共用するように構成されてもよい。

図１から図８に示す実施形態において、予め定められた範囲は、受光部２００の受光角に基づいて設定される。より具体的には、予め定められた範囲の一例として、視準光学系３００の光軸の変動量が受光角θｒによって決まる受光領域１８の半径ｒ_１に納まる範囲に対応する補正レンズ４１０の駆動量が設定された。これに代えて、半径ｒ_１の半分等、半径ｒ_１よりも予め定められた分だけ小さくなる範囲に設定されてもよい。

なお、図３から図８で説明した制御においては、補正レンズ４１０の駆動量に依らず追加パルスを出射する。このように制御することによって、測距動作にかかる時間が大幅に伸びてしまうことを抑制しつつ、測距精度を維持することができる。しかしながら、追加パルスぶんについても補正レンズ４１０の駆動量に応じて同様の制御を行ってもよい。具体的には、図４のフローにおいては、ステップＳ１０８で追加パルスの個数であるＡＰが０ではないと判断した場合には（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、ＡＰの値から１をデクリメントしたのち、ステップＳ１０１へ移行して、以降のステップを実行する。なお、ステップＳ１０７では、既に予め定められた時間ｔを経過しているので（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、常にステップＳ１０８に移行する。上記の処理をステップＳ１０８でＡＰが０となるまで繰り返すことによって、予め定められた個数分のパルス光を最適なタイミングで出射させることができ、より精度の高い測距結果を得ることができる。また、図６、８のフローにおいても、同様の処理を適用することができる。

さらに、図４のフローにおいて、ステップＳ１０７における予め定められた時間ｔを経過したか否かの判断に代えて、予め定められた個数分のパルス光を出射したか否かを判断するとしてもよい。このように制御する場合には、ステップＳ１０４を除いたステップＳ１０１からＳ１０７の処理を実行して、ステップＳ１０７で予め定められた個数分のパルス光を出射したと判断した場合には、ステップＳ１０８からＳ１１０の処理を飛ばして、ステップＳ１１１に移行するとしてもよい。

図９は、他の測距計１１のブロック図を示す。なお、測距計１０と同じ部材には同じ符号を付して、説明は省略する。以降の説明においては、測距計１１において送光部１０１が測定光を出射する方向、すなわち図中の光線Ｂ_２の矢印方向を前方と呼ぶ。

送光部１０１は、対物レンズ１１０、発光部１３０を有する。視準光学系３０１は、接眼レンズ３１０、レチクルプレート３２０、補正レンズ４１０に加えて、対物レンズ３３０、正立プリズム３４０を有する。測距計１０とは異なり、測距計１１における視準光学系３０１は、送光部１０１および受光部２００のいずれとも光学系を共用しておらず、送光部１０１、受光部２００と異なる光軸を有する。

測距計１１には、測距計１１の前方に位置する対象物から反射または散乱された光のうち、対物レンズ３３０の見込み角の範囲内を伝播する光線Ａ_１が、対物レンズ３３０を通じて入射する。光線Ａ_１は、補正レンズ４１０を透過して、光線Ａ_２として測距計１１内部を後方に向かって伝播し、正立プリズム３４０、レチクルプレート３２０および接眼レンズ３１０を通じて、測距計１１の後方に光線Ａ_３として出射される。これにより、ユーザは、接眼レンズ３１０を通じて、対象物の正立正像を観察できる。

ユーザは、例えば、測距計１１に設けられた測距ボタン９００のスイッチ操作により、測距計１１に測距動作の開始を指示する。測距計１１に対してユーザが測距を指示した場合、発光部１３０は、パルス状の測定光を光線Ｂ_１として対物レンズ１１０に向かって前方へ出射する。測定光は、対物レンズ１１０を通じてコリメートされて、光線Ｂ_２として測距計１１の前方に向かって外部に出射される。光線Ｂ_２として出射された測定光は、測距の対象物に照射される。

測距計１１の前方に位置する対象物から反射または散乱された測定光は、光線Ｃ_１として受光レンズ２１０に入射する。光線Ｃ_１は、測距計１１の内部を光線Ｃ_２として後方に向かって伝播し、帯域透過フィルター２２０を通過した後、受光素子２３０に受光される。

図１０は、図２と同様に、測距計１１にて、ユーザ２２が遠方のターゲット２０についての測距を行っている様子を示す。図１０（ａ）は、測距動作において、手振れが発生していない状態を示す。この場合には、観察領域１２、照射光領域１６、受光領域１８のそれぞれの中心が一致しており、それらはターゲット２０上にある。

図１０（ｂ）は、測距動作において、手振れにより測距計１１の重心回りに角度ｂ１のピッチングが生じている状態を示す。補正部４００の手振れ補正により、観察領域１２がターゲット２０に対して固定され、視準位置がターゲット２０に維持される。

しかしながら、送光部１０１および受光部２００には補正部４００が設けられていない。よって、手振れに起因して、照射光領域１６および受光領域１８は、ターゲット２０に対して変位する。そこで、予め測距領域２４を設定しておき、図１０（ｂ）に示すように、ユーザの視準位置である観察領域１２の中心から測距領域２４に照射光領域１６の中心が含まれる場合に、測定光を出射する。

図１０（ｃ）は、測距動作において、手振れにより測距計１１の重心回りに、角度ｂ１よりも大きい角度ｂ２のピッチングが生じている状態を示す。図１０（ｃ）に示す状態において、照射光領域１６の中心は上記測距領域２４から外れている。この場合に、測距計１１は測定光の出射を停止させる。

上記測距領域２４は、照射角に基づいて予め設定される。すなわち、駆動量の予め定められた範囲は、照射角に基づいて予め設定される。本実施形態では、駆動量の予め定められた範囲の一例として、測距領域２４に照射光領域１６の中心が納まるような補正レンズ４１０の変動の範囲を採用する。制御部６００は、視準光学系３００の光軸が照射光領域１６の中心から測距領域２４の半径ｒ_２ぶんの光軸の変動を生じさせる補正レンズ４１０の駆動量を閾値ｄｔｈとして演算して、自身の内部メモリに記憶する。制御部６００は、閾値ｄｔｈを用いて、補正レンズ４１０の駆動量が当該予め定められた範囲内にあるか否かを判定する。

以上、図９および図１０に示す実施形態においても、図１から図４の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、補正レンズ４１０の駆動量が予め定められた範囲に無い場合に、測定光の出射を停止することに代えて、図５から８で説明した制御動作を適用してもよい。

なお、上記図１および図９において、対物レンズ１１０、３３０、受光レンズ２１０および接眼レンズ３１０を一枚のレンズで代表して表した。しかしながら、これらのレンズは複数枚のレンズを含んでもよい。

さらに、対物レンズ１１０、３３０、受光レンズ２１０および接眼レンズ３１０は、それぞれ焦点距離が可変であってもよい。この場合に、受光レンズ２１０の焦点距離を変えることにより、受光角が変化する。そこで測距計１０、１１において、受光レンズ２１０の焦点距離の変化に応じて、補正レンズ４１０の駆動量について予め定められた範囲を設定してもよい。

発光部１３０は赤外線を発光することに代えて、紫外線を発光するものであってもよい。この場合には、第１実施形態における正立プリズム１２０のダイクロイック反射面１２２も紫外線に対応したものが用いられる。

以上の説明では、視準光学系３００、３０１における光軸ブレを補正するために、光学部材として補正レンズ４１０を使用したが、補正レンズ４１０に替えて正立プリズム１２０および正立プリズム３４０を使用してもよい。また、他の補正部材として、入射面または出射面を形成する部材を揺動させることにより入射面と出射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等を用いてもよい。

制御部６００は、補正部４００が補正レンズ４１０を駆動する駆動パルスと送光部１００から測定光を出射する駆動パルスとを非同期で制御してもよい。非同期で制御する場合には、位置検出部４５０は補正レンズ４１０の位置を表す位置信号を周期的に補正制御部４３０へ出力する。補正制御部４３０は、当該位置信号より補正レンズ４１０の位置が予め定められた範囲にある間、例えば制御部６００のＩ／ＯラインへＨｉ信号を出力する。制御部６００は、Ｈｉ信号が入力されている間は、測定光を予め定められた時間間隔で出射させるとしてもよい。また、補正制御部４３０が周期的に演算した補正レンズ４１０の駆動量が予め定められた範囲にあるか否かに応じて同様の非同期での制御を行ってもよい。

図１から図１０に示す例において、距離演算部８００は、予め定められた個数のパルス光に対応する受光信号を用いて距離を算出しているが、距離の演算の方法はこれに限られない。例えば距離演算部８００、予め定められた個数のパルス光から、補正レンズ４１０の駆動量ｄが予め定められた範囲外にある場合のパルス光を除いた個数に対応する受光信号で、距離を演算してもよい。この場合には、上記追加パルス光ＡＰを出射しなくてもよい。また、予め定められた個数のパルス光から、補正レンズ４１０の駆動量ｄが予め定められた範囲外にある場合のパルス光を除いた個数が、予め定められた閾値より大きい場合には当該個数で距離が演算され、当該閾値以下の場合に追加パルス光ＡＰが出射されてもよい。これに代えてまたは加えて、個数が少ない旨を音声、レチクルプレート３２０の表示等により、ユーザに警告してもよい。

図１から図１０に示す例において、制御部６００は、補正制御部４３０により演算された駆動量に基づいて測距のタイミングを制御しているが、光軸の振れ量、または、位置検出部４５０で検出された補正レンズ４１０の位置に基づいて測距のタイミングを制御してもよい。

図１から図１０に示す例において、測定光の１個のパルス光に対して、１個の受光信号が検出される例を説明した。これに限られず、測定光の１個のパルス光に対して、複数の受光信号が検出される場合にも同様の処理を適用することができる。また、図１から図１０に示す例においては、時間差の信号値を積算したヒストグラムを用いて距離を演算する例を説明した。これに限られず、時間差の信号値の平均値から距離を演算する等、ヒストグラムを用いない場合に適用してもよい。

さらに、測距計１０、１１に、駆動量の予め定められた範囲を調整する調整モードを設けてもよい。例えば、当該調整モードでは、まず、補正レンズ４１０を一定の幅で変位させて、測定光を受光できる範囲を調べる。そして、受光できた補正レンズ４１０の変位範囲を当該予め定められた範囲として設定する。制御部６００は、補正レンズ４１０の駆動量が当該予め定められた範囲内にあるか否かを判定するための閾値ｄｔｈを算出して、自身の内部メモリに記憶する。なお、当該調整モードによる当該範囲の調整は、組み立て調整時に実行してもよいし、測距計１０の使用時にユーザが自ら実行してもよい。

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、請求の範囲の記載から明らかである。

請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０、１１ 測距計、１２ 観察領域、１６ 照射光領域、１８ 受光領域、２０ ターゲット、２２ ユーザ、２４ 測距領域、３０ 補正前の光軸、３２ 補正後の光軸、１００、１０１ 送光部、１１０ 対物レンズ、１２０ 正立プリズム、１２２ ダイクロイック反射面、１２４、１２６ 全反射面、１３０ 発光部、２００ 受光部、２１０ 受光レンズ、２２０ 帯域透過フィルター、２３０ 受光素子、３００、３０１ 視準光学系、３１０ 接眼レンズ、３２０ レチクルプレート、３３０ 対物レンズ、３４０ 正立プリズム、４００ 補正部、４１０ 補正レンズ、４２０ 駆動部、４３０ 補正制御部、４４０ ブレ検出部、４５０ 位置検出部、５００ 受信回路部、６００ 制御部、７００ 記憶部、８００ 距離演算部、９００ 測距ボタン

Claims (13)

1. 光を投光する投光部と、
   前記投光部から投光された前記光が受光部で受光されるまでの時間を用いて検出対象までの距離を演算する演算部と、
   ブレの検出結果に基づいて駆動され、投光される前記光が透過するブレ補正光学系と、
   前記ブレ補正光学系の位置を検出する検出部と、
   所定の範囲を記憶する記憶部と、
   前記検出部で検出された前記位置が前記所定の範囲に含まれるか否かを判断する判断部と、
   前記判断部の判断結果に応じて前記投光部による投光を制御する制御部とを有し、
   前記検出対象の位置における、前記投光部から投光される光の照射光領域の少なくとも一部が、前記受光部が取り込むことができる受光領域に含まれるよう、前記所定の範囲を決定する、距離検出装置。
2. 請求項１に記載された距離検出装置であって、
   前記制御部は、前記検出部で検出された前記位置が前記所定の範囲内にあるとき前記投光部が前記光を投光するように制御し、前記検出部で検出された前記位置が前記所定の範囲外にあるとき前記投光部が前記光を投光しないように制御する距離検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載された距離検出装置であって、
   前記受光部は、前記ブレ補正光学系の位置が前記所定の範囲内にあるとき投光された前記光を受光することができ、前記ブレ補正光学系の位置が前記所定の範囲外にあるとき投光された前記光を受光することができない
   距離検出装置。
4. 光を投光する投光部と、
   前記投光部から投光された前記光が受光部で受光されるまでの時間を用いて検出対象までの距離を演算する演算部と、
   ブレの検出結果に基づいて駆動され、投光される前記光が透過するブレ補正光学系と、
   前記ブレ補正光学系の駆動量を検出する検出部と、
   所定の範囲を記憶する記憶部と、
   前記検出部で検出された前記駆動量が前記所定の範囲に含まれるか否かを判断する判断部と、
   前記判断部の判断結果に応じて前記投光部による投光を制御する制御部とを有し、
   前記検出対象の位置における、前記投光部から投光される光の照射光領域の少なくとも一部が、前記受光部が取り込むことができる受光領域に含まれるよう、前記所定の範囲を決定する、距離検出装置。
5. 投光された光が受光部で受光されるまでの時間を用いて検出対象までの距離を演算する演算部と、
   ブレの検出結果に基づいて駆動され、投光される前記光が透過するブレ補正光学系と、
   前記ブレ補正光学系の駆動量、及び、前記ブレ補正光学系の位置の少なくとも一方を検出する検出部と、
   所定の範囲を記憶する記憶部と、
   前記検出部で検出された前記駆動量及び前記位置の少なくとも一方が前記所定の範囲に含まれるか否かを判断する判断部と、
   前記判断部の判断結果に応じて前記演算部を制御し、
   前記検出対象の位置における、投光される光の照射光領域の少なくとも一部が、前記受光部が取り込むことができる受光領域に含まれるよう、前記所定の範囲を決定する、距離検出装置。
6. 請求項５に記載された距離検出装置であって、
   前記検出部で検出された前記駆動量及び前記位置の少なくとも一方が前記所定の範囲に含まれるとき、投光された前記光が受光部で受光されるまでの時間を用いて検出対象までの距離を演算し、前記駆動量及び前記位置の少なくとも一方が前記所定の範囲に含まれないとき、前記検出対象までの距離を演算しないように前記演算部を制御する距離検出装置。
7. 投光された光を受光する受光部と、
   投光された前記光が前記受光部で受光されるまでの時間を用いて検出対象までの距離を演算する演算部と、
   ブレの検出結果に基づいて駆動され、投光される前記光が透過するブレ補正光学系と、
   前記ブレ補正光学系の駆動量、及び、前記ブレ補正光学系の位置の少なくとも一方を検出する検出部と、
   所定の範囲を記憶する記憶部と、
   前記検出部で検出された前記駆動量及び前記位置の少なくとも一方が前記所定の範囲に含まれるか否かを判断する判断部と、
   前記判断部の判断結果に応じて前記受光部を制御し、
   前記検出対象の位置における、投光される光の照射光領域の少なくとも一部が、前記受光部が取り込むことができる受光領域に含まれるよう、前記所定の範囲を決定する、距離検出装置。
8. 請求項７に記載された距離検出装置であって、
   前記検出部で検出された前記駆動量及び前記位置の少なくとも一方が前記所定の範囲に含まれるとき、投光された前記光を前記受光部で受光し、前記駆動量及び前記位置の少なくとも一方が前記所定の範囲に含まれないとき、投光された前記光を前記受光部で受光しないように制御する距離検出装置。
9. 請求項１から３、および、５から８のいずれか１項に記載された距離検出装置であって、
   前記検出部で検出された前記位置が前記所定の範囲に含まれる場合、前記検出対象の位置における、前記受光領域の少なくとも一部の領域に前記照射光領域が含まれる、距離検出装置。
10. 請求項４に記載された距離検出装置であって、
    前記検出部で検出された前記駆動量が前記所定の範囲に含まれる場合、前記検出対象の駆動量における、前記受光領域の少なくとも一部の領域に前記照射光領域が含まれる、距離検出装置。
11. 請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載された距離検出装置を有する光学機器。
12. 光を投光する工程と、
    投光部から投光された前記光が受光部で受光されるまでの時間を用いて検出対象までの距離を演算する工程と、
    ブレの検出結果に基づいてブレ補正光学系を駆動する工程と、
    前記ブレ補正光学系の位置を検出する工程と、
    所定の範囲を記憶する工程と、
    検出された前記位置が前記所定の範囲に含まれるか否かを判断する工程と、
    前記判断する工程に基づいて光の投光を制御する工程と、
    前記検出対象の位置における、投光される前記光の照射光領域の少なくとも一部が、前記受光部が取り込むことができる受光領域に含まれるよう、前記所定の範囲を決定する工程と、を含む距離検出方法。
13. 請求項１２に記載された距離検出方法であって、
    前記検出する工程で検出された位置が前記所定の範囲に含まれる場合、前記検出対象の位置における、前記受光領域の少なくとも一部の領域に前記照射光領域が含まれる、距離検出方法。

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