特開 2022-142177 測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022142177

(43)【公開日】2022-09-30

(54)【発明の名称】測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/489 20060101AFI20220922BHJP

【ＦＩ】

G01S7/489

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021042237

(22)【出願日】2021-03-16

(71)【出願人】

【識別番号】000005016

【氏名又は名称】パイオニア株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520001073

【氏名又は名称】パイオニアスマートセンシングイノベーションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110928

【弁理士】

【氏名又は名称】速水 進治

(74)【代理人】

【識別番号】100127236

【弁理士】

【氏名又は名称】天城 聡

(72)【発明者】

【氏名】上野 響一

【テーマコード（参考）】

5J084

【Ｆターム（参考）】

5J084AA05

5J084AD01

5J084BA04

5J084BA20

5J084BA36

5J084BA50

5J084BA51

5J084BA52

5J084BB02

5J084BB25

5J084BB28

5J084CA03

5J084CA14

5J084CA21

5J084EA12

5J084EA19

(57)【要約】

【課題】簡便な構成で受光素子の増倍率を精度良く制御することが一例として挙げられる。
【解決手段】測定装置１０は、光を発射し、対象３０からの反射光を受光する装置である。測定装置１０は、受光素子１８、受光素子制御部１８２、および基準光源１４０を備える。受光素子１８は反射光を受光する。受光素子制御部１８２は受光素子１８の増倍率を制御する。基準光源１４０は、受光素子１８に基準光を照射する。受光素子制御部１８２は、第１期間において受光素子１８に流れる電流の検出結果と、第２期間において受光素子１８に流れる電流の検出結果とに基づいて、受光素子１８の増倍率を制御する。第１期間は基準光が受光素子１８に照射されている期間であり、第２期間は基準光が受光素子１８に照射されていない期間である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を発射し、対象からの反射光を受光する測定装置であって、
前記反射光を受光する受光素子と、
前記受光素子の増倍率を制御する受光素子制御部と、
前記受光素子に基準光を照射する基準光源とを備え、
前記受光素子制御部は、前記基準光が前記受光素子に照射されている第１期間において前記受光素子に流れる電流の検出結果と、前記基準光が前記受光素子に照射されていない第２期間において前記受光素子に流れる電流の検出結果とに基づいて、前記受光素子の増倍率を制御する
測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の測定装置において、
前記受光素子制御部は、前記第１期間において前記受光素子に流れる電流と、前記第２期間において前記受光素子に流れる電流との差が予め定められた基準値より大きい場合、前記受光素子の増倍率を下げる
測定装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の測定装置において、
前記受光素子制御部は、前記第１期間において前記受光素子に流れる電流と、前記第２期間において前記受光素子に流れる電流との差が予め定められた基準値より小さい場合、前記受光素子の増倍率を上げる
測定装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記受光素子はアバランシェフォトダイオードである
測定装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記第１期間および前記第２期間の少なくとも一方において前記受光素子に流れる電流は、前記受光素子のカソード側に設けられた電流モニタ回路を用いて検出され、
前記受光素子制御部は、前記電流モニタ回路による検出結果を用いて前記受光素子の増倍率を制御する
測定装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記第１期間および前記第２期間の少なくとも一方において前記受光素子に流れる電流は、前記受光素子のアノード側に設けられたＩ－Ｖ変換回路を用いて検出され、
前記受光素子制御部は、前記Ｉ－Ｖ変換回路による検出結果を用いて前記受光素子の増倍率を制御する
測定装置。

【請求項7】

請求項１～４のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記第１期間において前記受光素子に流れる電流は、前記受光素子のカソード側に設けられた電流モニタ回路を用いて検出され、前記第２期間において前記受光素子に流れる電流は、前記受光素子のアノード側に設けられたＩ－Ｖ変換回路を用いて検出され、
前記受光素子制御部は、前記電流モニタ回路による検出結果および前記Ｉ－Ｖ変換回路による検出結果を用いて前記受光素子の増倍率を制御する
測定装置。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記基準光源は直流光を前記受光素子に照射する
測定装置。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記基準光源の光量を制御する基準光源制御部をさらに備える
測定装置。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の測定装置において、
当該測定装置は、
走査範囲内に複数の出射方向で前記光を出射してフレームを生成し、
繰り返し前記フレームを生成し、
前記基準光源は、前記フレームと前記フレームとの間の時間に前記基準光を前記受光素子に照射する
測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車の自動運転等に用いることができる距離測定装置の開発が行われている。距離測定装置の一例としては、出射した光が物体に反射されて戻るまでの時間を測定して、周囲の物体との距離を測定するものが挙げられる。

【0003】

このような測定装置では、高感度の受光素子が用いられる。しかし、受光素子の感度は温度等により変化するため、高精度な距離測定を行うためには感度を一定にするよう制御する必要がある。

【0004】

特許文献１には、反射板で反射したレーザ光を受光したときのレーザ受光部の出力が目標値になるように、バイアス回路が受光素子に印加するバイアス電圧を変更することが記載されている。

【0005】

特許文献２には、レーザ光を筐体のコーナー部に反射させ、受光素子で受光したその反射光の信号レベルを用いて受光素子への印加電圧を制御することが記載されている。

【0006】

特許文献３には、光電流モニタ回路を用いてフォトダイオードの光電流を検出することや、アバランシェフォトダイオードの増倍率制御を行うことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１２－６８０６６号公報

【特許文献2】特開２０１４－２１５１５７号公報

【特許文献3】特開平１１－２８４４４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１や２の方法のように、光を反射板や筐体内で反射させて、反射光を受光素子に導くことは、実際には困難が多く、装置が複雑化する。さらに、反射光は受光素子で飽和させずに検出できる範囲の強度とする必要があり、低反射率の反射板等を用いても難しいことが多い。また、距離測定装置では外乱光の影響があるため特許文献３の方法では精度良く増倍率の制御が行えない。

【0009】

本発明が解決しようとする課題としては、簡便な構成で受光素子の増倍率を精度良く制御することが一例として挙げられる。

【課題を解決するための手段】

【0010】

請求項１に記載の発明は、
光を発射し、対象からの反射光を受光する測定装置であって、
前記反射光を受光する受光素子と、
前記受光素子の増倍率を制御する受光素子制御部と、
前記受光素子に基準光を照射する基準光源とを備え、
前記受光素子制御部は、前記基準光が前記受光素子に照射されている第１期間において前記受光素子に流れる電流の検出結果と、前記基準光が前記受光素子に照射されていない第２期間において前記受光素子に流れる電流の検出結果とに基づいて、前記受光素子の増倍率を制御する
測定装置である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る測定装置の構成を例示するブロック図である。

【図2】第１期間と第２期間を説明するための図である。

【図3】実施形態に係る測定装置の構成を例示する図である。

【図4】実施形態に係る測定制御部、受光素子制御部、および基準光源制御部を実現する集積回路のハードウエア構成を例示する図である。

【図5】実施形態に係る測定装置において受光素子に流れる電流を測定するための構成を例示する図である。

【図6】基準光源制御部が基準光源を制御するための第１の構成例を示す図である。

【図7】基準光源制御部が基準光源を制御するための第２の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0013】

以下に示す説明において、測定制御部１７、受光素子制御部１８２、および基準光源制御部１４２のそれぞれは、特に説明する場合を除き、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。測定制御部１７、受光素子制御部１８２、および基準光源制御部１４２のそれぞれは、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

【0014】

図１は、本実施形態に係る測定装置１０の構成を例示するブロック図である。本図中、光の経路を破線矢印で示している。図２は、第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２を説明するための図である。本実施形態に係る測定装置１０は、光を発射し、対象３０からの反射光を受光する装置である。測定装置１０は、受光素子１８、受光素子制御部１８２、および基準光源１４０を備える。受光素子１８は反射光を受光する。受光素子制御部１８２は受光素子１８の増倍率を制御する。基準光源１４０は、受光素子１８に基準光を照射する。受光素子制御部１８２は、第１期間Ｐ１において受光素子１８に流れる電流の検出結果と、第２期間Ｐ２において受光素子１８に流れる電流の検出結果とに基づいて、受光素子１８の増倍率を制御する。第１期間Ｐ１は基準光が受光素子１８に照射されている期間であり、第２期間Ｐ２は基準光が受光素子１８に照射されていない期間である。以下に詳しく説明する。

【0015】

測定装置１０において、受光素子１８は高感度に光を検出する。一方、受光素子１８の感度は温度等に依存して変化しうる。したがって、受光素子１８の感度を一定に保つように、受光素子１８の増倍率を制御する必要がある。受光素子１８の増倍率を一定に保つ方法としては、受光素子１８に流れる電流をモニタし、既知の光量の光が入射した際に流れる電流を所定の値（目標値）に保つよう、増倍率を制御する方法がある。

【0016】

ただし、測定装置１０の受光素子１８に対しては測定装置１０の外部からの外部光が入射しうる。外部光はたとえば太陽光を含み、外部光の光量は未知である。受光素子１８の増倍率の制御においてはこの外部光の取り扱いが問題となる。

【0017】

本実施形態に係る測定装置１０では、第１期間Ｐ１で受光素子１８に流れる電流ｉ１と、第２期間Ｐ２で受光素子１８に流れる電流ｉ２とに基づいて、受光素子１８の増倍率を制御する。なお、第１期間Ｐ１および第２期間Ｐ２はいずれも受光素子１８がパルス光を受光しない期間である。第２期間Ｐ２では、外乱光が受光素子１８に入射しており、その外乱光の光量に対応する電流が受光素子１８に流れる。第１期間Ｐ１では、外乱光に加えて基準光源１４０の出力光が受光素子１８に入射しており、外乱光の光量と基準光源１４０からの光の光量とをあわせた光量に対応する電流が受光素子１８に流れる。したがって、電流ｉ１から電流ｉ２を引いて得られる電流Δｉが基準光源１４０からの光の光量に対応する。基準光源１４０から受光素子１８に入射する光の光量は、外乱光のない状態で予め測定し、把握しておく事ができる。そして、この基準光源１４０からの光の光量に対し、所望の感度において受光素子１８に流れる電流値を目標値Ｉｔとする。

【0018】

本実施形態にかかる測定装置１０では、電流ｉ１から電流ｉ２を引いて得られる電流Δｉが目標値Ｉｔとなるように、増倍率を制御することで、外乱光の強さに関わらず受光素子１８の感度を所望の状態に保つことができる。

【0019】

図３は、本実施形態に係る測定装置１０の構成を例示する図である。本図中、光の経路を破線矢印で示している。本図を参照して測定装置１０について詳しく説明する。本図の例において測定装置１０は、集光レンズ１３、発光素子１４、孔付きミラー１５、可動ミラー１６、測定制御部１７、駆動回路１４１、基準光源制御部１４２、駆動回路１６１、検出回路１８１、および電圧生成回路１８４をさらに備える。

【0020】

測定装置１０は、たとえばパルス光の出射タイミングと反射光（反射したパルス光）の受光タイミングとの差に基づいて、測定装置１０から走査範囲１７０内にある物体（対象３０）までの距離を測定する装置である。パルス光はたとえば赤外光等の光である。また、パルス光はたとえばレーザパルスである。測定装置１０に備えられた発光素子１４から出力され、測定装置１０の外部へ出射されたパルス光は物体で反射されて少なくとも一部が測定装置１０に向かって戻る。そして、反射光が測定装置１０に入射する。測定装置１０に入射した反射光は受光素子１８で受光され、強度が検出される。ここで、測定装置１０では発光素子１４からパルス光が出射されてから反射光が受光素子１８で検出されるまでの時間が測定される。そして、測定制御部１７は、測定された時間とパルス光の伝搬速さを用いて測定装置１０と物体との距離を算出する。測定装置１０はたとえばライダー（ＬＩＤＡＲ：Laser Imaging Detection and Ranging， Laser Illuminated Detection and Ranging またはＬｉＤＡＲ：Light Detection and Ranging）装置である。

【0021】

発光素子１４はパルス光を出射する。発光素子１４は、たとえばレーザーダイオードである。駆動回路１４１は、測定制御部１７からの制御信号に基づき駆動信号を生成して、発光素子１４を発光させるための回路であり、たとえばスイッチング回路や容量素子を含んで構成される。

【0022】

受光素子１８は測定装置１０に入射したパルス光を受光する。受光素子１８は、たとえばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等のフォトダイオードである。検出回路１８１は、Ｉ－ＶコンバータやＡ／Ｄ変換回路を含み、受光素子１８による光の検出強度を示す信号を出力する。

【0023】

受光素子１８では、受光した光の大きさに応じた電流が流れる。受光量が一定である場合、受光素子１８の増倍率が大きいほど、受光素子１８には大きな電流が流れる。受光素子１８の増倍率は、受光素子１８のアノードとカソードとの間に印加する電圧値に応じて変化させることができる。電圧生成回路１８４は、受光素子１８に印加する電圧を生成する回路である。電圧生成回路１８４は、受光素子制御部１８２からの制御信号に応じた大きさの電圧を生成して受光素子１８に印加する。

【0024】

可動ミラー１６は、たとえば一軸可動または二軸可動のＭＥＭＳミラーである。駆動回路１６１は測定制御部１７からの制御信号に基づいて可動ミラー１６を駆動するための駆動信号を生成する。駆動信号により可動ミラー１６の反射面の向きを変えることにより、測定装置１０から出射されるパルス光の出射方向を変化させることができる。可動ミラー１６が二軸可動のＭＥＭＳミラーである場合、可動ミラー１６を二軸駆動する事により、所定の範囲内をパルス光でラスタスキャンすることができる。

【0025】

測定制御部１７は、複数のパルス光による測定結果を含む点群データを生成する。たとえば、走査範囲１７０内をラスタスキャンする場合、第１の方向１７１に光の出射方向を変化させる事によりライン状の走査を行う。そして、第２の方向１７２に光の出射方向を変化させながら複数のライン状走査を行う事により、走査範囲１７０内の複数の測定結果を含む点群データを生成する事ができる。本図の例において、第１の方向１７１と第２の方向１７２とは直交している。

【0026】

一度のラスタスキャンで生成される点群データの単位をフレームと呼ぶ。ひとつのフレームについて測定が終わると、光の出射方向は初期位置に戻り、次のフレームの測定が行われる。こうして、繰り返しフレームが生成される。点群データにおいては、パルス光で測定された距離と、そのパルス光の出射方向を示す情報とが関連付けられている。または、点群データは、パルス光の反射点を示す三次元座標を含んでもよい。測定制御部１７は、算出された距離と、各パルス光を出射する時の可動ミラー１６の角度を示す情報とを用いて点群データを生成する。生成された点群データは測定装置１０の外部に出力されても良いし、測定制御部１７からアクセス可能な記憶装置に保持されても良い。

【0027】

発光素子１４から出力されたパルス光は孔付きミラー１５の孔を通過し、可動ミラー１６で反射された後に測定装置１０から出射される。また、測定装置１０に入射した反射光は可動ミラー１６および孔付きミラー１５で反射された後、集光レンズ１３を介して受光素子１８に入射する。なお、測定装置１０は、コリメートレンズやミラー等をさらに含んでもよい。

【0028】

測定制御部１７は、発光素子１４、受光素子１８および可動ミラー１６を制御することができる。また、測定制御部１７は、検出回路１８１から受光信号を受信し、上述したように測定装置１０から走査範囲１７０内の物体までの距離を算出する。

【0029】

基準光源１４０はたとえば発光ダイオードである。基準光源１４０は、基準光源制御部１４２から出力される駆動信号に応じて直流光を出力し、受光素子１８に照射する。基準光源１４０を駆動する駆動信号は、直流の電気信号である。後述するように、基準光源制御部１４２は基準光源１４０の出力光の光量を略一定に保つように基準光源１４０を制御する。基準光源１４０は発光素子１４とは独立した光源であるため、距離測定に必要なパルス光の強度とは独立して発光強度や発光タイミングを制御できる。また、基準光源１４０から出力される光の少なくとも一部が受光素子１８に入射すればよく、基準光源１４０の配置の自由度も高い。したがって、測定装置１０の構造の複雑化も避けられる。

【0030】

図４は、本実施形態に係る測定制御部１７、受光素子制御部１８２、および基準光源制御部１４２を実現する集積回路８０のハードウエア構成を例示する図である。測定制御部１７、受光素子制御部１８２、および基準光源制御部１４２は、集積回路８０を用いて実装されている。集積回路８０は、例えば SoC（System On Chip）である。ただし測定制御部１７、受光素子制御部１８２、および基準光源制御部１４２は、さらに電子回路を用いて実装されてもよい。

【0031】

集積回路８０は、バス８０２、プロセッサ８０４、メモリ８０６、ストレージデバイス８０８、入出力インタフェース８１０、及びネットワークインタフェース８１２を有する。バス８０２は、プロセッサ８０４、メモリ８０６、ストレージデバイス８０８、入出力インタフェース８１０、及びネットワークインタフェース８１２が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ８０４などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。プロセッサ８０４は、マイクロプロセッサなどを用いて実現される演算処理装置である。メモリ８０６は、RAM（Random Access Memory）などを用いて実現されるメモリである。ストレージデバイス８０８は、ROM（Read Only Memory）やフラッシュメモリなどを用いて実現されるストレージデバイスである。

【0032】

入出力インタフェース８１０は、集積回路８０を周辺デバイスと接続するためのインタフェースである。入出力インタフェース８１０には発光素子１４の駆動回路１４１、受光素子１８の検出回路１８１、可動ミラー１６の駆動回路１６１、電圧生成回路１８４、基準光源１４０等が接続されている。

【0033】

ネットワークインタフェース８１２は、集積回路８０を通信網に接続するためのインタフェースである。この通信網は、例えば CAN（Controller Area Network）通信網である。なお、ネットワークインタフェース８１２が通信網に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。

【0034】

ストレージデバイス８０８は、測定制御部１７、受光素子制御部１８２、および基準光源制御部１４２の機能を実現するためのプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ８０４は、このプログラムモジュールをメモリ８０６に読み出して実行することで、測定制御部１７、受光素子制御部１８２、および基準光源制御部１４２の機能を実現する。

【0035】

集積回路８０のハードウエア構成は本図に示した構成に限定されない。例えば、プログラムモジュールはメモリ８０６に格納されてもよい。この場合、集積回路８０は、ストレージデバイス８０８を備えていなくてもよい。

【0036】

図５は、測定装置１０において受光素子１８に流れる電流を測定するための構成を例示する図である。本実施形態に係る測定装置１０は、電流モニタ回路１８６をさらに備える。Ｉ－Ｖ変換回路１８８は、上述した検出回路１８１に含まれる。

【0037】

第１期間Ｐ１および第２期間Ｐ２の少なくとも一方において受光素子１８に流れる電流ｉは、受光素子１８のカソード側に設けられた電流モニタ回路１８６を用いて検出することができる。そして、受光素子制御部１８２は、電流モニタ回路１８６による検出結果を用いて受光素子１８の増倍率を制御することができる。電流モニタ回路１８６は、受光素子１８に流れる電流ｉを検出値として出力することができる。

【0038】

また、第１期間Ｐ１および第２期間Ｐ２の少なくとも一方において受光素子１８に流れる電流ｉは、受光素子１８のアノード側に設けられたＩ－Ｖ変換回路１８８を用いて検出することができる。そして、受光素子制御部１８２は、Ｉ－Ｖ変換回路１８８による検出結果を用いて受光素子１８の増倍率を制御することができる。Ｉ－Ｖ変換回路１８８は、受光素子１８からＩ－Ｖ変換回路１８８に流れ込んだ電流ｉに応じた検出信号Ｖｏｕｔを出力する。このＶｏｕｔとＩ－Ｖ変換回路１８８に用いられる抵抗の抵抗値Ｒとに基づいて、電流ｉを算出する事ができる。具体的には、電流ｉはｉ＝Ｖｏｕｔ／Ｒで得られる。

【0039】

中でも、第１期間Ｐ１において受光素子１８に流れる電流ｉ１は、受光素子１８のカソード側に設けられた電流モニタ回路１８６を用いて検出し、第２期間Ｐ２において受光素子１８に流れる電流ｉ２は、受光素子１８のアノード側に設けられたＩ－Ｖ変換回路１８８を用いて検出することが好ましい。そして、受光素子制御部１８２は、電流モニタ回路１８６による検出結果およびＩ－Ｖ変換回路１８８による検出結果を用いて受光素子１８の増倍率を制御することが好ましい。すなわち、受光素子制御部１８２は、電流モニタ回路１８６で測定された電流ｉ１とＩ－Ｖ変換回路１８８で測定された電流ｉ２とに基づいて、受光素子１８の増倍率を制御することが好ましい。

【0040】

理由は以下のとおりである。Ｉ－Ｖ変換回路１８８は検出回路１８１に含まれ、パルス光の検出に用いられる。すなわち、Ｖｏｕｔを用いてパルス光の検出が行われるため、抵抗値Ｒで定まるＩ－Ｖ変換回路１８８のゲインは、パルス光の検出に適した値となるよう、設定されている。一方、電流モニタ回路１８６の検出ゲインは、Ｉ－Ｖ変換回路１８８のゲインとは無関係に定めることができる。したがって、基準光源１４０からの光を高精度に検出するよう、電流モニタ回路１８６のゲインを定め、第１期間Ｐ１において受光素子１８に流れる電流ｉ１を検出することで、増倍率を高精度に制御することができる。一方、第２期間Ｐ２において受光素子１８に流れる電流ｉ２は外乱光のみによるものであり、電流ｉ１に比べて比較的小さな電流である。したがって、電流ｉ２は、電流ｉ１を検出に最適化した電流モニタ回路１８６で測定するよりも、小さな電流検出に適したＩ－Ｖ変換回路１８８で測定した方が精度良く測定できる。したがって、電流モニタ回路１８６で測定された電流ｉ１とＩ－Ｖ変換回路１８８で測定された電流ｉ２とを用いることで、高精度な増倍率制御ができる。

【0041】

ただし、受光素子制御部１８２は、電流モニタ回路１８６で測定された電流ｉ２とＩ－Ｖ変換回路１８８で測定された電流ｉ１とに基づいて受光素子１８の増倍率を制御してもよいし、電流モニタ回路１８６で測定された電流ｉ１および電流ｉ２に基づいて受光素子１８の増倍率を制御してもよいし、Ｉ－Ｖ変換回路１８８で測定された電流ｉ１および電流ｉ２に基づいて受光素子１８の増倍率を制御してもよい。受光素子制御部１８２がＩ－Ｖ変換回路１８８で測定された電流ｉ１および電流ｉ２に基づいて受光素子１８の増倍率を制御する場合、測定装置１０は電流モニタ回路１８６を備えなくても良い。図５では、電流モニタ回路１８６が受光素子１８のカソード側に設けられている例を示しているが、電流モニタ回路１８６は受光素子１８のアノード側に設けられてもよい。

【0042】

受光素子制御部１８２が受光素子１８の増倍率を制御する方法について以下に詳しく説明する。上述したとおり、測定装置１０は、走査範囲１７０内に複数の出射方向で光を出射してフレームを生成する。また、測定装置１０は、繰り返しフレームを生成する。そして基準光源１４０は、フレームとフレームとの間の時間に基準光を受光素子１８に照射する。すなわち第１期間Ｐ１はフレームとフレームの間の、距離測定が行われていない期間内に設けられる。そして、受光素子制御部１８２は、受光素子１８に基準光が照射されている間の電流ｉを、電流ｉ１として取得する。第１期間Ｐ１がフレームとその次のフレームの間に設けられる場合、第１期間Ｐ１において基準光源１４０は直流光、すなわち略一定の光量の基準光を１０マイクロ秒以上連続して照射することが好ましい。すなわち、第１期間Ｐ１の長さは１０マイクロ秒以上であることが好ましい。受光素子制御部１８２はたとえば第１期間Ｐ１内の電流値の平均を算出し、増倍率の制御に用いる。基準光として直流光を用いることで、パルス光を用いるよりも正確な光検出および電流測定が可能となり、増倍率制御の精度を向上させることができる。フレームとフレームとの間には、可動ミラー１６の反射面をフレームの初期位置に戻すための時間など、距離測定を行わないが存在し、第１期間Ｐ１として十分な時間をとることができる。

【0043】

なお、可動ミラー１６の揺動による出射方向の往復のうち、一方の方向のみ、すなわち往路のみまたは復路のみでパルス光による測定が行われることがある。この場合、第１期間Ｐ１は往路と復路のうち、パルス光による測定が行われない方の期間内に設けられても良い。すなわち第１期間Ｐ１は、ライン状の走査とライン状の走査との間に設けられても良い。第１期間Ｐ１は、ライン状の走査とその次のライン状の走査との間に設けられる場合、第１期間Ｐ１において基準光源１４０は直流光、すなわち略一定の光量の基準光を１０マイクロ秒以上連続して照射することが好ましい。すなわち、第１期間Ｐ１の長さは１０マイクロ秒以上であることが好ましい。

【0044】

一方、第２期間Ｐ２はフレームとフレームの間の距離測定が行われていない期間内に設けられてもよいし、パルス光とパルス光との間の距離測定が行われていない期間内に設けられても良い。ただし、第２期間Ｐ２はフレームとフレームの間に設けられることが好ましく、第２期間Ｐ２は第１期間Ｐ１に連続して設けられることが好ましい。第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２とが互いに近いことで、電流ｉ１に含まれる外乱光由来の成分と、電流ｉ２に含まれる外乱光由来の成分とをほぼ等しくすることができ、高精度な増倍率制御が実現される。受光素子制御部１８２は、第２期間Ｐ２内の電流値の平均を算出し、増倍率の制御に用いる。第２期間Ｐ２がフレームとその次のフレームとの間に設けられる場合、第２期間Ｐ２の長さは１０マイクロ秒以上であることが好ましい。第２期間Ｐ２がパルス光とその次のパルス光との間に設けられる場合、第２期間Ｐ２の長さは１００ナノ秒以上であることが好ましい。なお、第２期間Ｐ２がパルス光とパルス光との間の距離測定が行われていない期間内に設けられる場合、一つのフレームに対し複数の第２期間Ｐ２が設けられる。受光素子制御部１８２は、たとえば複数の第２期間Ｐ２で得られた電流値の平均値を算出し、増倍率の制御に用いることができる。

【0045】

受光素子制御部１８２は、第１期間Ｐ１において受光素子１８に流れる電流ｉ１と、第２期間Ｐ２において受光素子１８に流れる電流ｉ２との差Δｉが予め定められた基準値（目標値Ｉｔ）より大きい場合、受光素子１８の増倍率を下げる。また、受光素子制御部１８２は、第１期間Ｐ１において受光素子１８に流れる電流ｉ１と、第２期間Ｐ２において受光素子１８に流れる電流ｉ２との差Δｉが予め定められた基準値（目標値Ｉｔ）より小さい場合、受光素子１８の増倍率を上げる。具体的には受光素子制御部１８２はたとえば以下のような処理を行う。

【0046】

基準光源１４０はフレームの測定が終了すると、次のフレームの測定が開示される前に基準光を受光素子１８に照射する。そして受光素子制御部１８２は電流ｉ１の検出値を取得し、この検出値の平均値ｉ１_Ａｖｅを算出する。また、基準光の照射が終わると、続けて受光素子制御部１８２は電流ｉ２の検出値を取得し、この検出値の平均値ｉ２_Ａｖｅを算出する。なお、第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２との順は特に制限されず、第１期間Ｐ１の後に続けて第２期間Ｐ２を設けても良いし、第２期間Ｐ２の後に続けて第１期間Ｐ１を設けても良い。次いで受光素子制御部１８２は、平均値ｉ１_Ａｖｅから平均値ｉ２_Ａｖｅを引いた値をΔｉ_Ａｖｅとして算出する。

【0047】

受光素子制御部１８２はΔｉ_Ａｖｅが目標値Ｉｔになるよう、受光素子１８への印加電圧をフィードバック制御する。すなわち受光素子制御部１８２はΔｉ_Ａｖｅと目標値Ｉｔとの差を算出し、算出した差に予め定められたフィードバックゲインを乗じて制御信号を生成する。そして、生成した制御信号を電圧生成回路１８４に入力する。電圧生成回路１８４では入力された制御信号に応じた大きさの電圧が生成されて受光素子１８に印加される。受光素子制御部１８２による電流ｉ１および電流ｉ２の検出値の取得、Δｉ_Ａｖｅの算出および受光素子１８の増倍率の制御（変更）は一フレームごとに繰り返されても良いし、予め定められた数のフレームごとに繰り返されても良い。なお、受光素子制御部１８２が行う制御は上述の方法に限定されない。

【0048】

図６は、基準光源制御部１４２が基準光源１４０を制御するための第１の構成例を示す図であり、図７は、基準光源制御部１４２が基準光源１４０を制御するための第２の構成例を示す図である。増倍率制御を精度良く行うためには、基準光の光量の変動を小さくする必要がある。基準光の光量は基準光源１４０の温度等に依存して変動しうるため、基準光源１４０の光量を一定に保つための制御を行うことが好ましい。本実施形態に係る測定装置１０は、基準光源１４０の光量を制御する基準光源制御部１４２をさらに備える。基準光源制御部１４２は、基準光の光量を所定の大きさに保つよう、基準光源１４０を制御する。基準光源制御部１４２が行う制御について、以下に説明する。

【0049】

図６は、基準光源制御部１４２がフィードフォワード制御を行う例である。本例において、測定装置１０は、温度センサ１４４および記憶部１４９をさらに備える。温度センサ１４４は、基準光源１４０の温度を測定する。基準光源制御部１４２は、温度センサ１４４から基準光源１４０の温度の測定結果を取得する。また、基準光源制御部１４２からアクセス可能な記憶部１４９には、予め温度と基準光源１４０の駆動信号レベルとを関連付けた温度制御情報が保持されている。温度制御情報は、たとえば温度と駆動信号レベルとを対応付けたテーブルまたは数式である。基準光源制御部１４２は記憶部１４９から温度制御情報を取得し、温度センサ１４４から取得した温度に対応する駆動信号レベルを導出する。そして、基準光源制御部１４２は導出した駆動信号レベルに基づいた駆動信号を生成して、基準光源１４０に対し出力する。基準光源１４０は、基準光源制御部１４２からの駆動信号により基準光を発する。このように基準光源１４０の温度に応じた制御を行うことで、基準光の光量を所定の大きさに保つことができる。

【0050】

図７は、基準光源制御部１４２がフィードバック制御を行う例である。本図中、光の経路を破線矢印で示している。本例において、測定装置１０は、スプリッタ１４７、基準光源用受光素子１４６、および検出回路１４８をさらに備える。スプリッタ１４７に入射した光は、一部が直進してスプリッタ１４７の第１の面１４７１から出射し、残りの一部が９０°向きを代えてスプリッタ１４７の第２の面１４７２から出射する。第１の面１４７１と第２の面１４７２とはスプリッタ１４７の互いに異なる面である。第１の面１４７１から出射した光は基準光として受光素子１８に入射する。一方、第２の面１４７２から出射した光は基準光源用受光素子１４６で受光される。検出回路１４８は、基準光源用受光素子１４６の受光結果を示す受光信号を生成する回路であり、たとえばＩ－ＶコンバータやＡ／Ｄ変換回路を含む。基準光源制御部１４２は、基準光源用受光素子１４６における受光強度を示す信号を検出回路１４８から取得する。

【0051】

基準光源制御部１４２は基準光源用受光素子１４６における受光強度が予め定められた目標値Ｗｔよりも大きい場合、基準光源１４０の発光強度を下げる。一方、基準光源制御部１４２は基準光源用受光素子１４６における受光強度が目標値Ｗｔよりも小さい場合、基準光源１４０の発光強度を上げる。具体的には、基準光源制御部１４２は基準光源用受光素子１４６における受光強度と目標値Ｗｔとの差を算出する。そして、算出された差に予め定められたフィードバックゲインを乗じて基準光源１４０の駆動信号レベルを導出する。導出された駆動信号レベルに応じた駆動信号を生成して基準光源１４０に入力する。

【0052】

スプリッタ１４７において第１の面１４７１から出射される光量と第２の面１４７２から出射される光量との比は予め定まっている。したがって、以上のような制御を行うことで、第２の面１４７２からの出射光強度の変動を抑え、ひいては基準光源１４０からの出射光強度および受光素子１８に入射する基準光強度の変動を抑えることができる。

【0053】

以上、本実施形態によれば、受光素子制御部１８２は、第１期間Ｐ１において受光素子１８に流れる電流の検出結果と、第２期間Ｐ２において受光素子１８に流れる電流の検出結果とに基づいて、受光素子１８の増倍率を制御する。したがって、外乱光があっても精度良く受光素子１８の増倍率を制御できる。

【0054】

以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

【符号の説明】

【0055】

１０ 測定装置
１４ 発光素子
１７ 測定制御部
１８ 受光素子
３０ 対象
８０ 集積回路
１４０ 基準光源
１４１ 駆動回路
１４２ 基準光源制御部
１４４ 温度センサ
１４６ 基準光源用受光素子
１４７ スプリッタ
１４８ 検出回路
１４９ 記憶部
１６１ 駆動回路
１８１ 検出回路
１８２ 受光素子制御部
１８４ 電圧生成回路
１８６ 電流モニタ回路
１８８ Ｉ－Ｖ変換回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】