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(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】P2024024483
(43)【公開日】2024-02-22
(54)【発明の名称】測定装置及びバンドパスフィルタ
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20240215BHJP
G01S 17/89 20200101ALI20240215BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20240215BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 A
G01S17/89
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022127331
(22)【出願日】2022-08-09
(71)【出願人】
【識別番号】000001133
【氏名又は名称】株式会社小糸製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】本橋 和也
【テーマコード（参考）】
2F112
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AD01
2F112BA07
2F112CA12
2F112DA02
2F112DA04
2F112DA09
2F112DA15
2F112DA19
2F112DA21
2F112DA25
2F112DA28
2F112EA05
2F112GA01
5J084AA05
5J084AD01
5J084BA04
5J084BA07
5J084BA40
5J084BB02
5J084BB20
5J084BB26
5J084BB28
5J084CA03
(57)【要約】
【課題】ノイズの影響を抑制する。
【解決手段】本開示に係る測定装置は、温度に応じた波長の光を照射する発光部と、前記発光部から照射された光の反射光を通過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを通過した光を受光する受光センサとを備える。本開示に係る測定装置では、温度に応じて前記バンドパスフィルタを通過可能な光の波長が変化することを特徴とする。
【選択図】図５
【解決手段】本開示に係る測定装置は、温度に応じた波長の光を照射する発光部と、前記発光部から照射された光の反射光を通過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを通過した光を受光する受光センサとを備える。本開示に係る測定装置では、温度に応じて前記バンドパスフィルタを通過可能な光の波長が変化することを特徴とする。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
温度に応じた波長の光を照射する発光部と、
前記発光部から照射された光の反射光を通過させるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを通過した光を受光する受光センサと
を備え、
温度に応じて前記バンドパスフィルタを通過可能な光の波長が変化する、
測定装置。
前記発光部から照射された光の反射光を通過させるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを通過した光を受光する受光センサと
を備え、
温度に応じて前記バンドパスフィルタを通過可能な光の波長が変化する、
測定装置。
【請求項2】
請求項１に記載の測定装置であって、
前記バンドパスフィルタは、基材と、前記基材の上に形成された薄膜とを有し、
前記薄膜の表面には、複数の突起が所定のパターンで配置されており、
温度に応じて、前記突起の間隔が変化する、
測定装置。
前記バンドパスフィルタは、基材と、前記基材の上に形成された薄膜とを有し、
前記薄膜の表面には、複数の突起が所定のパターンで配置されており、
温度に応じて、前記突起の間隔が変化する、
測定装置。
【請求項3】
請求項２に記載の測定装置であって、
前記基材の線膨張係数は、前記薄膜の線膨張係数よりも大きい、測定装置。
前記基材の線膨張係数は、前記薄膜の線膨張係数よりも大きい、測定装置。
【請求項4】
請求項３に記載の測定装置であって、
前記基材は、光透過性の樹脂で構成されている、測定装置。
前記基材は、光透過性の樹脂で構成されている、測定装置。
【請求項5】
請求項２又は３に記載の測定装置であって、
前記突起は、柱状に構成されており、
複数の前記突起が格子状に配置されている、
測定装置。
前記突起は、柱状に構成されており、
複数の前記突起が格子状に配置されている、
測定装置。
【請求項6】
請求項２又は３に記載の測定装置であって、
前記突起は、凸条に構成されており、
複数の前記凸条が所定方向に並んで配置されている、
測定装置。
前記突起は、凸条に構成されており、
複数の前記凸条が所定方向に並んで配置されている、
測定装置。
【請求項7】
請求項１～３のいずれかに記載の測定装置であって、
前記受光センサに光を集光する集光レンズを更に備え、
前記バンドパスフィルタは、前記集光レンズと前記受光センサとの間に配置されている、
測定装置。
前記受光センサに光を集光する集光レンズを更に備え、
前記バンドパスフィルタは、前記集光レンズと前記受光センサとの間に配置されている、
測定装置。
【請求項8】
請求項１～３のいずれかに記載の測定装置であって、
前記発光部は、所定の波長帯域の範囲で温度に応じた波長の光を照射し、
前記所定の波長帯域の光を通過させ前記バンドパスフィルタとは別のバンドパスフィルタを更に備える、
測定装置。
前記発光部は、所定の波長帯域の範囲で温度に応じた波長の光を照射し、
前記所定の波長帯域の光を通過させ前記バンドパスフィルタとは別のバンドパスフィルタを更に備える、
測定装置。
【請求項9】
基材と、
前記基材の上に形成された薄膜と、
を有し、
前記薄膜の表面には、複数の突起が所定のパターンで配置されており、
温度に応じて、前記突起の間隔が変化することによって、通過可能な光の波長が変化する、
バンドパスフィルタ。
前記基材の上に形成された薄膜と、
を有し、
前記薄膜の表面には、複数の突起が所定のパターンで配置されており、
温度に応じて、前記突起の間隔が変化することによって、通過可能な光の波長が変化する、
バンドパスフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定装置及びバンドパスフィルタに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、パルス光を射出してから反射光を受光するまでの光の飛行時間に基づいて、反射物までの距離を測定する測距装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１５２５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
太陽光等の背景光によるノイズの影響を低減させるため、受光用光学系にバンドパスフィルタを設けることがある。但し、発光部から出射される光の波長が温度に応じて変化する場合、バンドパスフィルタの通過帯域を拡張する必要がある。この結果、受光素子の受光データに混入するノイズが増加して、測定精度が低下するおそれがある。
【0005】
本発明は、ノイズの影響を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するための本発明の一形態は、温度に応じた波長の光を照射する発光部と、前記発光部から照射された光の反射光を通過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを通過した光を受光する受光センサとを備え、温度に応じて前記バンドパスフィルタを通過可能な光の波長が変化する、測定装置である。
【0007】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、ノイズの影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、同一の又は類似する構成について共通の符号を付して重複した説明を省略することがある。
【0011】
【0012】
以下の説明では、図２に示すように各方向を定めている。Ｚ方向は、受光用光学系２４の光軸に沿った方向である。なお、測定装置１の測定対象となる対象物９０は、測定装置１に対してＺ方向に離れていることになる。また、Ｘ方向及びＹ方向は、Ｚ方向に対して垂直な方向である。Ｘ方向は、投光用光学系１４の光軸と受光用光学系２４の光軸の並ぶ方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向である。
【0013】
測定装置１は、対象物９０までの距離を測定する装置である。測定装置１は、いわゆるＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）としての機能を有する装置である。測定装置１は、測定光を出射し、対象物９０の表面で反射した反射光を検出し、測定光を出射してから反射光を受光するまでの時間を計測することによって、対象物９０までの距離をＴＯＦ方式（Time of flight）で測定する。測定装置１は、照射部１０と、受光部２０と、制御部３０とを有する。
【0014】
照射部１０は、対象物９０に向かって測定光を照射する照射装置である。照射部１０は、所定の画角で測定エリア５０（図２参照）に測定光を照射する。照射部１０は、発光部１２と、投光用光学系１４とを有する。発光部１２は、光を出射する部材（光源）である。例えば、発光部１２は、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）アレイチップで構成されている。発光部１２は、発光素子１２１（例えば面発光レーザー；ＶＣＳＥＬ）を複数有しており、複数の発光素子１２１はＸ方向及びＹ方向に沿って２次元配置されている。投光用光学系１４は、発光部１２から出射された光を測定エリア５０に照射する光学系である。発光部１２は、それぞれの発光素子１２１を個別に発光させることができる。発光部１２のそれぞれの発光素子１２１は、投光用光学系１４を介して、測定エリア５０の所定の領域に対応付けられている。或る発光素子１２１から出射した光は、投光用光学系１４を介して、測定エリア５０の対応する領域に照射されることになる。但し、照射部１０は、発光部１２の発光面全体から光を出射して、測定エリア５０の全体に光を一括照射するように構成されても良い。また、投光用光学系１４が回転可能なミラー（例えばポリゴンミラー）を備えており、ミラーを回転させることによって発光部１２の光を測定エリア５０に照射しても良い。なお、発光部１２が照射する光の波長は、温度に応じて変化する。この点については後述する。
【0015】
受光部２０は、対象物９０からの反射光を受光する。受光部２０は、測定エリア５０（図２参照）からの反射光を受光することになる。受光部２０は、受光センサ２２と、受光用光学系２４とを有する。受光センサ２２は、２次元配置された複数の画素２２１を有する。例えば、ＶＧＡの受光センサ２２の場合、４８０×６４０の画素２２１が２次元配置されている。各画素２２１は、受光素子を有しており、受光素子は、受光量に応じた信号（受光データ）を出力する。受光用光学系２４は、測定エリア５０からの反射光を受光部２０に受光させる光学系である。受光用光学系２４は、測定エリア５０の像を受光センサ２２の受光面で結像させる。受光センサ２２のそれぞれの画素２２１は、受光用光学系２４を介して、測定エリア５０の所定の領域に対応付けられている。受光センサ２２の或る画素２２１は、受光用光学系２４を介して、測定エリア５０の対応する領域からの光（反射光及び背景光）を受光することになる。また、受光センサ２２のそれぞれの画素２２１は、発光部１２の所定の発光素子１２１と対応付けられている。或る発光素子１２１から出射した光は、投光用光学系１４及び受光用光学系２４を介して、対応する画素２２１に受光されることになる。なお、受光用光学系２４については、後述する。
【0016】
制御部３０は、測定装置１の制御を司る。制御部３０は、照射部１０を制御し、照射部１０から照射させる光を制御する。また、制御部３０は、受光部２０の出力結果に基づいて、対象物９０までの距離をＴＯＦ方式（Time of flight）で測定する。制御部３０は、不図示の演算装置及び記憶装置を有する。演算装置は、例えばＣＰＵ、ＧＰＵ、ＭＰＵ、ＡＳＩＣなどで構成された演算処理装置である。演算装置の一部がアナログ演算回路で構成されても良い。記憶装置は、主記憶装置と補助記憶装置とにより構成され、プログラムやデータを記憶する装置である。記憶装置に記憶されているプログラムを演算装置が実行することにより、対象物９０までの距離を測定するための各種処理が実行される。図１には、各種処理の機能ブロックが示されている。
【0017】
制御部３０は、設定部３２と、タイミング制御部３４と、測距部３６とを有する。設定部３２は、各種設定を行う。タイミング制御部３４は、各部の処理タイミングを制御する。例えば、タイミング制御部３４は、発光部１２から光を射出させるタイミングなどを制御する。測距部３６は、対象物９０までの距離を測定する。測距部３６は、信号処理部３６２と、時間検出部３６４と、距離算出部３６６とを有する。信号処理部３６２は、受光センサ２２の出力信号（受光データ）を処理する。時間検出部３６４は、光の飛行時間（光を照射してから反射光が到達するまでの時間）を検出する。距離算出部３６６は、対象物９０までの距離を算出する。
【0018】
図３は、測定方法の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【0019】
制御部３０（タイミング制御部３４）は、照射部１０の発光部１２に所定の周期でパルス光を出射させる。図３の上側には、発光部１２がパルス光（測定光）を出射するタイミングが示されている。発光部１２から出射された光は、投光用光学系１４を介して測定エリア５０に照射される。測定エリア５０内の対象物９０の表面で反射した光は、受光用光学系２４を介して受光センサ２２に受光される。受光センサ２２の画素２２１は、パルス状の反射光を受光することになる。図３の中央には、パルス状の反射光が到達するタイミングが示されている。図３の下側には、受光センサ２２の或る画素２２１の画素データＳ（或る画素２２１の受光素子の受光データ）が示されている。受光センサ２２の画素データＳは、画素２２１の受光量を示すデータである。
【0020】
制御部３０（タイミング制御部３４）は、発光部１２の全ての発光素子１２１から光を出射させて測定エリア５０の全体に光を一括して照射しても良いし、発光部１２の一部の発光素子１２１（例えば１つの発光素子１２１）から光を出射させて測定エリア５０の所定の領域のみに光を照射しても良い。発光部１２の一部の発光素子１２１（例えば１つの発光素子１２１）から光を出射させる場合、制御部３０（信号処理部３６２）は、発光させた発光素子１２１に対応する画素２２１の画素データＳを取得することになる。
【0021】
制御部３０の測距部３６（信号処理部３６２）は、各画素２２１の画素データＳに基づいて、反射光の到達タイミングを検出する。例えば、信号処理部３６２は、画素データＳのピークのタイミングに基づいて、反射光の到達タイミングを検出する。
測距部３６（時間検出部３６４）は、光の出射タイミングと、光の到達タイミングとに基づいて、光を照射してから反射光が到達するまでの時間Ｔｆを検出する。時間Ｔｆは、測定装置１と対象物９０との間を光が往復する時間に相当する。そして、測距部３６（距離算出部３６６）は、時間Ｔｆに基づいて、対象物９０までの距離Ｌを算出する。なお、光を照射してから反射光が到達するまでの時間をＴｆとし、光の速度をＣとしたとき、距離Ｌは、Ｌ＝Ｃ×Ｔｆ／２となる。制御部３０は、受光部２０の画素２２１ごとに検出した時間Ｔｆに基づいて、画素２２１ごとに対象物９０までの距離を算出することによって、距離画像を生成する。
測距部３６（時間検出部３６４）は、光の出射タイミングと、光の到達タイミングとに基づいて、光を照射してから反射光が到達するまでの時間Ｔｆを検出する。時間Ｔｆは、測定装置１と対象物９０との間を光が往復する時間に相当する。そして、測距部３６（距離算出部３６６）は、時間Ｔｆに基づいて、対象物９０までの距離Ｌを算出する。なお、光を照射してから反射光が到達するまでの時間をＴｆとし、光の速度をＣとしたとき、距離Ｌは、Ｌ＝Ｃ×Ｔｆ／２となる。制御部３０は、受光部２０の画素２２１ごとに検出した時間Ｔｆに基づいて、画素２２１ごとに対象物９０までの距離を算出することによって、距離画像を生成する。
【0022】
【0023】
受光用光学系２４は、集光レンズ２４１と、バンドパスフィルタＢＰＦとを有する。集光レンズ２４１は、測定エリア５０の像を受光センサ２２の受光面に結像させる光学素子である。バンドパスフィルタＢＰＦは、特定の波長の光を通過させ、当該特定波長以外の光をカットする（減衰させる）フィルタである。バンドパスフィルタＢＰＦでは、特定の波長の光の透過率は高く、当該特定波長以外の光の透過率は低い（当該特定波長以外の光の減衰率は高い）。以下の説明では、バンドパスフィルタＢＰＦを通過する光の波長帯域のことを「通過帯域」と呼び、バンドパスフィルタＢＰＦにカット（減衰）される光の波長帯域のことを「遮断帯域」と呼ぶことがある。例えば、通過帯域は、バンドパスフィルタＢＰＦの透過率が５０％以上となる波長帯域であり、遮断帯域は透過率が５０％未満となる帯域である。バンドパスフィルタＢＰＦは、反射光を透過させる必要があるため、少なくとも、発光部１２から照射される波長の光を透過可能である（発光部１２から照射される光の波長に対する透過率は高い）。つまり、バンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域には、発光部１２から出射される光の波長が少なくとも含まれる必要がある。受光用光学系２４がバンドパスフィルタＢＰＦを備えることにより、太陽光等の背景光における遮断帯域の光をカットできるため、背景光によるノイズの影響を抑制することができる。
【0024】
一方、発光部１２から出射する光の波長λは、温度に応じて変化する。例えば、発光部１２の温度が上昇すると、発光部１２から出射する光の波長λは長くなる。ここでは一例として、発光部１２は、温度がＴ１（例えばＴ１＝２５℃）のときに波長λ１（例えばλ１＝９４０ｎｍ）の光を出射し、温度がＴ２（例えばＴ２＝１０５℃）のときに波長λ２（例えばλ２＝９４６ｎｍ）の光を出射する。つまり、発光部１２は、使用温度Ｔ１～Ｔ２の範囲において、λ１～λ２の波長帯域の範囲で、温度に応じた波長λの光を出射することになる。
【0025】
バンドパスフィルタＢＰＦは、発光部１２から照射される光を高い透過率で透過させる必要がある。仮にバンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域が温度によらずに一定な場合、使用温度Ｔ１～Ｔ２の範囲で発光部１２から出射される光の波長帯域（λ１～λ２）の全ての波長に対して高い透過率であることが求められる。つまり、発光部１２から出射される光の波長帯域（λ１～λ２の範囲）の全てが含まれるように、バンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域を拡張する必要がある。但し、バンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域が拡張された結果、バンドパスフィルタＢＰＦを通過する背景光（背景光における通過帯域の光）が増加してしまう。このため、バンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域が温度によらずに一定な場合、画素データＳ（画素２２１の受光量を示すデータ）に含まれるノイズが増加してしまう。
そこで、本実施形態では、温度に応じてバンドパスフィルタＢＰＦの通過可能な光の波長が変化する。言い換えると、本実施形態のバンドパスフィルタＢＰＦは、温度に応じて特性を変化させる（バンドパスフィルタＢＰＦが温度依存性を有する）。以下、この点について説明する。
そこで、本実施形態では、温度に応じてバンドパスフィルタＢＰＦの通過可能な光の波長が変化する。言い換えると、本実施形態のバンドパスフィルタＢＰＦは、温度に応じて特性を変化させる（バンドパスフィルタＢＰＦが温度依存性を有する）。以下、この点について説明する。
【0026】
図５は、本実施形態のバンドパスフィルタＢＰＦの特性を示す概略説明図である。図中のグラフの横軸は波長（単位：ｎｍ）を示し、縦軸は透過率（単位：％）を示している。図中の２つのグラフは、異なる２つの温度でのバンドパスフィルタＢＰＦの波長と透過率との関係を示している。図中の太線は、温度Ｔ１１のときのバンドパスフィルタＢＰＦの特性を示すグラフである。図中の細線は、温度Ｔ１２（Ｔ＞１１）のときのバンドパスフィルタＢＰＦの特性を示すグラフである。
【0027】
図に示すように、バンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域（バンドパスフィルタＢＰＦを通過する光の波長帯域）は、温度に応じて変化する。ここでは、温度が上昇すると、バンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域の波長が長くなる。つまり、バンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域は、温度が高くなると、グラフが図中の右側（長波長側）にシフトする。図中には、温度がＴ１１のときのバンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域の中心波長（透過率がピークとなるピーク波長）はλ１１であるのに対し、温度がＴ１２（＞Ｔ１２）のときのバンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域の中心波長はλ１２（＞λ１２）である。波長λ１１に対するバンドパスフィルタＢＰＦの透過率は、温度がＴ１２（＞Ｔ１１）のときよりも温度がＴ１１のときの方が高い。また、波長λ１２に対するバンドパスフィルタＢＰＦの透過率は、温度がＴ１１のときよりも温度がＴ１２（＞Ｔ１１）のときの方が高い。
【0028】
図５における温度Ｔ１１は前述の温度Ｔ１（例えばＴ１＝２５℃）と同程度に設定されており、λ１１は、前述の波長λ１（例えばλ１＝９４０ｎｍ）と同程度に設定されている。また、温度Ｔ１２は前述の温度Ｔ２（例えばＴ２＝１０５℃）と同程度に設定されており、λ１１は、前述のλ２（例えばλ２＝９４６ｎｍ）と同程度に設定されている。これにより、温度がＴ１（例えばＴ１＝２５℃）であり、発光部１２が波長λ１（例えばλ１＝９４０ｎｍ）の光を出射するとき、波長λ１に対するバンドパスフィルタＢＰＦの透過率が高くなり、波長λ１の反射光がバンドパスフィルタＢＰＦを通過し易くなる。また、温度がＴ２（例えばＴ２＝１０５℃）であり、発光部１２が波長λ２（例えばλ２＝９４６ｎｍ）の光を出射するとき、波長λ２に対するバンドパスフィルタＢＰＦの透過率が高くなり、波長λ２の反射光がバンドパスフィルタＢＰＦを通過し易くなる。なお、温度Ｔ１（≒Ｔ１１）のときのバンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域の中心波長（ピーク波長）をλ１に設定しつつ、温度Ｔ２（≒Ｔ１２）のときのバンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域の中心波長（ピーク波長）をλ２に設定するためのバンドパスフィルタＢＰＦの構造については後述する。
【0029】
上記の通り、発光部１２の温度が上昇すると発光部１２から出射する光の波長λが長くなるため、本実施形態では、温度が上昇すると透過率のピークとなる波長（中心波長）が長くなるようなバンドパスフィルタＢＰＦが用いられている。これにより、発光部１２から出射する光の波長λが温度に応じて変化しても、その波長λに対するバンドパスフィルタＢＰＦの透過率が高くなるとともに、その波長以外の波長に対するバンドパスフィルタＢＰＦの透過率が低くなる。この結果、画素データＳに含まれるノイズの影響を低減させることができ、ＳＮ比が向上する。
【0030】
＜バンドパスフィルタＢＰＦの構造について＞
図６Ａ及び図６Ｂは、バンドパスフィルタＢＰＦの構造の拡大説明図である。図６Ａは、バンドパスフィルタＢＰＦの上面図である。図６Ｂは、バンドパスフィルタＢＰＦの断面図である。なお、図６Ａには突起２７が７つだけ描かれているが、バンドパスフィルタＢＰＦの表面には、無数の突起２７が図６Ａに示す配置パターンで配置されている。
図６Ａ及び図６Ｂは、バンドパスフィルタＢＰＦの構造の拡大説明図である。図６Ａは、バンドパスフィルタＢＰＦの上面図である。図６Ｂは、バンドパスフィルタＢＰＦの断面図である。なお、図６Ａには突起２７が７つだけ描かれているが、バンドパスフィルタＢＰＦの表面には、無数の突起２７が図６Ａに示す配置パターンで配置されている。
【0031】
バンドパスフィルタＢＰＦは、基材２５と、薄膜２６とにより構成されている。
【0032】
基材２５は、光透過性の部材で構成されている。例えば、基材２５はガラス基板（ここでは有機ガラス）で構成される。基材２５の表面には薄膜２６が形成されている。例えば、基材２５は光透過性の樹脂（透過率の高い樹脂）で構成されており、ここでは基材２５はＰＭＭＡ（Poly Methyl Methacrylate；ポリメタクリル酸メチル樹脂）で構成されている。但し、基材２５は、他の有機ガラスで構成されても良い。また、ここでは、基材２５は、薄膜２６と比べて線膨張係数が大きい材料で構成されている。但し、基材２５は、薄膜２６と同程度の線膨張係数でも良く、薄膜２６と比べて線膨張係数が大きい材料でなくても良い。
【0033】
薄膜２６は、基材２５の表面に形成されている。また、薄膜２６は、基材２５とは異なる屈折率となる材料で構成されている。例えば、薄膜２６の屈折率ｎ２が基材２５の屈折率ｎ１よりも高く（大きく）なるように、薄膜２６は高い屈折率の材料で構成されている。ここでは、薄膜２６は、酸化チタン（ＴｉＯ２）で構成されている。但し、薄膜２６は、酸化チタン（ＴｉＯ２）に限られるものではなく、例えばアモルファスシリコン（α－Ｓｉ）で構成されても良い。また、ここでは、薄膜２６は、基材２５と比べて線膨張係数が小さい材料（無機材料）で構成されている。但し、薄膜２６は、基材２５と同程度の線膨張係数でも良く、基材２５と比べて線膨張係数が小さい材料でなくても良い。
【0034】
薄膜２６の表面には、複数の突起２７が設けられている。薄膜２６の表面の突起２７は、光の波長よりも小さい微小構造体であり、ナノポストと呼ばれることもある。突起２７は、柱状に構成されており、ここでは、突起２７は円柱状に構成されている。但し、突起２７は、角柱状（例えば６角柱状、８角柱状など）に構成されても良い。多数の突起２７は、所定のパターンで配置されている。ここでは、図６Ａに示すように、柱状の突起２７が格子状に配置されている。言い換えると、薄膜２６の表面に、ナノポストアレイが形成されている。多数の突起２７を格子状に配置することによって、突起２７を所定の間隔で配置できる。また、柱状の突起２７が格子状に配置されることによって、バンドパスフィルタＢＰＦの偏光依存性を弱めることができる。また、図６Ａに示すように、多数の突起２７を三角格子状（正三角格子状）に配置することによって、周囲の６つの突起２７との間隔が等しくなるように、各突起２７を高密度で配置することができる。なお、突起２７の配置パターンは、図６Ａに示すパターンに限られるものではない。例えば、周囲の３つの突起２７との間隔が等しくなるように多数の突起２７を六角格子状に配置しても良い。突起２７は、薄膜２６と同じ材料で構成されており、ここでは酸化チタン（ＴｉＯ２）で構成されている。
【0035】
光の波長よりも小さい突起２７が所定パターンで配置されることによって、光の位相や方向が制御され、強め合う波長（若しくは弱め合う波長）が制御される。本実施形態では、温度変化に応じて基材２５及び薄膜２６（及び突起２７）が膨張・収縮するため、温度に応じて、突起２７の間隔が変化する（突起２７の密度が変化する）。これにより、温度に応じて、バンドパスフィルタＢＰＦを通過可能な光の波長が変化し、バンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域の中心波長が変化する。本実施形態では、温度が上昇すると突起２７の間隔が広がるため、バンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域の中心波長が長くなる（長波長側にシフトする）。このため、温度が上昇したときに、発光部１２から出射する光の波長λは長くなるのに適応するように、バンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域を変化させることができる。なお、温度に応じて、突起２７の形状（円柱の高さや直径）も変化し、この影響によってもバンドパスフィルタＢＰＦを通過可能な光の波長が変化し、バンドパスフィルタＢＰＦの通過帯域の中心波長が変化することになる。本実施形態では、突起２７同士の間隔を調整することによって、バンドパスフィルタＢＰＦの特性（温度依存性）を調整可能である。また、突起２７の高さや直径を調整することによって、バンドパスフィルタＢＰＦの特性（通過帯域や遮断帯域の波長など）を調整可能である。
【0036】
なお、本実施形態では、線膨張係数の大きい基材２５の上に、突起２７を有する薄膜２６が形成されている。これにより、突起２７（薄膜２６）の線膨張係数が小さくても、温度に応じた突起２７の間隔の変化を大きくできる。但し、基材２５の線膨張係数が薄膜２６（及び突起２７）の線膨張係数よりも大きくなくても良く、例えば、基材２５の線膨張係数が薄膜２６（及び突起２７）の線膨張係数と同程度でも良い。
【0037】
図７は、バンドパスフィルタＢＰＦの特性を示すグラフである。図中の太線は、温度が２５℃（前述のＴ１，Ｔ１１に相当）のときのバンドパスフィルタＢＰＦの特性を示すグラフである。図中の細線は、温度が１０５℃（前述のＴ２，Ｔ１２に相当）のときのバンドパスフィルタＢＰＦの特性を示すグラフである。
【0038】
図７に示すバンドパスフィルタＢＰＦでは、基材２５はＰＭＭＡ（Poly Methyl Methacrylate；ポリメタクリル酸メチル樹脂）で構成されており、薄膜２６（及び突起２７）は酸化チタン（ＴｉＯ２）で構成されている。基材２５の線膨張係数は５６×１０－６／℃であり、薄膜２６の線膨張係数は１０×１０－６／℃である。また、基材２５の屈折率は１．４９であり、薄膜２６の屈折率は２．５である。薄膜２６の厚さは１４６ｎｍである。突起２７は図６Ａに示すパターンで配置されており、突起２７同士の間隔は５５７ｎｍである。また、円柱状の突起２７の半径は１８５ｎｍであり、突起２７の高さは１４５ｎｍである。
【0039】
図７に示すバンドパスフィルタＢＰＦは、２５℃のときに９４０ｎｍ（前述のλ１，λ１１に相当）に対する透過率が高くなる。本実施形態の発光部１２は２５℃のときに９４０ｎｍの波長の光を出射するため、このバンドパスフィルタＢＰＦは、反射光を透過し易くなる。また、このバンドパスフィルタＢＰＦは、１０５℃のときに９４６ｎｍ（前述のλ２，λ１２に相当）に対する透過率が高くなる。本実施形態の発光部１２は１０５℃のときに９４６ｎｍの波長の光を出射するため、このバンドパスフィルタＢＰＦは、反射光を透過し易くなる。
【0040】
なお、ここでは、発光部１２は、２５℃のときに９４０ｎｍの波長の光を出射し、１０５℃のときに９４６ｎｍの波長の光を出射することを想定している。但し、発光部１２の構造に応じて、発光部１２の温度特性が異なることがある。この場合、発光部１２の温度特性に応じて、バンドパスフィルタＢＰＦの突起２７の配置（突起２７の間隔）や形状（高さや直径）を変更することになる（また、基材２５や薄膜２６の材質を変更しても良い）。
【0041】
図８は、バンドパスフィルタＢＰＦの別の特性を示すグラフである。なお、ここでは、発光部１２は、２５℃のときに１２９８ｎｍの波長の光を出射し、１０５℃のときに１３０８ｎｍの波長の光を出射することを想定している。
図８に示すバンドパスフィルタＢＰＦでは、基材２５の線膨張係数は５６×１０－６／℃であり、薄膜２６の線膨張係数は１０×１０－６／℃である。また、基材２５の屈折率は１．４９であり、薄膜２６の屈折率は３．４８である。薄膜２６の厚さは２７０ｎｍである。突起２７は図６Ａに示すパターンで配置されており、突起２７同士の間隔は８６０ｎｍである。また、円柱状の突起２７の直径は２１０ｎｍ（半径は１０５ｎｍ）であり、突起２７の高さは１６０ｎｍである。
図８に示すバンドパスフィルタＢＰＦは、２５℃のときに１２９８ｎｍ（前述のλ１，λ１１に相当）に対する透過率が高くなる。また、このバンドパスフィルタＢＰＦは、１０５℃のときに１３０８ｎｍ（前述のλ２，λ１２に相当）に対する透過率が高くなる。このように、バンドパスフィルタＢＰＦの突起２７の形状及び配置を適宜変更することによって、発光部１２の温度特性に適応したバンドパスフィルタＢＰＦを作成することが可能である。
図８に示すバンドパスフィルタＢＰＦでは、基材２５の線膨張係数は５６×１０－６／℃であり、薄膜２６の線膨張係数は１０×１０－６／℃である。また、基材２５の屈折率は１．４９であり、薄膜２６の屈折率は３．４８である。薄膜２６の厚さは２７０ｎｍである。突起２７は図６Ａに示すパターンで配置されており、突起２７同士の間隔は８６０ｎｍである。また、円柱状の突起２７の直径は２１０ｎｍ（半径は１０５ｎｍ）であり、突起２７の高さは１６０ｎｍである。
図８に示すバンドパスフィルタＢＰＦは、２５℃のときに１２９８ｎｍ（前述のλ１，λ１１に相当）に対する透過率が高くなる。また、このバンドパスフィルタＢＰＦは、１０５℃のときに１３０８ｎｍ（前述のλ２，λ１２に相当）に対する透過率が高くなる。このように、バンドパスフィルタＢＰＦの突起２７の形状及び配置を適宜変更することによって、発光部１２の温度特性に適応したバンドパスフィルタＢＰＦを作成することが可能である。
【0042】
ところで、上記の突起２７は柱状（円柱状又は角柱状）に構成されているが、突起２７の形状は、柱状に限られるものではない。例えば、突起２７は、凸条（筋状の凸部）に構成されても良い。この場合、薄膜２６の表面には、多数の突起２７が所定方向に所定の間隔をあけて配置されることになる。凸条の突起２７を所定方向に配置したバンドパスフィルタＢＰＦは、柱状の突起２７を格子状に配置したバンドパスフィルタＢＰＦ（図６Ａ参照）と比べて、バンドパスフィルタＢＰＦの偏光依存性が強くなる。このため、凸条の突起２７を所定方向に配置したバンドパスフィルタＢＰＦは、特定の方向に振動する光を通過又は遮断する場合に用いることが望ましい。なお、突起２７が凸条に構成された場合においても、突起２７同士の間隔（凸条同士の間隔）や突起２７の形状（凸条の高さや幅）を調整することによって、バンドパスフィルタＢＰＦの特性（通過帯域や遮断帯域の波長など）を調整可能である。
【0043】
図９は、バンドパスフィルタＢＰＦの配置の変形例の説明図である。
変形例では、バンドパスフィルタＢＰＦは、集光レンズ２４１と受光センサ２２との間に配置されている。バンドパスフィルタＢＰＦが集光レンズ２４１よりも後側（集光レンズ２４１から見て対象物９０とは反対側）に配置されることによって、バンドパスフィルタＢＰＦの角度依存性の影響を抑制することができる（言い換えると、バンドパスフィルタＢＰＦに入射する光の角度を抑制できる）。なお、バンドパスフィルタＢＰＦが集光レンズ２４１よりも前側（対象物９０側）に配置されている場合には、バンドパスフィルタＢＰＦに対して広い角度から光が入射するため、バンドパスフィルタＢＰＦの角度依存性の影響を受け易くなる。本実施形態のように温度に応じて透過率が変化するようにバンドパスフィルタＢＰＦを構成した場合、バンドパスフィルタＢＰＦの角度依存性が強くなることが起こり得るため、変形例のようにバンドパスフィルタＢＰＦを集光レンズ２４１と受光センサ２２との間に配置することは特に有効である。
変形例では、バンドパスフィルタＢＰＦは、集光レンズ２４１と受光センサ２２との間に配置されている。バンドパスフィルタＢＰＦが集光レンズ２４１よりも後側（集光レンズ２４１から見て対象物９０とは反対側）に配置されることによって、バンドパスフィルタＢＰＦの角度依存性の影響を抑制することができる（言い換えると、バンドパスフィルタＢＰＦに入射する光の角度を抑制できる）。なお、バンドパスフィルタＢＰＦが集光レンズ２４１よりも前側（対象物９０側）に配置されている場合には、バンドパスフィルタＢＰＦに対して広い角度から光が入射するため、バンドパスフィルタＢＰＦの角度依存性の影響を受け易くなる。本実施形態のように温度に応じて透過率が変化するようにバンドパスフィルタＢＰＦを構成した場合、バンドパスフィルタＢＰＦの角度依存性が強くなることが起こり得るため、変形例のようにバンドパスフィルタＢＰＦを集光レンズ２４１と受光センサ２２との間に配置することは特に有効である。
【0044】
図１０Ａ～図１０Ｃは、別のバンドパスフィルタＢＰＦ’の配置の説明図である。
本実施形態のように温度に応じて透過率が変化するようにバンドパスフィルタＢＰＦを構成した場合、バンドパスフィルタＢＰＦの遮断帯域が狭くなることが起こり得る。このため、受光用光学系２４は、前述のバンドパスフィルタＢＰＦとは別のバンドパスフィルタＢＰＦ’を更に備えることが望ましい。別のバンドパスフィルタＢＰＦ’は、発光部１２が照射する波長帯域の光を通過させつつ、当該波長帯域以外の光をカットする（減衰させる）。例えば、発光部１２が、使用温度の範囲において、λ１～λ２の波長帯域の範囲で温度に応じた波長λの光を出射する場合、別のバンドパスフィルタＢＰＦ’は、λ１～λ２の波長帯域の光を通過させつつ、λ１より小さい波長帯域及びλ２より大きい波長帯域の光を減衰させる。これにより、温度に応じて通過帯域が変化するバンドパスフィルタＢＰＦの遮断帯域が狭くても、別のバンドパスフィルタＢＰＦ’によって太陽光等の背景光をカットできるため、背景光によるノイズの影響を抑制することができる。
本実施形態のように温度に応じて透過率が変化するようにバンドパスフィルタＢＰＦを構成した場合、バンドパスフィルタＢＰＦの遮断帯域が狭くなることが起こり得る。このため、受光用光学系２４は、前述のバンドパスフィルタＢＰＦとは別のバンドパスフィルタＢＰＦ’を更に備えることが望ましい。別のバンドパスフィルタＢＰＦ’は、発光部１２が照射する波長帯域の光を通過させつつ、当該波長帯域以外の光をカットする（減衰させる）。例えば、発光部１２が、使用温度の範囲において、λ１～λ２の波長帯域の範囲で温度に応じた波長λの光を出射する場合、別のバンドパスフィルタＢＰＦ’は、λ１～λ２の波長帯域の光を通過させつつ、λ１より小さい波長帯域及びλ２より大きい波長帯域の光を減衰させる。これにより、温度に応じて通過帯域が変化するバンドパスフィルタＢＰＦの遮断帯域が狭くても、別のバンドパスフィルタＢＰＦ’によって太陽光等の背景光をカットできるため、背景光によるノイズの影響を抑制することができる。
【0045】
別のバンドパスフィルタＢＰＦ’は、バンドパスフィルタＢＰＦよりも前側（対象物９０側）に配置されても良いし、バンドパスフィルタＢＰＦよりも後側（バンドパスフィルタＢＰＦから見て対象物９０とは反対側）に配置されても良い。但し、図１０Ａ～図１０Ｃに示すように、別のバンドパスフィルタＢＰＦ’がバンドパスフィルタＢＰＦよりも前側（対象物９０側）に配置された場合には、別のバンドパスフィルタＢＰＦ’を通過した光だけをバンドパスフィルタＢＰＦに入射させることができ、別のバンドパスフィルタＢＰＦ’でカットされる波長の光をバンドパスフィルタＢＰＦに入射させずに済む。なお、バンドパスフィルタＢＰＦを集光レンズ２４１と受光センサ２２との間に配置した場合、別のバンドパスフィルタＢＰＦ’は、図１０Ｂに示すように集光レンズ２４１よりも前側（対象物９０側）に配置されても良いし、図１０Ｃに示すように集光レンズ２４１よりも後側（集光レンズ２４１から見て対象物９０とは反対側；ここでは集光レンズ２４１とバンドパスフィルタＢＰＦとの間）に配置されても良い。なお、図１０Ｃに示すように別のバンドパスフィルタＢＰＦ’を配置した場合には、バンドパスフィルタＢＰＦ’の角度依存性の影響を抑制することができる。
【0046】
＝＝＝小括＝＝＝
本実施形態の測定装置１は、発光部１２と、バンドパスフィルタＢＰＦと、受光センサ２２とを備えている。発光部１２は、温度に応じた波長の光を照射する。バンドパスフィルタＢＰＦは、発光部１２から照射された光の反射光を通過させる。受光センサ２２は、バンドパスフィルタＢＰＦを通過した光を受光する。本実施形態では、温度に応じて、バンドパスフィルタＢＰＦを通過可能な光の波長が変化する。このような構成によれば、温度に応じた波長の光が発光部１２から照射されても、バンドパスフィルタＢＰＦは、その光を通過させることができ、受光センサ２２は、反射光を受光する受光センサ２２が受光する背景光を軽減させることができ、背景光によるノイズの影響を抑制することができる。
本実施形態の測定装置１は、発光部１２と、バンドパスフィルタＢＰＦと、受光センサ２２とを備えている。発光部１２は、温度に応じた波長の光を照射する。バンドパスフィルタＢＰＦは、発光部１２から照射された光の反射光を通過させる。受光センサ２２は、バンドパスフィルタＢＰＦを通過した光を受光する。本実施形態では、温度に応じて、バンドパスフィルタＢＰＦを通過可能な光の波長が変化する。このような構成によれば、温度に応じた波長の光が発光部１２から照射されても、バンドパスフィルタＢＰＦは、その光を通過させることができ、受光センサ２２は、反射光を受光する受光センサ２２が受光する背景光を軽減させることができ、背景光によるノイズの影響を抑制することができる。
【0047】
また、本実施形態では、バンドパスフィルタＢＰＦは、基材２５と、基材２５の上に形成された薄膜２６とを有し、薄膜２６の表面には、複数の突起２７が所定のパターンで配置されており、温度に応じて突起２７の間隔が変化する。これにより、温度に応じてバンドパスフィルタＢＰＦの特性を変化させることができる。
【0048】
また、本実施形態では、基材２５の線膨張係数は、薄膜２６の線膨張係数よりも大きい。これにより、薄膜２６の線膨張係数が小さくても、温度に応じた突起２７の間隔の変化を大きくできる。
【0049】
また、本実施形態では、基材２５は、光透過性の樹脂で構成されている。これにより、基材２５の線膨張係数を薄膜２６の線膨張係数よりも大きくすることが容易になる。
【0050】
また、本実施形態では、突起２７は、柱状に構成されており、複数の突起２７が格子状に配置されている。これにより、バンドパスフィルタＢＰＦの偏光依存性を弱めることができる。
一方、突起２７を凸条に構成するとともに、複数の凸条を所定方向に並べて配置することによって、温度に応じて特性を変化させるバンドパスフィルタＢＰＦを構成しても良い。これにより、特定の方向に振動する光を通過又は遮断するようにバンドパスフィルタＢＰＦを構成することができる。
一方、突起２７を凸条に構成するとともに、複数の凸条を所定方向に並べて配置することによって、温度に応じて特性を変化させるバンドパスフィルタＢＰＦを構成しても良い。これにより、特定の方向に振動する光を通過又は遮断するようにバンドパスフィルタＢＰＦを構成することができる。
【0051】
また、図９に示すように、バンドパスフィルタＢＰＦは、集光レンズ２４１と受光センサ２２との間に配置されることが望ましい。これにより、バンドパスフィルタＢＰＦの角度依存性の影響を抑制することができる。
【0052】
また、発光部１２が照射する波長帯域の光を通過させる別のバンドパスフィルタＢＰＦを更に備えることが望ましい。これにより、温度に応じて通過帯域が変化するバンドパスフィルタＢＰＦの遮断帯域が狭くても、別のバンドパスフィルタＢＰＦ’によって太陽光等の背景光をカットすることによって、背景光によるノイズの影響を抑制することができる。
【0053】
また、本実施形態のバンドパスフィルタＢＰＦは、基材２５と、基材２５の上に形成された薄膜２６とを有し、薄膜２６の表面には、複数の突起２７が所定のパターンで配置されており、温度に応じて突起２７の間隔が変化する。これにより、温度に応じて特性を変化させるバンドパスフィルタを実現できる。
【0054】
以上、本発明の実施形態につき詳述したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の実施形態の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。
【符号の説明】
【0055】
１ 測定装置、１０ 照射部、
１２ 発光部、１２１ 発光素子、１４ 投光用光学系、
２０ 受光部、２２ 受光センサ、２２１ 画素、
２４ 受光用光学系、２４１ 集光レンズ、
２５ 基材、２６ 薄膜、２７ 突起、
ＢＰＦ バンドパスフィルタ、ＢＰＦ’ 別のバンドパスフィルタ、
３０ 制御部、３２ 設定部、
３４ タイミング制御部、３６ 測距部、
３６２ 信号処理部、３６４ 時間検出部、３６６ 距離算出部、
５０ 測定エリア、９０ 対象物
１２ 発光部、１２１ 発光素子、１４ 投光用光学系、
２０ 受光部、２２ 受光センサ、２２１ 画素、
２４ 受光用光学系、２４１ 集光レンズ、
２５ 基材、２６ 薄膜、２７ 突起、
ＢＰＦ バンドパスフィルタ、ＢＰＦ’ 別のバンドパスフィルタ、
３０ 制御部、３２ 設定部、
３４ タイミング制御部、３６ 測距部、
３６２ 信号処理部、３６４ 時間検出部、３６６ 距離算出部、
５０ 測定エリア、９０ 対象物
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】