JP7840219B2 - Measuring device - Google Patents

Measuring device

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Description

本発明は、測定装置に関する。 This invention relates to a measuring device.

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。 Patent Document 1 describes a distance measuring device that measures the distance to a reflecting object based on the time of flight of light from the time pulse light is emitted until the reflected light is received.

特開2021-152536号公報Japanese Patent Publication No. 2021-152536

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。 To reduce the influence of noise from background light such as sunlight, a bandpass filter may be provided in the light-receiving optical system. However, if the wavelength of light emitted from the light-emitting part changes with temperature, it is necessary to extend the passband of the bandpass filter. As a result, the noise mixed into the light-receiving data of the photodetector may increase, potentially reducing measurement accuracy.

本発明は、ノイズの影響を抑制することを目的とする。 The present invention aims to suppress the effects of noise.

上記目的を達成するための本発明の一形態は、所定の波長帯域の範囲で温度に応じた波長の光を照射する発光部と、前記所定の波長帯域の光を通過させ、前記発光部から照射された光の反射光を通過させるフィルタと、複数の受光素子を有する受光センサと、前記フィルタと前記受光センサとの間に配置され、前記フィルタを通過した光を2以上の前記受光素子に分散させる分散素子と、を備える測定装置である。 One embodiment of the present invention for achieving the above objective is a measuring device comprising: a light-emitting unit that irradiates light with a wavelength corresponding to the temperature within a predetermined wavelength band; a filter that allows light in the predetermined wavelength band to pass through and also allows reflected light from the light-emitting unit to pass through; a light-receiving sensor having a plurality of light-receiving elements; and a dispersion element disposed between the filter and the light-receiving sensor, which disperses the light that has passed through the filter among two or more of the light-receiving elements.

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。 Furthermore, the problems disclosed in this application and their solutions are clearly indicated in the section on embodiments for carrying out the invention and in the drawings.

本発明によれば、ノイズの影響を抑制することができる。 According to this invention, the effects of noise can be suppressed.

図1は、測定装置1の全体構成の説明図である。Figure 1 is an explanatory diagram of the overall configuration of the measuring device 1. 図2は、測定装置1の概略説明図である。Figure 2 is a schematic diagram of the measuring device 1. 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。Figure 3 is a timing chart illustrating an example of a measurement method. 図4Aは、本実施形態の受光部20の説明図である。図4Bは、参考例の受光部20の説明図である。Figure 4A is an explanatory diagram of the light-receiving unit 20 of this embodiment. Figure 4B is an explanatory diagram of the light-receiving unit 20 of a reference example. 図5は、第1測定方法に用いられる対応テーブルである。Figure 5 is a correspondence table used in the first measurement method. 図6A~図6Cは、第1測定方法の説明図である。Figures 6A to 6C are explanatory diagrams of the first measurement method. 図7Aは、第2測定方法に用いられるテーブルである。図7Bは、第2測定方法の説明図である。Figure 7A shows the table used in the second measurement method. Figure 7B is an explanatory diagram of the second measurement method. 図8は、発光素子121と受光素子222との対応関係の説明図である。Figure 8 is an explanatory diagram illustrating the correspondence between the light-emitting element 121 and the light-receiving element 222. 図9は、発光素子121と受光素子222との別の対応関係の説明図である。Figure 9 is an explanatory diagram illustrating another correspondence between the light-emitting element 121 and the light-receiving element 222.

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。 The embodiments for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, identical or similar components may be denoted by common reference numerals, and redundant explanations may be omitted.

<全体構成>
図1は、測定装置1の全体構成の説明図である。図2は、測定装置1の概略説明図である。
<Overall Structure>
Figure 1 is an explanatory diagram of the overall configuration of the measuring device 1. Figure 2 is a schematic explanatory diagram of the measuring device 1.

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。なお、発光部12を構成する複数の発光素子121は、X方向及びY方向に沿って2次元配置されている。受光センサ22の複数の画素221も、X方向及びY方向に沿って2次元配置されている。 In the following explanation, the directions are defined as shown in Figure 2. The Z direction is the direction along the optical axis of the light-receiving optical system 24. The object 90 to be measured by the measuring device 1 is located away from the measuring device 1 in the Z direction. The X and Y directions are perpendicular to the Z direction. The multiple light-emitting elements 121 constituting the light-emitting section 12 are arranged two-dimensionally along the X and Y directions. The multiple pixels 221 of the light-receiving sensor 22 are also arranged two-dimensionally along the X and Y directions.

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。また、本実施形態の測定装置1は、温度センサ41を有する。 The measuring device 1 is a device for measuring the distance to an object 90. The measuring device 1 functions as a so-called LiDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging) device. The measuring device 1 emits measurement light, detects the reflected light reflected from the surface of the object 90, and measures the time from the emission of the measurement light to the reception of the reflected light, thereby measuring the distance to the object 90 using the TOF (Time of Flight) method. The measuring device 1 comprises an irradiation unit 10, a light receiving unit 20, and a control unit 30. Furthermore, the measuring device 1 in this embodiment includes a temperature sensor 41.

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。なお、発光素子121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。 The irradiation unit 10 is an irradiation device that irradiates measurement light toward the object 90. The irradiation unit 10 irradiates measurement light toward the measurement area 50 (see Figure 2) at a predetermined field of view. The irradiation unit 10 has a light-emitting unit 12 and a light-projection optical system 14. The light-emitting unit 12 is a member (light source) that emits light. For example, the light-emitting unit 12 is composed of a surface-emitting laser (VCSEL) array chip. The light-emitting unit 12 has a plurality of light-emitting elements 121 (e.g., surface-emitting lasers; VCSELs), and the plurality of light-emitting elements 121 are arranged two-dimensionally along the X and Y directions. The light-projection optical system 14 is an optical system that irradiates the measurement area 50 with light emitted from the light-emitting unit 12. The light-emitting unit 12 can make each of the light-emitting elements 121 emit light individually. Each of the light-emitting elements 121 of the light-emitting unit 12 is associated with a predetermined area of the measurement area 50 via the light-projection optical system 14. Light emitted from a light-emitting element 121 is transmitted via the light-projection optical system 14 to the corresponding area of the measurement area 50. However, the irradiation unit 10 may be configured to emit light from the entire light-emitting surface of the light-emitting unit 12, illuminating the entire measurement area 50 simultaneously. The wavelength of the light emitted by the light-emitting element 121 changes depending on the temperature. This will be discussed later.

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222を有しており、受光素子222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、受光センサ22や受光用光学系24については、後述する。 The light-receiving unit 20 receives reflected light from the object 90. The light-receiving unit 20 receives reflected light from the measurement area 50 (see Figure 2). The light-receiving unit 20 has a light-receiving sensor 22 and a light-receiving optical system 24. The light-receiving sensor 22 has a plurality of pixels 221 arranged in two dimensions. For example, in the case of a VGA light-receiving sensor 22, 480 x 640 pixels 221 are arranged in two dimensions. Each pixel 221 has a light-receiving element 222, which outputs a signal (received light data) according to the amount of light received. The light-receiving optical system 24 is an optical system that causes the light-receiving unit 20 to receive reflected light from the measurement area 50. The light-receiving optical system 24 forms an image of the measurement area 50 on the light-receiving surface of the light-receiving sensor 22. Each pixel 221 of the light-receiving sensor 22 is associated with a predetermined area of the measurement area 50 via the light-receiving optical system 24. A certain pixel 221 of the light-receiving sensor 22 receives light (reflected light and background light) from the corresponding area of the measurement area 50 via the light-receiving optical system 24. Furthermore, each pixel 221 of the light-receiving sensor 22 is associated with a predetermined light-emitting element 121 of the light-emitting unit 12. Light emitted from a certain light-emitting element 121 is received by the corresponding pixel 221 via the light-emitting optical system 14 and the light-receiving optical system 24. The light-receiving sensor 22 and the light-receiving optical system 24 will be described later.

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などの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。 The control unit 30 controls the measuring device 1. The control unit 30 controls the irradiation unit 10 and controls the light emitted from it. Furthermore, the control unit 30 measures the distance to the object 90 using the Time of Flight (TOF) method based on the output result of the light receiving unit 20. The control unit 30 includes a calculation unit and a memory device (not shown). The calculation unit is, for example, a CPU, GPU, or other arithmetic processing unit. Part of the calculation unit may be composed of analog arithmetic circuits. The memory device consists of a main memory and an auxiliary memory device, and stores programs and data. The calculation unit executes the programs stored in the memory device, thereby executing various processes for measuring the distance to the object 90. Figure 1 shows the functional blocks of the various processes.

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。 The control unit 30 includes a setting unit 32, a timing control unit 34, and a distance measuring unit 36. The setting unit 32 performs various settings. The timing control unit 34 controls the processing timing of each unit. For example, the timing control unit 34 controls the timing of light emission from the light-emitting unit 12. The distance measuring unit 36 measures the distance to the object 90. The distance measuring unit 36 includes a signal processing unit 362, a time detection unit 364, and a distance calculation unit 366. The signal processing unit 362 processes the output signal (received light data) of the light-receiving sensor 22. The time detection unit 364 detects the time of flight of light (the time from when light is irradiated until the reflected light arrives). The distance calculation unit 366 calculates the distance to the object 90.

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。 Figure 3 is a timing chart illustrating an example of a measurement method.

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がパルス光を出射するタイミング(出射タイミング)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(到達タイミング)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222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。 The control unit 30 (timing control unit 34) causes the light-emitting unit 12 of the irradiation unit 10 to emit pulsed light at a predetermined period. The upper part of Figure 3 shows the timing (emission timing) when the light-emitting unit 12 emits pulsed light. The light emitted from the light-emitting unit 12 is irradiated onto the measurement area 50 via the light-projection optical system 14. The light reflected from the surface of the object 90 within the measurement area 50 is received by the light-receiving sensor 22 via the light-receiving optical system 24. The pixel 221 of the light-receiving sensor 22 receives pulsed reflected light. The center of Figure 3 shows the timing (arrival timing) when the pulsed reflected light arrives. The lower part of Figure 3 shows the pixel data S of a certain pixel 221 of the light-receiving sensor 22 (the light-receiving data of the light-receiving element 222 of a certain pixel 221). The pixel data S of the light-receiving sensor 22 is data indicating the amount of light received by the pixel 221.

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。制御部30が取得する画素データSについては、後述する。 The control unit 30 (timing control unit 34) may either emit light from all the light-emitting elements 121 of the light-emitting unit 12 to illuminate the entire measurement area 50 at once, or it may emit light from only some of the light-emitting elements 121 of the light-emitting unit 12 (for example, one light-emitting element 121) to illuminate only a predetermined area of the measurement area 50. When light is emitted from only some of the light-emitting elements 121 of the light-emitting unit 12 (for example, one light-emitting element 121), the control unit 30 (signal processing unit 362) will acquire pixel data S of the pixel 221 corresponding to the emitted light-emitting element 121. The pixel data S acquired by the control unit 30 will be described later.

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、各画素221の画素データ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。
The distance measuring unit 36 (signal processing unit 362) of the control unit 30 detects the arrival timing of the reflected light based on the pixel data S of each pixel 221. For example, the signal processing unit 362 detects the arrival timing of the reflected light based on the peak timing of the pixel data of each pixel 221.
The distance measuring unit 36 (time detection unit 364) detects the time Tf from when light is emitted until the reflected light arrives, based on the timing of light emission and the timing of light arrival. Time Tf corresponds to the time it takes for light to travel back and forth between the measuring device 1 and the object 90. Then, the distance measuring unit 36 (distance calculation unit 366) calculates the distance L to the object 90 based on time Tf. Note that when Tf is the time from when light is emitted until the reflected light arrives, and C is the speed of light, the distance L is L = C × Tf / 2. The control unit 30 generates a distance image by calculating the distance to the object 90 for each pixel 221 based on the time Tf detected for each pixel 221 of the light receiving unit 20.

<受光部20について>
図4Bは、参考例の受光部20の説明図である。
<About the light-receiving unit 20>
Figure 4B is an explanatory diagram of the light-receiving unit 20 in a reference example.

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フィルタである。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。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から照射される光の波長を透過可能である。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。 The light-receiving optical system 24 includes a condensing lens 241 and a bandpass filter BPF. The condensing lens 241 is an optical element that forms an image of the measurement area 50 on the light-receiving surface of the light-receiving sensor 22. The bandpass filter BPF is a filter that allows light of a specific wavelength to pass through and cuts out light of other wavelengths. In the following description, the wavelength range of light that passes through the bandpass filter BPF may be referred to as the "passband," and the wavelength range of light that is cut off by the bandpass filter BPF may be referred to as the "cutoff band." Since the bandpass filter BPF needs to transmit reflected light, it must be able to transmit at least the wavelength of light emitted from the light-emitting unit 12. In other words, the passband of the bandpass filter BPF must include at least the wavelength of light emitted from the light-emitting unit 12. By including a bandpass filter BPF in the light-receiving optical system 24, light in the cutoff band of background light such as sunlight can be cut, thereby suppressing the influence of noise caused by background light.

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から出射する光の波長λは、温度に応じて875~935nmの範囲で変化するものとする。また、発光部12の温度がT1~T3の範囲で変化するものとし、温度T1のときの波長λ1は875nmであり、温度T2のときの波長λ2は905nmであり、温度T3のときの波長λ3は935nmであるものとする。発光部12は、λ1(=875nm)~λ3(=935nm)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。 On the other hand, the wavelength λ of the light emitted from the light-emitting unit 12 changes with temperature. For example, as the temperature of the light-emitting unit 12 rises, the wavelength λ of the light emitted from the light-emitting unit 12 increases. Here, as an example, let's assume that the wavelength λ of the light emitted from the light-emitting unit 12 changes within the range of 875 to 935 nm depending on the temperature. Furthermore, let's assume that the temperature of the light-emitting unit 12 changes within the range of T1 to T3, where the wavelength λ1 at temperature T1 is 875 nm, the wavelength λ2 at temperature T2 is 905 nm, and the wavelength λ3 at temperature T3 is 935 nm. The light-emitting unit 12 will emit light with a wavelength λ corresponding to the temperature within the wavelength band of λ1 (= 875 nm) to λ3 (= 935 nm).

バンドパスフィルタBPFは、発光部12から照射される光の波長を透過させる必要があるため、発光部12から出射する光の波長が温度に応じて所定の波長帯域(λ1(=875nm)~λ3(=935nm)の範囲)で変化する場合、バンドパスフィルタBPFは、その波長帯域(λ1~λ3の範囲)の光を透過させる必要がある。つまり、発光部12から出射される光の波長帯域(λ1~λ3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、参考例に示す構成の場合、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。 The bandpass filter (BPF) needs to transmit the wavelength of light emitted from the light-emitting unit 12. Therefore, if the wavelength of the light emitted from the light-emitting unit 12 changes within a predetermined wavelength range (λ1 (=875 nm) to λ3 (=935 nm)) depending on the temperature, the bandpass filter (BPF) needs to transmit light within that wavelength range (λ1 to λ3). In other words, the passband of the bandpass filter (BPF) needs to be extended to include the entire wavelength range (λ1 to λ3) of the light emitted from the light-emitting unit 12. However, as a result of extending the passband of the bandpass filter (BPF), the amount of background light passing through the bandpass filter (light within the passband in the background light) increases. Therefore, in the configuration shown in the example, the noise in the pixel data S (data indicating the amount of light received by pixel 221) increases.

図4Aは、本実施形態の受光部20の説明図である。 Figure 4A is an explanatory diagram of the light-receiving unit 20 of this embodiment.

本実施形態の受光用光学系24は、バンドパスフィルタBPFと、分散素子25とを有する。なお、図中の受光用光学系24は集光レンズ241を備えるが、後述するように、受光用光学系24は集光レンズ241を備えていなくても良い。本実施形態においても、バンドパスフィルタBPFの通過帯域は、発光部12から出射される光の波長帯域(λ1(=875nm)~λ3(=935nm)の範囲)の全てを含むように、設定されている。 The light-receiving optical system 24 in this embodiment includes a bandpass filter BPF and a dispersion element 25. Although the light-receiving optical system 24 in the figure includes a condensing lens 241, as will be described later, the light-receiving optical system 24 does not necessarily have to include a condensing lens 241. In this embodiment as well, the passband of the bandpass filter BPF is set to include the entire wavelength range of the light emitted from the light-emitting unit 12 (the range from λ1 (=875 nm) to λ3 (=935 nm)).

分散素子25は、光を分散させる光学素子である。分散素子25は、バンドパスフィルタBPF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を通過した光が分散素子25に入射し、分散素子25によって分散された光は、受光センサ22の受光素子222に入射する。本実施形態の分散素子25は、バンドパスフィルタBPFを通過した光(バンドパスフィルタBPFの通過帯域の光)を、複数の受光素子222にわたって分散させるように設定されている。言い換えると、分散素子25は、バンドパスフィルタBPFを通過した光を、複数の受光素子222に分光する。ここでは、或る発光素子121に対して3個の受光素子222が対応付けられているものとし、この3個の受光素子222のことをそれぞれ第1受光素子222A、第2受光素子222B及び第3受光素子222Cと呼ぶことがある。また、第1受光素子222Aの受光データをS1、第2受光素子222Bの受光データをS2、第3受光素子222Cの受光データをS3と示すことがある。分散素子25は、この発光素子121に対応する測定エリア50の所定の領域(この発光素子121から出射した光が照射される測定エリア50上の領域)から届く光であって、バンドパスフィルタBPFの通過帯域の光を、この発光素子121に対応付けられている3個の受光素子222(第1受光素子222A、第2受光素子222B及び第3受光素子222C)にわたって分散させる。
なお、分散素子25がバンドパスフィルタBPFの通過帯域の光を分散する範囲は、3個分の受光素子222にわたる範囲に限られるものではなく、2以上の複数の受光素子222にわたる範囲であれば良い。
The dispersion element 25 is an optical element that disperses light. The dispersion element 25 is positioned between the bandpass filter BPF and the light receiving sensor 22. Light that has passed through the bandpass filter BPF is incident on the dispersion element 25, and the light dispersed by the dispersion element 25 is incident on the light receiving element 222 of the light receiving sensor 22. In this embodiment, the dispersion element 25 is set to disperse the light that has passed through the bandpass filter BPF (light in the passband of the bandpass filter BPF) across multiple light receiving elements 222. In other words, the dispersion element 25 spectrally separates the light that has passed through the bandpass filter BPF into multiple light receiving elements 222. Here, it is assumed that three light receiving elements 222 are associated with a certain light-emitting element 121, and these three light receiving elements 222 may be referred to as the first light receiving element 222A, the second light receiving element 222B, and the third light receiving element 222C, respectively. Furthermore, the light received by the first light-receiving element 222A may be indicated as S1, the light received by the second light-receiving element 222B as S2, and the light received by the third light-receiving element 222C as S3. The dispersion element 25 distributes the light from a predetermined area of the measurement area 50 corresponding to the light-emitting element 121 (an area on the measurement area 50 to which light emitted from the light-emitting element 121 is irradiated) across the three light-receiving elements 222 (first light-receiving element 222A, second light-receiving element 222B, and third light-receiving element 222C) associated with the light-emitting element 121, which is light in the passband of the bandpass filter BPF.
Furthermore, the range over which the dispersion element 25 disperses the light in the passband of the bandpass filter BPF is not limited to the range spanning three photodetectors 222, but may span two or more photodetectors 222.

分散素子25は、プリズム、回折格子、メタマテリアル等で構成することができる。メタマテリアルは、基板(例えばガラス基板)に光の波長よりも小さい微小構造体を配置した光学素子である。分散素子25は、微小構造体を3次元配置したメタマテリアルで構成しても良いし、微小構造体を2次元配置したメタマテリアル(メタサーフェス)で構成しても良い。 The dispersion element 25 can be composed of a prism, diffraction grating, metamaterial, etc. A metamaterial is an optical element in which microstructures smaller than the wavelength of light are arranged on a substrate (e.g., a glass substrate). The dispersion element 25 may be composed of a metamaterial with microstructures arranged in three dimensions, or of a metamaterial (metasurface) with microstructures arranged in two dimensions.

メタマテリアルによって、集光機能を有する光学素子(メタレンズ)を構成することが可能である。このため、本実施形態の分散素子25をメタマテリアルで構成する場合、バンドパスフィルタBPFを通過した光を受光センサ22に集光させる機能(集光機能)を分散素子25に兼ね備えさせることが可能である。これにより、受光用光学系24の小型化を図ることが可能である。なお、メタマテリアルで構成された分散素子25が集光機能を有する場合、受光用光学系24は、図中の集光レンズ241を備えていなくても良い。一方、受光用光学系24が集光レンズ241を備えることにより、分散素子25に集光機能を兼ね備えさせる必要がないため、分散素子25の設計上の制約が軽減されるので、メタマテリアルにより分散素子25を構成することが容易になる。 Metamaterials can be used to construct optical elements (metalens) with light-gathering capabilities. Therefore, when the dispersion element 25 in this embodiment is constructed from a metamaterial, it is possible to incorporate a light-gathering function into the dispersion element 25, which focuses light that has passed through the bandpass filter BPF onto the light-receiving sensor 22. This allows for miniaturization of the light-receiving optical system 24. Note that if the dispersion element 25, constructed from a metamaterial, has a light-gathering function, the light-receiving optical system 24 does not necessarily need to include the light-gathering lens 241 shown in the figure. On the other hand, if the light-receiving optical system 24 includes the light-gathering lens 241, there is no need to incorporate a light-gathering function into the dispersion element 25. This reduces design constraints on the dispersion element 25, making it easier to construct the dispersion element 25 from a metamaterial.

また、メタマテリアルによって、偏光フィルタ機能を有する光学素子を構成することが可能である。このため、本実施形態の分散素子25をメタマテリアルで構成する場合、所定方向に振動する光を通過させつつ、所定方向と交差する方向に振動する光を吸収する機能(偏光フィルタ機能)を分散素子25に兼ね備えさせることが可能である。例えば、発光部12が出射する光が所定方向に振動する光である場合、メタマテリアルで構成された分散素子25が所定方向に振動する光を通過させつつ、所定方向と交差する方向に振動する光を吸収することによって、ノイズの影響を抑制することができる。また、例えば、分散素子25が偏光軸を鉛直方向とし吸収軸を水平方向とする偏光フィルタ機能を有することによって、対象物90から直接届く反射光は通過させつつ、路面を反射した反射光(水平方向に振動する光)を吸収することができる。このように、分散素子25が偏光フィルタ機能を有することによって、不要な光によるノイズの影響を抑制できる。 Furthermore, it is possible to construct an optical element with a polarizing filter function using metamaterials. Therefore, when the dispersion element 25 of this embodiment is constructed from a metamaterial, it is possible to equip the dispersion element 25 with the function of allowing light vibrating in a predetermined direction to pass through while absorbing light vibrating in a direction intersecting the predetermined direction (polarizing filter function). For example, if the light emitted by the light-emitting unit 12 vibrates in a predetermined direction, the dispersion element 25, constructed from a metamaterial, can suppress the effects of noise by allowing light vibrating in the predetermined direction to pass through while absorbing light vibrating in a direction intersecting the predetermined direction. Also, for example, by having a polarizing filter function where the polarization axis is vertical and the absorption axis is horizontal, it is possible to allow reflected light directly from the object 90 to pass through while absorbing reflected light reflected from the road surface (light vibrating horizontally). In this way, by having a polarizing filter function in the dispersion element 25, the effects of noise from unwanted light can be suppressed.

分散素子25は、プリズムや回折格子で構成されても良い。但し、分散素子25をプリズムで構成した場合、光の偏角が小さいため、複数の受光素子222にわたって光を分散させるためには分散素子25と受光センサ22との間隔を長く設定する必要がある。また、分散素子25を回折格子で構成した場合、回折格子の刻線数が少ないと、プリズムと同様に、分散素子25と受光センサ22との間隔を長く設定する必要がある。また、刻線数が多い回折格子で分散素子25を構成しても、回折効率に応じた光の損失によって、受光素子222が受光する光の強度が低下する。これに対し、分散素子25をメタマテリアルで構成した場合、分散素子25と受光センサ22との間隔を短く設定できるとともに、受光素子222の受光する光の強度の低下も抑制できる。例えば、分散素子25をプリズムで構成した場合には、分散素子25と受光センサ22との間隔を数10mm程度に設定する必要があるのに対し、分散素子25をメタマテリアルで構成した場合には、分散素子25と受光センサ22との間隔を約10μm程度に設定することが可能である。 The dispersion element 25 may be composed of a prism or a diffraction grating. However, if the dispersion element 25 is composed of a prism, the angle of light deflection is small, so in order to disperse light across multiple photodetectors 222, the distance between the dispersion element 25 and the photodetector 22 must be set to be long. Also, if the dispersion element 25 is composed of a diffraction grating, if the number of grooves in the diffraction grating is small, similar to a prism, the distance between the dispersion element 25 and the photodetector 22 must be set to be long. Furthermore, even if the dispersion element 25 is composed of a diffraction grating with a large number of grooves, the intensity of the light received by the photodetector 222 decreases due to light loss corresponding to the diffraction efficiency. In contrast, if the dispersion element 25 is composed of a metamaterial, the distance between the dispersion element 25 and the photodetector 22 can be set to be short, and the decrease in the intensity of the light received by the photodetector 222 can also be suppressed. For example, if the dispersion element 25 is constructed from a prism, the distance between the dispersion element 25 and the light-receiving sensor 22 needs to be set to approximately several tens of millimeters. However, if the dispersion element 25 is constructed from a metamaterial, the distance between the dispersion element 25 and the light-receiving sensor 22 can be set to approximately 10 μm.

例えば、温度がT1のとき、発光部12は波長λ1(=875nm)の光を出射し、波長λ1の反射光は、分散素子25によって、第1受光素子222Aに分光される。また、温度がT2のとき、発光部12は波長λ2(=905nm)の光を出射し、波長λ2の反射光は、分散素子25によって、第2受光素子222Bに分光される。また、温度がT3のとき、発光部12は波長λ3(=935nm)の光を出射し、波長λ3の反射光は、分散素子25によって、第3受光素子222Cに分光される。このように、分散素子25は、反射光(発光部12が出射した波長の光)を、波長に応じた方向の受光素子222に分光する。 For example, when the temperature is T1, the light-emitting unit 12 emits light with wavelength λ1 (= 875 nm), and the reflected light of wavelength λ1 is spectrally separated by the dispersion element 25 and received by the first photodetector 222A. When the temperature is T2, the light-emitting unit 12 emits light with wavelength λ2 (= 905 nm), and the reflected light of wavelength λ2 is spectrally separated by the dispersion element 25 and received by the second photodetector 222B. When the temperature is T3, the light-emitting unit 12 emits light with wavelength λ3 (= 935 nm), and the reflected light of wavelength λ3 is spectrally separated by the dispersion element 25 and received by the third photodetector 222C. In this way, the dispersion element 25 spectrally separates the reflected light (light of the wavelength emitted by the light-emitting unit 12) to the photodetectors 222 in directions corresponding to the wavelength.

背景光のうち、波長λ1~λ3の範囲の波長の背景光は、バンドパスフィルタBPFを通過する。本実施形態では、バンドパスフィルタBPFを通過した背景光は、分散素子25に入射し、3個の受光素子222にわたって分散される。このため、本実施形態に示す構成の場合、参考例と比べて、画素データS(画素221の受光量を示すデータ;反射光を受光した受光素子222の受光データ)に含まれるノイズの影響を約1/3に減らすことができる。本実施形態に示す構成の場合、参考例と比べて、SN比が約3倍に向上する。 Of the background light, background light with wavelengths in the range of λ1 to λ3 passes through the bandpass filter (BPF). In this embodiment, the background light that has passed through the bandpass filter (BPF) is incident on the dispersion element 25 and dispersed across the three photodetectors 222. Therefore, in the configuration shown in this embodiment, the influence of noise contained in the pixel data S (data indicating the amount of light received by pixel 221; light received data from the photodetector 222 that received reflected light) can be reduced to approximately 1/3 compared to the reference example. In the configuration shown in this embodiment, the signal-to-noise ratio (S/N ratio) is improved by approximately 3 times compared to the reference example.

図1に示すように、測定装置1は、温度センサ41を備えている。温度センサ41は、測定装置1の温度(特に発光部12の温度)を測定するセンサである。温度センサ41は、測定結果を示す温度データを制御部30に出力する。制御部30は、温度センサ41の温度データに対応する受光素子222の受光データに基づいて距離を測定する。以下、この点について説明する。 As shown in Figure 1, the measuring device 1 is equipped with a temperature sensor 41. The temperature sensor 41 measures the temperature of the measuring device 1 (particularly the temperature of the light-emitting section 12). The temperature sensor 41 outputs temperature data indicating the measurement result to the control unit 30. The control unit 30 measures the distance based on the light-receiving data of the light-receiving element 222 corresponding to the temperature data of the temperature sensor 41. This point will be explained below.

<第1測定方法>
図5は、第1測定方法に用いられる対応テーブルである。
制御部30の信号処理部362には、図5に示す対応テーブルが予め記憶されている。対応テーブルには、温度Tと、画素データSとすべき受光データとが対応付けられている。
<First measurement method>
Figure 5 is a correspondence table used in the first measurement method.
The signal processing unit 362 of the control unit 30 has the correspondence table shown in Figure 5 pre-stored. The correspondence table associates temperature T with the received light data that should be used as pixel data S.

なお、温度がT1~T12のとき、発光部12は、875~895nmの波長の光を出射し、分散素子25は、この波長帯域の光を第1受光素子222Aに向けて分光する。温度がT12~T23のとき、発光部12は、895~915nmの波長の光を出射し、分散素子25は、この波長帯域の光を第2受光素子222Bに向けて分光する。温度がT23~T3のとき、発光部12は、915~935nmの波長の光を出射し、分散素子25は、この波長帯域の光を第3受光素子222Cに向けて分光する。 When the temperature is between T1 and T12, the light-emitting unit 12 emits light with a wavelength of 875 to 895 nm, and the dispersion element 25 spectrally separates this wavelength range of light toward the first photodetector 222A. When the temperature is between T12 and T23, the light-emitting unit 12 emits light with a wavelength of 895 to 915 nm, and the dispersion element 25 spectrally separates this wavelength range of light toward the second photodetector 222B. When the temperature is between T23 and T3, the light-emitting unit 12 emits light with a wavelength of 915 to 935 nm, and the dispersion element 25 spectrally separates this wavelength range of light toward the third photodetector 222C.

図6A~図6Cは、第1測定方法の説明図である。
信号処理部362は、温度センサ41から取得した温度データに基づいて対応テーブルを参照し、画素データSとすべき受光データを決定する。例えば、温度センサ41の温度データがT1~T12の範囲(ここではT1以上T12以下)の場合、図6Aに示すように、信号処理部362は、対応テーブルに基づいて、光を出射する発光素子121に対応する3個の受光素子222(第1受光素子222A、第2受光素子222B及び第3受光素子222C)の中から、第1受光素子222Aの受光データS1を取得する。同様に、制御部30は、温度センサ41の温度データがT12~T23の範囲の場合、図6Bに示すように、対応テーブルに基づいて、第2受光素子222Bの受光データS2を取得する。また、制御部30は、温度センサ41の温度データがT23~T3の範囲の場合、図6Cに示すように、対応テーブルに基づいて、第3受光素子222Cの受光データS3を取得する。信号処理部362は、温度に応じて選択した受光素子222から受光データを取得することによって、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。
Figures 6A to 6C are explanatory diagrams of the first measurement method.
The signal processing unit 362 refers to a correspondence table based on the temperature data acquired from the temperature sensor 41 and determines the received light data to be used as pixel data S. For example, if the temperature data from the temperature sensor 41 is in the range of T1 to T12 (here, T1 or more and T12 or less), as shown in Figure 6A, the signal processing unit 362 acquires the received light data S1 of the first light-receiving element 222A from among the three light-receiving elements 222 (first light-receiving element 222A, second light-receiving element 222B, and third light-receiving element 222C) corresponding to the light-emitting element 121, based on the correspondence table. Similarly, if the temperature data from the temperature sensor 41 is in the range of T12 to T23, the control unit 30 acquires the received light data S2 of the second light-receiving element 222B based on the correspondence table, as shown in Figure 6B. Furthermore, if the temperature data from the temperature sensor 41 is in the range of T23 to T3, the control unit 30 acquires the received light data S3 of the third light-receiving element 222C based on the correspondence table, as shown in Figure 6C. The signal processing unit 362 acquires pixel data S of the pixel 221 corresponding to the light-emitting element 121 by acquiring light-receiving data from the light-receiving element 222 selected according to the temperature.

制御部30の測距部36(信号処理部362)は、温度に応じて選択した受光素子222から取得した受光データ(画素221の画素データS;図3参照)に基づいて、反射光の到達タイミングを検出する。そして、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。また、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。 The distance measuring unit 36 (signal processing unit 362) of the control unit 30 detects the arrival timing of reflected light based on the light reception data (pixel data S of pixel 221; see Figure 3) acquired from the light receiving element 222 selected according to the temperature. Then, the distance measuring unit 36 (time detection unit 364) detects the time Tf from when the light is emitted until the reflected light arrives, based on the light emission timing and the light arrival timing. Furthermore, the distance measuring unit 36 (distance calculation unit 366) calculates the distance L to the object 90 based on the time Tf.

ところで、第1測定方法が採用された測定装置1の場合、第1受光素子222A~第3受光素子222Cが所定の受光データを出力する状況(基準状況)の下において温度センサ41の温度データを変化させると、制御部30は、異なる距離を出力するという現象が現れる。以下、この点について説明する。
まず、発光部12が所定の温度(基準温度)であり、測定装置1と対象物90との間に所定の距離(基準距離)をあけ、第1受光素子222A~第3受光素子222Cが所定の受光データS1~S3を出力する状況を設定し、この状況を基準状況とする。なお、基準温度や基準距離は、任意に設定可能である。例えば、基準温度がT2の場合、発光部12は波長λ2(=875nm)の光を出射し、分散素子25は、波長λ2の反射光を第2受光素子222Bに向けて分光するとともに、バンドパスフィルタBPFを通過する波長λ1~λ3の光を波長に応じて3個の受光素子222にわたって分散させる状況になり、3個の受光素子222は、この基準状況に応じた受光データS1~S3をそれぞれ出力することになる。なお、制御部30は、温度T2が温度T12~T23の範囲であることから、図6Bに示すように第2受光素子222Bの受光データS2を画素データSとして取得し、画素データSに基づいて算出した距離を出力することになる。
次に、上記の基準状況下において、温度センサ41の温度データを変化させる。なお、ここでは、制御部30が取得する温度データを変化させるだけであり(言い換えると、制御部30にダミーの温度データを入力するだけであり)、発光部12が出射する光の波長は基準状況と同じであり、受光素子222が出力する受光データも基準状況と同じある。例えば、基準温度がT2の場合、温度センサ41の温度データをT1に変化させるときにも、発光部12は波長λ2(=875nm)の光を出射し、3個の受光素子222は、それぞれ基準状況と同じ受光データS1~S3をそれぞれ出力することになる。基準状況下において温度センサ41の温度データを変化させると、制御部30が取得する受光データが変化するため、制御部30は、異なる距離を出力することになる。例えば、基準状況下において温度センサ41の温度データをT2からT1に変化させると、発光部12の温度や、測定装置1と対象物90との距離が保たれており、第1受光素子222A~第3受光素子222Cが出力する受光データS1~S3が同じ状況下であるにも関わらず、制御部30は、出力する距離を、第2受光素子222Bの受光データS2に応じた距離から、第1受光素子222Aの受光データS1に応じた距離に変化させることになる。このように、第1測定方法が採用された測定装置1の場合、受光素子222が所定の受光データを出力する状況(基準状況)の下において温度センサ41の温度データが変化すると、制御部30は、異なる距離を出力することになる。つまり、受光素子222が所定の受光データを出力する状況(基準状況)の下において温度センサ41の温度データを変化させることによって、温度センサ41の温度データに対応する受光素子222の受光データに基づいて距離を測定することを検証することが可能である。
Incidentally, in the case of the measuring device 1 employing the first measurement method, when the temperature data of the temperature sensor 41 is changed under conditions where the first light-receiving elements 222A to the third light-receiving elements 222C output predetermined light-receiving data (reference conditions), the control unit 30 outputs different distances. This point will be explained below.
First, the light-emitting unit 12 is set to a predetermined temperature (reference temperature), a predetermined distance (reference distance) is set between the measuring device 1 and the object 90, and the first to third light-receiving elements 222A to 322C output predetermined light-receiving data S1 to S3. This condition is defined as the reference condition. The reference temperature and reference distance can be set arbitrarily. For example, when the reference temperature is T2, the light-emitting unit 12 emits light with a wavelength of λ2 (= 875 nm), the dispersion element 25 spectrally separates the reflected light of wavelength λ2 toward the second light-receiving element 222B, and disperses the light with wavelengths λ1 to λ3 that passes through the bandpass filter BPF across the three light-receiving elements 222 according to their wavelengths. The three light-receiving elements 222 then output light-receiving data S1 to S3 according to this reference condition. Furthermore, since the temperature T2 is in the range of T12 to T23, the control unit 30 acquires the light reception data S2 from the second light receiving element 222B as pixel data S, as shown in Figure 6B, and outputs the distance calculated based on the pixel data S.
Next, under the above-described reference conditions, the temperature data from the temperature sensor 41 is changed. Here, only the temperature data acquired by the control unit 30 is changed (in other words, only dummy temperature data is input to the control unit 30), the wavelength of the light emitted by the light-emitting unit 12 is the same as under the reference conditions, and the received light data output by the light-receiving elements 222 is also the same as under the reference conditions. For example, when the reference temperature is T2, when the temperature data from the temperature sensor 41 is changed to T1, the light-emitting unit 12 emits light with a wavelength of λ2 (= 875 nm), and the three light-receiving elements 222 each output the same received light data S1 to S3 as under the reference conditions. When the temperature data from the temperature sensor 41 is changed under the reference conditions, the received light data acquired by the control unit 30 changes, and therefore the control unit 30 outputs different distances. For example, when the temperature data of the temperature sensor 41 is changed from T2 to T1 under reference conditions, even though the temperature of the light-emitting unit 12 and the distance between the measuring device 1 and the object 90 are maintained, and the received data S1 to S3 output by the first light-receiving element 222A to the third light-receiving element 222C are under the same conditions, the control unit 30 changes the distance it outputs from the distance corresponding to the received data S2 of the second light-receiving element 222B to the distance corresponding to the received data S1 of the first light-receiving element 222A. Thus, in the case of the measuring device 1 employing the first measurement method, when the temperature data of the temperature sensor 41 changes under conditions in which the light-receiving element 222 outputs predetermined received data (reference conditions), the control unit 30 outputs a different distance. In other words, by changing the temperature data of the temperature sensor 41 under conditions in which the light-receiving element 222 outputs predetermined received data (reference conditions), it is possible to verify that the distance is measured based on the received data of the light-receiving element 222 corresponding to the temperature data of the temperature sensor 41.

<第2測定方法>
分散素子25が受光素子222に向けて出射する光の角度は、波長に応じて徐々に変化する。このため、分散素子25が2つの受光素子222(例えば第1受光素子222Aと第2受光素子222B)の境界部に向けて反射光を分光し、2つの受光素子222が反射光を受光することがある。このような場合、第1測定方法のように3個の受光素子222うちの1つの受光素子222の受光データに基づいて距離を測定するよりも、反射光を受光する2つの受光素子222の受光データに基づいて距離を測定する方が有利である。第2測定方法では、温度データに応じて2以上の受光素子222の受光データに基づいて距離を測定することが可能である。
<Second measurement method>
The angle at which the dispersion element 25 emits light toward the photodetector 222 gradually changes according to the wavelength. As a result, the dispersion element 25 spectrally separates the reflected light toward the boundary between the two photodetectors 222 (for example, the first photodetector 222A and the second photodetector 222B), and the two photodetectors 222 may receive the reflected light. In such a case, it is more advantageous to measure the distance based on the received light data of the two photodetectors 222 that receive the reflected light, rather than measuring the distance based on the received light data of one of the three photodetectors 222, as in the first measurement method. In the second measurement method, it is possible to measure the distance based on the received light data of two or more photodetectors 222 depending on the temperature data.

図7Aは、第2測定方法に用いられるテーブルである。図7Bは、第2測定方法の説明図である。 Figure 7A shows the table used in the second measurement method. Figure 7B is an explanatory diagram of the second measurement method.

制御部30の記憶部(不図示)には、図7に示す重みテーブルが予め記憶されている。重みテーブルには、温度Tと、重み係数とが対応付けられている。重み係数は、温度センサ41の温度データに対応付けた重みデータに相当する。重み係数には、第1重み係数W1と、第2重み係数W2と、第3重み係数W3とが含まれている。第1重み係数W1は、第1受光素子222Aの受光データS1に対する重み係数である。第2重み係数W2は、第2受光素子222Bの受光データS2に対する重み係数である。第3重み係数W3は、第3受光素子222Cの受光データS3に対する重み係数である。 The memory unit (not shown) of the control unit 30 has the weight table shown in Figure 7 pre-stored. The weight table associates temperature T with weight coefficients. The weight coefficients correspond to the weight data associated with the temperature data from the temperature sensor 41. The weight coefficients include a first weight coefficient W1, a second weight coefficient W2, and a third weight coefficient W3. The first weight coefficient W1 is the weight coefficient for the light-receiving data S1 of the first light-receiving element 222A. The second weight coefficient W2 is the weight coefficient for the light-receiving data S2 of the second light-receiving element 222B. The third weight coefficient W3 is the weight coefficient for the light-receiving data S3 of the third light-receiving element 222C.

信号処理部362は、温度センサ41から取得した温度データに対応する重み係数(重みデータ)を、記憶部に記憶されている重みテーブルから取得する。すなわち、信号処理部362は、温度センサ41から取得した温度データに基づいて重みテーブルを参照し、温度データに対応する重み係数(第1重み係数W1、第2重み係数W2及び第3重み係数W3)を取得する。そして、信号処理部362は、光を出射した発光素子121に対応する3個の受光素子222(第1受光素子222A、第2受光素子222B及び第3受光素子222C)の受光データS1~S3をそれぞれ取得し、それぞれの受光素子222の受光データS1~S3に対して重み係数に応じた重み付けを行うことによって、画素データSを算出する。具体的には、信号処理部362は、次式に基づいて画素データSを算出する。
S=S1×W1+S2×W2+S3×W3
The signal processing unit 362 obtains weight coefficients (weight data) corresponding to the temperature data acquired from the temperature sensor 41 from a weight table stored in the memory unit. That is, the signal processing unit 362 refers to the weight table based on the temperature data acquired from the temperature sensor 41 and obtains weight coefficients (first weight coefficient W1, second weight coefficient W2, and third weight coefficient W3) corresponding to the temperature data. Then, the signal processing unit 362 acquires the light-receiving data S1 to S3 of the three light-receiving elements 222 (first light-receiving element 222A, second light-receiving element 222B, and third light-receiving element 222C) corresponding to the light-emitting element 121 that emits light, and calculates the pixel data S by weighting the light-receiving data S1 to S3 of each light-receiving element 222 according to the weight coefficients. Specifically, the signal processing unit 362 calculates the pixel data S based on the following formula.
S=S1×W1+S2×W2+S3×W3

例えば、温度T1の場合(波長λ1(=875nm)の反射光が分散素子25によって第1受光素子222Aに分光される場合)に対して、重み係数はそれぞれW1=1、W2=0、W3=0に設定されている。また、温度T2の場合(波長λ2(=905nm)の反射光が分散素子25によって第2受光素子222Bに分光される場合)に対して、重み係数はそれぞれW1=0、W2=1、W3=0に設定されている。また、温度T3の場合(波長λ3(=935nm)の反射光が分散素子25によって第3受光素子222Cに分光される場合)、重み係数はそれぞれW1=0、W2=0、W3=1に設定されている。そして、温度TがT1とT2の中間の温度の場合、温度TがT2よりもT1に近いほど、W1はW2よりも大きくなるようにW1,W2が設定されている(W3はゼロに設定されている)。これにより、分散素子25が第1受光素子222Aと第2受光素子222Bとの境界部に反射光を分光する状態であっても、精度良く距離を測定することができる。また、温度TがT2とT3の中間の温度の場合、温度TがT3よりもT2に近いほど、W2はW3よりも大きくなるようにW2,W3が設定されている(W1はゼロに設定されている)。これにより、分散素子25が第2受光素子222Bと第3受光素子222Cとの境界部に反射光を分光する状態であっても、精度良く距離を測定することができる。 For example, when the temperature T1 (when reflected light with wavelength λ1 (= 875 nm) is spectrally separated by the dispersion element 25 to the first photodetector 222A), the weighting coefficients are set to W1=1, W2=0, and W3=0, respectively. Similarly, when the temperature T2 (when reflected light with wavelength λ2 (= 905 nm) is spectrally separated by the dispersion element 25 to the second photodetector 222B), the weighting coefficients are set to W1=0, W2=1, and W3=0, respectively. Furthermore, when the temperature T3 (when reflected light with wavelength λ3 (= 935 nm) is spectrally separated by the dispersion element 25 to the third photodetector 222C), the weighting coefficients are set to W1=0, W2=0, and W3=1, respectively. When the temperature T is between T1 and T2, W1 and W2 are set such that the closer the temperature T is to T1 than T2, the larger W1 becomes than W2 (W3 is set to zero). This allows for accurate distance measurement even when the dispersion element 25 is spectrally separating reflected light at the boundary between the first photodetector 222A and the second photodetector 222B. Furthermore, when the temperature T is between T2 and T3, W2 and W3 are set such that W2 becomes larger than W3 as the temperature T approaches T2 (W1 is set to zero). This allows for accurate distance measurement even when the dispersion element 25 is spectrally separating reflected light at the boundary between the second photodetector 222B and the third photodetector 222C.

なお、制御部30の測距部36(信号処理部362)は、算出した画素データSに基づいて、反射光の到達タイミングを検出する(図3参照)。そして、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。また、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。 Furthermore, the distance measuring unit 36 (signal processing unit 362) of the control unit 30 detects the arrival timing of the reflected light based on the calculated pixel data S (see Figure 3). The distance measuring unit 36 (time detection unit 364) then detects the time Tf from the time of light emission until the reflected light arrives, based on the light emission timing and the light arrival timing. The distance measuring unit 36 (distance calculation unit 366) then calculates the distance L to the object 90 based on the time Tf.

ところで、第2測定方法が採用された測定装置1の場合であっても、受光素子222が所定の受光データを出力する状況(基準状況)の下において温度センサ41の温度データが変化すると、制御部30は、異なる距離を出力することになる。つまり、受光素子222が所定の受光データを出力する状況(基準状況)の下において温度センサ41の温度データを変化させることによって、温度センサ41の温度データに対応する受光素子222の受光データに基づいて距離を測定することを検証することが可能である。なお、第2測定方法が採用された測定装置1の場合、温度センサ41の温度データを徐々に変化させると、制御部30が出力する距離が徐々に変化する。 Incidentally, even in the case of the measuring device 1 employing the second measurement method, if the temperature data of the temperature sensor 41 changes under conditions where the light-receiving element 222 outputs predetermined light-receiving data (reference conditions), the control unit 30 will output a different distance. In other words, by changing the temperature data of the temperature sensor 41 under conditions where the light-receiving element 222 outputs predetermined light-receiving data (reference conditions), it is possible to verify that the distance is measured based on the light-receiving data of the light-receiving element 222 corresponding to the temperature data of the temperature sensor 41. Furthermore, in the case of the measuring device 1 employing the second measurement method, if the temperature data of the temperature sensor 41 is gradually changed, the distance output by the control unit 30 will gradually change.

<照射方法について>
図8は、発光素子121と受光素子222との対応関係の説明図である。また、図8は、画素221と受光素子222との対応関係の説明図でもある。
<Regarding irradiation methods>
Figure 8 is an explanatory diagram illustrating the correspondence between the light-emitting element 121 and the light-receiving element 222. Figure 8 also illustrates the correspondence between the pixel 221 and the light-receiving element 222.

既に説明した通り、発光部12は、複数の発光素子121を備えている。図中には、発光部12の複数の発光素子121のうちの隣接する2つの発光素子121(#1、#2)が示されている。また、図中には、2つの発光素子121(#1、#2)に対応する測定エリア50上の領域(#1、#2)が示されている。また、図中には、2つの発光素子121(#1、#2)や測定エリア50上の2つの領域(#1、#2)と対応する2つのお受光センサ22の画素221(#1、#2)が示されている。2つの画素221(#1、#2)は、発光部12の2つの発光素子121(#1、#2)とそれぞれ対応する。発光素子121#1から出射した光は、測定エリア50上の領域#1に照射されるとともに、領域#1からの光(反射光及び背景光)は、画素221#1に受光されることになる。また、発光素子121#2から出射した光は、測定エリア50上の領域#2に照射されるとともに、領域#2からの光(反射光及び背景光)は、画素221#2に受光されることになる。 As already explained, the light-emitting unit 12 is equipped with a plurality of light-emitting elements 121. The figure shows two adjacent light-emitting elements 121 (#1, #2) of the plurality of light-emitting elements 121 of the light-emitting unit 12. The figure also shows regions (#1, #2) on the measurement area 50 corresponding to the two light-emitting elements 121 (#1, #2). The figure also shows two pixels 221 (#1, #2) of the light-receiving sensor 22 that correspond to the two light-emitting elements 121 (#1, #2) and the two regions (#1, #2) on the measurement area 50. The two pixels 221 (#1, #2) correspond to the two light-emitting elements 121 (#1, #2) of the light-emitting unit 12. Light emitted from light-emitting element 121 #1 irradiates region #1 on the measurement area 50, and light from region #1 (reflected light and background light) is received by pixel 221 #1. Furthermore, the light emitted from the light-emitting element 121#2 illuminates region #2 on the measurement area 50, and the light from region #2 (reflected light and background light) is received by the pixel 221#2.

図8に示す形態では、受光センサ22の1つの画素221に複数(ここでは3個)の受光素子222が含まれている。ここでは、受光用光学系24の分散素子25は、測定エリア50上の領域#1から届く光(反射光及び背景光)を、画素221#1に属する複数の受光素子222(ここでは第1受光素子222A~第3受光素子222C)にわたって分光する。同様に、受光用光学系24の分散素子25は、測定エリア50上の領域#2から届く光(反射光及び背景光)を、画素221#2に属する複数の受光素子222にわたって分光する。 In the configuration shown in Figure 8, one pixel 221 of the light-receiving sensor 22 contains multiple (three in this case) light-receiving elements 222. Here, the dispersive element 25 of the light-receiving optical system 24 spectrally separates the light (reflected light and background light) arriving from region #1 on the measurement area 50 across multiple light-receiving elements 222 belonging to pixel 221#1 (here, the first light-receiving element 222A to the third light-receiving element 222C). Similarly, the dispersive element 25 of the light-receiving optical system 24 spectrally separates the light (reflected light and background light) arriving from region #2 on the measurement area 50 across multiple light-receiving elements 222 belonging to pixel 221#2.

図8では、発光素子121#1に対応付けられている複数の受光素子222(画素221#1に属する複数の受光素子222)と、発光素子121#2に対応付けられている複数の受光素子222(画素221#2に属する複数の受光素子222)は、別々であり、重複していない。このように、2つの発光素子121のうちの一方の発光素子121に対応付けられている複数の受光素子222と、他方の発光素子121に対応付けられている複数の受光素子222とが異なる場合、制御部30(タイミング制御部34)は、その2つの発光素子121から光を同時に出射させることが可能である。なお、図8に示す場合、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。 In Figure 8, the multiple light-receiving elements 222 associated with light-emitting element 121#1 (multiple light-receiving elements 222 belonging to pixel 221#1) and the multiple light-receiving elements 222 associated with light-emitting element 121#2 (multiple light-receiving elements 222 belonging to pixel 221#2) are separate and do not overlap. Thus, when the multiple light-receiving elements 222 associated with one of the two light-emitting elements 121 are different from those associated with the other light-emitting element 121, the control unit 30 (timing control unit 34) can simultaneously emit light from both light-emitting elements 121. In the case shown in Figure 8, the control unit 30 (timing control unit 34) may emit light from all light-emitting elements 121 of the light-emitting unit 12 to illuminate the entire measurement area 50 at once, or it may emit light from some of the light-emitting elements 121 of the light-emitting unit 12 (for example, one light-emitting element 121) to illuminate only a predetermined area of the measurement area 50.

図9は、発光素子121と受光素子222との別の対応関係の説明図である。図9は、画素221と受光素子222との別の対応関係の説明図でもある。 Figure 9 is an explanatory diagram illustrating another correspondence between the light-emitting element 121 and the light-receiving element 222. Figure 9 is also an explanatory diagram illustrating another correspondence between the pixel 221 and the light-receiving element 222.

図9に示す形態では、受光センサ22の1つの画素221は、1個の受光素子222により構成されている。ここでは、受光用光学系24の分散素子25は、測定エリア50上の領域#1から届く光(反射光及び背景光)を、3個の画素221により構成されている3個の受光素子222にわたって分光する。また、受光用光学系24の分散素子25は、測定エリア50上の領域#2から届く光(反射光及び背景光)を、3個の画素221により構成されている3個の受光素子222にわたって分光する。
図9では、発光素子121#1に対応付けられている複数の受光素子222と、発光素子121#2に対応付けられている複数の受光素子222は、一部が重複している。このように、2つの発光素子121のそれぞれに対応付けられている複数の受光素子222が一部重複する場合、制御部30(タイミング制御部34)は、その2つの発光素子121から光を同時に出射させることを行わない。この場合、制御部30は、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する。なお、2以上の発光素子121から光を同時に出射させる場合には、制御部30(タイミング制御部34)は、対応する複数の受光素子222が重複しない複数の発光素子121から光を照射する。
In the configuration shown in Figure 9, one pixel 221 of the light-receiving sensor 22 is composed of one light-receiving element 222. Here, the dispersion element 25 of the light-receiving optical system 24 spectrally separates the light (reflected light and background light) arriving from region #1 on the measurement area 50 across three light-receiving elements 222, each composed of three pixels 221. In addition, the dispersion element 25 of the light-receiving optical system 24 spectrally separates the light (reflected light and background light) arriving from region #2 on the measurement area 50 across three light-receiving elements 222, each composed of three pixels 221.
In Figure 9, the multiple light-receiving elements 222 associated with light-emitting element 121#1 and the multiple light-receiving elements 222 associated with light-emitting element 121#2 partially overlap. When the multiple light-receiving elements 222 associated with each of the two light-emitting elements 121 partially overlap in this way, the control unit 30 (timing control unit 34) does not emit light from the two light-emitting elements 121 simultaneously. In this case, the control unit 30 emits light from some of the light-emitting elements 121 of the light-emitting unit 12 (for example, one light-emitting element 121) to irradiate only a predetermined area of the measurement area 50 with light. When light is to be emitted simultaneously from two or more light-emitting elements 121, the control unit 30 (timing control unit 34) irradiates light from multiple light-emitting elements 121 whose corresponding multiple light-receiving elements 222 do not overlap.

なお、図4Aに示すように、分散素子25の前(測定エリア50の側)に集光レンズ241を配置し、測定エリア50上の異なる領域(#1、#2)から届く光(反射光及び背景光)を集光レンズ241によって分散素子25の異なる位置に集光させることが望ましい。これにより、図8に示すように、画素221#1に属する複数の受光素子222と、画素221#2に属する複数の受光素子222とが重複しないように、受光用光学系24を構成し易くなる。 Furthermore, as shown in Figure 4A, it is desirable to place a condensing lens 241 in front of the dispersion element 25 (on the side of the measurement area 50) and use the condensing lens 241 to focus light (reflected light and background light) arriving from different regions (#1, #2) on the measurement area 50 to different positions on the dispersion element 25. This makes it easier to configure the light-receiving optical system 24 so that the multiple light-receiving elements 222 belonging to pixel 221#1 and the multiple light-receiving elements 222 belonging to pixel 221#2 do not overlap, as shown in Figure 8.

===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(フィルタに相当)と、受光センサ22と、分散素子25とを備えている。発光部12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する。バンドパスフィルタBPFは、所定の波長帯域の光を通過させ、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、複数の受光素子222を有する。分散素子25は、バンドパスフィルタBPFと受光センサ22との間に配置され、バンドパスフィルタBPFを通過した光を2以上の受光素子222に分散させる。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、その光は、バンドパスフィルタBPFを通過した後、分散素子25によって波長に応じた特定の受光素子222に分光される。一方、バンドパスフィルタBPFを通過した背景光は、分散素子25によって、2以上の受光素子222にわたって分散される。このため、反射光を受光する受光素子222が受光する背景光を軽減させることができ、反射光を受光する受光素子222から出力される受光データに含まれるノイズの影響を抑制することができる。
===Summary===
The measuring device 1 of this embodiment includes a light-emitting unit 12, a bandpass filter BPF (corresponding to a filter), a light-receiving sensor 22, and a dispersion element 25. The light-emitting unit 12 irradiates light with a wavelength corresponding to the temperature within a predetermined wavelength band range. The bandpass filter BPF allows light in the predetermined wavelength band to pass through and also allows reflected light from the light-emitting unit 12 to pass through. The light-receiving sensor 22 has a plurality of light-receiving elements 222. The dispersion element 25 is placed between the bandpass filter BPF and the light-receiving sensor 22 and disperses the light that has passed through the bandpass filter BPF to two or more light-receiving elements 222. With this configuration, light with a wavelength corresponding to the temperature is irradiated from the light-emitting unit 12, and after passing through the bandpass filter BPF, the light is spectrally separated by the dispersion element 25 to specific light-receiving elements 222 according to the wavelength. On the other hand, the background light that has passed through the bandpass filter BPF is dispersed by the dispersion element 25 across two or more light-receiving elements 222. Therefore, the background light received by the light-receiving element 222, which receives reflected light, can be reduced, and the influence of noise contained in the received data output from the light-receiving element 222 can be suppressed.

また、本実施形態の測定装置1は、温度センサ41と、制御部30とを更に備えており、制御部30は、温度センサ41の温度データに対応する受光素子222の受光データに基づいて距離を測定する。これにより、ノイズの影響を抑制した受光データに基づいて距離を測定できるため、測定精度が向上する。 Furthermore, the measuring device 1 of this embodiment further includes a temperature sensor 41 and a control unit 30. The control unit 30 measures the distance based on the light-receiving data of the light-receiving element 222 corresponding to the temperature data of the temperature sensor 41. This allows for distance measurement based on light-receiving data with reduced noise interference, thereby improving measurement accuracy.

また、本実施形態の測定装置1は、温度センサ41と、制御部30とを更に備えており、受光素子222が所定の受光データを出力する状況(基準状況)の下において温度センサ41の温度データが変化すると、制御部30は、異なる距離を出力する。つまり、受光素子222が所定の受光データを出力する状況(基準状況)の下において温度センサ41の温度データを変化させることによって、温度センサ41の温度データに対応する受光素子222の受光データに基づいて距離を測定することを検証することが可能である。 Furthermore, the measuring device 1 of this embodiment further comprises a temperature sensor 41 and a control unit 30. When the temperature data of the temperature sensor 41 changes under conditions where the light-receiving element 222 outputs predetermined light-receiving data (reference conditions), the control unit 30 outputs a different distance. In other words, by changing the temperature data of the temperature sensor 41 under conditions where the light-receiving element 222 outputs predetermined light-receiving data (reference conditions), it is possible to verify that distance is measured based on the light-receiving data of the light-receiving element 222 corresponding to the temperature data of the temperature sensor 41.

また、本実施形態の測定装置1は、温度センサ41の温度データに対応付けた重み係数(重みデータに相当)を記憶する記憶部を備える(図7A参照)。そして、制御部30は、温度センサ41の温度データに対応する重み係数(重みデータ)を記憶部から取得し、2以上の受光素子222のそれぞれの受光データに対して重み係数に応じた重み付けを行うことによって、受光データSを算出し、その受光データSに基づいて距離を測定する。これにより、分散素子25が受光素子222の境界部に反射光を分光する状態であっても、精度良く距離を測定することができる。 Furthermore, the measuring device 1 of this embodiment includes a storage unit that stores weighting coefficients (corresponding to weight data) associated with the temperature data of the temperature sensor 41 (see Figure 7A). The control unit 30 then retrieves the weighting coefficients (weight data) corresponding to the temperature data of the temperature sensor 41 from the storage unit, and calculates the received light data S by applying weights according to the weighting coefficients to the received light data of two or more light-receiving elements 222. The distance is then measured based on this received light data S. This allows for accurate distance measurement even when the dispersion element 25 is spectrally separating reflected light at the boundary of the light-receiving elements 222.

また、本実施形態の分散素子25は、メタマテリアルにより構成されている。これにより、分散素子25と受光センサ22との間隔を短く設定することができ、測定装置1の小型化を図ることができる。
分散素子25をメタマテリアルにより構成する場合、分散素子25が集光機能(フィルタを通過した光を受光センサ22に集光させる機能)を有することが望ましい。これにより、受光用光学系24の小型化を図ることが可能である。また、分散素子25をメタマテリアルにより構成する場合、分散素子25が偏光フィルタ機能(所定方向に振動する光を通過させつつ、所定方向と交差する方向に振動する光を吸収する機能)を有することが望ましい。これにより、不要な光によるノイズの影響を抑制できる。
なお、分散素子25は、プリズム又は回折格子により構成されても良い。これにより、分散素子25を安価に構成できる。
Furthermore, the dispersion element 25 in this embodiment is made of metamaterial. This allows the distance between the dispersion element 25 and the light receiving sensor 22 to be set shorter, thereby enabling miniaturization of the measuring device 1.
When the dispersion element 25 is made of a metamaterial, it is desirable that the dispersion element 25 has a light-gathering function (a function that focuses the light that has passed through the filter onto the light-receiving sensor 22). This makes it possible to miniaturize the light-receiving optical system 24. Furthermore, when the dispersion element 25 is made of a metamaterial, it is desirable that the dispersion element 25 has a polarizing filter function (a function that allows light vibrating in a predetermined direction to pass through while absorbing light vibrating in a direction intersecting the predetermined direction). This makes it possible to suppress the influence of noise caused by unwanted light.
The dispersion element 25 may be composed of a prism or a diffraction grating. This allows the dispersion element 25 to be constructed at a low cost.

また、本実施形態の測定装置1は、バンドパスフィルタBPFと分散素子25との間に配置された集光レンズ241を備える。これにより、分散素子25が集光機能を兼ね備える必要が無いため、分散素子25の設計上の制約を軽減できる。 Furthermore, the measuring device 1 of this embodiment includes a focusing lens 241 positioned between the bandpass filter BPF and the dispersion element 25. This eliminates the need for the dispersion element 25 to also have a focusing function, thereby reducing design constraints on the dispersion element 25.

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。 Although embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments and includes various modifications. Furthermore, the above embodiments are described in detail to clearly explain the present invention and are not necessarily limited to those comprising all the described components. Also, some components of the above embodiments can be added, deleted, or replaced with other components.

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、
222 受光素子、222A~C 第1~第3受光素子、
24 受光用光学系、241 集光レンズ、
BPF バンドパスフィルタ、25 分散素子、
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、
41 温度センサ、
50 測定エリア、90 対象物

1 measurement device, 10 irradiation section,
12 Light-emitting section, 121 Light-emitting element, 14 Optical system for light projection,
20 Light receiving unit, 22 Light receiving sensor, 221 Pixel,
222 Photodetector, 222A-C First to Third Photodetectors,
24 Optical system for light reception, 241 Focusing lens,
BPF bandpass filter, 25 dispersion elements,
30 Control unit, 32 Setting unit,
34 Timing control unit, 36 Distance measuring unit,
362 Signal processing unit, 364 Time detection unit, 366 Distance calculation unit,
41. Temperature sensor,
50 measurement area, 90 target object

Claims (7)

所定の波長帯域の範囲で温度に応じた波長の光を照射する発光部と、
前記所定の波長帯域の光を通過させ、前記発光部から照射された光の反射光を通過させるフィルタと、
複数の受光素子を有する受光センサと、
前記フィルタと前記受光センサとの間に配置され、前記フィルタを通過した光を2以上の前記受光素子に分散させる分散素子と、
温度センサと、
前記温度センサの温度データに対応する前記受光素子の受光データに基づいて距離を測定する制御部と、
前記温度センサの前記温度データに対応付けた重みデータを記憶する記憶部と、
を備え
前記制御部は、
前記温度センサの前記温度データに対応する前記重みデータを前記記憶部から取得し、
2以上の前記受光素子のそれぞれの受光データに、前記重みデータに応じた重み付けを行うことによって、前記距離を測定する、
測定装置。
A light-emitting unit that emits light with a wavelength corresponding to the temperature within a predetermined wavelength band,
A filter that allows light in the predetermined wavelength band to pass through and allows reflected light from the light-emitting unit to pass through,
A light-receiving sensor having multiple light-receiving elements,
A dispersion element is placed between the filter and the light receiving sensor and disperses the light that has passed through the filter to two or more light receiving elements,
A temperature sensor and
A control unit that measures distance based on light-receiving data from the light-receiving element corresponding to the temperature data of the temperature sensor,
A storage unit that stores weight data associated with the temperature data of the temperature sensor,
Equipped with ,
The control unit,
The weight data corresponding to the temperature data of the temperature sensor is obtained from the storage unit.
The distance is measured by assigning weights to the light-receiving data of each of the two or more light-receiving elements according to the weight data.
Measuring device.
所定の波長帯域の範囲で温度に応じた波長の光を照射する発光部と、
前記所定の波長帯域の光を通過させ、前記発光部から照射された光の反射光を通過させるフィルタと、
複数の受光素子を有する受光センサと、
前記フィルタと前記受光センサとの間に配置され、前記フィルタを通過した光を2以上の前記受光素子に分散させる分散素子と、
温度センサと、
前記受光素子が所定の受光データを出力する状況下において、前記温度センサの温度データが変化すると、異なる距離を出力する制御部と、
前記温度センサの前記温度データに対応付けた重みデータを記憶する記憶部と、
を備え
前記制御部は、
前記温度センサの前記温度データに対応する前記重みデータを前記記憶部から取得し、
2以上の前記受光素子のそれぞれの受光データに、前記重みデータに応じた重み付けを行うことによって、前記距離を測定する、
測定装置。
A light-emitting unit that emits light with a wavelength corresponding to the temperature within a predetermined wavelength band,
A filter that allows light in the predetermined wavelength band to pass through and allows reflected light from the light-emitting unit to pass through,
A light-receiving sensor having multiple light-receiving elements,
A dispersion element is placed between the filter and the light receiving sensor and disperses the light that has passed through the filter to two or more light receiving elements,
A temperature sensor and
When the light-receiving element outputs predetermined light-receiving data, if the temperature data of the temperature sensor changes, the control unit outputs a different distance.
A storage unit that stores weight data associated with the temperature data of the temperature sensor,
Equipped with ,
The control unit,
The weight data corresponding to the temperature data of the temperature sensor is obtained from the storage unit.
The distance is measured by assigning weights to the light-receiving data of each of the two or more light-receiving elements according to the weight data.
Measuring device.
請求項1又は2に記載の測定装置であって、
前記分散素子は、メタマテリアルにより構成されている、測定装置。
A measuring device according to claim 1 or 2 ,
The aforementioned dispersion element is made of metamaterial, and the measuring device is a measuring device.
請求項3に記載の測定装置であって、
前記分散素子は、前記フィルタを通過した光を前記受光センサに集光させる機能を有する、測定装置。
The measuring device according to claim 3 ,
The aforementioned dispersion element is a measuring device having the function of focusing the light that has passed through the filter onto the light receiving sensor.
請求項3に記載の測定装置であって、
前記分散素子は、所定方向に振動する光を通過させつつ、前記所定方向と交差する方向に振動する光を吸収する機能を有する、測定装置。
The measuring device according to claim 3 ,
The aforementioned dispersion element is a measuring device having the function of allowing light vibrating in a predetermined direction to pass through while absorbing light vibrating in a direction intersecting the predetermined direction.
請求項1又は2に記載の測定装置であって、
前記分散素子は、プリズム又は回折格子により構成されている、測定装置。
A measuring device according to claim 1 or 2 ,
The measuring device is configured such that the dispersion element is composed of a prism or a diffraction grating.
請求項1又は2に記載の測定装置であって、
前記フィルタと前記分散素子との間に配置され、前記フィルタを通過した光を前記分散素子に集光する集光レンズを備える、測定装置。
A measuring device according to claim 1 or 2 ,
A measuring device comprising a focusing lens positioned between the filter and the dispersion element, which focuses the light that has passed through the filter onto the dispersion element.
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