(57)【要約】【課題】広範囲にわたる走査を高速で行うことが可能である電磁波距離測定装置を提供する。【解決手段】レーザ光ＬＴを発する送信部２と、レーザ光ＬＴを目標Ｔに走査する走査部１０と、レーザ光ＬＴの強度及び送信タイミングを制御し且つ走査部１０による走査を制御する制御部３と、目標Ｔからの反射レーザ光ＬＲを受ける受信部４と、レーザ光ＬＴと反射レーザ光ＬＲとの時間的なずれに基づいて目標Ｔまでの距離を判定する距離判定部７を備え、走査部１０は、送信レーザ光ＬＴが透過し且つ高電圧負荷により屈折率が変化して送信レーザ光ＬＴの向きを変化させ得るフォトニック結晶から成る走査手段１１と、走査手段１１に高電圧の正弦波を出力して屈折率を変化させてレーザ光ＬＴを走査させる走査電圧発生器１２を具備し、送信レーザ光ＬＴの走査手段１１における透過往路と、反射レーザ光ＬＲの走査手段１１における透過復路とを一致させた。【選択図】図１
2009047434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を発する送信部と、
この送信部から発した電磁波を目標に対して走査する走査部と、
前記送信部における電磁波の強度及び送信タイミングを制御すると共に前記走査部による走査を制御する制御部と、
目標で反射して戻った電磁波を受ける受信部と、
前記送信部から発した送信電磁波と受信部で受けた反射電磁波との時間的なずれに基づいて目標までの距離を判定する距離判定部を備え、
前記走査部は、前記送信部から発した電磁波が透過し且つ高電圧負荷により屈折率が変化して電磁波の向きを変化させ得るフォトニック結晶から成る走査手段と、このフォトニック結晶から成る走査手段に高電圧の正弦波を出力してその屈折率を変化させることで該走査手段を透過する電磁波を走査させる走査電圧発生器を具備している
ことを特徴とする電磁波距離測定装置。
【請求項２】
目標で反射して戻った電磁波のうちの前記受信部で受ける電磁波は、前記送信部から発した電磁波の走査手段における透過往路と一致する透過復路に戻る電磁波である請求項１に記載の電磁波距離測定装置。
【請求項３】
目標で反射して戻った電磁波のうちの前記受信部で受ける電磁波は、前記走査手段の近傍に戻る電磁波である請求項１に記載の電磁波距離測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記走査部による走査範囲を変化させるべく、走査部の走査電圧発生器に走査角制御信号を出力する請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の電磁波距離測定装置。
【請求項５】
前記走査部は、走査手段を通して走査する電磁波をその走査方向とは異なる方向に振る遥動手段を具備し、前記制御部は、この走査部の遥動手段による走査方向とは異なる方向の振り幅を変化させるべく、走査部の遥動手段に振り幅制御信号を出力する請求項１〜４のいずれか一つの項に記載の電磁波距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信部から発したレーザ光やミリ波などの電磁波を目標に対して走査して距離を測定する電磁波距離測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記した電磁波距離測定装置としては、例えば、レーザ光を発する送信部と、この送信部から発したレーザ光を目標に対して走査する走査部と、目標で反射して戻るレーザ光を受ける受信部を備え、送信レーザ光と受信レーザ光との時間的なずれに基づいて目標までの距離を測定するレーザ距離測定装置がある。
このレーザ距離測定装置において、目標に対するレーザ光の走査には、回転ミラーやポリゴンミラー等の可動ミラー系のスキャナが採用されているほか、可変頂角プリズムスキャナや音響光学スキャナ等の非ミラー系のスキャナが採用されており、このような非ミラー系のスキャナとしては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の非線形光学結晶から成るプリズム型スキャナも知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開2000-46930号
【特許文献２】特開2005-69975号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した可動ミラー系のスキャナをレーザ光の走査に用いたレーザ距離測定装置にあっては、広角の走査を行うことができるものの、構造上寸法の大型化が避けられないため、高速での走査を行うことができないという問題があった。
一方、上記非ミラー系の可変頂角プリズムスキャナや音響光学スキャナやプリズム型スキャナをレーザ光の走査に用いたレーザ距離測定装置にあっては、走査の高速化を実現できる反面、広範囲にわたる走査には不向きであるという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００４】
本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、広範囲にわたる走査を高速で行うことが可能である電磁波距離測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電磁波距離測定装置は、請求項１として、レーザ光やＸ線やミリ波やテラヘルツ波等の電磁波を発する送信部と、この送信部から発した電磁波を目標に対して走査する走査部と、前記送信部における電磁波の強度及び送信タイミングを制御すると共に前記走査部による走査を制御する制御部と、目標で反射して戻った電磁波を受ける受信部と、前記送信部から発した送信電磁波と受信部で受けた反射電磁波との時間的なずれに基づいて目標までの距離を判定する距離判定部を備え、前記走査部は、前記送信部から発した電磁波が透過し且つ高電圧負荷により屈折率が変化して電磁波の向きを変化させ得るフォトニック結晶から成る走査手段と、このフォトニック結晶から成る走査手段に高電圧の正弦波を出力してその屈折率を変化させることで該走査手段を透過する電磁波を走査させる走査電圧発生器を具備している構成としたことを特徴としており、この電磁波距離測定装置の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。
【０００６】
また、本発明の電磁波距離測定装置において、請求項２として、目標で反射して戻った電磁波のうちの前記受信部で受ける電磁波は、前記送信部から発した電磁波の走査手段における透過往路と一致する透過復路に戻る電磁波である構成としている。
さらに、本発明の電磁波距離測定装置において、請求項３として、目標で反射して戻った電磁波のうちの前記受信部で受ける電磁波は、前記走査手段の近傍に戻る電磁波である構成としている。
【０００７】
さらにまた、本発明の電磁波距離測定装置において、請求項４として、前記制御部は、前記走査部による走査範囲を変化させるべく、走査部の走査電圧発生器に走査角制御信号を出力する構成としている。
さらにまた、本発明の電磁波距離測定装置において、請求項５として、前記走査部は、走査手段を通して走査する電磁波をその走査方向とは異なる方向に振る遥動手段を具備し、前記制御部は、この走査部の遥動手段による走査方向とは異なる方向の振り幅を変化させるべく、走査部の遥動手段に振り幅制御信号を出力する構成としている。
【０００８】
本発明の電磁波距離測定装置では、送信部から電磁波を発すると、走査部において目標に対する電磁波の走査がなされる。
そして、目標で反射して戻った電磁波を受信部が受けると、距離判定部において送信部から発した送信電磁波と受信部で受けた反射電磁波との時間的なずれに基づいて目標までの距離が判定される。
【０００９】
上記電磁波の走査を行うに際しては、走査部の走査手段に走査電圧発生器から高電圧の正弦波を出力して、この電圧に応じて走査手段の屈折率を変化させることで、電磁波を走査するようにしているので、すなわち、高電圧の負荷により電磁波を走査するようにしているので、大型化を避け得ない可動ミラー系を用いない分だけ、走査の高速化が図られることとなる。
【００１０】
加えて、走査部の走査手段として、高電圧の負荷により屈折率が大きく変化するフォトニック結晶を採用しているので、可変頂角プリズムスキャナや音響光学スキャナ等の非ミラー系と比べて広範囲にわたる走査を行い得ることとなる。
ここで、上記走査部の走査手段による走査の動作原理をより詳しく説明すれば、走査手段に対して走査電圧発生器から高電圧の正弦波が出力されると、走査手段であるフォトニック結晶に電子注入による電界の傾斜が生じて、屈折率の分布が発生する。
【００１１】
このように、走査手段に屈折率の分布が発生すると、この走査手段内を送信部から発せられた電磁波が方向を変えつつ進むこととなり、この方向変化の累積によって電磁波は広角に動作することとなる、すなわち、広範囲にわたる走査を行い得ることとなる。
また、本発明の請求項２に係る電磁波距離測定装置において、目標で反射して戻った電磁波のうちの走査手段における透過往路と一致する透過復路に戻る電磁波を受信部で受けるようにしているので、強い反射電磁波（強い信号）が受けられることとなり、比較的近距離の目標に対する距離測定を確実且つ高精度で行い得ることとなり、加えて、遠方に位置する目標に対しても距離測定を行い得ることとなる。
【００１２】
さらに、本発明の請求項３に係る電磁波距離測定装置において、目標で反射して戻った電磁波のうちの走査手段の近傍に戻る電磁波を受信部で受けるようにしているので、多くの反射電磁波を捉え得ることとなり、広角の距離測定を行い得ることとなる。
さらにまた、本発明の請求項４に係る電磁波距離測定装置において、制御部から走査部の走査電圧発生器に走査角制御信号を出力するようになせば、走査部による走査範囲を変更し得るので、例えば、走査範囲の絞込みを行い得ることとなり、請求項５に係る電磁波距離測定装置において、上記と同じく制御部から走査部の遥動手段に振り幅制御信号を出力するようになせば、走査部による走査方向とは異なる方向の電磁波の振り幅を変更し得るので、例えば、走査範囲の絞込みを行い得ることとなり、その結果、無駄のない距離測定を行い得ることとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１に係る電磁波距離測定装置では、上記した構成としたから、広範囲にわたる走査の高速化を実現できるという非常に優れた効果がもたらされる。
また、本発明の請求項２に係る電磁波距離測定装置では、上記した構成としているので、比較的近距離の目標に対する距離測定を確実且つ高精度で行うことができ、加えて、遠方に位置する目標に対しても距離測定を行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１４】
さらに、本発明の請求項３に係る電磁波距離測定装置では、上記した構成としたため、広角の距離測定を行うことができるという非常に優れた効果がもたらされる。
さらにまた、本発明の請求項４及び５に係る電磁波距離測定装置では、上記した構成としているので、走査範囲を広げたり絞込んだりし得ることとなり、その結果、確実なそして無駄のない距離測定を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る電磁波距離測定装置を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明に係る電磁波距離測定装置の一実施形態を示しており、この実施形態では、電磁波としてレーザ光を用いたレーザ距離測定装置を例に挙げて説明する。
図１に示すように、このレーザ距離測定装置１は、ビーム状のレーザ光ＬＴを発する送信部２と、この送信部２から発したレーザ光ＬＴを目標Ｔに対して走査する走査部１０と、送信部２から発するレーザ光ＬＴの強度及び照射タイミングを制御すると共に走査部１０による走査を制御する制御部３と、目標Ｔで反射して戻ったレーザ光ＬＲを受ける受信部４と、送信部２から発した送信レーザ光ＬＴと受信部４で受けた受信レーザ光ＬＲとの時間的なずれに基づいて目標Ｔまでの距離を判定する距離判定部７を備えており、送信部２は、レーザ光源である発光素子及びこの発光素子が発したパルス状のレーザ光を効率のよいビーム状とする投光レンズ（発光素子及び投光レンズいずれも図示せず）を具備している。
【００１６】
走査部１０は、図２及び図３にも示すように、送信部２から発したレーザ光ＬＴが透過し且つ高電圧の負荷により屈折率が変化するフォトニック結晶から成る走査手段１１と、この走査手段１１に高電圧の正弦波を出力してその屈折率を変化させて透過するレーザ光ＬＴを走査させる走査電圧発生器１２と、走査手段１１を通して走査するレーザ光ＬＴをその走査方向と直交する方向に振る（いわゆるチルト走査）させる遥動手段１３を具備しており、遥動手段１３は、チルトミラー１４及びこのチルトミラー１４を所定の範囲で回動させるチルトモータ１５から構成してある。
【００１７】
この走査部１０では、走査手段１１に対して走査電圧発生器１２から高電圧の正弦波を出力することで、走査手段１１であるフォトニック結晶に電子注入による電界の傾斜を生じさせて、屈折率の分布を発生させるようにしており、このように、走査手段１１に屈折率の分布を発生させることによって、この走査手段１１内を進むレーザ光ＬＴの進行方向を変え、その方向変化を累積することによりレーザ光ＬＴを広角に走査させるようにしている。
【００１８】
この場合、送信部２から発したレーザ光ＬＴの走査手段１１における透過往路と、目標Ｔで反射して戻るレーザ光ＬＲの走査手段１１における透過復路とを一致させており、すなわち、走査手段１１における透過往路と一致する透過復路に戻るレーザ光ＬＲを受信部４で受けるようにしており、これにより、受信部４で強い反射レーザ光ＬＲが受けられるようにしてある。
【００１９】
このレーザ距離測定装置１において、送信部２と走査手段１１との間には、送信部２で発せられたレーザ光ＬＴの進行を妨げないハーフミラー８が配置してあり、走査部１０の走査手段１１の透過復路を通過した反射レーザ光ＬＲが上記ハーフミラー８で屈折して受信部４に到達するようにしてある。
そして、この受信部４に到達した反射レーザ光ＬＲを電気信号である受信信号に変換して、複数の時間計測部５及び複数の強度計測部６を経て距離判定部７に送ることで、目標Ｔまでの距離を判定するようになっている。
【００２０】
また、このレーザ距離測定装置１において、制御部３は、走査部１０の走査電圧発生器１２に走査角制御信号を出力すると共に、同じく走査部１０の遥動手段１３に振り幅制御信号を出力するものとなっており、この制御部３から走査部１０の走査電圧発生器１２及び遥動手段１３にそれぞれ制御信号を出力するようになすことで、走査部１０による走査範囲を、例えば、図１（ｂ）及び図２に示すa-aの範囲からb-bの範囲に狭めたり、走査方向とは直交する方向の振り幅をA-AからB-Bに狭めたりすることができるようになっている。
【００２１】
上記したレーザ距離測定装置１では、送信部２からレーザ光ＬＴを発すると、走査部１０において目標Ｔに対するレーザ光ＬＴの走査が開始される。
この走査部１０では、走査手段１１に対して走査電圧発生器１２から高電圧の正弦波が出力され、この電圧に応じて走査手段１１の屈折率が変化することで、この走査手段１１内を進むレーザ光ＬＴの進行方向が変わり、その方向変化が累積されることによってレーザ光ＬＴの広角走査がなされ、加えて、遥動手段１３によりレーザ光ＬＴがその走査方向と直交する方向にチルト走査されることで、レーザ光ＬＴの所定範囲の走査がなされることとなる。
【００２２】
そして、目標で反射して戻ったレーザ光ＬＲが、走査部１０の走査手段１１の透過復路を通過して、ハーフミラー８で屈折して受信部４に到達すると、この受信部４に到達した反射レーザ光ＬＲは、電気信号である受信信号に変換されて、複数の時間計測部５及び複数の強度計測部６を経て距離判定部７に送られ、この距離判定部７において、送信部２から発した送信レーザ光ＬＴと受信部４で受けた反射レーザ光ＬＲとの時間的なずれに基づいて目標Ｔまでの距離が判定されることとなる。
【００２３】
このように、上記した一実施形態に係るレーザ距離測定装置１では、走査部１０において走査手段１１に走査電圧発生器１２から高電圧の正弦波を出力して、この電圧に応じて走査手段１１の屈折率を変化させることで、レーザ光ＬＴを走査するようにしていることから、すなわち、高電圧を負荷するだけでレーザ光ＬＴを走査するようにしていることから、大型化を避け得ない可動ミラー系を用いない分だけ、走査の高速化が図られることとなる。
【００２４】
加えて、走査部１０の走査手段１１として、高電圧の負荷により屈折率が大きく変化するフォトニック結晶を採用したため、可変頂角プリズムスキャナや音響光学スキャナ等の非ミラー系と比べて広範囲にわたる走査を行い得ることとなる。
また、上記した一実施形態に係るレーザ距離測定装置１では、走査部１０の走査手段１１において、送信部２から発したレーザ光ＬＴの透過往路と、目標Ｔで反射して戻ったレーザ光ＬＲの透過復路とを一致させているので、すなわち、走査手段１１における透過往路と一致する透過復路に戻るレーザ光ＬＲを受信部４で受けるようにしているので、強い反射レーザ光ＬＲが受けられることとなり、比較的近距離の目標Ｔに対しては距離測定を確実且つ高精度で行うことができ、加えて、遠方に位置する目標Ｔに対しても距離測定を行い得ることとなる。
【００２５】
さらに、上記した一実施形態に係るレーザ距離測定装置１では、制御部３から走査部１０の走査電圧発生器１２及び遥動手段１３にそれぞれ制御信号を出力するようになせば、走査部１０による走査範囲を、例えば、図１（ｂ）及び図２に示すa-aの範囲からb-bの範囲に狭めたり、走査方向とは直交する方向のレーザ光ＬＴの振り幅をA-AからB-Bに狭めたりして、走査範囲の絞込みを行い得ることとなり、その結果、無駄のない距離測定を行い得ることとなる。
【００２６】
さらにまた、上記した一実施形態に係るレーザ距離測定装置１では、目標Ｔに向かうレーザ光ＬＴの走査に可動ミラー系を用いていないので、可動部分が減る分だけ騒音が少ないものとなり、加えて、耐久性の向上が実現することとなる。
図４は、本発明に係る電磁波距離測定装置の他の実施形態を示しており、この実施形態においても、電磁波としてレーザ光を用いた場合を示す。
【００２７】
図４に示すように、この実施形態に係るレーザ距離測定装置２１が先の実施形態に係るレーザ距離測定装置１と相違するところは、目標Ｔで反射して戻ったレーザ光ＬＲのうちの走査手段１１の近傍に戻るレーザ光ＬＲを受信部４で受けるようにした点にあり、他の構成は先の実施形態に係るレーザ距離測定装置１と同じである。
このレーザ距離測定装置２１において、受信部４では、走査手段１１の近傍に戻るレーザ光ＬＲを受けるようにしているので、多くの反射レーザ光ＬＲを捉え得ることとなり、その結果、広角の距離測定を行い得ることとなる。
【００２８】
上記した二つの実施形態では、いずれも本発明に係る電磁波距離測定装置が、電磁波としてレーザ光を用いたレーザ距離測定装置である場合を示したが、これに限定されるものではなく、電磁波としてＸ線やミリ波やテラヘルツ波を用いた距離測定装置であってもよい。
また、上記した二つの実施形態では、遥動手段１３によって、走査手段１１を通して走査するレーザ光ＬＴをその走査方向と直交する方向にチルト走査させるようにしているが、チルトさせる方向は走査方向と直交する方向に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る電磁波距離測定装置の一実施形態によるレーザ距離測定装置を走査手段の側面図とともに示すブロック図（ａ）及びレーザ光の走査範囲及び振り幅を示す目標の正面図（ｂ）である。
【図２】図１に示したレーザ距離測定装置の走査部における走査手段の平面図である。
【図３】図１に示したレーザ距離測定装置の送信部，走査部及び受信部の関係を説明する斜視図である。
【図４】本発明に係る電磁波距離測定装置の他の実施形態によるレーザ距離測定装置の送信部，走査部及び受信部の関係を説明する斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１，２１    レーザ距離測定装置（電磁波距離測定装置）
２    送信部
３    制御部
４    受信部
７    距離判定部
１０  走査部
１１  走査手段
１２  走査電圧発生器
１３  遥動手段
１４  チルトミラー（遥動手段）
１５  チルトモータ（遥動手段）
ＬＲ  反射レーザ光
ＬＴ  送信レーザ光
Ｔ    目標
【図１】
2009047434.tif 000003
【図２】
2009047434.tif 000004
【図３】
2009047434.tif 000005
【図４】
2009047434.tif 000006