JP2016035403A - レーザ測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自装置を小型ロボットや車両等に搭載した場合であっても、自装置から対象物までの距離を容易に測定することができるレーザ測距装置を提供する。
【解決手段】レーザ測距装置（１００）では、光学ユニット（１０１）が、対象物にレーザ光を照射することにより格子走査パターン（６０）を対象物に投影し、カメラ部（４０）が、そのときの投影像を撮影格子走査パターン（７０）として撮影し、計測部（５３）が、撮影格子走査パターン（７０）が表す線の間隔に基づいて、対象物までの距離を計測する。これにより、例えば自装置を小型ロボットや車両等に搭載した場合であっても、自装置から対象物までの距離を容易に測定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を対象物に照射することにより対象物までの距離を測定するレーザ測距装置に関する。

近年、レーザ光を対象物に照射することにより距離を測定する技術が開発されている（例えば、特許文献１〜３）。

特許文献１に記載された技術では、レーザ光をライトガイドで伝播して投影されたパターンの大きさを検出し、その大きさに基づいて対象物までの距離を測定している。また、特許文献２に記載された技術では、レーザ光を対象物に照射して対象物から反射したレーザ光を受光するまでの時間を計測し、その計測時間に基づいて対象物までの距離を測定している。

さらに、特許文献３に記載された技術では、レーザ光を対象物の任意の２点に順に照射して、対象物の任意の２点間の距離を算出している。

特開２０１１−２５８号公報 特開２０１１−１１２５８５号公報 特開２０１２−５８１２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、医療分野において内視鏡を利用した検査に用いられるものであるため、例えば自装置を小型ロボットや車両等に搭載して自装置から対象物までの距離を計測することには適していない。また、特許文献３に記載された技術では、対象物の任意の２点間の距離を計測するものであるため、自装置から対象物までの距離を計測するものではない。

また、特許文献２に記載された技術では、レーザ光を対象物に照射して対象物から反射したレーザ光を受光するまでの時間を計測するものであるため、自装置から対象物までの距離が近距離の場合では、計測に要する時間が極めて短くなる。その場合、計測の高精度化が求められることから、装置のコストが高くなる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、自装置を小型ロボットや車両等に搭載した場合であっても、自装置から対象物までの距離を容易に測定することができるレーザ測距装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点では、レーザ測距装置は、対象物にレーザ光を照射することにより、所定間隔を有する走査パターンを前記対象物に投影する光学ユニットと、前記走査パターンが前記対象物に投影されたときの投影像を撮影パターンとして撮影するカメラ部と、前記撮影パターンが表す間隔に基づいて、前記対象物までの距離を計測する計測部と、を具備することを特徴とする。

本発明の第２の観点では、第１の観点において、レーザ測距装置は、前記カメラ部の前段に設けられ、非可視光の前記投影像を通過させるフィルタを更に具備することを特徴とする。

本発明の第３の観点では、第１の観点または第２の観点において、前記レーザ光は、可視光及び非可視光の波長を有することを特徴とする。

本発明の第４の観点では、第１の観点から第３の観点のいずれかにおいて、前記走査パターンは、前記所定間隔を有するように格子状に描かれた線を表す格子走査パターンであり、前記撮影パターンは、前記格子走査パターンが前記対象物に投影されたときの投影像を表す撮影格子走査パターンであり、前記計測部は、前記撮影格子走査パターンが表す線の間隔に基づいて、前記対象物までの距離を計測することを特徴とする。

本発明の第５の観点では、第１の観点から第３の観点のいずれかにおいて、前記走査パターンは、前記所定間隔を有するように描かれたドットを表すドット走査パターンであり、前記撮影パターンは、前記ドット走査パターンが前記対象物に投影されたときの投影像を表す撮影ドット走査パターンであり、前記計測部は、前記撮影ドット走査パターンが表すドットの間隔に基づいて、前記対象物までの距離を計測することを特徴とする。

本発明の第６の観点では、第１の観点から第３の観点のいずれかにおいて、前記走査パターンは、前記所定間隔を有するようにラスター走査により描かれた線を表すラスター走査パターンであり、前記撮影パターンは、前記ラスター走査パターンが前記対象物に投影されたときの投影像を表す撮影ラスター走査パターンであり、前記計測部は、前記撮影ラスター走査パターンが表す線の間隔に基づいて、前記対象物までの距離を計測することを特徴とする。

本発明の第７の観点では、第１の観点から第３の観点のいずれかにおいて、前記走査パターンは、前記所定間隔を有するようにリサージュ走査により描かれた線を表すリサージュ走査パターンであり、前記撮影パターンは、前記リサージュ走査パターンが前記対象物に投影されたときの投影像を表す撮影リサージュ走査パターンであり、前記計測部は、前記撮影リサージュ走査パターンが表す線の間隔に基づいて、前記対象物までの距離を計測することを特徴とする。

本発明によれば、自装置を小型ロボットや車両等に搭載した場合であっても、自装置から対象物までの距離を容易に測定することができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザ測距装置１００の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るレーザ測距装置１００において、静電方式の走査用ミラー部３の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るレーザ測距装置１００において、撮影格子走査パターン７０が表す線の間隔と、自装置（レーザ測距装置１００）からの距離との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るレーザ測距装置１００の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るレーザ測距装置１００の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ測距装置１００において、撮影ドット走査パターン７１が表すドットの間隔と、自装置（レーザ測距装置１００）からの距離との関係を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るレーザ測距装置１００におけるラスター走査を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係るレーザ測距装置１００において、ラスター走査パターン６２を示す図である。 本発明の第４実施形態に係るレーザ測距装置１００におけるリサージュ走査を説明するための図である。 本発明の第４実施形態に係るレーザ測距装置１００において、リサージュ走査パターン６３を示す図である。 本発明の第５実施形態に係るレーザ測距装置１００における光学ユニット１０１内のレーザ光源１の構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ測距装置１００の構成を示す図である。図１に示されるように、レーザ測距装置１００は、光学ユニット１０１と、撮影ユニット１０２と、制御ユニット１０３とを具備している。

光学ユニット１０１は、レーザ光源１と、走査用ミラー部３と、平行化部とを具備している。平行化部としては、コリメータレンズ２０が例示される。

レーザ光源１は、半導体レーザ１０を備えている。半導体レーザ１０は、後述のレーザ駆動信号ＤＲＶＬに応じて、レーザ光を射出する。そのレーザ光の波長は、非可視光の波長であり、例えば８２０ｎｍである。

コリメータレンズ２０は、レーザ光源１から射出されたレーザ光を平行光に成形する。その平行光の光軸の断面形状の直径は０．５ｍｍである。コリメータレンズ２０により成形されたレーザ光は、走査用ミラー部３で二次元方向に走査される。

走査用ミラー部３は、ミラー部３０と、主走査駆動軸３１と、副走査駆動軸３２とを備えている。

ミラー部３０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により、直径１ｍｍの薄板で構成されている。この薄板は、シリコンウェハー上に金属の膜（例えば、アルミニウム薄膜）が蒸着された反射部を有している。本発明では、半導体レーザを光源として、ＭＥＭＳ技術によるミラー部３０で走査することから、光源の冷却や投影のためのレンズが不要であり、自装置（レーザ測距装置１００）を極めて小さく構成することができる。

主走査駆動軸３１は、主走査方向（図１のＸ方向）にミラー部３０を揺動可能に支持する軸である。主走査駆動軸３１は、後述の主走査駆動信号ＤＲＶＸに応じて、主走査方向（図１のＸ方向）に±２０度の揺動角でミラー部３０を揺動する。

副走査駆動軸３２は、主走査駆動軸３１に直交し、副走査方向（図１のＹ方向）にミラー部３０を揺動可能に支持する軸である。副走査駆動軸３２は、後述の副走査駆動信号ＤＲＶＹに応じて、副走査方向（図１のＹ方向）に±１０度の揺動角でミラー部３０を揺動する。

本実施形態では、走査用ミラー部３の駆動方式は、静電気的な斥力と引力とで揺動制御を行なう静電方式であるものとする。図２は、本発明の第１実施形態に係るレーザ測距装置１００において、静電方式の走査用ミラー部３の構成を示す図である。

図２に示されるように、ミラー部３０の４辺のうちの互いに交わらない２辺の中央部には、それぞれ、上述の主走査駆動軸３１として主走査駆動軸３１Ａ、３１Ｂが設けられている。ミラー部３０の周辺には、主走査駆動軸３１Ａ、３１Ｂがミラー部３０を揺動可能に支持するための駆動フレーム３３が設けられている。ミラー部３０の４辺のうちの主走査駆動軸３１Ａ、３１Ｂが設けられていない２辺と、その２辺に対応する駆動フレーム３３とには、それぞれ櫛状に対向した電極であるコム電極３５が設けられている。

駆動フレーム３３の４辺のうちの、コム電極３５が設けられている側の互いに交わらない２辺の中央部には、それぞれ、上述の副走査駆動軸３２として副走査駆動軸３２Ａ、３２Ｂが設けられている。駆動フレーム３３の周辺には、副走査駆動軸３２Ａ、３２Ｂがミラー部３０を揺動可能に支持するための固定フレーム３４が設けられている。駆動フレーム３３の４辺のうちの副走査駆動軸３２Ａ、３２Ｂが設けられていない２辺と、その２辺に対応する固定フレーム３４とには、それぞれ櫛状に対向した電極であるコム電極３６が設けられている。

駆動フレーム３３には、主走査駆動軸３１Ａをコム電極３５、３６と分離し、主走査駆動軸３１Ａと副走査駆動軸３２Ａとを電気的に接続するための絶縁構造３７Ａ、３７Ｂが設けられている。また、駆動フレーム３３には、主走査駆動軸３１Ｂをコム電極３５、３６と分離するための絶縁構造３７Ｃが設けられている。固定フレーム３４には、副走査駆動軸３２Ａの端部に接続された主走査駆動電極３８が設けられている。主走査駆動電極３８から副走査駆動軸３２Ａを介して副走査駆動軸３２Ａに電圧を印加することによって、コム電極３５間に電圧が印加される。コム電極３５間に電圧が印加されることによってコム電極３５間に斥力と引力とが交互に作用して、ミラー部３０が主走査駆動軸３１を中心に主走査方向（図１のＸ方向）に揺動する。

本実施形態では、主走査方向（図１のＸ方向）に±２０度の揺動角が得られるように、主走査駆動信号ＤＲＶＸとして、ミラー部３０と駆動フレーム３３とのコム電極３５間に周波数２０ｋＨｚの電圧１００Ｖが印加される。

固定フレーム３４には、副走査駆動軸３２Ｂの端部に接続された副走査駆動電極３９が設けられている。副走査駆動電極３９から副走査駆動軸３２Ｂに電圧を印加することによって、コム電極３６間に電圧が印加される。コム電極３６間に電圧が印加されることによってコム電極３６間に斥力と引力とが交互に作用して、ミラー部３０が副走査駆動軸３２を中心に副走査方向（図１のＹ方向）に揺動する。

本実施形態では、副走査方向（図１のＹ方向）に±１０度の揺動角が得られるように、副走査駆動信号ＤＲＶＹとして、駆動フレーム３３と固定フレーム３４とのコム電極３６間に周波数１．２ｋＨｚの電圧８０Ｖが印加される。

図１に示されるように、制御ユニット１０３は、レーザドライバ５１と、走査部５２と、制御部５４と、図示しない記憶装置とを備えている。制御部３６は、制御ユニット１０３内の各構成要素を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）である。記憶装置にはコンピュータが実行可能なコンピュータプログラムが格納され、制御部３６はそのコンピュータプログラムを読み出して実行する。

制御部３６は、レーザ制御信号ＣＴＲＬをレーザドライバ５１に出力し、走査制御信号ＣＴＲＸＹを走査部５２に出力する。

レーザドライバ５１は、制御部３６からのレーザ制御信号ＣＴＲＬに応じて、レーザ光を射出するためのレーザ駆動信号ＤＲＶＬをレーザ光源１に出力する。

走査部５２は、制御部３６からの走査制御信号ＣＴＲＸＹに応じて、走査用ミラー部３の主走査駆動軸３１を±２０度駆動するための主走査駆動信号ＤＲＶＸを出力する。また、走査部５２は、制御部３６からの走査制御信号ＣＴＲＸＹに応じて、走査用ミラー部３の副走査駆動軸３２を±１０度駆動するための副走査駆動信号ＤＲＶＹを出力する。

これにより、走査用ミラー部３は、主走査駆動信号ＤＲＶＸ、及び、副走査駆動信号ＤＲＶＹに応じて、ミラー部３０をＸ方向とＹ方向とに揺動しながら対象物にレーザ光を照射して、所定間隔を有する走査パターンを対象物に投影する。所定間隔を有する走査パターンとしては、図１に示されるような格子走査パターン６０が例示される。格子走査パターン６０は、所定間隔を有するように格子状に描かれた線を表すパターンである。

図１に示されるように、撮影ユニット１０２は、カメラ部４０と、フィルタ４１とを備えている。

格子走査パターン６０が対象物に投影されたときに、投影像が形成される。レーザ光源１から射出されるレーザ光は非可視光であるため、投影像も非可視光である。フィルタ４１は、カメラ部４０の前段に設けられ、可視光をカットして非可視光を通過させる。カメラ部４０は、フィルタ４１を通過した非可視光の投影像を撮影格子走査パターン７０（図３）として撮影する。このように、フィルタ４１がカメラ部４０の前段に設けられているため、カメラ部４０に対して外乱光の影響を抑制することができる。

図１に示されるように、制御ユニット１０３は、更に、計測部５３を備えている。

計測部５３は、カメラ部４０により撮影された撮影格子走査パターン７０（図３）を取得する。計測部５３は、その撮影格子走査パターン７０が表す線の間隔Ｗに基づいて、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌを計測する。

図３は、本発明の第１実施形態に係るレーザ測距装置１００において、撮影格子走査パターン７０が表す線の間隔と、自装置（レーザ測距装置１００）からの距離との関係を示す図である。撮影格子走査パターン７０の所定間隔は、レーザ測距装置１００からの所定距離Ｌ０を基準にしたときに、Ｗ０により表される。

例えば、撮影格子走査パターン７０の間隔Ｗが、所定間隔Ｗ０よりも小さい間隔Ｗ１であるものとする。この場合、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌ１は、Ｌ１＝Ｌ０×Ｗ１／Ｗ０により表され、所定距離Ｌ０よりも短い。一方、撮影格子走査パターン７０の間隔Ｗが、所定間隔Ｗ０よりも大きい間隔Ｗ２であるものとする。この場合、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌ２は、Ｌ２＝Ｌ０×Ｗ２／Ｗ０により表され、所定距離Ｌ０よりも長い。このように、撮影格子走査パターン７０が表す線の間隔Ｗに基づいて対象物までの距離Ｌを計測するため、例えば自装置を小型ロボットや車両等に搭載した場合であっても、自装置から対象物までの距離を容易に測定することができる。

図４は、本発明の第１実施形態に係るレーザ測距装置１００の動作を示すフローチャートである。

制御部３６は、レーザ制御信号ＣＴＲＬをレーザドライバ５１に出力する。レーザドライバ５１は、制御部３６からのレーザ制御信号ＣＴＲＬに応じて、レーザ駆動信号ＤＲＶＬをレーザ光源１に出力する。レーザ光源１は、レーザ駆動信号ＤＲＶＬに応じて、非可視光の波長を有するレーザ光を射出する。コリメータレンズ２０は、レーザ光源１から射出されたレーザ光を平行光に成形する（ステップＳ１０１：レーザ射出処理）。

制御部３６は、レーザ制御信号ＣＴＲＬをレーザドライバ５１に出力したときに、走査制御信号ＣＴＲＸＹを走査部５２に出力する。走査部５２は、制御部３６からの走査制御信号ＣＴＲＸＹに応じて、主走査駆動信号ＤＲＶＸを出力する。また、走査部５２は、制御部３６からの走査制御信号ＣＴＲＸＹに応じて、副走査駆動信号ＤＲＶＹを出力する。走査用ミラー部３は、走査部５２からの主走査駆動信号ＤＲＶＸに応じて走査用ミラー部３の主走査駆動軸３１を±２０度駆動し、走査部５２からの副走査駆動信号ＤＲＶＹに応じて走査用ミラー部３の副走査駆動軸３２を±１０度駆動しながら、対象物にレーザ光を照射して格子走査パターン６０（図１）を対象物に投影する（ステップＳ１０２：投影処理）。

カメラ部４０は、フィルタ４１を通過した非可視光の投影像を撮影格子走査パターン７０（図３）として撮影する（ステップＳ１０３：撮影処理）。

計測部５３は、カメラ部４０により撮影された撮影格子走査パターン７０（図３）を取得する。計測部５３は、その撮影格子走査パターン７０が表す線の間隔Ｗに基づいて、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌを計測する（ステップＳ１０４：計測処理）。

以上の説明により、本発明の第１実施形態に係るレーザ測距装置１００では、光学ユニット１０１が、対象物にレーザ光を照射することにより格子走査パターン６０を対象物に投影し、カメラ部４０が、そのときの投影像を撮影格子走査パターン７０として撮影し、計測部５３が、撮影格子走査パターン７０が表す線の間隔Ｗに基づいて、対象物までの距離Ｌを計測する。これにより、本発明の第１実施形態に係るレーザ測距装置１００によれば、例えば自装置を小型ロボットや車両等に搭載した場合であっても、自装置から対象物までの距離を容易に測定することができる。

また、本発明の第１実施形態に係るレーザ測距装置１００では、非可視光の投影像を通過させるフィルタ４１が、カメラ部４０の前段に設けられているため、カメラ部４０に対して外乱光の影響を抑制することができる。

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係るレーザ測距装置１００の構成を示す図である。本発明の第２実施形態に係るレーザ測距装置１００では、所定間隔を有する走査パターンが第１実施形態とは異なる。

所定間隔を有する走査パターンとしては、格子走査パターン６０（図１）に代えて、図５に示されるようなドット走査パターン６１が例示される。ドット走査パターン６１は、所定間隔を有するように描かれたドットを表すパターンである。

ドット走査パターン６１が対象物に投影されたときに、投影像が形成される。カメラ部４０は、フィルタ４１を通過した非可視光の投影像を撮影ドット走査パターン７１（図６）として撮影する。計測部５３は、カメラ部４０により撮影された撮影ドット走査パターン７１を取得する。計測部５３は、その撮影ドット走査パターン７１が表すドットの間隔Ｗに基づいて、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌを計測する。

図６は、本発明の第２実施形態に係るレーザ測距装置１００において、撮影ドット走査パターン７１が表すドットの間隔と、自装置（レーザ測距装置１００）からの距離との関係を示す図である。撮影ドット走査パターン７１の所定間隔は、レーザ測距装置１００からの所定距離Ｌ０を基準にしたときに、Ｗ０により表される。

例えば、撮影ドット走査パターン７１の間隔Ｗが、所定間隔Ｗ０よりも小さい間隔Ｗ１であるものとする。この場合、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌ１は、Ｌ１＝Ｌ０×Ｗ１／Ｗ０により表され、所定距離Ｌ０よりも短い。一方、撮影ドット走査パターン７１の間隔Ｗが、所定間隔Ｗ０よりも大きい間隔Ｗ２であるものとする。この場合、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌ２は、Ｌ２＝Ｌ０×Ｗ２／Ｗ０により表され、所定距離Ｌ０よりも長い。

本発明の第２実施形態に係るレーザ測距装置１００の動作について説明する。

制御部３６は、レーザ制御信号ＣＴＲＬをレーザドライバ５１に出力する。レーザドライバ５１は、制御部３６からのレーザ制御信号ＣＴＲＬに応じて、レーザ駆動信号ＤＲＶＬをレーザ光源１に出力する。レーザ光源１は、レーザ駆動信号ＤＲＶＬに応じて、非可視光の波長を有するレーザ光を射出する。コリメータレンズ２０は、レーザ光源１から射出されたレーザ光を平行光に成形する（図４のステップＳ１０１：レーザ射出処理）。

制御部３６は、レーザ制御信号ＣＴＲＬをレーザドライバ５１に出力したときに、走査制御信号ＣＴＲＸＹを走査部５２に出力する。走査部５２は、制御部３６からの走査制御信号ＣＴＲＸＹに応じて、主走査駆動信号ＤＲＶＸを出力する。また、走査部５２は、制御部３６からの走査制御信号ＣＴＲＸＹに応じて、副走査駆動信号ＤＲＶＹを出力する。走査用ミラー部３は、走査部５２からの主走査駆動信号ＤＲＶＸに応じて走査用ミラー部３の主走査駆動軸３１を±２０度駆動し、走査部５２からの副走査駆動信号ＤＲＶＹに応じて走査用ミラー部３の副走査駆動軸３２を±１０度駆動しながら、対象物にレーザ光を照射してドット走査パターン６１（図５）を対象物に投影する（図４のステップＳ１０２：投影処理）。

カメラ部４０は、フィルタ４１を通過した非可視光の投影像を撮影ドット走査パターン７１（図６）として撮影する（図４のステップＳ１０３：撮影処理）。

計測部５３は、カメラ部４０により撮影された撮影ドット走査パターン７１（図６）を取得する。計測部５３は、その撮影ドット走査パターン７１が表すドットの間隔Ｗに基づいて、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌを計測する（図４のステップＳ１０４：計測処理）。

以上の説明により、本発明の第２実施形態に係るレーザ測距装置１００では、光学ユニット１０１が、対象物にレーザ光を照射することによりドット走査パターン６１を対象物に投影し、カメラ部４０が、そのときの投影像を撮影ドット走査パターン７１として撮影し、計測部５３が、撮影ドット走査パターン７１が表すドットの間隔Ｗに基づいて、対象物までの距離Ｌを計測する。これにより、本発明の第２実施形態に係るレーザ測距装置１００によれば、例えば自装置を小型ロボットや車両等に搭載した場合であっても、自装置から対象物までの距離を容易に測定することができる。

また、本発明の第２実施形態に係るレーザ測距装置１００では、非可視光の投影像を通過させるフィルタ４１が、カメラ部４０の前段に設けられているため、カメラ部４０に対して外乱光の影響を抑制することができる。

［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態に係るレーザ測距装置１００におけるラスター走査を説明するための図である。図８は、本発明の第３実施形態に係るレーザ測距装置１００において、ラスター走査パターン６２を示す図である。

所定間隔を有する走査パターンとしては、更に、図８に示されるようなラスター走査パターン６２が例示される。例えば、図７に示されるように、主走査方向（図１のＸ方向）の駆動周波数に対して、副走査方向（図１のＹ方向）の駆動周波数が６０Ｈｚ程度と非常に低い場合、走査部５２は、ラスター走査を走査用ミラー部３により行なう。図８に示されるように、ラスター走査パターン６２は、所定間隔を有するようにラスター走査により描かれた線を表すパターンである。

ラスター走査パターン６２が対象物に投影されたときに、投影像が形成される。図示しないが、カメラ部４０は、フィルタ４１を通過した非可視光の投影像を撮影ラスター走査パターンとして撮影する。計測部５３は、カメラ部４０により撮影された撮影ラスター走査パターンを取得する。計測部５３は、その撮影ラスター走査パターンが表す線の間隔Ｗに基づいて、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌを計測する。

図８に示されるように、撮影ラスター走査パターンの指定箇所の所定間隔は、レーザ測距装置１００からの所定距離Ｌ０を基準にしたときに、Ｗ０により表される。

例えば、撮影ラスター走査パターンの上記指定箇所の間隔Ｗが、所定間隔Ｗ０よりも小さい間隔Ｗ１であるものとする。この場合、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌ１は、Ｌ１＝Ｌ０×Ｗ１／Ｗ０により表され、所定距離Ｌ０よりも短い。一方、撮影ラスター走査パターンの上記指定箇所の間隔Ｗが、所定間隔Ｗ０よりも大きい間隔Ｗ２であるものとする。この場合、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌ２は、Ｌ２＝Ｌ０×Ｗ２／Ｗ０により表され、所定距離Ｌ０よりも長い。

本発明の第３実施形態に係るレーザ測距装置１００の動作について説明する。

制御部３６は、レーザ制御信号ＣＴＲＬをレーザドライバ５１に出力する。レーザドライバ５１は、制御部３６からのレーザ制御信号ＣＴＲＬに応じて、レーザ駆動信号ＤＲＶＬをレーザ光源１に出力する。レーザ光源１は、レーザ駆動信号ＤＲＶＬに応じて、非可視光の波長を有するレーザ光を射出する。コリメータレンズ２０は、レーザ光源１から射出されたレーザ光を平行光に成形する（図４のステップＳ１０１：レーザ射出処理）。

制御部３６は、レーザ制御信号ＣＴＲＬをレーザドライバ５１に出力したときに、走査制御信号ＣＴＲＸＹを走査部５２に出力する。走査部５２は、制御部３６からの走査制御信号ＣＴＲＸＹに応じて、主走査駆動信号ＤＲＶＸを出力する。また、走査部５２は、制御部３６からの走査制御信号ＣＴＲＸＹに応じて、副走査駆動信号ＤＲＶＹを出力する。走査用ミラー部３は、走査部５２からの主走査駆動信号ＤＲＶＸに応じて走査用ミラー部３の主走査駆動軸３１を±２０度駆動し、走査部５２からの副走査駆動信号ＤＲＶＹに応じて走査用ミラー部３の副走査駆動軸３２を±１０度駆動しながら、対象物にレーザ光を照射してラスター走査パターン６２（図８）を対象物に投影する（図４のステップＳ１０２：投影処理）。

カメラ部４０は、フィルタ４１を通過した非可視光の投影像を撮影ラスター走査パターンとして撮影する（図４のステップＳ１０３：撮影処理）。

計測部５３は、カメラ部４０により撮影された撮影ラスター走査パターンを取得する。計測部５３は、その撮影ラスター走査パターンが表す線の間隔Ｗに基づいて、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌを計測する（図４のステップＳ１０４：計測処理）。

以上の説明により、本発明の第３実施形態に係るレーザ測距装置１００では、光学ユニット１０１が、対象物にレーザ光を照射することによりラスター走査パターン６２を対象物に投影し、カメラ部４０が、そのときの投影像を撮影ラスター走査パターンとして撮影し、計測部５３が、撮影ラスター走査パターンが表す線の間隔Ｗに基づいて、対象物までの距離Ｌを計測する。これにより、本発明の第３実施形態に係るレーザ測距装置１００によれば、例えば自装置を小型ロボットや車両等に搭載した場合であっても、自装置から対象物までの距離を容易に測定することができる。

また、本発明の第３実施形態に係るレーザ測距装置１００では、非可視光の投影像を通過させるフィルタ４１が、カメラ部４０の前段に設けられているため、カメラ部４０に対して外乱光の影響を抑制することができる。

［第４実施形態］
図９は、本発明の第４実施形態に係るレーザ測距装置１００におけるリサージュ走査を説明するための図である。図１０は、本発明の第４実施形態に係るレーザ測距装置１００において、リサージュ走査パターン６３を示す図である。

所定間隔を有する走査パターンとしては、更に、図１０に示されるようなリサージュ走査パターン６３が例示される。例えば、主走査方向（図１のＸ方向）と副走査方向（図１のＹ方向）とに対して、の駆動周波数が１．２ｋＨｚと高い場合、走査部５２は、図９に示されるようなリサージュ走査を走査用ミラー部３により行なう。図１０に示されるように、リサージュ走査パターン６３は、所定間隔を有するようにリサージュ走査により描かれた線を表すパターンである。

リサージュ走査パターン６３が対象物に投影されたときに、投影像が形成される。図示しないが、カメラ部４０は、フィルタ４１を通過した非可視光の投影像を撮影リサージュ走査パターンとして撮影する。計測部５３は、カメラ部４０により撮影された撮影リサージュ走査パターンを取得する。計測部５３は、その撮影リサージュ走査パターンが表す線の間隔Ｗに基づいて、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌを計測する。

図１０に示されるように、撮影リサージュ走査パターンの指定箇所の所定間隔は、レーザ測距装置１００からの所定距離Ｌ０を基準にしたときに、Ｗ０により表される。

例えば、撮影リサージュ走査パターンの上記指定箇所の間隔Ｗが、所定間隔Ｗ０よりも小さい間隔Ｗ１であるものとする。この場合、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌ１は、Ｌ１＝Ｌ０×Ｗ１／Ｗ０により表され、所定距離Ｌ０よりも短い。一方、撮影リサージュ走査パターンの上記指定箇所の間隔Ｗが、所定間隔Ｗ０よりも大きい間隔Ｗ２であるものとする。この場合、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌ２は、Ｌ２＝Ｌ０×Ｗ２／Ｗ０により表され、所定距離Ｌ０よりも長い。

本発明の第３実施形態に係るレーザ測距装置１００の動作について説明する。

制御部３６は、レーザ制御信号ＣＴＲＬをレーザドライバ５１に出力する。レーザドライバ５１は、制御部３６からのレーザ制御信号ＣＴＲＬに応じて、レーザ駆動信号ＤＲＶＬをレーザ光源１に出力する。レーザ光源１は、レーザ駆動信号ＤＲＶＬに応じて、非可視光の波長を有するレーザ光を射出する。コリメータレンズ２０は、レーザ光源１から射出されたレーザ光を平行光に成形する（図４のステップＳ１０１：レーザ射出処理）。

制御部３６は、レーザ制御信号ＣＴＲＬをレーザドライバ５１に出力したときに、走査制御信号ＣＴＲＸＹを走査部５２に出力する。走査部５２は、制御部３６からの走査制御信号ＣＴＲＸＹに応じて、主走査駆動信号ＤＲＶＸを出力する。また、走査部５２は、制御部３６からの走査制御信号ＣＴＲＸＹに応じて、副走査駆動信号ＤＲＶＹを出力する。走査用ミラー部３は、走査部５２からの主走査駆動信号ＤＲＶＸに応じて走査用ミラー部３の主走査駆動軸３１を±２０度駆動し、走査部５２からの副走査駆動信号ＤＲＶＹに応じて走査用ミラー部３の副走査駆動軸３２を±１０度駆動しながら、対象物にレーザ光を照射してリサージュ走査パターン６３（図１０）を対象物に投影する（図４のステップＳ１０２：投影処理）。

カメラ部４０は、フィルタ４１を通過した非可視光の投影像を撮影リサージュ走査パターンとして撮影する（図４のステップＳ１０３：撮影処理）。

計測部５３は、カメラ部４０により撮影された撮影リサージュ走査パターンを取得する。計測部５３は、その撮影リサージュ走査パターンが表す線の間隔Ｗに基づいて、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌを計測する（図４のステップＳ１０４：計測処理）。

以上の説明により、本発明の第４実施形態に係るレーザ測距装置１００では、光学ユニット１０１が、対象物にレーザ光を照射することによりリサージュ走査パターン６３を対象物に投影し、カメラ部４０が、そのときの投影像を撮影リサージュ走査パターンとして撮影し、計測部５３が、撮影リサージュ走査パターンが表す線の間隔Ｗに基づいて、対象物までの距離Ｌを計測する。これにより、本発明の第４実施形態に係るレーザ測距装置１００によれば、例えば自装置を小型ロボットや車両等に搭載した場合であっても、自装置から対象物までの距離を容易に測定することができる。

また、本発明の第４実施形態に係るレーザ測距装置１００では、非可視光の投影像を通過させるフィルタ４１が、カメラ部４０の前段に設けられているため、カメラ部４０に対して外乱光の影響を抑制することができる。

［第５実施形態］
図１１は、本発明の第５実施形態に係るレーザ測距装置１００における光学ユニット１０１内のレーザ光源１の構成を示す図である。

図１１に示されるように、レーザ光源１は、更に、赤色半導体レーザ１１と、緑色半導体レーザ１２と、青色半導体レーザ１３とを備えている。半導体レーザ１０、赤色半導体レーザ１１、緑色半導体レーザ１２、青色半導体レーザ１３は、この順で配置されていて、レーザ駆動信号ＤＲＶＬに応じてレーザ光を射出する。前述のように、半導体レーザ１０から射出されるレーザ光の波長は、非可視光の波長であり、８２０ｎｍである。それに対して、赤色半導体レーザ１１、緑色半導体レーザ１２、青色半導体レーザ１３から射出されるレーザ光の波長は、可視光の波長であり、それぞれ、６３０ｎｍ、５３０ｎｍ、４５０ｎｍである。

レーザ光源１は、更に、ダイクロイックミラー２１〜２３を備えている。ダイクロイックミラー２１〜２３は、それぞれ、赤色半導体レーザ１１、緑色半導体レーザ１２、青色半導体レーザ１３に対して半導体レーザ１０の光軸と同軸になるように、この順で配置され、赤色半導体レーザ１１、緑色半導体レーザ１２、青色半導体レーザ１３から射出されるレーザ光と、半導体レーザ１０から射出されるレーザ光と、を合波する。

本発明の第５実施形態に係るレーザ測距装置１００の動作について説明する。

制御部３６は、レーザ制御信号ＣＴＲＬをレーザドライバ５１に出力する。レーザドライバ５１は、制御部３６からのレーザ制御信号ＣＴＲＬに応じて、レーザ駆動信号ＤＲＶＬをレーザ光源１に出力する。レーザ光源１は、レーザ駆動信号ＤＲＶＬに応じて、可視光及び非可視光の波長を有するレーザ光を射出する。コリメータレンズ２０は、レーザ光源１から射出されたレーザ光を平行光に成形する（図４のステップＳ１０１：レーザ射出処理）。

制御部３６は、レーザ制御信号ＣＴＲＬをレーザドライバ５１に出力したときに、走査制御信号ＣＴＲＸＹを走査部５２に出力する。走査部５２は、制御部３６からの走査制御信号ＣＴＲＸＹに応じて、主走査駆動信号ＤＲＶＸを出力する。また、走査部５２は、制御部３６からの走査制御信号ＣＴＲＸＹに応じて、副走査駆動信号ＤＲＶＹを出力する。走査用ミラー部３は、走査部５２からの主走査駆動信号ＤＲＶＸに応じて走査用ミラー部３の主走査駆動軸３１を±２０度駆動し、走査部５２からの副走査駆動信号ＤＲＶＹに応じて走査用ミラー部３の副走査駆動軸３２を±１０度駆動しながら、対象物にレーザ光を照射して前述の走査パターン（図１の格子走査パターン６０、図５のドット走査パターン６１、図８のラスター走査パターン６２、図１０のリサージュ走査パターン６３のいずれか）を対象物に投影する（図４のステップＳ１０２：投影処理）。

投影処理（ステップＳ１０２）において、レーザ光が可視光及び非可視光の波長を有しているため、対象物には、可視光及び非可視光の走査パターンが投影される。ここで、カメラ部４０の前段には、可視光の投影像をカットするフィルタ４１が設けられているため、カメラ部４０に対して外乱光の影響を抑制することができる。

カメラ部４０は、フィルタ４１を通過した非可視光の投影像を前述の撮影パターン（図３の撮影格子走査パターン７０、図６の撮影ドット走査パターン７１、撮影ラスター走査パターン、撮影リサージュ走査パターンのいずれか）として撮影する（図４のステップＳ１０３：撮影処理）。

計測部５３は、カメラ部４０により撮影された撮影パターンを取得する。計測部５３は、その撮影パターンが表す間隔Ｗに基づいて、レーザ測距装置１００から対象物までの距離Ｌを計測する（図４のステップＳ１０４：計測処理）。

以上の説明により、本発明の第５実施形態に係るレーザ測距装置１００では、レーザ光が可視光及び非可視光の波長を有することにより、対象物には可視光及び非可視光の走査パターンが投影される。これにより、本発明の第５実施形態に係るレーザ測距装置１００によれば、第１〜第４実施形態のいずれかの効果に加えて、例えば自装置が搭載された車両に乗っている利用者に対して、対象物に投影された可視光の走査パターンを視認させることができる。

なお、本発明のレーザ測距装置１００では、走査用ミラー部３の駆動方式として、静電気的な斥力と引力とで揺動制御を行なう静電方式（図２）を挙げているが、これに限定されない。走査用ミラー部３の駆動方式として、静電気的な斥力と引力とで揺動制御を行なう静電方式の他に、コイルと磁石とによる電磁制御を行なう電磁方式や、圧電素子の変位により揺動制御を行なう圧電方式でもよい。

以上のように、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ … レーザ光源、
３ … 走査用ミラー部、
１０ … 半導体レーザ、
１１ … 赤色半導体レーザ、
１２ … 緑色半導体レーザ、
１３ … 青色半導体レーザ、
２０ … コリメータレンズ、
２１ … ダイクロイックミラー、
２２ … ダイクロイックミラー、
２３ … ダイクロイックミラー、
３０ … ミラー部、
３１ … 主走査駆動軸、
３１Ａ … 主走査駆動軸、
３１Ｂ … 主走査駆動軸、
３２ … 副走査駆動軸、
３２Ａ … 副走査駆動軸、
３２Ｂ … 副走査駆動軸、
３３ … 駆動フレーム、
３４ … 固定フレーム、
３５ … コム電極、
３６ … コム電極、
３７Ａ … 絶縁構造、
３７Ｂ … 絶縁構造、
３７Ｃ … 絶縁構造、
３８ … 主走査駆動電極、
３９ … 副走査駆動電極、
４０ … カメラ部、
４１ … フィルタ、
５１ … レーザドライバ、
５２ … 走査部、
５３ … 計測部、
５４ … 制御部、
６０ … 格子走査パターン、
６１ … ドット走査パターン、
６２ … ラスター走査パターン、
６３ … リサージュ走査パターン、
７０ … 撮影格子走査パターン
７１ … 撮影ドット走査パターン
１００ … レーザ測距装置、
１０１ … 光学ユニット、
１０２ … 撮影ユニット、
１０３ … 制御ユニット、
ＣＴＲＬ … レーザ制御信号、
ＣＴＲＸＹ … 走査制御信号、
ＤＲＶＬ … レーザ駆動信号、
ＤＲＶＸ … 主走査駆動信号、
ＤＲＶＹ … 副走査駆動信号、
Ｌ０ … 所定距離、
Ｌ１ … 距離、
Ｌ２ … 距離、
Ｗ０ … 所定間隔、
Ｗ１ … 間隔、
Ｗ２ … 間隔

Claims (7)

1. 対象物にレーザ光を照射することにより、所定間隔を有する走査パターンを前記対象物に投影する光学ユニットと、
   前記走査パターンが前記対象物に投影されたときの投影像を撮影パターンとして撮影するカメラ部と、
   前記撮影パターンが表す間隔に基づいて、前記対象物までの距離を計測する計測部と、
   を具備することを特徴とするレーザ測距装置。
2. 前記カメラ部の前段に設けられ、非可視光の前記投影像を通過させるフィルタ
   を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザ測距装置。
3. 前記レーザ光は、可視光及び非可視光の波長を有することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ測距装置。
4. 前記走査パターンは、前記所定間隔を有するように格子状に描かれた線を表す格子走査パターンであり、
   前記撮影パターンは、前記格子走査パターンが前記対象物に投影されたときの投影像を表す撮影格子走査パターンであり、
   前記計測部は、前記撮影格子走査パターンが表す線の間隔に基づいて、前記対象物までの距離を計測することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ測距装置。
5. 前記走査パターンは、前記所定間隔を有するように描かれたドットを表すドット走査パターンであり、
   前記撮影パターンは、前記ドット走査パターンが前記対象物に投影されたときの投影像を表す撮影ドット走査パターンであり、
   前記計測部は、前記撮影ドット走査パターンが表すドットの間隔に基づいて、前記対象物までの距離を計測することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ測距装置。
6. 前記走査パターンは、前記所定間隔を有するようにラスター走査により描かれた線を表すラスター走査パターンであり、
   前記撮影パターンは、前記ラスター走査パターンが前記対象物に投影されたときの投影像を表す撮影ラスター走査パターンであり、
   前記計測部は、前記撮影ラスター走査パターンが表す線の間隔に基づいて、前記対象物までの距離を計測することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ測距装置。
7. 前記走査パターンは、前記所定間隔を有するようにリサージュ走査により描かれた線を表すリサージュ走査パターンであり、
   前記撮影パターンは、前記リサージュ走査パターンが前記対象物に投影されたときの投影像を表す撮影リサージュ走査パターンであり、
   前記計測部は、前記撮影リサージュ走査パターンが表す線の間隔に基づいて、前記対象物までの距離を計測することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ測距装置。

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