JP2019082405A - 走査装置及び測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象領域内で走査光の照射位置の分布が疎な領域を生じさせないように光走査を行う走査装置を提供する。【解決手段】出射光を出射する光源部と、出射光の照射方向を変化させた走査光を走査する走査部と、走査光のスポット形状を変化させる形状制御部と、を有する。走査部は、所定の領域に存在する対象物を検知するために、走査光の照射方向に応じて粗密が異なる走査軌跡を描いて走査する。形状制御部は、走査光の照射方向に応じて走査光のスポット形状を変化させる。【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、走査装置及び測距装置、特に光走査を行う走査装置及び光学的な測距を行う測距装置に関する。

物体までの距離を計測するため、光を物体に照射し、反射した光を検出することで、当該物体までの距離を計測するように構成された測距装置が知られている。かかる測距装置には、例えば光走査装置が搭載されており、当該物体を含む対象領域を走査し、対象領域からの反射光に基づいて２次元的又は３次元的に距離の計測を行う。

光走査型の測距装置には、例えば光走査装置としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーが搭載されている。ＭＥＭＳミラーは、２次元的に揺動する光反射面を有する。光走査型の測距装置は、光源からの光をＭＥＭＳミラーの光反射面に照射し、その反射光によって対象領域の光走査を行う。例えば、光反射面を有する可動部が互いに直交する第１方向及び第２方向に揺動することにより、光源から出射されたパルス光を対象領域内でリサージュ走査させる光測距装置が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−５３１３７号公報

光走査型の測距装置では、走査軌道内の複数の点を測距点とし、各測距点について距離の計測を行う。そのため、走査軌道の形状によっては、光走査の対象領域内に測距点密な領域と疎な領域とが表れ、測距点の分布に偏りが生じる。従って、対象領域内であっても部分的に走査されない場所が生じてしまうという問題があった。

本発明が解決しようとする課題としては、光走査の対象領域内で走査光の照射位置の分布が疎な領域を生じさせないように光走査を行う走査装置を提供することを課題の１つとしている。

請求項１に記載の発明は、出射光を出射する光源部と、前記出射光の照射方向を変化させた走査光により、所定の領域に存在する対象物を検知するために、前記走査光の照射方向に応じて粗密が異なる走査軌跡を描いて走査する走査部と、前記走査光の照射方向に応じて前記走査光のスポット形状を変化させる形状制御部と、を有することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、出射光を出射する光源部と、所定の領域に存在する対象物を検知するために、当該所定の領域において粗密が異なる走査軌跡を描くように前記出射された出射光の照射方向を変化して走査する走査部と、前記走査軌跡における粗密に応じて、前記走査される出射光のスポット形状を変化させる形状制御部と、を備えることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、出射光を出射する光源部と、前記出射光を反射させた走査光の照射方向を変化させることにより、所定の領域に存在する対象物を検知するために、前記走査光の照射方向に応じて粗密が異なる走査軌跡を描いて走査する走査部と、前記走査光の照射方向に応じて前記走査光のスポット形状を変化させる形状制御部と、前記走査光が対象物で反射された光である反射光を受光する受光手段と、前記受光手段が受光した前記反射光に基づいて前記対象物までの距離を測定する測距手段と、を有することを特徴とする。

実施例１の測距装置のブロック図である。 実施例１の測距装置の光源の模式的な構成を示す図である。 実施例１の測距装置の受光部の模式的な構成を示す図である。 実施例１の測距装置におけるスキャナの上面図である。 実施例１の測距装置におけるスキャナの側面図である。 実施例１の測距装置によるレーザ光の出射の模式的な説明図である。 実施例１の測距装置による反射光の受光の模式的な説明図である。 実施例１の測距装置のスキャナの走査軌跡及びレーザ光のスポット形状を示す図である。 実施例１の測距装置のスキャナの走査軌跡及びレーザ光のスポット形状を示す図である。 実施例２の測距装置のブロック図である。 実施例２の測距装置の各部の配置及び出射光の模式的な説明図である。 実施例２の測距装置の各部の配置及び反射光の模式的な説明図である。 実施例２の測距装置のスキャナの走査軌跡及びレーザ光のスポット形状を示す図である。 実施例３の測距装置のブロック図である。 重なりが生じる場合の照射領域の例を示す図である。 投光位置記録部に記録される投光位置の例を示す図である。 重なりが生じないように調整された照射領域の例を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。

図１は、実施例１に係る測距装置１０の構成を示すブロック図である。測距装置１０は、光学的に対象物までの距離を測定する光測距装置である。

測距装置１０は、パルス化されたレーザ光を生成して出射する光源１１Ａ及び光源駆動回路１１Ｂからなる光源部１１を有する。光源１１Ａは、アレイ状に配された複数のエミッタ（マルチエミッタ）を含む。光源１１Ａは、光源駆動回路１１Ｂから供給される駆動信号に基づいたタイミングで、レーザ光を出射する。

図２Ａは、光源１１Ａの構成を模式的に示す図である。光源１１Ａは、３×３（３行３列）に配された９個のエミッタ（Ｅ１１、Ｅ１２、Ｅ１３、Ｅ２１、Ｅ２２、Ｅ２３、Ｅ３１、Ｅ３２及びＥ３３）を含む。例えば、中央の１列をなす３個のエミッタＥ１２、Ｅ２２及びＥ３２が同時に駆動される（オンになる）ことにより、当該３つのエミッタからレーザ光が出射される。これにより、光源１１Ａから出射されるレーザ光のスポット形状（すなわち、光軸に垂直な断面形状）は、単一のエミッタからレーザ光が出射される場合と比べて、縦方向（Ｙ方向）に長い形状となる。

再び図１を参照すると、光源駆動回路１１Ｂは、光源１１Ａの９個のエミッタのうちの１又は複数を選択的に駆動する（オンにする）ための駆動信号を生成し、光源１１Ａに供給する。このように、光源駆動回路１１Ｂが駆動するエミッタを選択的に切り替え、各エミッタの光出射及び非出射を制御することにより、光源１１Ａから出射されるレーザ光（すなわち、出射光）のスポット形状が変化する。すなわち、光源駆動回路１１Ｂは、レーザ光のスポット形状を変化させる形状制御部としての性質を有する。

測距装置１０は、光源部１１の光源１１Ａから出射されたレーザ光を用いて測距の対象となる対象領域（走査対象領域）を走査する光走査部１２を有する。光走査部１２は、レーザ光を用いて走査対象領域を走査するスキャナ１２Ａと、スキャナ１２Ａを駆動するスキャナ駆動回路１２Ｂと、を有する。光走査部１２は、所定の領域（走査対象領域）へ向けてレーザ光の照射方向を変化させて照射することで、当該所定の領域を走査する走査手段としての性質を有する。なお、以下の説明では、光走査部１２が走査するレーザ光を「走査光」と称する。

測距装置１０は、対象物までの距離を計測する測距部１３を有する。測距部１３は、受光部１３Ａ及び計測部１３Ｂを有する。受光部１３Ａは、光走査部１２のスキャナ１２Ａの走査により照射された走査光が対象物により反射された光（以下、反射光）を受光する。計測部１３Ｂは、受光部１３Ａが受光した反射光に基づいて、測距装置１０と対象物との距離を計測し、対象物との距離を示す測距データを生成する。

図２Ｂは、受光部１３Ａの模式的な構成を示す図である。受光部１３Ａは、基板１３Ｓ及び基板１３Ｓ上に形成された光電変換層１３Ｒを含む光検出素子ＲＥを有する。例えば、光検出素子ＲＥは、半導体層を光電変換層１３Ｒとして有する半導体素子である。例えば、光検出素子ＲＥの光電変換層１３Ｒは、受光面ＲＳとして機能する上面を有し、当該受光面ＲＳに入射された反射光の光電変換を行う。

本実施例においては、受光部１３Ａの受光面ＲＳは、光源１１Ａの出射面（３×３に配された９個のエミッタの出射面の和）よりも大きな矩形の形状を有する。すなわち、受光部１３Ａは、光源１１Ａの９個のエミッタのうち１又は複数のいずれのエミッタからレーザ光が出射された場合でも、当該レーザ光に基づく反射光を受光することができるように構成されている。

再び図１を参照すると、測距装置１０は、測距部１３による測距結果に対して種々の処理を行う信号処理部１４を有する。信号処理部１４は、測距部１３によって生成された測距データを２次元又は３次元のマップとして画像化する画像データを生成する画像生成部１４Ａと、当該画像データに基づく画像を表示する表示部１４Ｂと、を有する。

測距装置１０は、光源部１１、光走査部１２、測距部１３及び信号処理部１４の動作を制御する制御部１５を有する。制御部１５は、走査軌道判定部１５Ａ及び光源制御部１５Ｂを含む。

走査軌道判定部１５Ａは、光走査部１２から走査状況を示す走査状況を取得し、走査光の照射方向（走査方向）を含む光走査部１２の実際の走査軌道を判定する。光源制御部１５Ｂは、判定された走査軌道及び当該走査軌道に沿った走査光の照射方向に基づいて光源部１１の動作制御を行う。光源制御部１５Ｂは、光走査部１２が走査光を照射する方向に応じて光源駆動回路１１Ｂを制御する制御手段としての性質を有する。

本実施例の光源部１１、光走査部１２及び制御部１５は、光走査装置１６を構成している。すなわち、本実施例の測距装置１０は、光走査装置１６が搭載された光走査型の測距装置である。

図３Ａは、光走査部１２のスキャナ１２Ａの模式的な上面図である。図３Ｂは、図３ＡのＶ−Ｖ線に沿ったスキャナ１２Ａの断面図である。

スキャナ１２Ａは、光を反射する反射面２１Ａを有する光反射膜２１を含む。光反射膜２１は、２次元的に揺動するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーである。また、スキャナ１２Ａは、電磁気的に光反射膜２１を揺動させるように構成されている。

具体的には、スキャナ１２Ａは、光反射膜２１の他、固定部２２、可動部２３及び駆動力生成部２４を有する。スキャナ１２Ａは、互いに直交する２つの揺動軸（第１及び第２の揺動軸）ＡＸ及びＡＹを中心に光反射膜２１が揺動するように構成されている。

固定部２２は、固定基板Ｂ１及び固定基板Ｂ１上に形成された環状の固定枠Ｂ２を含む。

可動部２３は、各々の一端が固定枠Ｂ２の内側に固定された一対のトーションバー（第１のトーションバー）ＴＸを含む。一対のトーションバーＴＸの各々は、少なくとも周方向の弾性を有する棒状の弾性部材からなり、揺動軸ＡＸに沿って配列されている。また、可動部２３は、外周部側面が一対のトーションバーＴＸの各々の他端に接続された環状の揺動枠（可動枠）ＳＸを有する。

また、可動部２３は、各々の一端が揺動枠ＳＸの内周部側面に接続された一対のトーションバーＴＹをふくむ。一対のトーションバーＴＹの各々は、少なくともの弾性を有する棒状の弾性部材からなり、一対のトーションバーＴＸに直交する方向（揺動軸ＡＹに沿った方向）に沿って配列されている。また、可動部２３は、外周部側面が一対のトーションバーＴＹの各々の他端に接続された揺動板（可動板）ＳＹを有する。

揺動枠ＳＸは、揺動軸ＡＸを中心として揺動する。揺動板ＳＹは、揺動軸ＡＸ及びＡＹを中心として揺動する。また、揺動板ＳＹ上には光反射膜２１が形成されている。従って、光反射膜２１の光反射面２１Ａは、揺動板ＳＹと共に、互いに直交する揺動軸ＡＸ及びＡＹを中心に揺動する。

駆動力生成部２４は、固定基板Ｂ１上に配置された永久磁石ＭＧと、揺動枠ＳＸ上において揺動枠ＳＸの外周に沿って引き回された金属配線（第１のコイル）ＣＸと、揺動板ＳＹ上において揺動板ＳＹの外周に沿って引き回された金属配線（第２のコイル）ＣＹとを含む。

永久磁石ＭＧは、固定基板Ｂ１上における固定枠Ｂ２の外側領域に設けられた複数の磁石片からなる。本実施例では、４つの磁石片が、固定枠Ｂ２の外側に、それぞれ揺動軸ＡＸ及びＡＹの各々の上に配置されている。

揺動軸ＡＸ上において互いに対向して配置された２つの磁石片は、互いに反対の極性を示す部分が対向するように配置されている。同様に、揺動軸ＡＹ上において互いに対向して配置された２つの磁石片は、互いに反対の極性を示す部分が対向するように配置されている。

金属配線ＣＸに電流が流れると、金属配線ＣＸに生じた電界と、揺動軸ＡＹに沿った方向に並んだ永久磁石ＭＧの２つの磁石片によって生じた磁界との相互作用により、一対のトーションバーＴＸが周方向にねじれ、揺動枠ＳＸが揺動軸ＡＸを中心に揺動する。同様に、金属配線ＣＹに流れた電流による電界と揺動枠ＡＸに沿った方向に並んだ永久磁石ＭＧの２つの磁石片による磁界とによって一対のトーションバーＴＹがねじれ、揺動板ＳＹが揺動軸ＡＹを中心に揺動する。

金属配線ＣＸ及びＣＹは、スキャナ駆動回路１２Ｂに接続されている。スキャナ駆動回路１２Ｂは、金属配線ＣＸ及びＣＹに電流（駆動信号）を供給する。駆動力生成部２４は、供給された電流に基づいて、可動部２３及び光反射膜２１を揺動させる電磁気力を生成する。

本実施例において、光反射膜２１は、円板形状を有する。光反射膜２１の中心軸ＡＣは、揺動軸ＡＸ及びＡＹに直交する位置に設けられている。光反射膜２１、揺動枠ＳＸ及び揺動板ＳＹは同軸をなすように構成及び配置されている。可動部２３及び光反射膜２１は、光反射膜２１の中心軸ＡＣに関して回転対称に配置されている。

図３Ｂに示すように、本実施例においては、固定部２２の固定基板Ｂ１は、凹部を有する。固定部２２の固定枠Ｂ２は、固定基板Ｂ１の当該凹部に可動部２３を懸架するように固定基板Ｂ１に固定されている。また、固定枠Ｂ２及び可動部２３（揺動枠ＳＸ、揺動板ＳＹ、トーションバーＴＸ及びＴＹ）は、例えば半導体基板を加工することで形成された当該半導体基板の部分である。

光反射膜２１は、揺動板ＳＹとともに固定基板Ｂ１の凹部の上に懸架（支持）されている。また、永久磁石ＭＧは、固定基板Ｂ１における凹部の外側に形成されている。また、本実施例においては、トーションバーＴＸ及びＴＹがねじれることで、固定枠Ｂ２の内側において、トーションバーＴＸ及びＴＹを挟んだ可動部２３の両端部が固定基板Ｂ１の凹部に向かう方向及び離れる方向に揺動する。また、光反射膜２１は、中心軸ＡＣ上の１点を揺動中心とし、固定枠Ｂ２に対して傾斜するように揺動する。

本実施例において、光走査部１２は、リサージュ曲線を描くような走査軌跡で走査対象領域を走査するように構成されている。具体的には、スキャナ駆動回路１２Ｂが生成する駆動信号（第１の駆動信号）ＤＸは、Ａ₁及びＢ₁を定数とし、θ₁を変数としたとき、ＤＸ（θ₁）＝Ａ₁ｓｉｎ（θ₁＋Ｂ₁）の式で示される正弦波の信号である。また、駆動信号（第２の駆動信号）ＤＹは、Ａ₂及びＢ₂を定数とし、θ₂を変数としたＤＹ（θ₂）＝Ａ₂ｓｉｎ（θ₂＋Ｂ₂）の式で示される正弦波の信号である。

また、変数θ₁は、駆動信号ＤＸが、スキャナ１２ＡのトーションバーＴＸ、揺動枠ＳＸ、トーションバーＴＹ及び揺動板ＳＹの共振周波数に対応する周波数の正弦波となるように設定される。また、変数θ₂は、駆動信号ＤＹが、スキャナ１２ＡのトーションバーＴＹ及び揺動板ＳＹの共振周波数に対応する周波数の正弦波となるように設定される。

従って、光反射膜２１（揺動板ＳＹ）は、駆動信号ＤＸによって揺動軸ＡＸを中心に共振し、かつ駆動信号ＤＹによって揺動軸ＡＹを中心に共振する。従って、スキャナ１２Ａの光反射膜２１に反射されたレーザ光Ｌ１である走査光Ｌ２は、光反射膜２１の揺動角度位置に応じて出射方向（光軸方向）を変化させつつ走査対象領域に出射される。これにより、走査光の走査軌跡は、リサージュ曲線を描くような軌跡となる。

図４Ａは、光源１１Ａ及びスキャナ１２Ａの配置例と、光源１１Ａから出射されたレーザ光が対象物ＯＢに照射される際のレーザ光及び走査光の進路とを模式的に示す図である。ここでは、光源１１Ａを構成する３×３に配置されたエミッタのうち、図のＸ方向（以下、横方向とも称する）の中央部に位置し且つＹ方向（以下、縦方向とも称する）に連続する３つのエミッタ（図２ＡのＥ１２、Ｅ２２及びＥ３２）からレーザ光が出射される場合を示している。

当該３つのエミッタは、それぞれレーザ光を生成し、スキャナ１２Ａの光反射膜２１（光反射面２１Ａ）に向けて出射する。これにより、縦方向（Ｙ方向）に伸びたスポット形状、すなわちレーザ光Ｌ１の光軸に垂直な１の方向に長手方向を持つスポット形状を有するレーザ光Ｌ１が、光源１１Ａから光反射膜２１に向けて出射される。光源１１Ａとスキャナ１２Ａとの間のレーザ光Ｌ１の光路上には、ビームスプリッタＢＳが設けられている。レーザ光Ｌ１の出射時には、レーザ光Ｌ１はビームスプリッタＢＳを通過してスキャナ１２Ａに向かって進む。

スキャナ１２Ａの光反射膜２１は、レーザ光Ｌ１を反射させて走査光Ｌ２を生成し、走査対象領域に向けて出射する。走査光Ｌ２は、走査対象領域内の対象物ＯＢに照射される。走査光Ｌ２のスポット形状（すなわち、光軸に垂直な断面形状）は、レーザ光Ｌ１のスポット形状と同様、縦方向（Ｙ方向）に伸びた形状、すなわち走査光Ｌ２の光軸に垂直な１の方向に長手方向を持つ形状となる。

図４Ａでは、スキャナ１２Ａと対象物ＯＢとの間に、仮想の走査対象面Ｒ１及び有効走査面Ｒ２を示している。測距装置１０による測距の対象となる有効走査領域は、走査対象領域（走査対象面Ｒ１）の外縁を除いた内側部分の領域（有効走査面Ｒ２）である。すなわち、有効走査面Ｒ２に向けて出射された走査光Ｌ２が、測距に用いられる。

また、スキャナ１２Ａは、光反射膜２１（光反射面２１Ａ）が揺動することで、レーザ光Ｌ１の反射方向を変化させる。具体的には、図３Ａに示すスキャナ駆動回路１２Ｂが、光反射膜２１を揺動軸ＡＸ及びＡＹを中心として揺動させるための駆動信号ＤＸ及びＤＹを生成する。駆動信号ＤＸ及びＤＹは、スキャナ１２Ａの金属配線ＣＸ及びＣＹに供給される。これによって光反射膜２１が揺動し、レーザ光Ｌ１の反射方向、すなわち走査光Ｌ２の出射方向が変化する。

図４Ｂは、ビームスプリッタＢＳ及び受光部１３Ａの配置例と、対象物ＯＢで反射された反射光が測距部１３の受光部１３Ａで受光される際の反射光の進路を模式的に示している。ビームスプリッタＢＳと受光部１３Ａとの間には、バンドパスフィルタＢＦが設けられている。

対象物ＯＢで反射された走査光Ｌ２である反射光Ｌ３は、光反射膜２１（光反射面２１Ａ）に戻る。そして、反射光Ｌ３は、光反射面２１Ａによって反射され、ビームスプリッタＢＳによって反射される。反射された反射光Ｌ３のうち所定の周波数帯域の成分の光がバンドパスフィルタＢＦを通過し、測距部１３の受光部１３Ａによって受光される。受光部１３Ａは、反射光Ｌ３の強度に基づいた受光信号を生成する。

測距部１３の計測部１３Ｂは、受光部１３Ａが生成した受光信号に基づいて、受光部１３Ａと対象物ＯＢとの間の距離を計測する。例えば、計測部１３Ｂは、タイムオブライト法を用いて、対象物ＯＢの測距を行う。

本実施例の測距装置１０（光走査装置１６）は、レーザ光Ｌ１のスポット形状を変化させつつ、走査光Ｌ２による走査を行うことが可能である。具体的には、測距装置１０は、光走査部１２による走査光Ｌ２の照射方向（すなわち、スキャン位置）に応じて、光源１１Ａのレーザ光を出射するエミッタを選択的に切り替え、レーザ光Ｌ１のスポット形状を変化させる。これにより、走査光Ｌ２のスポット形状もレーザ光Ｌ１のスポット形状と同様の形状に変化する。

本実施例では、光走査部１２は、リサージュ曲線を描く走査軌跡で光走査を行う。このため、光源１１Ａからレーザ光Ｌ１が、均等な時間間隔で出射された場合、走査対象領域内の位置（すなわちレーザ光Ｌ１の照射方向）によっては、走査軌跡の曲線分布（リサージュ曲線の分布）が密な領域と疎な領域とが生じる。そこで、本実施例の測距装置１０は、走査軌跡の曲線分布が疎な領域において走査光の照射位置の間隔が広くなりすぎないようにするため、当該領域を走査する際には照射領域が広がりを持つ形状となるようにレーザ光Ｌ１のスポット形状を変化させる。

図５は、本実施例の測距装置１０がレーザ光Ｌ１のスポット形状を変化させつつ光走査を行う際の走査領域内における走査光Ｌ２の照射位置（スキャン位置）とスポット形状との関係を模式的に示す図である。ここでは、走査軌跡がリサージュ曲線である場合の有効走査面Ｒ２における軌跡を示しており、この軌跡に沿ってパルス状に出射されたレーザ光Ｌ１が照射されることとなる。

有効走査面Ｒ２の中央部領域ＣＡは、走査軌跡のリサージュ曲線の分布が疎な領域である。光走査部１２が有効走査面Ｒ２の中央部領域ＣＡを走査する際には、光源駆動回路１１Ｂは、光源１１Ａの縦方向（列方向）に隣接して配置された３つのエミッタ（例えば、図２のＥ１２、Ｅ２２及びＥ３２）を駆動し、当該３つのエミッタからレーザ光Ｌ１を出射させる。これにより、有効走査面Ｒ２の中央部領域ＣＡにおいて、走査光Ｌ２のスポット形状は、縦方向（Ｙ方向）に伸びた形状となる。

一方、有効走査面Ｒ２の左端部領域ＬＡ及び右端部領域ＲＡは、走査軌跡のリサージュ曲線の分布が密な領域である。光走査部１２が有効走査面Ｒ２の左端部領域ＬＡ又は右端部領域ＲＡを走査する際には、光源駆動回路１１Ｂは、光源１１Ａを構成するエミッタのうちの１つ（例えば、図２のＥ１２）を駆動し、当該エミッタからレーザ光Ｌ１を出射させる。これにより、有効走査面Ｒ２の左端部領域ＬＡ及び右端部領域ＲＡにおいて、走査光Ｌ２のスポット形状は、中央部領域ＣＡにおける形状よりも小さく、縦方向が短い形状（すなわち、走査光Ｌ２の光軸に垂直な１の方向に長手方向を持たない形状）となる。

このように、本実施例の測距装置１０は、リサージュ曲線の曲線分布が疎な中央部領域ＣＡでは、曲線分布が密な左端部領域ＬＡや右端部領域ＲＡよりも走査光Ｌ２のスポット形状が縦方向に伸びた大きな形状となるように、縦方向（列方向）に隣接して配置された複数のエミッタからレーザ光Ｌ１を出射させる。従って、有効走査面Ｒ２において走査光Ｌ２の照射が疎な領域（照射位置の間隔が広い領域）が生じないため、走査対象領域全体に亘って満遍なく走査光Ｌ２を照射して測距を行うことが可能となる。

仮に、本実施例とは異なり、仮に走査対象領域の全範囲に亘って単一のエミッタからレーザ光を均等な時間間隔で出射させた場合、走査光の照射が疎な領域（照射位置の間隔が広い領域）と走査光の照射が密な領域（照射位置の間隔が狭い領域）とが生じることになる。これに対し、本実施例の測距装置１０によれば、リサージュ曲線の曲線分布の疎密に応じてレーザ光（出射光）のスポット形状を変化させ、走査光のスポット形状を変化させることができるため、走査光の照射位置の分布が疎な領域を生じさせないように光走査を行うことが可能となる。

なお、図６に示すように、中央部領域ＣＡを走査する際の走査光のスポット形状を、縦方向ではなく横方向に伸びた形状としても良い。これは、光走査部１２が有効走査面Ｒ２の中央部領域ＣＡを走査する際に、光源１１Ａの横方向（行方向）に隣接して配置された３つのエミッタ（例えば、図２のＥ２１、Ｅ２２及びＥ２３）からレーザ光を出射させることにより、実現することが出来る。

図７は、実施例２に係る測距装置２０の構成を示すブロック図である。測距装置２０は、光源部１１の構成を除いて、実施例１の測距装置１０と同様の構成を有する。

光源部１１は、光源１１Ａ、光源駆動回路１１Ｂ及びビーム整形部１１Ｃを含む。本実施例の光源１１Ａは、実施例１とは異なり、１つのエミッタ（シングルエミッタ）から構成されている。

光源駆動回路１１Ｂは、制御部１５の光源制御部１５Ｂの制御に応じて、光源１１Ａを駆動してレーザ光を出射させるための駆動信号を生成し、光源１１Ａに供給する。また、光源駆動回路１１Ｂは、制御部１５の光源制御部１５Ｂの制御に応じて、ビーム整形部１１Ｃの動作をオン又はオフに切り替える切替信号を生成し、ビーム整形部１１Ｃに供給する。

ビーム整形部１１Ｃは、例えば液晶レンズ等のレンズから構成され、レーザ光のスポット形状を変化させる形状制御部としての性質を有する。ビーム整形部１１Ｃは、切替信号によりオンに制御された場合、レーザ光を整形してそのスポット形状を変化させるように液晶に電圧を印加することで、光の屈折の状態を変化させる。一方、切替信号によりオフに制御された場合は、レーザ光のスポット形状を変化させない（整形しない）ように、光の屈折の状態を切り替える。具体的には、ビーム整形部１１Ｃがオンの場合、光源１１Ａから出射されたレーザ光は、ビーム整形部１１Ｃのレンズにより、所定の１方向に伸びたスポット形状、すなわちすなわちレーザ光の光軸に垂直な１の方向に長手方向を持つスポット形状となるように整形される。一方、ビーム整形部１１Ｃがオフの場合、光源１１Ａから出射されたレーザ光は、ビーム整形部１１Ｃのレンズによる整形を受けることなく、光源１１Ａから出射されたときと同じスポット形状を保ったまま光走査部１２のスキャナ１２Ａに照射される。

本実施例の光源部１１、光走査部１２及び制御部１５は、光走査装置１６を構成している。すなわち、本実施例の測距装置２０は、光走査装置１６が搭載された光走査型の測距装置である。

図８Ａは、光源１１Ａ、ビーム整形部１１Ｃ及びスキャナ１２Ａの配置例と、光源１１Ａからビーム整形部１１Ｃを通って出射されたレーザ光が対象物ＯＢに照射される際のレーザ光の進路とを模式的に示す図である。ここでは、ビーム整形部１１Ｃがオンであり、レーザ光が図の縦方向（図のＹ方向）に伸びたスポット形状（レーザ光の光軸に垂直な１の方向に長手方向を持つスポット形状）となるように整形される場合を示している。

光源１１Ａから出射され、ビーム整形部１１Ｃを通って縦方向（Ｙ方向）に伸びたスポット形状に整形されたレーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタＢＳを通過してスキャナ１２Ａに向かって進む。スキャナ１２Ａの光反射膜２１は、レーザ光Ｌ１を反射させて走査光Ｌ２を生成し、走査対象領域に向けて出射する。走査光Ｌ２は、走査対象領域内の対象物ＯＢに照射される。走査光Ｌ２のスポット形状は、レーザ光Ｌ１と同様、縦方向（Ｙ方向）に伸びた形状、すなわち走査光Ｌ２の光軸に垂直な１の方向に長手方向を持つ形状となる。

図８Ｂは、ビームスプリッタＢＳ及び受光部１３Ａの配置例と、対象物ＯＢで反射された反射光が測距部１３の受光部１３Ａで受光される際の反射光の進路を模式的に示している。

対象物ＯＢで反射された走査光Ｌ２である反射光Ｌ３は、光反射膜２１（光反射面２１Ａ）に戻る。そして、反射光Ｌ３は、光反射面２１Ａによって反射され、ビームスプリッタＢＳによって反射される。反射された反射光Ｌ３のうち所定の周波数帯域の成分の光がバンドパスフィルタＢＦを通過し、測距部１３の受光部１３Ａによって受光される。受光部１３Ａは、反射光Ｌ３の強度に基づいた受光信号を生成する。

測距部１３の計測部１３Ｂは、受光部１３Ａが生成した受光信号に基づいて、受光部１３Ａと対象物ＯＢとの間の距離を計測する。例えば、計測部１３Ｂは、タイムオブライト法を用いて、対象物ＯＢの測距を行う。

本実施例の測距装置２０（光走査装置１６）は、レーザ光Ｌ１のスポット形状を変化させつつ、走査光Ｌ２による走査を行うことが可能である。具体的には、測距装置２０は、光走査部１２による走査光Ｌ２の照射方向（すなわち、スキャン位置）に応じて、ビーム整形部１１Ｃのオン又はオフを切り替え、レーザ光Ｌ１のスポット形状を変化させる。これにより、走査光Ｌ２のスポット形状もレーザ光Ｌ１のスポット形状と同様の形状に変化する。

本実施例の測距装置２０は、実施例１の測距装置１０と同様、走査軌跡の曲線分布が疎な領域において走査光の照射位置の間隔が広くなりすぎないようにするため、当該領域を走査する際には照射領域が広がりを持つ形状となるようにレーザ光Ｌ１のスポット形状を変化させる。

図９は、本実施例の測距装置２０がレーザ光Ｌ１のスポット形状を変化させつつ光走査を行う際の走査領域内における走査光Ｌ２の照射位置（スキャン位置）とスポット形状との関係を模式的に示す図である。ここでは、実施例１と同様、走査軌跡がリサージュ曲線である場合の有効走査面Ｒ２を示している。

有効走査面Ｒ２の中央部領域ＣＡは、走査軌跡のリサージュ曲線の分布が疎な領域である。光走査部１２が有効走査面Ｒ２の中央部領域ＣＡを走査する際には、光源駆動回路１１Ｂは、ビーム整形部１１Ｃをオン状態とし、光源１１Ａから出射されたレーザ光のスポット形状を、縦方向に伸びた形状となるように整形する。これにより、有効走査面Ｒ２の中央部領域ＣＡにおいて、走査光Ｌ２のスポット形状は、縦方向に伸びた形状、すなわち走査光Ｌ２の光軸に垂直な１の方向に長手方向を持つ形状となる。

一方、有効走査面Ｒ２の左端部領域ＬＡ及び右端部領域ＲＡは、走査軌跡のリサージュ曲線の分布が密な領域である。光走査部１２が有効走査面Ｒ２の左端部領域ＬＡ又は右端部領域ＲＡを走査する際には、光源駆動回路１１Ｂは、ビーム整形部１１Ｃをオフ状態とし、光源１１Ａから出射されたレーザ光がそのままのスポット形状を保ったまま光走査部１２のスキャナ１２Ａに照射されるように制御する。これにより、有効走査面Ｒ２の左端部領域ＬＡ及び右端部領域ＲＡにおいて、走査光Ｌ２のスポット形状は、中央部領域ＣＡにおける形状よりも小さく、縦方向が短い形状（すなわち、走査光Ｌ２の光軸に垂直な１の方向に長手方向を持たない形状）となる。

このように、本実施例の測距装置２０は、リサージュ曲線の曲線分布が疎な中央部領域ＣＡでは、曲線分布が密な左端部領域ＬＡや右端部領域ＲＡよりも走査光Ｌ２のスポット形状が縦方向に伸びた大きな形状となるように、レーザ光のスポット形状をビーム整形部１１Ｃにより整形して出射させる。従って、有効走査面Ｒ２において走査光Ｌ２の照射が疎な領域（照射間隔が広い領域）が生じないため、走査対象領域全体に亘って満遍なく走査光Ｌ２を照射して測距を行うことが可能となる。

従って、本実施例の測距装置２０によれば、走査光の照射位置の分布が疎な領域を生じさせないように光走査を行うことが可能となる。

図１０は、実施例３に係る測距装置３０の構成を示すブロック図である。測距装置３０は、制御部１５の構成を除いて、実施例１の測距装置１０と同様の構成を有する。

制御部１５は、走査軌道判定部１５Ａ及び光源制御部１５Ｂの他に、投光位置記録部１５Ｃを含む。

投光位置記録部１５Ｃは、光源部１１が出射したレーザ光の出射方向及び光走査部１２から取得した走査状況情報に基づいて、実際に走査を行った走査光Ｌ２の仮想の走査対象面（有効走査面Ｒ２）に対する照射方向を「投光位置」として記録する。

光源制御部１５Ｂは、投光位置記録部１５Ｃに記録された投光位置と走査軌道判定部１５Ａにより判定された走査軌道とに基づいて、光源駆動回路１１Ｂを制御し、光源１１が次に出射するレーザ光のスポット形状を変化させる。具体的には、光源駆動回路１１Ｂは、光源１１Ａのエミッタを選択的に駆動し、走査光の照射領域が重ならないようにレーザ光のスポット形状を変化させる。

本実施例の光源部１１、光走査部１２及び制御部１５は、光走査装置３６を構成している。すなわち、本実施例の測距装置３０は、光走査装置３６が搭載された光走査型の測距装置である。

本実施例の測距装置３０（光走査装置３６）は、投光位置記録部１５Ｃに記録された投光位置及び走査軌道判定部１５Ａにより判定された走査軌道に基づいて、走査光の照射領域が重ならないようにレーザ光のスポット形状を変化させつつ光走査を行う。かかる光走査における走査光の照射態様について、図１１Ａ〜１０Ｃを参照して説明する。

図１１Ａは、本実施例とは異なり、投光位置及び走査軌道に基づいたレーザ光のスポット形状及び出射角度の調整を行わない場合の、走査光のスポット形状及びスキャン位置を比較例として模式的に示す図である。実施例１と同様、光走査部１２が有効走査面Ｒ２の中央部領域ＣＡを走査する際には、光源駆動回路１１Ｂは、光源１１Ａの縦方向（列方向）に連続する３つのエミッタ（例えば、図２のＥ１２、Ｅ２２及びＥ３２）からレーザ光を出射させる。これにより、走査光Ｌ２のスポット形状は、縦方向に伸びた形状、すなわち走査光Ｌ２の光軸に垂直な１の方向に長手方向を持つ形状となる。しかし、縦方向に長い形状であるため、図１１Ａに示すように、走査光の照射領域には重なりが生じることになる。このため、レーザ光の光利用効率が低下してしまう。

これに対し、本実施例の測距装置３０では、図１１Ｂに示すように、投光位置記録部１５Ｃが、投光位置ＰＰ（図中、黒塗の領域として示す）を記録する。光源駆動回路１１Ｂは、光源制御部１５Ｂの制御に応じて、記録された投光位置に基づいて、次に走査する走査光Ｌ２（図中、斜線の領域として示す）が投光位置ＰＰと重ならないように、光源１１が出射するレーザ光のスポット形状を調節することが可能である。かかる調整を行うことにより、図１１Ｃに示すように、走査光の照射領域に重なりが生じないように光走査を行うことができる。これにより、走査光の照射領域が重なることによる光利用効率の低下を抑えることができる。

従って、本実施例の測距装置３０によれば、光利用効率を高く保ちつつ、走査光の照射位置の分布が疎な領域を生じさせないように光走査を行うことが可能となる。

なお、本発明の実施形態は、上記実施例で示したものに限られない。例えば上記実施例１及び３では、光源１１Ａが３×３に配列された９個のエミッタを含む場合について説明した。しかし、エミッタの数や配列はこれに限られない。すなわち、光源１１Ａは、アレイ状に配された複数のエミッタからなるマルチエミッタとして構成されていれば良い。

また、実施例１〜３の構成は、適宜組み合わせて用いることが可能である。例えば、実施例１と実施例２の構成を組み合わせ、マルチエミッタから出射されたレーザ光のスポット形状をさらにビーム整形部で整形する構成としても良い。また、実施例２と実施例３の構成を組み合わせ、投光位置記録部に記録された投光位置の情報に基づいてビーム整形部を制御する構成としても良い。

また、上記実施例では、光走査部の走査軌跡がリサージュ曲線である場合を例として説明した。しかし、これに限定されず、曲線分布に疎密が生じるような非線形の走査軌跡である場合に広く適用することが可能である。

また、上記実施例では、有効走査面Ｒ２を中央部領域ＣＡ、左端部領域ＬＡ及び右端部領域ＲＡに分けた場合に、中央部領域ＣＡと左端部領域ＬＡ及び右端部領域ＲＡとで走査光のスポット形状が異なる形状となるように光源部を駆動制御する例について説明した。しかし、光源部の駆動制御の態様はこれに限られない。本発明に係る測距装置（走査装置）は、光走査部による走査光の照射方向（すなわち、スキャン位置）に応じてレーザ光のスポット形状を変更するものであれば良い。

１０，２０，３０ 測距装置
１１ 光源部
１２ 光走査部
１３ 測距部
１４ 信号処理部
１５ 制御部
１６ 光走査装置
２１ 光反射膜
２２ 固定部
２３ 可動部
２４ 駆動力生成部

Claims (10)

1. 出射光を出射する光源部と、
   前記出射光の照射方向を変化させた走査光により、所定の領域に存在する対象物を検知するために、前記走査光の照射方向に応じて粗密が異なる走査軌跡を描いて走査する走査部と、
   前記走査光の照射方向に応じて前記走査光のスポット形状を変化させる形状制御部と、を有することを特徴とする走査装置。
2. 前記形状制御部は、前記走査軌跡が粗となる方向へ照射する前記走査光のスポット形状は、前記走査軌跡が密となる方向へ照射する前記走査光のスポット形状よりも大であることを特徴とする請求項１に記載の走査装置。
3. 前記光源部は、出射光を出射する複数のエミッタを含み、
   前記形状制御部は、複数の前記エミッタのうち、出射光を出射させる前記エミッタの数及び組み合わせを制御することで、前記出射光のスポット形状を変化させる、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査装置。
4. 前記形状制御部は、前記光源部から出射された前記出射光を整形することによりスポット形状を変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査装置。
5. 前記形状制御部は、液晶レンズを含むことを特徴とする請求項４に記載の走査装置。
6. 前記走査光の照射方向を記録する記録部をさらに備え、
   前記形状制御部は、記録された前記走査光の照射方向に基づいて、前記出射光のスポット形状を変化させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の走査装置。
7. 前記形状制御部は、前記出射光の形状を当該出射光の光軸に垂直な１の方向に長手方向を有する形状に変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の走査装置。
8. 前記走査部による前記走査光の走査軌跡はリサージュ曲線であることを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の走査装置。
9. 出射光を出射する光源部と、
   所定の領域に存在する対象物を検知するために、当該所定の領域において粗密が異なる走査軌跡を描くように前記出射された出射光の照射方向を変化して走査する走査部と、
   前記走査軌跡における粗密に応じて、前記走査される出射光のスポット形状を変化させる形状制御部と、
   を備えることを特徴とする走査装置。
10. 出射光を出射する光源部と、
    前記出射光を反射させた走査光の照射方向を変化させることにより、所定の領域に存在する対象物を検知するために、前記走査光の照射方向に応じて粗密が異なる走査軌跡を描いて走査する走査部と、
    前記走査光の照射方向に応じて前記走査光のスポット形状を変化させる形状制御部と、
    前記走査光が対象物で反射された光である反射光を受光する受光部と、
    前記受光部が受光した前記反射光に基づいて前記対象物までの距離を測定する測距部と、
    を有することを特徴とする測距装置。