JP2019086423A - 測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測距対象物への安全を確保しつつ高い精度で測距を行うことが可能な測距装置を提供する。【解決手段】パルス化されたレーザ光を投射し、対象物で反射した反射光を受光して対象物までの距離を測定する測距装置であって、パルス光を出射する光源部と、パルス光で所定の領域を走査する光走査部と、所定の領域内の一部の領域である単位領域に向けて単位時間内に出射されたパルス光の光量に基づいて、パルス光の出射を制御する制御部と、を有する。【選択図】図５Ｂ

Description

本発明は、測距装置、特に、光学的な測距を行う測距装置に関する。

例えば、測距装置は、光を対象領域内の物体に照射（投射）し、当該物体によって反射され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ている。また、例えば、光スキャナによって当該対象領域の光走査を行うことで、２次元的又は３次元的に測距を行う測距装置が知られている。

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 Systems）ミラーが搭載されている。例えば、当該ＭＥＭＳ装置には光反射面が設けられ、当該光反射面は２次元的に揺動（振動）する。この光反射面に光を照射することで、当該光反射面によって反射された光によって、対象領域を走査することができる。例えば、特許文献１には、光反射面を有する可動部が揺動することで光反射面に入射される光を対象領域内でリサージュ走査できる光走査部を有する光測距装置が開示されている。

特開2011-053137号公報

光走査型の測距装置においては、例えば、パルス化されたレーザ光を用いて測距対象の領域（空間）内の光走査を行う。従って、測距対象の領域及び当該領域内に存在する対象物には、一時的又は間欠的にレーザ光が照射されることとなる。

ここで、例えば、測距装置は、種々の用途に用いられることができる。例えば、測距装置は、車両などの移動体に搭載されて当該移動体の周囲の状況を常時監視する用途に用いられることができる。この場合、測距の対象物が人体や動物などの生物となり、測距装置から出射されたレーザ光はこれらを含む対象物（対象空間）に照射されることが想定される。

従って、生物などにレーザ光が照射され得る環境で用いられる場合を考慮して、光走査に使用されるレーザ光源は安全上の基準を満たすように設計される必要がある。一方で、測距機能、例えば走査位置毎での測距精度は高いことが好ましい。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、測距対象物への安全を確保しつつ高い精度で測距を行うことが可能な測距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、投射した光が対象物で反射した反射光を受光して対象物までの距離を測定する測距装置であって、パルス光を出射する光源部と、パルス光で所定の領域を走査する光走査部と、所定の領域内の一部の領域である単位領域に向けて単位時間内に出射されたパルス光の光量に基づいて、パルス光の出射を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

実施例１に係る測距装置のブロック図である。 実施例１に係る測距装置におけるスキャナの上面図である。 実施例１に係る測距装置におけるスキャナの断面図である。 実施例１に係る測距装置の模式的な動作説明図である。 実施例１に係る測距装置の模式的な動作説明図である。 実施例１に係る測距装置のスキャナに印加される駆動信号の波形及び当該スキャナによるパルス光の走査軌跡を示す図である。 実施例１に係る測距装置の測距点を示す図である。 実施例１に係る測距装置の制御部によるパルス光の出射制御例を示す図である。 実施例２に係る測距装置における制御部のブロック図である。 実施例２に係る測距装置における光量制御領域を示す図である。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は、実施例１に係る測距装置１０のブロック図である。測距装置１０は、光学的に対象物までの距離を計測する光測距装置である。図１を用いて、測距装置１０の全体構成について説明する。

まず、本実施例においては、測距装置１０は、光源１１Ａ及び光源１１Ａを駆動する光源駆動回路１１Ｂを含む光源部１１を有する。光源１１Ａは、パルス化されたレーザ光（以下、パルス光と称する）を生成及び出射する。光源駆動回路１１Ｂは、光源１１Ａがパルス光を出射するための駆動信号を生成し、光源１１Ａに印加する。

測距装置１０は、光源部１１の光源１１Ａから出射されたパルス光を用いて測距の対象となる領域（以下、有効走査領域と称する）を含む領域（以下、走査対象領域と称する）を走査する光走査部１２を有する。本実施例においては、光走査部１２は、当該パルス光を用いて走査対象領域の光走査を実行するスキャナ（光走査手段）１２Ａと、スキャナ１２Ａを駆動するスキャナ駆動回路１２Ｂと、を含む。スキャナ駆動回路１２Ｂは、スキャナ１２Ａを駆動する駆動信号を生成し、スキャナ１２Ａに印加する。

測距装置１０は、光走査部１２のスキャナ１２Ａの動作によって得られた光を受光して有効走査領域内に存在する対象物までの距離を測定する測距部１３を有する。本実施例においては、測距部１３は、パルス光が当該対象物によって反射された光（以下、反射光と称する）を受光して検出する受光部１３Ａと、受光部１３Ａが受光した反射光に基づいて測距装置１０と当該対象物との間の距離を計測する計測部１３Ｂとを有する。

本実施例においては、測距部１３は、パルス光内の光パルスの各々が照射された対象物までの測距結果（距離情報）を示す測距データを生成する。例えば、本実施例においては、測距部１３は、光走査部１２による走査周期毎に当該複数の距離情報を含む１つの測距データを生成する。なお、走査周期とは、走査対象領域に対する走査を繰り返す場合において、任意の時点における走査状態が、その後に再度当該走査状態に戻る時点までの期間をいう。

また、測距装置１０は、測距部１３による測距結果を示す情報に対して種々の処理を行う情報処理部１４を有する。本実施例においては、情報処理部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、当該画像データを表示する表示部１４Ｂを有する。

本実施例においては、画像生成部１４Ａは、光走査部１２の走査周期毎に測距部１３が生成した複数の測距データの各々を画像データに変換する。表示部１４Ｂは、これら複数の画像データを時系列に沿って動画として表示する。

測距装置１０は、光源部１１、光走査部１２、測距部１３及び情報処理部１４の動作制御を行う制御部１５を有する。本実施例においては、制御部１５は、光走査部１３から光走査部１３の走査状況を示す情報（走査状況情報）を取得て、光走査部１３の実際の走査軌道を判定（推定）する実走査軌道判定部１５Ａと、測距部１３の測距時におけるパルス光の光量を算出する光量算出部１５Ｂと、を有する。また、制御部１５は、光走査部１３の走査状況情報と、所定時間内に走査対象領域内に向けて出射されたパルス光の光量に基づいて、光源部１１の動作制御を行う光源制御部１５Ｃを有する。

図２Ａは、光走査部１２のスキャナ１２Ａの模式的な上面図である。図２Ｂは、スキャナ１２Ａの断面図である。図２Ｂは、図２ＡのＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図２Ａ及び図２Ｂを用いて、スキャナ１２Ａの構成例について説明する。

本実施例においては、スキャナ１２Ａは、光（電磁波）を反射させる光反射面２４Ａを有する光反射膜（ミラー）２４を含み、この光反射膜２４が２次元的に揺動するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー装置である。また、本実施例においては、スキャナ１２Ａは、電磁気的に光反射膜２４を揺動させるように構成されている。

より具体的には、スキャナ１２Ａは、固定部（ベース部）２１、可動部（揺動部）２２、駆動力生成部２３及び光反射膜２４を有する。また、本実施例においては、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２４が揺動するように構成されている。

本実施例においては、固定部２１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２２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る。揺動軸ＡＸに沿って整列している。また、可動部２２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２２は、各々の一端が可動枠ＳＸの内周部側面に接続され、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）に整列した一対のトーションバー（第２のトーションバー）ＴＹと、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と、を有する。一対のトーションバーＴＹ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る。

本実施例においては、揺動枠ＳＸは揺動軸ＡＸを中心に揺動し、揺動板ＳＹは揺動軸ＡＸ及びＡＹを中心に揺動する。また、揺動板ＳＹ上には光反射膜２４が形成されている。従って、光反射膜２４の光反射面２４Ａ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２３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。

本実施例においては、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。本実施例においては、４つの磁石片が、それぞれ、揺動軸ＡＸ及びＡＹの各々に沿った一対のトーションバーＴＸ及びＴＹの外側の位置に配置されている。

また、揺動軸ＡＸに沿った方向において互いに対向する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に沿った方向において互いに対向する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。

本実施例においては、金属配線ＣＸに電流が流れると、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に流れる電流と揺動枠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２３は、当該駆動信号の印加によって、可動部２２及び光反射膜２４を揺動させる電磁気力を生成する。

なお、本実施例においては、光反射膜２４は、円板形状を有する。また、光反射膜２４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。なお、光反射膜２４、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２２及び光反射膜２４は、光反射膜２４の中心軸ＡＣに関して回転対称に配置されている。

図２Ｂに示すように、本実施例においては、固定部２１の固定基板Ｂ１は、凹部を有する。また、固定枠Ｂ２は、固定基板Ｂ１の当該凹部に可動部２２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２２（揺動枠ＳＸ、揺動板ＳＹ並びにトーションバー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２４は、揺動板ＳＹと共に、固定基板Ｂ１の凹部に揺動可能に懸架（支持）されている。また、永久磁石ＭＧは、固定基板Ｂ１上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２２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２４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。

次に、図３Ａ及び図３Ｂを用いて、測距装置１０の動作について説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、光源１１Ａ及びスキャナ１２Ａの模式的な配置例を示す図である。図３Ａは、光源１１Ａから出射されたパルス光Ｌ１が対象物ＯＢに照射される際のパルス光Ｌ１の進路を模式的に示す図である。また、図３Ｂは、対象物ＯＢから反射された反射光Ｌ３が測距部１３の受光部１３Ａに受光される際の反射光Ｌ３の進路を模式的に示す図である。

まず、図３Ａに示すように、光源１１Ａは、パルス光Ｌ１を生成し、スキャナ１２Ａの光反射膜２４（光反射面２４Ａ）に向けて出射する。本実施例においては、光源１１Ａとスキャナ１２Ａとの間のパルス光Ｌ１の光路上には、ビームスプリッタＢＳが設けられている。パルス光Ｌ１の出射時においては、パルス光Ｌ１はビームスプリッタＢＳを透過し、スキャナ１２Ａに向けて進む。

なお、光源１１Ａは、光源駆動回路１１Ｂから供給される駆動信号（光源駆動信号）ＤＬに基づいてパルス光Ｌ１を生成及び出射する。具体的には、光源１１Ａは、駆動信号ＤＬに基づいたタイミングで、パルス光Ｌ１としてのレーザパルスを出射する。

スキャナ１２Ａの光反射膜２４は、パルス光Ｌ１を反射させて走査光（測距光）Ｌ２を生成し、走査光Ｌ２を走査対象となる領域である走査対象領域Ｒ０に向けて出射する。走査対象領域Ｒ０の走査光Ｌ２の光路上に対象物ＯＢ（パルス光Ｌ１を反射する性質を持った物体又は流体）が存在する場合、走査光Ｌ２が対象物ＯＢに照射される。

また、スキャナ１２Ａは、光反射膜２４（光反射面２４Ａ）が揺動することで、パルス光Ｌ１の反射方向を変化させる。より具体的には、スキャナ駆動回路１２Ｂは、光反射膜２４がそれぞれ揺動軸ＡＸ及びＡＹの周りを揺動するための駆動信号（第１及び第２のスキャナ駆動信号）ＤＸ及びＤＹを生成する。本実施例においては、駆動信号ＤＸ及びＤＹは、それぞれスキャナ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２４が揺動し、パルス光Ｌ１の反射方向、すなわち走査光Ｌ２の出射方向が変化する。

なお、走査対象領域Ｒ０は、光反射膜２４の揺動軸ＡＸ及びＡＹを中心とした揺動可能範囲（走査光Ｌ２の方向の可変範囲）に対応する幅及び高さを有し、走査光Ｌ２の到達可能距離に対応する奥行を有する仮想の３次元空間である。図３Ａにおいては、走査対象領域Ｒ０を破線で囲まれた空間として例示した。

次に、図３Ｂに示すように、本実施例においては、対象部ＯＢによって反射された走査光Ｌ２である反射光Ｌ３は、光反射膜２４（光反射面２４Ａ）に戻る。そして、反射光Ｌ３は、光反射面２４Ａによって反射され、ビームスプリッタＢＳによって分離された後、測距部１３の受光部１３Ａによって受光される（検出される）。例えば、受光部１３Ａは、反射光Ｌ３の強度に基づいた電気信号（受光信号）を生成する。

測距部１３の計測部１３Ｂは、受光部１３Ａが受光した反射光Ｌ３に基づいて、例えば受光部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、タイムオブフライト法を用いて、対象物ＯＢの測距を行う。このようにして、測距装置１０は、所定領域内の対象物に対して測距動作を行う。

なお、以下においては、説明上、走査対象領域Ｒ０内におけるスキャナ３０から所定の距離だけ離れた仮想の面を走査対象面Ｒ１と称する場合がある。また、本実施例においては、測距装置１０における測距の対象となる有効走査領域は、走査対象領域Ｒ０（走査対象面Ｒ１）の外縁部分を除いた領域（空間）であり、図３Ａには走査対象面Ｒ１の外縁部分を除いた内側の領域（有効走査面）Ｒ２として例示した。測距装置１０の測距動作は、有効走査面Ｒ２に向けて出射される走査光Ｌ２を用いて行われる。なお、走査対象面Ｒ１及び有効走査面Ｒ２は、現実に存在するものではなく、走査光Ｌ２の出射方向上に存在すると仮定した場合の走査光Ｌ２の仮想の被照射面（被走査面）である。

情報処理部１４の画像生成部１４Ａは、有効走査領域（有効走査面Ｒ２）内に出射されたパルス光Ｌ１（走査光Ｌ２）の各々についての測距データを取得し、これらの測距データを画素データとした画像データを生成する。

図４は、スキャナ駆動回路１２Ｂが生成する駆動信号ＤＸ及びＤＹと、これに基づいたスキャナ１２Ａの揺動状態の変化及び走査光Ｌ２の走査軌道と、の関係を模式的に示す図である。図４を用いて、スキャナ１２Ａの動作態様及び走査光Ｌ２による走査対象領域Ｒ０の走査態様について説明する。

まず、スキャナ駆動回路１２Ｂが生成する駆動信号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ＤＹは、Ａ₂及びＢ₂を定数とし、θ₂を変数としたとき、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２４（揺動板ＳＹ）は、揺動軸ＡＸを中心に共振し、かつ揺動軸ＡＹを中心に共振する。従って、図４に示すように、走査対象領域Ｒ０の走査対象面Ｒ１を見たとき、スキャナ１２Ａの光反射膜２４に反射されたパルス光Ｌ１である走査光Ｌ２は、リサージュ曲線を描くような軌跡ＴＲ（Ｌ２）を示す。

換言すれば、本実施例においては、スキャナ１２Ａ（光走査部１２）は、パルス光Ｌ１を反射させかつ互いに直交する第１及び第２の揺動軸ＡＸ及びＡＹを中心に揺動する光反射面２４Ａを有し、リサージュ曲線に従った走査軌跡に沿って走査対象領域Ｒ０を走査するように構成されている。

次に、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、測距部１３が測距する有効走査面Ｒ２内の測距点ＭＰ、及び制御部１５によるパルス光Ｌ１の出射制御について説明する。図５Ａは、図４の破線で囲まれた有効走査面Ｒ２内の一部の領域ＲＣを拡大して示す図である。

まず、図５Ａを用いて、有効走査面Ｒ２内におけるスキャナ１２Ａの走査軌道、すなわち走査光Ｌ２の軌跡ＴＲについて説明する。有効走査面Ｒ２内においては、走査光Ｌ２の軌跡ＴＲは、第１の方向ＤＲ１に沿った複数の第１の軌跡線（線分）ＴＲ１からなる第１の軌跡線群Ｇ１と、第１の方向ＤＲ１とは異なる第２の方向ＤＲ２に沿った複数の第２の軌跡線（線分）ＴＲ２からなる第２の軌跡線群Ｇ２とからなる。

また、本実施例においては、光源駆動回路１１Ｂは、光源１２Ａに対し、所定の時間間隔でパルス光Ｌ１を出射するような駆動信号ＤＬを光源１２Ａに供給する。従って、例えば図５Ａに示すように、測距部１３が測距を行うポイントである測距点ＭＰは、パルス光Ｌ１の走査軌跡ＴＲ上に点在する。

なお、本実施例においては、測距点ＭＰは、第１及び第２の軌跡線ＴＲ１及びＴＲ２が交差する測距点である交差測距点（以下、交差点と称する場合がある）ＭＰ１と、第１及び第２の軌跡線ＴＲ１及びＴＲ２が交差しない測距点である非交差測距点ＭＰ２とに分類される。

第１の軌跡線ＴＲ１に沿って走査する際の交差測距点ＭＰ１への走査光Ｌ２の出射時と、第２の軌跡線ＴＲ２に沿って走査する際の交差測距点ＭＰ１への走査光Ｌ２の出射時とでは、光反射面２４Ａからの走査光Ｌ２の出射方向は同一である。なお、非交差測距点ＭＰ２は、第１の軌跡線ＴＲ１上の測距点ＭＰであるか、又は第２の軌跡線ＴＲ２上の測距点ＭＰである。換言すれば、光走査部１２は、走査対象面Ｒ１を見たときに交差する走査軌跡ＴＲに沿って走査対象領域Ｒ０を走査するように構成されている。

次に、図５Ｂは、制御部１５によるパルス光Ｌ１の光量算出及びこれに基づくパルス光Ｌ１の出射制御の態様を示す制御テーブルを示す図である。まず、本実施例においては、初期設定として、光源２０が一定の強度で繰り返しパルス光Ｌ１を出射するように構成されている場合について説明する。

まず、制御部１５の光量算出部１５Ｂは、光源部１１から、有効走査面Ｒ２に対するパルス光Ｌ１の出射頻度に関する情報を取得する。例えば、光量算出部１５Ｂは、光源部１１によるパルス光Ｌ１の出射回数（例えば１走査周期内のパルス数）に関する情報を取得する。これによって、光量算出部１５Ｂは、有効走査面Ｒ２の単位領域に向けて出射されるパルス光Ｌ１の出射回数を算出する。

なお、この単位領域については、例えば日本工業規格（ＪＩＳ）のクラス１に定められたレーザ光の強度を測定（試験）するための領域サイズなどに対応するように定められれば良い。本実施例においては、図４及び図５Ａにおける領域ＲＣ、すなわち有効走査面Ｒ２内に区画された４つの領域の各々が単位領域に対応する領域である場合について説明する。しかし、当該単位領域は、走査対象領域Ｒ０内の一部の任意の領域であればよく、有効走査面Ｒ２の全体であってもよいし、もっと細かく規定されていても良い。

また、光量算出部１５Ｂは、光源部１１から１回当たりのパルス光Ｌ１の出射強度に関する情報を取得し、光走査部１２からパルス光Ｌ１の走査周期に関する情報を取得する。これによって、光量算出部１５Ｂは、単位領域ＲＣの各々に向けて単位時間内に出射されたパルス光Ｌ１の光量（総光量）を算出する。

なお、この単位時間は、パルス光Ｌ１の出射制御を行うためにパルス光Ｌ１の光量算出を行う時間（算出時間）である。

制御部１５の光源制御部１５Ｃは、光量算出部１５Ｂが算出した単位領域ＲＣ内に向けて単位時間内に出射されたパルス光Ｌ１の総光量に基づいて、光源部１１によるパルス光Ｌ１の出射制御を行う。なお、総光量は、単位領域ＲＣに向けて照射したパルス光Ｌ１の出射強度と出射回数から求めることができる。

例えば、図５Ｂに示すように、４つの単位領域ＲＣの各々について、パルス光Ｌ１の単位時間における単位領域ＲＣに向けて出射した総光量がＡ１以下であると算出された場合、その単位領域ＲＣについては、光源制御部１５Ｃは、算出後の走査周期からパルス光Ｌ１の出射強度を上げる、若しくは出射回数を増やす等の制御を行う。この場合は、例えば、安全上の基準は満たしつつも、パルス光Ｌ１の総光量が少なすぎる場合に相当する。この場合、パルス光Ｌ１の出射強度を上げることで、各測距点ＭＰでの測距の精度が向上する。

次に、パルス光Ｌ１の単位時間当たりの光量が値Ａ１と値Ａ２との間の値であると算出された場合、その単位領域ＲＣへの出射については、光源制御部１５Ｃは、パルス光Ｌ１の出射条件を変更しない。従って、光源部１１は、算出時の状態を維持する。この場合は、例えば、安全上の基準を満たしつつ、パルス光Ｌ１の光量が適切である場合に相当し、この状態で測距動作を行うことが好ましい場合に相当する。

一方、パルス光Ｌ１の単位時間当たりの光量が値Ａ２以上であると算出された場合、その単位領域ＲＣへの出射については、光源制御部１５Ｃは、パルス光Ｌ１の光量を下げる、若しくは出射回数を減らすように出射条件を変更する。例えば、本実施例においては、制御部１５は、当該単位領域ＲＣ内における次の走査周期（次の単位時間ＲＣ）のパルス光Ｌ１の総光量が値Ａ２未満（例えば値Ａ１〜Ａ２の範囲内）となるように、パルス光Ｌ１の出射を制御する。

具体的には、光源制御部１５Ｃは、光量の算出後の走査周期から、パルス光Ｌ１の出射回数（頻度）を減らす制御を行うか、及び／又はパルス光Ｌ１の出射強度を下げる制御を行う。この場合は、例えば、算出時の条件のまま測距動作（パルス光Ｌ１の出射）を続けると安全上の基準の上限に近づくことが想定される場合に相当する。なお、この光量調節の閾値としての値Ａ２は、上記安全上の規格で定められた光量の上限値を当該単位時間分に換算し、この換算値よりも十分に低い値に設定される。

このように、単位時間当たりの光量が所定値を超えることが算出された単位領域ＲＣについては、制御部１５は、安全上の基準を満たすことを優先した制御動作を行う。従って、確実に安全上の基準を満たす測距動作を行うことができる。

なお、本実施例のように、光走査部１２がリサージュ曲線に沿った軌道で光走査を行うように構成されている場合、上記したように、走査軌跡ＴＲが重複する交差測距点ＭＰ１が存在する。この場合、パルス光Ｌ１の光量を減らすことを考慮すると、当該交差測距点ＭＰ１へのパルス光Ｌ１の出射を停止することが好ましい。

具体的には、交差測距点ＭＰ１においては、複数回の測距動作が行われる。従って、その複数回の測距動作は、冗長な測距動作となる場合が多い。従って、この交差測距点ＭＰ１での測距動作を１回停止した場合でも、測距精度はほとんど低下しない。従って、測距精度を犠牲にすることなく安全上の基準を確実に満たすことができる。

換言すれば、光走査部１２が有効走査面Ｒ２（仮想の被走査面）を見たときに走査軌跡ＴＲが交差する交差点ＭＰ１を有する場合、制御部１５は、当該交差点ＭＰ１へのパルス光Ｌ１の出射及び非出射を切替える制御を行うことが好ましい。

このように、本実施例においては、制御部１５は、光走査部１２の走査軌道を判定（推定）しつつ、単位領域ＲＣに向けて単位時間内に出射されたパルス光Ｌ１の光量を算出し、これに基づいてパルス光Ｌ１の出射を制御する。これによって、安全上の基準を満たしつつ測距精度を安定して高く保つことができる。

また、本実施例においては、制御部１５は、有効走査面Ｒ２内に複数の単位領域ＲＣを区画し、当該複数の単位領域ＲＣの各々に向けて単位時間内に出射されたパルス光Ｌ１の光量に基づいて、当該複数の単位領域ＲＣの各々に向けたパルス光Ｌ１の出射を制御する。これによって、例えば、有効走査面Ｒ２内において、単位領域ＲＣ毎のパルス光Ｌ１の出射量を調節するような制御を行うことができる。

なお、本実施例における測距装置１０の構成は一例に過ぎない。例えば、本実施例においては、光走査部１３のスキャナ１２Ａが電磁気的に光反射面２４Ａを揺動させるＭＥＭＳスキャナであり、走査軌跡ＴＲがリサージュ曲線を描くような走査態様を有する場合について説明した。しかし、光走査部１３の構成は一例に過ぎない。

例えば、スキャナ１２Ａの駆動力は電磁気力に限定されず、静電気力であってもよいし、圧電力であってもよい。例えば静電気力によって光反射面２４Ａを揺動させる場合、駆動力生成部２３は、永久磁石ＭＧ及び金属配線ＣＸ及びＣＹではなく、それぞれ固定枠Ｂ２上、揺動枠ＳＸ上及び揺動板ＳＹ上において互いに離間して配置された電極対であればよい。また、スキャナ駆動回路１２Ｂは、当該電極に駆動信号ＤＸ及びＤＹとして電圧を印加するように構成されていればよい。

また、スキャナ１２Ａ（光走査部１２）は、リサージュ曲線に従った軌道で走査対象領域Ｒ０を走査する場合に限定されない。例えば、走査周期毎（画像データのフレーム毎）に走査軌道が異なっていてもよく、また、一部領域ではラスタースキャンに従った軌道で走査されてもよい。光走査部１２は、走査対象領域Ｒ０（測距対象領域Ｒ２）を走査するように構成されていればよい。

また、本実施例においては、光源部１１が所定の時間間隔でパルス光Ｌ１を出射するように構成され、制御部１５は、単位領域ＲＣに向けて単位時間内に出射されたパルス光Ｌ１の光量に基づいて、パルス光Ｌ１の出射頻度又は強度を調整する制御を行う場合について説明した。しかし、光源部１１及び制御部１５の構成はこれに限定されない。

例えば、光源部１１は、パルス光Ｌ１を出射する時間間隔を変化させるように構成されていてもよい。また、制御部１５は、算出したパルス光Ｌ１の出射量に基づいて所定の領域（例えば単位領域）内に出射されるパルス光Ｌ１の出射制御を行うように構成されていればよい。

また、本実施例においては、制御部１５の光源制御部１５Ｃが光源部１１の制御を行うに際し、光走査部１２の走査中における実際の走査軌跡ＴＲを考慮する場合について説明した。これによって、正確に走査軌跡ＴＲを把握し、正確にパルス光Ｌ１の光量の算出及び出射制御を行うことができる。しかし、制御部１５による光源部１１の制御条件はこれに限定されない。

例えば、想定の範囲内の使用環境（温度や湿度、動作時間など）であれば、光走査部１２による走査光Ｌ２の走査軌跡ＴＲは、設計上の軌跡と同様の軌跡をたどることが想定される。従って、予め走査軌跡ＴＲを特定することができる。従って、制御部１５は、光源部１１からパルス光Ｌ１の出射間隔及びその強度を取得すれば、単位時間当たりのパルス光Ｌ１の光量を算出することができる。

従って、制御部１５は、所定の領域（例えば有効走査面Ｒ２）の単位領域ＲＣに向けて単位時間内に出射されたパルス光Ｌ１の光量に基づいてパルス光Ｌ１の出射を制御するように構成されていればよい。

また、制御部１５がパルス光Ｌ１の制御を行う領域（制御対象領域）は、有効走査面Ｒ２の全体であってもよいし、その一部の領域（例えば単位領域ＲＣ）であってもよい。すなわち、制御部１５は、光量算出部１５Ｂの算出結果に基づいて、走査対象領域Ｒ０内に出射されるパルス光Ｌ１の制御を行うように構成されていればよい。

このように、本実施例においては、測距装置１０は、投射した光（走査光Ｌ２）が対象物ＯＢで反射した反射光Ｌ３を受光して対象物ＯＢまでの距離を測定する測距装置であって、パルス光Ｌ１を出射する光源部１１と、パルス光Ｌ１によって所定の領域（走査対象領域Ｒ０）を走査する光走査部１２と、当該所定の領域内の一部の領域である単位領域ＲＣに向けて単位時間内に出射されたパルス光Ｌ１の光量に基づいて、パルス光Ｌ１の出射を制御する制御部１５と、を有する。従って、測距対象物ＯＢへの安全を確保しつつ高い精度で測距を行うことが可能な測距装置１０を提供することができる。

図６Ａは、実施例２に係る測距装置１０Ａにおける制御部１６のブロック図である。測距装置１０Ａは、制御部１６の構成を除いては、測距装置１０と同様の構成を有する。本実施例においては、制御部１６は、光走査部１２の走査状況に応じてパルス光Ｌ１の光量算出用の領域（算出対象領域）及び時間（算出時間）を設定するように構成された光量算出部１６Ａを有する。

本実施例においては、光量算出部１６Ａは、測距中の測距点ＭＰの位置（すなわち走査光Ｌ２の出射方向）に応じて光量算出の対象領域を設定する対象領域設定部１６Ａ１と、当該測距点ＭＰに向けて走査光Ｌ２が出射されるタイミングに応じて光量の算出時間を設定する算出時間設定部１６Ａ２とを有する。

換言すれば、本実施例においては、対象領域設定部１６Ａ１は、走査光Ｌ２の出射方向（すなわち測距点ＭＰの位置）の変化に応じて、光量算出を行うために設定する対象領域を動的（所定の時間毎に）に変位させる。また、算出時間設定部１６Ａ２は、当該対象領域が設定されたタイミングに応じて、光量の算出時間を設定する。

図６Ｂは、測距点ＭＰの位置変化及びこれに伴って変化する算出対象領域の位置を模式的に示す図である。図６Ｂには、所定の２つのタイミングｔ１及びｔ２のそれぞれにおける測距点ＭＰ（ｔ１）及びＭＰ（ｔ２）と、算出対象領域ＲＣ（ｔ１）及びＲＣ（２）とを示している。

対象領域設定部１６Ａ１は、パルス光Ｌ１が出射される所定のタイミング毎に、当該タイミングに対応するパルス光Ｌ１の出射方向である有効走査面Ｒ２上の測距点ＭＰを中心とした所定の領域を算出対象領域として設定し、光量産出部１６Ａは当該算出対象領域へ向けて出射したパルス光Ｌ１の総光量を算出する。また、本実施例においては、算出時間設定部１６Ａ２は、当該タイミングの前後の所定の時間を算出時間として設定する。

従って、例えば図６Ｂに示すように、タイミングｔ１では測距点ＭＰ（ｔ１）を中心とした所定の領域が算出対象領域ＲＣ（ｔ１）として設定される。一方、その所定時間後のタイミングｔ２では、タイミングｔ１とは異なる位置の測距点ＭＰ（ｔ２）に向けて走査光Ｌ２が出射される。従って、タイミングｔ２では、この測距点ＭＰ（ｔ２）を中心とした所定の領域、すなわち算出対象領域ＲＣ（ｔ１）とは異なる領域が算出対象領域ＲＣ（ｔ２）として設定される。

このように、光量算出部１６Ａは、対象領域設定部１６Ａ１によって動的に設定された算出対象領域（単位領域）の各々に対し、算出時間設定部１６Ａ２によって設定された算出時間（単位時間）内に出射されたパルス光Ｌ１（走査光Ｌ２）の総光量を算出する。

なお、例えば、光量算出部１６Ａは、測距装置１０の光量算出部１５Ｂと同様に、実走査軌道判定部１５Ａから光走査部１２の実際の走査軌道に関する情報を取得し、また光源部１１からパルス光Ｌ１の出射タイミングに関する情報を取得し、これを考慮して対象領域（単位領域）及び算出時間（単位時間）を設定する。

そして、制御部１６は、光量算出部１６によって算出されたパルス光Ｌ１の対象領域（単位領域）毎の総光量に基づいて、例えば算出後の走査周期から光源部１１によるパルス光Ｌ１の出射を制御する光源制御部１６Ｂを有する。例えば、図５Ｂに示すように、１つの走査周期内におけるタイミングｔ１の対象領域ＲＣ（ｔ１）に向けてのパルス光Ｌ１の光量が値Ａ２以上であると算出された場合、光源制御部１６Ｂは、次の走査周期における対象領域ＲＣ（ｔ１）に向けたパルス光Ｌ１の出射頻度又は強度を下げる等の制御を行ってもよい。

上記したように、本実施例においては、制御部１６は、パルス光Ｌ１の光走査部１２からの出射方向（光走査部１２を基準とした走査光Ｌ２の投射方向）に応じて算出対象領域ＲＣ（単位領域）を変位させるように構成されている。これによって、例えば測距点ＭＰの各々に対して正確に光量算出を行うことができ、確実にかつ詳細に光量調節を行うことができる。

１０、１０Ａ 測距装置
１１ 光源部
１２ 光走査部
１３ 測距部
１５、１６ 制御部

Claims (6)

1. 投射した光が対象物で反射した反射光を受光して前記対象物までの距離を測定する測距装置であって、
   パルス光を出射する光源部と、
   前記パルス光によって所定の領域を走査する光走査部と、
   前記所定の領域内の一部の領域である単位領域に向けて単位時間内に出射された前記パルス光の光量に基づいて、前記パルス光の出射を制御する制御部と、を有することを特徴とする測距装置。
2. 前記制御部は、前記所定の領域内に複数の前記単位領域を区画し、前記複数の前記単位領域の各々に向けて前記単位時間内に出射された前記パルス光の光量に基づいて、前記複数の前記単位領域の各々に向けた前記パルス光の出射を制御することを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
3. 前記制御部は、前記パルス光の前記光走査部からの出射方向に応じて前記単位領域を変位させることを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
4. 前記光源部は、所定の時間間隔で前記パルス光を出射するように構成され、
   前記制御部は、前記単位領域に向けて前記単位時間内に出射された前記パルス光の光量に基づいて、前記パルス光の出射頻度又は前記パルス光の強度を調整する制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の測距装置。
5. 前記制御部は、前記単位領域内における前記単位時間当たりの前記パルス光の光量が所定の範囲内となるように、前記パルス光の出射を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の測距装置。
6. 前記光走査部は、前記所定の領域内の仮想の面を見たときに走査軌跡が交差する交差点を有し、
   前記制御部は、前記交差点への前記パルス光の出射及び非出射を切替える制御を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の測距装置。