JP2019109143A - 光走査装置及び測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走査領域内の正確な光走査を行うことが可能な光走査装置及び当該走査領域内の対象物の正確な測距を行うことが可能な測距装置を提供する。【解決手段】出射光を出射する光源部と、出射光によって複数の単位領域を含む所定の領域を所定の周期で周期的に走査する走査部と、出射光が対象物で反射された反射光を受光する受光部と、を有し、光源部は、走査部が所定の領域を走査する際の複数の単位領域の各々に対する出射光の出射態様を所定の周期毎に変化させる。【選択図】図４

Description

本発明は、光走査を行う光走査装置、及び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、光を走査領域内の物体に照射し、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測定するように構成されている。また、例えば、２次元的に走査を行う光走査部を有し、当該走査領域内における２次元的な測距結果を得る測距装置が知られている。

当該光走査型の測距装置は、例えば、光走査部として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーと、当該ミラーに光を照射する光源と、測定対象物からの反射光を受光する受光部と、を有する。当該光走査部は、当該ミラーによって反射された光を使用し、当該走査領域を２次元的に走査する。例えば、特許文献１には、送信波を所定範囲に放射する走査手段を有し、物標までの距離及び方向を検出するレーダ装置が開示されている。

特開2003-28960号公報

測距装置の光走査部は、例えば、パルス状のレーザ光を走査領域に順次照射し、対象物からの反射光を受光することで光学的な走査情報（以下、光走査情報と称する）を取得する。また、例えば、測距装置は、当該光走査情報、例えばレーザ光の照射から反射光の受光するまでにかかった時間に基づいて当該対象物までの距離を測定する。

ここで、測距装置は、種々の環境下に置かれた場合を考慮し、走査領域の走査及び対象物の測距を正確に行うように構成されていることが好ましい。例えば、正確な測距情報を得にくい環境としては、対象物の光の反射率が極端に低い若しくは高い場合、対象物が測距装置から非常に遠い位置若しくは近い位置に存在する場合、又は照射する光とは別の環境光、例えば太陽光の強度が大きい場合が挙げられる。

このような環境では、対象物からの反射光の強度が低下して当該環境光に埋もれ、信号対雑音比が低下するおそれがある。また、反射光の強度が大きくなりすぎ、受光信号が飽和するおそれがある。

光走査装置は、例えばこのような環境に置かれた場合でも正確に走査領域内の光走査情報を取得できることが好ましい。また、同様に、測距装置は、走査領域内において正確に測距動作を行い、正確な測距情報を取得できることが好ましい。

一方、例えば、光走査装置又は測距装置が移動体に搭載される場合、対象物が人体や動物などの生物となり、当該生物にレーザ光が照射されることが想定される。従って、光走査装置には、安全に光走査を行うことが求められ、例えば、JIS C 6802 / IEC60825-1に定められたレーザ製品の安全基準を満たす必要がある。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、対象物への安全を確保しつつ走査領域内の正確な光走査を行うことが可能な光走査装置及び当該走査領域内の対象物の正確な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、出射光を出射する光源部と、出射光によって複数の単位領域を含む所定の領域を所定の周期で周期的に走査する走査部と、出射光が対象物で反射された反射光を受光する受光部と、を有し、光源部は、走査部が所定の領域を走査する際の複数の単位領域の各々に対する出射光の出射態様を所定の周期毎に変化させることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、出射光を出射する光源部と、出射光によって複数の単位領域を含む所定の領域を所定の周期で周期的に走査する走査部と、出射光が対象物で反射された反射光を受光する受光部と、反射光に基づいて対象物までの距離を測定する測距部と、を有し、光源部は、走査部が所定の領域を走査する際の複数の単位領域の各々に対する出射光の出射態様を所定の周期毎に変化させることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、出射光を出射する光源部と、出射光の出射方向を連続的に変化させることで所定の領域を所定の周期で周期的に走査する走査部と、出射光が対象物で反射された反射光を受光する受光部と、を有し、所定の領域は出射光の出射方向に応じて複数の単位領域に区画され、光源部は、複数の単位領域の各々に向けて出射される出射光の出射態様を、所定の周期毎に変化させることを特徴とする。

実施例１に係る測距装置の配置図である。 実施例１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１に係る測距装置における走査部の上面図である。 実施例１に係る測距装置における走査部の断面図である。 実施例１に係る測距装置の走査部に印加される駆動信号の波形及び当該走査部の可動ミラーによって反射された走査光の軌跡を示す図である。 実施例１に係る測距装置における走査周期毎の測距点の構成例を示す図である。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

図１Ａは、実施例１に係る測距装置１０の模式的な配置図である。測距装置１０は、所定の領域（以下、走査領域と称する）Ｒ０の光走査を行い、その走査結果に基づいて走査領域Ｒ０内に存在する測距対象物ＯＢまでの距離を測定する光測距装置である。図１Ａを用いて、測距装置１０の全体構成について説明する。なお、図の明確さのため、図１Ａには、走査領域Ｒ０及び測距対象物ＯＢを模式的に示している。

測距装置１０は、パルス化されたレーザ光（以下、パルス光と称する）Ｌ１によって走査領域Ｒ０を周期的に走査し、走査領域Ｒ０内の測距対象物ＯＢからの反射光を受光することで走査領域Ｒ０内の光走査情報を取得する光走査情報取得部ＳＣを有する。

光走査情報取得部ＳＣは、パルス光である出射光Ｌ１を生成及び出射する光源部１１を有する。本実施例においては、光源部１１は、出射光Ｌ１として、赤外領域にピーク波長を有するパルス化されたレーザ光を生成するレーザ装置を有する。

また、光走査情報取得部ＳＣは、出射光Ｌ１を用いて走査領域Ｒ０を周期的に走査する走査部１２を有する。走査部１２は、出射光Ｌ１を走査領域Ｒ０に向けて反射させる可動式の光反射面１２Ａを有する。本実施例においては、走査部１２は、光反射面１２Ａが設けられた可動ミラーを有する。

走査部１２は、光反射面１２Ａの向きを変化させることで、出射光Ｌ１が反射する方向を連続的かつ周期的に変化させる。走査部１２は、この光反射面１２Ａによって反射された出射光Ｌ１を走査光Ｌ２として用い、走査領域Ｒ０の光走査を行う。

なお、図１Ａに示すように、走査領域Ｒ０は、光反射面１２Ａの可動範囲に対応する幅及び高さを有し、走査光Ｌ２が到達及び反射したときに所定強度の反射光を受光可能な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１Ａにおいては、走査領域Ｒ０の外縁を破線で示した。

例えば、図１Ａに示すように、走査領域Ｒ０内における走査光Ｌ２の光路上に測距対象物ＯＢが存在する場合、走査光Ｌ２が対象物ＯＢに照射される。また、測距対象物ＯＢが走査光Ｌ２を反射する特性を持った物体である場合、走査光Ｌ２は測距対象物ＯＢによって反射される。

また、光走査情報取得部ＳＣは、走査光Ｌ２が測距対象物ＯＢに照射されることで測距対象物ＯＢによって反射された光（以下、反射光と称する）Ｌ３を受光して検出する受光部１３を有する。受光部１３は、例えば、出射光Ｌ１のピーク波長を含む波長帯域の光を検出する光検出器を含む。受光部１３は、受光した反射光Ｌ３に対して光電変換を行い、反射光Ｌ３に応じた電気信号（以下、受光信号と称する）ＳＲを生成する。

なお、本実施例の光走査情報取得部ＳＣにおいては、光源部１１と走査部１２の光反射面１２Ａとの間の出射光Ｌ１の光路上には、ビームスプリッタＢＳが設けられている。走査光Ｌ２は、測距対象物ＯＢによって反射されて反射光Ｌ３となり、光反射面１２Ａに向かって戻る。そして、反射光Ｌ３は、光反射面１２Ａ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、受光部１３によって受光される。なお、光源部１１によって出射された出射光Ｌ１は、ビームスプリッタＢＳを透過して走査部１２に向かって進む。

測距装置１０は、受光信号ＳＲに基づいて、測距対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部１４を有する。本実施例においては、測距部１４は、受光信号ＳＲから反射光Ｌ３のパルスを検出し、出射光Ｌ１の出射からの時間差に基づくタイムオブフライト法によって測距対象物ＯＢ（及びその一部の表面領域）までの距離を測定する。測距部１４は、測定した距離情報を示すデータ（以下、測距データと称する）を生成する。

測距装置１０は、当該測距データに基づいて走査領域Ｒ０の画像化を行う測距画像生成部１５を有する。測距画像生成部１５は、走査光Ｌ２の出射方向（すなわち走査部１２における光反射面１２Ａの向き（角度））と測距部１４が生成した測距データとを対応付けた測距画像データを生成する。

本実施例においては、測距画像生成部１５は、走査部１２の走査周期毎に１つの測距画像データを生成する。なお、走査周期とは、例えば、走査領域Ｒ０に対する走査を周期的に行う場合において、任意の走査状態（例えば走査光Ｌ２を出射する光反射面１２Ａの向き）の時点から、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、１つの走査周期内における測距装置１０の動作及びこれによって得られる１つの測距画像データをフレームと称する。なお、測距画像生成部１５は、複数の測距画像データを時系列に沿って動画として表示する表示部（図示せず）を有していてもよい。

また、本実施例においては、測距部１４は、走査領域Ｒ０内の所定の領域を有効走査領域（又は測距領域）とし、この有効走査領域内に向けて出射された走査光Ｌ２に対応する反射光Ｌ３の受光信号ＳＲに基づいて、測距対象物ＯＢまでの距離を測定する。

なお、本明細書においては、説明上、走査領域Ｒ０内における走査部１２から所定の距離だけ離れた仮想の面を走査面（被走査面）Ｒ１と称する。また、本実施例においては、有効走査領域は、走査領域Ｒ０の外縁部分を除いた領域（空間）であり、図１Ａには、走査面Ｒ１の外縁部分を除いた内側の領域である有効走査面Ｒ２として例示した。測距部１４の測距動作は、この仮想の被走査面の一部である有効走査面Ｒ２に向けて出射される走査光Ｌ２を用いて行われる。

測距装置１０は、光走査情報取得部ＳＣ（光源部１１、走査部１２、受光部１３を含む）、測距部１４及び測距画像生成部１５の動作制御を行う制御部１６を有する。まず、図１Ａに示すように、本実施例においては、制御部１６は、光源部１１に駆動信号（光源駆動信号）ＤＬを供給し、光源部１１の駆動及びその制御を行う。駆動信号ＤＬは、測距部１４にも供給され、測距部１４が出射光Ｌ１の出射タイミングを知ることに利用される。また、制御部１６は、走査部１２に駆動信号（第１及び第２のＭＥＭＳ駆動信号）ＤＸ及びＤＹを供給し、走査部１２の駆動及びその制御を行う。

次に、図１Ｂは、制御部１６のブロック図である。本実施例においては、制御部１６は、光走査情報取得部ＳＣから、走査部１２の走査状況を示す情報を取得して、走査光Ｌ２の実際の軌道を判定する走査軌道判定部１６Ａを有する。

走査軌道判定部１６Ａは、例えば走査部１２内又は走査部１２に接続された揺動位置センサ（図示せず）の出力値を取得し、走査光Ｌ２がどの方向を向いているか（有効走査面Ｒ２内のどの位置に照射されているか）を判定する。なお、走査軌道判定部１６Ａは、当該揺動位置センサの出力値に代えて、走査部１２のＭＥＭＳ駆動信号ＤＸ及びＤＹを取得することで、走査光Ｌ２の軌道を判定してもよい。

制御部１６は、光走査情報取得部ＳＣによる走査光Ｌ２の走査方向に応じて走査領域Ｒ０を複数の単位領域に区画する走査領域区画部１６Ｂを有する。例えば、走査領域区画部１６Ｂは、あらかじめ把握している光走査情報取得部ＳＣによる走査光Ｌ２の照射範囲に基づいて、有効走査面Ｒ２を格子状に分割するように、走査領域Ｒ０を区画する。

制御部１６は、光走査情報取得部ＳＣにおける光源部１１の出射態様を切替える制御を行う光源制御部１６Ｃを有する。光源制御部１６Ｃは、例えば、走査領域区画部１６Ｂによって区画された複数の単位領域の各々に対する出射光Ｌ１の出射強度又は頻度を走査周期毎に切替えるように、光源部１１を制御する。また、例えば、光源制御部１６Ｃは、１の走査周期中において、走査光Ｌ２の出射強度及び出射頻度を切替える単位領域を周期的に変化させる。

図２Ａは、走査部１２の模式的な上面図である。図２Ｂは、走査部１２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、走査部１２の構成例について説明する。

本実施例においては、ミラー部１２は、光反射面１２Ａを有する光反射膜（可動ミラー）２４を含み、この光反射膜２４が揺動するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーである。また、本実施例においては、走査部１２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、走査部１２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、走査部１２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り、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（揺動中心として）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の外周に沿って配線された金属配線（第１のコイル）ＣＸと、揺動板ＳＹ上において揺動板ＳＹの外周に沿って配線された金属配線（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の各々に沿ってかつ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。

また、図２Ａに示すように、金属配線ＣＸ及びＣＹは、制御部１６に接続されている。制御部１６は、金属配線ＣＸ及びＣＹにＭＥＭＳ駆動信号ＤＸ及びＤＹを供給する。駆動力生成部２３は、当該ＭＥＭＳ駆動信号ＤＸ及びＤＹ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は、揺動軸ＡＸ及びＡＹに直交する中心軸ＡＣを有する。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９０度回転対称に形成されている。

また、図２Ｂを参照すると、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。

光反射膜２４（光反射面２４Ａ）が揺動することで、出射光Ｌ１の反射方向、すなわち走査光Ｌ２の出射方向が変化する。このようにして、光走査情報取得部ＳＣは、走査光Ｌ２を用いて走査領域Ｒ０の走査を行う。すなわち、本実施例においては、走査部１２は、出射光Ｌ１の出射方向を連続的に変化させることで走査領域Ｒ０を所定の周期で周期的に走査する。

図３は、制御部１６が生成するＭＥＭＳ駆動信号（以下、単に駆動信号と称する）ＤＸ及びＤＹと、これに基づいた光反射膜２４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３を用いて、走査部１２による走査領域Ｒ０の走査態様について説明する。

まず、制御部１６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、走査部１２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、走査部１２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３に示すように、走査領域Ｒ０の走査面Ｒ１を見たとき、光反射膜２４に反射された出射光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、走査部１２は、出射光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１２Ａを有し、リサージュ曲線に従った軌跡ＴＲを描くように走査領域Ｒ０を走査する走査態様を有する。

また、図３に示すように、本実施例においては、制御部１６の走査領域区画部１６Ｂは、有効走査面Ｒ２を４つの単位領域ＵＲに区画する。光源制御部１６Ｃは、当該４つの単位領域ＵＲの各々に向けて出射される走査光Ｌ２（すなわち出射光Ｌ１）の出射態様を走査周期毎に切替えるように構成されている。

次に、図４を用いて、測距部１４が測距を行うポイントである測距点ＭＰ、すなわち有効走査面Ｒ２内における走査光Ｌ２の被照射点について説明する。図４は、４つの連続した走査周期Ｐ１〜Ｐ４における測距点ＭＰの構成を模式的に示す図である。なお、以下においては、走査領域区画部１６Ｂによって区画された走査領域Ｒ０内の４つの単位領域ＵＲのそれぞれを単位領域ＵＲ１〜ＵＲ４と称する場合がある。

まず、測距点ＭＰの概略について説明する。例えば、図４に示すように、有効走査面Ｒ２内には、出射光Ｌ１の出射間隔と光反射面１２Ａの変位速度とに応じた間隔に応じて、走査光Ｌ２の被照射点である複数の測距点ＭＰが設けられる。なお、図３及び４に示す光走査情報取得部ＳＣの走査軌跡ＴＲは、走査面Ｒ１内に設けられ得る全ての測距点ＭＰの位置を示すものである。

次に、光源制御部１６Ｃは、４つの単位領域ＵＲ１〜ＵＲ４のうちのいずれかの単位領域（以下、選択単位領域と称する）ＲＣを選択し、この選択単位領域ＲＣに対してその他の単位領域とは異なる出射態様で出射光Ｌ１を出射するように、光走査情報取得部ＳＣの光源部１１を制御する。また、光源制御部１６Ｃは、走査周期毎に選択単位領域ＲＣを切替える。

例えば、本実施例においては、光源制御部１６Ｃは、４つの単位領域ＵＲ１〜ＵＲ４から、１つの単位領域を、走査周期毎に順次選択単位領域ＲＣとして選択する。すなわち、単位領域ＵＲ１〜ＵＲ４の各々は、走査周期毎に、単位領域ＵＲ１、ＵＲ２、ＵＲ３及びＵＲ４の順に、１つずつ選択単位領域ＲＣとなる。また、単位領域ＵＲ４が選択単位領域ＲＣとなった後の走査周期においては、再度単位領域ＵＲ１が選択単位領域ＲＣとなる。また、光源制御部１６Ｃは、選択単位領域ＲＣに対して他の領域よりも高い頻度で出射光Ｌ１を出射するように、光源部１１を制御する。

また、例えば、光源部１１は、選択単位領域ＲＣ以外の単位領域（以下、非選択領域と称する）に対しては、第１の出射頻度（以下、基準出射頻度と称する）かつ第１の出射強度（以下、基準出射強度と称する）で出射光Ｌ１を出射する。一方、光源部１１は、選択単位領域ＲＣに対しては当該基準出射頻度よりも高い第２の出射頻度で出射光Ｌ１を出射する。

従って、例えば、図４に示すように、まず、第１の走査周期Ｐ１では、第１の単位領域ＵＲ１が選択単位領域ＲＣとして選択され、第１の単位領域ＵＲ１に対して当該第２の出射頻度で走査光Ｌ２が出射される。従って、第１の走査周期Ｐ１では、第１の単位領域ＵＲ１には、他の単位領域ＵＲ２〜ＵＲ４（すなわち非選択単位領域）よりも高い密度の測距点ＭＰが設けられる。すなわち、第１の単位領域ＵＲ１には、他の単位領域ＵＲ２〜ＵＲ４に比べて、単位時間当たりに照射される光量が大きくなる。

次に、第２の走査周期Ｐ２では、第２の単位領域ＵＲ１が選択単位領域ＲＣとなり、第２の単位領域ＵＲ２には第２の出射頻度で走査光Ｌ２が出射される。従って、第２の走査周期Ｐ２では、第２の単位領域ＵＲ２に高密度の測距点ＭＰが設けられる。同様に、第３及び第４の走査周期Ｐ３及びＰ４では、それぞれ第３及び第４の単位領域ＵＲ３及びＵＲ４が選択単位領域ＲＣとなる。従って、第３の走査周期Ｐ３では第３の単位領域ＵＲ３に、第４の走査周期Ｐ４では第４の単位領域ＵＲ４に、それぞれ高密度の測距点ＭＰが設けられる。

光源制御部１６Ｃは、この４つの走査周期Ｐ１〜Ｐ４を１つの制御周期とし、光源部１１に対して繰り返し出射光Ｌ１の出射制御を行う。従って、例えば、第４の走査周期Ｐ４の直後の走査周期を第５の走査周期とすると、当該第５の走査周期は、第１の走査周期Ｐ１と同様の制御態様となる。従って、当該第５の走査周期では、第１の走査周期Ｐ１と同様に第１の単位領域ＵＲ１に高密度の走査光Ｌ２が出射される。

このように、本実施例においては、選択単位領域ＲＣ、すなわち高密度の測距点ＭＰが設けられる領域が走査周期毎にローテーションする。また、選択単位領域ＲＣでは、高密度の測距点ＭＰが設けられることで、非選択単位領域よりも高い空間分解能で測距対象物ＯＢに対する測距情報を得ることができる。また、例えば、近傍の他の測距点ＭＰに関する測距情報を考慮することで、信頼性の高い測距情報を得ることもできる。例えば、複数の受光信号ＳＲを加算又は平均することで、受光信号ＳＲの信号対雑音比が改善されることが期待でき、測距情報の信頼性が高まる。

従って、１つの走査周期内においては、走査領域Ｒ０内の１つの単位領域で高い空間分解能又は高い信頼性の測距情報を得ることができる。一方、その前後の走査周期内では、別の１つの単位領域で高い空間分解能又は高い信頼性の測距情報を得ることができる。そして、一定周期毎（本実施例においては４つの走査周期毎）に、同一の単位領域が選択され、当該単位領域で高い空間分解能又は高い信頼性の測距情報を得ることができる。

また、選択単位領域ＲＣに比較的高い頻度で走査光Ｌ２が出射される一方で、非選択単位領域には、比較的低い頻度で走査光Ｌ２が出射される。従って、得られる測距情報の正確さが向上することに加え、１つの走査周期中において走査領域Ｒ０に対して走査光Ｌ２の総光量が抑制される。

具体的には、高分解能な測距情報を得ることを考慮すると、走査領域Ｒ０内の全体に対して高頻度で走査光Ｌ２を出射すればよい。しかし、走査光Ｌ２の出射頻度を上げることで、走査領域Ｒ０には大光量のレーザ光が照射されることとなる。

ここで、測距装置１０は、例えば車両などの移動体に搭載される場合、光走査情報取得部ＳＣは、例えば、当該車両の周辺領域を走査領域Ｒ０とした光走査を行う。換言すれば、走査領域Ｒ０内には、道路や交差点の他、歩行者及び他車両の運転者などが測距対象物ＯＢとして存在することが想定され、これらに走査光Ｌ２であるレーザ光が照射されることとなる。

従って、測距装置１０は、走査光Ｌ２が人体などの生物に照射された場合でも当該生物に影響が及ばないように、出射光Ｌ１の出射量の制御するように構成されていることが好ましい。例えば、１つの対処方法として走査周期を長くすることが考えられるが、その場合、測距画像を得るまでの時間が増加することとなる。また、走査部１２を機械的な共振で揺動させるＭＥＭＳによって構成する場合、揺動周期を変化させるのは困難である場合が多い。これに対し、光源制御部１６Ｃは、走査領域Ｒ０の一部の領域を選択単位領域ＲＣとし、走査周期内においては選択単位領域ＲＣに対する出射光Ｌ１の出射頻度を高くする。また、算出単位領域ＲＣは、周期的に変化する。従って、測距画像を得るまでの時間を増加させることなく、また測距対象物ＯＢへの安全を確保しつつ正確な測距動作を行うことができる。

なお、制御部１６は、例えば１つの走査周期内に走査領域Ｒ０に対して出射される出射ス光Ｌ１の総光量が所定値未満となるように、出射光Ｌ１の出射頻度及び強度を制御してもよい。

例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）には、レーザの安全基準が定められている。例えば、制御部１６は、この安全基準の試験条件（例えばレーザ光の照射量を測定する時間や領域サイズ）などを考慮して光量制御の閾値を設定する。例えば、制御部１６は、安全基準のレーザ光の光量の上限値及びその試験時間から、走査周期当たりの出射光Ｌ１の光量の閾値を設定する。

そして、光源制御部１６Ｃは、走査周期内に出射される出射光Ｌ１の光量が閾値を超えないように、走査周期における出射光Ｌ１の出射量、例えば選択単位領域ＲＣに対する出射光Ｌ１の頻度又は強度の上昇量を抑制する。

なお、この光量の閾値は、当該閾値をその後一定時間超えた場合でも安全基準の上限値を超えないように、当該上限値となる光量の走査周期分の値よりも十分に小さい値に設定されることができる。

換言すれば、光源部１１は、例えば、走査領域Ｒ０に向けて出射される出射光Ｌ１の走査周期毎の総光量が所定値未満となるように、出射光Ｌ１の出射態様を調節する。従って、確実に安全な測距を行うことができる。

なお、本実施例においては、光走査情報取得部ＳＣ（光源部１１）が選択単位領域ＲＣに対して非選択単位領域よりも高い出射頻度で出射光Ｌ１を出射する場合について説明した。しかし、選択単位領域ＲＣに対する出射光Ｌ１の出射態様の制御はこれに限定されない。

例えば、光走査情報取得部ＳＣは、選択単位領域ＲＣに対して、出射光Ｌ１の出射強度を高くするように構成されていてもよい。走査光Ｌ２の強度が大きいほど、反射光Ｌ３の強度が大きくなり、受光信号ＳＲにおける信号対雑音比が大きくなる。従って、非選択単位領域に比べ、測距点ＭＰでの測距信頼性が向上する。

すなわち、選択単位領域ＲＣにおける測距精度及び測距信頼性を向上することを考慮すると、光走査情報取得部ＳＣは、選択単位領域ＲＣに対して、非選択単位領域よりも高い出射頻度及び／又は出射強度で出射光Ｌ１を出射するように構成されていればよい。

また、選択単位領域ＲＣに対しては、出射光Ｌ１の出射頻又は出射強度を低くしてもよい。例えば、測距対象物ＯＢが予めわかっている場合などにおいては、基準出射頻度及び基準出射強度で十分所望の測距情報を得られることが想定される。この場合、例えば、走査領域Ｒ０の一部で走査光Ｌ２の出射頻度を低くすることで、求められる測距情報を得つつ、装置への負荷を抑制し、また測距対象物ＯＢへの安全を確保することができる。

また、本実施例においては、走査領域区画部１６Ｂが走査領域Ｒ０内に４つの単位領域ＵＲ１〜ＵＲ４を区画する場合について説明した。また、これら単位領域ＵＲ１〜ＵＲ４の各々が１つずつ順次かつ周期的に選択単位領域ＲＣとなる場合について説明した。しかし、単位領域ＵＲの区画数、区画方法、選択単位領域ＲＣの選択数、また選択方法はこれに限定されない。

走査領域区画部１６Ｂは、走査領域Ｒ０をより多くの単位領域ＵＲに区画してもよい。また、光源制御部１６Ｃは、当該区画された複数の単位領域ＵＲのうちの１又は複数の単位領域を選択単位領域ＲＣとして選択してもよい。例えば、１６つの単位領域ＵＲ１〜ＵＲ１６のうちの４つの単位領域、例えば単位領域ＵＲ１、ＵＲ３、ＵＲ９及びＵＲ１１が同時に選択単位領域ＲＣとして選択されてもよい。また、区画された単位領域ＵＲのうち、選択単位領域ＲＣとして選択されない単位領域ＵＲがあってもよい。

換言すれば、例えば、光走査情報取得部ＳＣは、１つの走査周期内（単位周期内）において、走査領域区画部１６Ｂによって区画された複数の単位領域ＵＲのうちの１又は複数の単位領域ＵＲである選択単位領域ＲＣに対し、その他の単位領域ＵＲとは異なる出射態様で出射光Ｌ１を出射するように構成されていればよい。

また、選択単位領域ＲＣを周期的に切り替える場合には、例えば、単位領域ＵＲの各々のうちの選択単位領域ＲＣとなる単位領域ＵＲが走査周期（所定の周期）毎に変化し、選択単位領域ＲＣとなる当該単位領域ＵＲが周期的に選択単位領域ＲＣとなればよい。

また、本実施例においては、１つの走査周期内において、非選択単位領域となる全ての単位領域ＵＲに対して同一の出射頻度及び出射強度で出射光Ｌ１が出射される場合について説明した。しかし、非選択単位領域となる単位領域ＵＲの各々間においても出射頻度及び出射強度が異なっていてもよい。すなわち、光走査情報取得部ＳＣは、単位領域ＵＲの各々に対する出射光Ｌ１の出射態様を、走査周期毎に切替えられ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、制御部１６の走査領域区画部１６Ｂが単位領域ＵＲを区画設定し、光源制御部１６Ｃが単位領域ＵＲ毎の出射光Ｌ１の出射制御を行う場合について説明した。しかし、単位領域ＵＲの区画及び出射光Ｌ１の出射制御は、例えば制御部１６の制御又はその制御プログラムのインストールによって、光走査情報取得部ＳＣが行うように構成されていてもよい。

例えば、光走査情報取得部ＳＣ（例えば光源部１１及び走査部１２）は、単位領域ＵＲ及び選択単位領域ＲＣに関する情報を取得し、これに基づいて走査周期毎の出射光Ｌ１の出射態様を切替れてもよい。従って、例えば、走査領域Ｒ０が出射光Ｌ１（走査光Ｌ２）の出射方向に応じて複数の単位領域ＵＲに区画されればよく、光源部１１は、当該複数の単位領域ＵＲの各々に向けて出射される出射光Ｌ１の出射態様を、単位周期（所定の周期）毎に変化させればよい。

また、本実施例においては、走査部１２が電磁気的に光反射面１２Ａを揺動させるＭＥＭＳミラーを有し、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、走査部１２の構成及びその動作態様は、上記に限定されない。

例えば、走査部１２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１２Ａ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、光走査情報取得部ＳＣは、リサージュ曲線に従った軌道で走査領域Ｒ０を走査する場合に限定されない。例えば、走査部１２は、ラスタースキャンを行う軌道を有していてもよいし、走査周期毎にその走査軌道が異なっていてもよい。走査部１２は、出射光Ｌ１（走査光Ｌ２）によって走査領域Ｒ０を走査するように構成されていればよい。

このように、測距装置１０は、出射光Ｌ１を出射する光源部１１と、出射光Ｌ１によって複数の単位領域ＵＲを含む走査領域Ｒ０を所定の周期で周期的に走査する走査部１２と、光Ｌ１が測距対象物ＯＢで反射された反射光Ｌ３を受光する受光部１３と、反射光Ｌ３に基づいて測距対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部１４と、を有する。また、光源部１１は、走査部１２が当該所定の領域を走査する際の複数の単位領域ＵＲの各々に対する出射光Ｌ１の出射態様を当該所定の周期毎に変化させる。従って、測距対象物ＯＢへの安全を確保しつつ走査領域Ｒ０内の正確な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。

なお、例えば、光源部１１、走査部１２及び受光部１３は、測距部１４以外の機能回路に接続されることができ、受光信号ＳＲ（光走査情報）は、測距以外の用途に用いられることができる。すなわち、光源部１１、走査部１２及び受光部１３は、例えば、制御部１６と共に、光走査装置を構成する。この場合、測距対象物ＯＢは走査対象物となる。

換言すれば、例えば、当該光走査装置は、出射光Ｌ１を出射する光源部１１と、出射光Ｌ１によって複数の単位領域ＵＲを含む走査領域Ｒ０を所定の周期で周期的に走査する走査部１２と、出射光Ｌ１が走査対象物ＯＢで反射された反射光Ｌ３を受光する受光部１３と、を有する。また、光源部１１は、走査部１２が当該所定の領域を走査する際の複数の単位領域ＵＲの各々に対する出射光Ｌ１の出射態様を当該所定の周期毎に変化させる。これによって、走査対象物ＯＢへの安全を確保しつつ走査領域Ｒ０内の正確な光走査を行うことが可能な光走査装置を提供することができる。

１０ 測距装置
ＳＣ 光走査情報取得部
１１ 光源部
１２ 走査部
１３ 受光部
１４ 測距部
１６ 制御部

Claims (7)

1. 出射光を出射する光源部と、
   前記出射光によって複数の単位領域を含む所定の領域を所定の周期で周期的に走査する走査部と、
   前記出射光が対象物で反射された反射光を受光する受光部と、を有し、
   前記光源部は、前記走査部が前記所定の領域を走査する際の前記複数の単位領域の各々に対する前記出射光の出射態様を前記所定の周期毎に変化させることを特徴とする光走査装置。
2. 前記光源部は、前記所定の周期内において、前記複数の単位領域のうちの１又は複数の単位領域である選択単位領域に対し、前記複数の単位領域のうちの前記選択単位領域の他の単位領域とは異なる出射態様で前記出射光を出射することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記複数の単位領域の各々のうちの前記選択単位領域となる前記単位領域は、前記所定の周期毎に変化し、
   前記選択単位領域となる当該単位領域は、周期的に前記選択単位領域となることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記光源部は、前記選択単位領域に対して前記他の単位領域よりも高い出射頻度又は出射強度で前記出射光を出射することを特徴とする請求項２又は３に記載の光走査装置。
5. 前記光源部は、前記所定の周期内に前記所定の領域に対して出射される前記出射光の総光量が所定値未満となるように、前記出射光を出射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. 出射光を出射する光源部と、
   前記出射光によって複数の単位領域を含む所定の領域を所定の周期で周期的に走査する走査部と、
   前記出射光が対象物で反射された反射光を受光する受光部と、
   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、を有し、
   前記光源部は、前記走査部が前記所定の領域を走査する際の前記複数の単位領域の各々に対する前記出射光の出射態様を前記所定の周期毎に変化させることを特徴とする測距装置。
7. 出射光を出射する光源部と、
   前記出射光の出射方向を連続的に変化させることで所定の領域を所定の周期で周期的に走査する走査部と、
   前記出射光が対象物で反射された反射光を受光する受光部と、を有し、
   前記所定の領域は前記出射光の出射方向に応じて複数の単位領域に区画され、
   前記光源部は、前記複数の単位領域の各々に向けて出射される前記出射光の出射態様を、前記所定の周期毎に変化させることを特徴とする光走査装置。

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