JP2020067383A - 光学的測距装置および光学的測距方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、光学的測距装置10は、大きくは対象に向けてレーザ光を照射し反射光を受け取る光学系30と、測距を行なうSPAD演算部100とを備える。光学系30は、発光部40、第1走査部に相当するV方向走査部50、受光部60、第2走査部に相当するH方向走査部70を備える。
次に、上記ハードウェア構成を用いて、走査範囲80に照射光バルスを走査する手法について説明する。図4は、走査範囲80と受光部60との関係を示す説明図である。この実施形態では、受光アレイ65には縦方向(V方向)に複数個(図4では9個)の受光素子65aが配列されており、1つの照射光バルスにより、このうちの3個の受光素子65aに反射光が入射するよう光学系30のアライメントが調整されている。反射光が入射する3個の受光素子65aの集まりを受光エリア65Sと呼ぶ。この状態で、制御部110が駆動信号Sm1によりV方向走査部50を駆動すると、受光エリア65Sは、走査範囲80に対して、V方向に移動する。これを矢印V1,V2として表わした。また、制御部110が信号Sm2によりH方向走査部70を駆動すると、受光エリア65Sは、走査範囲80に対して、H方向に移動する。これを矢印H1,H2として表わした。もとより、H方向走査部70を駆動して表面反射鏡71の画角を変更しても、受光アレイ65上での反射光の入射位置は、H方向には変更しない。従って、受光アレイ65は、H方向には1画素分しか用意されていない。他方、V方向走査部50を駆動して表面反射鏡51の画角を変更すると、受光アレイ65上で、反射光の入射位置は、V方向に移動する。これは、光学系30において、コンバイナ66を含む受光部60が、V方向走査部50とH方向走査部70との間に設けられているからである。このため、受光アレイ65において、V方向には、受光素子65aが複数画素分用意されている。もとより、H方向を複数画素分用意して、複数画素分用意されているV方向の画素と組合せ、それらを1つのブロックとして走査しても良い。また、受光エリア65S以外の受光画素はオフにしてもよいし、環境光を計測するような動作をさせてもよい。
第1実施形態では、コンバイナ66は平面形状をしているものとしたが、凹面鏡の形状をとすることも差し支えない。この凹面鏡を、反射光を受光部60の受光アレイ65上に結像させる光学系の一部として利用すれば、受光部60の光学系を小型化することができる。例えば、受光部60の光学系が4枚のレンズ構成とされている場合、そのうちの最も外側の凸レンズをコンバイナの66による凹面鏡で置き換えることができるので、受光部60自体のレンズ構成を小型化することができる。上記実施形態でのコンバイナ66は、照射光パルスを通過させるのに開口68を利用しているので、コンバイナ66を凹面鏡としても、照射する側のレーザ光に影響を与えることがなく、好適である。
第1実施形態では、開口68のあるコンバイナ66を利用したが、照射側のレーザ光を通過させる構成は、開口に限る必要はなく、図7に例示したように、ハーフミラーなど、一方向からの光を透過し反対側からの光を反射する機能を備えた光学部品を採用することかできる。図7の例では、コンバイナ66Aとしてハーフミラーを採用している。図7に示すように、照射する側のレーザ光を中心LcからV方向に上下に走査すると、レーザ光は、最も上のラインLuから最も下ラインLdの範囲を通過する。このLdからLuまでが、V方向の画角となり、第1実施形態では、開口68はこの画角範囲に対応する長さを有していた。これに対して、図7の光学系では、コンバイナ66Aは、ハーフミラーを採用しているので、開口部を設ける必要がない。レーザ光は、コンバイナ66Aを通過し、表面反射鏡71で反射して走査範囲80に照射され、対象物に反射して戻ってくる。戻ってきた反射光は、表面反射鏡71に反射した後、コンバイナ66Aの表面で反射して、受光部60に入射する。この場合も、第1実施形態と同様に、広い画角を小型の構成で実現でき、広い走査範囲で測距することができる。
[1]第1実施形態で用いた開口を備えたコンバイナ66に代えて、図8に例示したように、ハーフサイズのコンバイナ66Bを用いることもできる。図8に示すように、照射する側のレーザ光を中心LcからV方向に上下に走査すると、レーザ光は、最も上のラインLuから最も下ラインLdの範囲を通過する。このLdからLuまでが、V方向の画角となる。これらの範囲の光は、コンバイナ66Bの存在位置の直ぐ脇を通過し、表面反射鏡71で反射して走査範囲80に照射され、対象物に反射して戻ってくる。この反射光は、表面反射鏡71に反射した後、コンバイナ66Bの存在位置に入射し、コンバイナ66Bの表面で反射して、受光部60に入射する。この場合も、第1実施形態と同様に、広い画角を小型の構成で実現でき、広い走査範囲で測距することができる。
Claims (10)
- レーザ光を用いた光学的測距装置(10)であって、
所定方向に少なくとも2画素分の検出を行なうためのレーザ光を発光する発光部(40)と、
前記発光部からの前記レーザ光を、前記所定方向に対応した第1方向に、かつ少なくとも所定の画角範囲に亘って走査する第1走査部(50)と、
前記第1走査部により走査された前記レーザ光を反射する反射体(71)を備え、前記レーザ光を、前記第1方向とは交差する第2方向に、かつ外部の所定の範囲に亘って走査すると共に、前記所定の範囲に存在する対象物からの反射光を受ける第2走査部(70)と、
前記第2走査部の前記反射体から前記第1走査部に至る経路の途中に設けられ、前記対象物からの反射光を、受光レンズ(61)の側に折り返す経路変更部(66)と、
前記受光レンズにより集光された前記対象物から反射光を検出する少なくとも2画素分の受光素子(65a)を備えた受光部(60)と、
前記発光部による発光から、前記対象物からの反射光を前記受光部が受光するまでの時間に応じて、前記対象物までの距離を検出する測距部(100)と、
を備え、
前記第1走査部は、前記発光部と前記経路変更部との間に設けられ、前記第1走査部と前記経路変更部と前記第2走査部とは、前記第1走査部からの前記レーザ光が、前記経路変更部を通り抜けて前記第2走査部に至る位置に配置された光学的測距装置。 - 前記経路変更部は、前記レーザ光が通り抜ける開口またはスリットを備えるコンバイナであり、前記開口または前記スリットは、前記第1走査部からの前記レーザ光の前記画角範囲に対応する長さを有する請求項1に記載の光学的測距装置。
- 前記経路変更部は、前記第1走査部からの前記レーザ光は通り抜け、前記第2走査部からの反射光は前記受光レンズ側に反射するハーフミラー(66A)である請求項1に記載の光学的測距装置。
- 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光学的測距装置であって、
前記発光部の発光素子として短パルスレーザ(41)を用いた光学的測距装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光学的測距装置であって、
前記経路変更部は、凹面鏡であり、前記受光部に向けて、前記対象物からの反射光を集光する前記受光レンズの一部として働く
光学的測距装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光学的測距装置であって、
前記第1走査部と前記第2走査部とは、独立に駆動可能である光学的測距装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光学的測距装置であって、
前記所定の範囲は、前記第1方向と前記第2方向とが、予め定められた組合せの形状である光学的測距装置。 - 更に、前記少なくとも2画素分の受光素子からの信号を並列に処理する請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の光学的測距装置。
- 光学的に距離を測る光学的測距方法であって、
所定方向に少なくとも2画素分の検出を行なうためのレーザ光を発光し、
前記発光したレーザ光を、前記所定方向に対応した第1方向に、かつ少なくとも所定の画角範囲に亘って走査し、
前記走査された前記レーザ光を反射する反射体を駆動し、前記レーザ光を、前記第1方向とは交差する第2方向に、かつ外部の所定の範囲に亘って走査すると共に、前記所定の範囲の対象物からの反射光を受け、
前記対象物からの反射光の前記反射体から上流側への経路の途中に設けられた経路変更部により、前記対象物からの反射光を、受光レンズ側に折り返し、
前記受光レンズにより集光された前記対象物から反射光を、少なくとも2画素分の受光素子を備えた受光部により検出し、
前記レーザ光の発光から、前記対象物からの反射光を前記受光部が受光するまでの時間に応じて、前記対象物までの距離を検出し、
前記レーザ光は、前記経路変更部より上流側で、前記第1方向かつ前記所定の画角範囲に亘って走査され、前記経路変更部は、前記第1方向かつ前記所定の画角範囲に亘って走査された前記レーザ光が、前記経路変更部を通り抜けるように
配置された
光学的測距方法。 - 光学的に距離を測る光学的測距方法であって、
所定方向に少なくとも2画素分の検出を行なうためのレーザ光を発光し、
前記発光したレーザ光を、前記所定方向に対応した第1方向に、かつ少なくとも所定の画角範囲に亘って走査し、
前記走査された前記レーザ光を、前記第1方向とは交差する第2方向に、かつ外部の所定の範囲に亘って走査すると共に、前記所定の範囲の対象物からの反射光を、少なくとも2画素分の受光素子を備えた受光部により検出し、
前記レーザ光の発光から、前記対象物からの反射光を前記受光部が受光するまでの時間に応じて、前記対象物までの距離を検出する
光学的測距方法。
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