JP2022022390A - Ranging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測距装置に関する。 The present invention relates to a ranging device.
測距装置は、例えば、レーザ光を対象領域内で走査して対象物までの距離を計測する、すなわち測距する。このような測距装置の一例としては、レーザ光を出射する光源部と、光源部から出射されたレーザ光を対象領域内でリサージュ走査する光走査部と、レーザ光が物体によって反射された反射光を受光する受光部と、レーザ光の出射タイミングと反射光の受光タイミングとに基づいて、物体までの距離を計測する測距部と、を備える光測距装置が特許文献１に開示されている。 The distance measuring device, for example, scans the laser beam in the target area to measure the distance to the target object, that is, measures the distance. As an example of such a distance measuring device, a light source unit that emits laser light, an optical scanning unit that resage scans the laser light emitted from the light source unit within a target region, and a reflection of the laser light reflected by an object. Patent Document 1 discloses an optical distance measuring device including a light receiving unit that receives light and a distance measuring unit that measures a distance to an object based on the emission timing of laser light and the light receiving timing of reflected light. There is.
ところで、車両等の移動体に測距装置を搭載した場合、例えば、移動体の前方側については数百メートル程度の遠くの測距情報を、また移動体の側方側については数十メートル程度の近くの測距情報を得たいという要望があった。 By the way, when a distance measuring device is mounted on a moving body such as a vehicle, for example, the front side of the moving body is about several hundred meters away, and the side side of the moving body is about several tens of meters. There was a request to obtain distance measurement information near.
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、方向によって測距が必要とされる距離範囲が異なる場合でも、空間解像度の不均一性が大きくなく、良好な測距を行うことが可能な測距装置を提供すること課題の１つとする。 The present invention has been made in view of the above points, and even when the distance range in which distance measurement is required differs depending on the direction, the spatial resolution non-uniformity is not large and good distance measurement can be performed. It is one of the tasks to provide a wide range measuring device.
本願請求項１に記載の測距装置は、パルス光の出射方向を連続的に変化させることにより、前記パルス光の出射方向の変化する方向によって表される走査軌跡の密度が変化する走査態様で所定領域を走査する走査部と、前記所定領域における測距可能距離を規定し、対象物で反射した前記パルス光によって、前記対象物までの距離を測定する測距部と、
を有し、前記走査部は、前記所定領域のうち、第１の測距可能距離が設定された第１方向に対する前記走査軌跡の密度が、前記所定領域のうち、前記第１の測距可能距離よりも大きい第２の測距可能距離が設定された第２方向に対する前記走査軌跡の密度よりも低くなるように、前記所定領域の走査を行うことを特徴とする。
The distance measuring device according to claim 1 of the present application is a scanning mode in which the density of the scanning locus represented by the changing direction of the emission direction of the pulsed light is changed by continuously changing the emission direction of the pulsed light. A scanning unit that scans a predetermined area, a distance measuring unit that defines a distance that can be measured in the predetermined area, and measures the distance to the object by the pulsed light reflected by the object.
The scanning unit has the density of the scanning locus in the first direction in which the first distance-measurable distance is set in the predetermined area, and the first distance-measurable distance is possible in the predetermined area. It is characterized in that the predetermined area is scanned so that the second distance-measurable distance larger than the distance is lower than the density of the scanning locus in the set second direction.
図１は、本実施例にかかる測距装置１００を示している。
FIG. 1 shows a distance measuring
第１の走査部１０Ａの光源２０Ａは、例えばパルス光を出射可能なレーザ素子である。
The
ＭＥＭＳミラー装置３０Ａは、光反射面（図示せず）を有しており、当該光反射面にてパルス光を反射して、走査対象領域（図示せず）を規定する仮想の走査面（図示せず）に向けて走査光を出射可能である。走査対象領域に存在する物体に反射された走査光は、測距装置１００に向けて反射光として戻ってくる。
The
受光部４０Ａは、反射光を受光して、電気信号である受信信号を生成可能な光検出器である。受光部４０Ａとしては、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等を採用することができる。
The
角度検知部５０Ａは、光反射面の角度変化を逐次検出する角度検出器である。角度検知部としては、例えば、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａに設けられたホール素子を採用することができる。
The
制御部６０Ａは、光源２０Ａから出射するパルス光の制御及びＭＥＭＳミラー装置３０Ａの光反射面の角度の制御を行う。
The
光源制御部６１Ａは、光源２０Ａの発光制御を行う。具体的には、光源２０Ａがパルス発光をするように発光タイミングを規定したテーブル（図示せず）を参照して、その発光を制御する。
The light source control unit 61A controls the light emission of the
ミラー制御部６２Ａは、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａの光反射面の角度の傾を制御する。具体的には、ミラー制御部６２Ａは、光源２０Ａによって出射されて光反射面（図示せず）によって反射されたパルス光によって、走査対象領域の走査がなされるようにＭＥＭＳミラー装置３０Ａを制御する。
The
光量調整部としてのパワー調整部６３Ａは、光源２０Ａから出射されるパルス光の強度（光量）を調整する。具体的には、パワー調整部６３Ａは、光源２０Ａに供給する電圧と電流を調整する。パワー調整部６３Ａは、例えば、可変抵抗器を採用することができる。パワー調整部６３Ａは、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａの反射面の揺動角度に応じて光源２０Ａに供給する電圧と電流を調整する。具体的にはパワー調整部６３Ａは、光反射面の角度に応じた出力が記憶された出力テーブル（図示せず）を備え、この出力テーブルを参照してパルス光の強度を調整する。
The power adjusting
スポット径調整部６４Ａは、光源２０ＡとＭＥＭＳミラー装置３０Ａとの光路上に配置され、光源２０Ａから出射されたパルス光のスポット径を調整する。具体的には、スポット径調整部６４Ａは、レンズ（図示せず）とアクチュエータ（図示せず）を備える。スポット径調整部６４Ａは、アクチュエータを稼働することによりレンズの絞り径を調整する。具体的にはスポット径調整部６４Ａは、光反射面の角度に応じたスポット径を記憶したスポット径テーブル（図示せず）を備え、このスポット径テーブルを参照してパルス光のスポット径を調整する。
The spot diameter adjusting unit 64A is arranged on the optical path between the
従って、スポット径調整部６４Ａに入射されたパルス光は、アクチュエータが動作することによりレンズ径が調整され、走査対象領域上のスポット径が調整される。尚、スポット径を調整する機構は、レンズとアクチュエータと以外の機構でもよく、例えば、液晶レンズを用いることもできる。液晶レンズを用いてパルス光のスポット径を調整する場合には、液晶レンズにかける電圧を適宜調整して行うとよい。 Therefore, the lens diameter of the pulsed light incident on the spot diameter adjusting unit 64A is adjusted by the operation of the actuator, and the spot diameter on the scanning target region is adjusted. The mechanism for adjusting the spot diameter may be a mechanism other than the lens and the actuator, and for example, a liquid crystal lens may be used. When adjusting the spot diameter of the pulsed light using a liquid crystal lens, it is advisable to appropriately adjust the voltage applied to the liquid crystal lens.
第２の走査部１０Ｂは、光源２０Ｂ、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａ、受光部４０Ｂ、角度検知部５０Ｂ、制御部を備える。これらの光源２０Ｂ、ＭＥＭＳミラー装置３０Ｂ、受光部４０Ｂ、角度検知部５０Ｂ、制御部６０Ｂは、第１の走査部１０Ａと構成が同一であるので説明を省略する。
The
測距部としての距離測定部７０は、走査対象領域における測距可能距離を規定しかつ、受光部４０Ａ、４０Ｂによって生成された受光信号に基づいて、例えば、タイムオブフライト法によって、測距装置１００と走査対象領域内にある物体との距離を算出する。
The distance measuring unit 70 as a distance measuring unit defines a distance that can be measured in the scanning target area, and is a distance measuring device based on the light receiving signals generated by the
具体的には、距離測定部７０は、光源２０Ａ、２０Ｂによって出射された１のパルス光の出射時刻と、当該１のパルス光が走査対象領域内の物体によって反射されて反射光として受光部４０Ａ、４０Ｂに検出された受光時刻を取得する。そして、当該出射時刻と当該受光時刻の時刻差に基づいて、当該１のパルス光が光源２０Ａ，２０Ｂから出射されて受光部４０Ａ、４０Ｂに受光されるまでの光経路の長さを算出し、当該長さに基づいて測距装置１００と物体との距離を算出する。
Specifically, the distance measuring unit 70 has the emission time of one pulsed light emitted by the
図２は、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａの平面図である。保持部３１は、本実施例においては矩形の平板形状に形成されている。尚、保持部３１は、矩形の平板形状に限られず、例えば、円板形状であってもよい。
FIG. 2 is a plan view of the
固定部３２は、本実施例においては矩形の枠形状に形成されている。尚、固定部３２の形状は矩形の枠形状に限られず、環状の枠形状に形成されていてもよい。固定部３２は、保持部３１上に保持されている。
The fixing
可動部３３は、反射部材としての内側可動部３４と、内側可動部３４を囲む枠形状の外側可動部３５と、を含んでいる。内側可動部３４は、本実施例においては、矩形の平板形状に形成されている。尚、内側可動部３４の形状は矩形の平板形状に限られず、例えば、円板形状に形成されていてもよい。内側可動部３４の中央には光ビームを反射する光反射面ＭＲが形成されている。
The
第１の軸ＡＸは、光反射面ＭＲに対して非垂直方向であり、本実施例においては、光反射面ＭＲに平行である。 The first axis AX is in a direction non-perpendicular to the light reflecting surface MR, and in this embodiment, is parallel to the light reflecting surface MR.
２つの第１のトーションバーＴＢ１は、光反射面ＭＲの面中心Ｃを通る第１の軸ＡＸの方向に沿って伸長した板状体に形成されている。２つの第１のトーションバーＴＢ１は、一端が内側可動部３４の側面に固定され、他端が外側可動部３５の側面に固定されている。すなわち、内側可動部３４の第１の軸ＡＸ周りの力が掛かると、第１のトーションバーＴＢ１がねじれる。この結果、内側可動部３４は、第１の軸ＡＸを中心に揺動する。従って、外側可動部３５は第１保持部材として、第１の軸ＡＸの周りに揺動可能に内側可動部３４を保持する。また、第１の軸ＡＸは内側可動部３４の揺動軸となる。
The two first torsion bars TB1 are formed in a plate-like body extending along the direction of the first axis AX passing through the surface center C of the light reflecting surface MR. One end of the two first torsion bars TB1 is fixed to the side surface of the inner
外側可動部３５は、本実施例においては、矩形の枠形状に形成されている。尚、外側可動部３５の形状は矩形の枠形状に限られず、例えば、環状の枠形状に形成されていてもよい。第２の軸ＡＹは、第１の軸ＡＸと直交して交差する。第２の軸ＡＹは、光反射面ＭＲに対して非垂直方向であり、本実施例においては、光反射面ＭＲに平行である。
In this embodiment, the outer
２つの第２のトーションバーＴＢ２は、第２の軸ＡＹの方向に沿って伸長した板状体に形成されている。２つの第２のトーションバーＴＢ２は、一端が外側可動部３５の側面に固定され、他端が固定部３２の側面に固定されている。すなわち、外側可動部３５の第２の軸ＡＹ周りの力が掛かると、第２のトーションバーＴＢ２がねじれる。この結果、外側可動部３５は、第２の軸ＡＹを中心に揺動する。従って、固定部３２は第２保持部材として、第２の軸ＡＹの周りに揺動可能に外側可動部３５を保持する。また、第２の軸ＡＹは外側可動部３５の揺動軸となる。
The two second torsion bars TB2 are formed in a plate-like body extending along the direction of the second axis AY. One end of the two second torsion bars TB2 is fixed to the side surface of the outer
２つの第２のトーションバーＴＢ２は、一端が外側可動部３５の側面に固定され、他端が固定部３２の側面に固定されている。すなわち、外側可動部３５の第２の軸ＡＹ周りの力が掛かると、第２のトーションバーＴＢ２がねじれる。この結果、外側可動部３５は、第２の軸ＡＹを中心に揺動する。従って、固定部３２は、外側可動部３５が揺動軸である第２の軸ＡＹの周りに揺動可能に外側可動部３５を保持する。従って、固定部３２は第２保持部材として、外側可動部３５が揺動軸である第２の軸ＡＹの周りに揺動可能に外側可動部３５を保持する。尚、固定部３２、第１のトーションバーＴＢ１、外側可動部３５、第２のトーションバーＴＢ２及び内側可動部３４は、半導体基板で一体的に形成されている。
One end of the two second torsion bars TB2 is fixed to the side surface of the outer
外側可動部３５の周縁領域にはそれぞれ第１駆動コイルＣＬ１が設けられている。内側可動部３４の周縁領域には第２駆動コイルＣＬ２が設けられている。第１駆動コイルＣＬ１と第２駆動コイルＣＬ２とは、それぞれ対向するように設けられている。第１駆動コイルＣＬ１の端部は、固定部３２に形成された一対の第１電極端子Ｔ１に接続されている。第２駆動コイルＣＬ２の端部は、固定部３２に形成された第２電極端子Ｔ２に接続されている。
A first drive coil CL1 is provided in each of the peripheral regions of the outer
第１駆動コイルＣＬ１に磁界を作用させる互いに極性が異なる一対の第１永久磁石ＭＧ１及び第２駆動コイルＣＬ２に磁界を作用させる互いに極性が異なる一対の第２永久磁石ＭＧ２が内側可動部３４及び外側可動部３５を挟んでそれぞれ対向して保持部３１上に配置されている。
A pair of first permanent magnets MG1 having different polarities that cause a magnetic field to act on the first drive coil CL1 and a pair of second permanent magnets MG2 having different polarities that cause a magnetic field to act on the second drive coil CL2 are inside
したがって、例えば、第１駆動コイルＣＬ１に供給される電流と、第１永久磁石ＭＧ１による磁界と、によって、外側可動部３５及び内側可動部３４に対してローレンツ力が作用する。この結果、内側可動部３４及び外側可動部３５は、第２のトーションバーＴＢ２の軸周りに揺動する。
Therefore, for example, the Lorentz force acts on the outer
また、第２駆動コイルＣＬ２に供給される電流と、第２永久磁石ＭＧ２による磁界と、によって、内側可動部３４に対してローレンツ力が作用する。この結果、内側可動部３４は、第１のトーションバーＴＢ１の軸周りに揺動する。したがって、可動部３３は、第１の軸ＡＸ及び第２の軸ＡＹの周りに揺動する。ここで、第１駆動コイルＣＬ１及び第２駆動コイルＣＬ２に供給される電流の周波数のそれぞれは、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａの共振周波数と同一又はその近傍の周波数に設定されている。
Further, a Lorentz force acts on the inner
図３は、図２のＭＥＭＳミラー装置３０Ａの第１の軸ＡＸに沿った断面図である。図３において、保持部３１は、本実施例においては矩形の平板形状に形成されている。尚、保持部３１は、矩形の平板形状に限られず、例えば、円板形状であってもよい。保持部３１は、その上面ＴＳから突出して形成された突出部３６を含んでいる。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the first axis AX of the
突出部３６は、保持部３１の上面ＴＳの中央部を囲うように固定部３２の周縁領域に沿って環状に形成されている。従って、保持部３１の上面ＴＳと、突出部３６の互いに対向する内側面３６ｓとによって開口部が形成されている。
The
突出部３６の上面は、平坦に形成され、この上面に固定部３２が固定されている。突出部３６の高さは、少なくとも、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａの内側可動部３４及び外側可動部３５が揺動時に上面ＴＳに干渉しないように形成するとよい。したがって、保持部３１は第３保持部材として、固定部３２を保持する。尚、ＭＥＭＳミラー装置３０Ｂは、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａと同一の構造を有するので説明を省略する。
The upper surface of the
以上で説明した測距装置が自動車等の移動体に搭載された場合を説明する。尚、移動体は、自動車の他に、自転車、バイク、飛行機、船舶、移動する人等、自動車以外の移動体であっても良い。 The case where the distance measuring device described above is mounted on a moving body such as an automobile will be described. In addition to the automobile, the moving body may be a moving body other than the automobile, such as a bicycle, a motorcycle, an airplane, a ship, or a moving person.
図４は、自動車ＡＭに搭載された測距装置の第１の走査部１０Ａと第２の走査部１０Ｂが測距する走査対象領域Ｒ１を示した図である。図４に示すように、自動車ＡＭのフロント領域に、測距中心Ｃが設けられている。また、自動車ＡＭの前後方向に延びる線であって、測距中心Ｃを通る中心線ＣＸが規定されている。
FIG. 4 is a diagram showing a scanning target area R1 measured by the
第１の走査部１０Ａは、自動車ＡＭのフロント領域の左側、例えば、自動車ＡＭの左側のヘッドライトの近傍に設けられている。第２の走査部１０Ｂは、自動車ＡＭのフロント領域の右側、例えば、自動車ＡＭの右側のヘッドライトの近傍に設けられている。
The
第１の走査部１０Ａが走査する第１の走査領域Ｒａは、上面視が測距中心Ｃを中心とする楕円扇形状である。第１の走査部１０Ａは、第１の走査領域Ｒａのうち、画角中央Ｐ１ａから中心線ＣＸまでの領域である第１の領域Ｒ１ａに存在する対象物ＯＢの測距を行う。
The first scanning region Ra scanned by the
第２の走査部１０Ｂが走査する第２の走査領域Ｒｂは、上面視が測距中心Ｃを中心とする楕円扇形状である。第２の走査部１０Ｂは、第２の走査領域Ｒｂのうち、画角中央Ｐ２ｂから中心線ＣＸまでの領域である第２の領域Ｒ１ｂに存在する対象物ＯＢの測距を行う。すなわち、第１の領域Ｒ１ａ及び第２の領域Ｒ１ｂは、中心線ＣＸに対して対象となるように規定された楕円扇状の領域である。
The second scanning region Rb scanned by the
走査対象領域Ｒ１は、第１の領域Ｒ１ａ及び第２の領域Ｒ１ｂの外縁の仮想の走査面（図示せず）によって規定されている領域である。尚、距離測定部７０は、走査対象領域Ｒ１において測距可能距離を規定する。本実施例においては、測距可能距離は、測距中心Ｃから走査対象領域Ｒ１の任意の外縁上の点までの距離となっている。 The scan target region R1 is a region defined by a virtual scanning surface (not shown) at the outer edge of the first region R1a and the second region R1b. The distance measuring unit 70 defines the distance that can be measured in the scanning target area R1. In this embodiment, the range-finding distance is the distance from the range-finding center C to a point on an arbitrary outer edge of the scanning target area R1.
本実施例においては、第１の領域Ｒ１ａと第２の領域Ｒ１ｂとは、中心線ＣＸ上において互いに接している。尚、第２の領域Ｒ１ｂは、第１の領域Ｒ１ａと重なる領域であってもよい。 In this embodiment, the first region R1a and the second region R1b are in contact with each other on the center line CX. The second region R1b may be a region that overlaps with the first region R1a.
ここで、中心線ＣＸと第１の領域Ｒ１ａの外縁との交点をＰ２ａとし、中心線ＣＸと第２の領域Ｒ１ｂの外縁との交点をＰ２ｂとする。本実施例において、測距中心Ｃから交点Ｐ１ａ又は交点Ｐ１ｂまでの距離（第１の測距可能距離）は、例えば、４０ｍである。尚、測距中心Ｃから交点Ｐ２ａ又はＰ２ｂまでの距離は任意に定めることができる。また、測距中心Ｃから交点Ｐ１ａ又は交点Ｐ１ｂまでの距離は任意に定めることができる。尚、測距中心Ｃから交点Ｐ１ａ又はＰ１ｂに向かう方向を第１方向とする。 Here, the intersection of the center line CX and the outer edge of the first region R1a is P2a, and the intersection of the center line CX and the outer edge of the second region R1b is P2b. In this embodiment, the distance from the distance measuring center C to the intersection P1a or the intersection P1b (first distance measuring possible distance) is, for example, 40 m. The distance from the distance measuring center C to the intersection P2a or P2b can be arbitrarily determined. Further, the distance from the distance measuring center C to the intersection P1a or the intersection P1b can be arbitrarily determined. The direction from the distance measurement center C toward the intersection P1a or P1b is defined as the first direction.
また、測距中心Ｃから交点Ｐ２ａ又はＰ２ｂまでの距離（第２の測距可能距離）は、例えば、２００ｍである。尚、測距中心Ｃから交点Ｐ２ａ又はＰ２ｂに向かう方向を第２方向とする。 Further, the distance from the distance measuring center C to the intersection P2a or P2b (second distance measuring possible distance) is, for example, 200 m. The direction from the distance measurement center C toward the intersection P2a or P2b is defined as the second direction.
図５Ａは、測距装置１００の第１の走査部１０Ａの投光系の動作を示している。図５において、光源２０ＡとＭＥＭＳミラー装置３０Ａとの間には、ビームスプリッタＢＳが設けられている。ビームスプリッタＢＳは、光源２０Ａ側から入射した光ビームをＭＥＭＳミラー装置３０Ａ側に通す光学素子である。したがって、光源２０Ａから出射された光ビームがビームスプリッタＢＳを介してＭＥＭＳミラー装置３０Ａに入射される。ＭＥＭＳミラー装置３０Ａは、入射した光ビームを第１の領域Ｒ１ａの外縁を含む仮想の走査面ＳＳの一部に向けて反射させる。
FIG. 5A shows the operation of the light projection system of the
具体的には、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａは、可動部３３を揺動して走査する態様で光ビームを第１の領域Ｒ１ａ内に向けて反射する。この結果、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａによって反射された光ビームは、第１の領域Ｒ１ａ内を走査する。この際、第１の走査領域Ｒａに測距装置１００と対向させて仮想平面である走査対象面Ｒ２ａを設定した場合、走査対象面Ｒ２ａにおいてリサージュ軌跡を描くように走査される。
Specifically, the
なお、この走査対象面Ｒ２ａは実際に存在するものではなく、第１の領域Ｒ１ａを走査する際の光ビームの照射方向の変化を、光ビームの軌跡で説明するために、本明細書中にて用いられる。すなわち、リサージュ軌跡は、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａの搖動による光ビームの照射方向の連続的な変化の方向によってあらわされるものである。
It should be noted that the scanning target surface R2a does not actually exist, and the change in the irradiation direction of the light beam when scanning the first region R1a is described in the present specification in order to explain the change in the irradiation direction of the light beam by the locus of the light beam. Used for. That is, the Lissajous orbit is represented by the direction of continuous change in the irradiation direction of the light beam due to the vibration of the
また、仮想の走査面ＳＳの位置は測距装置１００の測距範囲として設定される走査対象領域Ｒ１の最外周部に位置する。当該測距範囲は、光源２０Ａ（若しくは２０Ｂ）から出射したパルス光の反射光が、受光部４０Ａ（若しくは４０Ｂ）に受光されるまでの待ち時間の最大値によって設定される。すなわち、待ち時間を過ぎて受光された反射光は、測距範囲よりも遠くの対象物ＯＢによって反射されたパルス光であり、そのような対象物ＯＢは測距の対象外として扱われる。
Further, the position of the virtual scanning surface SS is located on the outermost peripheral portion of the scanning target area R1 set as the ranging range of the ranging
尚、走査対象面Ｒ２ａにおいて描かれる曲線軌跡は、リサージュ曲線に限られず、例えば、パルス光の走査軌跡の密度が変化する走査態様であればよい。本実施例においては、この軌跡がリサージュ軌跡として説明する。 The curve locus drawn on the scanning target surface R2a is not limited to the Lissajous curve, and may be any scanning mode in which the density of the scanning locus of the pulsed light changes, for example. In this embodiment, this locus will be described as a Lissajous orbit.
図５Ｂは、測距装置１００の第２の走査部１０Ｂの投光系の動作を示している。図５において、光源２０ＢとＭＥＭＳミラー装置３０Ｂとの間には、ビームスプリッタＢＳが設けられている。ビームスプリッタＢＳは、光源２０Ｂ側から入射した光ビームをＭＥＭＳミラー装置３０Ｂ側に通す光学素子である。したがって、光源２０Ｂから出射された光ビームがビームスプリッタＢＳを介してＭＥＭＳミラー装置３０Ｂに入射される。ＭＥＭＳミラー装置３０Ｂは、入射した光ビームを第２の領域Ｒ１ｂの外縁を含む仮想の走査面ＳＳの一部に向けて反射させる。
FIG. 5B shows the operation of the light projection system of the
具体的には、ＭＥＭＳミラー装置３０Ｂは、可動部３３を揺動して走査する態様で光ビームを第２の領域Ｒ１ｂ内に向けて反射する。この結果、ＭＥＭＳミラー装置３０Ｂによって反射された光ビームは、第２の領域Ｒ１ｂ内を走査する。この際、第１の走査領域Ｒａに測距装置１００と対向させて仮想平面である走査対象面Ｒ２ｂを設定した場合、走査対象面Ｒ２ｂにおいてリサージュ軌跡を描くように走査される。なお、この走査対象面Ｒ２ｂは実際に存在するものではなく、第２の領域Ｒ１ｂを走査する際の光ビームの照射方向の変化を、光ビームの軌跡で説明するために、本明細書中にて用いられるものである。また、走査面ＳＳの位置は測距装置１００の測距範囲として設定される走査対象領域Ｒ１の最外周部に位置する。
Specifically, the
図６は、測距装置１００の第１の走査部１０Ａ及び第２の走査部１０Ｂの受光系の動作を示している。図６において、第１の領域Ｒ１ａ又は第２の領域Ｒ１ｂ内に検出する対象物ＯＢが存在すると、対象物ＯＢから反射された光ビームがＭＥＭＳミラー装置３０Ａ（３０Ｂ）に入射され、ビームスプリッタＢＳを介して受光部４０Ａ（４０Ｂ）に入射される。
FIG. 6 shows the operation of the light receiving system of the
受光部４０Ａ（４０Ｂ）は、入射された反射光に基づいて電気信号に変換し距離測定部７０に供給する。距離測定部７０は、光ビームを出射した時刻と光ビームを受光した時刻に基づいて、対象物ＯＢまでの距離を計測する。
The
図７Ａは、第１駆動コイルＣＬ１と第２駆動コイルＣＬ２とに供給される電流の位相差を変化させたときの走査対象面Ｒ２ａにおいて描かれるリサージュ走査軌跡を示している。図７Ａにおいては、水平方向走査と垂直方向走査とを、下記のようにした場合のリサージュ走査軌跡を示している。 FIG. 7A shows a Lissajous scanning locus drawn on the scanning target surface R2a when the phase difference of the currents supplied to the first driving coil CL1 and the second driving coil CL2 is changed. FIG. 7A shows a Lissajous scanning locus when the horizontal scanning and the vertical scanning are performed as follows.
具体的には図中のＡＸ１及びＡＹ１は、第１の軸ＡＸ及び第２の軸ＡＹにそれぞれ対応している。すなわち、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａの第１の軸ＡＸの周りの揺動は、走査対象面Ｒ２ａにおけるＡＹ１方向の走査位置の変化に対応する。また、ＭＥＭＳミラー装置３０Ａの第２の軸ＡＹの周りの揺動は、走査対象面Ｒ２ａにおけるＡＸ１方向の走査位置の変化に対応する。
水平方向走査： ＤＸ（θｘ）＝Ａｘ ｓｉｎ（θｘ＋Ｂｘ）
垂直方向走査： ＤＹ（θｙ）＝Ａｙ ｓｉｎ（θｙ＋Ｂｙ）
図７Ａの走査対象面Ｒ２ａにおいて、リサージュ軌跡が描かれている領域を走査領域とする。図７Ａに示されるリサージュ軌跡は、図中において軸ＡＸ１の端部の近傍の走査領域は軌跡が密に描かれている。言い換えれば、走査軌跡の端部は軌跡の密度が高密度である。このように軌跡の密度が密（高密度）である走査領域を密領域とする。
Specifically, AX1 and AY1 in the figure correspond to the first axis AX and the second axis AY, respectively. That is, the swing around the first axis AX of the
Horizontal scanning: DX (θx) = Ax sin (θx + Bx)
Vertical scanning: DY (θy) = Ay sin (θy + By)
In the scanning target surface R2a of FIG. 7A, the region where the Lissajous orbit is drawn is defined as the scanning region. In the Lissajous orbit shown in FIG. 7A, the locus is densely drawn in the scanning region near the end of the axis AX1 in the figure. In other words, the end of the scanning locus has a high density of loci. A scanning region in which the locus density is dense (high density) is defined as a dense region.
また、軸ＡＸ１の中央の近傍の走査領域は軌跡が疎に描かれている。言い換えれば、走査軌跡の中央部は軌跡の密度が低密度である。このように軌跡の密度が疎（低密度）である走査領域を疎領域とする。従って、図７Ａに示されるリサージュ軌跡は、密領域と疎領域を有しており、密領域から疎領域に向かうにつれて軌跡の密度は漸次疎になっている。尚、第２の走査部１０Ｂも第１の走査部１０Ａと同様に動作するため、第２の走査部１０Ｂの動作については、説明を省略する。
Further, the trajectories are sparsely drawn in the scanning region near the center of the axis AX1. In other words, the density of the locus is low in the central part of the scanning locus. The scanning region in which the locus density is sparse (low density) is defined as the sparse region. Therefore, the Lissajous orbit shown in FIG. 7A has a dense region and a sparse region, and the density of the locus gradually becomes sparse from the dense region to the sparse region. Since the
図８は、走査対象領域Ｒ１を走査する際に、走査対象面Ｒ２ａ及び走査対象面Ｒ２ｂにおいて描かれることとなるパルス光の軌跡を示している。図中左側に示されている破線の枠内は、第１の走査領域Ｒａを走査する場合の走査対象面Ｒ２ａ上の軌跡のうち、測距に用いる部分を示している。図中右側に示されている破線の枠内は、第２の走査領域Ｒｂを走査する場合の走査対象面Ｒ２ｂ上の軌跡のうち、測距に用いる部分を示している。 FIG. 8 shows a locus of pulsed light to be drawn on the scanning target surface R2a and the scanning target surface R2b when scanning the scanning target region R1. The inside of the broken line frame shown on the left side of the figure shows a portion of the locus on the scanning target surface R2a when scanning the first scanning region Ra, which is used for distance measurement. The inside of the broken line frame shown on the right side of the figure shows a portion of the locus on the scanning target surface R2b when scanning the second scanning region Rb, which is used for distance measurement.
第１の走査部１０Ａは、第１の領域Ｒ１ａを走査する際に、図４に示した自動車ＡＭからの距離が最も近い第１の領域Ｒ１ａの交点Ｐ１ａの近傍については、軌跡の密度が疎である疎領域を割り当てて走査する。また、第１の走査部１０Ａは、自動車ＡＭからの距離が最も遠い第１の領域Ｒ１ａの交点Ｐ２ａの近傍については軌跡の密度が密である密領域を割り当てて走査する。
When the
第２の走査部１０Ｂは、第２の領域Ｒ１ｂを走査する際に、自動車ＡＭからの距離が最も近い第２の領域Ｒ１ｂの交点Ｐ１ｂの近傍については軌跡の密度が疎である疎領域を割り当てて走査する。また、自動車ＡＭからの距離が最も遠い第２の領域Ｒ１ｂの交点Ｐ２ｂの近傍については軌跡の密度が密である密領域を割り当てて走査する。
When scanning the second region R1b, the
すなわち、本実施例の測距装置１００は、第１の走査部１０Ａによる走査範囲の一部（右側半分）を第１の領域Ｒ１ａに、第２の走査部１０Ｂによる走査範囲の一部（左側半分）を第２の領域Ｒ１ｂを走査するために用い、それぞれを組み合わせて対象物ＯＢの測距を行うのである。
That is, in the
より具体的には、例えば、交点Ｐ１ａへの方向に対しては、軌跡の密度が疎である疎領域を割り当て、交点Ｐ２ａへの方向に対しては、軌跡の密度が密である密領域を割り当てるのである。 More specifically, for example, a sparse region where the locus density is sparse is assigned to the direction toward the intersection P1a, and a dense region where the locus density is dense is assigned to the direction toward the intersection P2a. Allocate.
図９は、第２の領域Ｒ１ｂ側の走査面ＳＳの一部を上から見た場合の走査面ＳＳに照射されるパルス光の一部を示している。図９において、走査面ＳＳ上に照射されるパルス光の照射点ＰＥ１～ＰＥ４が示されている。照射点ＰＥ１～ＰＥ４は、それぞれ一定の間隔ΔＬを有して配置されている。 FIG. 9 shows a part of the pulsed light emitted to the scanning surface SS when a part of the scanning surface SS on the second region R1b side is viewed from above. In FIG. 9, the irradiation points PE1 to PE4 of the pulsed light irradiated on the scanning surface SS are shown. Irradiation points PE1 to PE4 are arranged with a constant interval ΔL, respectively.
ここで、走査対象領域Ｒ１の外縁であって照射点ＰＥ２と照射点ＰＥ３との中間点を点ＰＭとする。パルス光の出射点ＰＯから点ＰＭまでの測距可能距離を距離Ｒとする。交点Ｐ１ｂとパルス光の出射点ＰＯを結ぶ線を基準線ＬＢとする。照射点ＰＥ１と出射点ＰＯとを結ぶ射線Ｌ１と基準線ＬＢとがなす角度をθ１とする。照射点ＰＥ２と出射点ＰＯを結んだ射線Ｌ２と基準線ＬＢとがなす角度をθ２とする。 Here, the intermediate point between the irradiation point PE2 and the irradiation point PE3, which is the outer edge of the scanning target region R1, is defined as the point PM. Let the distance R be the distance that can be measured from the emission point PO of the pulsed light to the point PM. The line connecting the intersection P1b and the emission point PO of the pulsed light is defined as the reference line LB. Let θ1 be the angle formed by the ray L1 connecting the irradiation point PE1 and the emission point PO and the reference line LB. Let θ2 be the angle formed by the ray L2 connecting the irradiation point PE2 and the emission point PO and the reference line LB.
角度θ１から、角度θ２を引いた角度Δθとした場合、距離（Ｒ）と角度（Δθ）と、各パルス光の間隔（ΔＬ）の関係は、以下の式（１）を満たす。
Ｒ×Δθ＝ΔＬ （一定） 式（１）
式（１）に表されるように、各パルス光の間隔ΔＬが一定であることは走査面ＳＳの単位面積あたりに照射されるパルス光の照射点が一定であることを意味する。すなわち、本実施例の測距装置１００は、走査面ＳＳ上の空間解像度の不均一性を抑制するように走査する。
When the angle Δθ obtained by subtracting the angle θ2 from the angle θ1, the relationship between the distance (R) and the angle (Δθ) and the interval (ΔL) of each pulsed light satisfies the following equation (1).
R × Δθ = ΔL (constant) Equation (1)
As represented by the equation (1), the fact that the interval ΔL of each pulsed light is constant means that the irradiation point of the pulsed light irradiated per unit area of the scanning surface SS is constant. That is, the ranging
図１０は、走査面ＳＳに照射されたパルス光の照射痕を示している。図１０において、走査面ＳＳに照射されたパルス光のスポット径Ｄの不均一性は抑制されている。ここで、パルス光のスポット径Ｄは、図９に示した出射点ＰＯからパルス光の点ＰＭまでの距離（Ｒ）に比例する。したがって、第１の走査部１０Ａ及び第２の走査部１０Ｂは、出射点ＰＯからパルス光の点ＰＭまでの射線の距離（Ｒ）に応じて、すなわち、出射されるパルス光の射線における走査面ＳＳとの距離に基づいて当該出射されるパルス光のスポット径Ｄを調整して照射する。
FIG. 10 shows the irradiation traces of the pulsed light irradiated on the scanning surface SS. In FIG. 10, the non-uniformity of the spot diameter D of the pulsed light applied to the scanning surface SS is suppressed. Here, the spot diameter D of the pulsed light is proportional to the distance (R) from the emission point PO shown in FIG. 9 to the point PM of the pulsed light. Therefore, the
具体的には、スポット径調整部６４Ａ，６４Ｂは、パルス光の射線における走査面ＳＳとの距離が大きいほど相対的に小さいスポット径で照射されるようにパルス光のスポット径を調整し、パルス光の射線における走査対象領域Ｒ１との距離が短くなるにつれて徐々にスポット径が大きくなるように調整する。 Specifically, the spot diameter adjusting units 64A and 64B adjust the spot diameter of the pulsed light so that the larger the distance from the scanning surface SS in the ray of the pulsed light, the smaller the spot diameter is, and the pulse is pulsed. The spot diameter is adjusted so as to gradually increase as the distance from the scanning target region R1 in the ray of light becomes shorter.
なお、スポット径テーブルには、パルス光の照射方向ごとの測距可能距離に応じてスポット径が記憶されている。具体的には、スポット径テーブルは、測距装置１００が取り付けられた自動車ＡＭを基準としたパルス光の照射方向毎に光源部１０からのパルス光のスポット径を記憶する。自動車ＡＭを基準としたパルス光の照射方向を定めるものとしては、例えば、角度検知部５０Ａ，５０Ｂが検出するＭＥＭＳミラー装置３０の光反射面ＭＲの角度が挙げられる。
The spot diameter table stores the spot diameter according to the distance-measurable distance for each irradiation direction of the pulsed light. Specifically, the spot diameter table stores the spot diameter of the pulsed light from the light source unit 10 for each irradiation direction of the pulsed light with respect to the automobile AM to which the
例えば、図４における自動車ＡＭの正面である中心線ＣＸに沿った自動車ＡＭの前方（すなわち、仮想の走査面ＳＳまでの距離が最長である方向）にパルス光を照射する場合、当該方向に対しては相対的に小さなスポット径（αｍｍ）（αは固有の数値）が設定される。また、自動車ＡＭの側方（すなわち、仮想の走査面ＳＳまでの距離が最短である方向）にパルス光を照射する場合、当該方向に対しては相対的に大きなスポット径（γｍｍ）（γはγ＞αを満たす固有の数値）が設定される。 For example, when irradiating pulsed light in front of the automobile AM along the center line CX, which is the front of the automobile AM in FIG. 4, (that is, the direction in which the distance to the virtual scanning surface SS is the longest), the pulse light is applied to the direction. Therefore, a relatively small spot diameter (α mm) (α is a unique value) is set. Further, when the pulsed light is irradiated to the side of the automobile AM (that is, the direction in which the distance to the virtual scanning surface SS is the shortest), the spot diameter (γ mm) (γ) that is relatively large with respect to the direction is A unique numerical value that satisfies γ> α) is set.
自動車ＡＭの前方から側方までの中間方向にパルス光を照射する場合、自動車ＡＭの前方から側方に近づくにつれて、仮想の走査面ＳＳまでの距離も徐々に短くなる。従って、自動車ＡＭの前方から側方に近づくにつれて徐々にスポット径がγｍｍに近づくようにスポット径が各方向に応じて設定されている。この場合、当該方向に対して、スポット径αよりも大きくかつ、スポット径γよりも小さい中間のスポット径（βｍｍ）（βは、γ＞β＞α満たす変数）が設定されている。 When irradiating the pulsed light in the intermediate direction from the front to the side of the automobile AM, the distance to the virtual scanning surface SS gradually shortens as the vehicle approaches from the front to the side of the automobile AM. Therefore, the spot diameter is set according to each direction so that the spot diameter gradually approaches γ mm as it approaches from the front to the side of the automobile AM. In this case, an intermediate spot diameter (β mm) (β is a variable satisfying γ> β> α) that is larger than the spot diameter α and smaller than the spot diameter γ is set in the direction.
これによって、スポット径テーブルを参照して、スポット径調整部６４Ａ，６４Ｂが制御を行うことで、仮想の走査面ＳＳまでの距離（測距可能距離）に応じた、パルス光のスポット径とすることができる。 また、パワー調整部６３Ａ、６３Ｂは、出射されるパルス光の射線における走査面ＳＳとの距離に基づいて当該出射されるパルス光の出力を変化させる。具体的には、パワー調整部６３Ａ、６３Ｂは、パルス光の射線における走査面ＳＳとの距離が大きいほど、相対的に最も大きい出力で照射されるようにパルス光のパワーを調整し、パルス光の射線における走査対象領域Ｒ１との距離が短くなるにつれて徐々に出力が小さくなるようにパワーを調整する。
As a result, the spot diameter adjusting units 64A and 64B control the spot diameter table with reference to the spot diameter, so that the spot diameter of the pulsed light is set according to the distance to the virtual scanning surface SS (distance that can be measured). be able to. Further, the
なお、出力テーブルには、パルス光の照射方向ごとの測距可能距離に応じてパルス光の出力が記憶されている。具体的には、出力テーブルは、測距装置１００が取り付けられた自動車ＡＭを基準としたパルス光の照射方向毎に光源部１０からのパルス光の出力を記憶する。自動車ＡＭを基準としたパルス光の照射方向を定めるものとしては、例えば、角度検知部５０が検出するＭＥＭＳミラー装置３０の光反射面ＭＲの角度が挙げられる。
The output table stores the output of the pulsed light according to the distance-measurable distance for each irradiation direction of the pulsed light. Specifically, the output table stores the output of the pulsed light from the light source unit 10 for each irradiation direction of the pulsed light with respect to the automobile AM to which the
例えば、図４における自動車ＡＭの正面である前方（すなわち、仮想の走査面ＳＳまでの距離が最長である方向）にパルス光を照射する場合、当該方向に対しては相対的に大きな出力（δｍＷ）（δは固有の数値）が設定される。また、自動車ＡＭの側方（すなわち、仮想の走査面ＳＳまでの距離が最短である方向）にパルス光を照射する場合、当該方向に対してはδよりも小さな出力（ζｍＷ）（ζはδ＞ζを満たす固有の数値）が設定される。 For example, when irradiating the pulsed light in front of the automobile AM in FIG. 4 (that is, the direction in which the distance to the virtual scanning surface SS is the longest), the output (δmW) is relatively large in that direction. ) (Δ is a unique numerical value) is set. Further, when the pulsed light is irradiated to the side of the automobile AM (that is, the direction in which the distance to the virtual scanning surface SS is the shortest), the output (ζmW) smaller than δ (ζ is δ) in that direction. > A unique value that satisfies ζ) is set.
自動車ＡＭの前方から側方までの中間方向にパルス光を照射する場合、自動車ＡＭの前方から側方に近づくにつれて、仮想の走査面ＳＳまでの距離も徐々に短くなる。従って、自動車ＡＭの前方から側方に近づくにつれて徐々に出力がζｍＷに近づくようにパルス光の出力が設定されている。この場合、当該方向に対しては、出力δよりも小さくかつ、出力ζよりも大きい中間の出力（εｍＷ）（εは、δ＞ε＞ζ満たす変数）が設定される。 When irradiating the pulsed light in the intermediate direction from the front to the side of the automobile AM, the distance to the virtual scanning surface SS gradually shortens as the vehicle approaches from the front to the side of the automobile AM. Therefore, the output of the pulsed light is set so that the output gradually approaches ζ mW as it approaches from the front to the side of the automobile AM. In this case, an intermediate output (εmW) (ε is a variable that satisfies δ> ε> ζ) that is smaller than the output δ and larger than the output ζ is set in that direction.
これによって、出力テーブルを参照して、パワー調整部６３Ａ，６３Ｂが制御を行うことで、仮想の走査面ＳＳまでの距離（測距可能距離）に応じた、電圧及び電流を光源２０Ａ，２０Ｂに供給することができる。
As a result, the
以上のように、本実施例の測距装置１００は、走査の際に自動車ＡＭからの距離が最も近い交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂの近傍についてはリサージュ軌跡の密度が疎である疎領域を割り当てて走査すると共に、自動車ＡＭからの距離が最も遠い交点Ｐ２ａ，Ｐ２ｂについては軌跡の密度が密である密領域を割り当てて走査する。従って、本実施例の測距装置１００によれば、自動車ＡＭの前方側と側方側との距離が異なるように、方向によって測距が必要とされる距離範囲が異なる場合でも、走査対象領域Ｒ１上にパルス光が照射される間隔の不均一性を抑えることができる。すなわち、空間解像度の不均一性を抑えた良好な測距を行うことが可能となる。したがって、測距装置１００は、画像処理において対象物ＯＢを検出効率の向上を図ることができる。
As described above, the
また、パワー調整部６３Ａ、６３Ｂによって出射されるパルス光の射線における走査対象領域Ｒ１との距離に基づいて当該出射されるパルス光の出力を調整することで、信号雑音比（Ｓ/Ｎ比）を高めることが可能となる。したがって、測距装置１００が測定した測距情報の信頼性を高めることが可能となる。より具体的には、遠い位置の走査対象領域Ｒ１にはパルス光の相対強度を強くすることで、信号雑音比（Ｓ/Ｎ比）を高めることができる。また、近い位置の走査対象領域Ｒ１にはパルス光の相対強度を小さくすることで、パルス光の出射強度や回数が規定されている場合に、当該規定に沿うようにパルス光の出射を制御することが可能となる。
Further, the signal noise ratio (S / N ratio) is adjusted by adjusting the output of the emitted pulsed light based on the distance from the scan target region R1 in the ray of the pulsed light emitted by the
さらに、スポット径調整部６４Ａ、６４Ｂによって、出射されるパルス光の射線における走査対象領域Ｒ１との距離に基づいて当該出射されるパルス光のスポット径を調整することにより、対象物の検出効率の向上を図ることが可能となる。すなわち、パルス光のスポット径は距離Ｒに比例するため、走査対象領域Ｒ１において照射されるパルス光のスポット径Ｄの不均一性を抑制できる。 Further, the spot diameter adjusting units 64A and 64B adjust the spot diameter of the emitted pulsed light based on the distance from the scanning target area R1 in the ray of the emitted pulsed light to improve the detection efficiency of the object. It is possible to improve. That is, since the spot diameter of the pulsed light is proportional to the distance R, the non-uniformity of the spot diameter D of the pulsed light irradiated in the scanning target region R1 can be suppressed.
１００ 測距装置
１０Ａ 第１の走査部
１０Ｂ 第２の走査部
５３Ａ，５３Ｂ パワー調整部
５４Ａ，５４Ｂ スポット径調整部
Ｒ１ 走査対象領域
Ｒ１ａ 第１の領域
Ｒ１ｂ 第２の領域
Ｌ１，Ｌ２ 射線
100
Claims (1)
前記所定領域における測距可能距離を規定し、対象物で反射した前記パルス光によって、前記対象物までの距離を測定する測距部と、
を有し、
前記走査部は、前記所定領域のうち、第１の測距可能距離が設定された第１方向に対する前記走査軌跡の密度が、前記所定領域のうち、前記第１の測距可能距離よりも大きい第２の測距可能距離が設定された第２方向に対する前記走査軌跡の密度よりも低くなるように、前記所定領域の走査を行うことを特徴とする測距装置。 A scanning unit that scans a predetermined area in a scanning mode in which the density of the scanning locus represented by the changing direction of the emission direction of the pulsed light changes by continuously changing the emission direction of the pulsed light.
A distance measuring unit that defines a distance that can be measured in the predetermined area and measures the distance to the object by the pulsed light reflected by the object.
Have,
In the scanning unit, the density of the scanning locus with respect to the first direction in which the first distance-measurable distance is set in the predetermined area is larger than the first distance-measurable distance in the predetermined area. A distance measuring device comprising scanning a predetermined area so that the second distance measuring possible distance is lower than the density of the scanning locus in a set second direction.
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