JP2023101803A

JP2023101803A - 走査装置及び測距装置

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Publication number: JP2023101803A
Application number: JP2023092121A
Authority: JP
Inventors: 充佐藤; Mitsuru Sato
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2023-06-05
Publication date: 2023-07-21
Also published as: JP2019168235A

Abstract

【課題】投光部と受光部とが別の装置として分離されている場合であっても対象物からの反射光を正確に検出でき、対象物との間の距離を高精度で測定することが可能な走査装置及び測距装置を提供する。【解決手段】光源部と、光源部からの出射光を方向可変に偏向しつつ走査光として所定の領域に向けて投光する第１の偏向部と、を含む投光部と、第１の偏向部と連動して動作し、走査光が所定の領域内の対象物によって反射した反射光を受光して偏向する第２の偏向部と、各々が第２の偏向部を経た反射光を検出する複数の検出セグメントを含む検出部と、を含む受光部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光走査を行う走査装置、及び光測距を行う測距装置に関する。

従来から、光を対象物に照射し、当該対象物によって反射された光を検出することで、当該対象物までの距離を光学的に測定する測距装置が知られている。また、所定の領域に対して光走査を行い、当該領域内に存在する種々の物体までの距離を測定する走査型の測距装置が知られている。例えば、特許文献１には、測定対象物に対し照射光パルスを投光する投光部と、測定対象物で反射された反射光パルスを受光する複数の受光画素を有する受光部と、を含む光学的測距装置が開示されている。

特開2016-176750号公報

走査型の測距装置は、走査装置として、例えば、パルス光を所定の領域に向けて投光する投光部と、当該レーザ光が対象物によって反射した光に対応する光パルスを受光する受光部とを有する。

ここで、走査装置は、投光部及び受光部が分離された構成を有する場合がある。この場合、例えば、高い自由度でパルス光の投光位置及び対象物からの反射光の受光位置を調節することができる。この場合、例えば、当該投光部及び受光部は距離をおいて配置されることとなる。

この場合、対象物からの反射光は、投光部と対象物との間の距離に応じて、受光部に対して様々な角度で入射される。従って、当該反射光の入射角によっては受光部が正確に当該反射光を受光できず、これによって正確な測距を行えない場合がある。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、投光部と受光部とが別の装置として分離されている場合であっても対象物からの反射光を正確に検出でき、対象物との間の距離を高精度で測定することが可能な走査装置及び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、光源部と、光源部からの出射光を方向可変に偏向しつつ走査光として所定の領域に向けて投光する第１の偏向部と、を含む投光部と、第１の偏向部と連動して動作し、走査光が所定の領域内の対象物によって反射した反射光を受光して偏向する第２の偏向部と、各々が第２の偏向部を経た反射光を検出する複数の検出セグメントを含む検出部と、を含む受光部と、を有することを特徴とする。

実施例１に係る測距装置の配置例を示す図である。実施例１に係る測距装置における測距部のブロック図である。実施例１に係る測距装置と対象物との間の光路例を示す図である。実施例１に係る測距装置の受光部内の光路例を示す図である。実施例１に係る測距装置と対象物との間の光路例を示す図である。実施例１に係る測距装置の受光部内の光路例を示す図である。実施例１に係る測距装置と対象物との間の光路例を示す図である。実施例１に係る測距装置の受光部内の光路例を示す図である。実施例１に係る測距装置における走査光の一例を示す図である。実施例１に係る測距装置における第１の検出素子の一例を示す図である。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

図１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に対して光走査を行い、走査領域Ｒ０内に存在する対象物ＯＢまでの距離を測定する走査型の測距装置である。図１に示すように、測距装置１０は、互いに離間した投光部２０及び受光部３０と、測距部４０及び制御部５０と、を含む。

投光部２０は、パルス化された光（以下、出射光と称する）Ｌ１を生成及び出射する光源部２１を有する。本実施例においては、光源部２１は、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発光素子２１Ａと、当該レーザ光を整形し、当該整形されたレーザ光を出射光Ｌ１として出射する整形レンズ２１Ｂとを含む。

また、投光部２０は、光源部２１からの出射光Ｌ１を方向可変に偏向しつつ走査光（投光信号）Ｌ２として走査領域Ｒ０に向けて投光する偏向部（以下、第１の偏向部と称する）２２を有する。第１の偏向部２２は、出射光Ｌ１の偏光方向を連続的かつ周期的に変化させる。これによって、第１の偏向部２２からは、投光方向が連続的かつ周期的に変化した走査光Ｌ２が走査領域Ｒ０に向けて投光される。第１の偏向部２２は、走査光Ｌ２によって走査領域Ｒ０を走査（又は掃引）する走査部として機能する。

本実施例においては、第１の偏向部２２は、光源部２１からの出射光Ｌ１を走査領域Ｒ０に向けて反射させる可動式の反射ミラーを有する。例えば、第１の偏向部２２は、当該反射ミラーが少なくとも１つの軸の周りを揺動するように構成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーである。

なお、走査領域Ｒ０は、第１の偏向部２２における走査光Ｌ２の偏向可能範囲に対応する角度範囲と、走査光Ｌ２が測距可能な強度を維持できる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１においては、走査領域Ｒ０の外縁の一部を破線で示した。

例えば、図１に示すように、走査領域Ｒ０内における走査光Ｌ２の光路上に対象物ＯＢが存在する場合、対象物ＯＢに走査光Ｌ２が照射される。また、対象物ＯＢが走査光Ｌ２に対して反射性を有する物体である場合、対象物ＯＢによって走査光Ｌ２が反射する。

また、対象物ＯＢの表面は一般的には凹凸面又は粗面であるため、走査光Ｌ２は対象物ＯＢによって反射及び散乱される。図１には、当該走査光Ｌ２が当該一般的な表面を有する対象物ＯＢによって反射した光（以下、反射光と称する）Ｌ３の進路範囲（角度範囲）の一例を２点鎖線で示した。

本実施例においては、測距装置１０は、投光部２０及び受光部３０の両方で反射光Ｌ３を受光する。まず、受光部３０は、第１の偏向部２２から離間した位置において第１の偏向部２２と連動し、走査光Ｌ２が対象物ＯＢによって反射した反射光Ｌ３を第１の反射光Ｌ３１として受光し、第１の反射光Ｌ３１を偏向する偏向部（以下、第２の偏向部と称する）３１を有する。第２の偏向部３１は、例えば、第１の偏向部２２としてのＭＥＭＳミラーに同期して揺動する反射ミラーを有するＭＥＭＳミラーである。

また、受光部３０は、第２の偏向部３１を経た反射光Ｌ３である第１の反射光Ｌ３１を検出する検出部（以下、第１の検出部と称する）３２を有する。なお、本実施例においては、受光部３０は、第１の反射光Ｌ３１を第１の検出部３２に向けて反射させる反射ミラーＭＬを有する。

本実施例においては、第１の検出部３２は、第１の反射光Ｌ３１を集光する集光レンズ３２Ａと、各々が当該集光された第１の反射光Ｌ３１を検出する複数の検出セグメントＥＬを含む検出素子（以下、第１の検出素子と称する）３２Ｂと、を含む。第１の検出素子３２Ｂは、例えば、整列した複数の検出セグメントＥＬからなるラインセンサである。

第１の検出素子３２Ｂの当該複数の検出セグメントＥＬの各々は、例えば、第１の反射光Ｌ３１に対して光電変換を行い、第１の反射光Ｌ３１に応じた電気信号を生成する光電変換素子からなる。第１の検出部３２の第１の検出素子３２Ｂは、これら検出セグメントＥＬの各々による光電変換結果である電気信号を第１の検出信号Ｓ１として生成する。

また、本実施例においては、投光部２０は、第１の偏向部２２を経た反射光Ｌ３（第１の偏向部２２に戻ってきた反射光Ｌ３）を第２の反射光Ｌ３２として受光し、これを検出する検出部（以下、第２の検出部と称する）２３を有する。なお、本実施例においては、投光部２０は、第１の偏向部２２と光源部２１との間に設けられ、出射光Ｌ１と第２の反射光Ｌ３２とを分離して第２の反射光Ｌ３２を検出部２３に導くビームスプリッタＢＳを有する。

また、本実施例においては、第２の検出部２３は、第２の反射光Ｌ３２を集光する集光レンズ２３Ａと、第２の反射光Ｌ３２を検出する検出素子（以下、第２の検出素子と称する）２３Ｂとを含む。

第２の検出素子２３Ｂは、第２の反射光Ｌ３２に対して光電変換を行い、第２の反射光Ｌ３２に応じた電気信号を第２の検出信号Ｓ２として生成する。例えば、本実施例においては、第２の検出素子２３Ｂは、１つの光電変換素子からなる。

換言すれば、本実施例においては、投光部２０は、走査光Ｌ２を投光しかつ反射光Ｌ３を受光する投受光ユニットとして機能する。一方、受光部３０は、反射光Ｌ３の受光のみを行う受光専用ユニットとして機能する。

また、本実施例においては、投光部２０及び受光部３０は、互いに離間して配置されている。従って、図１に示すように、第１の反射光Ｌ３１は、走査光Ｌ２とは異なる光路を進んで受光部３０によって受光される反射光Ｌ３である。一方、第２の反射光Ｌ３２は、走査光Ｌ２と同一の光路を進んで投光部２０によって受光される反射光Ｌ３である。

測距装置１０は、受光部３０による反射光Ｌ３の受光結果である第１の検出信号Ｓ１と、投光部２０による反射光Ｌ３の受光結果である第２の検出信号Ｓ２と、に基づいて、対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部４０を有する。本実施例においては、測距部４０は、投光部２０と対象物ＯＢまでの距離を測定し、その測定結果を測距装置１０と対象物ＯＢとの間の距離として出力する。

測距部４０は、第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２に基づいて第２の透過光Ｌ３２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対象物ＯＢ（又はその一部の表面領域）までの距離を測定する。測距部４０は、測定した距離情報を示すデータ（測距データ）を生成する。

また、本実施例においては、測距部４０は、走査領域Ｒ０を複数の画素に分け、当該測距データに基づいて走査領域Ｒ０を画像化するデータ（測距画像データ）を生成する。本実施例においては、測距部４０は、当該測距データと第１の偏向部２２の反射ミラーの向きを示す情報とを対応付け、２次元又は３次元のマップ画像として画像化する。

例えば、測距部４０は、第１の偏向部２２による走査光Ｌ２の投光方向の変化周期、すなわち走査領域Ｒ０を走査する周期である走査周期を測距画像データの生成周期とし、当該走査周期毎に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に対する光走査を周期的に行う場合において、任意の投光状態（例えば第１及び第２の偏向部２２及び３１における反射ミラーの向き）の時点から、その後に再度当該投光状態に戻る時点までの期間をいう。なお、測距部４０は、複数のマップ画像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、測距装置１０は、投光部２０（光源部２１、第１の偏向部２２、第２の検出部２３）、受光部３０（第２の偏向部３１及び第１の検出部３２）及び測距部４０の動作制御を行う制御部５０を有する。例えば、本実施例においては、制御部５０は、光源部２１に駆動信号を供給し、光源部２１の駆動及びその制御を行う。また、制御部５０は、第１及び第２の偏向部２２及び３１に駆動信号を供給し、第１及び第２の偏向部２２及び３１の反射ミラーの変位動作を同期させる。

図２は、測距部４０のブロック図である。本実施例においては、測距部４０は、受光部３０における第１の検出素子３２Ｂ内の複数の検出セグメントＥＬのうち、最も大きな強度の光が検出された検出セグメントＥＬを処理対象セグメントとして判定するセグメント判定部４１を有する。

セグメント判定部４１は、第１の検出素子３２Ｂから取得した第１の検出信号Ｓ１を解析し、いずれの検出セグメントＥＬによって反射光Ｌ３が検出されたかを判定する。例えば、セグメント判定部４１は、第１の検出信号Ｓ１に含まれる検出セグメントＥＬ毎の受光結果を示す電気信号内のパルス（強度ピーク）を検出し、当該パルスが含まれていた電気信号に対応する検出セグメントＥＬを処理対象セグメントとして判定する。

次に、測距部４０は、第１の検出素子３２Ｂの複数の検出セグメントＥＬ内における当該処理対象セグメントの位置に基づいて、第１及び第２の検出信号Ｓ１及びＳ２に基づいた測距処理を行う範囲を決定する処理範囲決定部４２を有する。また、測距部４０は、第１及び第２の検出信号Ｓ１及びＳ２に対し、処理範囲決定部４２によって決定された処理範囲内で、反射光Ｌ３に対応する信号成分の検出処理及び対象物ＯＢまでの測距処理を行う測距処理部４３を有する。

本実施例においては、処理範囲決定部４２は、第２の検出信号Ｓ２に対して第２の反射光Ｌ３２に対応するパルスを検出する時間範囲を決定する（限定する）。また、測距処理部４３は、第２の検出信号Ｓ２の当該時間範囲内でパルスを検出し、当該検出されたパルスの位置に基づいて対象物ＯＢまでの測距を行う。

換言すれば、本実施例においては、測距部４０は、第１の検出素子３２Ｂの検出セグメントＥＬの各々による反射光Ｌ３の検出結果に基づいて対象物ＯＢまでの大まかな距離を測定し、第２の検出素子２３Ｂによる反射光Ｌ３の検出結果に基づいて対象物ＯＢまでの詳細な（最終的な）距離を測定する。また、測距部４０は、複数の検出セグメントＥＬのうち、最も大きな強度の光が検出された検出セグメントＥＬの位置に基づいて、対象物ＯＢまでの距離を測定する。

図３Ａは、投光部２０から投光された走査光Ｌ２が対象物ＯＢに到達し、反射光Ｌ３となって受光部３０に受光されるまでの走査領域Ｒ０内の光の進路の例を模式的に示す図である。図３Ａは、走査光Ｌ２が同一方向に投光された場合において互いに異なる距離の対象物ＯＢによって反射された３つの反射光Ｌ３（第１の反射光Ｌ３１）の光路を示している。また、図３Ｂは、図３Ａで示した３つの反射光Ｌ３の受光部３０内の光路を示す図である。

図３Ａ及び図３Ｂを用いて、投光部２０及び受光部３０の位置関係、並びに、対象物ＯＢの位置と検出セグメントＥＬの位置との関係について説明する。なお、以下においては、説明の単純化のため、投光部２０から走査光Ｌ２が投光されるタイミングと、この走査光Ｌ２に対応する反射光Ｌ３が受光部３０によって受光されるタイミングと、がほぼ同一とみなせるような距離に対象物ＯＢが存在する場合について説明する。しかし、厳密には、走査光Ｌ２の投光タイミングと反射光Ｌ３の受光タイミングとはわずかに異なる。

まず、図３Ａに示すように、タイミングｔ１に投光部２０（第１の偏向部２２）から出射される走査光Ｌ２（ｔ１）の光路上において、対象物ＯＢが第１の位置Ｐ１に存在する場合を考える。この場合、走査光Ｌ２（ｔ１）は、図３Ａに示すように、対象物ＯＢ（Ｐ１）によって反射して反射光Ｌ３となり、その一部である第１の反射光Ｌ３１（１）が受光部３０の第２の偏向部３１に入射する。

一方、走査光Ｌ２（ｔ１）の光路上において、対象物ＯＢが第１の位置Ｐ１よりも投光部２０に近い位置である第２の位置Ｐ２に存在している場合、対象物ＯＢ（Ｐ２）によって反射した反射光Ｌ３の一部である第１の反射光Ｌ３１（２）は、第１の位置Ｐ１で反射した第１の反射光Ｌ３１（１）とは異なる光路をたどって受光部３０の第２の偏向部３１に入射する。

同様に、走査光Ｌ２（ｔ１）の光路上において、対象物ＯＢが第１の位置Ｐ１よりも投光部２０から遠い位置である第３の位置Ｐ３に存在している場合、対象物ＯＢ（Ｐ３）によって反射した反射光Ｌ３の一部である第１の反射光Ｌ３１（３）は、第１及び第２の位置Ｐ１及びＰ２でそれぞれ反射した第１及び第２の反射光Ｌ３１（１）及びＬ３１（２）とは異なる光路をたどって受光部３０の第２の偏向部３１に入射する。

換言すれば、タイミングｔ１における走査光Ｌ２（ｔ１）の光路上に対象物ＯＢが存在する場合、対象物ＯＢによって反射して受光部３０に入射する光である第１の反射光Ｌ３１は、対象物ＯＢの位置によって異なる入射角で受光部３０に入射することとなる。

次に、図３Ｂを用いて、反射光Ｌ３の受光部３０内での光路について説明する。まず、第２の偏向部３１は、第１の偏向部２２と同期して動作している。従って、走査光Ｌ２（ｔ１）が出射されたタイミングｔ１においては、第２の偏向部３１は、第１の偏向部２２に同期して所定の位置に配置された状態（本実施例においては、反射ミラーが所定の向きを向いている状態）となっている。

この状態の第２の偏向部３１（ｔ１）に第１の反射光Ｌ３１が入射した場合、第１の反射光Ｌ３１は、第２の偏向部３１（ｔ１）への入射角（反射ミラーのミラー面に対する入射角）に応じて異なる光路をたどって第１の検出部３２の第１の検出素子３２Ｂに入射する。

従って、第１の検出素子３２Ｂの複数の検出セグメントＥＬの各々の検出面のサイズ、形状及び配置を調節することで、第１の反射光Ｌ３１は、対象物ＯＢの位置に応じて異なる検出セグメントＥＬによって検出されることとなる。

本実施例においては、第１の検出素子３２Ｂは、受光部３０が投光部２０から離間する方向Ｄ１に対応する方向に沿って延びるライン状の検出面を有するラインセンサである。また、第１の検出素子３２Ｂの複数の検出セグメントＥＬは、第２の偏向部３１が第１の偏向部２２から離間する方向Ｄ１、すなわち第１の偏向部２２と第２の偏向部３１とを結ぶ直線に沿った方向に対応する方向に沿って整列している。

従って、第１の反射光Ｌ３１は、対象物ＯＢの位置（投光部２０からの距離）に応じて、検出セグメントＥＬの配列方向において異なる位置に配置された検出セグメントＥＬによって検出されることとなる。

例えば、対象物ＯＢ（Ｐ１）に対応する第１の反射光Ｌ３１（１）は、複数の検出セグメントＥＬのうちの第１の検出セグメントＥＬ（１）によって検出された場合を考える。この場合、対象物ＯＢ（Ｐ１）よりも近い対象物ＯＢ（Ｐ２）に対応する第１の反射光Ｌ３１（２）は、第１の検出セグメントＥＬ（１）とは異なる位置に配置されている第２の検出セグメントＥＬ（２）によって検出される。

また、対象物ＯＢ（Ｐ１）よりも遠い対象物ＯＢ（Ｐ３）に対応する第１の反射光Ｌ３１（３）は、複数の検出セグメントＥＬの配列方向（方向Ｄ１に対応する方向）において、第１の検出セグメントＥＬ（１）から第２の検出セグメントＥＬ（２）とは反対方向に配列された第３の検出セグメントＥＬ（３）によって検出される。

次に、図４Ａは、タイミングｔ１とは異なるタイミングｔ２において投光部２０から投光された走査光Ｌ２（ｔ２）が対象物ＯＢに到達し、反射光Ｌ３となって受光部３０に受光されるまでの走査領域Ｒ０内の光の進路の例を模式的に示す図である。また、図４Ｂは、図４Ａで示した３つの反射光Ｌ３の受光部３０内の光路を示す図である。なお、タイミングｔ２は、タイミングｔ１とは異なる方向に走査光Ｌ２が投光されるタイミングに対応する。

図４Ａに示すように、タイミングｔ２において、投光部２０（第１の偏向部２２）から出射される走査光Ｌ２（ｔ２）の光路上において、第４の位置Ｐ４に対象物ＯＢ（対象物ＯＢ（Ｐ４））が存在する場合、第４の位置よりも投光部２０に近い第５の位置Ｐ５に対象物ＯＢ（対象物ＯＢ（Ｐ５））が存在する場合、及び第４の位置Ｐ４よりも投光部２０から遠い第６の位置Ｐ６に対象物ＯＢ（対象物ＯＢ（Ｐ６））が存在する場合を考える。

タイミングｔ２においても、走査光Ｌ２（ｔ２）は、対象物ＯＢによって反射した後、対象物ＯＢの位置によって異なる光路をたどって受光部３０に入射することとなる。従って、図４Ａに示すように、対象物ＯＢ（Ｐ４）に対応する第１の反射光Ｌ３１（４）と、対象物ＯＢ（Ｐ５）に対応する第１の反射光Ｌ３１（５）と、対象物ＯＢ（Ｐ６）に対応する第１の反射光Ｌ３１（６）とでは、受光部３０に入射する際の入射角が異なる。

また、第２の偏向部３１は第１の偏向部２２と同期して動作しているため、タイミングｔ２においては、第２の偏向部３１は、図４Ｂに示すように、タイミングｔ１とは異なる状態（反射ミラーの向きがタイミングｔ１とは異なる状態）となっている。

この状態の第２の偏向部３１（ｔ２）に第１の反射光Ｌ３１が入射した場合、第１の反射光Ｌ３１は、第２の偏向部３１（ｔ２）への入射角（反射ミラーのミラー面に対する入射角）に応じて異なる光路をたどって第１の検出部３２の第１の検出素子３２Ｂに入射する。

ここで、第２の偏向部３１の状態は、第１の偏向部２２の状態と同期しているため、第２の偏向部３１の状態（反射ミラーの向き）は、走査光Ｌ２の投光方向に対応する。従って、タイミングｔ２においても、第１の反射光Ｌ３１を検出する検出セグメントＥＬの位置は、投光部２０に対する対象物ＯＢの距離に対応することとなる。

従って、例えば、対象物ＯＢ（Ｐ４）が投光部２０から対象物ＯＢ（Ｐ１）と同程度の距離だけ離れた位置に存在している場合、対象物ＯＢ（Ｐ４）に対応する第１の反射光Ｌ３１（４）は、対象物ＯＢ（Ｐ１）を検出する第１の検出セグメントＥＬ（１）によって検出される。

また、同様に、対象物ＯＢ（Ｐ５）が投光部２０から対象物ＯＢ（Ｐ２）と同程度の距離だけ離れた位置に存在している場合、対象物ＯＢ（Ｐ５）に対応する第１の反射光Ｌ３１（５）は、対象物ＯＢ（Ｐ５）を検出する第２の検出セグメントＥＬ（２）によって検出される。また、対象物ＯＢ（Ｐ６）が投光部２０から対象物ＯＢ（Ｐ３）と同程度の距離だけ離れた位置に存在している場合、対象物ＯＢ（Ｐ６）に対応する第１の反射光Ｌ３１（６）は、対象物ＯＢ（Ｐ３）を検出する第３の検出セグメントＥＬ（３）によって検出される。

このように、第１及び第２の偏向部２２及び３１が連動して偏向動作を行う場合、投光部２０に対する対象物ＯＢの位置は、走査光Ｌ２の投光方向に関わらず、第１の検出素子３２Ｂにおける第１の反射光Ｌ３１が検出される検出セグメントＥＬに対応する。測距部４０は、この光学的原理を用いて測距動作を行う。

本実施例においては、測距部４０のセグメント判定部４１は、第１の検出信号Ｓ１に基づいて、まず、いずれの検出セグメントＥＬによってパルスが検出されたかを判定する。そして、測距部４０の処理範囲決定部４２は、当該パルスが検出された検出セグメントＥＬに基づいて、第２の検出信号Ｓ２における測距処理（パルス検出）を行う範囲を限定する。そして、測距部４０の測距処理部４３は、当該限定された第２の検出信号Ｓ２の範囲内で対象物ＯＢまでの距離を測定する処理を行う。

すなわち、本実施例においては、測距部４０は、検出セグメントＥＬの各々の第１の反射光Ｌ３１の検出結果を用いて対象物ＯＢまでの距離の範囲を絞り込み、その範囲内で第２の検出信号Ｓ２を用いて測距を行う。従って、例えば、投光部２０が反射光Ｌ３（信号成分）に加えて比較的高い強度の環境光（ノイズ成分）を含む光を受光した場合でも、測距精度の低下（例えば環境光に対応する部分を反射光Ｌ３に対応するパルスであると誤判定することによる誤まった測距を行う確率）が抑制される。

また、第１の検出部３２の第１の検出素子３２Ｂは、種々の位置に存在する対象物ＯＢからの第１の反射光Ｌ３１の各々を受光する複数の検出セグメントＥＬを有する。従って、投光部２０及び受光部３０が分離されている場合であっても、対象物ＯＢからの反射光Ｌ３を漏れなく受光することができる。従って、走査領域Ｒ０を正確に走査することができ、また、対象物ＯＢまでの距離を正確に測定することができる。

なお、図３Ａに示すように、測距範囲を大きく超えた距離（例えば無限遠とみなせる距離）に対象物ＯＢが存在している場合、当該対象物ＯＢによって反射した反射光Ｌ３に対応する第１の反射光Ｌ３１（Ｆ）は、例えば、受光部３０の正面の方向から受光部３０に入射する。また、この第１の反射光Ｌ３１（Ｆ）は、走査光Ｌ２の投光方向に関わらず（例えばタイミングｔ２（図４Ａ）においても）同一の方向から受光部３０に入射する。

従って、この無限遠の位置から戻って来る第１の反射光Ｌ３１（Ｆ）は、第２の偏向部３１の状態（走査光Ｌ２の投光方向）に応じて異なる検出セグメントＥＬによって検出される。しかし、この第１の反射光Ｌ３１（Ｆ）は、比較的低い強度であること、また強度が大きく変化しないことから、信号処理によって容易に除去することができる。従って、この無限遠からの光成分が測距精度に与える影響は少ない。

一方、対象物ＯＢが投光部２０に近接している場合、その対象物ＯＢからの反射光Ｌ３は検出範囲を大きく超える強度を有している場合がある。図５Ａは、タイミングｔ１において対象物ＯＢが投光部２０に近接する位置Ｐ０に存在している場合の反射光Ｌ３の光路を示す図である。

図５Ａに示す場合、対象物ＯＢ（Ｐ０）に対応する反射光Ｌ３である第１の反射光Ｌ３１（０）は、他の位置の対象物ＯＢ（例えば対象物ＯＢ（Ｐ２））に比べてはるかに短い光路をたどって受光部３０に入射する。

従って、この第１の反射光Ｌ３１（０）は、走査光Ｌ２（ｔ１）の投光時からほとんど減衰せず、大きな強度を維持して受光部３０に到達する可能性がある。この第１の反射光Ｌ３１（０）は、第１及び第２の検出部３２及び２３（第１及び第２の検出素子３２Ｂ及び２３Ｂ）の検出感度の範囲を超えた強度を有していることが想定される。従って、この第１の反射光Ｌ３１（０）が第１及び第２の検出部３２及び２３に入射すると、その後一定時間検出動作を行えなくなる場合がある。

これに対し、本実施例においては、第１の検出素子３２Ｂの検出セグメントＥＬは、所定の範囲内で入射する第１の反射光Ｌ３１のみを検出する位置に配置されている。具体的には、本実施例においては、第１の検出素子３２Ｂの複数の検出セグメントＥＬは、第２の偏向部３１（本実施例においては反射ミラーのミラー面）に対して所定の入射角の範囲ＲＡ内で入射する反射光Ｌ３のみを検出する位置に配置されている。

従って、例えばこの入射角の範囲ＲＡから外れた角度で入射した第１の反射光Ｌ３１（０）は、検出セグメントＥＬのいずれにも入射せず、例えば受光部３０内で減衰又は消滅する。従って、許容範囲を超える強度の光が入射することによって検出セグメントＥＬの各々の検出動作が妨げられることが抑制される。

なお、受光部３０の第１の検出部３２の構成は図１に示す場合に限定されない。本実施例においては、第１の検出部３２は、第２の偏向部３１が第１の偏向部２３から離間する方向Ｄ１に対応する方向に沿って整列した複数の検出セグメントＥＬを有するラインセンサである場合について説明した。検出セグメントＥＬが方向Ｄ１に対応する方向に沿って整列していることで、反射光Ｌ３を検出した検出セグメントＥＬによって容易に対象物ＯＢの距離範囲（測距処理の範囲）を決定することができる。

しかし、第１の検出部３２は、各々が第２の偏向部３１を経た反射光Ｌ３を検出する複数の検出セグメントＥＬを有していればよい。複数の検出セグメントＥＬによって反射光Ｌ３（第１の反射光Ｌ３１）を検出することで、測距精度が向上する。

第１の検出部３２の他の構成例としては、例えば、複数の検出セグメントＥＬは、当該方向Ｄ１とは異なる方向に沿って整列していてもよい。複数の検出セグメントＥＬが方向に関わらず所定の方向に沿って整列していることで、例えば出射光Ｌ１を二次元的に偏向しつつ走査光Ｌ２として投光する場合などにおいて、反射光Ｌ３の検出精度が向上し、また測距処理の範囲を一定程度限定することができる。

また、本実施例においては、第１の検出素子３２Ｂの検出セグメントＥＬが所定の範囲内で入射する反射光Ｌ３のみを検出する位置に配置される場合について説明した。しかし、検出セグメントＥＬは、当該範囲外の位置に配置されていてもよい。

例えば、複数の検出セグメントＥＬは、互いに異なる検出可能範囲（感度範囲）を有していてもよい。そして、例えば投光部２０に近接した位置Ｐ０からの第１の反射光Ｌ３１（０）を受光する位置に設けられた検出セグメントＥＬは、他の検出セグメントＥＬよりも高い強度の光を検出可能なように構成されていればよい。

また、投光部２０から投光される走査光Ｌ２は、ドット状及びライン状など、種々のビーム形状を有し得る。例えば、図６Ａは、ライン状の細長いビーム形状を有する走査光Ｌ２を投光部２０が投光する場合の走査光Ｌ２の光路を模式的に示す図である。例えば、投光部２０は、受光部３０が投光部２０から離間する方向Ｄ１に垂直な方向Ｄ２に沿ってライン状に延びるビーム形状の光を走査光Ｌ２として投光してもよい。

この場合、例えば、光源部２１は、ライン状のレーザ光を出射光Ｌ１として出射すればよい。また、例えば、第１の偏向部２２は、走査光Ｌ２を当該方向Ｄ１に沿った方向において偏向することで、走査領域Ｒ０の全体に走査光Ｌ２を投光することができる。

例えば、ライン状の走査光Ｌ２は、対象物ＯＢの所定の表面領域に同時に照射される。そして、例えば、対象物ＯＢが投光部２０に対して平坦な表面形状を有する場合、受光部３０にはライン状の第１の反射光Ｌ３１に入射することとなる。

図６Ｂは、受光部３０の第１の検出素子３２Ｂの構成例を示す図である。例えば、第１の検出素子３２Ｂは、方向Ｄ１及びＤ２に対応する方向をそれぞれ行方向及び列方向としてマトリクス状に（２次元的に）配置された複数の検出セグメントＥＬを有していてもよい。図６Ｂは、第１の検出素子３２Ｂが７行７列で配列された合計４９個の検出セグメントＥＬ１１～ＥＬ７７を有する場合の構成を示す図である。

この場合、図６Ｂに示すように、例えば、第１の位置Ｐ１に存在する対象物ＯＢ（Ｐ１）からの第１の反射光Ｌ３１（１）、第２の位置Ｐ２に存在する対象物ＯＢ（Ｐ２）からの第１の反射光Ｌ３１（２）、及び第３の位置Ｐ３に存在する対象物ＯＢ（Ｐ３）からの第１の反射光Ｌ３１（３）の各々は、それぞれ、方向Ｄ１に対応する方向におけるいずれかの列に配置された複数の検出セグメントＥＬに入射することとなる。例えば、第１の反射光Ｌ３１（２）は、検出セグメントＥＬ１１、ＥＬ２１、ＥＬ３１、ＥＬ４１、ＥＬ５１、ＥＬ６１及びＥＬ７１の各々に入射することができる。

上記したように、例えば、投光部２０はライン状の走査光Ｌ２を投光してもよいし、受光部３０は方向Ｄ１及びＤ２に沿って整列したマトリクス状の検出素子ＥＬを有する第１の検出素子３２Ｂを有していてもよい。また、この場合であっても、検出セグメントＥＬ１１～ＥＬ７１のうちの最も高い強度の光が検出された検出セグメントＥＬの位置を考慮することで、正確な測距を行うことができる。

また、本実施例においては、投光部２０が反射光Ｌ３を検出する第２の検出部２３を有し、この第２の検出部２３による反射光Ｌ３の検出結果を用いて測距を行う場合について説明した。しかし、例えば、受光部３０の検出セグメントＥＬの各々の検出結果に基づいて十分な測距を行うことができる場合、投光部２０は検出部２３を有していなくてもよい。すなわち、投光部２０は投光専用ユニットであってもよく、測距部４０は、検出セグメントＥＬの各々による反射光Ｌ３の検出結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定すればよい。

また、本実施例においては、第１及び第２の偏向部２２及び３１がＭＥＭＳミラーからなる場合について説明した。しかし、第１の偏向部２２は、光源部２１からの出射光Ｌ１を方向可変に偏向しつつ走査領域Ｒ０に向けて投光するように構成されていればよい。また、第２の偏向部３１は、第１の偏向部２２と連動して動作し、対象物ＯＢからの反射光Ｌ３を偏向するように構成されていればよい。例えば、第１の偏向部２２又は第２の偏向部３１は、ポリゴンミラー、ガルバノミラー又は可動レンズであってもよい。

このように、本実施例においては、測距装置１０は、光源部２１及び光源部２１からの出射光Ｌ１を方向可変に偏向しつつ走査光Ｌ２として走査領域Ｒ０（所定の領域）に向けて投光する第１の偏向部２２を有する投光部２０と、第１の偏向部２２と連動して動作する第２の偏向部３１及び第２の偏向部３１を経た対象物ＯＢからの反射光Ｌ３を検出する検出部（第１の検出部）３２を有する受光部３０と、受光部３０による反射光Ｌ３の受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部４０と、を有する。

また、検出部３２は、各々が第２の偏向部３１を経た反射光Ｌ３を検出する複数の検出セグメントＥＬを有する。従って、対象物ＯＢからの反射光Ｌ３を正確に検出し、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。

また、投光部２０が第１の偏向部２２に戻ってきた第２の反射光Ｌ３２を検出する検出部（第２の検出部）２３を有することで、受光部３０の検出部３２の検出結果を含めて総合的に測距を行うことができる。従って、測距精度が向上する。

また、例えば第１の検出部３２による検出結果である第１の検出信号Ｓ１は、測距以外の用途、例えば対象物ＯＢの単純な検出又は対象物ＯＢの形状の検出などの用途に用いられることができる。従って、測距装置１０は、測距部４０を有していなくてもよい。測距装置１０が測距部４０を有していない場合、例えば投光部２０、受光部３０及び制御部５０は、走査装置を構成する。

例えば、本発明による走査装置は、光源部１１及び光源部１１からの出射光Ｌ１を方向可変に偏向しつつ走査光Ｌ２として走査領域Ｒ０（所定の領域）に向けて投光する第１の偏向部２２を有する投光部２０と、第１の偏向部２２と連動して動作しかつ対象物ＯＢからの反射光Ｌ３を受光して偏向する第２の偏向部３１及び第２の偏向部３１を経た反射光Ｌ３を検出する検出部（第１の検出部）３２を有する受光部３０と、を有する。また、検出部３２は、各々が第２の偏向部３１を経た反射光Ｌ３を検出する複数の検出セグメントＥＬを有する。この場合、検出部３２は、検出セグメントＥＬの各々による反射光Ｌ３の検出結果（及びこれを示す検出信号Ｓ１）を走査領域Ｒ０の走査結果として出力すればよい。従って、対象物ＯＢからの反射光を正確に検出し、正確な光走査を行うことが可能な走査装置を提供することができる。

１０測距装置
２０投光部
２１光源部
２２第１の偏向部
２３検出部
３０受光部
３１第２の偏向部
３２検出部
４０測距部

Claims

光源部と、前記光源部からの出射光を方向可変に偏向しつつ走査光として所定の領域に向けて投光する第１の偏向部と、を含む投光部と、
前記第１の偏向部と連動して動作し、前記走査光が前記所定の領域内の対象物によって反射した反射光を受光して偏向する第２の偏向部と、各々が前記第２の偏向部を経た前記反射光を検出する複数の検出セグメントを含む検出部と、を含む受光部と、を有することを特徴とする走査装置。