WO2019065484A1 - 測距装置及び光走査装置 - Google Patents

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scanning
distance measurement
unit
emission
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孝典 落合
健久 奥山
琢磨 柳澤
奥田　義行
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パイオニア株式会社
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    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners

Definitions

  • the present invention relates to an optical scanning device that performs optical scanning and a distance measuring device that performs optical distance measurement.
  • the distance measuring apparatus is configured to measure the distance to the object by irradiating the light to the object in the target area and detecting the light reflected by the object. Further, for example, there is known a distance measuring apparatus which performs two-dimensional or three-dimensional distance measurement by performing optical scanning of the target area with an optical scanner.
  • a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror is mounted as a light scanning device in the light scanning type distance measuring device.
  • the MEMS mirror is provided with a light reflection surface, and the light reflection surface oscillates (oscillates) in a two-dimensional manner.
  • the target area can be scanned with the light reflected by the light reflecting surface.
  • Patent Document 1 discloses an optical distance measuring apparatus having an optical scanning unit capable of performing a Lissajous scan of light incident on the light reflecting surface by swinging a movable portion having the light reflecting surface. There is.
  • each of a plurality of points in the scanning trajectory is taken as a distance measuring point, and the distance measuring operation is performed for each of the distance measuring points.
  • the distance measuring operation is performed a plurality of times with respect to the same distance measurement point in one scanning cycle (distance measurement cycle). For example, when an accurate ranging result is obtained at the time of the first ranging with respect to the same ranging point, the second ranging operation may be unnecessary.
  • the distance measuring operation performed for the intersection is performed under conditions different from those for the other non-intersecting distance measuring points.
  • the execution and non-execution of each of a plurality of distance measurement operations at the intersection which can be performed within one distance measurement cycle can be switched according to the distance measurement processing speed, distance measurement accuracy, etc. required of the device. Is preferred.
  • the scanning at the points where the scanning positions overlap is other
  • the scanning is performed under conditions different from the scanning at the scanning position of.
  • the present invention has been made in view of the above-described point, and an object of the present invention is to provide a distance measuring apparatus capable of adjusting conditions of distance measuring operation at distance measuring points where scanning trajectories intersect. There is. Another object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of adjusting the conditions of scanning operation at points where scanning trajectories intersect.
  • the invention according to claim 1 is characterized in that a light source unit for emitting pulsed light and a crossing point at which a locus of the pulsed light intersects when scanning a predetermined area with the pulsed light and looking at a virtual surface in the predetermined area.
  • a pulse to an intersection based on a predetermined condition of the reflected light and the distance measuring unit that receives the reflected light from the object irradiated with the pulsed light and measures the distance to the object;
  • a controller configured to control emission of light.
  • a light source section for emitting light
  • a light scanning section for scanning a predetermined area with light while changing the irradiation direction of light, and reflection from an object irradiated with light.
  • the light scanning unit includes a light receiving unit that receives light and a control unit that controls emission of light, and the light scanning unit is configured to emit light multiple times in the same direction in one scanning cycle, and the control unit is
  • the present invention is characterized in that the number of times of light irradiation in the same direction in one scanning cycle is controlled based on a predetermined condition for reflected light.
  • FIG. 1 is a block diagram of a distance measuring apparatus according to a first embodiment.
  • 5 is a top view of a scanner in the distance measuring apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a scanner in the distance measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic operation explanatory view of the distance measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic operation explanatory view of the distance measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a waveform of a drive signal applied to a scanner of the distance measuring apparatus according to the first embodiment and a scanning locus of pulse light by the scanner.
  • FIG. 2 is a view showing distance measurement points of the distance measurement apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing an emission configuration of pulse light at a distance measurement point in the distance measurement apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram of a control unit in the distance measuring apparatus according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a view showing an emission configuration of pulse light at a distance measurement point in a distance measurement apparatus according to a second embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram of a distance measuring apparatus 10 according to a first embodiment.
  • the distance measuring apparatus 10 is an optical distance measuring apparatus that optically measures the distance to an object. The entire configuration of the distance measuring apparatus 10 will be described with reference to FIG.
  • the distance measuring apparatus 10 includes the light source unit 11 including the light source 11A and the light source drive circuit 11B that drives the light source 11A.
  • the light source 11A generates and emits pulsed laser light (hereinafter referred to as pulsed light).
  • the light source drive circuit 11B generates a drive signal for the light source 11A to emit pulsed light, and applies it to the light source 11A.
  • the distance measuring apparatus 10 uses a pulse light emitted from the light source 11A of the light source unit 11 to measure an area (hereinafter referred to as a scanning target area) including an area to be subjected to distance measurement (hereinafter referred to as an effective scanning area). It has the light scanning part 12 to scan.
  • the light scanning unit 12 includes a scanner (light scanning unit) 12A that performs light scanning of the scanning target area using the pulse light, and a scanner drive circuit 12B that drives the scanner 12A.
  • the scanner drive circuit 12B generates a drive signal for driving the scanner 12A and applies it to the scanner 12A.
  • the distance measuring apparatus 10 has a distance measuring unit 13 which receives light obtained by the operation of the scanner 12A of the light scanning unit 12 and measures the distance to an object present in the effective scanning area.
  • the distance measuring unit 13 receives a light receiving unit 13A that receives and detects light (hereinafter referred to as reflected light) in which pulse light is reflected by the target object, and reflected light received by the light receiving unit 13A.
  • a measuring unit 13B that measures the distance between the distance measuring device 10 and the object.
  • the distance measuring unit 13 generates distance measurement data indicating the result of distance measurement (distance information) to the object irradiated with each of the light pulses in the pulsed light.
  • the distance measurement unit 13 generates one distance measurement data including the plurality of distance information for each scanning cycle of the light scanning unit 12. Note that the scanning cycle refers to a period until the scanning state at an arbitrary time point returns to the scanning state again after that when the scanning of the scanning target area is repeated.
  • the distance measuring apparatus 10 includes an information processing unit 14 that performs various processes on information indicating the distance measurement result by the distance measuring unit 13.
  • the information processing unit 14 generates the image data for imaging the distance measurement data generated by the distance measurement unit 13 as a two-dimensional or three-dimensional map, and the image data It has display part 14B to display.
  • the image generation unit 14A converts each of the plurality of distance measurement data generated by the distance measurement unit 13 into image data for each scanning cycle of the light scanning unit 12.
  • the display unit 14B displays the plurality of image data as a moving image in time series.
  • the distance measuring apparatus 10 includes a control unit 15 that controls operations of the light source unit 11, the light scanning unit 12, the distance measuring unit 13, and the information processing unit 14.
  • the control unit 15 acquires information (scanning condition information) indicating the scanning condition of the light scanning unit 13 from the light scanning unit 13 and estimates the actual scanning trajectory of the light scanning unit 13 It has a trajectory estimation unit 15A, and a distance measurement history acquisition unit 15B for acquiring a history of distance measurement by the distance measurement unit 13 from the distance measurement unit 13.
  • the control unit 15 also has a light source control unit 15C that performs operation control of the light source unit 11 based on the actual scanning trajectory of the light scanning unit 12 and the distance measurement history of the distance measurement unit 13.
  • the light source unit 11, the light scanning unit 12, the light receiving unit 13A, and the light source control unit 15C constitute an optical scanning device in the present distance measuring apparatus 10.
  • the light scanning device is used for various applications, for example, the light emitted from the light source unit 11 does not have to be pulsed light, that is, pulsed laser light, and can be received by the light receiving unit 13A. It may be light (detectable) (electromagnetic wave).
  • FIG. 2A is a schematic top view of the scanner 12A of the light scanning unit 12. As shown in FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view of the scanner 12A. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 2A. A configuration example of the scanner 12A will be described using FIGS. 2A and 2B.
  • the scanner 12A includes a light reflecting film (mirror) 24 having a light reflecting surface 24A that reflects light (electromagnetic waves), and the light reflecting film 24 oscillates in a two-dimensional manner. Mechanical Systems) mirror. Further, in the present embodiment, the scanner 12A is configured to oscillate the light reflecting film 24 electromagnetically.
  • a light reflecting film mirror 24 having a light reflecting surface 24A that reflects light (electromagnetic waves), and the light reflecting film 24 oscillates in a two-dimensional manner. Mechanical Systems) mirror.
  • the scanner 12A is configured to oscillate the light reflecting film 24 electromagnetically.
  • the scanner 12A includes a fixed portion (base portion) 21, a movable portion (rocking portion) 22, a driving force generation unit 23, and a light reflection film 24.
  • the scanner 12A is configured such that the light reflecting film 24 swings about two swinging axes (first and second swinging axes) AX and AY orthogonal to each other. There is.
  • the fixed portion 21 includes a fixed substrate B1 and an annular fixed frame B2 formed on the fixed substrate B1.
  • the movable portion 22 includes a pair of torsion bars (first torsion bars) TX, one end of each of which is fixed to the inside of the fixed frame B2.
  • Each of the pair of torsion bars TX is formed of a rod-like elastic member having at least circumferential elasticity. It is aligned along the swing axis AX.
  • the movable portion 22 has an annular swinging frame (movable frame) SX whose outer peripheral side surface is connected to the other end of each of the pair of torsion bars TX.
  • the movable portion 22 has a pair of torsion bars (one end connected to the side surface of the inner peripheral portion of the movable frame SX) and aligned in a direction (direction along the swing axis AY) orthogonal to the pair of torsion bars TX.
  • a second torsion bar TY and an oscillating plate (movable plate) SY whose outer peripheral side surface is connected to the other end of each of the pair of torsion bars TY.
  • Each of the pair of torsion bars TY is formed of a rod-like elastic member having at least circumferential elasticity.
  • the swing frame SX swings around the swing axis AX
  • the swing plate SY swings around the swing axes AX and AY.
  • a light reflection film 24 is formed on the rocking plate SY. Accordingly, the light reflecting surface 24A of the light reflecting film 24 swings about the swing axes AX and AY orthogonal to each other together with the swing plate SY.
  • the driving force generation unit 23 includes a permanent magnet MG disposed on the fixed substrate B1, and a metal wire (first coil) CX drawn around the swing frame SX along the outer periphery of the swing frame SX. And a metal wire (second coil) CY drawn around the outer periphery of the rocking plate SY on the rocking plate SY.
  • the permanent magnet MG is composed of a plurality of magnet pieces provided in the outer region of the fixed frame B2 on the fixed substrate B1.
  • four magnet pieces are arranged at positions outside the pair of torsion bars TX and TY along the respective swing axes AX and AY.
  • two magnet pieces facing each other in the direction along the swing axis AX are arranged such that parts showing opposite polarities face each other.
  • the two magnet pieces facing each other in the direction along the swing axis AY are arranged such that portions exhibiting opposite polarities face each other.
  • a pair of torsion bars TX is generated by the interaction with the magnetic field generated by the two magnet pieces of the permanent magnet MG aligned in the direction along the swing axis AY. Twisting in the circumferential direction, the swing frame SX swings around the swing axis AX. Similarly, the pair of torsion bars TY are twisted by the current flowing through the metal wiring CY and the magnetic field by the two magnet pieces of the permanent magnet MG aligned in the direction along the swing frame AX, and the swing plate SY is the swing axis AY. Swing around the
  • the metal wires CX and CY are connected to the scanner drive circuit 12B.
  • the scanner drive circuit 12B supplies a current (drive signal) to the metal wires CX and CY.
  • the driving force generation unit 23 generates an electromagnetic force that causes the movable portion 22 and the light reflecting film 24 to swing by application of the driving signal.
  • the light reflecting film 24 has a disk shape. Further, the central axis AC of the light reflecting film 24 is provided at a position orthogonal to the swing axes AX and AY.
  • the light reflecting film 24, the swing frame SX, and the swing plate SY are configured and arranged to be coaxial.
  • the movable portion 22 and the light reflecting film 24 are disposed in rotational symmetry with respect to the central axis AC of the light reflecting film 24.
  • the fixed substrate B1 of the fixed portion 21 has a recess.
  • the fixed frame B2 is fixed to the fixed substrate B1 so as to suspend the movable portion 22 in the recess of the fixed substrate B1.
  • the fixed frame B2 and the movable portion 22 are parts of the semiconductor substrate formed by processing, for example, a semiconductor substrate.
  • the light reflection film 24 is swingably suspended (supported) in the recess of the fixed substrate B1 together with the swing plate SY.
  • the permanent magnet MG is formed outside the recess on the fixed substrate B1.
  • the torsion bars TX and TY are twisted, so that both ends of the movable portion 22 sandwiching the torsion bars TX and TY in the inside of the fixed frame B2 move in the direction and toward the recess of the fixed substrate B1. Swing in the direction.
  • the light reflecting film 24 swings with respect to the fixed frame B2 with one point on the central axis AC as a swing center.
  • FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a schematic arrangement example of the light source 11A and the scanner 12A.
  • FIG. 3A is a view schematically showing a path of the pulse light L1 when the pulse light L1 emitted from the light source 11A is irradiated to the object OB.
  • FIG. 3B is a view schematically showing a path of the reflected light L3 when the reflected light L3 reflected from the object OB is received by the light receiving unit 13A of the distance measuring unit 13.
  • the light source 11A generates pulsed light L1 and emits it toward the light reflection film 24 (light reflection surface 24A) of the scanner 12A.
  • a beam splitter BS is provided on the optical path of the pulsed light L1 between the light source 11A and the scanner 12A. At the time of emission of the pulsed light L1, the pulsed light L1 passes through the beam splitter BS and travels toward the scanner 12A.
  • the light source 11A generates and emits the pulsed light L1 based on the drive signal (light source drive signal) DL supplied from the light source drive circuit 11B. Specifically, the light source 11A emits a laser pulse as the pulsed light L1 at a timing based on the drive signal DL.
  • the light reflection film 24 of the scanner 12A reflects the pulse light L1 to generate a scanning light (ranging light) L2, and emits the scanning light L2 toward a scanning target region R0 which is a region to be scanned.
  • the object OB an object or fluid having a property of reflecting the pulse light L1
  • the scanning light L2 is irradiated to the object OB.
  • the scanner 12A changes the reflection direction of the pulse light L1 by swinging the light reflection film 24 (the light reflection surface 24A). More specifically, the scanner drive circuit 12B generates drive signals (first and second scanner drive signals) DX and DY for causing the light reflecting film 24 to swing around the swing axes AX and AY, respectively. Do. In the present embodiment, the drive signals DX and DY are respectively supplied to the metal wires CX and CY of the scanner 12A. As a result, the light reflection film 24 swings, and the reflection direction of the pulse light L1, that is, the emission direction of the scanning light L2 changes.
  • the scanning target region R0 has a width and a height corresponding to a swingable range (variable range in the direction of the scanning light L2) around the swing axes AX and AY of the light reflection film 24, and the scanning light It is a virtual three-dimensional space having a depth corresponding to the reachable distance of L2.
  • the scanning target area R0 is illustrated as a space surrounded by a broken line.
  • the reflected light L3 which is the scanning light L2 reflected by the object OB, returns to the light reflection film 24 (light reflection surface 24A). Then, the reflected light L3 is reflected by the light reflecting surface 24A, separated by the beam splitter BS, and then received (detected) by the light receiving unit 13A of the distance measuring unit 13. For example, the light receiving unit 13A generates an electrical signal (light receiving signal) based on the intensity of the reflected light L3.
  • the measuring unit 13B of the distance measuring unit 13 measures, for example, the distance between the light receiving unit 13A and the object OB based on the reflected light L3 received by the light receiving unit 13A.
  • the measuring unit 13B performs distance measurement of the object OB using a time of flight method.
  • the distance measuring apparatus 10 performs the distance measuring operation on the object in the predetermined area.
  • a virtual surface separated by a predetermined distance from the scanner 30 in the scanning target region R0 may be referred to as a scanning target surface R1.
  • the effective scanning region to be subjected to distance measurement in the distance measuring apparatus 10 is a region (space) excluding the outer edge portion of the scanning target region R0 (scanning target surface R1). Is illustrated as an inner area (effective scan plane) R2 excluding the outer edge portion of the scan target plane R1.
  • the distance measuring operation of the distance measuring apparatus 10 is performed using the scanning light L2 emitted toward the effective scanning surface R2.
  • the scanning target surface R1 and the effective scanning surface R2 are not actually present, but are virtual irradiation surfaces of the scanning light L2 on the assumption that the scanning light L2 is present in the emission direction of the scanning light L2.
  • the image generation unit 14A of the information processing unit 14 obtains distance measurement data for each of the pulse lights L1 (scanning light L2) emitted into the effective scanning region (effective scanning surface R2), and these distance measurement data are obtained. Image data as pixel data is generated.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship between the drive signals DX and DY generated by the scanner drive circuit 12B, the change in the rocking state of the scanner 12A based on these, and the scanning trajectory of the scanning light L2.
  • the operation mode of the scanner 12A and the scanning mode of the scanning target area R0 by the scanning light L2 will be described with reference to FIG.
  • variable theta 1 the drive signal DX is, the torsion bar TX scanner 12A, the oscillating frame SX, is set to be a sine wave of a frequency corresponding to the resonance frequency of the torsion bar TY and the swinging plate SY.
  • variable theta 2 the drive signal DY is set to be a sine wave of a frequency corresponding to the resonance frequency of the torsion bar TY and the swinging plate SY scanner 12A.
  • the light reflection film 24 (the swinging plate SY) resonates around the swing axis AX and resonates around the swing axis AY. Therefore, as shown in FIG. 4, when the scanning target surface R1 of the scanning target region R0 is viewed, the scanning light L2 which is the pulsed light L1 reflected by the light reflection film 24 of the scanner 12A draws a Lissajous curve. A locus TR (L2) is shown.
  • the scanner 12A (the light scanning unit 12) reflects the pulsed light L1 and performs light reflection oscillating about the first and second oscillation axes AX and AY orthogonal to each other. It has a surface 24A, and is configured to scan the scan target region R0 along a scan locus according to a Lissajous curve.
  • FIG. 5A is an enlarged view of a partial region R21 in the effective scanning surface R2 surrounded by a broken line in FIG.
  • a locus TR of the scanning light L2 is a first locus line group G1 including a plurality of first locus lines (line segments) TR1 along the first direction DR1, and a first locus line group G1. It consists of a second trajectory line group G2 composed of a plurality of second trajectory lines (line segments) TR2 along a second direction DR2 different from the direction DR1. Then, in the effective scanning surface R2, there is a point at which the first trajectory line TR1 and the second trajectory line TR2 intersect (overlap).
  • the distance measurement point group MP A distance measurement point where the first and second trajectory lines TR1 and TR2 intersect (hereinafter sometimes referred to as an intersection or a cross distance measurement point) P1, and a measurement that the first and second trajectory lines TR1 and TR2 do not intersect It is classified into distance measuring point (hereinafter sometimes referred to as non-crossing distance measuring point) P2.
  • the emission direction of the pulse light L1 (that is, the scanning light L2) reflected by the light reflecting surface 24A is the same. That is, when scanning along the Lissajous curve, light emission in the same direction is performed multiple times during one scanning cycle.
  • the non-crossing distance measurement point P2 is a distance measurement point on the first trajectory line TR1 or a distance measurement point on the second trajectory line TR2.
  • FIG. 5B is a diagram schematically illustrating the distance measurement operation along the time series of the distance measurement points P (t).
  • distance measurement timing t distance measurement timing t
  • position and type of distance measurement point P (t) corresponding to the timing t and emission and non-emission of pulsed light L1 for each distance measurement point P (t) by the control unit 15
  • emission and non-emission of pulsed light L1 for each distance measurement point P (t) by the control unit 15 An example of switching is shown.
  • the light source drive circuit 11B supplies the light source 20 with a drive signal DL for emitting the pulsed light L1 at predetermined time intervals to the light source 11A.
  • the light source 11A is configured to emit the pulsed light L1 repeatedly at predetermined intervals on the first and second trajectory lines TR1 and TR2.
  • the timing t proceeds in the order of timings t1 to t4 and t5 to t7, and the pulse light L1 is measured from the distance measurement point P (t1) along the first trajectory line TR1.
  • the pulse light L1 is measured from the distance measurement point P (t1) along the first trajectory line TR1.
  • control unit 15 causes the light source to stop emission of the pulsed light L1 at a timing t7 later in time series with respect to the distance measurement point P1 at which the first and second trajectory lines TR1 and TR2 intersect.
  • the unit 11 (the light source 11A and the light source drive circuit 11B) is controlled. That is, when the scanning light L2 is emitted in the same direction in one scanning cycle, the pulse light L1 is not emitted at the timing t7 which is time-sequentially late.
  • the actual scanning trajectory estimation unit 15A of the control unit 15 acquires, from the light scanning unit 12, information indicating the rocking state of the scanner 12A. Thereby, the control unit 15 estimates an actual scanning trajectory (for example, a parameter specifying a Lissajous curve) of the scanning light L2 on the effective scanning surface R2 from the change of the actual rocking condition of the scanner 12A. Further, the distance measurement history acquisition unit 15B of the control unit 15 measures the distance measurement history for each scanning light L2 from the distance measurement unit 13 toward the distance measurement point P (t) in one scanning cycle, for example, in this embodiment. Acquires a history of past irradiation results of the pulse light L1 to the intersection P1.
  • an actual scanning trajectory for example, a parameter specifying a Lissajous curve
  • the control unit 15 determines (estimates) the swing angle of the light reflection surface 24A at each timing t. Further, it is determined whether the emission direction of the scanning light L2 at each timing t, that is, whether the distance measurement point P (t) on the effective scanning surface R2 is the cross distance measurement point P1 or the non-cross distance measurement point P2. Further, the control unit 15 determines that distance measurement with respect to the cross distance measurement point P1 has already been performed at timing t3 and is performed redundantly again at timing t7 by timing t6.
  • control unit 15 performs operation control of the light source 11A so that the distance measuring unit 13 does not perform distance measurement at the timing t7, that is, the light source 11A does not emit the pulsed light L1.
  • the light source control unit 15C of the control unit 15 causes the light source drive circuit 11B to generate the light source drive signal DL so as to stop the emission of the pulsed light L1 at timing t7.
  • control unit 15 is based on the actual scanning trajectory of the light scanning unit 12 and the past distance measurement history at the distance measurement point P (t7) where the scanning locus TR overlaps.
  • the emission of the pulse light L1 at the timing t7 to the distance measurement point P (t7) where the scanning locus TR overlaps is controlled (in this embodiment, the emission is stopped).
  • the distance measurement operation with the scanning light L2 directed to the distance measurement points P (t3) and P (t7) at the same position on the effective scanning surface R2 is performed redundantly, that is, unnecessary distance measurement operation is suppressed Be done. Therefore, in the light scanning type distance measuring apparatus 10 which performs scanning in the trajectory according to the Lissajous curve, the distance measuring operation at the distance measuring point P1 where the scanning locus TR intersects is optimized.
  • the configuration of the distance measuring apparatus 10 in the present embodiment is merely an example.
  • the scanner 12A of the light scanning unit 13 is a MEMS scanner that electromagnetically swings the light reflecting surface 24A, and the scanning trajectory TR has a scanning mode that draws a Lissajous curve.
  • the configuration of the light scanning unit 13 is merely an example.
  • the driving force of the scanner 12A is not limited to electromagnetic force, and may be electrostatic force or piezoelectric power.
  • the driving force generation unit 23 is not the permanent magnet MG and the metal wires CX and CY, but on the fixed frame B2, the rocking frame SX and the rocking plate SY, respectively.
  • the electrode pairs may be spaced apart from each other.
  • the scanner drive circuit 12B may be configured to apply voltages as the drive signals DX and DY to the electrodes.
  • the scanner 12A (the light scanning unit 12) is not limited to the case where the scanning target region R0 is scanned by the trajectory according to the Lissajous curve.
  • the scanning trajectory may be different for each scanning cycle (every frame of image data).
  • the light scanning unit 12 may be configured to scan the scanning target region R0 (effective scanning surface R2) with the pulsed light L1 (scanning light L2) along the intersecting scanning locus TR.
  • the control unit 15 stops the emission of the pulsed light L1 at the later timing t7 among the timings t3 and t7 at which the scanning locus TR emits the pulsed light L1 toward the distance measurement point P1.
  • the control unit 15 may perform control to stop the emission of the pulsed light L1 at the earlier timing t3 of the timings t3 and t7.
  • the scanning condition of the light scanning unit 12 that is, the actual scanning locus TR during scanning or the emission direction of the scanning light L2
  • the distance measurement history by the distance measurement unit 14 is considered.
  • the control condition of the light source unit 11 by the control unit 15 is not limited to this.
  • the scanning locus TR of the scanning light L2 by the light scanning unit 12 is assumed to follow the same locus as the designed locus. Ru. Therefore, it is possible to identify in advance the distance measurement point P1 at which the scanning locus TR and the scanning locus TR intersect. Therefore, the control unit 15 is configured to stop the emission of the pulsed light L1 to the distance measurement point P1 at the emission timing of the scanning light L2 for which the scanning trajectory TR is known to overlap, for example, as an initial setting. It may be
  • the distance measuring apparatus 10 scans the predetermined area (the scanning target area R0) with the light source unit 11 that emits the pulsed light L1 and the pulsed light L1.
  • a light scanning unit 12 having an intersection P1 at which a locus TR of the pulse light L1 intersects a virtual surface (effective scanning surface R2) and a control unit that switches between emission and non-emission of the pulse light L1 to the intersection P1 And 15. Accordingly, it is possible to provide the distance measuring apparatus 10 capable of adjusting the conditions of the distance measuring operation at the distance measuring point P1 where the scanning trajectories intersect.
  • FIG. 6A is a block diagram of the control unit 16 of the distance measuring apparatus 10A according to the second embodiment.
  • Distance measuring apparatus 10 ⁇ / b> A has the same configuration as distance measuring apparatus 10 except for the configuration of control unit 16.
  • the control unit 16 similarly to the control unit 15, the control unit 16 includes an actual scanning trajectory estimation unit 15A and a distance measurement history acquisition unit 15B.
  • control unit 16 and the distance measurement likelihood determination unit 16A which determine the distance measurement likelihood at each distance measurement point P (t) based on the distance measurement history acquired from the distance measurement unit 13
  • the light source control unit 16B controls emission of the pulse light L1 to the distance measurement point P1 where the scanning loci TR overlap within one scanning cycle based on the distance measurement likelihood.
  • the distance measurement likelihood determination unit 16A acquires, for example, information on the light reception result (light reception signal) of the reflected light L3 from the object OB from the light reception unit 13A of the distance measurement unit 13. Then, the distance measurement likelihood determination unit 16A determines the likelihood of the distance measurement result at each distance measurement point P (t) based on the light reception result of the reflected light L3. For example, the distance measurement likelihood determination unit 16A classifies the distance measurement result at each distance measurement point P (t) into a predetermined likelihood level (for example, high likelihood or low likelihood).
  • a predetermined likelihood level for example, high likelihood or low likelihood
  • control unit 15 pulse light from the light source unit 11 to the distance measurement point P1 at which the scanning trajectory TR overlaps. Control the emission of L1.
  • 6B shows the distance measurement timing t, the position and type of the distance measurement point P (t) corresponding to the timing t, and the emission and non-emission of the pulsed light L1 for each distance measurement point P (t) by the control unit 16. It is a figure which shows the example of switching.
  • the distance measurement likelihood determination unit 16A of the control unit 16 determines the distance measurement result for the distance measurement point P (t3) at the timing t3 at which the first and second trajectory lines TR1 and TR2 intersect. Based on the distance measurement likelihood of the distance measurement point P (t3) is determined. Then, for example, when it is determined that the distance measurement likelihood with respect to the distance measurement point P (t3) at the timing t3 is low, the light source control unit 16B is a timing to pass the distance measurement point P (t3) next. At timing t7, in order to perform distance measurement again, control is performed to cause the light source unit 11 to emit the pulse light L1.
  • the control unit 16 of the distance measuring apparatus 10A performs the next timing (timing t7) passing through the intersection distance measurement point P1 based on the distance measurement likelihood in the past distance measurement at the intersection distance measurement point P1. It is determined again whether to emit the pulsed light L1. That is, the distance measuring apparatus 10A avoids unnecessary distance measuring operation at the cross distance measuring point P1, and performs the distance measuring operation again (multiple times) for the distance measuring point P (t) where the likelihood of the distance measurement result is low. Is configured to do. Accordingly, it is possible to provide the distance measuring apparatus 10A capable of performing a highly accurate distance measuring operation while suppressing the processing load at the time of operation.
  • the control unit 16 includes the distance measurement likelihood determination unit 16A, and the next distance measurement operation at the intersection distance measurement point P1 is performed based on the distance measurement likelihood at the intersection distance measurement point P1.
  • the case of switching between the execution and non-execution of (the emission of the pulse light L1) has been described.
  • the conditions under which the control unit 16 switches the emission of the pulse light L1 at the intersection distance measurement point P1 are not limited to the distance measurement likelihood at the time of the past distance measurement.
  • the control unit 16 measures the distance to the intersection distance measuring point P1 at the timing before the distance measurement of the intersection distance measuring point P1.
  • the emission control of the pulsed light L1 by the light source unit 11 at P1 may be performed.
  • the distance measurement likelihood at the time of distance measurement in the past is low.
  • the distance measurement likelihood of distance measurement point P (t6) which is non-crossing distance measurement point P2 at the timing (timing t6) immediately before that is high and distance measurement information at crossing distance measurement point P (t7) is If it can be estimated, it may not be necessary to perform distance measurement again. In this case, even if the distance measurement likelihood in the past distance measurement is low, the control unit 16 controls the light source unit 11 so as not to emit the pulse light L1 at the cross distance measurement point P1. You may
  • the control unit 16 determines the intersection distance measurement point P1 based on the total light amount of the pulse light L1 emitted within a predetermined time toward the partial region in the scan target region R0 including the intersection distance measurement point P1.
  • the emission of the pulsed light L1 to the light source may be controlled.
  • the control unit 16 performs emission control of the pulsed light L1 by the light source unit 11 based on the number of times of the pulsed light L1 emitted within a predetermined time toward the inside of a partial region including the intersection distance measurement point P1. May be This is to consider that the pulse light L1 is concentrated and emitted in the same direction within the predetermined time, in addition to considering avoiding the unnecessary (excessive) number of distance measurement operations in the predetermined area. It is a condition to consider that the pulsed light L1 adversely affects the health of organisms such as the human body.
  • the control unit 16 may perform emission control of the light source unit 11 by providing this safety restriction.
  • the control unit 16 outputs the number of times of emission of pulsed light L1 in a partial region including the distance measurement point P (t7) in the scanning target region R0 or in the scanning target region R0 Information on the emission intensity may be acquired, and based on this, the light source control unit 16B may switch the emission and non-emission of the pulse light L1 at the timing t7.
  • the light source control unit 16B of the control unit 16 reduces the emission intensity of the pulse light L1 at timing t7. 11 may be controlled. That is, the control unit 16 may control the light source unit 11 not only to switch the emission and non-emission of the pulse light L1 but also to adjust the emission intensity of the pulse light L1.
  • the control unit 16 of the distance measuring apparatus 10A switches between emission and non-emission of the pulsed light L1 to the distance measurement point P1 where the scanning locus TR of the light scanning unit 12 intersects in consideration of various conditions. Control the intensity. Accordingly, it is possible to provide the distance measuring apparatus 10A capable of adjusting the conditions of the distance measuring operation at the distance measuring point P1 where the scanning trajectories intersect.
  • the distance measuring apparatuses 10 and 10A scan the predetermined area (the scanning target area R0) along the scanning locus TR which intersects with the light source unit 11 which emits the pulsed light L1 and the pulsed light L1.
  • the control unit 15 includes a scanning unit 12 and a control unit 15 that controls emission of pulsed light L1 to a distance measurement point P1 at which a scanning trajectory TR in the predetermined region overlaps based on predetermined conditions of the reflected light L3. Therefore, it is possible to provide a distance measuring apparatus capable of adjusting the conditions of the distance measuring operation at the distance measuring point P1 where the scanning trajectory intersects.

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Abstract

パルス光を出射する光源部と、パルス光によって所定の領域を走査し、所定の領域内の仮想の面を見たときにパルス光の軌跡が交差する交差点を有する光走査部と、パルス光が照射された対象物からの反射光を受光して対象物までの距離を測定する測距部と、反射光についての所定の条件に基づいて、交差点へのパルス光の出射を制御する制御部と、を有する。

Description

測距装置及び光走査装置
　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、光を対象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ミラー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、走査軌道内の複数の点の各々を測距点とし、当該測距点の各々について測距動作が行われる。ここで、例えばリサージュ曲線に沿った軌道で走査を行う場合などにおいては、走査軌道が交差するような光走査が行われる。この場合、１つの走査周期（測距周期）内において、同一の測距点に対して複数回の測距動作を行う場合が想定される。例えば、当該同一の測距点に対して１回目の測距時に正確な測距結果を得られた場合、２回目の測距動作は不要となる場合がある。
　従って、このような走査軌道が交差する走査方式の場合、当該交差点に対して行われる測距動作は、他の交差しない測距点に対する測距動作とは異なる条件で行われることが好ましい。例えば、装置に要求される測距処理速度や測距精度などに応じて、１つの測距周期内において行われ得る当該交差点での複数回の測距動作の各々の実行及び非実行を切替えられることが好ましい。
　また、測距用途に限らず、所定の走査周期内において複数回に亘って重複した点を走査するような走査態様を有する光走査装置においては、その走査位置が重複する点における走査は、他の走査位置での走査とは異なる条件で行われることが好ましい。
　本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、走査軌道が交差する測距点での測距動作の条件を調節する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。また、本発明は、走査軌道が交差する点での走査動作の条件を調節することが可能な光走査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、パルス光を出射する光源部と、パルス光によって所定の領域を走査し、所定の領域内の仮想の面を見たときにパルス光の軌跡が交差する交差点を有する光走査部と、パルス光が照射された対象物からの反射光を受光して対象物までの距離を測定する測距部と、反射光についての所定の条件に基づいて、交差点への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。
　また、請求項７に記載の発明は、光を出射する光源部と、光の照射方向を変化させつつ光によって所定の領域を走査する光走査部と、光が照射された対象物からの反射光を受光する受光部と、光の出射を制御する制御部と、を有し、光走査部は、１つの走査周期中において同一方向に複数回光を出射するように構成され、制御部は、反射光についての所定の条件に基づいて、１つの走査周期中における同一方向への光の照射回数を制御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に係る測距装置における測距点でのパルス光の出射構成を示す図である。 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測距点でのパルス光の出射構成を示す図である。
　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）を取得して、光走査部１３の実際の走査軌道を推定する実走査軌道推定部１５Ａと、測距部１３から測距部１３による測距の履歴を取得する測距履歴取得部１５Ｂと、を有する。また、制御部１５は、光走査部１２の実際の走査軌道及び測距部１３の測距履歴に基づいて光源部１１の動作制御を行う光源制御部１５Ｃを有する。
　光源部１１、光走査部１２、受光部１３Ａ及び光源制御部１５Ｃは、本測距装置１０において光走査装置を構成している。当該光走査装置が種々の用途に用いられることを考慮した場合、例えば、光源部１１が出射する光は、パルス光、すなわちパルス化されたレーザ光である必要はなく、受光部１３Ａが受光可能（検出可能）な光（電磁波）であればよい。
　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、対象物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内の測距ポイントである測距点、すなわち、スキャナ１２Ａにおける光反射面２４Ａの揺動位置（揺動角度）とパルス光Ｌ１の出射タイミングとの関係について説明する。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Ｒ２１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。そして、有効走査面Ｒ２内には、第１の軌跡線ＴＲ１と第２の軌跡線ＴＲ２とが交差する（重複する）点が存在する。
　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の集合を測距点群ＭＰとしたとき、測距点群ＭＰは、有効走査面Ｒ２上における第１及び第２の軌跡線ＴＲ１及びＴＲ２が交差する測距点（以下、交差点又は交差測距点と称する場合がある）Ｐ１と、第１及び第２の軌跡線ＴＲ１及びＴＲ２が交差しない測距点（以下、非交差測距点と称する場合がある）Ｐ２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Ｐ１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Ｐ１への走査光Ｌ２の出射時とでは、光反射面２４Ａによって反射されたパルス光Ｌ１（すなわち走査光Ｌ２）の出射方向は同一である。すなわち、リサージュ曲線に沿った走査を行う場合、１つの走査周期中に同一方向への光出射が複数回行われることとなる。なお、非交差測距点Ｐ２は、第１の軌跡線ＴＲ１上の測距点であるか、又は第２の軌跡線ＴＲ２上の測距点である。
　次に、図５Ｂは、測距点Ｐ（ｔ）の時系列に沿った測距動作について模式的に説明する図である。図５Ｂには、測距タイミングｔ、当該タイミングｔに対応する測距点Ｐ（ｔ）の位置及び種別、並びに制御部１５による測距点Ｐ（ｔ）毎のパルス光Ｌ１の出射及び非出射の切替例が示されている。
　まず、本実施例においては、光源駆動回路１１Ｂは、光源１１Ａ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２０に供給する。従って、光源１１Ａは、第１及び第２の軌跡線ＴＲ１及びＴＲ２上において、所定の間隔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。
　また、例えば図５Ｂに示すように、タイミングｔがタイミングｔ１～ｔ４及びｔ５～ｔ７の順で進み、パルス光Ｌ１が第１の軌跡線ＴＲ１に沿った測距点Ｐ（ｔ１）から、測距点Ｐ（ｔ２）、測距点Ｐ（ｔ３）・・・の順で順次出射された後、第２の軌跡線ＴＲ２に沿った測距点Ｐ（ｔ５）、測距点Ｐ（ｔ６）の順で順次出射される場合を考える。
　この場合、制御部１５は、第１及び第２の軌跡線ＴＲ１及びＴＲ２が交差する測距点Ｐ１に対しては、時系列的に遅いタイミングｔ７ではパルス光Ｌ１の出射を停止するように光源部１１（光源１１Ａ及び光源駆動回路１１Ｂ）を制御する。すなわち、１つの走査周期内において走査光Ｌ２が同一の方向に出射される場合には、時系列的に遅いタイミングｔ７ではパルス光Ｌ１は出射されない。
　具体的には、まず、制御部１５の実走査軌道推定部１５Ａは、光走査部１２から、スキャナ１２Ａの揺動状況を示す情報を取得する。これによって、制御部１５は、スキャナ１２Ａの実際の揺動状況の変化から、有効走査面Ｒ２上における走査光Ｌ２の実際の走査軌道（例えばリサージュ曲線を特定するパラメータ）を推定する。また、制御部１５の測距履歴取得部１５Ｂは、測距部１３から、例えば１つの走査周期内における測距点Ｐ（ｔ）に向かう走査光Ｌ２毎の測距の履歴、本実施例においては交差点Ｐ１へのパルス光Ｌ１の過去の照射結果の履歴を取得する。
　そして、例えば図５Ｂに示すように、制御部１５は、タイミングｔ毎の光反射面２４Ａの揺動角度を判定（推定）する。また、タイミングｔ毎の走査光Ｌ２の出射方向、すなわち有効走査面Ｒ２上における測距点Ｐ（ｔ）が交差測距点Ｐ１であるか非交差測距点Ｐ２であるかを判定する。また、制御部１５は、交差測距点Ｐ１に対する測距がタイミングｔ３で既に行われており、タイミングｔ７で再度重複して行われることをタイミングｔ６までに判定する。
　そして、制御部１５は、このタイミングｔ７では測距部１３が測距を行わないように、すなわち、光源１１Ａがパルス光Ｌ１を出射しないように光源１１Ａの動作制御を行う。本実施例においては、制御部１５の光源制御部１５Ｃは、光源駆動回路１１Ｂに対し、タイミングｔ７ではパルス光Ｌ１の出射を停止するように光源駆動信号ＤＬを生成させる。
　このように、本実施例においては、制御部１５は、光走査部１２の実際の走査軌道と、走査軌跡ＴＲが重複する測距点Ｐ（ｔ７）での過去の測距履歴とに基づいて、走査軌跡ＴＲが重複する測距点Ｐ（ｔ７）へのタイミングｔ７でのパルス光Ｌ１の出射を制御する（本実施例においては出射を停止する）。
　これによって、有効走査面Ｒ２上の同一の位置の測距点Ｐ（ｔ３）及びＰ（ｔ７）に向かう走査光Ｌ２による測距動作が重複して行われること、すなわち不要な測距動作が抑制される。従って、リサージュ曲線に従った軌道で走査を行う光走査型の測距装置１０において、その走査軌跡ＴＲが交差する測距点Ｐ１での測距動作が最適化される。
　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い。光走査部１２は、交差する走査軌跡ＴＲに沿ってパルス光Ｌ１（走査光Ｌ２）によって走査対象領域Ｒ０（有効走査面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、制御部１５は、走査軌跡ＴＲが測距点Ｐ１に向けてパルス光Ｌ１を出射するタイミングｔ３及びｔ７のうち、遅いタイミングｔ７でのパルス光Ｌ１の出射を停止するように光源部１１を制御する場合について説明した。しかし、制御部１５は、当該タイミングｔ３及びｔ７のうちの早いタイミングｔ３でのパルス光Ｌ１の出射を停止する制御を行ってもよい。
　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の走査状況（すなわち走査中における実際の走査軌跡ＴＲ又は走査光Ｌ２の出射方向）及び測距部１４による測距履歴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が重複する測距点及びその測距タイミングを把握し、正確に当該タイミングでのパルス光Ｌ１の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及び走査軌跡ＴＲが交差する測距点Ｐ１を特定することができる。従って、制御部１５は、例えば初期設定として、当該走査軌跡ＴＲが重複することが分かっている走査光Ｌ２の出射タイミングでの測距点Ｐ１へのパルス光Ｌ１の出射を停止するように構成されていてもよい。
　このように、本実施例においては、測距装置１０は、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）を走査し、当該所定の領域内の仮想の面（有効走査面Ｒ２）を見たときにパルス光Ｌ１の軌跡ＴＲが交差する交差点Ｐ１を有する光走査部１２と、当該交差点Ｐ１へのパルス光Ｌ１の出射及び非出射を切替える制御部１５と、を有する。従って、走査軌道が交差する測距点Ｐ１での測距動作の条件を調節する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の制御部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、制御部１５と同様に、実走査軌道推定部１５Ａ及び測距履歴取得部１５Ｂを有する。
　本実施例においては、制御部１６は、測距部１３から取得した測距履歴に基づいて、各測距点Ｐ（ｔ）での測距尤度を判定する測距尤度判定部１６Ａと、当該測距尤度に基づいて、１つの走査周期内で走査軌跡ＴＲが重複する測距点Ｐ１へのパルス光Ｌ１の出射を制御する光源制御部１６Ｂとを有する。
　測距尤度判定部１６Ａは、例えば、測距部１３の受光部１３Ａから、対象物ＯＢからの反射光Ｌ３の受光結果（受光信号）に関する情報を取得する。そして、測距尤度判定部１６Ａは、当該反射光Ｌ３の受光結果に基づいて、各測距点Ｐ（ｔ）での測距結果の尤度を判定する。例えば、測距尤度判定部１６Ａは、各測距点Ｐ（ｔ）での測距結果を所定の尤度レベル（例えば高尤度又は低尤度など）に分類する。
　制御部１５は、測距尤度判定部１６Ａが判定した測距点Ｐ（ｔ）毎の測距尤度に基づいて、走査軌跡ＴＲが重複する測距点Ｐ１への光源部１１によるパルス光Ｌ１の出射制御を行う。
　図６Ｂは、測距タイミングｔ、当該タイミングｔに対応する測距点Ｐ（ｔ）の位置及び種別、並びに制御部１６による測距点Ｐ（ｔ）毎のパルス光Ｌ１の出射及び非出射の切替例を示す図である。
　図６Ｂに示すように、制御部１６の測距尤度判定部１６Ａは、第１及び第２の軌跡線ＴＲ１及びＴＲ２が交差するタイミングｔ３での測距点Ｐ（ｔ３）に対する測距結果に基づいて、測距点Ｐ（ｔ３）の測距尤度を判定する。そして、例えば、当該タイミングｔ３での測距点Ｐ（ｔ３）に対する測距尤度が低いと判定された場合、光源制御部１６Ｂは、当該測距点Ｐ（ｔ３）を次に通るタイミングであるタイミングｔ７において、再度測距を行うために、光源部１１に対してパルス光Ｌ１を出射させる制御を行う。一方、タイミングｔ３での測距点Ｐ（ｔ３）に対する測距尤度が所定のレベルよりも高かった場合、再度測距を行う必要がないため、光源部１１に対してパルス光Ｌ１を出射させない制御を行う。これによって、得られる測距データの精度が向上し、高精度な測距結果を得ることができる。
　このように、測距装置１０Ａの制御部１６は、交差測距点Ｐ１における過去の測距時の測距尤度に基づいて、この交差測距点Ｐ１を通る次のタイミング（タイミングｔ７）で再度パルス光Ｌ１を出射するか否かを決定する。すなわち、測距装置１０Ａは、交差測距点Ｐ１での不要な測距動作は回避し、測距結果の尤度が低い測距点Ｐ（ｔ）については再度（複数回）の測距動作を行うように構成されている。従って、動作時の処理負荷を抑えつつ、高精度な測距動作を行うことが可能な測距装置１０Ａを提供することができる。
　なお、本実施例においては、制御部１６が測距尤度判定部１６Ａを有し、交差測距点Ｐ１での測距尤度に基づいて当該交差測距点Ｐ１での次の測距動作（パルス光Ｌ１の出射）の実行及び非実行を切替える場合について説明した。しかし、制御部１６が交差測距点Ｐ１でのパルス光Ｌ１の出射切替を行う条件は、過去の測距時の測距尤度に限定されない。
　例えば、制御部１６は、交差測距点Ｐ１を測距するタイミングの前のタイミングに測距した非交差測距点Ｐ２の測距データ、測距尤度などに基づいて、当該交差測距点Ｐ１での光源部１１によるパルス光Ｌ１での出射制御を行ってもよい。
　例えば、交差測距点Ｐ１である測距点Ｐ（ｔ７）でのパルス光Ｌ１の出射又は非出射を決定する場合、過去（タイミングｔ３）の測距時の測距尤度が低い場合であっても、その直前のタイミング（タイミングｔ６）での非交差測距点Ｐ２である測距点Ｐ（ｔ６）の測距尤度が高くかつ交差測距点Ｐ（ｔ７）での測距情報が推定できる場合には再度の測距を行う必要がない場合がある。この場合、制御部１６は、過去の測距時の測距尤度が低い場合であっても、制御部１６は、交差測距点Ｐ１ではパルス光Ｌ１を出射しないように光源部１１を制御してもよい。
　また、例えば、制御部１６は、交差測距点Ｐ１を含む走査対象領域Ｒ０内の一部領域に向けて所定時間内に出射されたパルス光Ｌ１の総光量に基づいて、交差測距点Ｐ１へのパルス光Ｌ１の出射を制御してもよい。例えば、制御部１６は、当該交差測距点Ｐ１を含む一部領域内に向けて所定時間内に出射されたパルス光Ｌ１の回数に基づいて、光源部１１によるパルス光Ｌ１の出射制御を行ってもよい。これは、当該所定領域内での不要な（過剰な）回数の測距動作を回避することを考慮することに加え、当該所定時間内にパルス光Ｌ１が同一方向に集中して出射されることでパルス光Ｌ１が人体などの生物の健康に悪影響を与えることを考慮する条件である。
　具体的には、例えば、所定領域に向けて過剰な強度及び回数でパルス光Ｌ１が出射され続けることで、日本工業規格（ＪＩＳ）に規定されているクラス１のレーザ強度の上限値が無視できなくなる場合が想定される。制御部１６は、この安全上の制限を設けて光源部１１の出射制御を行ってもよい。
　この場合、例えば、制御部１６は、測距履歴取得部１５Ｂから、走査対象領域Ｒ０内又は走査対象領域Ｒ０内の測距点Ｐ（ｔ７）を含む一部領域におけるパルス光Ｌ１の出射回数及び出射強度に関する情報を取得すればよく、また、これに基づいて光源制御部１６Ｂはタイミングｔ７でのパルス光Ｌ１の出射及び非出射を切替えればよい。
　また、例えば測距尤度などによってタイミングｔ７において再度測距を行うことが好ましい場合には、制御部１６の光源制御部１６Ｂは、タイミングｔ７でのパルス光Ｌ１の出射強度を下げるように光源部１１を制御すればよい。すなわち、制御部１６は、パルス光Ｌ１の出射及び非出射を切替えるのみならず、パルス光Ｌ１の出射強度を調節するように光源部１１を制御してもよい。
　このように、測距装置１０Ａの制御部１６は、種々の条件を考慮し、光走査部１２の走査軌跡ＴＲが交差する測距点Ｐ１へのパルス光Ｌ１の出射及び非出射の切替及び出射強度の制御を行う。従って、走査軌道が交差する測距点Ｐ１での測距動作の条件を調節することが可能な測距装置１０Ａを提供することができる。
　上記したように、測距装置１０及び１０Ａは、パルス光Ｌ１を出射する光源部１１と、パルス光Ｌ１によって、交差する走査軌跡ＴＲに沿って所定の領域（走査対象領域Ｒ０）を走査する光走査部１２と、反射光Ｌ３についての所定の条件に基づいて、当該所定の領域における走査軌跡ＴＲが重複する測距点Ｐ１へのパルス光Ｌ１の出射を制御する制御部１５と、を有する。従って、走査軌道が交差する測距点Ｐ１での測距動作の条件を調節することが可能な測距装置を提供することができる。
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 (7)

  1. 　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し、前記所定の領域内の仮想の面を見たときに前記パルス光の軌跡が交差する交差点を有する光走査部と、
    　前記パルス光が照射された対象物からの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部と、
    　前記反射光についての所定の条件に基づいて、前記交差点への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、前記測距部による前記交差点への前記パルス光の過去の照射結果の履歴に基づいて、前記交差点への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、前記測距部による前記交差点に向けて出射されたパルス光による過去の測距結果の尤度に基づいて、前記交差点への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２に記載の測距装置。
  4. 　前記制御部は、前記仮想の面上の領域に向けて所定時間内に出射された前記パルス光の総光量に基づいて、前記交差点への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、前記交差点への前記パルス光の出射及び非出射を切り替えるように前記光源部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. 　前記制御部は、前記交差点への前記パルス光の出射強度を調節するように前記光源部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。
  7. 　光を出射する光源部と、
    　前記光の照射方向を変化させつつ前記光によって所定の領域を走査する光走査部と、
    　前記光が照射された対象物からの反射光を受光する受光部と、
    　前記光の出射を制御する制御部と、を有し、
    　前記光走査部は、１つの走査周期中において同一方向に複数回前記光を出射するように構成され、
    　前記制御部は、前記反射光についての所定の条件に基づいて、前記１つの走査周期中における前記同一方向への前記光の照射回数を制御することを特徴とする光走査装置。
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