JP2024038361A - 測距装置及び光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】
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。
【選択図】図５Ｂ

Description

本発明は、光走査を行う光走査装置、及び光学的な測距を行う測距装置に関する。

例えば、測距装置は、光を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、Ａ_１及びＢ_１を定数とし、θ_１を変数としたとき、ＤＸ（θ_１）＝Ａ_１ｓｉｎ（θ_１＋Ｂ_１）の式で示される正弦波の信号である。また、駆動信号ＤＹは、Ａ_２及びＢ_２を定数とし、θ_２を変数としたとき、ＤＹ（θ_２）＝Ａ_２ｓｉｎ（θ_２＋Ｂ_２）の式で示される正弦波の信号である。

また、変数θ_１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θ_２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 (1)

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。

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