(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動可能な可動部の光反射面にレーザ光を投光して対象領域内で光走査し、該対象領域からの反射光を受光し、該投受光の時間差で前記対象領域内の物体までの距離を計測する光測距装置において、
前記可動部を揺動させる信号の周波数を、該可動部の共振周波数に合わせて変更し、前記投光のタイミングを、前記変更後の周波数に基づく光走査軌跡上に位置する各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように変更する、光測距装置。
【請求項２】
光反射面を有する可動部が揺動可能に形成され、該可動部が揺動することによって前記光反射面に入射される光を対象領域内で走査できる光走査部と、
前記可動部を揺動させる駆動信号を、前記可動部が有する共振周波数に合わせて設定された駆動周波数で、前記光走査部に供給して前記可動部を揺動駆動する走査駆動部と、
前記光反射面に向かってパルス状のレーザ光を投光する光源部と、
前記光源部から投光され、前記光反射面で反射走査されたレーザ光が前記対象領域内に存在する物体によって反射された反射光を受光する受光部と、
前記対象領域内におけるレーザ光の各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように設定された投光タイミングを前記光源部に指令する光源制御部と、
前記光源制御部によるレーザ光の投光タイミングと前記受光部による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて前記物体までの距離を計測する測距部と、
前記走査駆動部に設定されている前記駆動周波数を、温度に応じて変化する前記可動部の共振周波数に合わせて変更し、前記光源制御部に設定されている投光タイミングを、前記変更後の駆動周波数に基づく光走査軌跡上に位置する各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように変更する、変更手段と、
を備えたことを特徴とする光測距装置。
【請求項３】
前記光走査部は、互いに直交する第１方向及び第２方向に揺動可能に形成された前記可動部が揺動することによって、前記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可能であり、
前記走査駆動部は、前記駆動信号として、前記可動部を前記第１方向に揺動させる第１駆動信号及び前記可動部を前記第２方向に揺動させる第２駆動信号を、前記可動部が有する前記第１方向の共振周波数及び第２方向の共振周波数にそれぞれ合わせて設定された駆動周波数で、前記光走査部にそれぞれ供給して前記可動部を揺動駆動することを特徴とする請求項２に記載の光測距装置。
【請求項４】
前記光走査部は、
枠状の固定部と、
前記固定部の内側に配置され、一対の第１トーションバーによって揺動可能に支持された外側可動部と、
前記外側可動部の内側に配置され、前記第１トーションバーとは軸方向が互いに直交する一対の第２トーションバーによって揺動可能に支持された内側可動部と、
前記内側可動部に形成された光反射面と、
を備えて構成することを特徴とする請求項３に記載の光測距装置。
【請求項５】
前記共振周波数及び前記投光タイミングを関連付けたタイミングテーブルを前記温度毎に有し、
前記変更手段は、前記温度に応じて前記タイミングテーブルを切替えて、前記駆動周波数と前記投光タイミングを変更することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の光測距装置。
【請求項６】
前記変更手段は、前記共振周波数を取得し、取得した共振周波数に合わせて、前記駆動周波数を変更し、取得した共振周波数に基づいて、前記投光タイミングを変更することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の光測距装置。
【請求項７】
前記変更手段は、前記取得した共振周波数に基づいて、前記投光タイミングのデータを生成し、生成したデータにより、前記投光タイミングを変更することを特徴とする請求項６に記載の光測距装置。
【請求項８】
前記共振周波数と前記投光タイミングとを関連付けたデータを有する第１データ収納部を備え、
前記変更手段は、前記取得した共振周波数に関連付けられた前記第１データ収納部内のデータを抽出し、抽出したデータにより、前記投光タイミングを変更することを特徴とする請求項６に記載の光測距装置。
【請求項９】
前記温度と前記投光タイミングとを関連付けたデータを有する第２データ収納部を備え、
前記変更手段は、前記共振周波数を取得し、取得した共振周波数に合わせて、前記駆動周波数を変更し、前記第２データ収納部のデータと前記温度とに基づいて、前記投光タイミングを変更することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の光測距装置。
【請求項１０】
前記温度と前記共振周波数とを関連付けたデータを有する第３データ収納部を備え、
前記変更手段は、前記第３データ収納部のデータと前記温度とに基づいて、前記共振周波数を取得することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の光測距装置。
【請求項１１】
前記可動部の前記共振周波数を測定する共振周波数測定手段を備え、
前記変更手段は、前記共振周波数測定手段により、前記共振周波数を取得することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の光測距装置。
【請求項１２】
前記変更手段は、前記温度が予め定める所定温度範囲を超えた場合に、前記変更動作を開始することを特徴とする請求項２〜１１のいずれか１つに記載の光測距装置。
【請求項１３】
前記可動部の揺動振幅を測定する振幅測定手段を備え、
前記変更手段は、前記振幅測定手段の測定結果が予め定める所定振幅以下になった場合に、前記変更動作を開始することを特徴とする請求項２〜１１のいずれか１つに記載の光測距装置。
【請求項１４】
前記可動部の揺動振幅を測定する振幅測定手段を備え、
前記走査駆動部は、パルス電流を前記駆動信号として供給し、前記振幅測定手段の測定結果に応じて、前記パルス電流のデューティー比を変更することにより揺動振幅を一定に制御するパルス幅変更部を備え、
前記変更手段は、前記デューティー比が所定比率を超えた場合に、前記変更動作を開始することを特徴とする請求項２〜１１のいずれか１つに記載の光測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス状のレーザ光を対象領域内で走査して該対象領域内に存在する物体の距離を計測する光測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ光を対象領域内で、例えば、リサージュ走査して、対象領域内を移動又は通過する対象物までの距離を計測する光測距装置が知られている。この種の光測距装置は、例えば、パルス状のレーザ光を投光する光源部と、パルス状のレーザ光を投光するタイミングを指令する光源制御部と、二次元ガルバノミラーで構成される光走査部と、光走査部を駆動する走査駆動部と、反射したパルス状のレーザ光を受光する受光部と、パルス状のレーザ光の投光タイミングと反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて対象物までの距離を計測する測距部と、を備えている（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、この種のリサージュ走査による測距方式を採用した光測距装置において、光走査駆動部は、二次元ガルバノミラーの各揺動方向の共振周波数と一致する駆動周波数で光走査部を駆動させている。ここで、例えば、光走査部の周辺温度が変化したり、光走査部自体の温度が変化すると共振周波数も変化する。この状態で、駆動周波数を変えずに光走査部を駆動させると、二次元ガルバノミラーの揺動振幅が減少し、その結果、レーザ光の走査領域が対象領域より縮小することが知られている。このように、走査領域が縮小された状態で、パルス状のレーザ光を投光するタイミングを変更せずに投光制御すると、走査領域内におけるレーザ光の各照射位置間の距離が狭まり、レーザの安全上問題があるため、一般的にインターロックが作動して、装置が停止してしまう。また、光走査部が周知の一次元ガルバノミラーで構成された光測距装置においても、上記と同じ問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、上記光測距装置は、従来より、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式による駆動制御を一般的に採用している。このＰＷＭ方式を採用した上記走査駆動部は、共振周波数に対応した周期でパルス電流を光走査部に供給して、光走査部の揺動振幅が一定になるように、デューティー比、すなわち、一周期の中でパルス電流を供給する時間（パルス幅）が一周期内で占める割合、を変更することにより、レーザ光の走査領域の縮小を抑制制御している。このようにして、例えば周辺温度が変化して光走査部の共振周波数が変化した場合に、レーザ光の走査領域を保持し、レーザ安全上のインターロックが作動しないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５７７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のこの種の光測距装置において、例えば、光走査部の周辺温度や光走査部自体の温度が極端に変化する場合や、少しの温度変化によって特性が大きく変化してしまう光走査部を使用している場合等には、光走査部の共振周波数が駆動周波数と大きく異なってしまうことがある。ＰＷＭ方式による駆動制御においては、揺動振幅が一定になるように、デューティー比を変更するが、上記のように共振周波数が駆動周波数と大きく異なると、デューティー比を変更しても、揺動振幅を一定に制御することができなくなる。このような状態においては、デューティー比は、例えば、５０％を越えてしまい、光走査部に供給される電力量は過大となり、供給された電力の一部は熱に変換されて揺動駆動に寄与しなくなる。その結果、走査領域が縮小されてしまうため、対象領域内におけるレーザ光の各照射位置間の距離が狭まり、インターロックが作動して装置が停止してしまうことが依然としてある。
【０００７】
このように、光走査による測距方式を採用した光測距装置において、温度に基づいて駆動特性が変化する状態において、駆動周波数と投光タイミングを変更しない従来の場合、ＰＷＭ方式による駆動制御だけでは、光測距装置が停止しないように制御できる制御範囲には限界があった。
【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、リサージュ走査による測距方式を採用した光測距装置において、光走査部の周辺温度や光走査部自体の温度が極端に変化したり、少しの温度変化によって光走査部の駆動特性が大きく変化しても、レーザ安全の基準を満たす様に、駆動可能な光測距装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による光測距装置は、揺動可能な可動部の光反射面にレーザ光を投光して対象領域内で光走査し、該対象領域からの反射光を受光し、該投受光の時間差で前記対象領域内の物体までの距離を計測する光測距装置において、前記可動部を揺動させる信号の周波数を、該可動部の共振周波数に合わせて変更し、前記投光のタイミングを、前記変更後の周波数に基づく光走査軌跡上に位置する各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように変更する構成とする。
また、本発明の光測距装置は、光反射面を有する可動部が揺動可能に形成され、該可動部が揺動することによって前記光反射面に入射される光を対象領域内で走査できる光走査部と、前記可動部を揺動させる駆動信号を、前記可動部が有する共振周波数に合わせて設定された駆動周波数で、前記光走査部に供給して前記可動部を揺動駆動する走査駆動部と、前記光反射面に向かってパルス状のレーザ光を投光する光源部と、前記光源部から投光され、前記光反射面で反射走査されたレーザ光が前記対象領域内に存在する物体によって反射された反射光を受光する受光部と、前記対象領域内におけるレーザ光の各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように設定された投光タイミングを前記光源部に指令する光源制御部と、前記光源制御部によるレーザ光の投光タイミングと前記受光部による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて前記物体までの距離を計測する測距部と、前記走査駆動部に設定されている前記駆動周波数を、温度に応じて変化する前記可動部の共振周波数に合わせて変更し、前記光源制御部に設定されている投光タイミングを、前記変更後の駆動周波数に基づく光走査軌跡上に位置する各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように変更する、変更手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による光測距装置によれば、可動部を揺動させる信号の周波数を、該可動部の共振周波数に合わせて変更し、投光のタイミングを、変更後の周波数に基づく光走査軌跡上に位置する各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように変更する。これにより、対象領域内におけるレーザ光の各照射位置間の距離を予め定める所定値以上にすることができるため、レーザ安全の基準を満たして駆動可能な光測距装置を提供することができる。
また、本発明による光測距装置によれば、走査駆動部に設定されている駆動周波数を、温度に応じて変化する可動部の共振周波数に合わせて変更し、前記光源制御部に設定されている投光タイミングを、前記変更後の駆動周波数に基づく光走査軌跡上に位置する各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように変更する変更手段を備えており、具体的には、例えば、共振周波数及び投光タイミングを関連付けたタイミングテーブルを温度毎に有し、変更手段によって、温度に応じてタイミングテーブルを切替えて、駆動周波数と投光タイミングを変更したり、また、共振周波数を取得し、取得した共振周波数に基づいて、駆動周波数を変更すると共に投光タイミングのデータを生成して、生成したデータにより投光タイミングを変更する。これにより、例えば、光走査部の周辺温度や光走査部自体の温度の極端な変化等により、光走査部の駆動特性が大きく変化する状態においても、対象領域内におけるレーザ光の各照射位置間の距離を予め定める所定値以上にすることができるため、レーザ安全の基準を満たして駆動可能な光測距装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態による光測距装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】光測距装置の光走査部として二次元ガルバノミラーの構成を示す図である。
【図３】リサージュ走査された軌跡と、第１方向及び第２方向の揺動角度ｘ及びｙとの対応関係を示す図である。
【図４】上記第１実施形態による光測距装置の動作を示すフロー図である。
【図５】第２実施形態による光測距装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】上記第２実施形態による光測距装置の動作を示すフロー図である。
【図７】上記第２実施形態による光測距装置の変形例の要部を示す部分ブロック図である。
【図８】第３実施形態による光測距装置の概略構成の要部を示す部分ブロック図である。
【図９】ＰＷＭ方式による駆動制御を適用した光測距装置の構成例を示すブロック図である。
【図１０】上記構成例による光測距装置の動作を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による光測距装置の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態による光測距装置１は、パルス状のレーザ光を対象領域内でリサージュ走査して該対象領域内に存在する物体までの距離を計測（測距）し、その計測結果に基づく距離画像を生成して出力（表示）する。
【００１３】
本実施形態による光測距装置１は、図１に示すように、電磁駆動型の光走査部２と、光走査部２を揺動駆動する走査駆動部３と、パルス状のレーザ光を投光する光源部４と、投光されたレーザ光の反射光を受光する受光部５と、レーザ光の投光タイミングを光源部４に指令する光源制御部６と、レーザ光を反射した物体までの距離を計測する測距部７と、投光タイミング及び光走査部２を揺動駆動する駆動周波数を変更する変更手段８と、各共振周波数及び投光タイミングを関連付けたタイミングテーブル９と、測距部７による計測結果に基づいて距離画像を生成する画像生成部１０と、生成された距離画像を出力（表示）する表示部１１と、を備える。
【００１４】
前記光走査部２は、光反射面（ミラー）を有する可動部が互いに直交する第１方向及び第２方向に揺動可能に形成されており、該可動部が揺動することによって、光反射面に入射される光（パルス状のレーザ光）を対象領域内でリサージュ走査することが可能である。このような光走査部２としては、例えば、本出願人により提案された特許第２７２２３１４号公報に記載の二次元走査型の半導体ガルバノミラー（以下単に「二次元ガルバノミラー」という）を用いることができる。
【００１５】
図２は、光走査部２の具体例としての二次元ガルバノミラー２０の構成を示している。
図２に示すように、二次元ガルバノミラー２０は、枠状の固定部２１と、固定部２１の内側に配置されて一対の第１トーションバー２２，２２によって揺動可能に支持された外側可動部２３と、外側可動部２３の内側に配置されて第１トーションバー２２，２２に軸方向が直交する一対の第２トーションバー２４，２４によって揺動可能に支持された内側可動部２５と、を備える。
【００１６】
内側可動部２５の中央部には光反射面（ミラー）２６が形成され、外側可動部２３及び内側可動部２５の周縁部にはそれぞれ第１駆動コイル２７、第２駆動コイル２８が形成されている。第１駆動コイル２７の端部は、固定部２１に形成された第１電極端子２９，２９に接続され、第２駆動コイル２８の端部は、固定部２１に形成された第２電極端子３０，３０に接続されている。
【００１７】
また、第１駆動コイル２７に磁界を作用させる一対の第１永久磁石３１，３１及び第２駆動コイル２８に磁界を作用させる一対の第２永久磁石３２，３２が固定部２１を挟んでそれぞれ対向配置されている。なお、固定部２１、第１トーションバー２２，２２、外側可動部２３、第２トーションバー２４，２４及び内側可動部２５は、半導体基板から一体的に形成されている。
【００１８】
二次元ガルバノミラー２０は、第１駆動コイル２７及び第２駆動コイル２８に流れる電流（例えば、交流電流）と、第１永久磁石３１，３１及び第２永久磁石３２，３２による磁界と、によって外側可動部２３及び内側可動部２５にローレンツ力が作用し、その結果、内側可動部２５が二次元方向に揺動する。内側可動部２５が揺動することによって光反射面２６に入射されるパルス状のレーザ光が対象領域内でリサージュ走査される。
【００１９】
図１に戻って、前記走査駆動部３は、光走査部２を揺動駆動させるものであり、例えば、駆動回路３ａによって構成されている。この駆動回路３ａは、外側可動部２３及び内側可動部２５を第１トーションバー２２，２２の軸回り方向（以下、「第１方向」と言う）に揺動させる第１駆動信号（例えば、交流電流）を、外側可動部２３が有する第１方向の共振周波数に合わせて設定された駆動周波数で、第１電極端子２９，２９を介して第１駆動コイル２７に供給すると共に、内側可動部２５を第２トーションバー２４，２４の軸回り方向（以下、「第２方向」と言う）に揺動させる第２駆動信号（例えば、交流電流）を、内側可動部２５が有する第２方向の共振周波数に合わせて設定された駆動周波数で、第２電極端子３０，３０を介して第２駆動コイル２８に供給する。第１及び第２方向の各駆動周波数は、例えば、走査駆動部３に予め初期設定されており、この設定されている各駆動周波数は、駆動中に変化する温度（例えば、光走査部の周辺温度）に応じて、後述する変更手段によって変更される。
【００２０】
なお、本実施形態においては、第１駆動信号の供給による外側可動部２３及び内側可動部２５の第１方向の揺動によって光反射面２６に入射されるレーザ光が、対象領域内において後述する水平方向に走査され、第２駆動信号の供給による内側可動部２５の第２方向の揺動によって光反射面２６に入射されたパルス状のレーザ光が後述する垂直方向に走査されるものとする。
【００２１】
図３は、走査駆動部３により内側可動部２５が二次元方向に揺動駆動され、光反射面２６に入射されたレーザ光が対象領域内でリサージュ走査された軌跡と、第１方向及び第２方向の揺動角度ｘ及びｙとの対応関係を示している。ここで、リサージュ走査軌跡上に位置するレーザ光の照射位置は、時刻ｔにおける揺動角度ｘ及びｙと、光反射面２６から対象領域までの距離とに基づいて定まり、例えば、対象領域の水平及び垂直方向の位置座標（Ｘ,Ｙ）で表すことができる。時刻ｔにおける揺動角度ｘ及びｙは、例えば、第１駆動信号と第２駆動信号との位相差はないものとし、負方向の最大振幅（後述のＡ又はＢ）から各時刻ｔを起算する場合、下記の（１）及び（２）式により表される。
ｘ＝Ａ×sin（２πｔｆｘ−π/２）  ・・・（１）
ｙ＝Ｂ×sin（２πｔｆｙ−π/２）  ・・・（２）
但し、Ａは第１方向の最大振幅（ｒａｄ）、Ｂは第２方向の最大振幅（ｒａｄ）、ｆｘは光走査部の第１方向の共振周波数、ｆｙは光走査部の第２方向の共振周波数、をそれぞれ示す。
【００２２】
図１に戻って、前記光源部４は、光走査部２の内側可動部２５に形成された光反射面２６に向かってパルス状のレーザ光を投光するものであり、光源４１と、投光光学系４２と、を含む。光源部４が投光するレーザ光の投光タイミングは後述する光源制御部６によって指令される。
【００２３】
光源４１は、例えばレーザダイオードであり、後述する光源制御部４からの駆動信号によって発光してパルス状のレーザ光を出射する。
【００２４】
投光光学系４２は、光源４１が発したレーザ光を好ましい状態とするものであり、例えばコリメータレンズを含み、光源４１が発したレーザ光を平行光に変換する。そして、光源部４から投光されたレーザ光は、光走査部２の光反射面２６で反射されて対象領域内をリサージュ走査される。
【００２５】
前記受光部５は、光源部４から投光され、光反射面２６で反射走査されたレーザ光が対象領域内に存在する物体によって反射されたレーザ光（反射光）を受光して検知するものであり、例えばフォトセンサを用いることができる。なお、受光部５は、反射光を直接受光するものであってもよいし、光走査部２（光反射面２６）を介して反射光を受光するものであってもよい。
【００２６】
前記光源制御部６は、対象領域内におけるレーザ光の各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように設定された投光タイミングを光源部４に指令するものである。投光タイミングは、例えば、レーザ光の各照射位置間の距離がレーザ安全の基準を満たす所定距離以上離れるように、光源制御部６に予め初期設定されており、この光源制御部６に設定されている投光タイミングは、駆動中に変化する温度（例えば、光走査部の周辺温度）に応じて、後述する変更手段によって変更される。
【００２７】
前記測距部７は、光源制御部６によるレーザ光の投光タイミングと受光部５による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて物体の距離を計測するものであり、光源制御部６によるレーザ光の投光タイミングと、受光部５による反射光の受光タイミングと、を入力し、両者の時間差（光飛行時間）に基づいて、レーザ光を反射した物体までの距離を計測する。測距部７による距離の計測は、対象領域内の各照射位置において、すなわち、光源部４からのレーザ光の投光毎に行なわれ、その計測結果が後述する画像生成部１０に出力される。
【００２８】
前記変更手段８は、走査駆動部３に設定されている第１及び第２方向の各駆動周波数と、光源制御部６に設定されている投光タイミングとを、温度に応じて変化する各共振周波数に合わせて変更するものである。すなわち、本実施形態において、変更手段８は、走査駆動部３に設定されている第１方向の駆動周波数を、外側可動部２３が有する第１方向の共振周波数に合わせて変更すると共に、走査駆動部３に設定されている第２方向の駆動周波数を、内側可動部２５が有する第２方向の共振周波数に合わせて変更し、同時に、光源制御部６に設定されているレーザ光の投光タイミングを、各共振周波数に合わせて変更する。本実施形態において、変更手段８は、例えば、駆動中に変化する外側可動部２３及び内側可動部２５等の周辺温度を図示しない温度計等により測定し、周辺温度の測定結果に応じて、第１及び第２方向の各駆動周波数と、投光タイミングとを変更する。
【００２９】
本実施形態において、光測距装置１は、各共振周波数及び投光タイミングを関連付けたタイミングテーブル９を温度毎に有しており、各タイミングテーブル９は、例えば、図示しないメモリ等にデータとして予め保存されている。タイミングテーブル９は、例えば、温度Ｔが、Ｔ≦−５℃の時用（低温用）、−５℃＜Ｔ＜５５℃の時用（標準温度用）、５５℃≦Ｔの時用（高温用）に設けられている。各タイミングテーブル９は、各タイミングテーブル９の温度範囲を代表する温度（例えば、−５℃、２５℃、５５℃）における外側可動部２３及び内側可動部２５の各共振周波数と、この各共振周波数に対応した投光タイミングのデータを有する。この各共振周波数に対応した投光タイミングのデータは、例えば、各共振周波数と、前述した（１）及び（２）式と、光反射面２６から対象領域までの距離とに基づいて定まるリサージュ走査軌跡上に位置する各時刻ｔにおけるレーザ光の各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように予め求められたものである。このように、タイミングテーブル９は、各共振周波数及び投光タイミングを関連付けて、温度毎（例えば、温度範囲毎）に設けられている。なお、タイミングテーブル９は、例えば、温度Ｔが−５℃＜Ｔ＜５５℃の時用のものが初期設定されている。
【００３０】
本実施形態において、変更手段８は、温度に応じてタイミングテーブル９を切替えて、各駆動周波数及び投光タイミングを変更するように構成されている。具体的には、変更手段８は、光走査部２の周辺温度が予め定める所定温度範囲を超えた場合に、各駆動周波数及び投光タイミングの変更動作を開始する。例えば、周辺温度が常温（２５℃）の状態で測距動作を開始し、その後周辺温度が変化する環境において、変更手段８は、外側可動部２３及び内側可動部２５の周辺温度を温度計等によって測定し、測定温度が−５℃＜Ｔ＜５５℃の温度範囲を超えた場合に、初期設定されているタイミングテーブル９（周辺温度Ｔが−５℃＜Ｔ＜５５℃の時用のテーブル）を、その測定温度が属するタイミングテーブル９（高温用若しくは低温用のテーブル）に切替える。
【００３１】
前記画像生成部１０は、測距部７によって計測された距離に基づいて対象領域についての距離画像を生成する。距離画像は、例えば、各照射位置において計測された距離毎に色が異なる画像、すなわち、対象領域内の存在する物体についてはその奥行き距離が反映された三次元的な画像となるように生成される。そして、画像生成部１０で生成された距離画像は表示部１１に出力される。表示部１１は、ディスプレイを備え、画像生成部１０から出力された距離画像を表示する。この距離画像によって対象領域内に存在する物体を認識できることはもちろん、物体の位置、物体までの距離、物体の姿勢の変化なども検出することが可能となる。
【００３２】
次に、以上のような構成を有する光測距装置１の動作について、図２，４に基づいて説明する。なお、測距動作開始時の光走査部２の周辺温度は常温（２５℃）であり、その後周辺温度Ｔが所定の温度範囲（−５℃＜Ｔ＜５５℃）を超える場合について説明する。
【００３３】
まず、測距動作について説明する。走査駆動部３の駆動回路３ａは、周辺温度が２５℃の時用にそれぞれ初期設定された各駆動周波数で第１及び第２駆動信号を、第１及び第２駆動コイル２７，２８にそれぞれ供給することにより、内側可動部２５を二次元方向に揺動させる。同時に、光源制御部６は、周辺温度が２５℃においてレーザ光の各照射位置間の距離がレーザ安全の基準を満たす所定距離以上離れるように初期設定された投光タイミングを光源部４に指令する。光源部４は、２次元方向に揺動する内側可動部２５の光反射面２６に、光制御部６により指令された投光タイミングでパルス状のレーザ光を投光する。そして、光反射面２６で反射走査されたレーザ光は、対象領域内でリサージュ走査され、対象領域内に存在する物体によって反射され、受光部５で受光される。ここで、測距部７はレーザ光の投光タイミングと受光タイミングとの時間差に基づいて物体の距離を照射位置毎に計測する。その計測結果が、画像生成部１０に出力される。画像生成部１０は、測距部７からの計測結果に基づき距離画像を生成する。そして、生成された距離画像が表示部１１に表示される。以上のような動作により測距を行うが、測距開始（ＳＴＥＰ１）後、変更手段８は、例えば、外側可動部２３及び内側可動部２５の周辺温度Ｔを温度計等によって測定（ＳＴＥＰ２）する。ここで、測定温度が−５℃＜Ｔ＜５５℃の温度範囲内である場合、測距部７は、測距動作をそのまま続ける。そして、測定温度が、−５℃＜Ｔ＜５５℃の温度範囲を超えた場合（ＳＴＥＰ３）、変更手段８は、タイミングテーブル９をその測定温度が属する温度範囲のタイミングテーブル９（高温用又は低温用）に切替え（ＳＴＥＰ４）て、走査駆動部３に設定されている第１及び第２方向の駆動周波数と、光源制御部６に設定されている投光タイミングとを変更（ＳＴＥＰ５）する。そして、ＳＴＥＰ１に戻り、変更された各駆動周波数と投光タイミングで測距動作を再開する。その後は、例えば、測定温度が低温又は高温の温度範囲を超えた場合（ＳＴＥＰ３）、すなわち、−５℃＜Ｔ＜５５℃の温度範囲になった場合、変更手段８は、−５℃＜Ｔ＜５５℃の時用のタイミングテーブル９に切替え（ＳＴＥＰ４）等を行い、測距動作を継続する。
【００３４】
このように、本実施形態による光測距装置１においては、走査駆動部３に設定されている各駆動周波数と、光源制御部６に設定されている投光タイミングとを、温度に応じて変化する各共振周波数に合わせて変更する変更手段８を備えると共に、各共振周波数及び投光タイミングを関連付けたタイミングテーブル９を温度毎に備える。変更手段８は、例えば、光走査部２の周辺温度に応じてタイミングテーブル９を切替えて、各駆動周波数と投光タイミングを変更する。これにより、例えば、光走査部２の周辺温度の極端な変化により、光走査部の駆動特性が大きく変化する状態においても、対象領域内におけるレーザ光の各照射位置間の距離を予め定める所定値以上にすることが可能となり、レーザ安全の基準を満たして駆動可能な光測距装置１を提供することができる。
【００３５】
なお、上記説明において、タイミングテーブル９は、データ容量を少なくするために、低温用、−５℃＜Ｔ＜５５℃の時用、高温用で設ける場合で説明したが、タイミングテーブル９は、このように３つに区分された温度範囲毎に設ける構成に限らず、例えば、５℃刻みに区分された温度範囲毎に多数設けてもよく、また、前述の−５℃＜Ｔ＜５５℃の時用のタイミングテーブル９を１つ設け、その高温側及び低温側においては、例えば、５℃刻みに区分された温度範囲毎に多数設けてもよい。このように、タイミングテーブル９を細かく区分した温度範囲毎に設けることにより、各駆動周波数と投光タイミングをより最適に変更することができる。上記において、タイミングテーブル９は、温度範囲毎に設けるものとして説明したが、温度範囲毎ではなく、温度測定器の測定精度にあわせた温度毎に設けてもよく、この場合、さらに精度を高めて各駆動周波数と投光タイミングをより最適に変更することができる。また、変更手段８は、光走査部２等の周辺温度を測定し、周辺温度に応じて、第１及び第２方向の各駆動周波数と、投光タイミングとを変更するものとしたが、光走査部２等の周辺温度に限らず、例えば、光走査部２自体の温度を測定し、光走査部２自体の温度に応じて、第１及び第２方向の各駆動周波数と、投光タイミングとを変更してもよい。
【００３６】
次に、本発明の第２実施形態による光測距装置について説明する。
図５は、本発明の第２実施形態による光測距装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図１の第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３７】
本実施形態において、変更手段８は、外側可動部２３及び内側可動部２５が有する各共振周波数を取得し、取得した各共振周波数に合わせて、第１及び第２方向の各駆動周波数を変更し、取得した各共振周波数に基づいて、光源部４が投光するパルス状のレーザ光の投光タイミングを変更するように構成されている。具体的には、変更手段８は、取得した各共振周波数に基づいて、投光タイミングのデータを生成し、生成したデータにより、投光タイミングを変更すると同時に、各駆動周波数を取得した各共振周波数と一致するように変更する。このように、変更手段８に、投光タイミングのデータを生成する機能を持たせることにより、温度に応じた投光タイミングのデータを予め備えなくても、レーザ光の投光タイミングを温度に応じて、変更することができる。
【００３８】
また、本実施形態において、光測距装置１は、温度と各共振周波数とを関連付けたデータＡを有するデータＡ収納部１２を備えている。このデータＡ収納部１２には、例えば、５℃刻みに区分された温度範囲を代表する各温度データと、その各温度において外側可動部２３及び内側可動部が有する第１及び第２方向の各共振周波数のデータが保存されている。なお、温度範囲は、５℃刻みに区分する場合に限らず、さらに細かく区分してもよい。温度範囲をより細かく区分することにより、より正確な各共振周波数を取得することができるため、各駆動周波数と投光タイミングをより最適に変更することができる。
【００３９】
そして、本実施形態において、変更手段８は、データＡ収納部１２のデータＡと温度とに基づいて、各共振周波数を取得するように構成されている。例えば、光走査部２の周辺温度が常温（２５℃）の状態で測距動作を開始し、その後周辺温度が変化する環境において、変更手段８は、外側可動部２３及び内側可動部の周辺温度を温度計等によって測定し、測定温度が予め定める所定温度範囲を超えた場合に、測定温度が属する温度範囲を代表する温度と関連付けられた各共振周波数をデータＡ収納部１２から取得する。同時に、変更手段８は、取得した各共振周波数に基づいて、投光タイミングのデータを生成する。例えば、変更手段８に備えるマイコン（図示省略）等によって、取得した各共振周波数と、前述した（１）及び（２）式と、光反射面２６から対象領域までの距離とに基づいて定まるリサージュ走査軌跡上に位置する各時刻ｔにおけるレーザ光の各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように生成する。このようにして、変更手段８は、例えば、周辺温度が予め定める所定温度範囲を超えた場合に、周辺温度に応じた各共振周波数を取得し、取得した各共振周波数に合わせて、第１及び第２方向の各駆動周波数を変更すると共に、取得した各共振周波数に基づいて、投光タイミングを生成し、生成したデータにより、投光タイミングを変更する。
【００４０】
次に、以上のような構成を有する光測距装置１の動作について、図５，６に基づいて説明する。なお、測距動作開始時の光走査部２の周辺温度は常温（２５℃）であり、その後周辺温度Ｔが所定の温度範囲（例えば、２２．５℃＜Ｔ＜２７．５℃）を超える場合について説明する。なお、第１実施形態の動作と同じ部分については説明を簡略化する。なお、各駆動周波数及び投光タイミングは、周辺温度が２５℃の時用のデータが初期設定されているものとする。
【００４１】
第１実施形態と同じ様に、測距開始（ＳＴＥＰ１）後、変更手段８は、例えば、外側可動部２３及び内側可動部２５の周辺温度を温度計等によって測定（ＳＴＥＰ２）する。ここで、測定温度が２２．５℃＜Ｔ＜２７．５℃の温度範囲内である場合、測距部７は、測距動作をそのまま続ける。そして、測定温度が、２２．５℃＜Ｔ＜２７．５℃の温度範囲を超えた場合（ＳＴＥＰ３）、例えば、２７．５℃であった場合、変更手段８は、その測定温度が属する温度範囲を代表する温度データ（３０℃）と関連付けられた各共振周波数をデータＡ収納部１２から取得（ＳＴＥＰ４a）し、取得した各共振周波数に基づいて投光タイミングを生成（ＳＴＥＰ４ｂ）する。そして、変更手段８は、取得した各駆動周波数に基づいて、第１及び第２方向の各駆動周波数を変更すると共に、生成したデータにより、投光タイミングを変更（ＳＴＥＰ５）する。そして、ＳＴＥＰ１に戻り、変更された各駆動周波数と投光タイミングで測距動作を再開する。その後は、測定温度が、例えば、使用している各駆動周波数と対応した温度（３０℃）が属する温度範囲（例えば、２７．５℃＜Ｔ＜３２．５℃）を超えた場合（ＳＴＥＰ３）、変更手段８は、上記ＳＴＥＰ４a、４ｂの動作等を行い、測距動作を継続する。
【００４２】
このように、本実施形態による光測距装置１においては、変更手段８は、温度に応じた各共振周波数を取得し、取得した各共振周波数に基づいて、第１及び第２方向の各駆動周波数及び投光タイミングの双方を変更することができる。また、本実施形態においては、変更手段８に投光タイミングのデータを生成する機能を持たせることができる。したがって、前述した各共振周波数及び投光タイミングを関連付けたタイミングテーブル９を設けた第１実施形態と比較すると、投光タイミングのデータを備える必要がない分、データ容量を少なくすることができる。
【００４３】
なお、以上の説明において、変更手段８は、光走査部２等の周辺温度を測定し、周辺温度に応じて、第１及び第２方向の各駆動周波数を変更するものとしたが、光走査部２等の周辺温度に限らず、例えば、光走査部２自体の温度を測定し、光走査部２自体の温度に応じて、第１及び第２方向の各駆動周波数を変更してもよい。
【００４４】
図７は、第２実施形態による光測距装置１の変形例の要部を示す部分ブロック図である。図７に示すように、第１変形例では、データＡ収納部１２に加えて、各共振周波数と投光タイミングとを関連付けたデータＢを有するデータＢ収納部１３を備えて構成する。
【００４５】
前記データＢ収納部１３には、例えば、データＡ収納部１２に保存されている第１及び第２方向の各共振周波数と同じ各共振周波数と、この各共振周波数に対応した投光タイミングのデータが保存されている。この各共振周波数に対応した投光タイミングのデータは、例えば、各共振周波数と、前述した（１）及び（２）式と、光反射面２６から対象領域までの距離とに基づいて定まるリサージュ走査軌跡上に位置する各時刻ｔにおけるレーザ光の各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように予め求められたものである。
【００４６】
また、本変形例においては、変更手段８は、取得した各共振周波数に関連付けられたデータＢ収納部１３内のデータＢを抽出し、抽出したデータにより、投光タイミングを変更するように構成されている。
【００４７】
本変形例の場合、図６に示す動作フローのＳＴＥＰ４ｂにおいて、変更手段８は、データＢ収納部１３内のデータＢを抽出し、抽出したデータにより、投光タイミングを変更（ＳＴＥＰ５）し、それ以外の動作については、図６において説明した動作と同じである。このように、本変形例においては、投光タイミングのデータを生成するためにマイコン等を設けることなく投光タイミングを変更することができる。
【００４８】
次に、本発明の第３実施形態による光測距装置について説明する。
図８は、本発明の第３実施形態による光測距装置の概略構成の要部を示す部分ブロック図である。なお、図５の第２実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
本実施形態において、光測距装置１は、温度と投光タイミングとを関連付けたデータＣを有するデータＣ収納部１４を備えている。データＣ収納部１４には、例えば、データＡ収納部１２に保存されている５℃刻みに区分された温度範囲を代表する温度と同じ温度データと、この各温度に対応した投光タイミングのデータが保存されている。この各温度に対応した投光タイミングのデータは、各温度においてレーザ光の各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように予め求められたものである。
【００５０】
また、本実施形態において、変更手段８は、各共振周波数を取得し、取得した各共振周波数に合わせて、第１及び第２駆動信号の各駆動周波数を変更し、データＣ収納部１４のデータＣと温度とに基づいて、投光タイミングを変更するように構成されている。変更手段８は、例えば、第２実施形態と同様に、光走査部２の周辺温度を測定し、測定温度が予め定める所定温度範囲を超えた場合に、測定温度が属する温度範囲を代表する温度データと関連付けられた各共振周波数をデータＡ収納部１２から取得する。そして、本実施形態において、変更手段８は、測定温度が属する温度範囲を代表する温度データと関連付けられた投光タイミングのデータをデータＣ収納部１４から取得し、各駆動周波数及び投光タイミングを変更する。
【００５１】
また、本実施形態の場合、図６に示す動作フローのＳＴＥＰ４ｂ、ＳＴＥＰ５において、変更手段８は、データＣ収納部１４のデータＣと周辺温度とに基づいて、投光タイミングを変更し、それ以外の動作については、図６において説明した動作と同じである。このように、本実施形態においては、第２実施形態の変形例と同様に、投光タイミングのデータを生成するためにマイコン等を設けることなく投光タイミングを変更することができる。
【００５２】
なお、上記第２及び第３実施形態において、光測距装置１は、データＡ収納部１２を備え、データＡ収納部１２と、例えば、光走査部２の周辺温度の測定結果に基づいて、周辺温度に応じて変化する第１及び第２方向の各共振周波数を取得する構成としたが、各共振周波数の取得は、データＡ収納部１２と周辺温度の測定結果に基づいて行う場合に限らず、外側可動部２３及び内側可動部２５の第１及び第２方向の各共振周波数を測定する共振周波数測定手段（図示省略）を備えて、各共振周波数を取得するように構成してもよい。
【００５３】
共振周波数測定手段は、例えば、第１及び２駆動コイル２７，２８と平行に設けられる第３及び第４コイル（図示省略）と、第３及び第４コイルに流れる電流を計測する計測器（図示省略）とを備え、第１及び第２駆動コイル２７，２８に、パルス電流を１回供給する様に走査駆動部３に指令する。そして、共振周波数測定手段は、パルス電流の供給により外側可動部２３及び内側可動部２５が自然振動している時に第３及び第４コイルに生じる逆起電力を計測器により計測し、その計測波形より自然振動の周波数を求めることにより、第１及び第２方向の各共振周波数を取得可能に構成するとよい。
【００５４】
また、このように、第２及び第３実施形態に共振周波数測定手段を適用した場合、図６に示す動作フローのＳＴＥＰ３において、周辺温度が所定温度範囲を超えた場合、測距動作を停止し、ＳＴＥＰ４aにおいて、変更手段８は、共振周波数測定手段により各共振周波数を取得し、それ以外の動作については、前述した動作と同じである。このように、本構成例においては、可動部２３，２５の各共振周波数を直接測定することができるため、精度のよい共振周波数を取得することができる。
【００５５】
ところで、上記全ての実施形態による光測距装置１では、温度が予め定める所定温度範囲を超えた場合に、変更手段８による変更動作を開始しているが、他の条件で変更動作を開始するようにしてもよい。以下にいくつか例を挙げて説明する。
【００５６】
図１に点線で示したように、外側可動部２３及び内側可動部２５の揺動振幅を測定する振幅測定手段１５を備え、振幅測定手段１５の測定結果が予め定める所定振幅以下になった場合に、変更手段８による変更動作を開始する構成でもよい。この場合は、図４及び６の測距開始（ＳＴＥＰ１）後、振幅測定手段１５は外側可動部２３及び内側可動部２５の揺動振幅を測定し、ＳＴＥＰ３において、測定結果が予め定める所定振幅以下になった場合、以降の変更動作を開始する。
【００５７】
また、周辺温度が予め定める所定温度範囲を超えた場合、又は、外側可動部２３及び内側可動部２５の揺動振幅が予め定める所定振幅以下になった場合に、変更手段８が変更動作を開始するように構成すると、周辺温度が変化しても変更動作が開始されるまでの間は、設定されている第１及び第２方向の各駆動周波数と、第１及び第２方向の各共振周波数との間にはずれが生じることがある。したがって、可動部２３，２５の揺動振幅は測距中に小さくなる可能性がある。そこで、変更手段８が変更動作を開始するまでは、従来より知られているＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式による駆動制御により、外側可動部２３及び内側可動部２５の揺動振幅を一定に制御し、所定の条件（後述のＳＴＥＰ３a）になった場合に、変更手段８の変更動作を開始する構成でもよい。このようにすると、変更手段８の変更動作開始前（測距中）に、揺動振幅が小さくなることはない。以下に具体例として、第１実施形態による光測距装置１に適用した場合を説明する。
【００５８】
図９は、第１実施形態による光測距装置１の別の構成例を示すブロック図である。図９に示すように、本構成例では、外側可動部２３及び内側可動部２５の揺動振幅を測定する振幅測定手段１５を備え、走査駆動部３は、駆動回路３ａからパルス電流を第１及び第２駆動信号としてそれぞれ供給し、振幅測定手段１５の測定結果に応じて、パルス電流のデューティー比、すなわち、走査駆動部３に設定されている第１及び第２駆動信号の各駆動周波数に基づいて定まる一周期の中でパルス電流を供給する時間（パルス幅）が一周期内で占める割合、を変更することにより揺動振幅を一定に制御するパルス幅変更部３ｂを備えて構成している。
【００５９】
本構成例において、駆動回路３ａは、設定されている第１及び第２駆動信号の各駆動周波数に基づいて定まる周期で、パルス電流を第１及び第２駆動コイル２７，２８にそれぞれ供給するように構成される。また、変更手段８は、パルス電流のデューティー比が所定比率を超えた場合に、変更動作を開始するように構成されている。
【００６０】
次に、以上のような構成を有する光測距装置１の動作について、図９，１０に基づいて説明する。なお、前述した第１実施形態の動作と同じ部分については説明を簡略化する。
【００６１】
まず、測距動作について説明する。走査駆動部３の駆動回路３ａは、初期設定された駆動周波数に基づいて定まる周期で、パルス電流を第１及び第２駆動信号としてそれぞれ第１及び第２駆動コイル２７，２８に供給することにより、内側可動部２５を二次元方向に揺動させる。同時に、パルス幅変更部３ｂは、揺動振幅測定手段１５の測定結果に応じて、パルス電流のデューティー比を変更して外側可動部２３及び内側可動部２５の揺動振幅を一定に制御する。そして、前述した第１実施形態と同じ様に、測距部７は、物体の距離を照射位置毎に計測し、表示部１１が距離画像を表示する。以上のような動作により測距を行うが、測距開始（ＳＴＥＰ１a）後、変更手段８は、例えば、外側可動部２３及び内側可動部２５の周辺温度を温度計等によって測定すると同時に、第１及び第２駆動コイル２７，２８に供給する電力量を、現在のデューティー比に基づいて求める（ＳＴＥＰ２a）。ここで、求めた電力量が予め定める所定量以内の場合、測距部７は、測距動作をそのまま続ける。そして、デューティー比が所定比率を越えて、求めた電力量が所定量を超えた場合（ＳＴＥＰ３a）、変更手段８は、第１実施形態と同じ様に、タイミングテーブル９を温度計から得られた測定温度が属する温度範囲のタイミングテーブル９に切替え（ＳＴＥＰ４）て、各駆動周波数と投光タイミングとを変更（ＳＴＥＰ５）する。
【００６２】
このように、本構成例による光測距装置１においては、変更手段８の変更動作開始前（測距中）において、揺動振幅を一定に制御することができる。これにより、デューティー比が所定比率（消費電力量が所定量）を超えるまでは、ＰＷＭ方式による駆動制御の利点を生かして、揺動振幅を一定に制御し、デューティー比が所定比率（消費電力量が所定量）を越えＰＷＭ方式の制御範囲を超えてしまった場合においても、変更手段８により変更動作を開始して、測距動作を継続することができる。なお、上記説明は、ＰＷＭ方式の駆動制御を第１実施形態に適用した場合で説明したが、上記全ての実施形態に適用することができる。
【００６３】
なお、上記全ての実施形態の説明において、光走査部２は、二次元ガルバノミラー２０によって構成され、対象領域内をリサージュ走査する場合で説明したが、光走査部２は、図示しないが、周知の一次元ガルバノミラーによって構成し、対象領域内を一次元走査する構成であってもよい。この場合、光走査部２の可動部は、固定部２１に対して一対のトーションバーにより揺動可能に軸支される構成となる。そして、例えば、前述の第１実施形態の様に、タイミングテーブル９を備える構成にする場合は、タイミングテーブル９のタイミングデータは、時刻ｔにおける可動部の揺動角度と、光反射面２６から対象領域までの距離とに基づいて定まる一次元走査軌跡上に位置する各時刻ｔにおけるレーザ光の各照射位置間の距離が予め定める所定値以上になるように予め求められる。また、前述の第２実施形態の様に、変更手段８が、取得した共振周波数に基づいて投光タイミングのデータを生成する構成にする場合、例えば、変更手段８に備えるマイコン等によって、取得した共振周波数と、時刻ｔにおける可動部の揺動角度と、光反射面２６から対象領域までの距離とに基づいて、投光タイミングのデータを生成する構成となる。
【符号の説明】
【００６４】
１…光測距装置
２…光走査部
３…走査駆動部
４…光源部
５…受光部
６…光源制御部
７…測距部
８…変更手段
９…タイミングテーブル
１２…データＡ収納部（第３データ収納部）
１３…データＢ収納部（第１データ収納部）
１４…データＣ収納部（第２データ収納部）
１５…振幅測定手段
２０…二次元ガルバノミラー（光走査部）
２１…固定部
２２…第１トーションバー
２３…外側可動部
２４…第２トーションバー
２５…内側可動部
２６…光反射面
３ｂ…パルス幅変更手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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