(57)【要約】      （修正有）【課題】走査領域の全体に均一かつ効率的に走査光が照射され、正確に走査領域を走査することが可能な光走査装置及び測距装置を提供する。【解決手段】第１のタイミング及び第１のタイミングに連続する第２のタイミングの各々でパルス光を出射光として出射する光源部１１と、第１及び第２のタイミング間で出射光の出射方向を変化させた走査光を用いて所定の領域を走査する走査部１２と、走査光が所定の領域内に存在する対象物によって反射した反射光を受光する受光部と、走査光の断面形状が第１のタイミングにおける走査光の光軸と第２のタイミングにおける走査光の光軸とがなす角度に応じた形状となるように、光源部を制御する制御部と、を有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のタイミング及び前記第１のタイミングに連続する第２のタイミングの各々でパルス光を出射光として出射する光源部と、
前記第１及び第２のタイミング間で前記出射光の出射方向を変化させた走査光を用いて所定の領域を走査する走査部と、
前記走査光が前記所定の領域内に存在する対象物によって反射した反射光を受光する受光部と、
前記走査光の断面形状が前記第１のタイミングにおける前記走査光の光軸と前記第２のタイミングにおける前記走査光の光軸とがなす角度に応じた形状となるように、前記光源部を制御する制御部と、を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
第１のタイミング及び前記第１のタイミングに連続する第２のタイミングの各々でパルス光を出射光として出射する光源部と、
前記第１及び第２のタイミング間で前記出射光の出射方向を変化させた走査光を用いて所定の領域を走査する走査部と、
前記走査光が前記所定の領域内に存在する対象物によって反射した反射光を受光する受光部と、
前記走査部の断面形状が前記光源部から所定の距離だけ離れた位置における前記第１のタイミングにおける前記走査光の光軸と前記第２のタイミングにおける前記走査光の光軸との間隔に応じた形状となるように、前記光源部を制御する制御部と、を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１及び第２のタイミング間で前記走査光の前記断面形状を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記光源部は、複数の発光素子を含み、
前記制御部は、前記複数の発光素子における発光させる発光素子の組み合わせを制御することによって、前記走査光の前記断面形状を制御することを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記光源部は、前記出射光の断面形状を変化させる光学素子を有し、
前記制御部は、前記光学素子を制御することによって、前記走査光の前記断面形状を制御することを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の光走査装置と、
前記反射光に基づいて前記対象物までの距離を測定する測距部と、を有することを特徴とする測距装置。
【請求項７】
第１のタイミング及び前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングの各々でパルス光を出射光として出射する光源部と、
前記出射光の出射方向を変化させた走査光を用いて所定の領域を走査する走査部と、
前記走査光が前記所定の領域内に存在する対象物によって反射した反射光を受光する受光部と、を有し、
前記走査光は、前記第１のタイミングにおける前記走査光の光軸と前記第２のタイミングにおける前記走査光の光軸とがなす角度に応じた断面形状となることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
第１のタイミング及び前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングの各々でパルス光を出射光として出射する光源部と、
前記出射光の出射方向を変化させた走査光を用いて所定の領域を走査する走査部と、
前記走査光が前記所定の領域内に存在する対象物によって反射した反射光を受光する受光部と、を有し、
前記走査光は、前記光源部から所定の距離だけ離れた位置における前記第１のタイミングにおける前記走査光の光軸と前記第２のタイミングにおける前記走査光の光軸との間隔に応じた断面形状となることを特徴とする光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光を対象物に照射し、当該対象物によって反射された光を検出することで、当該対象物までの距離を測定することができる。このような光学的な測距装置は、例えば、光走査装置と組み合わせることで、当該光走査装置が走査する領域内の２次元的な距離情報を得ることができる。
【０００３】
当該光走査型の測距装置は、例えば、走査装置として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーと、当該ミラーに向けて光を出射する光源と、対象物からの反射光を受光する受光部とを有する。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含む光測距装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2011-053137号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光走査型の測距装置では、走査軌道内の複数の点を走査点とし、各走査点について測距を行う。しかし、走査軌道や走査速度によっては、走査点が偏在する場合や、部分的に走査されない領域が生ずる場合がある。従って、走査点が近接する部分では同一箇所に対して複数回の測距が行われることとなり、また、走査点が離れた部分では走査漏れが生じ、測距されない箇所が生ずる場合がある。
【０００６】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、走査領域の全体に均一かつ効率的に走査光が照射され、正確に走査領域を走査することが可能な光走査装置及び測距装置を提供することを課題の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、第１のタイミング及び第１のタイミングに連続する第２のタイミングの各々でパルス光を出射光として出射する光源部と、第１及び第２のタイミング間で出射光の出射方向を変化させた走査光を用いて所定の領域を走査する走査部と、走査光が所定の領域内に存在する対象物によって反射した反射光を受光する受光部と、走査光の断面形状が第１のタイミングにおける走査光の光軸と第２のタイミングにおける走査光の光軸とがなす角度に応じた形状となるように、光源部を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、第１のタイミング及び第１のタイミングに連続する第２のタイミングの各々でパルス光を出射光として出射する光源部と、第１及び第２のタイミング間で出射光の出射方向を変化させた走査光を用いて所定の領域を走査する走査部と、走査光が所定の領域内に存在する対象物によって反射した反射光を受光する受光部と、走査部の断面形状が光源部から所定の距離だけ離れた位置における第１のタイミングにおける走査光の光軸と第２のタイミングにおける走査光の光軸との間隔に応じた形状となるように、光源部を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の光走査装置と、反射光に基づいて対象物までの距離を測定する測距部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項７に記載の発明は、第１のタイミング及び第１のタイミングとは異なる第２のタイミングの各々でパルス光を出射光として出射する光源部と、出射光の出射方向を変化させた走査光を用いて所定の領域を走査する走査部と、走査光が所定の領域内に存在する対象物によって反射した反射光を受光する受光部と、を有し、走査光は、第１のタイミングにおける走査光の光軸と第２のタイミングにおける走査光の光軸とがなす角度に応じた断面形状となることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項８に記載の発明は、第１のタイミング及び第１のタイミングとは異なる第２のタイミングの各々でパルス光を出射光として出射する光源部と、出射光の出射方向を変化させた走査光を用いて所定の領域を走査する走査部と、走査光が所定の領域内に存在する対象物によって反射した反射光を受光する受光部と、を有し、走査光は、光源部から所定の距離だけ離れた位置における第１のタイミングにおける走査光の光軸と第２のタイミングにおける走査光の光軸との間隔に応じた断面形状となることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１に係る測距装置の配置図である。
【図２Ａ】実施例１に係る測距装置における走査部の上面図である。
【図２Ｂ】実施例１に係る測距装置における走査部の断面図である。
【図３】実施例１に係る測距装置の走査態様を示す図である。
【図４】実施例１に係る測距装置の光源部の出射面を示す平面図である。
【図５】実施例１に係る測距装置の制御部のブロック図である。
【図６】実施例１に係る測距装置における走査光のスポット形状の変化を示す図である。
【図７】実施例１の変形例に係る測距装置における走査光のスポット形状の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、実施例１に係る測距装置１０の模式的な配置図である。測距装置１０は、所定の領域（以下、走査領域と称する）Ｒ０の光走査を行い、走査領域Ｒ０内に存在する対象物（測距対象物）ＯＢまでの距離を測定する走査型の測距装置である。図１を用いて、測距装置１０について説明する。なお、図の明確さのため、図１には、走査領域Ｒ０及び対象物ＯＢを模式的に示している。
【００１５】
まず、測距装置１０は、パルス化された光（以下、パルス光と称する）を出射光Ｌ１として生成及び出射する光源部１１を有する。本実施例においては、光源部１１は、出射光Ｌ１として、赤外領域にピーク波長を有するパルス化されたレーザ光を生成する。
【００１６】
測距装置１０は、出射光Ｌ１を用いて走査領域Ｒ０を走査する走査部１２を有する。走査部１２は、出射光Ｌ１を走査領域Ｒ０に向けて反射させる可動式の光反射面１２Ａを有する。本実施例においては、走査部１２は、光反射面１２Ａが設けられた可動ミラーを有する。
【００１７】
走査部１２は、光反射面１２Ａの向きを変化させることで、出射光Ｌ１が反射する方向を連続的かつ周期的に変化させる。走査部１２は、この光反射面１２Ａによって反射された出射光Ｌ１を走査光Ｌ２として用い、走査領域Ｒ０を周期的に走査する。
【００１８】
なお、走査領域Ｒ０は、光反射面１２Ａの可動範囲に対応する幅及び高さを有し、走査光Ｌ２が到達及び反射したときに所定強度の反射光を受光可能な距離に対応する奥行を有する仮想の３次元空間である。図１においては、走査領域Ｒ０の外縁を破線で模式的に示した。
【００１９】
例えば、図１に示すように、走査領域Ｒ０内における走査光Ｌ２の光路上に対象物ＯＢが存在する場合、対象物ＯＢに走査光Ｌ２が照射される。また、対象物ＯＢが走査光Ｌ２に対して反射性を有する物体である場合、対象物ＯＢによって走査光Ｌ２が反射される。
【００２０】
測距装置１０は、走査光Ｌ２が対象物ＯＢに照射されることで対象物ＯＢによって反射された光（以下、反射光と称する）Ｌ３を受光して検出する受光部１３を有する。受光部１３は、例えば、出射光Ｌ１のピーク波長を含む所定の波長帯域の光を受光して検出する光検出器を含む。また、受光部１３は、反射光Ｌ３に対して光電変換を行い、反射光Ｌ３に応じた電気信号（以下、受光信号と称する）ＳＲを生成する。
【００２１】
なお、本実施例においては、光源部１１と走査部１２の光反射面１２Ａとの間の出射光Ｌ１の光路上には、ビームスプリッタＢＳが設けられている。走査光Ｌ２は、対象物ＯＢによって反射されて反射光Ｌ３となり、光反射面１２Ａに向かって戻る。そして、反射光Ｌ３は、光反射面１２Ａ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、受光部１３によって受光される。なお、光源部１１によって出射された出射光Ｌ１は、ビームスプリッタＢＳを透過して走査部１２に向かって進む。
【００２２】
本実施例においては、光源部１１、走査部１２及び受光部１３は、光走査装置ＳＣを構成する。光走査装置ＳＣは、光源部１１からの出射光Ｌ１を用いて走査領域Ｒ０の光走査を行い、対象物ＯＢからの反射光Ｌ３を受光して受光信号ＳＲを生成する。光走査装置ＳＣは、この受光信号ＳＲを走査領域Ｒ０内の光走査情報として出力する。
【００２３】
次に、測距装置１０は、受光信号ＳＲに基づいて、対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部１４を有する。本実施例においては、測距部１４は、受光信号ＳＲから反射光Ｌ３のパルスを検出し、出射光Ｌ１の出射からの時間差に基づくタイムオブフライト法によって対象物ＯＢ（及びその一部の表面領域）までの距離を測定する。測距部１４は、測定した距離情報を示すデータ（以下、測距データと称する）を生成する。
【００２４】
また、本実施例においては、測距部１４は、走査領域Ｒ０内の所定の領域を有効走査領域（又は測距領域）とし、この有効走査領域内に向けて出射された走査光Ｌ２に対応する反射光Ｌ３の受光信号ＳＲに基づいて、対象物ＯＢまでの距離を測定する。
【００２５】
本明細書においては、説明上、走査領域Ｒ０内における走査部１２から所定の距離だけ離れた仮想の被走査面を走査面Ｒ１と称する。また、本実施例においては、有効走査領域は、走査領域Ｒ０の外縁部分を除いた領域（すなわち空間）であり、図１には、有効走査領域を、走査面Ｒ１の外縁部分を除いた内側の領域である有効走査面Ｒ２として例示した。測距部１４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。
【００２６】
また、本実施例においては、測距部１４は、当該測距データに基づいて走査領域Ｒ０の画像化を行う。測距部１４は、走査部１２が走査領域Ｒ０を走査する周期（以下、走査周期と称する）毎に１つの測距画像を生成する。なお、走査周期とは、例えば、走査領域Ｒ０に対する走査を周期的に行う場合において、任意の走査状態（例えば光反射面１２Ａの向き）の時点から、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。
【００２７】
本実施例においては、測距部１４は、当該測距データを光反射面１２Ａの向きを示す情報と対応付けた２次元又は３次元のマップ画像を生成する。本実施例においては、測距部１４は、走査周期毎に測距画像を生成する。なお、測距部１４は、複数の測距画像を時系列に沿って動画として表示する表示部（図示せず）を有していてもよい。
【００２８】
また、測距装置１０は、光走査装置ＳＣ（光源部１１、走査部１２及び受光部１３）並びに測距部１４の動作制御を行う制御部１５を有する。例えば、本実施例においては、制御部１５は、光源部１１に駆動信号ＤＬを供給し、光源部１１の駆動及びその制御を行う。また、制御部１５は、走査部１２に駆動信号ＤＸ及びＤＹを供給し、走査部１２の駆動及びその制御を行う。
【００２９】
次に、図２Ａ及び図２Ｂ並びに図３を用いて、走査部１２の構成例について説明する。まず、図２Ａは、走査部１２の模式的な上面図である。図２Ｂは、走査部１２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、走査部１２の構成例について説明する。
【００３０】
本実施例においては、走査部１２は、光反射面１２Ａを有する光反射膜（可動ミラー）２４を含み、この光反射膜２４が揺動するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーである。また、本実施例においては、走査部１２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。
【００３１】
より具体的には、走査部１２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、走査部１２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。
【００３２】
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り、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。
【００３３】
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。
【００３４】
本実施例においては、揺動枠ＳＸは揺動軸ＡＸを中心に（揺動中心として）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。
【００３５】
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の外周に沿って配線された金属配線（第１のコイル）ＣＸと、揺動板ＳＹ上において揺動板ＳＹの外周に沿って配線された金属配線（第２のコイル）ＣＹと、を含む。
【００３６】
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の各々に沿ってかつ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。
【００３７】
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。
【００３８】
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に流れた電流による電界と揺動枠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。
【００３９】
また、図２Ａに示すように、金属配線ＣＸ及びＣＹは、制御部１５に接続されている。制御部１５は、金属配線ＣＸ及びＣＹに駆動信号ＤＸ及びＤＹを供給する。駆動力生成部２３は、駆動信号ＤＸ及びＤＹ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。
【００４０】
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は、揺動軸ＡＸ及びＡＹに直交する中心軸ＡＣを有する。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９０度回転対称に形成されている。
【００４１】
また、図２Ｂを参照すると、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。
【００４２】
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。
【００４３】
光反射膜２４（光反射面２４Ａ）が揺動することで、出射光Ｌ１の反射方向、すなわち走査光Ｌ２の出射方向が変化する。このようにして、走査部１２は、走査光Ｌ２を用いて走査領域Ｒ０の走査を行う。すなわち、本実施例においては、走査部１２は、出射光Ｌ１の出射方向を連続的に変化させることで走査領域Ｒ０を所定の周期で周期的に走査する。
【００４４】
図３は、制御部１５が生成する駆動信号ＤＸ及びＤＹと、これに基づいた光反射膜２４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３を用いて、走査部１２による走査領域Ｒ０の走査態様について説明する。
【００４５】
まず、制御部１５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。
【００４６】
また、変数θ1は、駆動信号ＤＸが、走査部１２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、走査部１２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。
【００４７】
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３に示すように、走査領域Ｒ０の走査面Ｒ１を見たとき、光反射膜２４に反射された出射光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。
【００４８】
換言すれば、本実施例においては、走査部１２は、出射光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１２Ａを有し、リサージュ曲線に従った軌跡ＴＲを描くように走査領域Ｒ０を走査する走査態様を有する。
【００４９】
なお、上記した走査部１２の構成は一例に過ぎない。例えば、走査部１２は、リサージュ曲線に従った軌道で走査領域Ｒ０を走査する場合に限定されない。例えば、走査部１２は、ラスタースキャンを行う軌道を有していてもよいし、走査周期毎にその走査軌道が異なっていてもよい。走査部１２は、出射光Ｌ１（走査光Ｌ２）によって走査領域Ｒ０を走査するように構成されていればよい。
【００５０】
図４は、光源部１１の光出射面１１Ａの平面図である。本実施例においては、光源部１１は、マトリクス状に配置され、互いに独立して光出射を行う複数の光出射セグメントＥＭを有する。これら複数の光出射セグメントＥＭは、その全体で光源部１１の光出射面１１Ａを形成する。例えば、光源部１１は、各々が光出射セグメントＥＭに光を供給する複数の発光素子からなる発光素子アレイを含む。
【００５１】
例えば、全ての光出射セグメントＥＭから光を出射させることで、光出射面１１Ａからは、比較的大きな円形状の出射光Ｌ１が出射される。また、一部の発光素子（例えば、１列の光出射セグメントＥＭを構成する発光素子）のみから光を出射させることで、楕円形状の出射光Ｌ１が出射される。
【００５２】
このように、本実施例においては、光源部１１は、出射セグメントＥＭの各々における光の出射及び非出射を切替えることで、出射光Ｌ１のスポット形状（すなわち走査面Ｒ１上での走査光Ｌ２のビーム形状であり、走査光Ｌ２の断面形状に対応する）を変化させるように構成されている。また、本実施例においては、制御部１５は、光源部１１における複数の発光素子における発光させる発光素子の組み合わせを制御することによって、走査光Ｌ２の断面形状を制御する。
【００５３】
図５は、制御部１５のブロック図である。まず、走査部１２の走査状況を示す情報を取得して、走査光Ｌ２の実際の軌道を判定する走査軌道判定部１５Ａを有する。例えば、走査軌道判定部１５Ａは、例えば走査部１２に設けられた揺動位置センサ（図示せず）によって光反射面１２Ａの向きを取得し、走査光Ｌ２がどの方向に向けて照射されているか（有効走査面Ｒ２内のどの位置に照射されているか）を判定する。また、走査軌道判定部１５Ａは、光反射面１２Ａの向きの変化に基づいて、走査光Ｌ２の過去の軌跡ＴＲを判定し、また、走査光Ｌ２の将来の軌道を推定する。
【００５４】
次に、制御部１５は、走査面Ｒ１上の走査光Ｌ２の被照射点である走査点に関する情報を取得する走査点情報取得部１５Ｂを有する。測距装置１０においては、この走査点は、測距部１４が測距を行う測距点となる。
【００５５】
まず、走査点情報取得部１５Ｂは、光源部１１からの出射光Ｌ１の出射タイミングと、走査部１２の光反射面１２Ａの向きとに基づいて、走査領域Ｒ０内における走査点の位置（例えば走査面Ｒ１上における座標値）を取得する。そして、走査情報取得部１５Ｂは、出射光Ｌ１の出射タイミングの各々における出射光Ｌ１のスポット形状に関する情報を取得する。換言すれば、走査点情報取得部１５Ｂは、各走査点の位置及びそのそれぞれにおける走査光Ｌ２のスポット形状、及びその変化履歴に関する情報を走査点情報として取得する。
【００５６】
また、制御部１５は、当該走査点情報に基づいて、走査部１２が各走査点を走査する際の出射光Ｌ１のスポット形状を調節するように、光源部１１を制御する光源制御部１５Ｃを有する。本実施例においては、光源制御部１５Ｃは、各走査点に対応する出射光Ｌ１の出射タイミング（以下、単にタイミングと称する場合がある）毎に出射光Ｌ１のスポット形状を決定する。そして、光源制御部１５Ｃは、当該スポット形状の出射光Ｌ１が出射されるように、光源部１１の各光出射セグメントＥＭでの光の出射及び非出射を切替える。
【００５７】
図６は、制御部１５による走査光Ｌ２の形状制御例を模式的に示す図である。図６は、走査光Ｌ２の各走査点（すなわち測距装置１０の測距点）ＭＰの位置と、各走査点ＭＰでの走査光Ｌ２のスポット形状ＬＳの変化例を模式的に示す図である。図６には、一部の走査点ＭＰでの走査光Ｌ２のスポット形状ＬＳのみを示している。なお、出射光Ｌ１のスポット形状は、走査光Ｌ２のスポット形状ＬＳに相似な形状である。
【００５８】
まず、走査点ＭＰについて説明する。走査点ＭＰは、走査面Ｒ１上における走査光Ｌ２被照射点である。また、走査点ＭＰは、この軌跡ＴＲ上において、出射光Ｌ１の出射間隔と光反射面１２Ａの変位速度とに応じた間隔で点在する。換言すれば、軌跡ＴＲは、走査面Ｒ１内に設けられ得る全ての走査点ＭＰの位置を示すものである。
【００５９】
また、本実施例においては、走査部１２は、揺動する光反射面１２Ａによって出射光Ｌ１を反射させる。従って、出射光Ｌ１の反射方向、すなわち走査光Ｌ２の出射方向が連続的に変化する。換言すれば、走査光Ｌ２は、光反射面１２Ａの揺動角度に応じて、その光軸ＬＸの位置及び方向（角度）が変化する。また、走査点ＭＰは、当該互いに異なる光軸ＬＸの各々上に存在する。また、走査点ＭＰの各々の位置は、走査面Ｒ１、すなわち光源部１１から所定の距離だけ離れた位置における走査光Ｌ２の光軸ＬＸの位置に対応する。
【００６０】
次に、制御部１５は、各走査点ＭＰの位置及びその隣接する他の走査点ＭＰとの間隔に基づいて、各走査点ＭＰの走査光Ｌ２のスポット形状ＬＳを調節するように、光源部１１を制御する。具体的には、制御部１５は、任意の走査点ＭＰを走査する際において、その走査周期内における過去の走査点ＭＰの位置及びその走査点ＭＰでの走査光Ｌ２のスポット形状の履歴と、将来の走査点ＭＰの位置と、に基づいて、当該任意の走査点ＭＰに照射される走査光Ｌ２に対応する出射光Ｌ１のスポット形状を決定する。
【００６１】
例えば、図６に示すように、タイミングｔ（ｎ−１）、ｔｎ及びｔ（ｎ＋１）の順で時間が進み、走査点ＭＰ（ｔ（ｎ−１））、ＭＰ（ｔｎ）及びＭＰ（ｔ（ｎ＋１））の順で走査が行われる場合を考える。ここで、タイミングｔ（ｎ−１）と、それに続く第１のタイミングとしてのタイミングｔｎと、その次の第２のタイミングとしてのタイミングｔ（ｎ＋１）とは、時間的に連続している。
【００６２】
この場合、例えば、制御部１５の走査点情報取得部１５Ｂは、走査点ＭＰ（ｔｎ）を走査するタイミングｔｎの前に、同一走査周期内の過去のタイミングｔ１〜ｔ（ｎ−１））で走査された走査点ＭＰ（ｔ１）〜ＭＰ（ｔ（ｎ−１））の位置及び当該走査点ＭＰ（ｔ１）〜ＭＰ（ｔ（ｎ−１））での走査光Ｌ２のスポット形状ＬＳ（ｔ１）〜ＬＳ（ｔ（ｎ−１））に関する情報を取得する。また、走査点情報取得部１５Ｂは、当該走査周期内におけるタイミングｔｎよりも後のタイミング（タイミングｔ（ｎ＋１）以降のタイミング）に走査される走査点ＭＰ（例えば走査点ＭＰ（ｔ（ｎ＋１））の位置に関する情報を取得する。
【００６３】
そして、制御部１５の光源制御部１５Ｃは、走査点ＭＰ（ｔｎ）に向けて出射される走査光Ｌ２が隣接する他の走査点ＭＰでの走査光Ｌ２の被照射領域と重複しない範囲内で最大のスポット形状ＬＳ（ｔｎ）となるように、光源部１１を制御する。
【００６４】
従って、光源部１１は、例えば、走査周期（所定の周期）内における他のタイミングに走査領域Ｒ０内の走査面Ｒ１上に照射される走査光Ｌ２のスポット形状ＬＳに基づいて、タイミングｔｎにおいて走査面Ｒ１に照射される走査光Ｌ２に対応する出射光Ｌ１のスポット形状を調節する。これによって、走査光Ｌ２が同一の領域に重複して照射されること、また走査光Ｌ２が照射されない領域が生ずることを抑制することができる。
【００６５】
また、本実施例においては、光源部１１は、タイミングｔｎにおける出射光Ｌ１を、他のタイミングにおける走査面Ｒ１上の走査光Ｌ２の被照射領域に重複しない範囲内で最大のスポット形状で出射する。従って、走査領域Ｒ０に対する走査光Ｌ２の照射効率が最大化される。
【００６６】
特に、本実施例に示すように、リサージュ曲線に沿った軌跡ＴＲで走査領域Ｒ０（走査面Ｒ１）を走査する場合、この重複して走査光Ｌ２が照射され得る走査点ＭＰ及び隣接する走査点ＭＰとの距離が大きい走査点ＭＰが生じやすい。一方、リサージュスキャンを行う場合、走査領域Ｒ０の全体を短時間で走査することができる利点を有する。従って、本実施例においては、当該重複した走査及び走査漏れを抑制することで、短時間での広範囲に亘る走査及び測距と、高精度な走査及び測距とを両立することができる。
【００６７】
なお、例えば図６に示すように、制御部１５は、タイミングｔｎにおける走査光Ｌ２のスポット形状ＬＳ（ｔｎ）及びタイミングｔ（ｎ＋１）における走査光Ｌ２のスポット形状ＬＳ（ｔ（ｎ＋１））の各々を、タイミングｔ（ｎ−１）における走査光Ｌ２のスポット形状ＬＳ（ｔ（ｎ−１）から変化させる場合について説明した。しかし、制御部１５は、例えば走査点ＭＰの位置によっては、走査光Ｌ２が複数のタイミング間で同一のスポット形状ＬＳとなるように光源部１１を制御してもよい。
【００６８】
すなわち、制御部１５は、例えば、対象となる２つの走査点ＭＰの各々に対応するタイミングに出射される走査光Ｌ２のスポット形状ＬＸが当該２つの走査点ＭＰの間隔（各タイミングにおける走査光Ｌ２の光軸ＬＸの各々間の距離）に応じた形状となるように、光源部１１を制御すればよい。
【００６９】
このように、本実施例においては、測距装置１０は、第１のタイミング（例えばタイミングｔｎ）及びこれとは異なる第２のタイミング（例えばタイミングｔｎに連続するタイミングｔ（ｎ＋１））を含む複数のタイミングの各々でパルス光を出射光Ｌ１として出射する光源部１１と、当該複数のタイミング（例えば第１及び第２のタイミング）間で出射光Ｌ１の出射方向を変化させた走査光Ｌ２を用いて所定の領域（走査領域Ｒ０）を走査する走査部１２と、走査光Ｌ２が当該所定の領域内に存在する対象物ＯＢによって反射した反射光Ｌ３を受光する受光部１３と、反射光Ｌ３に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部１４と、を有する。
【００７０】
また、測距装置１０は、走査光Ｌ２のスポット形状（断面形状）ＬＳが、光源部１１から所定の距離だけ離れた位置（例えば走査面Ｒ１）における、当該第１のタイミングにおける走査光Ｌ２の光軸ＬＸと当該第２のタイミングにおける走査光Ｌ２の光軸ＬＸとの間隔に応じた形状となるように、光源部１１を制御する制御部１５を有する。従って、走査領域Ｒ０の全体に均一かつ効率的に走査光Ｌ２が照射され、正確に走査領域Ｒ０を走査することが可能な測距装置１０を提供することができる。
【００７１】
また、当該第１及び第２のタイミングの一例として、当該第１及び第２のタイミングが互いに連続するタイミングである場合、そのそれぞれに対応する走査点ＭＰの各々は走査面Ｒ１内において互いに隣接する場合が多い。従って、制御部１５がこの互いに連続する第１及び第２のタイミング間で走査光Ｌ２のスポット形状となるように光源部１１を制御する。これによって、走査光Ｌ２の走査領域Ｒ０内における照射均一性及び照射効率が確実に向上する。
【００７２】
図７は、実施例１の変形例に係る測距装置１０Ａの配置図である。測距装置１０Ａは、光源部１６、走査部１７及び制御部１８の構成を除いては、測距装置１０と同様の構成を有する。図７は、測距装置１０Ａにおける光源部１６、走査部１７及び制御部１８のみを示している。測距装置１０Ａにおいては、光源部１６、走査部１７及び制御部１８が光走査装置を構成する。
【００７３】
本変形例においては、光源部１６は、出射光Ｌ１の断面形状を変化させる光学素子１６Ａを有する。また、制御部１８は、光学素子１６Ａを制御することによって、走査光Ｌ２の断面形状を制御する。
【００７４】
例えば、光源部１６は、点光源として機能する光源（図示せず）と、光学素子１６Ａとして、当該光源からの光を整形する可変レンズと、を有する。本実施例においては、可変レンズは液晶レンズからなる。また、光源部１６は、光学素子１６Ａによって種々のスポット形状の光を出射光Ｌ１として出射する。制御部１８は、当該光源及び光学素子１６Ａの各々を駆動する信号を駆動信号ＤＬとして生成する。
【００７５】
また、走査部１７は、走査部１２と同様の光反射膜２４（光反射面１２）を有する。走査部１７は、光反射面１２Ａによって出射光Ｌ１を反射させて走査光Ｌ２を生成し、走査光Ｌ２によって走査領域Ｒ０（走査面Ｒ１）をラスタースキャンによって走査するように構成されている。
【００７６】
具体的には、例えば、制御部１８は、走査部１７の光反射膜２４が第１の揺動軸ＡＸを中心に非共振モードで揺動し、第２の揺動軸ＡＹを中心に共振モードで揺動するような駆動信号ＤＸ及びＤＹを生成する。従って、図７に示すように、走査領域Ｒ０の走査面Ｒ１を見たとき、走査光Ｌ２（及び走査点ＭＰ）の軌跡はライン形状を示す。
【００７７】
本変形例に示すように、ラスタースキャンを行う場合においても、走査部１２の光反射面１２Ａの揺動速度は一定ではない。従って、走査領域Ｒ０内の走査点ＭＰの各々の配置間隔は一定ではない場合が多い。
【００７８】
制御部１８は、制御部１５と同様に、走査軌道判定部１５Ａ、走査点情報取得部１５Ｂ及び光源制御部１５Ｃを有する。従って、制御部１８は、ラスタースキャンの場合の走査軌道に対して、制御部１５と同様の動作を行う。従って、図７に示すように、走査領域Ｒ０の走査点ＭＰの配置に応じて走査光Ｌ２のスポット形状ＬＳが調節される。
【００７９】
なお、ラスタースキャンは、例えば、リサージュスキャンに比べて小さな領域（例えば１つの走査線上の領域）を集中的に走査することに適した方式であるといえる。従って、走査光Ｌ２が同一領域に重複して照射されやすくなる。本変形例においては、走査光Ｌ２のスポット形状ＬＳを調節することで、当該重複した走査光Ｌ２の照射を抑制することができる。また、例えば、スポット形状ＬＳによって出射光Ｌ１の光量を変化させること、例えばスポット形状ＬＳが小さいほど出射光Ｌ１の光量を下げることで、少ない光量で十分な走査結果及び測距結果を得ることができる。
【００８０】
なお、本実施例においては、制御部１５が走査部１２の実際の走査軌道を考慮して出射光Ｌ１のスポット形状を調節する場合について説明した。しかし、出射光Ｌ１のスポット形状の調節は、当該実際の走査軌道を考慮することなく行われてもよい。
【００８１】
例えば、設計上の環境下で動作する限り、走査部１２の走査軌道はほぼ変化しない。従って、光源部１１が出射光Ｌ１を出射するタイミングが予め特定されている場合、走査点ＭＰの走査領域Ｒ０内での位置を特定することができる。従って、光源部１１は、タイミング毎の出射光Ｌ１のスポット形状の調節プログラムが組み込まれることで、制御部１５の制御によらず、同様の動作を行うことができる。
【００８２】
また、本実施例においては、制御部１５は、走査周期内における過去の走査履歴（走査点ＭＰ及びスポット形状ＬＳ）を考慮して、出射光Ｌ１の出射タイミング毎にスポット形状を連続的に調節していく場合について説明した。しかし、出射光Ｌ１のスポット形状の調節は、当該過去の走査履歴を考慮することなく行われてもよい。
【００８３】
例えば、上記したように、走査部１２の走査軌道が変化せず、光源部１１が出射光Ｌ１を出射するタイミングが予め分かっていれば、走査点ＭＰの位置は特定される。従って、出射光Ｌ１のスポット形状は、当該スポット形状の調節可能なパターンと、走査点ＭＰの位置（他の走査点ＭＰとの位置関係）と、に基づいて、予め決定されることができる。
【００８４】
また、制御部１５による出射光Ｌ１のスポット形状は、走査周期毎に行われなくてもよい。例えば、制御部１５は、走査周期によらず、走査点ＭＰ（ｔｎ）と、走査点ＭＰ（ｔｎ）に隣接する他の走査点ＭＰとの相対距離に基づいて、タイミングｔｎでの出射光Ｌ１のスポット形状を調節してもよい。
【００８５】
なお、走査部１２の走査周期毎に出射光Ｌ１のスポット形状を調節する場合であっても、当該走査周期内において走査軌道及び走査点ＭＰの位置が予め分かっている場合、当該走査点ＭＰの各々の相対位置に基づいてスポット形状を調節すればよい。
【００８６】
すなわち、制御部１５は、光源部１１から所定の距離だけ離れた位置において、走査光Ｌ２の断面形状が、第１のタイミング（タイミングｔｎ）における走査光Ｌ２の光軸ＬＸ（ｔｎ）と、当該第１のタイミングにおける走査光Ｌ２の光軸ＬＸとの間隔が小さい走査光Ｌ２に対応する複数の第２のタイミングに出射される走査光Ｌ２の各々の光軸ＬＸと、の当該間隔に応じた形状となるように、光源部１１を制御してもよい。これによって、走査光Ｌ２が走査領域Ｒ０に対して均一かつ効率的に照射される。
【００８７】
また、上記したように、本実施例においては、タイミング毎の走査光Ｌ２の光軸ＬＸの各々がなすの角度は互いに異なる。従って、制御部１５は、例えば、走査光Ｌ２の断面形状が、第１のタイミング（例えばタイミングｔｎ）における走査光Ｌ２の光軸ＬＸ（ｔｎ）と第２のタイミング（例えばタイミングｔｎに連続するタイミングｔ（ｎ＋１））における走査光Ｌ２の光軸ＬＸとがなす角度に応じた形状となるように、光源部１１を制御してもよい。
【００８８】
このように、測距装置１０は、互いに異なる（又は互いに連続する）第１及び第２のタイミングの各々でパルス光を出射光Ｌ１として出射する光源部１１と、出射光Ｌ１の出射方向を変化させた走査光Ｌ２を用いて所定の領域（走査領域Ｒ０）を走査する走査部１２と、走査光Ｌ２が対象物ＯＢによって反射した反射光Ｌ３を受光する受光部１３と、反射光Ｌ３に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部１４とを有する。
【００８９】
また、測距装置１０は、当該所定の領域に向けて出射される走査光Ｌ２の断面形状がその所定の領域内における他の走査光Ｌ２との関係に応じた形状となるように光源部１１を制御する制御部１５を有する。従って、走査領域Ｒ０の全体に均一かつ効率的に走査光Ｌ２が照射され、正確に走査領域Ｒ０を走査して対象物ＯＢまでの測距を行うことが可能な測距装置１０を提供することができる。
【００９０】
なお、上記においては、走査光Ｌ２の断面形状は、光源部１１によって整形される場合について説明した。しかし、走査光Ｌ２は、光源部１１で整形される場合に限定されない。例えば、光源部１１と走査部１２との間の光路上、又は走査部１２と走査領域Ｒ０との間の光路上に、光の断面形状を変化させる光整形用の素子が設けられていてもよい。従って、制御部１５が光源部１１を制御することによって走査光Ｌ２の断面形状が変化する場合に限定されない。
【００９１】
換言すれば、走査光Ｌ２は、走査領域Ｒ０に向けて出射される前に、上記したような第１のタイミングにおける走査光Ｌ２の光軸ＬＸと第２のタイミングにおける走査光Ｌ２の光軸ＬＸとがなす角度に応じた断面形状となるように構成されていればよい。または、走査光Ｌ２は、走査領域Ｒ０に向けて出射される前に、光源部１１から所定の距離だけ離れた位置における当該第１のタイミングにおける走査光Ｌ２の光軸ＬＸと当該第２のタイミングにおける走査光Ｌ２の光軸ＬＸとの間隔に応じた断面形状となるように構成されていればよい。
【００９２】
また、光源部１１、走査部１２及び受光部１３は、測距部１４以外の機能回路に接続されることができ、受光信号ＳＲは測距以外の用途に用いられることができる。従って、光源部１１、走査部１２及び受光部１３は、例えば制御部１５に制御されることで、走査領域Ｒ０の正確な光走査情報（受光信号ＳＲ）を出力することができる。すなわち、測距部１４を有しない場合には、光走査装置ＳＣとして、走査領域Ｒ０の全体に均一かつ効率的に走査光Ｌ２が照射され、正確に走査領域Ｒ０を走査することが可能な光走査装置となる。
【符号の説明】
【００９３】
１０、１０Ａ  測距装置
ＳＣ  光走査装置
１１、１６  光源部
１２、１７  走査部
１３  受光部
１４  測距部
【図１】
2019124482.tif 000003
【図２Ａ】
2019124482.tif 000004
【図２Ｂ】
2019124482.tif 000005
【図３】
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【図４】
2019124482.tif 000007
【図５】
2019124482.tif 000008
【図６】
2019124482.tif 000009
【図７】
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