JP2022165971A

JP2022165971A - 走査装置及び測距装置

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Publication number: JP2022165971A
Application number: JP2022112991A
Authority: JP
Inventors: 修加園; Osamu Kasono
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2022-07-14
Publication date: 2022-11-01
Also published as: JP2019113457A

Abstract

【課題】
走査を行う領域内において、所望の密度分布の軌跡を有する走査態様によって走査可能な走査装置及び測距装置を提供する。
【解決手段】
本願発明の走査装置は、所定の照射方向に向けて光を走査する光走査部と、前記光走査部の前記照射方向にある空間領域に配され、走査対象領域に対向する第１の角度が平角より小さくなるように配された第１の反射面及び第２の反射面を有し、前記光を前記走査対象領域へ向けて出射させる光路制御部と、前記光が前記走査対象領域に存在する対象物で反射した反射光を受光する受光部と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査装置、特に、光学的な走査を行う走査装置及び測距装置に関する。

光を対象領域内で走査して、物体までの距離を計測する測距装置が知られている。このような測距装置は、例えば、レーザパルスを出射する光源と、当該レーザパルスを反射させて走査する走査機構と、物体によって反射されたレーザパルスを受光する受光部と、を有している。そして、当該測距装置は、光源によって出射されたレーザパルスの出射時刻と、受光部によって受光されたレーザパルスの受光時刻に基づいて対象物までの距離を計測する。

例えば、特許文献１には、光反射面を有し、当該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と、光源部から出射されたパルス光が物体によって反射された反射光を受光する受光部と、前記光源部によるパルス光の出射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に基づいて、前記物体の距離を計測する測距部と、を備える光測距装置が開示されている。

特開２０１１－５３１３７号公報

上記したような測距装置においては、リサージュ軌跡に沿ってパルス光を照射する、いわゆるリサージュ走査によって測距が行われる。リサージュ軌跡は、走査領域の中央領域において走査軌跡の密度が低く、縁部領域において走査軌跡の密度が高い。

例えば、測距装置においては、走査領域の中央領域において詳細な測距を行う必要がある場合が多い。このような場合にリサージュ軌跡のような、領域によって走査密度の異なる走査方法による測距では、走査密度が高い領域に所望の品質の測距が困難であること等が、課題の一例として挙げられる。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、走査を行う領域内において、所望の密度分布の軌跡を有する走査態様によって走査可能な走査装置及び測距装置を提供することを目的の一つとしている。

本願請求項１に記載の発明は、所定の照射方向に向けて光を走査する光走査部と、前記光走査部の前記照射方向にある空間領域に配され、走査対象領域に対向する第１の角度が平角より小さくなるように配された第１の反射面及び第２の反射面を有し、前記光を前記走査対象領域へ向けて出射させる光路制御部と、前記光が前記走査対象領域に存在する対象物で反射した反射光を受光する受光部と、を有することを特徴とする走査装置である。

また、本願請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の走査装置と、前記受光部が受光した反射光に基づいて、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である。

本願請求項９に記載の発明は、所定の照射方向に向けて光を走査する光走査部と、前記光走査部が走査する前記光の照射方向に対向する第１の角度が平角より小さくなるように配された第１の反射面及び第２の反射面を有し、前記光を前記走査対象領域へ導く光路制御部と、前記光路制御手段によって導かれた前記光が前記走査対象領域に存在する対象物で反射した反射光を受光する受光部と、を有することを特徴とする走査装置である。

本願請求項１０に記載の発明は、光の照射軌跡による軌跡密度が所定以上の領域である高密度領域及び、軌跡密度が前記高密度領域よりも低い領域である低密度領域を形成するように、前記光の出射方向を連続的に変化させる光走査部と、走査対象領域において前記高密度領域を形成する前記光が照射される領域が、前記低密度領域を形成する前記光が照射される領域の間に位置するように、前記光走査部から出射された光を前記走査対象領域に導く光路制御手段と、を有し、記光走査部の前記光の出射方向における前記高密度領域と前記低密度領域の位置関係と、前記走査対象領域における前記高密度領域と前記低密度領域の位置関係が異なっていることを特徴とする走査装置である。

図１は、実施例に係る測距装置の構成を示すブロック図である。図２Ａは、実施例に係る光走査部の上面図である。図２Ｂは、実施例に係る光走査部の断面図である。図３は、実施例に係る測距装置の光走査部の走査の態様を示す説明図である。図４は、実施例に係る光走査部に印加される駆動信号の波形及び当該光走査部によるパルス光の走査軌跡の例を示す説明図である。図５は、反射鏡部において走査光が反射される態様を示す説明図である。図６は、反射鏡部で反射された走査光の態様を示す説明図である。図７は、図６の走査面に照射される走査光の軌跡を示した図である。図８は、図６の走査面に照射される走査光の軌跡の領域を示した図である。図９は、図６の走査面に照射される走査光の軌跡の領域を示した図である。図１０Ａは、図６の走査面に照射される走査光の軌跡の領域を示した図である。図１０Ｂは、図６の走査面に照射される走査光の軌跡の領域を示した図である。

図１を参照しつつ、実施例に係る測距装置１０の構成について説明する。測距装置１０は、対象物ＯＢまでの距離を光学的に計測する測距装置である。具体的には、測距装置１０は、所定の空間領域、すなわち、走査対象領域Ｒに向かって光を照射する。また、測距装置１０は、当該光が対象物ＯＢによって反射された光を受光し、当該対象物ＯＢとの距離を計測、すなわち測距する。

光源２０は、例えばパルス光を出射可能なレーザダイオード等の発光素子である。

光学系ＯＳは、パルス光Ｌ１の光路上に設けられている。光学系ＯＳは、例えばコリメータレンズ等の光学部材を含む光学系であり、光源２０から出射されたパルス光Ｌ１を平行光に変換する。

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。具体的には、光源２０から出射されたパルス光Ｌ１は、光学系ＯＳによって平行光に変換され、ビームスプリッタＢＳを透過する。ビームスプリッタＢＳは、ビームスプリッタＢＳに入射される入射光を所定の方向に透過又は反射するように配置されている。本実施例においては、ビームスプリッタＢＳは光源２０から出射されたパルス光Ｌ１を透過するようになっている。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー装置３０は、パルス光Ｌ１の光路上に設けられている。具体的には、パルス光Ｌ１は、光学系ＯＳ及びビームスプリッタＢＳを透過した後にＭＥＭＳミラー装置３０に照射される。ＭＥＭＳミラー装置３０は、パルス光Ｌ１を反射する反射表面３０Ｓを有する。反射表面３０Ｓは、例えば、パルス光Ｌ１を反射する光反射膜３３からなっている。

ＭＥＭＳミラー装置３０は、パルス光Ｌ１を反射部材で反射させて走査光Ｌ２を生成する。また、ＭＥＭＳミラー装置３０は、反射部材を揺動させることで走査光Ｌ２の出射方向を連続的に変化させる。

光源制御部１３は、光源２０を駆動する駆動回路である。光源制御部１３は、光源２０からパルス光Ｌ１を出射するタイミングテーブル（図示せず）を有している。光源制御部１３は、タイミングテーブルを参照して、光源２０に駆動信号を提供する。

走査制御部１４は、ＭＥＭＳミラー装置３０の反射部材を揺動させるための駆動信号を生成し、生成した駆動信号をＭＥＭＳミラー装置３０に供給する。

ＭＥＭＳミラー装置３０は、走査制御部１４が生成した駆動信号に基づいて反射部材が揺動する。従って、パルス光Ｌ１がＭＥＭＳミラー装置３０によって反射される方向、すなわち照射方向が逐次変化する。このように、ＭＥＭＳミラー装置３０は、パルス光Ｌ１を反射させて走査光Ｌ２を生成する。すなわち、光源２０及びＭＥＭＳミラー装置３０は、所定の照射方向に向けて走査光Ｌ２を走査する光走査部として機能する。

反射鏡部４０は、ＭＥＭＳミラー装置３０によって生成される走査光Ｌ２の照射範囲に配されている鏡部材である。反射鏡部４０は、ＭＥＭＳミラー装置３０と対向する面に第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌを有している。走査光Ｌ２は、反射鏡部４０の第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとによって反射されて、走査対象領域Ｒに向けて出射される。従って、反射鏡部４０は、走査光Ｌ２の光路を制御する光路制御部（反射部）として機能する。

ここで、図１には、走査対象領域Ｒ内におけるＭＥＭＳミラー装置３０から所定の距離だけ離れた仮想の面が走査対象面Ｓ１として示されている。尚、走査対象面Ｓ１は実在するわけではなく、本実施例の説明のために図示したものである。

ＭＥＭＳミラー装置３０は、反射鏡部４０を介して走査対象領域Ｒに走査光Ｌ２を出射する。走査光Ｌ２の出射方向は、時間の経過と共に連続的に変化する。従って、走査対象面Ｓ１において走査光Ｌ２の軌跡が描かれることになる。尚、所定の照射範囲は、ＭＥＭＳミラー装置３０の反射部材が揺動可能な角度範囲に応じて定まる。

走査対象領域Ｒの走査光Ｌ２の光路上に対象物ＯＢ（走査光Ｌ２を反射する性質を持った物体）が存在する場合、走査光Ｌ２が対象物ＯＢで反射される。

走査光Ｌ２が対象物ＯＢで反射された反射光Ｌ３は、反射鏡部４０の第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとで再び反射されＭＥＭＳミラー装置３０に入射する。ＭＥＭＳミラー装置３０の反射表面３０Ｓで反射された反射光Ｌ３は、ビームスプリッタＢＳで再び反射され受光部５０に入射する。

受光部５０は、ビームスプリッタＢＳによって反射される反射光Ｌ３の光路上に配されている。受光部５０は、受光部５０に入射された光の強度に基づいた受光信号を生成する光検出器である。このような光検出器としては、アバランシェフォトダイオード等の受光素子を用いることができる。

ビームスプリッタＢＳによって反射された反射光Ｌ３は、受光部５０によって受光信号に変換される。変化された受光信号は、測距部６０に供給される。

測距部６０は、光源２０が出射したパルス光Ｌ１と、受光部５０が受光した反射光Ｌ３に基づいて、受光部５０と対象物ＯＢとの間の距離を計測する。例えば、測距部６０は、信号処理回路を含み、演算によって対象物ＯＢの距離データを算出する。距離データを算出する例としては、タイムオブフライト法を用いることができる。

具体的には、光源制御部１３は、光源２０がパルス光Ｌ１を出射した時刻（タイミング）を含む出射信号を測距部６０に供給する。また、受光部５０が生成する受光信号には、反射光Ｌ３を受光したタイミングが含まれている。測距部６０は、光源２０がパルス光Ｌ１を出射したタイミングと、受光部５０が反射光Ｌ３を受光したタイミングと、の差に基づいて、測距装置１０から対象物ＯＢまでの距離を計測する。

図２Ａ及び図２Ｂを参照しつつ、ＭＥＭＳミラー装置３０の構成例について説明する。図２Ａは、ＭＥＭＳミラー装置３０の模式的な上面図である。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に示すように、固定部３１は、固定基板Ｂ１及び固定基板Ｂ１上に形成された環状の枠体である固定枠Ｂ２を含む。図２Ｂに示すように、固定基板Ｂ１は、固定基板Ｂ１の上面Ｂ１Ｓに、固定枠Ｂ２と対向する領域に枠状の平面形状を有する突出部Ｂ１Ｐを有しており、突出部Ｂ１Ｐ上に固定枠Ｂ２が載置されている構成になっている。

可動部３２は、固定枠Ｂ２の内側に配されており、揺動板ＳＹと、揺動板ＳＹを囲む揺動枠ＳＸとを含んでいる。反射部材としての揺動板ＳＹ上には、円形の光反射膜３３が設けられている。以下、光反射膜３３の上面、すなわち反射表面３０Ｓの中心をＡＣとして説明する。

揺動枠ＳＸは、第１のトーションバーＴＸによって固定枠Ｂ２に接続されている。第１のトーションバーＴＸは、反射表面３０Ｓの中心ＡＣを通りかつ反射表面３０Ｓの面内方向に伸長する第１の揺動軸ＡＸに沿って伸長する一対の長板状の構造部分である。揺動枠ＳＸに揺動軸ＡＸ周りの力がかかると、第１のトーションバーＴＸがねじれ、揺動枠ＳＸは第１の揺動軸ＡＸを中心に、すなわち第１の揺動軸ＡＸを揺動中心軸として揺動する。揺動枠ＳＸは、第１の揺動軸ＡＸを中心に線対称な形状を有している。

揺動板ＳＹは、第２のトーションバーＴＹによって、揺動枠ＳＸに接続されている。第２のトーションバーＴＹは、反射表面３０Ｓの中心ＡＣを通り、反射表面３０Ｓの面内方向に伸長しかつ第１の揺動軸ＡＸと直交している第２の揺動軸ＡＹに沿って伸長する一対の長板状の構造部分である。

揺動板ＳＹに揺動軸ＡＹ周りの力がかかると、第２のトーションバーＴＹがねじれ、揺動板ＳＹは第２の揺動軸ＡＹを中心に、すなわち第２の揺動軸ＡＹを揺動中心軸として揺動する。揺動板ＳＹは、揺動軸ＡＹを中心に線対称な形状を有している。

従って、揺動板ＳＹは、互いに直交する揺動軸ＡＸ及びＡＹを中心に揺動するようになっている。この揺動板ＳＹの揺動によって、反射表面３０Ｓの向く方向が変化するようになっている。

上述したように、可動部３２は固定枠Ｂ２に接続されており、固定部Ｂ２は固定基板Ｂ１の突出部Ｂ１Ｐ上に載置されている構成になっている。従って、可動部３２は、固定基板Ｂ１の上面Ｂ１Ｓから離間している。そして、揺動枠ＳＸが揺動軸ＡＸ周りに揺動し、揺動板ＳＹが揺動軸ＡＹ周りに揺動すると、可動部３２が固定枠Ｂ２に対して傾斜するように揺動する。突出部Ｂ１Ｐは、可動部３２が当該揺動によって上面Ｂ１Ｓに接触しない十分な高さで形成されている。なお、例えば、固定枠Ｂ２及び可動部３２は、１の半導体基板から加工して形成された一体構造であり得る。

駆動力生成部３４は、固定基板Ｂ１上の突出部Ｂ１Ｐの外側に配置された永久磁石ＭＧ１及び永久磁石ＭＧ２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。

永久磁石ＭＧ１は、揺動軸ＡＸ上に配されかつ、可動部３２を挟んで対向するように設けられた一対の磁石片である。また、永久磁石ＭＧ２は、揺動軸ＡＹ上に配されかつ、可動部３２を挟んで対向するように設けられた一対の磁石片である。従って、本実施例においては、４つの磁石片が、可動部３２を囲むように夫々配置されている。

また、永久磁石ＭＧ１を構成する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、永久磁石Ｍ２を構成する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。

走査制御部１４は、金属配線ＣＸ及びＣＹに接続されている。走査制御部１４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３４は、当該駆動信号の印加によって、可動部３２の揺動枠ＳＸ及び揺動板ＳＹを揺動させる電磁気力を生成する。

具体的には、金属配線ＣＸに電流が流れると、当該電流と、揺動軸ＡＹに沿った方向に配置された永久磁石ＭＧ１の２つの磁石片によって生じた磁界との相互作用によって、揺動枠ＳＸに揺動軸ＡＸ周りの力がかかる。それによって、第１のトーションバーＴＸが揺動軸ＡＸ周りにねじれ、揺動枠ＳＸが揺動軸ＡＸを中心に揺動する。

また、金属配線ＣＹに電流が流れると、当該電流と、揺動軸ＡＸに沿った方向に配置された永久磁石ＭＧ２の２つの磁石片による磁界との相互作用によって、揺動板ＳＹに揺動軸ＡＹ周りの力がかかる。それによって、第２のトーションバーＴＹが揺動軸ＡＹ周りにねじれ、揺動板ＳＹが揺動軸ＡＹを中心に揺動する。

図３は、ＭＥＭＳミラー装置３０から走査光Ｌ２が出射される態様を示している。図３において、パルス光Ｌ１は、ＭＥＭＳミラー装置３０に入射すると、反射表面３０Ｓで反射して走査光Ｌ２が生成される。

反射鏡部４０は、ＭＥＭＳミラー装置３０から見て照射方向にある空間領域に配されている。ここで、ＭＥＭＳミラー装置３０に電圧が印加されていないときの揺動板ＳＹの位置を基準位置とする。パルス光Ｌ１が、揺動板ＳＹの基準位置において、反射表面３０Ｓで反射された走査光Ｌ２の軸を光軸ＡＺとする。

図３において、ＭＥＭＳミラー装置３０から出射される走査光Ｌ２の出射方向であって、反射鏡部４０の第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとの裏側には、走査光Ｌ２が反射鏡部４０を透過するものと仮定した場合の走査面である仮想面ＳＳ１が示されている。仮想面ＳＳ１と反射鏡部４０との間には、走査光Ｌ２が反射鏡部４０を透過するものと仮定した場合の走査光Ｌ２である透過光Ｌ２’が描かれている。尚、仮想面ＳＳ１及び透過光Ｌ２’は実在するわけではなく、本実施例の説明のために図示したものである。

図４は、ＭＥＭＳミラー装置３０がリサージュ走査で走査する際に走査制御部１４が生成する駆動信号ＤＸ及びＤＹと、これに基づいてＭＥＭＳミラー装置３０が走査する走査光Ｌ２の走査軌跡との関係を模式的に示している。

以下の説明において、駆動信号ＤＸは、走査制御部１４によって生成されて金属配線ＣＸに供給される駆動信号として説明する。これによって、揺動枠ＳＸが揺動軸ＡＸ周りに揺動する。また、駆動信号ＤＹは、走査制御部１４によって生成されて金属配線ＣＹに供給される駆動信号として説明する。これによって、揺動板ＳＹが揺動軸ＡＹ周りに揺動する。

また、以下の説明において、駆動信号ＤＸ及び駆動信号ＤＹの振幅はすべて同等（図中、ＡＭＰ＝１）であるものとしている。

図４において（ａ）は、図３に示した仮想面ＳＳ１において描かれる透過光Ｌ２’の走査軌跡ＴＲを示している。図中のＡＸ１及びＡＹ１は、ＭＥＭＳミラー装置３０の揺動軸ＡＸ及び揺動軸ＡＹにそれぞれ対応している。すなわち、ＭＥＭＳミラー装置３０の揺動軸ＡＸ周りの揺動は、仮想面ＳＳ１におけるＡＹ１に沿った方向の走査位置の変化に対応する。また、ＭＥＭＳミラー装置３０の揺動軸ＡＹ周りの揺動は、仮想面ＳＳ１におけるＡＸ１方向の走査位置の変化に対応する。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示したリサージュ走査の際の駆動信号ＤＸの波形を模式的に示している。図４（ｂ）の駆動信号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。変数θ₁は、駆動信号ＤＸが、ＭＥＭＳミラー装置３０の第１のトーションバーＴＸによって固定枠Ｂ２に支持されている揺動枠ＳＸ及び揺動板ＳＹの固有振動数に対応し、これらを共振させる周波数の正弦波となるように設定される。

図４（ｃ）は、図４（ａ）に示したリサージュ走査の際の駆動信号ＤＹの波形を模式的に示している。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。変数θ₂は、駆動信号ＤＹが、ＭＥＭＳミラー装置３０の揺動板ＳＹの固有振動数に対応し、これを共振させる周波数の正弦波となるように設定される。

従って、揺動枠ＳＸ及び揺動板ＳＹは、駆動信号ＤＸによって揺動軸ＡＸ周りに共振しつつ揺動させられる。すなわち、揺動軸ＡＸ周りに共振モードの動作モードで駆動される。また、揺動板ＳＹは、駆動信号ＤＹによって揺動軸ＡＹ周りに共振しつつ揺動させられる。従って、揺動板ＳＹは、揺動軸ＡＸ周りに揺動し、かつ揺動軸ＡＹ周りに揺動する。揺動板ＳＹの揺動に応じて、反射表面３０Ｓの向く方向が変化する。従って、光源２０から出射されたパルス光Ｌ１は光反射膜３３に反射され、揺動板ＳＹの揺動に応じて出射方向を変化させつつ走査光Ｌ２として反射鏡部４０へ向けて出射される。

図４（ａ）に示すように、上述のように揺動板ＳＹが揺動軸ＡＸ及び揺動軸ＡＹの周りに共振しつつ揺動する。従って、透過光Ｌ２’の仮想面ＳＳ１における照射点（スポット位置）の軌跡ＴＲは、リサージュ曲線に沿って描かれる。

仮想面ＳＳ１の軸ＡＸ１に沿った方向の端部領域は、軌跡の密度が所定の密度よりも高い高密度領域が形成されている。高密度領域は、図中において「高」と示されている（以後の図において同じ）。仮想面ＳＳ１の軸ＡＸ１に沿った方向の中央付近に配される中央領域は、軌跡の密度が所定の密度よりも低い低密度領域が形成されている。低密度領域は、図中において「低」と示されている（以後の図において同じ）。すなわち、端部領域から中央領域に近づくにつれて当該端部領域よりも軌跡同士の間隔が広くなっている。さらに、パルス光Ｌ１を等間隔で出射する場合、端部領域では中央領域に比べて走査速度が遅くなるため空間的なパルス光Ｌ１の間隔も、端部領域では密度が高く、中央領域では密度が低くなる。

従って、ＭＥＭＳミラー装置３０は、第１の反射面４１Ｒ及び第２の反射面４１Ｌの各々において、走査光Ｌ２による走査の軌跡の密度が高い領域である高密度領域と、走査光Ｌ２による走査の軌跡の密度が低い領域である低密度領域とを形成するように走査光Ｌ２を走査する。

図３に戻って、反射鏡部４０は、第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとに垂直でありかつ、光軸ＡＺに沿った断面がＶ字状に形成されている。具体的には、反射鏡部４０は、反射鏡部４０の中心ＭＣを通りかつ、光軸ＡＺに対して交わる軸ＡＭに沿って屈曲している。すなわち、反射鏡部４０は、軸ＡＭに沿って形成された屈曲部４２を有している。言い換えれば、第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとは互いに隣接した境界としての屈曲部４２を設けて配置されている。

反射鏡部４０のＭＥＭＳミラー装置３０に臨む面には第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとが設けられている。第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとは、光反射膜からなっている。第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとは、ＭＥＭＳミラー装置３０の反射表面３０Ｓと対向するように配されている。

第１の反射面４１Ｒは、ＭＥＭＳミラー装置３０と対向する一方の面に設けられている。第２の反射面４１Ｌは、ＭＥＭＳミラー装置３０と対向する他方の面に設けられている。尚、本実施例において第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとは、軸ＡＭと軸ＡＺを含む面に対して対象となるように設けられている。

ここで、第１の反射面４１Ｒ又は第２の反射面４１Ｌの領域のうち、屈曲部４２に近接した領域を第１の反射領域とする。また、第１の反射面４１Ｒ又は第２の反射面４１Ｌの領域のうち、第１の反射領域よりも屈曲部４２から離隔した領域を第２の反射領域とする。

図５は、反射鏡部４０の軸ＡＭに沿った方向から見た反射鏡部４０で反射された走査光Ｌ２の態様を示している。図中の矢印の太さは、軌跡の密度に応じている。すなわち、太い矢印は軌跡の密度が高いことを示し、細い矢印は軌跡の密度が低いことを示している。

図５において、走査軌跡のうち低密度領域の走査軌跡を形成する走査光Ｌ２は、第１の反射面４１Ｒ及び第２の反射面４１Ｌの第１の反射領域に照射される。また、走査軌跡のうち高密度領域の走査軌跡を形成する走査光Ｌ２は、第１の反射面４１Ｒ及び第２の反射面４１Ｌの第２の反射領域に照射される。

また、第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとは、互いに対する角度のうち走査対象領域Ｒに対向する第１の角度Ｄ１が平角（１８０度）よりも小さくなっている。尚、本実施例において、第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとは、ＭＥＭＳミラー装置３０に対向するように設けられている。すなわち、第１の角度Ｄ１は、第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとが成す角度のうち、ＭＥＭＳミラー装置３０が走査する走査光Ｌ２の照射方向に対向する角度である。

このように、本実施例においては、ＭＥＭＳミラー装置３０から出射された走査光Ｌ２は、直接的に反射鏡部４０に照射される。しかし、ＭＥＭＳミラー装置３０から出射された走査光Ｌ２は、間接的に反射鏡部４０に照射されるようにしてもよい。例えば、ＭＥＭＳミラー装置３０から出射された走査光Ｌ２は、ミラー等の光学部材を介して反射鏡部４０に照射されるようにしてもよい。すなわち、走査光Ｌ２が間接的に反射鏡部４０に照射される場合、反射鏡部４０は、ＭＥＭＳミラー装置３０と対向する面に第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとを有していなくてもよい。

ＭＥＭＳミラー装置３０が、走査対象領域Ｒの走査のためにパルス光Ｌ１を反射させる場合の搖動板ＳＹの最大揺動角において出射される２つの走査光Ｌ２のうち、一方の最大揺動角において出射された走査光Ｌ２の射線をＬ２Ｒとし、他方の最大揺動角において出射された走査光Ｌ２の射線をＬ２Ｌとする。

２つの射線Ｌ２Ｒ、Ｌ２Ｌが互いになす角度、すなわち、揺動軸ＡＹ周りの走査光Ｌ２の照射範囲である照射角度を角度２θとする。また、１８０度から第１の角度Ｄ１を引いた角度を第２の角度２Ｙとする。さらに、角度２θの半分の角度を角度θとする。第２の角度２Ｙの半分の角度をＹとする。

本実施例において、走査光Ｌ２Ｒは、第１の反射面４１Ｒで反射すると、軸ＡＭに沿った方向から見た図５の投影面において軸ＡＺと同一の方向に出射されるように第１の反射面４１Ｒの角度が設定されている。同様に走査光Ｌ２Ｌは、第２の反射面４１Ｌで反射すると、図５の投影面において軸ＡＺと同一の方向に出射されるように第２の反射面４１Ｌの角度が設定されている。具体的には、照射角度２θは、第２の角度２Ｙの２倍に設定されている。すなわち、本実施例においては、角度θは、角度Ｙの２倍に設定されている。

反射鏡部４０で反射された走査光Ｌ２は、走査対象領域Ｒに向けて出射される。本実施例においては、走査対象面Ｓ１の中央領域において走査光Ｌ２の軌跡の密度が高くなるように走査対象領域Ｒに向けて出射されるようになっている。すなわち、仮想面ＳＳ１において透過光Ｌ２’によって描かれる走査軌跡ＴＲのうち、軌跡の密度が高い高密度領域を描く走査光Ｌ１を走査対象領域Ｒの中央領域に向かうようにし、軌跡の密度が低い低密度領域（走査軌跡ＴＲにおける中央部分）を描く走査光Ｌ１を走査対象領域Ｒの端部へ向かうように第１の反射面４１Ｒ及び第２の反射面４１Ｌの角度を設定している。

図６は、軸ＡＭに沿った方向から見た反射鏡部４０で反射された走査光Ｌ２の出射態様を示している。図中の矢印の太さは、軌跡の密度に応じている。すなわち、太い矢印は軌跡の密度が高いことを示し、細い矢印は軌跡の密度が低いことを示している。

図６において、走査対象面Ｓ１と反射鏡部４０との距離に比べると、ＭＥＭＳミラー装置３０と反射鏡部４０との距離は非常に短い。従って、巨視的に見れば反射鏡部４０、すなわち光出射点から出射しているといえる。

反射鏡部４０で反射された走査光Ｌ２は、走査対象面Ｓ１に向けて照射される。具体的には、走査光Ｌ２は、走査対象面Ｓ１の中央領域において軌跡の密度が最も高くなるように照射される。また、走査光Ｌ２は、走査対象面Ｓ１の軸ＡＸ１に沿った端部領域に向かうに従い、徐々に密度が低くなるように照射される。

図７は、図６の走査面Ｓ１において照射される走査光Ｌ２の軌跡を示している。図７において、走査対象面Ｓ１は、第１の反射面４１Ｒで反射された走査光Ｌ２によって描かれた走査軌跡の領域Ｓ１Ｌと、第２の反射面４１の反射面４１Ｌで反射された走査光Ｌ２によって描かれた走査軌跡の領域Ｓ１Ｒと、を示している。

第１の反射面４１Ｒで反射された走査光Ｌ２の軌跡は、位置関係が反転して走査領域Ｓ１Ｌで描かれる。同様に、第２の反射面４１Ｌで反射された走査光Ｌ２の軌跡は、位置関係が反転して走査領域Ｓ１Ｒで描かれる。すなわち、走査面Ｓ１対して照射される走査光Ｌ２の軌跡は、軌跡の低密度領域と高密度領域の位置関係が反射鏡部４０における位置関係と変化する。

具体的には、図４（ａ）においては、中央領域に走査光Ｌ２の軌跡の密度が低い低密度領域が配され、端部領域において走査光Ｌ２の軌跡の密度が高い高密度領域が配されている。これは仮想面ＳＳ１における走査光Ｌ２の軌跡と対応する。これに対して、走査対象面Ｓ１の中央領域へは、仮想面ＳＳ１における軌跡の密度が高い高密度領域を描く走査光Ｌ２が配され、走査対象面Ｓ１の端部領域へは、仮想面ＳＳ１における軌跡の密度が低い低密度領域を描く走査光Ｌ２が配される。すなわち、高密度領域を形成する走査光Ｌ２による走査対象領域Ｒでの出射軌跡が、低密度領域を形成する走査光Ｌ２による走査対象領域Ｒでの出射軌跡の間に配される。

言い換えれば、走査対象領域Ｒにおいて高密度領域を形成する走査光Ｌ２が照射される領域が、低密度領域を形成する走査光Ｌ２が照射される領域の間に位置する。

ところで、図５において示された角度Ｙ及び角度θが、Ｙ＝θ／２の条件を満たす場合、図７に示すように、走査面Ｓ１の中央領域において、走査軌跡の領域Ｓ１Ｌ及び走査軌跡の領域Ｓ１Ｒは互いに接するように配される。言い換えれば、高密度領域を形成する走査光Ｌ２による走査対象領域Ｒにおける走査軌跡が、走査対象領域Ｒにおいて互いに隣接する。このような条件は、高密度領域が走査対象領域Ｒの中央領域に配されるため、当該中央領域における対象物ＯＢの測距精度の向上を図ることが可能となる。

反射鏡部４０で反射された出射光Ｌ３は、走査対象領域Ｒに向けて出射される。本実施例において、第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとで反射した走査光Ｌ２の光路は、直接的に走査対象領域Ｒに向かうように設定される。しかし、第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌで反射した走査光Ｌ２の光路は、直接的に走査対象領域Ｒに向かう光路でなくてもよい。例えば、反射鏡部４０と走査対象領域Ｒとの間にミラー等の光学部材を設けて、第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌで反射した走査光Ｌ２が走査対象領域Ｒに向かうように間接的に光路を設定した光路制御手段を設けてもよい。

角度Ｙ及び角度θの条件は、Ｙ＝θ／２には限られず、ユーザが注視したい位置に合わせて適宜調整するとよい。例えば、走査対象領域Ｒの中央領域の対象物ＯＢの測距精度のさらなる向上、又は対象物ＯＢさらに細かく見ることを目的とする場合、走査対象領域Ｒの中央領域において、走査軌跡の領域Ｓ１Ｌ及び走査軌跡の領域Ｓ１Ｒを互いにオーバーラップするようにして走査するとよい。具体的には、Ｙ＜θ／２を満たすように条件を設定するとよい。

図８は、図６の走査対象面Ｓ１の走査軌跡の領域Ｓ１Ｌ及び走査軌跡の領域Ｓ１Ｒを示している。すなわち、走査軌跡の領域Ｓ１Ｌ及び領域Ｓ１Ｒのうち、走査軌跡の密度が高い高密度領域の一部同士が互いにオーバーラップしている。図８において、走査軌跡の領域Ｓ１Ｌ及び走査軌跡の領域Ｓ１Ｒを互いにオーバーラップする範囲（以下、オーバーラップ範囲とする）を小さく設定した走査軌跡の領域が示されている。オーバーラップ範囲においては、測距装置１０は、走査軌跡の領域Ｓ１Ｌ及び走査軌跡の領域Ｓ１Ｒの両方のデータを得ることができる。

例えば、測距装置１０は、オーバーラップ範囲の走査軌跡の領域Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｒのうち、いずれか一方の領域において一部のデータが得られない場合があったとしても、他方の領域のデータを測距に用いることが可能となる。このため、確実にオーバーラップ範囲の測距データを得ることが可能となる。

図９は、図６の走査面Ｓ１の走査軌跡の領域Ｓ１Ｌ及び走査軌跡の領域Ｓ１Ｒを示している。図９において、オーバーラップ範囲を大きく設定した走査軌跡の領域が示されている。オーバーラップ範囲においては、測距装置１０は、走査軌跡の領域Ｓ１Ｌ及び走査軌跡の領域Ｓ１Ｒの両方のデータを得ることができる。

また、オーバーラップ範囲が大きくなるにつれて、当該範囲に照射される走査光Ｌ２の数も増加する。従って、オーバーラップ範囲における対象物ＯＢの検出率の向上を図ることが可能となる。

尚、オーバーラップ範囲において照射される走査光Ｌ２の出射間隔を短くすることで、更に多くのデータを得ることが可能となる。このように走査光Ｌ２の出射間隔を短くすることにより、オーバーラップ範囲における対象物ＯＢの詳細な情報を得ることが可能となる。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、走査軌跡の領域Ｓ１Ｌ及び領域Ｓ１Ｒのオーバーラップ範囲を図８、図９と異ならせたものである。図１０Ａでは、領域Ｓ１Ｌ及び領域Ｓ１Ｒのうち、走査軌跡の密度が低い低密度領域がオーバーラップするようにしたものである。すなわち、第１の反射面４１Ｒ及び第２の反射面４１Ｌにおいて低密度領域を形成する走査光Ｌ２による走査対象領域Ｒにおける走査軌跡が、走査対象領域Ｒにおいて互いに隣接するようになっている。図１０Ｂでは、領域Ｓ１Ｌ及び領域Ｓ１Ｒが完全に重複するようにしたものである。このようにすることで、走査軌跡の密度がそれぞれ低い低密度領域同士を互いにオーバーラップすることによって、走査軌跡の密度が高い高密度領域を形成することができる。また、走査対象領域Ｒ全体に亘って走査軌跡の密度を均一に近づけることが出来る。なお、領域Ｓ１Ｌ及び領域Ｓ１Ｒのオーバーラップ範囲は、角度Ｙ及び角度θの条件を変化させることで決めることができる。具体的には、０＜Ｙ＜θ／４とした場合には図１０Ａの状態となり、Ｙ＝θ／４の場合には図１０Ｂの状態となるのである。

ところで、例えば反射鏡部４０の屈曲部４２に走査光Ｌ２を照射すると、第１の反射面４１Ｒ及び第２の反射面４１Ｌの両方に走査光Ｌ２が照射されることになる。このような場合、多方向に走査光Ｌ２が反射され、走査対象領域Ｒの特定の位置のみに走査光Ｌ２を照射することが困難となる。従って、光源制御部１３は、屈曲部４２に対して走査光Ｌ２を照射しないように制御するとよい。

また、本実施例においては、反射鏡部４０は１の矩形の板状体で一体として構成されるものであった。しかし、反射鏡部４０はこのような構成に限られず、例えば、第１の反射面４１Ｒを有する第１の部材と、第２の反射面４１Ｌを有する第２の部材と、をそれぞれ配置して構成してもよい。

このようにして反射鏡部４０を構成した場合であっても、上述のように例えば反射鏡部４０の第１の部材と第２の部材の接合面に形成される屈曲部４２に走査光Ｌ２を照射すると、第１の反射面４１Ｒ及び第２の反射面４１Ｌの両方に走査光Ｌ２が照射されることになる。このため、走査対象領域Ｒの特定の位置のみに走査光Ｌ２を照射することが困難となる。

従って、上記同様に光源制御部１３は、屈曲部４２に対して走査光Ｌ２を照射しないように制御するとよい。またこのような不具合を防止するために、第１の部材と第２の部材との間を少なくとも走査光Ｌ２のスポット径以上の間隔を有して設けるとよい。

尚、本実施例において反射鏡部４０は走査光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｌが照射される第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとの端部が互いに近接するように屈曲して形成された。しかし、反射鏡部４０の形状はこれには限られず、例えば、軸ＡＸ周りの最大揺動角で出射される２つの走査光Ｌ２が照射される第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとの端部が互いに近接するように屈曲して形成されるようにしてもよい。

このようにして反射鏡部４０を構成した場合、軸ＡＹ１方向（又は軸ＡＸ１方向）に形成されている軌跡の高密度領域及び低密度領域の位置関係を変更して走査することが可能となる。

このように反射鏡部４０の第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとの屈曲方向として２つの例を挙げた。ここで、反射鏡部４０の屈曲部４２は、複数個所に設けられているようにしてもよい。例えば、上述した屈曲方向が互いに異なる２つの第１の反射面４１Ｒと第２の反射面４１Ｌとを組み合わせて反射鏡部４０を構成してもよい。

これらの実施例においてＭＥＭＳミラー装置３０の揺動板ＳＹの最大揺動角、もしくは揺動枠ＳＸの最大揺動角において出射される２つの走査光をＬ２Ｒ、Ｌ２Ｌとしたが、パルス光Ｌ１は最大揺動角付近では出射せず、最大揺動角より小さな最大出射角以内において出射することも否定しない。この場合最大出射角において出射される２つの走査光をＬ２Ｒ、Ｌ２Ｌと読み替えても良い。

このようにして反射鏡部４０を構成した場合、軸ＡＸ１及び軸ＡＹ１方向に形成されている軌跡の高密度領域及び低密度領域の位置関係を変更して走査することが可能となる。

以上のように、本発明の測距装置１０は、ＭＥＭＳミラー装置３０から出射された走査光Ｌ２を反射鏡部４０で反射させて走査対象領域Ｒを走査する。従って、本発明の測距装置１０によれば、走査対象領域Ｒにおける走査光Ｌ２の走査軌跡の密度を自由に設定することが可能となる。

具体的には、走査光Ｌ２の軌跡がリサージュ曲線に沿った軌跡である場合、走査光Ｌ２の軌跡は、軌跡の密度が密である高密度領域と軌跡の密度が疎である低密度領域を有する場合がある。このような場合において、走査光Ｌ２を反射鏡部４０で反射させることにより、高密度領域及び低密度領域の位置関係を変更して走査することが可能となる。

従って、測距行う領域である走査対象領域Ｒ内において、所望の密度分布の軌跡を有する走査態様によって測距することが可能となる。このため、良好な測距状況を得ることができ、走査対象領域Ｒ内の対象物ＯＢの測距をより高い精度で行うことが可能となる。

１０測距装置
３０ＭＥＭＳミラー装置
４０反射鏡部
５０受光部
６０測距部

Claims

所定の照射方向に向けて光を走査する光走査部と、
前記光走査部の前記照射方向にある空間領域に配され、走査対象領域に対向する第１の角度が平角より小さくなるように配された第１の反射面及び第２の反射面を有し、前記光を前記走査対象領域へ向けて出射させる光路制御部と、
前記光が前記走査対象領域に存在する対象物で反射した反射光を受光する受光部と、
を有し、
前記光走査部は、前記第１の反射面及び前記第２の反射面において、前記光による走査の軌跡の密度が高い領域である高密度領域と、前記光による走査の軌跡の密度が低い領域である低密度領域とを形成するように前記光を走査し、
光路制御部は、前記高密度領域を形成する前記光による前記走査対象領域での出射軌跡が、前記低密度領域を形成する前記光による前記走査対象領域での出射軌跡の間に配されるように前記光を前記走査対象領域へ向けて出射させることを特徴とする走査装置。