JP2011053137A - 光測距装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光測距装置1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5、可動部を第1方向、第2方向に揺動させる第1駆動信号、第2駆動信号を光走査部5に供給して可動部を揺動駆動する駆動部7、光反射面に向かってパルス光を出射する光源部9、パルス光の反射光を受光する受光部11及びパルス光の出射タイミングと反射光の受光タイミングとに基づいてパルス光を反射した物体までの距離を計測する測距部13を備える。駆動部7は、第1駆動信号と第2駆動信号との位相差を変更する位相差変更部72、及び、第1駆動信号及び第2駆動信号を大きさ調整して可動部の揺動振幅を変更する振幅変更部73の少なくとも一方を含む。
【選択図】図1
Description
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、パルス光(レーザパルス)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。
図2に示すように、二次元ガルバノミラー50は、枠状の固定部51と、固定部51の内側に配置されて一対の第1トーションバー52,52によって揺動可能に支持された外側可動部53と、外側可動部53の内側に配置されて第1トーションバー52,52に軸方向が直交する一対の第2トーションバー54,54によって揺動可能に支持された内側可動部55と、を備える。
図3に示すように、上記位相差を変更することで光走査部5によるリサージュ走査軌跡の間隔を密にしたり、粗くしたりすることができる。そして、本実施形態においては、上記位相差がπ/2(3π/2も同様)のときに、リサージュ走査軌跡の間隔が最も密になる。リサージュ走査軌跡の間隔が密になれば、対象領域内における計測位置を増加させること(すなわち、角度分解能を向上させること)が可能となる。また、上記位相差が0(π、2πも同様)のときには、図4に示すように、リサージュ走査の一周期(TLs)の前半(図4(a))と後半(図4(b))とで互いに走査方向が逆で同一のリサージュ走査軌跡となる。この場合、リサージュ走査周期の前半と後半とで対象領域内の同一位置での計測(測距)が可能となる。
第1駆動信号及び第2駆動信号の大きさを一定の割合で小さくして内側可動部55の揺動振幅を小さくすると、図5に示すように、光走査部9による走査範囲、すなわち、リサージュ走査軌跡が相似形で小さくなるが、対象領域の一部についてはリサージュ走査軌跡の間隔が密になる。つまり、対象領域の一部分をズームして測距を行なうような状態となり、該対象領域の一部について計測位置を増加させることが可能になる。但し、光走査部9による走査範囲(リサージュ走査軌跡)が小さくなるため、光走査部9による走査範囲と測距を行ないたい部分(領域)とが一致するように光測距装置1の向きなどを変更する必要がある。
光源制御部92は、情報入力部3を介して入力されたモード選択指令に応じて光源91の発光タイミング、すなわち、光源部9によるパルス光の出射タイミングを制御する。光源制御部92は、例えば動作モード毎に対象領域内の計測位置と時刻(タイミング)とが関連付けられた発光タイミングテーブルを備えており、動作モードに応じて予め設定されたタイミング(計測位置)で光源91を発光させる。
投光光学系93は、光源91が発したパルス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91が発したパルス光を平行光に変換する。
そして、光源部9から出射されたパルス光は、光走査部5の光反射面56で反射されて対象領域内をリサージュ走査される。
測距部13は、光源部9によるパルス光の出射タイミングと、受光部11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)に基づいてパルス光を反射した物体までの距離を計測する。測距部13による距離の計測は、対象領域内の各計測位置において、すなわち、光源部9からのパルス光の出射毎に行なわれ、その計測結果が画像生成部15に出力される。
通常計測モードを選択するモード選択指令が情報入力部3から入力され又は情報入力部3からモード選択指令が入力されない場合、光測距装置1は通常計測モードで動作する。この通常計測モードでは、位相差変更部72によって第1駆動信号と第2駆動信号との位相差、すなわち、光走査部5による水平方向走査と垂直方向走査との位相差が0(rad)に設定され、光源部9から通常計測モード用に予め設定されたタイミング(計測位置)でパルス光が出射される。この場合、光測距装置1は、図3(a)に示すリサージュ走査軌跡上の各計測位置(例えば、計測数=n1)にて測距を行ない、対象領域内の全ての計測位置において測距が完了すると(例えば、リサージュ走査の一周期毎に)、対象領域についての距離画像を生成して出力する。つまり、距離画像は、リサージュ走査の一周期毎に更新される。
図8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。
第2実施形態による光測距装置100も、第1実施形態による光測距装置1と同様、パルス光(レーザパルス)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。但し、第2実施形態による光測距装置100では、第1駆動信号の周波数と第2駆動信号の周波数とが同じであり、第1駆動信号と第2駆動信号との位相差がπ/2(rad)に固定されている点が、第1実施形態による光測距装置1とは相違する。なお、以下の説明において、第1実施形態による光測距装置1と同一の要素については同一の符号を用いてその説明は省略する。
本実施形態では、第1駆動信号の周波数と第2駆動信号の周波数とが同じであり、内側可動部55の水平・垂直の駆動周期は一定である。また、第1駆動信号と第2駆動信号との位相差はπ/2(rad)であり、内側可動部55の水平・垂直の振幅比も一定となっている。この状態で振幅変更部109によって第1駆動信号及び第2駆動信号が徐々に大きくされて内側可動部55の揺動振幅が一定の割合で増加すると、リサージュ走査軌跡は、図9(a)に示すような対象領域の中心部から外側に向かって徐々に径が大きくなる渦巻き線となる。その後、第1駆動信号及び第2駆動信号が徐々に小さくされて内側可動部55の揺動振幅が一定の割合で減少すると、図9(b)に示すような外側から中心部に向かって徐々に径が小さくなる渦巻き線となる。つまり、本実施形態においては、リサージュ走査の一周期で渦巻き線状のリサージュ走査軌跡が対象領域を往復することとなり、リサージュ走査周期の前半のリサージュ走査軌跡(図9(a))と、リサージュ走査周期の後半のリサージュ走査軌跡(図9(b))とは、その大部分が同じ経路を辿る。
通常計測モードを選択するモード選択指令が情報入力部3から入力され又は情報入力部3からモード選択指令が入力されない場合、光測距装置100は通常計測モードで動作する。この通常計測モードでは、光源部9から通常計測モード用に予め設定されたタイミング(計測位置)でパルス光が出射される。この場合、光測距装置100は、図9(a)及び図9(b)に示す走査軌跡上の各計測位置(計測数=n4)にて測距を行ない、例えばリサージュ走査の一周期毎に対象領域についての距離画像を生成して出力する。つまり、距離画像は、リサージュ走査の一周期毎に更新される。
Claims (17)
- 光反射面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、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リサージュ走査できる光走査部と、
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駆動信号を前記光走査部に供給して前記可動部を揺動駆動する駆動部と、
前記光反射面に向かってパルス光を出射する光源部と、
前記光源部から出射されたパルス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、
前記駆動部は、前記第1駆動信号と前記第2駆動信号との位相差を変更する位相差変更部、及び、前記第1駆動信号及び前記第2駆動信号の大きさを調整して前記可動部の揺動振幅を変更する振幅変更部の少なくとも一方を含む、光測距装置。 - 前記位相差変更部は、前記第1駆動信号と前記第2駆動信号との位相差を変更して前記光走査部によるリサージュ走査軌跡の間隔を密にし又は粗くする、請求項1に記載の光測距装置。
- 光測距装置の動作に関連する動作関連情報が入力される情報入力部を備え、
前記位相差変更部は、前記情報入力部を介して入力された動作関連情報に基づいて前記第1駆動信号と前記第2駆動信号との位相差を変更する、請求項1又は請求項2に記載の光測距装置。 - 前記位相差変更部は、前記測距部による計測結果に基づいて前記第1駆動信号と前記第2駆動信号との位相差を変更する、請求項1又は請求項2に記載の光測距装置。
- 前記振幅変更部は、前記可動部の揺動振幅を変更してリサージュ走査範囲を小さくし又は大きくする、請求項1〜4のいずれか1つに記載の光測距装置。
- 光測距装置の動作に関連する動作関連情報が入力される情報入力部を備え、
前記振幅変更部は、前記情報入力部を介して入力された動作関連情報に基づいて前記可動部の揺動振幅を変更する、請求項1〜5のいずれか1つに記載の光測距装置。 - 前記光源部は、前記測距部による計測結果又は前記情報入力部を介して入力された動作関連情報に基づいて前記パルス光の出射タイミングを制御する光源制御部を備える、請求項1〜6のいずれか1つに記載の光測距装置。
- 前記光源部は、前記光反射面に向かって出射するパルス光のビーム径を絞るビーム径変更部を備える、請求項1〜7のいずれか1つに記載の光測距装置。
- 前記測距部による計測結果を画素値として前記対象領域についての距離画像を生成する画像生成部を備える、請求項1〜8のいずれか1つに記載の光測距装置。
- 前記駆動部は、リサージュ走査周期の前半における走査軌跡と後半における走査軌跡とが同じ経路を辿る部分を含むように前記第1駆動信号及び前記第2駆動信号を前記光走査部に供給し、
前記光源部は、前記リサージュ走査周期の前半と後半とで前記対象領域の同じ計測位置に走査されるタイミングで前記パルス光を出射する、請求項1〜9のいずれか1つに記載の光測距装置。 - 前記位相差変更部が前記第1駆動信号と前記第2駆動信号との位相差を変更することにより、前記リサージュ走査周期の前半における走査軌跡と後半における走査軌跡とを走査方向が逆の同じ軌跡とする、請求項10に記載の光測距装置。
- 前記振幅変更部が前記可動部の揺動振幅を徐々に増加させ、その後、徐々に減少させることにより、前記リサージュ走査周期で渦巻き線状のリサージュ走査軌跡が前記対象領域を往復する、請求項10に記載の光測距装置。
- 前記画像生成部は、前記リサージュ走査の1/2周期毎に前記対象領域についての距離画像を生成する、請求項10〜12のいずれか1つに記載の光測距装置。
- 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第1光反射面と、を備え、
前記光源部から出射され前記第1光反射面に入射されるパルス光を前記対象領域内でリサージュ走査する、請求項1〜13のいずれか1つに記載の光測距装置。 - 前記光走査部は、前記外側可動部に形成された第2光反射面を更に備え、
前記光源部から出射され前記第1光反射面に入射されるパルス光を前記対象領域内でリサージュ走査する一方、前記光源部から出射され前記第2光反射面に入射されるパルス光を前記対象領域内で一次元走査する、請求項14に記載の光測距装置。 - 前記光源部は、2つの光源を有し、
各光源から出射されたパルス光の前記第1光反射面への入射角が異なる、請求項14に記載の光測距装置。 - 前記光源部は、2つの光源を有し、
一方の光源は前記第1光反射面に向かってパルス光を出射し、他方の光源は前記第2光反射面に向かってパルス光を出射する、請求項15に記載の光測距装置。
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