距離測定装置
【課題】複数視野を同時に測定することができる距離測定装置を提供する。
【解決手段】距離測定装置は、測定光を射出するレーザ光源と、測定対象物からの反射光を検出する光検出器と、第１の反射鏡、第１の反射鏡の周囲に配置された第１の保持枠、第１の反射鏡を第１の保持枠に対し垂直軸の周りに回転可能に軸支する第１の支持梁、第１の保持枠の下部表面に配置された第２の反射鏡、第１の保持枠の上部表面に配置された第３の反射鏡、第１の保持枠の周囲に配置された第２の保持枠、及び第１の保持枠を第２の保持枠に対し水平軸の周りに回転可能に軸支する第２の支持梁を備えた光走査装置と、レーザ光源から射出された測定光を光走査装置に導光すると共に光走査装置で受光された反射光を光検出器に導光する導光光学系と、レーザ光源及び光走査装置の各々を駆動制御すると共に光検出器の検出信号に基づいて測定対象物までの距離を演算する制御部と、を備える。
【解決手段】距離測定装置は、測定光を射出するレーザ光源と、測定対象物からの反射光を検出する光検出器と、第１の反射鏡、第１の反射鏡の周囲に配置された第１の保持枠、第１の反射鏡を第１の保持枠に対し垂直軸の周りに回転可能に軸支する第１の支持梁、第１の保持枠の下部表面に配置された第２の反射鏡、第１の保持枠の上部表面に配置された第３の反射鏡、第１の保持枠の周囲に配置された第２の保持枠、及び第１の保持枠を第２の保持枠に対し水平軸の周りに回転可能に軸支する第２の支持梁を備えた光走査装置と、レーザ光源から射出された測定光を光走査装置に導光すると共に光走査装置で受光された反射光を光検出器に導光する導光光学系と、レーザ光源及び光走査装置の各々を駆動制御すると共に光検出器の検出信号に基づいて測定対象物までの距離を演算する制御部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物に対し光パルスを投光し、光パルスが射出されてから反射光パルスを受光するまでに要した応答時間を計測して、測定対象物までの距離を測定する距離測定装置が用いられている。一方、マイクロマシニング技術を用いて可動ミラーや弾性梁等の構成部品が一体成形されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等、２次元走査を行うことができる光走査装置や、この光走査装置を利用した画像投影装置等が種々提案されている（特許文献１、特許文献２、非特許文献１）。
【０００３】
近時、光パルスを投受光する投受光光学系に、光走査装置としてＭＥＭＳミラーを用いた２次元走査型の距離測定装置が提案されている（非特許文献２、特許文献３）。例えば、非特許文献２には、日本信号社製の２次元走査ミラー「ＥＣＯ ＳＣＡＮ（登録商標）」が搭載された３次元距離画像センサが開示されている。
【０００４】
また、特許文献３には、ＭＥＭＳミラーを用いた集光光学系を備え、所定の空間内に在る物体の位置等を検出する自動監視装置が開示されている。この集光光学系は、光源部から投光されたレーザ光が有孔反射ミラーの孔部を通過した後に走査ミラーで走査され、対象物で反射された戻り光は走査ミラーで反射された後に有孔反射ミラーにおける孔部の周囲の反射面で反射されて受光素子で受光される構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２６６５０６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６６５０８号公報
【特許文献３】特開２００４−１７０９６５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Wyatt O. Davis, Randy Sprague, Josh Miller, "MEMS-Based Pico Projector Display", ｐ31-32, IEEE（2008）
【非特許文献２】http://www.signal.co.jp/vbc/mems/
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の２次元走査を行うＭＥＭＳミラーでは、中央に配置された１枚の可動ミラーを垂直軸及び水平軸の周りに回転（揺動）させて、１本の光ビームを２次元状に走査している。上記のＭＥＭＳミラーを投受光光学系の光走査装置として用いる場合には、１枚の可動ミラーが投受光に使用される。投光用のレーザ光が照射されているミラー領域は、受光された戻り光を光源側に反射してしまうため、受光用のミラー領域としては使用できない。従って、１枚の可動ミラーを投受光に使用する場合には、単一視野のみの測定となる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、複数視野を同時に測定することができる距離測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、測定対象物に対して投光する測定光を射出するレーザ光源と、前記測定対象物で反射された反射光を検出する光検出器と、第１の反射鏡、前記第１の反射鏡の周囲に配置された第１の保持枠、前記第１の反射鏡を前記第１の保持枠に対し垂直軸の周りに回転可能に軸支する第１の支持梁、前記第１の保持枠の上部表面及び下部表面の一方に配置された第２の反射鏡、前記第１の保持枠の上部表面及び下部表面の他方に配置された第３の反射鏡、前記第１の保持枠の周囲に配置された第２の保持枠、及び前記第１の保持枠を前記第２の保持枠に対し水平軸の周りに回転可能に軸支する第２の支持梁を備え、２次元走査が可能に構成された光走査装置と、前記レーザ光源から射出された測定光が前記第１の反射鏡及び前記第２の反射鏡に照射されるように当該測定光を前記光走査装置に導光すると共に、前記第１の反射鏡及び前記第３の反射鏡で受光された反射光を前記光検出器に導光する導光光学系と、前記レーザ光源及び前記光走査装置の各々を駆動制御すると共に、前記光検出器の検出信号に基づいて前記測定対象物までの距離を演算する制御部と、を備えた距離測定装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記光検出器が、前記第１の反射鏡で受光され前記光検出器に導光された第１の反射光を受光する第１の受光素子と、前記第３の反射鏡で受光され前記光検出器に導光された第２の反射光を受光する第２の受光素子とを備え、受光素子毎に検出信号を出力する、請求項１に記載の距離測定装置である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記制御部が、前記第１の反射鏡の前記垂直軸周りの回転及び前記第１の支持枠の前記水平軸周りの回転の少なくとも一方が行われるように前記光走査装置を駆動制御する、請求項１又は請求項２に記載の距離測定装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の距離測定装置によれば、複数視野を同時に測定することができ、単一視野の従来の距離測定装置に比べて詳細な対象物の測定が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る距離測定装置の構成の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示す距離測定装置の投受光光学系の構成を示す斜視図である。
【図３】図２に示す投受光光学系の光走査装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図４】図３に示す光走査装置の回転振動機構の一例を示す平面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は受光用反射鏡と投光用反射鏡との関係を示す模式図である。
【図６】図３に示す光走査装置で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。
【図７】（Ａ）は図１に示す距離測定装置で２種類の反射光が受光される様子を示す模式図であり、（Ｂ）は２種類の反射光に対応して受光素子が配置される位置を示す光軸に沿った断面図である。
【図８】（Ａ）は垂直軸共振・水平軸非共振の状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は垂直軸共振・水平軸非共振の状態で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。
【図９】（Ａ）は垂直軸非共振・水平軸共振の状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は垂直軸非共振・水平軸共振の状態で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。
【図１０】（Ａ）は垂直軸共振・水平軸共振の状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は垂直軸共振・水平軸共振の状態で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００１５】
（距離測定装置の概略構成）
まず、距離測定装置の構成の一例について説明する。ここでは、距離測定装置を、レーザ光の直進性を利用して、広い範囲で対象物までの距離を測定できるレーザレーダ装置として構成した例について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る距離測定装置の構成の一例を示す概略図である。
【００１６】
図１に示すように、距離測定装置１０は、測定対象物（以下、「対象物」という。）に対し測定光を投光する光投光部２０、測定対象物で反射された反射光を受光する光受光部３０、及び各種演算等を行うと共に装置各部を制御する制御部４０を備えている。また、距離測定装置１０は、光投光部２０の投光光学系及び光受光部３０の受光光学系として機能する投受光光学系５０を備えている。
【００１７】
投受光光学系５０は、測定光を２次元走査可能に構成された光走査装置６０を含んで構成されている。制御部４０には、測定結果等を表示すると共にユーザからの指示入力を受け付ける表示入力部４２が接続されている。なお、光走査装置６０の具体的な構成例については、後で詳しく説明する。
【００１８】
光投光部２０は、測定光を射出するレーザ光源２４、レーザ光源２４を駆動するレーザ駆動部２６、及び光走査装置６０を駆動する走査駆動部２８を備えている。レーザ駆動部２６及び走査駆動部２８は、制御部４０に電気的に接続されている。レーザ駆動部２６は、制御部４０からの制御信号に基づいて、レーザ光源２４を点灯駆動する。また、走査駆動部２８は、制御部４０からの制御信号に基づいて、測定光が２次元走査されるように光走査装置６０を駆動する。
【００１９】
レーザ光源２４としては、半導体レーザ（ＬＤ）等を使用することができる。例えば、発振波長１．５５μｍの半導体レーザ等を使用することができる。なお、レーザ光源２４には、通常、出力モニタ用の光検出部が内蔵されている。内蔵された光検出部からの検出信号は、「測定光の出力信号」としてレーザ駆動部２６を介して制御部４０に入力される。
【００２０】
光受光部３０は、投受光光学系５０で受光された反射光を検出する光検出器３２を備えている。光検出器３２は、制御部４０に電気的に接続されている。光検出器３２は、後述する通り複数の受光素子３４Ａ、３４Ｂを備えており、複数の受光素子３４Ａ、３４Ｂの各々で受光した光信号は電気信号に光電変換される。光検出器３２で光電変換された電気信号は、「反射光の検出信号」として制御部４０に入力される。
【００２１】
受光素子３４Ａ、３４Ｂとしては、フォトダイオード（ＰＤ）を使用することができる。例えば、レーザ光源２４として発振波長１．５５μｍの半導体レーザ等を使用する場合には、受光素子３４Ａ、３４Ｂとしては、波長１．５５μｍを含む赤外線に感度を有するフォトダイオードを使用することができる。複数の受光素子３４Ａ、３４Ｂを区別する必要がない場合には、受光素子３４と総称する。
【００２２】
制御部４０は、Ａ／Ｄ変換器、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部、ＣＰＵ等の中央処理装置を備えている。ＲＯＭには、測定対象物までの距離の演算等、種々の処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データ等が記憶されている。ＲＡＭは、ＣＰＵによって行われる各種演算等を行うワークエリア等として使用される。制御部４０には、上述した通り、測定光の出力信号、反射光の検出信号が入力される。制御部４０に入力されたこれらのアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）でデジタル信号に変換され、記憶部（図示せず）に保持される。
【００２３】
なお、制御部４０は、取得された測定光の投光タイミングと反射光の受光タイミングとに基づいて、測定光が投光されてから反射光を受光するまでに要した応答時間を計算する。そして、計算された応答時間に基づいて、測定対象物までの距離を演算する。なお、演算により得られた測定対象物までの距離は、測定結果として表示入力部４２に表示してもよい。
【００２４】
（投受光光学系）
次に、投受光光学系の構成について説明する。図２は図１に示す距離測定装置の投受光光学系５０の具体的な構成の一例を示す斜視図である。図２に示すように、投受光光学系５０は、投光用のレンズ５２、孔部５４Ａを有する平板状の有孔反射鏡５４、受光用のレンズ５６、及び２次元走査が可能に構成された光走査装置６０を備えている。孔部５４Ａは、有孔反射鏡５４を厚さ方向に貫通する貫通孔である。光走査装置６０は、後述する通り、複数の反射鏡を備えており、複数の反射鏡の各々が垂直軸周り及び水平軸周りの少なくとも一方に回転することで、垂直方向及び水平方向の２方向に走査が可能である。
【００２５】
投光用のレンズ５２、有孔反射鏡５４及び光走査装置６０は、レーザ光源２４の側からこの順に配置されている。なお、図２では、光走査装置６０を裏側から見ており、光走査装置６０の反射面６０Ａは有孔反射鏡５４側を向いている。有孔反射鏡５４は、反射面５４Ｂが光走査装置６０の反射面６０Ａ側を向くように配置されている。受光用のレンズ５６は、有孔反射鏡５４と光検出器３２との間に配置されている。光検出器３２は、受光用のレンズ５６の結像位置に配置されている。
【００２６】
上記の投受光光学系５０では、実線で図示したように、レーザ光源２４から射出された測定光は、投光用のレンズ５２で平行光化され、有孔反射鏡５４の孔部５４Ａを通過して、光走査装置６０の反射面６０Ａに照射される。一方、点線で図示したように、対象物で反射されて戻ってきた反射光は、有孔反射鏡５４の反射面５４Ｂにより、測定光の光路から外れる方向に反射される。反射面５４Ｂで反射された反射光は、受光用のレンズ５６で集光されて、光検出器３２で検出される。
【００２７】
（光走査装置）
次に、光走査装置６０の詳細な構成について説明する。図３は光走査装置６０の構成の一例を示す斜視図である。図３では、光走査装置６０を表側、即ち、反射面６０Ａ側から見ている。図３に示すように、光走査装置６０は、平板状の第１の反射鏡６２、第１の反射鏡６２の周囲に配置された第１の保持枠６４、及び第１の保持枠６４の周囲に配置された第２の保持枠６６を備えている。第１の反射鏡６２は、平面視が略矩形状の平板状の反射鏡である。
【００２８】
第１の反射鏡６２は、一対の第１の支持梁６８Ａ、６８Ｂにより、第１の保持枠６４に対し垂直軸の周りに回転可能に軸支されている。垂直軸は、第１の反射鏡６２の水平方向の中心線と略一致する。また、第１の保持枠６４は、一対の第２の支持梁７０Ａ、７０Ｂにより、第２の保持枠６６に対し水平軸の周りに回転可能に軸支されている。水平軸は、第１の反射鏡６２の垂直方向の中心線と略一致する。
【００２９】
第１の保持枠６４の下部表面には、第２の反射鏡７２が配置されている。また、第１の保持枠６４の上部表面には、第３の反射鏡７４が配置されている。第２の反射鏡７２は、平面視が略矩形状の平板状の反射鏡である。第２の反射鏡７２の水平方向の長さは、第１の反射鏡６２の水平方向の長さより長い。第２の反射鏡７２は、第１の保持枠６４の下部表面を略覆うように配置されている。
【００３０】
同様に、第３の反射鏡７４は、平面視が略矩形状の平板状の反射鏡であり、第３の反射鏡７４の水平方向の長さは第１の反射鏡６２の水平方向の長さより長く、第１の保持枠６４の上部表面を略覆うように配置されている。上記の第２の反射鏡７２及び第３の反射鏡７４は、例えば、金（Ａｕ）等の反射率の高い金属材料を蒸着する等して、第１の保持枠６４の表面に形成することができる。
【００３１】
次に、光走査装置６０のミラー回転動作（回転振動）について説明する。以下では、光走査装置６０を電磁駆動方式のＭＥＭＳミラーとして構成した例について説明する。図４は光走査装置６０の回転振動機構の一例を示す平面図である。図４に示すように、第１の反射鏡６２には、駆動コイル７６が第１の反射鏡６２と一体に設けられている。駆動コイル７６は、例えば、第１の支持梁６８Ｂ、第２の支持梁７０Ａを通る配線７７により、電源７８に電気的に接続されている。また、第１の保持枠６４には、駆動コイル８０が第１の保持枠６４と一体に設けられている。駆動コイル８０は、例えば、第２の支持梁７０Ｂを通る配線８３により、電源８２に電気的に接続されている。
【００３２】
また、第２の保持枠６６の垂直方向に対向する上辺と下辺の各々には、第１の反射鏡６２の駆動コイル７６に対して磁界を形成する永久磁石８４Ａ、８４Ｂが設けられている。第２の保持枠６６の水平方向に対向する左辺と右辺の各々には、第１の保持枠６４の駆動コイル８０に対して磁界を形成する永久磁石８６Ａ、８６Ｂが設けられている。
【００３３】
例えば、第１の反射鏡６２の駆動コイル７６には、永久磁石８４Ａ、８４Ｂにより駆動コイル７６を横切る方向に磁界が形成されている。電源７８により駆動コイル７６に電流を流すと、第１の反射鏡６２を垂直軸の周りに回転させる磁気力が発生する。第１の反射鏡６２が回転すると、一対の第１の支持梁６８Ａ、６８Ｂが捩じられて、ばね反力が発生する。
【００３４】
第１の反射鏡６２は、磁気力とばね反力が釣り合う位置まで回転する。駆動コイル７６に流す電流値に応じて、第１の反射鏡６２の回転角度（走査角）が変化する。また、駆動コイル７６に流す電流の向きを反転させると、磁気力の向きが逆になり、第１の反射鏡６２は反対周りに回転する。これにより、第１の反射鏡６２は、垂直軸の周りに予め定めた周波数で回転振動される。
【００３５】
同様に、第１の保持枠６４の駆動コイル８０には、永久磁石８６Ａ、８６Ｂにより磁界が形成されている。電源８２により駆動コイル８０に電流を流すことにより、第１の保持枠６４を水平軸の周りに回転させる磁気力が発生する。一対の第２の支持梁７０Ａ、７０Ｂが捩じられて、ばね反力が発生する。これにより、第１の保持枠６４は水平軸の周りに予め定めた周波数で回転振動される。即ち、第１の反射鏡６２、第２の反射鏡７２及び第３の反射鏡７４は、第１の保持枠６４と共に水平軸の周りに回転振動される。
【００３６】
（複数視野での測定）
次に、複数視野での測定が可能となる原理について説明する。図５（Ａ）〜（Ｄ）は受光用反射鏡と投光用反射鏡との関係を示す模式図である。図６は図３に示す光走査装置６０を用いて２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。
【００３７】
上述した通り、上記の投受光光学系５０では、レーザ光源２４から射出された測定光は、投光用のレンズ５２で平行光化され、有孔反射鏡５４の孔部５４Ａを通過して、光走査装置６０の反射面６０Ａに照射される（図２参照）。このとき、図５（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、測定光の照射領域９０に、第１の反射鏡６２の下半分の部分６２Ａ及び第２の反射鏡７２が含まれるように、測定光を照射する。第１の反射鏡６２の部分６２Ａ及び第２の反射鏡７２の各々に、同時に測定光が照射されて、異なる方向に測定光が投光される。
【００３８】
図６に実線で示したように、測定光の投光方向に投影面９４を仮定すると、第１の反射鏡６２の部分６２Ａで反射された測定光は、投影面９４の領域９６に投光される。一方、第２の反射鏡７２で反射された測定光は、投影面９４の領域９８に投光される。第２の反射鏡７２の面積は、第１の反射鏡６２の部分６２Ａの面積よりも大きい。このため、第２の反射鏡７２で反射された測定光は、領域９６より広い領域９８に投光される。
【００３９】
また、上述した通り、上記の投受光光学系５０では、対象物で反射されて戻ってきた反射光は、有孔反射鏡５４の反射面５４Ｂにより反射される（図２参照）。このとき、図５（Ｂ）及び（Ｄ）に示すように、反射光は、水平軸に対して測定光の照射領域９０と対称な受光領域９２により受光される。反射光の受光領域９２には、第１の反射鏡６２の上半分の部分６２Ｂ及び第３の反射鏡７４が含まれる。
【００４０】
図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１の反射鏡６２の部分６２Ａにより投光された測定光に対応する反射光は、第１の反射鏡６２の部分６２Ｂで受光される。一方、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、第２の反射鏡７２により投光された測定光に対応する反射光は、第３の反射鏡７４で受光される。即ち、第１の反射鏡６２の部分６２Ａ及び部分６２Ｂにより、一対の投受光用の反射鏡が構成される。同時に、第２の反射鏡７２及び第３の反射鏡７４により、一対の投受光用の反射鏡が構成される。従って、１個のレーザ光源２４から射出され、異なる方向に投光された測定光を、別々の反射鏡で受光することができ、２視野での測定が可能となる。
【００４１】
なお、第１の反射鏡６２の部分６２Ｂで反射された第１の反射光と、第３の反射鏡７４で反射された第２の反射光とは、互いに分離して検出する必要がある。図７（Ａ）は投受光光学系５０で２種類の反射光が受光される様子を示す模式図であり、図７（Ｂ）は２種類の反射光に対応して受光素子３４が配置される位置を示す光軸に沿った断面図である。
【００４２】
実線で示すように、第１の反射光は、有孔反射鏡５４の反射面５４Ｂの領域５４Ｃで反射される。領域５４Ｃで反射された反射光は、受光用のレンズ５６で集光され、光検出器３２の受光素子３４Ａで受光される。また、点線で示すように、第２の反射光は、有孔反射鏡５４の反射面５４Ｂの領域５４Ｄで反射される。領域５４Ｄで反射された反射光は、受光用のレンズ５６で集光され、光検出器３２の受光素子３４Ｂで受光される。
【００４３】
領域５４Ｃと領域５４Ｄとの中間点で反射された反射光が、受光用のレンズ５６で集光されて、光検出器３２の表面に焦点Ｆを結ぶように、レンズ５６を配置する。受光素子３４Ａ及び受光素子３４Ｂを、受光用のレンズ５６の焦点Ｆの位置からずらして配置する。受光用のレンズ５６に対し、第１の反射光及び第２の反射光は光軸Ｌからずれた位置から入射する。第１の反射光（実線）は受光素子３４Ａの受光領域に焦点を結び、第２の反射光（点線）は受光素子３４Ｂの受光領域に焦点を結ぶ。この通り、第１の反射光と第２の反射光とは、異なる受光素子３４により受光されるので、互いに分離して検出することができる。
【００４４】
（回転振動動作と測定視野）
次に、光走査装置６０の回転振動と走査方向の関係について説明する。図８（Ａ）は垂直軸共振・水平軸非共振の状態を示す斜視図であり、図８（Ｂ）は垂直軸共振・水平軸非共振の状態で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。図８（Ａ）に示すように、垂直軸共振・水平軸非共振の状態では、第１の反射鏡６２が垂直軸の周りに回転振動し、第１の保持枠６４は水平軸の周りに回転振動しない。
【００４５】
垂直軸共振・水平軸非共振の場合には、図８（Ｂ）に示すように、第１の反射鏡６２の部分６２Ａで反射された測定光（実線）は、投影面９４の領域９６に投光される。第１の反射鏡６２が垂直軸の周りに回転振動することで、矢印で図示した通り、測定光は水平方向に走査される。一方、第２の反射鏡７２で反射された測定光（点線）は、投影面９４の領域９８に投光される。
【００４６】
また、図９（Ａ）は垂直軸非共振・水平軸共振の状態を示す斜視図であり、図９（Ｂ）は垂直軸非共振・水平軸共振の状態で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。図９（Ａ）に示すように、垂直軸非共振・水平軸共振の状態では、第１の反射鏡６２、第２の反射鏡７２及び第３の反射鏡７４は、第１の保持枠６４と共に水平軸の周りに回転振動し、第１の反射鏡６２は垂直軸の周りに回転振動しない。
【００４７】
垂直軸非共振・水平軸共振の場合には、図９（Ｂ）に示すように、第１の反射鏡６２の部分６２Ａで反射された測定光（実線）は、投影面９４の領域９６に投光される。第１の反射鏡６２が垂直軸の周りに回転振動することで、矢印で図示した通り、測定光は垂直方向に走査される。一方、第２の反射鏡７２で反射された測定光（点線）は、投影面９４の領域９８に投光される。第２の反射鏡７２が垂直軸の周りに回転振動することで、矢印で図示した通り、測定光は垂直方向に走査される。
【００４８】
また、図１０（Ａ）は垂直軸共振・水平軸共振の状態を示す斜視図であり、図１０（Ｂ）は垂直軸共振・水平軸共振の状態で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。図１０（Ａ）に示すように、垂直軸共振・水平軸共振の状態では、第１の反射鏡６２は垂直軸の周りに回転振動すると共に、第１の反射鏡６２、第２の反射鏡７２及び第３の反射鏡７４は、第１の保持枠６４と共に水平軸の周りに回転振動する。
【００４９】
垂直軸共振・水平軸共振の場合には、図１０（Ｂ）に示すように、第１の反射鏡６２の部分６２Ａで反射された測定光（実線）は、投影面９４の領域９６に投光される。第１の反射鏡６２が垂直軸の周りに回転振動すると共に水平軸の周りにも回転振動することで、矢印で図示した通り、測定光は垂直方向及び水平方向に走査される。走査軌跡はサインカーブを描くように蛇行する。一方、第２の反射鏡７２で反射された測定光（点線）は、投影面９４の領域９８に投光される。第２の反射鏡７２が垂直軸の周りに回転振動することで、矢印で図示した通り、測定光は垂直方向に走査される。
【００５０】
また、図６に示したように、垂直軸非共振・水平軸非共振の場合でも２視野での測定は可能である。何れの状態で測定を行うかは、表示入力部４２を介してユーザが指示を入力してもよい。
【００５１】
以上説明したとおり、本実施の形態によれば、投受光光学系において複数の投受光用反射鏡を有する光走査装置を用い、複数の投受光用反射鏡の各々に同時に測定光が照射されるようにすることで、１個のレーザ光源から射出され、異なる方向に投光された測定光を、別々の反射鏡で受光することができ、２視野での測定が可能となる。２視野を同時に測定することで、単一視野での測定に比べて得られる情報量が増加し、詳細な対象物の測定が可能となる。
【００５２】
また、垂直軸及び水平軸の各々を共振又は非共振とする組合せが可能であり、単一視野での測定に比べて種々の測定が可能となる。
【００５３】
＜その他の変形例＞
（投受光光学系）
上記の実施の形態では、有孔反射鏡を用いて測定光と反射光とを分離する例について説明したが、分離光学系は図２に示す構成には限定されない。測定光と反射光とを分離する他の分離光学系を用いてもよい。例えば、半透鏡等のビームスプリッタを用いてもよい。
【００５４】
（ＭＥＭＳミラー）
上記の実施の形態では、光走査装置を電磁駆動方式のＭＥＭＳミラーとして構成した例について説明したが、上記と同様の回転動作が得られればよく、他の駆動方式のＭＥＭＳミラーとしてもよい。例えば、静電駆動方式、磁気駆動方式、圧電駆動方式のＭＥＭＳミラーとしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 距離測定装置
２０ 光投光部
２４ レーザ光源
２６ レーザ駆動部
２８ 走査駆動部
３０ 光受光部
３２ 光検出器
３４ 受光素子
４０ 制御部
４２ 表示入力部
５０ 投受光光学系
５２ レンズ
５４ 有孔反射鏡
５４Ａ 孔部
５４Ｂ 反射面
５４Ｃ 領域
５４Ｄ 領域
５６ レンズ
６０ 光走査装置
６０Ａ 反射面
６２ 第１の反射鏡
６２Ａ 部分
６２Ｂ 部分
６４ 第１の保持枠
６６ 第２の保持枠
６８Ａ 第１の支持梁
６８Ｂ 第１の支持梁
７０Ａ 第２の支持梁
７０Ｂ 第２の支持梁
７２ 第２の反射鏡
７４ 第３の反射鏡
７６ 駆動コイル
７７ 配線
７８ 電源
８０ 駆動コイル
８２ 電源
８３ 配線
８４Ａ、８４Ｂ 永久磁石
８６Ａ、８６Ｂ 永久磁石
９０ 照射領域
９２ 受光領域
９４ 投影面
９６ 領域
９８ 領域
Ｆ 焦点
Ｌ 光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物に対し光パルスを投光し、光パルスが射出されてから反射光パルスを受光するまでに要した応答時間を計測して、測定対象物までの距離を測定する距離測定装置が用いられている。一方、マイクロマシニング技術を用いて可動ミラーや弾性梁等の構成部品が一体成形されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等、２次元走査を行うことができる光走査装置や、この光走査装置を利用した画像投影装置等が種々提案されている（特許文献１、特許文献２、非特許文献１）。
【０００３】
近時、光パルスを投受光する投受光光学系に、光走査装置としてＭＥＭＳミラーを用いた２次元走査型の距離測定装置が提案されている（非特許文献２、特許文献３）。例えば、非特許文献２には、日本信号社製の２次元走査ミラー「ＥＣＯ ＳＣＡＮ（登録商標）」が搭載された３次元距離画像センサが開示されている。
【０００４】
また、特許文献３には、ＭＥＭＳミラーを用いた集光光学系を備え、所定の空間内に在る物体の位置等を検出する自動監視装置が開示されている。この集光光学系は、光源部から投光されたレーザ光が有孔反射ミラーの孔部を通過した後に走査ミラーで走査され、対象物で反射された戻り光は走査ミラーで反射された後に有孔反射ミラーにおける孔部の周囲の反射面で反射されて受光素子で受光される構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２６６５０６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６６５０８号公報
【特許文献３】特開２００４−１７０９６５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Wyatt O. Davis, Randy Sprague, Josh Miller, "MEMS-Based Pico Projector Display", ｐ31-32, IEEE（2008）
【非特許文献２】http://www.signal.co.jp/vbc/mems/
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の２次元走査を行うＭＥＭＳミラーでは、中央に配置された１枚の可動ミラーを垂直軸及び水平軸の周りに回転（揺動）させて、１本の光ビームを２次元状に走査している。上記のＭＥＭＳミラーを投受光光学系の光走査装置として用いる場合には、１枚の可動ミラーが投受光に使用される。投光用のレーザ光が照射されているミラー領域は、受光された戻り光を光源側に反射してしまうため、受光用のミラー領域としては使用できない。従って、１枚の可動ミラーを投受光に使用する場合には、単一視野のみの測定となる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、複数視野を同時に測定することができる距離測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、測定対象物に対して投光する測定光を射出するレーザ光源と、前記測定対象物で反射された反射光を検出する光検出器と、第１の反射鏡、前記第１の反射鏡の周囲に配置された第１の保持枠、前記第１の反射鏡を前記第１の保持枠に対し垂直軸の周りに回転可能に軸支する第１の支持梁、前記第１の保持枠の上部表面及び下部表面の一方に配置された第２の反射鏡、前記第１の保持枠の上部表面及び下部表面の他方に配置された第３の反射鏡、前記第１の保持枠の周囲に配置された第２の保持枠、及び前記第１の保持枠を前記第２の保持枠に対し水平軸の周りに回転可能に軸支する第２の支持梁を備え、２次元走査が可能に構成された光走査装置と、前記レーザ光源から射出された測定光が前記第１の反射鏡及び前記第２の反射鏡に照射されるように当該測定光を前記光走査装置に導光すると共に、前記第１の反射鏡及び前記第３の反射鏡で受光された反射光を前記光検出器に導光する導光光学系と、前記レーザ光源及び前記光走査装置の各々を駆動制御すると共に、前記光検出器の検出信号に基づいて前記測定対象物までの距離を演算する制御部と、を備えた距離測定装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記光検出器が、前記第１の反射鏡で受光され前記光検出器に導光された第１の反射光を受光する第１の受光素子と、前記第３の反射鏡で受光され前記光検出器に導光された第２の反射光を受光する第２の受光素子とを備え、受光素子毎に検出信号を出力する、請求項１に記載の距離測定装置である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記制御部が、前記第１の反射鏡の前記垂直軸周りの回転及び前記第１の支持枠の前記水平軸周りの回転の少なくとも一方が行われるように前記光走査装置を駆動制御する、請求項１又は請求項２に記載の距離測定装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の距離測定装置によれば、複数視野を同時に測定することができ、単一視野の従来の距離測定装置に比べて詳細な対象物の測定が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る距離測定装置の構成の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示す距離測定装置の投受光光学系の構成を示す斜視図である。
【図３】図２に示す投受光光学系の光走査装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図４】図３に示す光走査装置の回転振動機構の一例を示す平面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は受光用反射鏡と投光用反射鏡との関係を示す模式図である。
【図６】図３に示す光走査装置で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。
【図７】（Ａ）は図１に示す距離測定装置で２種類の反射光が受光される様子を示す模式図であり、（Ｂ）は２種類の反射光に対応して受光素子が配置される位置を示す光軸に沿った断面図である。
【図８】（Ａ）は垂直軸共振・水平軸非共振の状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は垂直軸共振・水平軸非共振の状態で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。
【図９】（Ａ）は垂直軸非共振・水平軸共振の状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は垂直軸非共振・水平軸共振の状態で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。
【図１０】（Ａ）は垂直軸共振・水平軸共振の状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は垂直軸共振・水平軸共振の状態で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００１５】
（距離測定装置の概略構成）
まず、距離測定装置の構成の一例について説明する。ここでは、距離測定装置を、レーザ光の直進性を利用して、広い範囲で対象物までの距離を測定できるレーザレーダ装置として構成した例について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る距離測定装置の構成の一例を示す概略図である。
【００１６】
図１に示すように、距離測定装置１０は、測定対象物（以下、「対象物」という。）に対し測定光を投光する光投光部２０、測定対象物で反射された反射光を受光する光受光部３０、及び各種演算等を行うと共に装置各部を制御する制御部４０を備えている。また、距離測定装置１０は、光投光部２０の投光光学系及び光受光部３０の受光光学系として機能する投受光光学系５０を備えている。
【００１７】
投受光光学系５０は、測定光を２次元走査可能に構成された光走査装置６０を含んで構成されている。制御部４０には、測定結果等を表示すると共にユーザからの指示入力を受け付ける表示入力部４２が接続されている。なお、光走査装置６０の具体的な構成例については、後で詳しく説明する。
【００１８】
光投光部２０は、測定光を射出するレーザ光源２４、レーザ光源２４を駆動するレーザ駆動部２６、及び光走査装置６０を駆動する走査駆動部２８を備えている。レーザ駆動部２６及び走査駆動部２８は、制御部４０に電気的に接続されている。レーザ駆動部２６は、制御部４０からの制御信号に基づいて、レーザ光源２４を点灯駆動する。また、走査駆動部２８は、制御部４０からの制御信号に基づいて、測定光が２次元走査されるように光走査装置６０を駆動する。
【００１９】
レーザ光源２４としては、半導体レーザ（ＬＤ）等を使用することができる。例えば、発振波長１．５５μｍの半導体レーザ等を使用することができる。なお、レーザ光源２４には、通常、出力モニタ用の光検出部が内蔵されている。内蔵された光検出部からの検出信号は、「測定光の出力信号」としてレーザ駆動部２６を介して制御部４０に入力される。
【００２０】
光受光部３０は、投受光光学系５０で受光された反射光を検出する光検出器３２を備えている。光検出器３２は、制御部４０に電気的に接続されている。光検出器３２は、後述する通り複数の受光素子３４Ａ、３４Ｂを備えており、複数の受光素子３４Ａ、３４Ｂの各々で受光した光信号は電気信号に光電変換される。光検出器３２で光電変換された電気信号は、「反射光の検出信号」として制御部４０に入力される。
【００２１】
受光素子３４Ａ、３４Ｂとしては、フォトダイオード（ＰＤ）を使用することができる。例えば、レーザ光源２４として発振波長１．５５μｍの半導体レーザ等を使用する場合には、受光素子３４Ａ、３４Ｂとしては、波長１．５５μｍを含む赤外線に感度を有するフォトダイオードを使用することができる。複数の受光素子３４Ａ、３４Ｂを区別する必要がない場合には、受光素子３４と総称する。
【００２２】
制御部４０は、Ａ／Ｄ変換器、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部、ＣＰＵ等の中央処理装置を備えている。ＲＯＭには、測定対象物までの距離の演算等、種々の処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データ等が記憶されている。ＲＡＭは、ＣＰＵによって行われる各種演算等を行うワークエリア等として使用される。制御部４０には、上述した通り、測定光の出力信号、反射光の検出信号が入力される。制御部４０に入力されたこれらのアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）でデジタル信号に変換され、記憶部（図示せず）に保持される。
【００２３】
なお、制御部４０は、取得された測定光の投光タイミングと反射光の受光タイミングとに基づいて、測定光が投光されてから反射光を受光するまでに要した応答時間を計算する。そして、計算された応答時間に基づいて、測定対象物までの距離を演算する。なお、演算により得られた測定対象物までの距離は、測定結果として表示入力部４２に表示してもよい。
【００２４】
（投受光光学系）
次に、投受光光学系の構成について説明する。図２は図１に示す距離測定装置の投受光光学系５０の具体的な構成の一例を示す斜視図である。図２に示すように、投受光光学系５０は、投光用のレンズ５２、孔部５４Ａを有する平板状の有孔反射鏡５４、受光用のレンズ５６、及び２次元走査が可能に構成された光走査装置６０を備えている。孔部５４Ａは、有孔反射鏡５４を厚さ方向に貫通する貫通孔である。光走査装置６０は、後述する通り、複数の反射鏡を備えており、複数の反射鏡の各々が垂直軸周り及び水平軸周りの少なくとも一方に回転することで、垂直方向及び水平方向の２方向に走査が可能である。
【００２５】
投光用のレンズ５２、有孔反射鏡５４及び光走査装置６０は、レーザ光源２４の側からこの順に配置されている。なお、図２では、光走査装置６０を裏側から見ており、光走査装置６０の反射面６０Ａは有孔反射鏡５４側を向いている。有孔反射鏡５４は、反射面５４Ｂが光走査装置６０の反射面６０Ａ側を向くように配置されている。受光用のレンズ５６は、有孔反射鏡５４と光検出器３２との間に配置されている。光検出器３２は、受光用のレンズ５６の結像位置に配置されている。
【００２６】
上記の投受光光学系５０では、実線で図示したように、レーザ光源２４から射出された測定光は、投光用のレンズ５２で平行光化され、有孔反射鏡５４の孔部５４Ａを通過して、光走査装置６０の反射面６０Ａに照射される。一方、点線で図示したように、対象物で反射されて戻ってきた反射光は、有孔反射鏡５４の反射面５４Ｂにより、測定光の光路から外れる方向に反射される。反射面５４Ｂで反射された反射光は、受光用のレンズ５６で集光されて、光検出器３２で検出される。
【００２７】
（光走査装置）
次に、光走査装置６０の詳細な構成について説明する。図３は光走査装置６０の構成の一例を示す斜視図である。図３では、光走査装置６０を表側、即ち、反射面６０Ａ側から見ている。図３に示すように、光走査装置６０は、平板状の第１の反射鏡６２、第１の反射鏡６２の周囲に配置された第１の保持枠６４、及び第１の保持枠６４の周囲に配置された第２の保持枠６６を備えている。第１の反射鏡６２は、平面視が略矩形状の平板状の反射鏡である。
【００２８】
第１の反射鏡６２は、一対の第１の支持梁６８Ａ、６８Ｂにより、第１の保持枠６４に対し垂直軸の周りに回転可能に軸支されている。垂直軸は、第１の反射鏡６２の水平方向の中心線と略一致する。また、第１の保持枠６４は、一対の第２の支持梁７０Ａ、７０Ｂにより、第２の保持枠６６に対し水平軸の周りに回転可能に軸支されている。水平軸は、第１の反射鏡６２の垂直方向の中心線と略一致する。
【００２９】
第１の保持枠６４の下部表面には、第２の反射鏡７２が配置されている。また、第１の保持枠６４の上部表面には、第３の反射鏡７４が配置されている。第２の反射鏡７２は、平面視が略矩形状の平板状の反射鏡である。第２の反射鏡７２の水平方向の長さは、第１の反射鏡６２の水平方向の長さより長い。第２の反射鏡７２は、第１の保持枠６４の下部表面を略覆うように配置されている。
【００３０】
同様に、第３の反射鏡７４は、平面視が略矩形状の平板状の反射鏡であり、第３の反射鏡７４の水平方向の長さは第１の反射鏡６２の水平方向の長さより長く、第１の保持枠６４の上部表面を略覆うように配置されている。上記の第２の反射鏡７２及び第３の反射鏡７４は、例えば、金（Ａｕ）等の反射率の高い金属材料を蒸着する等して、第１の保持枠６４の表面に形成することができる。
【００３１】
次に、光走査装置６０のミラー回転動作（回転振動）について説明する。以下では、光走査装置６０を電磁駆動方式のＭＥＭＳミラーとして構成した例について説明する。図４は光走査装置６０の回転振動機構の一例を示す平面図である。図４に示すように、第１の反射鏡６２には、駆動コイル７６が第１の反射鏡６２と一体に設けられている。駆動コイル７６は、例えば、第１の支持梁６８Ｂ、第２の支持梁７０Ａを通る配線７７により、電源７８に電気的に接続されている。また、第１の保持枠６４には、駆動コイル８０が第１の保持枠６４と一体に設けられている。駆動コイル８０は、例えば、第２の支持梁７０Ｂを通る配線８３により、電源８２に電気的に接続されている。
【００３２】
また、第２の保持枠６６の垂直方向に対向する上辺と下辺の各々には、第１の反射鏡６２の駆動コイル７６に対して磁界を形成する永久磁石８４Ａ、８４Ｂが設けられている。第２の保持枠６６の水平方向に対向する左辺と右辺の各々には、第１の保持枠６４の駆動コイル８０に対して磁界を形成する永久磁石８６Ａ、８６Ｂが設けられている。
【００３３】
例えば、第１の反射鏡６２の駆動コイル７６には、永久磁石８４Ａ、８４Ｂにより駆動コイル７６を横切る方向に磁界が形成されている。電源７８により駆動コイル７６に電流を流すと、第１の反射鏡６２を垂直軸の周りに回転させる磁気力が発生する。第１の反射鏡６２が回転すると、一対の第１の支持梁６８Ａ、６８Ｂが捩じられて、ばね反力が発生する。
【００３４】
第１の反射鏡６２は、磁気力とばね反力が釣り合う位置まで回転する。駆動コイル７６に流す電流値に応じて、第１の反射鏡６２の回転角度（走査角）が変化する。また、駆動コイル７６に流す電流の向きを反転させると、磁気力の向きが逆になり、第１の反射鏡６２は反対周りに回転する。これにより、第１の反射鏡６２は、垂直軸の周りに予め定めた周波数で回転振動される。
【００３５】
同様に、第１の保持枠６４の駆動コイル８０には、永久磁石８６Ａ、８６Ｂにより磁界が形成されている。電源８２により駆動コイル８０に電流を流すことにより、第１の保持枠６４を水平軸の周りに回転させる磁気力が発生する。一対の第２の支持梁７０Ａ、７０Ｂが捩じられて、ばね反力が発生する。これにより、第１の保持枠６４は水平軸の周りに予め定めた周波数で回転振動される。即ち、第１の反射鏡６２、第２の反射鏡７２及び第３の反射鏡７４は、第１の保持枠６４と共に水平軸の周りに回転振動される。
【００３６】
（複数視野での測定）
次に、複数視野での測定が可能となる原理について説明する。図５（Ａ）〜（Ｄ）は受光用反射鏡と投光用反射鏡との関係を示す模式図である。図６は図３に示す光走査装置６０を用いて２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。
【００３７】
上述した通り、上記の投受光光学系５０では、レーザ光源２４から射出された測定光は、投光用のレンズ５２で平行光化され、有孔反射鏡５４の孔部５４Ａを通過して、光走査装置６０の反射面６０Ａに照射される（図２参照）。このとき、図５（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、測定光の照射領域９０に、第１の反射鏡６２の下半分の部分６２Ａ及び第２の反射鏡７２が含まれるように、測定光を照射する。第１の反射鏡６２の部分６２Ａ及び第２の反射鏡７２の各々に、同時に測定光が照射されて、異なる方向に測定光が投光される。
【００３８】
図６に実線で示したように、測定光の投光方向に投影面９４を仮定すると、第１の反射鏡６２の部分６２Ａで反射された測定光は、投影面９４の領域９６に投光される。一方、第２の反射鏡７２で反射された測定光は、投影面９４の領域９８に投光される。第２の反射鏡７２の面積は、第１の反射鏡６２の部分６２Ａの面積よりも大きい。このため、第２の反射鏡７２で反射された測定光は、領域９６より広い領域９８に投光される。
【００３９】
また、上述した通り、上記の投受光光学系５０では、対象物で反射されて戻ってきた反射光は、有孔反射鏡５４の反射面５４Ｂにより反射される（図２参照）。このとき、図５（Ｂ）及び（Ｄ）に示すように、反射光は、水平軸に対して測定光の照射領域９０と対称な受光領域９２により受光される。反射光の受光領域９２には、第１の反射鏡６２の上半分の部分６２Ｂ及び第３の反射鏡７４が含まれる。
【００４０】
図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１の反射鏡６２の部分６２Ａにより投光された測定光に対応する反射光は、第１の反射鏡６２の部分６２Ｂで受光される。一方、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、第２の反射鏡７２により投光された測定光に対応する反射光は、第３の反射鏡７４で受光される。即ち、第１の反射鏡６２の部分６２Ａ及び部分６２Ｂにより、一対の投受光用の反射鏡が構成される。同時に、第２の反射鏡７２及び第３の反射鏡７４により、一対の投受光用の反射鏡が構成される。従って、１個のレーザ光源２４から射出され、異なる方向に投光された測定光を、別々の反射鏡で受光することができ、２視野での測定が可能となる。
【００４１】
なお、第１の反射鏡６２の部分６２Ｂで反射された第１の反射光と、第３の反射鏡７４で反射された第２の反射光とは、互いに分離して検出する必要がある。図７（Ａ）は投受光光学系５０で２種類の反射光が受光される様子を示す模式図であり、図７（Ｂ）は２種類の反射光に対応して受光素子３４が配置される位置を示す光軸に沿った断面図である。
【００４２】
実線で示すように、第１の反射光は、有孔反射鏡５４の反射面５４Ｂの領域５４Ｃで反射される。領域５４Ｃで反射された反射光は、受光用のレンズ５６で集光され、光検出器３２の受光素子３４Ａで受光される。また、点線で示すように、第２の反射光は、有孔反射鏡５４の反射面５４Ｂの領域５４Ｄで反射される。領域５４Ｄで反射された反射光は、受光用のレンズ５６で集光され、光検出器３２の受光素子３４Ｂで受光される。
【００４３】
領域５４Ｃと領域５４Ｄとの中間点で反射された反射光が、受光用のレンズ５６で集光されて、光検出器３２の表面に焦点Ｆを結ぶように、レンズ５６を配置する。受光素子３４Ａ及び受光素子３４Ｂを、受光用のレンズ５６の焦点Ｆの位置からずらして配置する。受光用のレンズ５６に対し、第１の反射光及び第２の反射光は光軸Ｌからずれた位置から入射する。第１の反射光（実線）は受光素子３４Ａの受光領域に焦点を結び、第２の反射光（点線）は受光素子３４Ｂの受光領域に焦点を結ぶ。この通り、第１の反射光と第２の反射光とは、異なる受光素子３４により受光されるので、互いに分離して検出することができる。
【００４４】
（回転振動動作と測定視野）
次に、光走査装置６０の回転振動と走査方向の関係について説明する。図８（Ａ）は垂直軸共振・水平軸非共振の状態を示す斜視図であり、図８（Ｂ）は垂直軸共振・水平軸非共振の状態で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。図８（Ａ）に示すように、垂直軸共振・水平軸非共振の状態では、第１の反射鏡６２が垂直軸の周りに回転振動し、第１の保持枠６４は水平軸の周りに回転振動しない。
【００４５】
垂直軸共振・水平軸非共振の場合には、図８（Ｂ）に示すように、第１の反射鏡６２の部分６２Ａで反射された測定光（実線）は、投影面９４の領域９６に投光される。第１の反射鏡６２が垂直軸の周りに回転振動することで、矢印で図示した通り、測定光は水平方向に走査される。一方、第２の反射鏡７２で反射された測定光（点線）は、投影面９４の領域９８に投光される。
【００４６】
また、図９（Ａ）は垂直軸非共振・水平軸共振の状態を示す斜視図であり、図９（Ｂ）は垂直軸非共振・水平軸共振の状態で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。図９（Ａ）に示すように、垂直軸非共振・水平軸共振の状態では、第１の反射鏡６２、第２の反射鏡７２及び第３の反射鏡７４は、第１の保持枠６４と共に水平軸の周りに回転振動し、第１の反射鏡６２は垂直軸の周りに回転振動しない。
【００４７】
垂直軸非共振・水平軸共振の場合には、図９（Ｂ）に示すように、第１の反射鏡６２の部分６２Ａで反射された測定光（実線）は、投影面９４の領域９６に投光される。第１の反射鏡６２が垂直軸の周りに回転振動することで、矢印で図示した通り、測定光は垂直方向に走査される。一方、第２の反射鏡７２で反射された測定光（点線）は、投影面９４の領域９８に投光される。第２の反射鏡７２が垂直軸の周りに回転振動することで、矢印で図示した通り、測定光は垂直方向に走査される。
【００４８】
また、図１０（Ａ）は垂直軸共振・水平軸共振の状態を示す斜視図であり、図１０（Ｂ）は垂直軸共振・水平軸共振の状態で２視野が同時に測定される様子を示す模式図である。図１０（Ａ）に示すように、垂直軸共振・水平軸共振の状態では、第１の反射鏡６２は垂直軸の周りに回転振動すると共に、第１の反射鏡６２、第２の反射鏡７２及び第３の反射鏡７４は、第１の保持枠６４と共に水平軸の周りに回転振動する。
【００４９】
垂直軸共振・水平軸共振の場合には、図１０（Ｂ）に示すように、第１の反射鏡６２の部分６２Ａで反射された測定光（実線）は、投影面９４の領域９６に投光される。第１の反射鏡６２が垂直軸の周りに回転振動すると共に水平軸の周りにも回転振動することで、矢印で図示した通り、測定光は垂直方向及び水平方向に走査される。走査軌跡はサインカーブを描くように蛇行する。一方、第２の反射鏡７２で反射された測定光（点線）は、投影面９４の領域９８に投光される。第２の反射鏡７２が垂直軸の周りに回転振動することで、矢印で図示した通り、測定光は垂直方向に走査される。
【００５０】
また、図６に示したように、垂直軸非共振・水平軸非共振の場合でも２視野での測定は可能である。何れの状態で測定を行うかは、表示入力部４２を介してユーザが指示を入力してもよい。
【００５１】
以上説明したとおり、本実施の形態によれば、投受光光学系において複数の投受光用反射鏡を有する光走査装置を用い、複数の投受光用反射鏡の各々に同時に測定光が照射されるようにすることで、１個のレーザ光源から射出され、異なる方向に投光された測定光を、別々の反射鏡で受光することができ、２視野での測定が可能となる。２視野を同時に測定することで、単一視野での測定に比べて得られる情報量が増加し、詳細な対象物の測定が可能となる。
【００５２】
また、垂直軸及び水平軸の各々を共振又は非共振とする組合せが可能であり、単一視野での測定に比べて種々の測定が可能となる。
【００５３】
＜その他の変形例＞
（投受光光学系）
上記の実施の形態では、有孔反射鏡を用いて測定光と反射光とを分離する例について説明したが、分離光学系は図２に示す構成には限定されない。測定光と反射光とを分離する他の分離光学系を用いてもよい。例えば、半透鏡等のビームスプリッタを用いてもよい。
【００５４】
（ＭＥＭＳミラー）
上記の実施の形態では、光走査装置を電磁駆動方式のＭＥＭＳミラーとして構成した例について説明したが、上記と同様の回転動作が得られればよく、他の駆動方式のＭＥＭＳミラーとしてもよい。例えば、静電駆動方式、磁気駆動方式、圧電駆動方式のＭＥＭＳミラーとしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 距離測定装置
２０ 光投光部
２４ レーザ光源
２６ レーザ駆動部
２８ 走査駆動部
３０ 光受光部
３２ 光検出器
３４ 受光素子
４０ 制御部
４２ 表示入力部
５０ 投受光光学系
５２ レンズ
５４ 有孔反射鏡
５４Ａ 孔部
５４Ｂ 反射面
５４Ｃ 領域
５４Ｄ 領域
５６ レンズ
６０ 光走査装置
６０Ａ 反射面
６２ 第１の反射鏡
６２Ａ 部分
６２Ｂ 部分
６４ 第１の保持枠
６６ 第２の保持枠
６８Ａ 第１の支持梁
６８Ｂ 第１の支持梁
７０Ａ 第２の支持梁
７０Ｂ 第２の支持梁
７２ 第２の反射鏡
７４ 第３の反射鏡
７６ 駆動コイル
７７ 配線
７８ 電源
８０ 駆動コイル
８２ 電源
８３ 配線
８４Ａ、８４Ｂ 永久磁石
８６Ａ、８６Ｂ 永久磁石
９０ 照射領域
９２ 受光領域
９４ 投影面
９６ 領域
９８ 領域
Ｆ 焦点
Ｌ 光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に対して投光する測定光を射出するレーザ光源と、
前記測定対象物で反射された反射光を検出する光検出器と、
第１の反射鏡、前記第１の反射鏡の周囲に配置された第１の保持枠、前記第１の反射鏡を前記第１の保持枠に対し垂直軸の周りに回転可能に軸支する第１の支持梁、前記第１の保持枠の上部表面及び下部表面の一方に配置された第２の反射鏡、前記第１の保持枠の上部表面及び下部表面の他方に配置された第３の反射鏡、前記第１の保持枠の周囲に配置された第２の保持枠、及び前記第１の保持枠を前記第２の保持枠に対し水平軸の周りに回転可能に軸支する第２の支持梁を備え、２次元走査が可能に構成された光走査装置と、
前記レーザ光源から射出された測定光が前記第１の反射鏡及び前記第２の反射鏡に照射されるように当該測定光を前記光走査装置に導光すると共に、前記第１の反射鏡及び前記第３の反射鏡で受光された反射光を前記光検出器に導光する導光光学系と、
前記レーザ光源及び前記光走査装置の各々を駆動制御すると共に、前記光検出器の検出信号に基づいて前記測定対象物までの距離を演算する制御部と、
を備えた距離測定装置。
【請求項２】
前記光検出器は、前記第１の反射鏡で受光され前記光検出器に導光された第１の反射光を受光する第１の受光素子と、前記第３の反射鏡で受光され前記光検出器に導光された第２の反射光を受光する第２の受光素子とを備え、受光素子毎に検出信号を出力する、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の反射鏡の前記垂直軸周りの回転及び前記第１の支持枠の前記水平軸周りの回転の少なくとも一方が行われるように前記光走査装置を駆動制御する、請求項１又は請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項１】
測定対象物に対して投光する測定光を射出するレーザ光源と、
前記測定対象物で反射された反射光を検出する光検出器と、
第１の反射鏡、前記第１の反射鏡の周囲に配置された第１の保持枠、前記第１の反射鏡を前記第１の保持枠に対し垂直軸の周りに回転可能に軸支する第１の支持梁、前記第１の保持枠の上部表面及び下部表面の一方に配置された第２の反射鏡、前記第１の保持枠の上部表面及び下部表面の他方に配置された第３の反射鏡、前記第１の保持枠の周囲に配置された第２の保持枠、及び前記第１の保持枠を前記第２の保持枠に対し水平軸の周りに回転可能に軸支する第２の支持梁を備え、２次元走査が可能に構成された光走査装置と、
前記レーザ光源から射出された測定光が前記第１の反射鏡及び前記第２の反射鏡に照射されるように当該測定光を前記光走査装置に導光すると共に、前記第１の反射鏡及び前記第３の反射鏡で受光された反射光を前記光検出器に導光する導光光学系と、
前記レーザ光源及び前記光走査装置の各々を駆動制御すると共に、前記光検出器の検出信号に基づいて前記測定対象物までの距離を演算する制御部と、
を備えた距離測定装置。
【請求項２】
前記光検出器は、前記第１の反射鏡で受光され前記光検出器に導光された第１の反射光を受光する第１の受光素子と、前記第３の反射鏡で受光され前記光検出器に導光された第２の反射光を受光する第２の受光素子とを備え、受光素子毎に検出信号を出力する、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の反射鏡の前記垂直軸周りの回転及び前記第１の支持枠の前記水平軸周りの回転の少なくとも一方が行われるように前記光走査装置を駆動制御する、請求項１又は請求項２に記載の距離測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２２６０２０（Ｐ２０１２−２２６０２０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１５０５（Ｐ２０１１−９１５０５）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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