JP4243090B2 - Projection timing calculation program, optical scanning device, and intruder detection device using the same - Google Patents

Projection timing calculation program, optical scanning device, and intruder detection device using the same Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス光を二次元的に非線形走査する光走査装置に用いられる投光タイミングを算出する投光タイミング算出プログラム、当該プログラムによって作成された投光タイミングに基づいてパルス光を投光する光走査装置、及びこの光走査装置を利用した侵入者検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業の様々な分野において、レーザパルスを走査する光走査装置が利用されている。例えば、対象物までの距離や対象物の速度を測定するためのレーダ装置などである。また、このような光走査装置を侵入者の検出に利用した侵入者検出装置が提案されている（特開2002-208073）。この場合、二次元光走査装置にて監視範囲の複数の目標投光位置に対してパルス光を投光し、投光から物体による反射光の受光までの時間差により物体までの距離を測定しており、その距離変化を監視することで侵入者の判定を行っている。
【０００３】
このような光走査装置では、ガルバノミラーやポリゴンミラーを用いて、レーザパルスを偏向させ、走査している。このうちガルバノミラーを用いる場合、一般に、次の二つの偏向角度を制御する方法が知られている。
【０００４】
第一の方法は、ガルバノミラーの偏向角度と駆動電流が一定の関係を持つことを利用して、駆動電流を制御することで、所望の偏向角度を得て、走査軌跡上の所望の走査点に投光する方法である。第二の方法は、ガルバノミラーの共振周波数近傍の交流電流を供給することで、ガルバノミラーを共振させる方法である。第一の方法では偏向角度の制御は容易であるが、偏向角度を大きくとれない。それに対して、第二の方法では偏向角度を大きくとることができる。
【０００５】
上記の方法を利用して二次元的な光走査を行う場合、次のような例が挙げられる。一つの例では、ガルバノミラーを上記の第二の方法によりＸ軸方向の走査手段とし、Ｙ軸方向の走査手段として回転するポリゴンミラーを用いることにより、光を二次元的にラスター走査可能な装置を構成することができる。また、別の例では、ガルバノミラーを同じく上記第二の方法によりＸ軸方向の走査手段とし、Ｙ軸方向の走査手段としてガルバノミラーを上記の第一の方法で用いることにより、同様の装置を構成することができる。
【０００６】
しかし、これらの方法で二次元光走査装置を構成すると、最初の例では、回転するポリゴンミラーを用いることから光走査装置は大型化し、また、ポリゴンミラーを長期間に渡って安定して駆動するには装置は高価にならざるを得ない。二つ目の例では、Ｙ軸方向の走査手段のガルバノミラーの偏向範囲は、共振周波数近傍で駆動するＸ軸方向の走査手段と比べて狭くなる。
【０００７】
二次元光走査装置を侵入者検出に利用する場合には、広い監視範囲を確保すること、監視範囲を高速に走査し距離測定を行うこと、装置が大型化しないこと、安定した測定が可能であること、などが重要な要因となる。したがって、上述の例で示したような二次元光走査装置の構成を採ると、これらの要因を満足する侵入者検出装置を得ることができない。
【０００８】
そこで、Ｘ軸、Ｙ軸方向共に大きな偏向角度を持ち、且つ、小型な二次元共振型光走査装置を得るための方法として、Ｘ軸、Ｙ軸方向を共に共振周波数近傍で駆動するガルバノミラーを用いることが考えられる。なお、ここでいう二次元光走査装置には、１軸について回動を行うガルバノミラーを２つ使用するものと、２つのガルバノミラーをジンバル構造に一体に形成したものを含む。
【０００９】
しかし、この場合には以下の問題点を生じる。
【００１０】
二次元共振型ガルバノミラーを用いた場合に走査装置が描く走査線は図１３に示すリサジュ図形を描くため、一周期で描かれる走査線が走査領域の端部では密、中心部では疎となる。このため、一定時間間隔にてパルス光を投光すると、図１４に示すように、距離測定を行う点を監視範囲内において等間隔に得ることができない。測定位置が監視範囲内で等間隔であると、得られた距離情報は一般的な画像と同等に扱うことが可能である。しかし、測定位置が不等間隔の場合には、一般的な画像処理手法を適用する前に、測定位置を擬似的に等間隔にするための前処理が必要となる。また、この前処理を行うためにはデータを一度記憶装置に保管し、その後処理を行わなければならないため、迅速な処理を行うことができない。また、一般的な画像処理手法を用いない場合には、不等間隔のデータを処理可能な新たな画像処理手法の考案が必要となってしまう。さらに不等間隔のまま距離などの測定を行おうとすれば走査領域の端部に発生した必要以上の情報によって、処理装置やメモリに余計な負荷をかけることになってしまう。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−２０８０７３号公報
【特許文献２】
特開２００１−３５６２７３号公報
【特許文献３】
特開平７−１７５００５号公報
【特許文献４】
特開平９−４２９２８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するためには、走査領域に等間隔に投光することが可能な二次元共振型光走査装置が必要となる。二次元共振型光走査装置において等間隔に投光しようとした場合、投光目標位置付近に走査軌跡が通るタイミングで投光することが考えられる。
【００１３】
しかし、光走査装置の光源は、その特性により決定される最小投光間隔より小さな時間間隔で、連続して投光することができない。このように光源が連続して投光可能な時間間隔には限界があるため、時間的に隣接した投光タイミングが最小投光間隔より小さい場合には後者の投光タイミングでは光源を点灯することができないといった問題があった。なお、以上の説明では、二次元共振型ガルバノミラーを用いてリサジュ図形の走査をする場合について説明したが、このような問題は走査線が非線形図形となる走査方法で一般的に生じ得る。
【００１４】
また、光走査装置を侵入者検出に利用する場合には、監視範囲内において短時間で密に距離測定を行うことを必要とするが、高速走査により描かれるリサジュ図形の１周期の間に全ての測定位置へ投光することはできない。よって、全測定に複数周期かけるか、低速で走査することになり、長時間を要して距離測定を行うことになる。しかし、監視範囲内における侵入者の走り抜けを検出する場合や、他の侵入判定との相関によって侵入者を検出する場合等を考慮すると、監視範囲内における距離測定の完了までに長時間を要することは好ましくなく、常に一定の周期で完了させられることが望ましい。
【００１５】
上述の課題に鑑みて、本発明は、最小投光間隔を考慮して走査領域に等間隔に投光するための投光タイミングデータを得ることを目的とする。また、この投光タイミングデータを利用した光走査装置及び侵入者検出装置を得ることを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、短時間に監視範囲内の走査を行う侵入者検出装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る投光タイミング算出プログラムは、走査領域内にある複数の目標投光位置の近傍に投光するために、二次元方向に非線形走査する光走査装置により用いられる投光タイミングデータを算出する投光タイミング算出プログラムであって、前記各目標投光位置の近傍にある走査線上の候補走査点を取得する基礎データ取得工程と、各目標投光位置について、前記候補走査点を代表走査点として選択し、前記走査線が各代表走査点を通過するタイミングを、各目標投光位置に対する投光タイミングとする投光タイミング設定工程と、前記目標投光位置に対する投光タイミングと、この投光タイミングに時間的に隣接する他の目標投光位置に対する投光タイミングとの時間差が、前記光走査装置の最小投光間隔より小さい場合に、前記代表走査点を他の候補走査点に変更し、前記走査線が前記変更後の代表走査点を通過するタイミングを目標投光位置に対する投光タイミングとする投光タイミング変更工程と、を含むものである。
【００１８】
これにより、各目標投光位置への投光タイミングが、光走査装置の最小投光間隔以上の時間間隔で設定された投光タイミングデータを得ることができる。そして、パルス光の非線形走査を行う走査装置において、このプログラムで得られた投光タイミングデータを参照してパルス光の投光を行うことにより、最小投光間隔を考慮したうえで、所定の目標投光位置にパルス光を投光することが可能となる。
【００１９】
また、上記プログラムでは、前記投光タイミング変更工程において、前記複数の目標投光位置に優先順位を設定し、この優先順位の順に代表走査点を変更することが好ましい。代表走査点の変更が困難である順に優先順位を設定することにより、優先順位の変更が困難な代表走査点を先に変更し、後の処理を確実に行うことができる。
【００２０】
また、上記プログラムでは、前記投光タイミング変更工程において、前記代表走査点を、前記投光タイミングの時間差が最小投光間隔以上であり、且つ、目標投光位置に最も近い他の候補走査点に変更することが好ましい。
【００２１】
なお、一態様においては、前記走査線は、侵入者判定に必要な時間以内である周期にて形成されるリサジュ図形である。
【００２２】
また、本発明に係る、パルス光を二次元的に非線形走査する光走査装置は、最小投光間隔以上の時間間隔で前記パルス光を投光可能な投光手段と、パルス光が投光される方向を非線形に走査する走査手段と、走査領域内にある複数の目標投光位置の夫々について、目標投光位置の近傍にある走査線上の候補走査点を取得して代表走査点を選択し、該代表走査点を走査線が通過するタイミングを投光タイミングとし、時間的に隣接する投光タイミングの時間差が光走査装置の最小投光間隔より小さい場合に代表走査点を他の候補走査点に変更して、走査線が変更後の代表走査点を通過するタイミングを投光タイミングとして変更し、全ての投光タイミングについて、時間的に隣接する投光タイミングとの時間差が最小投光間隔以上となる投光タイミングデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された投光タイミングデータに応じて前記投光手段の投光を制御する制御手段と、を備えるものである。
【００２３】
また、本発明に係る侵入者検出装置は、パルス光を所定周期にてリサジュ図形を形成するように非線形走査する光走査装置を用い、監視領域内に均等に分布した目標投光位置の近傍の走査点を走査線が通過するタイミングにてパルス光を投光する侵入者検出装置であって、最小投光間隔以上の時間間隔で前記パルス光を投光可能な投光手段と、前記パルス光が投光される方向を非線形に走査する走査手段と、時間的に隣接する走査点に対する投光タイミングの時間差が前記光走査装置の最小投光間隔以上であり、前記所定周期内であって侵入者判定に必要な時間以内に全ての目標投光位置に対する投光を完了する投光タイミングデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された投光タイミングに応じて前記投光手段の投光を制御する制御手段と、走査領域中の物体による反射光を受光する受光手段と、受光データにより侵入者を判定する判定手段と、を備えるものである。
【００２４】
これにより、最小投光間隔を考慮して目標投光位置にパルス光を投光することができる。また、この光走査装置を、投光されたパルス光の反射波を受信して距離、速度などの計測を行う装置に適用した場合には、計測位置が走査領域内で等間隔であり、画像データと同じ形式のデータを得ることができるため、得られた情報は一般的な画像データと同等に扱うことができ、様々な画像処理手法を容易に用いることができる。
【００２５】
また、二次元共振型ガルバノミラーを侵入者検出装置に適用した場合には、光を走査するための機械的機構を簡略化することができ、よって侵入者検出装置を小型化することができる。このため、侵入者検出装置があることを侵入者に気付かれる可能性が低く、侵入者に侵入者検出装置の監視領域を回避して侵入されることを防止することができる。また、装置が小型であるため、様々な場所に侵入者検出装置を設置でき、その設置の作業も容易となる。
【００２６】
また、二次元共振型ガルバノミラーは、偏向角度が大きいため監視領域を広く設定でき、また、走査速度が速いため短時間で監視領域内の距離測定を完了することができる。このように、二次元共振型ガルバノミラーを用いることにより、侵入者検出装置の監視能力を向上させることができる。
【００２７】
また、光走査装置がリサジュ図形上を走査する際に、最小投光間隔を考慮した投光タイミングデータにしたがって均等に配置された目標投光位置に投光して検出を行うため、走査領域内の場所ごとに投光位置の偏りが生じず、侵入検知ロジックに悪影響を及ぼすことを防止できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、［１］「投光タイミングの計算」において、最小投光間隔を考慮して投光タイミングを計算する方法について説明し、［２］「投光タイミングの計算の変形例」において、計算方法の変形例について説明する。また、［３］「光走査装置を利用した侵入者検出装置」において、計算処理により得られた投光タイミングデータを利用した光走査装置及び侵入者検出装置について説明する。
【００２９】
［１］「投光タイミングの計算」
非線形走査に応じてレーザパルスを投光するための投光タイミングのデータを算出する投光タイミング計算プログラムについて説明する。
【００３０】
以下に説明するプログラムは、図１に示す計算装置１０で実行される。計算装置１０は、キーボード等の入力装置１２と、演算処理装置（ＣＰＵ）１４と、投光タイミング計算プログラムを記憶し、またプログラムを実行することにより得られたデータを記憶する記憶装置（メモリ）１６とを含んで構成される。また、計算装置１０に外部記憶装置１８を接続し、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ、ディスケットなどに計算により得られたデータを記憶し、このデータを光走査装置に移してもよい。なお、このような計算装置１０としては、一般的なコンピュータを用いればよい。
【００３１】
本実施形態のプログラムを説明するにあたり、まず、理解が必要となる概念、変数などについて説明する。図２は、光走査装置２０が平面上（仮想的な平面でもよい）にレーザパルスを走査するときの斜視図である。レーザパルスは長方形の走査領域Ａ１内をｘ軸方向、ｙ軸方向の二次元方向に走査される。このときｘ軸方向に走査される最大の角度がｘ軸方向の最大偏向角度θｘ＿ｍａｘであり、ｙ軸方向に走査される最大の角度がｙ軸方向の最大偏向角度θｙ＿ｍａｘである。走査線がリサジュ図形を描く場合には、走査線は各軸方向に所定周期の正弦波振動を行っているが、このｘ軸方向の周期が振動周期Ｔｘであり、ｙ軸方向の周期が振動周期Ｔｙである。なお、走査線がリサジュ図形を１回描く周期であるリサジュ周期Ｔは、２つの周期Ｔｘ，Ｔｙの最小公倍数である。時刻ｔにおける各軸方向の偏向角度θｘ（ｔ），θｙ（ｔ）は次式で計算できる。
【数１】

Figure 0004243090
【００３２】
また、平面上には所定間隔で配置された格子状の目標投光位置Ｐ１が設定される。この目標投光位置Ｐ１は、ｘ軸方向に配列数Ｎｘ個、ｙ軸方向に配列数Ｎｙ個で配列される。よって、目標投光位置Ｐ１の総数ＮはＮｘ×Ｎｙである。各目標投光位置Ｐ１を格子点（ｉ，ｊ）で表す。ここで、ｉは０〜Ｎｘ−１の整数であり、ｊは０〜Ｎｙ−１の整数である。目標投光位置（ｉ，ｊ）には左上隅から順に番号ｋ｛＝ｉ＋ｊ×Ｎｘ｝が割り振られている。ｋは０〜Ｎ−１の整数である。目標投光位置（ｉ，ｊ）に向けて投光されるレーザパルスの偏向角度（θｘ＿ｉｄｅａｌ，θｙ＿ｉｄｅａｌ）は次式で計算できる。
【数２】
Figure 0004243090
【００３３】
図３は、図２の平面を拡大した正面図である。計算処理で走査線Ｌ１を求める場合、実際にはクロック回路５８のクロック間隔に基づいて離散化された点の座標を式１を用いて求めている。このように計算処理により得られた走査線Ｌ１上の各点が走査点Ｐ２である。そして、これらの走査点Ｐ２のうち、目標投光位置Ｐ１の近傍領域Ａ２に存在する走査点Ｐ２が候補走査点Ｐ３である。候補走査点Ｐ３には、目標投光位置Ｐ１に近い順に番号ｍが付されている。以下の説明では、ｋ番目の目標投光位置Ｐ１の近傍にある候補走査点Ｐ３であって、目標投光位置Ｐ１にｍ番目に近い候補走査点Ｐ３をＰ（ｍ，ｋ）で表す。また、非線形走査が開始されてから、走査線Ｌ１が走査点Ｐ（ｍ，ｋ）を通過するまでの時間をｔ（ｍ，ｋ）で表す。なお、走査点Ｐ２が目標投光位置Ｐ１の近傍領域Ａ２内にあることを判定するためには、各方向について、走査点Ｐ２の偏向角度と目標投光位置Ｐ１の偏向角度の差分を計算し、この計算値が所定の閾値以下であることを確認すればよい。
【００３４】
以下に、本実施形態に係る投光タイミング計算プログラムを説明する。この投光タイミング計算プログラムのフローチャートを図４に示す。
【００３５】
投光タイミング計算プログラムでは、始めに、作業者が入力手段を用いて、以下のパラメータの具体的な数値を設定する（Ｓ４０１）。
Ｔｘ：発振器（ｘ軸）の周期
Ｔｙ：発振器（ｙ軸）の周期
Ｔ ：リサジュ図形の周期
Ｎｘ：ｘ軸方向の目標投光位置数
Ｎｙ：ｙ軸方向の目標投光位置数
θｘ＿ｍａｘ：ｘ軸方向の最大偏向角度
θｙ＿ｍａｘ：ｙ軸方向の最大偏向角度
Ｌｍｉｎ：光源の最小投光間隔
本実施例では、リサジュ図形の周期Ｔ以内で全ての目標投光位置に対する投光タイミングを算出する。
【００３６】
次に、演算処理装置１４は、設定されたパラメータに基づき、式２を用いて、目標投光位置の偏向角度（θｘ＿ｉｄｅａｌ，θｙ＿ｉｄｅａｌ）と、目標投光位置の近傍に位置する複数の候補走査点Ｐ（ｍ，ｋ）、走査線が各候補走査点を通過する通過時刻ｔ（ｍ，ｋ）、及び目標投光位置の近傍に位置する候補走査点の総数Ｍ（ｋ）を計算し、メモリ１６に格納する（Ｓ４０２）。
【００３７】
次に、各目標投光位置について、候補走査点Ｐの中からいずれか一つを代表走査点ＳＰ（ｋ）として選択し、その代表走査点の通過時刻を、目標投光位置におけるレーザパルスの投光タイミングｔsp（ｋ）として設定する（Ｓ４０３）。本実施形態では、代表走査点として、目標投光位置に最も近い候補走査点Ｐ（０，ｋ）を選択し、その通過時刻ｔ（０，ｋ）を設定している。
【００３８】
次に、各目標投光位置について、候補走査点の総数Ｍ（ｋ）が１以上であるか否かを判定する（Ｓ４０４）。全ての総数Ｍ（ｋ）が１以上である場合には、ステップＳ４０６に進む。一方、いずれかの総数Ｍ（ｋ）が０である場合には、総数Ｍ（ｋ）が０である目標投光位置にレーザパルスを投光することは不可能であるため、計算は失敗であると判断し、計算を終了する（Ｓ４０５）。
【００３９】
ステップＳ４０６では、一連の各目標投光位置への投光タイミングの時間間隔を計算し、時間間隔が最小投光間隔Ｌｍｉｎ以上であるか否かを判定する（Ｓ４０６）。全ての時間間隔がＬｍｉｎ以上である場合には、投光タイミングを設定された初期値で確定し、計算を終了する（Ｓ４０７）。一方、いずれかの時間間隔がＬｍｉｎより小さい場合には、代表走査点を変更して、時間間隔をＬｍｉｎ以上に修正すべくステップＳ４０８に進む。
【００４０】
ステップＳ４０８では、各目標投光位置に対して優先順位の設定を行う。ここで優先順位とは、Ｌｍｉｎ未満となった時間間隔を修正する順番である。この優先順位の定め方としては、複数の方法がある。その一つの方法は、走査領域の端から順に定める方法、すなわち、優先順位＝目標投光位置番号ｋとする方法である。また、別の方法は、候補走査点の総数が少ない順に優先順位を定める方法である。候補走査点の総数が少ない方が代表走査点を変更するときの選択肢が少ないので代表走査点の変更が困難となるが、この方法で優先順位を設定すると、このような問題を回避することができる。また、別の方法は、ランダムに優先順位を割り当てる方法などである。当該プログラムでは、これらの方法を適宜選択して計算を行う。
【００４１】
次に、以降の処理で用いる優先順位を表す変数ｎに初期値０を設定する。また、処理の繰り返し回数を表す変数ｌｏｏｐに初期値０を設定する（Ｓ４０９）。
【００４２】
そして、優先順位ｎの代表走査点ＳＰの変更を行う（Ｓ４１０）。この処理については後に図５を参照して詳しく説明する。
【００４３】
次に、優先順位ｎの代表走査点の変更は成功したか否かを判定する（Ｓ４１１）。代表走査点の変更が成功した場合にはステップＳ４１２に進み、失敗した場合にはステップＳ４１４，ステップＳ４１５に進む。
【００４４】
ステップＳ４１２では、変数ｎがＮ−１に等しいか否かを判定する（Ｓ４１２）。変数ｎがＮ−１に等しければ、全ての代表走査点の変更が成功したと判断し、計算を終了する（Ｓ４１３）。変数ｎがＮ−１に等しくなければ変数ｎをインクリメントし、次の優先順位の代表走査点の変更を行う（Ｓ４１０）。
【００４５】
ステップＳ４１５では、優先順位の変更を行う。具体的には、代表走査点の変更に失敗した優先順位がｎの目標投光位置の優先順位を０とし、優先順位がｎより小さい目標投光位置の優先順位をそれぞれ１増加させることにより行う。その後、再度変数ｎを初期値０に設定し、繰り返し回数ｌｏｏｐをインクリメントする（Ｓ４１６）。そして、代表走査点の変更処理を行う（Ｓ４１０）。
【００４６】
なお、ステップＳ４１１とステップＳ４１５の間では、繰り返し回数ｌｏｏｐが所定の定数、ここでは例えば１００より大きいか否かを判定する処理を行っており（Ｓ４１４）、この処理で繰り返し回数ｌｏｏｐが１００より大きいと判定された場合には、代表走査点の計算は失敗したとして計算を終了することにより、優先順位の変更が無限に行われることを防いでいる。
【００４７】
次に、図５を参照して、上述した図４のステップＳ４１０の処理、すなわち「優先順位ｎの代表走査点の変更」について説明する。図５は、ステップＳ４１０の変更処理のフローチャートである。
【００４８】
まず、処理の中で用いるフラグとして、flag#beforeとflag#afterを準備し、いずれも初期値０を設定する（Ｓ５０１）。
【００４９】
次に、代表走査点ＳＰ（ｋ）と、この代表走査点ＳＰ（ｋ）より一つ前に発光する代表走査点ＳＰ（ｋbefore）の投光タイミングの時間差｛＝ｔsp（ｋ）−ｔsp（ｋbefore）｝を求める（Ｓ５０２）。代表走査点ＳＰ（ｋ）とＳＰ（ｋbefore）は投光タイミングが時間的に隣接しているため、この時間差で光源は連続して点灯しなければならない。ここで、投光タイミングｔsp（ｋ）が全ての代表走査点の中で最も早い場合には、投光タイミングｔsp（ｋ）と、代表走査点の投光タイミングのうちで最も遅い投光タイミングとの差をリサジュ図形の周期Ｔから引いたものを投光タイミングの時間差とする。
【００５０】
次に、ステップＳ５０３では、求められた時間差が最小投光間隔Ｌｍｉｎ以上であるか否かを判定する。ここで、時間差が最小投光間隔Ｌｍｉｎ未満であれば、flag#beforeを１とする（Ｓ５０４）。また、時間差が最小投光間隔Ｌｍｉｎ以上であれば、そのままステップＳ５０５に進み、代表走査点ＳＰ（ｋ）と、代表走査点ＳＰ（ｋ）より一つ後に発光する代表走査点ＳＰ（ｋafter）の投光タイミングの時間差｛＝ｔsp（ｋ）−ｔsp（ｋafter）｝を求める（Ｓ５０５）。ここで投光タイミングｔsp（ｋ）が全ての代表走査点の中で最も遅い場合には、投光タイミングｔsp（ｋ）と代表走査点の投光タイミングのうちで最も早い投光タイミングとの差をリサジュ図形の周期Ｔから引いたものを時間差とする。
【００５１】
次に、ステップＳ５０６では、求められた時間差が最小投光間隔Ｌｍｉｎ以上であるか否かを判定する。ここで、時間差が最小投光間隔Ｌｍｉｎ未満であれば、flag#afterを１とする（Ｓ５０７）。また、時間差が最小投光間隔Ｌｍｉｎ以上であれば、そのままステップＳ５０８に進む。
【００５２】
次に、ステップＳ５０８，ステップＳ５０９では、フラグflag#beforeが１であるか否かを判定し、flag#afterが１であるか否かを判定する。２つのフラグがともに０である場合には、代表走査点ＳＰ（ｋ）と、その前後に発光する代表走査点ＳＰ（ｋbefore），ＳＰ（ｋafter）の時間差は最小投光間隔Ｌｍｉｎ以上であるため、代表走査点の変更は必要ないので、優先順位ｎの代表走査点の変更を終了する（Ｓ５１０）。
【００５３】
また、ステップＳ５０８においてflag#beforeが１である場合には、代表走査点ＳＰ（ｋ）と、その前に発光する代表走査点ＳＰ（ｋbefore）の時間差は最小投光間隔Ｌｍｉｎより小さいため、代表走査点を再選択して変更する処理を行う。この処理を行うにあたり、引数ｋ１に走査点番号ｋを代入し、引数ｋ２に走査点番号ｋbeforeを代入し（Ｓ５１１）、モジュール化された代表走査点の再選択関数に渡す。この代表走査点ＳＰ（ｋ）の再選択関数では、２つの代表走査点の投光タイミングの時間差が光源の最小投光間隔以上となるように、代表走査点を再選択する処理が行われる（Ｓ５１２）。その具体的な動作については後述する。代表走査点の再選択が終了すると、次に代表走査点の再選択が成功したか否かを判定する（Ｓ５１３）。
【００５４】
ここで、再選択が失敗したと判定されると、優先順位ｎの代表走査点ＳＰ（ｋ）の変更に失敗したとして計算を終了する（Ｓ５１４）。一方、再選択に成功したと判定されると、ステップＳ５０９に進む。
【００５５】
ステップＳ５０９でも、ステップＳ５０８の処理と同様に、flag#afterが１である場合には、代表走査点ＳＰ（ｋ）と、その後に発光する代表走査点ＳＰ（ｋafter）の時間差は最小投光間隔Ｌｍｉｎより小さいため、代表走査点を再選択する処理を行う。この処理を行うにあたり、引数ｋ１に走査点番号ｋを代入し、引数ｋ２に走査点番号ｋafterを代入し（Ｓ５１５）、代表走査点の再選択関数に渡す。代表走査点の再選択が終了すると、次に代表走査点の再選択が成功したか否かを判定する（Ｓ５１７）。ここで、代表走査点の再選択に失敗したと判定されると、優先順位ｎの走査点ＳＰ（ｋ）の変更に失敗したとして計算を終了する（Ｓ５１４）。一方、代表走査点の再選択に成功したと判定されると、優先順位ｎの代表走査点の変更処理を終了する（Ｓ５１０）。
【００５６】
次に、上述した代表走査点の再選択関数（図５のステップＳ５１２及びステップＳ５１６の処理）について説明する。走査点の再選択とは、代表走査点ＳＰ（ｋ１）の投光タイミングと代表走査点ＳＰ（ｋ２）の投光タイミングの時間差がＬｍｉｎ未満であるとき、投光タイミングの時間差をＬｍｉｎ以上とすることが可能な別の候補走査点を選択する処理のことである。その具体的な処理を、図６，７の代表走査点の再選択処理のフローチャートに示す。
【００５７】
この再選択処理では、まず、代表走査点ＳＰ（ｋ１）を別の候補走査点に変更して、時間差を最小投光間隔Ｌｍｉｎ以上とできるか否かを調べる（Ｓ６０１）。次に、代表走査点ＳＰ（ｋ２）を別の候補走査点に変更して、時間差を最小投光間隔Ｌｍｉｎ以上とできるか否かを調べる（Ｓ６０２）。
【００５８】
ステップＳ６０１，ステップＳ６０２の処理は、モジュール化された関数であり、引数ｋを受け取り、図７に示される処理を行う。この別の候補走査点の選択処理では、代表走査点ＳＰ（ｋ）の候補走査点から、投光時間差が最小投光間隔Ｌｍｉｎより大きく、且つ、目標投光位置に最も近い最適な候補走査点Ｐ（ｍ，ｋ）を選択する。
【００５９】
この処理では、まず、変数ｍに０を設定し（Ｓ７０１）、候補走査点Ｐ（ｍ，ｋ）を走査線が通過する通過時刻ｔ（ｍ，ｋ）と、現在設定されている代表走査点ＳＰ（ｋ）の優先順位ｎより優先順位の小さい各代表走査点の通過時刻の時間差をそれぞれ求める（Ｓ７０２）。そして、時間差がすべて最小投光間隔Ｌｍｉｎ以上となっているか否かを判定する（Ｓ７０３）。全ての時間差が最小投光間隔Ｌｍｉｎ以上であると判定された場合には、ステップＳ７０４に進み、いずれかの時間差が最小投光間隔Ｌｍｉｎ未満であると判定された場合には、ステップＳ７０６，Ｓ７０７に進む。
【００６０】
ステップＳ７０４では、その候補走査点Ｐ（ｍ，ｋ）が最適であるとして、この候補走査点Ｐ（ｍ，ｋ）を記憶して、最適な候補走査点の選択処理を終了する（Ｓ７０５）。
【００６１】
ステップＳ７０７では、変数ｍをインクリメントし、再度、ステップＳ７０２以降の処理を行う。なお、ステップＳ７０６では、ｍがＭ（ｋ）−１より大きいか否か、すなわち全ての候補走査点について選択処理が行われたか否かが判定され、大きい場合には、選択すべき候補走査点はないため、最適な候補走査点の選択処理は失敗と判断し、処理を終了する（Ｓ７０８）。
【００６２】
次に、最適な候補走査点の選択後、ステップＳ６０３において、代表走査点ＳＰ（ｋ１）と代表走査点ＳＰ（ｋ２）の両方について、最適な候補走査点が選択されたか否かが判定される。両方で選択されたと判定された場合にはステップＳ６０４に進み、いずれか一方又は両方で選択されないと判定された場合にはステップＳ６０９に進む。
【００６３】
ステップＳ６０４では、それぞれの最適な候補走査点と、各候補走査点に対応する目標投光位置との距離を求める。次に、候補走査点Ｐ（ｍ１，ｋ１）と目標投光位置の距離の方が、候補走査点Ｐ（ｍ２，ｋ２）と目標投光位置の距離より小さいか否かを判定し（Ｓ６０５）、候補走査点Ｐ（ｍ１，ｋ１）の方が距離が小さい場合あるいは距離が等しい場合には、代表走査点ＳＰ（ｋ１）の投光タイミングｔsp（ｋ１）としてｔ（ｍ１，ｋ１）を代入して設定し（Ｓ６０６）、処理を終了する。また、候補走査点Ｐ（ｍ１，ｋ１）の方が距離が大きい場合には、代表走査点ＳＰ（ｋ２）の投光タイミングｔsp（ｋ２）としてｔ（ｍ２，ｋ２）を代入して設定し（Ｓ６０７）、処理を終了する。
【００６４】
ステップＳ６０９では、最適な候補走査点Ｐ（ｍ１，ｋ１）が選択されたか否かを判定し、選択された場合には、代表走査点ＳＰ（ｋ１）の投光タイミングｔsp（ｋ１）としてｔ（ｍ１，ｋ１）を代入して設定し（Ｓ６０６）、処理を終了する。
【００６５】
また、最適な候補走査点Ｐ（ｍ１，ｋ１）が選択されなかった場合には、次に、最適な候補走査点Ｐ（ｍ２，ｋ２）が選択されたか否かを判定し、選択された場合には、代表走査点ＳＰ（ｋ２）の投光タイミングｔsp（ｋ２）としてｔ（ｍ２，ｋ２）を設定し（Ｓ６０７）、処理を終了する。選択されなかった場合には、代表走査点の再選択処理は失敗したとして、再選択処理を終了する（Ｓ６１１）。
【００６６】
本実施形態では、以上に説明した投光タイミング計算プログラムで投光タイミングの計算を行うことにより、各目標投光位置への投光タイミングが、光走査装置の最小投光間隔Ｌｍｉｎ以上の時間間隔で設定された投光タイミングデータを得ることができる。また、リサジュ図形の１周期の中で全ての目標投光位置に投光可能な投光タイミングデータを得ることができる。レーザパルスの非線形走査を行う走査装置において、このプログラムで得られた投光タイミングデータを参照してレーザパルスの投光を行うことにより、最小投光間隔Ｌｍｉｎを考慮したうえで、走査領域に均等に配置された目標投光位置にレーザパルスを投光することが可能となる。
【００６７】
また、この走査装置を、投光されたレーザパルスの反射波を受信し距離を測定するレーダ装置などに適用した場合には、測距位置が走査領域内で等間隔であり、画像データと同じ形式のデータを得ることができるため、得られた情報は一般的な画像データと同等に扱うことができ、様々な画像処理手法を容易に用いることができる。
【００６８】
また、侵入者検出に用いる光走査装置にこの投光タイミング計算プログラムを用いた場合には、侵入者判定に必要な時間以内、例えば１秒以内で全ての目標投光位置に対して投光できる投光タイミングデータを計算できる。このため、精度が高く、かつデータ処理が容易に侵入者検出が行える。なお、例示した侵入者判定に必要な時間は、監視範囲が狭くなればその領域を侵入者が横切るのにかかる時間も短くなるため、監視範囲の広さによって当然変わるものである。
【００６９】
［２］「投光タイミングの計算の変形例」
以上の実施例では、リサジュ図形の１周期で所望の目標投光位置に対して投光するための投光タイミングデータを求めた。このような投光タイミングデータを侵入者を検出する装置に用いた場合、以下のような問題が生じる場合がある。
【００７０】
例えば、リサジュ図形の４分の１周期の間に投光される投光位置は、図９のようにまばらとなり、走査領域Ａ１内で偏りが生じる。したがって、この投光タイミングデータを侵入者を検出する場合に用いた場合には、４分の１周期のうちに移動物体が通過した範囲Ａ３に投光されないと、移動物体は検出されないこととなってしまう。そこでこのような問題を回避するために、リサジュ図形の周期を短くし、複数の周期を用いて所望の目標投光位置に対して投光するための投光タイミングデータを求める方法について、図８を参照して説明する。
【００７１】
例えば、所望の目標投光位置が図８（ａ）に示すように、ｘ軸方向に６４点、ｙ軸方向に６４点であるとする。この場合、図８（ｂ）〜（ｅ）に示すように、実際の目標投光位置を抜き出した点を、仮の目標投光位置として設定する。この４つの仮の目標投光位置は、互いに位置をずらして設定されており、ｘ軸方向に３２点、ｙ軸方向に３２点となる。これらの各仮の目標投光位置について、上述した投光タイミングの計算を行う。そして、図８（ｂ）〜（ｅ）の仮の目標投光位置に対して得られた投光タイミングを、リサジュ図形の１〜４周期目の投光タイミングとし、これらの４周期分の投光タイミングを結合することにより、一つの投光タイミングのデータを生成することができる。
【００７２】
このようにして得られた投光タイミングデータによって投光される投光位置は、リサジュ図形の１周期で所望の目標投光位置に投光する投光タイミングデータによって投光される投光位置と同様である。しかし、例えば最初の１周期の間に投光される投光位置は図８（ｂ）のように走査領域内で偏りがない。したがって、この投光タイミングデータを侵入者を検出する装置に用いた場合でも、侵入者を確実に検出できる。したがって、例えば上述したようにリサジュ図形の４つの周期で目標投光位置に投光する場合のリサジュ図形の周期が、リサジュ図形の１周期で目標投光位置に対して投光するときのリサジュ図形の周期の４分の１程度であれば、リサジュ図形の４つの周期で投光タイミングデータを求めるほうが好ましい。
【００７３】
また、リサジュ図形の４つの周期で所望の目標投光位置に対して投光するための投光タイミングデータを用いた光走査装置では、リサジュ図形の４つの周期をあわせた投光タイミングデータで投光を行う場合と、リサジュ図形の１つの周期に対する投光タイミングデータで投光を行う場合のいずれかを選択するための切替スイッチを設ければ、状況によって、使用する投光タイミングデータを選択して、好適に物体を検出することができる。例えば、比較的長い時間を要しても細かな走査を行いたい場合は、リサジュ図形の４つの周期をあわせた投光タイミングデータで投光を行い、また、比較的走査は粗くても短い時間で走査を行いたい場合には、リサジュ図形の１つの周期に対する投光タイミングデータで投光を行えばよい。
【００７４】
なお、以上はリサジュ図形の４つの周期で投光する例を示したが、リサジュ周期は４つに限らず、２つ以上であれば同様のことが実現可能である。また、リサジュ図形の１周期の中を複数の期間に分割して、各期間において仮の投光位置に投光することも可能である。例えば、リサジュ図形の１つの周期を４つの期間に分割し、各期間においてそれぞれ図８（ｂ）〜（ｅ）に示される目標投光位置について投光タイミングを計算すれば良い。このようにしても上述した計算と同様な投光タイミングデータを得ることができる。
【００７５】
なお、以上の投光タイミングデータの計算においては、目標投光位置は走査領域内に等間隔に配置していたが、本発明においては、目標投光位置は走査領域内に任意に配置しても、投光タイミングデータの計算は可能である。
【００７６】
［３］「光走査装置を利用した侵入者検出装置」
次に、上記計算処理により得られた投光タイミングデータを利用した光走査装置及び侵入者検出装置について説明する。
【００７７】
図１０は、家屋やビルに設置され、犯罪者などの侵入を防止する侵入者検出装置の概略を示す全体構成図である。本装置は撮像部２２、レーザ測距部２４、侵入検知処理部２６、出力部２８、制御部３０を含んで構成される。
【００７８】
撮像部２２は、例えばＣＣＤイメージセンサ及びこれに光学像を結像するレンズ等の光学系を用いて、監視対象領域の光学画像を撮影し、画像情報を出力する。画像情報は侵入検知処理部２６にて侵入者検知のために利用される他、制御部３０にて撮像部２２の制御のために利用される。
【００７９】
レーザ測距部２４は、レーザパルスを出射する光源３２、二次元共振型ガルバノミラーで構成された走査機構３４、走査機構３４を駆動するための走査駆動部３６、反射したレーザパルスを受光する受光部３８、対象物までの距離を計測する測距部４０を含んで構成される。走査駆動部３６は、制御部３０から走査開始指令が入力されると、走査機構３４が有するミラーの姿勢を制御し、レーザパルスが投光される方向を走査する。測距部４０は、制御部３０から走査開始指令が入力されると、光源３２に投光タイミングデータに従ってレーザパルスを走査機構３４に向けて出射させる。受光部３８は、監視領域に存在する物体によって反射されたレーザパルスを受光し検知して測距部４０へ通知する。そして、測距部４０は、レーザパルスの出射タイミングと反射光の受光タイミングとの時間差等に基づいて、レーザ光を反射した対象物までの距離を計測する。測距部４０は、この距離情報を侵入検知処理部２６に出力する。
【００８０】
侵入検知処理部２６は、光学画像の変化領域の形状や大きさ、差分画像を算出し、その差分画像に対応する時刻における距離差分値と前記差分画像との相関を利用して、監視領域に検知された変化の原因の「人らしさ」を判定し、監視領域内に侵入者が出現したか否かを判定する。
【００８１】
次に、上記侵入者検出装置において利用している光走査装置について説明する。図１１は、上記侵入者検出装置から抽出された光走査装置の構成図である。本実施形態では、この光走査装置を、距離を測定するために使用しているが、光走査装置の用途はこれに限らず、走査が必要な様々な装置に適用可能である。
【００８２】
この光走査装置は、大別して、レーザパルスを走査するための構成３４，３６と、レーザパルスを投光するための構成３２，４０と、これらを制御するための制御部３０とで構成されている。このうち、レーザパルスを走査するための構成は、走査機構であるガルバノミラー３４と、ガルバノミラー３４の偏向角度をｘ軸，ｙ軸について変化させる２つのガルバノミラー駆動回路４２，４６と、ガルバノミラー３４の共振周波数近傍の周波数の発振信号を出力する２つの発振器４４，４８とを含み構成されている。また、レーザパルスを投光するための構成は、レーザパルスを出射する光源３２と、光源３２に信号を出力して発光させる光源駆動部５０と、光源３２がレーザパルスを出射する投光タイミングデータを記憶した投光タイミング記憶回路（メモリ）５２と、を含み構成されている。
【００８３】
本実施形態では、ガルバノミラー３４として、ｘ軸、ｙ軸を回転軸として揺動可能な全反射ミラー６０がシリコン基板６２上に配置されたジンバル構造をもつ電磁駆動小型スキャナーを用いている。このスキャナーでは、シリコン基板６２からｙ軸方向に延びる２本のトーションバー６４で中間可動板６６が接続され、中間可動板６６からｘ軸方向に延びる２本のトーションバー６８で可動板７０が接続されている。中間可動板６６と、可動板７０の上面周縁部には、トーションバー６４，６８を介して外部に接続したコイル（不図示）が配置されている。中間可動板６６上に形成されたコイルに通電すると、発生する磁界が磁石（不図示）の磁界と作用し、中間可動板６６が可動板とともにトーションバー６４を回転軸として回動する。また、可動板７０上に形成されたコイルに通電すると、可動板７０がトーションバー６８を回転軸として回動する。 このようにガルバノミラーは２軸を回転軸として揺動可能であるため、光源３２で発生するレーザパルスは二次元的に走査される。なお、本実施形態では、一つの基板６２上に形成された２方向のトーションバー６４，６８を回転軸として揺動可能なガルバノミラー３４を用いているが、別の実施形態では、１軸について回動を行うガルバノミラーを２つ使用することで、二次元的に走査可能なガルバノミラーを構成してもよい。
【００８４】
走査駆動部３６のｘ軸用の発振器４４は、共振周波数近傍の周波数の発振信号をガルバノミラー駆動回路４２に出力する。ガルバノミラー駆動回路４２は、この発振信号を増幅し、ガルバノミラー３４の可動板７０上に形成されたコイルに通電する。ｙ軸用の発振器４８も同様に、共振周波数近傍の周波数の発振信号をガルバノミラー駆動回路４６に出力し、ガルバノミラー駆動回路４６は、この発振信号を増幅し、ガルバノミラー３４の中間可動板６６上に形成されたコイルに通電する。このように各軸を所定の周波数で振動させることにより、レーザパルスはリサジュ図形上を走査され、特に共振周波数近傍の周波数の交流電流を通電することにより、トーションバー６４，６８のねじりは大きくなり、ガルバノミラー３４の偏向角を大きくすることができる。なお、このガルバノミラー３４による走査の一周期は、２つの共振周波数の逆数の最小公倍数となる。
【００８５】
光源駆動部５０は、光源３２の投光を制御する投光制御回路５６と、一定周期のクロック信号を発生し出力するクロック回路５８と、このクロック信号が入力されるとカウンタ値を減数するカウンタ回路５４とで構成されている。投光制御回路５６は、投光タイミング記憶回路５２と接続しており、投光タイミングデータを読み出し可能となっている。この投光タイミング記憶回路５２には、投光タイミングデータが記憶されている。
【００８６】
光源駆動部５０が行う処理を図１２のフローチャートを参照して説明する。制御部３０は、ガルバノミラー３４に走査を開始させるための開始信号を走査駆動部３６に出力すると同時に、光源駆動部５０の投光制御回路５６にも投光を開始させるための開始信号を出力する。投光制御回路５６は、この開始信号が入力されると（Ｓ８０１）、送信タイミングを読み出すための投光タイミング記憶回路５２のアドレスをリセットし０とする（Ｓ８０２）。そして、投光タイミング記憶回路５２のアドレス０に記憶された投光タイミングデータを読み込む（Ｓ８０３）。
【００８７】
読み込まれた投光タイミングデータが０であるか否かを判定し（Ｓ８０４）、０である場合には投光を停止する（Ｓ８０５）。これは、ガルバノミラー３４の走査が終了したときに投光を停止するための処理である。
【００８８】
投光タイミングデータが０でない場合には、この時間間隔である投光タイミングデータをカウンタ回路５４にセットし（Ｓ８０６）、カウンタ値の減数処理を開始する（Ｓ８０７）。このカウンタ回路５４は、カウンタ値が０となるとカウント終了信号を出力するよう構成されており、減数を開始してから投光タイミングが経過した時点でカウント終了信号を出力する（Ｓ８０８）。投光制御回路５６は、カウント終了信号が入力されると、カウントを終了するためのカウンタストップ信号をカウンタ回路５４に出力し（Ｓ８０９）、同時に光源３２に対して信号を出力し、光源３２を点灯させ、レーザパルスを出射させる（Ｓ８１０）。その後、投光制御回路５６は、投光タイミング記憶回路５２のアドレスをインクリメントし（Ｓ８１１）、ステップＳ８０３の処理に戻る。ステップＳ８０３からステップＳ８１１までの処理が繰り返されることにより、ガルバノミラー３４の一走査周期を通じて、光源の発光制御が行われる。
【００８９】
上述した本実施形態の侵入者検出装置では、光走査装置がリサジュ図形上を走査する際に、最小投光間隔を考慮した投光タイミングデータにしたがって等間隔に配置された目標投光位置に投光して検出を行うため、走査領域内の場所ごとに投光位置の偏りが生じず、侵入検知ロジックに悪影響を及ぼすことを防止できる。従来の投光タイミングを一定周期とした投光方法では、投光位置が不等間隔となるため、一般的な画像処理手法を用いることができなかった。これに対して、本実施形態では、等間隔に投光することができるため、そのような問題が生じることもない。
【００９０】
また、光走査装置として二次元共振型のガルバノミラーを用いたことにより、レーザパルスを走査するための機械的機構を簡略化することができ、よって侵入者検出装置を小型化することができる。このため、侵入者検出装置があることを侵入者に気付かれる可能性が低く、侵入者に侵入者検出装置の監視領域を回避して侵入されることを防止することができる。また、装置が小型であるため、様々な場所に侵入者検出装置を設置でき、その設置の作業も容易となる。
【００９１】
また、二次元共振型ガルバノミラーは、偏向角度が大きいため監視領域を広く設定でき、また、走査速度が速いため侵入者が監視領域内を走り抜けるのに要する時間よりも短時間で監視領域内の距離測定を完了することができる。このように、二次元共振型ガルバノミラーを用いることにより、侵入者検出装置の監視能力を向上させることができる。
【００９２】
また、機械的機構が簡略化されることにより、装置の価格を低減させることができる。さらに、装置の摩耗等もないため、侵入者検出装置の寿命を長くすることができ、安定して侵入者の検出を行うことができる。これは、侵入者検出装置の使用年数がある程度経過した場合に重要なことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 投光タイミングの計算を行う計算装置の概略構成図である。
【図２】 投光タイミング計算プログラムで用いられる概念を説明するための説明図である。
【図３】 投光タイミング計算プログラムで用いられる概念を説明するための説明図である。
【図４】 投光タイミング計算プログラムの処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】 代表走査点の変更処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】 代表走査点の再選択処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】 最適な候補走査点を選択するためのフローチャートである。
【図８】 投光タイミングの計算の変形例を説明するための説明図である。
【図９】 投光タイミングの計算の変形例を説明するための説明図である。
【図１０】 投光タイミングデータを用いた侵入者検出装置の概略構成を示す説明図である。
【図１１】 侵入者検知装置から抽出された光走査装置の概略構成を示す説明図である。
【図１２】 投光制御回路の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】 走査線が描くリサジュ図形を示す説明図である。
【図１４】 二次元共振型ガルバノミラーに一定周期でレーザパルスを当て走査した場合の走査領域の投光位置を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 計算装置、１２ 入力装置、１４ 演算処理装置（ＣＰＵ）、１６ 記憶装置、１８ 外部記憶装置、２０ 光走査装置、２２ 撮像部、２４ レーザ測距部、２６ 侵入検知処理部、２８ 出力部、３０ 制御部、３２ 光源、３４ ガルバノミラー、３６ 走査駆動部、３８ 受光部、４０ 測距部、４２ ｘ軸用のガルバノミラー駆動回路、４４ ｘ軸用の発振器、４６ ｙ軸用のガルバノミラー駆動回路、４８ ｙ軸用の発振器、５０ 光源駆動部、５２ 投光タイミング記憶回路、５４ カウンタ回路、５６ 投光制御回路、５８ クロック回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection timing calculation program for calculating a projection timing used in an optical scanning device that performs two-dimensional nonlinear scanning of pulsed light, and projects pulsed light based on the projection timing created by the program. The present invention relates to an optical scanning device and an intruder detection device using the optical scanning device.
[0002]
[Prior art]
In various fields of industry, optical scanning devices that scan laser pulses are used. For example, a radar apparatus for measuring the distance to the object and the speed of the object. Also, an intruder detection device using such an optical scanning device for detecting an intruder has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-208073). In this case, the two-dimensional optical scanning device projects pulsed light to a plurality of target light projection positions in the monitoring range, and measures the distance to the object by the time difference from the light projection to the reception of reflected light by the object. The intruder is determined by monitoring the distance change.
[0003]
In such an optical scanning device, scanning is performed by deflecting a laser pulse using a galvanometer mirror or a polygon mirror. Among these, when using a galvanometer mirror, the following two methods of controlling the deflection angle are generally known.
[0004]
The first method uses the fact that the deflection angle of the galvano mirror and the drive current have a fixed relationship, and controls the drive current to obtain the desired deflection angle, and the desired scan point on the scan trajectory. It is a method of floodlighting. The second method is to resonate the galvanometer mirror by supplying an alternating current in the vicinity of the resonance frequency of the galvanometer mirror. In the first method, the deflection angle can be easily controlled, but the deflection angle cannot be increased. In contrast, the second method can increase the deflection angle.
[0005]
When performing two-dimensional optical scanning using the above method, the following examples can be given. In one example, an apparatus capable of two-dimensional raster scanning of light by using a galvanometer mirror as scanning means in the X-axis direction by the second method and using a rotating polygon mirror as scanning means in the Y-axis direction. Can be configured. In another example, the galvanometer mirror is also used as the scanning means in the X-axis direction by the second method, and the galvanometer mirror is used as the scanning means in the Y-axis direction in the first method. Can be configured.
[0006]
However, when a two-dimensional optical scanning device is configured by these methods, in the first example, a rotating polygon mirror is used, so that the optical scanning device becomes large and the polygon mirror is driven stably over a long period of time. The device must be expensive. In the second example, the deflection range of the galvanometer mirror of the scanning means in the Y-axis direction is narrower than that of the scanning means in the X-axis direction driven near the resonance frequency.
[0007]
When using a two-dimensional optical scanning device for intruder detection, it is possible to ensure a wide monitoring range, scan the monitoring range at high speed to measure distance, prevent the device from becoming large, and perform stable measurement. There are some important factors. Therefore, if the configuration of the two-dimensional optical scanning device as shown in the above example is adopted, an intruder detection device that satisfies these factors cannot be obtained.
[0008]
Therefore, as a method for obtaining a small two-dimensional resonant optical scanning device that has a large deflection angle in both the X-axis and Y-axis directions, a galvanometer mirror that drives both the X-axis and Y-axis directions in the vicinity of the resonance frequency is used. It is possible to use it. The two-dimensional optical scanning device here includes one using two galvano mirrors that rotate about one axis and one that integrally forms two galvano mirrors in a gimbal structure.
[0009]
However, this case causes the following problems.
[0010]
When the two-dimensional resonant galvanometer mirror is used, the scanning line drawn by the scanning device draws the Lissajous figure shown in FIG. 13, so that the scanning line drawn in one cycle is dense at the end of the scanning region and sparse at the center. . For this reason, when the pulsed light is projected at a constant time interval, the distance measurement points cannot be obtained at regular intervals within the monitoring range, as shown in FIG. If the measurement positions are equally spaced within the monitoring range, the obtained distance information can be handled in the same way as a general image. However, when the measurement positions are unequal, pre-processing for making the measurement positions pseudo-equal is necessary before applying a general image processing method. In addition, in order to perform this preprocessing, data must be stored once in a storage device and then processed, so that rapid processing cannot be performed. In addition, when a general image processing method is not used, it is necessary to devise a new image processing method capable of processing unequal interval data. Further, if it is attempted to measure the distance or the like with unequal intervals, an excessive load is imposed on the processing device and the memory due to unnecessary information generated at the end of the scanning region.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2002-208073 A
[Patent Document 2]
JP 2001-356273 A
[Patent Document 3]
JP-A-7-175005
[Patent Document 4]
JP-A-9-42928
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve such a problem, a two-dimensional resonance type optical scanning device capable of projecting light to the scanning region at equal intervals is required. When attempting to project light at equal intervals in the two-dimensional resonance type optical scanning device, it is conceivable that light is projected at the timing when the scanning locus passes near the light projection target position.
[0013]
However, the light source of the optical scanning device cannot project light continuously at a time interval smaller than the minimum light projection interval determined by its characteristics. In this way, there is a limit to the time interval at which the light source can be continuously projected. Therefore, if the temporally adjacent projection timing is smaller than the minimum projection interval, the light source is turned on at the latter projection timing. There was a problem that could not. In the above description, the case where the Lissajous figure is scanned using the two-dimensional resonant galvanometer mirror has been described, but such a problem can generally occur in a scanning method in which the scanning line is a non-linear figure.
[0014]
In addition, when the optical scanning device is used for intruder detection, it is necessary to perform distance measurement in a short time within the monitoring range. It is not possible to project to the measurement position. Therefore, it takes a plurality of cycles for all measurements or scans at a low speed, and it takes a long time to perform distance measurement. However, considering the intruder run-through within the monitoring range or the case of detecting the intruder by correlation with other intrusion determinations, it takes a long time to complete distance measurement within the monitoring range. Is not preferable, and it is desirable that the process is always completed at a constant cycle.
[0015]
In view of the above-described problems, an object of the present invention is to obtain light projection timing data for projecting light to a scanning region at equal intervals in consideration of the minimum light projection interval. It is another object of the present invention to obtain an optical scanning device and an intruder detection device using the light projection timing data.
[0016]
Another object of the present invention is to obtain an intruder detection device that performs scanning within a monitoring range in a short time.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, a light projection timing calculation program according to the present invention performs an optical scanning apparatus that performs nonlinear scanning in a two-dimensional direction in order to project light in the vicinity of a plurality of target light projection positions in a scanning region. A light projection timing calculation program for calculating light projection timing data used by the basic data acquisition step for acquiring candidate scanning points on a scanning line in the vicinity of each target light projection position, and each target light projection position Selecting a candidate scanning point as a representative scanning point and setting a timing at which the scanning line passes each representative scanning point as a light projection timing for each target light projection position; and the target light projection position The time difference between the light projection timing with respect to the light projection timing and the light projection timing with respect to another target light projection position temporally adjacent to this light projection timing is the minimum light projection of the optical scanning device. If it is smaller than the interval, the representative scanning point is changed to another candidate scanning point, and the light projection timing is changed so that the timing at which the scanning line passes through the changed representative scanning point is the light projection timing with respect to the target light projection position. A process.
[0018]
Thereby, it is possible to obtain light projection timing data in which the light projection timing to each target light projection position is set at a time interval equal to or greater than the minimum light projection interval of the optical scanning device. Then, in a scanning device that performs non-linear scanning of pulsed light, by performing pulsed light projection with reference to the light projection timing data obtained by this program, a predetermined target is taken into consideration. It is possible to project pulsed light at the projection position.
[0019]
In the above program, in the light projection timing changing step, it is preferable that priorities are set for the plurality of target light projection positions, and the representative scanning points are changed in the order of the priorities. By setting priorities in the order in which it is difficult to change the representative scanning points, the representative scanning points whose priorities are difficult to change can be changed first, and the subsequent processing can be performed reliably.
[0020]
In the program, in the light projection timing changing step, the representative scanning point is set to another candidate scanning point whose time difference in the light projection timing is equal to or greater than the minimum light projection interval and closest to the target light projection position. It is preferable to change.
[0021]
In one embodiment, the scanning line is a Lissajous figure formed in a cycle that is within a time required for intruder determination.
[0022]
Further, an optical scanning device for two-dimensionally scanning pulsed light in a two-dimensional manner according to the present invention includes a light projecting unit capable of projecting the pulsed light at a time interval equal to or greater than a minimum light projecting interval, and the pulsed light is projected. For each of the scanning means for nonlinearly scanning the scanning direction and a plurality of target light projection positions in the scanning region, a candidate scanning point on the scanning line near the target light projection position is acquired and a representative scanning point is selected. The timing at which the scanning line passes through the representative scanning point is set as the projection timing, and when the time difference between the temporally adjacent projection timings is smaller than the minimum projection interval of the optical scanning device, the representative scanning point is set as another candidate scanning point. The timing at which the scanning line passes through the changed representative scanning point is changed as the projection timing, and the time difference between all projection timings and the adjacent projection timing in time is equal to or greater than the minimum projection interval. The floodlight Storage means for storing timing data, and and control means for controlling the projection of the light projecting means in accordance with the light emitting timing data stored in the storage means.
[0023]
Further, the intruder detection device according to the present invention uses an optical scanning device that performs non-linear scanning with pulsed light so as to form a Lissajous figure at a predetermined period, and in the vicinity of a target light projection position that is evenly distributed in the monitoring area. An intruder detection device that projects pulsed light at a timing at which a scanning line passes through a scanning point, the light projecting means capable of projecting the pulsed light at a time interval equal to or greater than a minimum light projecting interval, and the pulsed light The time difference of the light projection timing with respect to the scanning means that scans the direction in which the light is projected nonlinearly with respect to the temporally adjacent scanning points is equal to or greater than the minimum light projection interval of the optical scanning device, and enters within the predetermined period. Storage means for storing light projection timing data for completing light projection for all target light projection positions within the time required for the person determination, and the light projection means according to the light projection timing stored in the storage means. Control light And control means, light receiving means for receiving light reflected by the object in the scanning area, in which and a determining means for determining an intruder by the light-receiving data.
[0024]
Thereby, it is possible to project the pulsed light at the target light projecting position in consideration of the minimum light projecting interval. In addition, when this optical scanning device is applied to a device that receives a reflected wave of projected pulsed light and measures distance, speed, etc., the measurement positions are equally spaced within the scanning region, and the image Since data in the same format as the data can be obtained, the obtained information can be handled in the same way as general image data, and various image processing methods can be easily used.
[0025]
Further, when the two-dimensional resonant galvanometer mirror is applied to an intruder detection device, a mechanical mechanism for scanning light can be simplified, and thus the intruder detection device can be reduced in size. For this reason, there is a low possibility that the intruder will notice that there is an intruder detection device, and the intruder can be prevented from entering by avoiding the monitoring area of the intruder detection device. In addition, since the device is small, the intruder detection device can be installed in various places, and the installation work becomes easy.
[0026]
In addition, since the two-dimensional resonant galvanometer mirror has a large deflection angle, a wide monitoring area can be set, and since the scanning speed is high, distance measurement in the monitoring area can be completed in a short time. Thus, the monitoring capability of the intruder detection device can be improved by using the two-dimensional resonant galvanometer mirror.
[0027]
In addition, when the optical scanning device scans the Lissajous figure, the light scanning device projects and detects the target light projecting positions evenly arranged according to the light projecting timing data considering the minimum light projecting interval. Therefore, it is possible to prevent an adverse influence on the intrusion detection logic without causing a deviation of the light projecting position for each location.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, in [1] “Projection timing calculation”, a method for calculating the projection timing in consideration of the minimum projection interval will be described, and in [2] “Modification of calculation of projection timing”. A modified example of the calculation method will be described. In addition, in [3] “Intruder Detection Device Using Optical Scanning Device”, an optical scanning device and an intruder detection device using light projection timing data obtained by calculation processing will be described.
[0029]
[1] “Calculation of light projection timing”
A projection timing calculation program for calculating projection timing data for projecting a laser pulse according to nonlinear scanning will be described.
[0030]
The program described below is executed by the computing device 10 shown in FIG. The computing device 10 stores an input device 12 such as a keyboard, an arithmetic processing unit (CPU) 14, a light projection timing calculation program, and a storage device (memory) that stores data obtained by executing the program. 16. Alternatively, an external storage device 18 may be connected to the computing device 10 to store data obtained by calculation on a CD-R, MO, diskette, etc., and this data may be transferred to the optical scanning device. Note that a general computer may be used as such a calculation device 10.
[0031]
In describing the program of this embodiment, first, concepts, variables, and the like that need to be understood will be described. FIG. 2 is a perspective view when the optical scanning device 20 scans a laser pulse on a plane (or a virtual plane). The laser pulse is scanned in the two-dimensional direction in the x-axis direction and the y-axis direction in the rectangular scanning area A1. At this time, the maximum angle scanned in the x-axis direction is the maximum deflection angle θx_max in the x-axis direction, and the maximum angle scanned in the y-axis direction is the maximum deflection angle θy_max in the y-axis direction. When the scanning line draws a Lissajous figure, the scanning line performs sinusoidal vibration with a predetermined period in each axis direction, the period in the x-axis direction is the vibration period Tx, and the period in the y-axis direction is vibration. Period Ty. The Lissajous period T, which is a period in which the scanning line draws the Lissajous figure once, is the least common multiple of the two periods Tx and Ty. The deflection angles θx (t) and θy (t) in each axis direction at time t can be calculated by the following equations.
[Expression 1]
Figure 0004243090
[0032]
In addition, lattice-shaped target light projection positions P1 arranged at predetermined intervals are set on the plane. The target light projection positions P1 are arranged with an array number Nx in the x-axis direction and an array number Ny in the y-axis direction. Therefore, the total number N of the target light projection positions P1 is Nx × Ny. Each target projection position P1 is represented by a lattice point (i, j). Here, i is an integer from 0 to Nx-1, and j is an integer from 0 to Ny-1. A number k {= i + j × Nx} is assigned to the target light projection position (i, j) in order from the upper left corner. k is an integer of 0 to N-1. The deflection angle (θx_ideal, θy_ideal) of the laser pulse projected toward the target projection position (i, j) can be calculated by the following equation.
[Expression 2]
Figure 0004243090
[0033]
FIG. 3 is an enlarged front view of the plane of FIG. When the scanning line L1 is obtained by calculation processing, the coordinates of the points discretized based on the clock interval of the clock circuit 58 are actually obtained using Equation 1. Thus, each point on the scanning line L1 obtained by the calculation process is a scanning point P2. Of these scanning points P2, the scanning point P2 existing in the vicinity area A2 of the target light projection position P1 is the candidate scanning point P3. Candidate scanning points P3 are numbered m in ascending order of the target projection position P1. In the following description, a candidate scanning point P3 in the vicinity of the kth target light projection position P1 and the mth candidate scanning point P3 near the target light projection position P1 is represented by P (m, k). Further, the time from when the nonlinear scanning is started until the scanning line L1 passes through the scanning point P (m, k) is represented by t (m, k). In order to determine that the scanning point P2 is in the vicinity area A2 of the target projection position P1, the difference between the deflection angle of the scanning point P2 and the deflection angle of the target projection position P1 is calculated for each direction. What is necessary is just to confirm that this calculated value is below a predetermined threshold value.
[0034]
The light projection timing calculation program according to this embodiment will be described below. A flowchart of this light projection timing calculation program is shown in FIG.
[0035]
In the light projection timing calculation program, first, the operator uses the input means to set specific numerical values of the following parameters (S401).
Tx: Period of the oscillator (x axis)
Ty: Oscillator (y-axis) period
T: Period of Lissajous figure
Nx: Number of target projection positions in the x-axis direction
Ny: number of target projection positions in the y-axis direction
θx_max: Maximum deflection angle in the x-axis direction
θy_max: Maximum deflection angle in the y-axis direction
Lmin: Minimum light emission interval of the light source
In this embodiment, the light projection timings for all target light projection positions are calculated within the period T of the Lissajous figure.
[0036]
Next, the arithmetic processing unit 14 uses the equation 2 to set the deflection angle (θx_ideal, θy_ideal) of the target projection position and a plurality of candidate scanning points located near the target projection position based on the set parameters. P (m, k), the passage time t (m, k) at which the scanning line passes through each candidate scanning point, and the total number M (k) of candidate scanning points located in the vicinity of the target projection position are calculated, and the memory 16 (S402).
[0037]
Next, for each target projection position, one of the candidate scanning points P is selected as the representative scanning point SP (k), and the passing time of the representative scanning point is set as the laser pulse at the target projection position. Projection timing t sp Set as (k) (S403). In the present embodiment, the candidate scanning point P (0, k) closest to the target projection position is selected as the representative scanning point, and the passage time t (0, k) is set.
[0038]
Next, it is determined whether or not the total number M (k) of candidate scanning points is 1 or more for each target projection position (S404). When the total number M (k) is 1 or more, the process proceeds to step S406. On the other hand, when any one of the total number M (k) is 0, it is impossible to project a laser pulse to a target light projection position where the total number M (k) is 0. It is determined that there is, and the calculation is terminated (S405).
[0039]
In step S406, a time interval of the light projection timing to each series of target light projection positions is calculated, and it is determined whether or not the time interval is equal to or greater than the minimum light projection interval Lmin (S406). If all the time intervals are equal to or greater than Lmin, the light projection timing is determined with the set initial value, and the calculation is terminated (S407). On the other hand, if any of the time intervals is smaller than Lmin, the representative scanning point is changed, and the process proceeds to step S408 to correct the time interval to Lmin or more.
[0040]
In step S408, a priority order is set for each target light projection position. Here, the priority order is an order in which the time interval that is less than Lmin is corrected. There are a plurality of methods for determining the priority order. One of the methods is a method of determining in order from the end of the scanning region, that is, a method of setting priority = target light projection position number k. Another method is a method in which priorities are determined in ascending order of the total number of candidate scanning points. If the total number of candidate scanning points is small, there are few choices when changing the representative scanning points, so it becomes difficult to change the representative scanning points. However, if priorities are set by this method, such a problem can be avoided. it can. Another method is a method of randomly assigning priorities. In the program, calculation is performed by appropriately selecting these methods.
[0041]
Next, an initial value 0 is set to a variable n representing a priority order used in the subsequent processing. In addition, an initial value 0 is set to a variable loop indicating the number of repetitions of processing (S409).
[0042]
Then, the representative scanning point SP with priority n is changed (S410). This process will be described in detail later with reference to FIG.
[0043]
Next, it is determined whether or not the change of the representative scanning point with the priority order n is successful (S411). When the change of the representative scanning point is successful, the process proceeds to step S412. When the change is unsuccessful, the process proceeds to step S414 and step S415.
[0044]
In step S412, it is determined whether the variable n is equal to N-1 (S412). If the variable n is equal to N-1, it is determined that all the representative scanning points have been successfully changed, and the calculation is terminated (S413). If the variable n is not equal to N-1, the variable n is incremented, and the next priority representative scanning point is changed (S410).
[0045]
In step S415, the priority order is changed. Specifically, it is performed by setting the priority of target light projection positions whose priority is n, which has failed to change the representative scanning point, to 0, and increasing the priority of target light projection positions having a priority lower than n by 1. . Thereafter, the variable n is set to the initial value 0 again, and the iteration number loop is incremented (S416). Then, a representative scanning point changing process is performed (S410).
[0046]
In addition, between step S411 and step S415, the process which determines whether the repetition count loop is larger than a predetermined constant, for example, 100 here is performed (S414), and the repetition count loop is larger than 100 in this process. If it is determined that the calculation of the representative scanning point has failed, the calculation is terminated to prevent the priority order from being changed infinitely.
[0047]
Next, with reference to FIG. 5, the processing in step S410 of FIG. 4 described above, that is, “changing the representative scanning point with priority n” will be described. FIG. 5 is a flowchart of the change process in step S410.
[0048]
First, flag # before and flag # after are prepared as flags used in the process, and both are set to an initial value 0 (S501).
[0049]
Next, the representative scanning point SP (k) and the representative scanning point SP (k) that emits light before the representative scanning point SP (k). before ) Projection timing time difference {= t sp (K) -t sp (K before )} Is obtained (S502). Representative scanning points SP (k) and SP (k before ) Are adjacent in time, so the light source must be continuously lit at this time difference. Here, light projection timing t sp When (k) is the earliest of all the representative scanning points, the light projection timing t sp The difference between (k) and the slowest light projection timing among the light projection timings of the representative scanning points is subtracted from the period T of the Lissajous figure as the time difference of the light projection timing.
[0050]
Next, in step S503, it is determined whether or not the obtained time difference is greater than or equal to the minimum light projection interval Lmin. If the time difference is less than the minimum light projection interval Lmin, flag # before is set to 1 (S504). If the time difference is equal to or greater than the minimum projection interval Lmin, the process proceeds to step S505 as it is, and the representative scanning point SP (k) and the representative scanning point SP (k) that emits light immediately after the representative scanning point SP (k). after ) Projection timing time difference {= t sp (K) -t sp (K after )} Is obtained (S505). Light projection timing t sp When (k) is the slowest of all the representative scanning points, the light projection timing t sp The difference obtained by subtracting the difference between (k) and the light projection timing of the representative scanning point from the earliest light projection timing from the period T of the Lissajous figure is taken as the time difference.
[0051]
Next, in step S506, it is determined whether or not the obtained time difference is greater than or equal to the minimum light projection interval Lmin. If the time difference is less than the minimum light projection interval Lmin, flag # after is set to 1 (S507). If the time difference is equal to or greater than the minimum light projection interval Lmin, the process proceeds directly to step S508.
[0052]
Next, in step S508 and step S509, it is determined whether or not the flag flag # before is 1, and it is determined whether or not flag # after is 1. When both flags are 0, the representative scanning point SP (k) and the representative scanning point SP (k) that emits light before and after the representative scanning point SP (k). before ), SP (k after ) Is equal to or longer than the minimum light projection interval Lmin, and therefore, the change of the representative scanning point is not necessary, so the change of the representative scanning point of priority n is finished (S510).
[0053]
If flag # before is 1 in step S508, the representative scanning point SP (k) and the representative scanning point SP (k that emits light before that) before ) Is smaller than the minimum light projection interval Lmin, the representative scanning point is reselected and changed. In performing this processing, the scanning point number k is substituted for the argument k1, and the scanning point number k is substituted for the argument k2. before Is substituted (S511) and passed to the modularized representative scanning point reselection function. In the reselection function of the representative scanning point SP (k), a process of reselecting the representative scanning point is performed so that the time difference between the light projection timings of the two representative scanning points is equal to or greater than the minimum light projection interval of the light source ( S512). The specific operation will be described later. When the re-selection of the representative scanning point is completed, it is next determined whether or not the re-selection of the representative scanning point is successful (S513).
[0054]
Here, if it is determined that the reselection has failed, the calculation is terminated assuming that the change of the representative scanning point SP (k) of the priority order n has failed (S514). On the other hand, if it is determined that the reselection is successful, the process proceeds to step S509.
[0055]
Also in step S509, as in the process of step S508, when flag # after is 1, the representative scanning point SP (k) and the representative scanning point SP (k) that emits light thereafter are displayed. after ) Is smaller than the minimum light projection interval Lmin, and therefore processing for reselecting the representative scanning point is performed. In performing this processing, the scanning point number k is substituted for the argument k1, and the scanning point number k is substituted for the argument k2. after Is substituted (S515) and passed to the representative scanning point reselection function. When the re-selection of the representative scanning point is completed, it is next determined whether or not the re-selection of the representative scanning point is successful (S517). Here, if it is determined that the re-selection of the representative scanning point has failed, the calculation is terminated because the change of the scanning point SP (k) of the priority order n has failed (S514). On the other hand, if it is determined that the re-selection of the representative scanning point is successful, the process of changing the representative scanning point with the priority n is terminated (S510).
[0056]
Next, the above-described representative scanning point reselection function (the processing in steps S512 and S516 in FIG. 5) will be described. Scan point reselection means that when the time difference between the light projection timing of the representative scanning point SP (k1) and the light projection timing of the representative scanning point SP (k2) is less than Lmin, the time difference of the light projection timing is set to Lmin or more. This is a process of selecting another candidate scanning point that can be used. The specific processing is shown in the flowchart of the representative scanning point reselection processing in FIGS.
[0057]
In this reselection process, first, the representative scanning point SP (k1) is changed to another candidate scanning point, and it is checked whether or not the time difference can be made equal to or greater than the minimum light projection interval Lmin (S601). Next, the representative scanning point SP (k2) is changed to another candidate scanning point, and it is checked whether or not the time difference can be made equal to or greater than the minimum light projection interval Lmin (S602).
[0058]
The processing in steps S601 and S602 is a modularized function, receives an argument k, and performs the processing shown in FIG. In this other candidate scanning point selection process, the optimal candidate scanning point closest to the target light projecting position and having a light projection time difference larger than the minimum light projecting interval Lmin from the candidate scan point of the representative scan point SP (k). Select P (m, k).
[0059]
In this process, first, the variable m is set to 0 (S701), the passing time t (m, k) when the scanning line passes the candidate scanning point P (m, k), and the currently set representative scanning point. A time difference between the passing times of the representative scanning points having a priority lower than the priority n of SP (k) is obtained (S702). Then, it is determined whether or not all the time differences are equal to or greater than the minimum light projection interval Lmin (S703). If it is determined that all the time differences are greater than or equal to the minimum light projection interval Lmin, the process proceeds to step S704. If any time difference is determined to be less than the minimum light projection interval Lmin, steps S706 and S707 are performed. Proceed to
[0060]
In step S704, assuming that the candidate scanning point P (m, k) is optimal, the candidate scanning point P (m, k) is stored, and the selection process of the optimal candidate scanning point is ended (S705).
[0061]
In step S707, the variable m is incremented, and the processing from step S702 is performed again. In step S706, it is determined whether m is greater than M (k) -1, that is, whether selection processing has been performed for all candidate scanning points. If larger, candidate scanning points to be selected are determined. Therefore, it is determined that the optimum candidate scanning point selection process has failed, and the process ends (S708).
[0062]
Next, after selecting the optimum candidate scanning point, it is determined in step S603 whether or not the optimum candidate scanning point has been selected for both the representative scanning point SP (k1) and the representative scanning point SP (k2). . If it is determined that both are selected, the process proceeds to step S604, and if it is determined that either one or both are not selected, the process proceeds to step S609.
[0063]
In step S604, the distance between each optimal candidate scanning point and the target projection position corresponding to each candidate scanning point is obtained. Next, it is determined whether or not the distance between the candidate scanning point P (m1, k1) and the target projection position is smaller than the distance between the candidate scanning point P (m2, k2) and the target projection position (S605). When the candidate scanning point P (m1, k1) has a shorter distance or equal distance, the light projection timing t of the representative scanning point SP (k1) sp (K1) is set by substituting t (m1, k1) (S606), and the process ends. When the candidate scanning point P (m1, k1) has a larger distance, the light projection timing t of the representative scanning point SP (k2) sp (K2) is set by substituting t (m2, k2) (S607), and the process ends.
[0064]
In step S609, it is determined whether or not the optimum candidate scanning point P (m1, k1) has been selected. If selected, the light projection timing t of the representative scanning point SP (k1) is selected. sp (K1) is set by substituting t (m1, k1) (S606), and the process ends.
[0065]
If the optimum candidate scanning point P (m1, k1) has not been selected, it is next determined whether or not the optimum candidate scanning point P (m2, k2) has been selected. Includes a projection timing t of the representative scanning point SP (k2). sp T (m2, k2) is set as (k2) (S607), and the process ends. If it is not selected, it is determined that the representative scanning point reselection process has failed, and the reselection process is terminated (S611).
[0066]
In the present embodiment, the light projection timing is calculated by the light projection timing calculation program described above, so that the light projection timing to each target light projection position is a time interval equal to or greater than the minimum light projection interval Lmin of the optical scanning device. The light projection timing data set in step 1 can be obtained. Further, it is possible to obtain light projection timing data that can be projected to all target light projection positions in one cycle of the Lissajous figure. In a scanning device that performs non-linear scanning of laser pulses, by projecting laser pulses with reference to the light projection timing data obtained by this program, the minimum light projection interval Lmin is taken into consideration, and the scanning region is evenly distributed. It is possible to project a laser pulse at a target light projecting position arranged at the position.
[0067]
In addition, when this scanning device is applied to a radar device or the like that receives a reflected wave of a projected laser pulse and measures a distance, the distance measurement positions are equally spaced within the scanning region and are the same as the image data. Since data in a format can be obtained, the obtained information can be handled in the same way as general image data, and various image processing methods can be easily used.
[0068]
Further, when this light projection timing calculation program is used in the optical scanning device used for intruder detection, light can be projected to all target light projection positions within a time required for intruder determination, for example, within one second. Light projection timing data can be calculated. Therefore, intruder detection can be performed with high accuracy and easy data processing. It should be noted that the time required for the intruder determination illustrated is naturally changed depending on the width of the monitoring range because the time required for the intruder to cross the area is shortened if the monitoring range is narrowed.
[0069]
[2] “Modification of calculation of projection timing”
In the above embodiment, the projection timing data for projecting the desired target projection position in one cycle of the Lissajous figure is obtained. When such light projection timing data is used in an apparatus for detecting an intruder, the following problem may occur.
[0070]
For example, the light projection positions projected during a quarter cycle of the Lissajous figure are sparse as shown in FIG. 9, and deviation occurs in the scanning area A1. Therefore, when this light projection timing data is used for detecting an intruder, the moving object is not detected unless the light is projected in the range A3 through which the moving object has passed within a quarter cycle. End up. Therefore, in order to avoid such a problem, a method for obtaining light projection timing data for projecting light to a desired target light projection position using a plurality of cycles by shortening the period of the Lissajous figure is shown in FIG. Will be described with reference to FIG.
[0071]
For example, as shown in FIG. 8A, it is assumed that the desired target light projection positions are 64 points in the x-axis direction and 64 points in the y-axis direction. In this case, as shown in FIGS. 8B to 8E, the point where the actual target light projection position is extracted is set as the temporary target light projection position. The four temporary target projection positions are set so as to be shifted from each other, and are 32 points in the x-axis direction and 32 points in the y-axis direction. The light projection timing described above is calculated for each of these temporary target light projection positions. The projection timings obtained for the temporary target projection positions in FIGS. 8B to 8E are set as the projection timings of the first to fourth cycles of the Lissajous figure, and the projections for these four cycles are performed. By combining the optical timing, data of one light projection timing can be generated.
[0072]
The projection position projected by the projection timing data obtained in this way is the projection position projected by the projection timing data projected to the desired target projection position in one cycle of the Lissajous figure. It is the same. However, for example, the light projection position projected during the first period is not biased within the scanning region as shown in FIG. Therefore, even when this projection timing data is used in an apparatus for detecting an intruder, the intruder can be reliably detected. Therefore, for example, as described above, the Lissajous figure when the Lissajous figure is projected to the target light projection position in one cycle of the Lissajous figure when the Lissajous figure is projected in the four periods as described above. If it is about one quarter of the period, it is preferable to obtain the light projection timing data in four periods of the Lissajous figure.
[0073]
Further, in the optical scanning device using the projection timing data for projecting to the desired target projection position in the four cycles of the Lissajous figure, the projection is performed using the projection timing data in which the four cycles of the Lissajous figure are combined. If a change-over switch is provided to select either when performing light or when performing light projection with the light projection timing data for one cycle of the Lissajous figure, the light projection timing data to be used is selected depending on the situation. Thus, the object can be suitably detected. For example, when it is desired to perform fine scanning even if a relatively long time is required, the light is projected with the light projection timing data that combines the four periods of the Lissajous figure. When it is desired to perform scanning, the light projection may be performed with the light projection timing data for one cycle of the Lissajous figure.
[0074]
In the above, an example in which light is projected with four periods of the Lissajous figure has been shown, but the number of Lissajous periods is not limited to four, and the same can be realized if there are two or more. It is also possible to divide one cycle of the Lissajous figure into a plurality of periods and project the light at a temporary light projection position in each period. For example, one cycle of the Lissajous figure may be divided into four periods, and the light projection timing may be calculated for the target light projection positions shown in FIGS. 8B to 8E in each period. Even in this way, light projection timing data similar to the calculation described above can be obtained.
[0075]
In the above calculation of the light projection timing data, the target light projection positions are arranged at equal intervals in the scanning region. However, in the present invention, the target light projection positions are arbitrarily arranged in the scanning region. However, it is possible to calculate the light projection timing data.
[0076]
[3] “Intruder detection device using optical scanning device”
Next, an optical scanning device and an intruder detection device using the light projection timing data obtained by the calculation process will be described.
[0077]
FIG. 10 is an overall configuration diagram showing an outline of an intruder detection apparatus that is installed in a house or building and prevents intruders from entering. The apparatus includes an imaging unit 22, a laser ranging unit 24, an intrusion detection processing unit 26, an output unit 28, and a control unit 30.
[0078]
The imaging unit 22 uses an optical system such as a CCD image sensor and a lens that forms an optical image on the CCD image sensor, captures an optical image of the monitoring target region, and outputs image information. In addition to being used for intruder detection by the intrusion detection processing unit 26, the image information is used for control of the imaging unit 22 by the control unit 30.
[0079]
The laser distance measuring unit 24 includes a light source 32 that emits a laser pulse, a scanning mechanism 34 that includes a two-dimensional resonant galvanometer mirror, a scanning drive unit 36 that drives the scanning mechanism 34, and a light receiving unit that receives the reflected laser pulse. The unit 38 includes a distance measuring unit 40 that measures the distance to the object. When a scanning start command is input from the control unit 30, the scanning driving unit 36 controls the posture of the mirror included in the scanning mechanism 34 and scans the direction in which the laser pulse is projected. When the scanning start command is input from the control unit 30, the distance measuring unit 40 causes the light source 32 to emit a laser pulse toward the scanning mechanism 34 in accordance with the projection timing data. The light receiving unit 38 receives and detects a laser pulse reflected by an object existing in the monitoring area, and notifies the distance measuring unit 40 of it. Then, the distance measuring unit 40 measures the distance to the object that reflects the laser light based on the time difference between the emission timing of the laser pulse and the reception timing of the reflected light. The distance measuring unit 40 outputs this distance information to the intrusion detection processing unit 26.
[0080]
The intrusion detection processing unit 26 calculates the shape and size of the change area of the optical image, the difference image, and uses the correlation between the distance difference value at the time corresponding to the difference image and the difference image, to the monitoring area. The “humanity” of the cause of the detected change is determined, and it is determined whether or not an intruder has appeared in the monitoring area.
[0081]
Next, an optical scanning device used in the intruder detection device will be described. FIG. 11 is a configuration diagram of the optical scanning device extracted from the intruder detection device. In this embodiment, this optical scanning device is used to measure the distance, but the use of the optical scanning device is not limited to this, and can be applied to various devices that require scanning.
[0082]
This optical scanning device is roughly divided into configurations 34 and 36 for scanning laser pulses, configurations 32 and 40 for projecting laser pulses, and a control unit 30 for controlling them. Yes. Among these, the configuration for scanning the laser pulse includes a galvanometer mirror 34 as a scanning mechanism, two galvanometer mirror driving circuits 42 and 46 for changing the deflection angle of the galvanometer mirror 34 about the x axis and the y axis, and the galvanometer mirror. And two oscillators 44 and 48 that output an oscillation signal having a frequency near the resonance frequency of 34. The configuration for projecting the laser pulse includes a light source 32 that emits the laser pulse, a light source driver 50 that outputs a signal to the light source 32 to emit light, and light projection timing data at which the light source 32 emits the laser pulse. And a light projection timing storage circuit (memory) 52 that stores therein.
[0083]
In this embodiment, as the galvano mirror 34, an electromagnetically driven small scanner having a gimbal structure in which a total reflection mirror 60 that can be swung with the x axis and the y axis as rotation axes is disposed on a silicon substrate 62 is used. In this scanner, the intermediate movable plate 66 is connected by two torsion bars 64 extending from the silicon substrate 62 in the y-axis direction, and the movable plate 70 is connected by two torsion bars 68 extending from the intermediate movable plate 66 in the x-axis direction. Has been. Coils (not shown) connected to the outside via torsion bars 64 and 68 are arranged on the peripheral edge of the upper surface of the intermediate movable plate 66 and the movable plate 70. When a coil formed on the intermediate movable plate 66 is energized, the generated magnetic field acts on the magnetic field of a magnet (not shown), and the intermediate movable plate 66 rotates together with the movable plate around the torsion bar 64 as a rotation axis. In addition, when the coil formed on the movable plate 70 is energized, the movable plate 70 rotates about the torsion bar 68 as a rotation axis. Thus, since the galvanometer mirror can swing about two axes as the rotation axis, the laser pulse generated by the light source 32 is scanned two-dimensionally. In this embodiment, the galvano mirror 34 that can be swung with the two-direction torsion bars 64 and 68 formed on one substrate 62 as a rotation axis is used. However, in another embodiment, about one axis. A galvanometer mirror that can be scanned two-dimensionally may be configured by using two galvanometer mirrors that rotate.
[0084]
The x-axis oscillator 44 of the scan drive unit 36 outputs an oscillation signal having a frequency near the resonance frequency to the galvanomirror drive circuit 42. The galvano mirror drive circuit 42 amplifies the oscillation signal and energizes the coil formed on the movable plate 70 of the galvano mirror 34. Similarly, the y-axis oscillator 48 outputs an oscillation signal having a frequency in the vicinity of the resonance frequency to the galvanomirror driving circuit 46. The galvanomirror driving circuit 46 amplifies the oscillation signal, and an intermediate movable plate 66 of the galvanomirror 34. Energize the coil formed above. By oscillating each axis at a predetermined frequency in this manner, the laser pulse is scanned on the Lissajous figure, and in particular, by applying an alternating current having a frequency near the resonance frequency, the torsion bars 64 and 68 are torsionally increased. The deflection angle of the galvanometer mirror 34 can be increased. One period of scanning by the galvanometer mirror 34 is the least common multiple of the reciprocal of the two resonance frequencies.
[0085]
The light source drive unit 50 includes a light projection control circuit 56 that controls light projection of the light source 32, a clock circuit 58 that generates and outputs a clock signal having a fixed period, and a counter that decrements a counter value when the clock signal is input. And a circuit 54. The light projection control circuit 56 is connected to the light projection timing storage circuit 52 and can read the light projection timing data. The projection timing storage circuit 52 stores projection timing data.
[0086]
Processing performed by the light source driving unit 50 will be described with reference to the flowchart of FIG. The control unit 30 outputs a start signal for causing the galvano mirror 34 to start scanning to the scan driving unit 36 and simultaneously outputs a start signal for starting the light projection to the light projection control circuit 56 of the light source driving unit 50. To do. When the start signal is input (S801), the light projection control circuit 56 resets the address of the light projection timing storage circuit 52 for reading the transmission timing to 0 (S802). Then, the light projection timing data stored at address 0 of the light projection timing storage circuit 52 is read (S803).
[0087]
It is determined whether or not the read light projection timing data is 0 (S804). If it is 0, the light projection is stopped (S805). This is a process for stopping the projection when the scanning of the galvanometer mirror 34 is completed.
[0088]
If the light projection timing data is not 0, the light projection timing data corresponding to this time interval is set in the counter circuit 54 (S806), and the counter value reduction process is started (S807). The counter circuit 54 is configured to output a count end signal when the counter value reaches 0, and outputs a count end signal when the light projection timing has elapsed since the start of subtraction (S808). When the count end signal is input, the light projecting control circuit 56 outputs a counter stop signal for ending the count to the counter circuit 54 (S809), and simultaneously outputs a signal to the light source 32 to turn on the light source 32. Turn on and emit a laser pulse (S810). Thereafter, the light projection control circuit 56 increments the address of the light projection timing storage circuit 52 (S811), and returns to the process of step S803. By repeating the processing from step S803 to step S811, light emission control of the light source is performed through one scanning cycle of the galvanometer mirror 34.
[0089]
In the intruder detection device of the present embodiment described above, when the optical scanning device scans the Lissajous figure, it is projected to the target projection positions arranged at equal intervals according to the projection timing data considering the minimum projection interval. Since detection is performed using light, there is no deviation of the projection position for each location in the scanning region, and it is possible to prevent adverse effects on the intrusion detection logic. In a conventional light projection method in which the light projection timing is a fixed period, the light projection positions are unequal intervals, and thus a general image processing method cannot be used. On the other hand, in this embodiment, since it can project at equal intervals, such a problem does not arise.
[0090]
Further, by using a two-dimensional resonance type galvanometer mirror as the optical scanning device, the mechanical mechanism for scanning the laser pulse can be simplified, and thus the intruder detection device can be miniaturized. For this reason, there is a low possibility that the intruder will notice that there is an intruder detection device, and the intruder can be prevented from entering by avoiding the monitoring area of the intruder detection device. In addition, since the device is small, the intruder detection device can be installed in various places, and the installation work becomes easy.
[0091]
In addition, the two-dimensional resonant galvanometer mirror has a large deflection angle so that the monitoring area can be set wide, and the scanning speed is fast, so that the intruder can run in the monitoring area in a shorter time than the time required for running through the monitoring area. Distance measurement can be completed. Thus, the monitoring capability of the intruder detection device can be improved by using the two-dimensional resonant galvanometer mirror.
[0092]
In addition, since the mechanical mechanism is simplified, the price of the apparatus can be reduced. Furthermore, since there is no wear of the device, the life of the intruder detection device can be extended, and the intruder can be detected stably. This is important when the intruder detection device has been used for some time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a calculation apparatus that calculates a light projection timing.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a concept used in a light projection timing calculation program.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a concept used in a light projection timing calculation program.
FIG. 4 is a flowchart for explaining processing of a light projection timing calculation program.
FIG. 5 is a flowchart for explaining representative scanning point changing processing;
FIG. 6 is a flowchart for explaining representative scanning point reselection processing;
FIG. 7 is a flowchart for selecting an optimal candidate scanning point.
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a modification of calculation of light projection timing.
FIG. 9 is an explanatory diagram for describing a modification example of calculation of light projection timing.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an intruder detection device using light projection timing data.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an optical scanning device extracted from an intruder detection device.
FIG. 12 is a flowchart for explaining processing of a light projection control circuit;
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a Lissajous figure drawn by a scanning line.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a light projection position in a scanning region when a two-dimensional resonant galvanometer mirror is scanned by applying a laser pulse at a constant period.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Calculation device, 12 Input device, 14 Arithmetic processing unit (CPU), 16 Storage device, 18 External storage device, 20 Optical scanning device, 22 Imaging part, 24 Laser ranging part, 26 Intrusion detection processing part, 28 Output part 30 control unit, 32 light source, 34 galvano mirror, 36 scanning drive unit, 38 light receiving unit, 40 ranging unit, 42 galvano mirror drive circuit for x axis, 44 x axis oscillator, 46 galvano mirror drive for y axis Circuit, 48 y-axis oscillator, 50 light source drive unit, 52 light projection timing storage circuit, 54 counter circuit, 56 light projection control circuit, 58 clock circuit.

Claims (5)

走査領域内にある複数の目標投光位置の近傍に投光するために、二次元的に非線形走査する光走査装置により用いられる投光タイミングデータを算出する投光タイミング算出プログラムであって、
前記各目標投光位置の近傍にある走査線上の候補走査点を取得する基礎データ取得工程と、
各目標投光位置について、前記候補走査点を代表走査点として選択し、前記走査線が各代表走査点を通過するタイミングを、各目標投光位置に対する投光タイミングとする投光タイミング設定工程と、
前記目標投光位置に対する投光タイミングと、この投光タイミングに時間的に隣接する他の目標投光位置に対する投光タイミングとの時間差が、前記光走査装置の最小投光間隔より小さい場合に、前記代表走査点を他の候補走査点に変更し、前記走査線が前記変更後の代表走査点を通過するタイミングを目標投光位置に対する投光タイミングとする投光タイミング変更工程と、
を含む投光タイミング算出プログラム。A light projection timing calculation program for calculating light projection timing data used by an optical scanning device that performs two-dimensional nonlinear scanning in order to project light in the vicinity of a plurality of target light projection positions in a scanning region,
A basic data acquisition step of acquiring candidate scanning points on a scanning line in the vicinity of each target light projection position;
A light projection timing setting step of selecting the candidate scanning point as a representative scanning point for each target light projection position, and setting a timing at which the scanning line passes through each representative scanning point as a light projection timing for each target light projection position ,
When the time difference between the light projection timing with respect to the target light projection position and the light projection timing with respect to another target light projection position temporally adjacent to the light projection timing is smaller than the minimum light projection interval of the optical scanning device, A light projection timing changing step of changing the representative scanning point to another candidate scanning point and setting a timing at which the scanning line passes through the changed representative scanning point as a light projection timing with respect to a target light projection position;
Projection timing calculation program including 請求項１に記載の投光タイミング算出プログラムであって、
前記基礎データ取得工程では、前記光走査装置により形成される所定周期の走査線上の候補走査点を取得することを特徴とする投光タイミング算出プログラム。The light projection timing calculation program according to claim 1,
In the basic data obtaining step, a candidate scanning point on a scanning line having a predetermined cycle formed by the optical scanning device is obtained. 請求項２に記載の投光タイミング算出プログラムであって、
前記走査線は、侵入者判定に必要な時間以内である周期にて形成されるリサジュ図形であることを特徴とする投光タイミング算出プログラム。The light projection timing calculation program according to claim 2,
The light projection timing calculation program characterized in that the scanning line is a Lissajous figure formed in a period within a time required for intruder determination. パルス光を二次元的に非線形走査する光走査装置であって、
最小投光間隔以上の時間間隔で前記パルス光を投光可能な投光手段と、
パルス光が投光される方向を非線形に走査する走査手段と、
走査領域内にある複数の目標投光位置の夫々について、目標投光位置の近傍にある走査線上の候補走査点を取得して代表走査点を選択し、該代表走査点を走査線が通過するタイミングを投光タイミングとし、時間的に隣接する投光タイミングの時間差が光走査装置の最小投光間隔より小さい場合に代表走査点を他の候補走査点に変更して、走査線が変更後の代表走査点を通過するタイミングを投光タイミングとして変更し、全ての投光タイミングについて、時間的に隣接する投光タイミングの時間差が最小投光間隔以上となる投光タイミングデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された投光タイミングデータに応じて前記投光手段の投光を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする光走査装置。An optical scanning device that performs two-dimensional nonlinear scanning of pulsed light,
A light projecting means capable of projecting the pulsed light at a time interval equal to or greater than the minimum light projecting interval;
Scanning means for nonlinearly scanning the direction in which the pulsed light is projected;
For each of a plurality of target light projection positions in the scanning region, a candidate scanning point on the scanning line near the target light projection position is acquired and a representative scanning point is selected, and the scanning line passes through the representative scanning point. The timing is set as the projection timing, and when the time difference between the adjacent projection timings is smaller than the minimum projection interval of the optical scanning device, the representative scanning point is changed to another candidate scanning point, and the scanning line is changed. Storage means for storing light projection timing data in which the timing of passing the representative scanning point is changed as the light projection timing, and for all the light projection timings, the time difference between the temporally adjacent light projection timings is equal to or greater than the minimum light projection interval; ,
Control means for controlling the light projection of the light projecting means according to the light projection timing data stored in the storage means;
An optical scanning device comprising: パルス光を所定周期にてリサジュ図形を形成するように非線形走査する光走査装置を用い、監視領域内に均等に分布した目標投光位置の近傍の走査点を走査線が通過するタイミングにてパルス光を投光する侵入者検出装置であって、
最小投光間隔以上の時間間隔で前記パルス光を投光可能な投光手段と、
前記パルス光が投光される方向を非線形に走査する走査手段と、
時間的に隣接する走査点に対する投光タイミングの時間差が前記光走査装置の最小投光間隔以上であり、前記所定周期内であって侵入者判定に必要な時間以内に全ての目標投光位置に対する投光を完了する投光タイミングデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された投光タイミングに応じて前記投光手段の投光を制御する制御手段と、
走査領域中の物体による反射光を受光する受光手段と、
受光データにより侵入者を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする侵入者検出装置。Using an optical scanning device that scans pulsed light in a non-linear manner so as to form a Lissajous figure at a predetermined period, pulses are scanned at the timing when the scanning line passes through scanning points near the target projection position that are evenly distributed in the monitoring area. An intruder detection device that projects light,
A light projecting means capable of projecting the pulsed light at a time interval equal to or greater than the minimum light projecting interval;
Scanning means for nonlinearly scanning the direction in which the pulsed light is projected;
A time difference in light projection timing with respect to scanning points that are temporally adjacent is equal to or greater than the minimum light projection interval of the optical scanning device, and is within the predetermined period and within all the time required for intruder determination. Storage means for storing projection timing data for completing the projection;
Control means for controlling the light projection of the light projecting means according to the light projection timing stored in the storage means;
A light receiving means for receiving reflected light from an object in the scanning region;
A determination means for determining an intruder based on the received light data;
An intruder detection device comprising:
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