JP7505324B2

JP7505324B2 - 光測距装置

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Publication number: JP7505324B2
Application number: JP2020139971A
Authority: JP
Inventors: 晶文植野; 禎祐木村; 文明水野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2024-06-25
Anticipated expiration: 2040-08-21
Also published as: JP2021043189A

Description

本開示は、光測距装置に関する。

測距用のレーザ光を反射するミラーの回転角度を検出する回転角度センサと、ミラーの基準回転角度を検出するためのクロック信号を発生させる回路とを備える光測距装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１－８５５７７号公報

光測距装置において、部品点数の増加を抑制しつつ、簡易な方法によりミラーの基準回転角度を検出したいといった要請がある。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

本開示の一形態によれば、光測距装置（２００ｃ）が提供される。この光測距装置は、筐体（８０）と、レーザ光（ＤＬ）を射出する発光部（４０）と、前記筐体の内部に配置され、前記発光部から射出された前記レーザ光を反射させるミラー（５１）と、前記ミラーを回転させる回転部（５２）と、入射光を受光するための受光素子（６８）を有する受光部（６０）と、前記筐体に備えられ、前記ミラーによって反射されるレーザ光を前記筐体の外部に出射するための窓部（８２）と、前記筐体に備えられ、前記ミラーの回転角度が予め定められた基準回転角度（ＡＴ，ＡＴ３）である場合に前記受光部により検出される基準角度マーカ（７０ｃ１，７０ｃ２）と、を備え、前記ミラーの回転角度を検出する回転角度センサ（５４，５４ｅ）と、前記ミラーの回転角度と、前記回転角度センサによって検出された前記ミラーの回転角度の検出角度とのずれ量を検出する位置ずれ検出装置（１００）であって、前記回転部を制御して、前記基準回転角度を含む角度範囲内において予め定められた単位検出角度（ＴＤ）ごとに前記ミラーを回転させ、前記受光部により検出される前記予め定められた単位検出角度ごとの受光信号を取得して、前記受光信号の分布または前記受光信号を用いて取得される距離の分布（ＭＰ）の少なくともいずれかの分布を生成し、生成した前記少なくともいずれかの分布のうち前記基準角度マーカに対応する前記受光信号または前記距離を用いて、前記基準回転角度の検出角度を取得し、取得した前記基準回転角度の検出角度と、前記予め定められた基準回転角度とを比較して前記ずれ量を検出する位置ずれ検出装置と、を備え、前記基準角度マーカは、前記筐体または前記窓部を構成する材料の反射率と異なる反射率を有する第一基準角度マーカ（７０ｃ１）と、前記筐体に設けられる開口部（７１）と、前記開口部を通じて前記筐体の内部に照射光（ＩＬ）を射出する光源部（７２）とによって構成される第二基準角度マーカ（７０ｃ２）と、の双方を含み、前記位置ずれ検出装置は、前記受光部により検出される受光信号が予め定められた信号強度以上である場合に、前記第一基準角度マーカを用いて前記基準回転角度の検出角度を検出し、前記受光部により検出される受光信号が予め定められた信号強度よりも小さい場合に、前記第二基準角度マーカを用いて前記基準回転角度の検出角度を検出する。

この形態の光測距装置によれば、筐体に備えられる基準角度マーカは、ミラーの回転角度が予め定められた基準回転角度である場合に受光部により検出される。したがって、光測距装置に基準回転角度を検出するためのセンサ等を別に備えることなく、部品点数の増加を抑制し、ミラーと受光部とを利用した簡易な方法により基準回転角度を検出することができる。

第１実施形態の光測距装置の構成を表す説明図。受光部の構成を表す説明図。基準角度マーカの構成を表す説明図。位置ずれ検出装置による回転角度ずれ検出制御を表すフロー図。基準角度マーカの検出方法を表す説明図。信号強度分布を用いて基準角度マーカを検出する方法を表す説明図。第２実施形態の光測距装置の構成を表す説明図。第２実施形態での基準角度マーカの検出方法を表す説明図。第３実施形態の光測距装置の構成を表す説明図。信号強度分布を用いて第一基準角度マーカを検出する方法を表す説明図。信号強度分布を用いて第二基準角度マーカを検出する方法を表す説明図。第４実施形態の光測距装置の構成を表す説明図。ミラーに遮蔽される基準角度マーカを表す説明図。第５実施形態の光測距装置の構成を表す説明図。外乱光の信号強度を用いて基準回転角度を検出する方法を表す説明図。測距と回転角度ずれ検出とに用いられる受光領域を表す説明図。基準角度マーカを検出した画像を表す説明図。他の実施形態での基準角度マーカの例を表す説明図。窓部に備えられる基準角度マーカの例を表す説明図。

Ａ．第１実施形態：
図１に示すように、本開示における第１実施形態としての光測距装置２００は、筐体８０と、発光部４０と、走査部５０と、受光部６０と、位置ずれ検出装置１００と、を備える。発光部４０と、走査部５０と、受光部６０とは、筐体８０の内部に配置されている。筐体８０は、窓部８２と、基準角度マーカ７０とを備える。光測距装置２００は、例えば、車両に搭載され、障害物の検出や障害物までの距離を測定するために使用される。図示したＸＹＺ方向は、図１を含む各図において共通する。

発光部４０は、光源としての半導体レーザを出射するレーザダイオードを備え、測距用のレーザ光ＤＬを射出する。本実施形態において、レーザ光ＤＬは、鉛直方向に予め定められた出射幅を有している。走査範囲を効率良く拡大させるために、レーザ光ＤＬの出射幅は、回転部５２の走査方向と交差する方向で設定されることが好ましい。レーザ光ＤＬの出射幅の大きさは、例えば、光源の数、光源の配列、複数の光源のそれぞれの角度、ならびに発光部４０内に配置されるレーザ光ＤＬの出射角度を調節するレンズを用いること等によって、任意に設定することができる。発光部４０の光源はレーザダイオードのほか、固体レーザといった他の光源を用いてもよい。

走査部５０は、いわゆる一次元スキャナによって構成される。走査部５０は、ミラー５１と、回転部５２と、回転角度センサ５４とを備える。回転部５２は、後述する制御部１１０からの制御信号を受けて、中心軸ＡＸを回転軸として正転および逆転を行い、回転部５２に固定されたミラー５１を水平面に沿った一方向に走査させる。回転角度センサ５４は、Ａ相およびＢ相の信号を検出して相対回転角度を取得するインクリメンタル型の光学式ロータリエンコーダである。回転角度センサ５４は、回転部５２の回転角度を予め定められた角度ごとに検出する。回転角度センサ５４によって検出される回転部５２の回転角度を、以下、検出角度とも呼ぶ。

窓部８２は、走査部５０に対してＹ方向側となる筐体８０の壁面に備えられる。窓部８２は、例えばガラスなどのレーザ光ＤＬを透過する矩形状の部材で構成される。発光部４０から出射されたレーザ光ＤＬは、ミラー５１によって反射され、窓部８２を透過して筐体８０の外部に出射される。

走査範囲ＲＡは、光測距装置２００が測距を行うためにレーザ光ＤＬを走査する範囲である。走査範囲ＲＡ内の走査は、回転角度センサ５４によって回転部５２の回転角度を検出しながら、後述する制御部１１０によって回転部５２を回転させることによって実現される。受光部６０は、走査範囲ＲＡ内の対象物、例えば物体ＯＢからの反射光ＲＬを受光すると、入射光の受光状態に応じた信号を位置ずれ検出装置１００に出力する。

位置ずれ検出装置１００は、周知のマイクロプロセッサやメモリを備え、マイクロプロセッサが予め用意されたプログラムを実行することで、制御部１１０と、加算部１２０と、信号強度分布生成部１３０と、ピーク検出部１４０と、測距部１５０と、位置ずれ算出部１６０と、補正部１７０との各部を制御する。本実施形態において、位置ずれ検出装置１００は、受光部６０が出力する信号を用いて、走査範囲ＲＡ内に存在する物体ＯＢまでの距離の測定、すなわち測距と、ミラー５１の回転角度のずれ量の検出とを実行する。位置ずれ検出装置１００は、測距を実行するごとに複数回のずれ量の検出を実行してもよく、車両を停止する時や車両を起動する時、光測距装置２００を起動する時等の特定のタイミングで行ってもよい。「ミラー５１の回転角度のずれ量」とは、ミラー５１の回転角度と、回転角度センサ５４によって検出された回転部５２の検出角度とのずれ量のことを表す。回転角度と検出角度とのずれは、例えば、光測距装置２００の起動時において、回転部５２の回転角度の絶対位置が変動することにより発生する。

制御部１１０は、発光部４０と、走査部５０と、受光部６０とを含む各部の制御を行う。より具体的には、制御部１１０は、発光部４０に対してレーザダイオードを発光させる指令信号や、受光部６０の受光素子６８をアクティブにするアドレス信号の他、信号強度分布生成部１３０にヒストグラムを生成させる指示信号や、走査部５０の回転部５２に対する制御信号を出力する。

加算部１２０は、後述する受光部６０の画素６６に含まれる受光素子６８の出力を加算する回路である。入射光が一つの画素６６に入射すると、画素６６に含まれる各受光素子６８が信号を出力する。加算部１２０は、各画素６６に含まれる複数のＳＰＡＤから略同時に出力される信号の数を計数することにより、画素６６毎に加算値を求める。

信号強度分布生成部１３０は、加算部１２０の加算結果を複数回足し合せてヒストグラムを生成し、ピーク検出部１４０に出力する。ピーク検出部１４０は、信号強度分布生成部１３０から入力された信号強度を解析して、反射光ＲＬに対応する信号のピークの位置を検出する。ピーク検出部１４０は、距離の検出では時間に対するピークの位置を検出し、後述する回転角度ずれ検出では回転部５２の回転角度に対するピークの位置を検出する。

測距部１５０は、いわゆるＴＯＦ（time of flight）を利用して、走査範囲ＲＡ内に存在する物体ＯＢまでの距離の測定を行う。より具体的には、測距部１５０は、発光部４０がレーザ光ＤＬを出射した時点から受光素子６８が反射光ＲＬを受け取るまでの時間から、物体ＯＢまでの距離を演算する。ピーク検出部１４０によって反射光ＲＬに対応する信号のピークが検出されると、測距部１５０は、照射光パルスが発光されてから、反射光パルスのピークまでの時間を検出することで、物体ＯＢまでの距離を検出する。

位置ずれ算出部１６０は、後述する回転角度ずれ検出制御を実行して、ミラー５１の回転角度のずれ量の検出を実行する。補正部１７０は、回転角度センサ５４による検出角度に対して、位置ずれ算出部１６０が検出したミラー５１の回転角度のずれ量分を補正する。

図２を用いて受光部６０の構成について説明する。受光部６０は、受光面に二次元配列される複数の画素６６を有する。本実施形態において、画素６６は、前述のレーザ光ＤＬの出射幅に対応するように、鉛直方向に沿って長尺な略矩形状に配列されている。画素６６は、物体ＯＢからの反射光の入射強度に応じた信号を出力する複数の受光素子６８で構成されている。本実施形態において、画素６６は、水平方向および鉛直方向においてそれぞれ５個ずつで配列された複数の受光素子６８で構成されるが、一つの受光素子６８であってもよく、任意の数で構成されてもよい。本実施形態において、受光素子６８には、シングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）が用いられる。受光素子６８には、ＰＩＮフォトダイオードが用いられてもよい。各ＳＰＡＤは、光（フォトン）を入力すると、光の入射を示すパルス状の出力信号を出力する。受光素子６８が出力するパルス信号は、位置ずれ検出装置１００に入力される。

図３を用いて、筐体８０に備えられる基準角度マーカ７０の構成について説明する。基準角度マーカ７０は、回転部５２の基準回転角度を検出するための被検出体であり、受光部６０によって検出され得る。基準回転角度とは、回転角度ずれを検出するための基準となるミラー５１の回転角度である。本実施形態において、基準角度マーカ７０は、図３に示すように、長手方向がＺ方向に平行な略長方形状を有する。本実施形態において、基準角度マーカ７０は、筐体８０の壁面よりも高い反射率を有する材料で形成され、貼付や組み付け等によって筐体８０の内部側の壁面に固定されている。

図４とともに適宜に図５，図６を用いて、基準角度マーカ７０を用いた回転角度ずれ検出制御について説明する。図４に示す回転角度ずれ検出制御は、例えば、光測距装置２００がオンされることによって開始され、光測距装置２００による測距を開始する前に実行される。本実施形態において、回転角度ずれ検出制御は、発光部４０を停止させた状態で行われる。制御部１１０は、回転部５２を回転させて、ミラー５１を回転ずれ検出のための初期位置に移動させる（ステップＳ２０）。

図５を用いて、回転角度ずれ検出制御における回転部５２の制御について説明する。図５には、初期位置に移動された状態の回転部５２とミラー５１とが示されている。回転部５２の初期位置は、任意に設定可能である。回転部５２の初期位置は、例えば、ミラー５１の反射面と基準角度マーカ７０とが対向する位置など、基準角度マーカ７０からの入射光を検出しやすい位置に設定することが好ましい。初期位置での回転部５２の回転角度は、回転角度ＡＳである。初期位置でのミラー５１は、方向Ｄ１からの入射光を受光部６０に向けて反射する。

方向Ｄ２からの入射光は、基準角度マーカ７０からの入射光を含む。本実施形態において、方向Ｄ２からの入射光を受光部６０が受光し得る回転部５２の回転角度が基準回転角度ＡＴである。スキャン終了位置での回転部５２の回転角度は、回転角度ＡＥである。終了位置でのミラー５１は、方向Ｄ３からの入射光を受光部６０に向けて反射する。制御部１１０は、回転角度ずれ検出制御において、基準回転角度ＡＴを含む、初期位置から終了位置までの予め定められた回転角度、すなわち回転角度ＡＳから回転角度ＡＥまでの範囲ＲＢをスキャンして、入射光を受光部６０に受光させる。

方向Ｄ１からの入射光は、初期位置のミラー５１によって反射されて、受光部６０の受光素子６８によって受光信号として取得され、パルス信号として位置ずれ検出装置１００の加算部１２０に入力される（ステップＳ３０）。加算部１２０は、画素６６に含まれる受光素子６８の出力信号を加算する。制御部１１０は、回転部５２の回転角度が回転角度ＡＥに到達したか否か、すなわち予め定められた回転角度である回転角度ＡＳから回転角度ＡＥまでの範囲ＲＢのスキャンが完了したか否かを確認する（ステップＳ４０）。

制御部１１０は、予め定められた回転角度のスキャンが完了していない場合（Ｓ４０：ＮＯ）、ステップＳ５０に移行する。制御部１１０は、回転部５２を制御して、予め定められた単位検出角度ＴＤだけミラー５１を回転させる（ステップＳ５０）。予め定められた単位検出角度ＴＤとは、制御部１１０の制御による回転部５２の回転角度の送りピッチのことを表す。制御部１１０は、回転部５２を制御して、予め定められた単位検出角度ＴＤだけミラー５１を回転させると、ステップＳ３０に移行する。

制御部１１０は、範囲ＲＢのスキャンが完了している場合、すなわち回転角度ＡＥでのスキャンを完了した場合には（Ｓ４０：ＹＥＳ）、ステップＳ６０に移行する。信号強度分布生成部１３０は、回転角度ＡＳから回転角度ＡＥまでの範囲ＲＢで取得した加算部１２０の加算結果を複数回足し合せてヒストグラムを生成し、ピーク検出部１４０に出力する（ステップＳ６０）。

図６を用いて、位置ずれ算出部１６０による回転角度ずれの検出方法について説明する。位置ずれ算出部１６０は、ミラー５１の回転角度と、回転角度センサ５４によって検出されたミラー５１の回転角度の検出角度とのずれ量を検出する。図６には、信号強度分布生成部１３０によって生成される信号強度の分布の一例が示されている。図６の横軸は、検出角度を表し、縦軸は信号強度の大きさを表す。図６の信号強度分布は、予め定められた回転角度の範囲ＲＢ内、すなわち回転角度ＡＳから回転角度ＡＥまでの信号強度の分布である。

上述したように、基準角度マーカ７０は、筐体８０の壁面よりも高い反射率を有する材料で形成される。そのため、基準角度マーカ７０からの入射光は、範囲ＲＢでの信号強度分布において、筐体８０の壁面から取得される信号強度よりも大きい信号強度として取得される。図６の例において、ピーク検出部１４０は、検出角度ＡＵでの信号強度のピークをピーク信号ＰＴとして検出する（ステップＳ７０）。

位置ずれ算出部１６０は、ピーク検出部１４０によって検出されたピーク信号ＰＴの検出角度ＡＵと、基準回転角度ＡＴとの差分を算出することにより検出角度のずれ量を算出する（ステップＳ８０）。図６の例において、検出角度ＡＵは、基準回転角度ＡＴに対して＋ＴＤ度である。位置ずれ算出部１６０は、ミラー５１の回転角度のずれ量を＋ＴＤ度として検出する。

補正部１７０は、回転部５２に対して、位置ずれ算出部１６０によって検出されたずれ量分の回転角度を補正する（ステップＳ９０）。より具体的には、回転角度センサ５４による検出角度に対して、回転部５２をずれ量分である＋ＴＤ度分を修正するオフセット補正を行う。オフセット補正により、回転角度センサ５４による検出角度と、ミラー５１の回転角度とが一致する状態となる。

以上説明したように、本実施形態の光測距装置２００によれば、筐体８０に備えられる基準角度マーカ７０は、ミラー５１の回転角度が予め定められた基準回転角度ＡＴである場合に受光部６０により検出される。すなわち、基準回転角度ＡＴは、基準角度マーカ７０を利用して検出される。したがって、光測距装置２００に基準回転角度ＡＴを検出するためのセンサ等を別に備えることなく、部品点数の増加を抑制し、光測距装置２００の構成部品であるミラー５１と受光部６０とを利用した簡易な方法により基準回転角度ＡＴを検出することができる。

本実施形態の光測距装置２００によれば、位置ずれ検出装置１００は、単位検出角度ＴＤごとに受光部６０により検出される受光信号の信号強度分布を作成し、信号強度分布のうち基準角度マーカ７０に対応する信号強度のピーク信号ＰＴを用いて、基準回転角度ＡＴの検出角度ＡＵを取得する。位置ずれ検出装置１００は、取得した検出角度ＡＵと基準回転角度ＡＴとの比較により、ミラー５１の回転角度と検出角度とのずれ量を検出し、回転角度センサ５４の検出角度を適正値に補正することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図７に示すように、第２実施形態の光測距装置２００ｂは、基準角度マーカ７０に代えて基準角度マーカ７０ｂを備える点において、第１実施形態の光測距装置２００と相違し、その他の構成は第１実施形態の光測距装置２００と同様である。本実施形態において、発光部４０からのレーザ光ＤＬを反射し得る筐体８０と、レーザ光ＤＬを透過する窓部８２との境界８２ｅ１，８２ｅ２が、基準角度マーカ７０ｂとして機能する。筐体８０と窓部８２の一方側の端部との境界８２ｅ１には、基準回転角度ＡＴｂ１が設定される。筐体８０と窓部８２の他方側の端部との境界８２ｅ２には、基準回転角度ＡＴｂ２が設定される。基準角度マーカ７０ｂを区別する場合、境界８２ｅ１を一方側の基準角度マーカ７０ｂ１とし、境界８２ｅ２を基準角度マーカ７０ｂ２とする。

本実施形態では、位置ずれ検出装置１００による回転角度ずれ検出制御は、発光部４０からレーザ光ＤＬを出射させた状態、すなわち測距処理によって実行される。制御部１１０は、発光部４０からレーザ光ＤＬを出射させながら、回転角度ＡＳ２から回転角度ＡＥ２までの範囲ＲＢ２において、回転部５２を単位検出角度ＴＤごとに回転させながらスキャンさせる。範囲ＲＢ２は、測距用の範囲ＲＡよりも広い範囲であり、境界８２ｅ１，８２ｅ２を含む範囲である。本実施形態において、範囲ＲＢ２からの反射光を受光部６０が検出することにより、加算部１２０と、信号強度分布生成部１３０と、ピーク検出部１４０と、測距部１５０とによって、範囲ＲＢ２での距離画像ＭＰを生成する。

図８に、位置ずれ検出装置１００によって生成された距離画像ＭＰの一例を示す。図８に示すように、距離画像ＭＰには、物体ＯＢのほか、基準回転角度ＡＴｂ１に位置する境界８２ｅ１と、基準回転角度ＡＴｂ２に位置する境界８２ｅ２とが示されている。上述したように、窓部８２は、矩形状であり、各境界８２ｅ１，８２ｅ２は、Ｚ方向に平行な直線として検出される。本実施形態において、位置ずれ算出部１６０は、境界８２ｅ１を検出した検出角度と、基準回転角度ＡＴｂ１との差分を算出することにより、ミラー５１の回転角度のずれ量を算出する。位置ずれ算出部１６０は、検出角度と基準回転角度ＡＴｂ１との差分の算出とともに、またはこれに代えて、境界８２ｅ２を検出した検出角度と、基準回転角度ＡＴｂ２との差分の算出を行って、検出角度のずれ量を算出してもよい。位置ずれ算出部１６０は、距離画像ＭＰのＺ方向に平行な直線状の複数の画素として検出される境界８２ｅ１，８２ｅ２において、Ｚ方向の１画素ごとに検出角度のずれ量を算出してもよい。ずれ量の検出に複数の画素を用いることによって、ずれ量の検出精度を高くすることができる。位置ずれ検出装置１００は、距離画像ＭＰを用いず、受光部６０によって取得される各境界８２ｅ１，８２ｅ２からの反射光の信号強度や輝度のマッピング結果を用いて検出角度のずれ量を算出してもよい。

以上説明したように、本実施形態の光測距装置２００ｂによれば、検出角度と基準回転角度ＡＴｂ１，ＡＴｂ２とのずれ量は、光測距装置２００ｂの測距用の構成部品である筐体８０と窓部８２との境界８２ｅ１，８２ｅ２を利用して検出される。したがって、光測距装置２００に基準回転角度ＡＴｂ１，ＡＴｂ２を検出するためのセンサ等を備えず、部品点数の増加を抑制しつつ、簡易な方法により基準回転角度ＡＴｂ１，ＡＴｂ２を検出し、検出角度のずれを補正することができる。位置ずれ検出装置１００は、測距による距離画像ＭＰを利用するので、光測距装置２００ｂによる測距とともに検出角度のずれ量を検出することができる。

Ｃ．第３実施形態：
図９に示すように、第３実施形態の光測距装置２００ｃは、基準角度マーカ７０に代えて第一基準角度マーカ７０ｃ１と第二基準角度マーカ７０ｃ２とを備える点において、第１実施形態の光測距装置２００と相違し、その他の構成は第１実施形態の光測距装置２００と同様である。光測距装置２００ｃは、後述するように、筐体８０内の輝度に応じて利用するマーカを切り換えて回転角度ずれ検出制御を実行する。

第一基準角度マーカ７０ｃ１は、筐体８０の壁面よりも低い反射率を有する点で、第１実施形態の基準角度マーカ７０と相違する。第一基準角度マーカ７０ｃ１は、例えば、筐体８０の壁面よりも低い反射率を有する材料や、筐体８０の壁面の表面粗さよりも大きい表面粗さに加工されることによって形成される。第一基準角度マーカ７０ｃ１が窓部８２に備えられる場合には、第一基準角度マーカ７０ｃ１は、窓部８２よりも低い反射率を有するように構成されてよい。第一基準角度マーカ７０ｃ１は、筐体８０の壁面や窓部８２よりも高い反射率を有するように構成されてもよい。

第二基準角度マーカ７０ｃ２は、回転角度ＡＳから回転角度ＡＥまでの範囲ＲＢに含まれる基準回転角度ＡＴ３に対応する位置に配置される。基準回転角度ＡＴ３は、第二基準角度マーカ７０ｃ２からの入射光を含む方向Ｄ４からの入射光を受光部６０が受光し得る回転部５２の回転角度である。

第二基準角度マーカ７０ｃ２は、筐体８０に設けられる開口部７１と、筐体８０の外部側の壁面に取り付けられた光源部７２とによって構成される。開口部７１は、筐体８０の壁面に設けられる貫通孔であり、長手方向がＺ方向に平行する略長方形状の貫通孔である。光源部７２は、例えば発光ダイオード等の発光素子であり、開口部７１を通じて筐体８０の内部の方向Ｄ４に向けて照射光ＩＬを射出する。

図１０および図１１を用いて、位置ずれ算出部１６０による第一基準角度マーカ７０ｃ１を利用した基準回転角度ＡＴの検出方法と、第二基準角度マーカ７０ｃ２を利用した基準回転角度ＡＴ３の検出方法について説明する。本実施形態の光測距装置２００ｃは、回転角度ずれ検出制御を開始すると、発光部４０を停止させた状態で受光部６０による入射光を受光させて、筐体８０内が暗状態であるか明状態であるかを判定する。より具体的には、位置ずれ検出装置１００は、受光部６０で取得した入射光の信号強度の大きさが予め定められた閾値よりも小さい場合に暗状態であると判定し、信号強度の大きさが予め定められた閾値以上である場合に明状態であると判定する。

位置ずれ検出装置１００は、受光部６０により検出される受光信号が予め定められた信号強度以上である場合、すなわち明状態と判定した場合、第一基準角度マーカ７０ｃ１を用いて回転角度ずれ検出制御を実行する。図１０に、範囲ＲＢのスキャンにより取得した明状態での信号強度分布の一例を示す。第一基準角度マーカ７０ｃ１は、筐体８０の壁面よりも低い反射率を有するので、位置ずれ検出装置１００は、低い信号強度のピーク信号ＰＴ２を検出することで基準回転角度ＡＴを検出できる。

位置ずれ検出装置１００は、受光部６０により検出される受光信号が予め定められた信号強度よりも小さいと判定した場合、すなわち暗状態と判定した場合、第二基準角度マーカ７０ｃ２を用いて回転角度ずれ検出制御を実行する。制御部１１０は、暗状態での回転角度ずれ検出制御において、光源部７２をオンにする。図９に示すように、光源部７２から出射される照射光ＩＬは、方向Ｄ４に出射され、基準回転角度ＡＴ３のミラー５１によって反射されて受光部６０に受光され得る。図１１に、範囲ＲＢのスキャンにより取得した暗状態での信号強度分布の一例を示す。位置ずれ検出装置１００は、第二基準角度マーカ７０ｃ２から出射された照射光ＩＬによるピーク信号ＰＴ３を検出することで基準回転角度ＡＴ３を検出できる。

以上説明したように、本実施形態の光測距装置２００ｃによれば、筐体８０の壁面よりも低い反射率を有する第一基準角度マーカ７０ｃ１と、光源部７２から照射光ＩＬを射出する第二基準角度マーカ７０ｃ２とを備える。第一基準角度マーカ７０ｃ１を利用することにより、筐体８０内が明状態であっても基準回転角度ＡＴを検出することができる。第二基準角度マーカ７０ｃ２を利用することにより、筐体８０内が暗状態であっても基準回転角度ＡＴを検出することができる。

本実施形態の光測距装置２００ｃによれば、受光部６０により検出される受光信号と、予め定められた信号強度とを比較して明状態であるか暗状態であるかを判定し、筐体８０内の明暗の状態に応じて利用するマーカを切り換えて回転角度ずれ検出制御を実行する。したがって、光測距装置２００ｃが配置される環境の明るさにかかわらず、基準回転角度を検出して、回転角度ずれを検出することができる。

Ｄ．第４実施形態：
図１２に示すように、第４実施形態の光測距装置２００ｄは、基準角度マーカ７０に代えて基準角度マーカ７０ｄを備える点において、第１実施形態の光測距装置２００と相違し、その他の構成は第１実施形態の光測距装置２００と同様である。基準角度マーカ７０ｄは、筐体８０の壁面よりも高い反射率を有する材料で形成され、発光部４０や受光部６０に対向する位置の筐体８０の壁面に固定される。

図１２には、回転角度が初期位置である状態のミラー５１が示されている。図１２に示すように、ミラー５１が初期位置の回転角度に配置されている状態で、受光部６０は、方向Ｄ５で表す基準角度マーカ７０ｄからの入射光を受光し得る。初期位置の状態のミラー５１は、発光部４０からの出射光を反射せず、範囲ＲＡからすなわち、本実施形態において、ミラー５１が初期位置である回転角度が、基準回転角度である。

初期位置の回転部５２が回転されると、ミラー５１は、図１３に示すように、発光部４０から出射されるレーザ光ＤＬを反射し得る状態となる。他方、回転部５２によりミラー５１が回転されると、受光部６０は、図１３に示すように、基準角度マーカ７０ｄをミラー５１によって遮蔽され、基準角度マーカ７０ｄからの入射光を受光しなくなる。すなわち、本実施形態の光測距装置２００ｄでは、初期位置の状態の回転部５２の回転角度が基準回転角度であり、初期位置の状態の回転部５２の回転角度と、回転角度センサ５４による検出角度とを比較することによってミラー５１の回転角度のずれ量を検出する。

本実施形態の光測距装置２００ｄによれば、基準角度マーカ７０ｄは、ミラー５１が初期位置の回転角度に配置されている状態で、受光部６０によって検出可能な位置に配置される。基準回転角度を検出し得る位置を、光測距装置２００ｄによる測距の開始位置に近い位置に設定することにより、測距と基準回転角度の検出とにおいて回転部５２を回転させる範囲を小さくすることができる。基準角度マーカ７０ｄは、回転部５２によりミラー５１が回転されると、ミラー５１によって遮蔽される。したがって、光測距装置２００ｄによる測距時に、基準角度マーカ７０ｄからの入射光が外乱光として受光される不具合を抑制することができる。

Ｅ．第５実施形態：
図１４および図１５を参照して第５実施形態の光測距装置２００ｅの構成について説明する。図１４に示すように、第５実施形態の光測距装置２００ｅは、回転角度センサ５４に代えて回転角度センサ５４ｅを備える点において、第２実施形態の光測距装置２００ｂと相違し、その他の構成は第２実施形態の光測距装置２００ｂと同様である。本実施形態では、第２実施形態と同様に、筐体８０と窓部８２との境界８２ｅ１，８２ｅ２が、基準角度マーカ７０ｂ１，７０ｂ２として機能する。本実施形態では、位置ずれ検出装置１００による回転角度ずれ検出制御において、いわゆる外乱光を受光部６０の受光素子６８によって受光信号として取得することによって実行される。

回転角度センサ５４ｅは、Ａ相、Ｂ相、ならびにＺ相の信号の検出により、絶対回転角度および絶対回転角度に対する相対回転角度を取得するインクリメンタル型の光学式ロータリエンコーダである。回転角度センサ５４ｅは、絶対回転角度を取得可能なアブソリュート形のエンコーダを用いてもよい。

図１５には、範囲ＲＢ２の走査を完了した際に、信号強度分布生成部１３０によって生成された信号強度分布の例が模式的に示されている。図１５に示す結果は、Ｚ方向の１つの画素６６分の結果に相当する。図１５には、窓部８２から入射する外乱光の信号強度ＢＬ１と、回転角度ＡＳ２から境界８２ｅ１の検出角度まで、および回転角度ＡＥ２から境界８２ｅ２の検出角度までの外乱光、すなわち筐体８０の内部での外乱光の信号強度ＢＬ２とが示されている。一般に、信号強度ＢＬ１は、信号強度ＢＬ２よりも大きくなり、信号強度ＢＬ２から信号強度ＢＬ１への変化点Ｋ１での検出角度や、信号強度ＢＬ１から信号強度ＢＬ２への変化点Ｋ２での検出角度は、境界８２ｅ１，８２ｅ２の検出角度として考えることができる。

制御部１１０は、発光部４０を停止し、受光部６０を駆動させた状態で回転部５２を回転させて、図８を用いて前述した基準回転角度ＡＴｂ１，ＡＴｂ２を含む回転角度ＡＳ２から回転角度ＡＥ２までの範囲ＲＢ２を走査する。ピーク検出部１４０は、信号強度分布生成部１３０から入力された図１５に示すヒストグラムを解析して、例えば、微分などによって、検出角度に対する信号強度の変化量を算出し、変化点Ｋ１に対応する変化量のピークを抽出する。ピーク検出部１４０は、変化点Ｋ１に対応するピークから検出角度ＡＵ１を検出し、位置ずれ算出部１６０に出力する。位置ずれ算出部１６０は、境界８２ｅ１の検出角度ＡＵ１と、境界８２ｅ１に設定される基準回転角度ＡＴｂ１との差分を算出することにより、ミラー５１の回転角度のずれ量を算出する。位置ずれ算出部１６０は、検出角度ＡＵ１と基準回転角度ＡＴｂ１との差分の算出とともに、またはこれに代えて、変化点Ｋ２から導き出される境界８２ｅ２の検出角度ＡＵ２と、基準回転角度ＡＴｂ２との差分の算出を行って、検出角度のずれ量を算出してもよい。

本実施形態の光測距装置２００ｅによれば、外乱光を利用して、窓部８２の境界８２ｅ１の検出角度ＡＵ１を検出する。したがって、発光部４０を駆動させることなく、簡易な構成で回転角度のずれ量を検出することができる。また、発光部４０の停止期間中、すなわち測距処理の停止期間を利用して回転角度のずれ量を検出することができる。

本実施形態の光測距装置２００ｅによれば、回転角度センサ５４ｅには、ミラー５１の絶対回転角度および相対回転角度を取得するインクリメンタル形のエンコーダが用いられる。例えば、光測距装置２００ｅの起動時などに、ミラー５１の相対回転角度を検出することにより、ミラー５１を、絶対回転角度に基づく相対回転角度に原点復帰させることができる。したがって、光測距装置２００の停止期間中のミラー５１の回転角度のずれを抑制または防止することができる。

Ｆ．他の実施形態：
（Ｆ１）上記各実施形態では、走査範囲ＲＡでの測距と、回転角度ずれ検出とで使用される受光素子６８の範囲が同じである例を示した。これに対して、図１６に示すように、走査範囲ＲＡでの測距と、回転角度ずれ検出とで使用される受光素子６８の範囲を切り換えてもよい。図１６の例において、制御部１１０は、測距には、例えば３×９個の受光素子６８からなる受光領域ＡＲ１をアクティブにするアドレス信号を出力し、回転角度ずれ検出には、例えば１×７個の受光素子６８からなる受光領域ＡＲ２をアクティブにするアドレス信号を出力する。この形態の光測距装置によれば、回転角度ずれ検出にアクティブにする受光領域ＡＲ２を測距用の受光領域ＡＲ１よりも小さくすることで、測定誤差を小さくして高い分解能で回転角度ずれを検出することができる。

（Ｆ２）上記各実施形態では、基準角度マーカによって基準回転角度を検出する例を示した。これに対して、位置ずれ検出装置１００は、受光部６０によって検出された幾何学模様の図形の形状の変化を用いて、光測距装置２００の異常の有無を検出してもよい。図１７には、各受光素子６８でそれぞれ取得した信号強度分布を二次元平面に表す画像ＭＰ２が示されている。適正に検出される状態の基準角度マーカ７０の長手方向に沿った方向を方向ＤＰとする。受光部６０によって検出された基準角度マーカ７０の検出画像を検出マーカ７０Ｑとし、検出マーカ７０Ｑの長手方向に沿った方向を方向ＤＱとしたとき、方向ＤＰと方向ＤＱとの間の角度θ１を利用して、光測距装置２００の発光部４０やレンズ等の光学系といった各部の据え付け異常といった基準回転角度以外の異常を検出してもよい。検出マーカ７０Ｑの形状の歪みから光測距装置２００の光学系の異常を検出してもよく、検出マーカ７０Ｑのぼやけを検出して光学系の焦点ずれ等の異常を検出してもよい。

（Ｆ３）上記第１実施形態において、基準角度マーカ７０が略長方形状である例を説明した。これに対して、基準角度マーカ７０の形状は、長方形のほか、正方形や、円形、直線といった種々の幾何学模様の図形であってよい。図１８に基準角度マーカ７０の一例としての基準角度マーカ７０ｅを示す。基準角度マーカ７０ｅは、長手方向がＺ方向に平行し、短手方向を距離Ｄｔ２とする略長方形状のマーカ７０１ｅと、長手方向がＺ方向に平行し、短手方向を距離Ｄｔ３とするマーカ７０２ｅとを含む。マーカ７０１ｅと、マーカ７０２ｅとは互いに距離Ｄｔ１だけ離間して筐体８０の壁面に配置される。この形態の光測距装置によれば、マーカ７０１ｅとマーカ７０２ｅとからなる複数の基準角度マーカ７０ｅによって検出数を増加できる。受光部６０によって取得したマーカ７０１ｅとマーカ７０２ｅとの検出像と各距離Ｄｔ１，Ｄｔ２，Ｄｔ３のずれや、マーカ７０１ｅとマーカ７０２ｅとの平行度や形状の変化、焦点ずれ等から、受光部６０の据え付け異常や受光レンズの異常、ミラー５１の据え付け異常などの光測距装置の各部の異常を検出することができる。

（Ｆ４）上記各実施形態において、走査部５０は、回転部５２とミラー５１とを備える一次元スキャナを例に説明したが、走査部５０は、互いに直交する軸方向で回転する回転部と、ミラーとで構成される二次元スキャナで構成されてもよい。また、上記各実施形態では、回転部５２は、ミラー５１を水平面に沿った一方向、すなわち水平方向に走査させる例を示したが、ミラー５１は、例えば、鉛直方向に沿って走査されてもよく、任意の一方向に沿って走査されてよい。この場合において、受光部６０における画素６６の配列は、レーザ光ＤＬの出射幅に対応するように、水平方向に沿って長尺な略矩形状に配列されてよい。

（Ｆ５）上記各実施形態において、制御部１１０は、回転部５２を制御して、予め定められた単位検出角度ＴＤずつでミラー５１を回転させて範囲ＲＢをスキャンする例を示した。これに対して、範囲ＲＢの初回のスキャンにおいて、検出角度を２×ＴＤや３×ＴＤといった、単位検出角度ＴＤよりも大きい検出角度で範囲ＲＢをスキャンして、基準角度マーカ７０のおおよその位置を特定したのちに、特定された基準角度マーカ７０近傍の範囲を単位検出角度ＴＤで分解能を高めた状態でスキャンしてもよい。このような態様であれば、基準角度マーカ７０のトータルの検出期間を短縮することができる。

（Ｆ６）上記第２実施形態において、筐体８０と窓部８２との境界８２ｅ１，８２ｅ２を基準角度マーカ７０ｂ１，７０ｂ２として利用し、基準角度マーカ７０ｂ１、７０ｂ２から基準回転角度ＡＴｂ１，ＡＴｂ２を検出する例を示した。これに対して、境界８２ｅ１，８２ｅ２を、例えばＺ方向に沿った直線状に形成し、受光部６０による境界８２ｅ１，８２ｅ２の検出像から、受光部６０の据え付け異常や受光レンズの異常、ミラー５１の据え付け異常などの光測距装置の各部の異常を検出してもよい。

（Ｆ７）上記第３実施形態において、第一基準角度マーカ７０ｃ１と、第二基準角度マーカ７０ｃ２とを暗状態と明状態とで切り換えて利用する例を示した。これに対して、光測距装置は、回転角度ずれ検出において、受光部６０による入射光の受光を行わず、すなわち明暗状態を取得せず、第一基準角度マーカ７０ｃ１と、第二基準角度マーカ７０ｃ２とのうち受光部６０によって検出できるいずれかのマーカから基準回転角度を取得してよい。

（Ｆ８）上記第３実施形態において、第一基準角度マーカ７０ｃ１と、第二基準角度マーカ７０ｃ２との双方を備える例で説明したが、いずれか一方のみを備える態様であってもよい。第一基準角度マーカ７０ｃ１と、第二基準角度マーカ７０ｃ２とのうち、筐体８０内の明暗状態に応じて適した基準角度マーカを備えることが好ましい。

（Ｆ９）上記各実施形態では、筐体８０の内部に備えられる基準角度マーカの例、および筐体８０と窓部８２との境界８２ｅ１，８２ｅ２が基準角度マーカとして用いられる例を示した。これに対して、基準角度マーカは、窓部８２に備えられてよく、また、窓部８２に備えられる部材が基準角度マーカとして用いられてもよい。図１９には、窓部８２に備えられる基準角度マーカ７０ｆ１，７０ｆ２の例が示されている。本実施形態において、窓部８２には、ヒータ８３が備えられている。ヒータ８３は、例えば、窓部８２の結露等を防止するために用いられる。ヒータ８３は、導電性を有する透明な膜と、窓部８２の両端近傍に備えられる電極８４，８５とを備えている。ヒータ８３は、電極８４，８５に電圧を印加することにより通電して発熱する。電極８４，８５は、Ｚ方向に沿って長尺な形状を有しており、基準回転角度ＡＴｆ１，ＡＴｆ２となる位置に配置されている。本実施形態では、電極８４，８５が基準角度マーカ７０ｆ１，７０ｆ２として機能する。位置ずれ検出装置１００は、例えば、測距処理によるレーザ光ＤＬの電極８４，８５からの反射光を受光した受光部６０から出力される受光信号を用いて電極８４，８５の検出角度を取得して、基準回転角度ＡＴｆ１，ＡＴｆ２との差分から回転角度のずれ量を検出する。受光信号を用いて生成した電極８４，８５の距離画像や距離データから回転角度のずれ量を検出してもよい。電極８４，８５を互いに平行な状態で配置し、基準角度マーカ７０ｆ１，７０ｆ２の配置関係から受光部６０の据え付け異常や受光レンズの異常、ミラー５１の据え付け異常などの光測距装置の各部の異常を検出してもよい。基準角度マーカ７０ｆ１，７０ｆ２は、電極８４，８５に代えて、電極８４，８５に通電するための配線であってもよい。基準角度マーカ７０ｆ１，７０ｆ２は、電極８４，８５に代えて、受光部６０によって検出可能な幾何学模様を窓部８２に描画してもよく、当該幾何学模様に設定される基準回転角度と、検出角度との差分から回転角度のずれ量を検出してもよい。この形態の光測距装置２００によれば、回転角度ずれ検出制御における走査範囲を、窓部８２内に抑えることができ、筐体８０の内部を走査範囲に含む場合に比べて、回転角度のずれ量の検出速度を向上することができる。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

本開示は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

４０…発光部、５１…ミラー、５２…回転部、６０…受光部、６８…受光素子、７０，７０ｂ１，７０ｂ２，７０ｃ１，７０ｃ２，７０ｄ，７０ｅ，７０ｆ１，７０ｆ２…基準角度マーカ、８０…筐体、８２…窓部、２００，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ…光測距装置、ＤＬ…レーザ光

Claims

光測距装置（２００ｃ）であって、
筐体（８０）と、
レーザ光（ＤＬ）を射出する発光部（４０）と、
前記筐体の内部に配置され、前記発光部から射出された前記レーザ光を反射させるミラー（５１）と、
前記ミラーを回転させる回転部（５２）と、
入射光を受光するための受光素子（６８）を有する受光部（６０）と、
前記筐体に備えられ、前記ミラーによって反射されるレーザ光を前記筐体の外部に出射するための窓部（８２）と、
前記筐体に備えられ、前記ミラーの回転角度が予め定められた基準回転角度（ＡＴ，ＡＴ３）である場合に前記受光部により検出される基準角度マーカ（７０ｃ１，７０ｃ２）と、
前記ミラーの回転角度を検出する回転角度センサ（５４，５４ｅ）と、
前記ミラーの回転角度と、前記回転角度センサによって検出された前記ミラーの回転角度の検出角度とのずれ量を検出する位置ずれ検出装置（１００）であって、
前記回転部を制御して、前記基準回転角度を含む角度範囲内において予め定められた単位検出角度（ＴＤ）ごとに前記ミラーを回転させ、
前記受光部により検出される前記予め定められた単位検出角度ごとの受光信号を取得して、前記受光信号の分布または前記受光信号を用いて取得される距離の分布（ＭＰ）の少なくともいずれかの分布を生成し、
生成した前記少なくともいずれかの分布のうち前記基準角度マーカに対応する前記受光信号または前記距離を用いて、前記基準回転角度の検出角度を取得し、
取得した前記基準回転角度の検出角度と、前記予め定められた基準回転角度とを比較して前記ずれ量を検出する位置ずれ検出装置と、を備え、
前記基準角度マーカは、
前記筐体または前記窓部を構成する材料の反射率と異なる反射率を有する第一基準角度マーカ（７０ｃ１）と、
前記筐体に設けられる開口部（７１）と、前記開口部を通じて前記筐体の内部に照射光（ＩＬ）を射出する光源部（７２）とによって構成される第二基準角度マーカ（７０ｃ２）と、の双方を含み、
前記位置ずれ検出装置は、
前記受光部により検出される受光信号が予め定められた信号強度以上である場合に、前記第一基準角度マーカを用いて前記基準回転角度の検出角度を検出し、
前記受光部により検出される受光信号が予め定められた信号強度よりも小さい場合に、前記第二基準角度マーカを用いて前記基準回転角度の検出角度を検出する、
光測距装置。
請求項１に記載の光測距装置であって、
前記回転部は、前記ミラーを一方向に沿って走査し、
前記発光部は、前記一方向に交差する方向に予め定められた幅を有するレーザ光を出射し、
前記受光部は、前記受光素子を複数備え、複数の前記受光素子は、前記予め定められた幅に対応するように配列される、
光測距装置。
請求項１または請求項２に記載の光測距装置であって、
前記回転角度センサは、前記ミラーの絶対回転角度および前記絶対回転角度に対する相対回転角度を取得するエンコーダである、
光測距装置。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光測距装置であって、
前記基準角度マーカの形状は、平面視で幾何学模様状の図形であり、
前記位置ずれ検出装置は、前記受光部によって検出された前記幾何学模様状の図形の形状の変化を用いて、前記光測距装置の異常の有無を検出する、
光測距装置。
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光測距装置であって、
前記位置ずれ検出装置による前記ずれ量の検出に用いられる前記受光素子の数は、前記筐体の外部の対象物の測距に用いられる前記受光素子の数よりも小さい、
光測距装置。