JP2014020963A - 距離測定装置、発光タイミング制御装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】距離測定装置、発光タイミング制御装置及びプログラムにおいて、レーザビームの出射角度を高精度に制御することを目的とする。
【解決手段】レーザビームを偏向する往復振動型ミラーのミラー角度と、ミラーで偏向されたレーザビームの走査角度を拡大する走査角度拡大レンズからの出射角度の関係を、ミラー角度をミラーの基準位置からの経過時間で表して格納した記憶部と、ミラー角度を検出するセンサの出力信号に基づいて基準位置を検出する検出部と、検出部が検出した基準位置に基づいて時間を計測する計測部と、計測部の計測時間と記憶部に格納された経過時間が一致した時点でレーザビームを発光させるようにレーザ光源を駆動、かつミラー角度振幅から駆動するタイミングを補正する制御部を備えるように構成する。
【選択図】図６

Description

本発明は、距離測定装置、発光タイミング制御装置及びプログラムに関する。

レーザビームを用いた２次元走査型の距離測定装置は、対象物までの距離計測に限らず、例えば自動車の障害物検知、電車とホームの開閉扉間の人検知といった周辺監視などにも利用されている。レーザビームを用いた走査型の距離測定装置は、レーザレーダとも呼ばれる。

レーザレーダは、例えば回転ミラーの回転角度を制御系で制御することで、回転ミラーで反射されるレーザビームの出射角度を制御して２次元走査を行い、対象物から反射されたレーザビームを受光した結果に基づいて対象物までの距離を測定する。回転ミラーの回転角度は、例えばロータリーエンコーダなどのセンサで検出して制御系へ出力する。測定の位置精度を向上するには、レーザビームが等角度間隔で出射されるように、回転ミラーの回転角度をセンサで逐次高精度に検出してレーザ発光を行う制御系へフィードバックすることが好ましい。しかし、回転ミラーの回転角度をセンサで高精度に検出するためには分解能の高いエンコーダーが必要であり、かつ結果を高速に処理してレーザビームの出射角度を制御する制御系は比較的高価であるため、比較的安価なレーザレーダに搭載することは難しい。また、回転ミラーの回転角度をセンサで高精度に検出するには、センサが比較的短い時間間隔で回転ミラーの回転角度を検出することが好ましい。ところが、回転ミラーの回転角度を比較的短い時間間隔で検出すると、レーザレーダの消費電力が増加してしまい、比較的消費電力の低いレーザレーダを実現することは難しい。

このように、例えばレーザレーダに要求される価格、消費電力などの条件を考慮すると、レーザビームの出射角度を高精度に制御することは難しい。

特開平８−２４８１３１号公報 特開２０１１−８５５７７号公報 特開平８−２６１７５３号公報 特開２０１１−１１２５８５号公報 特開２００８−２４１２７３号公報 特開２００９−５８３４１号公報

従来の距離測定装置では、レーザビームの出射角度を高精度に制御することは難しい。

そこで、本発明は、レーザビームの出射角度を高精度に制御可能な距離測定装置、発光タイミング制御装置及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、レーザビームを偏向する往復振動型ミラーのミラー角度と、前記ミラーで偏向されたレーザビームの走査角度を拡大する走査角度拡大レンズからの出射角度の関係を、前記ミラー角度を前記ミラーの基準位置からの経過時間で表して格納した記憶部と、前記ミラー角度を検出するセンサの出力信号に基づいて前記基準位置を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記基準位置に基づいて時間を計測する計測部と、前記計測部の計測時間と前記記憶部に格納された経過時間が一致した時点で前記レーザビームを発光させるようにレーザ光源を駆動する制御部を備えた発光タイミング制御装置が提供される。

開示の距離測定装置、発光タイミング制御装置及びプログラムによれば、レーザビームの出射角度を高精度に制御することができる。

ＭＥＭＳミラーの走査特性の一例を示す図である。 走査角度拡大レンズの入出射走査特性の一例を示す図である。 本発明の第１実施例における発光タイミング制御系の一例を示す図である。 図３の発光タイミング制御系で用いるテーブルの一例を示す図である。 制御部の動作の一例を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施例における発光タイミング制御系の一例を示す図である。 ラスタ走査を説明する図である。 角度センサが出力する信号電圧とミラー角度の関係の一例を示す図である。 ミラー角度とレーザビームの出射角度の関係の一例を説明する図である。 基準位置を説明する図である。 ミラー角度とクロックの関係の一例を説明する図である。 発光タイミングテーブルの一例を示す図である。 レーザビームの出射角度と時間の関係の一例を示す図である。 ミラー角度と時間の関係の一例を示す図である。 発光タイミング制御処理の一例を説明するフローチャートである。 発光タイミングテーブルの一例を示す図である。 発光タイミングテーブルの他の例を示す図である。 受光系を含む制御系の一例を説明する図である。 コンピュータの一例を示すブロック図である。

開示の距離測定装置、発光タイミング制御装置及びプログラムでは、レーザビームを偏向する往復振動型ミラーのミラー角度と、ミラーで偏向されたレーザビームの走査角度を拡大する走査角度拡大レンズからの出射角度の関係を、ミラー角度をミラーの基準位置からの経過時間で表して、例えばテーブル形式で記憶部に格納する。検出部は、ミラー角度を検出するセンサの出力信号に基づいて基準位置を検出し、計測部は、検出部が検出した基準位置に基づいて時間を計測する。制御部は、計測部の計測時間と記憶部に格納された経過時間が一致した時点でレーザビームを発光させるようにレーザ光源を駆動する。制御部は、ミラー角度振幅から駆動するタイミングを補正しても良い。

以下に、開示の距離測定装置、発光タイミング制御装置及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。

視認性向上のため、例えば自動車などの車両に車載カメラを搭載することが提案されている。このような車載カメラとレーザレーダを組み合わせることで、自動車の障害物検知及び安全性のさらなる向上が期待できる。この場合、カメラの撮像範囲は例えば１８０度×１４０度でありレーザレーダの走査範囲と比較すると広いため、カメラの撮像範囲に合わせてレーザレーダの走査角度を広げることが好ましい。そこで、レーザレーダの走査角度を拡大するため、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーと、ＭＥＭＳミラーで偏向されたレーザビームの走査角度を拡大する走査角度拡大レンズを組み合わせることが考えられる。走査角度拡大レンズ自体は、例えば特許文献６などから周知である。

しかし、ＭＥＭＳミラーのような２次元スキャナは、往復走査を行うために、回転走査のような等速度走査を行うことができず、実際の走査軌跡は例えば図１に示すような正弦波的な走査軌跡となる。図１は、ＭＥＭＳミラーの走査特性の一例を示す図であり、縦軸は相対ビーム振り角（％）を示し、横軸は相対時間（％）を示す。

また、走査角度拡大レンズでは、例えば図２に示すようにレーザビームの入射角度が大きくなるにつれて、レーザビームの出射角度の変化率も大きくなり、入射角度は出射角度に比例しない。図２は、走査角度拡大レンズの入出射走査特性の一例を示す図であり、縦軸は相対ビーム出射角（％）を示し、横軸は相対ビーム入射角（％）を示す。このため、走査角度拡大レンズを介した単一周波数でのレーザービームの出射（即ち、一定間隔の発光）では、レーザビームを等角度間隔で出射することができない。レーザビームを等角度間隔で出射するためには、例えば図３に示す制御部１５によりレーザビームの出射タイミング（即ち、発光タイミング）を可変制御することが考えられる。

図３は、本発明の第１実施例における距離測定装置の発光タイミング制御系の一例を示す図である。図３において、発光タイミング制御系は、発光タイミング制御装置の一例であり、ＭＥＭＳミラー１１、角度センサ１２、ミラー角度検出部１３、制御部１４、及びレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）部１５を有する。図３では、ＭＥＭＳミラー１１自体は周知であり、ＭＥＭＳミラー１１は周知の方法で２次元的に駆動可能であるため、ＭＥＭＳミラー１１の駆動系の図示は省略する。角度センサ１２はＭＥＭＳミラー１１の位置（傾き）を検出して位置信号をミラー角度検出部１３に出力する。ミラー角度検出部１３は、位置信号に基づいてＭＥＭＳミラー１１のミラー角度を検出し、ミラー角度を示す信号を制御部１４に出力する。制御部１４は、ミラー角度に応じた設定出射角度を示す制御信号をＬＤ部１５に出力する。ＬＤ部１５は、ＬＤドライバと、レーザ光源の一例であるＬＤを有し、ＬＤドライバは制御信号に応じたタイミングでＬＤを駆動してＬＤを発光させてレーザビームを出射させる。レーザビームは、ＭＥＭＳミラー１１で反射されて設定出射角度で出射され、走査角度拡大レンズ１６を介して対象物（図示せず）の２次元走査を行う。

この場合、例えば図４に示すように、ＭＥＭＳミラー１１の振れ角（deg）とレーザビームの設定出射角度（deg）の関係を示すテーブルを予め作成しておくことで、制御部１４は、ＭＥＭＳミラー１１の位置を角度センサ１２で逐次検出しながらテーブルから対応する設定出射角度を読み出してＬＤ部１５のＬＤを読み出した設定出射角度に応じたタイミングで駆動することで、レーザビームの出射角度を等間隔化することができる。図５は、制御部１４の動作の一例を説明するフローチャートである。図５において、ステップＳ１は、検出されたミラー角度を示す信号をミラー角度検出部１３から入力する。ステップＳ２は、図４のテーブルを参照し、検出されたミラー角度が当該テーブル中のミラー角度であるか否かを判定し、判定結果がＮＯであると、処理はステップＳ１へ戻る。一方、ステップＳ２の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ３は、検出されたミラー角度に対応する設定出射角度をテーブルから読み出し、読み出した設定出射角度を示す制御信号をＬＤ部１５に出力することで発光を指示してＬＤからレーザビームを出射させる。このような発光タイミング制御系によれば、ＬＤの発光タイミングを正確に制御することができるので、レーザビームの出射角度を高精度に制御することができる。

しかし、ＬＤの発光周期に対して少なくとも数分の１程度の短い時間でミラー位置の検出（ステップＳ１）とレーザビームの出射角度の判断（ステップＳ２）を行うためには、ＭＥＭＳミラー１１の位置を角度センサ１２で逐次検出して図５のループＬを高速で実行することが求められ、消費電力が増加してしまう。

このため、高速なミラー位置の検出及びレーザビームの出射角度の判断を行わずにＬＤの発光タイミングを制御することが好ましい。また、比較的簡易な方法でレーザビームの出射角度を高精度に制御可能とすることが好ましい。さらに、外乱の影響、消費電力、コストなどを抑えて、レーザビームの出射角度を高精度に制御可能とすることが好ましい。

図６は、本発明の第２実施例における発光タイミング制御系の一例を示す図である。発光タイミング制御系は、発光タイミング制御装置の一例である。図６中、図３と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。発光タイミング制御系２１が、図６に示す如く接続されたミラー角度検出部２３、発光タイミング制御部２４、クロック生成部２５、クロックカウンタ２６、テーブル補正部２７、走査回数カウンタ２８、及びミラードライバ（ミラー駆動回路）２９を有する。ＬＤ部１５は、ＬＤドライバ（ＬＤ駆動回路）１５−１及びＬＤ１５−２を有する。

ＬＤ１５−２から出射されたレーザビームは、ＭＥＭＳミラー１１にて偏向され、さらに走査角度拡大レンズ１６にて走査角度が広げられる。図７は、ラスタ走査を説明する図である。レーザビームによる走査は、例えば図７の上部に示すように、ＭＥＭＳミラー１１の水平走査軸（図６中、紙と垂直な軸）を中心とした往復運動時の往路（例えば、Ｐ１→Ｐ１'）のみで発光を行い、その後ＭＥＭＳミラー１１の垂直走査軸（図６中、紙と平行な軸）を中心として移動させ（例えば、Ｐ１'→Ｐ２）、再度ＭＥＭＳミラー１１の垂直軸を中心とした往復運動時の往路（例えば、Ｐ２→Ｐ２'）のみで発光を行う。図７の上部に示された丸印は、ＬＤ１５−２の発光タイミングを示す。このような走査を例えばＰｎ→Ｐｎ'（ｎは２以上の自然数）まで繰り返して２次元的にラスタ走査を行なう。図７の下部は、ＭＥＭＳミラー１１のミラー角度（任意単位）と時間（任意単位）の関係を例えば地面に対して水平方向上の走査位置ＨＰ及び垂直方向上の走査位置ＶＰについて示す。図７の下部に示すように、垂直方向については階段状の走査となるので、水平方向の走査との組み合わせにより２次元的なラスタ走査が行われる。なお、ＭＥＭＳミラー１１の垂直方向の駆動については、階段状の駆動に限定されず、線形の駆動、鋸波状の駆動などを用いても良い。このようなＭＥＭＳミラー１１の水平及び垂直方向の駆動は、ミラードライバ２９が生成出力する、ＭＥＭＳミラー１１の振動振幅及び振動周波数を決定する駆動信号に基づいて行われる。

ＭＥＭＳミラー１１には、角度センサ１２が設けられており、角度センサ１２は周知の方法でＭＥＭＳミラー１１の位置を検出してＭＥＭＳミラー１１のミラー角度を表す信号を出力する。角度センサ１２は、例えばＭＥＭＳミラー１１の回転軸にコーティングされた圧電素子からの電圧に基づいてＭＥＭＳミラー１１の位置を検出しても良い。また、角度センサ１２は、ＭＥＭＳミラー１１の位置を光学的に検出するものであっても良い。例えば、角度センサ１２は、ミラー角度検出用のレーザビームをＭＥＭＳミラー１１に照射し、ＭＥＭＳミラー１１からの反射光を複数分割のフォトダイオード（ＰＤ：Photo-Diode）で受光して反射光の方向からＭＥＭＳミラー１１の位置を検出するものであっても良い。角度センサ１２は、検出したＭＥＭＳミラー１１の位置を表す信号をミラー角度検出部２３に出力する。図８は、角度センサ１２が出力する信号電圧（任意単位）と、ＭＥＭＳミラー１１のミラー角度（deg）の関係の一例を示す図である。

ミラー角度検出部２３は、ＭＥＭＳミラー１１の傾き角が負から正、または、正から負に遷移する時の傾き角が０度を基準位置（または、基準点）とした基準位置信号と、傾き角の振幅の情報（以下、「振幅情報」とも言う）を出力する。傾き角が０度の状態とは、例えばＭＥＭＳミラー１１がミラードライバ２９により駆動されていない状態である。振幅情報は、基準位置（０度）を基準とした最大および最小のミラー角度の差分を表す。図９は、ミラー角度とレーザビームの出射角度の関係の一例を説明する図であり、図１０は、基準位置を説明する図である。図９中、図６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

図９に示す例では、ＭＥＭＳミラー１１はミラー角度が０度の状態に対し、正方向には＋θ度、負方向へは−θ度までの範囲で変位可能である。また、ＭＥＭＳミラー１１で偏向（即ち、反射）されたレーザビームは、走査角度拡大レンズ１６の光軸に対し、＋φ方向の出射角度から−φ方向の出射角度までの範囲で走査可能である。つまり、ＭＥＭＳミラー１１のミラー角度が−θ度から＋θ度まで変位すると、走査角度拡大レンズ１６を介したレーザビームの出射角度は−φ度から＋φ度までの走査範囲を走査する。なお、ＭＥＭＳミラー１１は、例えば図７と共に説明した水平方向上で−θ度から＋θ度の範囲で変位（即ち、振動）すると共に、水平方向と垂直な垂直方向上で−β度から＋β度の範囲で変位（即ち、振動）するがその図示は省略する。同様に、走査角度拡大レンズ１６を介したレーザビームの出射角度は第１の走査面上で−φ度から＋φ度までの走査範囲を走査すると共に、第１の走査面と垂直な第２の走査面上で−γ度から＋γ度までの走査範囲を走査するがその図示は省略する。

図１０において、縦軸は水平方向上でのミラー角度を任意単位で示し、横軸は時間を任意単位で示す。図１０中、細かい破線、実線、粗い破線は、互いに異なるθ値の場合を示す。図１０からもわかるように、θ値が異なる場合でもミラー角度が０度の位置は変動しないので、ＭＥＭＳミラー１１の基準位置（または、基準点）として用いるのに好適である。

なお、基準位置は、ミラー角度が０度の位置に限定されるものではなく、任意のミラー角度の位置に設定可能である。例えば、基準位置は、ミラー角度が＋θの最大値の位置であっても、−θの最小値の位置であっても良い。

図６の説明に戻るに、クロック生成部２５はクロックを生成してクロックカウンタ２６に出力する。また、ミラー角度検出部２３は、基準位置信号をクロックカウンタ２６に出力する。クロックカウンタ２６は、基準位置信号をクロックカウント開始トリガとして、クロックをカウントする。クロックカウンタ２６は、ＭＥＭＳミラー１１が基準位置にある状態からの経過時間、即ち、基準位置からの経過時間を計測する計測部の一例である。

図１１は、ミラー角度とクロックの関係の一例を説明する図である。図１１において、縦軸は上から順にミラー角度、クロック、及びクロックカウント開始トリガ（即ち、基準位置信号）を任意単位で示し、横軸は時間を任意単位で示す。図１１に示すサンプリング領域は、例えばミラー角度検出部２３が角度センサ１２の出力信号に基づいてＭＥＭＳミラー１１のミラー角度をサンプリングする領域である。

図１２は、発光タイミングテーブルの一例を示す図である。発光タイミングテーブルは、レーザビームの走査角度拡大レンズ１６からの設定出射角度（deg）に対するＭＥＭＳミラー１１のミラー角度（deg）、及びクロックカウント数を格納している。クロックカウント数は、例えばクロック周波数及びＭＥＭＳミラー１１の振動振幅と振動周波数によって決定しても良い。発光タイミングテーブル及びＭＥＭＳミラー１１の振動振幅と振動周波数は、テーブル補正部２７内の記憶部（図示せず）に格納しても、テーブル補正部２７に外部接続された記憶部（図示せず）に格納しても良い。テーブル補正部２７は、ミラー角度検出部２３が出力する振幅情報が表すミラー角度に相当するクロックカウント数を発光タイミングテーブルから読み出して発光タイミング制御部２４に出力する。発光タイミング制御部２４は、テーブル補正部２７が出力するクロックカウント数（または、経過時間）をクロックカウンタ２６が出力するクロックカウント値（または、計測時間）と照合し、一致した時点で発光を指示する発光トリガをＬＤ部１５のＬＤドライバ１５−１に出力する。これにより、ＬＤドライバ１５−１は発光トリガに応答してＬＤ１５−２を駆動して発光させるので、ＬＤ１５−２が出射されるレーザビームがＭＥＭＳミラー１１に照射される。

このように、レーザビームの走査角度拡大レンズ１６を介した設定出射角度を得るためのＭＥＭＳミラー１１のミラー角度と、このミラー角度をＭＥＭＳミラー１１の基準位置からの経過時間から算出するためのクロックカウント数をテーブル化して、予め図１２に示す発光タイミングテーブルに格納しておく。クロックカウンタ２６のクロックカウント値がこの発光タイミングテーブルに格納されたクロックカウント数に達したタイミングでＬＤ１５−２を発光させることで、走査角度拡大レンズ１６から設定出射角度でレーザビームを出射することができる。このため、図５のように逐次ミラー角度を検出して出射タイミングの判定を行わなくても良い。

ＭＥＭＳミラー１１の基準位置からの経過時間に応じてミラー角度を決定してレーザビームを出射させる場合、何らかの原因（例えば、温度変化）でＭＥＭＳミラー１１の傾き角の振幅変動が発生すると、同じ発光タイミングでＬＤを駆動したのでは実際の出射角度に設定出射角度からのずれが生じてしまう場合がある。

次に、ＭＥＭＳミラー１１の振幅揺らぎなどの振幅変動に対する補正について説明する。図１３は、レーザビームの出射角度と時間の関係の一例を示す図であり、図１４は、ミラー角度と時間の関係の一例を示す図である。図１３において、縦軸は相対出射角（％）を示し、横軸は相対時間を任意単位で示す。図１３に示ように、振動振幅が□印の基準データから▲印の振幅が例えば２０％低下したデータに変化すると、例えば予め決定され初期発光タイミングテーブルに格納されている設定出射角度を得るためのレーザビームの出射では、相対出射角が０（％）で相対時間が０の位置以外では出射角度が小さくなり補正することが好ましい。ＭＥＭＳミラー１１のミラー角度θは、θ＝Ａ×sin(２πｔｆ)なる数式で表すことができる。ここで、ＡはＭＥＭＳミラー１１の振動振幅／２で表される角度振幅、ｔは時間、ｆはＭＥＭＳミラー１１の振動周波数である。この数式より好ましいミラー角度θは図１２の発光タイミングテーブルより既知であり、角度振幅Ａと振動周波数ｆは図６に示すミラー角度検出部２３及びミラードライバ２９より検出でき、ミラー角度θに対応する時間ｔは算出可能である。時間ｔをクロックカウント数に反映させることで、クロックカウント数を補正することが可能である。図１３の例では、水平方向の矢印で示された振幅低下を、クロックカウント数を補正するクロック補正により補正する。

図１４の例では、対応する時間ｔは、ｔ＝（１／２πｆ）×arcsin｛（θ／（Ａ／２））｝なる数式で表され、クロックカウント数はｔ／Ｔ＋αなる数式で表される。ここで、Ｔはクロック周期、αは位相調整分のクロックである。ただし、振動振幅が所定値以下でありレーザビームを好ましい角度へ出射できない程度まで小さい部分については、上記のクロック補正は行わないようにして発光タイミング制御系の誤作動（または、エラー）を防いても良い。つまり、ＭＥＭＳミラー１１の傾き角の振幅低下により、傾き角の高振幅側における好ましい角度位置でレーザビームを出射できない場合は、１水平走査期間内のレーザ発光回数を減らして、発光タイミング制御系の誤動作を防いでも良い。

上記の如き計算をテーブル補正部２７で行い、テーブル補正部２７内の記憶部（または、外部接続された記憶部）に格納された発光タイミングテーブルの内容及び発光タイミング制御部２４の制御内容を更新する。つまり、図１４のテーブルを発光タイミングテーブルとして用いても良い。これにより、外乱などによる、ＭＥＭＳミラー１１の傾き角の振幅揺らぎなどの振幅変動に対する補正を行い、レーザビームを高精度で好ましい角度に出射することが可能となる。また、クロックの周波数は、ミラー角度の水平方向のサンプリング数をＮとした時、Ｎ×ｆよりも高く設定される。クロックの周波数は、例えばＮ×ｆ×２０程度としても良い。この場合、角度分解能がサンプリング周期の略１／１０となる。

次に、発光タイミングテーブルの更新の頻度について説明する。ＭＥＭＳミラー１１の振動振幅は外乱の影響を受けて変化し得るが、外乱は温度、空気の流れなどによるものが多く、ＭＥＭＳミラー１１の振動周波数ｆ（例えば数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚ）に比べて発生する周波数（即ち、頻度）が非常に低い。このため、逐次ＭＥＭＳミラー１１の振動振幅のサンプリングを行わなくても、１ラスタ走査期間（Ｐ１〜Ｐｎ）以下の周期でサンプリングを行えば良い。図６の例では、ミラー角度検出部２３が出力する基準位置信号を走査回数カウンタ２８に出力して、水平走査回数をカウントする。この走査回数カウンタ２８のカウント値を表す走査回数情報をテーブル補正部２７に出力し、この例ではカウント値が２４０回（Ｐｎ＝２４０とした場合）となった時点でテーブル補正部２７における発光タイミングテーブルの補正を行う。これにより、逐次発光タイミングテーブルを補正するのではなく、レーザビームの発光周波数より低い周波数で間欠的に補正することで、消費電力を低減することができる。

図１５は、距離測定装置の発光タイミング制御処理の一例を説明するフローチャートである。図１５において、ステップＳ１１では、ミラードライバ２９は駆動信号を出力してＭＥＭＳミラー１１を駆動する。ステップＳ１２では、ミラー角度検出部２３は角度センサ１２が出力する位置信号に基づいてＭＥＭＳミラー１１の振動振幅を確認する。ステップＳ１３では、テーブル補正部２７は振動振幅が規定値以上であるか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ１２へ戻る。ステップＳ１３の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ１４では、テーブル補正部２７は初期発光タイミングテーブルを記憶部にセットする。ステップＳ１５では、テーブル補正部２７はテーブル補正機能が有効であるか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると処理はステップＳ１６へ進み、判定結果がＮＯであると処理は後述するステップＳ３１へ進む。発光タイミングテーブルの補正を許容する場合には、テーブル補正機能が有効に設定される。

ステップＳ１６では、ミラードライバ２９はミラー角度検出部２３からの振幅情報を取得する。また振動周波数となる駆動周波数情報をテーブル補正部２７に出力する。ステップＳ１７では、ミラードライバ２９は振動振幅が規定値以下であるか否かを判定する。ステップＳ１７の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ１８では、ミラードライバ２９は振動振幅を既定値に補正する駆動信号をＭＥＭＳミラー１１に出力し、処理はステップＳ１６へ戻る。一方、ステップＳ１７の判定結果がＮＯであると、ステップＳ１９では、テーブル補正部２７は発光タイミングテーブルの補正処理を行う。ステップＳ１８で振動振幅が補正されると、テーブル補正部２７にはミラー角度検出部２３からの補正後の振動振幅とミラードライバ２９からの補正後の振動周波数を含む駆動周波数情報が供給されるので、テーブル補正部２７は例えば上記の数式に振動周波数及び駆動周波数情報に含まれる振動周波数を代入することで発光タイミングデーブルに格納されたクロックカウント数の補正値を求めて発光タイミングテーブルを補正することができる。

ステップＳ２０では、走査回数カウンタ２８はミラー角度検出部２３からの基準位置信号に基づいて水平走査数のカウントを開始する。ステップＳ２１では、クロックカウンタ２６は基準位置信号に基づいてクロック生成部２５からのクロックのカウントを開始する。ステップＳ２２では、発光タイミング制御部２４はクロックカウンタ２６のクロックカウント値を確認する。ステップＳ２３では、発光タイミング制御部２４は発光対象クロックであるか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ２２へ戻る。クロックカウンタ２６のクロックカウント値がテーブル補正部２７の発光タイミングテーブルから読み出されたクロックカウント数（または、クロックカウント数の補正値）と一致してステップＳ２３の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ２４では、発光タイミング制御部２４は発光を指示する発光トリガをＬＤ部１５に出力する。ステップＳ２５では、テーブル補正部２７は走査回数カウンタ２８からの走査回数情報に基づき、水平走査数のカウント値が規定値に達したか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ２２へ戻る。ステップＳ２５の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ２６では、ミラードライバ２９は走査回数カウンタの水平走査数のカウント値をリセットし、処理はステップＳ１６へ戻る。従って、テーブル補正部２７は、水平走査カウントが既定値に達しないと発光タイミングテーブルを補正しない。

一方、ステップＳ３１では、ミラードライバ２９はミラー角度検出部２３からの振幅情報に基づいてＭＥＭＳミラー１１の振動振幅を検出する。ステップＳ３２では、ミラードライバ２９は振動振幅が規定値であるか否かを判定する。ステップＳ３２の判定結果がＮＯであると、ステップＳ４１では、ミラードライバ２９は振動振幅を既定値に補正する駆動信号をＭＥＭＳミラー１１に出力し、処理はステップＳ３１へ戻る。一方、ステップＳ３２の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ３３では、走査回数カウンタ２８はミラー角度検出部２３からの基準位置信号に基づいて水平走査数のカウントを開始する。ステップＳ３４では、クロックカウンタ２６は基準位置信号に基づいてクロック生成部２５からのクロックのカウントを開始する。ステップＳ３５では、発光タイミング制御部２４はクロックカウンタ２６のクロックカウント値を確認する。ステップＳ３６では、発光タイミング制御部２４は発光対象クロックであるか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ３５へ戻る。ステップＳ３６の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ３７では、発光タイミング制御部２４は発光を指示する発光トリガをＬＤ部１５に出力する。ステップＳ３８では、ミラードライバ２９は走査回数カウンタ２８からの走査回数情報に基づき、水平走査数のカウント値が規定値に達したか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ３５へ戻る。ステップＳ３８の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ４０では、ミラードライバ２９は走査回数カウンタの水平走査数のカウント値をリセットし、処理はステップＳ３１へ戻る。

図１６は、発光タイミングテーブルの一例を示す図である。図１６に示すように、発光タイミングテーブルをクロックカウント数と設定出射角度を格納するよう構成し、ミラー角度は特に格納しないようにしても良い。この場合、出射角とＭＥＭＳミラー１１のミラー角度に対しての関係を数式化し、さらに上記の方法で発光タイミングテーブルを補正することで、レーザビームを好ましい出射角度で出射することが可能となる。図１６に示すように、直接的に時間と出射角度の関係をテーブル化した発光タイミングテーブルを用いた場合、基本的には図１２に示す発光タイミングテーブルを用いた場合と同様の効果が得られる。

図１７は、発光タイミングテーブルの他の例を示す図である。図１４に示すように数式より発光タイミングテーブルを補正する代わりに、図１７に示すように角度振幅Ａｉ（ｉ＝１，...，ｎ）及び振動周波数ｆｊ（ｊ＝１，...，ｍ）の各対に対するミラー角度と角度時間対応を格納した発光タイミングテーブルを用いても良い。

次に、距離測定装置の制御系について、図１８と共に説明する。図１８は、受光系を含む制御系の一例を説明する図である。図１８中、図６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

図１８において、制御系は、システム制御部６１、ＬＤドライバ１５−１、ミラードライバ２９、及びフォトダイオード（ＰＤ：Photo-Diode）信号処理部５３を含む。システム制御部６１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサで形成可能であり、距離測定装置１全体の制御を司る。ＣＰＵが実行するプログラムを格納する記憶部（図示せず）は、システム制御部６１内でＣＰＵに接続されていても、システム制御部６１に外部接続されていても良い。ＬＤドライバ１５−１は、システム制御部６１の制御下でＬＤ１５−２のオン、オフ、光出射パワーなどを制御する。ミラードライバ２９は、システム制御部６１の制御下で、ミラー角度検出部２３からの振幅情報及び走査回数カウンタ２８からの走査回数情報に基づいてＭＥＭＳミラー１１を駆動する駆動信号を生成する。

投光角度拡大レンズ１６を介して出射され対象物で反射されたレーザビームは、受光レンズ５１を介してＰＤ５２で検出される。ＰＤ信号処理部５３は、システム制御部３１の制御下でＰＤ５２からの検出信号に所定の信号処理を施してシステム制御部６１などに出力する。受光レンズ５１、ＰＤ５２、及びＰＤ信号処理部５３は、受光系の一例である。システム制御部６１は、ＰＤ信号処理部５３からの所定の信号処理を施された信号に基づいて、距離測定装置１から走査された対象物までの距離を示す距離情報を周知の方法で生成する。システム制御部６１は、距離情報を生成する距離情報生成部としても機能する。システム制御部６１を形成するＣＰＵは、ＬＤドライバ１５−１、ミラードライバ２９、及びＰＤ信号処理部５３の少なくとも一部の機能を実現しても良い。

また、システム制御部６１を形成するＣＰＵは、図６に示すミラー角度検出部２３、発光タイミング制御部２４、及びテーブル補正部２７などの機能を実現しても良い。この場合、システム制御部６１を形成するＣＰＵは、図１５に示す発光タイミング制御処理を実行する。

図１９は、コンピュータの一例を示すブロック図である。図１９に示すコンピュータ７１は、バス７６で接続されたＣＰＵ７２、記憶部７３、入力部７４、及び表示部７５を有する。コンピュータ７１のＣＰＵ７２は、例えば図１８に示すシステム制御部６１を形成する。

ＣＰＵ７２は、距離測定装置１全体の制御を司り、図６に示すＬＤドライバ１５−１、ミラー角度検出部２３、発光タイミング制御部２４、テーブル補正部２７、ミラードライバ２９、及び図１８に示すＰＤ信号処理部５３などの機能を実現できる。ＣＰＵ７２は、図６に示すカウンタ２６，２８の機能を実現しても良い。記憶部７３は、ＣＰＵ７２が実行するプログラム、ＣＰＵ７２が実行する演算の中間データなどを含む各種データを格納する。この例では便宜上、記憶部７３は図６に示すテーブル補正部２７が用いる発光タイミングテーブルなども格納するものとする。記憶部７３は、磁気記録媒体、光記録媒体、光磁気記録媒体、半導体記憶装置などを含む、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体で形成可能である。記憶部７３に格納されるプログラムは、ＣＰＵ７２に距離測定装置１の少なくとも発光タイミング制御処理を実行させるプログラムを含み、発光タイミング制御処理を含む距離測定処理を実行させるプログラムを含んでも良い。

入力部７４は、距離測定装置１に対する指示などを入力可能なキーボードなどで形成されている。表示部７５は、距離測定装置１がオペレータ（または、ユーザ）に対して操作上の案内、距離測定装置１の動作状態などを表示可能な液晶表示パネルなどで形成されている。なお、入力部７４と表示部７５は、入力部及び表示部を一体的に設けたタッチパネルで形成されていても良い。

上記第２実施例によれば、高速なミラー位置の検出及びレーザビームの出射判断を行わずにＬＤの発光タイミングを制御することができる。また、比較的簡易な方法でレーザビームの出射角度を高精度に制御可能とすることができる。さらに、外乱の影響、消費電力、コストなどを抑えて、レーザビームの出射角度を高精度に制御可能とすることができる。

上記の各実施例では、２次元スキャナの一例としてＭＥＭＳミラーを用いているが、２次元ラスタ走査型スキャナの往復振動型ミラーはＭＥＭＳミラーに限定されず、例えばガルバノミラーなどを用いても良いことは言うまでもない。

開示の距離測定装置は、対象物までの距離計測に限らず、例えば自動車の障害物検知、電車とホームの開閉扉間の人検知といった周辺監視などにも利用可能である。さらに、発光タイミング制御系は、距離測定装置に限定されず、レーザビームを比較的広い走査範囲内で高精度に等角度間隔で出射すること、あるいは、レーザビームの出射角度を高精度に制御することが好ましい各種装置に適用可能である。

以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
レーザビームを偏向する往復振動型ミラーのミラー角度と、前記ミラーで偏向されたレーザビームの走査角度を拡大する走査角度拡大レンズからの出射角度の関係を、前記ミラー角度を前記ミラーの基準位置からの経過時間で表して格納した記憶部と、
前記ミラー角度を検出するセンサの出力信号に基づいて前記基準位置を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記基準位置に基づいて時間を計測する計測部と、
前記計測部の計測時間と前記記憶部に格納された経過時間が一致した時点で前記レーザビームを発光させるようにレーザ光源を駆動する制御部
を備えたことを特徴とする、発光タイミング制御装置。
（付記２）
前記検出部が検出した前記基準位置と前記ミラー角度に基づいて前記ミラーの振動周波数を検出するミラードライバと、
前記検出部が前記ミラー角度に基づいて検出した前記ミラーの振動振幅と、前記ミラードライバが検出した前記振動周波数に基づいて前記記憶部に格納された前記経過時間を補正する補正部
をさらに備えたことを特徴とする、請求項１記載の発光タイミング制御装置。
（付記３）
前記補正部は、前記レーザビームの発光周波数より低い周波数で前記経過時間を間欠的に補正することを特徴とする、付記２記載の発光タイミング制御装置。
（付記４）
前記補正部は、振動振幅が所定値以下であると、前記経過時間を補正せずに、１水平走査期間内のレーザビームの発光回数を減らすことを特徴とする、付記２または３記載の発光タイミング制御装置。
（付記５）
前記計測部はクロックをカウントして時間を計測し、
前記クロックの周波数は、前記ミラー角度の水平方向のサンプリング数をＮ、前記振動周波数をｆで表すと、Ｎ×ｆ以上にて設定されることを特徴とする、付記２乃至４のいずれか１項記載の発光タイミング制御装置。
（付記６）
レーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザビームを偏向する往復振動型ミラーと、
前記ミラーで偏向されたレーザビームの走査角度を拡大する走査角度拡大レンズと、
前記ミラー角度を検出するセンサと、
前記ミラー角度と走査角度拡大レンズからのレーザビームの出射角度の関係を、前記ミラー角度を前記ミラーの基準位置からの経過時間で表して格納した記憶部と、
前記センサの出力信号に基づいて前記基準位置を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記基準位置に基づいて時間を計測する計測部と、
前記計測部の計測時間と前記記憶部に格納された経過時間が一致した時点で前記レーザビームを発光させるように前記レーザ光源を駆動する制御部と、
前記走査角度拡大レンズから出射されたレーザビームで走査された対象物から反射されるレーザビームを検出する受光系と、
前記受光系で検出されたレーザビームに基づいて前記距離測定装置から前記対象物までの距離を示す距離情報を生成する距離情報生成部
を備えたことを特徴とする、距離測定装置。
（付記７）
前記検出部が検出した前記基準位置と前記ミラー角度に基づいて前記ミラーの振動周波数を検出するミラードライバと、
前記検出部が前記ミラー角度に基づいて検出した前記ミラーの振動振幅と、前記ミラードライバが検出した前記振動周波数に基づいて前記記憶部に格納された前記経過時間を補正する補正部
をさらに備えたことを特徴とする、請求項６記載の距離測定装置。
（付記８）
前記補正部は、前記レーザビームの発光周波数より低い周波数で前記経過時間を間欠的に補正することを特徴とする、付記７記載の距離測定装置。
（付記９）
前記補正部は、振動振幅が所定値以下であると、前記経過時間を補正せずに、１水平走査期間内のレーザビームの発光回数を減らすことを特徴とする、付記７または８記載の距離測定装置。
（付記１０）
前記計測部はクロックをカウントして時間を計測し、
前記クロックの周波数は、前記ミラー角度の水平方向のサンプリング数をＮ、前記振動周波数をｆで表すと、Ｎ×ｆ以上にて設定されることを特徴とする、付記７乃至９のいずれか１項記載の距離測定装置。
（付記１１）
前記基準位置は、前記ミラーが前記ミラードライバにより駆動されていない状態での前記ミラーの位置であることを特徴とする、付記７乃至１０のいずれか１項記載の距離測定装置。
（付記１２）
レーザ光源がレーザビームを発光するタイミングを制御する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記レーザビームを偏向する往復振動型ミラーのミラー角度を検出するセンサの出力信号に基づいて前記ミラーの基準位置を検出する第１検出手順と、
前記第１検出手順が検出した前記基準位置に基づいて時間を計測する計測手順と、
前記ミラー角度と前記ミラーで偏向されたレーザビームの走査角度を拡大する走査角度拡大レンズからの出射角度の関係を、前記ミラー角度を前記ミラーの基準位置からの経過時間で表して格納した記憶部を参照し、前記計測手順が計測した計測時間と前記記憶部に格納された経過時間が一致した時点で前記レーザビームを発光させるように前記レーザ光源を駆動する制御手順
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
（付記１３）
前記第１検出手順が検出した前記基準位置と前記ミラー角度に基づいて前記ミラーの振動周波数を検出する第２検出手順と、
前記第１検出手順が前記ミラー角度に基づいて検出した前記ミラーの振動振幅と、前記第２検出手順が検出した前記振動周波数に基づいて前記記憶部に格納された前記経過時間を補正する補正手順
をさらに前記コンピュータに実行させることを特徴とする、請求項１２記載のプログラム。
（付記１４）
前記補正手順は、前記レーザビームの発光周波数より低い周波数で前記経過時間を間欠的に補正することを特徴とする、付記１３記載のプログラム。
（付記１５）
前記補正手順は、振動振幅が所定値以下であると、前記経過時間を補正せずに、１水平走査期間内のレーザビームの発光回数を減らすことを特徴とする、付記１３または１４記載のプログラム。
（付記１６）
前記計測手順はクロックをカウントして時間を計測し、
前記クロックの周波数は、前記ミラー角度の水平方向のサンプリング数をＮ、前記振動周波数をｆで表すと、Ｎ×ｆ以上にて設定されることを特徴とする、付記１３乃至１５のいずれか１項記載のプログラム。
（付記１７）
前記走査角度拡大レンズから出射されたレーザビームで走査された対象物から反射されるレーザビームを検出する受光系からの信号に基づいて前記走査角度拡大レンズから前記対象物までの距離を示す距離情報を生成する手順
をさらに前記コンピュータに実行させることを特徴とする、付記１３乃至１６のいずれか１項記載のプログラム。

以上、開示の距離測定装置、発光タイミング制御装置及びプログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

１ 距離測定装置
１１ ＭＥＭＳミラー
１２ 角度センサ
１５ ＬＤ部
１６ 走査角度拡大レンズ
２１ 発光タイミング制御系
２３ ミラー角度検出部
２４ 発光タイミング制御部
２５ クロック生成部
２６ クロックカウンタ
２７ テーブル補正部
２８ 走査回数カウンタ
２９ ミラードライバ
５２ ＰＤ
５３ ＰＤ信号処理部
６１ システム制御部
７２ ＣＰＵ
７３ 記憶部

Claims (5)

1. レーザビームを偏向する往復振動型ミラーのミラー角度と、前記ミラーで偏向されたレーザビームの走査角度を拡大する走査角度拡大レンズからの出射角度の関係を、前記ミラー角度を前記ミラーの基準位置からの経過時間で表して格納した記憶部と、
   前記ミラー角度を検出するセンサの出力信号に基づいて前記基準位置を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した前記基準位置に基づいて時間を計測する計測部と、
   前記計測部の計測時間と前記記憶部に格納された経過時間が一致した時点で前記レーザビームを発光させるようにレーザ光源を駆動する制御部
   を備えたことを特徴とする、発光タイミング制御装置。
2. 前記検出部が検出した前記基準位置と前記ミラー角度に基づいて前記ミラーの振動周波数を検出するミラードライバと、
   前記検出部が前記ミラー角度に基づいて検出した前記ミラーの振動振幅と、前記ミラードライバが検出した前記振動周波数に基づいて前記記憶部に格納された前記経過時間を補正する補正部
   をさらに備えたことを特徴とする、請求項１記載の発光タイミング制御装置。
3. 前記補正部は、前記レーザビームの発光周波数より低い周波数で前記経過時間を間欠的に補正することを特徴とする、請求項２記載の発光タイミング制御装置。
4. レーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザビームを偏向する往復振動型ミラーと、
   前記ミラーで偏向されたレーザビームの走査角度を拡大する走査角度拡大レンズと、
   前記ミラー角度を検出するセンサと、
   前記ミラー角度と走査角度拡大レンズからのレーザビームの出射角度の関係を、前記ミラー角度を前記ミラーの基準位置からの経過時間で表して格納した記憶部と、
   前記センサの出力信号に基づいて前記基準位置を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した前記基準位置に基づいて時間を計測する計測部と、
   前記計測部の計測時間と前記記憶部に格納された経過時間が一致した時点で前記レーザビームを発光させるように前記レーザ光源を駆動する制御部と、
   前記走査角度拡大レンズから出射されたレーザビームで走査された対象物から反射されるレーザビームを検出する受光系と、
   前記受光系で検出されたレーザビームに基づいて前記距離測定装置から前記対象物までの距離を示す距離情報を生成する距離情報生成部
   を備えたことを特徴とする、距離測定装置。
5. レーザ光源がレーザビームを発光するタイミングを制御する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
   前記レーザビームを偏向する往復振動型ミラーのミラー角度を検出するセンサの出力信号に基づいて前記ミラーの基準位置を検出する第１検出手順と、
   前記第１検出手順が検出した前記基準位置に基づいて時間を計測する計測手順と、
   前記ミラー角度と前記ミラーで偏向されたレーザビームの走査角度を拡大する走査角度拡大レンズからの出射角度の関係を、前記ミラー角度を前記ミラーの基準位置からの経過時間で表して格納した記憶部を参照し、前記計測手順が計測した計測時間と前記記憶部に格納された経過時間が一致した時点で前記レーザビームを発光させるように前記レーザ光源を駆動する制御手順
   を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。

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