JP2014119414A - 距離測定装置、距離測定方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】距離測定装置、距離測定方法及びプログラムにおいて、比較的簡単な回路で測定距離の精度と走査角度分解能を向上させることを目的とする。
【解決手段】光ビームにより対象物を走査する距離測定装置において、対象物で反射された光ビームに基づいて対象物までの距離を求める距離計測回路と、距離が閾値以上の場合は連続する所定回数の走査におけるサンプリング位置が重ならないように光ビームの出射角度を制御する第１のモードを指定し、距離が閾値未満の場合は各走査におけるサンプリング位置が重なるように光ビームの出射角度を制御する第２のモードを指定する制御部を備えるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、距離測定装置、距離測定方法及びプログラムに関する。

近年、距離測定装置の一例であるレーザ測距装置（または、レーザレーダ）は、測定者から対象物までの距離の計測に限らず、例えば車両からの障害物検知、鉄道のホームにおける車両と開閉扉間の人検知、監視システムなどで利用されている。

レーザ測距装置には、レーザビームで１次元的な走査を行う方式と、レーザビームで２次元的な走査を行う方式がある。１次元的な走査は、一定時間間隔でレーザビームを出射しながらレーザビームの出射方向を１平面上で可変とすることで、１平面上で一定角度間隔の走査を行うことができる。２次元的な走査は、例えば１次元的な走査を順次複数の平面上で行うことで実現できる。１次元的な走査を行う方式及び２次元的な走査を行う方式では、出射したレーザビームが対象物で反射されて戻ってくるまでの往復時間（ＴＯＦ：Time Of Flight）を計測し、このＴＯＦに光速を乗算することで対象物までの距離を算出することができる。

車両でレーザ測距装置を用いて周辺環境を監視する場合、例えば車両が道路上を前方に走行中は、前方の障害物などを検出しやすいように、レーザビームの出射角度を制御する角度間隔を比較的狭くし、走査角度分解能を高くすることが望ましい。一方、例えば車両が後方に走行する駐車操縦中は、車両は比較的遅い速度でバックするので、後方の障害物などと接触しないように、測定される距離の精度を高くすることが望ましい。言い換えると、車両が前方に走行中などに要求される測定距離の精度は、対象物までの距離が比較的長く時間的な余裕があるため、対象物までの距離が比較的短い車両の駐車操縦中などに要求される測定距離の精度よりも低くても良い。しかし、測定距離の精度を高くするために例えば単純にレーザビームの出射角度を制御する角度間隔を広げたのでは、高い走査角度分解能が得られない。

一方、測定距離の精度を低下させる要因の１つに回路ノイズがある。そこで、ノイズを低減するために、測定距離を算出する回路に何らかのノイズ対策を施す方法が考えられるが、この方法では複雑な回路などが必要となり、距離測定装置のコストが増大してしまう。また、ＴＯＦのサンプリングを繰り返して平均化することで測定距離の精度を向上する方法が考えられるが、平均化するサンプル数分だけ距離データの更新が遅れるため、測定距離の算出に時間がかかってしまう。距離データの更新に要する時間を短縮するためには、レーザビームを出射する時間間隔を非常に短くすると共に、レーザビームの出射角度を制御する角度間隔を非常に狭くすることが望ましい。しかし、出射するレーザビームの時間間隔（または、発光間隔）が非常に短いレーザやその駆動回路は高価であり、レーザビームの出射角度を制御する角度間隔を非常に狭くするには高価で複雑な回路などが必要となり、距離測定装置のコストが増大してしまう。

このように、従来の距離測定装置では、測定距離の精度と走査角度分解能とがトレードオフの関係にあるため、走査角度分解能を犠牲にすることなく測定距離の精度を向上させることは難しく、測定距離の精度を犠牲にすることなく走査角度分解能を向上させることは難しい。

特開２００７−２７８９４０号公報 特開平３−１７６６８５号公報 特開２０１１−２３６８号公報 特開平１１−２０２０５１号公報

従来の距離測定装置では、比較的簡単な回路で測定距離の精度と走査角度分解能を向上させることは難しい。

そこで、本発明は、比較的簡単な回路で測定距離の精度と走査角度分解能を向上可能な距離測定装置、距離測定方法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、光ビームにより対象物を走査する距離測定装置であって、前記対象物で反射された光ビームに基づいて前記対象物までの距離を求める距離計測回路と、前記距離が閾値以上の場合は連続する所定回数の走査におけるサンプリング位置が重ならないように前記光ビームの出射角度を制御する第１のモードを指定し、前記距離が前記閾値未満の場合は各走査におけるサンプリング位置が重なるように前記光ビームの出射角度を制御する第２のモードを指定する制御手段を備えた距離測定装置が提供される。

開示の距離測定装置、距離測定方法及びプログラムによれば、比較的簡単な回路で測定距離の精度と走査角度分解能を向上させることができる。

第１実施例における距離測定装置の一例を示す図である。 第１実施例の動作を説明するフローチャートである。 走査角度分解能を優先する場合のサンプリングを説明する図である。 測定距離の精度を優先する場合のサンプリングを説明する図である。 第２実施例において複数の対象物の距離を測定した場合の動作を説明する図である。 第２実施例の動作を説明するフローチャートである。 第３実施例において速度を考慮して距離を測定する場合の動作を説明する図である。 第３実施例の動作を説明するフローチャートである。 第４実施例における距離測定装置の一例を示す図である。 第１のモードにおける発光パターンを説明する図である。 第４実施例における発光パターンテーブルの一例を示す図である。 第４実施例の第１のモードにおける動作を説明するフローチャートである。 １走査分の発光パターンを説明する図である。 第２のモードにおける発光パターンの例を示す図である。 第５実施例における発光パターンテーブルの例を示す図である。 往路分のクロックカウントを説明する図である。 第５実施例における発光パターンテーブルの他の例を示す図である。 往路及び復路分のクロックカウントを説明する図である。 第５実施例の第１のモードにおける動作を説明するフローチャートである。 往路及び復路分のクロックカウントの他の例を説明する図である。 距離測定処理を実行す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、距離測定方法及びプログラムでは、光ビームの走査により対象物までの距離を測定し、測定した距離が閾値以上の場合は連続する所定回数の走査におけるサンプリング位置が重ならないように間引きサンプリングを行い光ビームの出射角度を制御する第１のモードを指定し、測定した距離が閾値未満の場合は各走査におけるサンプリング位置が重なるように光ビームの出射角度を制御する第２のモードを指定する。第１のモードでは、走査角度分解能を優先することができ、第２のモードでは、測定距離の精度を優先することができる。

以下に、開示の距離測定装置、距離測定方法及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。

（第１実施例）
図１は、第１実施例における距離測定装置の一例を示す図である。本実施例では、光ビームの一例であるレーザビームで１次元的な走査を行う方式を採用する。

図１に示す距離測定装置１０は、速度センサ１１、切り替え制御部１２、クロック生成部１３、発光タイミング制御部１４、回転制御部１５、光入出力部１６、及び距離計測回路１７を有する。光入出力部１６は、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）及びＬＤ駆動部１６１、ミラー駆動部１６２、及びフォトダイオード（ＰＤ：Photo-Diode）を有する。ＬＤは光源（または、発光部）の一例であり、ＰＤは光検出部（または、受光部）の一例である。ミラー駆動部１６２は、光学的走査部の一例であり、回転ミラー１６５及び回転ミラー１６５を回転するモータ（図示せず）などを有する周知の構成を有し、集光レンズ１６６を含んでも良い。

発光タイミング制御部１４は、クロック生成部１３から供給されるクロックに基づき、ＬＤ及びＬＤ駆動部１６１のＬＤ駆動部にＬＤの発光タイミングを制御する発光制御信号を、切り替え制御部１２から供給される切り替え信号が示すモードに応じた発光タイミングで出力する。回転制御部１５は、クロック生成部１３から供給されるクロックに基づいて、ミラー駆動部１６２に回転ミラー１６５の回転を制御する回転制御信号を出力する。ＬＤ及びＬＤ駆動部１６１のＬＤから出射されたレーザビームは、回転ミラー１６５で反射されてミラー駆動部１６２から発光タイミングに応じた出射角度で出射されて１平面上を走査する。対象物（図示せず）で反射されたレーザビームは、集光レンズ１６６を介してＰＤ１６３により検出され、ＰＤ１６３が出力する検出信号は距離計測回路１７に供給される。距離計測回路１７は、発光タイミング制御部１４から供給される発光制御信号と検出信号に基づき、出射したレーザビームが対象物で反射されて戻ってくるまでの往復時間を計測し、この時間に光速を乗算することで対象物までの距離を算出することができる（ＴＯＦ方式：Time Of Flight）。距離計測回路１７が算出した距離を示す距離データは、外部装置（図示せず）などに出力されると共に、切り替え制御部１２に供給される。切り替え制御部１２は、少なくとも距離データに基づき、第１のモードまたは第２のモードを指定する切り替え信号を出力する。

図１では、速度センサ１１が設けられており、距離測定装置１０の速度（または、距離測定装置１０が搭載されている車両などの速度）を検出し、検出した速度を示す速度データを切り替え制御部１２に供給する。切り替え制御部１２は、例えば後述する第３実施例のように、第１または第２のモードへの切り替えの制御を、速度データを考慮して行うようにしても良い。速度センサ１１は、距離測定装置１０に対して外部接続されていても良い。速度データを考慮したモードの切り替え制御を行わない場合には、速度センサ１１は省略しても良い。

図２は、第１実施例の動作を説明するフローチャートである。図２において、切り替え制御部１２は、ステップＳ１で距離計測回路１７から供給される距離データを参照し、ステップＳ２で距離データが示す距離が閾値以上であるか否かを判定する。閾値は、距離計測回路１７内に設けられた記憶部（図示せず）に格納されていても、距離計測回路１７外にアクセス可能に設けられた記憶部（図示せず）に格納されていても、外部から距離計測回路１７に入力されても良い。この場合、距離データを一定時間参照し、一定時間内で距離データが示す最短距離が閾値以上であるか否かを判定しても良い。ステップＳ２の判定結果がＹＥＳであると、切り替え制御部１２は、ステップＳ３で第１のモードの発光タイミングを指定する切り替え信号を発光タイミング制御部１４に供給し、処理はステップＳ１へ戻る。一方、ステップＳ２の判定結果がＮＯであると、切り替え制御部１２は、ステップＳ４で第２のモードの発光タイミングを指定する切り替え信号を発光タイミング制御部１４に供給し、処理はステップＳ１へ戻る。

以下に説明するように、第１のモードは、走査角度分解能を優先するモードであり、測定した距離が閾値以上の場合に連続する所定回数の走査におけるサンプリング位置が重ならないようにレーザビームの出射角度をずらす。一方、第２のモードは、測定距離の精度を優先するモードであり、測定した距離が閾値未満の場合に各走査におけるサンプリング位置が重なるようにレーザビームの出射角度を制御する。

図３は、走査角度分解能を優先する場合のサンプリングを説明する図である。図３中、距離測定装置１０から放射状に延びる矢印は、１平面上でレーザビームが出射される出射角度を示す。従って、放射状に延びる矢印は、レーザビームの出射タイミングに相当し、隣接する矢印はサンプリング間隔（または、タイミング）を表している。図３に示す第１のモードでは、サンプリング間隔をＮ点毎とし、１周のサンプル数をＡ／ＮとするサンプリングをＮ（Ｎは２以上の自然数）周分行う。１周目（ｎ＝１）に続く２周目（ｎ＝２）では、サンプル点を１周目のサンプル点からずらしてサンプリング間隔をＮ点毎としたサンプリングを行う。つまり、ｎ周目（ｎ＝１，２，...，Ｎ）では、レーザビームの出射角度をずらすことでサンプル点をｎ−１周目のサンプル点からずらし、上記と同様にサンプリング間隔をＮ点毎としたサンプリングを行う。例えば、ｎ周目とｎ−１周目とでは、初期サンプル点をずらせば良い。サンプリング位置が重ならないようにサンプル点を１周目〜Ｎ周目でずらす方法は特に限定されず、要は、Ｎ周分の間引きサンプリングした結果（すなわち、距離データ）を重ね合わせると、図３の右側に示すようにサンプル数がＡとなれば良い。従って、回転ミラー１６５の回転数を、１周のサンプル数がＡの場合の回転数のＮ倍に設定すれば、図３の右側に示すようにＮ周分のサンプリングした結果を重ね合わせた場合のサンプル数が同じくＡになる。距離計測回路１７は、第１のモードでは、Ｎ周分のサンプリングした結果を重ね合わせたサンプルに基づいて距離を算出する。

図４は、測定距離の精度を優先する場合のサンプリングを説明する図である。図４中、距離測定装置１０から放射状に延びる矢印は、１平面上でレーザビームが出射される出射角度を示す。従って、放射状に延びる矢印は、レーザビームの出射タイミングに相当し、隣接する矢印はサンプリング間隔（または、タイミング）を表している。図４に示す第２のモードでは、サンプリング間隔をＮ点毎とし、１周のサンプル数をＡ／ＮとするサンプリングをＮ（Ｎは２以上の自然数）周分行う。１周目（ｎ＝１）に続く２周目（ｎ＝２）では、サンプル点が１周目のサンプル点と重なる（すなわち、一致する）ようにしてサンプリング間隔をＮ点毎としたサンプリングを行う。つまり、１周目〜Ｎ周目では、レーザビームの出射角度が一致してサンプル点が各周で重なるようにして、上記と同様にサンプリング間隔をＮ点毎としたサンプリングを行う。なお、距離計測回路１７は、第２のモードでは、図４の右側に示すようにＮ周分のサンプリングした結果（すなわち、距離データ）の平均を求めて距離データとして用いることで、測定距離の精度をさらに向上するようにしても良い。

このように、測定した対象物までの距離が閾値以上の場合は走査角度分解能を優先する第１のモードに切り替え、閾値未満の場合は測定距離の精度を優先する第２のモードに切り替えることで、距離測定装置１０の測定環境に応じた測定を行うことができる。

なお、図３及び図４は、１平面上でのレーザビームの出射角度が３６０度の場合を示すが、レーザビームの出射角度は３６０度以下で０度を超える範囲、例えば、１８０度であっても良い。

出射するレーザビームの時間間隔（または、発光間隔）が非常に短いレーザは高価であるが、上記の第１及び第２のモードを実現するために用いるＬＤは非常に短い発光間隔を有する必要はないので、比較的安価なＬＤで形成可能である。また、レーザビームの出射角度を制御する角度間隔を非常に狭くするには高価で複雑な回路などが必要となるが、上記の第１及び第２のモードを実現するために用いる回路（切り替え信号を生成する切り替え制御部１２、発光制御信号を生成する発光タイミング制御部１４など）は、レーザビームの出射角度を制御する角度間隔を非常に狭くする必要がないので、比較的安価な回路で形成可能である。従って、第１及び第２のモードは、距離測定装置１０のコストを増大することなく実現可能である。

（第２実施例）
第２実施例における距離測定装置は、図１と同じ構成を有しても良い。本実施例では、光ビームの一例であるレーザビームで１次元的な走査を行う方式を採用する。

図５は、第２実施例において複数の対象物の距離を測定した場合の動作を説明する図である。図５に示す車両３１は、図１に示す距離測定装置１０を搭載しており、説明の便宜上、矢印方向に走行するものとする。図５の左側は、距離測定装置１０が第１のモードで対象物３５を走査した（Ｎ周分の走査を重ねた）場合を示す。この例では、２つの連続するサンプルで対象物３５までの距離が閾値以下であると、距離測定装置１０が図５の右側に示すように第２のモードに切り替わる。

図６は、第２実施例の動作を説明するフローチャートである。図６中、図２と同一ステップには同一符号を付し、その説明は省略する。図６において、切り替え制御部１２は、ステップＳ１１で距離計測回路１７から供給される距離データを参照し、ステップＳ１２で距離データが連続しているか否か（すなわち、連続するサンプル点のデータであるか否か）を判定する。ステップＳ１２の判定結果がＹＥＳであると、切り替え制御部１２は、ステップＳ１３で連続する２つの距離データが示す距離がいずれも閾値以上であるか否かを判定する。この場合、ステップＳ１１において距離データを一定時間参照して最短の距離データと２番目に短い距離データを求め、ステップＳ１２において最短の距離データと２番目に短い距離データが連続しているか否かを判定しても良い。ステップＳ１３の判定結果がＹＥＳであると、切り替え制御部１２は、ステップＳ３で第１のモードの発光タイミングを指定する切り替え信号を発光タイミング制御部１４に供給する。一方、ステップＳ１２またはＳ１３の判定結果がＮＯであると、切り替え制御部１２は、ステップＳ４で第２のモードの発光タイミングを指定する切り替え信号を発光タイミング制御部１４に供給する。

本実施例によれば、第２のモードへの切り替えにより、サンプリング間隔が、第１のモードにおけるＮ周分の走査を重ねた場合のサンプリング間隔に比べて広くなっても、対象物３５を見失うことなく、対象物３５までの距離を確実に測定することができる。

（第３実施例）
第３実施例における距離測定装置は、図１と同じ構成を有しても良い。本実施例では、光ビームの一例であるレーザビームで１次元的な走査を行う方式を採用する。

図７は、第３実施例において速度を考慮して距離を測定する場合の動作を説明する図である。図７に示す車両３１は、図１に示す距離測定装置１０を搭載しており、説明の便宜上、矢印方向に走行するものとする。図７の左側は、距離測定装置１０が第１のモードで対象物（例えば、壁）３８を走査した（Ｎ周分の走査を重ねた）場合を示す。この例では、車両３１の後方（または、前方）にある対象物３８までの距離が測定されて閾値距離未満であり、且つ、速度センサ１１が検出した車両３１の速度（速度データ）が閾値速度未満であると、距離測定装置１０が図７の右側に示すように第２のモードに切り替わる。

図８は、第３実施例の動作を説明するフローチャートである。図８中、図２と同一ステップには同一符号を付し、その説明は省略する。図８において、切り替え制御部１２は、ステップＳ３１で距離計測回路１７から供給される距離データを参照し、ステップＳ３２で距離データが示す距離が閾値未満であるか否かを判定する。この場合、距離データを一定時間参照し、一定時間内で距離データが示す最短距離が閾値未満であるか否かを判定しても良い。ステップＳ３２の判定結果がＹＥＳであると、切り替え制御部１２は、ステップＳ３３で速度センサ１１から供給される速度データを参照し、ステップＳ３４で速度データが示す速度が閾値速度未満であるか否かを判定する。ステップＳ３４の判定結果がＹＥＳであると、切り替え制御部１２は、ステップＳ４で第２のモードの発光タイミングを指定する切り替え信号を発光タイミング制御部１４に供給する。一方、ステップＳ３２またはＳ３４の判定結果がＮＯであると、切り替え制御部１２は、ステップＳ３で第１のモードの発光タイミングを指定する切り替え信号を発光タイミング制御部１４に供給する。なお、ステップＳ３１，Ｓ３２は、ステップＳ３３，Ｓ３４の後に実行するようにしても良い。

本実施例によれば、モード切り替えの条件として、対象物までの距離に加え、速度を含める。このため、例えば車両を比較的低速でバックさせて駐車場に駐車する場合などには、車両と駐車場の壁などの対象物との間の距離が閾値距離未満となり、且つ、車両の速度が閾値速度未満になるため、距離と速度の両方の条件を同時に満たした時点で迅速に第２のモードに切り替えることができる。

（第４実施例）
図９は、第４実施例における距離測定装置の一例を示す図である。本実施例では、光ビームの一例であるレーザビームで２次元的な走査を行う方式を採用する。

図９に示す距離測定装置２０は、速度センサ２１、切り替え制御部２２、クロック生成部２３、発光タイミング制御部２４、光入出力部２６、距離計測回路２７、角度検出部２８、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）駆動回路２９、集光レンズ１６６、及びＰＤ１６３を有する。光入出力部２６は、ＬＤ及びＬＤ駆動部２６１、ＭＥＭＳミラー２６２、及び走査角度拡大レンズ２６３を有する。ＬＤは光源（または、発光部）の一例であり、ＰＤは光検出部（または、受光部）の一例である。ＭＥＭＳミラー２６２は、光学的走査部の一例であり、２次元的に駆動可能な周知の構成を有する。ＭＥＭＳミラー２６２は、周知の方法で２次元的に駆動可能であるため、駆動系の図示及び説明は省略する。

角度検出部２８は、ＭＥＭＳミラー２６２の傾き角（以下、ミラー角度とも言う）が負から正、または、正から負に遷移する時のミラー角度が０度を基準位置（または、基準点）とした基準位置信号と、ミラー角度の振幅の情報（以下、振幅情報とも言う）を出力する。ミラー角度が０度の状態とは、例えばＭＥＭＳミラー２６２がＭＥＭＳ駆動回路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）を基準とした最大及び最小のミラー角度の差分を表す。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い。

ＭＥＭＳ駆動部２９は、角度検出部２８から供給される振幅情報に基づいて、ＭＥＭＳミラー２６２の振動振幅及び振動周波数を決定する駆動信号をＭＥＭＳミラー２６２に供給し、ＭＥＭＳミラー２６２を周知の方法で２次元的に駆動する。クロック生成部２３は、角度検出部２８から供給される基準位置信号をトリガにして生成したクロックを出力する。クロック生成部２３は、基準位置信号をトリガにしてクロックのカウントを開始してクロックカウント（または、カウント数）を出力する機能を有しても良い。クロックをカウントする機能は、発生タイミング制御部２４が有しても良い。

発光タイミング制御部２４は、クロック生成部２３から供給されるクロックと角度検出部２８から供給される振幅情報に基づき、ＬＤ及びＬＤ駆動部２６１のＬＤ駆動部に、ＬＤの発光タイミングを制御する発光制御信号を、切り替え制御部２２から供給される切り替え信号が示すモードに応じた発光タイミングで出力する。発光制御信号の出力タイミングは、後述するように、レーザビームのミラー角度に対する出射角度、クロックカウント、発光タイミング（または、発光パターン）などを格納したテーブルを用いて決定しても良い。これにより、ＬＤから出射されるレーザビームがＭＥＭＳミラー２６２で反射され、走査角度拡大レンズ２６３を介して出射される。走査角度拡大レンズ２６３は、ＭＥＭＳミラー２６２で反射されたレーザビームの走査角度を拡大する周知の構成を有する。

対象物（図示せず）で反射されたレーザビームは、集光レンズ１６６を介してＰＤ１６３により検出され、ＰＤ１６３が出力する検出信号は距離計測回路２７に供給される。距離計測回路２７は、発光タイミング制御部２４から供給される発光制御信号とＰＤ１６３から供給される検出信号に基づき、出射したレーザビームが対象物で反射されて戻ってくるまでの往復時間を計測し、この時間に光速を乗算することで対象物までの距離を算出することができる。距離計測回路２７が算出した距離を示す距離データは、外部装置（図示せず）などに出力されると共に、切り替え制御部２２に供給される。

図９では、速度センサ２１が設けられており、距離測定装置２０の速度（または、距離測定装置２０が搭載されている車両などの速度）を検出し、検出した速度を示す速度データを切り替え制御部２２に供給する。切り替え制御部２２は、第１または第２のモードへの切り替えの制御を、速度データを考慮して行うようにしても良い。速度センサ２１は、距離測定装置１０に対して外部接続されていても良い。速度データを考慮したモードの切り替え制御を行わない場合には、速度センサ２１は省略しても良い。

本実施例は、上記第１実施例における１次元的な走査を、２次元的な走査に拡張したものである。

先ず、第１のモードにおける発光パターンを説明する。図１０は、第１のモードにおける発光パターンを説明する図である。図１０は、図３の如き１次元的な走査を、Ｂ行（Ｂは２以上の自然数）について、すなわち、Ｂ個の異なる平面上で行う場合を示す。図１０に示す第１のモードでは、水平方向のサンプリング間隔をＮ点毎とし、水平方向にＡ／Ｎ点をサンプリングし、垂直方向にＢ点をサンプリングするラスター走査を行う。１走査周期で１画面が走査されるものとすると、各画面での水平方向のサンプル数をＡ／Ｎとし、且つ、垂直方向のサンプル数をＢ点とするラスター走査をＮ（Ｎは２以上の自然数）画面分行う。１番目（ｎ＝１）の画面に続く２番目（ｎ＝２）の画面では、サンプル点を１番目のサンプル点からずらしてサンプリング間隔をＮ点毎としたサンプリングを行う。つまり、ｎ番目（ｎ＝１，２，...，Ｎ）の画面では、レーザビームの出射角度をずらすことでサンプル点をｎ−１番目の画面のサンプル点からずらし、上記と同様にサンプリング間隔をＮ点毎としたサンプリングを行う。例えば、ｎ番目の画面とｎ−１番目の画面とでは、水平方向の初期サンプル点をずらせば良い。サンプリング位置が重ならないようにサンプル点を１番目の画面〜Ｎ番目の画面でずらす方法は特に限定されず、要は、Ｎ画面分の間引きサンプリングした結果（すなわち、距離データ）を重ね合わせると、図１０の右側に示すようにサンプル数がＡとなれば良い。従って、１画面の走査速度を、１画面の水平方向のサンプル数がＡで垂直方向のサンプル数がＢの場合の走査速度のＮ倍に設定すれば、図１０の右側に示すようにＮ画面分のサンプリングした結果を重ね合わせた場合の水平方向のサンプル数が同じくＡで垂直方向のサンプル数がＢになる。言い換えると、１画面の水平及び垂直方向のサンプル数がＡ×Ｂの場合の１画面の走査時間をＴとすると、図１０の右側に示すようにＮ画面分のサンプリングした結果を重ね合わせた場合の水平及び垂直方向のサンプル数を同じくＡ×Ｂにするには、各画面の水平方向のサンプル数をＡ／Ｎで垂直方向のサンプル数をＢとした場合の各画面の走査時間はＴ／Ｎにすれば良い。距離計測回路２７は、第１のモードでは、Ｎ画面分のサンプリングした結果を重ね合わせたサンプルに基づいて距離を算出する。

発光タイミング制御部２４は、発光制御信号の出力タイミングを、レーザビームのミラー角度に対する出射角度及び発光タイミング（または、発光パターン）を格納した発光パターンテーブルを用いて決定しても良い。図１１は、第４実施例における発光パターンテーブルの一例を示す図である。発光パターンテーブルは、発光タイミング制御部２４内に設けられていても、発光タイミング制御部２４外にアクセス可能に設けられた記憶部（図示せず）に格納されていても良い。発光タイミング制御部２４は、角度検出部２８から供給される振幅情報からＭＥＭＳミラー２６２のミラー角度を求め、図１１の如き発光パターンテーブルを用いることで、レーザビームを等角度間隔で出射させることができる。図１１は、ミラー角度θ（deg）に対し、発光パターンテーブルがレーザビームの出射角度Θ（deg）及び黒丸印で示す発光パターンをｎ＝１〜Ｎについて格納している例を示す。

図１２は、第４実施例の第１のモードにおける動作を説明するフローチャートである。図１２において、発光タイミング制御部２４は、ステップＳ４１でクロック生成部２３からのクロックに基づき、ｎの値を参照し、ステップＳ４２で発光パターンテーブル中の同じｎの値の参照位置を決定する。発光タイミング制御部２４は、ステップＳ４３で角度検出部２８からの振幅情報に基づいてＭＥＭＳミラー２６２のミラー角度を求め、ステップＳ４４で上記の如く決定されたｎの値の参照位置に対応するミラー角度が求めたミラー角度であるか否かを判定する。ステップＳ４４の判定結果がＮＯであると、処理はステップＳ４３へ戻る。一方、ステップＳ４４の判定結果がＹＥＳであると、発光タイミング制御部２４は、ステップＳ４５で発光タイミングであると認識して発光制御信号をＬＤ及びＬＤ駆動部２６１へ出力し、処理はステップＳ４１へ戻る。

なお、発光タイミング制御部２４は、角度検出部２８から供給される振幅情報に基づいて、発光パターンテーブルに基づいて決定された発光タイミングを補正しても良い。具体的には、発光タイミング制御部２４は、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を算出し、クロック生成部２３から供給されるクロックのクロックカウントと一致した時点で発光制御信号を出力しても良い。このような発光タイミングの補正を行うことにより、温度変化などの原因でＭＥＭＳミラー２６２のミラー角度の振幅変動が発生しても、レーザビームの実際の出射角度が発光パターンテーブルに設定されている出射角度からずれてしまうことを防止できる。

図１０では、説明の便宜上、水平方向のサンプリングは、レーザビームの水平方向の往復走査のうち往路のみで行う場合を説明したが、水平方向のサンプリングは、往路と復路の両方で行うようにしても良い。図１３は、１走査分の発光パターンを、水平方向のサンプリングを往路と復路の両方で行う場合について説明する図である。図１３に示すように、各画面での水平方向のサンプル数を１往路でＡ／２Ｎ、１復路でＡ／２Ｎとすることで、水平方向のサンプル数は１往復でＡ／Ｎになる。

次に、第２のモードにおける発光パターンを説明する。図１４は、第２のモードにおける発光パターンの例を示す図である。図１４は、図４の如き１次元的な走査を、Ｂ行（Ｂは２以上の自然数）について、すなわち、Ｂ個の異なる平面上で行う場合を示す。図１４に示す第２のモードでは、水平方向のサンプリング間隔をＮ点毎とし、水平方向にＡ／Ｎ点をサンプリングし、垂直方向にＢ点をサンプリングするラスター走査を行う。１走査周期で１画面が走査されるものとすると、各画面での水平方向のサンプル数をＡ／Ｎとし、且つ、垂直方向のサンプル数をＢ点とするラスター走査をＮ（Ｎは２以上の自然数）画面分行う。１番目（ｎ＝１）の画面に続く２番目（ｎ＝２）の画面では、サンプル点が１番目の画面のサンプル点と重なる（すなわち、一致する）ようにしてサンプリング間隔をＮ点毎としたサンプリングを行う。つまり、１番目の画面〜Ｎ番目の画面では、レーザビームの出射角度が一致して各画面のサンプル点が重なるようにして、上記と同様にサンプリング間隔をＮ点毎としたサンプリングを行う。なお、距離計測回路２７は、第２のモードでは、図１４の右側に示すようにＮ画面分のサンプリングした結果（すなわち、距離データ）の平均を求めて距離データとして用いることで、測定距離の精度をさらに向上するようにしても良い。

第１のモードと第２のモードの切り替えは、図２、図６、及び図８のいずれの方法で行っても良いことは言うまでもない。このように、測定した対象物までの距離が閾値以上の場合は走査角度分解能を優先する第１のモードに切り替え、閾値未満の場合は測定距離の精度を優先する第２のモードに切り替えることで、距離測定装置２０の測定環境に応じた測定を行うことができる。閾値は、距離計測回路２７内に設けられた記憶部（図示せず）に格納されていても、距離計測回路２７外にアクセス可能に設けられた記憶部（図示せず）に格納されていても、外部から距離計測回路２７に入力されても良い。

（第５実施例）
第５実施例における距離測定装置は、図９と同じ構成を有しても良い。本実施例では、光ビームの一例であるレーザビームで２次元的な走査を行う方式を採用する。

本実施例では、発光タイミング制御部２４が発光制御信号の出力タイミングを決定するのに用いる発光パターンテーブルが、クロックカウントをさらに格納している点で上記第４実施例と異なるが、それ以外は上記第４実施例と同様である。

図１５は、第５実施例における発光パターンテーブルの例を示す図である。図１５中、図１１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部２４は、角度検出部２８から供給される振幅情報からＭＥＭＳミラー２６２のミラー角度を求め、図１５の如き発光パターンテーブルを用いることで、レーザビームを等角度間隔で出射させることができる。図１１は、ミラー角度θ（deg）に対し、発光パターンテーブルがレーザビームの出射角度Θ（deg）、往路分のクロックカウント、及び黒丸印で示す発光パターンをｎ＝１〜Ｎについて格納している例を示す。レーザビームの水平方向の往復走査のうち往路のみでサンプリングを行う場合、各往路でＮ点毎にサンプリングを行う。

図１６は、往路分のクロックカウントを説明する図である。図１６中、（ａ）はＭＥＭＳミラー２６２のミラー角度、（ｂ）はクロック生成部２３が生成するクロック、（ｃ）は角度検出部２８が出力しクロック生成部２３におけるクロックカウントの開始トリガとなる基準位置信号を、夫々任意単位で示す。また、ＳＲはサンプリング領域を示す。

発光タイミング制御部２４は、発光パターンテーブルに格納された、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を参照し、クロック生成部２３から供給されるクロックのクロックカウントと一致した時点で発光制御信号を出力する。このような発光タイミングの補正を行うことにより、温度変化などの原因でＭＥＭＳミラー２６２のミラー角度の振幅変動が発生しても、レーザビームの実際の出射角度が発光パターンテーブルに設定されている出射角度からずれてしまうことを防止できる。

図１５では、説明の便宜上、水平方向のサンプリングは、レーザビームの水平方向の往復走査のうち往路のみで行う場合を説明しており、クロックカウントは往路分のカウントに相当するが、水平方向のサンプリングは、往路と復路の両方で行うようにしても良い。

図１７は、第５実施例における発光パターンテーブルの他の例を示す図である。図１７中、図１５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部２４は、角度検出部２８から供給される振幅情報からＭＥＭＳミラー２６２のミラー角度を求め、図１７の如き発光パターンテーブルを用いることで、レーザビームを等角度間隔で出射させることができる。図１７は、ミラー角度θ（deg）に対し、発光パターンテーブルがレーザビームの出射角度Θ（deg）、往路及び復路分のクロックカウント、及び黒丸印で示す発光パターンをｎ＝１〜Ｎについて格納している例を示す。レーザビームの水平方向の往復走査の往路と復路の両方でサンプリングを行う場合、往復路で２Ｎ点毎にサンプリングを行う。

図１８は、往路及び復路分のクロックカウントを説明する図である。図１８中、（ａ）はＭＥＭＳミラー２６２のミラー角度、（ｂ）はクロック生成部２３が生成するクロック、（ｃ）は角度検出部２８が出力しクロック生成部２３におけるクロックカウントの開始トリガとなる基準位置信号を、夫々任意単位で示す。また、ＳＲはサンプリング領域を示す。

図１９は、第５実施例の第１のモードにおける動作を説明するフローチャートである。図１９において、発光タイミング制御部２４は、ステップＳ５１でクロック生成部２３からのクロックに基づき、ｎの値を参照し、ステップＳ５２で図１７に示す発光パターンテーブル中の同じｎの値の参照位置を決定する。発光タイミング制御部２４は、ステップＳ５３でクロック生成部２３からのクロックカウントを取得し、ステップＳ５４で上記の如く決定されたｎの値の参照位置に対応するクロックカウントが取得したクロックカウントであるか否かを判定する。ステップＳ５４の判定結果がＮＯであると、処理はステップＳ５３へ戻る。一方、ステップＳ５４の判定結果がＹＥＳであると、発光タイミング制御部２４は、ステップＳ５５で発光タイミングであると認識して発光制御信号をＬＤ及びＬＤ駆動部２６１へ出力し、処理はステップＳ５１へ戻る。

また、レーザビームの水平方向の往復走査の往路と復路の両方でサンプリングを行う場合、水平方向のサンプル点に関しては、ＭＥＭＳミラー２６２に対して、図２０に示す如くクロック１つと基準位置を２つ設け、夫々の基準位置にてクロックのカウントアップ及びカウントダウンを行うことで、往路と復路について発光パターンテーブルを共通化するようにしても良い。

図２０は、往路及び復路分のクロックカウントの他の例を説明する図である。図２０中、（ａ）はクロック、（ｂ）はクロックのカウントアップ開始トリガとなる第１の基準位置信号ｒｓ１、（ｃ）はクロックのカウントアップ停止トリガとなる第２の基準位置信号ｒｓ２、（ｄ）はクロックのカウントダウン開始トリガとなる第２の基準位置信号ｒｓ２、（ｅ）はクロックのカウントダウン停止トリガとなる第１の基準位置信号ｒｓ１を、夫々任意単位で示す。また、ＳＲはサンプリング領域を示す。

図２０に示すように、レーザビームの水平方向の往路走査についてはＭＥＭＳミラー２６２のミラー角度が最初の基準点１に到達して角度検出部２８が（ｂ）の第１の基準位置信号ｒｓ１を出力すると当該第１の基準位置信号ｒｓ１をクロックのカウントアップの開始トリガに用いる。ミラー角度が最初の基準点２に到達して角度検出部２８が（ｃ）の第２の基準位置信号ｒｓ２を出力すると当該第２の基準位置信号ｒｓ２をクロックのカウントアップの停止トリガに用いる。また、ミラー角度が次の基準点に到達して角度検出部２８が（ｄ）の第２の基準位置信号ｒｓ２を出力すると当該第２の基準位置信号ｒｓ２をクロックのカウントダウンの開始トリガに用いる。ミラー角度が次の基準点１に到達して角度検出部２８が（ｅ）の第１の基準位置信号ｒｓ１を出力すると当該第１の基準位置信号ｒｓ１をクロックのカウントダウンの停止トリガ（または、リセットトリガ）に用いる。

なお、第２のモードにおける発光パターンは、上記第４実施例の場合と同様で良いため、その説明は省略する。

図２１は、距離測定処理を実行するコンピュータの一例を示すブロック図である。図２１に示すコンピュータ５００は、プロセッサの一例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１、記憶部５０２、及びインタフェース（Ｉ／Ｆ）５０３がバス５０４で接続された構成を有する。記憶部５０２は、ＣＰＵ５０１が実行するプログラム、上記発光パターンテーブルのデータ、閾値、ＣＰＵ５０１が実行する演算の中間結果などの各種データを格納する。Ｉ／Ｆ５０３は、コンピュータ５００を外部装置と有線、無線、または有線と無線の組み合わせで通信可能に接続する。

記憶部５０２が格納するプログラムには、ＣＰＵ５０１に上記距離測定処理を実行させるためのプログラムを含んでも良い。記憶部５０２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、コンピュータ読取可能な記憶媒体で形成可能である。プログラムは、コンピュータ５００を図１に示す切り替え制御部１２、発光タイミング制御部１４、及び距離計測回路１７として機能させるものであっても、コンピュータ５００を図９に示す切り替え制御部２２、発光タイミング制御部２４、及び距離計測回路２７として機能させるものであっても良い。また、プログラムは、コンピュータ５００をさらに図１に示す回転制御部１５として機能させるものであっても、コンピュータ５００をさらに図９に示す角度検出部２８及びＭＥＭＳ駆動回路２９の少なくとも一方として機能させるものであっても良い。

上記実施例では、説明の便宜上、距離測定装置が車両に搭載されている場合について説明したが、開示の距離測定装置は、車両からの障害物検知に限らず、例えば測定者から対象物までの距離の計測、気球などに搭載して上空から行う地上の構造物の形状調査、鉄道のホームにおける車両と開閉扉間の人検知、監視システムなどで利用可能である。このように、距離測定装置は、人により把持されても、移動可能な装置に搭載されても、固定型の装置に搭載されても良い。

開示の距離測定装置によれば、状況に応じてモードを第１のモードまたは第２のモードに切り替えることで、距離データの更新遅延を生じることなく、また、高価なレーザを使用することなく、比較的安価で比較的簡単な回路で測定距離の精度と走査角度分解能を向上可能となる。

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）
光ビームにより対象物を走査する距離測定装置であって、
前記対象物で反射された光ビームに基づいて前記対象物までの距離を求める距離計測回路と、
前記距離が閾値以上の場合は連続する所定回数の走査におけるサンプリング位置が重ならないように前記光ビームの出射角度を制御する第１のモードを指定し、前記距離が前記閾値未満の場合は各走査におけるサンプリング位置が重なるように前記光ビームの出射角度を制御する第２のモードを指定する制御手段を備えたことを特徴とする距離測定装置。
（付記２）
前記制御手段は、前記距離と前記閾値の比較の結果に基づき、前記第１のモード及び前記第２のモード間で切り替えを行うことを特徴とする付記１記載の距離測定装置。
（付記３）
前記制御手段は、前記距離と前記閾値の大小関係が変化した後連続する複数の走査で変化しないと前記切り替えを行うことを特徴とする付記２記載の距離測定装置。
（付記４）
前記制御手段は、前記距離が前記閾値未満の場合、及び、前記距離測定装置の速度が閾値速度未満の場合に、前記第２のモードへの切り替えを行うことを特徴とする付記２または３記載の距離測定装置。
（付記５）
前記距離計測回路は、前記第１のモードでは、前記所定回数の走査のサンプリング位置のデータを重ねた距離データに基づき前記距離を求め、前記第２のモードでは、各走査で重なるサンプリング位置のデータの平均の距離データに基づき前記距離を求めることを特徴とする、付記１乃至４のいずれか１項記載の距離測定装置。
（付記６）
前記光ビームを１次元的に走査させる光学的走査部を更に備えたことを特徴とする、付記１乃至５のいずれか１項記載の距離測定装置。
（付記７）
前記光ビームを２次元的に走査させる光学的走査部を更に備えたことを特徴とする、付記１乃至５のいずれか１項記載の距離測定装置。
（付記８）
コンピュータに、光ビームの走査により対象物までの距離を測定させるプログラムであって、
測定した距離が閾値以上の場合は連続する所定回数の走査におけるサンプリング位置が重ならないように前記光ビームの出射角度を制御する第１のモードを指定する手順と、
前記測定した距離が前記閾値未満の場合は各走査におけるサンプリング位置が重なるように前記光ビームの出射角度を制御する第２のモードを指定する手順を
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９）
前記測定した距離と前記閾値の比較の結果に基づき、前記第１のモード及び前記第２のモード間で切り替えを行う手順を前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする付記８記載のプログラム。
（付記１０）
前記切り替えを行う手順は、前記測定した距離と前記閾値の大小関係が変化した後連続する複数の走査で変化しないと行うことを特徴とする付記９記載のプログラム。
（付記１１）
前記切り替えを行う手順は、前記距離が前記閾値未満の場合、及び、前記距離測定装置の速度が閾値速度未満の場合に、前記第２のモードへの切り替えを行うことを特徴とする付記９または１０記載のプログラム。
（付記１２）
前記第１のモードでは、前記所定回数の走査のサンプリング位置のデータを重ねた距離データに基づき前記距離を求める手順と、
前記第２のモードでは、各走査で重なるサンプリング位置のデータの平均の距離データに基づき前記距離を求める手順
を前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする、付記８乃至１１のいずれか１項記載のプログラム。
（付記１３）
光ビームの走査により対象物までの距離を距離測定装置の距離計測回路で測定し、
測定した距離が閾値以上の場合は前記距離測定装置の制御手段により連続する所定回数の走査におけるサンプリング位置が重ならないように前記光ビームの出射角度を制御する第１のモードを指定し、
前記測定した距離が前記閾値未満の場合は前記制御手段により各走査におけるサンプリング位置が重なるように前記光ビームの出射角度を制御する第２のモードを指定することを特徴とする距離測定方法。
（付記１４）
前記制御手段により前記測定した距離と前記閾値の比較の結果に基づき、前記第１のモード及び前記第２のモード間で切り替えを行うことを特徴とする付記１３記載の距離測定方法。
（付記１５）
前記切り替えは、前記測定した距離と前記閾値の大小関係が変化した後連続する複数の走査で変化しないと行うことを特徴とする付記１４記載の距離測定方法。
（付記１６）
前記切り替えは、前記距離が前記閾値未満の場合、及び、前記距離測定装置の速度が閾値速度未満の場合に、前記第２のモードへの切り替えを行うことを特徴とする付記１４または１５記載の距離測定方法。
（付記１７）
前記第１のモードでは、前記所定回数の走査のサンプリング位置のデータを重ねた距離データに基づき前記距離を求め、前記第２のモードでは、各走査で重なるサンプリング位置のデータの平均の距離データに基づき前記距離を求めることを特徴とする、付記１３乃至１６のいずれか１項記載の距離測定方法。

以上、開示の距離測定装置、距離測定方法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。

１０，２０ 距離測定装置
１１，２１ 速度センサ
１２，２２ 切り替え制御部
１４，２４ 発光タイミング制御部
１６，２６ 光入出力部
１７，２７ 距離計測回路
５０１ ＣＰＵ
５０２ 記憶部

Claims (7)

1. 光ビームにより対象物を走査する距離測定装置であって、
   前記対象物で反射された光ビームに基づいて前記対象物までの距離を求める距離計測回路と、
   前記距離が閾値以上の場合は連続する所定回数の走査におけるサンプリング位置が重ならないように前記光ビームの出射角度を制御する第１のモードを指定し、前記距離が前記閾値未満の場合は各走査におけるサンプリング位置が重なるように前記光ビームの出射角度を制御する第２のモードを指定する制御手段を備えたことを特徴とする距離測定装置。
2. 前記制御手段は、前記距離と前記閾値の比較の結果に基づき、前記第１のモード及び前記第２のモード間で切り替えを行うことを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
3. 前記制御手段は、前記距離と前記閾値の大小関係が変化した後連続する複数の走査で変化しないと前記切り替えを行うことを特徴とする請求項２記載の距離測定装置。
4. 前記制御手段は、前記距離が前記閾値未満の場合、及び、前記距離測定装置の速度が閾値速度未満の場合に、前記第２のモードへの切り替えを行うことを特徴とする請求項２または３記載の距離測定装置。
5. 前記距離計測回路は、前記第１のモードでは、前記所定回数の走査のサンプリング位置のデータを重ねた距離データに基づき前記距離を求め、前記第２のモードでは、各走査で重なるサンプリング位置のデータの平均の距離データに基づき前記距離を求めることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項記載の距離測定装置。
6. コンピュータに、光ビームの走査により対象物までの距離を測定させるプログラムであって、
   測定した距離が閾値以上の場合は連続する所定回数の走査におけるサンプリング位置が重ならないように前記光ビームの出射角度を制御する第１のモードを指定する手順と、
   前記測定した距離が前記閾値未満の場合は各走査におけるサンプリング位置が重なるように前記光ビームの出射角度を制御する第２のモードを指定する手順を
   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。
7. 光ビームの走査により対象物までの距離を距離測定装置の距離計測回路で測定し、
   測定した距離が閾値以上の場合は前記距離測定装置の制御手段により連続する所定回数の走査におけるサンプリング位置が重ならないように前記光ビームの出射角度を制御する第１のモードを指定し、
   前記測定した距離が前記閾値未満の場合は前記制御手段により各走査におけるサンプリング位置が重なるように前記光ビームの出射角度を制御する第２のモードを指定することを特徴とする距離測定方法。

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