JP2022048529A - レーザセンサ、姿勢認識システム、およびミラー制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＥＭＳミラーを同期させることができるレーザセンサ、ミラー制御方法、および姿勢認識システムを提供する。【解決手段】 レーザセンサは、発光装置のレーザ光の反射方向を、共振方向の第１軸および非共振方向の第２軸で走査するＭＥＭＳミラーと、前記第１軸の駆動周期に基づいて決定されるタイミングを用いて、前記第２軸の駆動周期を、他のレーザセンサに搭載されたＭＥＭＳミラーの前記第２軸の駆動周期と同期させる制御を行なう同期制御部と、を備える。【選択図】 図５

Description

本件は、レーザセンサ、姿勢認識システム、およびミラー制御方法に関する。

発光素子、ＭＥＭＳミラー、および受光素子を備えた複数のレーザセンサを同期させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。ＭＥＭＳミラーについては、例えば、特許文献２などで開示されている。

特開２０１８－６３２２８号公報 特開２００４－１７７９５７号公報

ＭＥＭＳミラーは、共振方向の第１軸および非共振方向の第２軸を利用して走査している。共振周波数は、ＭＥＭＳミラーの個体ごとにバラツキが生じる場合がある。共振周波数の差が大きい複数のＭＥＭＳミラーを同期させようとすると、ＭＥＭＳミラーが破損するおそれがある。

１つの側面では、本件は、ＭＥＭＳミラーを同期させることができるレーザセンサ、ミラー制御方法、および姿勢認識システムを提供することを目的とする。

１つの態様では、レーザセンサは、発光装置のレーザ光の反射方向を、共振方向の第１軸および非共振方向の第２軸で走査するＭＥＭＳミラーと、前記第１軸の駆動周期に基づいて決定されるタイミングを用いて、前記第２軸の駆動周期を、他のレーザセンサに搭載されたＭＥＭＳミラーの前記第２軸の駆動周期と同期させる制御を行なう同期制御部と、を備える。

他の態様では、姿勢認識システムは、発光装置のレーザ光の反射方向を共振方向の第１軸および非共振方向の第２軸に走査するＭＥＭＳミラーを備える第１レーザセンサと第２レーザセンサと、前記第１レーザセンサおよび前記第２レーザセンサのセンシング結果を用いて測距対象の姿勢を認識する認識部と、を備え、前記第２レーザセンサは、前記第１軸の駆動周期に基づいて決定されるタイミングを用いて、前記第２軸の駆動周期を、前記第２レーザセンサのＭＥＭＳミラーの前記第２軸の駆動周期と同期させる制御を行なう。

ＭＥＭＳミラーを同期させることができる。

実施形態に係る計測システムの全体構成を例示する概略図である。 ＴＯＦ方式の説明図である。 （ａ）はスレーブフレームパルスを例示する図であり、（ｂ）はスレーブラインパルスを例示する図であり、（ｃ）はフレームパルスのタイミングに応じて生成される垂直駆動信号を例示する図であり、（ｄ）はラインパルスのタイミングに応じて生成される水平駆動信号を例示する図である。 垂直方向の１往復の間の無効画素領域と有効画素領域との関係を例示する図である。 同期制御回路の詳細を例示するブロック図である。 姿勢認識システムの動作の一例を表すフローチャートである。 ステップＳ２３の同期制御の一例を表すフローチャートである。 図７の同期制御が繰り返される場合のカウンタ値の変動を表す図である。 ステップＳ３２～ステップＳ３５の詳細を例示する図である。 ステップＳ３２→ステップＳ３３→ステップＳ３６→ステップＳ３５の詳細を例示する図である。 ステップＳ３２→ステップＳ３７→ステップＳ３８→ステップＳ３５の詳細を例示する図である。 ステップＳ３２→ステップＳ３７→ステップＳ３９→ステップＳ３５の詳細を例示する図である。 （ａ）および（ｂ）は基準装置の駆動周期を例示する図である。 （ａ）～（ｄ）は調整対象装置の駆動周期を例示する図である。 同期制御される場合の水平駆動信号について説明するための図である。 計測システムの適用例を例示する図である。 ハードウェア構成を例示する図である。

以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る姿勢認識システム３００の全体構成を例示する概略図である。図１で例示するように、姿勢認識システム３００は、複数のレーザセンサ１００ａ，１００ｂ、制御装置２００などを備える。複数のレーザセンサ１００ａ，１００ｂおよび制御装置２００は、有線または無線によりネットワーク接続されている。

本実施形態においては、レーザセンサ１００ａがマスタとして機能し、レーザセンサ１００ｂがスレーブとして機能するものとする。すなわち、レーザセンサ１００ａが同期制御の基準となる装置（以下、基準装置と称する）であり、レーザセンサ１００ｂが同期制御の対象となる装置（以下、調整対象装置と称する）であるものとする。

レーザセンサ１００ｂは、発光装置１１、ＭＥＭＳミラー１２、受光レンズ１３、受光素子１４、メイン制御部２０、基準クロック生成部３０、同期制御部４０、発光信号生成部５０、レーザ発光部６０、駆動信号生成部７０、飛行時間測定部８０などを備える。レーザセンサ１００ａも、レーザセンサ１００ｂと同様の構成を有する。

発光装置１１は、レーザ発光部６０の指示に従ってレーザ光を出射する装置であり、半導体レーザなどの発光素子を備える。発光装置１１は、一例として、所定のサンプリング周期でパルス光を出射する。発光信号生成部５０は、レーザ発光部６０を制御する。レーザ発光部６０が発光装置１１にパルス光の出射を指示するタイミングは、発光信号生成部５０から飛行時間測定部８０に送られる。すなわち、飛行時間測定部８０は、パルス光の出射タイミングを取得する。

ＭＥＭＳミラー１２は、Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍミラーであって、３次元に出射するレーザ光の角度を変化させるミラーである。ＭＥＭＳミラー１２は、２軸回転式のミラーであって、例えば水平軸の回転角度および垂直軸の回転角度が変化することによって、出射するレーザ光の角度が３次元に変化する。水平軸の回転角度を水平角度Ｈと称し、垂直軸の回転角度を垂直角度Ｖと称する。駆動信号生成部７０は、ＭＥＭＳミラー１２の水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖを指示する。発光装置１１から出射されたパルス光は、ＭＥＭＳミラー１２の水平角度Ｈおよび垂直角度Ｖに応じて偏向される。

ＭＥＭＳミラー１２によって反射されたパルス光は、測距対象に照射され、散乱（反射）され、受光レンズ１３に戻る。この戻り光は、受光レンズ１３で集光され、受光素子１４で受光される。

飛行時間測定部８０は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ＯＦ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を採用することによって、測距対象までの距離を測定する。図２は、ＴＯＦ方式の説明図である。図２で例示するように、飛行時間測定部８０は、発光装置１１がレーザパルスを出射して戻り光が測距対象から戻ってくるまでの往復時間（ΔＴ）を計測し、光速を乗算することによって、測距対象までの距離を算出する。飛行時間測定部８０は、発光装置１１がパルス光を射出するごとに距離計測を行なうことができるため、サンプリング周期で距離計測を行なうことができる。

制御装置２００は、レーザセンサ１００ａおよびレーザセンサ１００ｂの動作タイミングを規定する基準クロック信号の周波数を、レーザセンサ１００ａおよびレーザセンサ１００ｂに送信する。制御装置２００から送信された周波数は、メイン制御部２０が受信する。

レーザセンサ１００ａは、レーザセンサ１００ａのフレームパルス（マスタフレームパルス）およびラインパルス（マスタラインパルス）を、レーザセンサ１００ａ内と外部とに送る。フレームパルスおよびラインパルスの詳細については、後述する。

メイン制御部２０は、制御装置２００から受信した周波数を基準クロック生成部３０に送る。基準クロック生成部３０は、受け取った周波数の基準クロック信号を生成する。基準クロック生成部３０が生成した基準クロック信号は、メイン制御部２０および同期制御部４０に送られる。また、メイン制御部２０は、マスタフレームパルスおよび調整閾値を同期制御部４０に送る。また、メイン制御部２０は、基準クロック信号を用いてフレームパルス（スレーブフレームパルス）およびラインパルス（スレーブラインパルス）を生成して駆動信号生成部７０に送るとともに、スレーブフレームパルスを同期制御部４０に送る。

同期制御部４０は、受け取ったマスタフレームパルスおよび調整閾値に応じて、受け取ったスレーブフレームパルスを調整し、発光信号生成部５０および駆動信号生成部７０に送る。発光信号生成部５０および駆動信号生成部７０の動作タイミングは、メイン制御部２０から受け取ったスレーブラインパルスと、調整部４２から受け取ったスレーブフレームパルスとに応じて規定される。

ＭＥＭＳミラー１２は、垂直軸および水平軸の２軸で駆動することで、発光装置１１からの反射光を走査範囲内で走査する。図３（ａ）は、メイン制御部２０が出力するスレーブフレームパルス（垂直駆動タイミング信号）を例示する図である。フレームパルスは、ＭＥＭＳミラー１２が走査範囲の走査開始タイミングで出力される信号である。したがって、フレームパルスは、ＭＥＭＳミラー１２が走査範囲を１度走査するごとに出力される。

図３（ｂ）は、メイン制御部２０が出力するスレーブラインパルス（水平駆動タイミング信号）を例示する図である。ラインパルスは、ＭＥＭＳミラー１２が走査範囲の各ラインの走査開始タイミングで出力される信号である。したがって、ラインパルスは、ＭＥＭＳミラー１２が各ラインを１度走査するごとに出力される。本実施形態においては、走査範囲に１０００本のラインが含まれている。したがって、フレームパルスの１周期に、ラインパルスが１０００回出力されることになる。

図３（ｃ）は、フレームパルスのタイミングに応じて駆動信号生成部７０で生成される垂直駆動信号を例示する図である。図３（ｃ）において、横軸は時間を表し、縦軸は垂直方向の相対走査角度を表す。縦軸の「－１」が、垂直方向の最も小さい走査角度を表している。縦軸の「１」が、垂直方向の最も大きい走査角度を表している。この垂直方向の相対走査角度が「－１」と「１」との間を往復することで、垂直方向の走査角度が一往復する。垂直方向の相対走査角度を１０００分割した各角度は、各ラインに対応する。

図３（ａ）で例示するフレームパルスのタイミングから次のフレームパルスのタイミングまでに、垂直方向の走査角度の一往復が完了する。本実施形態においては、一例として、水平方向の往復が８８０回行われる間に、垂直方向の走査角度が「－１」から「１」まで線形変化する。その後、水平方向の往復が１２０回行われる間に、垂直方向の走査角度が「１」から「－１」に線形変化する。このように、水平方向の往復が１０００回行われる間に、垂直方向の往復が１回行われる。垂直方向の往復が繰り返される周波数は約２８Ｈｚであり、水平方向の往復が繰り返される周波数は約２８ｋＨｚである。

図３（ｄ）は、ラインパルスのタイミングに応じて駆動信号生成部７０で生成される水平駆動信号を例示する図である。図３（ｄ）において、横軸は時間を表し、縦軸は水平方向の相対走査角度を表す。縦軸の「－１」が、水平方向の最も小さい走査角度を表している。縦軸の「１」が、水平方向の最も大きい走査角度を表している。この水平方向の相対走査角度が「－１」と「１」との間を往復することで、水平方向の走査角度が一往復する。水平駆動信号は、正弦波となる。

図３（ｂ）で例示するラインパルスのタイミングから次のラインパルスのタイミングまでに、水平方向の走査角度の一往復が完了する。本実施形態においては、一例として、「０．９５」から「－０．９５」までの往路で４０点のサンプリング（距離計測）が行われ、次の「－０．９５」から「０．９５」までの復路で４０点のサンプリング（距離計測）が行われる。サンプリング間隔は、一例として、３２０ｎｓである。

図４は、このような垂直方向の１往復の間の、無効画素領域と有効画素領域との関係を例示する図である。図４の例は、ラスター走査仕様を表している。有効画素領域とは、サンプリングが行われる領域である。無効画素領域とは、サンプリングが行われない領域である。したがって、無効画素領域では、発光装置１１が発光していない。図４で例示するように、無効ラインは２００ラインとなり、有効ラインは８００ラインとなる。また、水平往路の一部が有効画素領域となり、水平復路の一部が有効画素領域となる。

各ラインパルスは、基準クロック信号の各パルスに対応して生成される。したがって、基準クロック信号の周期で、ラインパルスが生成され、水平方向の走査角度が一往復する。基準クロック信号の１０００回分のパルス周期で、フレームパルスが生成され、垂直方向の走査角度が一往復する。

ＭＥＭＳミラー１２は、走査速度を大きくしかつ駆動角度を大きくするために、水平軸および垂直軸の２軸のうち少なくとも１軸については、通常共振を利用している。本実施形態においては、一例として、往復回数が多い水平方向に通常共振が利用されている。共振周波数は、製造時のバラツキにより個体差が生じる場合がある。したがって、たとえば、水平共振および垂直非共振でラスタースキャンを行った場合、個体毎に水平方向の走査速度が異なり、フレームレートが異なるおそれがある。水平方向の共振周波数の大きく異なる２つのＭＥＭＳミラー１２を同期させる場合、水平方向の振り角が十分に得られないばかりか、当該２つのＭＥＭＳミラー１２の破壊を引き起こすおそれがある。一方で、共振周波数の近いＭＥＭＳミラー１２を一定数用意することは、製造精度上困難である。

そこで、本実施形態においては、複数のレーザセンサ間でＭＥＭＳミラー１２の個体差に起因する共振点のズレを補正し、複数のレーザセンサ間でＭＥＭＳミラーを同期させる構成を有している。

図５は、同期制御部４０の詳細を例示するブロック図である。図５で例示するように、同期制御部４０は、カウンタ４１および調整部４２を備える。カウンタ４１は、レーザセンサ１００ａのマスタフレームパルスおよび基準クロック信号を受け取る。調整部４２は、基準クロック信号および調整閾値を受け取る。

カウンタ４１は、基準クロック信号のパルスをカウントする。初期設定では、カウント値の最小値は０であり、カウント値の最大値（カウンタ値）は９９９である。このように、カウンタ４１は、基準クロック信号のカウンタ値分のパルスをカウントする。カウント値がカウンタ値に到達すると次はまた０に戻る。したがって、カウント値は、０からカウンタ値までの値をとることになる。カウンタ４１は、基準装置であるレーザセンサ１００ａからマスタフレームパルスを受け取った時点でのカウント値を調整部４２に送る。なお、基準装置であるレーザセンサ１００ａは、基準クロック信号の１０００回分のパルスを１周期としてマスタフレームパルスを出力してくる。例えば、レーザセンサ１００ａでもレーザセンサ１００ｂでも、カウント値が０のタイミングでフレームパルスを出力するものとする。レーザセンサ１００ａとレーザセンサ１００ｂとが同期していれば、レーザセンサ１００ａのカウント値が０となるタイミングでレーザセンサ１００ｂのカウント値も０となっている。しかしながら、レーザセンサ１００ａとレーザセンサ１００ｂとが同期していなければ、レーザセンサ１００ａのカウント値とレーザセンサ１００ｂのカウント値との間に差異が生じることになる。

調整部４２は、カウンタ４１から受け取ったカウント値から、レーザセンサ１００ａとレーザセンサ１００ｂと間の位相進遅量を算出する。例えば、レーザセンサ１００ａではカウント値が０のタイミングでマスタフレームパルスが出力されるため、調整部４２が受け取るカウント値が０以外であれば、位相差が生じていることになる。そこで、調整部４２は、算出した位相進遅量に応じて、カウンタ値を調整する。更新されたカウンタ値は、カウンタ４１にフィードバックされ、再度次回のマスタフレームパルス（レーザセンサ１００ａのフレームパルス）との比較に使用される。

調整部４２は、調整したカウンタ値と基準クロック信号とを用いて、メイン制御部２０から受け取ったフレームパルスを調整する。具体的には、調整後のカウンタ値を用いてカウンタ４１がカウントした場合にカウント値が０となるタイミングでフレームパルスが出力されるようにする。

図６は、姿勢認識システム３００の動作の一例を表すフローチャートである。図６で例示するように、制御装置２００は、周波数をレーザセンサ１００ａおよびレーザセンサ１００ｂに送信する（ステップＳ１）。

レーザセンサ１００ａのメイン制御部２０は、制御装置２００から受信した周波数の基準クロック信号を用いてマスタラインパルスを生成し（ステップＳ１１）、マスタフレームパルスを生成する（ステップＳ１２）。レーザセンサ１００ａのメイン制御部２０は、マスタフレームパルスをレーザセンサ１００ｂに転送する（ステップＳ１３）。その後、レーザセンサ１００ａにおいて、レーザ発光部６０はサンプリング周期でパルス光を出射し、駆動信号生成部７０はマスタフレームパルスおよびマスタラインパルスに応じて駆動信号を生成してＭＥＭＳミラー１２を制御する。すなわち、レーザセンサ１００ａでは、同期制御部４０による同期制御が行われない。レーザセンサ１００ａでは、飛行時間測定部８０は、サンプルリング周期で距離測定を行なう（ステップＳ１４）。距離測定の結果は、制御装置２００に送られる。

レーザセンサ１００ｂのメイン制御部２０は、制御装置２００から受信した周波数の基準クロック信号を用いてスレーブラインパルスを生成し（ステップＳ２１）、スレーブフレームパルスを生成する（ステップＳ２２）。次に、同期制御部４０は、同期処理を行なう（ステップＳ２３）。それにより、スレーブフレームパルスが調整される。

その後、レーザセンサ１００ｂにおいて、レーザ発光部６０はサンプリング周期でパルス光を出射し、駆動信号生成部７０はスレーブフレームパルスおよびスレーブラインパルスに応じて駆動信号を生成してＭＥＭＳミラー１２を制御する。飛行時間測定部８０は、サンプルリング周期で距離測定を行なう（ステップＳ２４）。距離測定の結果は、制御装置２００に送られる。

制御装置２００は、ステップＳ１４の距離測定の結果およびステップＳ２４の距離測定の結果を用いて測距対象の３次元の形状を再現することで、当該測距対象の姿勢を認識する（ステップＳ２）。

図７は、ステップＳ２３の同期制御の一例を表すフローチャートである。図７で例示するように、レーザセンサ１００ｂのカウンタ４１は、レーザセンサ１００ａからのマスタフレームパルスが入力されたタイミングでの、レーザセンサ１００ｂのスレーブフレームパルスのカウント値を取得する（ステップＳ３１）。取得されたカウント値は、現行カウント値として調整部４２に送られる。

次に、調整部４２は、現行カウント値が最大値（初期値は９９９）の半分未満であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。カウント値が０であれば、レーザセンサ１００ａとレーザセンサ１００ｂとが同期していることになる。０＜カウント値＜最大値の半分であれば、レーザセンサ１００ｂのフレームパルスのタイミングがレーザセンサ１００ａのフレームパルスのタイミングよりも進んでいることになる。

ステップＳ３２で「Ｙｅｓ」と判定された場合、調整部４２は、現行カウント値が調整閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。現行カウント値が調整閾値未満であれば、レーザセンサ１００ｂのフレームパルスがレーザセンサ１００ａのフレームパルスよりも進んでいる量が少ないことになる。現行カウント値が調整閾値以上であれば、レーザセンサ１００ｂのフレームパルスがレーザセンサ１００ａのフレームパルスよりも進んでいる量が多いことになる。

ステップＳ３３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、調整部４２は、旧カウンタ値と現行カウント値との合計を新カウンタ値とする（ステップＳ３４）。旧カウンタ値とは、前回に図７のフローチャートが実行されたときのカウンタ値のことである。図７のフローチャートの初回実行時には、旧カウンタ値は初期カウンタ値のことであり、９９９に設定されている。カウンタ値を大きくすることでカウンタ４１のカウント値が０に戻るタイミングが遅れ、結果的にスレーブフレームパルスが生成されるタイミングが遅れることになる。それにより、レーザセンサ１００ｂのフレームパルスのタイミングとレーザセンサ１００ａのフレームパルスのタイミングとの差異が小さくなる。

次に、調整部４２は、新カウンタ値に基づいてスレーブフレームパルスを生成する（ステップＳ３５）。その後、フローチャートの実行が終了する。

ステップＳ３３で「Ｎｏ」と判定された場合、調整部４２は、旧カウンタ値と調整閾値との合計を新カウンタ値とする（ステップＳ３６）。その後、ステップＳ３５が実行される。

ステップＳ３２で「Ｎｏ」と判定された場合、調整部４２は、現行カウント値が（初期カウンタ値－調整閾値）未満であるか否かを判定する（ステップＳ３７）。現行カウント値が（初期カウンタ値－調整閾値）未満であれば、レーザセンサ１００ｂのフレームパルスがレーザセンサ１００ａのフレームパルスよりも遅れている量が少ないことになる。現行カウント値が（初期カウンタ値－調整閾値）未満）以上であれば、レーザセンサ１００ｂのフレームパルスがレーザセンサ１００ａのフレームパルスよりも遅れている量が多いことになる。

ステップＳ３７で「Ｙｅｓ」と判定された場合、調整部４２は、旧カウンタ値から調整閾値を差し引いた値を新カウンタ値とする（ステップＳ３８）。その後、ステップＳ３５が実行される。

ステップＳ３７で「Ｎｏ」と判定された場合、調整部４２は、旧カウンタ値から、（初期カウンタ値から現行カウント値を差し引いた値）を差し引いた値を新カウンタ値とする（ステップＳ３９）。その後、ステップＳ３５が実行される。

図８は、図７の同期制御が繰り返される場合のカウンタ値の変動を表す図である。まず、初期カウンタ値は、９９９に設定されている。図７の同期制御が行われると、カウンタ値が調整される。同期制御が繰り返されるとカウンタ値がその都度調整される。

図９は、ステップＳ３２～ステップＳ３５の詳細を例示する図である。旧カウンタ値を初期カウンタ値（９９９）とし、調整閾値を３０とする。現行カウント値Ｘが５００未満であれば、レーザセンサ１００ｂのスレーブフレームパルスがレーザセンサ１００ａのマスタフレームパルスに対して進んでいると判断される。現行カウント値Ｘが調整閾値未満であれば、図９で例示するように、旧カウンタ値と現行カウント値Ｘとの合計が新カウンタ値とされる。例えば、旧カウンタ値が初期カウンタ値（９９９）であって現行カウント値が２０であるので、新カウンタ値は１０１９となる。この場合、１０１９までカウントされるまでスレーブフレームパルスが出力されないことになり、スレーブフレームパルスが出力されるタイミングを遅らせることができる。

図１０は、ステップＳ３２→ステップＳ３３→ステップＳ３６→ステップＳ３５の詳細を例示する図である。旧カウンタ値を初期カウンタ値（９９９）とし、調整閾値を３０とする。現行カウント値Ｘが５００未満であれば、レーザセンサ１００ｂのスレーブフレームパルスがレーザセンサ１００ａのマスタフレームパルスに対して進んでいると判断される。この場合、現行カウント値Ｘが調整閾値以上であれば、図１０で例示するように、旧カウンタ値と調整閾値との合計が新カウンタ値とされる。例えば、旧カウンタ値が初期カウンタ値（９９９）であって調整閾値が３０であるので、新カウンタ値は１０２９となる。この場合、１０２９までカウントされるまでスレーブフレームパルスが出力されないことになり、スレーブフレームパルスが出力されるタイミングを遅らせることができる。

図１１は、ステップＳ３２→ステップＳ３７→ステップＳ３８→ステップＳ３５の詳細を例示する図である。旧カウンタ値を初期カウンタ値（９９９）とし、調整閾値を３０とする。現行カウント値Ｘが５００以上であれば、レーザセンサ１００ｂのスレーブフレームパルスがレーザセンサ１００ａのマスタフレームパルスに対して遅れていると判断される。現行カウント値Ｘが（旧カウンタ値－調整閾値）未満であれば、図１１で例示するように、旧カウンタ値から調整閾値が差し引いた値が新カウンタ値とされる。例えば、旧カウンタ値が初期カウンタ値（９９９）であって現行カウント値が１９であるので、新カウンタ値は９８０となる。この場合、９８０までカウントされるとスレーブフレームパルスが出力されることになるため、スレーブフレームパルスが出力されるタイミングを早めることができる。

図１２は、ステップＳ３２→ステップＳ３７→ステップＳ３９→ステップＳ３５の詳細を例示する図である。旧カウンタ値を初期カウンタ値（９９９）とし、調整閾値を３０とする。現行カウント値Ｘが５００以上であれば、レーザセンサ１００ｂのスレーブフレームパルスがレーザセンサ１００ａのマスタフレームパルスに対して遅れていると判断される。この場合、現行カウント値Ｘが（旧カウンタ値－調整閾値）以上であれば、図１２で例示するように、旧カウンタ値から、（旧カウンタ値から現行カウント値を差し引いた値）を差し引いた値が新カウンタ値とされる。例えば、旧カウンタ値が初期カウンタ値（９９９）であって調整閾値が３０であるので、新カウンタ値は９６９となる。この場合、９６９までカウントされるとスレーブフレームパルスが出力されることになり、スレーブフレームパルスが出力されるタイミングを早めることができる。

図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、基準装置であるレーザセンサ１００ａの駆動周期を例示する図である。図１３（ａ）は、ラインパルスのタイミングに応じて駆動信号生成部７０で生成される水平駆動信号を例示する図である。図１３（ｂ）は、フレームパルスのタイミングに応じて駆動信号生成部７０で生成される垂直駆動信号を例示する図である。図１３（ａ）で例示するように、水平駆動信号は、ａｋＨｚの周波数を有しているものとする。この場合、図１３（ｂ）で例示するように、垂直駆動信号の周波数は、ａ／１０００ｋＨｚとなる。

図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、調整対象装置であるレーザセンサ１００ｂの駆動周期を例示する図である。図１４（ａ）は、ラインパルスのタイミングに応じて駆動信号生成部７０で生成される水平駆動信号を例示する図である。図１４（ｂ）は、フレームパルスのタイミングに応じて駆動信号生成部７０で生成される垂直駆動信号を例示する図である。図１４（ａ）で例示するように、水平駆動信号は、ｂｋＨｚの周波数を有しているものとする。この場合、図１４（ｂ）で例示するように、垂直駆動信号の周波数は、ｂ／１０００ｋＨｚとなる。

本実施例では、ａ≠ｂである場合に、レーザセンサ１００ｂのＭＥＭＳミラー１２の非共振の駆動周期を、レーザセンサ１００ａのＭＥＭＳミラー１２の非共振の駆動周期と同期させることになる。同期の際には水平駆動信号の駆動周期のカウント値である現行カウント値Ｘが用いられる。したがって、図１４（ｄ）で例示するように、レーザセンサ１００ｂのＭＥＭＳミラー１２の垂直駆動信号の周波数が、レーザセンサ１００ａのＭＥＭＳミラー１２の垂直駆動信号の周波数と一致するようになる。

図１５は、同期制御される場合の水平駆動信号について説明するための図である。図１５の上段は、同期制御される前の水平駆動信号を例示する図である。図１５の中段は、水平駆動信号の駆動周期に合わせて同期制御された後の水平駆動信号を例示する図である。水平駆動信号の駆動周期に合わせて同期制御すれば、水平駆動信号は安定する。これに対して、図１５の下段は、水平駆動信号の駆動周期から外れて同期制御された後の水平駆動信号を例示する図である。水平駆動信号の駆動周期から外れて同期制御すると、水平駆動信号が異常となりやすく、ＭＥＭＳミラー１２が不安定となる。また、ＭＥＭＳミラー１２の動作が安定動作に戻るまでの時間も長くなってしまう。

以上のように、本実施例によれば、レーザセンサ１００ｂのＭＥＭＳミラー１２の非共振方向の駆動周期を、共振方向の駆動周期に基づいて決定されるタイミングを用いて、レーザセンサ１００ａのＭＥＭＳミラー１２の非共振方向の駆動周期と同期させる制御が行われる。この構成によれば、複数のＭＥＭＳミラー１２間で共振周波数に個体差があっても、ＭＥＭＳミラー１２の破損や不安定動作を抑制しつつ、ＭＥＭＳミラー１２を同期させることができる。

また、本実施例によれば、レーザセンサ１００ａの無効画素領域のタイミングでレーザセンサ１００ｂの同期制御が行われる。すなわち、レーザセンサ１００ａで発光していないタイミングでレーザセンサ１００ｂの同期制御が行われる。したがって、レーザセンサ１００ａとレーザセンサ１００ｂとの間で、光の干渉を抑制することができる。

図１６は、姿勢認識システム３００の適用例を例示する図である。図１６で例示するように、複数のレーザセンサ１００ａ～１００ｄを設置する。これらのレーザセンサ１００ａ～１００ｄは、姿勢認識対象物（図１６の例では体操選手）を取り囲むように設置される。選手自身の体の一部や、器具によって、陰ができ、選手の体の３Ｄデータが取得できない部分が生じるおそれがある。そこで、選手の表裏から挟み込むようにレーザセンサ１００ａ～１００ｄを設置する。それにより、選手の詳細な３Ｄデータ（姿勢）を測定することができる。このように向かい合うことにより、より干渉が乗りやすくなるので、上記実施形態のような同期技術を用いて干渉を回避することができるようになる。

図１７は、メイン制御部２０、基準クロック生成部３０、同期制御部４０、発光信号生成部５０、レーザ発光部６０、駆動信号生成部７０、および飛行時間測定部８０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図１７で例示するように、これらの各部は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、インタフェース１０４などによって実現される。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。ＣＰＵ１０１が記憶装置１０３に記憶されているプログラムを実行することによって、メイン制御部２０、基準クロック生成部３０、同期制御部４０、発光信号生成部５０、レーザ発光部６０、駆動信号生成部７０、および飛行時間測定部８０が実現される。なお、メイン制御部２０、基準クロック生成部３０、同期制御部４０、発光信号生成部５０、レーザ発光部６０、駆動信号生成部７０、および飛行時間測定部８０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現されてもよい。例えば、同期制御部４０、発光信号生成部５０および駆動信号生成部７０がＦＰＧＡによって実現されてもよい。または、メイン制御部２０、基準クロック生成部３０、同期制御部４０、発光信号生成部５０、レーザ発光部６０、駆動信号生成部７０、および飛行時間測定部８０は、専用の回路などであってもよい。

上記各例において、ＭＥＭＳミラー１２が、発光装置のレーザ光の反射方向を、共振方向の第１軸および非共振方向の第２軸で走査するＭＥＭＳミラーの一例である。同期制御部４０が、前記第１軸の駆動周期に基づいて決定されるタイミングを用いて、前記第２軸の駆動周期を、他のレーザセンサに搭載されたＭＥＭＳミラーの前記第２軸の駆動周期と同期させる制御を行なう同期制御部の一例である。レーザセンサ１００ａが第１レーザセンサの一例であり、レーザセンサ１００ｂが第２レーザセンサの一例である。制御装置２００が、前記第１レーザセンサおよび前記第２レーザセンサのセンシング結果を用いて測距対象の姿勢を認識する認識部の一例である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１１ 発光装置
１２ ＭＥＭＳミラー
１３ 受光レンズ
１４ 受光素子
２０ メイン制御部
３０ 基準クロック生成部
４０ 同期制御部
４１ カウンタ
４２ 調整部
５０ 発光信号生成部
６０ レーザ発光部
７０ 駆動信号生成部
８０ 飛行時間測定部
１００ａ，１００ｂ レーザセンサ
２００ 制御装置
３００ 姿勢認識システム

Claims (6)

1. 発光装置のレーザ光の反射方向を、共振方向の第１軸および非共振方向の第２軸で走査するＭＥＭＳミラーと、
   前記第１軸の駆動周期に基づいて決定されるタイミングを用いて、前記第２軸の駆動周期を、他のレーザセンサに搭載されたＭＥＭＳミラーの前記第２軸の駆動周期と同期させる制御を行なう同期制御部と、を備えることを特徴とするレーザセンサ。
2. 前記第１軸の駆動周期は、クロック信号のパルス周期に応じて決定され、
   前記同期制御部は、前記第２軸の駆動周期を、前記クロック信号のパルス周期単位で調整することを特徴とする請求項１に記載のレーザセンサ。
3. 前記同期制御部は、前記第２軸の駆動周期の位相と、前記他のレーザセンサに搭載されたＭＥＭＳミラーの第２軸の駆動周期の位相との差異量に応じて、前記第２軸の駆動周期の調整量を決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザセンサ。
4. 前記同期制御部は、前記他のレーザセンサの発光装置が発光していないときに、前記第２軸の駆動周期を、前記他のレーザセンサに搭載されたＭＥＭＳミラーの第２軸の駆動周期と同期させる制御を行なうことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザセンサ。
5. 発光装置のレーザ光の反射方向を、共振方向の第１軸および非共振方向の第２軸に走査するＭＥＭＳミラーの前記第２軸の駆動周期を、前記第１軸の駆動周期に基づいて決定されるタイミングを用いて、他のレーザセンサに搭載されたＭＥＭＳミラーの前記第２軸の駆動周期と同期させる制御を行なう、ことを特徴とするミラー制御方法。
6. 発光装置のレーザ光の反射方向を共振方向の第１軸および非共振方向の第２軸に走査するＭＥＭＳミラーを備える第１レーザセンサと第２レーザセンサと、
   前記第１レーザセンサおよび前記第２レーザセンサのセンシング結果を用いて測距対象の姿勢を認識する認識部と、を備え、
   前記第２レーザセンサは、前記第１軸の駆動周期に基づいて決定されるタイミングを用いて、前記第２軸の駆動周期を、前記第２レーザセンサのＭＥＭＳミラーの前記第２軸の駆動周期と同期させる制御を行なう、ことを特徴とする姿勢認識システム。

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