JP5710279B2 - Optical distance measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、光ビームを対象領域内で走査して該対象領域内に存在する物体の距離を計測する光測距装置に関する。 The present invention relates to an optical distance measuring device that scans a light beam in a target area and measures the distance of an object existing in the target area.
従来から、光ビームを対象領域内で、例えば、リサージュ走査して、対象領域内に存在する対象物までの距離を計測する光測距装置が知られている。この種の光測距装置は、例えば、光ビームを投光する光源部と、この光源部から出射された光ビームを対象領域内で二次元走査する可動部を備えた光走査部(二次元ガルバノミラー)と、光走査部を駆動する駆動部と、対象領域内の対象物によって反射された光ビームを受光する受光部と、光ビームの投光タイミングと反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて対象物までの距離を計測する測距部と、を備えて構成されている。上記駆動部は、例えば、光走査部の直交する二軸(x軸、y軸)回りの各共振周波数近傍の周波数を有する二つの駆動信号を光走査部にそれぞれ供給し、これにより、光走査部の可動部をx軸回り及びy軸回りに、所定の揺動振幅(最大値)及び揺動周期で揺動駆動している(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an optical distance measuring device that measures a distance to a target existing in a target region by, for example, Lissajous scanning of a light beam in the target region. This type of optical distance measuring device includes, for example, an optical scanning unit (two-dimensionally) that includes a light source unit that projects a light beam and a movable unit that two-dimensionally scans the light beam emitted from the light source unit within a target region. A galvanometer mirror), a driving unit that drives the optical scanning unit, a light receiving unit that receives a light beam reflected by an object in the target region, and a time difference between the light beam projection timing and the reflected light reception timing. And a distance measuring unit that measures the distance to the object on the basis thereof. The drive unit supplies, for example, two drive signals having frequencies near the respective resonance frequencies around two orthogonal axes (x-axis and y-axis) of the optical scanning unit to the optical scanning unit. The movable part is driven to swing around the x-axis and the y-axis with a predetermined swing amplitude (maximum value) and swing cycle (see Patent Document 1).
ところで、この種の光測距装置において、光源部から所定の投光タイミングで投光される光ビームを可動部によって二次元走査したときに、光ビームを対象領域内の意図する位置に投光させるためには、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように校正されていなければならない。実際の可動部の各揺動角度が意図した角度からずれてしまっている場合、光測距装置は、実際の光ビームの投光位置が意図した位置からずれているにも関わらず、そのずれた位置からの反射光に基づいて距離を算出し、その算出した距離をあたかも対象領域内の意図した位置までの距離として測距してしまうことになる。ここで、各投光タイミングにおける各揺動角度の値は、供給される各駆動信号の電流値に応じて定まる可動部の各軸回りの揺動振幅(最大値)により、大きく左右されるため、この各揺動振幅(最大値)は、光測距装置の測距精度を左右する重要なパラメータである。 By the way, in this type of optical distance measuring device, when the light beam projected from the light source unit at a predetermined projection timing is two-dimensionally scanned by the movable unit, the light beam is projected to an intended position in the target area. In order to achieve this, it must be calibrated so that the swing angle of each movable portion around each axis at each light projection timing becomes an intended angle. If each swing angle of the actual movable part has deviated from the intended angle, the optical distance measuring device will detect the deviation even though the actual light beam projection position has deviated from the intended position. The distance is calculated based on the reflected light from the determined position, and the calculated distance is measured as if it were a distance to the intended position in the target area. Here, the value of each swing angle at each projection timing is greatly influenced by the swing amplitude (maximum value) around each axis of the movable part determined according to the current value of each drive signal supplied. Each swing amplitude (maximum value) is an important parameter that affects the distance measuring accuracy of the optical distance measuring device.
しかしながら、駆動信号の電流値に応じて定まる実際の各揺動振幅(以下において、「実揺動振幅」と言う。)は、二次元ガルバノミラーの製造ばらつきや経時変化等により変動する可能性もある。そのため、一般的に、この種の光測距装置においては、出荷時や出荷後のメンテナンス時等に、例えば、各実揺動振幅を実測し、この実揺動振幅が設計許容範囲外である場合は、駆動信号の電流値を調整して、実揺動振幅が設計許容範囲に収まるようにしたり、逆に設計値を実測した実揺動振幅に合わせて光測距装置に再設定したりして校正している。この実揺動振幅の求める方法としては、例えば、平面板にレーザ光の走査軌跡を投影し、投影された走査軌跡外縁幅を目視にて計測し、この計測した走査軌跡外縁幅と二次元ガルバノミラーから平面板までの距離とに基づいて、実揺動振幅を求める方法が知られている。しかし、二次元光走査においては、レーザ光を例えば平面板に向けて投影したときの走査軌跡外縁は糸巻き状に歪んでしまい、走査軌跡自体も歪んでしまうという特性があるため、走査軌跡外縁幅に基づく測定では一般的に精度良く実揺動振幅を測定することができないという問題がある。 However, each actual swing amplitude (hereinafter referred to as “actual swing amplitude”) determined according to the current value of the drive signal may vary due to manufacturing variations of the two-dimensional galvanometer mirror, changes with time, and the like. is there. Therefore, in general, in this type of optical distance measuring device, for example, each actual oscillation amplitude is measured at the time of shipment or maintenance after shipment, and this actual oscillation amplitude is outside the design allowable range. In this case, adjust the current value of the drive signal so that the actual swing amplitude falls within the allowable design range, or conversely, reset the design value to the optical distance measuring device according to the actual swing amplitude actually measured. And proofreading. As a method for obtaining the actual oscillation amplitude, for example, a scanning trajectory of laser light is projected on a flat plate, and the projected scanning trajectory outer edge width is visually measured, and the measured scanning trajectory outer edge width and the two-dimensional galvanometer are measured. A method for obtaining the actual oscillation amplitude based on the distance from the mirror to the flat plate is known. However, in two-dimensional optical scanning, the outer edge of the scanning locus when the laser beam is projected onto a flat plate, for example, is distorted in a pincushion shape, and the scanning locus itself is also distorted. In general, there is a problem that the actual oscillation amplitude cannot be measured with high accuracy in the measurement based on the above.
この問題を解決するため、この種の光測距装置においては、テンプレートを用いて実揺動振幅を測定する方法が知られている。このテンプレートは、例えば、光走査部から対象領域内に向かう光ビームの方向(走査方向)と、平面板と光測距装置本体との予め定めた位置関係(距離、傾き)とに基づいて所定の揺動振幅毎に求めた走査軌跡の外縁等が、各走査軌跡を求める際に用いた揺動振幅とが対応付けて描かれた紙等から成るものである。そして、このテンプレートを平面板に貼り付け、平面板と光測距装置本体をテンプレート作成時に用いた位置関係(距離、傾き)になるように設置し、実際の走査軌跡をテンプレートに投影し、投影された走査軌跡の外縁がテンプレート上に予め描かれたどの走査軌跡に略一致するかを目視で確認し、その略一致したテンプレート上の走査軌跡に対応する揺動振幅を実揺動振幅として、実揺動振幅を測定している。 In order to solve this problem, in this type of optical distance measuring device, a method of measuring the actual oscillation amplitude using a template is known. This template is predetermined based on, for example, the direction (scanning direction) of the light beam from the optical scanning unit into the target region and a predetermined positional relationship (distance, inclination) between the flat plate and the optical distance measuring device main body. The outer edge or the like of the scanning trajectory obtained for each swing amplitude is made of paper or the like on which the swing amplitude used for obtaining each scanning trajectory is associated. Then, this template is affixed to a flat plate, and the flat plate and the optical distance measuring device main body are placed so as to have the positional relationship (distance, inclination) used when creating the template, and the actual scanning trajectory is projected onto the template and projected. Visually confirming which scanning locus preliminarily drawn on the template the outer edge of the scanned trajectory is coincident, and using the oscillation amplitude corresponding to the scanning locus on the approximately coincident template as the actual oscillation amplitude, The actual oscillation amplitude is measured.
しかしながら、この種の光測距装置の出荷前等に、上記の様にテンプレートを用いて実揺動振幅を測定する場合、作業者が例えば平面板と光測距装置本体を、テンプレートに描く走査軌跡を求める際に用いた位置関係(距離、傾き)と一致するように配置させることは困難であった。したがって、この種の光測距装置の実揺動振幅の測定においては、テンプレート作成用に予め定めた位置関係と実際の位置関係との間にずれが生じてしまう可能性があるため、実揺動振幅の測定精度は、作業者等による光測距装置本体と平面板等の設置精度によって左右される。また、投影された走査軌跡の外縁がテンプレート上に予め描かれたどの走査軌跡に略一致するかを作業者等による目視で行っていたため、読取誤差が生じるおそれもあった。これらの結果、テンプレートを用いて実揺動振幅を測定し、測定結果に応じて駆動信号の電流値を調整したり、設計値を実測した実揺動振幅の値に合わせて光測距装置に再設定したりして、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように校正しても、その校正精度は、実揺動振幅測定時の作業者の設置精度や読取精度等の作業精度に左右されるという問題があった。 However, when the actual oscillation amplitude is measured using the template as described above before the shipment of this type of optical distance measuring device, the operator scans the flat plate and the optical distance measuring device main body on the template, for example. It was difficult to arrange them so as to coincide with the positional relationship (distance, inclination) used when obtaining the trajectory. Therefore, in the measurement of the actual oscillation amplitude of this type of optical distance measuring device, there is a possibility that a deviation occurs between the positional relationship predetermined for template creation and the actual positional relationship. The measurement accuracy of the dynamic amplitude depends on the installation accuracy of the optical distance measuring device main body and the flat plate by the operator or the like. In addition, since an operator or the like visually checks which scanning locus previously drawn on the template the outer edge of the projected scanning locus coincides, there is a possibility that a reading error may occur. As a result, the actual swing amplitude is measured using the template, the current value of the drive signal is adjusted according to the measurement result, or the design value is adjusted to the actual swing amplitude value to the optical distance measuring device. Even if it is reset and calibrated so that the swing angle around each axis of the movable part at each light projection timing becomes the intended angle, the calibration accuracy is determined by the operator at the actual swing amplitude measurement. There is a problem that it depends on work accuracy such as installation accuracy and reading accuracy.
そこで、本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made paying attention to such a problem, and the swing angle around each axis of the movable portion at each light projection timing is not affected by the work accuracy by the operator or the like. It is an object of the present invention to provide an optical distance measuring device that can be calibrated with high precision so that an intended angle is obtained.
請求項1に係る本発明による光測距装置は、可動部を直交二軸回りに揺動させてパルス光を対象領域内で走査し対象物体までの距離を投光時刻毎に計測する光測距装置において、基準の物体について前記計測した距離の各データに基づき表面形状の凹凸判定をし、前記可動部を各軸回りに揺動させる各駆動信号の電流値の少なくとも一方を、前記各データに基づく前記基準の物体の実測平面度と既知の平面度との誤差が閾値以内になるまで、凹凸判定結果に応じて変更する。 The optical distance measuring device according to the first aspect of the present invention is an optical distance measuring device that scans pulsed light within a target region by swinging a movable part around two orthogonal axes, and measures the distance to the target object at each projection time. In the distance device, the unevenness of the surface shape is determined on the basis of each data of the measured distance with respect to the reference object , and at least one of the current values of the respective drive signals for swinging the movable part around each axis is obtained as the data until such within the threshold value error between the measured flatness and a known flatness of the object of the reference based on the changes in response to irregularities determination result.
請求項2に係る本発明による光測距装置は、可動部を直交二軸回りに揺動させてパルス光を対象領域内で走査し対象物体までの距離を投光時刻毎に計測する光測距装置において、基準の物体について前記計測した距離の各データを、前記可動部の各軸回りの揺動振幅を含む変換パラメータにより変換して得た点群データに基づき表面形状の凹凸判定をし、前記変換パラメータの前記各揺動振幅の少なくとも一方を、前記点群データに基づく前記基準の物体の実測平面度と既知の平面度との誤差が閾値以内になるまで、凹凸判定結果に応じて変更する。 The optical distance measuring device according to the second aspect of the present invention is an optical distance measuring device that scans pulsed light within a target region by swinging a movable part around two orthogonal axes, and measures the distance to the target object at each projection time. In the distance device, the unevenness of the surface shape is determined based on the point cloud data obtained by converting each data of the measured distance with respect to the reference object by the conversion parameter including the swing amplitude around each axis of the movable part. , said at least one of the oscillation amplitude of said transformation parameters until the error is such within threshold values between the measured flatness and a known flatness of the object of the reference based on the point group data, the unevenness determination result Change accordingly .
請求項1に係る本発明による光測距装置によれば、基準の物体までの距離を投光時刻毎に測定し、この測定した距離の各データに基づき基準の物体の表面形状の凹凸判定をし、上記各データに基づく基準の物体の実測平面度と既知の平面度との誤差が予め設定する閾値以内になるまで、可動部を各軸回りに揺動させる各駆動信号の電流値の少なくとも一方を凹凸判定結果に応じて変更することで、実機の各揺動振幅をそれぞれ校正することができる。したがって、請求項1に係る本発明による光測距装置によれば、実測平面度と既知の平面度との誤差の閾値を適切に設定するだけで、凹凸判定結果に応じて実機の揺動振幅を目標値に精度良く合わせ込むことができるため、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光時刻における可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することができる。 According to the optical distance measuring apparatus according to the present invention according to claim 1, the distance to the object of the reference measured every light projecting time, the unevenness determination of the surface shape of an object reference based on each data of distances this measurement And at least a current value of each drive signal that causes the movable part to swing around each axis until an error between the measured flatness of the reference object based on each data and the known flatness is within a preset threshold value. one of the by changing in response to irregularities determination result, it is possible to calibrate each oscillation amplitude of the actual machine, respectively. Therefore, according to the optical distance measuring apparatus according to the present invention according to claim 1, simply by appropriately setting the threshold value of the error between the actual measured flatness and a known flatness, real machine rocking in response to irregularities determination result Since the amplitude can be accurately adjusted to the target value, the swing angle around each axis of the movable part at each light projection time becomes the intended angle without being affected by the work accuracy by the operator or the like. In addition, an optical distance measuring device that can be calibrated with high accuracy can be provided.
請求項2に係る本発明による光測距装置によれば、基準の物体までの距離を投光時刻毎に測定し、可動部の各軸回りの揺動振幅を含む変換パラメータにより上記測定した距離の各データを変換して得た点群データに基づいて、基準の物体の表面形状の凹凸判定をし、変換パラメータの各揺動振幅の少なくとも一方を、点群データに基づく基準の物体の実測平面度と既知の平面度との誤差が予め設定する閾値以内になるまで、凹凸判定結果に応じて変更することで、変換パラメータの各揺動振幅をそれぞれ校正ことができる。したがって、請求項2に係る本発明による光測距装置によれば、実測平面度と既知の平面度との誤差の閾値を適切に設定するだけで、凹凸判定結果に応じて変換パラメータの各揺動振幅の値を実機の各揺動振幅の値に精度良く合わせ込むことができるため、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光時刻における可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することができる。 According to the optical distance measuring device according to the second aspect of the present invention, the distance to the reference object is measured at each projection time, and the distance measured by the conversion parameter including the swing amplitude around each axis of the movable part. each data based on the conversion obtained was point cloud data, the unevenness determination of the surface shape of an object reference, at least one of the oscillation amplitude of the transformation parameters, the measured object reference based on the point cloud data until the error between the flatness and the known flatness is within the threshold value to be set in advance, by changing in response to irregularities determination result, the respective oscillation amplitude of the conversion parameters can calibrate it, respectively. Therefore, according to the optical distance measuring apparatus according to the present invention according to claim 2, only appropriately set the threshold value of the error between the measured flatness and a known flatness, the rocking of the transformation parameters in accordance with the unevenness determination result Since the value of the dynamic amplitude can be accurately adjusted to the value of each swing amplitude of the actual machine, the swing of the movable part around each axis at each projection time is not affected by the work accuracy by the operator etc. It is possible to provide an optical distance measuring device that can be calibrated with high accuracy so that each angle becomes an intended angle.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態による光測距装置の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態による光測距装置1は、パルス状のレーザ光を対象領域内で二次元走査して対象領域内に存在する物体までの距離を計測(測距)するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the optical distance measuring device according to the first embodiment of the present invention.
The optical distance measuring device 1 according to the present embodiment measures (measures) a distance to an object existing in the target region by two-dimensionally scanning the pulsed laser beam in the target region.
本実施形態による光測距装置1は、図1に示すように、二次元走査可能な光走査部2と、光走査部2を駆動する駆動部3と、レーザ光を所定の投光タイミングで投光する光源部4と、投光された光ビームの反射光を受光する受光部5と、光ビームを反射した物体までの距離を計測する測距部6と、測距部6からの距離データを予め設定する変換パラメータを用いて3次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部7と、データ変換部7からの点群データに基づき所定の判定を行う判定部8と、予め設定する駆動電流を変更設定する設定変更部9と、モード設定部10と、画像生成部11と、表示部12と、を備え、駆動電流を変更設定可能な構成である。 As shown in FIG. 1, the optical distance measuring device 1 according to the present embodiment includes an optical scanning unit 2 capable of two-dimensional scanning, a driving unit 3 that drives the optical scanning unit 2, and laser light at a predetermined light projection timing. Distance from the light source unit 4 that projects light, the light receiving unit 5 that receives the reflected light of the projected light beam, the distance measuring unit 6 that measures the distance to the object that reflected the light beam, and the distance from the distance measuring unit 6 A data conversion unit 7 that converts data into point cloud data that indicates a position in a three-dimensional space using conversion parameters that are set in advance, and a determination unit 8 that performs a predetermined determination based on the point cloud data from the data conversion unit 7 And a setting changing unit 9 for changing and setting a preset driving current, a mode setting unit 10, an image generating unit 11, and a display unit 12, and the driving current can be changed and set.
前記光走査部2は、光反射面(ミラー)を有する可動部が互いに直交する第1軸回り及び第2軸回りに揺動可能に形成されており、この可動部が揺動することによって、光反射面に入射される光ビームを対象領域内で二次元走査(例えば、リサージュ走査)することが可能である。このような光走査部2としては、例えば、本出願人により提案された特許第2722314号公報に記載の二次元走査型の半導体ガルバノミラー(以下単に「二次元ガルバノミラー」という)を用いることができる。 The optical scanning unit 2 is formed so that a movable part having a light reflecting surface (mirror) can swing around a first axis and a second axis orthogonal to each other, and the movable part swings, The light beam incident on the light reflecting surface can be two-dimensionally scanned (for example, Lissajous scanning) within the target region. As such an optical scanning unit 2, for example, a two-dimensional scanning semiconductor galvanometer mirror (hereinafter simply referred to as “two-dimensional galvanometer mirror”) described in Japanese Patent No. 2722314 proposed by the present applicant is used. it can.
図2は、光走査部2の具体例としての二次元ガルバノミラー20の構成を示している。
図2に示すように、二次元ガルバノミラー20は、枠状の固定部21と、固定部21の内側に配置されて一対の第1トーションバー22,22によって揺動可能に支持された外側可動部23と、外側可動部23の内側に配置されて第1トーションバー22,22に軸方向が直交する一対の第2トーションバー24,24によって揺動可能に支持された内側可動部25と、を備える。
FIG. 2 shows a configuration of a two-dimensional galvanometer mirror 20 as a specific example of the optical scanning unit 2.
As shown in FIG. 2, the two-dimensional galvanometer mirror 20 is arranged on the inner side of the frame-shaped fixed portion 21 and is movable outside and supported by a pair of first torsion bars 22, 22. An inner movable part 25 that is disposed inside the outer movable part 23 and is swingably supported by a pair of second torsion bars 24, 24 that are orthogonal to the first torsion bars 22, 22. Is provided.
内側可動部25の中央部には光反射面(ミラー)26が形成され、外側可動部23及び内側可動部25の周縁部にはそれぞれ第1駆動コイル27、第2駆動コイル28が形成されている。第1駆動コイル27の端部は、固定部21に形成された第1電極端子29,29に接続され、第2駆動コイル28の端部は、固定部21に形成された第2電極端子30,30に接続されている。 A light reflecting surface (mirror) 26 is formed at the central portion of the inner movable portion 25, and a first drive coil 27 and a second drive coil 28 are formed at the peripheral portions of the outer movable portion 23 and the inner movable portion 25, respectively. Yes. An end portion of the first drive coil 27 is connected to first electrode terminals 29 and 29 formed on the fixed portion 21, and an end portion of the second drive coil 28 is a second electrode terminal 30 formed on the fixed portion 21. , 30.
また、第1駆動コイル27に磁界を作用させる一対の第1永久磁石31,31及び第2駆動コイル28に磁界を作用させる一対の第2永久磁石32,32が固定部21を挟んでそれぞれ対向配置されている。なお、固定部21、第1トーションバー22,22、外側可動部23、第2トーションバー24,24及び内側可動部25は、半導体基板から一体的に形成されている。 In addition, a pair of first permanent magnets 31 and 31 for applying a magnetic field to the first drive coil 27 and a pair of second permanent magnets 32 and 32 for applying a magnetic field to the second drive coil 28 are opposed to each other with the fixed portion 21 interposed therebetween. Has been placed. The fixed portion 21, the first torsion bars 22, 22, the outer movable portion 23, the second torsion bars 24, 24, and the inner movable portion 25 are integrally formed from a semiconductor substrate.
二次元ガルバノミラー20は、第1駆動コイル27及び第2駆動コイル28に流れる電流と、第1永久磁石31,31及び第2永久磁石32,32による磁界と、によって外側可動部23及び内側可動部25にローレンツ力が作用し、その結果、内側可動部25が第1軸回り及び第2軸回りに揺動する。内側可動部25がこのように揺動することによって光反射面26に入射される光ビームが対象領域内で二次元走査される。 The two-dimensional galvanometer mirror 20 includes an outer movable portion 23 and an inner movable portion by currents flowing through the first drive coil 27 and the second drive coil 28 and magnetic fields generated by the first permanent magnets 31 and 31 and the second permanent magnets 32 and 32. Lorentz force acts on the portion 25, and as a result, the inner movable portion 25 swings around the first axis and the second axis. As the inner movable portion 25 swings in this way, the light beam incident on the light reflecting surface 26 is two-dimensionally scanned in the target region.
また、二次元ガルバノミラー20の後述する各投光タイミングtclkにおける第1軸回りの揺動角度φx、第2軸回りの揺動角度φyは、例えば、第1駆動信号と第2駆動信号との位相差はないものとし、各投光タイミング(時刻)tclkを二次元ガルバノミラー20の走査開始時刻を時刻の始まりとして起算する場合、例えば、下記の(1)及び(2)式により表される。
以下において、第1駆動信号の電流値に応じて定まる実際の第1揺動振幅φxmaxを実第1揺動振幅φ’xmaxと言い、第2駆動信号の電流値に応じて定まる実際の第2揺動振幅φymaxを実第2揺動振幅φ’ymaxと言う。
Further, the swing angle φ x about the first axis and the swing angle φ y about the second axis at each projection timing t clk described later of the two-dimensional galvanometer mirror 20 are, for example, the first drive signal and the second drive. When it is assumed that there is no phase difference from the signal and each projection timing (time) t clk is calculated with the scanning start time of the two-dimensional galvanometer mirror 20 as the start of time, for example, the following equations (1) and (2) It is represented by
In the following, the actual first oscillation amplitude φ xmax determined according to the current value of the first drive signal is referred to as the actual first oscillation amplitude φ ′ xmax, and the actual first oscillation amplitude φ ′ xmax determined according to the current value of the second drive signal. The second oscillation amplitude φ ymax is referred to as an actual second oscillation amplitude φ ′ ymax .
図3は、静止状態の二次元ガルバノミラーの光反射面26に光ビームが投光され、対象領域に向かって光ビームが反射している状態を示している。ここで、図3(a)に示すように、第1トーションバー22,22の中心軸をx軸(第1軸)とし、第2トーションバー24,24の中心軸をy軸(第2軸)とし、光反射面26の中央の点をXYZ直交座標系の原点Oとする。すなわち、静止状態における光反射面26の法線はXYZ直交座標系のZ軸と一致する。以下に、光反射面26への入射光と、光反射面26の法線と、光反射面26で反射走査された走査光について説明する。 FIG. 3 shows a state in which a light beam is projected onto the light reflecting surface 26 of the two-dimensional galvanometer mirror in a stationary state, and the light beam is reflected toward the target region. Here, as shown in FIG. 3A, the central axis of the first torsion bars 22 and 22 is the x-axis (first axis), and the central axis of the second torsion bars 24 and 24 is the y-axis (second axis). ) And the center point of the light reflecting surface 26 is defined as the origin O of the XYZ orthogonal coordinate system. That is, the normal line of the light reflecting surface 26 in a stationary state coincides with the Z axis of the XYZ orthogonal coordinate system. The incident light on the light reflecting surface 26, the normal line of the light reflecting surface 26, and the scanning light reflected and scanned by the light reflecting surface 26 will be described below.
まず、光反射面26への入射光は、光反射面26の中央(原点O)に向かって光源部4から投光されるように予めその光軸が調整されている。入射光は、例えば、静止状態における光反射面26の法線(すなわち、Z軸)に対して所定の入射角θ0を成して入射するように設定されている。例えば、図3(b)に示すように入射光をZX面に投影した場合、法線に対してθx0の角度で入射し、図3(c)に示すように入射光をZY面に投影した場合、法線に対してθy0の角度で入射するように設定されている。ここで、入射光を、XYZ直交座標系の単位ベクトルで表した単位入射光線ベクトルaは、下記の(3)式により表される。 First, the optical axis of light incident on the light reflecting surface 26 is adjusted in advance so that the light is projected from the light source unit 4 toward the center (origin O) of the light reflecting surface 26. For example, the incident light is set to be incident at a predetermined incident angle θ0 with respect to the normal line (that is, the Z axis) of the light reflecting surface 26 in a stationary state. For example, when projected on the ZX plane of incident light as shown in FIG. 3 (b), incident at an angle of θx0 respect to the normal, the incident light projected onto the ZY plane as shown in FIG. 3 (c) In this case, the incident angle is set to be incident at an angle of θy0 with respect to the normal line. Here, a unit incident light vector a in which incident light is expressed by a unit vector in an XYZ orthogonal coordinate system is expressed by the following equation (3).
次に、光反射面26の法線は、静止状態においてはZ軸と一致するが、走査時(揺動時)においては、第1軸回りの揺動角度φx及び第2軸回りの揺動角度φyに応じてその向きが変化する。光反射面26の法線を、XYZ直交座標系の単位ベクトルで表した単位法線ベクトルnは、静止状態における単位法線ベクトルn0とx軸(第1軸)回りの回転行列Rxとy軸(第2軸)回りの回転行列Ryとに基づいて定まる変動値であり、例えば、下記の(4)式により表される。
また、光反射面26で反射走査された走査光をXYZ直交座標系の単位ベクトルで表した単位走査光線ベクトルb(bx、by、bz)は、例えば、下記の(8)式により表される。
図1に戻って、前記駆動部3は、光走査部2を揺動駆動させるものである。この駆動部3は、外側可動部23及び内側可動部25をx軸回りに揺動させる第1駆動信号(例えば、パルス電流)を、例えば、外側可動部23が有するx軸回りの共振周波数近傍の周波数に合わせて設定された駆動周波数で、第1電極端子29,29を介して第1駆動コイル27に供給すると共に、内側可動部25をy軸回りに揺動させる第2駆動信号(例えば、パルス電流)を、内側可動部25が有するy軸回りの共振周波数近傍に設定された駆動周波数で、第2電極端子30,30を介して第2駆動コイル28に供給する。この第1及び第2駆動信号の各電流値と、x軸回り及びy軸回りの各駆動周波数は、予め初期設定されている。 Returning to FIG. 1, the driving unit 3 drives the optical scanning unit 2 to swing. The drive unit 3 generates a first drive signal (for example, a pulse current) that swings the outer movable unit 23 and the inner movable unit 25 about the x axis, for example, near the resonance frequency around the x axis of the outer movable unit 23. Is supplied to the first drive coil 27 via the first electrode terminals 29, 29 at a drive frequency set in accordance with the frequency of the second drive signal (for example, the second drive signal (for example, swinging around the y axis) , Pulse current) is supplied to the second drive coil 28 via the second electrode terminals 30 and 30 at a drive frequency set in the vicinity of the resonance frequency around the y axis of the inner movable portion 25. The current values of the first and second drive signals and the drive frequencies around the x axis and the y axis are preset in advance.
前記光源部4は、光走査部2の内側可動部25に形成された光反射面26に向かって、予め設定した投光タイミングtclk毎に、光ビーム(例えば、パルス状のレーザ光)を投光するものであり、光源41と、投光光学系42と、を含む。投光タイミングtclkは、例えば、対象領域内において割り当てられた各画素に光ビームが照射されるように光源部4に予め設定されている。投光タイミングtclkは、例えば、光走査部2の走査開始時刻を時刻の始まりとした投光時刻として記憶されている。 The light source unit 4 emits a light beam (for example, pulsed laser light) at a predetermined light projection timing t clk toward a light reflecting surface 26 formed on the inner movable unit 25 of the light scanning unit 2. It projects light, and includes a light source 41 and a light projecting optical system 42. The light projection timing t clk is set in advance in the light source unit 4 so that, for example, each pixel assigned in the target region is irradiated with a light beam. The light projection timing t clk is stored, for example, as a light projection time with the scanning start time of the optical scanning unit 2 as the start of time.
光源41は、例えばレーザダイオードであり、予め設定した投光タイミングtclkで発光してパルス状のレーザ光を出射する。 The light source 41 is, for example, a laser diode, and emits pulsed laser light by emitting light at a preset light projection timing t clk .
投光光学系42は、光源41が発したレーザ光を好ましい状態とするものであり、例えばコリメータレンズを含み、光源41が発したレーザ光を平行光に変換する。そして、光源部4から投光されたレーザ光は、光走査部2の光反射面26で反射されて対象領域内を二次元走査される。 The light projecting optical system 42 makes the laser light emitted from the light source 41 preferable, and includes, for example, a collimator lens, and converts the laser light emitted from the light source 41 into parallel light. Then, the laser light projected from the light source unit 4 is reflected by the light reflecting surface 26 of the light scanning unit 2 and two-dimensionally scanned in the target area.
前記受光部5は、光源部4から投光され、光反射面26で反射走査された例えばレーザ光(すなわち、図1に示す走査光)が対象領域内に存在する物体によって反射されたレーザ光(反射光)を受光して検知するものであり、例えばフォトセンサを用いることができる。なお、受光部5は、反射光を直接受光するものであってもよいし、光走査部2(光反射面26)を介して反射光を受光するものであってもよい。 The light receiving unit 5 is, for example, laser light projected from the light source unit 4 and reflected and scanned by the light reflecting surface 26 and reflected by an object existing in the target region, for example, laser light (that is, scanning light shown in FIG. 1). For example, a photosensor can be used. The light receiving unit 5 may receive the reflected light directly, or may receive the reflected light via the optical scanning unit 2 (light reflecting surface 26).
前記測距部6は、光源部4による光ビームの投光タイミングtclkと受光部5による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて物体の距離を計測するものであり、光源部4の投光タイミングtclkと受光部5の受光タイミングとを入力し、両者の時間差(光飛行時間)に基づいて、光ビームを反射した物体までの距離を計測する。測距部6による距離の計測は、対象領域内の各照射位置(各画素)において、すなわち、光源部4からの光ビームの投光タイミングtclk毎に行なわれ、その計測結果(投光タイミング毎の距離データL)が画像生成部11に出力される。また、測距部6は、計測結果を後述するデータ変換部71と画像生成部11に出力する。 The distance measuring unit 6 measures the distance of the object based on the time difference between the light beam projection timing t clk by the light source unit 4 and the light reception timing of the reflected light by the light receiving unit 5. The light timing t clk and the light receiving timing of the light receiving unit 5 are input, and the distance to the object that reflected the light beam is measured based on the time difference between them (light flight time). The distance measurement by the distance measuring unit 6 is performed at each irradiation position (each pixel) in the target area, that is, for each light beam projection timing t clk from the light source unit 4, and the measurement result (light projection timing). Each distance data L) is output to the image generator 11. The distance measuring unit 6 outputs the measurement result to a data conversion unit 71 and an image generation unit 11 described later.
前記データ変換部7は、測距部6からの投光タイミング毎の距離データLを予め設定した変換パラメータを用いて3次元空間上での位置を示す点群データに変換するものであり、本実施形態においては、測距部6からの距離データLを変換するデータ変換回路71と、変換パラメータを記憶するパラメータ記憶部72とを含んで構成されている。変換パラメータは、例えば、投光タイミングtclkと、光源部4から光反射面26に向かうレーザ光の単位ベクトルである単位入射光線ベクトルaと、第1揺動振幅φxmaxと、第2揺動振幅φymaxと、第1揺動周期Txと、第2揺動周期Tyとから成る。この点群データは、例えば、XYZ直交座標系のデータである。この点群データの並びにより、測距部6によって測距された物体の表面の形状が分かる。 The data converter 7 converts the distance data L for each projection timing from the distance measuring unit 6 into point cloud data indicating a position in a three-dimensional space using a preset conversion parameter. In the embodiment, a data conversion circuit 71 that converts distance data L from the distance measuring unit 6 and a parameter storage unit 72 that stores conversion parameters are included. The conversion parameters include, for example, the light projection timing t clk , the unit incident light vector a that is a unit vector of laser light from the light source unit 4 toward the light reflecting surface 26, the first oscillation amplitude φ xmax , and the second oscillation. It consists of an amplitude φ ymax , a first oscillation period T x, and a second oscillation period T y . This point group data is, for example, data in an XYZ orthogonal coordinate system. From the arrangement of the point cloud data, the shape of the surface of the object measured by the distance measuring unit 6 is known.
前記データ変換回路71は、測距部6から出力された投光タイミング毎の距離データLを入力して、この距離データを、例えば、XYZ直交座標系の点群データに変換する回路である。具体的には、データ変換回路71は、まず、パラメータ記憶部72に予め設定されている変換パラメータ(tclk、φxmax、φymax、Tx、Ty)と、前述した式(1)及び式(2)を用いて、投光タイミング毎の第1揺動角度φxと第2揺動角度φyを求める。次に、求めた第1揺動角度φx及び第2揺動角度φyと、式(4)〜式(7)を用いて、投光タイミング毎の単位法線ベクトルnを求める。そして、求めた単位法線ベクトルnと、式(3)の単位入射光線ベクトルaを式(8)に代入して、投光タイミング毎の単位走査光線ベクトルb(bx、by、bz)を求める。最後に、求めた単位走査光線ベクトルb(bx、by、bz)を、測距部6からの投光タイミング毎の距離データLを用いて、L倍することによりXYZ直交座標系の空間上での位置を示す点群データを求める。この点群データは、判定部8と画像生成部11に出力される。 The data conversion circuit 71 is a circuit that receives the distance data L for each projection timing output from the distance measuring unit 6 and converts the distance data into, for example, point group data in an XYZ orthogonal coordinate system. Specifically, the data conversion circuit 71 first converts the conversion parameters (t clk , φ xmax , φ ymax , T x , T y ) preset in the parameter storage unit 72, and the above-described formula (1) and Using the equation (2), the first swing angle φ x and the second swing angle φ y for each light projection timing are obtained. Next, a unit normal vector n for each light projection timing is obtained by using the obtained first rocking angle φ x and second rocking angle φ y and Expressions (4) to (7). Then, the obtained unit normal vector n and the unit incident ray vector a of the equation (3) are substituted into the equation (8), and the unit scanning ray vector b (b x , b y , b z for each projection timing is obtained. ) Finally, the obtained unit scanning ray vector b (b x , b y , b z ) is multiplied by L using the distance data L for each light projection timing from the distance measuring unit 6 to obtain an XYZ orthogonal coordinate system. Point cloud data indicating the position in space is obtained. This point cloud data is output to the determination unit 8 and the image generation unit 11.
前記パラメータ記憶部72は、変換パラメータとしての、例えば、投光タイミングtclkと、単位入射光線ベクトルa(ax、ay、az)と、第1揺動振幅φxmaxと、第2揺動振幅φymaxと、第1揺動周期Txと、第2揺動周期Tyの各データを記憶するものである。各データの初期値としては、設計値が記憶されている。 The parameter storage unit 72 includes, for example, a projection timing t clk , a unit incident light vector a (a x , a y , a z ), a first oscillation amplitude φ xmax, and a second oscillation as conversion parameters. Each data of the dynamic amplitude φ ymax , the first swing period T x , and the second swing period T y is stored. Design values are stored as initial values of each data.
ここで、走査時における実際の投光タイミングtclkと、第1揺動周期Txと、第2揺動周期Tyは、例えば光測距装置内のシステムクロック周波数の精度により高精度に設定されており、パラメータ記憶部72に記憶されている値(設計値)とほぼ一致している。また、レーザ光が光反射面26に向かう方向は、例えば、光源部4と可動部(外側可動部23及び内側可動部25等)を位置決めする部品等の製作精度で高精度に調整可能であるため、実際の単位入射光線ベクトルa(ax、ay、az)についても、パラメータ記憶部72に記憶されている値(設計値)とほぼ一致している。このように、パラメータ記憶部72に記憶されている投光タイミングtclkと、入射光線ベクトルa(ax、ay、az)と、第1揺動周期Tx及び第2揺動周期Tyのデータについては、実際の製品における値との誤差は無視できるほどである。 Here, the actual light emitting timing t clk during scanning, the first oscillating period T x, the second oscillating period T y, for example, set with high accuracy by the accuracy of the system clock frequency in the optical distance measuring device The values (design values) stored in the parameter storage unit 72 are substantially the same. Further, the direction in which the laser light travels toward the light reflecting surface 26 can be adjusted with high accuracy by, for example, manufacturing accuracy of components that position the light source unit 4 and the movable unit (the outer movable unit 23 and the inner movable unit 25). Therefore, the actual unit incident light vector a (a x , a y , a z ) also substantially matches the value (design value) stored in the parameter storage unit 72. As described above, the light projection timing t clk stored in the parameter storage unit 72, the incident light vector a (a x , a y , a z ), the first oscillation period T x, and the second oscillation period T For the y data, the error from the actual product value is negligible.
一方、実第1揺動振幅φ’xmaxと実第2揺動振幅φ’ymaxは、前述したように二次元ガルバノミラー20の経時変化等に起因して設計許容範囲をこえて変動してしまうことがあり、その変動量は、上記投光タイミングtclkや各揺動周期Tx、Tyや単位入射光線ベクトルa(ax、ay、az)のばらつき程度と比較すると、無視できないほど大きくなってしまう場合がある。したがって、パラメータ記憶部72に設計値として記憶されている第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxについては、実第1揺動振幅φ’xmaxと実第2揺動振幅φ’ymaxとの誤差が無視できない場合がある。したがって、変換パラメータのうち実際の値が不確かなデータは第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxだけである。 On the other hand, the actual first oscillation amplitude φ ′ xmax and the actual second oscillation amplitude φ ′ ymax fluctuate beyond the allowable design range due to changes with time of the two-dimensional galvanometer mirror 20 as described above. In some cases, the amount of variation is not negligible when compared with the above-described projection timing t clk , the fluctuation periods T x , T y, and the unit incident light vector a (a x , a y , a z ). It may become so large. Therefore, the first swing amplitude φ xmax and the second swing amplitude φ ymax stored as design values in the parameter storage unit 72 are the actual first swing amplitude φ ′ xmax and the actual second swing amplitude φ ′. In some cases , the error from ymax cannot be ignored. Accordingly, only the first oscillation amplitude φ xmax and the second oscillation amplitude φ ymax are data whose actual values are uncertain among the conversion parameters.
前記判定部8は、3次元表面形状が既知の基準物体の表面形状の基準特徴度データを予め有し、測距部6により基準物体までの距離を計測して得た投光タイミング毎の距離データLをデータ変換部7によって変換して得た基準物体についての点群データに基づき表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定するものである。判定部8は、判定結果を設定変更部9に出力する。 The determination unit 8 has reference feature data of a surface shape of a reference object whose three-dimensional surface shape is known in advance, and the distance for each light projection timing obtained by measuring the distance to the reference object by the distance measuring unit 6 Based on the point cloud data for the reference object obtained by converting the data L by the data converter 7, the surface shape feature is measured, and the error between the measured feature data and the reference feature data is within a preset threshold. It is determined whether or not. The determination unit 8 outputs the determination result to the setting change unit 9.
前記設定変更部9は、判定部8により実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値より大きいと判定された場合、駆動部3に予め設定され実第1揺動振幅φ’xmax及び実第2揺動振幅φ’yの値を決定する第1及び第2駆動信号の電流値の少なくとも一方を、判定部8により上記誤差が閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能なものである。設定変更部9は、例えば、初期状態では各駆動信号の電流値を変更設定するように設定されておらず、モード設定部10によって後述する校正モードに設定されない限り、予め設定された第1及び第2駆動信号の電流値を変更設定しないように構成されている。 When the determination unit 8 determines that the error between the measured feature data and the reference feature data is greater than a preset threshold, the setting change unit 9 is preset in the drive unit 3 and the actual first swing amplitude φ. ' xmax and actual second oscillation amplitude φ' At least one of the current values of the first and second drive signals that determine the value of y is changed until the determination unit 8 determines that the error is within the threshold value. It can be set. For example, the setting change unit 9 is not set so as to change and set the current value of each drive signal in the initial state, and the first and second preset values are set unless the mode setting unit 10 sets the calibration mode to be described later. The current value of the second drive signal is not changed and set.
前記モード設定部10は、設定変更部9により、変更設定を行う校正モードと、測距部6により、物体までの距離を測定する通常測距モードとに切替設定可能なものであり、本実施形態において、校正モードとは、予め設定された第1及び第2駆動信号の電流値を変更して、変換パラメータの第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxの値を実第1揺動振幅φ’xmax及び実第2揺動振幅φ’ymaxの値に精度良く合わせ込むモードである。したがって、装置のオペレータ等は、実第1揺動振幅φ’xmax及び実第2揺動振幅φ’ymaxを校正する場合は、モード設定部10で装置を校正モードに設定し、通常の測距を行う場合は、通常測距モードに設定すればよい。 The mode setting unit 10 can be switched between a calibration mode in which change setting is performed by the setting change unit 9 and a normal distance measurement mode in which the distance to the object is measured by the distance measurement unit 6. In the embodiment, the calibration mode means that the current values of the first and second drive signals set in advance are changed, and the values of the first oscillation amplitude φ xmax and the second oscillation amplitude φ ymax of the conversion parameters are actually realized . In this mode, the first swing amplitude φ ′ xmax and the actual second swing amplitude φ ′ ymax are accurately adjusted. Therefore, when the operator or the like of the apparatus calibrates the actual first oscillation amplitude φ ′ xmax and the actual second oscillation amplitude φ ′ ymax , the apparatus is set to the calibration mode by the mode setting unit 10 and normal distance measurement is performed. When performing, the normal distance measurement mode may be set.
図4は、基準物体までの距離を測定している状況を示している。本実施形態においては、図4に示すように、基準物体は、その表面形状が平面である物体(例えば、壁)である。本実施形態において、判定部8は、具体的には、基準特徴度データとして基準平面度データを有し、基準物体の表面形状の特徴度として平面度を実測し、この実測平面度データと基準平面度データの誤差が予め定めた閾値以内であるか否かを判定する。設定変更部9は、判定部8により、実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値より大きいと判定された場合であって、点群データに基づく表面形状が光走査部4に対して凸形状であるとき(図5(a),図5(c)の場合)は、変更設定の対象の値、すなわち、本実施形態においては、第1及び第2駆動信号の電流値、の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ小さくし、光走査部4に対して凹形状であるとき(後述する図5(b),図5(d)の場合)は、第1及び第2駆動信号の電流値の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ大きくするように構成されている。なお、上記にて基準物体は、例えば、壁であるとしたが、床であってもよい。 FIG. 4 shows a situation where the distance to the reference object is being measured. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the reference object is an object (for example, a wall) whose surface shape is a plane. In the present embodiment, specifically, the determination unit 8 has reference flatness data as the reference feature data, measures the flatness as the feature of the surface shape of the reference object, and the measured flatness data and the reference It is determined whether or not the flatness data error is within a predetermined threshold. The setting changing unit 9 is a case where the determining unit 8 determines that the error between the measured flatness data and the reference flatness data is larger than the threshold value, and the surface shape based on the point cloud data is compared with the optical scanning unit 4. When the shape is convex and convex (in the case of FIGS. 5A and 5C), the current value of the change setting, that is, the current values of the first and second drive signals in this embodiment, When at least one is reduced by a predetermined amount and is concave with respect to the optical scanning unit 4 (in the case of FIGS. 5B and 5D described later), the first and second drive signals Is configured to increase at least one of the current values by a predetermined amount. In the above description, the reference object is, for example, a wall, but may be a floor.
また、設定変更部9は、第1及び第2駆動信号の電流値を変更する場合、具体的には、判定部8による点群データに基づく表面形状の凹凸判定に応じて、例えば、まず、第1駆動信号の電流値を変更し、判定部8により平面度が閾値より大きいと再判定された場合は、判定部8による凹凸判定に応じて、第2駆動信号の電流値を変更する。そして、駆動電流変更後の実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であると判定されるまで、駆動電流の変更を繰り返す。なお、駆動電流の変更の順番は上記とは逆に、第2駆動信号の電流値を先に変更するようにしてもよい。また、上記のように片方ずつ変更する場合に限らず、両方の駆動電流を一度に変更するようにしてもよい。 Further, when the setting change unit 9 changes the current values of the first and second drive signals, specifically, according to the surface shape unevenness determination based on the point cloud data by the determination unit 8, for example, first, When the current value of the first drive signal is changed and the determination unit 8 determines again that the flatness is greater than the threshold value, the current value of the second drive signal is changed according to the unevenness determination by the determination unit 8. Then, the drive current change is repeated until it is determined that the error between the measured flatness data after the drive current change and the reference flatness data is within a threshold. Note that the order of changing the drive current may be reversed, and the current value of the second drive signal may be changed first. Moreover, not only when changing one by one as mentioned above, but both drive currents may be changed at once.
前記画像生成部11は、測距部6によって計測された距離に基づいて対象領域についての、一般的な距離画像(図示省略)を生成する。距離画像は、例えば、各投光タイミングにおける光ビームの各照射位置において計測された距離毎に色が異なる画像となるように生成される。そして、画像生成部11で生成された距離画像は表示部12に出力される。表示部12は、ディスプレイを備え、画像生成部11から出力された距離画像を表示する。この距離画像によって対象領域内に存在する物体を認識できることはもちろん、物体までの距離、物体の姿勢の変化なども視覚的に確認することが可能となる。 The image generation unit 11 generates a general distance image (not shown) for the target region based on the distance measured by the distance measurement unit 6. The distance image is generated, for example, so that the color is different for each distance measured at each irradiation position of the light beam at each projection timing. The distance image generated by the image generation unit 11 is output to the display unit 12. The display unit 12 includes a display and displays the distance image output from the image generation unit 11. It is possible to visually recognize the distance to the object, the change in the posture of the object, and the like as well as the object existing in the target region can be recognized by the distance image.
本実施形態において、画像生成部11は、さらに、データ変換部7からの点群データに基づいて対象領域内の物体についての三次元の点群画像を生成可能である。そして、画像生成部11で生成された三次元の点群画像は、表示部12に出力されて、ディスプレイに表示される。この点群画像によって、物体の表面の形状を視覚的に確認することが可能となる。 In the present embodiment, the image generation unit 11 can further generate a three-dimensional point cloud image for an object in the target region based on the point cloud data from the data conversion unit 7. Then, the three-dimensional point cloud image generated by the image generation unit 11 is output to the display unit 12 and displayed on the display. With this point cloud image, the shape of the surface of the object can be visually confirmed.
図5(a)〜図5(d)は、ZY面及びZX面に投影した点群画像のイメージ図である。図5(a)はZY面に投影した点群画像が凹形状、図5(b)はZY面に投影した点群画像が凸形状、図5(c)はZX面に投影した点群画像が凹形状、図5(d)はZX面に投影した点群画像が凸形状の場合のイメージ図である。なお、図5(a)〜図5(d)においては、図の簡略化のため投影された点群画像を線で表したが、実際は点が離散的に、描画されている。 FIG. 5A to FIG. 5D are image diagrams of point cloud images projected on the ZY plane and the ZX plane. 5A shows a concave shape of the point cloud image projected on the ZY plane, FIG. 5B shows a convex shape of the point cloud image projected on the ZY plane, and FIG. 5C shows a point cloud image projected on the ZX plane. Is a concave shape, and FIG. 5D is an image diagram when the point cloud image projected onto the ZX plane is convex. In FIGS. 5A to 5D, the projected point group images are represented by lines for the sake of simplification, but in reality, the points are drawn discretely.
次に、以上のような構成を有する光測距装置1の実揺動振幅の校正動作について、図6等に基づいて説明する。なお、下記の説明において、光測距装置1は、装置のオペレータ等によって、表面形状が既知の基準物体(例えば、壁等)の前に設置されており、起動(電源ON)後、オペレータ等によるモード設定部10の操作によって、装置は校正モードに設定されており、校正の事前準備が完了(STEP0)しているものとして説明する。 Next, the actual oscillation amplitude calibration operation of the optical distance measuring device 1 having the above configuration will be described with reference to FIG. In the following description, the optical distance measuring device 1 is installed in front of a reference object (for example, a wall) whose surface shape is known by the operator of the device, etc. It is assumed that the apparatus is set to the calibration mode by the operation of the mode setting unit 10 according to the above, and that the preliminary preparation for calibration is completed (STEP 0).
まず、基準物体に対する測距動作について説明する。駆動部3は、初期設定された各駆動周波数で第1及び第2駆動信号を、第1及び第2駆動コイル27,28にそれぞれ供給することにより、内側可動部25を二次元方向に揺動させる。同時に、光源部4は、2次元方向に揺動する内側可動部25の光反射面26に、予め設定された投光タイミングtclkでパルス状のレーザ光を投光する。そして、光反射面26で反射走査されたレーザ光は、対象領域内で二次元走査され、対象領域内に存在する基準物体(壁等)によって反射され、受光部5で受光される。ここで、測距部6はレーザ光の投光タイミングと受光タイミングとの時間差に基づいて基準物体まで距離を投光タイミング毎に計測する(STEP1)。そして、測距部6は計測結果(投光タイミング毎の距離データL)をデータ変換回路71と画像生成部11に出力する。画像生成部11は、測距部6からの計測結果に基づき距離画像を生成する。そして、生成された距離画像が表示部12に表示される(STEP2)。次に、データ変換回路71は、測距部6からの投光タイミング毎の距離データLを、XYZ直交座標系の点群データに変換する(STEP3)。データ変換回路71は、算出した点群データを判定部8と画像生成部11に出力する(STEP4)。判定部8は、点群データの並びから基準物体の表面の平面度を実測し、この実測平面度データと予め設定した基準平面度データとの誤差が予め定めた閾値以内であるか否かを判定する(STEP5)。ここで、実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値より大きいと判定された場合(STEP5否定)は、STEP6に進む。ここで、設定変更部9は、判定部8により点群データに基づく表面形状が光走査部に対して凸形状であると判定されている場合は、例えば、駆動部3に記憶されている第1及び第2駆動信号の電流値の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ小さくし、光走査部に対して凹形状であると判定されている場合は、駆動部3に記憶されている第1及び第2駆動信号の電流値の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ大きくする(STEP6)。そして、STEP1に戻り、STEP1〜STEP5までの動作を行い、電流値変更後の実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であると判定(STEP5肯定)されるまで、STEP1〜STEP6の動作を繰り返す。そして、誤差が閾値以内で有る場合(STEP5肯定)は、STEP7に進む。この時、閾値が適切に設定されていれば、実第1揺動振幅φ’xmax及び実第2揺動振幅φ’ymaxは、パラメータ記憶2に設定されている目標値に略一致する。このようにして、変換パラメータの各揺動振幅を目標にして、各駆動信号の電流値に応じた各実揺動振幅をそれぞれ校正して、校正が完了する(STEP7)。 First, the distance measuring operation for the reference object will be described. The drive unit 3 swings the inner movable unit 25 in a two-dimensional direction by supplying first and second drive signals to the first and second drive coils 27 and 28 at respective drive frequencies that are initially set. Let At the same time, the light source unit 4 projects a pulsed laser beam on the light reflecting surface 26 of the inner movable unit 25 that swings in a two-dimensional direction at a preset projection timing t clk . The laser light reflected and scanned by the light reflecting surface 26 is two-dimensionally scanned in the target region, reflected by a reference object (wall or the like) existing in the target region, and received by the light receiving unit 5. Here, the distance measuring unit 6 measures the distance to the reference object for each light projection timing based on the time difference between the laser light projection timing and the light reception timing (STEP 1). Then, the distance measurement unit 6 outputs the measurement result (distance data L for each light projection timing) to the data conversion circuit 71 and the image generation unit 11. The image generation unit 11 generates a distance image based on the measurement result from the distance measurement unit 6. Then, the generated distance image is displayed on the display unit 12 (STEP 2). Next, the data conversion circuit 71 converts the distance data L for each light projection timing from the distance measuring unit 6 into point group data in the XYZ orthogonal coordinate system (STEP 3). The data conversion circuit 71 outputs the calculated point cloud data to the determination unit 8 and the image generation unit 11 (STEP 4). The determination unit 8 measures the flatness of the surface of the reference object from the arrangement of the point cloud data, and determines whether an error between the measured flatness data and the preset reference flatness data is within a predetermined threshold. Determine (STEP 5). Here, when it is determined that the error between the measured flatness data and the reference flatness data is larger than the threshold value (NO in STEP5), the process proceeds to STEP6. Here, when it is determined by the determination unit 8 that the surface shape based on the point cloud data is a convex shape with respect to the optical scanning unit, the setting change unit 9 stores, for example, the first stored in the drive unit 3. If at least one of the current values of the first and second drive signals is reduced by a predetermined amount and it is determined that the optical scanning unit has a concave shape, the first stored in the drive unit 3 is stored. At least one of the current values of the second drive signal is increased by a predetermined amount (STEP 6). Then, returning to STEP 1, the operations from STEP 1 to STEP 5 are performed, and STEP 1 to STEP 6 until it is determined that the error between the measured flatness data after changing the current value and the reference flatness data is within the threshold value (STEP 5 affirmative). Repeat the operation. If the error is within the threshold value (YES at STEP 5), the process proceeds to STEP 7. At this time, if the threshold is appropriately set, the actual first swing amplitude φ ′ xmax and the actual second swing amplitude φ ′ ymax substantially coincide with the target value set in the parameter memory 2. In this way, each swing amplitude corresponding to the current value of each drive signal is calibrated with each swing amplitude of the conversion parameter as a target, and the calibration is completed (STEP 7).
このように、本実施形態による光測距装置1によれば、基準物体までの距離を測定したときの測距部6からの距離データを予め設定した変換パラメータを用いて点群データに変換し、この点群データに基づき、基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと予め設定した基準特徴度データとの誤差が予め設定する閾値以内になるまで、予め設定した第1及び第2駆動信号の電流値の少なくとも一方を変更することで、変換パラメータの第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxを目標にして、実第1揺動振幅φ’xmax及び実第2揺動振幅φ’ymaxをそれぞれ校正することができる。したがって、本実施形態による光測距装置によれば、各実揺動振幅の目標値を変換パラメータとして設定し、実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差の閾値を適切に設定するだけで、各実揺動振幅を目標値に精度良く合わせ込むことができるため、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することができる。 As described above, according to the optical distance measuring device 1 according to the present embodiment, the distance data from the distance measuring unit 6 when the distance to the reference object is measured is converted into point cloud data using the preset conversion parameter. Based on this point cloud data, the surface shape feature of the reference object is measured, and the preset second feature is set until the error between the measured feature data and the preset reference feature data is within a preset threshold. By changing at least one of the current values of the first drive signal and the second drive signal, the actual first swing amplitude φ ′ xmax is set with the first swing amplitude φ xmax and the second swing amplitude φ ymax of the conversion parameters as targets. And the actual second oscillation amplitude φ ′ ymax can be calibrated. Therefore, according to the optical distance measuring device according to the present embodiment, the target value of each actual swing amplitude is set as a conversion parameter, and an error threshold value between the measured characteristic data and the reference characteristic data is set appropriately. Since each actual swing amplitude can be accurately adjusted to the target value, the swing angle around each axis of the movable part at each light projection timing is not affected by the work accuracy by the operator or the like. Therefore, it is possible to provide an optical distance measuring device that can be calibrated with high accuracy so that the angle becomes the same angle.
また、本発明による光測距装置によれば、例えば、光走査部の経時変化により各実揺動振幅が設計許容範囲からはずれてしまった場合や、出荷前の校正時の光測距装置周囲の温度と、出荷後の光測距装置の設置場所の温度が異なる場合であっても、経時変化や温度差に応じて適切に駆動電流値を微調整して、各実揺動振幅を設計許容範囲に収まるように校正することができる。 Further, according to the optical distance measuring device according to the present invention, for example, when each actual oscillation amplitude has deviated from the design allowable range due to the temporal change of the optical scanning unit, or around the optical distance measuring device at the time of calibration before shipment. Even if the temperature of the optical distance measurement device and the temperature of the optical distance measuring device after shipment are different, the actual swing amplitude is designed by fine-tuning the drive current value appropriately according to changes over time and temperature differences. Calibration can be performed so that it is within the allowable range.
次に、本発明の第2実施形態による光測距装置について説明する。
図7は、本発明の第2実施形態による光測距装置の概略構成を示す部分ブロック図である。なお、図1の第1実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本実施形態においては、変換パラメータの第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxの値を実第1揺動振幅φ’xmax及び実第2揺動振幅φ’ymaxの値に精度良く合わせ込むことが可能な構成を説明する。
Next, an optical distance measuring device according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a partial block diagram showing a schematic configuration of the optical distance measuring device according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element same as 1st Embodiment of FIG. 1, description is abbreviate | omitted, and only a different part is demonstrated. In the present embodiment, the values of the first oscillation amplitude φ xmax and the second oscillation amplitude φ ymax of the conversion parameter are accurately set to the values of the actual first oscillation amplitude φ ′ xmax and the actual second oscillation amplitude φ ′ ymax. A configuration that can be combined well will be described.
本実施形態において、設定変更部9は、判定部8により実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値より大きいと判定された場合、変換パラメータの第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxの少なくとも一方を、判定部8により上記誤差が閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能に構成されている。設定変更部9は、例えば、初期状態では変換パラメータの各揺動振幅を変更設定するように設定されておらず、モード設定部10によって校正モードに設定されない限り、変換パラメータの各揺動振幅を変更設定しないように構成されている。本実施形態において、校正モードとは、変換パラメータの第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxの値を、実第1揺動振幅φ’xmax及び実第2揺動振幅φ’ymaxの値に精度良く合わせ込むモードである。 In this embodiment, the setting change unit 9 determines that the error between the measured feature data and the reference feature data is larger than a preset threshold value by the determination unit 8, and the first swing amplitude φ xmax of the conversion parameter. In addition , at least one of the second swing amplitude φ ymax can be changed and set until the determination unit 8 determines that the error is within the threshold. For example, the setting change unit 9 is not set so as to change and set each oscillation amplitude of the conversion parameter in the initial state, and unless the mode setting unit 10 sets the calibration mode, each oscillation amplitude of the conversion parameter is set. It is configured not to be changed. In the present embodiment, the calibration mode refers to the values of the first oscillation amplitude φ xmax and the second oscillation amplitude φ ymax of the conversion parameters, the actual first oscillation amplitude φ ′ xmax and the actual second oscillation amplitude φ ′. In this mode, the ymax value is accurately adjusted.
設定変更部9は、判定部8により、実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値より大きいと判定された場合であって、点群データに基づく表面形状が光走査部4に対して凸形状であるとき(図5(a),図5(c)の場合)は、変更設定の対象の値、すなわち、本実施形態においては、変換パラメータの各揺動振幅、の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ小さくし、光走査部4に対して凹形状であるとき(後述する図5(b),図5(d)の場合)は、変換パラメータの各揺動振幅の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ大きくするように構成されている。 The setting changing unit 9 is a case where the determining unit 8 determines that the error between the measured flatness data and the reference flatness data is larger than the threshold value, and the surface shape based on the point cloud data is compared with the optical scanning unit 4. When the shape is convex (in the case of FIGS. 5 (a) and 5 (c)), at least one of the values to be changed or set, that is, each oscillation amplitude of the conversion parameter in this embodiment, is set. When it is reduced by a predetermined amount and is concave with respect to the optical scanning unit 4 (in the case of FIGS. 5B and 5D described later), at least one of the swing amplitudes of the conversion parameter Is increased by a predetermined amount.
また、設定変更部9は、変換パラメータの各揺動振幅を変更する場合、具体的には、判定部8による点群データに基づく表面形状の凹凸判定に応じて、例えば、まず、第1揺動振幅φxmaxを変更し、判定部8により平面度が閾値より大きいと再判定された場合は、判定部8による凹凸判定に応じて、第2揺動振幅φymaxを変更する。そして、変換パラメータ(各揺動振幅)変更後の実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であると判定されるまで、変換パラメータの各揺動振幅の変更を繰り返す。なお、各揺動振幅の変更の順番は上記とは逆に、第2揺動振幅φymaxを先に変更するようにしてもよい。また、上記のように片方ずつ変更する場合に限らず、両方の揺動振幅を一度に変更するようにしてもよい。 Further, when the setting change unit 9 changes each swing amplitude of the conversion parameter, specifically, according to the surface shape unevenness determination based on the point cloud data by the determination unit 8, for example, first, the first swing is performed. When the dynamic amplitude φ xmax is changed and the determination unit 8 determines again that the flatness is larger than the threshold value, the second swing amplitude φ ymax is changed according to the unevenness determination by the determination unit 8. Then, the change of each swing amplitude of the conversion parameter is repeated until it is determined that the error between the measured flatness data after changing the conversion parameter (each swing amplitude) and the reference flatness data is within the threshold value. Note that the order of changing each swing amplitude is opposite to the above, and the second swing amplitude φ ymax may be changed first. Moreover, not only when changing one by one as described above, both swing amplitudes may be changed at once.
なお、変換パラメータの全ての値が実機と略一致している場合、測距部により基準物体までの距離を計測して得た投光タイミング毎の距離データをデータ変換部によって変換して得た基準物体についての点群データに基づき、判定部によって実測した実測平面度データと基準平面度データは、略一致するはずである。また、変換パラメータのうち投光タイミングと揺動周期と入射光線ベクトルについては、一般的に実機における値と略一致するように予め設定可能なものであるが、第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxについては、例えば、二次元ガルバノミラーの製造ばらつきや経時変化等によってばらついてしまうため、変換パラメータのうち実機における値が不確かなデータは各揺動振幅だけである。したがって、上記のように、変換パラメータのうち各揺動振幅を変更して、判定部によって実測した特徴度と基準特徴度が一致した場合、変更後の変換パラメータの第1及び第2揺動振幅は、各実揺動振幅と略一致している。 In addition, when all the values of the conversion parameters are substantially the same as the actual machine, the distance data for each projection timing obtained by measuring the distance to the reference object by the distance measurement unit is converted by the data conversion unit. Based on the point cloud data for the reference object, the measured flatness data measured by the determination unit and the reference flatness data should substantially match. Further, among the conversion parameters, the light projection timing, the oscillation period, and the incident light vector can generally be set in advance so as to substantially match the values in the actual machine, but the first oscillation amplitude φ xmax and the first For example, since the fluctuation amplitude φ ymax varies due to, for example, manufacturing variation of the two-dimensional galvanometer mirror or a change with time, only the fluctuation amplitude is the only data in the conversion parameter whose value in the actual machine is uncertain. Therefore, as described above, when each swing amplitude of the conversion parameter is changed and the characteristic measured by the determination unit and the reference feature match, the first and second swing amplitudes of the converted conversion parameter are changed. Is substantially the same as each actual oscillation amplitude.
次に、以上のような構成を有する光測距装置1の校正動作について、図8等に基づいて説明する。下記の説明において、光測距装置1は、装置のオペレータ等によって、表面形状が既知の基準物体(例えば、壁等)の前に設置されており、起動(電源ON)後オペレータ等によるモード設定部10の操作によって、装置はモードモードに設定されており、校正の事前準備が完了(STEP0)しているものとして説明する。なお、STEP6’以外のSTEPの動作については、第1実施形態と同じであるため説明を簡略化する。 Next, the calibration operation of the optical distance measuring device 1 having the above configuration will be described with reference to FIG. In the following description, the optical distance measuring device 1 is installed in front of a reference object whose surface shape is known (for example, a wall) by an operator of the device, etc., and mode setting by the operator etc. after activation (power ON) The operation will be described on the assumption that the apparatus is set to the mode mode by the operation of the unit 10 and the preliminary preparation for calibration is completed (STEP 0). Since the operations of STEP other than STEP 6 'are the same as those in the first embodiment, the description will be simplified.
まず、基準物体までの距離を投光タイミング毎に計測する(STEP1)。そして、測距部6は計測結果をデータ変換回路71と画像生成部11に出力する。画像生成部11は、距離画像を生成する。表示部12は距離画像を表示する(STEP2)。次に、データ変換回路71は、測距部6からの距離データLを、XYZ直交座標系の点群データに変換し、点群データを判定部8と画像生成部11に出力する(STEP3,4)。判定部8は、点群データの並びから基準物体の表面の平面度を実測し、実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であるか否かを判定する。ここで、誤差が閾値より大きいと判定された場合(STEP5否定)は、STEP6’に進む。設定変更部9は、判定部8により点群データに基づく表面形状が光走査部に対して凸形状であると判定されている場合は、変換パラメータの第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxの少なくとも一方を予め定めた所定量だけ小さくし、光走査部に対して凹形状であると判定されている場合は、変換パラメータの第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxの少なくとも一方を予め定めた所定量だけ大きくする(STEP6’)。そして、STEP1に戻り、STEP1〜STEP5までの動作を行い、変換パラメータ変更後の実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であると判定(STEP5肯定)されるまで、STEP1〜STEP6の動作を繰り返す。そして、誤差が閾値以内で有る場合(STEP5肯定)は、STEP7に進む。この時、閾値が適切に設定されていれば、変更後の変換パラメータの第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxの値は、実第1揺動振幅φ’xmax及び実第2揺動振幅φ’ymaxの値に略一致する。このようにして、変換パラメータの各揺動振幅の値を、各実揺動振幅の値に精度良く合わせ込み、校正が完了する(STEP7)。 First, the distance to the reference object is measured at each light projection timing (STEP 1). Then, the distance measurement unit 6 outputs the measurement result to the data conversion circuit 71 and the image generation unit 11. The image generation unit 11 generates a distance image. The display unit 12 displays the distance image (STEP 2). Next, the data conversion circuit 71 converts the distance data L from the distance measuring unit 6 into point group data in the XYZ orthogonal coordinate system, and outputs the point group data to the determination unit 8 and the image generation unit 11 (STEP 3, 4). The determination unit 8 measures the flatness of the surface of the reference object from the arrangement of the point cloud data, and determines whether the error between the measured flatness data and the reference flatness data is within a threshold value. Here, when it is determined that the error is larger than the threshold (NO in STEP 5), the process proceeds to STEP 6 ′. When the determination unit 8 determines that the surface shape based on the point cloud data is convex with respect to the optical scanning unit, the setting change unit 9 uses the first fluctuation amplitude φ xmax and the second fluctuation of the conversion parameter. If at least one of the dynamic amplitudes φ ymax is reduced by a predetermined amount and it is determined that the shape is concave with respect to the optical scanning unit, the first swing amplitude φ xmax and the second swing of the conversion parameter are determined. At least one of the amplitudes φ ymax is increased by a predetermined amount (STEP 6 ′). Then, returning to STEP 1, the operations from STEP 1 to STEP 5 are performed, and STEP 1 to STEP 6 until it is determined that the error between the measured flatness data after the conversion parameter change and the reference flatness data is within the threshold value (YES in STEP 5). Repeat the operation. If the error is within the threshold value (YES at STEP 5), the process proceeds to STEP 7. At this time, if the threshold value is set appropriately, the values of the first swing amplitude φ xmax and the second swing amplitude φ ymax of the converted conversion parameters after the change are the actual first swing amplitude φ ′ xmax and the actual first swing amplitude φ ′ xmax. 2 substantially coincides with the value of the swing amplitude φ ′ ymax . In this way, the value of each oscillation amplitude of the conversion parameter is matched with the value of each actual oscillation amplitude with high accuracy, and the calibration is completed (STEP 7).
このように、本実施形態による光測距装置1によれば、第1実施形態に係る発明による光測距装置1と異なり、変換パラメータの第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxの少なくとも一方を、実測特徴度データと予め設定した基準物体の表面形状の基準特徴度データとの誤差が予め設定する閾値以内になるまで、変更することで、実機の第1及び第2揺動振幅を目標にして、変換パラメータの第1及び第2揺動振幅をそれぞれ校正することができる。したがって、本実施形態による光測距装置1によれば、実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差の閾値を適切に設定するだけで、変換パラメータの各揺動振幅の値を各実揺動振幅の値に精度良く合わせ込むことができるため、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することができる。 Thus, according to the optical distance measuring device 1 according to the present embodiment, unlike the optical distance measuring device 1 according to the invention according to the first embodiment, the first oscillation amplitude φ xmax and the second oscillation amplitude φ of the conversion parameters. By changing at least one of ymax until the error between the measured feature data and the preset reference feature data of the surface shape of the reference object falls within a preset threshold, the first and second fluctuations of the actual machine are changed. With the dynamic amplitude as a target, the first and second oscillation amplitudes of the conversion parameters can be calibrated. Therefore, according to the optical distance measuring device 1 according to the present embodiment, the value of each oscillation amplitude of the conversion parameter is changed to each actual oscillation only by appropriately setting an error threshold value between the measured characteristic data and the reference characteristic data. Since it can be accurately adjusted to the value of the dynamic amplitude, the swing angle around each axis of the movable portion at each light projection timing becomes the intended angle without being affected by the work accuracy by the operator or the like. In addition, an optical distance measuring device that can be calibrated with high accuracy can be provided.
なお、前述した第1実施形態において、設定変更部9は、判定部8により実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差が閾値より大きいと判定された場合、上記第2実施形態と同様に、変換パラメータの第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymaxの少なくとも一方を、判定部8により上記誤差が閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な構成を有する構成としてもよい。この場合、図9に示す本発明の第3実施形態のように、設定変更部9で変更設定する対象を選択切替可能な変更対象選択部13を備えて構成する。これにより、設定変更部9は、モード設定部10により校正モードに設定されている場合、変更対象選択部13により変更設定の対象を、変換パラメータの第1揺動振幅φxmax及び第2揺動振幅φymax又は予め設定された第1及び第2駆動信号の電流値に切替設定することができ、校正方法を自由に選択することができる。なお、モード設定部10は、図9に示すように、例えば、変更対象選択部13とは別に設ける場合で説明したが、これに限らず、図示省略するが、変更対象選択部13の機能を備えて、変更対象選択部13と一体的に構成してもよい。この場合、モード設定部10は、例えば、測距部6により物体までの距離を測定する通常測距モードと、予め設定された第1及び第2駆動信号の電流値を変更する駆動電流変更モードと、変換パラメータの各揺動振幅を変更する変換パラメータ変更モードとに切替設定可能に構成する。 In the first embodiment described above, the setting change unit 9 determines that the error between the measured feature data and the reference feature data is greater than the threshold value by the determination unit 8 as in the second embodiment. As a configuration having a configuration in which at least one of the first oscillation amplitude φ xmax and the second oscillation amplitude φ ymax of the conversion parameter can be changed and set until the determination unit 8 determines that the error is within the threshold value. Also good. In this case, as in the third embodiment of the present invention shown in FIG. 9, a change target selection unit 13 capable of selecting and switching a target to be changed and set by the setting change unit 9 is provided. As a result, when the mode setting unit 10 sets the calibration mode, the setting change unit 9 sets the change setting target by the change target selection unit 13 as the first swing amplitude φ xmax and the second swing of the conversion parameter. The amplitude φ ymax or the preset current values of the first and second drive signals can be switched and the calibration method can be freely selected. As shown in FIG. 9, the mode setting unit 10 has been described as being provided separately from the change target selection unit 13, for example. However, the present invention is not limited to this, but the function of the change target selection unit 13 is not illustrated. In addition, the change target selection unit 13 may be configured integrally. In this case, the mode setting unit 10 includes, for example, a normal distance measurement mode in which the distance to the object is measured by the distance measurement unit 6 and a drive current change mode in which the current values of the first and second drive signals set in advance are changed. And a conversion parameter change mode for changing each oscillation amplitude of the conversion parameter.
なお、上記全ての実施形態の説明において、基準物体は表面形状が平面である場合で説明したが、例えば、基準物体の表面形状は球面であってもよい、この場合、表面形状の特徴量は例えば真球度や表面の曲率を算出するように構成すればよい。 In the description of all the above embodiments, the reference object has been described in the case where the surface shape is a plane. For example, the surface shape of the reference object may be a spherical surface. In this case, the feature amount of the surface shape is For example, the sphericity and the curvature of the surface may be calculated.
また、上記全ての実施形態の説明において、画像生成部11及び表示部12を設けた場合で説明したが、画像生成部11及び表示部12は設けなくてもよい。 Further, in the description of all the above embodiments, the case where the image generation unit 11 and the display unit 12 are provided has been described, but the image generation unit 11 and the display unit 12 may not be provided.
そして、上記全ての実施形態の説明において、光走査部2は、外側可動部及び内側可動部を一体に形成した二次元ガルバノミラー20によって構成する場合で説明したが、光走査部2は、図示しないが、周知の一次元ガルバノミラーを2個用いて、それぞれの揺動軸が互いに直交するように配置して構成してもよい。 In the description of all the above embodiments, the optical scanning unit 2 has been described by the case where it is configured by the two-dimensional galvanometer mirror 20 in which the outer movable unit and the inner movable unit are integrally formed. However, two well-known one-dimensional galvanometer mirrors may be used and arranged so that the respective swing axes are orthogonal to each other.
1…光測距装置
2…光走査部
3…駆動部
4…光源部
5…受光部
6…測距部
7…データ変換部
8…判定部
9…設定変更部
10…モード設定部
11…画像生成部
12…表示部
13…変更対象選択部
20…二次元ガルバノミラー(光走査部)
23,25…可動部(外側可動部、内側可動部)
26…光反射面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical distance measuring device 2 ... Optical scanning part 3 ... Drive part 4 ... Light source part 5 ... Light receiving part 6 ... Distance measuring part 7 ... Data conversion part 8 ... Determination part 9 ... Setting change part 10 ... Mode setting part 11 ... Image Generation unit 12 ... display unit 13 ... change target selection unit 20 ... two-dimensional galvanometer mirror (optical scanning unit)
23, 25 ... Movable part (outer movable part, inner movable part)
26: Light reflecting surface
Claims (7)
基準の物体について前記計測した距離の各データに基づき表面形状の凹凸判定をし、
前記可動部を各軸回りに揺動させる各駆動信号の電流値の少なくとも一方を、前記各データに基づく前記基準の物体の実測平面度と既知の平面度との誤差が閾値以内になるまで、凹凸判定結果に応じて変更する光測距装置。 In the optical distance measuring device that swings the movable part around two orthogonal axes, scans the pulsed light within the target area, and measures the distance to the target object at each projection time ,
The unevenness of the surface shape is determined based on each data of the measured distance with respect to the reference object,
At least one of the current values of the drive signals for oscillating the movable portion to each axis, that Do within the threshold value error between the measured flatness and a known flatness of the object of the reference based on each data Until now, the optical distance measuring device is changed according to the unevenness determination result .
基準の物体について前記計測した距離の各データを、前記可動部の各軸回りの揺動振幅を含む変換パラメータにより変換して得た点群データに基づき表面形状の凹凸判定をし、
前記変換パラメータの前記各揺動振幅の少なくとも一方を、前記点群データに基づく前記基準の物体の実測平面度と既知の平面度との誤差が閾値以内になるまで、凹凸判定結果に応じて変更する光測距装置。 In the optical distance measuring device that swings the movable part around two orthogonal axes, scans the pulsed light within the target area, and measures the distance to the target object at each projection time ,
The unevenness of the surface shape is determined based on point cloud data obtained by converting each data of the measured distance with respect to a reference object by a conversion parameter including a swing amplitude around each axis of the movable part,
Depending on the conversion parameters the at least one of the oscillation amplitude of, until the error is such within threshold values between the measured flatness and a known flatness of the object of the reference based on the point cloud data, unevenness determination result Optical ranging device to change .
前記可動部が揺動することによって前記光反射面に入射される光ビームを前記対象領域内で2次元走査する光走査部と、An optical scanning unit that two-dimensionally scans the light beam incident on the light reflecting surface by swinging the movable unit within the target region;
前記可動部を前記第1軸回りに揺動させる第1駆動信号及び前記可動部を前記第2軸回りに揺動させる第2駆動信号をそれぞれ前記光走査部に出力して前記可動部を揺動駆動する駆動部と、A first drive signal for swinging the movable part about the first axis and a second drive signal for swinging the movable part about the second axis are output to the optical scanning part to swing the movable part. A drive unit for dynamic driving;
前記光反射面に向かって光ビームを投光する光源部と、A light source unit that projects a light beam toward the light reflecting surface;
前記光源部から投光され、前記光反射面で反射走査された光ビームが前記対象領域内に存在する前記対象物体によって反射された反射光を受光する受光部と、A light receiving unit that receives the reflected light reflected by the target object that is projected from the light source unit and reflected and scanned by the light reflecting surface in the target region;
前記光ビームの投光時刻と前記受光部による反射光の受光時刻との時間差に基づいて、前記対象物体までの距離を計測する測距部と、A distance measuring unit that measures a distance to the target object based on a time difference between a light projecting time of the light beam and a light receiving time of reflected light by the light receiving unit;
を備え、With
前記光源部は、予め設定した投光時刻毎に前記光ビームを投光する構成とし、The light source unit is configured to project the light beam at each preset projection time,
予め設定する、前記投光時刻と、前記光源部から前記光反射面に向かう光ビームの入射光線ベクトルと、前記第1軸回りの第1揺動振幅と、前記第2軸回りの第2揺動振幅とを含む変換パラメータを用いて、前記測距部からの前記投光時刻毎の距離のデータを3次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部と、The preset light projection time, the incident light vector of the light beam from the light source portion toward the light reflecting surface, the first oscillation amplitude around the first axis, and the second oscillation around the second axis are preset. A data conversion unit that converts the distance data for each projection time from the distance measurement unit into point cloud data indicating a position in a three-dimensional space using a conversion parameter including a dynamic amplitude;
3次元形状が既知の前記基準の物体の表面形状の基準特徴度データとしての基準平面度データを予め有し、前記測距部により前記基準の物体までの距離を計測して得た前記投光時刻毎の距離のデータを前記データ変換部によって変換して得た前記基準の物体についての前記点群データに基づき前記基準の物体の表面形状の特徴度としての平面度を実測し、この実測平面度データと前記基準平面度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定する判定部と、The light projection obtained in advance by having reference flatness data as reference feature data of the surface shape of the reference object having a known three-dimensional shape, and measuring the distance to the reference object by the distance measuring unit Based on the point cloud data for the reference object obtained by converting the distance data for each time by the data conversion unit, the flatness as the feature degree of the surface shape of the reference object is measured, and this measured plane A determination unit for determining whether an error between the degree data and the reference flatness data is within a preset threshold;
前記判定部により前記誤差が前記閾値より大きいと判定された場合、予め設定され前記第1及び第2揺動振幅の実際の値を決定する前記第1及び第2駆動信号の電流値の少なくとも一方を、前記判定部により前記誤差が前記閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な設定変更部と、When the determination unit determines that the error is larger than the threshold value, at least one of the current values of the first and second drive signals that are set in advance and determine actual values of the first and second swing amplitudes Until the determination unit determines that the error is within the threshold value,
を備えて構成することを特徴とする請求項1に記載の光測距装置。The optical distance measuring device according to claim 1, comprising:
前記可動部が揺動することによって前記光反射面に入射される光ビームを対象領域内で2次元走査する光走査部と、An optical scanning unit that two-dimensionally scans a light beam incident on the light reflecting surface by swinging the movable unit within a target region;
前記可動部を前記第1軸回りに揺動させる第1駆動信号及び前記可動部を前記第2軸回りに揺動させる第2駆動信号をそれぞれ前記光走査部に出力して前記可動部を揺動駆動する駆動部と、A first drive signal for swinging the movable part about the first axis and a second drive signal for swinging the movable part about the second axis are output to the optical scanning part to swing the movable part. A drive unit for dynamic driving;
前記光反射面に向かって光ビームを投光する光源部と、A light source unit that projects a light beam toward the light reflecting surface;
前記光源部から投光され、前記光反射面で反射走査された光ビームが前記測定対象領域内に存在する前記対象物体によって反射された反射光を受光する受光部と、A light receiving unit that receives the reflected light reflected by the target object that is projected from the light source unit and reflected and scanned by the light reflecting surface in the measurement target region;
前記光ビームの投光時刻と前記受光部による反射光の受光時刻との時間差に基づいて、前記対象物体までの距離を計測する測距部と、A distance measuring unit that measures a distance to the target object based on a time difference between a light projecting time of the light beam and a light receiving time of reflected light by the light receiving unit;
を備え、With
前記光源部は、予め設定した投光時刻毎に前記光ビームを投光する構成とし、The light source unit is configured to project the light beam at each preset projection time,
予め設定する、前記投光時刻と、前記光源部から前記光反射面に向かう光ビームの入射光線ベクトルと、前記第1軸回りの第1揺動振幅と、前記第2軸回りの第2揺動振幅とを含む変換パラメータを用いて、前記測距部からの前記投光時刻毎の距離のデータを3次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部と、The preset light projection time, the incident light vector of the light beam from the light source portion toward the light reflecting surface, the first oscillation amplitude around the first axis, and the second oscillation around the second axis are preset. A data conversion unit that converts the distance data for each projection time from the distance measurement unit into point cloud data indicating a position in a three-dimensional space using a conversion parameter including a dynamic amplitude;
3次元形状が既知の前記基準の物体の表面形状の基準特徴度データとしての基準平面度データを予め有し、前記測距部により前記基準の物体までの距離を計測して得た前記投光時刻毎の距離のデータを前記データ変換部によって変換して得た前記基準の物体についての前記点群データに基づき前記基準の物体の表面形状の特徴度としての平面度を実測し、この実測平面度データと前記基準平面度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定する判定部と、The light projection obtained in advance by having reference flatness data as reference feature data of the surface shape of the reference object having a known three-dimensional shape, and measuring the distance to the reference object by the distance measuring unit Based on the point cloud data for the reference object obtained by converting the distance data for each time by the data conversion unit, the flatness as the feature degree of the surface shape of the reference object is measured, and this measured plane A determination unit for determining whether an error between the degree data and the reference flatness data is within a preset threshold;
前記判定部により前記誤差が前記閾値より大きいと判定された場合、前記変換パラメータの前記第1及び第2揺動振幅の少なくとも一方を、前記判定部により前記誤差が前記閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な設定変更部と、When the determination unit determines that the error is larger than the threshold, at least one of the first and second oscillation amplitudes of the conversion parameter is determined by the determination unit and the error is determined to be within the threshold. A setting changer that can be changed until
を備えて構成することを特徴とする請求項2に記載の光測距装置。The optical distance measuring device according to claim 2, comprising:
前記設定変更部で前記変更設定する対象を選択切替可能な変更対象選択部を備えたことを特徴とする請求項3に記載の光測距装置。 When the determination unit determines that the error is larger than the threshold, the setting change unit determines at least one of the first and second swing amplitudes of the conversion parameter, and determines that the error is the threshold by the determination unit. Has a configuration that can be changed and set until it is determined that
The optical distance measuring device according to claim 3 , further comprising a change target selection unit capable of selecting and switching the target to be changed and set by the setting change unit.
前記判定部は、前記基準特徴度データとして基準平面度データを有し、前記基準の物体の表面形状の特徴度として平面度を実測し、この実測平面度データと前記基準平面度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定し、
前記設定変更部は、前記判定部により、前記誤差が閾値より大きいと判定された場合であって、前記点群データに基づく表面形状が前記光走査部に対して凸形状である判定されたときは、前記変更設定の対象の値を予め定めた所定量だけ小さくし、前記点群データに基づく表面形状が前記光走査部に対して凹形状であると判定されたときは、前記変更設定の対象の値を予め定めた所定量だけ大きくすることが可能なこと特徴とする請求項3〜6のいずれか1つに記載の光測距装置。 Surface configuration of the object of the reference is a plane,
The determination unit includes a reference flatness data as the reference feature of data, and measuring the flatness as a feature of the surface shape of the object of the reference, an error between this actual flatness data the reference flatness data Whether or not is within a preset threshold,
The setting change unit is a case where the determination unit determines that the error is larger than a threshold value, and the surface shape based on the point cloud data is determined to be a convex shape with respect to the optical scanning unit Decreases the target value of the change setting by a predetermined amount, and when it is determined that the surface shape based on the point cloud data is concave with respect to the optical scanning unit, the change setting 7. The optical distance measuring device according to claim 3 , wherein the target value can be increased by a predetermined amount.
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