JP7224884B2 - 測距装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象に向けてパルス光等の電磁波を射出し、射出した電磁波の反射成分から、測定対象までの距離測定を行う測距装置に関する。

上記のような方法で対象物までの距離を測定するものとして、例えば、誤動作を生じにくくしたり自己診断を行ったりするために、走査角度範囲外に光を照射するものが知られている（特許文献１、２等参照）。

しかしながら、特許文献１、２等の場合、測定対象に向けて照射すべく走査させる光として、本来走査に利用できる範囲の一部を走査角度範囲外として自己診断のために用いているとも言える。

特開２０１６－３３４８２号公報 特開平１０－３１０６４号公報

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、走査範囲として利用可能な範囲を狭めることなく自己診断を行える測距装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための測距装置は、測定対象に向けて電磁波を走査させる走査部と、走査部の走査における電磁波の通過範囲のうち少なくとも一部に設けられて電磁波に対する透過反射を切り替える切替機構と、切替機構による測距状態の変化に基づき故障の診断を行う診断部とを備える。なお、ここでは、電磁波の反射については、例えば切替機構における電磁波の散乱も含まれるものとする。

上記測距装置では、走査部での走査における電磁波の通過範囲のうち少なくとも一部に設けられた切替機構が、電磁波に対する透過反射を切り替え、さらに、診断部が、切替機構による測距状態の変化に基づき故障の診断を行うことで、電磁波の成分を走査範囲外に照射させることなく自己診断を行える。

本発明の具体的な側面では、電磁波は、光波であり、切替機構は、液晶シャッター又は調光ガラスで構成される。この場合、切替機構としての液晶シャッターや調光ガラスのオンオフ切替えを利用して、電磁波としての光波の透過反射を切り替えできる。

本発明の別の側面では、走査部の走査タイミングと、切替機構における切り替えタイミングとを同期させつつ制御するタイミング制御部を備える。この場合、タイミング制御部での同期により、切替機構における切り替えタイミングを、走査部の走査タイミングに合わせることで、通常の走査と自己診断とを適切に切り替えられ、例えば通常の走査を続けながら自己診断を併せて行う、といった態様とすることができる。

本発明のさらに別の側面では、切替機構において、通過範囲のうち、透過反射の切替え箇所は、変更可能である。この場合、例えば汚れ等の影響により適切な診断ができなくなっている箇所を除外して、適切な箇所での自己診断が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、切替機構は、通過範囲の隅領域に設けられている。この場合、例えば走査範囲を定める振り角の適正を加味した自己診断が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、切替機構は、矩形状の通過範囲の四隅を隅領域として設けられ、診断部は、通過範囲の四隅のうち、一の隅について診断不能である場合に、他の隅について診断する。この場合、四隅を利用してより的確な診断が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、走査部は、リサージュ型（またはリサジュー型）の走査をする。この場合、リサージュ型の２次元走査ができる。

本発明のさらに別の側面では、切替機構は、走査部における１回のリサージュ型の走査において、複数回通過する箇所で透過反射の切替えを行う。この場合、１回の走査で複数回通過する領域において通常の走査と自己診断とを切り替えることができる。

本発明のさらに別の側面では、電磁波として走査されるべき光を投光する投光部と、電磁波として走査された光に対する測定対象からの反射成分を受光する受光部とを備え、診断部は、投光部による投光から走査部による走査を経て受光部による受光がなされるまでの間における異常の有無を診断する。この場合、投光部による投光から走査部による走査を経て受光部による受光がなされるまでの時間に基づいて測距を行うことができる。

第１実施形態に係る測距装置の一構成例についてのブロック図である。 （Ａ）は、光の通過範囲と切替機構による切替え領域との関係を示す概念図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の一部拡大図である。 走査軌跡の様子について一例を示す概念図である。 各部の動作タイミングについて説明するためのタイムチャートである。 走査軌跡の一部について示す概念図である。 図５における切替機構による透過反射の切替えタイミングについて説明するためのタイムチャートである。 測距装置の一連の動作について一例を説明するためのフローチャートである。 一変形例の測距装置における光の通過範囲と切替機構による切替え領域との関係を示す概念図である。 （Ａ）は、他の一変形例の測距装置における光の通過範囲と切替機構による切替え領域との関係を示す概念図であり、（Ｂ）は、さらに他の一変形例の測距装置における光の通過範囲と切替機構による切替え領域との関係を示す概念図である。 第２実施形態に係る測距装置における切替機構による切替え領域の変更について説明するための概念図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照して、第１実施形態に係る測距装置及びこれを用いた測距方法について一例を説明する。なお、測距装置は、例えば駅のプラットホームに設置されたホームドア付近の安全確認等において、人や物体等の測定対象までの距離を測定するために適用可能である。本実施形態では、特に、測距とともに測定に異常が無いかを診断するための機構、すなわち自己診断を行うための機構が設けられている。

図１に例示するように、本実施形態の測距装置１は、２次元走査ミラー（スキャナ）２と、レーザ投光部３と、レーザ受光部４と、射出させる電磁波であるレーザー光の投光及び受光をするための投光受光光学系５と、測距時においてレーザ光を透過させる投受光窓６とを備え、図示を省略する測定対象に向けたレーザ光（パルスレーザ）の投光と、測定対象からの反射光の受光とが、投受光窓６を介してなされる。

以上のように、測距装置１では、測定対象に向けて走査させる電磁波の一例として、光波であるレーザ光（パルスレーザ）を採用しており、測距装置１は、レーザ投光部３から測定対象へ向けたレーザ光の放射タイミングと、測定対象からの反射光をレーザ受光部４が受光した受光タイミングとの時間差及びレーザ光の伝播速度に基づいて、測定対象までの距離が算出される。つまり、測距装置１は、光パルス飛行時間計測法による測定装置である。さらに、本実施形態では、投受光窓６において、レーザ光の透過反射を切り替える切替機構としての液晶シャッター６ａによって、上記のような測距を継続させつつ測距装置１自身による自己の故障の有無について診断を行うことを可能にしている。

以下、測距装置１の一構成例についてさらに詳細に説明する。測距装置１は、上記した２次元走査ミラー２等のほか、上記光パルス飛行時間計測法による測定を可能とするための各種動作制御や取得データの処理を行うべく、測距のための各種数値を計測する計測部９と、計測部９で計測された値について演算を行う演算部１０と、各部への動作タイミングを送信するタイミング制御部１１とを備える。また、演算部１０において算出された結果等を外部へ送信するためのインターフェース部ＩＦを有している。

測距装置１のうち、レーザ投光部３は、例えばレーザドライバ、レーザ素子（半導体レーザ）、レンズ等を含んで構成され、レーザ光（パルス光）を発光し、投光する。なお、レーザ素子から発光されたレーザ光は、当該レンズ等を介して放射され、さらに、投光受光光学系５により２次元走査ミラー２に向かい、２次元走査ミラー２で反射されることで、測定対象（図１参照）の表面を走査する。すなわち、レーザ投光部３は、電磁波として走査されるべきレーザ光を投光する投光部である。なお、レーザ投光部３から投光されるレーザ光の成分を投光成分ＰＬとする。レーザ投光部３は、タイミング制御部１１からの指令に従って、所定のタイミングで投光成分ＰＬを射出する。

投光受光光学系５は、反射ミラー５ａと、投光／受光分離器５ｂとを有する。反射ミラー５ａは、レーザ投光部３からの投光成分ＰＬを投光／受光分離器５ｂに向けて反射し、さらに、投光／受光分離器５ｂは、反射ミラー５ａからの投光成分ＰＬを透過させて２次元走査ミラー２に向かわせる。

２次元走査ミラー２は、例えば枠体状の可動部や、可動部に接続され回転させる回転軸となる梁（トーションバー）等を含んで構成され、ミラー２１を２次元的に振動する。レーザ投光部３からの投光成分ＰＬが、姿勢を変化させるミラー２１で反射されることで、測定対象に対して、２次元走査がなされる。すなわち、２次元走査ミラー２は、測定対象に向けて電磁波を走査させる走査部である。

なお、投光成分ＰＬのうち測定対象で反射された反射レーザ光のうち、投光成分ＰＬと反対方向の経路を辿った反射成分ＲＬは、再び、２次元走査ミラー２で反射され、このうち、投光／受光分離器５ｂで反射された成分が、レーザ受光部４に向かう。

レーザ受光部４は、測定対象に向けて射出したレーザ光の反射成分ＲＬを受信する。すなわち、レーザ受光部４は、電磁波として走査された光に対する測定対象からの反射成分ＲＬを受光する受光部である。レーザ受光部４は、受光部として、受光素子（フォトダイオード）のほか、受光光学系、プリアンプ、Ａ／Ｄ変換器等を備え、投光／受光分離器５ｂで反射されたレーザ光の成分すなわち反射成分ＲＬを、例えば検出可能なパルス波の状態にして、計測部９に出力する。

一方、レーザ投光部３には、上記のほか、例えば受光素子（フォトダイオード）を含んで構成される発光モニタ部を設けて、放射されるレーザ光（パルス光）の一部を受信することで、放射タイミングを計時してもよい。レーザ投光部３は、例示した発光モニタ部等により計時した放射タイミングの情報をスタートタイミングとして利用可能とすべく、計測部９に出力する。

投受光窓６は、例えば光透過性のガラス材等で構成され、２次元走査ミラー２に対して投光成分ＰＬの射出側に、２次元走査ミラー２の走査範囲を包含するように配置されている。具体的には、図２（Ａ）及びその一部（窓部分）拡大図である図２（Ｂ）において例示するように、投受光窓６による被覆領域Ｄ１が、２次元走査ミラー２の走査範囲ＳＤ１を包含している。特に、本実施形態は、被覆領域Ｄ１のうち走査範囲ＳＤ１と重複する一部に切替機構としての液晶シャッター６ａを備える。より具体的には、図示の場合、液晶シャッター６ａは、矩形を変形させた形状の走査範囲ＳＤ１のうち、隅領域に対応する箇所に設けられている。

液晶シャッター６ａは、液晶層をガラスで挟持して形成される液晶素子に対して電圧を印加することで、液晶層を構成する液晶素子の配列を変化させることで、光を透過させる状態と光を遮蔽する状態との切替えを可能とする部材である。特に、ここでは、光を遮蔽した状態において、液晶シャッター６ａは、反射の一態様としての散乱作用を示すものとなっていることで、液晶シャッター６ａに向かってくる投光成分ＰＬを散乱させる。これにより、散乱された投光成分ＰＬの成分の一部が、投光成分ＰＬと反対方向の経路を辿った反射成分ＲＬとなって、２次元走査ミラー２に向かい、その一部がレーザ受光部４で受光される。上記のような作用を示す液晶シャッター６ａの構成としては、例えば液晶層中に特殊な高分子によるネットワーク構造体を形成させておき液晶分子の配列が不規則な状態を誘起させて光を散乱させるようにすることが考えられる。なお、ここでは、光の散乱は、光の反射の一態様に含まれるものとする。

液晶シャッター６ａは、タイミング制御部１１からの指令に従ってオンオフされる。これにより、液晶シャッター６ａは、レーザ投光部３から射出され２次元走査ミラー２を経た投光成分ＰＬを、任意のタイミングで透過反射させる。以上のように、液晶シャッター６ａは、２次元走査ミラー２の走査における電磁波としてのレーザ光の通過範囲のうち少なくとも一部に設けられてレーザ光に対する透過反射を切り替える切替機構として機能する。

また、本実施形態では、液晶シャッター６ａにおいて投光成分ＰＬを反射可能とすることで、自己診断を行っている。すなわち、液晶シャッター６ａにおいて反射（散乱）されてレーザ受光部４で受光される反射成分ＲＬは、通常の測距と比べて投光成分ＰＬの射出時間から非常に短い時間で検出されることになる。したがって、このような特殊な検出を測距装置１において適正に行えることを確認することで、測距装置１の内部構造に異常が無いかを確認できる。

計測部９は、投光から受光までの時間差を計測する時間差計測部９ａと、受光時における光量を検出する光量計測部９ｂとを備える。

まず、計測部９のうち、時間差計測部９ａは、レーザ投光部３での投光成分ＰＬの射出を検出した検出信号をスタートタイミングとして受け取ることで投光成分ＰＬの射出時刻を計測する。また、時間差計測部９ａは、レーザ受光部４で受光した上記投光成分ＰＬに対応する反射成分ＲＬの受信を検出した検出信号をストップタイミングとして受け取ることで反射成分ＲＬの受光時刻を計測する。時間差計測部９ａは、上記のようにして取得した射出時刻と受光時刻とから、投光から受光までの時間差を計測する。

次に、計測部９のうち、光量計測部９ｂは、レーザ受光部４で受光した反射成分ＲＬの光量計測を行う。

計測部９は、上記のようにして計測した時間差や光量の計測結果を演算部１０に出力する。

演算部１０は、測定対象までの距離や光量値を算出する距離算出部１０ａと、距離算出部１０ａで算出された結果と、タイミング制御部１１からの自己診断タイミング制御の情報とに基づいて故障の有無についての自己診断を行う自己診断部１０ｂとを備える。

距離算出部１０ａは、時間差計測部９ａで計測された時間差から測定対象までの距離を算出する。なお、詳しい説明を省略するが、距離算出部１０ａは、タイミング制御部１１から各タイミングにおける２次元走査ミラー２の姿勢、すなわち投光成分ＰＬの射出方向（角度）の情報を併せて取得することで、２次元走査される範囲における距離画像の作成を可能にするための距離情報が取得可能となっている。

自己診断部１０ｂは、上記のようにして距離算出部１０ａにおいて取得された距離情報とタイミング制御部１１からの自己診断タイミング制御の情報とに基づいて自己診断を行う。すなわち、自己診断部１０ｂは、上記情報を利用して、まず、前提として、タイミング制御部１１からの情報に基づいて自己診断を行うタイミングであるか否かを判断し、自己診断を行うタイミングである場合の距離情報を距離算出部１０ａでの結果から参照して、その妥当性を判断する。すなわち、液晶シャッター６ａまでの距離は、非常に近距離でかつ既知の値であり、液晶シャッター６ａにおいて反射（散乱）した成分光の受光比率もある程度予測される範囲内となるはずである。したがって、測距装置１の自己診断部１０ｂにおいて、自己診断の際の液晶シャッター６ａまでの距離や受光されるべき光量について予め閾値を定めておき、定めた閾値の範囲内にあるか否かによって、自己によるすなわち測距装置１の各部による走査動作が正常であるか否かを診断している。すなわち、自己診断部１０ｂは、測距状態の変化に基づき故障の診断を行う診断部として機能する。

ここでは、液晶シャッター６ａを２次元走査ミラー２の射出側、すなわち測距装置１の出口側に配置していることで、自己診断部１０ｂは、投光部であるレーザ投光部３による投光から走査部である２次元走査ミラー２による走査を経て受光部であるレーザ受光部４による受光がなされるまでの間における異常の有無を診断するものとなっている。

特に、本実施形態の一例として図２（Ｂ）に示すように、液晶シャッター６ａを２次元走査ミラー２による走査の走査範囲ＳＤ１のうち最も外側に位置する隅領域に配置している。この場合、例えば、走査のためのミラー２１の振幅すなわち振れ角が十分でなければ、自己診断時に光が液晶シャッター６ａまで届かず診断時に反射成分ＲＬが検出されないことになり、装置の異常として検出される。

タイミング制御部１１は、各種回路機構等で構成され、上記した各部における動作タイミングを統括的に制御する。このため、タイミング制御部１１は、投光制御部１１ａと、スキャナ制御部１１ｂと、反射制御部１１ｃとを備える。

投光制御部１１ａは、レーザ投光部３から投光成分ＰＬを射出させるタイミング信号（後述する投光タイミング信号ＳＳ４）を出力してレーザ投光部３における投光成分ＰＬの投光タイミングを制御する。

スキャナ制御部１１ｂは、２次元走査ミラー２による２次元駆動のスキャナ動作を制御するための信号（後述する反射制御タイミング信号ＳＳ５）を出力する。

反射制御部１１ｃは、液晶シャッター６ａによる投光成分ＰＬの通過反射のタイミングを制御するための信号（後述するスキャナ駆動信号ＳＳ２）を出力する。

タイミング制御部１１は、上記のような投光制御部１１ａ、スキャナ制御部１１ｂ及び反射制御部１１ｃを備えることで、走査部である２次元走査ミラー２の走査タイミングと、切替機構である液晶シャッター６ａにおける切り替えタイミングとを同期させつつ制御する。

なお、タイミング制御部１１は、上記のような指示に従った各種駆動を行うために、例えばスキャナドライバや、２次元走査ミラー２のスキャナ位置（姿勢）を捉えるためのフィルタ、さらには、スキャナドライバに対して駆動信号を送信するとともにフィルタからスキャナ位置についての信号を受け取るスキャナ制御部等を備えるものとしてもよい。

また、インターフェース部ＩＦは、演算部１０の距離算出部１０ａで算出された距離値や光量値についての情報や、自己診断部１０ｂにおける診断結果、あるいは、タイミング制御部１１で取得された２次元走査ミラー２のスキャナ位置についての情報（後述するスキャナ位置信号ＳＳ３についての情報）等を、外部に対してデータ送信可能としている。

ここで、本実施形態では、既述のように、２次元走査ミラー２においてミラー２１を２次元的に振動することで２次元走査して、図３に例示するようなリサージュ（またはリサジュー）パターンを形成するリサージュ型の走査を行っている。つまり、図３において、曲線Ｑ１は、走査光すなわち投光成分ＰＬの軌跡の様子を示している。これに対して、図２等に例示した切替機構としての液晶シャッター６ａは、図３において矢印Ａ１の先端に示す隅領域ＣＣ１に対応する箇所を覆うように配置されている（図２等参照）。リサージュ型の走査において、矢印Ａ１の先端に示すような隅領域ＣＣ１は、走査の折り返し位置となっている。このため、隅領域ＣＣ１は、ミラー２１の振幅について言えば振り角最大となる箇所であり、また、振幅周期における終端になって、複数回通過する箇所でもある。また、折り返すことから走査の速度が遅くなる点でもあり、タイミング制御において、射出タイミングに対する位置ずれの誤差が少ない箇所でもある。したがって、見方を変えると、上記態様の場合、液晶シャッター６ａは、例えば、２次元走査ミラー２における１回のリサージュ型の走査において、複数回通過する箇所に位置していることになり、かつ、２次元走査ミラー２におけるミラー２１の振幅の最大となる箇所に位置している、といったことになる。このような箇所において透過反射の切替えを行う、すなわち自己診断を行うことで、受光から投光までの各部の動作のどこかに異常が存在する場合には、正常な検査がなされないことが検出でき、例えば既述のように、振幅が十分でないことによる異常の場合もこれを検知できる。また、上記のように、１回のリサージュ型の走査において、複数回通過する箇所とすることで、複数回同じ箇所を通過するうち、いずれかの回を自己診断用に使用し、他の回については自己診断用に使用せずに通常の測距に利用することで、通常の測距を継続しつつこれに並行して自己診断を行う態様とすることが可能になる。

図４は、タイミング制御部１１における上記各動作タイミングの制御の様子を示すタイムチャートであり、各部の動作タイミングについて、同期させつつ制御するための一例を示している。図中、最上段のチャートαは、基準信号ＳＳ１について示しており、上から二段目のチャートβは、スキャナ制御部１１ｂによるスキャナ駆動信号ＳＳ２について示しており、上から三段目のチャートγは、スキャナ駆動信号ＳＳ２に対応して２次元走査ミラー２から返信されるスキャナ位置信号ＳＳ３について示しており、上から四段目のチャートδは、投光制御部１１ａによるレーザ投光部３の投光タイミング信号ＳＳ４について示しており、最下段のチャートεは、反射制御部１１ｃによる液晶シャッター６ａの反射制御タイミング信号ＳＳ５について示している。なお、タイミング制御部１１から演算部１０の自己診断部１０ｂへの自己診断タイミングを行うタイミングである旨の通知である自己診断タイミング信ＳＳ６も同じものとなる。

上記のうち、チャートαに示す基準信号ＳＳ１は、各種動作間での同期をとるための基準となる初期信号であり、例えば、スキャナ駆動信号ＳＳ２の位相は、基準信号ＳＳ１に対してスキャナ位置信号ＳＳ３が一定位相差になるように制御されている。

また、例えば投光タイミング信号ＳＳ４は、基準信号ＳＳ１に対して所定のタイミングで投光するように設定されている。なお、反射制御タイミング信号ＳＳ５は、上記のように設定される投光タイミング信号ＳＳ４のうち、通常の測距用ではなく自己診断を行うために使うものに合わせて設定されている。見方を変えると、測距装置１は、タイミング制御部１１において、基準信号ＳＳ１に対して所定のタイミングで反射制御を行うと同時に、自己診断部１０ｂによる自己診断を行う。

以下、図５等を参照して、上記のような動作の具体的一態様について説明する。図５は、走査軌跡の一部について示す概念図であり、図６は、図５における切替機構としての液晶シャッター６ａによる透過反射の切替えタイミングについて説明するためのタイムチャートである。

図５において、曲線Ｑ１は、走査光すなわち投光成分ＰＬの軌跡の一部を示しており、ここでは、図５及び図６に示すように、早い時刻から順に、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３が、それぞれ投光タイミングすなわちレーザ光である投光成分ＰＬの放射タイミングとなっている。なお、図５に示すように、ここでの一例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて矢印ＡＲ１に示すように破線で囲って示す隅領域ＣＣ１に向かい、図６のチャートに示すように、時刻ｔ２での隅領域ＣＣ１における投光成分ＰＬの放射に際して、液晶シャッター６ａによる投光成分ＰＬの反射（散乱）を行うための駆動制御がなされ、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて矢印ＡＲ２に示すように隅領域ＣＣ１から曲線Ｑ１に示す同じ軌道を折り返している。なお、図６に示すように、時刻ｔ２以外の時刻ｔ１，ｔ３では、通常の測距のための動作がなされる。すなわち、測距装置１において、液晶シャッター６ａは駆動しておらず、投受光窓６を投光成分ＰＬが透過して、各時刻ｔ１，ｔ３に対応する位置で所定の角度（方向）に向けて通常の測距がなされる。以上のようにして、タイミング制御部１１は、２次元走査ミラー２の走査タイミングと、液晶シャッター６ａにおける切り替えタイミングとを同期させつつ制御している。

以下、図７のフローチャートを参照して、測距装置１の一連の動作について一例を説明する。なお、ここでは、自己診断を行うか否かについてのタイミング制御の概要についての一例を説明する。

まず、タイミング制御部１１は、自己診断のタイミングであるか否かを判断し（ステップＳ１０１）、自己診断のタイミングである場合には（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、反射制御タイミング信号ＳＳ５を出力して液晶シャッター６ａによる遮断を行って液晶シャッター６ａに向かう投光成分ＰＬを反射（散乱）可能な状態とするとともに（ステップＳ１０２ａ）、投光タイミング信号ＳＳ４を出力して投光成分ＰＬを放射させる（ステップＳ１０３ａ）。なお、以上に併せて、タイミング制御部１１は、反射制御タイミング信号ＳＳ５とともに自己診断部１０ｂに対して自己診断タイミングである旨の自己診断タイミング信号ＳＳ６（自己診断タイミング制御の情報）を出力しており、自己診断部１０ｂは、レーザ受光部４における状況を含めた計測部９での計測及び距離算出部１０ａでの算出結果から、自己診断のための各種処理を行う（ステップＳ１０４ａ）。ステップＳ１０２ａ～Ｓ１０４ａの動作を終了すると、タイミング制御部１１は、再びステップＳ１０１の動作に戻る。

一方、ステップＳ１０１において、自己診断のタイミングでない場合には（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、タイミング制御部１１は、液晶シャッター６ａによって光を遮断させることなく液晶シャッター６ａを含む投受光窓６に向かう投光成分ＰＬを透過可能な状態とするとともに（ステップＳ１０２ｂ）、投光タイミング信号ＳＳ４を出力して投光成分ＰＬを放射させる（ステップＳ１０３ｂ）。この場合、自己診断部１０ｂを含む演算部１０は、自己診断部１０ｂによる自己診断のための処理を行うことなく通常の距離計測の処理をする（ステップＳ１０４ｂ）。ステップＳ１０２ｂ～Ｓ１０４ｂの動作を終了すると、タイミング制御部１１は、再びステップＳ１０１の動作に戻る。

タイミング制御部１１は、上記動作を測距装置１の動作の終了処理がなされるまで、あるいは、自己診断の動作停止命令がなされるまで継続する。

図８は、一変形例の測距装置１における光の通過範囲と切替機構としての液晶シャッター６ａによる切替え領域との関係を示す概念図であり、図２（Ｂ）に示す図２（Ａ）の一部拡大図に対応する図である。図示のように、本変形例では、液晶シャッター６ａが、走査範囲ＳＤ１の中心辺りに位置している点において、図２（Ｂ）に例示した場合と異なっている。

図８において、液晶シャッター６ａに関して、一部拡大して示す領域Ｋ１は、液晶シャッター６ａの設置位置に対応する図３に例示したリサージュパターンの一部を示している。すなわち、領域Ｋ１は、図３の一部を拡大した図に相当し、図中において、曲線Ｑ１は、走査光すなわち投光成分ＰＬの軌跡の一部を示している。また、図８において、領域Ｋ２及び領域Ｋ３は、領域Ｋ１と同一の領域を示している。ここでは、領域Ｋ２及び領域Ｋ３において例示するように、曲線Ｑ１のうち、部分曲線Ｑ１ａと部分曲線Ｑ１ｂとの交点を交点ＣＳ１とし、交点ＣＳ１を投光成分ＰＬが通過するタイミングで、投光成分ＰＬの射出を行うようにタイミング制御がなされているものとする。例えば、領域Ｋ２において曲線Ｑ１のうち実線で示す部分曲線Ｑ１ａに沿って走査がなされる場合には、交点ＣＳ１を投光成分ＰＬが通過するタイミングで液晶シャッター６ａによる遮断を行い、投光成分ＰＬを反射（散乱）させて、自己診断を行う。一方、領域Ｋ３において曲線Ｑ１のうち実線で示す部分曲線Ｑ１ｂに沿って走査がなされる場合には、交点ＣＳ１を投光成分ＰＬが通過するタイミングで液晶シャッター６ａによる遮断を行わず、通常の測距処理を行う。

以上のように、本変形例では、クロスする位置すなわち２回通過する交点ＣＳ１の位置において走査タイミングによって液晶シャッター６ａでの通過反射を切り替えることで、同じ箇所において測距用の検出と自己診断用の検出とを可能にしている。

図９（Ａ）は、他の一変形例の測距装置１における光の通過範囲と切替機構としての液晶シャッター６ａによる切替え領域との関係を示す概念図であり、図２（Ｂ）や図８の一部に対応する図である。図示のように、本変形例では、液晶シャッター６ａが、走査範囲ＳＤ１の四隅に設けられている点において、上記の例示と異なっている。この場合、液晶シャッター６ａの切替えタイミングを適宜調整することで、四隅の全てで通常の測距処理を行いつつ自己診断を行うことができる。

例えば、４箇所に配置された全ての液晶シャッター６ａにおいて正常であると診断された場合にのみ測距装置１が正常であると判断することで、より厳しい基準で動作の正常異常判断ができる。逆に、４箇所の液晶シャッター６ａのうちいずれかの表面において汚れが付着していて正しい測距が不能となっているが、測距装置１の内部構造については異常が生じていないといった場合も考えられる。このような場合に対応すべく、通常は、４箇所の液晶シャッター６ａのうちいずれかでのみ自己診断を行い、当該箇所において自己診断に異常がみられる場合に、残りの３箇所のいずれかを利用して自己診断を行うようにする、といった態様としてもよい。

図９（Ｂ）は、さらに他の一変形例の測距装置１における光の通過範囲と切替機構としての液晶シャッター６ａによる切替え領域との関係を示す概念図である。図示のように、本変形例では、液晶シャッター６ａが、走査範囲ＳＤ１を包含するように形成されている。なお、液晶シャッター６ａを、投受光窓６の被覆領域Ｄ１の全体に亘って形成してもよい。この場合、液晶シャッター６ａが、投受光窓６そのものとなっている態様としてもよい。また、図示の場合において、自己診断時において、液晶シャッター６ａの全体で光を遮断する構成としてもよいが、液晶シャッター６ａを、例えば領域ごとの画素マトリクス状の構成とし、走査タイミングに応じて走査位置に対応する箇所の画素のみにおいて遮断させる構成としてもよい。

以上のように、本実施形態では、走査部である２次元走査ミラー２での走査における電磁波としてのレーザ光の通過範囲のうち少なくとも一部に設けられた切替機構である液晶シャッター６ａが、レーザ光に対する透過反射を切り替え、さらに、診断部である自己診断部１０ｂが、液晶シャッター６ａによる測距状態の変化に基づき故障の診断を行うことで、レーザ光の成分である投光成分ＰＬを走査範囲外に照射させることなく自己診断を行える。

なお、以上では、射出させるレーザ光（投光成分ＰＬ）の透過反射を切り替える切替機構として液晶シャッター（液晶シャッター６ａ）を採用しているが、同様に調光ガラスで切替機構を構成できる。また、適切な透過反射の切替えが可能であれば、これに限らず、種々のものが採用できる。

また、上記では、切替機構による反射として散乱を含むのとしているが、上記のように、投光成分ＰＬがきた方向に折り返すことができる種々の態様のものを液晶シャッター６ａに代えて採用できる。

〔第２実施形態〕
以下、図１０を参照しつつ、第２実施形態の測距装置及びこれを用いた測距方法について一例を説明する。液晶シャッター２０６ａにおける光の遮断範囲の変更すなわち切替え領域の変更を除いて同様であるので、全体の構成について、共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１０は、本実施形態に係る測距装置における切替機構としての液晶シャッター２０６ａによる切替え領域の変更について説明するための概念図であり、図２（Ｂ）等に対応する図である。ここでは、図９（Ｂ）に例示した液晶シャッター６ａの場合と同様に、本実施形態では、液晶シャッター２０６ａが、走査範囲ＳＤ１を包含するように形成されており、特に図示の場合では、被覆領域Ｄ１のほぼ全体に亘って形成されている。さらに、液晶シャッター２０６ａは、領域ごとの画素マトリクス状の構成とし、遮断させる箇所を変更可能としている。

一方、本実施形態では、走査範囲も変更可能となっている。例えば図中左側に示す通常の状態Ｘ１の走査範囲ＳＤ１に比べて、図中右側に示す状態Ｘ２の走査範囲ＳＤ２のほうが小さくなっている。なお、このような変更については、例えば２次元走査ミラー２におけるミラー２１の振幅の大きさを変更可能な態様としておくことで実現できる。つまり、ミラー２１の走査角度を変更することで走査範囲を変更する。このような変更を行うものの利用態様としては、例えば、１回の走査におけるレーザ光（パルスレーザ）の射出回数を維持しつつ、走査範囲を小さくする（狭くする）ことで、より密度の高い測距を可能なものにする、といったことが考えられる。

上記のような場合において、図示のように、状態Ｘ１の液晶シャッター２０６ａ中において遮断を行う領域ＸＤ１を変更することが考えられる。具体的には、図示の例では、縮小する前の通常の状態Ｘ１においては、領域ＸＤ１を走査範囲ＳＤ１の四隅の１つに対応させており、縮小後の状態Ｘ２においても、遮断を行う領域を新たな領域ＸＤ２に変更する、すなわち駆動させる画素を変更することで、縮小後の新たな走査範囲ＳＤ２の四隅の１つに対応させた状態に維持している。以上を言い換えると、縮小後（状態Ｘ２）においても、液晶シャッター２０６ａでの反射制御を行うタイミングは、縮小前（状態Ｘ１）と同一で、同じ走査軌跡だが、走査角度が異なる場合に、液晶シャッター２０６ａとして使用する画素の位置を変更することで対応させている。

本実施形態の測距装置においても、走査部である２次元走査ミラー２での走査における電磁波としてのレーザ光の通過範囲のうち少なくとも一部に設けられた切替機構である液晶シャッター２０６ａが、レーザ光に対する透過反射を切り替え、さらに、診断部である自己診断部１０ｂが、液晶シャッター２０６ａによる測距状態の変化に基づき故障の診断を行うことで、レーザ光の成分である投光成分ＰＬを走査範囲外に照射させることなく自己診断を行える。

〔その他〕
この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

まず、上記では、切替機構である液晶シャッターの配置について四隅等の種々の場合を示したが、これらはいずれも例示であり、走査範囲に対応する範囲おいて、上記以外の範囲に設置することも考えられる。また、液晶シャッターの大きさについても種々変更可能である。たとえば、製造誤差等によって走査における軌跡の位置や、射出タイミング等について生じ得る誤差を加味して十分な程度の大きさとしておくことが考えられる。この際、併せてレーザ光の径等も考慮してもよい。

さらに、例えば、第２実施形態等で例示したように、液晶シャッターによる切替位置を変更可能とする場合、これを調整に使ってもよい。すなわち画素単位で液晶シャッターの動作位置をずらすことで、最適化する調整を可能なものとしてもよい。

また、上記では、切替機構である液晶シャッターを投受光窓に設置するものとしているが、これに限らず、２次元走査ミラー２の走査において射出されたレーザ光の通過範囲の内種々の箇所において、切替機構を設けることができる。

また、上記では、切替機構における遮断時に、切替機構が散乱作用を示すことで、レーザ光を折り返すように反射させるものとして、必要な反射成分を受光できるようにしているが、必要な反射成分の受光が可能であれば、例えば散乱作用を示すようにする場合に限らず、種々の態様とすることができる。

また、上記では、測距装置１は、駅のプラットホームに設置されたホームドア付近において、人や物体等の測定対象までの距離を測定する装置であるものとしているが、これに限らず、例えばドアの挟み込み検出、周辺検知、障害物検知等に用いられる装置であって、屋外での使用によるものとすることができる。

また、上記実施形態では、２次元走査ミラー２において、例えば光走査部として電磁駆動式の２次元ガルバノミラーを用いることが考えられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、電磁駆動式、静電方式、圧電方式、熱方式などの各種の駆動方式で光反射面を有する可動部を揺動駆動する構成の光走査部にも適用することができる。

１…測距装置、２…２次元走査ミラー、３…レーザ投光部、４…レーザ受光部、５…投光受光光学系、５ａ…反射ミラー、５ｂ…投光／受光分離器、６…投受光窓、６ａ…液晶シャッター、９…計測部、９ａ…時間差計測部、９ｂ…光量計測部、１０…演算部、１０ａ…距離算出部、１０ｂ…自己診断部、１１…タイミング制御部、１１ａ…投光制御部、１１ｂ…スキャナ制御部、１１ｃ…反射制御部、１３…スキャナ制御部、２１…ミラー、２０６ａ…液晶シャッター、Ａ１…矢印、ＡＲ１，ＡＲ２…矢印、ＣＣ１…隅領域、ＣＳ１…交点、Ｄ１…被覆領域、ＩＦ…インターフェース部、Ｋ１～Ｋ３…領域、ＰＬ…投光成分（レーザ光）、Ｑ１…曲線、Ｑ１ａ…部分曲線、Ｑ１ｂ…部分曲線、ＲＬ…反射成分、ＳＤ１…走査範囲、ＳＤ２…走査範囲、ＳＳ１…基準信号、ＳＳ２…スキャナ駆動信号、ＳＳ３…スキャナ位置信号、ＳＳ４…投光タイミング信号、ＳＳ５…反射制御タイミング信号、Ｘ１，Ｘ２…状態、ＸＤ１，ＸＤ２…領域、ｔ１，ｔ２，ｔ３…時刻、α～ε…チャート

Claims (9)

1. 測定対象に向けて電磁波を走査させつつ反射成分を受ける走査部と、
   前記走査部の走査の投受光窓における前記電磁波の走査範囲に対応する通過範囲のうち少なくとも一部に設けられて前記電磁波に対する透過反射を切り替える切替機構と、
   前記反射成分から測距を行う計測部の出力に基づき、前記切替機構による測距状態の変化から故障の診断を行う診断部と
   を備える、測距装置。
2. 前記電磁波は、光波であり、
   前記切替機構は、液晶シャッター又は調光ガラスで構成される、請求項１に記載の測距装置。
3. 前記走査部の走査タイミングと、前記切替機構における切り替えタイミングとを同期させつつ制御するタイミング制御部を備える、請求項１及び２のいずれか一項に記載の測距装置。
4. 前記切替機構において、前記通過範囲のうち、透過反射の切替え箇所は、変更可能である、請求項１～３のいずれか一項に記載の測距装置。
5. 前記切替機構は、前記通過範囲の隅領域に設けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の測距装置。
6. 前記切替機構は、矩形状の前記通過範囲の四隅を前記隅領域として設けられ、
   前記診断部は、前記通過範囲の四隅のうち、一の隅について診断不能である場合に、他の隅について診断する、請求項５に記載の測距装置。
7. 前記走査部は、リサージュ型の走査をする、請求項１～６のいずれか一項に記載の測距装置。
8. 前記切替機構は、前記走査部における１回のリサージュ型の走査において、複数回通過する箇所で透過反射の切替えを行う、請求項７に記載の測距装置。
9. 前記電磁波として走査されるべき光を投光する投光部と、
   前記電磁波として走査された光に対する測定対象からの前記反射成分を受光する受光部と
   を備え、
   前記診断部は、前記投光部による投光から前記走査部による走査を経て前記受光部による受光がなされるまでの間における異常の有無を診断する、請求項１～８のいずれか一項に記載の測距装置。

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