JP7602011B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、センサ装置に関する。

近年、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）等の様々なセンサ装置が開発されている。センサ装置は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー、ポリゴンミラー等の走査部を備えている。

特許文献１には、センサ装置の一例について記載されている。このセンサ装置では、走査部の走査開始位置及び走査終了位置に反射部が設けられている。また、走査の開始位置に設けられた反射部によって反射されたビームの反射量と、走査の終了位置に設けられた反射部によって反射されたビームの反射量と、の比較結果によって走査範囲の位置のずれが測定されている。

特開２０２０－１６４８１号公報

例えば特許文献１に記載されているように、走査部の走査範囲の走査の開始位置に設けられた反射部によって反射されたビームの反射量と、走査部の走査範囲の走査の終了位置に設けられた反射部によって反射されたビームの反射量と、を用いて走査範囲のずれを測定することがある。しかしながら、２つの反射部を用いただけでは、走査範囲の回転のずれを測定することができないことがある。また、走査範囲が比較的大きな距離ずれたとき、走査の開始位置に設けられた反射部又は走査の終了位置に設けられた反射部にビームが照射されないことがある。

本発明が解決しようとする課題としては、走査部の走査範囲の位置の基準位置からのずれを適切に測定することが一例として挙げられる。

請求項１に記載の発明は、
走査部と、
前記走査部の走査範囲に照射されるビームの少なくとも一部を反射する複数の反射部と、
を備え、
前記複数の反射部が前記走査範囲のうちの少なくとも４角に位置している、センサ装置である。

請求項２に記載の発明は、
走査部と、
前記走査部の走査範囲に照射されるビームの少なくとも一部を反射する複数の反射部と、
を備え、
前記複数の反射部が前記走査範囲のうちの少なくとも両側に位置しており、
前記複数の反射部が、前記走査部の前記走査範囲の走査の開始位置に照射される前記ビームと、前記走査部の前記走査範囲の走査の終了位置に照射される前記ビームと、は異なる前記ビームの少なくとも一部を反射する、センサ装置である。

実施形態に係るセンサ装置の斜視図である。 走査部の走査範囲と複数の反射部との関係の一例を示す図である。 走査部の位置の基準位置からのずれの第１例を説明するための図である。 走査部の位置の基準位置からのずれの第２例を説明するための図である。 走査部の位置の基準位置からのずれの第３例を説明するための図である。 図２の第１の変形例を示す図である。 図２の第２の変形例を示す図である。 図２の第３の変形例を示す図である。 図２の第４の変形例を示す図である。 測定部及び補正部のハードウエア構成を例示する図である。 走査部の位置の基準位置からのずれを測定する測定系の第１例を説明するための図である。 走査部の位置の基準位置からのずれを測定する測定系の第２例を説明するための図である。 走査部の位置の基準位置からのずれを測定する測定系の第３例を説明するための図である。 走査部の位置の基準位置からのずれを測定する測定系の第４例を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

本明細書において、「第１」、「第２」、「第３」等の序数詞は、特に断りのない限り、同様の名称が付された構成を単に区別するために付されたものであり、構成の特定の特徴（例えば、順番又は重要度）を意味するものではない。

図１は、実施形態に係るセンサ装置１０の斜視図である。図２は、走査部１００の走査範囲ＳＡと複数の反射部２００との関係の一例を示す図である。

図１及び図２において、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ又は第３方向Ｚを示す矢印は、当該矢印の基端から先端に向かう方向が当該矢印によって示される方向の正方向であり、かつ当該矢印の先端から基端に向かう方向が当該矢印によって示される方向の負方向であることを示している。第３方向Ｚを示す黒点付き白丸は、紙面の奥から手前に向かう方向が当該黒点付き白丸によって示される方向の正方向であり、かつ紙面の手前から奥に向かう方向が当該黒点付き白丸によって示される方向の負方向であることを示している。

第１方向Ｘは、鉛直方向に直交する水平方向に平行な一方向である。第３方向Ｚの正方向から見て、第１方向Ｘの正方向は、水平方向の左から右に向かう方向となっており、第１方向Ｘの負方向は、水平方向の右から左に向かう方向となっている。第２方向Ｙは、鉛直方向に平行な方向である。第２方向Ｙの正方向は、鉛直方向の下から上に向かう方向となっており、第２方向Ｙの負方向は、鉛直方向の上から下に向かう方向となっている。第３方向Ｚは、水平方向に平行かつ第１方向Ｘに直交する一方向である。第１方向Ｘの負方向から見て、第３方向Ｚの正方向は、水平方向の左から右に向かう方向となっており、第３方向Ｚの負方向は、水平方向の右から左に向かう方向となっている。

第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、第３方向Ｚ、水平方向及び鉛直方向の関係は、本実施形態に係る関係に限定されない。第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、第３方向Ｚ、水平方向及び鉛直方向の関係は、センサ装置１０の配置に応じて異なる。例えば、第３方向Ｚが鉛直方向に平行になっていてもよい。

センサ装置１０は、筐体１２、走査部１００、複数の反射部２００、測定部３１０及び補正部３２０を備えている。

走査部１００は、筐体１２の内部に収容されている。本実施形態において、走査部１００は、２軸ＭＥＭＳミラーである。走査部１００は、２軸ＭＥＭＳミラーと異なる走査部、例えば、ガルバノミラーであってもよい。

走査部１００は、第３方向Ｚに垂直な仮想平面上で第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにビームを走査する。具体的には、走査部１００は、不図示のレーザ等の光源から出射されたビームを反射する反射面１０２を有している。図１において反射面１０２に向けて延びる破線矢印は、不図示の光源から出射されて反射面１０２に入射するビームの光軸を示している。図１において反射面１０２から延びる２本の破線矢印の各々は、反射面１０２によって反射されたビームの光軸を示している。当該２本の破線矢印によって示される２つのビームは、互いに異なるタイミングで反射面１０２によって反射されている。

反射面１０２は、互いに直交するヨー軸１０２ｙ及びピッチ軸１０２ｐの周りに回転する。ヨー軸１０２ｙ及びピッチ軸１０２ｐは、反射面１０２の中心における法線を通過するロール軸１０２ｒに直交している。走査部１００の位置が基準位置にある場合、ヨー軸１０２ｙは、第２方向Ｙの正方向に対して第３方向Ｚの負方向に向けて斜めに傾いている。また、走査部１００の位置が所定の基準位置にある場合、ピッチ軸１０２ｐは、第１方向Ｘに対して平行になっている。走査部１００は、反射面１０２をヨー軸１０２ｙの周りに回転させることで、反射面１０２に入射するビームを第３方向Ｚに垂直な仮想平面上で第１方向Ｘに走査する。また、走査部１００は、反射面１０２をピッチ軸１０２ｐの周りに回転させることで、反射面１０２に入射するビームを第３方向Ｚに垂直な仮想平面上で第２方向Ｙに走査する。

本実施形態において、走査部１００の位置の基準位置とは、走査部１００が設計どおりに配置された場合に走査部１００が設けられる位置をいう。例えば、走査部１００をセンサ装置１０へ組み付ける場合に、接着剤等の固定手段によって走査部１００は基準位置に設けられる。しかしながら、走査部１００を基準位置に設けるためには、比較的高精度の調整が要求され、比較的高いコストを要し得る。また、固定手段によって走査部１００を基準位置に設けたとしても、固定手段の経時的変化によって走査部１００の位置が基準位置からずれることがある。

走査部１００は、第３方向Ｚに垂直な仮想平面に投影される所定の走査範囲ＳＡをビームによって走査する。具体的には、センサ装置１０は、走査部１００によって走査範囲ＳＡに向けて照射されて筐体１２の外部に存在する不図示の物体によって反射又は散乱されたビームを不図示のＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）等の光検出素子によって検出することで、点群データを生成する。

図１及び図２では、筐体１２のうち走査部１００によって照射されたビームを透過させる窓等の所定の箇所において第３方向Ｚに直交する仮想平面に投影された走査範囲ＳＡが示されている。走査範囲ＳＡには、走査部１００によってビームが照射されている。以下、必要に応じて、走査部１００によって照射されたビームのうち、走査範囲ＳＡが投影された仮想平面と同一仮想平面に投影される部分を、スポットという。図１及び図２に示す走査範囲ＳＡは、走査部１００によって走査されたビームによって生成されるスポットの中心が通過する軌跡と、当該軌跡のうち第２方向Ｙに隣り合う部分と、によって占められる領域を模式的に示している。図１及び図２では、走査範囲ＳＡの後述する第１角ＣＲ１、第２角ＣＲ２、第３角ＣＲ３及び第４角ＣＲ４の４角に位置する４つのスポットＳが示されている。

図１及び図２では、説明のため、走査範囲ＳＡに第１仮想線ＬＸ及び第２仮想線ＬＹが示されている。第１仮想線ＬＸは、走査部１００の位置が基準位置にある場合の走査範囲ＳＡの中心を第１方向Ｘに平行に通過する仮想線である。第２仮想線ＬＹは、走査部１００の位置が基準位置にある場合の走査範囲ＳＡの中心を第２方向Ｙに平行に通過する仮想線である。

本実施形態において、走査範囲ＳＡは、第１角ＣＲ１、第２角ＣＲ２、第３角ＣＲ３及び第４角ＣＲ４の４角を有していて扇形に近似した形状となっている。走査範囲ＳＡの形状は、扇形に近似した形状限定されず、扇形以外の形状、例えば、長方形、正方形な等の四角形又は四角形に近似した形状であってもよい。第３方向Ｚの正方向側から見て、第１角ＣＲ１は、第２仮想線ＬＹに対して第１方向Ｘの負方向側かつ第１仮想線ＬＸに対して第２方向Ｙの正方向側に位置している。第３方向Ｚから見て、第２角ＣＲ２は、第２仮想線ＬＹに対して第１方向Ｘの正方向側かつ第１仮想線ＬＸに対して第２方向Ｙの正方向側に位置している。第３方向Ｚから見て、第３角ＣＲ３は、第２仮想線ＬＹに対して第１方向Ｘの負方向側かつ第１仮想線ＬＸに対して第２方向Ｙの負方向側に位置している。第３方向Ｚから見て、第４角ＣＲ４は、第２仮想線ＬＹに対して第１方向Ｘの正方向側かつ第１仮想線ＬＸに対して第２方向Ｙの負方向側に位置している。

走査部１００は、第１角ＣＲ１又は第２角ＣＲ２から走査範囲ＳＡの各フレームの走査を開始する。例えば、第１角ＣＲ１から走査が開始される場合、反射面１０２をヨー軸１０２ｙの周りに第１方向Ｘの正方向に向けて回転させて、走査範囲ＳＡのうち第１角ＣＲ１と第２角ＣＲ２との間の段の走査を行う。走査範囲ＳＡのうち第１角ＣＲ１と第２角ＣＲ２との間の段の走査が終了した後、反射面１０２をピッチ軸１０２ｐの周りに第２方向Ｙの負方向に向けて回転させて、その後、反射面１０２をヨー軸１０２ｙの周りに回転させて、先に走査された段に対して第２方向Ｙの負方向側に位置する段を走査する。このようにして、走査部１００は、走査範囲ＳＡのうちの第２方向Ｙに並ぶ複数の段の走査を繰り返す。走査範囲ＳＡのうちのある段を走査する際のヨー軸１０２ｙの回転方向と、走査範囲ＳＡのうちの当該ある段に第２方向Ｙに隣接する他の段を走査する際のヨー軸１０２ｙの回転方向と、は同じであってもよいし、又は逆であってもよい。走査範囲ＳＡの各フレームの最終段階において、走査部１００は、走査範囲ＳＡのうち第３角ＣＲ３と第４角ＣＲ４との間の段の走査を行う。これによって、走査部１００は、走査範囲ＳＡの各フレームの走査を第３角ＣＲ３又は第４角ＣＲ４において終了する。

図３は、走査部１００の位置の基準位置からのずれの第１例を説明するための図である。

図３において、実線で示される走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置にある場合において、第３方向Ｚに垂直な仮想平面に投影される走査範囲を示している。破線で示される走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査部１００がヨー軸１０２ｙの周りに第１方向Ｘの負方向に向けて回転した場合において、第３方向Ｚに垂直な仮想平面に投影される走査範囲を示している。図３に示すように、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査部１００がヨー軸１０２ｙの周りに第１方向Ｘの負方向に向けて回転した場合における走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置にある場合における走査範囲ＳＡから移動しているだけでなく、変形もしている。

図４は、走査部１００の位置の基準位置からのずれの第２例を説明するための図である。

図４において、実線で示される走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置にある場合において、第３方向Ｚに垂直な仮想平面に投影される走査範囲を示している。破線で示される走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査部１００がピッチ軸１０２ｐの周りに第２方向Ｙの正方向に向けて回転した場合において、第３方向Ｚに垂直な仮想平面に投影される走査範囲を示している。図４に示すように、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査部１００がピッチ軸１０２ｐの周りに第２方向Ｙの正方向に向けて回転した場合における走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置にある場合における走査範囲ＳＡから移動しているだけでなく、変形もしている。

図５は、走査部１００の位置の基準位置からのずれの第３例を説明するための図である。

図５において、実線で示される走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置にある場合において、第３方向Ｚに垂直な仮想平面に投影される走査範囲を示している。破線で示される走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して第３方向Ｚの正方向から見て走査部１００がロール軸１０２ｒの周りに時計回りに回転した場合において、第３方向Ｚに垂直な仮想平面に投影される走査範囲を示している。図５に示すように、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して第３方向Ｚの正方向から見て走査部１００がロール軸１０２ｒの周りに時計回りに回転した場合における走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置にある場合における走査範囲ＳＡから移動しているだけでなく、変形もしている。

図１及び図２に戻る。

本実施形態では、４つの反射部２００が、走査範囲ＳＡの第１角ＣＲ１、第２角ＣＲ２、第３角ＣＲ３及び第４角ＣＲ４の４角に位置している。各反射部２００は、スポットＳの少なくとも一部を反射する。センサ装置１０は、図１及び図２に示す４つの反射部２００に加えて、他の反射部２００をさらに備えていてもよい。

測定部３１０は、第１角ＣＲ１に設けられた反射部２００によって反射されたスポットＳの反射量Ａ１と、第２角ＣＲ２に設けられた反射部２００によって反射されたスポットＳの反射量Ａ２と、第３角ＣＲ３に設けられた反射部２００によって反射されたスポットＳの反射量Ａ３と、第４角ＣＲ４に設けられた反射部２００によって反射されたスポットＳの反射量Ａ４と、の関係を用いて、走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定する。

第１に、測定部３１０は、Ａ１及びＡ３の和と、Ａ２及びＡ４の和と、の比較結果を用いて、反射面１０２のヨー軸１０２ｙの周りの回転による走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定する。例えば、走査部１００の位置が基準位置にある場合、比｛（Ａ１＋Ａ３）－（Ａ２＋Ａ４）｝／｛（Ａ１＋Ａ３）＋（Ａ２＋Ａ４）｝が既知の基準値であるとする。この場合において、上記比が上記基準値より大きいとき、測定部３１０は、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第１方向Ｘの負方向にずれていることを測定することができる。一方、上記比が上記基準値より小さいとき、測定部３１０は、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第１方向Ｘの正方向にずれていることを測定することができる。特に上記基準値がゼロとなるように複数の反射部２００が設けられている場合、上記基準値がゼロ以外の値である場合と比較して、上記比の正負のみに基づいて上記比が上記基準値より大きいか、又は小さいかを容易に判断することができる。この観点からは、上記基準値がゼロであることが好ましい。なお、上記基準値は、ゼロ以外の値であってもよい。

第２に、測定部３１０は、Ａ１及びＡ２の和と、Ａ３及びＡ４の和と、の比較結果を用いて、反射面１０２のピッチ軸１０２ｐの周りの回転による走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定する。例えば、走査部１００の位置が基準位置にある場合、比｛（Ａ１＋Ａ２）－（Ａ３＋Ａ４）｝／｛（Ａ１＋Ａ２）＋（Ａ３＋Ａ４）｝が既知の基準値であるとする。この場合において、上記比が上記基準値より大きいとき、測定部３１０は、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第２方向Ｙの正方向にずれていることを測定することができる。一方、上記比が上記基準値より小さいとき、測定部３１０は、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第２方向Ｙの負方向にずれていることを測定することができる。特に上記基準値がゼロとなるように複数の反射部２００が設けられている場合、上記基準値がゼロ以外の値である場合と比較して、上記比の正負のみに基づいて上記比が上記基準値より大きいか、又は小さいかを容易に判断することができる。この観点からは、上記基準値がゼロであることが好ましい。なお、上記基準値は、ゼロ以外の値であってもよい。

第３に、測定部３１０は、Ａ３に対するＡ１の相対値と、Ａ２に対するＡ４の相対値と、の比較結果を用いて、反射面１０２のロール軸１０２ｒの周りの回転による走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定する。例えば、走査部１００の位置が基準位置にある場合、比（Ａ１－Ａ３）／（Ａ１＋Ａ３）＋（Ａ４－Ａ２）／（Ａ４＋Ａ２）が既知の基準値であるとする。この場合において、上記比が上記基準値より大きいとき、測定部３１０は、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して第３方向Ｚの正方向から見て走査範囲ＳＡが反時計回りに回転していることを測定することができる。一方、上記比が上記基準値より小さいとき、測定部３１０は、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して第３方向Ｚの正方向から見て走査範囲ＳＡが時計回りに回転していることを測定することができる。特に上記基準値がゼロとなるように複数の反射部２００が設けられている場合、上記基準値がゼロ以外の値である場合と比較して、上記比の正負のみに基づいて上記比が上記基準値より大きいか、又は小さいかを容易に判断することができる。この観点からは、上記基準値がゼロであることが好ましい。なお、上記基準値は、ゼロ以外の値であってもよい。

図２に示す例では、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の開始位置が第１角ＣＲ１又は第２角ＣＲ２となっており、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の終了位置が第３角ＣＲ３又は第４角ＣＲ４となっている。したがって、第１角ＣＲ１、第２角ＣＲ２、第３角ＣＲ３及び第４角ＣＲ４に位置する４つの反射部２００のうちの２つは、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の開始位置に照射されるスポットＳと、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の終了位置に照射されるスポットＳと、は異なるスポットＳの少なくとも一部を反射している。例えば、仮に、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の開始位置及び走査の終了位置がそれぞれ第１角ＣＲ１及び第３角ＣＲ３であって、第１角ＣＲ１及び第３角ＣＲ３の２箇所にしか反射部２００が位置していないとすると、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第１方向Ｘの正方向に向けて比較的大きな距離ずれると、第１角ＣＲ１及び第３角ＣＲ３に位置する２つの反射部２００にスポットＳが照射されないことがある。これに対して、図２に示す例では、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが比較的大きな距離ずれたとしても、４つの反射部２００の少なくとも１つにスポットＳの少なくとも一部を照射することができる。

図６は、図２の第１の変形例を示す図である。図６に示す変形例は、以下の点を除いて、図２に示す実施形態と同様となっている。

図６に示す変形例では、２つの反射部２００が走査範囲ＳＡの第２方向Ｙの両側に位置している。また、２つの反射部２００は、第２仮想線ＬＹ上に位置している。センサ装置１０は、図６に示す２つの反射部２００に加えて、他の反射部２００をさらに備えていてもよい。

測定部３１０は、第１仮想線ＬＸに対して第２方向Ｙの正方向側に位置する反射部２００によって反射されるスポットＳの反射量Ａ５と、第１仮想線ＬＸに対して第２方向Ｙの負方向側に位置する反射部２００によって反射されるスポットＳの反射量Ａ６と、の比較結果を用いて、反射面１０２のピッチ軸１０２ｐの周りの回転による走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定する。例えば、走査部１００の位置が基準位置にある場合、比（Ａ５－Ａ６）／（Ａ５＋Ａ６）が既知の基準値であるとする。この場合において、上記比が上記基準値より大きいとき、測定部３１０は、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第２方向Ｙの正方向にずれていることを測定することができる。一方、上記比が上記基準値より小さいとき、測定部３１０は、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第２方向Ｙの負方向にずれていることを測定することができる。特に上記基準値がゼロとなるように複数の反射部２００が設けられている場合、上記基準値がゼロ以外の値である場合と比較して、上記比の正負のみに基づいて上記比が上記基準値より大きいか、又は小さいかを容易に判断することができる。この観点からは、上記基準値がゼロであることが好ましい。なお、上記基準値は、ゼロ以外の値であってもよい。

図６に示す例では、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の開始位置が第１角ＣＲ１又は第２角ＣＲ２となっており、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の終了位置が第３角ＣＲ３又は第４角ＣＲ４となっている。したがって、２つの反射部２００は、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の開始位置に照射されるスポットＳと、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の終了位置に照射されるスポットＳと、は異なるスポットＳの少なくとも一部を反射している。例えば、仮に、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の開始位置及び走査の終了位置がそれぞれ第１角ＣＲ１及び第３角ＣＲ３であって、第１角ＣＲ１及び第３角ＣＲ３に２つの反射部２００が位置しているとすると、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第１方向Ｘの正方向に向けて比較的大きな距離ずれると、第１角ＣＲ１及び第３角ＣＲ３に位置する２つの反射部２００にスポットＳが照射されないことがある。これに対して、図６に示す例では、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第１方向Ｘに比較的大きな距離ずれたとしても、２つの反射部２００の双方にスポットＳの少なくとも一部を照射することができる。

図７は、図２の第２の変形例を示す図である。図７に示す変形例は、以下の点を除いて、図６に示す変形例と同様となっている。

図７に示す変形例では、２つの反射部２００が第２仮想線ＬＹに対して第１方向Ｘの負方向側にずれて位置している。２つの反射部２００は、第２仮想線ＬＹに対して第１方向Ｘの正方向側にずれて位置していてもよい。図７に示す変形例においても、図６に示した変形例と同様にして、測定部３１０は、反射面１０２のピッチ軸１０２ｐの周りの回転による走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定することができる。また、図６に示した変形例と同様にして、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第１方向Ｘに比較的大きな距離ずれたとしても、２つの反射部２００の双方にスポットＳの少なくとも一部を照射することができる。

図８は、図２の第３の変形例を示す図である。図８に示す変形例は、以下の点を除いて、図２に示す実施形態と同様となっている。

図８に示す変形例では、２つの反射部２００が走査範囲ＳＡの第１方向Ｘの両側に位置している。また、２つの反射部２００は、第１仮想線ＬＸ上に位置している。センサ装置１０は、図８に示す２つの反射部２００に加えて、他の反射部２００をさらに備えていてもよい。

測定部３１０は、第２仮想線ＬＹに対して第１方向Ｘの正方向側に位置する反射部２００によって反射されるスポットＳの反射量Ａ７と、第２仮想線ＬＹに対して第１方向Ｘの負方向側に位置する反射部２００によって反射されるスポットＳの反射量Ａ８と、の比較結果を用いて、反射面１０２のヨー軸１０２ｙの周りの回転による走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定する。例えば、走査部１００の位置が基準位置にある場合、比（Ａ７－Ａ８）／（Ａ７＋Ａ８）が既知の基準値であるとする。この場合において、上記比が上記基準値より大きいとき、測定部３１０は、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第１方向Ｘの正方向にずれていることを測定することができる。一方、上記比が上記基準値より小さいとき、測定部３１０は、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第１方向Ｘの負方向にずれていることを測定することができる。特に上記基準値がゼロとなるように複数の反射部２００が設けられている場合、上記基準値がゼロ以外の値である場合と比較して、上記比の正負のみに基づいて上記比が上記基準値より大きいか、又は小さいかを容易に判断することができる。この観点からは、上記基準値がゼロであることが好ましい。なお、上記基準値は、ゼロ以外の値であってもよい。

図８に示す例では、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の開始位置が第１角ＣＲ１又は第２角ＣＲ２となっており、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の終了位置が第３角ＣＲ３又は第４角ＣＲ４となっている。したがって、２つの反射部２００は、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の開始位置に照射されるスポットＳと、走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の終了位置に照射されるスポットＳと、は異なるスポットＳの少なくとも一部を反射している。仮に、２つの反射部２００が走査部１００の走査範囲ＳＡの走査の開始位置及び走査の終了位置に位置しているとすると、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第２方向Ｙに比較的大きな距離ずれるとき、２つの反射部２００の少なくとも一方にスポットＳが照射されないことがある。これに対して、図６に示す例では、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第２方向Ｙに比較的大きな距離ずれたとしても、２つの反射部２００の双方にスポットＳの少なくとも一部を照射することができる。

図９は、図２の第４の変形例を示す図である。図９に示す変形例は、以下の点を除いて、図８に示す変形例と同様となっている。

図９に示す変形例では、２つの反射部２００が第１仮想線ＬＸに対して第２方向Ｙの負方向側にずれて位置している。２つの反射部２００は、第１仮想線ＬＸに対して第２方向Ｙの正方向側にずれて位置していてもよい。図９に示す変形例においても、図８に示した変形例と同様にして、測定部３１０は、反射面１０２のヨー軸１０２ｙの周りの回転による走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定することができる。また、図８に示した変形例と同様にして、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して走査範囲ＳＡが第２方向Ｙに比較的大きな距離ずれたとしても、２つの反射部２００の双方にスポットＳの少なくとも一部を照射することができる。

図１に戻って、補正部３２０について説明する。

補正部３２０は、走査部１００の位置の基準位置からのずれに応じて、走査部１００の測定方向を示すデータを補正する。

走査部１００の位置が基準位置にある場合を想定する。この場合において、反射面１０２が静止状態にある場合の反射面１０２の単位法線ベクトルをｎ_０とし、ヨー軸１０２ｙに平行な方向の単位方向ベクトルをｎ_ｙとし、ピッチ軸１０２ｐに平行な方向の単位方向ベクトルをｎ_ｐとする。反射面１０２が静止状態からヨー軸１０２ｙの周りに角度θ_ｙ，１回転し、ピッチ軸１０２ｐの周りに角度θ_ｐ，１回転した場合、反射面１０２の法線ベクトルｎ_１は、以下の式（１）に示すようになる。

ただし、ベクトルｋ_１は、以下の式（２）に示すようになる。

ベクトルｋ_１は、反射面１０２が静止状態からピッチ軸１０２ｐの周りに回転しないでヨー軸１０２ｙの周りに角度θ_ｙ，１回転した場合の反射面１０２の法線ベクトルを示している。

法線ベクトルが式（１）に示す法線ベクトルｎ_１となっている反射面１０２に方向ベクトルｒのビームが入射したとき、反射面１０２によって反射されたビームの方向ベクトル、すなわち、走査部１００の測定方向の方向ベクトルｍ_１は、以下の式（３）に示すとおりとなる。

走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して反射面１０２がロール軸１０２ｒの周りに角度Δθ_ｒ、ヨー軸１０２ｙの周りに角度Δθ_ｙ、ピッチ軸１０２ｐの周りに角度Δθ_ｐ、ロール軸１０２ｒ、ヨー軸１０２ｙ及びピッチ軸１０２ｐの順で回転した場合を想定する。以下、必要に応じて、走査部１００の位置が基準位置にある場合と比較して反射面１０２がロール軸１０２ｒの周りに角度Δθ_ｒ、ヨー軸１０２ｙの周りに角度Δθ_ｙ、ピッチ軸１０２ｐの周りに角度Δθ_ｐ、ロール軸１０２ｒ、ヨー軸１０２ｙ及びピッチ軸１０２ｐの順で回転したことを、反射面１０２が回転ずれ位置にあるという。

反射面１０２が回転ずれ位置にあって静止状態にある場合の反射面１０２の単位法線ベクトルｎ_０´、ヨー軸に平行な方向の単位方向ベクトルをｎ_ｙ´及びピッチ軸に平行な方向の単位方向ベクトルｎ_ｐ´は、ベクトルｎ_０、ベクトルｎ_ｙ及びベクトルｎ_ｐを、ロール軸１０２ｒの周りに角度Δθ_ｒ、ヨー軸１０２ｙの周りに角度Δθ_ｙ、ピッチ軸１０２ｐの周りに角度Δθ_ｐ、ロール軸１０２ｒ、ヨー軸１０２ｙ及びピッチ軸１０２ｐの順に回転させることで、算出される。

式（１）、式（２）及び式（３）において、ベクトルｎ_０、ベクトルｎ_ｙ及びベクトルｎ_ｐを、それぞれ、ベクトルｎ_０´、ベクトルをｎ_ｙ´及びベクトルｎ_ｐ´に置き換えることで、反射面１０２が回転ずれ位置にある場合における走査部１００の測定方向の方向ベクトルｍ´を算出することができる。

仮に、反射面１０２が回転ずれ位置にあるにもかかわらず、走査部１００の測定方向を示すデータが方向ベクトルｍから方向ベクトルｍ´に置き換えられていない場合、センサ装置１０は、方向ベクトルｍ´の方向に存在する物体を、方向ベクトルｍの方向に存在する物体であると誤って検出することになる。これに対して、実施形態では、補正部３２０が、走査部１００の測定方向を示すデータを方向ベクトルｍから方向ベクトルｍ´に補正する。これによって、センサ装置１０は、物体の存在する方向を正確に検出することができる。また、走査部１００の測定方向を示すデータを補正部３２０によって補正する場合、走査部１００のセンサ装置１０への組み付けに際して、走査部１００を基準位置に設けるための高精度の調整が不要になる。この場合、高精度の調整が要求される場合と比較して、走査部１００をセンサ装置１０へ組み付ける際のコストを低減することができる。

図１０は、測定部３１０及び補正部３２０のハードウエア構成を例示する図である。測定部３１０及び補正部３２０は、集積回路４００を用いて実装されている。集積回路４００は、例えばＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）である。

集積回路４００は、バス４０２、プロセッサ４０４、メモリ４０６、ストレージデバイス４０８、入出力インタフェース４１０及びネットワークインタフェース４１２を有する。バス４０２は、プロセッサ４０４、メモリ４０６、ストレージデバイス４０８、入出力インタフェース４１０及びネットワークインタフェース４１２が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ４０４、メモリ４０６、ストレージデバイス４０８、入出力インタフェース４１０及びネットワークインタフェース４１２を互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。プロセッサ４０４は、マイクロプロセッサ等を用いて実現される演算処理装置である。メモリ４０６は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を用いて実現されるメモリである。ストレージデバイス４０８は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリ等を用いて実現されるストレージデバイスである。

入出力インタフェース４１０は、集積回路４００を周辺デバイスと接続するためのインタフェースである。入出力インタフェース４１０には走査部１００が接続されている。

ネットワークインタフェース４１２は、集積回路４００をネットワークに接続するためのインタフェースである。このネットワークは、例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ネットワークである。ネットワークインタフェース４１２がネットワークに接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。

ストレージデバイス４０８は、測定部３１０の機能を実現するためのプログラムモジュール及び補正部３２０の機能を実現するためのプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ４０４は、これらのプログラムモジュールをメモリ４０６に読み出して実行することで、測定部３１０及び補正部３２０の各々の機能を実現する。

集積回路４００のハードウエア構成は、図１０に示した構成に限定されない。例えば、プログラムモジュールはメモリ４０６に格納されてもよい。この場合、集積回路４００は、ストレージデバイス４０８を備えていなくてもよい。

図１１は、走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定する測定系５０Ａの第１例を説明するための図である。

測定系５０Ａは、スクリーン５００Ａ及び撮像部５１０Ａを備えている。スクリーン５００Ａは、第３方向Ｚに垂直な平面となっている。説明のため、測定系５０Ａには、第１仮想線ＬＸＡ及び第２仮想線ＬＹＡが示されている。第１仮想線ＬＸＡは、スクリーン５００Ａの中心を第１方向Ｘに平行に通過する仮想線である。第２仮想線ＬＹＡは、スクリーン５００Ａの中心を第２方向Ｙに平行に通過する仮想線である。

撮像部５１０Ａは、走査部１００によって照射されたビームがスクリーン５００Ａに投影されることで生成されるビームスポットを撮像する。測定系５０Ａは、撮像部５１０Ａの撮像結果を用いて、走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定する。

走査部１００のピッチ軸１０２ｐ及びヨー軸１０２ｙの少なくとも一方の周りの回転による走査部１００の位置の基準位置からのずれの測定について説明する。走査部１００が静止状態にある場合を想定する。この場合において、走査部１００の位置が基準位置にあるとき、不図示のレーザ等の光源から出射されたビームは、図１１において反射面１０２に向けて延びる破線矢印で示されるように、反射面１０２に入射する。反射面１０２に入射したビームは、図１１において反射面１０２からスクリーン５００Ａのうち第１仮想線ＬＸＡと第２仮想線ＬＹＡとの交点に向けて延びる第１の破線矢印ＡＲ１によって示されるように、走査部１００によって、スクリーン５００Ａの中心、すなわち、スクリーン５００Ａのうち第１仮想線ＬＸＡと第２仮想線ＬＹＡとの交点に投影されるものとする。走査部１００が静止状態にあって、反射面１０２のピッチ軸１０２ｐ及びヨー軸１０２ｙの少なくとも一方の回転によって走査部１００の位置が基準位置からずれた場合、走査部１００によってスクリーン５００Ａに投影されるビームは、例えば、図１１において反射面１０２から、スクリーン５００Ａのうち第１仮想線ＬＸＡと第２仮想線ＬＹＡとの交点に対して第１方向Ｘの正方向かつ第２方向Ｙの正方向へずれた位置に向けて延びる第２の破線矢印ＡＲ２によって示されるように、スクリーン５００Ａの中心からずれる。撮像部５１０Ａは、スクリーン５００Ａの中心からずれた位置に投影されたビームスポットを撮像する。測定系５０Ａは、撮像部５１０Ａの撮像結果を用いて、反射面１０２のピッチ軸１０２ｐ及びヨー軸１０２ｙの少なくとも一方の周りの回転による走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定することができる。

走査部１００のロール軸１０２ｒの周りの回転による走査部１００の位置の基準位置からのずれの測定について説明する。反射面１０２をヨー軸１０２ｙの周りに回転させずにピッチ軸１０２ｐの周りに回転させた場合を想定する。この場合において、走査部１００の位置が基準位置にあるとき、不図示のレーザ等の光源から反射面１０２に入射したビームは、走査部１００によって、第２仮想線ＬＹＡ上に投影されるものとする。同様にして、反射面１０２をヨー軸１０２ｙの周りに回転させずにピッチ軸１０２ｐの周りに回転させた場合を想定する。この場合において、走査部１００のロール軸１０２ｒの周りの回転によって走査部１００の位置が基準位置からずれた場合、走査部１００によってスクリーン５００Ａに投影されるビームスポットの軌跡は、第２仮想線ＬＹＡに対して傾く。撮像部５１０Ａは、第２仮想線ＬＹＡから傾いたビームスポットの軌跡を撮像する。測定系５０Ａは、撮像部５１０Ａの撮像結果を用いて、反射面１０２のロール軸１０２ｒの周りの回転による走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定することができる。

図１２は、走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定する測定系５０Ｂの第２例を説明するための図である。

図１２において、実線で示される走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置にある場合において走査部１００によってスクリーン５００Ｂに投影される走査範囲を示している。また、破線で示される走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置からずれた場合において走査部１００によってスクリーン５００Ｂに投影される走査範囲を示している。スクリーン５００Ｂは、第３方向Ｚに垂直な平面となっている。

撮像部５１０Ｂは、走査部１００によってスクリーン５００Ｂに投影される走査範囲ＳＡを撮像する。測定系５０Ｂは、撮像部５１０Ｂの撮像結果を用いて、走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定する。具体的には、測定系５０Ｂは、走査部１００の位置が基準位置にある場合において走査部１００によってスクリーン５００Ｂに投影される走査範囲ＳＡと、走査部１００の位置が基準位置からずれた場合において走査部１００によってスクリーン５００Ｂに投影される走査範囲ＳＡと、を撮像部５１０Ｂの撮像結果から比較することで、走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定することができる。撮像部５１０Ｂがスクリーン５００Ｂに投影された走査範囲ＳＡを撮像する場合において、センサ装置１０は、スクリーン５００Ｂ上の走査範囲ＳＡの全範囲に亘って、パルスビームを照射してもよいし、スクリーン５００Ｂ上の走査範囲ＳＡの一部の範囲のみに、パルスビームを照射してもよい。

図１３は、走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定する測定系５０Ｃの第３例を説明するための図である。

図１３において、実線で示される走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置にある場合において走査部１００によってスクリーン５００Ｃに投影される走査範囲を示している。また、破線で示される走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置からずれた場合において走査部１００によってスクリーン５００Ｃに投影される走査範囲を示している。スクリーン５００Ｃは、第３方向Ｚに垂直な平面となっている。

スクリーン５００Ｃは、第１領域５０２Ｃ及び第２領域５０４Ｃを有している。スクリーン５００Ｃの少なくとも一部分では、第１領域５０２Ｃ及び第２領域５０４Ｃは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに規則的に並んでいる。具体的には、第１領域５０２Ｃ及び第２領域５０４Ｃは、チェックパターン状に並んでいる。第１領域５０２Ｃ及び第２領域５０４Ｃのパターンは、図１３に示す例に限定されない。

第１領域５０２Ｃ及び第２領域５０４Ｃは、走査部１００によって走査されるビームに対して異なる反射率を有している。例えば、走査部１００によって走査されるビームに対して、第２領域５０４Ｃは、第１領域５０２Ｃよりも、高い反射率を有している。また、第２領域５０４Ｃは、再帰反射体であってもよい。

センサ装置１０は、スクリーン５００Ｃを走査することで点群データを得る。スクリーン５００Ｃを走査することで得られる点群データでは、第１領域５０２Ｃ及び第２領域５０４Ｃの反射率の差によって特徴的なパターンが現れる。したがって、センサ装置１０は、スクリーン５００Ｃを走査することで得られる点群データを用いて、走査範囲ＳＡがスクリーン５００Ｃのどの領域に投影されたかを判定することができる。測定系５０Ｃは、走査部１００の位置が基準位置にある場合において走査部１００によってスクリーン５００Ｃに投影される走査範囲ＳＡと、走査部１００の位置が基準位置からずれた場合において走査部１００によってスクリーン５００Ｃに投影される走査範囲ＳＡと、をセンサ装置１０の検出結果から比較することで、走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定することができる。

図１４は、走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定する測定系５０Ｄの第４例を説明するための図である。

測定系５０Ｄは、第１スクリーン５００Ｄａ及び第２スクリーン５００Ｄｂを備えている。第１スクリーン５００Ｄａ及び第２スクリーン５００Ｄｂは、第３方向Ｚに並んでいる。第１スクリーン５００Ｄａの方が第２スクリーン５００Ｄｂよりも第３方向Ｚにおいてセンサ装置１０の近くに位置している。

図１４において、実線で示される走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置にある場合において走査部１００によって第１スクリーン５００Ｄａに投影される走査範囲を示している。また、破線で示される走査範囲ＳＡは、走査部１００の位置が基準位置からずれた場合において走査部１００によって第１スクリーン５００Ｄａに投影される走査範囲を示している。第１スクリーン５００Ｄａ及び第２スクリーン５００Ｄｂは、第３方向Ｚに垂直な平面となっている。

第１スクリーン５００Ｄａには、貫通孔５０２Ｄａが設けられている。第１スクリーン５００Ｄａの少なくとも一部分では、貫通孔５０２Ｄａが第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに規則的に並んでいる。具体的には、貫通孔５０２Ｄａは、チェックパターン状に並んでいる。貫通孔５０２Ｄａのパターンは、図１４に示す例に限定されない。

センサ装置１０は、第１スクリーン５００Ｄａを走査することで点群データを得る。貫通孔５０２Ｄａに向けて照射されるビームは、貫通孔５０２Ｄａを通過して第２スクリーン５００Ｄｂに照射される。したがって、第１スクリーン５００Ｄａを走査することで得られる点群データでは、第１スクリーン５００Ｄａのうち貫通孔５０２Ｄａが設けられた領域の測定データは、第１スクリーン５００Ｄａのうち貫通孔５０２Ｄａが設けられていない領域の測定データよりも、遠方の測定データとなる。したがって、センサ装置１０は、第１スクリーン５００Ｄａを走査することで得られる点群データを用いて、走査範囲ＳＡが第１スクリーン５００Ｄａのどの領域に投影されたかを判定することができる。測定系５０Ｄは、走査部１００の位置が基準位置にある場合において走査部１００によって第１スクリーン５００Ｄａに投影される走査範囲ＳＡと、走査部１００の位置が基準位置からずれた場合において走査部１００によって第１スクリーン５００Ｄａに投影される走査範囲ＳＡと、をセンサ装置１０の検出結果から比較することで、走査部１００の位置の基準位置からのずれを測定することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

この出願は、２０２１年３月１０日に出願された日本出願特願２０２１－０３８０５０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０ センサ装置
１２ 筐体
５０Ａ 測定系
５０Ｂ 測定系
５０Ｃ 測定系
５０Ｄ 測定系
１００ 走査部
１０２ 反射面
１０２ｐ ピッチ軸
１０２ｒ ロール軸
１０２ｙ ヨー軸
２００ 反射部
３１０ 測定部
３２０ 補正部
４００ 集積回路
４０２ バス
４０４ プロセッサ
４０６ メモリ
４０８ ストレージデバイス
４１０ 入出力インタフェース
４１２ ネットワークインタフェース
５００Ａ スクリーン
５００Ｂ スクリーン
５００Ｃ スクリーン
５００Ｄａ 第１スクリーン
５００Ｄｂ 第２スクリーン
５０２Ｃ 第１領域
５０２Ｄａ 貫通孔
５０４Ｃ 第２領域
５１０Ａ 撮像部
５１０Ｂ 撮像部
ＡＲ１ 第１の破線矢印
ＡＲ２ 第２の破線矢印
ＣＲ１ 第１角
ＣＲ２ 第２角
ＣＲ３ 第３角
ＣＲ４ 第４角
ＬＸ 第１仮想線
ＬＸＡ 第１仮想線
ＬＹ 第２仮想線
ＬＹＡ 第２仮想線
Ｓ スポット
ＳＡ 走査範囲
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向
Ｚ 第３方向

Claims (3)

1. 走査部と、
   前記走査部の走査範囲に照射されるビームの少なくとも一部を反射する複数の反射部と、
   を備え、
   前記複数の反射部が前記走査範囲のうちの少なくとも４角に位置しており、
   前記複数の反射部はそれぞれ、前記走査範囲の角を構成する２辺の延長線が、少なくとも１つの同じ反射部に重なるように配置されている、センサ装置。
2. 走査部と、
   前記走査部の走査範囲に照射されるビームの少なくとも一部を反射する複数の反射部と、
   を備え、
   前記走査範囲はスポットの中心が通過する軌跡の範囲であり、
   前記複数の反射部が前記走査範囲のうちの少なくとも両側に位置しており、
   前記複数の反射部はいずれも、前記走査部の位置が基準位置にある場合の前記走査範囲の外側に位置しており、
   前記走査部の位置が基準位置にある場合に、前記複数の反射部はいずれもスポットの一部が重なる位置に配置されており、
   前記複数の反射部が、前記走査部の前記走査範囲の走査の開始位置に照射される前記ビームと、前記走査部の前記走査範囲の走査の終了位置に照射される前記ビームと、は異なる前記ビームの少なくとも一部を反射する、センサ装置。
3. 請求項１又は２に記載のセンサ装置において、
   前記複数の反射部によって反射された複数の前記ビームの反射量の関係を用いて前記走査部の位置の基準位置からのずれを測定する測定部をさらに備えるセンサ装置。

Images