WO2021245809A1 - 距離測定装置、ミラー制御方法、及びプログラム - Google Patents

距離測定装置、ミラー制御方法、及びプログラム Download PDF

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康祐 柳井
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    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners

Definitions

  • the present invention relates to a distance measuring device, a mirror control method, and a program.
  • a scanning type distance measuring device using laser light is also called a laser radar or a laser sensor.
  • the scanning type distance measuring device can measure the distance to the measurement target by reflecting the laser beam with, for example, a two-dimensional MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror and scanning the measurement target in two dimensions.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • the scanning type distance measuring device can also be applied to sensing people, objects, spaces, etc. In such an application, it is desirable to be able to perform sensing in real time and with high resolution. Further, the scanning type distance measuring device can be applied to the generation of three-dimensional data and distance images without occlusion, for example, by simultaneously measuring a moving person from a plurality of directions. The three-dimensional data and the distance image can be used, for example, for scoring gymnastics.
  • the scanning speed of the laser beam by the two-dimensional MEMS mirror is high and the angle of view of the scanning by the laser beam is large.
  • the angle of view is reduced and the center angle of the scanning angle range by the laser beam is shifted to follow the measurement target.
  • a technique of dynamically controlling the angle of view according to the movement of the measurement target to change the scanning angle range has also been proposed.
  • the two axes of the two-dimensional MEMS mirror that reflect laser light that are orthogonal to each other one axis on the resonance drive side has a sinusoidal drive waveform that uses resonance, and the other axis that controls the angle of view on the non-resonance drive side.
  • the two-dimensional MEMS mirror is driven by a drive signal having a saw waveform.
  • the angle of view of scanning by the laser beam is fixed on the resonance drive side of the two-dimensional MEMS mirror in the horizontal direction, and can be dynamically controlled on the non-resonance drive side of the two-dimensional MEMS mirror in the vertical direction, for example.
  • the resonance frequency of the drive signal fluctuates according to the temperature and the position on the screen, or fluctuates when the angle of view is changed.
  • the resonance frequency of the drive signal fluctuates in this way, the screen is distorted.
  • a distance measuring device and a mirror that can prevent screen distortion due to fluctuations in the resonance frequency of the drive signal on the resonance drive side.
  • the purpose is to provide a control method and a program.
  • a scanning type distance measuring device provided with a two-dimensional MEMS mirror that reflects laser light, detects the mirror angle of the two-dimensional MEMS mirror, and outputs an angle signal indicating the mirror angle.
  • the first detection unit, the amplitude error and the phase error between the amplitude and phase of the angle signal and the amplitude and phase of the reference angle signal are calculated, and the two-dimensional MEMS mirror is calculated based on the amplitude error and the phase error.
  • a distance measuring device including a correction circuit for correcting a resonance drive waveform of a drive signal for driving one of the two axes orthogonal to each other on the resonance drive side.
  • a scanning type distance measuring device equipped with a two-dimensional MEMS mirror it is possible to prevent screen distortion due to fluctuations in the resonance frequency of the drive signal on the resonance drive side.
  • FIG. 1A is a diagram showing an example of a case where the amplitude of the drive signal of the x-axis is changed in state from the solid state dashed in response to a change in the resonance frequency f x. It is a figure which shows the distortion of an image due to the amplitude fluctuation of FIG. 1A. is a diagram showing an example of a case where the phase of the drive signal of the x-axis is changed in state from the solid state dashed in response to a change in the resonance frequency f x. It is a figure which shows the distortion of an image by the amplitude fluctuation of FIG. 2A. It is a figure which shows an example of the distance measuring apparatus in one Example. It is a block diagram which shows an example of a computer.
  • resonance drive such as a sine wave using resonance is performed on one of the two axes orthogonal to each other of the two-dimensional MEMS mirror that reflects the laser beam.
  • the two-dimensional MEMS mirror is driven by a drive signal having a waveform.
  • a two-dimensional MEMS mirror is driven by a drive signal having a non-resonant drive waveform such as a saw waveform on the other axis on the non-resonant drive side that controls the angle of view.
  • the resonance drive side will be described.
  • the amplitude error and phase error between the amplitude and phase of the angle signal indicating the mirror angle of the two-dimensional MEMS mirror and the amplitude and phase of the reference angle signal are calculated, and the two-dimensional MEMS mirror is driven based on the amplitude error and the phase error. Correct the resonance drive waveform of the drive signal.
  • the resonant drive side of the two-dimensional MEMS mirror or vary according to the resonance frequency f x is the position of the temperature or the screen of the drive signal, or fluctuate during angle change.
  • the resonance frequency f x of the drive signal changes depending on the temperature.
  • the drive frequency dd is kept constant, for example, when a plurality of distance measuring devices are operated synchronously, the amplitude and phase of the drive signal fluctuate according to a temperature change or the like. If the amplitude and phase of the drive signal fluctuate, the screen will be distorted.
  • the structures of the two-axis (for example, x-axis and y-axis) drive systems orthogonal to each other of the two-dimensional MEMS mirror are integrated and affect each other, for example, the resonance frequency of the drive signal of the x-axis in the horizontal direction.
  • f x varies depending on the position of the y-axis in the vertical direction on the non-resonant drive side. Therefore, even within the same screen, the amplitude and phase of the x-axis drive signal fluctuate at the upper part, the center, and the lower part of the screen, and the screen is distorted.
  • the resonance frequency f x varies greatly, is distorted screen before and after the angle change.
  • FIG. 1A is a change in amplitude resonance frequency f x of the drive signals of the x-axis (or variation) shows an example in which changes from the solid line state in dashed state according to FIG. 1B, in accordance with the amplitude variation Shows image distortion.
  • the state shown by the broken line and gray in FIG. 1B corresponds to the state of the broken line in FIG. 1A.
  • the image shown in FIG. 1B spreads horizontally as shown by the broken line, and the pattern in the image also spreads horizontally as shown by gray.
  • FIG. 2A shows an example in which the phase of the drive signal of the x-axis is changed in state from the solid state dashed in response to a change in the resonance frequency f x
  • Figure 2B shows the distortion of an image due to the amplitude variation .
  • the state shown in gray in FIG. 2B corresponds to the state of the broken line in FIG. 2A.
  • the pattern in the image shown in FIG. 2B shifts horizontally as shown in gray.
  • the resonance frequency f x of the drive signal x axis or vary according to the position of the temperature or the screen, or fluctuate during angle change. Therefore, a method of keeping the screen constant by performing feedback control of the mirror angle of the two-dimensional MEMS mirror can be considered.
  • the control system needs to perform control at a frequency of 10 times (for example, 280 kHz) or more of the drive frequency. Further, a control system that controls at such a high frequency needs to be equipped with an expensive computer or the like having a high operating frequency, which is not practical.
  • each embodiment of the distance measuring device, the mirror control method, and the program described below keeps the drive frequency dd constant without changing it, and controls the amplitude and phase of the drive signal. It has a configuration that reduces screen distortion. Further, in this configuration, since the amplitude and phase of the drive signal are detected and individually fed back, the control system does not need to be equipped with an expensive computer or the like having a high operating frequency.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a distance measuring device in one embodiment.
  • the scanning type distance measuring device shown in FIG. 3 has a device main body 1 and a computer 4.
  • the apparatus main body 1 has a light projecting unit 2, a light receiving unit 3, and an arithmetic circuit 5.
  • the computer 4 supplies the setting data including the sampling interval (or sampling density) and the azimuth angle to the measurement target 100 to the arithmetic circuit 5 of the apparatus main body 1.
  • the azimuth angle up to the measurement target 100 will be described later.
  • the floodlight unit 2 includes an angle of view parameter correction circuit 20, a sensor drive control circuit 21, a laser drive circuit 22, a laser diode 23, a two-dimensional MEMS mirror 24, a two-axis mirror controller 25, an amplitude phase correction circuit 27, and a floodlight. It has a lens 26.
  • the laser diode 23 is an example of a laser light source.
  • the two-dimensional MEMS mirror 24 is an example of a two-axis scanning mirror.
  • the angle of view parameter correction circuit 20 corrects the angle of view parameter (or the angle of view control amount) including the scanning angle range and the shift angle, which is output by the calculation circuit 5, to the sensor drive control circuit 21.
  • Supply The sensor drive control circuit 21 supplies a light emission timing signal indicating the light emission timing of the laser diode 23 to the laser drive circuit 22.
  • the laser drive circuit 22 causes the laser diode 23 to emit light at the light emission timing indicated by the light emission timing signal.
  • the sensor drive control circuit 21 supplies a drive control signal for controlling the two-axis drive of the two-dimensional MEMS mirror 24 to the mirror controller 25 via the amplitude phase correction circuit 27.
  • the amplitude phase correction circuit 27 has an amplitude error and a phase error between the mirror angle signal acquired via the mirror controller 25 and the reference angle signal as a reference of the mirror angle signal acquired from the sensor drive control circuit 21. To calculate. Further, the amplitude phase correction circuit 27 generates a drive control signal that corrects the resonance drive waveform of the drive signal that drives the two-dimensional MEMS mirror 24 based on the amplitude error and the phase error.
  • the amplitude phase correction circuit 27 calculates the amplitude error and the phase error between the mirror angle signal and the reference angle signal, and drives the axis on the resonance drive side of the two-dimensional MEMS mirror 24 based on the amplitude error and the phase error.
  • This is an example of a correction circuit that corrects the resonance drive waveform of a signal.
  • the mirror controller 25 outputs a drive signal for driving the two-dimensional MEMS mirror 24 on two axes according to the drive control signal, and drives the two-dimensional MEMS mirror 24 with a well-known drive unit (not shown) including a piezoelectric element or the like.
  • a sine wave drive signal which is an example of a non-linear resonance drive waveform
  • a vertical drive signal orthogonal to the horizontal direction of the two-dimensional MEMS mirror 24 is used.
  • a sawtooth drive signal which is an example of a linear non-resonant drive waveform, is used.
  • the mirror angle of the two-dimensional MEMS mirror 24 is detected by a well-known angle detection unit (not shown).
  • the angle detection unit supplies a mirror angle signal indicating the mirror angle (hereinafter, also simply referred to as “angle signal”) to the mirror controller 25.
  • the mirror temperature of the two-dimensional MEMS mirror 24 is detected by a well-known temperature detection unit (not shown).
  • the temperature detection unit supplies a mirror temperature signal (hereinafter, also simply referred to as “temperature signal”) indicating the mirror temperature to the mirror controller 25.
  • the two-dimensional MEMS mirror 24 is illustrated by reference numeral 240 in a form including the above-mentioned drive unit, angle detection unit, and temperature detection unit.
  • the two-dimensional MEMS mirror 24 is a MEMS mirror module in which the drive unit, the angle detection unit, and the temperature detection unit are incorporated.
  • the angle detection unit and the temperature detection unit may be provided, for example, in the vicinity of the two-dimensional MEMS mirror 24 at positions where the mirror angle and the mirror temperature can be detected, respectively.
  • the amplitude phase correction circuit 27 generates mirror angle data representing the mirror angle of the two-dimensional MEMS mirror 24 according to the angle signal and supplies it to the arithmetic circuit 5.
  • the laser light emitted from the laser diode 23 is reflected (or deflected) by the two-dimensional MEMS mirror 24, and scans the scanning angle range through the projection lens 26, for example, raster scanning.
  • the projectile lens 26 for example, an angle magnifying lens can be used.
  • the temperature detection unit can be omitted, and the temperature detection unit will be described together with the second embodiment described later.
  • the laser beam (or laser pulse) scans the scanning angle range at a position separated from the apparatus main body 1 by a certain distance.
  • a position separated from the device main body 1 by a certain distance is, for example, the position of the measurement target 100.
  • This scanning angle range has a width corresponding to a distance in which the laser beam travels from one end to the other end of the scanning angle range substantially parallel to, for example, a horizontal plane (or the ground) at a position separated from the device main body 1 by a certain distance.
  • this scanning angle range is equal to the angle of view of scanning by the laser beam, and refers to the angle at which the laser beam scans in the horizontal direction and the angle at which the laser beam scans in the vertical direction regardless of the distance from the apparatus main body 1.
  • the angle of view of scanning by the laser beam can be dynamically controlled on the non-resonant drive side of the two-dimensional MEMS mirror 24 in the vertical direction, and is fixed on the resonance drive side in the horizontal direction. And.
  • the light receiving unit 3 has a light receiving lens 31, a photodetector 32, and a distance measuring circuit 33.
  • the reflected light from the measurement target 100 is detected by the photodetector 32 via the light receiving lens 31.
  • a condenser lens can be used for the light receiving lens 31, for example.
  • the photodetector 32 is, for example, a light receiving element that supplies a light receiving signal representing the detected reflected light to the distance measuring circuit 33.
  • the distance measurement circuit 33 measures the round-trip time (TOF: TimeOfFlight) ⁇ T from when the laser beam is emitted from the light projecting unit 2 until the laser beam is reflected by the measurement target 100 and returned to the light receiving unit 3. do.
  • TOF TimeOfFlight
  • the timing at which the light projecting unit 2 emits the laser beam is notified from the laser drive circuit 22 to the distance measurement circuit 33 according to the drive timing of the laser diode 23 by the laser drive circuit 22.
  • the distance measurement circuit 33 optically measures the distance to the measurement target 100, and supplies the distance data indicating the measured distance to the calculation circuit 5.
  • the speed of light is expressed in c (about 300,000 km / s)
  • the distance to the measurement target 100 can be obtained from, for example, (c ⁇ ⁇ T) / 2.
  • the calculation circuit 5 generates a distance image and three-dimensional data based on the mirror angle data from the amplitude phase correction circuit 27 and the distance data from the distance measurement circuit 33. Specifically, the arithmetic circuit 5 generates a distance image from the distance data, and generates three-dimensional data from the distance image and the mirror angle data.
  • the distance image is an image in which the distance values at each distance measuring point are arranged in the order of the sample scanned by the raster.
  • the arithmetic circuit 5 may generate projection angle data indicating the projection angle of the laser beam for each sample from the mirror angle data, or may have the projection angle data as a table.
  • the three-dimensional data can be generated by converting a distance image using the distance value and the projection angle data, and includes information on the distance to the measurement target 100 and the projection angle of the laser beam for each sample.
  • the distance image and the three-dimensional data are supplied from the arithmetic circuit 5 to the computer 4.
  • the computer 4 may perform, for example, a process of extracting the measurement target 100 or a process of calculating the azimuth angle to the measurement target 100 based on the distance image and the three-dimensional data.
  • the method of extracting the measurement target 100 from the distance image is not particularly limited. For example, if the measurement target 100 is a person, the measurement target 100 is detected by detecting a shape such as a posture that the person can take from the distance image by a well-known method. Can be extracted. Further, the azimuth angle up to the measurement target 100 can be calculated by a well-known method from the extracted measurement target 100 and the information on the projection angle of the three-dimensional data.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of a computer.
  • the computer 4 shown in FIG. 4 has a processor 41 connected to each other via a bus 40, a memory 42, an input device 43, a display device 44, and an interface (or communication device) 45.
  • the processor 41 can be formed by, for example, a central processing unit (CPU: Central Processing Unit) or the like, executes a program stored in the memory 42, and controls the entire computer 4.
  • the memory 42 can be formed of a computer-readable storage medium.
  • the computer-readable storage medium is a non-transitory computer-readable storage medium (Computer-Readable Storage Medium) such as a semiconductor storage device, a magnetic recording medium, an optical recording medium, or a photomagnetic recording medium. including.
  • the memory 42 stores various programs including a distance measurement program executed by the processor 41, various data, various tables, and the like.
  • the input device 43 can be formed by a user (or an operator), for example, a keyboard, and is used to input commands, data, and the like to the processor 41.
  • the display device 44 is used to display a message to the user, a measurement result of the distance measurement process, and the like.
  • the interface 45 connects the computer 4 to be communicable with other computers and the like. In this example, the computer 4 is connected to the arithmetic circuit 5 via the interface 45.
  • the computer 4 is not limited to a hardware configuration in which the components of the computer 4 are connected via the bus 40. Further, as the computer 4, for example, a personal computer (PC: Personal Computer) or a general-purpose computer may be used.
  • PC Personal Computer
  • the input device 43 and the display device 44 of the computer 4 may be externally connected and may be omitted. Further, in the case of a module, a semiconductor chip, etc. in which the interface 45 of the computer 4 is omitted, the output of the device main body 1 (that is, the output of the arithmetic circuit 5) may be connected to the bus 40 or directly connected to the processor 41. good.
  • a semiconductor chip containing the computer 4 may be provided in the apparatus main body 1.
  • the computer 4 may include at least a part of the functions of, for example, the arithmetic circuit 5, the angle of view parameter correction circuit 20, the sensor drive control circuit 21, the amplitude phase correction circuit 27, and the distance measurement circuit 33.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a housing of a distance measuring device.
  • FIG. 5 shows an example in which the device main body 1 of the distance measuring device is connected to the computer 4 for convenience of explanation.
  • the apparatus main body 1 has a housing 1A, and the light projecting unit 2, the light receiving unit 3, the arithmetic circuit 5, and the like are housed in the housing 1A.
  • the light projecting lens 26 of the light projecting unit 2 and the light receiving lens 31 of the light receiving unit 3 are arranged on one side surface side of the housing 1A.
  • the computer 4 may be separate from the distance measuring device.
  • the distance measuring device may be formed only by the device main body 1, and the computer 4 may be formed by, for example, a cloud computing system.
  • a drive signal having a sine wave (for example, drive current or drive voltage), which is an example of the non-linear resonance drive waveform shown in FIG. 6, is used for driving the two-dimensional MEMS mirror 24 in the horizontal direction.
  • the vertical axis indicates the driving angle in the horizontal direction in an arbitrary unit
  • the horizontal axis indicates the time in an arbitrary unit.
  • a drive signal having a sawtooth wave which is an example of the linear non-resonant drive waveform shown in FIG. 7 (for example, drive current or drive voltage). Is used.
  • FIG. 7 for example, drive current or drive voltage
  • the vertical axis indicates the drive angle in the vertical direction in an arbitrary unit
  • the horizontal axis indicates time in an arbitrary unit.
  • the broken line indicates a laser emission section which is a emission section of the laser diode 23.
  • the amplitude phase correction circuit 27 calculates the amplitude error and phase error between the amplitude and phase of the angle signal indicating the mirror angle of the two-dimensional MEMS mirror 24 and the amplitude and phase of the reference angle signal, and is based on the amplitude error and the phase error. It has a function to correct (or correct) the drive control signal. Further, when the temperature signal indicating the mirror temperature of the two-dimensional MEMS mirror 24 is acquired, the amplitude phase correction circuit 27 corrects (or corrects) the amplitude of the angle signal based on the temperature signal, and then the amplitude error. May be calculated.
  • the amplitude phase correction circuit 27 causes the mirror controller 25 to output a drive signal having a modified resonance drive waveform for driving the two-dimensional MEMS mirror 24 in the horizontal direction. That is, the amplitude phase correction circuit 27 corrects (or corrects) the drive signal having the resonance drive waveform output by the mirror controller 25 by correcting (or correcting) the drive control signal based on the amplitude error and the phase error. ) Has the function of.
  • the amplitude phase correction circuit 27 causes the mirror controller 25 to output a drive signal having a non-resonant drive waveform for driving the two-dimensional MEMS mirror 24 in the vertical direction, and is driven by the drive signal having such a non-resonant drive waveform.
  • the description itself is well known, and the description thereof will be omitted.
  • a drive signal having a non-resonant drive waveform may be used for driving the two-dimensional MEMS mirror 24 in the horizontal direction
  • a drive signal having a resonance drive waveform may be used for driving the two-dimensional MEMS mirror 24 in the vertical direction.
  • the distance measuring device may have an arrangement that is not parallel to the horizontal plane and is inclined at an arbitrary angle with respect to the horizontal plane, for example.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of the distance measurement process.
  • the distance measurement process is started, for example, by the processor 41 of the computer 4 executing the distance measurement program stored in the memory 42.
  • step S1 when the distance measurement process is started in response to a command input from the input device 43, in step S1, the computer 4 inputs setting data including a sampling interval and an azimuth angle to the measurement target 100. It is set in the arithmetic circuit 5 of 1.
  • step S2 the computer 4 causes the arithmetic circuit 5 of the apparatus main body 1 to start measuring the distance at the distance measurement timing according to the set data.
  • step S3 the computer 4 sends the laser diode 23 to the arithmetic circuit 5 of the apparatus main body 1 via the angle of view parameter correction circuit 20, the sensor drive control circuit 21, and the laser drive circuit 22 at the drive timing according to the setting data.
  • the computer 4 is two-dimensionally connected to the arithmetic circuit 5 of the apparatus main body 1 via the angle of view parameter correction circuit 20, the amplitude phase correction circuit 27, and the mirror controller 25 at the drive timing according to the setting data.
  • step S4 the computer 4 acquires measurement data including a distance image and three-dimensional data from the arithmetic circuit 5 of the apparatus main body 1.
  • step S5 the computer 4 determines whether or not the measurement target 100 exists based on the three-dimensional data of the measurement data and the distance image, and if the determination result is No, the process returns to step S4 and the determination result is If Yes, the process proceeds to step S6.
  • Whether or not the measurement target 100 exists within the scanning angle range scanned by the raster can be determined by a well-known method. For example, if the measurement target 100 is a person, the existence of the measurement target 100 may be determined by detecting the shape of the posture of the person, the skin color of the face of the person, and the like from the distance image.
  • the measurement target 100 is set. A method of determining that it exists may be adopted.
  • step S6 since the measurement target 100 exists within the scanning angle range scanned by the raster, the computer 4 extracts, for example, the measurement target 100 detected from the distance image by a well-known method, and the extracted target data of the measurement target 100. Ask for.
  • step S7 the computer 4 calculates the azimuth angle to the measurement target 100 by a well-known method from, for example, the extracted target data and the information on the projection angle of the three-dimensional data, and stores it in the memory 42 as needed. do.
  • step S8 the scanning angle range, the center angle of the scanning angle range, and the shift angle are set so that the arithmetic circuit 5 of the apparatus main body 1 has an azimuth angle up to the measurement target 100 included in the setting data from the computer 4. Calculate each setting value.
  • the arithmetic circuit 5 of the apparatus main body 1 outputs the angle of view change instruction, the scanning angle range, the center angle of the scanning angle range, and the set values of the shift angle to the angle of view parameter correction circuit 20. , Instructs to change the angle of view during dynamic control of the angle of view.
  • step S9 the angle of view parameter correction circuit 20 of the apparatus main body 1 changes the angle of view according to the angle of view change instruction from the calculation circuit 5. Specifically, the angle of view parameter correction circuit 20 outputs a correction offset amount, which will be described later, to the mirror controller 25 together with the drive control signal to drive the two-dimensional MEMS mirror 24.
  • the angle of view change process in steps S8 and S9 may be started, for example, by the processor forming the arithmetic circuit 5 and the angle of view parameter correction circuit 20 executing the angle of view change program stored in the memory.
  • the computer 4 may execute the angle of view change processing in steps S8 and S9.
  • step S10 the computer 4 determines whether or not the distance measurement process has been completed. If the determination result is No, the process returns to step S4, and if the determination result is Yes, the process ends.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the measurement of the amplitude difference of the resonance drive waveform.
  • the resonance drive waveform of the mirror angle signal is a sinusoidal waveform.
  • FIG. 9 shows the mirror angle signal, the positive (+) side peak, the + side peak measured value A A , the negative (-) side peak, the-side peak measured value A B, and the amplitude A A A B. Is shown.
  • the + side peak detection is reset at the timing of the upward zero cross detection of the mirror angle signal
  • the + side peak measurement value AA is a value obtained by sampling the + side peak at the timing of the downward zero cross detection of the mirror angle signal.
  • a side peak measurement A B at the timing of the uplink zero-cross detection of the mirror angle signal - is a side peak sample value .
  • Amplitude A A -A B is + from the side peak measurement A A - is the amplitude measured value obtained by subtracting the side peak measurement A B. In this way, every period of the mirror angle signal, obtains an amplitude A A -A B corresponding to the peak-to-peak value of the mirror angle signal (Peak-to-Peak Value) .
  • the amplitude measurement value corresponding to the amplitudes A A and B can be obtained as in the case of the mirror angle signal. Then, the amplitude error of these signals can be obtained from the amplitude of the mirror angle signal and the amplitude of the reference angle signal.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the phase difference measurement of the resonance drive waveform.
  • FIG. 10 shows a reference angle signal (hereinafter, also simply referred to as “reference signal”) that serves as a reference for the mirror angle signal, and a detected mirror angle signal.
  • reference signal also simply referred to as “reference signal”
  • FIG. 10 shows a delay from the uplink zero cross of the reference signal to the uplink zero cross of the detected mirror angle signal and a delay from the downlink zero cross of the reference signal to the downlink zero cross of the detected mirror angle signal.
  • the delay from the uplink zero cross of the reference signal to the uplink zero cross of the detected mirror angle signal can be measured by using a counter that is reset at the timing of the uplink zero cross detection of the reference signal.
  • the delay until uplink zero crossing of the mirror angle signal is represented the counter value of the counter sampled measured values P A at the timing of the downlink zero-cross detection of the detected mirror angle signal.
  • the delay from the downlink zero cross of the reference signal to the downlink zero cross of the detected mirror angle signal can be measured by using a counter that is reset at the timing of the downlink zero cross detection of the reference signal.
  • the delay of the mirror angle signal to the downlink zero cross is represented by the measured value P B obtained by sampling the counter value at the timing of detecting the detected upstream zero cross of the mirror angle signal.
  • the phase error is the value of the recent of the measured values P A and the measured value P B in this example.
  • the phase corresponding to the zero cross of the mirror angle signal can be obtained for each cycle of the mirror angle signal, and the phase corresponding to the zero cross of the reference signal can be obtained for each cycle of the reference signal. Then, the phase error of these signals can be obtained from the phase of the mirror angle signal and the phase of the reference signal.
  • the amplitude phase correction circuit 27 obtains the first amplitude corresponding to the peak peak value in each cycle of the mirror angle signal, and the second amplitude corresponding to the peak peak value in each cycle of the reference angle signal. The amplitude of is obtained, and the amplitude error between the first amplitude and the second amplitude is obtained. Further, the amplitude phase correction circuit 27 obtains a first phase corresponding to one of the up and down zero crosses in each cycle of the mirror angle signal, and corresponds to the one zero cross in each cycle of the reference angle signal. The second phase is obtained, and the phase error between the first phase and the second phase is obtained.
  • FIG. 11 is a functional block diagram showing an example of the amplitude phase correction circuit in the first embodiment.
  • the amplitude phase correction circuit 27 shown in FIG. 3 has an amplitude detector 271,273, a phase detector 272,274, a subtractor 275,276, and a proportional integral (as shown in FIG. 11).
  • PI Proportional Integral It has a controller 277,278 and a drive waveform generation unit 279.
  • the reference signal from the sensor drive control circuit 21 is input to the amplitude detector 271 and the phase detector 272.
  • the amplitude detector 271 detects the amplitude of the reference signal by the method of FIG. 9, for example, and the phase detector 272 detects the phase of the reference signal by the method of FIG. 10, for example.
  • the mirror angle signal from the detection unit is input to the amplitude detector 273 and the phase detector 274.
  • the amplitude detector 273 detects the amplitude of the mirror angle signal by, for example, the method of FIG. 9, and the phase detector 274 detects the phase of the mirror angle signal by, for example, the method of FIG.
  • the output of the amplitude detector 271,273 is supplied to the subtractor 285, and the amplitude error output by the subtractor 275 is supplied to the PI controller 277.
  • the output of the phase detectors 272 and 274 is supplied to the subtractor 276, and the phase error output by the subtractor 276 is supplied to the PI controller 278.
  • the drive waveform generation unit 279 generates a drive control signal based on the amplitude command value from the PI controller 277 and the phase command value from the PI controller 278, and outputs the drive control signal to the mirror controller 25.
  • the drive control signal corrects (or corrects) the resonance drive waveform of the drive signal output by the mirror controller 25 to the two-dimensional MEMS mirror 24 based on the amplitude error and the phase error.
  • [Delta] w the amplitude error subtractor 275 outputs, the proportional gain K pw of the PI controller 277, indicating an integral gain of the PI controller 277 by K iw, the amplitude command value PI controller 277 outputs R w can be expressed by the following equation.
  • R w K pw ⁇ ⁇ w + K iw ⁇ ⁇ w
  • the phase command value R h output by the PI controller 278 is indicated.
  • the drive waveform generation unit 279 has a drive signal D (represented by the following equation in the mirror controller 25 based on the amplitude command value R w from the PI controller 277 and the phase command value R h from the PI controller 278.
  • a drive control signal for outputting t) to the two-dimensional MEMS mirror 24 is generated.
  • t time
  • f d the drive frequency of the drive signal that drives the axis on the resonance drive side
  • ⁇ is the pi.
  • the drive signal D (t) is, for example, a drive voltage.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating the amplitude phase correction process in the first embodiment.
  • the angle of view change process shown in FIG. 12 corresponds to the process of step S3 during the distance measurement process shown in FIG. 8, and can be executed by the amplitude phase correction circuit 27 or the processor 41 that executes the process of the amplitude phase correction circuit 27. Is.
  • step S31 the amplitude phase correction circuit 27 or the processor 41 prepares a drive waveform (initial value) and a reference angle signal.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the horizontal angle and the horizontal drive waveform.
  • step S32 the amplitude phase correction circuit 27 or the processor 41 starts raster scanning with the drive waveform (initial value).
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of screen scanning, in which the vertical axis indicates the vertical direction and the horizontal axis indicates the horizontal direction.
  • step S33 the amplitude phase correction circuit 27 or the processor 41 measures the amplitude and the phase from the reference angle signal.
  • the process of step S33 corresponds to the process of the amplitude detector 271 and the phase detector 272.
  • step S34 the amplitude phase correction circuit 27 or the processor 41 measures the amplitude and phase from the mirror angle signal.
  • the processing of step S34 corresponds to the processing of the amplitude detector 273 and the phase detector 274.
  • step S35 the amplitude phase correction circuit 27 or the processor 41 calculates the amplitude and phase error of the reference angle signal and the mirror angle signal, that is, the amplitude error and the phase error.
  • the process of step S35 corresponds to the process of the subtractors 275 and 276.
  • step S36 the amplitude phase correction circuit 27 or the processor 41 calculates the drive waveform correction value based on the amplitude error and the phase error.
  • the process of step S36 corresponds to the process of PI controllers 277 and 278.
  • step S37 the amplitude phase correction circuit 27 or the processor 41 uses the drive waveform correction value to generate a drive control signal for correcting the resonance drive waveform of the drive signal output by the mirror controller 25 to the two-dimensional MEMS mirror 24. Output.
  • the process of step S37 corresponds to the process of the drive waveform generation unit 279.
  • FIG. 15 is a functional block diagram showing an example of the amplitude phase correction circuit in the second embodiment.
  • the same parts as those in FIG. 11 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the amplitude phase correction circuit 27 shown in FIG. 3 has a temperature correction table 371 and an adder 372 as shown in FIG.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of a temperature compensation table.
  • the temperature correction table 371 stores an amplitude correction value (angle) with respect to the input mirror temperature.
  • the input mirror temperature is the mirror temperature indicated by the mirror temperature signal.
  • the temperature compensation table 371 has an amplitude of +0.5, +0.2, -0.2, -0.5 for an input mirror temperature of 10 ° C, 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C. Stores the correction value.
  • the temperature correction table 371 may be provided in, for example, the amplitude phase correction circuit 27, or may be stored in a memory 42 or the like.
  • the amplitude correction value for the input mirror temperature indicated by the mirror temperature signal is read from the temperature correction table 371 and supplied to the adder 372.
  • the output of the amplitude detector 273 is also supplied to the adder 372. Therefore, the output of the amplitude detector 271 and the output of the adder 372 are supplied to the subtractor 275.
  • the amplitude correction value for the input mirror temperature may be calculated by a well-known method such as approximation from the amplitude correction value for the stored input mirror temperature.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating the amplitude phase correction process in the second embodiment.
  • step S38 is provided between step S34 and step S35.
  • the amplitude phase correction circuit 27 or the processor 41 obtains the amplitude correction value from the mirror temperature indicated by the mirror temperature signal.
  • the process of obtaining the amplitude correction value in step S38 corresponds to the process of the temperature correction table 371 and the adder 372.
  • the process of calculating the amplitude error is the output of the adder 372, which is the sum of the amplitude correction value and the output of the amplitude detector 273, and the output of the amplitude detector 271. It corresponds to the processing of the subtractor 275 that performs subtraction.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating amplitude correction and phase correction at the time of image fluctuation.
  • the image 100A, the resonance frequency f x of the driving signal does not change, indicating the state with no distortion of the screen.
  • Image 100B is the variation of the resonance frequency f x of the drive signals, indicating the state where amplitude distortion occurs on the screen varies the drive signals.
  • Image 100C is the variation of the resonance frequency f x of the drive signals, indicating the state of phase occurs distortion on the screen varies the drive signals.
  • the amplitude phase correction processing as in each of the above embodiments is performed on the image in which both the distortion of the image 100B or the image 100C or the distortion of the image 100B and the distortion of the image 100C occur. Shows the corrected state with distortion prevented.
  • the control system since the amplitude and phase of the drive signal are detected and individually fed back, the control system does not need to be equipped with an expensive computer or the like having a high operating frequency.
  • the distance measuring device can be applied to scoring support systems, in-vehicle systems, etc.
  • An example of a scoring support system supports scoring, for example, gymnastics performance based on the output of a distance measuring device.
  • the measurement target 100 is a gymnast
  • scoring can be performed by, for example, the computer 4 shown in FIG. 4 executing a scoring program.
  • the computer 4 may acquire the skeleton information of the gymnast by a well-known method based on the three-dimensional data from the arithmetic circuit 5 and the distance image. Since the gymnast's skeletal information includes the three-dimensional positions of each joint of the gymnast in each frame, it is possible to recognize the gymnastic performance technique from the skeletal information and score the gymnastic performance from the degree of completion of the technique. ..
  • the movement speed of the gymnast is fast, and it is necessary to control the angle of view of the distance measuring device according to the position of the gymnast.
  • the drive signal is displayed on the resonance drive side of the two-dimensional MEMS mirror.
  • the drive frequency f d does not fluctuate. Further, on the resonance drive side of the two-dimensional MEMS mirror, the drive frequency f d of the drive signal does not fluctuate regardless of the temperature or the position in the screen.
  • An example of the in-vehicle system recognizes, for example, the position and type of the measurement target 100 in front of the vehicle based on the output of the distance measuring device.
  • the type of the measurement target 100 includes a pedestrian, another vehicle, and the like, and the measurement target 100 can be recognized by, for example, the computer 4 executing a recognition program.
  • the computer 4 may acquire the shape information of the measurement target 100 by a well-known method based on the three-dimensional data from the arithmetic circuit 5 and the distance image. Since the shape information of the measurement target 100 includes the three-dimensional position of each part of the measurement target 100 in each frame, the position, type, etc. of the measurement target 100 are recognized from the shape information, and the degree of approach, the degree of danger, etc. are determined.
  • the drive frequency f d of the drive signal does not vary due to the variation of the resonance frequency f x of the driving signal You can prevent the screen from being distorted. Therefore, according to each of the above embodiments, it is possible to suppress a decrease in the measurement accuracy of the distance measuring device due to the distortion of the screen, so that the position, type, etc. of the measurement target 100 can be recognized with high accuracy. , The reliability of the in-vehicle system can be improved.

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Abstract

レーザ光を反射する２次元ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System)ミラーを備えた走査型の距離測定装置は、前記２次元ＭＥＭＳミラーのミラー角度を検出して前記ミラー角度を示す角度信号を出力する検出部と、前記角度信号の振幅及び位相と、基準角度信号の振幅及び位相との振幅誤差及び位相誤差を計算し、前記振幅誤差及び前記位相誤差に基づいて前記２次元ＭＥＭＳミラーを駆動する駆動信号の共振駆動波形を修正する修正回路と、を有する。

Description

距離測定装置、ミラー制御方法、及びプログラム
　本発明は、距離測定装置、ミラー制御方法、及びプログラムに関する。
　レーザ光を用いた走査型の距離測定装置は、レーザレーダ、或いは、レーザセンサなどとも呼ばれている。走査型の距離測定装置は、レーザ光を例えば２次元ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーで反射して、測定対象を２次元的に走査することで、測定対象までの距離を測定できる。
　走査型の距離測定装置は、人物、物体、空間などのセンシングにも適用可能であり、そのような適用の場合、リアルタイム、かつ、高分解能でセンシングを行えることが望ましい。また、走査型の距離測定装置は、例えば運動する人物を複数の方向から同時に測定することで、オクルージョンのない３次元データや距離画像の生成にも適用可能である。３次元データや距離画像は、例えば体操競技の採点などに用いることができる。
　２次元ＭＥＭＳミラーによるレーザ光の走査速度は早く、かつ、レーザ光による走査の画角は大きいことが望ましい。一方、高分解能で測定対象をセンシングするためには、レーザの発光繰り返し速度を速くすることが考えられるが、限界がある。そこで、画角を小さくし、レーザ光による走査角度範囲の中心角度をシフトさせて測定対象を追従する技術が提案されている。
　さらに、測定分解能を維持しつつレーザ光による走査角度範囲を拡大するために、測定対象の動きに応じて画角を動的に制御して走査角度範囲を変更する技術も提案されている。レーザ光を反射する２次元ＭＥＭＳミラーの互いに直交する２軸のうち、片方の共振駆動側の軸には共振を利用した正弦波駆動波形、画角を制御するもう一方の非共振駆動側の軸には鋸波形を有する駆動信号で２次元ＭＥＭＳミラーを駆動する。レーザ光による走査の画角は、例えば水平方向については２次元ＭＥＭＳミラーの共振駆動側で固定であり、垂直方向については２次元ＭＥＭＳミラーの非共振駆動側で動的に制御可能である。
　２次元ＭＥＭＳミラーの共振駆動側では、駆動信号の共振周波数が温度や画面内の位置に応じて変動したり、画角変更時に変動したりする。駆動信号の共振周波数がこのように変動すると、画面が歪んでしまう。
特開２０１６－０８５２７９号公報 特開２０１７－２０３８４０号公報 特開２０１８－１０１０４０号公報
　２次元ＭＥＭＳミラーを備えた従来の走査型の距離測定装置では、２次元ＭＥＭＳミラーの共振駆動側で駆動信号の共振周波数が変動するので、画面の歪を防止することは難しい。
　そこで、１つの側面では、２次元ＭＥＭＳミラーを備えた走査型の距離測定装置において、共振駆動側で駆動信号の共振周波数の変動に起因する画面の歪を防止することができる距離測定装置、ミラー制御方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
　１つの案によれば、レーザ光を反射する２次元ＭＥＭＳミラーを備えた走査型の距離測定装置であって、前記２次元ＭＥＭＳミラーのミラー角度を検出して前記ミラー角度を示す角度信号を出力する第１の検出部と、前記角度信号の振幅及び位相と、基準角度信号の振幅及び位相との振幅誤差及び位相誤差を計算し、前記振幅誤差及び前記位相誤差に基づいて前記２次元ＭＥＭＳミラーの互いに直交する２軸のうち、片方の共振駆動側の軸を駆動する駆動信号の共振駆動波形を修正する修正回路と、を備える距離測定装置が提供される。
　一態様によれば、２次元ＭＥＭＳミラーを備えた走査型の距離測定装置において、共振駆動側で駆動信号の共振周波数の変動に起因する画面の歪を防止することができる。
ｘ軸の駆動信号の振幅が共振周波数ｆｘの変化に応じて実線の状態から破線の状態に変化する場合の一例を示す図である。 図１Ａの振幅変動による画像の歪を示す図である。 ｘ軸の駆動信号の位相が共振周波数ｆｘの変化に応じて実線の状態から破線の状態に変化する場合の一例を示す図である。 図２Ａの振幅変動による画像の歪を示す図である。 一実施例における距離測定装置の一例を示す図である。 コンピュータの一例を示すブロック図である。 距離測定装置の筐体の一例を示す図である。 共振駆動波形を有する駆動信号の一例を示す図である。 非共振駆動波形を有する駆動信号の一例を示す図である。 距離測定処理の一例を説明するフローチャートである。 共振駆動波形の振幅差測定を説明する図である。 共振駆動波形の位相差測定を説明する図である。 第１実施例における振幅位相修正回路の一例を示す機能ブロック図である。 第１実施例における振幅位相修正処理を説明するフローチャートである。 水平方向角度と水平方向駆動波形の関係の一例を示す図である。 画面走査の一例を示す図である。 第２実施例における振幅位相修正回路の一例を示す機能ブロック図である。 温度補正テーブルの一例を示す図である。 第２実施例における振幅位相修正処理を説明するフローチャートである。 画像変動時の振幅修正及び位相修正を説明する図である。
　開示の距離測定装置、ミラー制御方法、及びプログラムでは、レーザ光を反射する２次元ＭＥＭＳミラーの互いに直交する２軸のうち片方の共振駆動側の軸には共振を利用した正弦波などの共振駆動波形を有する駆動信号で２次元ＭＥＭＳミラーを駆動する。画角を制御するもう一方の非共振駆動側の軸には鋸波形などの非共振駆動波形を有する駆動信号で２次元ＭＥＭＳミラーを駆動する。以降、断りのない限り共振駆動側について記載する。２次元ＭＥＭＳミラーのミラー角度を示す角度信号の振幅及び位相と、基準角度信号の振幅及び位相との振幅誤差及び位相誤差を計算し、振幅誤差及び位相誤差に基づいて２次元ＭＥＭＳミラーを駆動する駆動信号の共振駆動波形を修正する。
　以下に、開示の距離測定装置、ミラー制御方法、及びプログラムの各実施例を、図面と共に説明する。
　２次元ＭＥＭＳミラーの共振駆動側では、駆動信号の共振周波数ｆｘが温度や画面内の位置に応じて変動したり、画角変更時に変動したりする。例えば、駆動信号の共振周波数ｆｘは、温度などに応じて変化する。単一の距離測定装置の場合であれば、共振周波数ｆｘに合わせて駆動信号の駆動周波数ｆｄを変えることで、駆動信号の振幅及び位相を一定に保てる。一方、例えば複数の距離測定装置を同期して動作させる場合などのように駆動周波数ｆｄを一定に保つと、温度変化などに応じて駆動信号の振幅及び位相が変動する。駆動信号の振幅及び位相が変動すると、画面が歪んでしまう。
　また、２次元ＭＥＭＳミラーの互いに直交する２軸（例えば、ｘ軸とｙ軸）の駆動系の構造は一体化されていて互いに影響を与えるので、例えば水平方向のｘ軸の駆動信号の共振周波数ｆｘは非共振駆動側の垂直方向のｙ軸の位置に応じて変動する。このため、同一画面内においても、画面の上部、中央、及び下部においてｘ軸の駆動信号の振幅及び位相が変動し、画面が歪んでしまう。
　さらに、例えば測定対象の動きに応じてレーザ光による走査角度範囲を変更する動的画角変更を行う場合、共振周波数ｆｘが大きく変動し、画角変動の前後で画面が歪んでしまう。
　図１Ａは、ｘ軸の駆動信号の振幅が共振周波数ｆｘの変化（または、変動）に応じて実線の状態から破線の状態に変化する場合の一例を示し、図１Ｂは、この振幅変動による画像の歪を示す。図１Ｂ中、破線及び灰色で示す状態が、図１Ａ中の破線の状態に対応する。この例では、図１Ｂに示す画像が破線で示すように水平方向へ広がり、画像内のパターンも灰色で示すように水平方向へ広がる。
　図２Ａは、ｘ軸の駆動信号の位相が共振周波数ｆｘの変化に応じて実線の状態から破線の状態に変化する場合の一例を示し、図２Ｂは、この振幅変動による画像の歪を示す。図２Ｂ中、灰色で示す状態が、図２Ａ中の破線の状態に対応する。この例では、図２Ｂに示す画像内のパターンが、灰色で示すように水平方向へずれる。
　ｘ軸の駆動信号の共振周波数ｆｘは、温度や画面内の位置に応じて変動したり、画角変更時に変動したりする。そこで、２次元ＭＥＭＳミラーのミラー角度のフィードバック制御を行うことで、画面を一定に保つ方法が考えられる。しかし、例えば２８ｋＨｚの高い駆動周波数で駆動する２次元ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御を行うには、制御系は駆動周波数の１０倍（例えば、２８０ｋＨｚ）以上の周波数で制御を行う必要がある。また、このような高い周波数で制御を行う制御系は、動作周波数が高く高価なコンピュータなどを備える必要が生じ、実用的ではない。
　そこで、上記に鑑み、以下に説明する距離測定装置、ミラー制御方法、及びプログラムの各実施例は、駆動周波数ｆｄを変えずに一定に保ち、駆動信号の振幅及び位相を制御することで、画面の歪を低減する構成を有する。また、この構成では、駆動信号の振幅及び位相を検出して個別にフィードバックするため、制御系は、動作周波数が高く高価なコンピュータなどを備えなくても良い。
　図３は、一実施例における距離測定装置の一例を示す図である。図３に示す走査型の距離測定装置は、装置本体１と、コンピュータ４とを有する。装置本体１は、投光ユニット２と、受光ユニット３と、演算回路５とを有する。コンピュータ４は、距離測定処理を開始すると、サンプリング間隔（または、サンプリング密度）及び測定対象１００までの方位角などを含む設定データを装置本体１の演算回路５に供給する。測定対象１００までの方位角については後述する。
　投光ユニット２は、画角パラメータ修正回路２０、センサ駆動制御回路２１、レーザ駆動回路２２、レーザダイオード２３、２次元ＭＥＭＳミラー２４、２軸のミラーコントローラ２５、振幅位相修正回路２７、及び投光レンズ２６を有する。レーザダイオード２３は、レーザ光源の一例である。２次元ＭＥＭＳミラー２４は、２軸の走査ミラーの一例である。画角パラメータ修正回路２０は、後述するように、演算回路５が出力する、走査角度範囲とシフト角度を含む画角パラメータ（または、画角制御量）を修正して、センサ駆動制御回路２１に供給する。センサ駆動制御回路２１は、レーザダイオード２３の発光タイミングを示す発光タイミング信号をレーザ駆動回路２２に供給する。
　レーザ駆動回路２２は、発光タイミング信号が示す発光タイミングで、レーザダイオード２３を発光させる。また、センサ駆動制御回路２１は、２次元ＭＥＭＳミラー２４の２軸駆動を制御する駆動制御信号を、振幅位相修正回路２７を介してミラーコントローラ２５に供給する。後述するように、振幅位相修正回路２７は、ミラーコントローラ２５を介して取得するミラー角度信号と、センサ駆動制御回路２１から取得するミラー角度信号の基準となる基準角度信号との振幅誤差及び位相誤差を計算する。また、振幅位相修正回路２７は、振幅誤差及び位相誤差に基づいて２次元ＭＥＭＳミラー２４を駆動する駆動信号の共振駆動波形を修正する駆動制御信号を生成する。つまり、振幅位相修正回路２７は、ミラー角度信号と基準角度信号との振幅誤差及び位相誤差を計算し、振幅誤差及び位相誤差に基づいて２次元ＭＥＭＳミラー２４の共振駆動側の軸を駆動する駆動信号の共振駆動波形を修正する修正回路の一例である。
　ミラーコントローラ２５は、駆動制御信号に従って２次元ＭＥＭＳミラー２４を２軸で駆動する駆動信号を出力し、圧電素子などを含む周知の駆動部（図示せず）で２次元ＭＥＭＳミラー２４を駆動する。例えば、２次元ＭＥＭＳミラー２４の水平方向の駆動には、ノンリニアな共振駆動波形の一例である正弦波の駆動信号を用い、２次元ＭＥＭＳミラー２４の水平方向とは直交する垂直方向の駆動には、リニアな非共振駆動波形の一例である鋸波の駆動信号を用いる。
　２次元ＭＥＭＳミラー２４のミラー角度は、周知の角度検出部（図示せず）が検出する。角度検出部は、ミラー角度を示すミラー角度信号（以下、単に「角度信号」とも言う）をミラーコントローラ２５に供給する。また、２次元ＭＥＭＳミラー２４のミラー温度は、周知の温度検出部（図示せず）が検出する。温度検出部は、ミラー温度を示すミラー温度信号（以下、単に「温度信号」とも言う）をミラーコントローラ２５に供給する。図３では説明の便宜上、２次元ＭＥＭＳミラー２４が、上記の駆動部、角度検出部、及び温度検出部を含む形で、参照符号２４０で図示されている。つまり、この例では、２次元ＭＥＭＳミラー２４は、上記の駆動部、角度検出部、及び温度検出部が組み込まれたＭＥＭＳミラーモジュールである。しかし、角度検出部及び温度検出部は、例えば２次元ＭＥＭＳミラー２４の近傍で、夫々ミラー角度及びミラー温度を検出可能な位置に設けられていれば良い。
　また、振幅位相修正回路２７は、角度信号に従って、２次元ＭＥＭＳミラー２４のミラー角度を表すミラー角度データを生成して演算回路５に供給する。これにより、レーザダイオード２３から出射されたレーザ光は、２次元ＭＥＭＳミラー２４で反射（または、偏向）されて、投光レンズ２６を介して走査角度範囲を走査する、例えばラスタ走査を行う。投光レンズ２６には、例えば角度拡大レンズを用いることができる。なお、後述する第１実施例では、温度検出部は省略可能であり、温度検出部については、後述する第２実施例と共に説明する。
　このようなラスタ走査により、装置本体１からある距離だけ離れた位置では、レーザ光（または、レーザパルス）が走査角度範囲を走査する。装置本体１からある距離だけ離れた位置は、例えば測定対象１００の位置である。この走査角度範囲は、レーザ光が装置本体１からある距離だけ離れた位置において、走査角度範囲の一端から他端までを、例えば水平面（または地面）と略平行に移動する距離に相当する幅を有する。また、この走査角度範囲は、レーザ光による走査の画角と等しく、装置本体１からの距離にかかわらず、レーザ光が水平方向に走査する角度及び垂直方向に走査する角度のことを指す。なお、説明の便宜上、レーザ光による走査の画角は、垂直方向については２次元ＭＥＭＳミラー２４の非共振駆動側で動的に制御可能であり、水平方向については共振駆動側で固定であるものとする。
　受光ユニット３は、受光レンズ３１、光検出器３２、及び距離計測回路３３を有する。測定対象１００からの反射光は、受光レンズ３１を介して光検出器３２で検出される。受光レンズ３１には、例えば集光レンズを用いることができる。光検出器３２は、例えば検出した反射光を表す受光信号を距離計測回路３３に供給する受光素子である。距離計測回路３３は、投光ユニット２からレーザ光を出射してから、レーザ光が測定対象１００で反射されて受光ユニット３へ戻ってくるまでの往復時間（ＴＯＦ：Time Of Flight）ΔＴを計測する。なお、投光ユニット２がレーザ光を出射したタイミングは、レーザ駆動回路２２によるレーザダイオード２３の駆動タイミングに応じて、レーザ駆動回路２２から距離計測回路３３に通知される。これにより、距離計測回路３３は、測定対象１００までの距離を光学的に計測し、計測した距離を示す距離データを演算回路５に供給する。光速をｃ（約３０万ｋｍ／ｓ）で表すと、測定対象１００までの距離は、例えば（ｃ×ΔＴ）／２から求めることができる。
　演算回路５は、振幅位相修正回路２７からのミラー角度データと、距離計測回路３３からの距離データとに基づき、距離画像及び３次元データを生成する。具体的には、演算回路５は、距離データから距離画像を生成し、距離画像とミラー角度データから３次元データを生成する。距離画像は、ラスタ走査されたサンプル順に、各測距点における距離値を配列した画像である。また、演算回路５は、ミラー角度データから、各サンプルに対するレーザ光の投光角度を示す投光角度データを生成しても、投光角度データをテーブルとして持っていても良い。３次元データは、距離画像を、距離値と投光角度データを用いて変換することで生成可能であり、測定対象１００までの距離と各サンプルに対するレーザ光の投光角度の情報を含む。
　距離画像及び３次元データは、演算回路５からコンピュータ４に供給される。コンピュータ４は、距離画像及び３次元データに基づき、例えば測定対象１００を抽出する処理や、測定対象１００までの方位角を計算する処理などを行っても良い。距離画像から測定対象１００を抽出する方法は特に限定されず、例えば測定対象１００が人物であれば、距離画像から周知の方法で人物が取り得る姿勢などの形状を検知することで、測定対象１００を抽出可能である。また、測定対象１００までの方位角は、抽出した測定対象１００と３次元データの投光角度の情報とから、周知の方法で計算可能である。
　図４は、コンピュータの一例を示すブロック図である。図４に示すコンピュータ４は、バス４０を介して互いに接続されたプロセッサ４１と、メモリ４２と、入力装置４３と、表示装置４４と、インタフェース（または通信装置）４５とを有する。プロセッサ４１は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）などで形成可能であり、メモリ４２に記憶されたプログラムを実行して、コンピュータ４全体の制御を司る。メモリ４２は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体で形成可能である。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、例えば半導体記憶装置、磁気記録媒体、光記録媒体、光磁気記録媒体などの、非一時的な（Non-Transitory）コンピュータ読み取り可能な記憶媒体（Computer- Readable Storage Medium）を含む。メモリ４２は、プロセッサ４１が実行する距離測定プログラムを含む各種プログラム、各種データ、各種テーブルなどを記憶する。
　入力装置４３は、ユーザ（または操作者）が操作する、例えばキーボードなどで形成可能であり、プロセッサ４１にコマンド、データなどを入力するのに用いられる。表示装置４４は、ユーザに対するメッセージ、距離測定処理の測定結果などを表示するのに用いられる。インタフェース４５は、コンピュータ４を他のコンピュータなどと通信可能に接続する。この例では、コンピュータ４は、インタフェース４５を介して演算回路５に接続されている。
　なお、コンピュータ４は、当該コンピュータ４の構成要素がバス４０を介して接続されたハードウェア構成に限定されるものではない。また、コンピュータ４には、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）や、汎用コンピュータを用いても良い。
　コンピュータ４の入力装置４３及び表示装置４４は、外部接続されていても良く、省略可能である。また、コンピュータ４のインタフェース４５を省略したモジュール、半導体チップなどの場合、装置本体１の出力（即ち、演算回路５の出力）は、バス４０に接続されても、プロセッサ４１に直接接続されても良い。
　例えばコンピュータ４を内蔵する半導体チップなどは、装置本体１内に設けられていても良い。この場合、コンピュータ４は、例えば演算回路５、画角パラメータ修正回路２０、センサ駆動制御回路２１、振幅位相修正回路２７、及び距離計測回路３３のうち少なくとも一部の機能を含んでも良い。
　図５は、距離測定装置の筐体の一例を示す図である。図５では、説明の便宜上、距離測定装置の装置本体１がコンピュータ４に接続されている例を示す。装置本体１は、筐体１Ａを有し、投光ユニット２、受光ユニット３、演算回路５などは、筐体１Ａ内に収納されている。この例では、投光ユニット２の投光レンズ２６及び受光ユニット３の受光レンズ３１が、筐体１Ａの１つの側面側に配置されている。
　なお、コンピュータ４は、距離測定装置とは別体であっても良い。この場合、距離測定装置は、装置本体１のみで形成され、コンピュータ４は、例えばクラウドコンピューティングシステムなどで形成しても良い。
　本実施例では、２次元ＭＥＭＳミラー２４の水平方向の駆動には、図６に示すノンリニアな共振駆動波形の一例である正弦波を有する駆動信号（例えば、駆動電流または駆動電圧）を用いる。図６中、縦軸は水平方向の駆動角度を任意単位で示し、横軸は時間を任意単位で示す。また、２次元ＭＥＭＳミラー２４の水平方向とは直交する垂直方向の駆動には、図７に示すリニアな非共振駆動波形の一例である鋸波を有する駆動信号（例えば、駆動電流または駆動電圧）を用いる。図７中、縦軸は垂直方向の駆動角度を任意単位で示し、横軸は時間を任意単位で示す。図６及び図７において、破線は、レーザダイオード２３の発光区間であるレーザ発光区間を示す。
　振幅位相修正回路２７は、２次元ＭＥＭＳミラー２４のミラー角度を示す角度信号の振幅及び位相と、基準角度信号の振幅及び位相との振幅誤差及び位相誤差を計算し、振幅誤差及び位相誤差に基づいて駆動制御信号を修正（または、補正）する機能を有する。また、振幅位相修正回路２７は、２次元ＭＥＭＳミラー２４のミラー温度を示す温度信号が取得される場合には、温度信号に基づいて角度信号の振幅を修正（または、補正）してから振幅誤差を計算しても良い。このようにして、振幅位相修正回路２７は、ミラーコントローラ２５に、２次元ＭＥＭＳミラー２４の水平方向の駆動用に修正された共振駆動波形を有する駆動信号を出力させる。つまり、振幅位相修正回路２７は、振幅誤差及び位相誤差に基づいて駆動制御信号を修正（または、補正）することで、ミラーコントローラ２５が出力する共振駆動波形を有する駆動信号を修正（または、補正）する機能を有する。
　振幅位相修正回路２７は、ミラーコントローラ２５に、２次元ＭＥＭＳミラー２４の垂直方向の駆動用に非共振駆動波形を有する駆動信号を出力させるが、このような非共振駆動波形を有する駆動信号による駆動自体は周知であり、その説明は省略する。
　なお、２次元ＭＥＭＳミラー２４の水平方向の駆動に非共振駆動波形を有する駆動信号を用い、２次元ＭＥＭＳミラー２４の垂直方向の駆動に共振駆動波形を有する駆動信号を用いても良い。また、距離測定装置は、水平面に対して平行ではなく、例えば水平面に対して任意の角度傾けた配置を有しても良い。
　図８は、距離測定処理の一例を説明するフローチャートである。距離測定処理は、例えばコンピュータ４のプロセッサ４１が、メモリ４２に記憶された距離測定プログラムを実行することで開始される。
　図８において、例えば入力装置４３から入力されたコマンドに応答して距離測定処理を開始すると、ステップＳ１では、コンピュータ４が、サンプリング間隔及び測定対象１００までの方位角などを含む設定データを装置本体１の演算回路５に設定する。
　ステップＳ２では、コンピュータ４が、装置本体１の演算回路５に、設定データに応じた距離測定タイミングで距離の測定を開始させる。
　ステップＳ３では、コンピュータ４が、装置本体１の演算回路５に、設定データに応じた駆動タイミングで、画角パラメータ修正回路２０、センサ駆動制御回路２１、及びレーザ駆動回路２２を介してレーザダイオード２３を駆動させる。また、ステップＳ３では、コンピュータ４が、装置本体１の演算回路５に、設定データに応じた駆動タイミングで、画角パラメータ修正回路２０、振幅位相修正回路２７、及びミラーコントローラ２５を介して２次元ＭＥＭＳミラー２４の駆動部を駆動させる。
　ステップＳ４では、コンピュータ４が、装置本体１の演算回路５からの距離画像及び３次元データなどを含む測定データを取得する。ステップＳ５では、コンピュータ４が、測定データの３次元データ及び距離画像に基づき、測定対象１００が存在するか否かを判定し、判定結果がＮｏであると処理はステップＳ４へ戻り、判定結果がＹｅｓであると処理はステップＳ６へ進む。ラスタ走査された走査角度範囲内に測定対象１００が存在するか否かは、周知の方法で判定できる。例えば、測定対象１００が人物であれば、距離画像から人物の姿勢の形状、人物の顔の肌色などを検知することで、測定対象１００の存在を判定するようにしても良い。また、生成した３次元データまたは距離画像をコンピュータ４の表示装置４４に表示し、ユーザが表示画面の所望の位置または範囲をマウスなどの入力装置４３で指定（クリック）した場合に測定対象１００が存在すると判定する方法などを採用しても良い。
　ステップＳ６では、ラスタ走査された走査角度範囲内に測定対象１００が存在するので、コンピュータ４が、例えば距離画像から検知した測定対象１００を周知の方法で抽出し、抽出した測定対象１００の対象データを求める。ステップＳ７では、コンピュータ４が、例えば抽出した対象データと、３次元データの投光角度の情報とから、測定対象１００までの方位角を周知の方法で計算し、必要に応じてメモリ４２に記憶する。
　ステップＳ８では、装置本体１の演算回路５が、コンピュータ４からの設定データに含まれる測定対象１００までの方位角になるように、走査角度範囲と、走査角度範囲の中心角度と、シフト角度の夫々の設定値を計算する。ステップＳ８では、装置本体１の演算回路５が、画角変更指示と、走査角度範囲と、走査角度範囲の中心角度と、シフト角度の夫々の設定値を画角パラメータ修正回路２０に出力して、画角の動的制御の際の画角の変更を指示する。
　ステップＳ９では、装置本体１の画角パラメータ修正回路２０が、演算回路５からの画角変更指示に従って画角を変更する。具体的には、画角パラメータ修正回路２０が、後述する修正オフセット量を駆動制御信号と共にミラーコントローラ２５に出力して、２次元ＭＥＭＳミラー２４を駆動する。
　なお、ステップＳ８，Ｓ９の画角変更処理は、例えば演算回路５及び画角パラメータ修正回路２０を形成するプロセッサが、メモリに記憶された画角変更プログラムを実行することで開始されても良い。また、コンピュータ４が演算回路５及び画角パラメータ修正回路２０の機能を含む場合には、コンピュータ４がステップＳ８，Ｓ９の画角変更処理を実行すれば良い。
　ステップＳ１０では、コンピュータ４が、距離測定処理が終了したか否かを判定し、判定結果がＮｏであると処理はステップＳ４へ戻り、判定結果がＹｅｓであると処理は終了する。
　図９は、共振駆動波形の振幅差測定を説明する図である。この例では、ミラー角度信号の共振駆動波形は、正弦波の波形である。図９は、ミラー角度信号と、正（+）側ピークと、+側ピーク測定値ＡＡと、負（-）側ピークと、-側ピーク測定値ＡＢと、振幅ＡＡ-ＡＢとを示す。+側ピークの検出は、ミラー角度信号の上りゼロクロス検出のタイミングでリセットされ、+側ピーク測定値ＡＡは、ミラー角度信号の下りゼロクロス検出のタイミングで+側ピークをサンプルした値である。一方、-側ピークの検出は、ミラー角度信号の下りゼロクロス検出のタイミングでリセットされ、-側ピーク測定値ＡＢは、ミラー角度信号の上りゼロクロス検出のタイミングで-側ピークをサンプルした値である。振幅ＡＡ-ＡＢは、+側ピーク測定値ＡＡから-側ピーク測定値ＡＢを減算した振幅測定値である。このようにして、ミラー角度信号の１周期毎に、ミラー角度信号のピークピーク値（Peak-to-Peak Value）に相当する振幅ＡＡ-ＡＢを求める。基準角度信号についても、ミラー角度信号の場合と同様に振幅ＡＡ-ＡＢに相当する振幅測定値を求めることができる。そして、ミラー角度信号の振幅と基準角度信号の振幅とから、これらの信号の振幅誤差を求めることができる。
　図１０は、共振駆動波形の位相差測定を説明する図である。図１０は、ミラー角度信号の基準となる基準角度信号（以下、単に「基準信号」とも言う）と、検出されたミラー角度信号とを示す。また、図１０は、基準信号の上りゼロクロスから検出されたミラー角度信号の上りゼロクロスまでの遅れと、基準信号の下りゼロクロスから検出されたミラー角度信号の下りゼロクロスまでの遅れとを示す。具体的には、基準信号の上りゼロクロスから検出されたミラー角度信号の上りゼロクロスまでの遅れは、基準信号の上りゼロクロス検出のタイミングでリセットされるカウンタを用いて測定できる。このミラー角度信号の上りゼロクロスまでの遅れは、検出されたミラー角度信号の下りゼロクロス検出のタイミングでこのカウンタのカウンタ値をサンプルした測定値ＰＡで表される。また、基準信号の下りゼロクロスから検出されたミラー角度信号の下りゼロクロスまでの遅れは、基準信号の下りゼロクロス検出のタイミングでリセットされるカウンタを用いて測定できる。このミラー角度信号の下りゼロクロスまでの遅れは、検出されたミラー角度信号の上りゼロクロス検出のタイミングでカウンタ値をサンプルした測定値ＰＢで表される。位相誤差は、この例では測定値ＰＡ及び測定値ＰＢのうち新しい方の値である。このようにして、ミラー角度信号の１周期毎に、ミラー角度信号のゼロクロスに相当する位相を求め、基準信号の１周期毎に、基準信号のゼロクロスに相当する位相を求めることができる。そして、ミラー角度信号の位相と基準信号の位相とから、これらの信号の位相誤差を求めることができる。
　このようにして、振幅位相修正回路２７は、ミラー角度信号の１周期毎にピークピーク値に相当する第１の振幅を求めると共に、基準角度信号の１周期毎にピークピーク値に相当する第２の振幅を求め、第１の振幅と第２の振幅との振幅誤差を求める。また、振幅位相修正回路２７は、ミラー角度信号の１周期毎に上り及び下りの一方のゼロクロスに相当する第１の位相を求めると共に、基準角度信号の１周期毎に前記一方のゼロクロスに相当する第２の位相を求め、第１の位相と第２の位相との位相誤差を求める。
　次に、第１実施例を説明する。図１１は、第１実施例における振幅位相修正回路の一例を示す機能ブロック図である。第１実施例では、図３に示す振幅位相修正回路２７が、図１１に示すように、振幅検出器２７１，２７３と、位相検出器２７２，２７４と、減算器２７５，２７６と、比例積分（ＰＩ：Proportional Integral）制御器２７７，２７８と、駆動波形生成部２７９とを有する。
　センサ駆動制御回路２１からの基準信号は、振幅検出器２７１及び位相検出器２７２に入力される。振幅検出器２７１は、例えば図９と同様の方法で基準信号の振幅を検出し、位相検出器２７２は、例えば図１０の方法で基準信号の位相を検出する。検出部からのたミラー角度信号は、振幅検出器２７３及び位相検出器２７４に入力される。振幅検出器２７３は、例えば図９の方法でミラー角度信号の振幅を検出し、位相検出器２７４は、例えば図１０の方法でミラー角度信号の位相を検出する。
　振幅検出器２７１，２７３の出力は、減算器２８５に供給され、減算器２７５が出力する振幅誤差はＰＩ制御器２７７に供給される。位相検出器２７２，２７４の出力は、減算器２７６に供給され、減算器２７６が出力する位相誤差はＰＩ制御器２７８に供給される。駆動波形生成部２７９は、ＰＩ制御器２７７からの振幅指令値と、ＰＩ制御器２７８からの位相指令値とに基づいて、駆動制御信号を生成してミラーコントローラ２５に出力する。駆動制御信号は、ミラーコントローラ２５が２次元ＭＥＭＳミラー２４に出力する駆動信号の共振駆動波形を、振幅誤差及び位相誤差に基づいて修正（または補正）する。
　ここで、減算器２７５が出力する振幅誤差をΔｗ、ＰＩ制御器２７７の比例ゲインをＫｐｗ、ＰＩ制御器２７７の積分ゲインをＫｉｗで示すと、ＰＩ制御器２７７が出力する振幅指令値Ｒｗは次式で表すことができる。
Ｒｗ＝Ｋｐｗ×Δｗ+Ｋｉｗ×∫Δｗ
　また、減算器２７６が出力する位相誤差をΔｈ、ＰＩ制御器２７８の比例ゲインをＫｐｈ、ＰＩ制御器２７８の積分ゲインをＫｉｈで示すと、ＰＩ制御器２７８が出力する位相指令値Ｒｈは次式で表すことができる。
Ｒｈ＝Ｋｐｈ×Δｈ+Ｋｉｈ×∫Δｈ
　また、駆動波形生成部２７９は、ＰＩ制御器２７７からの振幅指令値Ｒｗと、ＰＩ制御器２７８からの位相指令値Ｒｈとに基づいて、ミラーコントローラ２５に次式で表す駆動信号Ｄ（ｔ）を２次元ＭＥＭＳミラー２４へ出力させる駆動制御信号を生成する。次式において、ｔは時間、ｆｄは共振駆動側の軸を駆動する駆動信号の駆動周波数、πは円周率を示す。駆動信号Ｄ（ｔ）は、例えば駆動電圧である。
Ｄ（ｔ）＝Ｒｗ×ｓｉｎ（２×π×ｆｄ×ｔ+Ｒｈ）
　図１２は、第１実施例における振幅位相修正処理を説明するフローチャートである。図１２に示す画角変更処理は、図８に示す距離測定処理中、ステップＳ３の処理に相当し、振幅位相修正回路２７、または、振幅位相修正回路２７の処理を実行するプロセッサ４１により実行可能である。
　ステップＳ３１では、振幅位相修正回路２７またはプロセッサ４１が、駆動波形（初期値）と基準角度信号を用意する。図１３は、水平方向角度と水平方向駆動波形の関係の一例を示す図である。ステップＳ３２では、振幅位相修正回路２７またはプロセッサ４１が、駆動波形（初期値）によりラスタ走査を開始する。図１４は、画面走査の一例を示す図であり、縦軸は垂直方向、横軸は水平方向を示す。
　ステップＳ３３では、振幅位相修正回路２７またはプロセッサ４１が、基準角度信号から振幅及び位相を測定する。ステップＳ３３の処理は、振幅検出器２７１及び位相検出器２７２の処理に相当する。ステップＳ３４では、振幅位相修正回路２７またはプロセッサ４１が、ミラー角度信号から振幅及び位相を測定する。ステップＳ３４の処理は、振幅検出器２７３及び位相検出器２７４の処理に相当する。
　ステップＳ３５では、振幅位相修正回路２７またはプロセッサ４１が、基準角度信号とミラー角度信号の振幅及び位相の誤差、即ち、振幅誤差及び位相誤差を計算する。ステップＳ３５の処理は、減算器２７５,２７６の処理に相当する。ステップＳ３６では、振幅位相修正回路２７またはプロセッサ４１が、振幅誤差及び位相誤差に基づいて駆動波形修正値を計算する。ステップＳ３６の処理はＰＩ制御器２７７，２７８の処理に相当する。ステップＳ３７では、振幅位相修正回路２７またはプロセッサ４１が、駆動波形修正値を用いて、ミラーコントローラ２５が２次元ＭＥＭＳミラー２４に出力する駆動信号の共振駆動波形を修正する駆動制御信号を生成して出力する。ステップＳ３７の処理は、駆動波形生成部２７９の処理に相当する。
　次に、第２実施例を説明する。第２実施例では、温度検出部が２次元ＭＥＭＳミラー２４の温度を検出してミラー温度信号を出力する。図１５は、第２実施例における振幅位相修正回路の一例を示す機能ブロック図である。図１５中、図１１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。第２実施例では、図３に示す振幅位相修正回路２７が、図１５に示すように温度補正テーブル３７１と、加算器３７２とを有する。図１６は、温度補正テーブルの一例を示す図である。温度補正テーブル３７１は、入力ミラー温度に対する振幅補正値（角度）を格納している。入力ミラー温度は、ミラー温度信号が示すミラー温度である。この例では、温度補正テーブル３７１は、１０℃,２０℃,３０℃,４０℃なる入力ミラー温度に対して、+０．５,+０．２,-０．２,-０．５なる振幅補正値を格納している。温度補正テーブル３７１は、例えば振幅位相修正回路２７内に設けられていても、メモリ４２などに格納されていても良い。
　ミラー温度信号が示す入力ミラー温度に対する振幅補正値は、温度補正テーブル３７１から読み出されて加算器３７２に供給される。加算器３７２には、振幅検出器２７３の出力も供給される。従って、振幅検出器２７１の出力と、加算器３７２の出力とが減算器２７５に供給される。温度補正テーブル３７１から入力ミラー温度に対する振幅補正値を読み出す際に、一致する入力ミラー温度に対する振幅補正値が図１６の温度補正テーブル３７１に格納されていない場合が起こり得る。この場合、入力ミラー温度に対する振幅補正値を、格納されている入力ミラー温度に対する振幅補正値から近似など周知の方法で計算しても良い。
　図１７は、第２実施例における振幅位相修正処理を説明するフローチャートである。図１７中、図１２のステップと同一ステップには同一符号を付し、その説明は省略する。図１７では、ステップＳ３４とステップＳ３５との間に、ステップＳ３８が設けられている。ステップＳ３８では、振幅位相修正回路２７またはプロセッサ４１が、ミラー温度信号が示すミラー温度から振幅補正値を求める。ステップＳ３８の振幅補正値を求める処理は、温度補正テーブル３７１と加算器３７２の処理に相当する。このため、ステップＳ３８に続くステップＳ３５の処理のうち振幅誤差を計算する処理は、振幅補正値と振幅検出器２７３の出力とを加算した加算器３７２の出力と、振幅検出器２７１の出力との減算を行う減算器２７５の処理に相当する。
　図１８は、画像変動時の振幅修正及び位相修正を説明する図である。図１８中、画像１００Ａは、駆動信号の共振周波数ｆｘが変動せず、画面の歪がない状態を示す。画像１００Ｂは、駆動信号の共振周波数ｆｘの変動により、駆動信号の振幅が変動して画面に歪が生じた状態を示す。画像１００Ｃは、駆動信号の共振周波数ｆｘの変動により、駆動信号の位相が変動して画面に歪が生じた状態を示す。これに対し、画像１００Ｄは、画像１００Ｂ、または、画像１００Ｃ、または画像１００Ｂの歪と画像１００Ｃの歪の両方が生じた状態の画像に対して上記各実施例の如き振幅位相修正処理を施すことで、歪を防止した修正後の状態を示す。画像１００Ｄは、画像１００Ａと実質的に同じであり、駆動周波数ｆｄを変えずに一定に保ち、駆動信号の振幅及び位相を制御することで、駆動信号の共振周波数ｆｘの変動に起因する画面の歪を低減できることが確認できる。また、上記各実施例では、駆動信号の振幅及び位相を検出して個別にフィードバックするため、制御系は、動作周波数が高く高価なコンピュータなどを備えなくても良い。
　距離測定装置は、採点支援システム、車載システムなどに適用可能である。採点支援システムの一例は、距離測定装置の出力に基づいて、例えば体操演技の採点を支援する。この場合、測定対象１００は、体操選手であり、採点は例えば図４に示すコンピュータ４が採点プログラムを実行することにより行える。コンピュータ４は、演算回路５からの３次元データ及び距離画像に基づき、周知の方法で体操選手の骨格情報を取得すれば良い。体操選手の骨格情報には、各フレームにおける体操選手の各関節の３次元位置が含まれるので、骨格情報から体操演技の技を認識して、技の完成度から体操演技を採点することができる。
　体操演技の場合、体操選手の移動速度が速く、距離測定装置の画角を体操選手の位置に応じて制御する必要がある。上記の各実施例によれば、体操選手の移動に合わせて走査角度範囲の中心角度を垂直方向にシフトする画角変更が行われても、２次元ＭＥＭＳミラーの共振駆動側では、駆動信号の駆動周波数ｆｄが変動しない。また、２次元ＭＥＭＳミラーの共振駆動側では、温度や画面内の位置にかかわらず、駆動信号の駆動周波数ｆｄが変動しない。このため、体操選手の垂直方向の位置や大きさが変化することはなく、駆動信号の共振周波数ｆｘの変動に起因して画面が歪むことを防止できる。また、駆動信号の駆動周波数ｆｄが変動しないので、例えば複数の距離測定装置を同期して動作させることもできる。この結果、体操選手が移動しても画面の歪に起因する距離測定装置の測定精度の低下を抑えることができ、このような距離測定装置の出力を用いることで、体操演技の採点を高精度に行うことができ、採点支援システムの信頼性を向上できる。
　車載システムの一例は、距離測定装置の出力に基づいて、例えば車両の前方の測定対象１００の位置、種類などを認識する。この場合、測定対象１００の種類は歩行者、他の車両などを含み、測定対象１００の認識は例えばコンピュータ４が認識プログラムを実行することで行える。コンピュータ４は、演算回路５からの３次元データ及び距離画像に基づき、周知の方法で測定対象１００の形状情報を取得すれば良い。測定対象１００の形状情報には、各フレームにおける測定対象１００の各部の３次元位置が含まれるので、形状情報から測定対象１００の位置、種類などを認識して接近の度合、危険度などを判断することができる。２次元ＭＥＭＳミラーの共振駆動側では、温度、画面内の位置、及び画角変更時にかかわらず、駆動信号の駆動周波数ｆｄが変動しないので、駆動信号の共振周波数ｆｘの変動に起因して画面が歪むことを防止できる。このため、上記の各実施例によれば、画面の歪に起因する距離測定装置の測定精度の低下を抑えることができるので、測定対象１００の位置、種類などを高精度に認識することができ、車載システムの信頼性を向上できる。
　なお、上記の各実施例に付されている連番は、好ましい実施例の優先順位を表すものではない。
　以上、開示の距離測定装置、ミラー制御方法、及びプログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形、改良、及び置換が可能であることは言うまでもない。
１　　装置本体
２　　投光ユニット
３　　受光ユニット
４　　コンピュータ
５　　演算回路
２０　　画角パラメータ修正回路
２１　　センサ駆動制御回路
２２　　レーザ駆動回路
２３　　レーザダイオード
２４　　２次元ＭＥＭＳミラー
２５　　ミラーコントローラ
２６　　投光レンズ
２７　　振幅位相修正回路
３１　　受光レンズ
３２　　光検出器
３３　　距離計測回路
４１　　プロセッサ
４２　　メモリ
１００　　測定対象
２７１，２７３　　振幅検出器
２７２，２７４　　位相検出器
２７５，２７６　　減算器
２７７，２７８　　ＰＩ制御器
２７９　　駆動波形生成部
３７１　　温度補正テーブル
３７２　　加算器

Claims (18)

  1. 　レーザ光を反射する２次元ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System)ミラーを備えた走査型の距離測定装置であって、
    　前記２次元ＭＥＭＳミラーのミラー角度を検出して前記ミラー角度を示す角度信号を出力する第１の検出部と、
    　前記角度信号の振幅及び位相と、基準角度信号の振幅及び位相との振幅誤差及び位相誤差を計算し、前記振幅誤差及び前記位相誤差に基づいて前記２次元ＭＥＭＳミラーの互いに直交する２軸のうち、片方の共振駆動側の軸を駆動する駆動信号の共振駆動波形を修正する修正回路と、
    　を備えることを特徴とする、距離測定装置。
  2. 　前記２次元ＭＥＭＳミラーの温度を検出する第２の検出部を更に備え、
    　前記修正回路は、前記温度に基づいて前記角度信号の振幅補正値を計算し、前記振幅補正値で補正後の前記角度信号の振幅と、前記基準角度信号の振幅との前記振幅誤差を計算することを特徴とする、請求項１に記載の距離測定装置。
  3. 　前記第１の検出部及び前記第２の検出部は、前記２次元ＭＥＭＳミラーに組み込まれていることを特徴とする、請求項２に記載の距離測定装置。
  4. 　前記共振駆動波形は、正弦波であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  5. 　前記修正回路は、
    　　前記角度信号の１周期毎に、前記角度信号のピークピーク値に相当する第１の振幅を求めると共に、前記基準角度信号の１周期毎に、前記基準角度信号のピークピーク値に相当する第２の振幅を求め、前記第１の振幅と前記第２の振幅との振幅誤差を求め、
    　　前記角度信号の１周期毎に、前記角度信号の上り及び下りの一方のゼロクロスに相当する第１の位相を求めると共に、前記基準角度信号の１周期毎に、前記基準角度信号の前記一方のゼロクロスに相当する第２の位相を求め、前記第１の位相と前記第２の位相との位相誤差を求める
    　ことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  6. 　前記修正回路は、
    　　比例ゲインＫｐｗ及び積分ゲインＫｉｗを有し、前記振幅誤差をΔｗで示すと、Ｒｗ＝Ｋｐｗ×Δｗ+Ｋｉｗ×∫Δｗで表される振幅指令値Ｒｗを出力する第１の比例積分制御器と、
    　　比例ゲインＫｐｈ及び積分ゲインＫｉｈを有し、前記位相誤差をΔｈで示すと、Ｒｈ＝Ｋｐｈ×Δｈ+Ｋｉｈ×∫Δｈで表される位相指令値Ｒｈを出力する第２の比例積分制御器と、
    　　時間をｔ、円周率をπ、前記共振駆動側の軸を駆動する前記駆動信号の駆動周波数をｆｄで示すと、前記振幅指令値Ｒｗ及び前記位相指令値Ｒｈに基づいてＤ（ｔ）＝Ｒｗ×ｓｉｎ（２×π×ｆｄ×ｔ+Ｒｈ）で表される駆動信号Ｄ（ｔ）を生成する生成部と、
    　を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  7. 　前記２軸のうち他方の軸を駆動する駆動信号は、非共振駆動波形を有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  8. 　レーザ光を反射する２次元ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System)ミラーを制御するミラー制御方法であって、
    　前記２次元ＭＥＭＳミラーのミラー角度を検出して前記ミラー角度を示す角度信号を取得し、
    　前記角度信号の振幅及び位相と、基準角度信号の振幅及び位相との振幅誤差及び位相誤差を計算し、
    　前記振幅誤差及び前記位相誤差に基づいて前記２次元ＭＥＭＳミラーの互いに直交する２軸のうち、片方の共振駆動側の軸を駆動する駆動信号の共振駆動波形を修正する、
    　ことを特徴とする、ミラー制御方法。
  9. 　前記２次元ＭＥＭＳミラーの温度を検出し、
    　前記温度に基づいて前記角度信号の振幅を補正してから前記基準角度信号の振幅との前記振幅誤差を計算する、
    　ことを特徴とする、請求項８に記載のミラー制御方法。
  10. 　前記共振駆動側の軸を駆動する前記駆動信号の共振駆動波形を、当該駆動信号の駆動周波数を一定に保って修正することを特徴とする、請求項８または９に記載のミラー制御方法。
  11. 　前記共振駆動波形は、正弦波であることを特徴とする、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のミラー制御方法。
  12. 　前記角度信号の１周期毎に、前記角度信号のピークピーク値に相当する第１の振幅を求めると共に、前記基準角度信号の１周期毎に、前記基準角度信号のピークピーク値に相当する第２の振幅を求め、前記第１の振幅と前記第２の振幅との振幅誤差を求め、
    　前記角度信号の１周期毎に、前記角度信号の上り及び下りの一方のゼロクロスに相当する第１の位相を求めると共に、前記基準角度信号の１周期毎に、前記基準角度信号の前記一方のゼロクロスに相当する第２の位相を求め、前記第１の位相と前記第２の位相との位相誤差を求める、
    　ことを特徴とする、請求項１１に記載のミラー制御方法。
  13. 　前記２軸のうち他方の軸を駆動する駆動信号は、非共振駆動波形を有することを特徴とする、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載のミラー制御方法。
  14. 　コンピュータに、レーザ光を反射する２次元ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System)ミラーを制御させるプログラムであって、
    　第１の検出部が検出した前記２次元ＭＥＭＳミラーのミラー角度を示す角度信号を取得し、
    　前記角度信号の振幅及び位相と、基準角度信号の振幅及び位相との振幅誤差及び位相誤差を計算し、
    　前記振幅誤差及び前記位相誤差に基づいて前記２次元ＭＥＭＳミラーの互いに直交する２軸のうち、片方の共振駆動側の軸を駆動する駆動信号の共振駆動波形を修正する、
    　処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。
  15. 　第２の検出部が検出した前記２次元ＭＥＭＳミラーの温度を取得し、
    　前記温度に基づいて前記角度信号の振幅を補正してから前記基準角度信号の振幅との前記振幅誤差を計算する、
    　処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、請求項１４に記載のプログラム。
  16. 　前記共振駆動波形は、正弦波であることを特徴とする、請求項１４または１５に記載のプログラム。
  17. 　前記計算する処理は、
    　　前記角度信号の１周期毎に、前記角度信号のピークピーク値に相当する第１の振幅を求めると共に、前記基準角度信号の１周期毎に、前記基準角度信号のピークピーク値に相当する第２の振幅を求め、前記第１の振幅と前記第２の振幅との振幅誤差を求め、
    　　前記角度信号の１周期毎に、前記角度信号の上り及び下りの一方のゼロクロスに相当する第１の位相を求めると共に、前記基準角度信号の１周期毎に、前記基準角度信号の前記一方のゼロクロスに相当する第２の位相を求め、前記第１の位相と前記第２の位相との位相誤差を求める、
    　ことを特徴とする、請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載のプログラム。
  18. 　請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載のプログラムを記憶したことを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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