光測距装置
【課題】作業者の作業精度に影響されることなく、可動部の揺動角度を高精度に校正する。
【解決手段】光を２次元走査する光走査部２と、光走査部２を駆動する駆動部３と、光ビームを投光する光源部４と、物体からの反射光を受光する受光部５と、投光及び受光タイミングに基づき物体までの距離を計測する測距部６と、投光タイミングと、入射光線ベクトルと、光走査部の２軸回りの各揺動振幅とを含む変換パラメータを用いて測距部６からの距離データを点群データに変換するデータ変換部７と、基準特徴度データと実測特徴度データとの誤差が閾値以内であるか否かを判定する判定部８と、誤差が閾値より大きい場合、各揺動振幅の実際の値を決定する第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を、判定部８により誤差が閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な設定変更部９と、を備えて構成する。
【解決手段】光を２次元走査する光走査部２と、光走査部２を駆動する駆動部３と、光ビームを投光する光源部４と、物体からの反射光を受光する受光部５と、投光及び受光タイミングに基づき物体までの距離を計測する測距部６と、投光タイミングと、入射光線ベクトルと、光走査部の２軸回りの各揺動振幅とを含む変換パラメータを用いて測距部６からの距離データを点群データに変換するデータ変換部７と、基準特徴度データと実測特徴度データとの誤差が閾値以内であるか否かを判定する判定部８と、誤差が閾値より大きい場合、各揺動振幅の実際の値を決定する第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を、判定部８により誤差が閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な設定変更部９と、を備えて構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを対象領域内で走査して該対象領域内に存在する物体の距離を計測する光測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光ビームを対象領域内で、例えば、リサージュ走査して、対象領域内に存在する対象物までの距離を計測する光測距装置が知られている。この種の光測距装置は、例えば、光ビームを投光する光源部と、この光源部から出射された光ビームを対象領域内で二次元走査する可動部を備えた光走査部（二次元ガルバノミラー）と、光走査部を駆動する駆動部と、対象領域内の対象物によって反射された光ビームを受光する受光部と、光ビームの投光タイミングと反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて対象物までの距離を計測する測距部と、を備えて構成されている。上記駆動部は、例えば、光走査部の直交する二軸（ｘ軸、ｙ軸）回りの各共振周波数近傍の周波数を有する二つの駆動信号を光走査部にそれぞれ供給し、これにより、光走査部の可動部をｘ軸回り及びｙ軸回りに、所定の揺動振幅（最大値）及び揺動周期で揺動駆動している（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、この種の光測距装置において、光源部から所定の投光タイミングで投光される光ビームを可動部によって二次元走査したときに、光ビームを対象領域内の意図する位置に投光させるためには、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように校正されていなければならない。実際の可動部の各揺動角度が意図した角度からずれてしまっている場合、光測距装置は、実際の光ビームの投光位置が意図した位置からずれているにも関わらず、そのずれた位置からの反射光に基づいて距離を算出し、その算出した距離をあたかも対象領域内の意図した位置までの距離として測距してしまうことになる。ここで、各投光タイミングにおける各揺動角度の値は、供給される各駆動信号の電流値に応じて定まる可動部の各軸回りの揺動振幅（最大値）により、大きく左右されるため、この各揺動振幅（最大値）は、光測距装置の測距精度を左右する重要なパラメータである。
【０００４】
しかしながら、駆動信号の電流値に応じて定まる実際の各揺動振幅（以下において、「実揺動振幅」と言う。）は、二次元ガルバノミラーの製造ばらつきや経時変化等により変動する可能性もある。そのため、一般的に、この種の光測距装置においては、出荷時や出荷後のメンテナンス時等に、例えば、各実揺動振幅を実測し、この実揺動振幅が設計許容範囲外である場合は、駆動信号の電流値を調整して、実揺動振幅が設計許容範囲に収まるようにしたり、逆に設計値を実測した実揺動振幅に合わせて光測距装置に再設定したりして校正している。この実揺動振幅の求める方法としては、例えば、平面板にレーザ光の走査軌跡を投影し、投影された走査軌跡外縁幅を目視にて計測し、この計測した走査軌跡外縁幅と二次元ガルバノミラーから平面板までの距離とに基づいて、実揺動振幅を求める方法が知られている。しかし、二次元光走査においては、レーザ光を例えば平面板に向けて投影したときの走査軌跡外縁は糸巻き状に歪んでしまい、走査軌跡自体も歪んでしまうという特性があるため、走査軌跡外縁幅に基づく測定では一般的に精度良く実揺動振幅を測定することができないという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するため、この種の光測距装置においては、テンプレートを用いて実揺動振幅を測定する方法が知られている。このテンプレートは、例えば、光走査部から対象領域内に向かう光ビームの方向（走査方向）と、平面板と光測距装置本体との予め定めた位置関係（距離、傾き）とに基づいて所定の揺動振幅毎に求めた走査軌跡の外縁等が、各走査軌跡を求める際に用いた揺動振幅とが対応付けて描かれた紙等から成るものである。そして、このテンプレートを平面板に貼り付け、平面板と光測距装置本体をテンプレート作成時に用いた位置関係（距離、傾き）になるように設置し、実際の走査軌跡をテンプレートに投影し、投影された走査軌跡の外縁がテンプレート上に予め描かれたどの走査軌跡に略一致するかを目視で確認し、その略一致したテンプレート上の走査軌跡に対応する揺動振幅を実揺動振幅として、実揺動振幅を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１５７７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この種の光測距装置の出荷前等に、上記の様にテンプレートを用いて実揺動振幅を測定する場合、作業者が例えば平面板と光測距装置本体を、テンプレートに描く走査軌跡を求める際に用いた位置関係（距離、傾き）と一致するように配置させることは困難であった。したがって、この種の光測距装置の実揺動振幅の測定においては、テンプレート作成用に予め定めた位置関係と実際の位置関係との間にずれが生じてしまう可能性があるため、実揺動振幅の測定精度は、作業者等による光測距装置本体と平面板等の設置精度によって左右される。また、投影された走査軌跡の外縁がテンプレート上に予め描かれたどの走査軌跡に略一致するかを作業者等による目視で行っていたため、読取誤差が生じるおそれもあった。これらの結果、テンプレートを用いて実揺動振幅を測定し、測定結果に応じて駆動信号の電流値を調整したり、設計値を実測した実揺動振幅の値に合わせて光測距装置に再設定したりして、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように校正しても、その校正精度は、実揺動振幅測定時の作業者の設置精度や読取精度等の作業精度に左右されるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る本発明による光測距装置は、光反射面を有する可動部が互いに直交する第１、第２軸回りに揺動可能に形成され、該可動部が揺動することによって前記光反射面に入射される光ビームを対象領域内で２次元走査する光走査部と、前記可動部を前記第１軸回りに揺動させる第１駆動信号及び前記可動部を前記第２軸回りに揺動させる第２駆動信号をそれぞれ前記光走査部に出力して前記可動部を揺動駆動する駆動部と、前記光反射面に向かって光ビームを投光する光源部と、前記光源部から投光され、前記光反射面で反射走査された光ビームが前記測定対象領域内に存在する物体によって反射された反射光を受光する受光部と、前記光ビームの投光タイミングと前記受光部による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて、前記物体までの距離を計測する測距部と、を備えた測距装置において、前記光源部は、予め設定した投光タイミング毎に前記光ビームを投光する構成とし、予め設定する、前記投光タイミングと、前記光源部から前記光反射面に向かう光ビームの入射光線ベクトルと、前記第１軸回りの第１揺動振幅と、前記第２軸回りの第２揺動振幅とを含む変換パラメータを用いて、前記測距部からの前記投光タイミング毎の距離データを３次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部と、３次元形状が既知の基準物体の表面形状の基準特徴度データを予め有し、前記測距部により前記基準物体までの距離を計測して得た前記投光タイミング毎の距離データを前記データ変換部によって変換して得た前記基準物体についての前記点群データに基づき前記基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと前記基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記誤差が前記閾値より大きいと判定された場合、予め設定され前記第１及び第２揺動振幅の実際の値を決定する前記第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を、前記判定部により前記誤差が前記閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な設定変更部と、を備えて構成する。
【００１０】
請求項２に係る本発明による光測距装置は、光反射面を有する可動部が互いに直交する第１、第２軸回りに揺動可能に形成され、該可動部が揺動することによって前記光反射面に入射される光ビームを対象領域内で２次元走査する光走査部と、前記可動部を前記第１軸回りに揺動させる第１駆動信号及び前記可動部を前記第２軸回りに揺動させる第２駆動信号をそれぞれ前記光走査部に出力して前記可動部を揺動駆動する駆動部と、前記光反射面に向かって光ビームを投光する光源部と、前記光源部から投光され、前記光反射面で反射走査された光ビームが前記測定対象領域内に存在する物体によって反射された反射光を受光する受光部と、前記光ビームの投光タイミングと前記受光部による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて、前記物体までの距離を計測する測距部と、を備えた測距装置において、前記光源部は、予め設定した投光タイミング毎に前記光ビームを投光する構成とし、予め設定する、前記投光タイミングと、前記光源部から前記光反射面に向かう光ビームの入射光線ベクトルと、前記第１軸回りの第１揺動振幅と、前記第２軸回りの第２揺動振幅とを含む変換パラメータを用いて、前記測距部からの前記投光タイミング毎の距離データを３次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部と、３次元形状が既知の基準物体の表面形状の基準特徴度データを予め有し、前記測距部により前記基準物体までの距離を計測して得た前記投光タイミング毎の距離データを前記データ変換部によって変換して得た前記基準物体についての前記点群データに基づき前記基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと前記基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記誤差が前記閾値より大きいと判定された場合、前記変換パラメータの前記第１及び第２揺動振幅の少なくとも一方を、前記判定部により前記誤差が前記閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な設定変更部と、を備えて構成する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る本発明による光測距装置によれば、基準物体までの距離を測定したときの測距部からの距離データを予め設定した変換パラメータを用いて３次元空間上での位置を示す点群データに変換し、この点群データに基づき基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと予め設定した基準物体の表面形状の基準特徴度データとの誤差が予め設定する閾値以内になるまで、予め設定した第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を変更することで、変換パラメータの第１及び第２揺動振幅を目標にして、実機の第１及び第２揺動振幅をそれぞれ校正することができる。したがって、請求項１に係る本発明による光測距装置によれば、実機の各揺動振幅の目標値を変換パラメータとして設定し、実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差の閾値を適切に設定するだけで、実機の揺動振幅を目標値に精度良く合わせ込むことができるため、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することができる。
【００１２】
請求項２に係る本発明による光測距装置によれば、上記請求項１に係る発明による光測距装置と異なり、変換パラメータの第１及び第２揺動振幅の少なくとも一方を、実測特徴度データと予め設定した基準物体の表面形状の基準特徴度データとの誤差が予め設定する閾値以内になるまで、変更することで、実機の第１及び第２揺動振幅を目標にして、変換パラメータの第１及び第２揺動振幅をそれぞれ校正ことができる。したがって、請求項２に係る本発明による光測距装置によれば、実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差の閾値を適切に設定するだけで、変換パラメータの第１及び第２揺動振幅の値を実機の第１及び第２揺動振幅の値に精度良く合わせ込むことができるため、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態による光測距装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】光測距装置の光走査部として二次元ガルバノミラーの構成を示す図である。
【図３】光反射面への入射光線と、光反射面で反射走査された走査光線と、光反射面の法線とについて説明するために簡略化した二次元ガルバノミラーの概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＺＸ面側からみた図、（ｃ）はＺＹ面側から見た図である。
【図４】基準物体までの距離を測定している状況を示す図である。
【図５】ＺＹ面及びＺＸ面に投影した点群画像のイメージ図であり、（ａ）はＺＹ面に投影した点群画像が凹形状、（ｂ）はＺＹ面に投影した点群画像が凸形状、（ｃ）はＺＸ面に投影した点群画像が凹形状、（ｄ）はＺＸ面に投影した点群画像が凸形状の場合を示す。
【図６】上記第１実施形態による光測距装置の動作を示すフロー図である。
【図７】第２実施形態による光測距装置の概略構成のブロック図である。
【図８】上記第２実施形態による光測距装置の動作を示すフロー図である。
【図９】第３実施形態による光測距装置の概略構成のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による光測距装置の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態による光測距装置１は、パルス状のレーザ光を対象領域内で二次元走査して対象領域内に存在する物体までの距離を計測（測距）するものである。
【００１５】
本実施形態による光測距装置１は、図１に示すように、二次元走査可能な光走査部２と、光走査部２を駆動する駆動部３と、レーザ光を所定の投光タイミングで投光する光源部４と、投光された光ビームの反射光を受光する受光部５と、光ビームを反射した物体までの距離を計測する測距部６と、測距部６からの距離データを予め設定する変換パラメータを用いて３次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部７と、データ変換部７からの点群データに基づき所定の判定を行う判定部８と、予め設定する駆動電流を変更設定する設定変更部９と、モード設定部１０と、画像生成部１１と、表示部１２と、を備え、駆動電流を変更設定可能な構成である。
【００１６】
前記光走査部２は、光反射面（ミラー）を有する可動部が互いに直交する第１軸回り及び第２軸回りに揺動可能に形成されており、この可動部が揺動することによって、光反射面に入射される光ビームを対象領域内で二次元走査（例えば、リサージュ走査）することが可能である。このような光走査部２としては、例えば、本出願人により提案された特許第２７２２３１４号公報に記載の二次元走査型の半導体ガルバノミラー（以下単に「二次元ガルバノミラー」という）を用いることができる。
【００１７】
図２は、光走査部２の具体例としての二次元ガルバノミラー２０の構成を示している。
図２に示すように、二次元ガルバノミラー２０は、枠状の固定部２１と、固定部２１の内側に配置されて一対の第１トーションバー２２，２２によって揺動可能に支持された外側可動部２３と、外側可動部２３の内側に配置されて第１トーションバー２２，２２に軸方向が直交する一対の第２トーションバー２４，２４によって揺動可能に支持された内側可動部２５と、を備える。
【００１８】
内側可動部２５の中央部には光反射面（ミラー）２６が形成され、外側可動部２３及び内側可動部２５の周縁部にはそれぞれ第１駆動コイル２７、第２駆動コイル２８が形成されている。第１駆動コイル２７の端部は、固定部２１に形成された第１電極端子２９，２９に接続され、第２駆動コイル２８の端部は、固定部２１に形成された第２電極端子３０，３０に接続されている。
【００１９】
また、第１駆動コイル２７に磁界を作用させる一対の第１永久磁石３１，３１及び第２駆動コイル２８に磁界を作用させる一対の第２永久磁石３２，３２が固定部２１を挟んでそれぞれ対向配置されている。なお、固定部２１、第１トーションバー２２，２２、外側可動部２３、第２トーションバー２４，２４及び内側可動部２５は、半導体基板から一体的に形成されている。
【００２０】
二次元ガルバノミラー２０は、第１駆動コイル２７及び第２駆動コイル２８に流れる電流と、第１永久磁石３１，３１及び第２永久磁石３２，３２による磁界と、によって外側可動部２３及び内側可動部２５にローレンツ力が作用し、その結果、内側可動部２５が第１軸回り及び第２軸回りに揺動する。内側可動部２５がこのように揺動することによって光反射面２６に入射される光ビームが対象領域内で二次元走査される。
【００２１】
また、二次元ガルバノミラー２０の後述する各投光タイミングｔｃｌｋにおける第１軸回りの揺動角度φｘ、第２軸回りの揺動角度φｙは、例えば、第１駆動信号と第２駆動信号との位相差はないものとし、各投光タイミング（時刻）ｔｃｌｋを二次元ガルバノミラー２０の走査開始時刻を時刻の始まりとして起算する場合、例えば、下記の（１）及び（２）式により表される。
【数１】
【数２】
但し、φｘmaxは第１軸回りの揺動振幅である第１揺動振幅（最大値）、φymaxは第２軸回りの揺動振幅である第２揺動振幅（最大値）、Ｔｘは第１軸回りの揺動周期である第１揺動周期、Ｔｙは第２軸回りの揺動周期である第２揺動周期、ｔｃｌｋは光ビームが光源部４から投光される時刻、をそれぞれ示す。なお、第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φymaxは、供給される駆動信号（後述する第１及び第２駆動信号）の電流値に応じて定まり、光測距装置の測距精度等を決定する重要なパラメータである。しかしながら、駆動信号の電流値に応じて定まる実際の各揺動振幅（実揺動振幅）は、例えば、二次元ガルバノミラー２０の製造プロセスの変動に起因して設計許容範囲を超えてばらついしまい、また、光走査部等の経時変化等により変動する可能性もある。そのため、出荷時や出荷後のメンテナンス時等に、所定の電流値の駆動信号を供給したときの各実揺動振幅を測定し、測定した各実揺動振幅が設計許容範囲外である場合は、各駆動信号の電流値を調整して、各実揺動振幅が設計許容範囲に収まるように校正することが必要とされる。また、第１揺動周期Ｔｘ、第２揺動周期Ｔｙは、後述する第１及び第２駆動信号の駆動周波数に基づく周期に予め設定されている。
以下において、第１駆動信号の電流値に応じて定まる実際の第１揺動振幅φｘmaxを実第１揺動振幅φ’ｘmaxと言い、第２駆動信号の電流値に応じて定まる実際の第２揺動振幅φｙmaxを実第２揺動振幅φ’ｙmaxと言う。
【００２２】
図３は、静止状態の二次元ガルバノミラーの光反射面２６に光ビームが投光され、対象領域に向かって光ビームが反射している状態を示している。ここで、図３（ａ）に示すように、第１トーションバー２２，２２の中心軸をｘ軸（第１軸）とし、第２トーションバー２４，２４の中心軸をｙ軸（第２軸）とし、光反射面２６の中央の点をＸＹＺ直交座標系の原点Ｏとする。すなわち、静止状態における光反射面２６の法線はＸＹＺ直交座標系のＺ軸と一致する。以下に、光反射面２６への入射光と、光反射面２６の法線と、光反射面２６で反射走査された走査光について説明する。
【００２３】
まず、光反射面２６への入射光は、光反射面２６の中央（原点Ｏ）に向かって光源部４から投光されるように予めその光軸が調整されている。入射光は、例えば、静止状態における光反射面２６の法線（すなわち、Ｚ軸）に対して所定の入射角θ０を成して入射するように設定されている。例えば、図３（ａ）に示すように入射光をＺＸ面に投影した場合、法線に対してθｘ０の角度で入射し、図３（ｂ）に示すように入射光をＺＹ面に投影した場合、法線に対してθｙ０の角度で入射するように設定されている。ここで、入射光を、ＸＹＺ直交座標系の単位ベクトルで表した単位入射光線ベクトルａは、下記の（３）式により表される。
【数３】
【００２４】
次に、光反射面２６の法線は、静止状態においてはＺ軸と一致するが、走査時（揺動時）においては、第１軸回りの揺動角度φｘ及び第２軸回りの揺動角度φｙに応じてその向きが変化する。光反射面２６の法線を、ＸＹＺ直交座標系の単位ベクトルで表した単位法線ベクトルｎは、静止状態における単位法線ベクトルｎ０とｘ軸（第１軸）回りの回転行列Ｒｘとｙ軸（第２軸）回りの回転行列Ｒｙとに基づいて定まる変動値であり、例えば、下記の（４）式により表される。
【数４】
なお、静止状態における単位法線ベクトルｎ０、ｘ軸回りの回転行列Ｒｘ、ｙ軸回りの回転行列Ｒｙは、下記の（５）式〜（７）式により、それぞれ表される。
【数５】
【数６】
【数７】
【００２５】
また、光反射面２６で反射走査された走査光をＸＹＺ直交座標系の単位ベクトルで表した単位走査光線ベクトルｂ(bx、by、bz)は、例えば、下記の（８）式により表される。
【数８】
この（８）式に、上記（３）式の単位入射光線ベクトルａ(ax、ay、az)と（４）式の単位法線ベクトルｎ(nx、ny、nz)を代入すれば、単位走査光線ベクトルｂ(bx、by、bz)を求めることができる。
【００２６】
図１に戻って、前記駆動部３は、光走査部２を揺動駆動させるものである。この駆動部３は、外側可動部２３及び内側可動部２５をｘ軸回りに揺動させる第１駆動信号（例えば、パルス電流）を、例えば、外側可動部２３が有するｘ軸回りの共振周波数近傍の周波数に合わせて設定された駆動周波数で、第１電極端子２９，２９を介して第１駆動コイル２７に供給すると共に、内側可動部２５をｙ軸回りに揺動させる第２駆動信号（例えば、パルス電流）を、内側可動部２５が有するｙ軸回りの共振周波数近傍に設定された駆動周波数で、第２電極端子３０，３０を介して第２駆動コイル２８に供給する。この第１及び第２駆動信号の各電流値と、ｘ軸回り及びｙ軸回りの各駆動周波数は、予め初期設定されている。
【００２７】
前記光源部４は、光走査部２の内側可動部２５に形成された光反射面２６に向かって、予め設定した投光タイミングｔｃｌｋ毎に、光ビーム（例えば、パルス状のレーザ光）を投光するものであり、光源４１と、投光光学系４２と、を含む。投光タイミングｔｃｌｋは、例えば、対象領域内において割り当てられた各画素に光ビームが照射されるように光源部４に予め設定されている。投光タイミングｔｃｌｋは、例えば、光走査部２の走査開始時刻を時刻の始まりとした投光時刻として記憶されている。
【００２８】
光源４１は、例えばレーザダイオードであり、予め設定した投光タイミングｔｃｌｋで発光してパルス状のレーザ光を出射する。
【００２９】
投光光学系４２は、光源４１が発したレーザ光を好ましい状態とするものであり、例えばコリメータレンズを含み、光源４１が発したレーザ光を平行光に変換する。そして、光源部４から投光されたレーザ光は、光走査部２の光反射面２６で反射されて対象領域内を二次元走査される。
【００３０】
前記受光部５は、光源部４から投光され、光反射面２６で反射走査された例えばレーザ光（すなわち、図１に示す走査光）が対象領域内に存在する物体によって反射されたレーザ光（反射光）を受光して検知するものであり、例えばフォトセンサを用いることができる。なお、受光部５は、反射光を直接受光するものであってもよいし、光走査部２（光反射面２６）を介して反射光を受光するものであってもよい。
【００３１】
前記測距部６は、光源部４による光ビームの投光タイミングｔｃｌｋと受光部５による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて物体の距離を計測するものであり、光源部４の投光タイミングｔｃｌｋと受光部５の受光タイミングとを入力し、両者の時間差（光飛行時間）に基づいて、光ビームを反射した物体までの距離を計測する。測距部６による距離の計測は、対象領域内の各照射位置（各画素）において、すなわち、光源部４からの光ビームの投光タイミングｔｃｌｋ毎に行なわれ、その計測結果（投光タイミング毎の距離データＬ）が画像生成部１１に出力される。また、測距部６は、計測結果を後述するデータ変換部７１と画像生成部１１に出力する。
【００３２】
前記データ変換部７は、測距部６からの投光タイミング毎の距離データＬを予め設定した変換パラメータを用いて３次元空間上での位置を示す点群データに変換するものであり、本実施形態においては、測距部６からの距離データＬを変換するデータ変換回路７１と、変換パラメータを記憶するパラメータ記憶部７２とを含んで構成されている。変換パラメータは、例えば、投光タイミングｔｃｌｋと、光源部４から光反射面２６に向かうレーザ光の単位ベクトルである単位入射光線ベクトルａと、第１揺動振幅φｘmaxと、第２揺動振幅φｙmaxと、第１揺動周期Ｔｘと、第２揺動周期Ｔｙとから成る。この点群データは、例えば、ＸＹＺ直交座標系のデータである。この点群データの並びにより、測距部６によって測距された物体の表面の形状が分かる。
【００３３】
前記データ変換回路７１は、測距部６から出力された投光タイミング毎の距離データＬを入力して、この距離データを、例えば、ＸＹＺ直交座標系の点群データに変換する回路である。具体的には、データ変換回路７１は、まず、パラメータ記憶部７２に予め設定されている変換パラメータ（ｔｃｌｋ、φｘmax、φｙmax、Ｔｘ、Ｔｙ）と、前述した式（１）及び式（２）を用いて、投光タイミング毎の第１揺動角度φｘと第２揺動角度φｙを求める。次に、求めた第１揺動角度φｘ及び第２揺動角度φｙと、式（４）〜式（７）を用いて、投光タイミング毎の単位法線ベクトルｎを求める。そして、求めた単位法線ベクトルｎと、式（３）の単位入射光線ベクトルａを式（８）に代入して、投光タイミング毎の単位走査光線ベクトルｂ(bx、by、bz)を求める。最後に、求めた単位走査光線ベクトルｂ(bx、by、bz)を、測距部６からの投光タイミング毎の距離データＬを用いて、Ｌ倍することによりＸＹＺ直交座標系の空間上での位置を示す点群データを求める。この点群データは、判定部８と画像生成部１１に出力される。
【００３４】
前記パラメータ記憶部７２は、変換パラメータとしての、例えば、投光タイミングｔｃｌｋと、単位入射光線ベクトルａ(ax、ay、az)と、第１揺動振幅φｘmaxと、第２揺動振幅φｙmaxと、第１揺動周期Ｔｘと、第２揺動周期Ｔｙの各データを記憶するものである。各データの初期値としては、設計値が記憶されている。
【００３５】
ここで、走査時における実際の投光タイミングｔｃｌｋと、第１揺動周期Ｔｘと、第２揺動周期Ｔｙは、例えば光測距装置内のシステムクロック周波数の精度により高精度に設定されており、パラメータ記憶部７２に記憶されている値（設計値）とほぼ一致している。また、レーザ光が光反射面２６に向かう方向は、例えば、光源部４と可動部（外側可動部２３及び内側可動部２５等）を位置決めする部品等の製作精度で高精度に調整可能であるため、実際の単位入射光線ベクトルa(ax、ay、az)についても、パラメータ記憶部７２に記憶されている値（設計値）とほぼ一致している。このように、パラメータ記憶部７２に記憶されている投光タイミングｔｃｌｋと、入射光線ベクトルａ(ax、ay、az)と、第１揺動周期Ｔｘ及び第２揺動周期Ｔｙのデータについては、実際の製品における値との誤差は無視できるほどである。
【００３６】
一方、実第１揺動振幅φ’ｘmaxと実第２揺動振幅φ’ｙmaxは、前述したように二次元ガルバノミラー２０の経時変化等に起因して設計許容範囲をこえて変動してしまうことがあり、その変動量は、上記投光タイミングｔｃｌｋや各揺動周期Ｔｘ、Ｔｙや単位入射光線ベクトルa(ax、ay、az)のばらつき程度と比較すると、無視できないほど大きくなってしまう場合がある。したがって、パラメータ記憶部７２に設計値として記憶されている第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxについては、実第１揺動振幅φ’ｘmaxと実第２揺動振幅φ’ｙmaxとの誤差が無視できない場合がある。したがって、変換パラメータのうち実際の値が不確かなデータは第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxだけである。
【００３７】
前記判定部８は、３次元表面形状が既知の基準物体の表面形状の基準特徴度データを予め有し、測距部６により基準物体までの距離を計測して得た投光タイミング毎の距離データＬをデータ変換部７によって変換して得た基準物体についての点群データに基づき表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定するものである。判定部８は、判定結果を設定変更部９に出力する。
【００３８】
前記設定変更部９は、判定部８により実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値より大きいと判定された場合、駆動部３に予め設定され実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙの値を決定する第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を、判定部８により上記誤差が閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能なものである。設定変更部９は、例えば、初期状態では各駆動信号の電流値を変更設定するように設定されておらず、モード設定部１０によって後述する校正モードに設定されない限り、予め設定された第１及び第２駆動信号の電流値を変更設定しないように構成されている。
【００３９】
前記モード設定部１０は、設定変更部９により、変更設定を行う校正モードと、測距部６により、物体までの距離を測定する通常測距モードとに切替設定可能なものであり、本実施形態において、校正モードとは、予め設定された第１及び第２駆動信号の電流値を変更して、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの値を実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxの値に精度良く合わせ込むモードである。したがって、装置のオペレータ等は、実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxを校正する場合は、モード設定部１０で装置を校正モードに設定し、通常の測距を行う場合は、通常測距モードに設定すればよい。
【００４０】
図４は、基準物体までの距離を測定している状況を示している。本実施形態においては、図４に示すように、基準物体は、その表面形状が平面である物体（例えば、壁）である。本実施形態において、判定部８は、具体的には、基準特徴度データとして基準平面度データを有し、基準物体の表面形状の特徴度として平面度を実測し、この実測平面度データと基準平面度データの誤差が予め定めた閾値以内であるか否かを判定する。設定変更部９は、判定部８により、実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値より大きいと判定された場合であって、点群データに基づく表面形状が光走査部４に対して凸形状であるとき（図５（a）,図５（c）の場合）は、変更設定の対象の値、すなわち、本実施形態においては、第１及び第２駆動信号の電流値、の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ小さくし、光走査部４に対して凹形状であるとき（後述する図５（b）,図５（d）の場合）は、第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ大きくするように構成されている。なお、上記にて基準物体は、例えば、壁であるとしたが、床であってもよい。
【００４１】
また、設定変更部９は、第１及び第２駆動信号の電流値を変更する場合、具体的には、判定部８による点群データに基づく表面形状の凹凸判定に応じて、例えば、まず、第１駆動信号の電流値を変更し、判定部８により平面度が閾値より大きいと再判定された場合は、判定部８による凹凸判定に応じて、第２駆動信号の電流値を変更する。そして、駆動電流変更後の実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であると判定されるまで、駆動電流の変更を繰り返す。なお、駆動電流の変更の順番は上記とは逆に、第２駆動信号の電流値を先に変更するようにしてもよい。また、上記のように片方ずつ変更する場合に限らず、両方の駆動電流を一度に変更するようにしてもよい。
【００４２】
前記画像生成部１１は、測距部６によって計測された距離に基づいて対象領域についての、一般的な距離画像（図示省略）を生成する。距離画像は、例えば、各投光タイミングにおける光ビームの各照射位置において計測された距離毎に色が異なる画像となるように生成される。そして、画像生成部１１で生成された距離画像は表示部１２に出力される。表示部１２は、ディスプレイを備え、画像生成部１１から出力された距離画像を表示する。この距離画像によって対象領域内に存在する物体を認識できることはもちろん、物体までの距離、物体の姿勢の変化なども視覚的に確認することが可能となる。
【００４３】
本実施形態において、画像生成部１１は、さらに、データ変換部７からの点群データに基づいて対象領域内の物体についての三次元の点群画像を生成可能である。そして、画像生成部１１で生成された三次元の点群画像は、表示部１２に出力されて、ディスプレイに表示される。この点群画像によって、物体の表面の形状を視覚的に確認することが可能となる。
【００４４】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、ＺＹ面及びＺＸ面に投影した点群画像のイメージ図である。図５（ａ）はＺＹ面に投影した点群画像が凹形状、図５（ｂ）はＺＹ面に投影した点群画像が凸形状、図５（ｃ）はＺＸ面に投影した点群画像が凹形状、図５（ｄ）はＺＸ面に投影した点群画像が凸形状の場合のイメージ図である。なお、図５（ａ）〜図５（ｄ）においては、図の簡略化のため投影された点群画像を線で表したが、実際は点が離散的に、描画されている。
【００４５】
次に、以上のような構成を有する光測距装置１の実揺動振幅の校正動作について、図６等に基づいて説明する。なお、下記の説明において、光測距装置１は、装置のオペレータ等によって、表面形状が既知の基準物体（例えば、壁等）の前に設置されており、起動（電源ＯＮ）後、オペレータ等によるモード設定部１０の操作によって、装置は校正モードに設定されており、校正の事前準備が完了（ＳＴＥＰ０）しているものとして説明する。
【００４６】
まず、基準物体に対する測距動作について説明する。駆動部３は、初期設定された各駆動周波数で第１及び第２駆動信号を、第１及び第２駆動コイル２７，２８にそれぞれ供給することにより、内側可動部２５を二次元方向に揺動させる。同時に、光源部４は、２次元方向に揺動する内側可動部２５の光反射面２６に、予め設定された投光タイミングｔｃｌｋでパルス状のレーザ光を投光する。そして、光反射面２６で反射走査されたレーザ光は、対象領域内で二次元走査され、対象領域内に存在する基準物体（壁等）によって反射され、受光部５で受光される。ここで、測距部６はレーザ光の投光タイミングと受光タイミングとの時間差に基づいて基準物体まで距離を投光タイミング毎に計測する（ＳＴＥＰ１）。そして、測距部６は計測結果（投光タイミング毎の距離データＬ）をデータ変換回路７１と画像生成部１１に出力する。画像生成部１１は、測距部６からの計測結果に基づき距離画像を生成する。そして、生成された距離画像が表示部１２に表示される（ＳＴＥＰ２）。次に、データ変換回路７１は、測距部６からの投光タイミング毎の距離データＬを、ＸＹＺ直交座標系の点群データに変換する（ＳＴＥＰ３）。データ変換回路７１は、算出した点群データを判定部８と画像生成部１１に出力する（ＳＴＥＰ４）。判定部８は、点群データの並びから基準物体の表面の平面度を実測し、この実測平面度データと予め設定した基準平面度データとの誤差が予め定めた閾値以内であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ５）。ここで、実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値より大きいと判定された場合（ＳＴＥＰ５否定）は、ＳＴＥＰ６に進む。ここで、設定変更部９は、判定部８により点群データに基づく表面形状が光走査部に対して凸形状であると判定されている場合は、例えば、駆動部３に記憶されている第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ小さくし、光走査部に対して凹形状であると判定されている場合は、駆動部３に記憶されている第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ大きくする（ＳＴＥＰ６）。そして、ＳＴＥＰ１に戻り、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５までの動作を行い、電流値変更後の実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であると判定（ＳＴＥＰ５肯定）されるまで、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６の動作を繰り返す。そして、誤差が閾値以内で有る場合（ＳＴＥＰ５肯定）は、ＳＴＥＰ７に進む。この時、閾値が適切に設定されていれば、実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxは、パラメータ記憶２に設定されている目標値に略一致する。このようにして、変換パラメータの各揺動振幅を目標にして、各駆動信号の電流値に応じた各実揺動振幅をそれぞれ校正して、校正が完了する（ＳＴＥＰ７）。
【００４７】
このように、本実施形態による光測距装置１によれば、基準物体までの距離を測定したときの測距部６からの距離データを予め設定した変換パラメータを用いて点群データに変換し、この点群データに基づき、基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと予め設定した基準特徴度データとの誤差が予め設定する閾値以内になるまで、予め設定した第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を変更することで、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxを目標にして、実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxをそれぞれ校正することができる。したがって、本実施形態による光測距装置によれば、各実揺動振幅の目標値を変換パラメータとして設定し、実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差の閾値を適切に設定するだけで、各実揺動振幅を目標値に精度良く合わせ込むことができるため、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することができる。
【００４８】
また、本発明による光測距装置によれば、例えば、光走査部の経時変化により各実揺動振幅が設計許容範囲からはずれてしまった場合や、出荷前の校正時の光測距装置周囲の温度と、出荷後の光測距装置の設置場所の温度が異なる場合であっても、経時変化や温度差に応じて適切に駆動電流値を微調整して、各実揺動振幅を設計許容範囲に収まるように校正することができる。
【００４９】
次に、本発明の第２実施形態による光測距装置について説明する。
図７は、本発明の第２実施形態による光測距装置の概略構成を示す部分ブロック図である。なお、図１の第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本実施形態においては、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの値を実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxの値に精度良く合わせ込むことが可能な構成を説明する。
【００５０】
本実施形態において、設定変更部９は、判定部８により実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値より大きいと判定された場合、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの少なくとも一方を、判定部８により上記誤差が閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能に構成されている。設定変更部９は、例えば、初期状態では変換パラメータの各揺動振幅を変更設定するように設定されておらず、モード設定部１０によって校正モードに設定されない限り、変換パラメータの各揺動振幅を変更設定しないように構成されている。本実施形態において、校正モードとは、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの値を、実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxの値に精度良く合わせ込むモードである。
【００５１】
設定変更部９は、判定部８により、実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値より大きいと判定された場合であって、点群データに基づく表面形状が光走査部４に対して凸形状であるとき（図５（a）,図５（c）の場合）は、変更設定の対象の値、すなわち、本実施形態においては、変換パラメータの各揺動振幅、の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ小さくし、光走査部４に対して凹形状であるとき（後述する図５（b）,図５（d）の場合）は、変換パラメータの各揺動振幅の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ大きくするように構成されている。
【００５２】
また、設定変更部９は、変換パラメータの各揺動振幅を変更する場合、具体的には、判定部８による点群データに基づく表面形状の凹凸判定に応じて、例えば、まず、第１揺動振幅φｘmaxを変更し、判定部８により平面度が閾値より大きいと再判定された場合は、判定部８による凹凸判定に応じて、第２揺動振幅φｙmaxを変更する。そして、変換パラメータ（各揺動振幅）変更後の実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であると判定されるまで、変換パラメータの各揺動振幅の変更を繰り返す。なお、各揺動振幅の変更の順番は上記とは逆に、第２揺動振幅φｙmaxを先に変更するようにしてもよい。また、上記のように片方ずつ変更する場合に限らず、両方の揺動振幅を一度に変更するようにしてもよい。
【００５３】
なお、変換パラメータの全ての値が実機と略一致している場合、測距部により基準物体までの距離を計測して得た投光タイミング毎の距離データをデータ変換部によって変換して得た基準物体についての点群データに基づき、判定部によって実測した実測平面度データと基準平面度データは、略一致するはずである。また、変換パラメータのうち投光タイミングと揺動周期と入射光線ベクトルについては、一般的に実機における値と略一致するように予め設定可能なものであるが、第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxについては、例えば、二次元ガルバノミラーの製造ばらつきや経時変化等によってばらついてしまうため、変換パラメータのうち実機における値が不確かなデータは各揺動振幅だけである。したがって、上記のように、変換パラメータのうち各揺動振幅を変更して、判定部によって実測した特徴度と基準特徴度が一致した場合、変更後の変換パラメータの第１及び第２揺動振幅は、各実揺動振幅と略一致している。
【００５４】
次に、以上のような構成を有する光測距装置１の校正動作について、図８等に基づいて説明する。下記の説明において、光測距装置１は、装置のオペレータ等によって、表面形状が既知の基準物体（例えば、壁等）の前に設置されており、起動（電源ＯＮ）後オペレータ等によるモード設定部１０の操作によって、装置はモードモードに設定されており、校正の事前準備が完了（ＳＴＥＰ０）しているものとして説明する。なお、ＳＴＥＰ６’以外のＳＴＥＰの動作については、第１実施形態と同じであるため説明を簡略化する。
【００５５】
まず、基準物体までの距離を投光タイミング毎に計測する（ＳＴＥＰ１）。そして、測距部６は計測結果をデータ変換回路７１と画像生成部１１に出力する。画像生成部１１は、距離画像を生成する。表示部１２は距離画像を表示する（ＳＴＥＰ２）。次に、データ変換回路７１は、測距部６からの距離データＬを、ＸＹＺ直交座標系の点群データに変換し、点群データを判定部８と画像生成部１１に出力する（ＳＴＥＰ３，４）。判定部８は、点群データの並びから基準物体の表面の平面度を実測し、実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であるか否かを判定する。ここで、誤差が閾値より大きいと判定された場合（ＳＴＥＰ５否定）は、ＳＴＥＰ６’に進む。設定変更部９は、判定部８により点群データに基づく表面形状が光走査部に対して凸形状であると判定されている場合は、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの少なくとも一方を予め定めた所定量だけ小さくし、光走査部に対して凹形状であると判定されている場合は、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの少なくとも一方を予め定めた所定量だけ大きくする（ＳＴＥＰ６’）。そして、ＳＴＥＰ１に戻り、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５までの動作を行い、変換パラメータ変更後の実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であると判定（ＳＴＥＰ５肯定）されるまで、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６の動作を繰り返す。そして、誤差が閾値以内で有る場合（ＳＴＥＰ５肯定）は、ＳＴＥＰ７に進む。この時、閾値が適切に設定されていれば、変更後の変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの値は、実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxの値に略一致する。このようにして、変換パラメータの各揺動振幅の値を、各実揺動振幅の値に精度良く合わせ込み、校正が完了する（ＳＴＥＰ７）。
【００５６】
このように、本実施形態による光測距装置１によれば、第１実施形態に係る発明による光測距装置１と異なり、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの少なくとも一方を、実測特徴度データと予め設定した基準物体の表面形状の基準特徴度データとの誤差が予め設定する閾値以内になるまで、変更することで、実機の第１及び第２揺動振幅を目標にして、変換パラメータの第１及び第２揺動振幅をそれぞれ校正することができる。したがって、本実施形態による光測距装置１によれば、実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差の閾値を適切に設定するだけで、変換パラメータの各揺動振幅の値を各実揺動振幅の値に精度良く合わせ込むことができるため、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することができる。
【００５７】
なお、前述した第１実施形態において、設定変更部９は、判定部８により実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差が閾値より大きいと判定された場合、上記第２実施形態と同様に、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの少なくとも一方を、判定部８により上記誤差が閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な構成を有する構成としてもよい。この場合、図９に示す本発明の第３実施形態のように、設定変更部９で変更設定する対象を選択切替可能な変更対象選択部１３を備えて構成する。これにより、設定変更部９は、モード設定部１０により校正モードに設定されている場合、変更対象選択部１３により変更設定の対象を、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmax又は予め設定された第１及び第２駆動信号の電流値に切替設定することができ、校正方法を自由に選択することができる。なお、モード設定部１０は、図９に示すように、例えば、変更対象選択部１３とは別に設ける場合で説明したが、これに限らず、図示省略するが、変更対象選択部１３の機能を備えて、変更対象選択部１３と一体的に構成してもよい。この場合、モード設定部１０は、例えば、測距部６により物体までの距離を測定する通常測距モードと、予め設定された第１及び第２駆動信号の電流値を変更する駆動電流変更モードと、変換パラメータの各揺動振幅を変更する変換パラメータ変更モードとに切替設定可能に構成する。
【００５８】
なお、上記全ての実施形態の説明において、基準物体は表面形状が平面である場合で説明したが、例えば、基準物体の表面形状は球面であってもよい、この場合、表面形状の特徴量は例えば真球度や表面の曲率を算出するように構成すればよい。
【００５９】
また、上記全ての実施形態の説明において、画像生成部１１及び表示部１２を設けた場合で説明したが、画像生成部１１及び表示部１２は設けなくてもよい。
【００６０】
そして、上記全ての実施形態の説明において、光走査部２は、外側可動部及び内側可動部を一体に形成した二次元ガルバノミラー２０によって構成する場合で説明したが、光走査部２は、図示しないが、周知の一次元ガルバノミラーを２個用いて、それぞれの揺動軸が互いに直交するように配置して構成してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１…光測距装置
２…光走査部
３…駆動部
４…光源部
５…受光部
６…測距部
７…データ変換部
８…判定部
９…設定変更部
１０…モード設定部
１１…画像生成部
１２…表示部
１３…変更対象選択部
２０…二次元ガルバノミラー（光走査部）
２３，２５…可動部（外側可動部、内側可動部）
２６…光反射面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを対象領域内で走査して該対象領域内に存在する物体の距離を計測する光測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光ビームを対象領域内で、例えば、リサージュ走査して、対象領域内に存在する対象物までの距離を計測する光測距装置が知られている。この種の光測距装置は、例えば、光ビームを投光する光源部と、この光源部から出射された光ビームを対象領域内で二次元走査する可動部を備えた光走査部（二次元ガルバノミラー）と、光走査部を駆動する駆動部と、対象領域内の対象物によって反射された光ビームを受光する受光部と、光ビームの投光タイミングと反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて対象物までの距離を計測する測距部と、を備えて構成されている。上記駆動部は、例えば、光走査部の直交する二軸（ｘ軸、ｙ軸）回りの各共振周波数近傍の周波数を有する二つの駆動信号を光走査部にそれぞれ供給し、これにより、光走査部の可動部をｘ軸回り及びｙ軸回りに、所定の揺動振幅（最大値）及び揺動周期で揺動駆動している（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、この種の光測距装置において、光源部から所定の投光タイミングで投光される光ビームを可動部によって二次元走査したときに、光ビームを対象領域内の意図する位置に投光させるためには、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように校正されていなければならない。実際の可動部の各揺動角度が意図した角度からずれてしまっている場合、光測距装置は、実際の光ビームの投光位置が意図した位置からずれているにも関わらず、そのずれた位置からの反射光に基づいて距離を算出し、その算出した距離をあたかも対象領域内の意図した位置までの距離として測距してしまうことになる。ここで、各投光タイミングにおける各揺動角度の値は、供給される各駆動信号の電流値に応じて定まる可動部の各軸回りの揺動振幅（最大値）により、大きく左右されるため、この各揺動振幅（最大値）は、光測距装置の測距精度を左右する重要なパラメータである。
【０００４】
しかしながら、駆動信号の電流値に応じて定まる実際の各揺動振幅（以下において、「実揺動振幅」と言う。）は、二次元ガルバノミラーの製造ばらつきや経時変化等により変動する可能性もある。そのため、一般的に、この種の光測距装置においては、出荷時や出荷後のメンテナンス時等に、例えば、各実揺動振幅を実測し、この実揺動振幅が設計許容範囲外である場合は、駆動信号の電流値を調整して、実揺動振幅が設計許容範囲に収まるようにしたり、逆に設計値を実測した実揺動振幅に合わせて光測距装置に再設定したりして校正している。この実揺動振幅の求める方法としては、例えば、平面板にレーザ光の走査軌跡を投影し、投影された走査軌跡外縁幅を目視にて計測し、この計測した走査軌跡外縁幅と二次元ガルバノミラーから平面板までの距離とに基づいて、実揺動振幅を求める方法が知られている。しかし、二次元光走査においては、レーザ光を例えば平面板に向けて投影したときの走査軌跡外縁は糸巻き状に歪んでしまい、走査軌跡自体も歪んでしまうという特性があるため、走査軌跡外縁幅に基づく測定では一般的に精度良く実揺動振幅を測定することができないという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するため、この種の光測距装置においては、テンプレートを用いて実揺動振幅を測定する方法が知られている。このテンプレートは、例えば、光走査部から対象領域内に向かう光ビームの方向（走査方向）と、平面板と光測距装置本体との予め定めた位置関係（距離、傾き）とに基づいて所定の揺動振幅毎に求めた走査軌跡の外縁等が、各走査軌跡を求める際に用いた揺動振幅とが対応付けて描かれた紙等から成るものである。そして、このテンプレートを平面板に貼り付け、平面板と光測距装置本体をテンプレート作成時に用いた位置関係（距離、傾き）になるように設置し、実際の走査軌跡をテンプレートに投影し、投影された走査軌跡の外縁がテンプレート上に予め描かれたどの走査軌跡に略一致するかを目視で確認し、その略一致したテンプレート上の走査軌跡に対応する揺動振幅を実揺動振幅として、実揺動振幅を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１５７７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この種の光測距装置の出荷前等に、上記の様にテンプレートを用いて実揺動振幅を測定する場合、作業者が例えば平面板と光測距装置本体を、テンプレートに描く走査軌跡を求める際に用いた位置関係（距離、傾き）と一致するように配置させることは困難であった。したがって、この種の光測距装置の実揺動振幅の測定においては、テンプレート作成用に予め定めた位置関係と実際の位置関係との間にずれが生じてしまう可能性があるため、実揺動振幅の測定精度は、作業者等による光測距装置本体と平面板等の設置精度によって左右される。また、投影された走査軌跡の外縁がテンプレート上に予め描かれたどの走査軌跡に略一致するかを作業者等による目視で行っていたため、読取誤差が生じるおそれもあった。これらの結果、テンプレートを用いて実揺動振幅を測定し、測定結果に応じて駆動信号の電流値を調整したり、設計値を実測した実揺動振幅の値に合わせて光測距装置に再設定したりして、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように校正しても、その校正精度は、実揺動振幅測定時の作業者の設置精度や読取精度等の作業精度に左右されるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る本発明による光測距装置は、光反射面を有する可動部が互いに直交する第１、第２軸回りに揺動可能に形成され、該可動部が揺動することによって前記光反射面に入射される光ビームを対象領域内で２次元走査する光走査部と、前記可動部を前記第１軸回りに揺動させる第１駆動信号及び前記可動部を前記第２軸回りに揺動させる第２駆動信号をそれぞれ前記光走査部に出力して前記可動部を揺動駆動する駆動部と、前記光反射面に向かって光ビームを投光する光源部と、前記光源部から投光され、前記光反射面で反射走査された光ビームが前記測定対象領域内に存在する物体によって反射された反射光を受光する受光部と、前記光ビームの投光タイミングと前記受光部による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて、前記物体までの距離を計測する測距部と、を備えた測距装置において、前記光源部は、予め設定した投光タイミング毎に前記光ビームを投光する構成とし、予め設定する、前記投光タイミングと、前記光源部から前記光反射面に向かう光ビームの入射光線ベクトルと、前記第１軸回りの第１揺動振幅と、前記第２軸回りの第２揺動振幅とを含む変換パラメータを用いて、前記測距部からの前記投光タイミング毎の距離データを３次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部と、３次元形状が既知の基準物体の表面形状の基準特徴度データを予め有し、前記測距部により前記基準物体までの距離を計測して得た前記投光タイミング毎の距離データを前記データ変換部によって変換して得た前記基準物体についての前記点群データに基づき前記基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと前記基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記誤差が前記閾値より大きいと判定された場合、予め設定され前記第１及び第２揺動振幅の実際の値を決定する前記第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を、前記判定部により前記誤差が前記閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な設定変更部と、を備えて構成する。
【００１０】
請求項２に係る本発明による光測距装置は、光反射面を有する可動部が互いに直交する第１、第２軸回りに揺動可能に形成され、該可動部が揺動することによって前記光反射面に入射される光ビームを対象領域内で２次元走査する光走査部と、前記可動部を前記第１軸回りに揺動させる第１駆動信号及び前記可動部を前記第２軸回りに揺動させる第２駆動信号をそれぞれ前記光走査部に出力して前記可動部を揺動駆動する駆動部と、前記光反射面に向かって光ビームを投光する光源部と、前記光源部から投光され、前記光反射面で反射走査された光ビームが前記測定対象領域内に存在する物体によって反射された反射光を受光する受光部と、前記光ビームの投光タイミングと前記受光部による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて、前記物体までの距離を計測する測距部と、を備えた測距装置において、前記光源部は、予め設定した投光タイミング毎に前記光ビームを投光する構成とし、予め設定する、前記投光タイミングと、前記光源部から前記光反射面に向かう光ビームの入射光線ベクトルと、前記第１軸回りの第１揺動振幅と、前記第２軸回りの第２揺動振幅とを含む変換パラメータを用いて、前記測距部からの前記投光タイミング毎の距離データを３次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部と、３次元形状が既知の基準物体の表面形状の基準特徴度データを予め有し、前記測距部により前記基準物体までの距離を計測して得た前記投光タイミング毎の距離データを前記データ変換部によって変換して得た前記基準物体についての前記点群データに基づき前記基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと前記基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記誤差が前記閾値より大きいと判定された場合、前記変換パラメータの前記第１及び第２揺動振幅の少なくとも一方を、前記判定部により前記誤差が前記閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な設定変更部と、を備えて構成する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る本発明による光測距装置によれば、基準物体までの距離を測定したときの測距部からの距離データを予め設定した変換パラメータを用いて３次元空間上での位置を示す点群データに変換し、この点群データに基づき基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと予め設定した基準物体の表面形状の基準特徴度データとの誤差が予め設定する閾値以内になるまで、予め設定した第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を変更することで、変換パラメータの第１及び第２揺動振幅を目標にして、実機の第１及び第２揺動振幅をそれぞれ校正することができる。したがって、請求項１に係る本発明による光測距装置によれば、実機の各揺動振幅の目標値を変換パラメータとして設定し、実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差の閾値を適切に設定するだけで、実機の揺動振幅を目標値に精度良く合わせ込むことができるため、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することができる。
【００１２】
請求項２に係る本発明による光測距装置によれば、上記請求項１に係る発明による光測距装置と異なり、変換パラメータの第１及び第２揺動振幅の少なくとも一方を、実測特徴度データと予め設定した基準物体の表面形状の基準特徴度データとの誤差が予め設定する閾値以内になるまで、変更することで、実機の第１及び第２揺動振幅を目標にして、変換パラメータの第１及び第２揺動振幅をそれぞれ校正ことができる。したがって、請求項２に係る本発明による光測距装置によれば、実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差の閾値を適切に設定するだけで、変換パラメータの第１及び第２揺動振幅の値を実機の第１及び第２揺動振幅の値に精度良く合わせ込むことができるため、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態による光測距装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】光測距装置の光走査部として二次元ガルバノミラーの構成を示す図である。
【図３】光反射面への入射光線と、光反射面で反射走査された走査光線と、光反射面の法線とについて説明するために簡略化した二次元ガルバノミラーの概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＺＸ面側からみた図、（ｃ）はＺＹ面側から見た図である。
【図４】基準物体までの距離を測定している状況を示す図である。
【図５】ＺＹ面及びＺＸ面に投影した点群画像のイメージ図であり、（ａ）はＺＹ面に投影した点群画像が凹形状、（ｂ）はＺＹ面に投影した点群画像が凸形状、（ｃ）はＺＸ面に投影した点群画像が凹形状、（ｄ）はＺＸ面に投影した点群画像が凸形状の場合を示す。
【図６】上記第１実施形態による光測距装置の動作を示すフロー図である。
【図７】第２実施形態による光測距装置の概略構成のブロック図である。
【図８】上記第２実施形態による光測距装置の動作を示すフロー図である。
【図９】第３実施形態による光測距装置の概略構成のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による光測距装置の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態による光測距装置１は、パルス状のレーザ光を対象領域内で二次元走査して対象領域内に存在する物体までの距離を計測（測距）するものである。
【００１５】
本実施形態による光測距装置１は、図１に示すように、二次元走査可能な光走査部２と、光走査部２を駆動する駆動部３と、レーザ光を所定の投光タイミングで投光する光源部４と、投光された光ビームの反射光を受光する受光部５と、光ビームを反射した物体までの距離を計測する測距部６と、測距部６からの距離データを予め設定する変換パラメータを用いて３次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部７と、データ変換部７からの点群データに基づき所定の判定を行う判定部８と、予め設定する駆動電流を変更設定する設定変更部９と、モード設定部１０と、画像生成部１１と、表示部１２と、を備え、駆動電流を変更設定可能な構成である。
【００１６】
前記光走査部２は、光反射面（ミラー）を有する可動部が互いに直交する第１軸回り及び第２軸回りに揺動可能に形成されており、この可動部が揺動することによって、光反射面に入射される光ビームを対象領域内で二次元走査（例えば、リサージュ走査）することが可能である。このような光走査部２としては、例えば、本出願人により提案された特許第２７２２３１４号公報に記載の二次元走査型の半導体ガルバノミラー（以下単に「二次元ガルバノミラー」という）を用いることができる。
【００１７】
図２は、光走査部２の具体例としての二次元ガルバノミラー２０の構成を示している。
図２に示すように、二次元ガルバノミラー２０は、枠状の固定部２１と、固定部２１の内側に配置されて一対の第１トーションバー２２，２２によって揺動可能に支持された外側可動部２３と、外側可動部２３の内側に配置されて第１トーションバー２２，２２に軸方向が直交する一対の第２トーションバー２４，２４によって揺動可能に支持された内側可動部２５と、を備える。
【００１８】
内側可動部２５の中央部には光反射面（ミラー）２６が形成され、外側可動部２３及び内側可動部２５の周縁部にはそれぞれ第１駆動コイル２７、第２駆動コイル２８が形成されている。第１駆動コイル２７の端部は、固定部２１に形成された第１電極端子２９，２９に接続され、第２駆動コイル２８の端部は、固定部２１に形成された第２電極端子３０，３０に接続されている。
【００１９】
また、第１駆動コイル２７に磁界を作用させる一対の第１永久磁石３１，３１及び第２駆動コイル２８に磁界を作用させる一対の第２永久磁石３２，３２が固定部２１を挟んでそれぞれ対向配置されている。なお、固定部２１、第１トーションバー２２，２２、外側可動部２３、第２トーションバー２４，２４及び内側可動部２５は、半導体基板から一体的に形成されている。
【００２０】
二次元ガルバノミラー２０は、第１駆動コイル２７及び第２駆動コイル２８に流れる電流と、第１永久磁石３１，３１及び第２永久磁石３２，３２による磁界と、によって外側可動部２３及び内側可動部２５にローレンツ力が作用し、その結果、内側可動部２５が第１軸回り及び第２軸回りに揺動する。内側可動部２５がこのように揺動することによって光反射面２６に入射される光ビームが対象領域内で二次元走査される。
【００２１】
また、二次元ガルバノミラー２０の後述する各投光タイミングｔｃｌｋにおける第１軸回りの揺動角度φｘ、第２軸回りの揺動角度φｙは、例えば、第１駆動信号と第２駆動信号との位相差はないものとし、各投光タイミング（時刻）ｔｃｌｋを二次元ガルバノミラー２０の走査開始時刻を時刻の始まりとして起算する場合、例えば、下記の（１）及び（２）式により表される。
【数１】
【数２】
但し、φｘmaxは第１軸回りの揺動振幅である第１揺動振幅（最大値）、φymaxは第２軸回りの揺動振幅である第２揺動振幅（最大値）、Ｔｘは第１軸回りの揺動周期である第１揺動周期、Ｔｙは第２軸回りの揺動周期である第２揺動周期、ｔｃｌｋは光ビームが光源部４から投光される時刻、をそれぞれ示す。なお、第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φymaxは、供給される駆動信号（後述する第１及び第２駆動信号）の電流値に応じて定まり、光測距装置の測距精度等を決定する重要なパラメータである。しかしながら、駆動信号の電流値に応じて定まる実際の各揺動振幅（実揺動振幅）は、例えば、二次元ガルバノミラー２０の製造プロセスの変動に起因して設計許容範囲を超えてばらついしまい、また、光走査部等の経時変化等により変動する可能性もある。そのため、出荷時や出荷後のメンテナンス時等に、所定の電流値の駆動信号を供給したときの各実揺動振幅を測定し、測定した各実揺動振幅が設計許容範囲外である場合は、各駆動信号の電流値を調整して、各実揺動振幅が設計許容範囲に収まるように校正することが必要とされる。また、第１揺動周期Ｔｘ、第２揺動周期Ｔｙは、後述する第１及び第２駆動信号の駆動周波数に基づく周期に予め設定されている。
以下において、第１駆動信号の電流値に応じて定まる実際の第１揺動振幅φｘmaxを実第１揺動振幅φ’ｘmaxと言い、第２駆動信号の電流値に応じて定まる実際の第２揺動振幅φｙmaxを実第２揺動振幅φ’ｙmaxと言う。
【００２２】
図３は、静止状態の二次元ガルバノミラーの光反射面２６に光ビームが投光され、対象領域に向かって光ビームが反射している状態を示している。ここで、図３（ａ）に示すように、第１トーションバー２２，２２の中心軸をｘ軸（第１軸）とし、第２トーションバー２４，２４の中心軸をｙ軸（第２軸）とし、光反射面２６の中央の点をＸＹＺ直交座標系の原点Ｏとする。すなわち、静止状態における光反射面２６の法線はＸＹＺ直交座標系のＺ軸と一致する。以下に、光反射面２６への入射光と、光反射面２６の法線と、光反射面２６で反射走査された走査光について説明する。
【００２３】
まず、光反射面２６への入射光は、光反射面２６の中央（原点Ｏ）に向かって光源部４から投光されるように予めその光軸が調整されている。入射光は、例えば、静止状態における光反射面２６の法線（すなわち、Ｚ軸）に対して所定の入射角θ０を成して入射するように設定されている。例えば、図３（ａ）に示すように入射光をＺＸ面に投影した場合、法線に対してθｘ０の角度で入射し、図３（ｂ）に示すように入射光をＺＹ面に投影した場合、法線に対してθｙ０の角度で入射するように設定されている。ここで、入射光を、ＸＹＺ直交座標系の単位ベクトルで表した単位入射光線ベクトルａは、下記の（３）式により表される。
【数３】
【００２４】
次に、光反射面２６の法線は、静止状態においてはＺ軸と一致するが、走査時（揺動時）においては、第１軸回りの揺動角度φｘ及び第２軸回りの揺動角度φｙに応じてその向きが変化する。光反射面２６の法線を、ＸＹＺ直交座標系の単位ベクトルで表した単位法線ベクトルｎは、静止状態における単位法線ベクトルｎ０とｘ軸（第１軸）回りの回転行列Ｒｘとｙ軸（第２軸）回りの回転行列Ｒｙとに基づいて定まる変動値であり、例えば、下記の（４）式により表される。
【数４】
なお、静止状態における単位法線ベクトルｎ０、ｘ軸回りの回転行列Ｒｘ、ｙ軸回りの回転行列Ｒｙは、下記の（５）式〜（７）式により、それぞれ表される。
【数５】
【数６】
【数７】
【００２５】
また、光反射面２６で反射走査された走査光をＸＹＺ直交座標系の単位ベクトルで表した単位走査光線ベクトルｂ(bx、by、bz)は、例えば、下記の（８）式により表される。
【数８】
この（８）式に、上記（３）式の単位入射光線ベクトルａ(ax、ay、az)と（４）式の単位法線ベクトルｎ(nx、ny、nz)を代入すれば、単位走査光線ベクトルｂ(bx、by、bz)を求めることができる。
【００２６】
図１に戻って、前記駆動部３は、光走査部２を揺動駆動させるものである。この駆動部３は、外側可動部２３及び内側可動部２５をｘ軸回りに揺動させる第１駆動信号（例えば、パルス電流）を、例えば、外側可動部２３が有するｘ軸回りの共振周波数近傍の周波数に合わせて設定された駆動周波数で、第１電極端子２９，２９を介して第１駆動コイル２７に供給すると共に、内側可動部２５をｙ軸回りに揺動させる第２駆動信号（例えば、パルス電流）を、内側可動部２５が有するｙ軸回りの共振周波数近傍に設定された駆動周波数で、第２電極端子３０，３０を介して第２駆動コイル２８に供給する。この第１及び第２駆動信号の各電流値と、ｘ軸回り及びｙ軸回りの各駆動周波数は、予め初期設定されている。
【００２７】
前記光源部４は、光走査部２の内側可動部２５に形成された光反射面２６に向かって、予め設定した投光タイミングｔｃｌｋ毎に、光ビーム（例えば、パルス状のレーザ光）を投光するものであり、光源４１と、投光光学系４２と、を含む。投光タイミングｔｃｌｋは、例えば、対象領域内において割り当てられた各画素に光ビームが照射されるように光源部４に予め設定されている。投光タイミングｔｃｌｋは、例えば、光走査部２の走査開始時刻を時刻の始まりとした投光時刻として記憶されている。
【００２８】
光源４１は、例えばレーザダイオードであり、予め設定した投光タイミングｔｃｌｋで発光してパルス状のレーザ光を出射する。
【００２９】
投光光学系４２は、光源４１が発したレーザ光を好ましい状態とするものであり、例えばコリメータレンズを含み、光源４１が発したレーザ光を平行光に変換する。そして、光源部４から投光されたレーザ光は、光走査部２の光反射面２６で反射されて対象領域内を二次元走査される。
【００３０】
前記受光部５は、光源部４から投光され、光反射面２６で反射走査された例えばレーザ光（すなわち、図１に示す走査光）が対象領域内に存在する物体によって反射されたレーザ光（反射光）を受光して検知するものであり、例えばフォトセンサを用いることができる。なお、受光部５は、反射光を直接受光するものであってもよいし、光走査部２（光反射面２６）を介して反射光を受光するものであってもよい。
【００３１】
前記測距部６は、光源部４による光ビームの投光タイミングｔｃｌｋと受光部５による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて物体の距離を計測するものであり、光源部４の投光タイミングｔｃｌｋと受光部５の受光タイミングとを入力し、両者の時間差（光飛行時間）に基づいて、光ビームを反射した物体までの距離を計測する。測距部６による距離の計測は、対象領域内の各照射位置（各画素）において、すなわち、光源部４からの光ビームの投光タイミングｔｃｌｋ毎に行なわれ、その計測結果（投光タイミング毎の距離データＬ）が画像生成部１１に出力される。また、測距部６は、計測結果を後述するデータ変換部７１と画像生成部１１に出力する。
【００３２】
前記データ変換部７は、測距部６からの投光タイミング毎の距離データＬを予め設定した変換パラメータを用いて３次元空間上での位置を示す点群データに変換するものであり、本実施形態においては、測距部６からの距離データＬを変換するデータ変換回路７１と、変換パラメータを記憶するパラメータ記憶部７２とを含んで構成されている。変換パラメータは、例えば、投光タイミングｔｃｌｋと、光源部４から光反射面２６に向かうレーザ光の単位ベクトルである単位入射光線ベクトルａと、第１揺動振幅φｘmaxと、第２揺動振幅φｙmaxと、第１揺動周期Ｔｘと、第２揺動周期Ｔｙとから成る。この点群データは、例えば、ＸＹＺ直交座標系のデータである。この点群データの並びにより、測距部６によって測距された物体の表面の形状が分かる。
【００３３】
前記データ変換回路７１は、測距部６から出力された投光タイミング毎の距離データＬを入力して、この距離データを、例えば、ＸＹＺ直交座標系の点群データに変換する回路である。具体的には、データ変換回路７１は、まず、パラメータ記憶部７２に予め設定されている変換パラメータ（ｔｃｌｋ、φｘmax、φｙmax、Ｔｘ、Ｔｙ）と、前述した式（１）及び式（２）を用いて、投光タイミング毎の第１揺動角度φｘと第２揺動角度φｙを求める。次に、求めた第１揺動角度φｘ及び第２揺動角度φｙと、式（４）〜式（７）を用いて、投光タイミング毎の単位法線ベクトルｎを求める。そして、求めた単位法線ベクトルｎと、式（３）の単位入射光線ベクトルａを式（８）に代入して、投光タイミング毎の単位走査光線ベクトルｂ(bx、by、bz)を求める。最後に、求めた単位走査光線ベクトルｂ(bx、by、bz)を、測距部６からの投光タイミング毎の距離データＬを用いて、Ｌ倍することによりＸＹＺ直交座標系の空間上での位置を示す点群データを求める。この点群データは、判定部８と画像生成部１１に出力される。
【００３４】
前記パラメータ記憶部７２は、変換パラメータとしての、例えば、投光タイミングｔｃｌｋと、単位入射光線ベクトルａ(ax、ay、az)と、第１揺動振幅φｘmaxと、第２揺動振幅φｙmaxと、第１揺動周期Ｔｘと、第２揺動周期Ｔｙの各データを記憶するものである。各データの初期値としては、設計値が記憶されている。
【００３５】
ここで、走査時における実際の投光タイミングｔｃｌｋと、第１揺動周期Ｔｘと、第２揺動周期Ｔｙは、例えば光測距装置内のシステムクロック周波数の精度により高精度に設定されており、パラメータ記憶部７２に記憶されている値（設計値）とほぼ一致している。また、レーザ光が光反射面２６に向かう方向は、例えば、光源部４と可動部（外側可動部２３及び内側可動部２５等）を位置決めする部品等の製作精度で高精度に調整可能であるため、実際の単位入射光線ベクトルa(ax、ay、az)についても、パラメータ記憶部７２に記憶されている値（設計値）とほぼ一致している。このように、パラメータ記憶部７２に記憶されている投光タイミングｔｃｌｋと、入射光線ベクトルａ(ax、ay、az)と、第１揺動周期Ｔｘ及び第２揺動周期Ｔｙのデータについては、実際の製品における値との誤差は無視できるほどである。
【００３６】
一方、実第１揺動振幅φ’ｘmaxと実第２揺動振幅φ’ｙmaxは、前述したように二次元ガルバノミラー２０の経時変化等に起因して設計許容範囲をこえて変動してしまうことがあり、その変動量は、上記投光タイミングｔｃｌｋや各揺動周期Ｔｘ、Ｔｙや単位入射光線ベクトルa(ax、ay、az)のばらつき程度と比較すると、無視できないほど大きくなってしまう場合がある。したがって、パラメータ記憶部７２に設計値として記憶されている第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxについては、実第１揺動振幅φ’ｘmaxと実第２揺動振幅φ’ｙmaxとの誤差が無視できない場合がある。したがって、変換パラメータのうち実際の値が不確かなデータは第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxだけである。
【００３７】
前記判定部８は、３次元表面形状が既知の基準物体の表面形状の基準特徴度データを予め有し、測距部６により基準物体までの距離を計測して得た投光タイミング毎の距離データＬをデータ変換部７によって変換して得た基準物体についての点群データに基づき表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定するものである。判定部８は、判定結果を設定変更部９に出力する。
【００３８】
前記設定変更部９は、判定部８により実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値より大きいと判定された場合、駆動部３に予め設定され実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙの値を決定する第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を、判定部８により上記誤差が閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能なものである。設定変更部９は、例えば、初期状態では各駆動信号の電流値を変更設定するように設定されておらず、モード設定部１０によって後述する校正モードに設定されない限り、予め設定された第１及び第２駆動信号の電流値を変更設定しないように構成されている。
【００３９】
前記モード設定部１０は、設定変更部９により、変更設定を行う校正モードと、測距部６により、物体までの距離を測定する通常測距モードとに切替設定可能なものであり、本実施形態において、校正モードとは、予め設定された第１及び第２駆動信号の電流値を変更して、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの値を実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxの値に精度良く合わせ込むモードである。したがって、装置のオペレータ等は、実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxを校正する場合は、モード設定部１０で装置を校正モードに設定し、通常の測距を行う場合は、通常測距モードに設定すればよい。
【００４０】
図４は、基準物体までの距離を測定している状況を示している。本実施形態においては、図４に示すように、基準物体は、その表面形状が平面である物体（例えば、壁）である。本実施形態において、判定部８は、具体的には、基準特徴度データとして基準平面度データを有し、基準物体の表面形状の特徴度として平面度を実測し、この実測平面度データと基準平面度データの誤差が予め定めた閾値以内であるか否かを判定する。設定変更部９は、判定部８により、実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値より大きいと判定された場合であって、点群データに基づく表面形状が光走査部４に対して凸形状であるとき（図５（a）,図５（c）の場合）は、変更設定の対象の値、すなわち、本実施形態においては、第１及び第２駆動信号の電流値、の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ小さくし、光走査部４に対して凹形状であるとき（後述する図５（b）,図５（d）の場合）は、第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ大きくするように構成されている。なお、上記にて基準物体は、例えば、壁であるとしたが、床であってもよい。
【００４１】
また、設定変更部９は、第１及び第２駆動信号の電流値を変更する場合、具体的には、判定部８による点群データに基づく表面形状の凹凸判定に応じて、例えば、まず、第１駆動信号の電流値を変更し、判定部８により平面度が閾値より大きいと再判定された場合は、判定部８による凹凸判定に応じて、第２駆動信号の電流値を変更する。そして、駆動電流変更後の実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であると判定されるまで、駆動電流の変更を繰り返す。なお、駆動電流の変更の順番は上記とは逆に、第２駆動信号の電流値を先に変更するようにしてもよい。また、上記のように片方ずつ変更する場合に限らず、両方の駆動電流を一度に変更するようにしてもよい。
【００４２】
前記画像生成部１１は、測距部６によって計測された距離に基づいて対象領域についての、一般的な距離画像（図示省略）を生成する。距離画像は、例えば、各投光タイミングにおける光ビームの各照射位置において計測された距離毎に色が異なる画像となるように生成される。そして、画像生成部１１で生成された距離画像は表示部１２に出力される。表示部１２は、ディスプレイを備え、画像生成部１１から出力された距離画像を表示する。この距離画像によって対象領域内に存在する物体を認識できることはもちろん、物体までの距離、物体の姿勢の変化なども視覚的に確認することが可能となる。
【００４３】
本実施形態において、画像生成部１１は、さらに、データ変換部７からの点群データに基づいて対象領域内の物体についての三次元の点群画像を生成可能である。そして、画像生成部１１で生成された三次元の点群画像は、表示部１２に出力されて、ディスプレイに表示される。この点群画像によって、物体の表面の形状を視覚的に確認することが可能となる。
【００４４】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、ＺＹ面及びＺＸ面に投影した点群画像のイメージ図である。図５（ａ）はＺＹ面に投影した点群画像が凹形状、図５（ｂ）はＺＹ面に投影した点群画像が凸形状、図５（ｃ）はＺＸ面に投影した点群画像が凹形状、図５（ｄ）はＺＸ面に投影した点群画像が凸形状の場合のイメージ図である。なお、図５（ａ）〜図５（ｄ）においては、図の簡略化のため投影された点群画像を線で表したが、実際は点が離散的に、描画されている。
【００４５】
次に、以上のような構成を有する光測距装置１の実揺動振幅の校正動作について、図６等に基づいて説明する。なお、下記の説明において、光測距装置１は、装置のオペレータ等によって、表面形状が既知の基準物体（例えば、壁等）の前に設置されており、起動（電源ＯＮ）後、オペレータ等によるモード設定部１０の操作によって、装置は校正モードに設定されており、校正の事前準備が完了（ＳＴＥＰ０）しているものとして説明する。
【００４６】
まず、基準物体に対する測距動作について説明する。駆動部３は、初期設定された各駆動周波数で第１及び第２駆動信号を、第１及び第２駆動コイル２７，２８にそれぞれ供給することにより、内側可動部２５を二次元方向に揺動させる。同時に、光源部４は、２次元方向に揺動する内側可動部２５の光反射面２６に、予め設定された投光タイミングｔｃｌｋでパルス状のレーザ光を投光する。そして、光反射面２６で反射走査されたレーザ光は、対象領域内で二次元走査され、対象領域内に存在する基準物体（壁等）によって反射され、受光部５で受光される。ここで、測距部６はレーザ光の投光タイミングと受光タイミングとの時間差に基づいて基準物体まで距離を投光タイミング毎に計測する（ＳＴＥＰ１）。そして、測距部６は計測結果（投光タイミング毎の距離データＬ）をデータ変換回路７１と画像生成部１１に出力する。画像生成部１１は、測距部６からの計測結果に基づき距離画像を生成する。そして、生成された距離画像が表示部１２に表示される（ＳＴＥＰ２）。次に、データ変換回路７１は、測距部６からの投光タイミング毎の距離データＬを、ＸＹＺ直交座標系の点群データに変換する（ＳＴＥＰ３）。データ変換回路７１は、算出した点群データを判定部８と画像生成部１１に出力する（ＳＴＥＰ４）。判定部８は、点群データの並びから基準物体の表面の平面度を実測し、この実測平面度データと予め設定した基準平面度データとの誤差が予め定めた閾値以内であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ５）。ここで、実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値より大きいと判定された場合（ＳＴＥＰ５否定）は、ＳＴＥＰ６に進む。ここで、設定変更部９は、判定部８により点群データに基づく表面形状が光走査部に対して凸形状であると判定されている場合は、例えば、駆動部３に記憶されている第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ小さくし、光走査部に対して凹形状であると判定されている場合は、駆動部３に記憶されている第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ大きくする（ＳＴＥＰ６）。そして、ＳＴＥＰ１に戻り、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５までの動作を行い、電流値変更後の実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であると判定（ＳＴＥＰ５肯定）されるまで、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６の動作を繰り返す。そして、誤差が閾値以内で有る場合（ＳＴＥＰ５肯定）は、ＳＴＥＰ７に進む。この時、閾値が適切に設定されていれば、実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxは、パラメータ記憶２に設定されている目標値に略一致する。このようにして、変換パラメータの各揺動振幅を目標にして、各駆動信号の電流値に応じた各実揺動振幅をそれぞれ校正して、校正が完了する（ＳＴＥＰ７）。
【００４７】
このように、本実施形態による光測距装置１によれば、基準物体までの距離を測定したときの測距部６からの距離データを予め設定した変換パラメータを用いて点群データに変換し、この点群データに基づき、基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと予め設定した基準特徴度データとの誤差が予め設定する閾値以内になるまで、予め設定した第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を変更することで、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxを目標にして、実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxをそれぞれ校正することができる。したがって、本実施形態による光測距装置によれば、各実揺動振幅の目標値を変換パラメータとして設定し、実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差の閾値を適切に設定するだけで、各実揺動振幅を目標値に精度良く合わせ込むことができるため、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することができる。
【００４８】
また、本発明による光測距装置によれば、例えば、光走査部の経時変化により各実揺動振幅が設計許容範囲からはずれてしまった場合や、出荷前の校正時の光測距装置周囲の温度と、出荷後の光測距装置の設置場所の温度が異なる場合であっても、経時変化や温度差に応じて適切に駆動電流値を微調整して、各実揺動振幅を設計許容範囲に収まるように校正することができる。
【００４９】
次に、本発明の第２実施形態による光測距装置について説明する。
図７は、本発明の第２実施形態による光測距装置の概略構成を示す部分ブロック図である。なお、図１の第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本実施形態においては、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの値を実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxの値に精度良く合わせ込むことが可能な構成を説明する。
【００５０】
本実施形態において、設定変更部９は、判定部８により実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値より大きいと判定された場合、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの少なくとも一方を、判定部８により上記誤差が閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能に構成されている。設定変更部９は、例えば、初期状態では変換パラメータの各揺動振幅を変更設定するように設定されておらず、モード設定部１０によって校正モードに設定されない限り、変換パラメータの各揺動振幅を変更設定しないように構成されている。本実施形態において、校正モードとは、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの値を、実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxの値に精度良く合わせ込むモードである。
【００５１】
設定変更部９は、判定部８により、実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値より大きいと判定された場合であって、点群データに基づく表面形状が光走査部４に対して凸形状であるとき（図５（a）,図５（c）の場合）は、変更設定の対象の値、すなわち、本実施形態においては、変換パラメータの各揺動振幅、の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ小さくし、光走査部４に対して凹形状であるとき（後述する図５（b）,図５（d）の場合）は、変換パラメータの各揺動振幅の少なくとも一方を予め定めた所定量だけ大きくするように構成されている。
【００５２】
また、設定変更部９は、変換パラメータの各揺動振幅を変更する場合、具体的には、判定部８による点群データに基づく表面形状の凹凸判定に応じて、例えば、まず、第１揺動振幅φｘmaxを変更し、判定部８により平面度が閾値より大きいと再判定された場合は、判定部８による凹凸判定に応じて、第２揺動振幅φｙmaxを変更する。そして、変換パラメータ（各揺動振幅）変更後の実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であると判定されるまで、変換パラメータの各揺動振幅の変更を繰り返す。なお、各揺動振幅の変更の順番は上記とは逆に、第２揺動振幅φｙmaxを先に変更するようにしてもよい。また、上記のように片方ずつ変更する場合に限らず、両方の揺動振幅を一度に変更するようにしてもよい。
【００５３】
なお、変換パラメータの全ての値が実機と略一致している場合、測距部により基準物体までの距離を計測して得た投光タイミング毎の距離データをデータ変換部によって変換して得た基準物体についての点群データに基づき、判定部によって実測した実測平面度データと基準平面度データは、略一致するはずである。また、変換パラメータのうち投光タイミングと揺動周期と入射光線ベクトルについては、一般的に実機における値と略一致するように予め設定可能なものであるが、第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxについては、例えば、二次元ガルバノミラーの製造ばらつきや経時変化等によってばらついてしまうため、変換パラメータのうち実機における値が不確かなデータは各揺動振幅だけである。したがって、上記のように、変換パラメータのうち各揺動振幅を変更して、判定部によって実測した特徴度と基準特徴度が一致した場合、変更後の変換パラメータの第１及び第２揺動振幅は、各実揺動振幅と略一致している。
【００５４】
次に、以上のような構成を有する光測距装置１の校正動作について、図８等に基づいて説明する。下記の説明において、光測距装置１は、装置のオペレータ等によって、表面形状が既知の基準物体（例えば、壁等）の前に設置されており、起動（電源ＯＮ）後オペレータ等によるモード設定部１０の操作によって、装置はモードモードに設定されており、校正の事前準備が完了（ＳＴＥＰ０）しているものとして説明する。なお、ＳＴＥＰ６’以外のＳＴＥＰの動作については、第１実施形態と同じであるため説明を簡略化する。
【００５５】
まず、基準物体までの距離を投光タイミング毎に計測する（ＳＴＥＰ１）。そして、測距部６は計測結果をデータ変換回路７１と画像生成部１１に出力する。画像生成部１１は、距離画像を生成する。表示部１２は距離画像を表示する（ＳＴＥＰ２）。次に、データ変換回路７１は、測距部６からの距離データＬを、ＸＹＺ直交座標系の点群データに変換し、点群データを判定部８と画像生成部１１に出力する（ＳＴＥＰ３，４）。判定部８は、点群データの並びから基準物体の表面の平面度を実測し、実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であるか否かを判定する。ここで、誤差が閾値より大きいと判定された場合（ＳＴＥＰ５否定）は、ＳＴＥＰ６’に進む。設定変更部９は、判定部８により点群データに基づく表面形状が光走査部に対して凸形状であると判定されている場合は、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの少なくとも一方を予め定めた所定量だけ小さくし、光走査部に対して凹形状であると判定されている場合は、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの少なくとも一方を予め定めた所定量だけ大きくする（ＳＴＥＰ６’）。そして、ＳＴＥＰ１に戻り、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５までの動作を行い、変換パラメータ変更後の実測平面度データと基準平面度データとの誤差が閾値以内であると判定（ＳＴＥＰ５肯定）されるまで、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６の動作を繰り返す。そして、誤差が閾値以内で有る場合（ＳＴＥＰ５肯定）は、ＳＴＥＰ７に進む。この時、閾値が適切に設定されていれば、変更後の変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの値は、実第１揺動振幅φ’ｘmax及び実第２揺動振幅φ’ｙmaxの値に略一致する。このようにして、変換パラメータの各揺動振幅の値を、各実揺動振幅の値に精度良く合わせ込み、校正が完了する（ＳＴＥＰ７）。
【００５６】
このように、本実施形態による光測距装置１によれば、第１実施形態に係る発明による光測距装置１と異なり、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの少なくとも一方を、実測特徴度データと予め設定した基準物体の表面形状の基準特徴度データとの誤差が予め設定する閾値以内になるまで、変更することで、実機の第１及び第２揺動振幅を目標にして、変換パラメータの第１及び第２揺動振幅をそれぞれ校正することができる。したがって、本実施形態による光測距装置１によれば、実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差の閾値を適切に設定するだけで、変換パラメータの各揺動振幅の値を各実揺動振幅の値に精度良く合わせ込むことができるため、作業者等による作業精度に影響されることなく、各投光タイミングにおける可動部の各軸回りの揺動角度がそれぞれ意図する角度になるように、精度良く校正可能な光測距装置を提供することができる。
【００５７】
なお、前述した第１実施形態において、設定変更部９は、判定部８により実測特徴度データと基準特徴度データとの誤差が閾値より大きいと判定された場合、上記第２実施形態と同様に、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmaxの少なくとも一方を、判定部８により上記誤差が閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な構成を有する構成としてもよい。この場合、図９に示す本発明の第３実施形態のように、設定変更部９で変更設定する対象を選択切替可能な変更対象選択部１３を備えて構成する。これにより、設定変更部９は、モード設定部１０により校正モードに設定されている場合、変更対象選択部１３により変更設定の対象を、変換パラメータの第１揺動振幅φｘmax及び第２揺動振幅φｙmax又は予め設定された第１及び第２駆動信号の電流値に切替設定することができ、校正方法を自由に選択することができる。なお、モード設定部１０は、図９に示すように、例えば、変更対象選択部１３とは別に設ける場合で説明したが、これに限らず、図示省略するが、変更対象選択部１３の機能を備えて、変更対象選択部１３と一体的に構成してもよい。この場合、モード設定部１０は、例えば、測距部６により物体までの距離を測定する通常測距モードと、予め設定された第１及び第２駆動信号の電流値を変更する駆動電流変更モードと、変換パラメータの各揺動振幅を変更する変換パラメータ変更モードとに切替設定可能に構成する。
【００５８】
なお、上記全ての実施形態の説明において、基準物体は表面形状が平面である場合で説明したが、例えば、基準物体の表面形状は球面であってもよい、この場合、表面形状の特徴量は例えば真球度や表面の曲率を算出するように構成すればよい。
【００５９】
また、上記全ての実施形態の説明において、画像生成部１１及び表示部１２を設けた場合で説明したが、画像生成部１１及び表示部１２は設けなくてもよい。
【００６０】
そして、上記全ての実施形態の説明において、光走査部２は、外側可動部及び内側可動部を一体に形成した二次元ガルバノミラー２０によって構成する場合で説明したが、光走査部２は、図示しないが、周知の一次元ガルバノミラーを２個用いて、それぞれの揺動軸が互いに直交するように配置して構成してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１…光測距装置
２…光走査部
３…駆動部
４…光源部
５…受光部
６…測距部
７…データ変換部
８…判定部
９…設定変更部
１０…モード設定部
１１…画像生成部
１２…表示部
１３…変更対象選択部
２０…二次元ガルバノミラー（光走査部）
２３，２５…可動部（外側可動部、内側可動部）
２６…光反射面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射面を有する可動部が互いに直交する第１、第２軸回りに揺動可能に形成され、該可動部が揺動することによって前記光反射面に入射される光ビームを対象領域内で２次元走査する光走査部と、
前記可動部を前記第１軸回りに揺動させる第１駆動信号及び前記可動部を前記第２軸回りに揺動させる第２駆動信号をそれぞれ前記光走査部に出力して前記可動部を揺動駆動する駆動部と、
前記光反射面に向かって光ビームを投光する光源部と、
前記光源部から投光され、前記光反射面で反射走査された光ビームが前記測定対象領域内に存在する物体によって反射された反射光を受光する受光部と、
前記光ビームの投光タイミングと前記受光部による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて、前記物体までの距離を計測する測距部と、
を備えた測距装置において、
前記光源部は、予め設定した投光タイミング毎に前記光ビームを投光する構成とし、
予め設定する、前記投光タイミングと、前記光源部から前記光反射面に向かう光ビームの入射光線ベクトルと、前記第１軸回りの第１揺動振幅と、前記第２軸回りの第２揺動振幅とを含む変換パラメータを用いて、前記測距部からの前記投光タイミング毎の距離データを３次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部と、
３次元形状が既知の基準物体の表面形状の基準特徴度データを予め有し、前記測距部により前記基準物体までの距離を計測して得た前記投光タイミング毎の距離データを前記データ変換部によって変換して得た前記基準物体についての前記点群データに基づき前記基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと前記基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記誤差が前記閾値より大きいと判定された場合、予め設定され前記第１及び第２揺動振幅の実際の値を決定する前記第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を、前記判定部により前記誤差が前記閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な設定変更部と、
を備えて構成することを特徴とする光測距装置。
【請求項２】
光反射面を有する可動部が互いに直交する第１、第２軸回りに揺動可能に形成され、該可動部が揺動することによって前記光反射面に入射される光ビームを対象領域内で２次元走査する光走査部と、
前記可動部を前記第１軸回りに揺動させる第１駆動信号及び前記可動部を前記第２軸回りに揺動させる第２駆動信号をそれぞれ前記光走査部に出力して前記可動部を揺動駆動する駆動部と、
前記光反射面に向かって光ビームを投光する光源部と、
前記光源部から投光され、前記光反射面で反射走査された光ビームが前記測定対象領域内に存在する物体によって反射された反射光を受光する受光部と、
前記光ビームの投光タイミングと前記受光部による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて、前記物体までの距離を計測する測距部と、
を備えた測距装置において、
前記光源部は、予め設定した投光タイミング毎に前記光ビームを投光する構成とし、
予め設定する、少なくとも、前記投光タイミングと、前記光源部から前記光反射面に向かう光ビームの入射光線ベクトルと、前記第１軸回りの第１揺動振幅と、前記第２軸回りの第２揺動振幅とを含む変換パラメータを用いて、前記測距部からの前記投光タイミング毎の距離データを３次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部と、
３次元形状が既知の基準物体の表面形状の基準特徴度データを予め有し、前記測距部により前記基準物体までの距離を計測して得た前記投光タイミング毎の距離データを前記データ変換部によって変換して得た前記基準物体についての前記点群データに基づき前記基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと前記基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記誤差が前記閾値より大きいと判定された場合、前記変換パラメータの前記第１及び第２揺動振幅の少なくとも一方を、前記判定部により前記誤差が前記閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な設定変更部と、
を備えて構成することを特徴とする光測距装置。
【請求項３】
前記設定変更部は、前記判定部により前記誤差が前記閾値より大きいと判定された場合、前記変換パラメータの前記第１及び第２揺動振幅の少なくとも一方を、前記判定部により前記誤差が前記閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な構成を有し、
前記設定変更部で前記変更設定する対象を選択切替可能な変更対象選択部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光測距装置。
【請求項４】
前記設定変更部により前記変更設定を行う校正モードと、前記測距部により前記物体までの距離を測定する通常測距モードとに切替設定可能なモード設定部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光測距装置。
【請求項５】
前記基準物体の表面形状は、平面であり、
前記判定部は、前記基準特徴度データとして基準平面度データを有し、前記基準物体の表面形状の特徴度として平面度を実測し、この実測平面度データと前記基準平面度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定し、
前記設定変更部は、前記判定部により、前記誤差が閾値より大きいと判定された場合であって、前記点群データに基づく表面形状が前記光走査部に対して凸形状である判定されたときは、前記変更設定の対象の値を予め定めた所定量だけ小さくし、前記点群データに基づく表面形状が前記光走査部に対して凹形状であると判定されたときは、前記変更設定の対象の値を予め定めた所定量だけ大きくすることが可能なこと特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光測距装置。
【請求項１】
光反射面を有する可動部が互いに直交する第１、第２軸回りに揺動可能に形成され、該可動部が揺動することによって前記光反射面に入射される光ビームを対象領域内で２次元走査する光走査部と、
前記可動部を前記第１軸回りに揺動させる第１駆動信号及び前記可動部を前記第２軸回りに揺動させる第２駆動信号をそれぞれ前記光走査部に出力して前記可動部を揺動駆動する駆動部と、
前記光反射面に向かって光ビームを投光する光源部と、
前記光源部から投光され、前記光反射面で反射走査された光ビームが前記測定対象領域内に存在する物体によって反射された反射光を受光する受光部と、
前記光ビームの投光タイミングと前記受光部による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて、前記物体までの距離を計測する測距部と、
を備えた測距装置において、
前記光源部は、予め設定した投光タイミング毎に前記光ビームを投光する構成とし、
予め設定する、前記投光タイミングと、前記光源部から前記光反射面に向かう光ビームの入射光線ベクトルと、前記第１軸回りの第１揺動振幅と、前記第２軸回りの第２揺動振幅とを含む変換パラメータを用いて、前記測距部からの前記投光タイミング毎の距離データを３次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部と、
３次元形状が既知の基準物体の表面形状の基準特徴度データを予め有し、前記測距部により前記基準物体までの距離を計測して得た前記投光タイミング毎の距離データを前記データ変換部によって変換して得た前記基準物体についての前記点群データに基づき前記基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと前記基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記誤差が前記閾値より大きいと判定された場合、予め設定され前記第１及び第２揺動振幅の実際の値を決定する前記第１及び第２駆動信号の電流値の少なくとも一方を、前記判定部により前記誤差が前記閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な設定変更部と、
を備えて構成することを特徴とする光測距装置。
【請求項２】
光反射面を有する可動部が互いに直交する第１、第２軸回りに揺動可能に形成され、該可動部が揺動することによって前記光反射面に入射される光ビームを対象領域内で２次元走査する光走査部と、
前記可動部を前記第１軸回りに揺動させる第１駆動信号及び前記可動部を前記第２軸回りに揺動させる第２駆動信号をそれぞれ前記光走査部に出力して前記可動部を揺動駆動する駆動部と、
前記光反射面に向かって光ビームを投光する光源部と、
前記光源部から投光され、前記光反射面で反射走査された光ビームが前記測定対象領域内に存在する物体によって反射された反射光を受光する受光部と、
前記光ビームの投光タイミングと前記受光部による反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて、前記物体までの距離を計測する測距部と、
を備えた測距装置において、
前記光源部は、予め設定した投光タイミング毎に前記光ビームを投光する構成とし、
予め設定する、少なくとも、前記投光タイミングと、前記光源部から前記光反射面に向かう光ビームの入射光線ベクトルと、前記第１軸回りの第１揺動振幅と、前記第２軸回りの第２揺動振幅とを含む変換パラメータを用いて、前記測距部からの前記投光タイミング毎の距離データを３次元空間上での位置を示す点群データに変換するデータ変換部と、
３次元形状が既知の基準物体の表面形状の基準特徴度データを予め有し、前記測距部により前記基準物体までの距離を計測して得た前記投光タイミング毎の距離データを前記データ変換部によって変換して得た前記基準物体についての前記点群データに基づき前記基準物体の表面形状の特徴度を実測し、この実測特徴度データと前記基準特徴度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記誤差が前記閾値より大きいと判定された場合、前記変換パラメータの前記第１及び第２揺動振幅の少なくとも一方を、前記判定部により前記誤差が前記閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な設定変更部と、
を備えて構成することを特徴とする光測距装置。
【請求項３】
前記設定変更部は、前記判定部により前記誤差が前記閾値より大きいと判定された場合、前記変換パラメータの前記第１及び第２揺動振幅の少なくとも一方を、前記判定部により前記誤差が前記閾値以内であると判定されるまで、変更設定可能な構成を有し、
前記設定変更部で前記変更設定する対象を選択切替可能な変更対象選択部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光測距装置。
【請求項４】
前記設定変更部により前記変更設定を行う校正モードと、前記測距部により前記物体までの距離を測定する通常測距モードとに切替設定可能なモード設定部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光測距装置。
【請求項５】
前記基準物体の表面形状は、平面であり、
前記判定部は、前記基準特徴度データとして基準平面度データを有し、前記基準物体の表面形状の特徴度として平面度を実測し、この実測平面度データと前記基準平面度データとの誤差が予め設定した閾値以内であるか否かを判定し、
前記設定変更部は、前記判定部により、前記誤差が閾値より大きいと判定された場合であって、前記点群データに基づく表面形状が前記光走査部に対して凸形状である判定されたときは、前記変更設定の対象の値を予め定めた所定量だけ小さくし、前記点群データに基づく表面形状が前記光走査部に対して凹形状であると判定されたときは、前記変更設定の対象の値を予め定めた所定量だけ大きくすることが可能なこと特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光測距装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１４１２６５（Ｐ２０１２−１４１２６５Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２１（Ｐ２０１１−１１２１）
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
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