(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024095162
(43)【公開日】2024-07-10
(54)【発明の名称】測距装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/497 20060101AFI20240703BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20240703BHJP
G02B 26/12 20060101ALN20240703BHJP
G02B 27/10 20060101ALN20240703BHJP
【ＦＩ】
G01S7/497
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
G02B26/12
G02B27/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022212242
(22)【出願日】2022-12-28
(71)【出願人】
【識別番号】000006220
【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】関根 久通
【テーマコード（参考）】
2F112
2H045
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112BA06
2F112CA04
2F112CA12
2F112DA04
2F112DA09
2F112DA11
2F112DA15
2F112DA21
2F112DA25
2F112DA26
2F112DA28
2F112EA03
2F112EA05
2F112FA09
2F112FA19
2F112GA01
2H045AA01
2H045AA02
2H045AA13
5J084AA05
5J084AC02
5J084AC04
5J084AC07
5J084AD01
5J084BA04
5J084BB02
5J084BB04
5J084BB25
5J084BB26
5J084BB28
5J084CA03
(57)【要約】
【課題】測距精度に優れた測距装置を提供すること。
【解決手段】本測距装置（１００）は、光を照射する照射部（１２０）と、照射部（１２０）からの光が物体により反射または散乱された光である戻り光を受光し、戻り光の光強度に応じた第１信号（Ｓ）を出力する受光部（８）と、受光部（８）からの第１信号（Ｓ）に所定の処理を実行した後の第２信号（Ｕ）を出力する処理回路（４１１）と、第１信号（Ｓ）および第２信号（Ｕ）の少なくとも一方から得られる第１時間差（Δｔ）と第２時間差（τｐｓ）とに基づいて、物体までの距離に関する情報を出力する制御部（１４０）と、を有し、第１時間差（Δｔ）は、第１信号（Ｓ）の立上りにおいて第１信号（Ｓ）の強度が閾値（ｔｈ）に到達する第１の時刻（ｔ１）と、照射部（１２０）による光の照射時刻（ｔ０）と、の時間差であり、第２時間差（τｐｓ）は、第１の時刻（ｔ１）と、第１信号（Ｓ）の立下りにおいて第１信号（Ｓ）の強度が閾値（ｔｈ）に到達する第２の時刻（ｔ２）と、の時間差である。
【選択図】図２
【解決手段】本測距装置（１００）は、光を照射する照射部（１２０）と、照射部（１２０）からの光が物体により反射または散乱された光である戻り光を受光し、戻り光の光強度に応じた第１信号（Ｓ）を出力する受光部（８）と、受光部（８）からの第１信号（Ｓ）に所定の処理を実行した後の第２信号（Ｕ）を出力する処理回路（４１１）と、第１信号（Ｓ）および第２信号（Ｕ）の少なくとも一方から得られる第１時間差（Δｔ）と第２時間差（τｐｓ）とに基づいて、物体までの距離に関する情報を出力する制御部（１４０）と、を有し、第１時間差（Δｔ）は、第１信号（Ｓ）の立上りにおいて第１信号（Ｓ）の強度が閾値（ｔｈ）に到達する第１の時刻（ｔ１）と、照射部（１２０）による光の照射時刻（ｔ０）と、の時間差であり、第２時間差（τｐｓ）は、第１の時刻（ｔ１）と、第１信号（Ｓ）の立下りにおいて第１信号（Ｓ）の強度が閾値（ｔｈ）に到達する第２の時刻（ｔ２）と、の時間差である。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光を照射する照射部と、
前記照射部からの光が物体により反射または散乱された光である戻り光を受光し、前記戻り光の光強度に応じた第１信号を出力する受光部と、
前記受光部からの前記第１信号に所定の処理を実行した後の第２信号を出力する処理回路と、
前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一方から得られる第１時間差と第２時間差とに基づいて、前記物体までの距離に関する情報を出力する制御部と、を有し、
前記第１時間差は、前記第１信号の立上りにおいて前記第１信号の強度が閾値に到達する第１の時刻と、前記照射部による前記光の照射時刻と、の時間差であり、
前記第２時間差は、前記第１の時刻と、前記第１信号の立下りにおいて前記第１信号の強度が前記閾値に到達する第２の時刻と、の時間差である、測距装置。
前記照射部からの光が物体により反射または散乱された光である戻り光を受光し、前記戻り光の光強度に応じた第１信号を出力する受光部と、
前記受光部からの前記第１信号に所定の処理を実行した後の第２信号を出力する処理回路と、
前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一方から得られる第１時間差と第２時間差とに基づいて、前記物体までの距離に関する情報を出力する制御部と、を有し、
前記第１時間差は、前記第１信号の立上りにおいて前記第１信号の強度が閾値に到達する第１の時刻と、前記照射部による前記光の照射時刻と、の時間差であり、
前記第２時間差は、前記第１の時刻と、前記第１信号の立下りにおいて前記第１信号の強度が前記閾値に到達する第２の時刻と、の時間差である、測距装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記戻り光の光強度の差に応じた前記第１時間差に基づく測距値の差を、前記第２時間差を用いて補正することにより得られた前記物体までの距離に関する情報を出力する、請求項１に記載の測距装置。
【請求項3】
前記処理回路は、過負荷回復機能を有し、
前記第２の時刻は、前記第１の時刻から前記処理回路の過負荷回復時間が経過した後の時刻であり、
前記制御部は、前記処理回路の過負荷回復時間に基づき、前記第２時間差に関する情報を取得する、請求項１または請求項２に記載の測距装置。
前記第２の時刻は、前記第１の時刻から前記処理回路の過負荷回復時間が経過した後の時刻であり、
前記制御部は、前記処理回路の過負荷回復時間に基づき、前記第２時間差に関する情報を取得する、請求項１または請求項２に記載の測距装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記第１時間差に基づいて得られる前記物体までの距離の測定誤差と、前記第２時間差と、の関係に関する予め定められた対応情報に基づいて、前記物体までの距離の測定誤差を補正する、請求項１または請求項２に記載の測距装置。
【請求項5】
前記対応情報は、前記物体までの距離の測定誤差と、前記第２時間差と、の関係を表す数式を含む、請求項４に記載の測距装置。
【請求項6】
前記数式は、前記第２時間差の予め定められた複数の範囲ごとで異なる、請求項５に記載の測距装置。
【請求項7】
前記数式は、対数関数を含む、請求項６に記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測距装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、パルス状の光の照射時刻と、該光に由来する物体からの戻り光の受光信号である第１信号の強度が閾値に到達する時刻と、の時間差に基づき、物体までの距離を測定するＴＯＦ（Time Of Flight）方式の測距装置が知られている。この測距装置は、ロボットや、自動車、飛行体等の移動体に搭載され、移動体の周囲に存在する物体を認識する用途等において使用される。
【0003】
また、レーザ光の反射光の計測信号における立ち上がり時間と立ち下がり時間とを取得する時間取得部と、立ち上がり時間に第１重み係数で重み付けした第１時間、及び立ち下がり時間に第２重み係数で重み付けした第２時間に基づくタイミングと、レーザ光の照射タイミングと、の時間差に基づいて、物体までの距離を計測する距離計測部と、を備える測距装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－０４６２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載の測距装置では、計測信号等の第１信号における立ち上がりの傾斜角度が戻り光の光強度によって異なり、この傾斜角度に応じて第１信号の強度が閾値に到達する時刻が変動することで、測距精度が低下する場合がある。
【0006】
本発明は、測距精度に優れた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】
【0007】
本測距装置（１００）は、光を照射する照射部（１２０）と、照射部（１２０）からの光が物体により反射または散乱された光である戻り光を受光し、戻り光の光強度に応じた第１信号（Ｓ）を出力する受光部（８）と、受光部（８）からの第１信号（Ｓ）に所定の処理を実行した後の第２信号（Ｕ）を出力する処理回路（４１１）と、第１信号（Ｓ）および第２信号（Ｕ）の少なくとも一方から得られる第１時間差（Δｔ）と第２時間差（τｐｓ）とに基づいて、物体までの距離に関する情報を出力する制御部（１４０）と、を有し、第１時間差（Δｔ）は、第１信号（Ｓ）の立上りにおいて第１信号（Ｓ）の強度が閾値（ｔｈ）に到達する第１の時刻（ｔ１）と、照射部（１２０）による光の照射時刻（ｔ０）と、の時間差であり、第２時間差（τｐｓ）は、第１の時刻（ｔ１）と、第１信号（Ｓ）の立下りにおいて第１信号（Ｓ）の強度が閾値（ｔｈ）に到達する第２の時刻（ｔ２）と、の時間差である。
【0008】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、測距精度に優れた測距装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】参考例に係る測距装置の照射信号と第１信号の一例を示す図である。
【図2】実施形態に係る測距装置の照射信号と第１信号の一例を示す図である。
【図3】実施形態に係る測距装置の一例を示す斜視図である。
【図13】第２時間差と測定誤差との関係の一例を示す図である。
【図14】戻り光の光強度に応じた測定誤差の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の構成部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。
【0012】
以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための測距装置を例示するものであって、本発明を以下に示す実施形態に限定するものではない。以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。
【0013】
以下に示す図でＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸により方向を示す場合があるが、Ｚ軸に沿うＺ方向は、実施形態に係る測距装置が備える第２駆動体の回転軸である第２軸に沿う方向を示す。Ｘ軸に沿うＸ方向は、Ｚ方向に交差する方向を示す。Ｙ軸に沿うＹ方向は、Ｘ軸およびＺ軸の両方に交差する方向を示す。
【0014】
また、Ｘ方向で矢印が向いている方向を＋Ｘ方向、＋Ｘ方向の反対方向を－Ｘ方向と表記し、Ｙ方向で矢印が向いている方向を＋Ｙ方向、＋Ｙ方向の反対方向を－Ｙ方向と表記し、Ｚ方向で矢印が向いている方向を＋Ｚ方向、＋Ｚ方向の反対方向を－Ｚ方向と表記する。但し、これらは測距装置の使用時における向きを制限するものではなく、測距装置は任意の向きに配置可能である。
【0015】
実施形態に係る測距装置は、パルス状の光の照射時刻と、該光に由来する物体からの戻り光の受光信号である第１信号の強度が閾値に到達する時刻と、の時間差に基づき、物体までの距離を測定するＴＯＦ方式の測距装置である。なお、実施形態に係る測距装置は、１つの物体に限らず、２以上の物体それぞれまでの距離も測定できる。また、測距装置から照射される光は、必ずしもパルス状の光でなくてもよく、ＣＷ（Continuous Wave）光であっても、本実施形態の効果を得ることができる。
【0016】
まず、図１および図２を参照して、実施形態に係る測距装置の主な特徴について説明する。図１は、参考例に係る測距装置１００Ｘにおける照射信号ＭＸと第１信号ＳＸの一例を示す図である。図２は、実施形態に係る測距装置１００における照射信号Ｍと第１信号Ｓの一例を示す図である。
【0017】
図１において、グラフＧＸ１は、照射信号ＭＸを示すタイミングチャートである。グラフＧＸ２は、第１信号ＳＸ１を示すタイミングチャートである。グラフＧＸ３は、第１信号ＳＸ２を示すタイミングチャートである。グラフＧＸ１～グラフＧＸ３における時間軸（横軸）は共通である。
【0018】
照射信号ＭＸは、測距装置１００Ｘからの照射光に関する信号である。第１信号ＳＸ１および第１信号ＳＸ２のそれぞれは、測距装置１００Ｘからの照射光が物体により反射または散乱された光であるパルス状の戻り光を受光することで得られる信号である。但し、戻り光は、必ずしもパルス状の戻り光でなくてもよく、ＣＷ光であっても、本実施形態の効果を得ることができる。第１信号ＳＸ１における戻り光の光強度は、第１信号ＳＸ２における戻り光の光強度よりも大きい。なお、第１信号ＳＸは、第１信号ＳＸ１と第１信号ＳＸ２を区別しない場合の総称表記である。
【0019】
照射時刻ｔＸ０は、測距装置１００Ｘから光が照射される時刻である。第１の時刻ｔＸ１は、第１信号ＳＸ１の立上りにおいて第１信号ＳＸ１の強度が閾値ｔｈに到達する時刻である。第１の時刻ｔＸ２は、第１信号ＳＸ２の立上りにおいて第１信号ＳＸ２の強度が閾値ｔｈに到達する時刻である。時間差ΔｔＸ１は、照射時刻ｔＸ０と第１の時刻ｔＸ１との時間差である。時間差ΔｔＸ２は、照射時刻ｔＸ０と第１の時刻ｔＸ２との時間差である。
【0020】
第１信号ＳＸ１における戻り光の光強度は第１信号ＳＸ２における戻り光の光強度よりも大きく、単位時間当たりの光強度の増加率が高いため、第１信号ＳＸ１の立上り角度は、第１信号ＳＸ２の立上り角度よりも急峻になる。これにより、第１の時刻ｔＸ１は第１の時刻ｔＸ２よりも早くなり、時間差ΔｔＸ１は時間差ΔｔＸ２よりも短くなる。この時間差ΔｔＸ１と時間差ΔｔＸ２の差δｔＸは、測距装置１００Ｘによる測距値の差となる。このように、測距装置１００Ｘでは、戻り光の光強度差に応じて測距値が変動し、測距精度が低下する場合がある。
【0021】
一方、図２において、グラフＧ１は、照射信号Ｍを示すタイミングチャートである。グラフＧ２は、第１信号Ｓ１を示すタイミングチャートである。グラフＧ３は、第２信号Ｕ１を示すタイミングチャートである。グラフＧ４は、第１信号Ｓ２を示すタイミングチャートである。グラフＧ５は、第２信号Ｕ２を示すタイミングチャートである。グラフＧ１～グラフＧ５における時間軸（横軸）は共通である。
【0022】
照射信号Ｍは、測距装置１００からの照射光に関する信号である。第１信号Ｓ１および第１信号Ｓ２のそれぞれは、測距装置１００からの照射光が物体により反射または散乱された光であるパルス状の戻り光を受光することで得られる信号である。第１信号Ｓ１における戻り光の光強度は、第１信号Ｓ２における戻り光の光強度よりも大きい。なお、第１信号Ｓは、第１信号Ｓ１と第１信号Ｓ２を区別しない場合の総称表記である。
【0023】
本実施形態では、測距装置１００は、過負荷回復機能を有し、第１信号Ｓ１に基づく第２信号Ｕ１を出力する処理回路を有する。ここで、過負荷回復機能とは、上記の処理回路等の電気回路において、出力電圧が飽和した状態から出力電圧が変化可能な状態に回復させる機能をいう。
【0024】
第２信号Ｕ１は、上記処理回路により、第１信号Ｓ１に所定の処理を実行した後の信号である。第２信号Ｕ２は、上記処理回路により、第１信号Ｓ２に所定の処理を実行した後の信号である。所定の処理には、電流信号である第１信号Ｓを電圧信号に変換する処理、第１信号Ｓまたは電圧変換された信号を増幅する処理、あるいは、第１信号Ｓ、電圧変換された信号または増幅された信号を閾値ｔｈで二値化する処理等が含まれる。但し、所定の処理は、これらに限らず、測距装置１００の仕様等に応じて適宜変更できる。なお、第２信号Ｕは、第２信号Ｕ１と第２信号Ｕ２を区別しない場合の総称表記である。
【0025】
照射時刻ｔ０は、測距装置１００から光が照射される時刻である。第１の時刻ｔ１は、第１信号Ｓ１の立上りにおいて第１信号Ｓ１の強度が閾値ｔｈに到達する時刻である。第１の時刻ｔ３は、第１信号Ｓ２の立上りにおいて第１信号Ｓ２の強度が閾値ｔｈに到達する時刻である。第２の時刻ｔ２は、第１信号Ｓ１の立下りにおいて第１信号Ｓ１の強度が閾値ｔｈに到達する時刻である。第２の時刻ｔ４は、第１信号Ｓ２の立下りにおいて第１信号Ｓ２の強度が閾値ｔｈに到達する時刻である。
【0026】
第２の時刻ｔ２は、第１信号Ｓ１が閾値ｔｈに到達してから、処理回路の過負荷回復時間が経過した後、第１信号Ｓ１が閾値ｔｈに到達する時刻ということもできる。第２の時刻ｔ４は、第１信号Ｓ２が閾値ｔｈに到達してから、処理回路の過負荷回復時間が経過した後、第１信号Ｓ２が閾値ｔｈに到達する時刻ということもできる。ここで、過負荷回復時間とは、入力電圧の変化後、出力電圧が飽和状態から変化し始めるまでにかかる時間をいう。
【0027】
第１時間差Δｔ１は、照射時刻ｔ０と第１の時刻ｔ１との時間差である。第１時間差Δｔ２は、照射時刻ｔ０と第１の時刻ｔ３との時間差である。なお、第１時間差Δｔは、第１時間差Δｔ１と第１時間差Δｔ２を区別しない場合の総称表記である。第２時間差τｐｓ１は、第１の時刻ｔ１と第２の時刻ｔ２との時間差である。第２時間差τｐｓ２は、第１の時刻ｔ３と第２の時刻ｔ４との時間差である。なお、第２時間差τｐｓは、第２時間差τｐｓ１と第２時間差τｐｓ２を区別しない場合の総称表記である。
【0028】
本明細書に示す例では、第１の時刻ｔ１、第２の時刻ｔ２、第１の時刻ｔ３、第２の時刻ｔ４、第１時間差Δｔおよび第２時間差τｐｓのそれぞれは、第２信号Ｕに基づいて得られる。但し、測距装置１００は、第１信号Ｓに基づいて第１時間差Δｔおよび第２時間差τｐｓを取得してもよいし、第１信号Ｓおよび第２信号Ｕの両方から第１時間差Δｔおよび第２時間差τｐｓを取得してもよい。換言すると、測距装置１００は、第１信号Ｓおよび第２信号Ｕの少なくとも一方から第１時間差Δｔおよび第２時間差τｐｓを取得してもよい。
【0029】
第１信号Ｓ１における戻り光の光強度は第１信号Ｓ２における戻り光の光強度よりも大きく、単位時間当たりの光強度の増大率が高いため、第１信号Ｓ１の立上り角度は、第１信号Ｓ２の立上り角度よりも急峻になる。これにより、第１の時刻ｔ１は第１の時刻ｔ３よりも早くなるため、第１時間差Δｔ１は第１時間差Δｔ２よりも短くなる。この第１時間差Δｔ１と第１時間差Δｔ２の差δｔは、測距装置１００による測距値の差となる。
【0030】
一方、第１信号Ｓ１における戻り光の光強度は、第１信号Ｓ２における戻り光の光強度よりも大きいため、処理回路の過負荷回復時間は長くなる。これにより、第２時間差τｐｓ１は第２時間差τｐｓ２よりも長くなる。
【0031】
本実施形態では、第１時間差Δｔと第２時間差τｐｓとに基づいて、物体までの距離に関する情報を出力する。例えば本実施形態では、戻り光の光強度の差に応じた第１時間差Δｔに基づく測距値の差を、第２時間差τｐｓを用いて補正することにより得られた物体までの距離に関する情報を出力する。これにより、本実施形態では、戻り光の光強度に応じた測距値の変動を低減し、測距精度に優れた測距装置１００を提供することができる。
【0032】
以下、サービスロボットに搭載され、サービスロボットの進行方向または周囲に存在する物体との間の距離を測定する測距装置を、実施形態に係る測距装置１００の一例として詳細に説明する。ここで、サービスロボットとは、工場内での資材運搬、接客施設での商品運搬および案内業務、施設内警備、或いは清掃等の主に役務の目的で使用される自律移動型の移動体をいう。サービスロボットに搭載される測距装置は、サービスロボットの進行方向または周囲に存在する物体を検出したり、サービスロボットが動作する施設の施設内地図等を作成したりするために使用される。
【0033】
＜測距装置１００の構成例＞
（全体構成）
図３～図６を参照して、実施形態に係る測距装置１００の構成の一例を説明する。図３は、測距装置１００の全体構成を例示する斜視図である。図４は、測距装置１００における光源および受光部の周辺を例示する斜視図である。図５は、光分割部材４１による光分割の一例を示す図であり、図５（ａ）は光分割部材４１の側面図、図５（ｂ）は光の入射方向側から視た光分割部材４１の斜視図、図５（ｃ）は光分割部材４１の正面図である。図６は測距装置１００における照射部１２０を例示する斜視図である。
（全体構成）
図３～図６を参照して、実施形態に係る測距装置１００の構成の一例を説明する。図３は、測距装置１００の全体構成を例示する斜視図である。図４は、測距装置１００における光源および受光部の周辺を例示する斜視図である。図５は、光分割部材４１による光分割の一例を示す図であり、図５（ａ）は光分割部材４１の側面図、図５（ｂ）は光の入射方向側から視た光分割部材４１の斜視図、図５（ｃ）は光分割部材４１の正面図である。図６は測距装置１００における照射部１２０を例示する斜視図である。
【0034】
図３～図６に示すように、測距装置１００は、台部１と、保持部２と、光源３と、第１レンズ４と、穴あきミラー６と、第２レンズ７と、５つの受光部８と、イケール９と、光分割部材４１と、照射部１２０と、を有する。なお、台部１、保持部２、第１レンズ４、第２レンズ７、イケール９および照射部１２０のそれぞれは、必須の構成部ではない。
【0035】
図３に示すように、台部１は、保持部２と回転ステージ１０が設けられた平板状の部材である。台部１は、－Ｚ方向側の面上における相互に異なる領域に、保持部２と回転ステージ１０とを固定している。回転ステージ１０は、台部１の＋Ｙ方向側の領域にネジ部材等により固定されている。保持部２は、台部１における回転ステージ１０の－Ｙ方向側の領域に、結合部材１１を介してネジ部材等により固定されている。
【0036】
台部１は、回転ステージ１０は重量が大きい場合があるため、金属材料等の剛性が高い材料を含んで構成されることが好ましい。台部１は、平板状の部材に限られず、回転ステージ１０と保持部２を設置可能であれば如何なるものであってもよい。例えばサービスロボットの筐体に保持部２と回転ステージ１０が設置される場合には、サービスロボットの筐体が台部に対応する。
【0037】
保持部２は、天井パネル２１と背面パネル２２とが結合して構成された部材である。天井パネル２１および背面パネル２２は、それぞれ平板状の部材である。天井パネル２１および背面パネル２２は、その材質に特段の制限はなく、例えば金属材料または樹脂材料等を適用可能である。
【0038】
図３および図４に示すように、天井パネル２１の＋Ｚ方向側の面には、光源３、第１レンズ４および穴あきミラー６が設けられている。背面パネル２２の＋Ｙ方向側の面には、第２レンズ７および５つの受光部８が設けられている。
【0039】
光源３は、光Ｌ０を発する。光源３は、例えばＬＤ（Laser Diode：半導体レーザ）である。光Ｌ０は、パルス状のレーザ光である。光源３は、光Ｌ０を＋Ｚ方向側に発する。但し、光源３は、ＬＥＤ（light emitting diode：発光ダイオード）等であってもよい。光Ｌ０の波長は、近赤外波長領域等の非可視の波長領域のレーザ光であると、人間にレーザ光を視認させずに測距可能な点において好適である。
【0040】
第１レンズ４は、ガラス材料または樹脂材料を含んで構成される。第１レンズ４は、光Ｌ０を略コリメート（略平行化）する。測距装置１００は、第１レンズ４を有することにより、光源３から発せられた光Ｌ０の広がりを抑制でき、光利用効率を向上させることができる。第１レンズ４によりコリメートされた光Ｌ０は、光分割部材４１に入射する。
【0041】
光分割部材４１は、光源３からの光Ｌ０を複数の光に分割する。図５に示すように、光分割部材４１は、平面視において略円形の形状を有し、光Ｌ０の波長に対して光透過性を有する平板状の部材である。なお、ここでの平面視は、光分割部材４１をＺ方向に沿って視ることをいう。光分割部材４１は、ガラス、樹脂等の材料を含んで構成される。光分割部材４１は、例えば回折素子である。但し、光分割部材４１は、回折素子に限定されず、プリズム等であってもよい。
【0042】
光分割部材４１の－Ｚ方向側の面、＋Ｚ方向の面、またはその両方には、周期構造が形成されている。光分割部材４１は、入射される光Ｌ０を、周期構造を用いて回折させることにより５つの光Ｌ１に分割する。５つの光Ｌ１は、分割光Ｌ１１～Ｌ１５を含む。分割光Ｌ１１は、光分割部材４１の０次光（透過光）である。分割光Ｌ１２～Ｌ１５は、光分割部材４１の１次回折光である。但し、光Ｌ０が光分割部材４１により分割される数は、５つに限らず、要求される空間分解能等に応じて適宜選択可能である。
【0043】
分割光Ｌ１１～Ｌ１５は、伝搬方向が相互に異なる平行光束である。分割光Ｌ１１～Ｌ１５は、照射部１２０により走査される。分割光Ｌ１１～Ｌ１５のそれぞれが走査された光である５つの走査光Ｌ２は、それぞれ照射領域における異なる位置に照射される。
【0044】
図５（ａ）に示す光分割部材４１による分割角度θＬは、２．１度以上であってもよい。分割角度θＬとは、光分割部材４１により分割された５つの光Ｌ１それぞれの、伝搬方向に沿う中心軸同士がなす角度をいう。光分割部材４１として回折素子を用いた場合には、分割角度θＬは、回折素子による回折光の、伝搬方向に沿う中心軸同士がなす角度である回折角に対応する。
【0045】
ここで、規格であるＩＥＣ６０８２５－１では、レーザ光出射する機器から１００ｍｍ離れた位置において、直径７ｍｍの受光面を有するセンサにより検出した場合の光強度によってレーザ光に対する安全性を規定している。分割角度θＬを２．１度以上とすると、測距装置１００から１００ｍｍ離れた位置の直径７ｍｍの受光面内に、光分割部材４１により分割した５つの光Ｌ１のうち３つ以下が入射する状態になる。これにより、測距装置１００は、ＩＥＣ６０８２５－１の規定に準拠しやすくなる。
【0046】
人の目の瞳径および焦点距離に基づくと、５つの光Ｌ１のうちの同一直線上に並ぶ３つが並行して人の目に入射し得る角度は、±２．０度よりも小さい角度である。本実施形態では、光分割部材４１による分割角度θＬを２．１度以上とすることにより、５つの光Ｌ１のうちの同一直線上の３つ以上が並行して人の目に入射することを防止し、人の目に対する安全性を意味するアイセーフを実現できる。また、本実施形態では、２．１度以上において分割角度θＬをできるだけ小さくすることにより、アイセーフを実現しつつ、測距の空間分解能を向上させることができる。
【0047】
平面視における光分割部材４１の外形形状は、略円形に限らず、略矩形、略楕円形、略多角形等であってもよい。また、光分割部材４１の中央を透過する分割光Ｌ１１と、４つの対角方向に分割される分割光Ｌ１２～Ｌ１５が得られる構成を例示したが、光Ｌ０が分割される方向は対角方向に限定されず、適宜選択可能である。
【0048】
図３および図４に示すように、穴あきミラー６は、光分割部材４１と照射部１２０との間に配置される。穴あきミラー６は、光分割部材４１により分割された複数の光Ｌ１のそれぞれに由来する戻り光を反射するミラー面６２を含む。ミラー面６２には、光源３からの光Ｌ０を通過させる貫通孔６１が形成されている。穴あきミラー６は、金属、ガラス、樹脂等の材料を含んで構成される。ミラー面６２には、アルミニウム等の金属からなる反射膜が蒸着等により形成される。
【0049】
光源３からの光Ｌ０は、光分割部材４１により５つの光Ｌ１に分割され、穴あきミラー６の貫通孔６１を通過する。貫通孔６１を通過した５つの光Ｌ１は、照射部１２０により走査される。照射部１２０による５つの走査光Ｌ２に由来する５つの戻り光は、ミラー面６２により反射された後、第２レンズ７により集光され、５つの受光部８に入射する。
【0050】
図３および図６において、照射部１２０は、パルス状の光を照射する。パルス状の光は、第２時間差τｐｓに対応する期間に照射される光である。第２時間差τｐｓに対応する期間以外の期間には、照射部１２０から光が照射されない。パルス状の光が照射される期間であるという観点では、第２時間差τｐｓは、パルス時間幅と言い換えることもできる。
【0051】
照射部１２０は、回転反射体５と、回転ステージ１０と、を含む。照射部１２０は、第１方向および第１方向と交差する第２方向へ走査される５つの走査光Ｌ２を照射する。測距装置１００は、照射部１２０により走査光Ｌ２を照射することにより、広い範囲に存在する１以上の物体に対し、１以上の物体それぞれまでの距離を測定することができる。なお、照射部１２０は、回転反射体５に代えて揺動ミラー（往復ミラー）により、５つの光Ｌ１のそれぞれを走査してもよい。
【0052】
回転反射体５は、６つの光反射面５１を有する。回転反射体５は、回転により光反射面５１の角度を変化させることによって、５つの光Ｌ１のそれぞれを走査し、走査される５つの走査光Ｌ２を物体に照射する。
【0053】
図３では、図を簡素化するため、５つの光Ｌ１のうちの１つのみと、５つの走査光Ｌ２のうちの１つのみと、を表示している。また図３では、５つの走査光Ｌ２のうちの１つを、任意のタイミングに＋Ｙ方向側に照射される１つのレーザビームとして表示している。
【0054】
回転反射体５は、例えばポリゴンミラーである。第１軸Ａ１に沿う方向から視た回転反射体５の形状は略正六角形である。回転反射体５は、正六角形の各辺に対応する外周面に６つの光反射面５１を有する。回転反射体５は、アルミニウム等の金属材料で形成した略正六角柱状の部材の外周面を、切削または鏡面研磨することにより製作できる。但し、回転反射体５は、金属材料または樹脂材料等で形成された回転体の外周面にアルミニウム等を鏡面蒸着することにより製作されてもよい。
【0055】
光反射面５１の数は、６つに限定されず、１以上であればよい。光反射面５１の数に応じて、回転反射体５による光の走査角度範囲が異なる。例えば、光反射面５１の数が多いほど走査角度範囲は狭くなり、光反射面５１の数が少ないほど走査角度範囲は広くなる。光反射面５１の数は、要求される走査角度範囲に応じて適宜決定可能である。
【0056】
回転反射体５には、回転反射体５の中心軸と回転軸が略一致するように第１軸モータが取り付けられている。回転反射体５は、第１軸モータを駆動源にして第１軸Ａ１周りに回転する。５つの光Ｌ１は、第１軸Ａ１を中心にした円の円周方向に走査されるということもできる。回転反射体５の回転方向は一定である。例えば、回転反射体５は図３における第１軸回転方向Ａ１１に沿って連続回転する。但し、回転反射体５は、第１軸回転方向Ａ１１とは反対方向に連続回転してもよい。
【0057】
図３において、ある時刻における、測距装置１００の＋Ｙ方向側に物体が存在すると、５つの走査光Ｌ２が物体で反射または散乱された戻り光が測距装置１００に向けて－Ｙ方向側に戻される。戻り光は、再び回転反射体５の光反射面５１に入射し、光反射面５１により－Ｚ方向側に反射される。－Ｚ方向側に反射された戻り光のうち、穴あきミラー６のミラー面６２に入射した戻り光は、ミラー面６２により－Ｙ方向側に反射され、５つの受光部８に到達する。本明細書に示す例では、５つの光Ｌ１が反射される光反射面５１と戻り光が反射される光反射面５１は同じ面である。なお、図３の状態における時刻とは別の時刻における照射部１２０のＡ２軸周りの回転位置よび回転反射体５のＡ１周りの回転位置によっては、走査光Ｌ２が物体を照射する方向は、＋Ｙ方向に限らない。しかしながら、照射光が物体で反射されて測距装置１００に向けて戻され、光反射面５１に入射し、－Ｚ方向に反射される点は、図３の状態における時刻とは別の時刻においても同様である。
【0058】
５つの受光部８のそれぞれは、照射部１２０からの光が物体により反射または散乱された光であるパルス状の戻り光を受光し、該戻り光の光強度に応じた第１信号Ｓを出力する。光分割部材４１により分割された５つの光Ｌ１が照射され、この照射光の物体からの５つの戻り光が穴あきミラー６のミラー面６２により５つの受光部８に向けて反射される。５つの受光部８は、ミラー面６２により反射されたこの５つの戻り光を受光する。５つの受光部８は、照射部１２０から照射された５つの走査光Ｌ２に由来する戻り光に基づいて、５つの走査光Ｌ２それぞれの走査角度ごとでの第１信号Ｓを出力する。「走査角度ごと」は、「単位時間当たりに走査光が走査される角度ごと」を意味する。
【0059】
５つの受光部８は、受光部８１～受光部８５を含む。５つの受光部８は、５つの走査光Ｌ２それぞれの走査角度ごとでの第１信号Ｓを出力する。なお、受光部８の数は５つに限定されず、光分割部材４１による分割数に合わせて適宜変更可能である。
【0060】
受光部８１～受光部８５のそれぞれは、例えばＡＰＤ（Avalanche Photodiode：アバランシェフォトダイオード）である。ＡＰＤは、アバランシェ増倍と呼ばれる現象を利用して受光感度を向上させたフォトダイオードの一種である。但し、受光部８１～受光部８５のそれぞれは、フォトダイオード（Photodiode）や光電子増倍管等であってもよい。
【0061】
図６において、イケール９は、屈曲部を含み、回転反射体５を支持する。イケール９は、－Ｚ方向側の面が回転ステージ１０の載置面１０１に接触し、ネジ部材等により載置面１０１上に固定されている。イケール９は、基板９１を介し、底面に交差する＋Ｘ方向側の面に回転反射体５を支持する。イケール９の材質に特段の制限はないが、剛性を高く確保するために、金属等の高剛性の材料を含んで構成されることが好ましい。
【0062】
回転ステージ１０は、回転反射体５を支持しつつ、自身が回転可能である。回転ステージ１０は、イケール９を第２軸Ａ２周りに回転させることにより、回転反射体５を第２軸Ａ２周りに回転させる。回転反射体５による５つの走査光Ｌ２は、回転ステージ１０の回転によって、第２方向に走査される。５つの走査光Ｌ２は、第２軸Ａ２を中心にした円の円周方向に走査されるということもできる。
【0063】
回転ステージ１０は、台部１上において、保持部２が設けられた領域とは異なる領域に設けられている。従って回転ステージ１０が回転しても、保持部２、並びに保持部２が保持する光源３および５つの受光部８はそれぞれ不動であり、台部１に固定された状態が維持される。回転ステージ１０は、載置面１０１と、ベアリング１０２と、マグネット１０３と、モータコア１０４と、を有する。
【0064】
載置面１０１は、第２軸Ａ２に略直交し、第２軸Ａ２周りに回転可能な面である。載置面１０１はイケール９を載置する。ベアリング１０２は、載置面１０１の回転を滑らかにする部材である。ベアリング１０２には、ボールベアリングまたはクロスローラベアリング等を適用してもよい。
【0065】
マグネット１０３は永久磁石からなる。モータコア１０４はモータを構成するステータの鉄心に該当する部材である。マグネット１０３とモータコア１０４とを含んでモータが構成されている。電流に応じてマグネット１０３が回転することにより、ベアリング１０２を介して載置面１０１が回転する。
【0066】
回転ステージ１０の回転方向は、一定であり、例えば図３における第２軸回転方向Ａ２１に対応する。但し、回転ステージ１０は、第２軸回転方向Ａ２１とは反対方向に連続回転してもよい。
【0067】
測距装置１００は、光Ｌ０の光軸と第２軸Ａ２とが同軸になるように構成されている。光Ｌ０の光軸は、光Ｌ０の伝搬方向に沿う光Ｌ０の中心を通る軸を意味する。また同軸とは、複数の軸が略一致していることを意味する。
【0068】
走査光Ｌ２は、回転反射体５の回転により第１軸Ａ１と交差する方向に走査されるとともに、回転ステージ１０の回転により第２軸Ａ２と交差する方向に走査される。第２軸Ａ２と交差する方向は、例えば重力方向に略直交する水平方向である。第１軸Ａ１は、第２軸Ａ２に対して傾いて配置されればよい。
【0069】
測距装置１００は、光源３、回転反射体５、５つの受光部８、回転ステージ１０等の構成部の一部または全部を覆うための外装カバーを備えてもよい。外装カバーを備えると、測距装置１００の内部へのゴミや埃等の侵入を防ぎ、回転反射体５等にゴミや埃等が付着することを防止できる。また回転反射体５や回転ステージ１０が高速回転すると、回転に伴う風切り音が大きくなる場合がある。外装カバーを設けることにより音が周囲に伝わることを抑制できる。外装カバーの材質には、金属または樹脂材料等を適用可能である。
【0070】
一方、外装カバーを設けると、外装カバーにおける走査光Ｌ２が出射する出射窓以外の部分が走査光Ｌ２を遮るため、走査角度範囲が制限され、測距装置１００による物体２００の検出範囲または測距範囲が制限される場合がある。走査光Ｌ２の波長に対して光透過性を有する透明な樹脂材料で外装カバーを構成すると、このような走査角度範囲の制限を緩和できる。
【0071】
図７は、測距装置１００の構成を例示するブロック図である。なお、図７における実線で示した矢印は光の流れを示し、破線で示した矢印は電気信号の流れを示している。測距装置１００は、受発光部１１０と、出射窓１３０と、制御部１４０と、を有する。
【0072】
駆動制御部１５０により、回転反射体５および回転ステージ１０それぞれの回転を制御する。駆動制御部１５０は、第１軸モータ１５１と、第２軸モータ１５２と、同期検出部１５３と、回転制御部４０２と、給電部１５５と、を有する。駆動制御部１５０は、同期検出部１５３から出力される回転反射体５の回転周期に対応する同期信号Ｓｎに基づき、回転制御部４０２により、第２軸モータ１５２による回転を制御する。
【0073】
同期検出部１５３は、第１軸エンコーダ５３１と、周期光発光部５３２と、周期光受光部５３３と、を有する。同期検出部１５３は、第１軸エンコーダ５３１から出力される第１角度検出信号Ｅｎ１に基づいて周期光発光部５３２に発光させ、周期光発光部５３２からの光を受光した周期光受光部５３３により同期信号Ｓｎを出力させる。第１角度検出信号Ｅｎ１は、回転反射体５の回転角度の検出信号である。
【0074】
周期光発光部５３２は、ＬＥＤ等を含んで構成される。周期光発光部５３２は、第１角度検出信号Ｅｎ１に基づき、例えば第１軸エンコーダ５３１が回転反射体５の回転原点に対応する角度を検出したタイミングにパルス光Ｏｐを発する。
【0075】
周期光受光部５３３は、フォトダイオード（Photo Diode）等を含んで構成され、周期光発光部５３２により発生されたパルス光Ｏｐを受光したタイミングに、第２軸ドライバ基板１７３を介して同期信号Ｓｎを回転制御部４０２に出力する。
【0076】
給電部１５５は、発電コイル５５１と、給電コイル５５２と、を有する。給電部１５５は、電磁誘導により第１軸モータ１５１等に非接触で給電する。
【0077】
発電コイル５５１は、電磁誘導により逆起電力を発生し、第１軸モータ１５１、第１軸エンコーダ５３１および第１軸ドライバ基板１６３のそれぞれに給電可能なコイルである。給電コイル５５２は、発電コイル５５１に対向配置され、第２軸ドライバ基板１７３から流れる電流に応じて、電磁誘導により発電コイル５５１に逆起電力を発生させるコイルである。給電コイル５５２に電流を流すと、電磁誘導により非接触で発電コイル５５１に逆起電力が発生する。
【0078】
給電部１５５は、電磁誘導による非接触給電に限定されず、回転接点等により、外部から第１軸モータ１５１等に給電することもできる。回転接点とは、回転体に配置された金属製リングとブラシを介して、回転体に電気的に接続する構成をいう。
【0079】
基板９１には、回転反射体５、第１軸モータ１５１、第１軸エンコーダ５３１、第１軸ドライバ基板１６３、周期光発光部５３２および発電コイル５５１等が設けられている。回転ステージ１０には、第２軸モータ１５２、第２軸エンコーダ１７２、第２軸ドライバ基板１７３、周期光受光部５３３、給電コイル５５２等が設けられている。
【0080】
第１軸モータ１５１は、回転反射体５を第１軸Ａ１周りに回転させる。第１軸モータ１５１には、ＤＣ（Direct Current）モータまたはＡＣ（Alternating Current）モータ等を適用できる。
【0081】
第１軸エンコーダ５３１は、第１角度検出信号Ｅｎ１を出力する。第１軸エンコーダ５３１は、例えばロータリエンコーダである。
【0082】
第１軸ドライバ基板１６３は、第１軸モータ１５１に駆動信号を供給する電気回路等を含む基板である。第１軸ドライバ基板１６３は、第１角度検出信号Ｅｎ１に基づき、回転反射体５が所定の第１周波数（回転数）により回転するように制御できる。なお、第１周波数は、第１軸ドライバ基板１６３により制御されるため、回転制御部４０２の制御対象ではない。
【0083】
第１軸ドライバ基板１６３は、給電部１５５による給電が開始された場合に、第１軸モータ１５１により回転反射体５の回転を開始させ、給電部１５５による給電が停止された場合に、第１軸モータ１５１により回転反射体５の回転を停止させる。
【0084】
第２軸モータ１５２は、ＤＣモータ、ＡＣモータまたはステッピングモータ等の各種モータにより構成できる。第２軸エンコーダ１７２は、ロータリエンコーダ等により構成され、回転ステージ１０の回転角度を検出する。
【0085】
第２軸ドライバ基板１７３は、第２軸モータ１５２に駆動信号を供給する電気回路等を含む実装基板である。第２軸ドライバ基板１７３は、回転制御部４０２からの第２軸制御信号Ｄｒ２に基づき、回転ステージ１０を回転させる。また、第２軸ドライバ基板１７３は、第２軸エンコーダ１７２により検出された回転ステージ１０の第２角度検出信号Ｅｎ２を回転制御部４０２に出力する。
【0086】
回転制御部４０２は、第２角度検出信号Ｅｎ２に基づき、回転ステージ１０の回転を制御する。ここで、回転ステージ１０の回転数である第２周波数は、回転制御部４０２の制御対象である。
【0087】
受発光部１１０は、発光部基板１１１と、発光ブロック１１２と、穴あきミラー６と、支持部材６３と、受光ブロック１１３と、受光部基板１１４と、を含む。
【0088】
発光部基板１１１は、制御部１４０からの発光制御信号Ｄｒ１に応じて光源３を発光させる電気回路を含む実装基板である。
【0089】
発光ブロック１１２は、光源３と、発光部ホルダ３１と、第１レンズ４と、第１レンズホルダ４０と、を含む。発光部ホルダ３１は光源３を保持する部材である。第１レンズホルダ４０は第１レンズ４を保持する部材である。支持部材６３は、穴あきミラー６を保持する部材である。
【0090】
受光ブロック１１３は、第２レンズ７と、第２レンズホルダ７１と、５つの受光部８と、受光部ホルダ８０と、を含む。第２レンズホルダ７１は第２レンズ７を保持する部材である。受光部ホルダ８０は５つの受光部８を保持する部材である。
【0091】
受光部基板１１４は、５つの受光部８から得られる第１信号Ｓに所定の処理を実行した後の第２信号Ｕを制御部１４０に出力する電気回路を含む実装基板である。第１信号Ｓは、例えば受光部８が受光した光強度に応じた電気信号である。受光部基板１１４は、第１信号Ｓに所定の処理を実行することにより、第１信号Ｓから後段の制御部１４０によるデータ処理が可能な第２信号Ｕを得ることができる。
【0092】
制御部１４０は、測距装置１００全体の動作を制御する。本実施形態では、制御部１４０は、第１信号Ｓおよび第２信号Ｕの少なくとも一方から得られる第１時間差Δｔと第２時間差τｐｓとに基づいて、物体２００までの距離に関する情報を出力する。
【0093】
制御部１４０は、電気回路または電子回路等を有する制御回路基板を含む。制御部１４０は、例えば背面パネル２２等に設置される。この制御回路基板は、回転反射体５および回転ステージ１０が回転しても動かない。
【0094】
制御部１４０は、受発光部１１０および照射部１２０のそれぞれに電気的に接続しており、信号およびデータを相互に送受可能である。また制御部１４０は、サービスロボットを制御可能な外部装置３００に通信可能に接続している。本実施形態では、回転制御部４０２は、制御部１４０内に設けられているが、制御部１４０の外部に設けられていてもよい。
【0095】
制御部１４０は、例えば外部装置３００からの測距制御信号Ｃｔに応じて発光制御信号Ｄｒ１を出力し、発光部基板１１１に実装された光源３を発光させる。５つの光Ｌ１それぞれが走査される５つの走査光Ｌ２は、出射窓１３０を透過して、測距装置１００から外部に向けて照射される。
【0096】
出射窓１３０は、光Ｌ０の波長に対して光透過性を有するガラス材料または樹脂材料を含んで構成されている。出射窓１３０は、測距装置１００が装置全体を覆う不透明な外装カバーを備える場合に、走査光Ｌ２を透過して出射させる窓として機能する。
【0097】
走査光Ｌ２が物体２００により反射または散乱された５つの戻り光Ｒは、出射窓１３０を透過して回転反射体５の光反射面５１に入射する。５つの戻り光Ｒは、光反射面５１により反射され、穴あきミラー６のミラー面により５つの受光部８に向けて反射される。
【0098】
５つの戻り光Ｒは、第２レンズ７により集光されながら５つの受光部８にそれぞれ入射する。５つの受光部８は、５つの戻り光Ｒに基づいて、５つの走査光Ｌ２の走査角度ごとでの第１信号Ｓを出力する。受光部基板１１４は、５つの受光部８から入力した５つの第１信号Ｓに所定の処理を実行した後の第２信号Ｕを制御部１４０に出力する。
【0099】
測距装置１００は、例えば、サービスロボットが搭載するバッテリから供給される電力により駆動される。但し、測距装置１００は、測距装置１００自身が搭載するバッテリから電力供給されてもよい。またサービスロボットの動作範囲が広くない場合等には、商用電源からケーブルを用いて給電されるようにしてもよい。
【0100】
【0101】
図８に示すように、回転ステージ１０は、回転可能な回転部１０ａと、回転しない固定部１０ｂと、を含んで構成される。周期光発光部５３２は、回転部１０ａにおける載置面１０１に設けられた発光基板５３２ａに実装される。周期光受光部５３３は、固定部１０ｂに設けられた受光基板５３３ａに実装される。
【0102】
周期光発光部５３２は、発光基板５３２ａに入力される第１角度検出信号Ｅｎ１に応じて、周期光発光部５３２に対向配置された周期光受光部５３３に向けてパルス光Ｏｐを発する。周期光受光部５３３によるパルス光Ｏｐの受光信号は、受光基板５３３ａにより二値信号に変換され、同期信号Ｓｎとして回転制御部４０２に出力される。
【0103】
（制御部１４０のハードウェア構成例）
図９は、制御部１４０のハードウェア構成を例示するブロック図である。なお、図９において、破線のブロックで示した構成部は、アナログ電気回路を含むＰＷＢ（Printed Wired Board）を表している。
図９は、制御部１４０のハードウェア構成を例示するブロック図である。なお、図９において、破線のブロックで示した構成部は、アナログ電気回路を含むＰＷＢ（Printed Wired Board）を表している。
【0104】
図９に示すように、制御部１４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４１と、Ｄｉｇｉｐｏｔ（Digital potentiometer）１４２と、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）１４３と、電力生成回路１４４と、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｔｘ１４５と、回転角検出回路１４６と、メモリ１４７と、を有する。これらは、システムバスを介して相互に通信可能に接続している。
【0105】
ＣＰＵ１４１は、測距装置１００全体の動作を制御するプロセッサである。ＣＰＵ１４１は、Ｄｉｇｉｐｏｔ１４２を介して、受光部基板１１４へのバイアス電圧供給と、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）１１５への電力供給と、をそれぞれ制御する。ＣＰＵ１４１は、発光部基板１１１から入力されるＡＰＣ（Automatic Power Control）信号ＡＰＣ Ｓｉｇ．に基づいて制御信号Ｓ／Ｈ／Ｒｅｓｅｔを、ＦＰＧＡ１４３を介して発光部基板１１１に出力する。ＣＰＵ１４１は、制御信号Ｓ／Ｈ／Ｒｅｓｅｔを出力することで、発光部基板１１１に実装された光源３の発光を制御する。
【0106】
Ｄｉｇｉｐｏｔ１４２は、デジタル制御のポテンショメータである。
【0107】
ＦＰＧＡ１４３は、主に、受光部基板１１４から入力される５つの第２信号Ｕに基づき、物体までの距離情報を演算により取得する。また、ＦＰＧＡ１４３は、制御信号ＦＩＲＥをＰＬＤ１１５に出力することにより、ＰＬＤ１１５の動作を制御できる。
【0108】
電力生成回路１４４は、外部電源からＰＯＷＥＲ Ｉ／Ｆ（Interface）３０１を介して入力される電力から発電コイル５５１に供給するための一次電力を生成する電気回路である。電力生成回路１４４により生成された一次電力は、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｔｘ１４５を介して発電コイル５５１に供給される。
【0109】
Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｔｘ１４５は、発電コイル５５１に一次電力を無線供給する送信器である。Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｔｘ１４５から供給される一次電力に応じて発電コイル５５１および給電コイル５５２で発生される電力は、受信器であるＷｉｒｅｌｅｓｓ Ｔｘ１４５を介して第１軸モータ１５１に供給される。
【0110】
回転角検出回路１４６は、第１軸エンコーダ５３１から出力される第１角度検出信号Ｅｎ１から第１軸モータ１５１の回転角度を検出する。また回転角検出回路１４６は、第２軸エンコーダ１７２から出力される第２角度検出信号Ｅｎ２から第２軸モータ１５２の回転角度を検出する。
【0111】
メモリ１４７は、ＲＯＭ（Read Only Memor）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の不揮発性メモリ、またはＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリを含む。メモリ１４７は、プログラム、データ等を格納できる。
【0112】
（受光部基板１１４のハードウェア構成例）
図１０は、受光部基板１１４のハードウェア構成を例示するブロック図である。受光部基板１１４には、受光部８と、処理回路４１１と、温度センサ４１２と、が実装されている。
図１０は、受光部基板１１４のハードウェア構成を例示するブロック図である。受光部基板１１４には、受光部８と、処理回路４１１と、温度センサ４１２と、が実装されている。
【0113】
受光部８には、電力生成回路１４４から駆動電圧が供給される。電力生成回路１４４は、ＤＣＤＣ（Direct Current to Direct Current）ブーストコンバータ４４１と、Ｄｉｇｉｐｏｔ４４２と、を含む。電力生成回路１４４は、外部電源から供給される例えば１２Ｖの直流電圧をＤＣＤＣブーストコンバータ４４１により所定の直流電圧に変換し、Ｄｉｇｉｐｏｔ４４２を介して受光部８に供給する。
【0114】
処理回路４１１は、過負荷回復機能を有し、受光部８からの第１信号Ｓに所定の処理を実行した後の第２信号Ｕを出力する電気回路である。但し、処理回路４１１は、必ずしも過負荷回復機能を有さなくても、本実施形態の効果を得ることができる。処理回路４１１は、Ｔ／Ｉアンプ（Transimpedance Amplifier）８１１と、ゲインアンプ８１２と、コンパレータ８１３と、を含む。
【0115】
Ｔ／Ｉアンプ８１１は、受光部８が受光した戻り光の光強度に応じた電流信号である第１信号Ｓを電圧信号に変換し、ゲインアンプ８１２に出力する。ゲインアンプ８１２は、Ｔ／Ｉアンプ８１１から入力される電圧信号を所定の電圧に増幅し、コンパレータ８１３に出力する。コンパレータ８１３は、ゲインアンプ８１２から入力される電圧信号を閾値ｔｈと比較することで二値化処理し、二値化処理結果に対応する第２信号ＵをＦＰＧＡ１４３に出力する。Ｔ／Ｉアンプ８１１、ゲインアンプ８１２およびコンパレータ８１３それぞれにより実行される処理、並びにこれらの２以上の組合せにより実行される処理は、第１信号Ｓから第２信号Ｕを得るための所定の処理に対応する。但し、所定の処理は、これらに限定されるものではなく、Ｔ／Ｉアンプ８１１、ゲインアンプ８１２およびコンパレータ８１３による処理以外の処理が追加または置換されてもよい。
【0116】
温度センサ４１２は、受光部基板１１４上の温度を検出し、検出値をＦＰＧＡ１４３に出力する。温度センサ４１２による温度の検出値は、測距装置１００による測距結果の補正等に用いられる。
【0117】
ＦＰＧＡ１４３は、ＴＤＣ（Time-to-Digital Converter）コントローラ４３１を含む。ＴＤＣコントローラ４３１は、第２信号Ｕを受光時刻に関するデジタル信号に変換する電気回路を含む。ＦＰＧＡ１４３は、ＴＤＣコントローラ４３１による第２信号Ｕの変換値と、照射部１２０による走査光Ｌ２の照射時刻に関する照射信号Ｍと、ＴＤＣコントローラ４３１から入力される受光時刻に関するデジタル信号と、を用いて、物体までの距離情報を演算により取得できる。
【0118】
（制御部１４０の機能構成例）
図１１は、制御部１４０の機能構成の一例を説明するブロック図である。制御部１４０は、可変部４０１と、回転制御部４０２と、発光制御部４０３と、距離情報取得部４０４と、補正部４０５と、格納部４０６と、出力部４０７と、を有する。回転制御部４０２は、第１軸回転制御部４２１と、第２軸回転制御部４２２と、停止制御部４２３と、を有する。
図１１は、制御部１４０の機能構成の一例を説明するブロック図である。制御部１４０は、可変部４０１と、回転制御部４０２と、発光制御部４０３と、距離情報取得部４０４と、補正部４０５と、格納部４０６と、出力部４０７と、を有する。回転制御部４０２は、第１軸回転制御部４２１と、第２軸回転制御部４２２と、停止制御部４２３と、を有する。
【0119】
可変部４０１、回転制御部４０２、発光制御部４０３、距離情報取得部４０４、補正部４０５および出力部４０７の各機能は、図９に示したＦＰＧＡ１４３等により実現される。あるいは、これら各機能の少なくとも一部は、図９に示したＣＰＵ１４１がメモリ１４７に格納されたプログラムに規定された処理を実行することにより実現されてもよい。また、これら各機能の少なくとも一部は、複数の回路または複数のソフトウェアによって実現されてもよい。これら各機能の少なくとも一部は、外部装置３００等の制御部１４０以外の構成部により実現されてもよいし、制御部１４０と制御部１４０以外の構成部との分散処理により実現されてもよい。格納部４０６の機能は、図９に示したメモリ１４７等により実現される。
【0120】
可変部４０１は、以下の式（１）および式（２）における定数αを変更することにより、回転ステージ１０の第２周波数ｆｈを変化させる。
ｆｈ＝Ｍ×ｆｖ／（Ｎ＋α） ・・・（１）
０＜｜α｜＜１ ・・・（２）
ｆｈ＝Ｍ×ｆｖ／（Ｎ＋α） ・・・（１）
０＜｜α｜＜１ ・・・（２）
【0121】
式（１）において、Ｎは、回転ステージ１０の１回転中に第１軸Ａ１と交差する方向に走査される５つの走査光Ｌ２によって形成される走査線の数を表す。ｆｖは第１周波数を表す。Ｍは、回転反射体５の一回転周期中に、第１方向に走査される５つの走査光Ｌ２によって形成される走査線の数を表す。ｍ面の回転反射体５であればＭ＝ｍである。回転反射体５に代えて揺動ミラー（往復ミラー）を用いる場合にはＭ＝２となる。
【0122】
可変部４０１は、測距装置１００に設けられた操作部等の外部からの設定入力情報Ｓｅに応じて定数αを変更することができる。
【0123】
第１軸回転制御部４２１は、給電部１５５に給電制御信号Ｓｔを出力し、給電部１５５から第１軸モータ１５１への給電を開始させることにより、第１軸モータ１５１に回転を開始させる。また第１軸回転制御部４２１は、給電部１５５に給電制御信号Ｓｔを出力し、給電部１５５から第１軸モータ１５１への給電を停止させることにより、第１軸モータ１５１に回転を停止させる。第１軸回転制御部４２１は、第１軸モータ１５１の回転の開始および停止のみを制御し、第１軸モータ１５１の回転速度等の制御は行わない。
【0124】
第２軸回転制御部４２２は、同期検出部１５３からの同期信号Ｓｎと、第２軸エンコーダ１７２からの第２角度検出信号Ｅｎ２と、に基づき、第２軸ドライバ基板１７３を用いて回転ステージ１０の回転を制御する。
【0125】
停止制御部４２３は、同期検出部１５３から所定期間、同期信号Ｓｎが出力されない場合に、第２軸モータ１５２による回転ステージ１０の回転を停止させる。
【0126】
発光制御部４０３は、発光部基板１１１を用いて光源３に発光制御信号Ｄｒ１を出力することにより、光源３の発光を制御する。また発光制御部４０３は、光源３が発光し、照射部１２０が走査光Ｌ２を照射した時刻に対応する照射信号Ｍを、補正部４０５および距離情報取得部４０４のそれぞれに出力する。
【0127】
距離情報取得部４０４は、５つの受光部８により受光される５つの戻り光Ｒから得られる５つの第２信号Ｕに基づいて、物体２００との間の距離に関する情報である５つの距離情報Ｄｔを演算により取得する。具体的には、距離情報取得部４０４は、光源３により光Ｌ０が発せられた照射信号Ｍを発光制御部４０３から入力し、この照射信号Ｍから照射時刻ｔ０を取得する。また距離情報取得部４０４は、受光部基板１１４から入力した５つの第２信号Ｕから５つの第１の時刻ｔ１を取得する。距離情報取得部４０４は、照射時刻ｔ０と第１の時刻ｔ１を用いて５つの第１時間差Δｔを演算により取得する。距離情報取得部４０４は、以下の式（３）を演算することによって５つの距離情報Ｄｂを取得できる。
Ｄｂ（ｎ）＝ｃ×Δｔ（ｎ）／２ ・・・（３）
Ｄｂ（ｎ）＝ｃ×Δｔ（ｎ）／２ ・・・（３）
【0128】
（３）式において、ｎは、分割光Ｌ１１～Ｌ１５それぞれに対応する自然数である。例えば、Ｄｂ（１）は分割光Ｌ１１に基づき得られる距離情報、Ｄｂ（２）は分割光Ｌ１２に基づき得られる距離情報、Ｄｂ（３）は分割光Ｌ１３に基づき得られる距離情報、Ｄｂ（４）は分割光Ｌ１４に基づき得られる距離情報、Ｄｂ（５）は分割光Ｌ１５に基づき得られる距離情報である。ｃは光速（約３×１０８ｍ／ｓ）を表す。第１時間差Δｔ（ｎ）は、分割光Ｌ１１～Ｌ１５それぞれに対応する第１時間差を表している。
【0129】
分割光Ｌ１１～Ｌ１５は、光源３から同時に発せられた光Ｌ０を分割したものであるため、照射時刻ｔ０はいずれも等しい。一方、分割光Ｌ１１～Ｌ１５に基づく５つの戻り光Ｒそれぞれの第１の時刻ｔ１は異なる。距離情報取得部４０４は、分割光Ｌ１１～Ｌ１５それぞれに基づく距離情報Ｄｂを並行して演算により取得できる。距離情報取得部４０４は、５つの距離情報Ｄｂを補正部４０５に出力する。
【0130】
格納部４０６は、対応情報４０８を格納する。対応情報４０８は、図２に示した第１時間差Δｔに基づいて得られる物体までの距離の測定誤差ΔＬと、図２に示した第２時間差τｐｓと、の関係に関する予め定められた情報である。
【0131】
補正部４０５は、格納部４０６に格納された対応情報４０８に基づいて、物体までの距離の測定誤差ΔＬを補正する。例えば、補正部４０５は、受光部基板１１４から入力した５つの第２信号Ｕに基づいて取得される第１の時刻ｔ１と第２の時刻ｔ２の差分を計算することで、５つの第２時間差τｐｓを取得する。第２の時刻ｔ２は、処理回路４１１の過負荷回復時間に応じて得られるため、補正部４０５は、処理回路４１１の過負荷回復時間に基づいて、第２時間差τｐｓに関する情報を取得できる。
【0132】
補正部４０５は、取得した５つの第２時間差τｐｓのそれぞれに基づき、対応情報４０８を参照して、５つの距離情報Ｄｂそれぞれの測定誤差ΔＬを取得する。補正部４０５は、５つの測定誤差ΔＬを、対応する距離情報Ｄｂから引き算することで、補正後の５つの距離情報Ｄｔを取得する。
【0133】
出力部４０７は、補正部４０５により取得された補正後の距離情報Ｄｔを外部装置３００に出力する。
【0134】
＜制御部１４０による処理例＞
図１２は、制御部１４０による処理の一例を示すフローチャートである。制御部１４０は、測距装置１００に電源が投入され、測距装置１００が起動したタイミングで図１２の処理を開始する。
図１２は、制御部１４０による処理の一例を示すフローチャートである。制御部１４０は、測距装置１００に電源が投入され、測距装置１００が起動したタイミングで図１２の処理を開始する。
【0135】
まず、ステップＳ１２１において、制御部１４０は、可変部４０１により走査線間隔またはリフレッシュレートを変更するか否かを判定する。例えば可変部４０１は、測距装置１００の操作部を用いた測距装置１００の操作者による設定入力に基づき、走査線間隔またはリフレッシュレートを変更するか否かを判定できる。
【0136】
ステップＳ１２１において、変更しないと判定された場合には（ステップＳ１２１、ＮＯ）、制御部１４０は、ステップＳ１２４に処理を移行する。一方、変更すると判定された場合には（ステップＳ１２１、ＹＥＳ）、制御部１４０は、ステップＳ１２２において、可変部４０１により、設定入力情報Ｓｅを受け付ける。
【0137】
続いて、ステップＳ１２３において、制御部１４０は、可変部４０１により設定入力情報Ｓｅに応じて定数αを変更する。これにより、上記（１）式に応じて、第２周波数ｆｈが変化し、走査線間隔およびリフレッシュレートが変更される。
【0138】
続いて、ステップＳ１２４において、制御部１４０は、第１軸回転制御部４２１により、給電部１５５から第１軸モータ１５１への給電を開始する。第１軸モータ１５１は、給電部１５５による給電開始に応じて回転を開始することにより、回転反射体５の回転を開始させる。
【0139】
続いて、ステップＳ１２５において、制御部１４０は、第２軸回転制御部４２２により、同期検出部１５３からの同期信号Ｓｎと、第２軸エンコーダ１７２からの第２角度検出信号Ｅｎ２と、に基づき、回転ステージ１０の回転を開始させる。以降、回転ステージ１０は、第２軸回転制御部４２２による制御下において回転を続ける。
【0140】
続いて、ステップＳ１２６において、制御部１４０は、発光制御部４０３により、光源３に発光制御信号Ｄｒ１を出力することによって、光源３に光Ｌ０を発光させる。
【0141】
続いて、ステップＳ１２７において、制御部１４０は、受光部基板１１４から出力される５つの第２信号Ｕを入力する。
【0142】
続いて、ステップＳ１２８において、制御部１４０は、距離情報取得部４０４により、光源３により光Ｌ０が発せられた照射信号Ｍを発光制御部４０３から入力し、照射信号Ｍから照射時刻ｔ０を取得する。また制御部１４０は、距離情報取得部４０４により、受光部基板１１４から入力した５つの第２信号Ｕから５つの第１の時刻ｔ１を取得する。距離情報取得部４０４は、照射時刻ｔ０と第１の時刻ｔ１を用いて５つの第１時間差Δｔを演算により取得する。
【0143】
続いて、ステップＳ１２９において、制御部１４０は、距離情報取得部４０４により、５つの第１時間差Δｔを用いて上記の式（３）を演算することによって、５つの補正前の距離情報Ｄｂを取得する。
【0144】
続いて、ステップＳ１３０において、制御部１４０は、補正部４０５により、受光部基板１１４から入力した５つの第２信号Ｕに基づいて取得される第１の時刻ｔ１と第２の時刻ｔ２の差分を計算することで、５つの第２時間差τｐｓを取得する。
【0145】
続いて、ステップＳ１３１において、制御部１４０は、補正部４０５により、５つの第２時間差τｐｓのそれぞれに基づき、対応情報４０８を参照して、第１時間差Δｔに基づいて得られる５つの距離情報Ｄｂそれぞれの測定誤差ΔＬを取得する。
【0146】
続いて、ステップＳ１３２において、制御部１４０は、補正部４０５により、５つの測定誤差ΔＬを、対応する距離情報Ｄｂから引き算することで、補正後の５つの距離情報Ｄｔを取得する。
【0147】
なお、ステップＳ１２８およびステップＳ１２９の処理と、ステップＳ１３０およびステップＳ１３１の処理は、適宜順番を変更してもよい。また、ステップＳ１２８およびステップＳ１２９の処理と、ステップＳ１３０およびステップＳ１３１の処理が、並行に行われてもよい。
【0148】
続いて、ステップＳ１３３において、制御部１４０は、出力部４０７により、補正部４０５により取得された補正後の距離情報Ｄｔを外部装置３００に出力する。
【0149】
続いて、ステップＳ１３４において、制御部１４０は、停止制御部４２３により、同期検出部１５３からの同期信号Ｓｎが出力されない期間が所定の期間閾値以下であるか否かを判定する。
【0150】
ステップＳ１３４において、期間閾値以下ではないと判定された場合には（ステップＳ１３４、ＮＯ）、制御部１４０は、ステップＳ１３６に処理を移行する。一方、期間閾値以下であると判定された場合には（ステップＳ１３４、ＹＥＳ）、制御部１４０は、ステップＳ１３５において、測距装置１００による測距を終了するか否かを判定する。例えば、制御部１４０は、測距装置１００の操作部を用いた操作者の操作入力に基づき測距を終了するか否かを判定できる。
【0151】
ステップＳ１３５において、終了しないと判定した場合には（ステップＳ１３５、ＮＯ）、制御部１４０は、ステップＳ１２６以降の処理を再度行う。一方、終了すると判定した場合には（ステップＳ１３５、ＹＥＳ）、制御部１４０は、ステップＳ１３６において、第２軸回転制御部４２２により回転ステージ１０の回転を停止させるとともに、発光制御部４０３により光源３の発光を停止させる。
【0152】
続いて、ステップＳ１３７において、制御部１４０は、第１軸回転制御部４２１により、給電部１５５から第１軸モータ１５１への給電を停止させることにより、第１軸モータ１５１に回転を停止させる。第１軸モータ１５１は、給電部１５５による給電停止に応答して回転を停止し、回転反射体５の回転を停止させる。
【0153】
以上のようにして、制御部１４０は、測距装置１００を制御し、測距処理を行うことができる。
【0154】
＜測定データ例＞
図１３は、第２時間差τｐｓと測距装置１００による物体までの距離の測定誤差ΔＬとの関係の一例を示す図である。図１３に示す第２時間差τｐｓと測距装置１００による距離の測定誤差ΔＬとの関係は、図１１で示した対応情報４０８の一例に対応する。
図１３は、第２時間差τｐｓと測距装置１００による物体までの距離の測定誤差ΔＬとの関係の一例を示す図である。図１３に示す第２時間差τｐｓと測距装置１００による距離の測定誤差ΔＬとの関係は、図１１で示した対応情報４０８の一例に対応する。
【0155】
本実施形態では、対応情報４０８は、測定誤差ΔＬと第２時間差τｐｓとの関係を表す数式を含んでもよい。また本実施形態では、上記数式は、第２時間差τｐｓの予め定められた複数の範囲ごとで異なってもよい。また本実施形態では、上記数式は、対数関数を含んでもよい。
【0156】
図１３において、範囲Ｒａ１は、第２時間差τｐｓ０以上第２時間差τｐｓ１未満の範囲を表している。範囲Ｒａ２は、第２時間差τｐｓ１以上第２時間差τｐｓ２未満の範囲を表している。対応情報４０８１は、範囲Ｒａ１における第２時間差τｐｓと測定誤差ΔＬとの関係に関する情報である。対応情報４０８２は、範囲Ｒａ２における第２時間差τｐｓと測定誤差ΔＬとの関係に関する情報である。範囲Ｒａ１および範囲Ｒａ２からなる２つの範囲は、第２時間差τｐｓの予め定められた複数の範囲の一例である。対応情報４０８１および対応情報４０８２は、第２時間差τｐｓの予め定められた複数の範囲ごとで異なる対応情報の一例である。但し、上記の複数の範囲は２つに限らず、３以上であってもよい。対応情報４０８の数も２つに限らず、複数の範囲の数に応じて増減可能である。
【0157】
近似グラフＡｐ１は、測定誤差ΔＬ１１を対数関数で近似した数式に対応するグラフである。近似グラフＡｐ２は、測定誤差ΔＬ１２を対数関数で近似した数式に対応するグラフである。
【0158】
近似グラフＡｐ１に対応する数式は、例えば、対数関数を用いた次の式（４）により表すことができる。なお、ここでの対数関数は、自然対数関数である。
ΔＬ１＝－α１×ｌｏｇ（τｐｓ１）＋β１ ・・・（４）
ΔＬ１＝－α１×ｌｏｇ（τｐｓ１）＋β１ ・・・（４）
【0159】
近似グラフＡｐ２に対応する数式は、例えば、対数関数を用いた次の式（５）により表すことができる。なお、ここでの対数関数は、自然対数関数である
ΔＬ２＝－α２×ｌｏｇ（τｐｓ２）＋β２ ・・・（５）
ΔＬ２＝－α２×ｌｏｇ（τｐｓ２）＋β２ ・・・（５）
【0160】
図１１に示した補正部４０５は、第２時間差τｐｓが範囲Ｒａ１内にある場合には、式（４）に第２時間差τｐｓ１を代入し、式（４）を計算することで測定誤差ΔＬ１を取得する。補正部４０５は、距離情報Ｄｂから測定誤差ΔＬ１を引き算することで、補正後の距離情報Ｄｔを取得できる。また、補正部４０５は、第２時間差τｐｓが範囲Ｒａ２内にある場合には、式（５）に第２時間差τｐｓ２を代入し、式（５）を計算することで測定誤差ΔＬ２を取得する。補正部４０５は、距離情報Ｄｂから測定誤差ΔＬ２を引き算することで、補正後の距離情報Ｄｔを取得できる。
【0161】
対応情報４０８が測定誤差ΔＬと第２時間差τｐｓとの関係を表す数式を含むと、測定誤差ΔＬと第２時間差τｐｓとの関係を表す全てのデータ（例えば図１３に示すグラフにおける全プロットに対応するデータ）を格納部４０６に格納せず、数式のみを格納すればよい。これにより、格納部４０６における記憶容量を低減することができる。
【0162】
一方で、対応情報４０８に数式を用いると、第２時間差τｐｓの範囲の広さに応じて、数式における近似誤差が増大する場合がある。例えば第２時間差τｐｓの範囲を複数に分けた範囲ごとで、測定誤差ΔＬと第２時間差τｐｓとの関係が大きく異なる場合には、第２時間差τｐｓの範囲全体における測定誤差ΔＬと第２時間差τｐｓとの関係を１つの数式で近似すると、近似誤差が大きくなる場合がある。これに対し、本実施形態では、第２時間差τｐｓの予め定められた複数の範囲ごとで、測定誤差ΔＬと第２時間差τｐｓとの関係を表す数式を異ならせる。これにより、本実施形態では、近似誤差を低減し、測距装置１００による測定誤差を低減することができる。
【0163】
また、対応情報４０８が数式を含む場合、多項式を用いると係数の数が多くなるため、格納部４０６における記憶容量が増大したり、数式による測定誤差ΔＬの演算処理の負荷が増大したりする場合がある。一方、項数の少ない数式を用いると近似誤差が大きくなり、測定誤差が増大する場合がある。これに対し、本実施形態では、測定誤差ΔＬと第２時間差τｐｓとの関係を表す数式に対数関数を用いる。測定誤差ΔＬと第２時間差τｐｓの間には凡そ対数関数で表される関係があるため、項数の少ない対数関数の数式を用いることで、近似誤差を低減できる。特に、第２時間差τｐｓを分けた複数の範囲ごとで異なる対数関数を用いると、近似誤差を低減できるため、より好適である。
【0164】
図１４は、戻り光の光強度に応じた測定誤差Δの一例を示す図である。図１４は、測定誤差Δの実測値を示している。図１４において、測定誤差ΔＬ１１、測定誤差ΔＬ１２および測定誤差ΔＬ１３は、戻り光の光強度に応じた測定誤差ΔＬを示している。測定誤差ΔＬ１２における戻り光の光強度は、測定誤差ΔＬ１１における戻り光の光強度よりも小さい。測定誤差ΔＬ１３における戻り光の光強度は、測定誤差ΔＬ１２における戻り光の光強度よりも小さい。図１４に示すように、戻り光の光強度が小さいほど、測定誤差ΔＬは大きくなる。また、測定される距離Ｌが長くなるほど、測定誤差ΔＬは大きくなる。図１４に示す例では、測定誤差ΔＬ１１、測定誤差ΔＬ１２および測定誤差ΔＬ１３とも、所定の公差Ｔｏの範囲を超えている。
【0165】
図１５は、測距装置１００による測定誤差ΔＬの補正結果の一例を示す図である。図１５は、測定誤差Δの実測値を示している。図１５において、測定誤差ΔＬ２１、測定誤差ΔＬ２２および測定誤差ΔＬ２３は、戻り光の光強度に応じた測定誤差ΔＬを示している。測定誤差ΔＬ２２における戻り光の光強度は、測定誤差ΔＬ２１における戻り光の光強度よりも小さい。測定誤差ΔＬ２３における戻り光の光強度は、測定誤差ΔＬ２２における戻り光の光強度よりも小さい。また、測定誤差ΔＬ２１における戻り光の光強度は、図１４における測定誤差ΔＬ１１における戻り光の光強度とほぼ等しい。測定誤差ΔＬ２２における戻り光の光強度は、図１４における測定誤差ΔＬ１２における戻り光の光強度とほぼ等しい。測定誤差ΔＬ２３における戻り光の光強度は、図１４における測定誤差ΔＬ１３における戻り光の光強度とほぼ等しい。
【0166】
図１５に示すように、戻り光の光強度にほぼ依存せず、また測定される距離Ｌの長さにほぼ依存せず、測定誤差ΔＬが補正されて小さくなっている。図１５に示す例では、測定誤差ΔＬ２１、測定誤差ΔＬ２２および測定誤差ΔＬ２３とも、所定の公差Ｔｏの範囲内に収まっている。
【0167】
以上のように、測距装置１００は、測距誤差ΔＬを低減し、測距を行うことができる。換言すると、本実施形態では、測距精度に優れた測距装置１００を提供することができる。
【0168】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形または変更が可能である。
【0169】
測距装置１００は、光分割部材４１により分割された５つの光Ｌ１を必ずしも用いなくてもよく、分割されていない１つの光を照射する構成においても、上述した作用効果とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
【0170】
実施形態の説明で用いた序数、数量等の数字は、全て本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係をこれに限定するものではない。
【0171】
実施形態に係る測距装置および測距システムは、サービスロボットに限らず、自動車、飛行体等の移動体に搭載され、移動体の周囲に存在する物体を認識する用途等において使用可能である。
【0172】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 光を照射する照射部と、前記照射部からの光が物体により反射または散乱された光である戻り光を受光し、前記戻り光の光強度に応じた第１信号を出力する受光部と、前記受光部からの前記第１信号に所定の処理を実行した後の第２信号を出力する処理回路と、前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一方から得られる第１時間差と第２時間差とに基づいて、前記物体までの距離に関する情報を出力する制御部と、を有し、前記第１時間差は、前記第２信号の立上りにおいて前記第２信号の強度が閾値に到達する第１の時刻と、前記照射部による前記光の照射時刻と、の時間差であり、前記第２時間差は、前記第１の時刻と、前記第２信号の立下りにおいて前記第２信号の強度が前記閾値に到達する第２の時刻と、の時間差である、測距装置である。
＜２＞ 前記制御部は、前記戻り光の光強度の差に応じた前記第１時間差に基づく測距値の差を、前記第２時間差を用いて補正することにより得られた前記物体までの距離に関する情報を出力する、前記＜１＞に記載の測距装置である。
＜３＞ 前記制御部は、前記処理回路の過負荷回復時間に基づき、前記第２時間差に関する情報を取得する、前記＜１＞または前記＜２＞に記載の測距装置である。
＜４＞ 前記制御部は、前記第１時間差に基づいて得られる前記物体までの距離の測定誤差と、前記第２時間差と、の関係に関する予め定められた対応情報に基づいて、前記物体までの距離の測定誤差を補正する、前記＜１＞から前記＜３＞のいずれか１つに記載の測距装置である。
＜５＞ 前記対応情報は、前記物体までの距離の測定誤差と、前記第２時間差と、の関係を表す数式を含む、前記＜４＞に記載の測距装置である。
＜６＞ 前記数式は、前記第２時間差の予め定められた複数の範囲ごとで異なる、前記＜５＞に記載の測距装置である。
＜７＞ 前記数式は、対数関数を含む、前記＜６＞に記載の測距装置である。
＜１＞ 光を照射する照射部と、前記照射部からの光が物体により反射または散乱された光である戻り光を受光し、前記戻り光の光強度に応じた第１信号を出力する受光部と、前記受光部からの前記第１信号に所定の処理を実行した後の第２信号を出力する処理回路と、前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一方から得られる第１時間差と第２時間差とに基づいて、前記物体までの距離に関する情報を出力する制御部と、を有し、前記第１時間差は、前記第２信号の立上りにおいて前記第２信号の強度が閾値に到達する第１の時刻と、前記照射部による前記光の照射時刻と、の時間差であり、前記第２時間差は、前記第１の時刻と、前記第２信号の立下りにおいて前記第２信号の強度が前記閾値に到達する第２の時刻と、の時間差である、測距装置である。
＜２＞ 前記制御部は、前記戻り光の光強度の差に応じた前記第１時間差に基づく測距値の差を、前記第２時間差を用いて補正することにより得られた前記物体までの距離に関する情報を出力する、前記＜１＞に記載の測距装置である。
＜３＞ 前記制御部は、前記処理回路の過負荷回復時間に基づき、前記第２時間差に関する情報を取得する、前記＜１＞または前記＜２＞に記載の測距装置である。
＜４＞ 前記制御部は、前記第１時間差に基づいて得られる前記物体までの距離の測定誤差と、前記第２時間差と、の関係に関する予め定められた対応情報に基づいて、前記物体までの距離の測定誤差を補正する、前記＜１＞から前記＜３＞のいずれか１つに記載の測距装置である。
＜５＞ 前記対応情報は、前記物体までの距離の測定誤差と、前記第２時間差と、の関係を表す数式を含む、前記＜４＞に記載の測距装置である。
＜６＞ 前記数式は、前記第２時間差の予め定められた複数の範囲ごとで異なる、前記＜５＞に記載の測距装置である。
＜７＞ 前記数式は、対数関数を含む、前記＜６＞に記載の測距装置である。
【符号の説明】
【0173】
１…台部、２…保持部、３…光源、４…第１レンズ、５…回転反射体、６…穴あきミラー、７…第２レンズ、８…５つの受光部、８１、８２、８３、８４、８５…受光部、９…イケール、１０…回転ステージ、１０ａ…回転部、１０ｂ…固定部、１１…結合部材、２１…天井パネル、２２…背面パネル、３１…発光部ホルダ、４０…第１レンズホルダ、４１…光分割部材、５１…光反射面、６１…貫通孔、６２…ミラー面、６３…支持部材、７１…第２レンズホルダ、９０…第１方向、９１…基板、１００…測距装置、１０１…載置面、１０２…ベアリング、１０３…マグネット、１０４…モータコア、１１０…受発光部、１１１…発光部基板、１１２…発光ブロック、１１３…受光ブロック、１１４…受光部基板、１１５…ＰＬＤ、１２０…照射部、１３０…出射窓、１４０…制御部、１４１…ＣＰＵ、１４２…Ｄｉｇｉｐｏｔ、１４３…ＦＰＧＡ、１４４…電力生成回路、１４５…Ｗｉｒｗｌｅｓｓ Ｔｘ、１４６…回転角検出回路、１４７…メモリ、３０１…ＰＯＷＥＲ Ｉ／Ｆ、４０１…可変部、４０２…回転制御部、４０３…発光制御部、４０４…距離情報取得部、４０５…補正部、４０６…格納部、４０７…出力部、４０８…対応情報、４１１…処理回路、４１２…温度センサ、４２１…第１軸回転制御部、４２２…第２軸回転制御部、４２３…停止制御部、４３１…ＴＤＣコントローラ、４４１…ＤＣＤＣブーストコンバータ、４４２…Ｄｉｇｉｐｏｔ、１５０…駆動制御部、１５１…第１軸モータ、１５２…第２軸モータ、１５３…同期検出部、１５５…給電部、１６３…第１軸ドライバ基板、１７２…第２軸エンコーダ、１７３…第２軸ドライバ基板、２００…物体、３００…外部装置、５３１…第１軸エンコーダ、５３２…周期光発光部、５３２ａ…発光基板、５３３…周期光受光部、５３３ａ…受光基板、５５１…発電コイル、５５２…給電コイル、５５３…Ｗｉｒｅｌｅｓｓ、８１１…Ｔ／Ｉアンプ、８１２…ゲインアンプ、８１３…コンパレータ、Ｒｘ、Ａ１…第１軸、Ａ１１…第１軸回転方向、Ａ２…第２軸、Ａ２１…第２軸回転方向、Ｌ０…光、Ｌ１…５つの光、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５…分割光、Ｌ２…走査光、Ｒ…戻り光、Ｄｒ１…発光制御信号、Ｄｒ２…第２軸制御信号、Ｃｔ…測距制御信号、Ｄｂ…補正前の距離情報、Ｄｔ…補正後の距離情報、Ｇ１～Ｇ５…グラフ、Ｍ…照射信号、Ｓ…第１信号、Ｕ…第２信号、Ｓｎ…同期信号、Ｓｔ…給電制御信号、Ｅｎ１…第１角度検出信号、Ｅｎ２…第２角度検出信号、Ｏｐ…パルス光、ｔ０…照射時刻、ｔ１、ｔ３…第１の時刻、ｔ２、ｔ４…第２の時刻、ｔｈ…閾値、Δｔ…第１時間差、τｐｓ…第２時間差、ΔＬ…測定誤差、δｔ…差
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
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