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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-21
(45)【発行日】2023-03-02
(54)【発明の名称】距離計測装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/489 20060101AFI20230222BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20230222BHJP
【ＦＩ】
G01S7/489
G01S7/481 Z
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021076182
(22)【出願日】2021-04-28
(62)【分割の表示】P 2017178246の分割
【原出願日】2017-09-15
(65)【公開番号】P2021107832
(43)【公開日】2021-07-29
【審査請求日】2021-04-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】317011920
【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(74)【代理人】
【識別番号】100125151
【弁理士】
【氏名又は名称】新畠 弘之
(72)【発明者】
【氏名】久保田 寛
(72)【発明者】
【氏名】松本 展
(72)【発明者】
【氏名】太田 裕
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 早紀
【審査官】佐藤 宙子
(56)【参考文献】
【文献】欧州特許出願公開第０３１８２１５９（ＥＰ，Ａ１）
【文献】特開２００７－３１６０１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１５５８５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平７－９８３８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－５６０１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－７２５３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１４２５７１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１
Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５
Ｇ０１Ｃ ３／００－ ３／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
入射面の角度を周期的に可変させるミラーを介して受光したレーザ光の計測対象物からの反射光を電気信号に変換する複数の受光素子が前記反射光の光束の中心線が移動する第１方向と前記第１方向に直交する第２方向にマトリクス状に配置され、前記第２方向に並んだ受光素子がそれぞれ受光素子群を構成するセンサと、前記レーザ光の発光タイミングからの時間経過にしたがい距離計測に使用する受光素子群を抽出する抽出部と、
前記抽出部で抽出された受光素子群から出力される電気信号に基づいて、測定用信号を生成するＡＤ変換部であって、複数のＡＤ変換器群を有し、前記複数のＡＤ変換器群はそれぞれ複数の前記受光素子群に接続されるＡＤ変換部と、
前記複数のＡＤ変換器群にそれぞれ接続される調整器群を有し、接続されたＡＤ変換器から出力された出力信号の大きさを、前記レーザ光の発光タイミングからの時間経過にしたがい変更される調整ゲインに応じて調整可能である調整部と、
前記レーザ光の発光タイミングと、前記調整部で調整された前記測定用信号に基づくタイミングとの時間差に基づき、前記計測対象物までの距離を計測する距離計測部と、
を備える距離計測装置。
【請求項2】
前記抽出部は、前記ミラーにより反射された前記反射光が入射される前記センサの受光面上の位置に対応する前記受光素子に対応するゲインを上げる、請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項3】
前記抽出部は、前記レーザ光の発光タイミングからの時間経過だけでなく、前記ミラーの角度あるいは角速度に基づいて距離計測に使用する前記受光素子群を抽出する、請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項4】
入射面の角度を周期的に可変させるミラーを介して受光したレーザ光の計測対象物からの反射光を電気信号に変換する複数の受光素子が前記反射光の光束の中心線が移動する第１方向と前記第１方向に直交する第２方向にマトリクス状に配置され、前記第２方向に並んだ受光素子がそれぞれ受光素子群を構成するセンサを備える距離計測装置の距離計測方法であって、前記レーザ光の発光タイミングからの時間経過にしたがい距離計測に使用する複数の受光素子群を抽出する抽出工程と、
複数のＡＤ変換器群を有し、前記複数のＡＤ変換器群はそれぞれ複数の前記受光素子群に接続されるＡＤ変換部において、前記抽出工程で抽出された受光素子群から出力される電気信号に基づいて、測定用信号を生成する信号変換工程と、
前記複数のＡＤ変換器群にそれぞれ接続される調整器群において、接続されたＡＤ変換器から出力された出力信号の大きさを、前記レーザ光の発光タイミングからの時間経過にしたがい変更される調整ゲインに応じて調整する調整工程と、
前記レーザ光の発光タイミングと、前記調整工程で調整された前記測定用信号に基づくタイミングとの時間差に基づき、前記計測対象物までの距離を計測する距離計測工程と、
を備える距離計測装置の距離計測方法。
【請求項5】
前記抽出部は、前記レーザ光の発光タイミングからの時間経過だけでなく、前記ミラーの角度あるいは角速度に基づいて距離計測に使用する前記受光素子群を抽出する、請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項6】
入射面の角度を周期的に可変させるミラーを介して受光したレーザ光の計測対象物からの反射光を電気信号に変換する複数の受光素子が前記反射光の光束の中心線が移動する第１方向と前記第１方向に直交する第２方向にマトリクス状に配置され、前記第２方向に並んだ受光素子がそれぞれ受光素子群を構成するセンサと、前記レーザ光の発光タイミングからの時間経過にしたがい距離計測に使用する受光素子群を抽出する抽出部と、
前記複数の受光素子群にそれぞれ接続される調整器群を有し、接続された受光素子群から出力される出力信号の大きさを、前記レーザ光の発光タイミングからの時間経過にしたがい変更される調整ゲインに応じて調整可能である調整部と、
前記複数の調整器群から出力される電気信号に基づいて、測定用信号を生成するＡＤ変換部であって、複数のＡＤ変換器群を有し、前記複数のＡＤ変換器群はそれぞれ複数の前記調整器群に接続されるＡＤ変換部と、
前記レーザ光の発光タイミングと、前記調整部で調整された前記測定用信号に基づくタイミングとの時間差に基づき、前記計測対象物までの距離を計測する距離計測部と、
を備える距離計測装置。
【請求項7】
入射面の角度を周期的に可変させるミラーを介して受光したレーザ光の計測対象物からの反射光を電気信号に変換する複数の受光素子が前記反射光の光束の中心線が移動する第１方向と前記第１方向に直交する第２方向にマトリクス状に配置され、前記第２方向に並んだ受光素子がそれぞれ受光素子群を構成するセンサを備える距離計測装置の距離計測方法であって、前記レーザ光の発光タイミングからの時間経過にしたがい距離計測に使用する複数の受光素子を抽出する抽出工程と、
前記複数の受光素子群にそれぞれ接続される調整器群を有し、接続された受光素子群から出力される出力信号の大きさを調整ゲインに応じて調整可能である調整部において、前記レーザ光の発光タイミングからの時間経過にしたがい前記調整ゲインを調整する工程と、
複数のＡＤ変換器群を有し、前記複数のＡＤ変換器群はそれぞれ複数の前記調整器群に接続されるＡＤ変換部において、前記複数の調整器群から出力される電気信号に基づいて、測定用信号を生成する工程と、
前記レーザ光の発光タイミングと、前記調整部で調整された前記測定用信号に基づくタイミングとの時間差に基づき、前記計測対象物までの距離を計測する距離計測工程と、
を備える距離計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、距離計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、 Laser Imaging Detection and Ranging）と称される距離計測装置が知られている。この装置では、計測対象物に回転するミラーを介してレーザ光を間欠照射し、計測対象物により反射された反射光を、このミラーを介してセンサで検出する。光の往復時間は、距離計測装置から計測対象物までの距離、即ち光路長が長いほど長くなる。そのため、光源がレーザ光を出射したタイミングと反射光が検出されたタイミングとの時間差を用いて、距離を測定できる。
【0003】
一方で、ミラーの回転により、レーザ光を照射したタイミングのミラーの回転角と反射光がミラーに入射したタイミングのミラーの回転角との角度差が生じる。この角度差に合わせて、センサへ入射させる反射光のミラーに対する入射角の範囲を広げる必要がある。
【0004】
ところが、入射角の範囲を広げるにしたがい、多くの環境光を受けてしまうので、距離の計測精度が低下してしまう恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１１－２１５００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、ミラーの回転速度を上げても安定的に距離計測が可能な距離計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本実施形態に係る距離計測装置は、光源と、照射光学系と、受光光学系と、センサと、抽出部と、調整部と、信号生成部と、距離計測部と、を備える。光源は、間欠的にレーザ光を発光する。照射光学系は、光源が発光するレーザ光をレーザ光に対する入射面の角度を周期的に可変させるミラーで反射させて計測対象に照射する。受光光学系は、ミラーを介してレーザ光の反射光を受光する。センサは、受光光学系を介して受光した反射光を電気信号に変換する複数の受光素子を有する。抽出部は、複数の受光素子のうち、計測対象物との距離計測に使用する受光素子を抽出する。調整部は、抽出部で抽出された受光素子に応じた増幅率にて、受光素子の電気信号の信号値を調整する。信号生成部は、調整部で調整された電気信号に基づいて、時系列な測定用信号を生成する。距離計測部は、レーザ光の発光タイミングと、時系列な測定用信号の信号値のピーク位置のタイミングとの時間差に基づき、計測対象までの距離を計測する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】一実施形態に係る距離計測装置１の概略的な全体構成を示す図。
【図2】一施形態に係る距離計測装置の構成例を示す図。
【図3】光源の発光パターンを模式的に示している図。
【図4】計測対象物上に照射されるレーザ光Ｌ１の水平方向の位置と照射時間との関係を模式的に示す図。
【図5】複数の受光素子がマトリクス状に配置されたセンサの構成例を示す図。
【図6】生成部の詳細な構成示すブロック図。
【図7】水平方向に一次元列に配置された複数の受光素子と、調整器との関係で示す図。
【図8】反射光に基づく電気信号のＡＤ変換部によるサンプリング値の一例を示す図。
【図9】測定距離と受光素子の組合せとの関係をミラーの角速度毎にまとめた図。
【図10】受光素子とＡＤ変換器との接続の関係をミラーの角速度毎にまとめた図。
【図11A】反時計回りに角速度大でミラーが回転する場合にＡＤ変換器に主として入力する受光素子を表した図。
【図11B】反時計回りに角速度中でミラーが回転する場合のゲインの調整例を示す図。
【図12】経過時間に応じて主として使用する受光素子の出力信号の変更の流れを示すフローチャート。
【図13】レーザ光の水平方向の位置をミラーの回転周期毎に徐々にずらした場合を模式的に示す図。
【図14】レーザ光の水平方向の位置をミラーの回転方向に応じてずらした場合を模式的に示す図。
【図15】変形例２に係る生成部の詳細な構成を示すブロック図。
【図16】変形例２に係る一次元列に配置された複数の受光素子と、調整器との関係で示す図。
【図17】時計回りに角速度中でミラーが回転する場合のゲインの調整例を示す図。
【図18】変形例３に係る生成部の詳細な構成を示すブロック図。
【図19】変形例３に係る一次元列に配置された複数の受光素子と、調整器との関係で示す図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態に係る距離計測装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
【0010】
（一実施形態）
図１は、一実施形態に係る距離計測装置１の概略的な全体構成を示す図である。この図１に示すように距離計測装置１は、走査方式及びＴＯＦ（Time Of Flight）方式を用いて、計測対象物１０の距離画像を生成する。より具体的には、この距離計測装置１は、出射部１００と、機構光学系２００と、計測部３００と、画像処理部４００と、を備えて構成されている。
図１は、一実施形態に係る距離計測装置１の概略的な全体構成を示す図である。この図１に示すように距離計測装置１は、走査方式及びＴＯＦ（Time Of Flight）方式を用いて、計測対象物１０の距離画像を生成する。より具体的には、この距離計測装置１は、出射部１００と、機構光学系２００と、計測部３００と、画像処理部４００と、を備えて構成されている。
【0011】
出射部１００は、レーザ光Ｌ１を間欠的に出射する。光学機構系２００は、出射部１００が出射するレーザ光Ｌ１を計測対象物１０に照射するとともに、計測対象物１０上で反射されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を計測部３００に入射させる。ここで、レーザ光とは、位相および周波数が揃った光を意味する。
【0012】
計測部３００は、光学機構系２００の受光光学系を介して受光した反射光Ｌ２に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。すなわち、この計測部３００は、出射部１００がレーザ光Ｌ１を計測対象物１０に照射したタイミングと、反射光Ｌ２が計測されたタイミングとの時間差に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。
【0013】
画像処理部４００は、ノイズの除去、歪み補正、及び補間処理を行い、計測対象物１０上の複数の測定点までの距離に基づき、最終的な距離画像データを出力する。画像処理部４００は、距離計測装置１の筐体内に組み込んでもよい。
【0014】
【0015】
この図２に示すように、距離計測装置１は、走査方式及びＴＯＦ（Time Of Flight）方式を用いて、計測対象物１０の距離画像を生成する。上述のように、この距離計測装置１は、出射部１００と、機構光学系２００と、計測部３００と、画像処理部４００とを備えて構成されている。
【0016】
出射部１００は、光源１１と、発振器１１ａと、第１駆動回路１１ｂと、制御部１６と、第２駆動回路１６ａとを、有する。
【0017】
機構光学系２００は、照射光学系２０２と、受光光学系２０４とを有する。照射光学系２０２は、レンズ１２と、第１光学素子１３と、レンズ１３ａ、ミラー（反射デバイス）１５とを有する。
【0018】
受光光学系２０４は、第２光学素子１４と、ミラー１５とを有する。すなわち、これら照射光学系２０２、及び受光光学系２０４は、ミラー１５を共有している。
【0019】
計測部３００は、レンズ１４ａと、光検出器１７と、センサ１８と、第１増幅器１９と、生成部２０と、距離計測部２１とを有する。なお、光を走査する既存方法としては、距離計測装置１を回転させる方法（以下、回転方法と呼ぶ）がある。また、別の走査する既存方法として、ＯＬＡ（Optical Phased Array）方法がある。本実施形態は、光を走査する方法に依存しないため、回転方法やＯＬＡにより光を走査してもよい。
【0020】
図２に示すように、照明光学系２０２の光軸Ｏ１上には、光源１１、レンズ１２、第１光学素子１３、第２光学素子１４、及びミラー１５がこの順番に配置されている。出射部１００の発振器１１ａは、制御部１６の制御信号に基づき、パルス信号を生成する。第１駆動回路１１ｂは、パルス信号に基づいて光源１１を駆動する。光源１１は、例えば面発光レーザであり、第１駆動回路１１ｂによる駆動に応じてレーザ光Ｌ１を間欠的に発光する。このレーザ光Ｌ１は進行方向に対する指向性が高いので、光学部材で光の幅を変更しない限り、照射範囲を維持した状態で進行する。
【0021】
図３は、光源１１の発光パターンを模式的に示している図である。図３において、横軸は時間を示し、縦線は光源１１の発光タイミングを示している。下側の図は、上側の図における部分拡大図である。この図３に示すように光源１１は、例えばＴ＝４～５マイクロ秒の間隔で、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を間欠的に繰り返し発光する。ここで、ｎ番目に発光されるレーザ光Ｌ１をＬ１（ｎ）と表記する。例えばＮは、一枚分の距離画像を生成するために照射されるレーザ光Ｌ１の照射回数である。
【0022】
図２に示すように、レンズ１２は、例えばシリンドリカルレンズであり、光軸Ｏ１に直交する垂直方向にレーザ光Ｌ１を広げ、第１光学素子１３に導いている。
【0023】
第１光学素子１３は、レーザ光Ｌ１を透過すると共に、レーザ光Ｌ１の一部を光軸Ｏ３に沿って光検出器１７に入射させる。第１光学素子１３は、例えばビームスプリッタである。
【0024】
第２光学素子１４は、第１光学素子１３を透過したレーザ光Ｌ１を更に透過して、レーザ光Ｌ１をミラー１５に入射させる。第２光学素子１４は、例えばハーフミラーである。
【0025】
第２駆動回路１６ａは、制御部１６から供給された駆動信号に従って、ミラー１５を駆動する。これにより、ミラー１５は、レーザ光Ｌ１に対する入射面の角度を回転周期Ｆにより可変させる。ミラー１５で反射したレーザ光Ｌ１は光軸Ｏ１ａに沿って進行する。制御部１６は、第２駆動回路１６ａを制御するとともに、距離計測装置１の全体の処理動作を制御する。ミラー１５は、時計回りの回転と、反時計回りの回転とを交互に繰り返しており、ここでの回転周期Ｆは、時計回りの回転を開始した時点から反時計回りの回転が終了した時点までの時間差を意味する。
【0026】
図４は、ミラー１５を介して計測対象物１０上に照射されるレーザ光Ｌ１の水平方向の位置を模式的に示す図である。なお、本明細書では、所定の基準面の法線方向にミラー１５の回転軸ＲＡ１を配置し、基準面の面方向を水平方向とし、基準面の法線方向を垂直方向とする。縦軸は計測対象物１０上の水平方向の位置を示し、横軸は時間を示す。この図４に示すようにミラー１５の回転周期Ｆに応じて、計測対象物１０上に間欠的に照射されるレーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射される水平方向の位置が周期的に変動する。
ミラー１５の角速度は、反時計回りの回転から時計回りの回転に切り替わる時点で０となり、同様に、時計回りの回転から反時計回りの回転に切り替わる時点で０となる。一方で、これらの角速度が０になる時点間の中間時点で角速度は最大となる。
ミラー１５の角速度は、反時計回りの回転から時計回りの回転に切り替わる時点で０となり、同様に、時計回りの回転から反時計回りの回転に切り替わる時点で０となる。一方で、これらの角速度が０になる時点間の中間時点で角速度は最大となる。
【0027】
図２に示すように、受光光学系２０４の光軸Ｏ２軸上には、反射光Ｌ２が入射する順に、ミラー１５の反射面１５ａ、第２光学素子１４、レンズ１４ａ、センサ１８が配置されている。
ここで、光軸Ｏ１とは、レンズ１２の中心位置を通過するレンズ１２の焦点軸である。光軸Ｏ２とは、レンズ１４ａの中心位置を通過するレンズ１４ａの焦点軸である。
ここで、光軸Ｏ１とは、レンズ１２の中心位置を通過するレンズ１２の焦点軸である。光軸Ｏ２とは、レンズ１４ａの中心位置を通過するレンズ１４ａの焦点軸である。
【0028】
第２光学素子１４は、反射面１５ａで反射された反射光の進行方向を変えて、光軸Ｏ２に沿って計測部３００のレンズ１４ａに入射させる。レンズ１４ａは、光軸Ｏ２に沿って入射した反射光Ｌ２をセンサ１８上に集光させる。一方で、光軸Ｏ２と異なる方向に反射された光は、反射面１５ａに入射しないので、センサ１８の入射面に到達しない。
【0029】
図５は、複数の受光素子がマトリクス状に配置されたセンサ１８の構成例を示す図である。ここでは、ミラー１５の角速度が０、すなわちミラー１５が停止している場合の反射光Ｌ２のセンサ上の位置を模式的に示している。この図５に示すように、照射光学系２０４の光軸Ｏ２は、センサ１８の受光面の中央部と交差している。また、例えば受光素子群１８１では、受光素子１８１が垂直方向に一次元列に６つ配置されている。すなわち、センサ１８は、センサ１８の受光面の垂直方向にそれぞれ一次元列に受光素子が配置された受光素子群１８１～１８５で構成されている。さらにまた、受光素子群１８３～１８５のうち受光素子群１８３、１８４、１８５の順に光軸Ｏ２から離れた位置に配置されている。同様に、受光素子群１８３、１８２、１８１の順に光軸Ｏ２から離れた位置に配置されている。なお、以下の説明で受光素子群１８１～１８５の中の単一の受光素子を説明する場合、受光素子１８１～１８５と表記する。例えば、受光素子群１８１の中の一つの受光素子を受光素子１８１と表記する。
【0030】
基準線ＬＯ２は、光軸Ｏ２方向を進行する反射光Ｌ２の光束の中心線である。この基準線ＬＯ２は、ミラー１５の角速度が０であればセンサ１８の受光面の水平方向の中心位置を通過する。一方でミラー１５の角速度が０でない場合、基準線ＬＯ２は、レーザ光Ｌ１が発光されたタイミングから反射光Ｌ２がミラー１５に到達するまでの経過時間に応じて、センサ１８の受光面の水平方向の中心位置から１８５、又はセンサ１８の受光面の水平方向の中心位置から１８１に向けて移動する。すなわち、ミラー１５の回転方向が時計回りであれば、基準線ＬＯ２は、レーザ光Ｌ１が発光されたタイミングからの経過時間に応じて、受光素子群１８３から１８１に向けて移動する。一方で、ミラー１５の回転方向が反時計回りであれば、基準線ＬＯ２は、レーザ光Ｌ１が発光されたタイミングからの経過時間に応じて、受光素子群１８３から１８５に向けて移動する。これらから分かるように、レーザ光Ｌ１が発光されたタイミングからの経過時間とミラー１５の角速度とに応じて、反射光Ｌ２の検出に主として用いる受光素子を抽出すれば、環境光の影響が低減可能となる。
【0031】
また、本実施形態に係るレンズ１４ａ（図２）は、反射光Ｌ２の水平方向の幅が受光素子の開口の幅よりも狭くなるように反射光Ｌ２を集光している。このため、反射光Ｌ２は、水平方向に連続して配置される３つの受光素子に同時に入射することはない。例えば、受光素子群１８１、１８３、１８５に反射光Ｌ２は同時に入射しない。同様に、受光素子群１８２、１８４に反射光Ｌ２は同時に入射しない。
【0032】
図２に示すように、生成部２０は、レーザ光Ｌ１の発光開始タイミングから次のレーザ光Ｌ１の発光開始タイミングまでの期間Ｔにおける時系列な測定用信号を生成する。この生成部２０は、受光素子群１８１～１８５のうち、水平方向に一次元列に並んだ受光素子１８１～１８５毎に測定用信号を生成する。例えば、図５に示すセンサ１８では垂直方向に６つの受光素子が一次元列に配置されているので、生成部２０では６つの測定用信号が生成される。
【0033】
図２に示すように、距離計測部２１は、第１増幅器１９の出力信号を用いてレーザ光Ｌ１の発光タイミングと、生成部２０の生成した時系列な測定用信号毎の信号値のピーク位置のタイミングとの時間差に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。すなわち、距離計測部２１は、計測対象物１０の垂直方向６点の距離を計測する。なお、本実施形態に係る垂直方向の測定点数は、６点であるがこれに限定されない。
【0034】
次に図６に基づき、生成部２０の詳細な構成を説明する。図６は生成部２０の詳細な構成を示すブロック図である。この図６に示すように、生成部２０は、抽出部２２と、調整部２３と、ＡＤ変換部２４と、記憶部２５と、信号生成部２６とを備えて構成されている。
【0035】
抽出部２２は、センサ１８の受光素子群１８１～１８５（図５）の中の受光素子のうち、計測対象物１０との距離計測に使用する受光素子を抽出する。例えば、抽出部２２は、ミラー１５により反射された反射光Ｌ２が入射すべきセンサ１８の受光面上の位置に対応する受光素子を抽出する。より具体的には、抽出部２２は、レーザ光Ｌ１の発光タイミングからの経過時間とミラー１５の角速度とに応じて、受光素子群１８１～１８５（図５）の中から計測対象物１０との距離計測に使用する受光素子群を抽出する。すなわち、抽出部２２は、レーザ光Ｌ１の発光タイミングからの経過時間が長くなるにしたがい、受光光学系２０４の光軸中心Ｏ２からより離れた位置の受光素子群を抽出する。また、抽出部２２は、ミラー１５の角速度が速くなるにしたがい、レーザ光Ｌ１の発光タイミングから所定の時間が経過したときに抽出する受光素子群の位置を受光光学系２０４の光軸中心Ｏ２からより離れた位置とする。
【0036】
調整部２３は、抽出部２２で抽出された受光素子に応じた増幅率にて、この受光素子の電気信号の信号値を調整する。例えば、調整部２３は、受光素子群１８１～１８５（図５）の中から抽出部２２で抽出された受光素子群の電気信号それぞれの大きさを調整して、ＡＤ変換部２４に出力する。より具体的には、調整部２３は、抽出部２２により抽出された受光素子の増幅率をセンサ１８が有する受光素子の中の他の受光素子の増幅率よりも大きくする。
【0037】
ＡＤ変換部２４は、調整部２３の出力する電気信号に基づき、センサ１８が有する受光素子群１８１～１８５（図５）の中の受光素子から入力された電気信号それぞれを所定のサンプリング間隔でサンプリングする。調整部２３及びＡＤ変換部２４の詳細な構成は後述する。
【0038】
記憶部２５は、ＡＤ変換部２４が変換したデジタル信号を時系列に記憶する。記憶部は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。
【0039】
信号生成部２６は、記憶部２５に記憶される受光素子群１８１～１８５（図５）それぞれの出力信号に基づくデジタル信号を、水平方向に一次元列に配置される受光素子毎に加算して時系列な測定用信号を生成する。これにより、水平方向に一次元列に配置される受光素子１８１～１８５毎に測定信号が生成される。
【0040】
次に図７に基づき、調整部２３及びＡＤ変換部２４のより詳細な構成を説明する。図７は、受光素子群１８１～１８５と、調整部２３の調整器群２１２Ａ～２１２Ｅとの関係で示す図である。ここでは、センサ１８の受光面上における反射光Ｌ２の光束の一部を計測対象物１０までの距離に対応させて模式的に示している。すなわち、計測対象物１０までの距離が遠くなるにしたがい、反射光Ｌ２の入射位置は、受光光学系２０４の光軸中心から離れた位置に移動する。
【0041】
図７に示すように、調整部２３は、垂直方向に一次元列に配置された受光素子群１８１～１８５にそれぞれ接続される調整器群２１２Ａ～２１２Ｅを有する。例えば、受光素子群１８１の中の受光素子１８１のそれぞれは、調整器群２１２Ａの中の対応するそれぞれの調整器２１２Ａに接続されている。これにより、調整器群２１２Ａの中の調整器２１２Ａのそれぞれは、受光素子群１８１の中の対応する受光素１８１それぞれの出力信号の大きさを調整可能である。
【0042】
同様に受光素子群１８２の中の受光素子１８２それぞれは、対応する調整器群２１２Ｄのそれぞれに接続され、受光素子群１８３の中の受光素子１８３それぞれは、対応する調整器群２１２Ｂの中の対応するそれぞれの調整器２１２Ｂに接続され、受光素子群１８４の中の受光素子１８４それぞれは、対応する調整器群２１２Ｅの中の対応するそれぞれの調整器２１２Ｅに接続され、受光素子群１８５の中の受光素子１８５それぞれは、対応する調整器群２１２Ｃの中の対応するそれぞれの調整器２１２Ｃに接続されている。これにより、例えば調整部２３は、受光素子群１８１～１８５の中から抽出部２２が抽出した受光素子群に応じて、調整器群２１２Ａ～２１２Ｅの増幅率を変更して、センサ１８の複数の受光素子の出力する電気信号それぞれの大きさを調整する。調整器群２１２Ａ～２１２Ｅの中の調整器の増幅率を０にした場合には、その調整器に接続される受光素子の電気信号はＡＤ変換部２４に出力されない。
【0043】
図７に示すように水平方向に一次元列に並ぶ受光素子１８１～１８５の中の受光素子１８１に調整器２１２Ａが接続され、受光素子１８３に調整器２１２Ｂが接続され、受光素子１８５に調整器２１２Ｃが接続されている。これら調整器２１２Ａ、調整器２１２Ｂ、および調整器２１２ＣにはＡＤ変換器２１０Ａが接続されている。同様に、水平方向に一次元列に並ぶ受光素子１８１～１８５の中の受光素子１８２に調整器２１２Ｄが接続され、受光素子１８４に調整器２１２Ｅが接続されている。これら調整器２１２Ｄ、および調整器２１２ＥにはＡＤ変換器２１０Ｂが接続されている。
【0044】
すなわち、ＡＤ変換部２４が有するＡＤ変換器群２１０Ａは、調整器群２１２Ａ～２１２Ｃを介して受光素子群１８１、１８３、１８５に接続されている。同様に、ＡＤ変換器群２１０Ｂは、調整器群２１２Ｄ、２１２Ｅを介して受光素子群１８２、１８４に接続されている。
【0045】
このような接続により、調整器群２１２Ａ～２１２Ｃは、ＡＤ変換器群２１０Ａへの入力を受光素子群１８１、１８３、１８５のなかのいずれかの受光素子群に切り替える、又は受光素子群１８１、１８３、１８５の出力に重みをつけることが可能となる。同様に、調整器群２１２Ｄ、２１２Ｅは、ＡＤ変換器群２１０Ｂへの入力を受光素子群１８２、１８４のなかのいずれかの受光素子群に切り替える、又は受光素子群１８２、１８４の出力に重みを付けることが可能となる。
【0046】
また、図５で示したように反射光Ｌ２の水平方向の幅は、受光素子の開口の範囲よりも狭いので、水平方向に連続して配置され３つの受光素子に同時に入射することはない。このため、ＡＤ変換器群２１０Ａを受光素子群１８１、１８３、１８５に接続しても、それぞれの受光素子群１８１、１８３、１８５には同時に反射光Ｌ２は入射しない。このため、受光素子群１８１、１８３、１８５の中で反射光Ｌ２を受光している受光素子群に対応する調整器群の増幅率を上げ、他の調整器群の増幅率を０としてもよい。これにより、受光素子群１８１、１８３、１８５の中で反射光Ｌ２を受光していない受光素子群により環境光などが電気信号に変換されることが回避可能となる。同様に、受光素子群１８２、１８４の中で反射光Ｌ２を受光している受光素子群に対応する調整器群の増幅率を上げ、他の調整器群の増幅率を０としてもよい。これにより、受光素子群１８２、１８４の中で反射光Ｌ２を受光していない受光素子群により環境光などが電気信号に変換されることが回避可能となる。
【0047】
図８は、反射光Ｌ２に基づく電気信号のＡＤ変換部２４によるサンプリング値の一例を示す図である。図８の横軸はＡＤ変換部２４によるサンプリングタイミングを示し、縦軸はサンプリングにより得られたデジタル信号の信号値（輝度）を示す。原点の０は、光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出したタイミングを示している。
【0048】
ここでは、距離計測装置１から近距離にある計測対象物１０を測定した時系列な測定用信号の信号値と、計測装置１から中距離にある計測対象物１０を測定した時系列な測定用信号の信号値と、計測装置１から遠距離にある計測対象物１０を測定した時系列な測定用信号の信号値と、を重ねて表示している。信号値のピークの位置は計測対象物１０から反射光Ｌ２が戻ってきたタイミングを示している。また、下側の矢印は、受光素子群１８１～１８５の出力信号の内の測定に主として使用した出力信号を示している。
【0049】
図８に示すように、距離計測装置１から計測対象物１０までの距離が長くなるにしたがい、レーザ光Ｌ１の発光のタイミングと、時系列なデジタル信号の信号値のピークの位置のタイミングとの時間差が大きくなる。すなわち、距離＝光速×（信号値のピーク位置のタイミング－光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出したタイミング）／２なる式で距離が求められる。また、サンプリングタイミング、つまり計測対象物１０間での測定距離に応じて測定に主として使用する受光素子群が、１８３、１８４、１８５の順に変更されている。
【0050】
【0051】
例えば、距離計測装置１と計測対象物１０との距離が例えば５０メートルの場合、光の往復時間は０．３３マイクロ秒である。ミラー１５の振動数は、例えば２０００ヘルツであるので、ミラー１５は、０．３３マイクロ秒の間に、最大で０．２５度回転する。換言すると、５０メール離れた位置の計測対象物１０を測定する場合、レーザ光Ｌ１が発光したタイミングから、反射光Ｌ２がミラー１５に到達するまでに、ミラー１５は最大で０．２５度回転している。
【0052】
このように、ミラー１５の振動数が定まっている場合、ミラー１５の角速度は、レーザ光Ｌ１が出射したタイミングにおけるミラー角度と振動数により定めることができる。また、角速度をミラーの変位センサから測定することも考えられる。また、距離計測装置１と計測対象物１０との距離に基づき、測定レーザ光Ｌ１が発光したタイミングから反射光Ｌ２がミラー１５に到達するまでの時間も定めることが可能である。したがって、レーザ光Ｌ１の照射を開始したタイミングからの経過時間に応じて、センサ１８上のどの位置に反射光Ｌ２が受光されるかを求めることが可能となる。
【0053】
また、距離計測装置１の測定限界時間はレーザ光Ｌ１の照射間隔Ｔ（図３）に対応する。すなわち、測定限界時間は、レーザ光Ｌ１の発光が開始されたタイミングから次のレーザ光Ｌ１の発光が開始されまでの時間Ｔに対応する。
【0054】
例えば、角速度が小の場合、時間Ｔが経過してもミラー１５の回転角は、反射光Ｌ２のセンサ１８上の受光位置を受光素子１８３から変更するほど大きくならない。このため、全測定範囲において、受光素子１８３を用いることが可能である。
【0055】
一方で角速度が大である場合、時間Ｔが経過したタイミングでのミラー１５の回転角は、反射光Ｌ２のセンサ１８上の受光位置を受光素子１８１又は１８５まで変更させる。このため、レーザ光Ｌ１の照射を開始したタイミングからの経過時間にしたがい、反射光Ｌ２のセンサ１８上の受光位置は、受光素子１８３から受光素子１８５まで、或いは、受光素子１８３から受光素子１８１まで順に変更される。つまり、ミラー１５が反時計回り（＋）である場合に受光素子１８３から受光素子１８５までを順に使用し、時計回り（－）である場合に受光素子１８３から受光素子１８１までを順に使用する。
【0056】
図７を参照にしつつ図１０に基づき、受光素子とＡＤ変換器との接続の関係について説明する。図１０は、受光素子とＡＤ変換器との接続の関係をミラー１５の角速度毎にまとめた図である。角速度が小の場合、時間Ｔが経過してもミラー１５の回転角は、反射光Ｌ２のセンサ１８上の受光位置を受光素子１８３から変更するほど大きくならない。このため、ＡＤ変換器２１０Ａへは受光素子１８３からの電気信号が主として入力されるように、調整器２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃの出力を調整する。
【0057】
一方で角速度が大である場合、時間Ｔが経過したタイミングでのミラー１５の回転角は、反射光Ｌ２のセンサ１８上の受光位置を受光素子１８１又は１８５まで変更させる。このため、レーザ光Ｌ１の照射を開始したタイミングからの経過時間にしたがい、ＡＤ変換器２１０Ａへの入力が受光素子１８３から受光素子１８１又は受光素子１８３から受光素子１８５に変更されるように、調整器２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃの出力を調整する。同様に、ＡＤ変換器２１０Ｂへの入力が受光素子１８２又は１８４となるように、調整器２１２Ｄ、２１２Ｅの出力を調整する。
【0058】
図１１Ａは、反時計回り（＋）に角速度大でミラー１５が回転する場合にＡＤ変換器２１０Ａ、ＡＤ変換器２１０Ｂに主として入力する受光素子を表した図である。横軸が計測対象物１０までの距離であり経過時間に対応する。この図１１Ａに示すように、計測対象物１０が近距離である場合、受光素子１８３の出力を主としてＡＤ変換器２１０Ａによりデジタル信号に変換する。更に計測対象物１０迄の距離が長くなると、受光素子１８３の出力を主としてＡＤ変換器２１０Ａによりデジタル信号に変換し、受光素子１８４の出力を主としてＡＤ変換器２１０Ｂによりデジタル信号に変換する。
【0059】
更に計測対象物１０迄の距離が長くなると、受光素子１８４の出力を主としてＡＤ変換器２１０Ｂによりデジタル信号に変換する。更に計測対象物１０迄の距離が長くなると、受光素子１８４の出力を主としてＡＤ変換器２１０Ａによりデジタル信号に変換し、受光素子１８５の出力を主としてＡＤ変換器２１０Ｂによりデジタル信号に変換する。更に計測対象物１０迄の距離が長くなると、受光素子１８５の出力を主としてＡＤ変換器２１０Ｂによりデジタル信号に変換する。
【0060】
図１１Ｂは、反時計回り（＋）に角速度中でミラー１５が回転する場合の受光素子１８３、１８４、１８５（図７）の調整ゲイン例を示す図である。横軸が経過時間であり計測対象物１０までの距離に対応する。図７に示すように、調整器２１２Ｂが受光素子１８３に対応し、調整器２１２Ｅが受光素子１８４に対応し、調整器２１２Ｃが受光素子１８５に対応する。また、調整ゲインＢが調整器２１２Ｂのゲインに対応し、調整ゲインＥが調整器２１２Ｅのゲインに対応し、調整ゲインＣが調整器２１２Ｃのゲインに対応している。
【0061】
この図１１Ｂに示すように、受光素子１８３に対応する調整ゲインＢは、時間経過にしたがい下がっていき、Ｔ１が経過すると一定値になる。受光素子１８４に対応する調整ゲインＥは、時間経過にしたがい上がり、Ｔ２が経過すると時間経過にしたがい下がっていく。受光素子１８５に対応する調整ゲインＣは、Ｔ２が経過すると時間経過にしたがいあがっていく。
【0062】
これらのことから分かるように、ミラー１５の角速度とレーザ光Ｌ１の発光が開始されたタイミングからの経過時間に基づき、主として使用する電気信号を受光素子の位置に応じて変更させるので、反射光Ｌ２に対応しない光に基づく電気信号を測定に用いることが抑制され、ノイズを低減させることが可能となる。換言すると、ミラー１５により反射された反射光Ｌ２が入射すべきセンサ１８の受光面上の位置に対応する受光素子の出力する電気信号を主として測定に用いることで、ノイズを低減させることが可能となる。
【0063】
図１２は、反時計回り（＋）に角速度中でミラー１５が回転する場合に経過時間に応じて主として使用する受光素子の出力信号の変更の流れを示すフローチャートである。まず、制御部１６の制御にしたがい光源１１がレーザ光Ｌ１を照射する（ステップＳ１００）。
【0064】
次に、抽出部２２は、受光素子１８３を抽出する。調整部２３は、受光素子１８３群の入力が主としてＡＤ変換器群２１０Ａに入力されるように、調整器群２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃの増幅率を調整する（ステップ１０２）。ＡＤ変換器群２１０Ａは電気信号をそれぞれデジタル信号に変換し記憶部２５に時系列にデジタル信号を記憶させる。
【0065】
次に、抽出部２２は、レーザ光Ｌ１の発光を開始してからの時間ＴがＴ０を超えたか否かを判定し（ステップ１０４）、超えていなければ（ステップ１０４：ＮＯ）、ステップ１０２からの処理を繰り返す。
【0066】
一方で、超えていれば（ステップ１０４：ＹＥＳ）、抽出部２２は、受光素子群１８３と１８４を抽出する。調整部２３は、受光素子群１８３の出力を主としてＡＤ変換器群２１０Ａに入力させた状態で、ＡＤ変換器群２１０Ｂへの入力が主として受光素子群１８４となるように、調整器群２１２Ｄ、２１２Ｅの増幅率を調整する（ステップ１０６）。ＡＤ変換器群２１０Ａのそれぞれは電気信号をデジタル信号に変換し記憶部２５に時系列にデジタル信号を記憶させる。同様に、ＡＤ変換器群２１０Ｂは電気信号をデジタル信号に変換し記憶部２５に時系列にデジタル信号を記憶させる。
【0067】
次に、抽出部２２は、レーザ光Ｌ１の照射を開始してからの時間ＴがＴ１を超えたか否かを判定し（ステップ１０８）、超えていなければ（ステップ１０８：ＮＯ）、ステップ１０６からの処理を繰り返す。
【0068】
一方で、超えていれば（ステップ１０８：ＹＥＳ）、抽出部２２は、受光素子群１８４を抽出する。調整部２３は、ＡＤ変換器群２１０Ｂへの入力が受光素子群１８４となるように、調整器群２１２Ｄ、２１２Ｅの出力を調整する（ステップ１１０）。ＡＤ変換器群２１０Ｂのそれぞれは電気信号をデジタル信号に変換し記憶部２５に時系列にデジタル信号を記憶させる。
【0069】
次に、制御部１６は、レーザ光Ｌ１の照射を開始してからの時間ＴがＴｆｉｎｉｓｈを超えたか否かを判定し（ステップ１１２）、超えていなければ（ステップ１１２：ＮＯ）、ステップ１１０からの処理を繰り返す。一方で、超えていれば（ステップ１１２：ＹＥＳ）、レーザ光Ｌ１の一発光分の処理を終了する。
【0070】
信号生成部２６は、ＡＤ変換器群２１０Ａ、２１０Ｂがそれぞれ生成したデジタル信号を一次元列ごとに加算して時系列な測定用信号を複数生成する。このように抽出部２２は、レーザ光Ｌ１の発光タイミングからの経過時間とミラー１５の角速度に応じて、計測に用いる受光素子を抽出する。調整部２３は、抽出部２２に抽出された受光素子の出力信号がＡＤ変換器群２１０Ａ、２１０Ｂに主として入力されるように、調整器群２１２Ａ～２１２Ｅの増幅率を調整する。
【0071】
以上、一の実施形態によれば、抽出部２２が、受光素子群１８１～１８５の中から計測対象物１０との距離計測に使用する受光素子を抽出し、調整部２３が、抽出された受光素子に応じた増幅率にて、これら受光素子の電気信号の信号値を調整することとした。これにより、ミラー１５により反射された反射光Ｌ２が入射すべきセンサ１８の受光面上の位置に対応する受光素子の出力信号を主な成分とする時系列な測定用信号を生成することが可能となり、環境光の影響を低減できる。このため、ミラー１５の回転速度を上げても環境光の影響を低減でき、安定的に距離計測が可能となる。
（変形例１）
（変形例１）
【0072】
一実施形態では、図４に示すように、制御部１６は、ミラー１５の回転開始タイミングからコヒーレントＬ１の発光が開始されるように発振器１１ａを制御していたに対し、変形例１では、ミラー１５の回転開始タイミングからコヒーレントＬ１の発光の開始タイミングが各周期でずれるように発振器１１ａを制御することで相違する。以下では相違する点を説明する。
【0073】
図１３は、ミラー１５の回転開始タイミングからコヒーレントＬ１の発光の開始タイミングが各周期でずれるように発振器１１ａを制御した場合の測定点を示した図である。図１３に示すように、計測対象物１０上に照射されるレーザ光Ｌ１の水平方向の位置が、ミラー１５の回転周期毎に徐々にずれる。このように、測定点の位置がずれるので、距離画像内の測定点の数が増加し、画像処理部４００で生成される距離画像の解像度を上げることが可能となる。
【0074】
図１４は、計測対象物１０上に照射されるレーザ光Ｌ１の水平方向の位置をミラー１５の回転方向に応じてずらした場合を模式的に示す図である。縦軸は計測対象物１０上の水平方向の位置を示し、横軸は時間を示す。図１３に示すように、制御部１６は、一方向に回転している場合のミラー１５の回転角に対する光源１１の発光タイミングと、他方向に回転している場合のミラー１５の回転角に対する光源の発光タイミングと、をＴ／２（図３）ずらす制御を行う。これにより、スキャン１における測定点間の中間点に、スキャン２における測定点が配置される。このように、スキャン１における測定点間の中間点に、スキャン２における測定点が配置されるので、距離画像の解像度をより効率的に上げることが可能となる。
【0075】
（変形例２）
一実施形態では、複数の受光素子から出力される電気信号の大きさを変更した後にＡＤ変換したのに対し、変形例２では、複数の受光素子から出力される電気信号をＡＤ変換した後に、信号の大きさを変更することで相違する。以下では相違する点を説明する。
一実施形態では、複数の受光素子から出力される電気信号の大きさを変更した後にＡＤ変換したのに対し、変形例２では、複数の受光素子から出力される電気信号をＡＤ変換した後に、信号の大きさを変更することで相違する。以下では相違する点を説明する。
【0076】
図１５は、変形例２に係る生成部２０Ａの詳細な構成を示すブロック図である。この図１５に示すように、変形例２に係る生成部２０Ａは、抽出部２２と、調整部２３Ａと、ＡＤ変換部２４Ａと、記憶部２５と、信号生成部２６とを備えて構成されている。一実施形態と同等の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
【0077】
ＡＤ変換部２４Ａは、センサ１８が有する受光素子群１８１～１８５（図５）の中の受光素子から入力された電気信号それぞれを所定のサンプリング間隔でサンプリングし、測定用信号を生成する。
【0078】
調整部２３Ａは、抽出部２２で抽出された受光素子に応じた増幅率にて、ＡＤ変換部２４Ａで生成された測定用信号の大きさを調整する。より具体的には、調整部２３は、抽出部２２により抽出された受光素子に対応するＡＤ変換器の増幅率をより大きくする。
【0079】
図１６は、受光素子群１８１～１８５と、ＡＤ変換部２４ＡのＡＤ変換器２１０Ａ～２１０Ｅと、調整部２３の調整器群２１２Ａ～２１２Ｅとの関係で示す図である。ここでは、センサ１８の受光面上における反射光Ｌ２の光束の一部を計測対象物１０までの距離に対応させて模式的に示している。すなわち、計測対象物１０までの距離が遠くなるにしたがい、反射光Ｌ２の入射位置は、受光光学系２０４の光軸中心から離れた位置に移動する。
【0080】
図１６に示すように、ＡＤ変換部２４Ａは、垂直方向に一次元列に配置された受光素子群１８１～１８５にそれぞれ接続されるＡＤ変換器群２１０Ａ～２１０Ｅを有する。また、調整部２３Ａは、垂直方向に一次元列に配置されたＡＤ変換器群２１０Ａ～２１０Ｅにそれぞれ接続される調整器群２１２Ａ～２１２Ｅを有する。例えば、ＡＤ変換器群２１０Ａの中のＡＤ変換器群２１０Ａのそれぞれは、調整器群２１２Ａの中の対応するそれぞれの調整器２１２Ａに接続されている。これにより、調整器群２１２Ａの中の調整器２１２Ａのそれぞれは、ＡＤ変換器群２１０Ａの中の対応するＡＤ変換器それぞれの出力信号の大きさを調整可能である。
【0081】
図１７は、時計回り（－）に角速度中でミラー１５が回転する場合の受光素子１８１、１８２、１８３（図７）の調整ゲイン例を示す図である。横軸が経過時間であり計測対象物１０までの距離に対応する。図７に示すように、調整器２１２Ａが受光素子１８１に対応し、調整器２１２Ｄが受光素子１８２に対応し、調整器２１２Ｂが受光素子１８３に対応する。また、調整ゲインＢが調整器２１２Ｂのゲインに対応し、調整ゲインＤが調整器２１２Ｄのゲインに対応し、調整ゲインＡが調整器２１２Ａのゲインに対応している。
【0082】
この図１７に示すように、受光素子１８３に対応する調整ゲインＢは、時間経過にしたがい下がっていき、Ｔ１が経過すると一定値になる。受光素子１８２に対応する調整ゲインＤは、時間経過にしたがい上がり、Ｔ２が経過すると時間経過にしたがい下がっていく。受光素子１８１に対応する調整ゲインＡは、Ｔ２が経過すると時間経過にしたがいあがっていく。
【0083】
これらのことから分かるように、ミラー１５の角速度とレーザ光Ｌ１の発光が開始されたタイミングからの経過時間に基づき、主として使用する測定用信号を受光素子の位置に応じて変更させるので、反射光Ｌ２に対応しない光に基づく測定用信号を測定に用いることが抑制され、ノイズを低減させることが可能となる。換言すると、ミラー１５により反射された反射光Ｌ２が入射すべきセンサ１８の受光面上の位置に対応する受光素子の出力する測定用信号を主として測定に用いることで、ノイズを低減させることが可能となる。
（変形例３）
変形例２では、複数の受光素子から出力される電気信号をＡＤ変換した後に、測定用信号を記憶部に記憶させることで変形例２と相違する。以下では相違する点を説明する。
（変形例３）
変形例２では、複数の受光素子から出力される電気信号をＡＤ変換した後に、測定用信号を記憶部に記憶させることで変形例２と相違する。以下では相違する点を説明する。
【0084】
図１８は、変形例２に係る生成部２０Ａの詳細な構成を示すブロック図である。この図１８に示すように、変形例２に係る生成部２０Ｂは、抽出部２２と、調整部２３Ｂと、ＡＤ変換部２４Ａと、記憶部２５Ｂと、信号生成部２６とを備えて構成されている。変形例２と同等の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
【0085】
記憶部２２Ｂは、ＡＤ変換部２４Ａが生成した測定用信号を記憶する。調整部２３Ｂは、抽出部２２で抽出された受光素子に応じた増幅率にて、記憶部２２Ｂに記憶されたＡＤ変換部２４Ａで生成された測定用信号の大きさを調整する。
【0086】
図１９は、受光素子群１８１～１８５と、ＡＤ変換部２４ＡのＡＤ変換器２１０Ａ～２１０Ｅと、記憶部２２Ｂの記憶器群２１４Ａ～２１４Ｅと、調整部２３Ｂの調整器群２１２Ａ～２１２Ｅとの関係で示す図である。ここでは、センサ１８の受光面上における反射光Ｌ２の光束の一部を計測対象物１０までの距離に対応させて模式的に示している。すなわち、計測対象物１０までの距離が遠くなるにしたがい、反射光Ｌ２の入射位置は、受光光学系２０４の光軸中心から離れた位置に移動する。
【0087】
図１９に示すように、ＡＤ変換部２４Ａは、垂直方向に一次元列に配置された受光素子群１８１～１８５にそれぞれ接続されるＡＤ変換器群２１０Ａ～２１０Ｅを有する。また、記憶部２２Ｂは、垂直方向に一次元列に配置されたＡＤ変換器群２１０Ａ～２１０Ｅにそれぞれ接続される記憶器群２１４Ａ～２１４Ｅを有する。例えば、ＡＤ変換器群２１０Ａの中のＡＤ変換器群２１０Ａのそれぞれは、記憶器群２１４Ａの中の対応するそれぞれの調整器２１２Ａに接続されている。これにより、記憶器群２１４Ａの中の記憶器２１２４のそれぞれは、ＡＤ変換器群２１０Ａの中の対応するＡＤ変換器それぞれの測定用信号を記憶する。
【0088】
また、調整部２３Ａは、垂直方向に一次元列に配置された記憶器群２１４Ａ～２１０Ｅにそれぞれ接続される調整器群２１２Ａ～２１２Ｅを有する。例えば、記憶器群２１４Ａの中の記憶器２１４Ａのそれぞれは、調整器群２１２Ａの中の対応するそれぞれの調整器２１２Ａに接続されている。これにより、調整器群２１２Ａの中の調整器２１２Ａのそれぞれは、記憶器群２１４Ａの中の対応するＡＤ変換器それぞれの測定用信号の大きさを調整可能である。
【0089】
以上、変形例３によれば、抽出部２２が、受光素子群１８１～１８５の中から計測対象物１０との距離計測に使用する受光素子を抽出し、調整部２３が、抽出された受光素子に応じた増幅率にて、記憶部に記憶される測定用信号の信号値を調整することとした。これにより、ミラー１５により反射された反射光Ｌ２が入射すべきセンサ１８の受光面上の位置に対応する受光素子の出力信号を主な成分とする時系列な測定用信号を生成することが可能となり、環境光の影響を低減できる。このため、ミラー１５の回転速度を上げても環境光の影響を低減でき、安定的に距離計測が可能となる。
【0090】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【0091】
以下に、本願原出願の特許出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
間欠的にレーザ光を発光する光源と、
前記光源が発光する前記レーザ光を当該レーザ光に対する入射面の角度を周期的に可変させるミラーで反射させて計測対象物に照射する照射光学系と、
前記ミラーを介して前記レーザ光の反射光を受光する受光光学系と、
前記受光光学系を介して受光した反射光を電気信号に変換する複数の受光素子を有するセンサと、
前記複数の受光素子のうち、前記計測対象物との距離計測に使用する受光素子を抽出する抽出部と、
前記抽出部で抽出された受光素子に応じた増幅率にて、当該受光素子の電気信号の信号値を調整する調整部と、
前記調整部で調整された電気信号に基づいて、時系列な測定用信号を生成する信号生成部と、
前記レーザ光の発光タイミングと、前記測定用信号のピーク位置のタイミングとの時間差に基づき、前記計測対象物までの距離を計測する距離計測部と、
を備える距離計測装置。
［２］
前記抽出部は、前記ミラーにより反射された前記反射光が入射される前記センサの受光面上の位置に対応する前記受光素子を抽出する、［１］に記載の距離計測装置。
［３］
前記抽出部は、前記ミラーの前記角度と前記レーザ光の発光タイミングからの経過時間とに応じて、前記距離計測に使用する受光素子を変更して抽出する、［１］又は［２］に記載の距離計測装置。
［４］
前記抽出部は、前記ミラーの角速度に基づき、前記受光素子を抽出する、［１］乃至［３］のいずれかに記載の距離計測装置。
［５］
前記抽出部は、前記レーザ光の発光タイミングからの経過時間が長くなるにしたがい、受光光学系の光軸中心からより離れた位置の受光素子を抽出する、［１］乃至［４］のいずれかに記載の距離計測装置。
［６］
前記抽出部は、前記ミラーの角速度が速くなるにしたがい、前記レーザ光の発光タイミングから所定の時間が経過したときに抽出する受光素子の位置を前記受光光学系の光軸中心からより離れた位置とする、［１］乃至［５］のいずれかに記載の距離計測装置。
［７］
前記調整部は、前記抽出部により抽出された受光素子の増幅率を前記センサが有する受光素子の中の前記抽出部により抽出されなかった受光素子の増幅率よりも大きくする、［１］乃至［６］のいずれかに記載の距離計測装置。
［８］
前記調整部は、前記抽出部で抽出されなかった受光素子の増幅率を０にする、［１］乃至［７］のいずれかに記載の距離計測装置。
［９］
前記ミラーは一軸の回転ミラーであって、
前記センサは、前記回転ミラーの回転に応じて、当該センサの受光面上の前記反射光の移動方向に沿って配置された３以上の受光素子を有し、
前記調整部は、前記３以上の受光素子それぞれに対応し、当該対応する受光素子の出力信号の大きさを調整する複数の調整器を有し、
前記３以上の受光素子の中の一つ置きに並んだ受光素子それぞれに対応する２以上の前記調整器に接続される少なくとも一つのＡＤ変換器を更に備える、［１］乃至［８］のいずれかに記載の距離計測装置。
［１０］
前記ミラーは一方向への回転と、当該一方向と逆向きである他方向への回転と交互に繰り返しており、一方向に回転している場合の前記光源の発光タイミングと、他方向に回転している場合の前記光源の発光タイミングと、をずらす［１］乃至［９］のいずれかに記載の距離計測装置。
［１１］
所定の時間間隔でレーザ光をレーザ発光する光源と、
回転軸に対して一方向への回転と、当該一方向と逆向きである他方向への回転とをするミラーと、
前記ミラーを介して前記光源が発光する前記レーザ光を計測対象物に照射する照射光学系と
前記一方向に回転している場合の前記光源の発光タイミングと、前記他方向に回転している場合の前記光源の発光タイミングと、をずらす制御を行う制御部と、
を備える距離計測装置。
［１］
間欠的にレーザ光を発光する光源と、
前記光源が発光する前記レーザ光を当該レーザ光に対する入射面の角度を周期的に可変させるミラーで反射させて計測対象物に照射する照射光学系と、
前記ミラーを介して前記レーザ光の反射光を受光する受光光学系と、
前記受光光学系を介して受光した反射光を電気信号に変換する複数の受光素子を有するセンサと、
前記複数の受光素子のうち、前記計測対象物との距離計測に使用する受光素子を抽出する抽出部と、
前記抽出部で抽出された受光素子に応じた増幅率にて、当該受光素子の電気信号の信号値を調整する調整部と、
前記調整部で調整された電気信号に基づいて、時系列な測定用信号を生成する信号生成部と、
前記レーザ光の発光タイミングと、前記測定用信号のピーク位置のタイミングとの時間差に基づき、前記計測対象物までの距離を計測する距離計測部と、
を備える距離計測装置。
［２］
前記抽出部は、前記ミラーにより反射された前記反射光が入射される前記センサの受光面上の位置に対応する前記受光素子を抽出する、［１］に記載の距離計測装置。
［３］
前記抽出部は、前記ミラーの前記角度と前記レーザ光の発光タイミングからの経過時間とに応じて、前記距離計測に使用する受光素子を変更して抽出する、［１］又は［２］に記載の距離計測装置。
［４］
前記抽出部は、前記ミラーの角速度に基づき、前記受光素子を抽出する、［１］乃至［３］のいずれかに記載の距離計測装置。
［５］
前記抽出部は、前記レーザ光の発光タイミングからの経過時間が長くなるにしたがい、受光光学系の光軸中心からより離れた位置の受光素子を抽出する、［１］乃至［４］のいずれかに記載の距離計測装置。
［６］
前記抽出部は、前記ミラーの角速度が速くなるにしたがい、前記レーザ光の発光タイミングから所定の時間が経過したときに抽出する受光素子の位置を前記受光光学系の光軸中心からより離れた位置とする、［１］乃至［５］のいずれかに記載の距離計測装置。
［７］
前記調整部は、前記抽出部により抽出された受光素子の増幅率を前記センサが有する受光素子の中の前記抽出部により抽出されなかった受光素子の増幅率よりも大きくする、［１］乃至［６］のいずれかに記載の距離計測装置。
［８］
前記調整部は、前記抽出部で抽出されなかった受光素子の増幅率を０にする、［１］乃至［７］のいずれかに記載の距離計測装置。
［９］
前記ミラーは一軸の回転ミラーであって、
前記センサは、前記回転ミラーの回転に応じて、当該センサの受光面上の前記反射光の移動方向に沿って配置された３以上の受光素子を有し、
前記調整部は、前記３以上の受光素子それぞれに対応し、当該対応する受光素子の出力信号の大きさを調整する複数の調整器を有し、
前記３以上の受光素子の中の一つ置きに並んだ受光素子それぞれに対応する２以上の前記調整器に接続される少なくとも一つのＡＤ変換器を更に備える、［１］乃至［８］のいずれかに記載の距離計測装置。
［１０］
前記ミラーは一方向への回転と、当該一方向と逆向きである他方向への回転と交互に繰り返しており、一方向に回転している場合の前記光源の発光タイミングと、他方向に回転している場合の前記光源の発光タイミングと、をずらす［１］乃至［９］のいずれかに記載の距離計測装置。
［１１］
所定の時間間隔でレーザ光をレーザ発光する光源と、
回転軸に対して一方向への回転と、当該一方向と逆向きである他方向への回転とをするミラーと、
前記ミラーを介して前記光源が発光する前記レーザ光を計測対象物に照射する照射光学系と
前記一方向に回転している場合の前記光源の発光タイミングと、前記他方向に回転している場合の前記光源の発光タイミングと、をずらす制御を行う制御部と、
を備える距離計測装置。
【符号の説明】
【0092】
１：距離計測装置、１０：計測対象物、１１：光源、１５：ミラー、１８：センサ、２０：生成部、２１：距離計測部、２２：抽出部、２３：調整部、２４：ＡＤ変換部、２５：記憶部、２６：信号生成部、１８１～１８５：受光素子群、２０２：照射光学系、２０４：受光光学系
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】