JP6862751B2

JP6862751B2 - 距離測定装置、距離測定方法及びプログラム

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Publication number: JP6862751B2
Application number: JP2016202720A
Authority: JP
Inventors: 森河　剛; 剛森河; 手塚　耕一; 耕一手塚; 飯田　弘一; 弘一飯田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2021-04-21
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Description

本発明は、距離測定装置、距離測定方法及びプログラムに関する。

レーザ光を用いて測定対象までの距離を測定する、走査型の距離測定装置が提案されている。このような距離測定装置は、例えば一定のタイミングで発光するレーザ光源からのレーザ光（又は、レーザパルス）を、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーで２次元走査して照射する投光ユニットを有する。また、このような距離測定装置は、投光ユニットによるレーザ光の走査に対し、測定対象からの反射光を光検出器で検出し、走査位置毎に測定対象までの距離を算出する受光ユニットを有する。

距離測定装置は、例えば人間等の生体、車両等の物体を含む、各種測定対象の検知にも適用可能である。距離測定装置は、例えばラスタ走査されたサンプル順に、各測距点における距離値を配列した距離画像を出力しても良い。この場合、距離測定装置は、距離画像を用いて、例えば体操選手、バスケット選手等のスポーツ選手を検知することで、スポーツ選手のフォーム（例えば、体操演技のフォームや、バスケットのシュートのフォーム）等を測定することができる。スポーツ選手のフォーム又は動作は、このように距離測定装置により測定されたフォームに基づいて解析可能である。例えば、距離測定装置により体操選手のフォーム又は動作を測定した場合、解析したフォーム又は動作に基づいて体操演技の採点等を行うこともできる。

しかし、１つの距離測定装置では、１方向からの測定であるため、測定対象の裏側等の、レーザ光が当たらない部分までの距離を測定することができない。そこで、複数の距離測定装置を用いて、複数の異なる方向からの測定を行うシステムが提案されている。しかし、例えば互いに対向する位置に配置された第１及び第２の距離測定装置を用いると、第１の距離測定装置が投光するレーザ光を、第２の距離測定装置が検出してしまう場合がある。この場合、第２の距離測定装置は、第１の距離測定装置が投光するレーザ光を、第２の距離測定装置が投光するレーザ光の反射光と誤検出してしまうので、第１及び第２の距離測定装置の測定結果を統合しても、測定対象の動作等を正確に測定することは難しい。

距離測定装置が、レーザ光を回転ミラーを含む回転機構で１次元走査する投受光同軸構造を有する場合、投光したレーザ光と同じ方向からの反射光を受光する。このため、回転ミラーの回転角度が、他の距離測定装置が投光するレーザ光の誤検出が発生する角度範囲内にあるときは、回転ミラーの回転速度を調整することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このように回転ミラーの回転速度を調整することにより、他の距離測定装置が投光したレーザ光を、自距離測定装置が投光したレーザ光の反射光と誤検出してしまうことを抑制できる。

一方、距離測定装置が、レーザ光を回転機構を用いずに２次元走査する投受光分離構造を有する場合、受光ユニットは、投光ユニットが投光するレーザ光の走査範囲を検出する。このため、複数の異なる方向から測定対象を測定する場合、複数の距離測定装置が投光するレーザ光の走査範囲が互いに干渉する。例えば、第１の距離測定装置の走査方向と、第１の距離測定装置と対向する位置に配置された第２の距離測定装置の走査方向とでは、互いの走査方向が一致するタイミングが存在する。このように第１及び第２の距離測定装置の走査方向が一致するタイミングでは、例えば第２の距離測定装置は、第１の距離測定装置が投光するレーザ光を、第２の距離測定装置が投光するレーザ光の反射光と誤検出してしまう。ゆえに、投光するレーザ光の走査範囲を検出する投受光分離構造を有する複数の距離測定装置を用いる場合、このような誤検出を抑制することは難しい。

特開２０１１−１１２５０３号公報特開２０１４−５２２７４号公報特開２００５−２２１３３３号公報特開２００６−３０８４８２号公報

従来、投光するレーザ光の走査範囲を検出する構造を有する複数の距離測定装置を用いて、複数の異なる方向から測定対象を測定する場合、複数の距離測定装置が投光するレーザ光の走査範囲が互いに干渉する。このため、他の距離測定装置が投光するレーザ光を、自距離測定装置が投光するレーザ光の反射光と誤検出してしまう。

そこで、１つの側面では、複数の距離測定装置が投光するレーザ光の走査範囲が互いに干渉することで発生する誤検出を抑制可能な距離測定装置、距離測定方法及びプログラムを提供することを目的とする。

１つの案によれば、測定対象までの距離を複数の方向から測距する距離測定装置であって、第１のレーザ光源から出射される第１のレーザ光を水平走査方向及び垂直走査方向へフレーム単位でラスタ走査するように投光し、前記測定対象からの反射光を第１の多分割受光素子で受光する２次元走査型の第１のセンサ本体と、第２のレーザ光源から出射される第２のレーザ光を水平走査方向及び垂直走査方向へフレーム単位でラスタ走査するように投光し、前記測定対象からの反射光を第２の多分割受光素子で受光する２次元走査型の第２のセンサ本体と、前記第１のセンサ本体からの、前記フレーム単位でラスタ走査されたサンプル順に各測距点における距離値を配列した第１の距離画像と、前記第２のセンサ本体からの、前記フレーム単位でラスタ走査されたサンプル順に各測距点における距離値を配列した第２の距離画像を統合する手段と、を備え、前記手段は、前記第１のセンサ本体が前記測定対象が無い状態で前記第２のセンサ本体が投光する第２のレーザ光を受光する前記第１の多分割受光素子の受光部を特定し、前記特定された受光部が前記第２のセンサ本体が投光する第２のレーザ光を受光しなくなるまで、前記第２のセンサ本体が投光する第２のレーザ光が垂直走査方向へ走査する１フレーム内の位相を、前記第１のセンサ本体が投光する第１のレーザ光が垂直走査方向へ走査する１フレーム内の位相に対して調整して、前記第２のセンサ本体の走査開始点を基準となる前記第１のセンサ本体の走査開始点に対して遅延し、前記第２のレーザ光の垂直走査方向の位相の調整後に前記第１及び第２のセンサ本体からの前記第１及び第２の距離画像を統合する、処理を実行する距離測定装置が提供される。

一態様によれば、複数の距離測定装置が投光するレーザ光の走査範囲が互いに干渉することで発生する誤検出を抑制することができる。

一実施例における距離測定装置の一例を示す図である。光検出器の受光部の一例を模式的に示す正面図である。演算回路の一例を示す機能ブロック図である。コンピュータの一例を示すブロック図である。第１実施例における距離測定処理の一例を説明するフローチャートである。第１実施例におけるセンサ本体の配置とレーザ光の走査範囲との関係の一例を模式的に示す平面図である。１フレーム内のラスタ走査の一例を説明する図である。第２実施例におけるセンサ本体の配置とレーザ光の走査範囲との関係の一例を模式的に示す平面図である。１フレーム内のラスタ走査の一例を説明する図である。

開示の距離測定装置、距離測定方法及びプログラムでは、測定対象までの距離を複数の方向から測距する互いに同じ構成を有する２次元走査型の第１及び第２のセンサ本体は、レーザ光源から出射されるレーザ光を投光し、測定対象からの反射光を多分割受光素子で受光する。プロセッサは、第１及び第２のセンサ本体からの距離画像を統合する。第１のセンサ本体が、測定対象が無い状態で第２のセンサ本体が投光するレーザ光を受信する多分割受光素子の受光部を特定し、特定された受光部が第２のセンサ本体が投光するレーザ光を受光しなくなるまで、第２のセンサ本体が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相を、第１のセンサ本体が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相に対して調整し、レーザ光の垂直走査方向の位相の調整後に、第１及び第２のセンサ本体からの距離画像を統合する、処理を実行する。

以下に、開示の距離測定装置、距離測定方法及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。

図１は、一実施例における距離測定装置の一例を示す図である。図１に示す距離測定装置は、複数のセンサ本体１−１〜１−Ｎ（Ｎは２以上の自然数）と、コンピュータ４とを有する。複数のセンサ本体１−１〜１−Ｎとコンピュータ４との間は、例えばネットワーク等により接続されていても良い。この場合、ネットワークは、有線であっても、無線であっても、有線と無線の組み合わせであっても良い。各センサ本体１−１〜１−Ｎは、同じ構成を有し、投光ユニット２と、受光ユニット３と、演算回路５とを有する。

例えば、Ｎ＝２の場合、第１及び第２のセンサ本体１−１，１−２は、測定対象１００の測定時に、測定対象１００を挟んで対向する位置に設けられている。また、Ｎ＝４以上の偶数の場合、第１及び第２のセンサ本体１−１，１−２は、測定対象１００の測定時に、測定対象１００を挟んで対向する一対のセンサ本体を形成し、このような一対のセンサ本体は、複数対設けられている。例えば、Ｎ＝４の場合の測定対象１００の測定時には、第１及び第２のセンサ本体１−１，１−２は、測定対象１００を挟んで対向する位置に設けられ、第３及び第４のセンサ本体１−３，１−４は、測定対象１００を挟んで対向する位置に設けられている。この場合、第１乃至第４のセンサ本体１−１〜１−４は、９０度の角度間隔で設けられていても良い。対を形成するセンサ本体間の距離は、各センサ本体からの距離画像を統合する処理を簡略化する上では一定であることが望ましいが、対毎にセンサ本体間の距離が異なっても良い。

投光ユニット２は、センサの駆動を制御する回路（以下、「センサ駆動制御回路」とも言う）２１、レーザを駆動する回路（以下、「レーザ駆動回路」とも言う）２２、レーザ光源の一例であるレーザダイオード２３、例えば２次元ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーで形成された２軸の走査ミラー２４、２軸のミラーコントローラ２５、及び投光レンズ２６を有する。センサ駆動制御回路２１は、レーザダイオード２３の発光タイミングを示す発光タイミング信号をレーザ駆動回路２２に供給する。レーザ駆動回路２２は、発光タイミング信号が示す発光タイミングで、レーザダイオード２３を発光させる。また、センサ駆動制御回路２１は、走査ミラー２４を２軸で駆動する駆動制御信号をミラーコントローラ２５に供給する。ミラーコントローラ２５は、駆動制御信号に従って走査ミラー２４を２軸で駆動する駆動信号を出力し、周知の駆動部（図示せず）により走査ミラー２４を駆動する。走査ミラー２４のミラー角度は、周知の検出部（図示せず）により検出され、ミラー角度を示す角度信号がミラーコントローラ２５に供給される。図１では説明の便宜上、走査ミラー２４が、上記の駆動部及び検出部を含む形で図示されている。ミラーコントローラ２５は、角度信号に従って、走査ミラー２４のミラー角度を表すミラー角度データを生成して演算回路５に供給する。これにより、レーザダイオード２３から出射されたレーザ光は、走査ミラー２４で偏向されて、投光レンズ２６を介して走査角度範囲を走査する、例えばラスタ走査を行う。レーザ光は、水平走査方向及び垂直走査方向へラスタ走査を行うことで、フレーム単位で走査を行うことができる。投光レンズ２６は、走査角度範囲を拡大する拡大レンズを含んでも良い。

このようなラスタ走査により、センサ本体１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）からある距離だけ離れた位置では、レーザ光（又は、レーザパルス）が測定範囲を走査する。この測定範囲は、レーザ光がセンサ本体１−ｉからある距離だけ離れた位置において、走査角度範囲の一端から他端までを、例えば水平面（又は、地面）と略平行に移動する距離に相当する幅と、当該レーザ光が例えば最下点から最上点までを、水平面とは垂直な方向に移動する距離に相当する高さを有する。つまり、測定範囲は、センサ本体１−ｉから一定距離だけ離れた位置でレーザ光により走査される領域全体を言う。

なお、この例では、レーザ光の水平走査方向及び垂直走査方向が、各センサ本体１−１〜１−Ｎ間で一致するように、センサ本体１−１〜１−Ｎが同期されている。また、各センサ本体１−１〜１−Ｎのレーザ光のパルス間隔は、同じに設定されている。更に、各センサ本体１−１〜１−Ｎのレーザ光の垂直走査方向の位相は、コンピュータ４から各センサ本体１−１〜１−Ｎに入力される設定データに基づいて調整可能である。

受光ユニット３は、受光レンズ３１、光検出器３２、及び距離計測回路３３を有する。測定対象１００からの反射光は、受光レンズ３１を介して光検出器３２で検出される。光検出器３２は、多分割受光素子で形成されており、検出した反射光を表す受光信号を距離計測回路３３に供給する。多分割受光素子が例えば９分割されている場合、９個の受光部（又は、受光領域）が検出した反射光を表す受光信号が多分割受光素子から出力される。したがって、どの受光部の受光信号を選択するかで、後述するように、指向性を確保している領域内に限定された受光信号の処理を行える。距離計測回路３３は、投光ユニット２からレーザ光を投光してから、レーザ光が測定対象１００で反射されて受光ユニット３へ戻ってくるまでの往復時間（ＴＯＦ：Time Of Flight）ΔＴを計測することで、測定対象１００までの距離を計測し、計測した距離を示す距離データを演算回路５に供給する。ここで、光速をｃ（約３０万ｋｍ／ｓ）で表すと、測定対象１００までの距離は、例えば（ｃ×ΔＴ）／２から求めることができる。

図２は、光検出器の受光部の一例を模式的に示す正面図である。図２に示す例では、光検出器３２を形成する多分割受光素子が９分割されているので、光検出器３２は、９個のマトリクス状に配置された受光部３２−１〜３２−９を有する。受光レンズ３１は、測定対象１００からの反射光を受光し、光検出器３２の受光部３２−１〜３２−９上に特定のサイズを有するビームスポットＳＰを形成する。したがって、受光レンズ３１は、集光レンズを含んでも良い。この例では、各受光部３２−１〜３２−９は同じサイズを有する略矩形であり、梨地で示すビームスポットＳＰは略円形である。また、ビームスポットＳＰのサイズ（即ち、面積）は、各受光部３２−１〜３２−９のサイズ（即ち、面積）よりも大きい。なお、多分割受光素子の分割数は９分割に限定されない。

例えばセンサ本体１−１において、測定対象１００が無い状態で他のセンサ本体（例えば、センサ本体１−２）からのレーザ光を受光する受光部を特定しておくことで、測定対象１００を測定する際に当該受光部を除外した、指向性を確保している領域内の受光部により、センサ本体１−１が投光して測定対象１００により反射されたレーザ光を受光することができる。これにより、センサ本体１−１は、指向性を確保している領域内の受光部により受光された測定対象１００からの反射光を受光して、当該受光部からの受光信号から、測定対象１００までの距離を測定できる。つまり、指向性を確保している領域以外の受光部により受光されたレーザ光は、センサ本体１−１が投光して測定対象１００により反射されたレーザ光ではなく、他のセンサ本体（例えば、センサ本体１−２）からのレーザ光であると判断できる。

図３は、演算回路の一例を示す機能ブロック図である。演算回路５は、例えばプロセッサにより形成可能である。プロセッサが、メモリに記憶されたプログラムを実行することで、図３に示す各モジュール５１〜５４の機能を実行する。この例では、演算回路５は、３次元データ及び距離画像を生成するモジュール（以下、「３次元データ及び距離画像生成モジュール」とも言う）５１、位相調整モジュール５３、及び対象抽出モジュール５４を有する。

３次元データ及び距離画像生成モジュール５１は、ミラー角度データと、距離データとを入力し、距離データから距離画像を生成し、距離画像とミラー角度データから３次元データを生成する、距離画像生成手段の一例である。また、３次元データ及び距離画像生成モジュール５１は、ミラー角度データから、レーザ光の投光角度を示す投光角度データを生成する。距離画像は、ラスタ走査されたサンプル順に、各測距点における距離値を配列した画像である。距離画像は、コンピュータ４に出力可能である。３次元データは、距離値と投光角度データを用いて変換することで生成可能である。３次元データは、コンピュータ４に出力可能である。

対象抽出モジュール５４は、ラスタ走査された走査角度範囲内に測定対象１００が存在する場合に、この距離画像から測定対象１００を抽出する、対象抽出手段の一例である。距離画像から測定対象１００を抽出する方法は特に限定されず、周知の方法により測定対象１００を抽出可能である。例えば、測定対象１００が人間であれば、距離画像から人間が取り得る姿勢等の形状を検知することで、測定対象１００を抽出することができる。また、対象指定の別の例として、取得された距離画像又は３次元画像を例えばコンピュータ４の表示装置に表示し、表示画面上の所望の位置又は範囲をマウス等で指定（クリック）することで、測定対象を抽出しても良い。対象抽出モジュール５４は、抽出された測定対象１００のデータ（以下、「対象データ」とも言う）をコンピュータ４に出力可能である。

例えば、センサ本体１−１，１−２が対向する対のセンサ本体を形成する場合を想定する。この場合、コンピュータ４は、測定対象１００が無い状態で対向するセンサ本体１−２が投光するレーザ光を受信するセンサ本体１−１の光検出器３２を形成する多分割受光素子の受光部を特定し、特定された受光部を含む設定データをセンサ本体１−１に入力する。このため、センサ本体１−２の位相調整モジュール５３は、ミラー角度データを入力し、コンピュータ４からの設定データに基づいて、特定された受光部がセンサ本体１−２が投光するレーザ光を受光しなくなるまで、センサ本体１−２が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相を、センサ本体１−１が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相に対して調整するようにセンサ駆動制御回路２１を制御する。

このように、演算回路５は、コンピュータ４から入力される設定データに基づいて、当該演算回路５が属するセンサ本体（例えば、センサ本体１−２）が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相を、基準のセンサ本体（例えば、センサ本体１−１）が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相に対して調整し、走査開始点を基準のセンサ本体の走査開始点に対して遅延する。

コンピュータ４は、例えば図４に示す構成を有しても良い。図４は、コンピュータの一例を示すブロック図である。図４に示すコンピュータ４は、バス４０を介して互いに接続されたプロセッサ４１と、メモリ４２と、入力装置４３と、表示装置４４と、インタフェース（又は、通信装置）４５とを有する。プロセッサ４１は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）等で形成可能であり、メモリ４２に記憶されたプログラムを実行して、コンピュータ４全体の制御を司る。メモリ４２は、例えば半導体記憶装置、磁気記録媒体、光記録媒体、光磁気記録媒体等の、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体により形成可能である。メモリ４２は、プロセッサ４１が実行する距離測定プログラムを含む各種プログラム、各種データ等を記憶する。

入力装置４３は、ユーザ（又は、オペレータ）により操作される、例えばキーボード等で形成可能であり、プロセッサ４１にコマンド及びデータを入力するのに用いられる。表示装置４４は、ユーザに対するメッセージ、距離測定処理の測定結果等を表示する。インタフェース４５は、コンピュータ４を他のコンピュータ等と通信可能に接続する。この例では、コンピュータ４は、インタフェース４５を介して演算回路５に接続されている。

コンピュータ４（即ち、プロセッサ４１及びメモリ４２）は、例えば対向する一対のセンサ本体１−１，１−２と接続される場合、センサ本体１−１が測定対象１００が無い状態でセンサ本体１−２が投光するレーザ光を受信する多分割受光素子の受光部を特定し、特定された受光部において、センサ本体１−２が投光するレーザ光を受光しなくなるまで、センサ本体１−２が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相を、センサ本体１−１が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相に対して調整し、レーザ光の垂直走査方向の位相の調整後にセンサ本体１−１，１−２からの距離画像を統合する、処理を実行する手段の一例である。

なお、コンピュータ４は、当該コンピュータ４の構成要素がバス４０を介して接続されたハードウェア構成に限定されるものではない。コンピュータ４には、例えば汎用コンピュータを用いても良い。また、コンピュータ４にグラフィック専用のプロセッサを設け、距離画像及び３次元データをこのグラフィック専用のプロセッサで処理し、他の制御等の処理をプロセッサ４１で実行するようにしても良い。この場合、グラフィック専用のプロセッサは、例えば表示装置４４に直接接続しても良い。

コンピュータ４の入力装置４３及び表示装置４４は、省略可能である。また、コンピュータ４のインタフェース４５を更に省略したモジュール、半導体チップ等の場合、各センサ本体１−１〜１−Ｎの出力（即ち、各演算回路５の出力）は、バス４０に接続されても、プロセッサ４１に直接接続されても良い。例えばコンピュータ４を半導体チップ等で形成した場合、半導体チップ等は、各センサ本体１−１〜１−Ｎ内に設けられていても良い。コンピュータ４は、例えば演算回路５の少なくとも一部を含んでも良い。

（第１実施例）
図５は、第１実施例における距離測定処理の一例を説明するフローチャートである。図５に示す距離測定処理は、例えばコンピュータ４のプロセッサ４１がメモリ４２に記憶されたプログラムを実行することで、実行可能である。この例では、便宜上、Ｎ＝２の場合について説明する。図５において、ステップＳ１では、プロセッサ４１が、対向する位置に設けられたセンサ本体１−１，１−２間のレーザ光の投光方向及び受光方向を調整して、投光ユニット２からレーザ光を投光して、受光ユニット３で受光する。具体的には、プロセッサ４１は、測定対象１００が無い状態で、対向する位置に設けられたセンサ本体１−１，１−２に設定データを入力する。測定対象１００が無い状態は、センサ本体１−１，１−２の演算回路５から入力される対象データから判断できる。これにより、センサ本体１−１，１−２間の、レーザ光の投光方向及び受光方向を調整して、演算回路５、センサ駆動制御回路２１及びミラーコントローラ２５を介してレーザ光を投光し、光検出器３２を形成する９分割受光素子の対応する受光部で受光して、距離軽計測回路３３及び演算回路５を介して距離データを取得する。ステップＳ２では、プロセッサ４１が、センサ本体１−１，１−２の１フレーム分の距離データをメモリ４２に蓄積する。ステップＳ３では、プロセッサ４１が、例えばセンサ本体１−１を基準のセンサ本体と仮定すると、メモリ４２に蓄積した１フレーム分の距離データに基づき、１フレーム内で基準のセンサ本体（この例では、センサ本体１−１）が、基準のセンサ本体以外のセンサ本体（この例では、センサ本体１−２）からのレーザ光を受光する領域を特定する。

図６は、第１実施例におけるセンサ本体の配置とレーザ光の走査範囲との関係の一例を模式的に示す平面図である。図６において、センサ本体１−１，１−２は、対向する位置に設けられている。センサ本体１−１は、矢印Ａで示す如き走査方向及び受光方向でレーザ光を走査して受光する。一方、センサ本体１−２は、矢印Ｂで示す如き走査方向及び受光方向でレーザ光を走査して受光する。また、センサ本体１−１が投光するレーザ光の走査範囲ＲＡ_１−ＲＡ_２と、センサ本体１−２が投光するレーザ光の走査範囲ＲＢ_１−ＲＢ_２とでは、互いに梨地で示す干渉領域ＩＲ_ＡＢで干渉する。

ステップＳ４では、プロセッサ４１が、調整した受光方向について、基準のセンサ本体（この例では、センサ本体１−１）の光検出器３２の９分割受光素子が、基準のセンサ本体以外のセンサ本体（この例では、センサ本体１−２）が投光したレーザ光を受光する領域内の受光部を有するか否かを判定する。ステップＳ４の判定結果がＹＥＳであると、処理はステップＳ５へ進み、判定結果がＮＯであると、処理は後述するステップＳ７へ進む。

ステップＳ５では、プロセッサ４１が、基準のセンサ本体（この例では、センサ本体１−１）の光検出器３２の９分割受光素子のうち、基準のセンサ本体以外のセンサ本体（この例では、センサ本体１−２）が投光したレーザ光を受光する領域内の受光部が受光したレーザ光の強度が、基準のセンサ本体以外のセンサ本体が投光したレーザ光を直接受光した場合の強度であるか否かを判定し、判定結果がＮＯであると、受光したレーザ光が基準のセンサ本体が投光したレーザ光の反射光であると判断し、処理は後述するステップＳ７へ進む。

ステップＳ５の判定結果がＹＥＳであると、処理はステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、プロセッサ４１が、基準のセンサ本体以外のセンサ本体（この例では、センサ本体１−２）のレーザ光の垂直走査方向の位相を、基準のセンサ本体（この例では、センサ本体１−１）のレーザ光の垂直走査方向の位相に対して調整し、処理はステップＳ２へ戻る。

このようにして、基準のセンサ本体の光検出器３２の９分割受光素子のうち、基準のセンサ本体以外のセンサ本体が投光したレーザ光を直接受光しなくなるまで、ステップＳ２〜Ｓ６の処理が繰り返される。

図７は、１フレーム内のラスタ走査の一例を説明する図である。図７中、Ａは、センサ本体１−１の走査方向及び受光方向を模式的に示し、Ｂは、センサ本体１−２の走査方向及び受光方向を模式的に示し、○印はサンプリング点を模式的に示す。Ｆ１は、センサ本体１−１が投光するレーザ光が水平走査方向及び垂直走査方向へラスタ走査する１フレームを示し、Ｆ２は、センサ本体１−２が投光するレーザ光が水平走査方向及び垂直走査方向へラスタ走査する１フレームを示す。図７に示す例では、センサ本体１−１がＦ１ｐで示す位置までの走査を行い、位置Ｆ１ｐからの走査を継続するタイミングで、センサ本体１−２がＦ２ｐで示す位置から走査を開始する。この例では、基準のセンサ本体以外のセンサ本体（この例では、センサ本体１−２）のレーザ光の垂直走査方向の位相が、基準のセンサ本体（この例では、センサ本体１−１）のレーザ光の垂直走査方向の位相に対して、図７中フレームＦ１内の破線で示す調整量ｄだけ遅れるように調整する。この調整量ｄは、例えば１フレーム内で最大垂直走査周期の１／２以下である。

ステップＳ７では、プロセッサ４１が、レーザ光の垂直走査方向の位相の調整量（以下、「位相調整量」とも言う）ｄをメモリ４２に記憶する。ステップＳ８では、プロセッサ４１が、記録した位相調整量ｄを含む設定データを各センサ本体１−１，１−２に設定することで、距離計測処理を開始し、各センサ本体１−１，１−２からの距離画像を統合し、処理は終了する。測定対象１００が有る状態は、センサ本体１−１，１−２の演算回路５から入力される対象データから判断できる。ステップＳ８では、プロセッサ４１が、距離計測処理を開始し、各センサ本体１−１，１−２からの３次元データを統合しても良い。言うまでもなく、ステップＳ８では、プロセッサ４１が、距離計測処理を開始し、各センサ本体１−１，１−２からの距離画像の統合及び３次元データの統合の両方を行っても良い。

本実施例によれば、測定対象までの距離を測定する際に、複数の方向から測距し、各センサ本体が他のセンサ本体からのレーザ光を受光しないように、センサ本体間で走査開始点をずらす（基準のセンサ本体に対し、他のセンサ本体の走査開始点を遅らせる）。これにより、各センサ本体は、自センサ本体が投光するレーザ光の反射光以外、即ち、他のセンサ本体が投光するレーザ光を、受光対象としないので、レーザ光の走査範囲が互いに干渉することで発生する誤検出を抑制することができる。

（第２実施例）
第２実施例における距離測定処理の一例は、図５に示す距離測定処理と同様で良いが、例えばＮ＝４である。このため、図５に示す距離測定処理は、対向する各対のセンサ本体について実行すれば良い。

図８は、第２実施例におけるセンサ本体の配置とレーザ光の走査範囲との関係の一例を模式的に示す平面図である。図８中、図６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図８において、センサ本体１−１，１−２は、対向する位置に設けられており、センサ本体１−３，１−４は、対向する位置に設けられている。この例では、センサ本体１−１〜１−４は、９０度の角度間隔で設けられているが、角度間隔は９０度に限定されない。センサ本体１−３は、矢印Ｃで示す如き走査方向及び受光方向でレーザ光を走査して受光する。一方、センサ本体１−４は、矢印Ｄで示す如き走査方向及び受光方向でレーザ光を走査して受光する。また、センサ本体１−３が投光するレーザ光の走査範囲ＲＣ_１−ＲＣ_２と、センサ本体１−４が投光するレーザ光の走査範囲ＲＤ_１−ＲＤ_２とでは、互いに梨地で示す干渉領域ＩＲ_ＣＤで干渉する。なお、センサ本体１−３が投光するレーザ光の走査範囲ＲＣ_１−ＲＣ_２と、センサ本体１−４が投光するレーザ光の走査範囲ＲＤ_１−ＲＤ_２とは、いずれも、センサ本体１−１が投光するレーザ光の走査範囲ＲＡ_１−ＲＡ_２とは干渉せず、センサ本体１−２が投光するレーザ光の走査範囲ＲＢ_１−ＲＢ_２とも干渉しない。

なお、４以上のセンサ本体が投光するレーザ光の走査範囲が互いに干渉する場合には、基準のセンサ本体のレーザ光の垂直走査方向の位相に対し、１つの他のセンサ本体のレーザ光の垂直走査方向の位相を調整量だけ遅らせ、残りの他のセンサ本体のレーザ光の垂直走査方向の位相については、調整量だけ遅らせた位相に更に調整量を順次加算しても良い。

図９は、１フレーム内のラスタ走査の一例を説明する図である。図９中、Ｃは、センサ本体１−３の走査方向及び受光方向を模式的に示し、Ｄは、センサ本体１−４の走査方向及び受光方向を模式的に示し、○印はサンプリング点を模式的に示す。Ｆ３は、センサ本体１−３が投光するレーザ光が水平走査方向及び垂直走査方向へラスタ走査する１フレームを示し、Ｆ４は、センサ本体１−４が投光するレーザ光が水平走査方向及び垂直走査方向へラスタ走査する１フレームを示す。センサ本体１−１，１−２が投光するレーザ光が水平走査方向及び垂直走査方向へラスタ走査する１フレームは、図７に示した通りである。図９に示す例では、センサ本体１−３がＦ３ｐで示す位置までの走査を行い、位置Ｆ３ｐからの走査を継続するタイミングで、センサ本体１−４がＦ４ｐで示す位置から走査を開始する。この例では、基準のセンサ本体以外のセンサ本体（この例では、センサ本体１−４）のレーザ光の垂直走査方向の位相が、基準のセンサ本体（この例では、センサ本体１−３）のレーザ光の垂直走査方向の位相に対して、図９中フレームＦ３内の破線で示す調整量ｄだけ遅れるように調整する。この調整量ｄは、１フレーム内で最大垂直走査周期の１／２以下である。この場合のフレームＦ３内の調整量ｄは、図７に示すフレームＦ１内の調整量ｄと同じ値であっても、異なる値であっても良い。

上記の各実施例では、対向するセンサ本体間で、一方のセンサ本体のレーザ光の垂直走査方向の位相に対し、他方のセンサ本体のレーザ光の垂直走査方向の位相を調整量だけ遅らせる。このため対向するセンサ本体間では、走査開始点（時刻）がずれるが、１フレーム内で最大垂直走査周期の１／２程度（即ち、最大で１フレーム期間の１／２）以下のずれとすることで、距離測定精度への影響は少ない。なお、レーザ光の垂直走査方向の位相の遅延量は、対向するセンサ本体のレーザ光の干渉、走査開始点の遅延の影響等を考慮して決定すれば良い。

本来、複数のセンサ本体を同期させる場合、レーザ光の投光タイミングを一致させた方が良い。しかし、２次元ＭＥＭＳミラー等には個体差があり、複数のセンサ本体間でレーザ光の投光タイミングを完全に一致させることは困難である。しかし、上記の各実施例では、基準のセンサ本体のレーザ光の垂直走査方向の位相に対し、他のセンサ本体のレーザ光の垂直走査方向の位相を調整量だけ遅らせるので、複数のセンサ本体間でレーザ光の投光タイミングを完全に一致させなくても良い。

更に、対向するセンサ本体は、一直線上に配置されていなくても良く、完全に対向する位置から多少ずれて配置されていても良い。

以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
測定対象までの距離を複数の方向から測距する距離測定装置であって、
レーザ光源から出射されるレーザ光を投光し、前記測定対象からの反射光を多分割受光素子で受光する、互いに同じ構成を有する２次元走査型の第１及び第２のセンサ本体と、
前記第１及び第２のセンサ本体からの距離画像を統合するプロセッサと、
を備え、
前記プロセッサは、
前記第１のセンサ本体が前記測定対象が無い状態で前記第２のセンサ本体が投光するレーザ光を受信する前記多分割受光素子の受光部を特定し、
前記特定された受光部が前記第２のセンサ本体が投光するレーザ光を受光しなくなるまで、前記第２のセンサ本体が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相を、前記第１のセンサ本体が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相に対して調整し、
前記レーザ光の垂直走査方向の位相の調整後に前記第１及び第２のセンサ本体からの距離画像を統合する、
処理を実行することを特徴とする、距離測定装置。
（付記２）
位相の調整量は、レーザ光が水平走査方向及び垂直走査方向へラスタ走査する１フレーム内で最大垂直走査周期の１／２以下であることを特徴とする、付記１記載の距離測定装置。
（付記３）
前記受光部の特定は、レーザ光が水平走査方向及び垂直走査方向へラスタ走査する１フレーム内で１水平走査毎に行うことを特徴とする、付記１又は２記載の距離測定装置。
（付記４）
前記第１及び第２のセンサ本体は、前記測定対象を挟んで対向する位置に設けられていることを特徴とする、付記１乃至３のいずれか１項記載の距離測定装置。
（付記５）
前記第１及び第２のセンサ本体は、一対のセンサ本体を形成し、
前記一対のセンサ本体は、複数対設けられていることを特徴とする、付記４記載の距離測定装置。
（付記６）
測定対象までの距離を複数の方向から測距する距離測定方法であって、
互いに同じ構成を有する２次元走査型の第１及び第２のセンサ本体が、レーザ光源から出射されるレーザ光を投光し、前記測定対象からの反射光を多分割受光素子で受光し、
プロセッサが、
前記第１のセンサ本体が前記測定対象が無い状態で前記第２のセンサ本体が投光するレーザ光を受信する前記多分割受光素子の受光部を特定し、
前記特定された受光部が前記第２のセンサ本体が投光するレーザ光を受光しなくなるまで、前記第２のセンサ本体が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相を、前記第１のセンサ本体が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相に対して調整し、
前記レーザ光の垂直走査方向の位相の調整後に前記第１及び第２のセンサ本体からの距離画像を統合する、
処理を実行することを特徴とする、距離測定方法。
（付記７）
位相の調整量は、レーザ光が水平走査方向及び垂直走査方向へラスタ走査する１フレーム内で最大垂直走査周期の１／２以下であることを特徴とする、付記６記載の距離測定方法。
（付記８）
前記受光部の特定は、レーザ光が水平走査方向及び垂直走査方向へラスタ走査する１フレーム内で１水平走査毎に行うことを特徴とする、付記６又は７記載の距離測定方法。
（付記９）
前記第１及び第２のセンサ本体は、前記測定対象を挟んで対向する位置に設けられていることを特徴とする、付記６乃至８のいずれか１項記載の距離測定方法。
（付記１０）
前記第１及び第２のセンサ本体は、一対のセンサ本体を形成し、
前記一対のセンサ本体は、複数対設けられていることを特徴とする、付記９記載の距離測定方法。
（付記１１）
測定対象までの距離を複数の方向から測距する距離測定処理を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
互いに同じ構成を有する２次元走査型の第１及び第２のセンサ本体が、レーザ光源から出射されるレーザ光を投光し、前記測定対象からの反射光を多分割受光素子で受光し、
前記第１のセンサ本体が前記測定対象が無い状態で前記第２のセンサ本体が投光するレーザ光を受信する前記多分割受光素子の受光部を特定し、
前記特定された受光部が前記第２のセンサ本体が投光するレーザ光を受光しなくなるまで、前記第２のセンサ本体が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相を、前記第１のセンサ本体が投光するレーザ光の垂直走査方向の位相に対して調整し、
前記レーザ光の垂直走査方向の位相の調整後に前記第１及び第２のセンサ本体からの距離画像を統合する、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
（付記１２）
位相の調整量は、レーザ光が水平走査方向及び垂直走査方向へラスタ走査する１フレーム内で最大垂直走査周期の１／２以下であることを特徴とする、付記１１記載のプログラム。
（付記１３）
前記受光部の特定は、レーザ光が水平走査方向及び垂直走査方向へラスタ走査する１フレーム内で１水平走査毎に行うことを特徴とする、付記１１又は１２記載のプログラム。
（付記１４）
前記第１及び第２のセンサ本体は、前記測定対象を挟んで対向する位置に設けられていることを特徴とする、付記１１乃至１３のいずれか１項記載のプログラム。
（付記１５）
前記第１及び第２のセンサ本体は、一対のセンサ本体を形成し、
前記一対のセンサ本体は、複数対設けられていることを特徴とする、付記１４記載のプログラム。

以上、開示の距離測定装置、距離測定方法及びプログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

１−１〜１−Ｎセンサ本体
２投光ユニット
３受光ユニット
４コンピュータ
５演算回路
２１センサ駆動制御回路
２２レーザ駆動回路
２３レーザダイオード
２４走査ミラー
２５ミラーコントローラ
２６投光レンズ
３１受光レンズ
３２光検出器
３２−１〜３２−９受光部
３３距離計測回路
４１プロセッサ
４２メモリ

Claims

測定対象までの距離を複数の方向から測距する距離測定装置であって、
第１のレーザ光源から出射される第１のレーザ光を水平走査方向及び垂直走査方向へフレーム単位でラスタ走査するように投光し、前記測定対象からの反射光を第１の多分割受光素子で受光する２次元走査型の第１のセンサ本体と、
第２のレーザ光源から出射される第２のレーザ光を水平走査方向及び垂直走査方向へフレーム単位でラスタ走査するように投光し、前記測定対象からの反射光を第２の多分割受光素子で受光する２次元走査型の第２のセンサ本体と、
前記第１のセンサ本体からの、前記フレーム単位でラスタ走査されたサンプル順に各測距点における距離値を配列した第１の距離画像と、前記第２のセンサ本体からの、前記フレーム単位でラスタ走査されたサンプル順に各測距点における距離値を配列した第２の距離画像を統合する手段と、
を備え、
前記手段は、
前記第１のセンサ本体が前記測定対象が無い状態で前記第２のセンサ本体が投光する第２のレーザ光を受光する前記第１の多分割受光素子の受光部を特定し、
前記特定された受光部が前記第２のセンサ本体が投光する第２のレーザ光を受光しなくなるまで、前記第２のセンサ本体が投光する第２のレーザ光が垂直走査方向へ走査する１フレーム内の位相を、前記第１のセンサ本体が投光する第１のレーザ光が垂直走査方向へ走査する１フレーム内の位相に対して調整して、前記第２のセンサ本体の走査開始点を基準となる前記第１のセンサ本体の走査開始点に対して遅延し、
前記第２のレーザ光の垂直走査方向の位相の調整後に前記第１及び第２のセンサ本体からの前記第１及び第２の距離画像を統合する、
処理を実行することを特徴とする、距離測定装置。
位相を調整する調整量は、１フレーム期間の１／２以下であることを特徴とする、請求項１記載の距離測定装置。
前記第１及び第２のセンサ本体は、前記測定対象を挟んで対向する位置に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の距離測定装置。
測定対象までの距離を複数の方向から測距する距離測定方法であって、
２次元走査型の第１のセンサ本体が、第１のレーザ光源から出射される第１のレーザ光を水平走査方向及び垂直走査方向へフレーム単位でラスタ走査するように投光し、前記測定対象からの反射光を第１の多分割受光素子で受光し、
２次元走査型の第２のセンサ本体が、第２のレーザ光源から出射される第２のレーザ光を水平走査方向及び垂直走査方向へフレーム単位でラスタ走査するように投光し、前記測定対象からの反射光を第２の多分割受光素子で受光し、
プロセッサが、
前記第１のセンサ本体が前記測定対象が無い状態で前記第２のセンサ本体が投光する第２のレーザ光を受光する前記第１の多分割受光素子の受光部を特定し、
前記特定された受光部が前記第２のセンサ本体が投光する第２のレーザ光を受光しなくなるまで、前記第２のセンサ本体が投光する第２のレーザ光が垂直走査方向へ走査する１フレーム内の位相を、前記第１のセンサ本体が投光する第１のレーザ光が垂直走査方向へ走査する１フレーム内の位相に対して調整して、前記第２のセンサ本体の走査開始点を基準となる前記第１のセンサ本体の走査開始点に対して遅延し、
前記第２のレーザ光の垂直走査方向の位相の調整後に、前記第１のセンサ本体からの、前記フレーム単位でラスタ走査されたサンプル順に各測距点における距離値を配列した第１の距離画像と、前記第２のセンサ本体からの、前記フレーム単位でラスタ走査されたサンプル順に各測距点における距離値を配列した第２の距離画像を統合する、
処理を実行することを特徴とする、距離測定方法。
測定対象までの距離を複数の方向から測距する距離測定処理を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
第１のレーザ光源から出射される第１のレーザ光を水平走査方向及び垂直走査方向へフレーム単位でラスタ走査するように投光し、前記測定対象からの反射光を第１の多分割受光素子で受光する２次元走査型の第１のセンサ本体から、前記フレーム単位でラスタ走査されたサンプル順に各測距点における距離値を配列した第１の距離画像を取得し、
第２のレーザ光源から出射される第２のレーザ光を水平走査方向及び垂直走査方向へフレーム単位でラスタ走査するように投光し、前記測定対象からの反射光を第２の多分割受光素子で受光する２次元走査型の第２のセンサ本体から、前記フレーム単位でラスタ走査されたサンプル順に各測距点における距離値を配列した第２の距離画像を取得し、
前記第１のセンサ本体が前記測定対象が無い状態で前記第２のセンサ本体が投光する第２のレーザ光を受光する前記第１の多分割受光素子の受光部を特定し、
前記特定された受光部が前記第２のセンサ本体が投光する第２のレーザ光を受光しなくなるまで、前記第２のセンサ本体が投光する第２のレーザ光が垂直走査方向へ走査する１フレーム内の位相を、前記第１のセンサ本体が投光する第１のレーザ光が垂直走査方向へ走査する１フレーム内の位相に対して調整して、前記第２のセンサ本体の走査開始点を基準となる前記第１のセンサ本体の走査開始点に対して遅延し、
前記第２のレーザ光の垂直走査方向の位相の調整後に前記第１及び第２のセンサ本体からの前記第１及び第２の距離画像を統合する、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。