JP6831550B2 - レーザースキャンセンサ - Google Patents

Description

本発明は、パルスレーザー光の反射を利用するＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式で人体などの物体までの距離を計測して侵入者などを検出するレーザースキャンセンサに関し、特に、ポリゴンミラーを投光面として利用する場合にパルスレーザー光の照射投光位置がポリゴンミラーの精度に影響されることを極力回避可能なレーザースキャンセンサに関する。

本願発明者はこれまでに、遠方の人体を確実に検知するとともに、測定方向によって測定距離範囲が比較的近いところに限定される場合などにはカバーが汚れているとの不用意な警告を抑止し、カバー全体で汚れ方にむらがある場合などにも適切な警告を行うことが可能なレーザースキャンセンサ（特許文献１参照）や、屋外での悪天候時などにレーザー光が受ける悪影響などをできる限り排除または修復し、濃霧や大雨、大雪などの中での侵入者などの検知精度を従来よりも向上させることができるレーザースキャンセンサ（特許文献２参照）などを提案している。

また、このようなレーザースキャンセンサに組み込まれているレーザー距離計による距離の測定方向（角度）を変えて対象領域をスキャンする機構の一例として、ポリゴンミラー（回転多面鏡）を用いたレーザスキャナ装置が提案されている（特許文献３参照）。

この特許文献３に記載されているレーザスキャナ装置１０は、パルス源１２から放出された送信ビーム１４を監視域に向かって再誘導する送信偏向手段２０と、監視域から戻ってくる光パルスの受信ビーム２２を反射し、光検出器手段４２に向かって再誘導する受信偏向手段２４とを備えている。

送信偏向手段２０は、送信ビーム１４に対して実質的に垂直に延びる回転軸３６回りに回転するようになっている４つの平坦なミラー小面２０−１、２０−２、２０−３、及び２０−４を備える回転ミラー要素として実施される。受信偏向手段２４は、４つの平坦なミラー小面２４−１、２４−２、２４−３、及び２４−４を備える回転ミラー要素として実施され、送信偏向手段２０と共通の回転軸３６の回りを送信偏向手段２０と同期して回転するように構成されている。

このレーザスキャナ装置１０において、図１や図２に示された実施形態では、単一掃引面内の単一掃引区域を横切って送信パルスが掃引される。一方、図３のように、送信パルスが監視域内の複数の異なる掃引面内の複数の掃引区域を横切って掃引されるよう、段階的に増加する傾斜角で掃引面が傾斜するように送信偏向手段２０および受信偏向手段２４を実施可能であり、この場合は図３や図７Ａなどに示されるように、走査域５９がある程度の走査幅６０を有する。

各面の投光照射面を揃えるためには、ポリゴンミラーの回転検出用の高精度なエンコーダと、ポリゴン面の高精度化が不可欠であるが、高精度を追及するが故のコストアップ（例えばアルミ切削などの採用）および量産性などが問題となっていた。量産性およびコスト面からポリゴンミラーを成形品で製作する場合，面精度は金属切削に比べて格段に落ちることになり、各面を独立して使用する場合を除いて実使用は難しいとされていた。

特開２０１１−０２２０８０号公報 特開２０１４−０５９８３４号公報 特許第５２８３３１０合公報

成形品で製作されるポリゴンミラーは成形条件などで各面に歪が生じ、面精度が一致しない。また、金型でこの精度を追及するのは限界がある。

ポリゴン面精度の悪化、歪曲は複数の連続したパルスを照射させる場合、各面の投光開始点タイミングを一致させても、各面の精度、歪度合の異なりで投光照射面が一定の間隔で揃わないことを招き、これが成形品でのポリゴンを面合成で使用することができない要因とされていた。

また、各面が異なるエリアを構成する場合は問題にならないが、各面を揃えて１つの面（ライン）を構成する場合、実用上不可とされていた。

解決策としてポリゴンの面精度を上げる方法があるが、精度を上げるためにアルミなどの金属で切削する必要があり、コストの問題が大きく量産では問題となっていた。

従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、ポリゴンミラーを投光面として利用する場合に、パルスレーザー光の照射投光位置がポリゴンミラーの精度に影響されることを極力回避可能なレーザースキャンセンサを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のレーザースキャンセンサは、パルスレーザー光を発する発光素子と、前記パルスレーザー光が少なくとも１以上の物体によって反射されることによる各反射光を受ける受光素子と、前記パルスレーザー光の進行方向を変更する複数の反射面を有する回転多面鏡と、この回転多面鏡を回転させる駆動部と、前記回転多面鏡の回転状態を検出し、回転毎に少なくとも１つの基準信号と前記各反射面に対応した少なくとも１つずつのトリガ信号とを発生する回転検出部と、前記駆動部を制御するとともに、前記基準信号の発生後において前記各トリガ信号の発生から対応する遅延時間の経過後に、予め定められた所定パルス周期で前記発光素子を駆動する投光パルス列を出力し、前記パルスレーザー光のパルス毎に発光開始から前記受光素子へ前記各反射光が戻ってくるまでの時間に基づいて前記物体までの距離情報を取得する制御演算部とを備え、前記遅延時間が前記各反射面にそれぞれ設定されることを特徴とする。さらに、前記所定パルス周期も前記各反射面にそれぞれ設定されてもよい。

ここで、前記回転多面鏡（ポリゴンミラー）は、前記受光素子の受光方向を変更する複数の反射面をさらに有してもよい。前記回転検出部としては、例えば、前記回転多面鏡とともに回転する円盤に形成されたスリットおよびスリット群とフォトインタラプタなどを用いるものが挙げられるが、これに限らない。

このような構成のレーザースキャンセンサによれば、前記回転検出部で設定される前記回転多面鏡の前記各反射面の投光開始タイミング他反射面に対してずれていても、前記パルスレーザー光の実際の投光照射面を揃えることができる。

本発明のレーザースキャンセンサにおいて、前記遅延時間および前記所定パルス周期を記憶する記憶部をさらに備えてもよい。前記各反射面について、前記トリガ信号の発生時と前記基準信号の発生後から前記各反射面に応じた標準時間差が経過したトリガ基準時との時間差計測値を遅延時間初期値から差し引いた値が前記遅延時間として前記記憶部に記憶されてもよい。さらに、前記各反射面について、前記トリガ信号の発生時と前記基準信号の発生後から前記各反射面に応じた前記標準時間差が経過したトリガ基準時との前記時間差計測値を前記記憶部に記憶されている前記遅延時間から差し引いた値が最新の前記遅延時間として前記記憶部に記憶されてもよい。

また、本発明のレーザースキャンセンサにおいて、前記各反射面について、前記パルスレーザー光の照射位置終端が揃うようにするための前記遅延時間の差を前記投光パルス列のパルス数で割った値をパルス周期に反映させてもよい。

このような構成のレーザースキャンセンサによれば、前記回転検出部で設定される前記回転多面鏡の前記各反射面の投光開始タイミング他反射面に対してずれていたり、前記各反射面に湾曲などがあったとしても、前記パルスレーザー光の実際の投光照射面を揃えることができる。

本発明のレーザースキャンセンサによれば、前記回転検出部で設定される前記回転多面鏡の前記各反射面の投光開始タイミング他反射面に対してずれていたり、前記各反射面に湾曲などがあったとしても、前記パルスレーザー光の実際の投光照射面を揃えることができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザースキャンセンサ１００の概略構成を示すブロック図である。 レーザースキャンセンサ１００に内蔵されるポリゴンミラー２０の概略斜視図である。 ポリゴンミラー２０の下部に取り付けられてその回転状態を検出するエンコーダ１４の概略平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面のトリガ開始点が揃っている場合の、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の第２面以降のトリガ開始点が遅れている場合の、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面のトリガから投光パルス列の出力開始までに遅延処理を追加した場合で、各面のトリガ開始点が揃っているときの、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面のトリガから投光パルス列の出力開始までに遅延処理を追加した場合で、第２面以降のトリガ開始点が遅れているときの、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面のトリガから投光パルス列の出力開始までに遅延処理を追加して各面の投光開始点を揃えた場合で、各面に湾曲などが無いときの、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面のトリガから投光パルス列の出力開始までに遅延処理を追加して各面の投光開始点を揃えた場合で、少なくとも１面に湾曲などがあるときの、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面のトリガから投光パルス列の出力開始までに遅延処理を追加して各面の投光開始点を揃えた場合で、少なくとも１面に湾曲などがあり、さらに投光パルス列のパルス周期を変えたときの、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。

以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
１．１ 概略構成
図１は本発明の一実施形態に係るレーザースキャンセンサ１００の概略構成を示すブロック図である。図２はレーザースキャンセンサ１００に内蔵されるポリゴンミラー２０の概略斜視図である。図３はポリゴンミラー２０の下部に取り付けられてその回転状態を検出するエンコーダ１４の概略平面図である。

図１に示すように、レーザースキャンセンサ１００は、パルスレーザー光を発するレーザー発光素子１１と、パルスレーザー光が人体などの物体によって反射されて戻ってきた反射光を受ける受光素子１２と、パルスレーザー光の進行方向および受光素子１２の受光方向を変更するポリゴンミラー２０と、このポリゴンミラー２０を所定方向に回転させる駆動モーター１３と、ポリゴンミラー２０の回転状態を検出するエンコーダ１４と、これらに接続されて制御や演算などを行うとともにメモリ３０ａを有する制御演算ユニット３０とを備えている。

レーザー発光素子１１としては、例えば、半導体レーザーダイオード（ＬＤ）などが挙げられるが、これに限らない。

受光素子１２としては、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などが挙げられるが、これに限らない。

レーザー発光素子１１から発せられたパルスレーザー光は、外部に存在する人体などの物体に到達し、その物体によって反射された反射光の一部が戻ってきて受光素子１２に到達する。パルスレーザー光のパルス毎に、レーザー発光素子１１から発せられてからその反射光が受光素子１２に到達するまでの微小時間を精密に測定することによって、人体などの物体までの距離データを取得することができる。

このようなＴＯＦ方式のレーザー距離測定の一般的な特徴としては、かなりの長距離まで精密な距離測定が可能であり、例えば、最大で数十ｍ、場合によってはそれより遙かに長距離であっても測定可能である。

ポリゴンミラー２０は、図２に示すように、４つの平坦な横長長方形状の小ミラー２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ（２１ｂおよび２１ｃは図２では見えない）がこの順でそれぞれ外側に向けて断面正方形状に配置された発光ミラー部２１と、４つの平坦な略正方形状の小ミラー２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ（２２ｂおよび２２ｃは図２では見えない）がこの順でそれぞれ外側に向けて断面正方形状に配置された受光ミラー部２２とを備えている。発光ミラー部２１および受光ミラー部２２は、同一回転軸を有するとともに、小ミラー２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄがそれぞれ小ミラー２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと平行になるように構成されている。

このポリゴンミラー２０は、駆動モーター１３によって極めて速い一定速度で所定方向に回転される。レーザー発光素子１１から発せられたパルスレーザー光は、発光ミラー部２１の小ミラー２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄのいずれかで反射されて進行方向が変わり、人体などの物体で反射されると、一部の反射光が戻ってきて、受光ミラー部２２の小ミラー２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのいずれかで再び反射され、受光素子１２に到達する。例えば、パルスレーザー光が小ミラー２１ａで反射されたとき、戻ってきた反射光は小ミラー２１ａに対応する小ミラー２２ａで反射されることになる。

ポリゴンミラー２０は高速回転しているので、パルスレーザー光の１発光周期の間にも小ミラー２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄはそれぞれ僅かずつ向きを変える。つまり、パルスレーザー光が反射される方向はパルス毎に一定角度間隔で変わるので、広い角度範囲にわたって一定角度間隔でパルスレーザー光を走査できるのである。

エンコーダ１４は、図３に示すように、中央の円形が小さな略ドーナツ状の金属板であり、ポリゴンミラー２０とともに例えば左回りに回転する。

このエンコーダ１４には、不図示のフォトインタラプタなどによって回転毎に１つのパルスを基準信号として発生させるスリット１４ｘと、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面（小ミラー２１ａ〜２１ｄ）に対応してトリガ信号を発生させるスリット部１４ａ〜１４ｄとが形成されている。これらのスリット部１４ａ〜１４ｄは、トリガ信号だけでなくレーザー発光素子１１を駆動するパルス信号列も発生させるスリット群であってもよいし、その場合にパルス信号列の１番目のパルスがトリガ信号を兼ねてもよい。例えば、スリット部１４ａは、小ミラー２１ａに対応してトリガ信号を含むパルス信号列を発生させる。

制御演算ユニット３０は、レーザー発光素子１１の発光制御、反射光が戻ってくるまでの時間測定や記録、駆動モーター１３の回転制御、およびエンコーダ１４からの検出信号の監視などを行う。この制御演算ユニット３０としては、例えば、専用のハードウェア回路や、制御プログラムが書換可能な高速演算処理ユニットが挙げられるが、これらに限るわけではない。

この制御演算ユニット３０は、スリット１４ｘによる基準信号の検出後、最初に検出するパルス信号列はスリット部１４ａによるものと判断できるので、そのパルス信号列の１番目のパルス信号をトリガとしてレーザー発光素子１１を駆動する投光パルス列の出力を開始する。例えば、９０度の範囲に３８０パルスが出力される場合、１パルス当たりの角度は約０．２５である。

実際の投光パルス列の出力については、スリット部１４ａの各スリットに応じてそのまま各パルスを出力してもよいが、制御演算ユニット３０による時間管理などで予め定められた所定パルス周期（一定時間間隔）で出力してもよい。その方が、スリット部１４ａの各スリットの形成位置の誤差や他のスリット部１４ｂ〜１４ｄとの違いの影響などを回避できるからであり、本実施形態でもこちらを採用している。この場合、スリット部１４ａ〜１４ｄの各１番目のスリット以外は無くてもよい。

スリット部１４ａによるパルス信号列をトリガとした投光パルス列の出力終了後、次に検出するパルス信号列はスリット部１４ｂによるものと判断できるので、そのパルス信号列の１番目のパルス信号をトリガとしてレーザー発光素子１１を駆動する投光パルス列の出力を開始する。実際の投光パルス列の出力については、同様に、スリット部１４ｂによるパルス信号列の各パルスに応じて出力してもよいし、２番目以降の投光パルスを所定パルス周期で出力するようにしてもよい。

スリット部１４ｃおよびスリット部１４ｄについても同様である。

１．２ 各面のトリガ開始点が揃っている場合
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面のトリガ開始点が揃っている場合の、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。なお、トリガを含むパルス信号列は１番目のパルス信号のみを図示し、２番目以降は省略している（以下の図面でも同様）。

図４（ａ）に示すように、制御演算ユニット３０は、第１面（小ミラー２１ａ）に対応したパルス信号列の１番目のパルス信号を検出すると、それをトリガとしてレーザー発光素子１１を駆動する所定パルス周期の投光パルス列の出力を開始する。これは、投光照射面上では、パルスレーザー光による光芒が一定間隔で配置されることに相当する。

図４（ｂ）に示すように、第２面以降（小ミラー２１ｂ〜２１ｄ）もトリガ開始点が揃っている場合、制御演算ユニット３０は、パルス信号列の１番目のパルス信号を検出すると、それをトリガとしてレーザー発光素子１１を駆動する所定パルス周期の投光パルス列の出力を同様に開始する。投光照射面上では、パルスレーザー光による光芒が一定間隔で配置されることに相当するのも同様である。

各面で反射されたパルスレーザー光による各光芒が投光照射面上で合成されると、図４（ｃ）に示すように、正確に重なるはずである。

１．３ 第２面以降のトリガ開始点が遅れている場合
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の第２面以降のトリガ開始点が遅れている場合の、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。

第１面（小ミラー２１ａ）については、図５（ａ）に示すように、図４（ａ）の場合と同じである。

一方、図５（ｂ）に示すように、第２面以降（小ミラー２１ｂ〜２１ｄ）でトリガ開始点が基準信号の発生後から各面に応じた標準的な時間差（スリット１４ｘおよびスリット部１４ａ〜１４ｄそれぞれの相対的位置関係とエンコーダ１４の回転速度とに基づいて算出）が経過したタイミング（各面のトリガ基準時）より遅れている場合、制御演算ユニット３０からの投光パルス列の出力開始も遅れる。

このため、図５（ｃ）に示すように、各面で反射されたパルスレーザー光による各光芒が投光照射面上で合成されても、横方向にずれが生じてしまう。なお、図５（ｃ）では、わかりやすくするため、異なる面に対応する光芒を上下にずらして示しているが、実際には上下方向のずれは無い。

なお、第１面のトリガ開始点に対して第２面以降のトリガ開始点が進んでいる場合（時間的に先の場合）であれば、その面の投光パルス列の出力開始を遅延させる遅延処理によって調整（回転角度）可能である。しかし、図５（ｂ）に示したように、第２面以降のトリガ開始点が遅れている場合は、遅延時間をマイナスにはできないので調整は不可能である。

１．４ 各面のトリガから投光パルス列の出力開始までに遅延処理を追加した場合
そこで、各面のトリガからすぐに投光パルス列の出力を開始するのではなく、基準面である第１面に対して予測される遅れ時間以上の値を各面の遅延時間初期値として予め設定しておくとともに、各面において、実際のトリガずれ時間をカウント（計測）し、カウントされたトリガずれ時間を各面の遅延時間（初期値）から減じることで、各面のトリガ開始点の時間差を相殺することができる。

図６（ａ）〜図６（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面のトリガから投光パルス列の出力開始までに遅延処理を追加した場合で、各面のトリガ開始点が揃っているときの、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。

この場合は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、もともと各面のトリガ開始点が揃っており、各面ともトリガずれ時間が０秒なので、各面ともトリガから投光パルス列の出力開始までの遅延時間は初期値のままである。

したがって、各面で反射されたパルスレーザー光による各光芒が投光照射面上で合成されると、図６（ｃ）に示すように、正確に重なるはずである。

図７（ａ）〜図７（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面のトリガから投光パルス列の出力開始までに遅延処理を追加した場合で、第２面以降のトリガ開始点が遅れているときの、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。

第１面（小ミラー２１ａ）については、図７（ａ）に示すように、図６（ａ）の場合と同じである。

一方、第２面以降（小ミラー２１ｂ〜２１ｄ）でトリガ開始点が基準信号の発生後から各面に応じた標準時間差が経過したタイミング（各面のトリガ基準時）より遅れている場合、図７（ｂ）に示すように、トリガずれ時間（Ｘ秒）をカウントし、その面の遅延時間を次式のように補正する。

遅延時間 ← 遅延時間（初期値）− トリガずれ時間（カウント値）
このため、トリガ開始点が第１面と同じタイミングよりもトリガずれ時間だけ遅れていても、上式のように補正された遅延時間が経過することで、各面の実質的な遅延時間が初期値と等しくなる。

各面で反射されたパルスレーザー光による各光芒が投光照射面上で合成されると、図７（ｃ）に示すように、少なくとも先端では正確に重なるはずである。

このように、トリガから投光パルス列の出力開始までの遅延時間をポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面にそれぞれ適切に設定することで、エンコーダ１４などで設定されるポリゴンミラー２０の各面の投光開始トリガが他面に対してずれていても、実際の投光照射面を揃えることができる。

各面の遅延時間は、工場での出荷前調整時などに、制御演算ユニット３０によってカウントされたトリガずれ時間を遅延時間初期値から差し引いてから制御演算ユニット３０内のメモリにそれぞれ記憶させ、通常使用時にはそのメモリに記憶された各面の遅延時間を参照するようにしてもよい。

また、使用持続中に、例えば外的要因（例えば落下などの衝撃）などによる駆動モーター１３の軸の偏芯ずれなどの影響で設定されたトリガタイミングがずれて、投光照射タイミングや投光照射面上での各光芒の位置がずれることがある。そこで、通常使用時にも、制御演算ユニット３０によってカウントされたトリガずれ時間をメモリに記憶されている各面の遅延時間から差し引いて使用するとともに、メモリの記憶内容を更新（最新の遅延時間として記憶）するようにしてもよい。これにより、外的要因などによって各面のトリガのタイミングがずれたとしても、自動的に補正することが可能になる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態では、制御演算ユニット３０による制御内容に次に説明するような修正を追加するが、その他の構成については第１実施形態と基本的に同じである。

上述した第１実施形態によってポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面の投光パルス列の出力開始タイミング（投光開始点）を合わせることで投光照射面上の光芒の先端を揃えても、発光ミラー部２１の少なくとも１面に湾曲などがあると、投光照射面上の光芒の終端側が揃わないことがある。

２．１ 各面の湾曲などが投光照射面上の光芒の位置に及ぼす影響
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面のトリガから投光パルス列の出力開始までに遅延処理を追加して各面の投光開始点を揃えた場合で、各面に湾曲などが無いときの、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。

第１面（小ミラー２１ａ）については、図８（ａ）に示すように、図７（ａ）の場合と同じである。

第２面以降（小ミラー２１ｂ〜２１ｄ）についても、図８（ｂ）に示すように、図７（ｂ）の場合と同じである。

したがって、各面で反射されたパルスレーザー光による各光芒が投光照射面上で合成されると、図８（ｃ）に示すように、図７（ｃ）の場合と同じく、正確に重なるはずである。

図９（ａ）〜図９（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面のトリガから投光パルス列の出力開始までに遅延処理を追加して各面の投光開始点を揃えた場合で、少なくとも１面に湾曲などがあるときの、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。

第１面（小ミラー２１ａ）に湾曲がなければ、図９（ａ）に示すように、図８（ａ）の場合と同じである。

第２面以降（小ミラー２１ｂ〜２１ｄ）に湾曲があると、図９（ｂ）に示すように、その面の投光パルス列の投光開始点および投光終了点がいずれも第１面と同じであっても、投光照射面上では光芒の終端位置が第１面とは異なることがある。

このため、図９（ｃ）に示すように、各面で反射されたパルスレーザー光による各光芒が投光照射面上で合成されても、終端側でずれが生じ得る。なお、図５（ｃ）と同様に、わかりやすくするため、異なる面に対応する光芒を上下にずらして示しているが、実際には上下方向のずれは無い。

２．２ 各面の湾曲などへの対策
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、ポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面のトリガから投光パルス列の出力開始までに遅延処理を追加して各面の投光開始点を揃えた場合で、少なくとも１面に湾曲などがあり、さらに投光パルス列のパルス周期を変えたときの、トリガや投光パルスのタイミングおよび経過時間（回転角度）や投光照射面上の位置関係などを示す概略図である。

第１面（小ミラー２１ａ）については、図１０（ａ）に示すように、図９（ａ）の場合と同じである。

第２面以降（小ミラー２１ｂ〜２１ｄ）に湾曲があると、図１０（ｂ）に示すように、その面の投光パルス列の投光開始点および投光終了点がいずれも第１面と同じであっても、投光照射面上では光芒の終端位置が第１面とは異なることがあるのは、図９（ｂ）と同様である。

光芒の終端位置を移動させるだけなら、例えば、上述した各面の遅延時間を再調整すればよいが、それでは光芒の先端側が再びずれてしまう。

そこで、各面の遅延時間はそのまま保持しながら、投光パルス列のパルス周期を増減することで光芒の終端位置を移動させる調整を行うようにする。具体的には、例えば、実際のパルスレーザー光を白い面などに投影して各面の光芒の先端および終端を視認し、終端が揃うように各面の遅延時間を再調整する。しかし、この再調整後の遅延時間をそのまま用いると、今度は各面の光芒の先端が再びずれることがある。そのため、遅延時間は再調整前に戻すとともに、再調整時に変化させた遅延時間の差を投光パルス列のパルス数で割った値をパルス周期に反映（パルス周期の増減）させる。これにより、投光パルス列の出力終了タイミングは変化するが、出力開始タイミングは変化しない。なお、パルス幅は変えない方が好ましい。

このように、トリガから投光パルス列の出力開始までの遅延時間だけでなく、投光パルス列のパルス周期もポリゴンミラー２０の発光ミラー部２１の各面にそれぞれ適切に設定することで、ポリゴンミラー２０の各面に湾曲などがあっても、実際の投光照射面を揃えることができる。

なお、本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

１００ レーザースキャンセンサ
１１ レーザー発光素子
１２ 受光素子
１３ 駆動モーター
１４ エンコーダ
２０ ポリゴンミラー
２１ 発光ミラー部
２２ 受光ミラー部
３０ 制御演算ユニット

Claims (5)

1. パルスレーザー光を発する発光素子と、
   前記パルスレーザー光が少なくとも１以上の物体によって反射されることによる各反射光を受ける受光素子と、
   前記パルスレーザー光の進行方向を変更する第１反射面を含む複数の反射面を有する回転多面鏡と、
   この回転多面鏡を回転させる駆動部と、
   前記回転多面鏡の回転状態を検出するため、回転毎に１つの基準信号を発生させる基準信号発生部位を有するとともに、前記各反射面に対応して少なくとも１つずつのトリガ信号を発生させるトリガ信号発生部位をそれぞれ有する回転検出部と、
   前記駆動部を制御するとともに、前記基準信号の発生後の最初に検出する前記トリガ信号を前記第１反射面に対応すると判断し、前記基準信号の発生後において前記各トリガ信号の発生から対応する遅延時間の経過後に、予め定められた所定パルス周期で前記発光素子を駆動する投光パルス列を出力し、前記パルスレーザー光のパルス毎に発光開始から前記受光素子へ前記各反射光が戻ってくるまでの時間に基づいて前記物体までの距離情報を取得する制御演算部とを備え、
   前記遅延時間が前記各反射面にそれぞれ設定され、
   前記所定パルス周期が前記各反射面にそれぞれ設定されることを特徴とするレーザースキャンセンサ。
2. 請求項１に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
   前記遅延時間および前記所定パルス周期を記憶する記憶部をさらに備えることを特徴とするレーザースキャンセンサ。
3. 請求項２に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
   前記各反射面について、前記トリガ信号の発生時と前記基準信号の発生後から前記各反射面に応じた標準時間差が経過したトリガ基準時との時間差計測値を遅延時間初期値から差し引いた値が前記遅延時間として前記記憶部に記憶され、
   前記標準時間差は、前記基準信号発生部位及び前記トリガ信号発生部位それぞれの相対的位置関係と前記回転検出部の回転速度とに基づいて算出されることを特徴とするレーザースキャンセンサ。
4. 請求項３に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
   前記各反射面について、前記トリガ信号の発生時と前記基準信号の発生後から前記各反射面に応じた前記標準時間差が経過した前記トリガ基準時との前記時間差計測値を前記記憶部に記憶されている前記遅延時間から差し引いた値が最新の前記遅延時間として前記記憶部に記憶されることを特徴とするレーザースキャンセンサ。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
   前記各反射面について、前記パルスレーザー光の照射位置終端が揃うようにするための前記遅延時間の差を前記投光パルス列のパルス数で割った値をパルス周期に反映させることを特徴とするレーザースキャンセンサ。

Images