(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】P2023116279
(43)【公開日】2023-08-22
(54)【発明の名称】投光器、受光器、及び測定装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20230815BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20230815BHJP
G01S 17/894 20200101ALI20230815BHJP
G01S 17/931 20200101ALN20230815BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 A
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
G01S17/894
G01S17/931
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022018999
(22)【出願日】2022-02-09
(71)【出願人】
【識別番号】000001133
【氏名又は名称】株式会社小糸製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】本橋 和也
(72)【発明者】
【氏名】林 幸雄
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 義朗
(72)【発明者】
【氏名】曽根 秀倫
(72)【発明者】
【氏名】春瀬 祐太
【テーマコード（参考）】
2F112
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AD01
2F112BA10
2F112CA05
2F112DA02
2F112DA11
2F112DA19
2F112DA25
2F112DA28
2F112EA05
2F112FA41
5J084AA05
5J084AB01
5J084AB07
5J084AC02
5J084AD01
5J084BA04
5J084BA06
5J084BA07
5J084BA36
5J084BA39
5J084BA40
5J084BB02
5J084BB04
5J084BB20
5J084BB27
5J084CA03
5J084CA32
5J084EA22
5J084EA31
(57)【要約】
【課題】要求される配光サイズや測定精度に柔軟に対応することが可能な、投光器、受光器、及び測定装置を提供する。
【解決手段】投光器（又は受光器）は、位置関係が固定された第１発光部及び第２発光部（又は第１受光部及び第２受光部）を有する発光ユニット（又は受光ユニット）と、第１発光部から出射する光を第１投光エリアに投光（又は第１受光エリアからの光を第１受光部に集光）する第１投光光学系（又は第１受光光学系）と、第２発光部から出射する光を、第１投光エリアとは異なるエリアを含む第２投光エリアに投光（又は第１受光エリアとは異なるエリアを含む第２受光エリアからの光を第２受光部に集光）する、第１投光光学系（又は第１受光光学系）とは焦点距離が異なる第２投光光学系（又は第２受光光学系）とを含む。
【選択図】図３Ａ
【解決手段】投光器（又は受光器）は、位置関係が固定された第１発光部及び第２発光部（又は第１受光部及び第２受光部）を有する発光ユニット（又は受光ユニット）と、第１発光部から出射する光を第１投光エリアに投光（又は第１受光エリアからの光を第１受光部に集光）する第１投光光学系（又は第１受光光学系）と、第２発光部から出射する光を、第１投光エリアとは異なるエリアを含む第２投光エリアに投光（又は第１受光エリアとは異なるエリアを含む第２受光エリアからの光を第２受光部に集光）する、第１投光光学系（又は第１受光光学系）とは焦点距離が異なる第２投光光学系（又は第２受光光学系）とを含む。
【選択図】図３Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
位置関係が固定された第１発光部及び第２発光部を有する発光ユニットと、
前記第１発光部から出射する光を第１投光エリアに投光する第１投光光学系と、
前記第２発光部から出射する光を、前記第１投光エリアとは異なるエリアを含む第２投光エリアに投光する、前記第１投光光学系とは焦点距離が異なる第２投光光学系と、
を有する投光器。
前記第１発光部から出射する光を第１投光エリアに投光する第１投光光学系と、
前記第２発光部から出射する光を、前記第１投光エリアとは異なるエリアを含む第２投光エリアに投光する、前記第１投光光学系とは焦点距離が異なる第２投光光学系と、
を有する投光器。
【請求項2】
請求項１に記載の投光器であって、
前記第１投光光学系は、その光軸を前記第１発光部の光軸にオフセットさせて設けられる、
投光器。
前記第１投光光学系は、その光軸を前記第１発光部の光軸にオフセットさせて設けられる、
投光器。
【請求項3】
請求項１に記載の投光器であって、
前記第１発光部及び前記第２発光部を個別に点灯制御する制御装置を有し、
前記制御装置は、前記第１投光エリアと前記第２投光エリアが重複するエリアについては前記第１発光部と前記第２発光部が同時に点灯しないように制御する、
投光器。
前記第１発光部及び前記第２発光部を個別に点灯制御する制御装置を有し、
前記制御装置は、前記第１投光エリアと前記第２投光エリアが重複するエリアについては前記第１発光部と前記第２発光部が同時に点灯しないように制御する、
投光器。
【請求項4】
請求項１に記載の投光器であって、
前記発光ユニットは、第３発光部と、前記第２投光光学系とは焦点距離が異なる第３投光光学系と、を更に有し、
前記第３投光光学系は、前記第３発光部から出射する光を、前記第１投光エリア及び前記第２投光エリアとは異なるエリアを含む第３投光エリアに投光するように設けられ、
前記第２投光エリアは、前記第１投光エリアと前記第３投光エリアの間に配置される、
投光器。
前記発光ユニットは、第３発光部と、前記第２投光光学系とは焦点距離が異なる第３投光光学系と、を更に有し、
前記第３投光光学系は、前記第３発光部から出射する光を、前記第１投光エリア及び前記第２投光エリアとは異なるエリアを含む第３投光エリアに投光するように設けられ、
前記第２投光エリアは、前記第１投光エリアと前記第３投光エリアの間に配置される、
投光器。
【請求項5】
請求項４に記載の投光器であって、
前記第３投光光学系の光軸は、前記第３発光部の光軸にオフセットさせて設けられる、
投光器。
前記第３投光光学系の光軸は、前記第３発光部の光軸にオフセットさせて設けられる、
投光器。
【請求項6】
請求項４に記載の投光器であって、
前記第１乃至第３投光エリアは重複するエリアを有しない、
投光器。
前記第１乃至第３投光エリアは重複するエリアを有しない、
投光器。
【請求項7】
請求項４に記載の投光器であって、
前記第２投光光学系は、前記第１投光光学系及び前記第３投光光学系よりも焦点距離が長い、
投光器。
前記第２投光光学系は、前記第１投光光学系及び前記第３投光光学系よりも焦点距離が長い、
投光器。
【請求項8】
請求項４に記載の投光器であって、
前記第１発光部乃至前記第３発光部を個別に点灯制御する制御装置を有し、
前記制御装置は、
前記第１投光エリアと前記第２投光エリアが重複するエリアについては、前記第１発光部と前記第２発光部が同時に点灯しないように制御し、
前記第２投光エリアと前記第３投光エリアが重複するエリアについては、前記第２発光部と前記第３発光部が同時に点灯しないように制御する、
投光器。
前記第１発光部乃至前記第３発光部を個別に点灯制御する制御装置を有し、
前記制御装置は、
前記第１投光エリアと前記第２投光エリアが重複するエリアについては、前記第１発光部と前記第２発光部が同時に点灯しないように制御し、
前記第２投光エリアと前記第３投光エリアが重複するエリアについては、前記第２発光部と前記第３発光部が同時に点灯しないように制御する、
投光器。
【請求項9】
請求項１に記載の投光器であって、
前記発光ユニットは、第３発光部を更に有し、
前記第１投光光学系は、前記第１発光部から出射する光を前記第２投光エリアとは異なるエリアを含む第１投光エリアに投光するとともに、前記第２発光部から出射する光を前記第１投光エリア及び前記第２投光エリアとは異なるエリアを含む第３投光エリアに投光するように設けられ、
前記第２投光光学系は、前記第３発光部から出射する光を第２投光エリアに投光するように設けられ、
前記第２投光エリアは、前記第１投光エリアと前記第３投光エリアの間に配置される、
投光器。
前記発光ユニットは、第３発光部を更に有し、
前記第１投光光学系は、前記第１発光部から出射する光を前記第２投光エリアとは異なるエリアを含む第１投光エリアに投光するとともに、前記第２発光部から出射する光を前記第１投光エリア及び前記第２投光エリアとは異なるエリアを含む第３投光エリアに投光するように設けられ、
前記第２投光光学系は、前記第３発光部から出射する光を第２投光エリアに投光するように設けられ、
前記第２投光エリアは、前記第１投光エリアと前記第３投光エリアの間に配置される、
投光器。
【請求項10】
請求項１～９のいずれか一項に記載の投光器を用いて構成される測定装置であって、
前記投光器と、
前記投光器から投光された光の測定対象からの反射光を受光する受光器と、
を備え、
前記受光器の受光結果に基づき測定対象までの距離を測定する、
測定装置。
前記投光器と、
前記投光器から投光された光の測定対象からの反射光を受光する受光器と、
を備え、
前記受光器の受光結果に基づき測定対象までの距離を測定する、
測定装置。
【請求項11】
位置関係が固定された第１受光部及び第２受光部を有する受光ユニットと、
第１受光エリアから入射する光を前記第１受光部に集光させる第１受光光学系と、
第１受光エリアとは異なるエリアを含む第２受光エリアから入射する光を前記第２受光部に集光させる、前記第１受光光学系とは焦点距離が異なる第２受光光学系と、
を有する受光器。
第１受光エリアから入射する光を前記第１受光部に集光させる第１受光光学系と、
第１受光エリアとは異なるエリアを含む第２受光エリアから入射する光を前記第２受光部に集光させる、前記第１受光光学系とは焦点距離が異なる第２受光光学系と、
を有する受光器。
【請求項12】
請求項１１に記載の受光器であって、
前記第１受光光学系は、その光軸を前記第１受光部の光軸にオフセットさせて設けられる、
受光器。
前記第１受光光学系は、その光軸を前記第１受光部の光軸にオフセットさせて設けられる、
受光器。
【請求項13】
請求項１１に記載の受光器であって、
前記受光ユニットは、第３受光部と、前記第２受光光学系とは焦点距離が異なる第３受光光学系と、を更に有し、
前記第３受光光学系は、前記第１受光エリア及び前記第２受光エリアとは異なるエリアを含む第３受光エリアからの光を前記第３受光部に集光するように設けられ、
前記第２受光エリアは、前記第１受光エリアと前記第３受光エリアの間に配置される、
受光器。
前記受光ユニットは、第３受光部と、前記第２受光光学系とは焦点距離が異なる第３受光光学系と、を更に有し、
前記第３受光光学系は、前記第１受光エリア及び前記第２受光エリアとは異なるエリアを含む第３受光エリアからの光を前記第３受光部に集光するように設けられ、
前記第２受光エリアは、前記第１受光エリアと前記第３受光エリアの間に配置される、
受光器。
【請求項14】
請求項１３に記載の受光器であって、
前記第３受光光学系の光軸は、前記第３受光部の光軸にオフセットさせて設けられる、
受光器。
前記第３受光光学系の光軸は、前記第３受光部の光軸にオフセットさせて設けられる、
受光器。
【請求項15】
請求項１３に記載の受光器であって、
前記第１乃至第３受光エリアは重複するエリアを有しない、
受光器。
前記第１乃至第３受光エリアは重複するエリアを有しない、
受光器。
【請求項16】
請求項１３に記載の受光器であって、
前記第２受光光学系は、前記第１受光光学系及び前記第３受光光学系よりも焦点距離が長い、
受光器。
前記第２受光光学系は、前記第１受光光学系及び前記第３受光光学系よりも焦点距離が長い、
受光器。
【請求項17】
請求項１１に記載の受光器であって、
前記受光ユニットは、第３受光部を更に有し、
前記第１受光光学系は、前記第１受光エリアから入射する光を前記第２受光部に集光させるとともに、第１受光エリア及び前記第２受光エリアとは異なるエリアを含む第３受光エリアから入射する光を前記第１受光部に集光させるように設けられ、
前記第２受光光学系は、前記第２受光エリアから入射する光を前記第３受光部に入射するように設けられ、
前記第２受光エリアは、前記第１受光エリアと前記第３受光エリアの間に配置される、
受光器。
前記受光ユニットは、第３受光部を更に有し、
前記第１受光光学系は、前記第１受光エリアから入射する光を前記第２受光部に集光させるとともに、第１受光エリア及び前記第２受光エリアとは異なるエリアを含む第３受光エリアから入射する光を前記第１受光部に集光させるように設けられ、
前記第２受光光学系は、前記第２受光エリアから入射する光を前記第３受光部に入射するように設けられ、
前記第２受光エリアは、前記第１受光エリアと前記第３受光エリアの間に配置される、
受光器。
【請求項18】
請求項１１～１７のいずれか一項に記載の受光器を用いて構成される測定装置であって、
投光器と、
前記投光器から投光された光の測定対象からの反射光を受光する前記受光器と、
を備え、
前記受光器の受光結果に基づき測定対象までの距離を測定する、
測定装置。
投光器と、
前記投光器から投光された光の測定対象からの反射光を受光する前記受光器と、
を備え、
前記受光器の受光結果に基づき測定対象までの距離を測定する、
測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、投光器、受光器、及び測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ＡＤ（Autonomous Driving：自動運転）やＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System：先進運転支援システム）の進展に伴い、周囲環境の把握や自己位置推定に用いる測定装置の一つとして、投光光（照射光、光ビーム（レーザ光））を対象物に照射する投光器と、投光光が測定対象物に反射して戻ってくる反射光（戻り光）を受光する受光器とを備え、投光器が投光光を出射したタイミングと受光器が反射光を受光したタイミングの差に基づき対象物までの距離を測定して対象物に関する情報を提供する測定装置であるＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）の研究／開発が進められている。
【0003】
対象物の形状把握等を目的として多点観測を行うＬｉＤＡＲの種別の一つとして、フラッシュＬｉＤＡＲ（Flash LiDAR）がある。フラッシュＬｉＤＡＲは、モータやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）といった機械的な構成を含まず、ＡＤやＡＤＡＳの実現のために車載目的で利用される場合等、耐久性が要求される分野におけるＬｉＤＡＲの有力候補として注目されている。
【0004】
特許文献１には、車両に実装されるＬＩＤＡＲシステムについて記載されている。ＬＩＤＡＲシステムは、標的場面に向かって光源によって生成された光ビームを投影する照明器（レーザプロジェクタ）、物体から反射する光を受信する受信機、物体についての距離情報を反射光から算出するコントローラ（プロセッサ）、所望の範囲及び視野（ＦＯＶ（Field Of View）を横断して光の特定のパターンを走査する要素を含む。受信機及びコントローラは、受信された信号光をＬＩＤＡＲシステム範囲及びＦＯＶ内にある周囲環境の点毎３Ｄマップを表す測定値に変換する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特表２０２０－５２７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
フラッシュＬｉＤＡＲの投光器の配光のサイズ（ＦＯＶ（Field Of View）：視野角、ビームプロファイル）は、投光器の発光部のサイズと、投光光を調節する光学系（以下、「投光光学系」と称する。）の焦点距離によって決まる。また、フラッシュＬｉＤＡＲの受光器の配光のサイズ（以下、「配光サイズ」と称する。）は、受光器の受光部のサイズと反射光を受光部に集光する光学系（以下、「受光光学系」と称する。）の焦点距離によって決まる。そのため、特定の目的にフラッシュＬｉＤＡＲを適用する際は、実現される配光サイズが適用先のシステムで要求される仕様を満たすようにする必要がある。
【0007】
ここで配光サイズを調節する方法として、例えば、複数のフラッシュＬｉＤＡＲを並設することが考えられる。しかしその場合、部品点数やコストの増大が課題となる。また、例えば、特定の視野範囲（投光エリア、受光エリア）についての測定精度を高めたい（遠方視認性を向上させたい）といったニーズにも柔軟に対応する必要がある。
【0008】
本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであり、要求される配光サイズや測定精度に柔軟に対応することが可能な、投光器、受光器、及び測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するための本発明の一つは、位置関係が固定された第１発光部及び第２発光部を有する発光ユニットと、前記第１発光部から出射する光を第１投光エリアに投光する第１投光光学系と、前記第２発光部から出射する光を、前記第１投光エリアとは異なるエリアを含む第２投光エリアに投光する、前記第１投光光学系とは焦点距離が異なる第２投光光学系と、を有する。
【0010】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、要求される配光サイズや測定精度に柔軟に対応することが可能な、投光器、受光器、及び測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】測定装置の概略的な構成を示す図である。
【図2A】発光部及び投光光学系と投光エリアとの関係を説明する図である。
【図2B】受光部及び受光光学系と受光エリアとの関係を説明する図である。
【図3A】発光ユニット及び投光光学系と投光エリアとの関係を説明する図である。
【図3B】発光ユニット及び投光光学系と投光エリアとの関係を説明する図である。
【図3C】発光ユニット及び投光光学系と投光エリアとの関係を説明する図である。
【図3D】発光ユニット及び投光光学系と投光エリアとの関係を説明する図である。
【図3E】発光ユニット及び投光光学系と投光エリアとの関係を説明する図である。
【図4A】受光ユニット及び受光光学系と受光エリアとの関係を説明する図である。
【図4B】受光ユニット及び受光光学系と受光エリアとの関係を説明する図である。
【図4C】受光ユニット及び受光光学系と受光エリアとの関係を説明する図である。
【図4D】受光ユニット及び受光光学系と受光エリアとの関係を説明する図である。
【図4E】受光ユニット及び受光光学系と受光エリアとの関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、以下の説明において、同一の又は類似する構成について共通の符号を付して重複した説明を省略することがある。
【0014】
［第１実施形態］
＜測定装置＞
図１に、一実施形態として示す測定装置１００の概略的な構成（ブロック図）を示している。例示する測定装置１００は、フラッシュＬｉＤＡＲ（Flash Light Detection and Ranging）としての機能を含み、投光光（照射光、光ビーム（レーザ光））を対象物に照射する投光器と、投光光が測定対象物に反射して戻ってくる反射光（戻り光）を受光する受光器とを備える。測定装置１００は、投光器が投光光を出射したタイミングと受光器が反射光を受光したタイミングとの差（レーザ光の飛行時間。以下、「ＴＯＦ」（Time Of Flight）と称する。）を測定して対象物に関する情報を提供する。
＜測定装置＞
図１に、一実施形態として示す測定装置１００の概略的な構成（ブロック図）を示している。例示する測定装置１００は、フラッシュＬｉＤＡＲ（Flash Light Detection and Ranging）としての機能を含み、投光光（照射光、光ビーム（レーザ光））を対象物に照射する投光器と、投光光が測定対象物に反射して戻ってくる反射光（戻り光）を受光する受光器とを備える。測定装置１００は、投光器が投光光を出射したタイミングと受光器が反射光を受光したタイミングとの差（レーザ光の飛行時間。以下、「ＴＯＦ」（Time Of Flight）と称する。）を測定して対象物に関する情報を提供する。
【0015】
測定装置１００は、例えば、ＡＤ（Autonomous Driving：自動運転システム）やＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System：先進運転支援システム）が実装される車両に搭載される。測定装置１００は、例えば、人、車両、物体の検出を補助するとともに、車両の運転者や車両の周囲に存在する者の安全確保、車両の運転中に周囲に存在する物体に与える損傷を低減するために有用な各種の情報を提供する。
【0016】
同図に示すように、例示する測定装置１００は、発光ユニット１１、投光制御装置１１２、電流源１１３、投光光学系１４、受光光学系１５、受光ユニット１６、ＴＯＦ測定装置１１７、演算装置１５０、及び通信Ｉ／Ｆ１６０を含む。このうち、発光ユニット１１、投光制御装置１１２、電流源１１３、及び投光光学系１４は、前述した投光器を構成し、受光光学系１５及び受光ユニット１６は、前述した受光器を構成する。
【0017】
投光器を構成する発光ユニット１１は、互いの位置関係が固定されて配置された複数の発光部１１１を有する。ここで「互いの位置関係が固定されている」とは、例えば、複数の発光部１１１が同じ部材（半導体基板等）に固定されていることをいう。
【0018】
発光部１１１は、例えば、面発光タイプのレーザ発光素子（例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）。以下、「面発光素子」と称する。））や、複数の面発光素子が一次元的又は二次元的に基板（半導体基板、セラミック基板等）に配置された面発光素子アレイ（例えば、ＶＣＳＥＬアレイ）である。
【0019】
投光制御装置１１２は、発光部１１１の面発光素子の駆動電流を供給する電流源１１３を制御するための制御信号を生成して電流源１１３に入力することにより、電流源１１３から面発光素子に供給される電流（駆動電流）を制御する。また、投光制御装置１１２は、発光ユニット１１の面発光素子が発光したタイミング（投光光が面発光素子から出射したタイミング。以下、「投光タイミング」と称する。）を示す信号をＴＯＦ測定装置１１７に入力する。投光制御装置１１２は、例えば、発光ユニット１１の面発光素子の夫々に流す電流のオンオフを周期的に繰り返す制御を行うことにより、面発光素子を周期的に繰り返し発光させる。
【0020】
電流源１１３は、投光制御装置１１２から入力される制御信号に応じた電流を発光部１１１の面発光素子に供給する。電流源１１３は、例えば、面発光素子の夫々に流す電流をオンオフするための周期的な方形波の電流を面発光素子に供給する。
【0021】
投光光学系１４は、例えば、発光ユニット１１から出射する投光光に光学的な作用（屈折、散乱、回折等）を与えることにより投光光の配光を調節する。投光光学系１４は、例えば、コリメートレンズ等の各種レンズ、回折格子、反射鏡（ミラー）等の光学部品を用いて構成される。
【0022】
受光光学系１５は、対象物５０から戻ってくる反射光を受光ユニット１６の受光部１６１に集光する。受光光学系１５は、例えば、集光レンズ等の各種レンズ、波長フィルタ等の各種フィルタ、反射鏡（ミラー）等の光学部品を用いて構成される。
【0023】
受光ユニット１６は、互いの位置関係が固定されて配置された複数の受光部１６１を有する。尚、「互いの位置関係が固定されている」とは、例えば、複数の受光部１６１が同じ部材（半導体基板等）に固定配置されていることをいう。
【0024】
受光部１６１は、例えば、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）、フォトダイオード、バランス型光検出器等の光検出器を用いて構成される。受光部１６１は、受光光学系１５から入射する反射光を光電変換することにより、反射光の強度に応じた電流（以下、「受光電流」と称する。）を生成する。受光部１６１は、反射光を受光したタイミング（以下、「受光タイミング」と称する。）を示す信号、及び生成した受光電流を、ＴＯＦ測定装置１１７に入力する。
【0025】
ＴＯＦ測定装置１１７は、投光制御装置１１２から入力される投光タイミングを示す信号と受光部１６１から入力される受光タイミングを示す信号とに基づきＴＯＦを求める。ＴＯＦ測定装置１１７は、例えば、ＴＤＣ（Time to Digital Converter）回路を搭載した時間測定ＩＣ（集積回路：Integrated Circuit）を用いて構成される。ＴＯＦ測定装置１１７は、求めたＴＯＦと受光部１６１から入力された受光電流を、演算装置１５０に入力する。
【0026】
演算装置１５０は、プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等）を用いて構成される。演算装置１５０は、ＴＯＦ測定装置１１７から入力される受光電流やＴＯＦに基づき、対象物５０の検出や測距等の各種測定に用いる情報を生成する。上記情報は、例えば、時間相関単一光子計数法（Time Correlated Single Photon Counting）で用いるヒストグラム（histogram）、対象物５０の各点（ポイント）までの距離、ポイントクラウド（点群情報:point cloud）等である。また、演算装置１５０は、投光制御装置１１２や受光ユニット１６を制御する。演算装置１５０は、例えば、投光制御装置１１２や受光ユニット１６を制御することにより、ヒストグラムの生成にかかる処理が高速化もしくは最適化されるように、前述した投光タイミングや受光タイミングを制御する。演算装置１５０によって生成された情報は、通信Ｉ／Ｆ１６０（I/F:Interface）を介して当該情報を利用する装置（以下、「各種利用装置４０」と称する。）に提供（送信）される。
【0027】
各種利用装置４０は、例えば、ポイントクラウドによる環境地図の作成、スキャンマッチングアルゴリズム（ＮＤＴ（Normal Distributions Transform）、ＩＣＰ(Iterative Closest Point)等）を用いた自己位置推定（ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping））等を行う。
【0028】
図２Ａは、発光部１１１及び投光光学系１４と、これらによって形成される投光エリア（以下、「投光エリア５１」と称する。）との関係を説明する模式図である。投光エリア５１は、発光部１１１のサイズ（形状、大きさ）と、投光光学系１４の焦点距離とによって決まる。また、測定装置１００の測定精度（分解能。例えば、対象物５０までの距離の測定精度）は、投光光学系１４の焦点距離に応じて決まり、焦点距離が長い程、測定精度は向上する。但し、投光光学系１４の焦点距離が長くなる程、投光エリア５１は狭くなる。
【0029】
図２Ｂは、受光部１６１及び受光光学系１５と、これらによって形成される受光エリア（以下、「受光エリア５２」と称する。）との関係を説明する模式図である。同図に示すように、受光エリア５２は、受光部１６１のサイズ（形状、大きさ）と、受光光学系１５の焦点距離とによって決まる。また、測定装置１００の測定精度（分解能。例えば、対象物５０までの距離の測定精度）は、受光光学系１５の焦点距離に応じて決まり、焦点距離が長い程、測定精度は向上する。但し、受光光学系１５の焦点距離が長くなる程、受光エリアは狭くなる。
【0030】
このように、投光エリア５１や受光エリア５２のサイズは、発光部１１１のサイズや受光部１６１のサイズによって制約されるため、発光部１１１や受光部１６１として、例えば、既製品を利用しようとした場合、投光エリア５１乃至受光エリア５２は必ずしも測定装置１００の目的や用途に一致しない。また、測定装置１００の目的や用途によっては、特定の視野範囲（投光エリア、受光エリア）の測定精度を他の視野範囲よりも高めたい（例えば、フラッシュＬｉＤＡＲをＡＤやＡＤＡＳに適用した場合に対向車線の遠方等の特定の視野範囲における測定精度を高めたい場合等）といったニーズがあるが、こうしたニーズにも柔軟に対応する必要がある。
【0031】
そこで、本実施形態の測定装置１００においては、投光器及び受光器を以下に説明する構成とすることにより上記の課題やニーズへの対応を図っている。
【0032】
＜投光器＞
図３Ａは、本実施形態の測定装置１００における投光器の要素（発光ユニット１１及び投光光学系１４）と、当該投光器によって形成される投光エリア５１との関係を説明する模式図である。同図では、説明の便宜上、投光器の要素（発光ユニット１１及び投光光学系１４）についてはこれらを発光部１１１の光軸に垂直な方向から眺めた図（＋ｙ側から眺めた図）とし、また、投光エリアについては上記光軸の方向から眺めた図（－ｚ側から眺めた図）としている。同図に示す矢線は、発光部１１１と投光エリア５１の対応を示している（図３Ｂ～図３Ｅについても同様）。尚、同図では発光ユニット１１のサイズを誇張して描いており、通常は投光エリア５１のサイズに比べて発光ユニット１１のサイズは十分に小さい。
図３Ａは、本実施形態の測定装置１００における投光器の要素（発光ユニット１１及び投光光学系１４）と、当該投光器によって形成される投光エリア５１との関係を説明する模式図である。同図では、説明の便宜上、投光器の要素（発光ユニット１１及び投光光学系１４）についてはこれらを発光部１１１の光軸に垂直な方向から眺めた図（＋ｙ側から眺めた図）とし、また、投光エリアについては上記光軸の方向から眺めた図（－ｚ側から眺めた図）としている。同図に示す矢線は、発光部１１１と投光エリア５１の対応を示している（図３Ｂ～図３Ｅについても同様）。尚、同図では発光ユニット１１のサイズを誇張して描いており、通常は投光エリア５１のサイズに比べて発光ユニット１１のサイズは十分に小さい。
【0033】
同図に示すように、例示する投光器は、互いの位置関係が固定された３つの発光部（第１発光部１１１ａ、第２発光部１１１ｂ、第３発光部１１１ｃ）を有する発光ユニット１１と、３つの投光光学系１４（第１投光光学系１４ａ、第２投光光学系１４ｂ、第３投光光学系１４ｃ）とを含む。
【0034】
第１投光光学系１４ａは、第１発光部１１１ａから出射する光ビームを第１投光エリア５１ａに配光する。図中、一点鎖線は、発光部１１１又は投光光学系１４の光軸を表す。
【0035】
同図に示すように、第１投光光学系１４ａは、その光軸を第１発光部１１１ａの光軸に対してオフセットさせて配置されている。本例では、第１投光光学系１４ａの光軸を、第１発光部１１１ａの光軸よりも第２発光部１１１ｂから離間する側（－ｘ方向）にオフセットさせている。このように第１投光光学系１４ａの光軸を第１発光部１１１ａの光軸に対してオフセットさせることで、オフセットさせない場合に比べて第１投光エリア５１ａをｘ軸に沿って拡げることができる。
【0036】
第２投光光学系１４ｂは、第２発光部１１１ｂから出射する光ビームを、第１投光エリア５１ａとは異なるエリアを含む第２投光エリア５１ｂに配光する。尚、本例では、第１投光エリア５１ａの端部付近と第２投光エリア５１ｂの端部付近とが重なるようにしている。このように隣接するエリアが一部重なるようにすることで、発光ユニット１１の製造時の誤差や発光ユニット１１を車両等に搭載した際に生じる誤差等により第１投光エリア５１ａと第２投光エリア５１ｂとの間に不感エリア（測定不能エリア）が生じてしまうのを防ぐことができる。
【0037】
第３投光光学系１４ｃは、第３発光部１１１ｃから出射する光ビームを、第１投光エリア５１ａ及び第２投光エリア５１ｂとは異なるエリアを含む第３投光エリア５１ｃに配光する。尚、本例では、第２投光エリア５１ｂの端部付近と第３投光エリア５１ｃの端部付近とが重なるようにしている。このように隣接するエリアが一部重なるようにすることで、発光ユニット１１の製造時の誤差や発光ユニット１１を車両等に搭載する際に生じる誤差により第２投光エリア５１ｂと第３投光エリア５１ｃとの間に不感エリア（測定不能エリア）が生じるのを防ぐことができる。
【0038】
尚、重複する投光エリア５１については、投光制御装置１１２が、例えば、いずれか一方の発光部１１１のみを点灯させる制御を行うことで、重複しない投光エリアと投光光の強度の均一化を図ることができるとともに、電力消費を抑えることもできる。
【0039】
同図に示すように、第３投光光学系１４ｃは、その光軸を第３発光部１１１ｃの光軸に対してオフセットさせて配置されている。本例では、第３投光光学系１４ｃの光軸を、第３発光部１１１ｃの光軸よりも第２発光部１１１ｂから離間する側（＋ｘ方向）にオフセットさせている。このように第３投光光学系１４ｃの光軸を第３発光部１１１ｃの光軸に対してオフセットさせることで、オフセットさせない場合に比べて第３投光エリア５１ｃをｘ軸に沿って拡げることができる。
【0040】
同図に示すように、本例では、第２投光エリア５１ｂは、第１投光エリア５１ａと第３投光エリア５１ｃの間に存在する。また、第２投光光学系１４ｂは、第１投光光学系１４ａ及び第３投光光学系１４ｃとは焦点距離が異なる。本例では、第２投光光学系１４ｂの焦点距離を第１投光光学系１４ａ及び第３投光光学系１４ｃよりも長く設定している。このため、第２投光エリア５１ｂについては、第１投光エリア５１ａ及び第３投光エリア５１ｃよりも測定精度が高くなる。これにより、例えば、測定装置１００の有効測定距離を長く（より遠方まで精度を確保可能にする）ことができる。尚、本例では、第２投光光学系１４ｂの焦点距離を第１投光光学系１４ａ及び第３投光光学系１４ｃよりも長く設定しているが、適用先で要求される仕様に応じて各投光光学系の焦点距離は任意に設定してよい。
【0041】
以上のように、例示する投光器によれば、互いの位置関係が固定された複数の発光部１１１を有する一つの発光ユニット１１を用いて投光エリア５１を拡げることができる。このため、例えば、複数の発光部１１１が一次元的もしくは二次元的に配置された市販の発光ユニット１１を用い、測定装置１００の適用先で要求される仕様を満たすように少ない部品点数でコストを抑えつつ配光を調節することができる。また、発光部１１１の集積度の高い発光ユニット１１を用いて広い投光エリアを実現することができるため、測定装置１００の小型化を図ることができる。また、投光光学系１４の焦点距離を個別に設定することで、特定の投光エリア５１の測定精度を他の投光エリア５１よりも高めたいといったニーズにも柔軟かつ容易に対応することができる。また、発光部１１１ａ～１１１ｃ毎に投光光学系１４ａ～１４ｃを設けているので、投光光学系１４ａ～１４ｃを相互に干渉しない位置関係で配置することができる。
【0042】
ところで、図３Ａの例では、第１投光エリア５１ａの一部及び第３投光エリア５１ｃの一部が第２投光エリア５１ｂと重なるようにしているが、例えば、図３Ｂに示すように、第２投光エリア５１ｂの全体が、第１投光エリア５１ａ及び第３投光エリア５１ｃの少なくともいずれかに重なるようにしてもよい。
【0043】
また、測定装置１００の製造時の誤差や車両等への適用先への搭載時の誤差が問題にならない場合には、例えば、図３Ｃに示すように、各投光エリア５１が重ならないようにしてもよい。この場合は投光エリアをより広く（最大限に）することができる。
【0044】
また、以上の例では、発光部１１１と投光光学系１４とを一対一で設けているが、複数の発光部１１１の配光を同じ投光光学系１４で行うようにしてもよい。例えば、図３Ｄは、図３Ａと同様の配光を、３つの発光部１１１（第１発光部１１１ａ、第２発光部１１１ｂ、第３発光部１１１ｃ）と２つの投光光学系１４（第１投光光学系１４ａ、第２投光光学系１４ｂ）とによって実現した場合である。また、図３Ｅは、図３Ｃ同様の配光を、上記３つの発光部１１１と上記２つの投光光学系１４（第１投光光学系１４ａ、第２投光光学系１４ｂ）で実現した場合である。
【0045】
これらの例では、第１発光部１１１ａと第２発光部１１１ｂから出射する光ビームの配光を、１つの第１投光光学系１４ａを用いて行っており、第１投光光学系１４ａにより第１投光エリア５１ａと第３投光エリア５１ｃが形成されている。また、第３発光部１１１ｃから出射する光ビームの配光については、第１投光光学系１４ａとは焦点距離が異なる第２投光光学系１４ｂにより行っており、第２投光光学系１４ｂにより第２投光エリア５１ｂが形成されている。このような構成とすることで、投光光学系の点数を減らすことができ、測定装置１００の小型化やコストダウンを図ることができる。
【0046】
＜受光器＞
図４Ａは、本実施形態の測定装置１００における受光器の要素（受光ユニット１６及び受光光学系１５）と、当該受光器によって形成される受光エリアとの関係を説明する模式図である。同図では、説明の便宜上、受光器の要素（受光ユニット１６及び受光光学系１５）についてはこれらを受光部１６１の光軸に垂直な方向から眺めた図（＋ｙ側から眺めた図）とし、また、受光エリアについては上記光軸の方向から眺めた図（－ｚ側から眺めた図）としている。同図に示す矢線は、受光部１６１と受光エリア５２の対応を示している（図４Ｂ～図４Ｅについても同様）。尚、同図では受光ユニット１６のサイズを誇張して描いており、通常は受光エリア５２のサイズに比べて受光ユニット１６のサイズは十分に小さい。
図４Ａは、本実施形態の測定装置１００における受光器の要素（受光ユニット１６及び受光光学系１５）と、当該受光器によって形成される受光エリアとの関係を説明する模式図である。同図では、説明の便宜上、受光器の要素（受光ユニット１６及び受光光学系１５）についてはこれらを受光部１６１の光軸に垂直な方向から眺めた図（＋ｙ側から眺めた図）とし、また、受光エリアについては上記光軸の方向から眺めた図（－ｚ側から眺めた図）としている。同図に示す矢線は、受光部１６１と受光エリア５２の対応を示している（図４Ｂ～図４Ｅについても同様）。尚、同図では受光ユニット１６のサイズを誇張して描いており、通常は受光エリア５２のサイズに比べて受光ユニット１６のサイズは十分に小さい。
【0047】
同図に示すように、受光器は、互いの位置関係が固定された３つの受光部（第１受光部１６１ａ、第２受光部１６１ｂ、第３受光部１６１ｃ）を有する受光ユニット１６と、３つの受光光学系１５（第１受光光学系１５ａ、第２受光光学系１５ｂ、第３受光光学系１５ｃ）とを含む。
【0048】
本例において、第１受光光学系１５ａは、第１受光エリア５２ａからの反射光を第１受光部１６１ａに集光する。図中、一点鎖線は、受光部１６１又は受光光学系１５の光軸を表す。
【0049】
同図に示すように、第１受光光学系１５ａは、その光軸を第１受光部１６１ａの光軸に対してオフセットさせて配置されている。本例では、第１受光光学系１５ａの光軸を、第１受光部１６１ａの光軸よりも第２受光部１６１ｂから離間する側（－ｘ方向）にオフセットさせている。このように第１受光光学系１５ａの光軸を第１受光部１６１ａの光軸に対してオフセットさせることで、オフセットさせない場合に比べて第１受光エリア５２ａをｘ軸に沿って拡げることができる。
【0050】
第２受光光学系１５ｂは、第１受光エリア５２ａとは異なるエリアを含む第２受光エリア５２ｂからの反射光を第２受光部１６１ｂに集光する。尚、本例では、第１受光エリア５２ａの端部付近と第２受光エリア５２ｂの端部付近とが重なるようにしている。このように隣接するエリアが一部重なるようにすることで、受光ユニット１６の製造時の誤差や受光ユニット１６を車両等に搭載した際に生じる誤差等により第１受光エリア５２ａと第２受光エリア５２ｂとの間に不感エリア（測定不能エリア）が生じてしまうのを防ぐことができる。
【0051】
第３受光光学系１５ｃは、第１受光エリア５２ａ及び第２受光エリア５２ｂとは異なるエリアを含む第３受光エリア５２ｃからの反射光を第３受光部１６１ｃに集光する。尚、本例では、第２受光エリア５２ｂの端部付近と第３受光エリア５２ｃの端部付近とが重なるようにしている。このように隣接するエリアが一部重なるようにすることで、受光ユニット１６の製造時の誤差や受光ユニット１６を車両等に搭載する際に生じる誤差により第２受光エリア５２ｂと第３受光エリア５２ｃとの間に不感エリア（測定不能エリア）が生じるのを防ぐことができる。
【0052】
同図に示すように、第３受光光学系１５ｃは、その光軸を第３受光部１６１ｃの光軸に対してオフセットさせて配置されている。本例では、第３受光光学系１５ｃの光軸を、第３受光部１６１ｃの光軸よりも第２受光部１６１ｂから離間する側（＋ｘ方向）にオフセットさせている。このように第３受光光学系１５ｃの光軸を第３受光部１６１ｃの光軸に対してオフセットさせることで、オフセットさせない場合に比べて第３受光エリア５２ｃをｘ軸に沿って拡げることができる。
【0053】
同図に示すように、本例では、第２受光エリア５２ｂは、第１受光エリア５２ａと第３受光エリア５２ｃの間に存在する。また、第２受光光学系１５ｂは、第１受光光学系１５ａ及び第３受光光学系１５ｃとは焦点距離が異なる。本例では、第２受光光学系１５ｂの焦点距離を第１受光光学系１５ａ及び第３受光光学系１５ｃよりも長く設定している。このため、第２受光エリア５２ｂについては、第１受光エリア５２ａ及び第３受光エリア５２ｃよりも測定精度が高くなる。これにより、例えば、測定装置１００の有効測定距離を長く（より遠方まで精度を確保可能にする）ことができる。尚、本例では、第２受光光学系１５ｂの焦点距離を第１受光光学系１５ａ及び第３受光光学系１５ｃよりも長く設定しているが、各受光光学系の焦点距離は、適用先で要求される仕様に応じて任意に設定してよい。
【0054】
以上のように、例示する受光器によれば、位置関係が固定された複数の受光部１６１を有する一つの受光ユニット１６を用いて受光エリア５２を拡げることができる。このため、例えば、複数の受光部１６１が一次元的もしくは二次元的に配置された市販の受光ユニット１６を用い、測定装置１００の適用先で要求される仕様を満たすように少ない部品点数でコストを抑えつつ配光を調節することができる。また、受光部１６１の集積度の高い受光ユニット１６を用いて広い受光エリアを実現することができるため、測定装置１００の小型化を図ることができる。また、受光光学系の焦点距離を個別に設定することで、特定の受光エリアの測定精度を他の受光エリアよりも高めたいといったニーズにも柔軟かつ容易に対応することができる。また、受光部１６１ａ～１６１ｃ毎に受光光学系１５ａ～１５ｃを設けているので、受光光学系１５ａ～１５ｃを相互に干渉しない位置関係で配置することができる。
【0055】
ところで、図４Ａの例では、第１受光エリア５２ａの一部及び第３受光エリア５２ｃの一部が第２受光エリア５２ｂと重なるようにしているが、例えば、図４Ｂに示すように、第２受光エリア５２ｂの全体が、第１受光エリア５２ａ及び第３受光エリア５２ｃの少なくともいずれかに重なるようにしてもよい。
【0056】
また、測定装置１００の製造時の誤差や車両等への適用先への搭載時の誤差が問題にならない場合には、例えば、図４Ｃに示すように、各受光エリア５２が重ならないようにしてもよい。この場合は受光エリアをより広く（最大限に）することができる。
【0057】
また、以上の例では、受光部１６１と受光光学系１５とを一対一で設けているが、複数の受光部１６１の集光を同じ受光光学系１５で行うようにしてもよい。例えば、図４Ｄは、図４Ａと同様の集光を、３つの受光部１６１（第１受光部１６１ａ、第２受光部１６１ｂ、第３受光部１６１ｃ）と２つの投光光学系１４（第１受光光学系１５ａ、第２受光光学系１５ｂ）とによって実現した場合である。また、図４Ｅは、図４Ｃと同様の集光を、上記３つの受光部１６１と上記２つの受光光学系１５（第１受光光学系１５ａ、第２受光光学系１５ｂ）で実現した場合である。
【0058】
これらの例では、第１受光エリア５２ａ及び第３受光エリア５２ｃからの反射光の第１受光部１６１ａ及び第３受光部１６１ｃへの集光を１つの第１受光光学系１５ａにより行っている。また、第２受光エリア５２ｂからの反射光の第２受光部１６１ｂへの集光を第１受光光学系１５ａとは焦点距離が異なる第２受光光学系１５ｂにより行っている。これにより受光光学系の点数を減らすことができ、測定装置１００の小型化やコストダウンを図ることができる。
【0059】
以上、本発明の実施形態につき詳述したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の実施形態の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。
【0060】
例えば、以上では、３つの投光エリア（もしくは３つの受光エリア）を構成する場合を説明したが、本発明は、２つの投光エリア（もしくは２つの受光エリア）を構成する場合や、４つ以上の投光エリア（もしくは４つ以上の受光エリア）を構成する場合にも適用することができる。
【0061】
また、例えば、以上に説明した投光器及び受光器の新たな仕組みは、双方の仕組みを測定装置１００に採用してもよいし、いずれか一方の仕組みのみを採用してもよい。
【符号の説明】
【0062】
５０ 対象物、５１ａ 第１投光エリア、５１ｂ 第２投光エリア、５１ｃ 第３投光エリア、５２ａ 第１受光エリア、５２ｂ 第２受光エリア、５２ｃ 第３受光エリア、１００ 測定装置、１１ 発光ユニット、１１１ 発光部、１１２ 投光制御装置、１１３ 電流源、１４ 投光光学系、１５ 受光光学系、１６ 受光ユニット、１６１ 受光部、１１７ ＴＯＦ測定装置、１５０ 演算装置、１６０ 通信Ｉ／Ｆ、４０ 各種利用装置
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】