特開 2023-50654 センサ装置、制御装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体

(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】P2023050654

(43)【公開日】2023-04-11

(54)【発明の名称】センサ装置、制御装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20230404BHJP

   G01S 7/484 20060101ALI20230404BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20230404BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01S7/484

G01C3/06 120Q

G01C3/06 140

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021160871

(22)【出願日】2021-09-30

(71)【出願人】

【識別番号】000005016

【氏名又は名称】パイオニア株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520001073

【氏名又は名称】パイオニアスマートセンシングイノベーションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110928

【弁理士】

【氏名又は名称】速水 進治

(74)【代理人】

【識別番号】100127236

【弁理士】

【氏名又は名称】天城 聡

(72)【発明者】

【氏名】石川 雄悟

(72)【発明者】

【氏名】竹村 到

(72)【発明者】

【氏名】林 真一

【テーマコード（参考）】

2F112

5J084

【Ｆターム（参考）】

2F112AD01

2F112BA05

2F112BA06

2F112CA05

2F112CA12

2F112DA09

2F112DA15

2F112DA25

2F112EA05

2F112FA03

2F112FA21

2F112FA45

2F112GA01

2F112GA03

5J084AA05

5J084AC01

5J084AD01

5J084BA04

5J084BA11

5J084BA18

5J084BA36

5J084BA50

5J084BB03

5J084CA03

5J084CA10

5J084CA31

5J084CA65

5J084EA04

5J084EA05

(57)【要約】

【課題】センサ装置によって取得される点群データに含まれる空間的な高周波成分を少なくしなくし、センサ装置の視野のうちビームが照射されない領域を大きくしなくする。
【解決手段】制御部２００は、複数のフットプリントＰの拡がり角θから複数の第１フットプリントＰ１Ａ及び複数の第２フットプリントＰ２Ａの拡がり角θにかけて、拡がり角θをベクトルＶＡに平行な方向に縮小させている。制御部２００は、第１フットプリントＰ１Ａ及び第２フットプリントＰ２ＡのベクトルＶＡに垂直な方向の拡がり角θを、フットプリントＰのベクトルＶＡに垂直な方向の拡がり角θから変化させず、一定に維持している。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサ部と、
前記センサ部から照射されるビームの拡がり角を、前記ビームの射出方向の移動方向に平行な方向に、又は前記移動方向に平行なベクトルを所定方向に射影した少なくとも１つの射影ベクトルに平行な方向に縮小させる制御部と、
を備えるセンサ装置。

【請求項2】

請求項１に記載のセンサ装置において、
前記センサ部の移動を検出する検出部をさらに備え、
前記制御部が、前記検出部によって検出された前記移動に応じて、前記拡がり角を制御する、センサ装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のセンサ装置において、
前記制御部が、前記拡がり角が縮小された前記ビームによって取得される複数の点群データを合成する、センサ装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載のセンサ装置において、
前記制御部が、所定の時間区間における前記射出方向の移動距離が所定の距離以上である場合、前記拡がり角の制御を停止する、センサ装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載のセンサ装置において、
前記制御部が、前記拡がり角を、前記ベクトルに垂直な方向に、又は前記射影ベクトルに垂直な方向に、維持し、又は拡大させる、センサ装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載のセンサ装置において、
前記センサ部を移動させる駆動部をさらに備えるセンサ装置。

【請求項7】

センサ部から照射されるビームの拡がり角を、前記ビームの射出方向の移動方向に平行な方向に、又は前記移動方向に平行なベクトルを所定方向に射影した少なくとも１つの射影ベクトルに平行な方向に縮小させる制御部を備える制御装置。

【請求項8】

制御装置が、
センサ部から照射されるビームの拡がり角を、前記ビームの射出方向の移動方向に平行な方向に、又は前記移動方向に平行なベクトルを所定方向に射影した少なくとも１つの射影ベクトルに平行な方向に縮小させる、制御方法。

【請求項9】

制御装置に、
センサ部から照射されるビームの拡がり角を、前記ビームの射出方向の移動方向に平行な方向に、又は前記移動方向に平行なベクトルを所定方向に射影した少なくとも１つの射影ベクトルに平行な方向に縮小させる機能を持たせるプログラム。

【請求項10】

請求項９に記載のプログラムを記憶させた記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサ装置、制御装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）等のセンサ装置が開発されている。例えば、センサ装置は、発光素子と、可動反射部と、を有している。発光素子は、例えば、パルスレーザを出射するするレーザダイオード（ＬＤ）である。可動反射部は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等である。発光素子から出射されたビームは、可動反射部によってセンサ装置の視野内の複数の射出方向に向けて反射される。可動反射部によって反射されたビームは、所定の拡がり角を有した状態で、センサ装置の外部に存在する物体に照射される。当該物体のうちビームが照射された領域には、フットプリントが生成される。当該物体に照射されたビームは、当該物体に反射され、又は散乱される。センサ装置は、光検出素子を有している。光検出素子は、例えば、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）である。光検出素子は、当該物体に反射され又は散乱されたビームを検出する。センサ装置は、光検出素子によって検出されたビームによって生成される信号を用いて点群データを生成する。

【0003】

特許文献１及び２には、センサ装置の一例について記載されている。これらのセンサ装置は、センサ装置によって照射されるビームの拡がり角を制御している。

【0004】

特許文献３には、センサ装置の一例について記載されている。このセンサ装置は、センサ装置によって照射されるビームによって生成されるフットプリントの大きさを制御している。

【0005】

特許文献４及び５には、センサ装置の一例について記載されている。このセンサ装置は、センサ装置の視野の大きさを制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平９－１７８８５３号公報

【特許文献2】特開平９－１１３６２２号公報

【特許文献3】特開２０１９－９５３５３号公報

【特許文献4】特開２０１６－１３６０９０号公報

【特許文献5】特開２００８－２８６５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

センサ装置によって取得される点群データが比較的多くの空間的な高周波成分を含むことが望ましいことがある。例えば、超解像において、複数のフレームにおける点群データを合成する場合がある。この場合、各フレームにおける点群データに含まれる空間的な高周波成分は比較的多いことが望ましい。点群データに含まれる空間的な高周波成分を多くするためには、フットプリントの大きさが小さいことが望ましい。しかしながら、フットプリントの大きさが小さくなるほど、センサ装置の視野のうちビームが照射されない領域が比較的大きくなり得る。センサ装置は、ビームが照射されない領域に存在する物体を検出することができない。したがって、センサ装置のうちビームが照射されない領域が比較的大きい場合、センサ装置の視野内に存在する物体であってもセンサ装置によって検出されない可能性が比較的高くなる。

【0008】

本発明が解決しようとする課題としては、センサ装置によって取得される点群データに含まれる空間的な高周波成分を少なくしなくし、センサ装置の視野のうちビームが照射されない領域を大きくしなくすることが一例として挙げられる。

【課題を解決するための手段】

【0009】

請求項１に記載の発明は、
センサ部と、
前記センサ部から照射されるビームの拡がり角を、前記ビームの射出方向の移動方向に平行な方向に、又は前記移動方向に平行なベクトルを所定方向に射影した少なくとも１つの射影ベクトルに平行な方向に縮小させる制御部と、
を備えるセンサ装置である。

【0010】

請求項７に記載の発明は、
センサ部から照射されるビームの拡がり角を、前記ビームの射出方向の移動方向に平行な方向に、又は前記移動方向に平行なベクトルを所定方向に射影した少なくとも１つの射影ベクトルに平行な方向に縮小させる制御部を備える制御装置である。

【0011】

請求項８に記載の発明は、
制御装置が、
センサ部から照射されるビームの拡がり角を、前記ビームの射出方向の移動方向に平行な方向に、又は前記移動方向に平行なベクトルを所定方向に射影した少なくとも１つの射影ベクトルに平行な方向に縮小させる、制御方法である。

【0012】

請求項９に記載の発明は、
制御装置に、
センサ部から照射されるビームの拡がり角を、前記ビームの射出方向の移動方向に平行な方向に、又は前記移動方向に平行なベクトルを所定方向に射影した少なくとも１つの射影ベクトルに平行な方向に縮小させる機能を持たせるプログラムである。

【0013】

請求項１０に記載の発明は、
前記プログラムを記憶させた記憶媒体である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態に係るセンサ装置の構成を示す図である。

【図2】所定の１フレームにおいてセンサ部から照射される複数のビームによって所定の仮想球面に生成されて近似的に平面状に描写された複数のフットプリントの一例を示している。

【図3】制御部の動作の第１例を説明するための図である。

【図4】制御部の動作の第２例を説明するための図である。

【図5】制御部の動作の第３例を説明するための図である。

【図6】制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図7】実施例１に係るセンサ装置の構成を示す図である。

【図8】実施例２に係るセンサ装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態及び実施例について、図面を用いて説明する。すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0016】

図１は、実施形態に係るセンサ装置１０の構成を示す図である。

【0017】

センサ装置１０は、センサ部１００及び制御部２００を備えている。

【0018】

本実施形態において、センサ部１００は、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）である。

【0019】

センサ部１００は、センサ部１００の視野内の複数の所定の射出方向の各々に向けてビームＢを照射する。例えば、センサ部１００は、発光素子と、可動反射部と、を有している。発光素子は、例えば、パルスレーザを出射するレーザダイオード（ＬＤ）である。可動反射部は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等である。発光素子から出射されたビームは、可動反射部によって複数の射出方向に向けて反射される。或いは、センサ部１００は、発光素子と、発光素子を移動させる駆動部と、を有していてもよい。この例において、発光素子からのビームＢの射出方向は、駆動部によって発光素子が移動することで可変となっている。

【0020】

センサ部１００によって照射されたビームＢは、所定の拡がり角θを有した状態で、センサ装置１０の外部に外部に存在する物体に照射される。当該物体のうちビームが照射された領域には、フットプリントが生成される。フットプリントの大きさは、センサ部１００から当該物体までの距離が長くなるほど大きくなる。

【0021】

センサ部１００によって照射されたビームＢは、センサ装置１０の外部に存在する物体によって反射され、又は散乱される。センサ部１００は、光検出素子を有している。光検出素子は、例えば、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）である。当該物体によって反射され又は散乱された光は、光検出素子によって検出される。

【0022】

制御部２００は、ビームＢの拡がり角θを制御している。ビームＢが物体に照射される場合、拡がり角θが大きくなるほど、当該物体に生成されるフットプリントの大きさが大きくなる。また、拡がり角θが小さくなるほど、当該物体に生成されるフットプリントの大きさが小さくなる。拡がり角θは、例えば、ビームＢが通過するズームレンズ等の光学素子によって制御されている。

【0023】

図２は、所定の１フレームにおいてセンサ部１００から照射される複数のビームＢによって所定の仮想球面に生成されて近似的に平面状に描写された複数のフットプリントＰの一例を示している。

【0024】

図２において、センサ部１００は、球面座標系の原点に置かれている。図２に示す複数のフットプリントＰは、センサ部１００から所定の動径距離離れた仮想球面に生成されて近似的に平面状に描写されたフットプリントＰを示している。図２において、センサ部１００から照射されるビームＢは、紙面の手前から奥に向かう方向に照射されて、フットプリントＰが仮想球面に生成されている。

【0025】

図２において、第１方向Ｄ１は、センサ部１００のヨー回転方向に平行な方向を示している。第２方向Ｄ２は、センサ部１００のピッチ回転方向平行な方向を示している。本実施形態において、ヨー回転方向は、鉛直方向に垂直な水平方向に平行となっている。ピッチ回転方向は、鉛直方向に平行な方向となっている。第１方向Ｄ１又は第２方向Ｄ２を示す矢印は、当該矢印の基端から先端に向かう方向が当該矢印によって示される方向の正方向であり、当該矢印の先端から基端に向かう方向が当該矢印によって示される方向の負方向であることを示している。

【0026】

図２において、実線で示された複数のフットプリントＰは、所定の１フレームにおいてセンサ部１００から照射される複数のビームＢよって生成されるフットプリントである。

【0027】

図２に示す例において、複数のフットプリントＰは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿って行列状に並んでいる。各フットプリントＰの形状は、第１方向Ｄ１の長さ及び第２方向Ｄ２の長さが互いに等しい円となっている。

【0028】

図３は、制御部２００の動作の第１例を説明するための図である。図３に示す例は、以下の点を除いて、図２に示す例と同様である。

【0029】

図３に示す例において、破線で示された複数の第１フットプリントＰ１Ａは、所定の１フレームにおいてセンサ部１００から照射される複数のビームＢによって生成される複数のフットプリントである。点線で示された複数の第２フットプリントＰ２Ａは、当該所定の１フレームの次の１フレームにおいて、センサ部１００から照射される複数のビームＢによって生成される複数のフットプリントである。

【0030】

図３に示す例において、実線矢印によって示されたベクトルＶＡは、図２において説明した仮想球面におけるビームＢの射出方向の移動方向を近似的に平面状に描写したベクトルを示している。ベクトルＶＡは、ビームＢの射出方向の移動方向に平行となっている。図３に示す例において、ベクトルＶＡは、第２方向Ｄ２の正方向から第２方向Ｄ２の負方向に向かう方向に平行となっている。センサ部１００から照射されるビームＢの射出方向がベクトルＶＡに平行な方向に移動することで、複数の第２フットプリントＰ２Ａの各々の中心が複数の第１フットプリントＰ１Ａの各々の中心に対してベクトルＶＡの長さに等しい距離だけベクトルＶＡに平行な方向にずれている。

【0031】

ビームＢの射出方向の移動は、センサ部１００の並進移動、回転移動等の移動によって引き起こされる。センサ部１００の並進移動としては、例えば、センサ部１００のヨー軸に平行な方向の移動、センサ部１００のピッチ軸に平行な方向の移動、センサ部１００のロール軸に平行な方向の移動等が挙げられる。センサ部１００の回転移動としては、センサ部１００のヨー軸の周りの回転、センサ部１００のピッチ軸の周りの回転移動、センサ部１００のロール軸の周りの回転移動等が挙げられる。センサ部１００の移動は、様々な要因によって引き起こされる。例えば、センサ部１００が自動車、電車、飛行機、船舶等の移動体に搭載されている場合がある。この場合、センサ部１００は、移動体の移動や移動体の振動によって移動する。

【0032】

図２及び図３を参照して、制御部２００の動作を説明する。

【0033】

制御部２００は、複数のフットプリントＰの拡がり角θから複数の第１フットプリントＰ１Ａ及び複数の第２フットプリントＰ２Ａの拡がり角θにかけて、拡がり角θをベクトルＶＡに平行な方向に縮小させている。

【0034】

具体的には、第１フットプリントＰ１ＡのベクトルＶＡに平行な方向の拡がり角θは、フットプリントＰのベクトルＶＡに平行な方向の拡がり角θ未満となっている。したがって、第１フットプリントＰ１ＡのベクトルＶＡに平行な方向の拡がり角θがフットプリントＰのベクトルＶＡに平行な方向の拡がり角θと等しい場合と比較して、複数の第１フットプリントＰ１Ａによって取得される点群データに含まれる空間的な高周波成分を少なくしなくすることができる。

【0035】

また、第２フットプリントＰ２ＡのベクトルＶＡに平行な方向の拡がり角θは、フットプリントＰのベクトルＶＡに平行な方向の拡がり角θ未満となっている。したがって、第２フットプリントＰ２ＡのベクトルＶＡに平行な方向の拡がり角θがフットプリントＰのベクトルＶＡに平行な方向の拡がり角θと等しい場合と比較して、複数の第２フットプリントＰ２Ａによって取得される点群データに含まれる空間的な高周波成分を少なくしなくすることができる。

【0036】

また、センサ部１００の視野には、複数の第１フットプリントＰ１Ａ及び複数の第２フットプリントＰ２Ａの双方が生成されている。したがって、センサ部１００の視野に複数の第１フットプリントＰ１Ａ及び複数の第２フットプリントＰ２Ａの一方のみが生成される場合と比較して、センサ部１００の視野のうちビームＢが照射されない領域を大きくしなくすることができる。

【0037】

図３に示す例において、制御部２００は、第１フットプリントＰ１Ａ及び第２フットプリントＰ２ＡのベクトルＶＡに垂直な方向の拡がり角θを、フットプリントＰのベクトルＶＡに垂直な方向の拡がり角θから変化させず、一定に維持している。したがって、第１フットプリントＰ１Ａ及び第２フットプリントＰ２ＡのベクトルＶＡに垂直な方向の拡がり角θがフットプリントＰのベクトルＶＡに垂直な方向の拡がり角θ未満である場合と比較して、センサ装置１０の視野のうちビームＢが照射されない領域を大きくしなくすることができる。

【0038】

制御部２００の動作は、図２及び図３に示す例に限定されない。

【0039】

例えば、制御部２００は、第１フットプリントＰ１Ａ及び第２フットプリントＰ２ＡのベクトルＶＡに垂直な方向の拡がり角θを、フットプリントＰのベクトルＶＡに垂直な方向の拡がり角θから拡大させてもよい。この例においては、第１フットプリントＰ１Ａ及び第２フットプリントＰ２ＡのベクトルＶＡに垂直な方向の拡がり角θがフットプリントＰのベクトルＶＡに垂直な方向の拡がり角θと等しい場合と比較して、センサ装置１０の視野のうちビームＢが照射されない領域を大きくしなくすることができる。

【0040】

或いは、制御部２００は、第１フットプリントＰ１Ａ及び第２フットプリントＰ２ＡのベクトルＶＡに垂直な方向の拡がり角θを、フットプリントＰのベクトルＶＡに垂直な方向の拡がり角θから縮小させてもよい。

【0041】

制御部２００は、複数の第１フットプリントＰ１Ａによって取得される点群データと、複数の第２フットプリントＰ２Ａによって取得される点群データと、を合成してもよい。この場合、制御部２００は、複数のフットプリントＰによって取得される点群データの解像度よりも高い解像度を得ることができる。さらに、制御部２００は、２つの点群データを合成するだけでなく、３つ以上の点群データを合成してもよい。すなわち、制御部２００は、拡がり角θが縮小されたビームＢによって取得される複数の点群データを合成してもよい。

【0042】

図４は、制御部２００の動作の第２例を説明するための図である。図４に示す第２例は、以下の点を除いて、図３に示す第１例と同様である。

【0043】

図２及び図４を参照して、制御部２００の動作を説明する。

【0044】

制御部２００は、複数のフットプリントＰの拡がり角θから複数の第１フットプリントＰ１Ｂ及び複数の第２フットプリントＰ２Ｂの拡がり角θにかけて、拡がり角θをベクトルＶＢに平行な方向に縮小させている。ベクトルＶＢは、図２において説明した仮想球面におけるビームＢの射出方向の移動方向を近似的に平面状に描写したベクトルを示している。ベクトルＶＢは、ビームＢの射出方向の移動方向に平行となっている。図４に示す例において、ベクトルＶＢは、第１方向Ｄ１の正方向に対して第２方向Ｄ２の正方向に向けて斜めに傾いている。センサ部１００から照射されるビームＢの射出方向がベクトルＶＢに平行な方向に移動することで、複数の第２フットプリントＰ２Ｂの各々の中心が複数の第２フットプリントＰ２Ａの各々の中心に対してベクトルＶＢの長さに等しい距離だけベクトルＶＢに平行な方向にずれている。例えば、制御部２００は、ビームＢの拡がり角θを第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の少なくとも一方に平行な方向に縮小させ、拡がり角θが縮小されたビームＢをビームＢの光軸の周りに回転させることで、拡がり角θをベクトルＶＢに平行な方向に縮小させている。

【0045】

図４に示す第２例においても、図３に示す第１例と同様にして、第１フットプリントＰ１ＢのベクトルＶＢに平行な方向の拡がり角θがフットプリントＰのベクトルＶＢに平行な方向の拡がり角θと等しい場合と比較して、複数の第１フットプリントＰ１Ｂによって取得される点群データに含まれる空間的な高周波成分を少なくしなくすることができる。また、第２フットプリントＰ２ＢのベクトルＶＢに平行な方向の拡がり角θがフットプリントＰのベクトルＶＢに平行な方向の拡がり角θと等しい場合と比較して、複数の第２フットプリントＰ２Ｂによって取得される点群データに含まれる高周波成分を少なくしないようにすることができる。

【0046】

また、図４に示す第２例においても、図３に示す第１例と同様にして、センサ部１００の視野に複数の第１フットプリントＰ１Ｂ及び複数の第２フットプリントＰ２Ｂの一方のみが生成される場合と比較して、センサ部１００の視野のうちビームＢが照射されない領域を大きくしなくすることができる。

【0047】

図４に示す第２例において、制御部２００は、第１フットプリントＰ１Ｂ及び第２フットプリントＰ２ＢのベクトルＶＢに垂直な方向の拡がり角θを、フットプリントＰのベクトルＶＢに垂直な方向の拡がり角θから変化させず一定に維持している。或いは、制御部２００は、第１フットプリントＰ１Ｂ及び第２フットプリントＰ２ＢのベクトルＶＢに垂直な方向の拡がり角θを、フットプリントＰのベクトルＶＢに垂直な方向の拡がり角θから拡大させてもよい。これらの場合、第１フットプリントＰ１Ｂ及び第２フットプリントＰ２ＢのベクトルＶＢに垂直な方向の拡がり角θがフットプリントＰのベクトルＶＢに垂直な方向の拡がり角θより小さい場合と比較して、センサ部１００の視野のうちビームＢが照射されない領域を大きくしなくすることができる。或いは、制御部２００は、第１フットプリントＰ１Ｂ及び第２フットプリントＰ２ＢのベクトルＶＢに垂直な方向の拡がり角θを、フットプリントＰのベクトルＶＢに垂直な方向の拡がり角θから縮小させてもよい。

【0048】

図４に示す第２例においても、図３に示す第１例と同様にして、制御部２００は、複数の第１フットプリントＰ１Ｂによって取得される点群データと、複数の第２フットプリントＰ２Ｂによって取得される点群データと、を合成してもよい。

【0049】

図５は、制御部２００の動作の第３例を説明するための図である。図５に示す第３例は、以下の点を除いて、図３に示す第１例と同様である。

【0050】

図２及び図５を参照して、制御部２００の動作を説明する。

【0051】

制御部２００は、複数のフットプリントＰの拡がり角θから複数の第１フットプリントＰ１Ｃ及び複数の第２フットプリントＰ２Ｃの拡がり角θにかけて、拡がり角θを第１射影ベクトルＶＣ１に平行な方向に縮小させている。第１射影ベクトルＶＣ１は、ベクトルＶＣを第１方向Ｄ１に射影したベクトルである。ベクトルＶＣは、図２において説明した仮想球面におけるビームＢの射出方向の移動方向を近似的に平面状に描写したベクトルを示している。ベクトルＶＣは、ビームＢの射出方向の移動方向に平行なベクトルとなっている。図５に示す例において、ベクトルＶＣは、第１方向Ｄ１の正方向に対して第２方向Ｄ２の正方向に向けて斜めに傾いている。センサ部１００から照射されるビームＢの射出方向がベクトルＶＣに平行な方向に移動することで、複数の第２フットプリントＰ２Ｃの各々の中心が複数の第１フットプリントＰ１Ｃの各々の中心に対してベクトルＶＣの長さに等しい距離だけベクトルＶＣに平行な方向にずれている。

【0052】

図５に示す第３例においては、第１フットプリントＰ１Ｃの第１射影ベクトルＶＣ１に平行な方向の拡がり角θがフットプリントＰの第１射影ベクトルＶＣ１に平行な方向の拡がり角θと等しい場合と比較して、複数の第１フットプリントＰ１Ｃによって取得される点群データに含まれる空間的な高周波成分を少なくしなくすることができる。また、第２フットプリントＰ２Ｃの第１射影ベクトルＶＣ１に平行な方向の拡がり角θがフットプリントＰの第１射影ベクトルＶＣ１に平行な方向の拡がり角θと等しい場合と比較して、複数の第２フットプリントＰ２Ｃによって取得される点群データに含まれる高周波成分を少なくしないようにすることができる。

【0053】

また、図５に示す第３例においては、センサ部１００の視野に複数の第１フットプリントＰ１Ｃ及び複数の第２フットプリントＰ２Ｃの一方のみが生成される場合と比較して、センサ部１００の視野のうちビームＢが照射されない領域を大きくしなくすることができる。

【0054】

図５に示す第３例において、制御部２００は、第１フットプリントＰ１Ｃ及び第２フットプリントＰ２Ｃの第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向の拡がり角θを、フットプリントＰの第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向の拡がり角θから変化させず一定に維持している。第２射影ベクトルＶＣ２は、ベクトルＶＣを第２方向Ｄ２に射影したベクトルである。或いは、制御部２００は、第１フットプリントＰ１Ｃ及び第２フットプリントＰ２Ｃの第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向の拡がり角θを、フットプリントＰの第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向の拡がり角θから拡大させてもよい。これらの場合、第１フットプリントＰ１Ｃ及び第２フットプリントＰ２Ｃの第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向の拡がり角θがフットプリントＰの第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向の拡がり角θより小さい場合と比較して、センサ部１００の視野のうちビームＢが照射されない領域を大きくしなくすることができる。

【0055】

或いは、制御部２００は、第１フットプリントＰ１Ｃ及び第２フットプリントＰ２Ｃの第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向の拡がり角θを、フットプリントＰの第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向の拡がり角θから縮小させてもよい。この場合、制御部２００は、拡がり角θを、第１射影ベクトルＶＣ１に平行な方向と、第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向と、の双方に縮小させている。すなわち、制御部２００は、拡がり角θを、ベクトルＶＣを所定方向に射影した少なくとも１つの射影ベクトルに平行な方向に縮小させるようにすることができる。

【0056】

図５に示す第３例においても、図３に示す第１例と同様にして、制御部２００は、複数の第１フットプリントＰ１Ｃによって取得される点群データと、複数の第２フットプリントＰ２Ｃによって取得される点群データと、を合成してもよい。

【0057】

制御部２００は、ビームＢの射出方向の第１射影ベクトルＶＣ１に平行な方向の移動距離に応じて、フットプリントＰの第１射影ベクトルＶＣ１に平行な方向の拡がり角θを拡大させ、縮小させ、又は維持してもよい。例えば、制御部２００は、当該移動距離が所定の第１閾値以上である場合、フットプリントＰの第１射影ベクトルＶＣ１に平行な方向の拡がり角θを縮小させる。また、制御部２００は、当該移動距離が所定の第１閾値未満である場合、フットプリントＰの第１射影ベクトルＶＣ１に平行な方向の拡がり角θを拡大させる。

【0058】

制御部２００は、ビームＢの射出方向の第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向の移動距離に応じて、フットプリントＰの第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向の拡がり角θを拡大させ、縮小させ、又は維持してもよい。例えば、制御部２００は、当該移動距離が所定の第２閾値以上である場合、フットプリントＰの第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向の拡がり角θを縮小させる。また、制御部２００は、当該移動距離が所定の第２閾値未満である場合、フットプリントＰの第２射影ベクトルＶＣ２に平行な方向の拡がり角θを拡大させる。

【0059】

図４に示した例と、図５に示した例と、を比較する。

【0060】

図４に示した例においては、図５に示した例と比較して、図５に示した例における第１射影ベクトルＶＣ１及び第２射影ベクトルＶＣ２を算出する必要がない。したがって、図４に示した例においては、図５に示した例と比較して、射影ベクトルの算出に関する処理を簡易にすることができる。

【0061】

図５に示した例においては、図４に示した例と比較して、ビームＢをビームＢの光軸の周りに回転させる機構を設ける必要がない。具体的には、図４に示した例においては、ビームＢの拡がり角θを第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の少なくとも一方において変化させる機構するだけでなく、ビームＢをビームＢの光軸の周りに回転させる機構も必要になる。これに対して、図５に示した例は、ビームＢをビームＢの光軸の周りに回転させる機構を設ける必要なく、ビームＢの拡がり角θを第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の少なくとも一方において変化させる機構によって実現可能である。したがって、図５に示した例においては、図４に示した例と比較して、ビームＢの制御に関する機構を簡易にすることができる。

【0062】

図６は、制御部２００のハードウェア構成の一例を示す図である。

【0063】

制御部２００の主な構成は、集積回路を用いて実現される。この集積回路は、制御部２００を備える制御装置となっている。この集積回路は、バス２０２、プロセッサ２０４、メモリ２０６、ストレージデバイス２０８、入出力インタフェース２１０及びネットワークインタフェース２１２を有する。

【0064】

バス２０２は、プロセッサ２０４、メモリ２０６、ストレージデバイス２０８、入出力インタフェース２１０及びネットワークインタフェース２１２が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ２０４等を互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。

【0065】

プロセッサ２０４は、マイクロプロセッサ等を用いて実現される演算処理装置である。

【0066】

メモリ２０６は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を用いて実現されるメモリである。

【0067】

ストレージデバイス２０８は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリ等を用いて実現されるストレージデバイスである。

【0068】

入出力インタフェース２１０は、制御部２００を周辺デバイスと接続するためのインタフェースである。図６において、入出力インタフェース２１０にはセンサ部１００が接続されている。

【0069】

ネットワークインタフェース２１２は、制御部２００を通信網に接続するためのインタフェースである。ネットワークインタフェース２１２が通信網に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。

【0070】

ストレージデバイス２０８は、制御部２００の各機能要素を実現するためのプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ２０４は、このプログラムモジュールをメモリ２０６に読み出して実行することで、制御部２００の各機能を実現する。

【0071】

なお、上記した集積回路のハードウェア構成は図６に示した構成に限定されない。例えば、プログラムモジュールはメモリ２０６に格納されてもよい。この場合、集積回路は、ストレージデバイス２０８を備えていなくてもよい。

【実施例0072】

図７は、実施例１に係るセンサ装置１０Ａの構成を示す図である。実施例１に係るセンサ装置１０Ａは、以下の点を除いて、実施形態に係るセンサ装置１０と同様である。

【0073】

実施例１に係るセンサ装置１０Ａは、検出部３１０を備えている。

【0074】

検出部３１０は、センサ部１００の移動を検出する。制御部２００は、検出部３１０によって検出された当該移動に応じてビームＢの射出方向の移動を判断する。これによって、制御部２００は、検出部３１０によって検出された当該移動に応じて拡がり角θを制御している。

【0075】

検出部３１０は、慣性センサ３１２及び演算部３１４を有している。慣性センサ３１２は、例えば、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）である。本実施例において、慣性センサ３１２はセンサ部１００に取り付けられている。慣性センサ３１２は、角速度センサ３１２ａ及び加速度センサ３１２ｂを含んでいる。角速度センサ３１２ａは、例えばジャイロスコープである。演算部３１４は、角速度センサ３１２ａによって検出された角速度と、加速度センサ３１２ｂによって検出された加速度と、の少なくとも一方から、センサ部１００の移動を演算する。

【0076】

角速度センサ３１２ａによって検出された角速度に応じて拡がり角θを制御する方法の一例について説明する。

【0077】

まず、事前に、センサ部１００と角速度センサ３１２ａとを較正する。これによって、角速度センサ３１２ａによって検出された角速度をセンサ部１００の座標系の角速度へ変換することができる。

【0078】

次いで、演算部３１４は、角速度センサ３１２ａによって検出された角速度をセンサ部１００の座標系の角速度へ変換する。次いで、演算部３１４は、センサ部１００の座標系の角速度をセンサ部１００のフレーム間の時間で積分する。これによって、演算部３１４は、センサ部１００のフレーム間の時間におけるセンサ部１００の角度変化を演算する。当該角度変化は、例えば、センサ部１００のヨー軸の周りの回転移動を示すヨー角と、センサ部１００のピッチ軸の周りの回転移動を示すピッチ角と、センサ部１００のロール軸の周りの回転運動を示すロール角と、を含んでいる。

【0079】

次いで、制御部２００は、演算部３１４の演算によって得られたヨー角がセンサ部１００の水平方向の視野角未満であるかと、演算部３１４の演算によって得られたピッチ角がセンサ部１００の鉛直方向の視野角未満であるかと、を判断する。演算部３１４の演算によって得られたヨー角がセンサ部１００の水平方向の視野角未満であり、かつ演算部３１４の演算によって得られたピッチ角がセンサ部１００の鉛直方向の視野角未満である場合、複数のフレームにおける点群データの少なくとも一部分が互いに重なる。したがって、制御部２００は、複数のフレームにおける点群データの合成によって解像度の向上が可能と判断することができる。これに対して、演算部３１４の演算によって得られたヨー角がセンサ部１００の水平方向の視野角以上であり、又は演算部３１４の演算によって得られたピッチ角がセンサ部１００の鉛直方向の視野角以上である場合、複数のフレームにおける点群データが互いに重ならない。したがって、制御部２００は、複数のフレームにおける点群データを合成しても解像度の向上が見込めないと判断することができる。

【0080】

制御部２００は、演算部３１４の演算によって得られたヨー角がセンサ部１００の水平方向の視野角未満であり、かつ演算部３１４の演算によって得られたピッチ角がセンサ部１００の鉛直方向の視野角未満である場合、演算部３１４の演算によって得られた角度変化に応じて拡がり角θを制御する。例えば、制御部２００は、ヨー角を示すベクトルとピッチ角を示すベクトルとを合成して、ビームＢの射出方向の移動方向を判断する。制御部２００は、ビームＢの射出方向の移動方向に応じて拡がり角θを制御する。

【0081】

次いで、制御部２００は、センサ部１００の複数のフレームの各々において取得される点群データをメモリ２０６等の記憶領域に記憶させる。また、制御部２００は、フレーム間の時間のセンサ部１００の角度変化をメモリ２０６等の記憶領域に記憶させる。制御部２００は、記憶領域に記憶された点群データの数が２以上の所定の数に達した場合、記憶領域に記憶された複数の点群データを合成する。

【0082】

制御部２００は、演算部３１４の演算によって得られたヨー角がセンサ部１００の水平方向の視野角以上であり、又は演算部３１４の演算によって得られたピッチ角がセンサ部１００の鉛直方向の視野角以上である場合、拡がり角θの制御を停止してもよい。この場合、制御部２００が拡がり角θを制御する場合と比較して、制御部２００の処理を少なくすることができる。

【0083】

上述した例において、制御部２００は、センサ部１００のフレーム間の時間におけるビームＢの射出方向の移動距離が所定の距離以上である場合、拡がり角θの制御を停止している。しかしながら、制御部２００は、センサ部１００のフレーム間の時間と異なる時間区間におけるビームＢの射出方向の移動距離が所定の距離以上である場合、拡がり角θの制御を停止してもよい。例えば、センサ部１００が移動体に搭載されている場合がある。この場合、移動体の突発的な移動によって所定の時間区間においてセンサ部１００が比較的大きな距離移動することがある。この場合、制御部２００は、上述したように、拡がり角θの制御を停止してもよい。

【0084】

上述した例では、演算部３１４は、角速度センサ３１２ａによって検出された角速度をフレーム間の時間で積分している。しかしながら、センサ部１００の回転移動が比較的遅い場合、センサ部１００の回転移動は等角速度運動とみなすことができる。この場合、演算部３１４は、フレーム間の時間のセンサ部１００の回転移動が等角速度運動であるとして、フレーム間の時間のセンサ部１００の角度変化を演算してもよい。

【0085】

次に、加速度センサ３１２ｂによって検出された加速度に応じて拡がり角θを制御する方法の一例について説明する。

【0086】

まず、演算部３１４は、加速度センサ３１２ｂによって検出された加速度をセンサ部１００の座標系におけるセンサ部１００の加速度へ変換する。次いで、演算部３１４は、センサ部１００の加速度をセンサ部１００のフレーム間の時間で積分する。これによって、演算部３１４は、センサ部１００の現在の速度を演算する。次いで、演算部３１４は、センサ部１００の速度をセンサ部１００のフレーム間の時間で積分する。これによって、演算部３１４は、センサ部１００のフレーム間の時間におけるセンサ部１００の位置変化を演算する。当該位置変化は、例えば、センサ部１００のヨー軸に平行な方向の並進移動と、センサ部１００のピッチ軸に平行な方向の並進移動と、センサ部１００のロール軸に平行な方向の並進移動と、を含んでいる。

【0087】

次いで、制御部２００は、演算部３１４の演算によって得られた位置変化に応じて拡がり角θを制御する。例えば、制御部２００は、センサ部１００のヨー軸に平行な方向の並進移動を示すベクトルと、センサ部１００のピッチ軸に平行な方向の並進移動を示すベクトルと、を合成して、ビームＢの射出方向の移動方向を判断する。制御部２００は、ビームＢの射出方向の移動方向に応じて拡がり角θを制御する。

【0088】

次いで、制御部２００は、センサ部１００の複数のフレームの各々において取得される点群データをメモリ２０６等の記憶領域に記憶させる。また、制御部２００は、フレーム間の時間のセンサ部１００の位置変化をメモリ２０６等の記憶領域に記憶させる。制御部２００は、記憶領域に記憶された点群データの数が２以上の所定の数に達した場合、記憶領域に記憶されたセンサ部１００の位置変化の情報を用いて、記憶領域に記憶された複数の点群データを合成する。

【0089】

上述した例では、演算部３１４は、加速度センサ３１２ｂによって検出された加速度をフレーム間の時間で積分している。しかしながら、センサ部１００の並進移動が比較的遅い場合、センサ部１００の並進移動は等加速度運動とみなすことができる。この場合、演算部３１４は、フレーム間の時間のセンサ部１００の並進移動が等加速度運動であるとして、フレーム間の時間のセンサ部１００の位置変化を演算してもよい。

【0090】

制御部２００は、角速度センサ３１２ａによって検出された角速度と、加速度センサ３１２ｂによって検出された加速度と、の双方を用いて、拡がり角θを制御してもよい。例えば、制御部２００は、角速度センサ３１２ａによって検出された角速度に応じた適切な拡がり角θを決定する。また、制御部２００は、加速度センサ３１２ｂによって検出された加速度に応じた適切な拡がり角θを決定する。次いで、制御部２００は、決定された２つの拡がり角θのうちのいずれを使用するか決定する。例えば、制御部２００は、決定された２つの拡がり角θのうちより小さい拡がり角θを使用することを決定してもよい。

【0091】

センサ部１００の移動を検出する方法は、実施例１に係る方法に限定されない。例えば、センサ部１００の移動を検出する検出部は、センサ部１００自身、カメラ等の撮像部であってもよい。この例においては、センサ部１００のセンシング結果や撮像部によって取得される画像を用いてのＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）等の自己位置推定によってセンサ部１００の移動が検出される。

【0092】

図８は、実施例２に係るセンサ装置１０Ｂの構成を示す図である。実施例２に係るセンサ装置１０Ｂは、以下の点を除いて、実施形態に係るセンサ装置１０と同様である。

【0093】

実施例２に係るセンサ装置１０Ｂは、駆動部３２０を備えている。駆動部３２０は、センサ部１００を移動させている。例えば、駆動部３２０は、センサ部１００を振動させている。駆動部３２０がセンサ部１００を移動させることで、ビームＢの射出方向が移動する。制御部２００は、ビームＢの射出方向の移動に応じて拡がり角θを制御している。

【0094】

実施例２によれば、駆動部３２０がセンサ部１００を移動させることで、複数のフレームの各々において生成されるフットプリントを互いにずらすことができる。したがって、駆動部３２０がセンサ部１００を移動させない場合と比較して、センサ部１００の視野にうちビームＢが照射されない領域を大きくしなくすることができる。

【0095】

また、実施例２によれば、複数のフレームの各々において生成されるフットプリントのずれの大きさを駆動部３２０によって適当な大きさに調整することができる。例えば、一のフレームにおけるフットプリントと他の一のフレームにおけるフットプリントとを、意図的に、フットプリントのピッチの半分の距離だけすらすことができる。

【0096】

以上、図面を参照して本発明の実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

【符号の説明】

【0097】

１０ センサ装置
１０Ａ センサ装置
１０Ｂ センサ装置
１００ センサ部
２００ 制御部
２０２ バス
２０４ プロセッサ
２０６ メモリ
２０８ ストレージデバイス
２１０ 入出力インタフェース
２１２ ネットワークインタフェース
３１０ 検出部
３１２ 慣性センサ
３１２ａ 角速度センサ
３１２ｂ 加速度センサ
３１４ 演算部
３２０ 駆動部
Ｂ ビーム
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｐ フットプリント
Ｐ１Ａ 第１フットプリント
Ｐ１Ｂ 第１フットプリント
Ｐ１Ｃ 第１フットプリント
Ｐ２Ａ 第２フットプリント
Ｐ２Ｂ 第２フットプリント
Ｐ２Ｃ 第２フットプリント
ＶＡ ベクトル
ＶＢ ベクトル
ＶＣ ベクトル
ＶＣ１ 第１射影ベクトル
ＶＣ２ 第２射影ベクトル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】