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(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】P2023099238
(43)【公開日】2023-07-12
(54)【発明の名称】計測装置
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20230705BHJP
G01P 3/36 20060101ALI20230705BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 G
G01P3/36 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020092170
(22)【出願日】2020-05-27
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100155000
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 修市
(74)【代理人】
【識別番号】100180529
【弁理士】
【氏名又は名称】梶谷 美道
(74)【代理人】
【識別番号】100125922
【弁理士】
【氏名又は名称】三宅 章子
(74)【代理人】
【識別番号】100188813
【弁理士】
【氏名又は名称】川喜田 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100184985
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 悠
(74)【代理人】
【識別番号】100202197
【弁理士】
【氏名又は名称】村瀬 成康
(74)【代理人】
【識別番号】100218981
【弁理士】
【氏名又は名称】武田 寛之
(72)【発明者】
【氏名】高木 宏幸
(72)【発明者】
【氏名】稲田 安寿
(72)【発明者】
【氏名】高山 了一
(72)【発明者】
【氏名】久田 和也
【テーマコード（参考）】
2F065
【Ｆターム（参考）】
2F065AA06
2F065FF52
2F065FF55
2F065GG25
2F065HH05
2F065JJ01
2F065JJ02
2F065JJ03
2F065JJ18
2F065JJ24
2F065JJ25
2F065JJ26
2F065LL18
2F065LL46
2F065LL62
2F065MM16
(57)【要約】
【課題】物体の計測データを効率的に取得できる計測装置を提供する。
【解決手段】計測装置は、光偏向器と、周波数が時間的に変化する光を出射する発光素子と、前記光の光路上に配置され、前記光を、参照光および照射光に分離するスプリッタと、光検出器と、を含む光スキャナと、前記発光素子、前記光偏向器、および前記光検出器を制御し、前記光検出器から出力された信号を処理する処理回路と、を備え、前記処理回路は、前記光スキャナにラインビームを出射させると共に、前記ラインビームの出射方向を、前記ラインビームが延びる方向に交差する方向に沿って変化させ、前記光検出器に、前記ラインビームで物体が照射されることによって生じた反射光と前記参照光との干渉光を検出させ、前記信号に基づいて、前記物体の計測データを生成して出力する。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】計測装置は、光偏向器と、周波数が時間的に変化する光を出射する発光素子と、前記光の光路上に配置され、前記光を、参照光および照射光に分離するスプリッタと、光検出器と、を含む光スキャナと、前記発光素子、前記光偏向器、および前記光検出器を制御し、前記光検出器から出力された信号を処理する処理回路と、を備え、前記処理回路は、前記光スキャナにラインビームを出射させると共に、前記ラインビームの出射方向を、前記ラインビームが延びる方向に交差する方向に沿って変化させ、前記光検出器に、前記ラインビームで物体が照射されることによって生じた反射光と前記参照光との干渉光を検出させ、前記信号に基づいて、前記物体の計測データを生成して出力する。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光偏向器と、
周波数が時間的に変化する光を出射する発光素子と、
前記光の光路上に配置され、前記光を、参照光および照射光に分離するスプリッタと、
光検出器と、
を含む光スキャナと、
前記発光素子、前記光偏向器、および前記光検出器を制御し、前記光検出器から出力された信号を処理する処理回路と、
を備え、
前記処理回路は、
前記光スキャナにラインビームを出射させると共に、前記ラインビームの出射方向を、前記ラインビームが延びる方向に交差する方向に沿って変化させ、
前記光検出器に、前記ラインビームで物体が照射されることによって生じた反射光と前記参照光との干渉光を検出させ、
前記信号に基づいて、前記物体の計測データを生成して出力する、
計測装置。
周波数が時間的に変化する光を出射する発光素子と、
前記光の光路上に配置され、前記光を、参照光および照射光に分離するスプリッタと、
光検出器と、
を含む光スキャナと、
前記発光素子、前記光偏向器、および前記光検出器を制御し、前記光検出器から出力された信号を処理する処理回路と、
を備え、
前記処理回路は、
前記光スキャナにラインビームを出射させると共に、前記ラインビームの出射方向を、前記ラインビームが延びる方向に交差する方向に沿って変化させ、
前記光検出器に、前記ラインビームで物体が照射されることによって生じた反射光と前記参照光との干渉光を検出させ、
前記信号に基づいて、前記物体の計測データを生成して出力する、
計測装置。
【請求項2】
前記光検出器は、単一の光検出素子である、
請求項１に記載の計測装置。
請求項１に記載の計測装置。
【請求項3】
前記光検出器は、前記ラインビームが延びる方向に配列された複数の光検出素子を含む、
請求項１に記載の計測装置。
請求項１に記載の計測装置。
【請求項4】
前記光スキャナは、
前記ラインビームが延びる方向を第１の方向にし、前記ラインビームの出射方向を、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って変化させる第１のモードと、
前記ラインビームが延びる方向を前記第２の方向にし、前記ラインビームの出射方向を、前記第１の方向に沿って変化させる第２のモードと、
を切り替えることが可能である、
請求項１に記載の計測装置。
前記ラインビームが延びる方向を第１の方向にし、前記ラインビームの出射方向を、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って変化させる第１のモードと、
前記ラインビームが延びる方向を前記第２の方向にし、前記ラインビームの出射方向を、前記第１の方向に沿って変化させる第２のモードと、
を切り替えることが可能である、
請求項１に記載の計測装置。
【請求項5】
前記光スキャナは、
前記ラインビームが延びる方向を第１の方向にし、前記ラインビームの出射方向を、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って変化させる第１のモードと、
前記ラインビームよりも前記第１の方向の広がりが小さい光ビームの出射方向を、前記第１の方向および前記第２の方向に沿って変化させる第２のモードと、
を切り替えることが可能である、
請求項１に記載の計測装置。
前記ラインビームが延びる方向を第１の方向にし、前記ラインビームの出射方向を、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って変化させる第１のモードと、
前記ラインビームよりも前記第１の方向の広がりが小さい光ビームの出射方向を、前記第１の方向および前記第２の方向に沿って変化させる第２のモードと、
を切り替えることが可能である、
請求項１に記載の計測装置。
【請求項6】
前記光スキャナは、
前記ラインビームが延びる方向を第１の方向にし、前記ラインビームの出射方向を、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って変化させる第１のモードと、
前記ラインビームよりも前記第２の方向の広がりが大きいフラッシュ光を出射させる第２のモードと、
を切り替えることが可能である、
請求項１に記載の計測装置。
前記ラインビームが延びる方向を第１の方向にし、前記ラインビームの出射方向を、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って変化させる第１のモードと、
前記ラインビームよりも前記第２の方向の広がりが大きいフラッシュ光を出射させる第２のモードと、
を切り替えることが可能である、
請求項１に記載の計測装置。
【請求項7】
前記処理回路は、
前記光スキャナに、前記第１のモードによる計測動作を実行させ、
前記第１のモードにより取得された計測データを基に、前記第２のモードによる計測動作への切り替えが必要か否かを判定し、
前記第２のモードによる計測動作への切り替えが必要と判定されたことを受けて、前記光スキャナに、前記第２のモードによる計測動作を実行させる、
請求項４または５に記載の計測装置。
前記光スキャナに、前記第１のモードによる計測動作を実行させ、
前記第１のモードにより取得された計測データを基に、前記第２のモードによる計測動作への切り替えが必要か否かを判定し、
前記第２のモードによる計測動作への切り替えが必要と判定されたことを受けて、前記光スキャナに、前記第２のモードによる計測動作を実行させる、
請求項４または５に記載の計測装置。
【請求項8】
前記処理回路は、
前記光スキャナに、前記第２のモードによる計測動作を実行させ、
前記第２のモードにより取得された計測データを基に、前記第１のモードによる計測動作への切り替えが必要か否かを判定し、
前記第１のモードによる計測動作への切り替えが必要と判定されたことを受けて、前記光スキャナに、前記第１のモードによる計測動作を実行させる、
請求項６に記載の計測装置。
前記光スキャナに、前記第２のモードによる計測動作を実行させ、
前記第２のモードにより取得された計測データを基に、前記第１のモードによる計測動作への切り替えが必要か否かを判定し、
前記第１のモードによる計測動作への切り替えが必要と判定されたことを受けて、前記光スキャナに、前記第１のモードによる計測動作を実行させる、
請求項６に記載の計測装置。
【請求項9】
さらに、他のセンサを備え、
前記処理回路は、
前記他のセンサからの信号に基づき、前記第１のモードによる計測動作と、前記第２のモードによる計測動作のうちの１つを選択し、
前記光スキャナに、選択されたモードによる計測動作を実行させる、
請求項４から６のいずれかに記載の計測装置。
前記処理回路は、
前記他のセンサからの信号に基づき、前記第１のモードによる計測動作と、前記第２のモードによる計測動作のうちの１つを選択し、
前記光スキャナに、選択されたモードによる計測動作を実行させる、
請求項４から６のいずれかに記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、物体を光で照射し、当該物体からの反射光を検出することにより、当該物体の距離に関するデータを取得するＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）技術が存在する。ＬｉＤＡＲ技術を用いた計測装置の典型例は、発光装置、光検出器、および処理回路を備える。発光装置は、光の方向を変化させる光偏向器を含む。光検出器は、物体からの反射光を検出することにより、反射光の強度に応じた信号を出力する。処理回路は、光検出器から出力された信号に基づいて、例えばＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）技術によって物体の距離に関するデータを取得する。特許文献１から３は、光の方向を変化させることが可能な構成の例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１３／１６８２６６号
【特許文献2】特開２０１３－０１６５９１号公報
【特許文献3】国際公開第２０１４／１１００１７号
【非特許文献1】Christopher V. Poulton, et al., “Frequency-modulated Coutinuous-wave LIDAR Module in Silicon Photonics”, OFC2016, W4E.3, (2016).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、物体の計測データを効率的に取得できる計測装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様に係る計測装置は、光偏向器と、周波数が時間的に変化する光を出射する発光素子と、前記光の光路上に配置され、前記光を、参照光および照射光に分離するスプリッタと、光検出器と、を含む光スキャナと、前記発光素子、前記光偏向器、および前記光検出器を制御し、前記光検出器から出力された信号を処理する処理回路と、を備え、前記処理回路は、前記光スキャナにラインビームを出射させると共に、前記ラインビームの出射方向を、前記ラインビームが延びる方向に交差する方向に沿って変化させ、前記光検出器に、前記ラインビームで物体が照射されることによって生じた反射光と前記参照光との干渉光を検出させ、前記信号に基づいて、前記物体の計測データを生成して出力する。
【0006】
本開示の包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意の組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ‐Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記録媒体を含み得る。装置は、１つ以上の装置で構成されてもよい。装置が２つ以上の装置で構成される場合、当該２つ以上の装置は、１つの機器内に配置されてもよく、分離した２つ以上の機器内に分かれて配置されてもよい。本明細書および特許請求の範囲では、「装置」とは、１つの装置を意味し得るだけでなく、複数の装置からなるシステムも意味し得る。
【発明の効果】
【0007】
本開示の技術によれば、物体の計測データを効率的に取得できる計測装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下で説明される実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、およびステップの順序は、一例であり、本開示の技術を限定する趣旨ではない。以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。さらに、各図において、実質的に同一または類似の構成要素には同一の符号が付されている。重複する説明は省略または簡略化されることがある。
【0010】
本開示の具体的な実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
【0011】
特許文献１は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）の機械駆動によってミラーを回転させることにより、出射光の方向を変化させる構成を開示している。当該ミラーは、ＭＥＭＳミラーと呼ばれている。
【0012】
特許文献２は、内部を光が導波する光導波層、および光導波層の上面および下面に形成された第１分布ブラッグ反射鏡を備える導波路と、導波路内に光を入射させるための光入射口と、光入射口から入射して導波路内を導波する光を出射させるために導波路の表面に形成された光出射口とを備える光偏向素子を開示している。
【0013】
特許文献３は、２次元的に配列された複数のナノフォトニックアンテナ素子を有する光フェーズドアレイを開示している。それぞれのアンテナ素子は可変光遅延線（すなわち、位相シフタ）に光学的に結合される。この光フェーズドアレイでは、コヒーレント光ビームが導波路によってそれぞれのアンテナ素子に誘導され、位相シフタによって光ビームの位相がシフトされる。これにより、遠視野放射パターンの振幅分布を変化させることができる。
【0014】
特許文献１から３に開示されている発光装置は、ビーム径が相対的に小さい光ビームで対象シーンを２次元的にスキャンする。対象シーン内に複数の物体が存在する場合、従来の計測装置において、処理回路は、発光装置に、複数の物体を光ビームで個別に照射させ、光検出器に、光ビームによる個別の照射によって生じる反射光を検出させて反射光の強度に応じた信号を出力させる。処理回路は、当該信号をＴＯＦ技術によって処理することにより、複数の物体の距離に関するデータを取得する。光ビームで複数の物体を個別に照射して得られた信号をＴＯＦ技術によって処理する場合、複数の物体の距離に関するデータを取得するには、多くの時間を要する。
【0015】
ＴＯＦ技術では、物体の距離に関するデータの取得において、距離に関して広いダイナミックレンジと高い分解能とを両立することが重要である。ＴＯＦ技術では、太陽光などの外乱が、光感度の観点から問題になり得る。ＴＯＦ技術では、物体の速度が、１スキャンごとの物体までの距離の変化から算出される。このため、ＬｉＤＡＲ技術を自動運転に適用する場合、高速に移動する物体の速度を検出するのに遅れが生じ得る。
【0016】
近年、距離に関して広いダイナミックレンジと高い分解能を両立し、外乱の影響を受けにくく、高速に移動する物体の速度を検出できるＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｓ Ｗａｖｅ）－ＬｉＤＡＲ技術が開発されている。非特許文献１は、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術の例を開示している。ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術では、発光装置から出射される光の周波数が時間的に変化するように発光装置が制御される。発光装置から出射された当該光は、照射光と参照光とに分離される。照射光で物体が照射されることによって生じた物体光は、光検出器に入射する。参照光は、物体を介さずに光検出器に入射する。物体光は参照光よりも遅れて光検出器に入射するので、物体光および参照光は、光検出器への入射時に異なる周波数を有する。光検出器は、物体光と参照光とが重畳されて干渉した干渉光を検出し、干渉光の強度を示す信号を出力する。当該信号はビート信号と呼ばれる。ビート信号の周波数は、物体光の周波数と、参照光の周波数との差分に相当する。当該差分は、物体までの距離に依存する。
【0017】
ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術において、距離が異なる複数の物体から反射された物体光は、複数の周波数成分を有する。したがって、単一の光検出素子を含む光検出器からビート信号が出力された場合でも、当該ビート信号から複数の周波数成分を分離することにより、複数の物体の距離に関するデータを取得することができる。広がりの程度がある程度大きく、かつ、エネルギー密度がある程度高い１方向に延びるラインビームであれば、複数の物体を一度に照射するのに適している。
【0018】
本開示による計測装置では、ラインビームで物体を照射して得られた信号を処理することにより、物体の計測データを効率的に取得することができる。以下に、本開示による計測装置を簡単に説明する。
【0019】
第１の項目に係る計測装置は、光偏向器と、周波数が時間的に変化する光を出射する発光素子と、前記光の光路上に配置され、前記光を、参照光および照射光に分離するスプリッタと、光検出器と、を含む光スキャナと、前記発光素子、前記光偏向器、および前記光検出器を制御し、前記光検出器から出力された信号を処理する処理回路と、を備える。前記処理回路は、前記光スキャナにラインビームを出射させると共に、前記ラインビームの出射方向を、前記ラインビームが延びる方向に交差する方向に沿って変化させ、前記光検出器に、前記ラインビームで物体が照射されることによって生じた反射光と前記参照光との干渉光を検出させ、前記信号に基づいて、前記物体の計測データを生成して出力する。
【0020】
この計測装置では、ラインビームで物体を照射することによって得られる反射光と、参照光との干渉光を検出することにより、物体の計測データを効率的に取得することができる。
【0021】
第２の項目に係る計測装置は、第１の項目に係る計測装置において、前記光検出器が、単一の光検出素子である。
【0022】
この計測装置では、単一の光検出器によって物体の大まかな位置を知ることができる。
【0023】
第３の項目に係る計測装置は、第１の項目に係る計測装置において、前記光検出器が、前記ラインビームが延びる方向に配列された複数の光検出素子を含む。
【0024】
この計測装置では、ラインビームが延びる方向における物体の位置を知ることができる。
【0025】
第４の項目に係る計測装置は、第１の項目に係る計測装置において、前記光スキャナが、前記ラインビームが延びる方向を第１の方向にし、前記ラインビームの出射方向を、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って変化させる第１のモードと、前記ラインビームが延びる方向を前記第２の方向にし、前記ラインビームの出射方向を、前記第１の方向に沿って変化させる第２のモードと、を切り替えることが可能である。
【0026】
この計測装置では、ラインビームでのスキャンにおいて、ラインビームの延びる方向とラインビームを変化させる方向とを相互に切り替えることができる。
【0027】
第５の項目に係る計測装置は、第１の項目に係る計測装置において、前記光スキャナが、前記ラインビームが延びる方向を第１の方向にし、前記ラインビームの出射方向を、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って変化させる第１のモードと、前記ラインビームよりも前記第１の方向の広がりが小さい光ビームの出射方向を、前記第１の方向および前記第２の方向に沿って変化させる第２のモードと、を切り替えることが可能である。
【0028】
この計測装置では、ラインビームでのスキャンと、光ビームでのスキャンとを切り替えることができる。
【0029】
第６の項目に係る計測装置は、第１の項目に係る計測装置において、前記光スキャナが、前記ラインビームが延びる方向を第１の方向にし、前記ラインビームの出射方向を、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って変化させる第１のモードと、前記ラインビームよりも前記第２の方向の広がりが大きいフラッシュ光を出射させる第２のモードと、を切り替えることが可能である。
【0030】
この計測装置では、ラインビームでのスキャンと、フラッシュ光でのスキャンとを切り替えることができる。
【0031】
第７の項目に係る計測装置は、第４または第５の項目に係る計測装置において、前記処理回路が、前記光スキャナに、前記第１のモードによる計測動作を実行させ、前記第１のモードにより取得された計測データを基に、前記第２のモードによる計測動作への切り替えが必要か否かを判定し、前記第２のモードによる計測動作への切り替えが必要と判定されたことを受けて、前記光スキャナに、前記第２のモードによる計測動作を実行させる。
【0032】
この計測装置では、ラインビームでのスキャンによって取得された計測データに基づいて、必要に応じて、他のラインビームでのスキャンまたは光ビームでのスキャンを実行することができる。
【0033】
第８の項目に係る計測装置は、第６の項目に係る計測装置において、前記処理回路が、前記光スキャナに、前記第２のモードによる計測動作を実行させ、前記第２のモードにより取得された計測データを基に、前記第１のモードによる計測動作への切り替えが必要か否かを判定し、前記第１のモードによる計測動作への切り替えが必要と判定されたことを受けて、前記光スキャナに、前記第１のモードによる計測動作を実行させる。
【0034】
この計測装置では、フラッシュ光でのスキャンによって取得された計測データに基づいて、必要に応じて、ラインビームでのスキャンを実行することができる。
【0035】
第９の項目に係る計測装置は、第４から第６の項目のいずれかに係る計測装置において、さらに、他のセンサを備える。前記処理回路は、前記他のセンサからの信号に基づき、前記第１のモードによる計測動作と、前記第２のモードによる計測動作のうちの１つを選択し、前記光スキャナに、選択されたモードによる計測動作を実行させる。
【0036】
この計測装置では、他のセンサからの信号に基づいて、必要に応じて選択されたモードによる計測動作を実行することができる。
【0037】
本開示において、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部、またはブロック図における機能ブロックの全部または一部は、例えば、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、またはＬＳＩ（ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む１つまたは複数の電子回路によって実行され得る。ＬＳＩまたはＩＣは、１つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、１つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩまたはＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（ｖｅｒｙ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、もしくはＵＬＳＩ（ｕｌｔｒａ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）、またはＬＳＩ内部の接合関係の再構成またはＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅも同じ目的で使うことができる。
【0038】
さらに、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部の機能または動作は、ソフトウェア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウェアは１つまたは複数のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって実行されたときに、そのソフトウェアで特定された機能が処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）および周辺装置によって実行される。システムまたは装置は、ソフトウェアが記録されている１つまたは複数の非一時的記録媒体、処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、および必要とされるハードウェアデバイス、例えばインターフェースを備えていてもよい。
【0039】
本開示において、「光」とは、可視光（波長が約４００ｎｍ～約７００ｎｍ）だけでなく、紫外線（波長が約１０ｎｍ～約４００ｎｍ）および赤外線（波長が約７００ｎｍ～約１ｍｍ）を含む電磁波を意味する。
【0040】
以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。
【0041】
（実施形態）
まず、図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本開示の例示的な実施形態による計測装置を説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本開示の例示的な実施形態による計測装置１００を模式的に示す図である。計測装置１００は、測距装置であり、光を物体に照射して反射光を検出することにより、物体までの距離を計測する。計測装置１００は光の出射方向を変化させることができる。図１Ａは、計測装置１００が光をある方向に出射している状態を示している。図１Ｂは、計測装置１００が光を他の方向に出射している状態を示している。
まず、図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本開示の例示的な実施形態による計測装置を説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本開示の例示的な実施形態による計測装置１００を模式的に示す図である。計測装置１００は、測距装置であり、光を物体に照射して反射光を検出することにより、物体までの距離を計測する。計測装置１００は光の出射方向を変化させることができる。図１Ａは、計測装置１００が光をある方向に出射している状態を示している。図１Ｂは、計測装置１００が光を他の方向に出射している状態を示している。
【0042】
以下の説明において、図１Ａおよび図１Ｂに示す互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸からなる座標系を用いる。Ｘ軸の矢印の方向を「＋Ｘ方向」と称し、その反対の方向を「-Ｘ方向」と称する。Ｙ軸およびＺ軸についても同様である。これらの軸および方向は、便宜上用いられるにすぎず、現実に使用される計測装置１００の配置または姿勢を限定することを意図するわけではない。
【0043】
本実施形態による計測装置１００は、不図示の物体を光で照射することによって生じた反射光を検出する。計測装置１００は、反射光の検出によって得られた信号を処理することにより、物体の距離および／または速度に関するデータを取得する。当該データを、「計測データ」とも称する。本実施形態による計測装置１００は、発光装置１０と、光学系２０と、光検出器３０と、処理回路４０とを備える。発光装置１０と、光学系２０と、光検出器３０とを含む構成を、「光スキャナ５０」と称する。光スキャナ５０は、空間に向けて光を出射し、物体からの反射光を検出する。光学系２０は、ビームスプリッタ２２、第１レンズ２４１、第２レンズ２４２、およびミラー２６を含む。本明細書では、処理回路を「ＦＭＣＷ処理回路」とも称する。本明細書において、「ＦＭＣＷ処理回路」とは、後述するＦＭＣＷ処理を行う電子回路を意味する。
【0044】
図１Ａおよび図１Ｂに示す例において、発光装置１０、ビームスプリッタ２２、第１レンズ２４１、およびミラー２６は、＋Ｙ方向に沿ってこの順に配置されている。発光装置１０の光出射面は、ＸＺ平面に平行である。ビームスプリッタ２２の反射面は、ＸＹ平面に垂直であり、かつ＋Ｚ方向から見たときＹ軸に対して時計回りに４５°傾いている。第１レンズ２４１の光軸は、Ｙ軸に平行である。ミラー２６の反射面は、ＸＺ平面に平行である。光検出器３０、第２レンズ２４２、およびビームスプリッタ２２は、＋Ｘ方向に沿ってこの順に配置されている。光検出器３０の光検出面は、ＹＺ平面に平行である。図１Ａおよび図１Ｂに示す構成要素の傾きなどの配置関係は、用途に応じて適宜調整され得る。
【0045】
発光装置１０は、光１０Ｌを出射する。発光装置１０は、例えば単一周波数の連続波レーザ光を出射するレーザダイオードなどの発光素子を含み得る。単一周波数の連続波レーザ光の代わりに、光周波数コムを有するパルス波レーザ光であってもよい。光周波数コムとは、複数の離散的な等間隔の線から形成された櫛状の周波数スペクトルである。
【0046】
発光装置１０から出射される光１０Ｌの周波数は、用途に応じて選択され得る。複数の物体の各々までの距離を赤外線によって計測する場合、光１０Ｌの周波数は、例えば１２０ＴＨｚ（波長２．５μｍ）以上４２８ＴＨｚ（波長７００ｎｍ）以下であり得る。光１０Ｌの周波数は、可視域の周波数、すなわち、４２８ＴＨｚ（波長７００ｎｍ）以上７４９ＴＨｚ（波長４００ｎｍ）以下であってもよい。光１０Ｌの周波数は、１２０ＴＨｚ（波長２．５μｍ）以下であってもよい。
【0047】
発光装置１０は、周波数可変の発光素子を含む。光１０Ｌの周波数は、例えば、発光装置１０に含まれる発光素子に注入する電流、または発光素子の温度に応じて変化し得る。本実施形態では、ＦＭＣＷ-ＬｉＤＡＲ技術を用いるので、光１０Ｌの周波数が時間的に変化するように、発光装置１０が処理回路４０によって制御される。
【0048】
発光装置１０は、光１０Ｌの形状を変化させることが可能であり得る。光１０Ｌは、例えば、広範囲に拡がるフラッシュ光、１方向に延びたビーム形状を有するラインビーム、またはビーム径が相対的に小さい光ビームであり得る。本明細書では、「光ビーム」の用語を、ビーム径が相対的に小さい光ビームを表すものとして使用し、ラインビームおよびフラッシュ光とは区別して用いる。発光装置１０は、フラッシュ光を出射する発光素子、ラインビームを出射する発光素子、および光ビームを出射する発光素子を含み、用途に応じて適切な発光素子から光１０Ｌを出射させてもよい。
【0049】
フラッシュ光の広がりは、ラインビームの広がりよりも大きく、ラインビームの広がりは、光ビームの広がりよりも大きい。フラッシュ光は、ラインビームが延びる方向に交差する方向において、ラインビームよりも大きい広がりを有する。光ビームは、ラインビームが延びる方向において、ラインビームよりも小さい広がりを有する。光ビームのエネルギー密度は、ラインビームのエネルギー密度よりも高く、ラインビームのエネルギー密度は、フラッシュ光のエネルギー密度よりも高い。広がりの程度が相対的に大きいフラッシュ光は、複数の物体を一度に照射するのに適している。エネルギー密度が相対的に高い光ビームは、遠距離の物体を照射するのに適している。ラインビームは、光ビームおよびフラッシュ光の両方の利点を有する。
【0050】
発光装置１０は、発光素子から出射された光１０Ｌを偏向させる光偏向器を備える。光偏向器は、光１０Ｌの方向のうち、Ｘ方向に平行な成分、およびＺ方向に平行な成分の少なくとも一方を変化させる。光偏向器は、例えばＭＥＭＳミラーのような機械駆動によって光１０Ｌの方向を変化させてもよい。あるいは、光偏向器は、屈折率のような光学パラメータの変化によって機械駆動を用いずに光１０Ｌの方向を変化させてもよい。光偏向器は、例えば、第１反射層と、第１反射層よりも反射率が高い第２反射層と、それらの間に位置する光導波層とを備え得る。光導波層を伝搬する光は、第１反射層を介して外部に出射される。光導波層の屈折率を変化させることにより、第１反射層を介して外部に出射される光の方向を変化させることができる。図１Ａに示す例と、図１Ｂに示す例とでは、発光装置１０から出射される光１０Ｌの方向が異なる。図１Ａおよび図１Ｂに示す例では、光１０Ｌの方向は、それぞれ、＋Ｚ方向から見たときＸＹ平面内でＹ軸に対して時計回りおよび反時計回りに傾斜している。
【0051】
光学系２０に含まれるビームスプリッタ２２は、光１０Ｌの光路上に位置する。ビームスプリッタ２２は、例えば、接合された２つの直角プリズムを含むキューブ型ビームスプリッタであり得る。一方の直角プリズムは、その斜面に光学薄膜を有する。キューブ型ビームスプリッタの例として、偏光無依存ビームスプリッタキューブが挙げられる。あるいは、ビームスプリッタ２２は、例えば、表面に光学薄膜が設けられた平板ガラスを有するプレート型ビームスプリッタであり得る。
【0052】
ビームスプリッタ２２は、発光装置１０から出射された光１０Ｌを第１の光１０Ｌ１と第２の光１０Ｌ２とに分離する。第１の光１０Ｌ１は、光１０Ｌのうち、ビームスプリッタ２２を透過した成分である。第２の光１０Ｌ２は、光１０Ｌのうち、ビームスプリッタ２２で反射された成分である。第１の光１０Ｌ１および第２の光１０Ｌ２の方向は、発光装置１０から出射された光１０Ｌの方向に応じて変化する。ビームスプリッタ２２において、第１の光１０Ｌ１と第２の光１０Ｌ２との強度の比率は、例えば５０：５０であり得る。第１の光１０Ｌ１と第２の光１０Ｌ２との強度の比率は、物体での光の反射率に応じて変更してもよい。ビームスプリッタ２２の大きさおよび位置は、光１０Ｌの方向が変化する角度範囲をすべてカバーするように設計される。
【0053】
光学系２０に含まれる第１レンズ２４１、第２レンズ２４２、およびミラー２６は、第１の光１０Ｌ１の光路上に位置する。第１レンズ２４１および第２レンズ２４２は、例えば、集光レンズであり得る。本実施形態では、第１レンズ２４１の焦点は２つの箇所に存在する。一方の焦点は発光装置１０の光出射面内に存在する。この焦点を「第１焦点Ｆ１」と称する。他方の焦点は第２レンズ２４２のビームスプリッタ２２側の焦点に一致する。この焦点を「第２焦点Ｆ２」と称する。第１焦点Ｆ１および第２焦点Ｆ２は、ビームスプリッタ２２に対して鏡面対称である。ミラー２６は、＋Ｙ方向に沿って伝搬する光を－Ｙ方向に向けて反射する。ミラー２６は、例えば金属、または誘電体多層膜から形成され得る。
【0054】
光１０Ｌは、発光装置１０の光出射面内における第１焦点Ｆ１から出射される。ビームスプリッタ２２によって光１０Ｌから分離された第１の光１０Ｌ１は、第１レンズ２４１を透過して＋Ｙ方向に沿って伝搬し、ミラー２６によって反射される。ミラー２６によって反射された第１の光１０Ｌ１は、－Ｙ方向に沿って伝搬し、第１レンズ２４１を再び透過し、ビームスプリッタ２２で反射される。ビームスプリッタ２２で反射された第１の光１０Ｌ１は、第２焦点Ｆ２を通って第２レンズ２４２を通過し、－Ｘ方向に沿って伝搬し光検出器３０に入射する。ビームスプリッタ２２によって光１０Ｌから分離された第２の光１０Ｌ２は、物体に向かって伝搬する。第２の光１０Ｌ２で物体が照射されることによって生じた第３の光１０Ｌ３は、第２の光１０Ｌ２とは逆の方向に伝搬し、ビームスプリッタ２２を通過する。ビームスプリッタ２２を通過した第３の光１０Ｌ３は、第２焦点Ｆ２を通って第２レンズ２４２を通過し、－Ｘ方向に沿って伝搬し光検出器３０に入射する。第１の光１０Ｌ１および第３の光１０Ｌ３は重畳されて干渉し、第４の光１０Ｌ４として光検出器３０に入射する。
【0055】
光学系２０は、光１０Ｌを第１の光１０Ｌ１および第２の光１０Ｌ２に分離し、第１の光１０Ｌ１および第３の光１０Ｌ３が干渉した第４の光１０Ｌ４を光検出器３０に入射させることが可能であれば、図１Ａおよび図１Ｂに示す構成に限定されない。例えば、光学系２０は、光ファイバを含み得る。
【0056】
光検出器３０は、第４の光１０Ｌ４を検出し、第４の光１０Ｌ４の強度に応じた信号を出力する。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第４の光１０Ｌ４が光検出器３０に入射する位置は、光１０Ｌの方向に応じて変化する。光検出器３０は、１つ以上の光検出素子を含む。光検出器３０は、例えば、２次元的に配列された複数の光検出素子を有するイメージセンサを含み得る。あるいは、光検出器３０は、１次元的に配列された複数の光検出素子を有するラインセンサを含んでいてもよいし、単一の光検出素子を含んでいてもよい。光検出素子は、例えば、Ｓｉアバランシェフォトディテクタであり得る。
【0057】
光検出器３０が、２次元的に配列された複数の光検出素子を有するイメージセンサを含む場合、第２レンズ２４２は、入射した干渉光１０Ｌ４のＹ方向およびＺ方向における位置を維持したまま－Ｘ方向に沿って干渉光１０Ｌ４をイメージセンサに入射させる。光検出器３０が、Ｙ方向に沿って配列された複数の光検出素子を有するラインセンサを含む場合、第２レンズ２４２は、入射した干渉光１０Ｌ４のＹ方向における位置を維持したまま、ＸＺ平面において干渉光１０Ｌ４を当該ラインセンサに集束させる。同様に、光検出器３０が、Ｚ方向に沿って配列された複数の光検出素子を有するラインセンサを含む場合、第２レンズ２４２は、入射した干渉光１０Ｌ４のＺ方向における位置を維持したまま、ＸＹ平面において干渉光１０Ｌ４を当該ラインセンサに集束させる。
【0058】
第２レンズ２４２は、１つのレンズから構成されていてもよいし、複数のレンズから構成されていてもよい。例えば、光検出器３０がＹ方向に沿って延びるラインセンサを含む場合、第２レンズ２４２は、干渉光１０Ｌ４の光路上に、Ｚ方向に延びる第１シリンドリカルレンズと、Ｙ方方向に延びる第２シリンドリカルレンズとを含み得る。第１シリンドリカルレンズは、干渉光１０Ｌ４のＹ方向における位置を維持させる。第２シリンドリカルレンズは、第１シリンドリカルレンズを通過した干渉光１０Ｌ４をＸＺ平面においてラインセンサに集束させる。光検出器３０がＺ方向に沿って延びるラインセンサを含む場合についても同様である。
【0059】
光検出器３０が単一の光検出素子を含む場合、第２レンズ２４２を取り除き、光検出器３０は、第２焦点Ｆ２がその光検出面内に位置するように配置される。干渉光１０Ｌ４は、光１０Ｌの出射方向によらず第２焦点Ｆ２に入射する。
【0060】
第３の光１０Ｌ３は、計測装置１００と物体との往復に要した時間だけ、第１の光１０Ｌ１よりも遅れて光検出器３０に入射する。その結果、第３の光１０Ｌ３の周波数は、第１の光１０Ｌ１の周波数とは異なる。異なる周波数に起因して、第４の光１０Ｌ４においてビートが発生する。光検出器３０から出力される上記の信号は、ビート信号である。本明細書では、第１の光を「参照光」と称し、第２の光を「照射光」と称し、第３の光を「物体光」と称し、第４の光を「干渉光」と称する。
【0061】
処理回路４０は、発光装置１０および光検出器３０を制御し、光検出器３０から出力された信号を処理する。発光装置１０の制御は、例えば、発光装置１０から出射される光の周波数、形状、方向、および出射タイミング、ならびに発光装置１０の位置の制御であり得る。光検出器３０の制御は、例えば、検出タイミング、および光検出器３０の位置の制御であり得る。
【0062】
以下に、図２を参照して、処理回路４０のＦＭＣＷ処理の動作を説明する。図２は、処理回路４０が実行するＦＭＣＷ処理の動作のフローチャートである。処理回路４０は、以下のステップＳ１０１からステップＳ１０３の動作を実行する。
【0063】
＜ステップＳ１０１＞
ステップＳ１０１において、処理回路４０は、発光装置１０に、周波数ｆ（ｔ）が時間的に変化する光１０Ｌを出射させる。参照光１０Ｌ１の光路長が十分に短いとすると、光検出器３０によって検出されるタイミングｔ＝ｔ０での参照光１０Ｌ１の周波数ｆｒは、当該タイミングでの光１０Ｌの周波数ｆ（ｔ０）に等しいと考えることができる。照射光１０Ｌ２が物体に向けて出射され、物体で反射されて物体光１０Ｌ３として戻ってくるまで時間をΔｔとすると、物体光１０Ｌ３の周波数ｆоは、ｆ（ｔ０）－［ｄｆ（ｔ）／ｄｔ］ｔ＝ｔ０Δｔによって表される。［ｄｆ（ｔ）／ｄｔ］ｔ＝ｔ０は、時間ｔ＝ｔ０での周波数ｆ（ｔ）の時間変化率を表す。処理回路４０は、発光装置１０の位置を例えばアクチュエータによって調整してもよい。この調整により、第１焦点Ｆ１と発光装置１０の光出射面とのずれを補償することができる。
ステップＳ１０１において、処理回路４０は、発光装置１０に、周波数ｆ（ｔ）が時間的に変化する光１０Ｌを出射させる。参照光１０Ｌ１の光路長が十分に短いとすると、光検出器３０によって検出されるタイミングｔ＝ｔ０での参照光１０Ｌ１の周波数ｆｒは、当該タイミングでの光１０Ｌの周波数ｆ（ｔ０）に等しいと考えることができる。照射光１０Ｌ２が物体に向けて出射され、物体で反射されて物体光１０Ｌ３として戻ってくるまで時間をΔｔとすると、物体光１０Ｌ３の周波数ｆоは、ｆ（ｔ０）－［ｄｆ（ｔ）／ｄｔ］ｔ＝ｔ０Δｔによって表される。［ｄｆ（ｔ）／ｄｔ］ｔ＝ｔ０は、時間ｔ＝ｔ０での周波数ｆ（ｔ）の時間変化率を表す。処理回路４０は、発光装置１０の位置を例えばアクチュエータによって調整してもよい。この調整により、第１焦点Ｆ１と発光装置１０の光出射面とのずれを補償することができる。
【0064】
＜ステップＳ１０２＞
ステップＳ１０２において、処理回路４０は、光検出器３０に、干渉光１０Ｌ４を検出させることによってビート信号を出力させる。ビート信号の周波数は、参照光１０Ｌ１の周波数ｆｒと、物体光１０Ｌ３の周波数ｆоとの周波数差Δｆ＝ｆｒ－ｆо＝［ｄｆ（ｔ）／ｄｔ］ｔ＝ｔ０Δｔによって表される。処理回路４０は、光検出器３０の位置を例えばアクチュエータによって調整してもよい。この調整により、光検出器３０が前述したように単一の光検出素子を含む場合、第２焦点Ｆ２と光検出器３０の光検出面とのずれを補償することができる。その結果、ビート信号の強度を向上させることができる。
ステップＳ１０２において、処理回路４０は、光検出器３０に、干渉光１０Ｌ４を検出させることによってビート信号を出力させる。ビート信号の周波数は、参照光１０Ｌ１の周波数ｆｒと、物体光１０Ｌ３の周波数ｆоとの周波数差Δｆ＝ｆｒ－ｆо＝［ｄｆ（ｔ）／ｄｔ］ｔ＝ｔ０Δｔによって表される。処理回路４０は、光検出器３０の位置を例えばアクチュエータによって調整してもよい。この調整により、光検出器３０が前述したように単一の光検出素子を含む場合、第２焦点Ｆ２と光検出器３０の光検出面とのずれを補償することができる。その結果、ビート信号の強度を向上させることができる。
【0065】
＜ステップＳ１０３＞
ステップＳ１０３において、処理回路４０は、ビート信号を処理することにより、物体の距離および／または速度に関するデータを生成して出力する。当該データは、例えば、ディスプレイに表示されてもよいし、スピーカから音声として出力されてよい。計測装置１００から物体までの距離をｄ、空気中での光速をｃとすると、Δｔ＝２ｄ／ｃである。参照光１０Ｌ１の周波数ｆｒと、物体光１０Ｌ３の周波数ｆоとの周波数差Δｆ＝（２ｄ／ｃ）［ｄｆ（ｔ）／ｄｔ］ｔ＝ｔ０から、物体の距離ｄに関するデータを生成することができる。例えば［ｄｆ（ｔ）／ｄｔ］ｔ＝ｔ０＝１２５ＴＨｚ／ｓ、距離ｄが５ｍｍ以上５０ｍ以下である場合、周波数差Δｆは、４．１７ｋＨｚ以上４．１７ＭＨｚである。この周波数差Δｆは、例えば、スペクトルアナライザまたはオシロスコープにより、例えば数Ｈｚオーダーから数十ＭＨｚオーダーの分解能で正確に計測することができる。したがって、本実施形態による計測装置１００によれば、物体の距離に関するデータの取得において、距離に関して広いダイナミックレンジと高い分解能とを両立することができる。物体が動いている場合、ドップラー効果によって周波数差Δｆがシフトすることにより、物体の速度に関するデータを生成することができる。
ステップＳ１０３において、処理回路４０は、ビート信号を処理することにより、物体の距離および／または速度に関するデータを生成して出力する。当該データは、例えば、ディスプレイに表示されてもよいし、スピーカから音声として出力されてよい。計測装置１００から物体までの距離をｄ、空気中での光速をｃとすると、Δｔ＝２ｄ／ｃである。参照光１０Ｌ１の周波数ｆｒと、物体光１０Ｌ３の周波数ｆоとの周波数差Δｆ＝（２ｄ／ｃ）［ｄｆ（ｔ）／ｄｔ］ｔ＝ｔ０から、物体の距離ｄに関するデータを生成することができる。例えば［ｄｆ（ｔ）／ｄｔ］ｔ＝ｔ０＝１２５ＴＨｚ／ｓ、距離ｄが５ｍｍ以上５０ｍ以下である場合、周波数差Δｆは、４．１７ｋＨｚ以上４．１７ＭＨｚである。この周波数差Δｆは、例えば、スペクトルアナライザまたはオシロスコープにより、例えば数Ｈｚオーダーから数十ＭＨｚオーダーの分解能で正確に計測することができる。したがって、本実施形態による計測装置１００によれば、物体の距離に関するデータの取得において、距離に関して広いダイナミックレンジと高い分解能とを両立することができる。物体が動いている場合、ドップラー効果によって周波数差Δｆがシフトすることにより、物体の速度に関するデータを生成することができる。
【0066】
（ラインビームによる複数の物体の測距）
次に、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術を用いたラインビームによる複数の物体の測距を説明する。本実施形態における処理回路４０は、光スキャナ５０に、空間をスキャンするラインビームを出射させる。具体的には、処理回路４０は、発光装置１０に、ラインビーム１０Ｌを出射させ、ラインビーム１０Ｌの出射方向を、ラインビーム１０Ｌが延びる方向に交差する方向に沿って規則的または不規則に変化させる。光偏向器は、ラインビーム１０Ｌの出射方向をこのように変化させることが可能である。また、光偏向器は、ラインビーム１０Ｌが延びる方向を第１の方向にし、ラインビーム１０Ｌの出射方向を、第１の方向に交差する第２の方向に沿って変化させる第１のモードと、ラインビーム１０Ｌが延びる方向を第２の方向にし、ラインビーム１０Ｌの出射方向を、第１の方向に沿って変化させる第２のモードと、を切り替えることが可能である。
次に、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術を用いたラインビームによる複数の物体の測距を説明する。本実施形態における処理回路４０は、光スキャナ５０に、空間をスキャンするラインビームを出射させる。具体的には、処理回路４０は、発光装置１０に、ラインビーム１０Ｌを出射させ、ラインビーム１０Ｌの出射方向を、ラインビーム１０Ｌが延びる方向に交差する方向に沿って規則的または不規則に変化させる。光偏向器は、ラインビーム１０Ｌの出射方向をこのように変化させることが可能である。また、光偏向器は、ラインビーム１０Ｌが延びる方向を第１の方向にし、ラインビーム１０Ｌの出射方向を、第１の方向に交差する第２の方向に沿って変化させる第１のモードと、ラインビーム１０Ｌが延びる方向を第２の方向にし、ラインビーム１０Ｌの出射方向を、第１の方向に沿って変化させる第２のモードと、を切り替えることが可能である。
【0067】
発光装置１０から出射されたラインビーム１０ＬがＸ方向に延び、その出射方向がＺ方向に沿って変化する場合、ラインビーム１０Ｌからビームスプリッタ２２によって分離された照射ラインビーム１０Ｌ２は、主にＹ方向に延び、その出射方向はＺ方向に沿って変化する。照射ラインビーム１０Ｌ２は、ラインビーム１０Ｌが延びる方向とは異なる方向に延びる。発光装置１０から出射されたラインビーム１０ＬがＺ方向に延び、その出射方向がＸ方向に沿って変化する場合、ラインビーム１０Ｌからビームスプリッタ２２によって分離された照射ラインビーム１０Ｌ２はＺ方向に延び、その出射方向はＹ方向に沿って変化する。照射ラインビーム１０Ｌ２は、ラインビーム１０Ｌが延びる方向と同じ方向に延びる。
【0068】
処理回路４０は、光検出器３０に、照射ラインビーム１０Ｌ２で複数の物体が照射されることによってそれぞれ生じた複数の物体光ビーム１０Ｌ３と参照光１０Ｌ１との干渉光１０Ｌ４を検出させてビート信号を出力させる。複数の物体光ビーム１０Ｌ２同士が干渉することによってもビート信号が発生し得るが、この影響は少ない。照射ラインビーム１０Ｌ２のエネルギー密度は、距離が離れるにつれて減少する。一方、参照光１０Ｌ１は、発光装置１０の近くに位置する光検出器３０に、高いエネルギー密度を維持したまま入射する。ビート信号は２つの光の電界成分の乗算に相当する。したがって、複数の物体光ビーム１０Ｌ３同士のビート信号は非常に小さくなり無視できる。結果として、光検出器３０から出力される信号のほとんどは、複数の物体光ビーム１０Ｌ３と参照光１０Ｌ１とのビート信号である。
【0069】
処理回路４０は、ビート信号から、複数の物体の距離および／または速度に関するデータを一度に生成して出力することができる。干渉光１０Ｌ４を検出する光検出器３０は、イメージセンサ含む必要はなく、照射ラインビーム１０Ｌ２と同じ方向に延びるラインセンサ、または単一の光検出素子を含み得る。この場合、光検出素子の数が少なくてよいので、最大フレームレートが３０ｆｐｓ程度のイメージセンサと比較して、複数の物体の距離および／または速度に関するデータを生成する時間を大幅に短縮できる。
【0070】
【0071】
図３は、前面に計測装置１００が搭載された車両２００の例を模式的に示す斜視図である。図３に示す例では、車両２００の進行方向がＸ方向に平行であり、車高方向がＹ方向に平行であり、道路を横切る方向がＺ方向に平行である。車高方向は、路面に垂直な方向であり、かつ、路面から離れる方向である。図３に示す例において、車両２００における計測装置１００は、車高方向に延びる照射ラインビーム１０Ｌ２を車両２００の前方にある対象シーンに向けて出射する。照射ラインビーム１０Ｌ２の出射方向は、両矢印によって表されるように、道路を横切る方向に沿って変化する。計測装置１００の車両２００への搭載位置は、その前面に限らず、その上面、側面、または後面でもよい。当該搭載位置は、対象シーンがどこにあるかに応じて適切に決定される。
【0072】
図４Ａは、道路を走行中の車両２００から見た前方の対象シーンに向けて複数の照射ラインビーム１０Ｌ２を出射する第１の例を模式的に示す図である。対象シーンは、太い実線の長方形によって囲まれている。対象シーンにおいて、道路には先行車が走っており、道路脇の歩道には歩行者がいる。歩道には３本の街路樹がある。対象シーン内の複数の物体は、距離が近い順から、歩行者、３本の街路樹、および先行車である。歩行者、左端、中央、および右端の街路樹、ならびに先行車までの距離は、それぞれ、ｄ１からｄ５である。図４Ａに示すように、車両２００から前方を見た場合、路面は、車高方向に向かうほど緩やかに変化する。路面は連続的に変化するのに対して、路面上の人または車などの物体は、路面に対して非連続的に変化する。したがって、照射ラインビーム１０Ｌ２で物体を照射することにより、当該物体を検出することが可能である。
【0073】
図４Ａに示す例では、Ｙ方向に延びる照射ラインビーム１０Ｌ２の出射方向がＺ方向に沿って変化する。図４Ａに示す破線の楕円は、４つの異なる方向に出射されたＹ方向に延びる第１照射ラインビーム１０Ｌ２ａから第４照射ラインビーム１０Ｌ２ｄの照射スポットを表す。照射ラインビーム１０Ｌ２の照射スポット内の上部、中部、および下部における距離は、その出射方向がＺ方向に沿って変化してもそれほど大きく変化しない。したがって、鉛直方向に延びる照射ラインビーム１０Ｌ２で対象シーンを水平方向にスキャンする場合、水平方向における距離の分解能が高いという利点がある。
【0074】
図４Ａに示す例において、第１照射ラインビーム１０Ｌ２ａの照射スポットは、左端の街路樹を含む。第２照射ラインビーム１０Ｌ２ｂの照射スポットは、中央の街路樹を含む。第３照射ラインビーム１０Ｌ２ｃの照射スポットは、歩行者および右端の街路樹を含む。第４照射ラインビーム１０Ｌ２ｄの照射スポットは、先行車を含む。第１照射ラインビーム１０Ｌ２ａから第４照射ラインビーム１０Ｌ２ｄをこの順または反対の順に対象シーンに向けて出射してもよいし、例えば、第３照射ラインビーム１０Ｌ２ｃ、第２照射ラインビーム１０Ｌ２ｂ、第４照射ラインビーム１０Ｌ２ｄ、および第１照射ラインビーム１０Ｌ２ａのように不規則な順に出射してもよい。図４Ａに示す例では、単一の光検出素子を含む光検出器３０が、前述したように干渉光１０Ｌ４を検出する。
【0075】
図４Ｂは、図４Ａに示す第１の例における、ビート信号の強度と、ビート信号の周波数から算出された距離との関係を模式的に示す図である。図４Ｂの４つの図は、第１照射ラインビーム１０Ｌ２ａから第４照射ラインビーム１０Ｌ２ｄによって生じるビート信号を示している。第１照射ラインビーム１０Ｌ２ａ、第２照射ラインビーム１０Ｌ２ｂ、および第４照射ラインビーム１０Ｌ２ｄにより、それぞれ、距離ｄ２、距離ｄ３、および距離ｄ５の単一のピークが現れる。これに対して、第３照射ラインビーム１０Ｌ２ｃにより、距離ｄ１および距離ｄ４の２つのピークが現れる。本実施形態による計測装置１００は、１つの照射ラインビーム１０Ｌ２で複数の物体を照射することにより、当該複数の物体までの距離を一度に計測することができる。本実施形態による計測装置１００によれば、第１照射ラインビーム１０Ｌ２ａから第４照射ラインビーム１０Ｌ２ｄの既知の出射角から、単一の光検出素子によって複数の物体の大まかな位置を短時間で知ることができる。
【0076】
図５Ａは、道路を走行中の車両２００から見た前方の対象シーンに向けて複数の照射ラインビーム１０Ｌ２を出射する第２の例を模式的に示す図である。第２の例が第１の例とは異なる点は、Ｙ方向に延びるラインセンサを含む光検出器３０が、前述したように干渉光１０Ｌ４を検出することである。干渉光１０Ｌ４は、当該ラインセンサに含まれる複数の光検出素子に入射する。図５Ａに示す各照射ラインビーム内の５つの点線の楕円は、ラインセンサに含まれるＹ方向に配列された光検出素子４０ａから光検出素子４０ｅに対応する箇所を表す。
【0077】
図５Ｂは、図５Ａに示す第２の例における、ビート信号の強度と、ビート信号の周波数から算出された距離との関係を模式的に示す図である。図５Ｂは、第３照射ラインビーム１０Ｌ２ｃによって各光検出素子から出力されるビート信号を示している。図５Ｂに示す例において、光検出素子４０ａから光検出素子４０ｃは距離ｄ４のビート信号を出力し、光検出素子４０ｄおよび光検出素子４０ｅは距離ｄ１のビート信号を出力する。光検出素子４０ａから光検出素子４０ｃによって右端の街路樹のより正確な位置を知ることができ、光検出素子４０ｄおよび光検出素子４０ｅによって歩行者のより正確な位置を知ることができる。本実施形態による計測装置１００によれば、ラインセンサにより、複数の物体の３次元的な位置をより正確に知ることができる。
【0078】
本実施形態による計測装置１００は、単一の光検出素子およびラインセンサの両方を含む光検出器３０を備えていてもよい。この計測装置１００では、干渉光１０Ｌ４の光路を変化させることにより、用途に応じて単一の光検出素子とラインセンサとを相互に切り替えて干渉光１０Ｌ４を検出することができる。処理回路４０は、複数の物体のおおまかな位置を知る場合、単一の光検出素子に干渉光１０Ｌ４を検出させ、複数の物体の３次元的な位置をより正確に知る場合、ラインセンサに干渉光１０Ｌ４を検出させる。あるいは、単一の光検出素子を含まず、ラインセンサを含む光検出器３０でも、用途に応じて干渉光１０Ｌ４を検出することが可能である。処理回路４０は、複数の物体のおおまかな位置を知る場合、ラインセンサに含まれる複数の光検出素子からそれぞれ出力された複数のビート信号を平均化し、複数の物体の３次元的な位置をより正確に知る場合、当該複数のビート信号をそのまま用いる。
【0079】
図６Ａは、道路を走行中の車両２００から見た前方の対象シーンに向けて複数の照射ラインビーム１０Ｌ２を出射する第３の例を模式的に示す図である。第３の例が第１の例とは異なる点は、Ｙ方向に延びる第１照射ラインビーム１０Ｌ２ａから第４照射ラインビーム１０Ｌ２ｄに加えて、Ｚ方向に延びる第５照射ラインビーム１０Ｌ２ｅから第８照射ラインビーム１０Ｌ２ｈを対象シーンに向けて出射することである。水平方向に延びる照射ラインビーム１０Ｌ２で対象シーンを鉛直方向にスキャンする場合、対象シーン内の下側では、近距離であることから、高い強度のビート信号が得られるという利点がある。第３の例では、第１の例と同様に、単一の光検出素子を含む光検出器３０が、前述したように干渉光１０Ｌ４を検出する。
【0080】
第５照射ラインビーム１０Ｌ２ｅの照射スポットは、右端の街路樹の上部および先行車の上部を主に含む。第６照射ラインビーム１０Ｌ２ｆの照射スポットは、左端の街路樹の上部、中央の街路樹の上部、右端の街路樹の中央部、および先行車の下部を主に含む。第７照射ラインビーム１０Ｌ２ｇの照射スポットは、左端の街路樹の中央部、中央の街路樹の下部、および右端の街路樹の下部を主に含む。第８照射ラインビーム１０Ｌ２ｈの照射スポットは、左端の街路樹の下部および歩行者を主に含む。
【0081】
図６Ｂは、図６Ａに示す第３の例における、ビート信号の強度と、ビート信号の周波数から算出された距離との関係を模式的に示す図である。図６Ｂの上の４つの図は、図４Ｂの４つの図と同じであり、図６Ｂの下の４つの図は、第５照射ラインビーム１０Ｌ２ｅから第８照射ラインビーム１０Ｌ２ｈによって生じるビート信号を示している。第５照射ラインビーム１０Ｌ２ｅにより、距離ｄ４および距離ｄ５の２つのピークが現れる。第６照射ラインビーム１０Ｌ２ｆにより、距離ｄ２から距離ｄ５の４つのピークが現れる。第７照射ラインビーム１０Ｌ２ｇにより、距離ｄ２から距離ｄ４の３つのピークが現れる。第８照射ラインビーム１０Ｌ２ｈにより、距離ｄ１および距離ｄ２の２つのピークが現れる。
【0082】
距離ｄ１のピークは、第３照射ラインビーム１０Ｌ２ｃおよび第８照射ラインビーム１０Ｌ２ｈによって現れる。したがって、距離ｄ１の歩行者は、第３照射ラインビーム１０Ｌ２ｃと第８照射ラインビーム１０Ｌ２ｈとが重なる位置にいることがわかる。同様に、距離ｄ２の左端の街路樹は、第１照射ラインビーム１０Ｌ２ａと、第６照射ラインビーム１０Ｌ２ｆ、第７照射ラインビーム１０Ｌ２ｇ、および第８照射ラインビーム１０Ｌ２ｈの各々とが重なる位置に存在することがわかる。距離ｄ３の中央の街路樹は、第２照射ラインビーム１０Ｌ２ｂと、第６照射ラインビーム１０Ｌ２ｆおよび第７照射ラインビーム１０Ｌ２ｇの各々とが重なる位置に存在することがわかる。距離ｄ４の右端の街路樹は、第３照射ラインビーム１０Ｌ２ｃと、第５照射ラインビーム１０Ｌ２ｅ、第６照射ラインビーム１０Ｌ２ｆ、および第７照射ラインビーム１０Ｌ２ｇの各々とが重なる位置に存在することがわかる。距離ｄ５の先行車は、第４照射ラインビーム１０Ｌ２ｄと、第５照射ラインビーム１０Ｌ２ｅおよび第６照射ラインビーム１０Ｌ２ｆの各々とが重なる位置に存在することがわかる。
【0083】
図４Ａに示す第１の例では、物体が、照射ラインビーム１０Ｌ２の照射スポット内のどの位置に存在するかまでは知ることができなかった。これに対して、図６Ａに示す第３の例では、対象シーンを、Ｙ方向に延びる照射ラインビームでＺ方向にスキャンし、かつ、Ｚ方向に延びる照射ラインビームでＹ方向にスキャンすることにより、物体の３次元的な位置をより正確に知ることができる。本実施形態による計測装置１００によれば、第１照射ラインビーム１０Ｌ２ａから第８照射ラインビーム１０Ｌ２ｈの既知の出射角から、単一の光検出素子であっても物体の３次元的な位置をより正確に知ることができる。
【0084】
【0085】
図７Ａは、道路を走行中の車両２００から見た前方の対象シーンに向けて照射フラッシュ光１０Ｌ２を出射する例を模式的に示す図である。図７Ａに示す破線の楕円は、照射フラッシュ光１０Ｌ２の照射スポットを表す。図７Ａに示す例では、光検出器３０は、単一の光検出素子により、前述したように干渉光１０Ｌ４を検出する。
【0086】
図７Ｂは、図７Ａに示す例における、ビート信号の強度と、ビート信号の周波数から算出された距離との関係を模式的に示す図である。図７Ｂに示す例では、照射フラッシュ光により、距離ｄ２から距離ｄ５の５つのピークが現れる。本実施形態による計測装置１００によれば、複数の物体をフラッシュ光で照射することにより、複数の物体までの距離を一度に計測することができる。
【0087】
次に、図８を参照して、図６Ａに示す照射ラインビーム１０Ｌ２および図７Ａに示す照射フラッシュ光１０Ｌ２から得られた結果に基づいた、本実施形態における複数の物体の測距動作および車両２００の制御動作の例を説明する。図８は、本実施形態における複数の物体の測距動作および車両２００の制御動作を示すフローチャートである。本実施形態における処理回路４０は、以下のステップＳ２０１からステップＳ２０７の動作を実行する。以下の説明において、光検出器３０は、単一の光検出素子を含む。
【0088】
＜ステップＳ２０１＞
処理回路４０は、図７Ａに示すように、発光装置１０に、対象シーンに向けて照射フラッシュ光を出射させ、光検出器３０に、単一の光検出素子により、照射フラッシュ光によって生じた複数の物体光ビーム１０Ｌ３および参照光１０Ｌ１の干渉光１０Ｌ４を検出させて信号を出力させる。処理回路４０は、図７Ｂに示すように、当該信号に基づいて、対象シーン内の複数の物体の距離に関するデータを生成して出力する。
処理回路４０は、図７Ａに示すように、発光装置１０に、対象シーンに向けて照射フラッシュ光を出射させ、光検出器３０に、単一の光検出素子により、照射フラッシュ光によって生じた複数の物体光ビーム１０Ｌ３および参照光１０Ｌ１の干渉光１０Ｌ４を検出させて信号を出力させる。処理回路４０は、図７Ｂに示すように、当該信号に基づいて、対象シーン内の複数の物体の距離に関するデータを生成して出力する。
【0089】
＜ステップＳ２０２＞
処理回路４０は、ステップＳ２０１における物体の測距の結果に基づいて、車両２００の近距離に物体が存在するか否かを判定する。このステップにおける近距離は、例えば、０．５ｍ以上２０ｍ以下の範囲であり得る。物体が近距離に存在する、すなわちｙｅｓの場合、処理回路４０は、ステップＳ２０３の動作を実行する。物体が近距離に存在しない、すなわちｎｏの場合、処理回路４０は、ステップＳ２０４の動作を実行する。
処理回路４０は、ステップＳ２０１における物体の測距の結果に基づいて、車両２００の近距離に物体が存在するか否かを判定する。このステップにおける近距離は、例えば、０．５ｍ以上２０ｍ以下の範囲であり得る。物体が近距離に存在する、すなわちｙｅｓの場合、処理回路４０は、ステップＳ２０３の動作を実行する。物体が近距離に存在しない、すなわちｎｏの場合、処理回路４０は、ステップＳ２０４の動作を実行する。
【0090】
＜ステップＳ２０３＞
処理回路４０は、車両２００の制御回路に、衝突回避の信号を送信する。物体が対象シーンのどこに存在するかはわからなくても、停止などの衝突回避の行動により、車両２００が物体に衝突することを防ぐことができる。
処理回路４０は、車両２００の制御回路に、衝突回避の信号を送信する。物体が対象シーンのどこに存在するかはわからなくても、停止などの衝突回避の行動により、車両２００が物体に衝突することを防ぐことができる。
【0091】
＜ステップＳ２０４＞
処理回路４０は、図６Ａに示すように、発光装置１０に、Ｙ方向に延びる照射ラインビームで対象シーンをＺ方向にスキャンさせ、光検出器３０に、単一の光検出素子により、照射ラインビーム１０Ｌ２によって生じた物体光ビーム１０Ｌ３および参照光１０Ｌ１の干渉光１０Ｌ４を検出させて信号を出力させる。処理回路４０は、図６Ｂの上の４つの図に示すように、当該信号に基づいて、対象シーン内の物体の距離に関するデータを生成して出力する。
処理回路４０は、図６Ａに示すように、発光装置１０に、Ｙ方向に延びる照射ラインビームで対象シーンをＺ方向にスキャンさせ、光検出器３０に、単一の光検出素子により、照射ラインビーム１０Ｌ２によって生じた物体光ビーム１０Ｌ３および参照光１０Ｌ１の干渉光１０Ｌ４を検出させて信号を出力させる。処理回路４０は、図６Ｂの上の４つの図に示すように、当該信号に基づいて、対象シーン内の物体の距離に関するデータを生成して出力する。
【0092】
＜ステップＳ２０５＞
処理回路４０は、ステップＳ２０４における物体の測距の結果に基づいて、車両２００の近距離に物体が存在するか否かを判定する。このステップにおける近距離は、例えば、２０ｍ以上４０ｍ以下の範囲であり得る。物体が近距離に存在する、すなわちｙｅｓの場合、処理回路４０は、ステップＳ２０６の動作を実行する。物体が近距離に存在しない、すなわちｎｏの場合、処理回路４０は、ステップＳ２０７の動作を実行する。
処理回路４０は、ステップＳ２０４における物体の測距の結果に基づいて、車両２００の近距離に物体が存在するか否かを判定する。このステップにおける近距離は、例えば、２０ｍ以上４０ｍ以下の範囲であり得る。物体が近距離に存在する、すなわちｙｅｓの場合、処理回路４０は、ステップＳ２０６の動作を実行する。物体が近距離に存在しない、すなわちｎｏの場合、処理回路４０は、ステップＳ２０７の動作を実行する。
【0093】
＜ステップＳ２０６＞
処理回路４０は、車両２００の制御回路に、衝突回避の信号を送信する。物体の対象シーン内での大まかな位置がわかれば、当該大まかな位置から左右に遠ざかるまたは停止するなどの衝突回避の行動により、車両２００が物体に衝突することを防ぐことができる。
処理回路４０は、車両２００の制御回路に、衝突回避の信号を送信する。物体の対象シーン内での大まかな位置がわかれば、当該大まかな位置から左右に遠ざかるまたは停止するなどの衝突回避の行動により、車両２００が物体に衝突することを防ぐことができる。
【0094】
＜ステップＳ２０７＞
処理回路４０は、図６Ａに示すように、発光装置１０に、Ｚ方向に延びる照射ラインビーム１０Ｌで対象シーンをＹ方向にスキャンさせ、光検出器３０に、単一の光検出素子により、照射ラインビーム１０Ｌによって生じた物体光ビーム１０Ｌ３および参照光１０Ｌ１の干渉光１０Ｌ４を検出させて信号を出力させる。処理回路４０は、図６Ｂの下の図に示すように、当該信号に基づいて、対象シーン内の物体の距離に関するデータを生成して出力する。ステップＳ２０４およびステップＳ２０７において物体を測距した結果により、物体の３次元的な位置をより正確に知ることができる。
処理回路４０は、図６Ａに示すように、発光装置１０に、Ｚ方向に延びる照射ラインビーム１０Ｌで対象シーンをＹ方向にスキャンさせ、光検出器３０に、単一の光検出素子により、照射ラインビーム１０Ｌによって生じた物体光ビーム１０Ｌ３および参照光１０Ｌ１の干渉光１０Ｌ４を検出させて信号を出力させる。処理回路４０は、図６Ｂの下の図に示すように、当該信号に基づいて、対象シーン内の物体の距離に関するデータを生成して出力する。ステップＳ２０４およびステップＳ２０７において物体を測距した結果により、物体の３次元的な位置をより正確に知ることができる。
【0095】
ステップＳ２０７の代わりに、処理回路４０は、発光装置１０に、照射ラインビーム１０Ｌよりも広がりの程度が小さい照射光ビームで対象シーンをＹ方向およびＺ方向にスキャンさせ、光検出器３０に、単一の光検出素子により、照射光ビームによって生じた物体光ビーム１０Ｌ３および参照光１０Ｌ１の干渉光１０Ｌ４を検出させて信号を出力させてもよい。処理回路４０は、当該信号に基づいて、対象シーン内の物体の距離に関するデータを生成して出力する。照射光ビームの既知の出射角から、物体の３次元的な位置をより正確に知ることができる。
【0096】
ステップＳ２０４およびステップＳ２０７における処理回路４０の動作をまとめると以下のようになる。処理回路４０は、光スキャナ５０に照射ラインビーム１０Ｌ２を出射させると共に、照射ラインビーム１０Ｌ２の出射方向を、照射ラインビーム１０Ｌ２が延びる方向に交差する方向に沿って変化させる。処理回路４０は、光検出器３０に、照射ラインビーム１０Ｌ２で物体が照射されることによって生じた物体光１０Ｌ３と参照光１０Ｌ１との干渉光１０Ｌ４を検出させ、光検出器３０から出力された信号に基づいて、物体の計測データを生成して出力する。
【0097】
ステップＳ２０２およびステップＳ２０５においてｎｏが選択された場合における処理回路４０の動作をまとめると以下のようになる。処理回路４０は、光スキャナ５０に、あるモードによる計測動作を実行させ、当該モードによって取得された計測データを基に、他のモードによる計測動作への切り替えが必要か否かを判定する。その後、処理回路４０は、当該他のモードによる計測動作への切り替えが必要と判定されたことを受けて、光スキャナ５０に、当該他のモードによる計測動作を実行させる。
【0098】
ステップＳ２０２の場合、上記のあるモードは、例えば、照射フラッシュ光でのスキャンであり得る。上記の他のモードは、第１の方向に延びる照射ラインビームでの第２の方向に沿ったスキャンであり得る。ステップＳ２０５の場合、上記のあるモードは、例えば、第１の方向に延びる照射ラインビームでの第２の方向に沿ったスキャンであり得る。上記の他のモードは、例えば、第２の方向に延びる照射ラインビームでの第１の方向に沿ったスキャン、または照射光ビームでの第１方向および第２方向に沿ったスキャンであり得る。 光検出器３０が、Ｙ方向に延びるラインセンサを含む場合、ステップＳ２０１において、照射フラッシュ光１０Ｌ２によって物体のＹ方向における位置を知ることができる。したがって、ステップＳ２０３において、車両２００の衝突回避の行動をより正確に実行することができる。さらに、ステップＳ２０４において、図５Ａに示すように、照射ラインビーム１０Ｌ２によって物体の３次元的な位置をより正確に知ることができる。したがって、ステップＳ２０６において、車両２００の衝突回避の行動をより正確に実行することができ、かつ、ステップＳ２０７の動作を省略することができる。
【0099】
以上のように、本実施形態による計測装置１００は、光の広がりの程度、およびスキャン方向の異なる複数種類の計測動作が可能である。また、状況に応じて光の広がりの程度、およびスキャン方向を切り替えることにより、物体の計測データを効率的に取得できる。
【0100】
特に、本実施形態による計測装置１００は、ラインビームを用いた計測動作が可能であるため、計測動作の高速化しつつ、複数物体の大まかな位置の区別が可能なＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲを実現することができる。
【0101】
また、本実施形態により計測装置１００によれば、照射範囲の比較的広い光を用いて計測動作を実行し、所定条件を満たす物体をいち早く発見することにより、後段のシステムに素早く情報を提供することができる。さらに、光の広がりの程度、およびスキャン方向を切替えて次の計測動作を行うことにより、より詳細な物体の計測データを得ることができる。一例として、処理回路４０は、ステップＳ２０４における照射ラインビーム１０Ｌを用いた計測動作の前に、ステップＳ２０１における照射フラッシュ光１０Ｌを用いて、照射ラインビーム１０Ｌを用いた計測動作と同じ計測動作を実行し、その計測動作の結果に基づいて、ステップＳ２０４における計測動作を実行するか否かを決定する。照射フラッシュ光１０Ｌを用いた計測動作により、車両２００の衝突回避の行動を迅速に実行することができる。
【0102】
（第１の変形例）
次に、図９を参照して、本実施形態による計測装置１００の第１の変形例を説明する。図９は、第１の変形例による計測装置３００を模式的に示す図である。本変形例による計測装置３００では、本実施形態による計測装置１００と比べて、光スキャナ５０の構成が異なる。具体的には、本変形例による計測装置３００は、周波数可変である発光素子１０１と、光偏向器１０２と、ビームスプリッタ２２とを備える。ビームスプリッタ２２は、発光素子１０１と、光偏向器１０２との間の光路に配置されている。
次に、図９を参照して、本実施形態による計測装置１００の第１の変形例を説明する。図９は、第１の変形例による計測装置３００を模式的に示す図である。本変形例による計測装置３００では、本実施形態による計測装置１００と比べて、光スキャナ５０の構成が異なる。具体的には、本変形例による計測装置３００は、周波数可変である発光素子１０１と、光偏向器１０２と、ビームスプリッタ２２とを備える。ビームスプリッタ２２は、発光素子１０１と、光偏向器１０２との間の光路に配置されている。
【0103】
ビームスプリッタ２２は、発光素子１０１からの光１０Ｌを、参照光１０Ｌ１と照射光１０Ｌ２とに分離する。ビームスプリッタ２２によって分離された照射光１０Ｌ２は、例えばＭＥＭＳミラーを含む光偏向器１０２によって偏向され、空間に向けて出射される。物体で反射して戻った物体光１０Ｌ３は、再び光偏向器１０２によって偏向される。光検出器３０は、参照光１０Ｌ１と物体光１０Ｌ３との干渉光Ｌ４を検出する。
【0104】
（第２の変形例）
次に、図１０を参照して、本実施形態による計測装置１００の第２の変形例を説明する。図１０は、第２の変形例による計測装置４００を模式的に示す図である。本変形例による計測装置４００は、前述した計測装置１００または計測装置３００と、他のセンサ１５０とを備える。前述した実施形態においては、計測装置の計測動作モードを切り替える際、光スキャナ５０に、先ずあるモードによる計測動作を実行させ、当該モードによって取得された計測データを基に、他のモードによる計測動作への切り替えが必要か否かを判定していた。本変形例では、計測装置の計測動作モードを切り替える際、他のセンサ１５０から取得した信号を基に、モードの切り替えが必要か否かを判定する。
次に、図１０を参照して、本実施形態による計測装置１００の第２の変形例を説明する。図１０は、第２の変形例による計測装置４００を模式的に示す図である。本変形例による計測装置４００は、前述した計測装置１００または計測装置３００と、他のセンサ１５０とを備える。前述した実施形態においては、計測装置の計測動作モードを切り替える際、光スキャナ５０に、先ずあるモードによる計測動作を実行させ、当該モードによって取得された計測データを基に、他のモードによる計測動作への切り替えが必要か否かを判定していた。本変形例では、計測装置の計測動作モードを切り替える際、他のセンサ１５０から取得した信号を基に、モードの切り替えが必要か否かを判定する。
【0105】
計測装置４００の処理回路４０は、他のセンサからの信号に基づき、用意された複数の計測動作モードのうちの何れかを選択する。そして、光スキャナ５０に、選択されたモードによる計測動作を実行させる。
【0106】
他のセンサ１５０は、例えば、イメージセンサを含む物体認識システムであり得る。計測装置４００は、物体認識システムの認識結果を基に、計測動作モードの切り替えを行う。認識結果は、物体のサイズ、位置、および種類のうちの少なくとも１つの情報を含んでもよい。
【0107】
（応用例）
本実施形態における計測装置１００は、例えば、物体の測距システムに用いられ得る。そのような測距システムは、例えば自動車、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ、所謂ドローン）、またはＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの移動体に搭載され、衝突回避技術の１つとして使用され得る。本実施形態における計測装置１００を用いた測距システムでは、物体の距離分布を、距離に関して広いダイナミックレンジ、かつ高い分解能でスキャンおよび検出することができる。
本実施形態における計測装置１００は、例えば、物体の測距システムに用いられ得る。そのような測距システムは、例えば自動車、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ、所謂ドローン）、またはＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの移動体に搭載され、衝突回避技術の１つとして使用され得る。本実施形態における計測装置１００を用いた測距システムでは、物体の距離分布を、距離に関して広いダイナミックレンジ、かつ高い分解能でスキャンおよび検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【0108】
本開示の実施形態における光デバイスは、例えば、自動車、ＵＡＶ、もしくはＡＧＶなどの車両に搭載される測距システムの用途に利用できる。
【符号の説明】
【0109】
１０ 発光装置
１０Ｌ 光
１０Ｌ１ 第１の光、参照光
１０Ｌ２ 第２の光、照射光
１０Ｌ３ 第３の光、物体光
１０Ｌ４ 第４の光、干渉光
２０ 光学系
２２ ビームスプリッタ
２４１ 第１レンズ
２４２ 第２レンズ
２６ ミラー
３０ 光検出器
４０ 処理回路
５０ 光スキャナ
１００、３００、４００ 計測装置
２００ 車両
１５０ 他のセンサ
１０Ｌ 光
１０Ｌ１ 第１の光、参照光
１０Ｌ２ 第２の光、照射光
１０Ｌ３ 第３の光、物体光
１０Ｌ４ 第４の光、干渉光
２０ 光学系
２２ ビームスプリッタ
２４１ 第１レンズ
２４２ 第２レンズ
２６ ミラー
３０ 光検出器
４０ 処理回路
５０ 光スキャナ
１００、３００、４００ 計測装置
２００ 車両
１５０ 他のセンサ
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】