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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】P2024121933
(43)【公開日】2024-09-09
(54)【発明の名称】処理装置、方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
G01S 7/497 20060101AFI20240902BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20240902BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20240902BHJP
【ＦＩ】
G01S7/497
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
G01S7/481 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023029184
(22)【出願日】2023-02-28
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【氏名又は名称】矢作 和行
(74)【代理人】
【識別番号】100121991
【弁理士】
【氏名又は名称】野々部 泰平
(74)【代理人】
【識別番号】100145595
【弁理士】
【氏名又は名称】久保 貴則
(72)【発明者】
【氏名】吉田 智成
【テーマコード（参考）】
2F112
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AD01
2F112BA06
2F112BA12
2F112CA05
2F112CA12
2F112DA04
2F112DA09
2F112DA15
2F112DA25
2F112DA28
2F112DA32
2F112EA05
2F112FA03
2F112FA21
2F112FA23
2F112FA45
2F112GA01
5J084AB01
5J084AD01
5J084BA04
5J084BA06
5J084BA07
5J084BA36
5J084BA40
5J084BA50
5J084BB01
5J084BB28
(57)【要約】
【課題】視差による距離誤差の影響が抑制された距離情報を安定的に提供可能な処理装置を提供する。
【解決手段】処理装置３は、光ビームを測定領域ＭＡへ向けて投光する投光ユニット１０と、投光ユニット１０とはずれた位置に配置され、物体ＯＢＪによって反射された光ビームを受光する受光ユニット３０と、を備えるＬｉＤＡＲ２のセンシングデータを処理する。処理装置３は、投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆと、受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆとを、記憶する少なくとも１つのメモリ３ａと、プロセッサ３ｂと、を備える。プロセッサ３ｂは、光ビームの光路について、焦点位置Ｐｔｆを起点とし、焦点位置Ｐｒｆを終点とする近似に基づき、投光ユニット１０と受光ユニット３１との位置のずれに起因した物体ＯＢＪの距離誤差が補正された補正距離情報を、ＬｉＤＡＲ２から物体ＯＢＪまでの距離情報として出力可能に構成される。
【選択図】図６
【解決手段】処理装置３は、光ビームを測定領域ＭＡへ向けて投光する投光ユニット１０と、投光ユニット１０とはずれた位置に配置され、物体ＯＢＪによって反射された光ビームを受光する受光ユニット３０と、を備えるＬｉＤＡＲ２のセンシングデータを処理する。処理装置３は、投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆと、受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆとを、記憶する少なくとも１つのメモリ３ａと、プロセッサ３ｂと、を備える。プロセッサ３ｂは、光ビームの光路について、焦点位置Ｐｔｆを起点とし、焦点位置Ｐｒｆを終点とする近似に基づき、投光ユニット１０と受光ユニット３１との位置のずれに起因した物体ＯＢＪの距離誤差が補正された補正距離情報を、ＬｉＤＡＲ２から物体ＯＢＪまでの距離情報として出力可能に構成される。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源（１１）から投光レンズ系（１２）を通じて光ビームを測定領域（ＭＡ）へ向けて投光する投光ユニット（１０）と、前記投光ユニットとはずれた位置に配置され、前記測定領域の測定対象物（ＯＢＪ）によって反射された前記光ビームを、受光レンズ系（３１）を通じて受光素子（３２）で受光する受光ユニット（３０）と、を備える光学センサ（２）のセンシングデータを処理する処理装置であって、
前記投光レンズ系の焦点位置（Ｐｔｆ）と、前記受光レンズ系の焦点位置（Ｐｒｆ）とを、記憶する少なくとも１つの記憶媒体（３ａ）と、
前記センシングデータ、前記投光レンズ系の焦点位置及び前記受光レンズ系の焦点位置を取得して処理を実行可能に構成される少なくとも１つのプロセッサ（３ｂ）と、を備え、
前記少なくとも１つのプロセッサは、
前記光ビームの光路について、前記投光レンズ系の焦点位置を起点とし、前記受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似に基づき、前記投光ユニットと前記受光ユニットとの位置のずれに起因した前記測定対象物の距離誤差が補正された補正距離情報を、前記光学センサから前記測定対象物までの距離情報として出力可能に構成される処理装置。
前記投光レンズ系の焦点位置（Ｐｔｆ）と、前記受光レンズ系の焦点位置（Ｐｒｆ）とを、記憶する少なくとも１つの記憶媒体（３ａ）と、
前記センシングデータ、前記投光レンズ系の焦点位置及び前記受光レンズ系の焦点位置を取得して処理を実行可能に構成される少なくとも１つのプロセッサ（３ｂ）と、を備え、
前記少なくとも１つのプロセッサは、
前記光ビームの光路について、前記投光レンズ系の焦点位置を起点とし、前記受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似に基づき、前記投光ユニットと前記受光ユニットとの位置のずれに起因した前記測定対象物の距離誤差が補正された補正距離情報を、前記光学センサから前記測定対象物までの距離情報として出力可能に構成される処理装置。
【請求項2】
前記少なくとも１つのプロセッサは、
前記光ビームの飛行時間に基づく測定光路長を取得することと、
前記測定光路長に応じた大きさを備え、前記投光レンズ系の焦点位置及び前記受光レンズ系の焦点位置を焦点とした仮想楕円（ＶＥ）を、前記測定対象物の候補位置として特定することと、
前記センシングデータに含まれる受光画素位置に基づき、前記候補位置から前記測定対象物の推定位置（Ｐｄ）を算出することと、
前記投光レンズ系の焦点位置から前記推定位置までの距離と、前記推定位置から前記受光レンズ系の焦点位置までの距離の和に基づいた距離情報を、前記補正距離情報として出力することと、を実行するように構成される請求項１に記載の処理装置。
前記光ビームの飛行時間に基づく測定光路長を取得することと、
前記測定光路長に応じた大きさを備え、前記投光レンズ系の焦点位置及び前記受光レンズ系の焦点位置を焦点とした仮想楕円（ＶＥ）を、前記測定対象物の候補位置として特定することと、
前記センシングデータに含まれる受光画素位置に基づき、前記候補位置から前記測定対象物の推定位置（Ｐｄ）を算出することと、
前記投光レンズ系の焦点位置から前記推定位置までの距離と、前記推定位置から前記受光レンズ系の焦点位置までの距離の和に基づいた距離情報を、前記補正距離情報として出力することと、を実行するように構成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項3】
前記投光レンズ系の光軸（ＯＡｔ）と前記受光レンズ系の光軸（ＯＡｒ）とは、平行に配置されており、
前記光ビームの飛行時間に基づく測定光路長をＬｍ、前記投光レンズ系の焦点位置から前記測定対象物までの距離をＬｔ２、前記測定対象物から前記受光レンズ系の焦点位置までの距離をＬｒ２、前記センシングデータに含まれる受光画素位置で受光される光線が前記受光レンズ系の光軸に対してなす角度をθｒ、前記光線が前記測定対象物に反射される前において前記投光レンズ系の光軸に対してなす角度をθｔ、前記投光レンズ系の焦点位置と前記受光レンズ系の焦点位置との距離をＬｂと、それぞれ定義すると、
前記少なくとも１つのプロセッサは、
Ｌｍ＝Ｌｔ２＋Ｌｒ２
Ｌｔ２・ｃｏｓθｔ＝Ｌｒ２・ｃｏｓθｒ
Ｌｔ２・ｓｉｎθｔ＋Ｌｒ２・ｓｉｎθｒ＝Ｌｂ
の３つの連立方程式から、未知数であるＬｔ２，Ｌｒ２，θｔを算出することにより、前記補正距離情報を出力することを、実行するように構成される請求項１に記載の処理装置。
前記光ビームの飛行時間に基づく測定光路長をＬｍ、前記投光レンズ系の焦点位置から前記測定対象物までの距離をＬｔ２、前記測定対象物から前記受光レンズ系の焦点位置までの距離をＬｒ２、前記センシングデータに含まれる受光画素位置で受光される光線が前記受光レンズ系の光軸に対してなす角度をθｒ、前記光線が前記測定対象物に反射される前において前記投光レンズ系の光軸に対してなす角度をθｔ、前記投光レンズ系の焦点位置と前記受光レンズ系の焦点位置との距離をＬｂと、それぞれ定義すると、
前記少なくとも１つのプロセッサは、
Ｌｍ＝Ｌｔ２＋Ｌｒ２
Ｌｔ２・ｃｏｓθｔ＝Ｌｒ２・ｃｏｓθｒ
Ｌｔ２・ｓｉｎθｔ＋Ｌｒ２・ｓｉｎθｒ＝Ｌｂ
の３つの連立方程式から、未知数であるＬｔ２，Ｌｒ２，θｔを算出することにより、前記補正距離情報を出力することを、実行するように構成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項4】
前記少なくとも１つの記憶媒体は、前記光源の発光位置に個別に対応した前記受光素子上の検出結果分布波形（ＷＦ）を示す受光プロファイルを、さらに記憶し、
前記少なくとも１つのプロセッサは、
前記光ビームの飛行時間に基づく測定光路長を取得することと、
前記測定光路長に応じた大きさを備え、前記投光レンズ系の焦点位置及び前記受光レンズ系の焦点位置を焦点とした仮想楕円（ＶＥ）を、想定することと、
前記仮想楕円と、前記センシングデータに含まれる画素レベルの受光画素位置とに基づき、前記光ビームが前記投光レンズ系の光軸（ＯＡｔ）に対してなす角度を特定することと、
前記角度に基づき、前記測定対象物によって反射された前記光ビームの前記発光位置を特定することと、
前記発光位置に個別に対応した分布波形を示す前記受光プロファイルと前記センシングデータとをマッチングし、前記受光素子上の受光強度が最大となる高精度受光位置を前記受光画素位置よりも高い精度で特定することと、
前記仮想楕円を、前記発光位置と前記高精度受光位置を焦点とした置換仮想楕円に置換した形態により、前記置換仮想楕円の候補位置から前記測定対象物の推定位置を算出することと、
前記発光位置から前記推定位置までの距離と、前記推定位置から前記高精度受光位置までの距離の和に基づいた距離情報を、前記測定対象物の距離情報として出力することと、を実行するように構成される請求項１に記載の処理装置。
前記少なくとも１つのプロセッサは、
前記光ビームの飛行時間に基づく測定光路長を取得することと、
前記測定光路長に応じた大きさを備え、前記投光レンズ系の焦点位置及び前記受光レンズ系の焦点位置を焦点とした仮想楕円（ＶＥ）を、想定することと、
前記仮想楕円と、前記センシングデータに含まれる画素レベルの受光画素位置とに基づき、前記光ビームが前記投光レンズ系の光軸（ＯＡｔ）に対してなす角度を特定することと、
前記角度に基づき、前記測定対象物によって反射された前記光ビームの前記発光位置を特定することと、
前記発光位置に個別に対応した分布波形を示す前記受光プロファイルと前記センシングデータとをマッチングし、前記受光素子上の受光強度が最大となる高精度受光位置を前記受光画素位置よりも高い精度で特定することと、
前記仮想楕円を、前記発光位置と前記高精度受光位置を焦点とした置換仮想楕円に置換した形態により、前記置換仮想楕円の候補位置から前記測定対象物の推定位置を算出することと、
前記発光位置から前記推定位置までの距離と、前記推定位置から前記高精度受光位置までの距離の和に基づいた距離情報を、前記測定対象物の距離情報として出力することと、を実行するように構成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項5】
前記少なくとも１つの記憶媒体は、前記光源の発光位置に個別に対応した前記受光素子上の検出結果分布波形（ＷＦ）を示す受光プロファイルを、さらに記憶し、
前記投光レンズ系の光軸（ＯＡｔ）と前記受光レンズ系の光軸（ＯＡｒ）とは、平行に配置されており、
前記光ビームの飛行時間に基づく測定光路長をＬｍ、前記投光レンズ系の焦点位置から前記測定対象物までの距離をＬｔ２、前記測定対象物から前記受光レンズ系の焦点位置までの距離をＬｒ２、前記センシングデータに含まれる受光画素位置で受光される光線が前記受光レンズ系の光軸に対してなす角度をθｒ、前記光線が前記測定対象物に反射される前において前記投光レンズ系の光軸に対してなす角度をθｔ、前記投光レンズ系の焦点位置と前記受光レンズ系の焦点位置との距離をＬｂと、それぞれ定義すると、
前記少なくとも１つのプロセッサは、
Ｌｍ＝Ｌｔ２＋Ｌｒ２
Ｌｔ２・ｃｏｓθｔ＝Ｌｒ２・ｃｏｓθｒ
Ｌｔ２・ｓｉｎθｔ＋Ｌｒ２・ｓｉｎθｒ＝Ｌｂ
の３つの連立方程式から、未知数であるＬｔ２，Ｌｒ２，θｔを算出することと、
θｔを用いて前記測定対象物によって反射された前記光ビームの前記発光位置を特定することと、
前記発光位置に個別に対応した分布波形を示す前記受光プロファイルと前記センシングデータとをマッチングし、前記受光素子上の受光強度が最大となる高精度受光位置を前記受光画素位置よりも高い精度で特定することと、
前記３つの連立方程式におけるＬｂを、前記発光位置と前記高精度受光位置との距離Ｌｂｄに置換した上で、未知数であるＬｔ２，Ｌｒ２，θｔを再度算出することにより、前記補正距離情報を出力することを、実行するように構成される請求項１に記載の処理装置。
前記投光レンズ系の光軸（ＯＡｔ）と前記受光レンズ系の光軸（ＯＡｒ）とは、平行に配置されており、
前記光ビームの飛行時間に基づく測定光路長をＬｍ、前記投光レンズ系の焦点位置から前記測定対象物までの距離をＬｔ２、前記測定対象物から前記受光レンズ系の焦点位置までの距離をＬｒ２、前記センシングデータに含まれる受光画素位置で受光される光線が前記受光レンズ系の光軸に対してなす角度をθｒ、前記光線が前記測定対象物に反射される前において前記投光レンズ系の光軸に対してなす角度をθｔ、前記投光レンズ系の焦点位置と前記受光レンズ系の焦点位置との距離をＬｂと、それぞれ定義すると、
前記少なくとも１つのプロセッサは、
Ｌｍ＝Ｌｔ２＋Ｌｒ２
Ｌｔ２・ｃｏｓθｔ＝Ｌｒ２・ｃｏｓθｒ
Ｌｔ２・ｓｉｎθｔ＋Ｌｒ２・ｓｉｎθｒ＝Ｌｂ
の３つの連立方程式から、未知数であるＬｔ２，Ｌｒ２，θｔを算出することと、
θｔを用いて前記測定対象物によって反射された前記光ビームの前記発光位置を特定することと、
前記発光位置に個別に対応した分布波形を示す前記受光プロファイルと前記センシングデータとをマッチングし、前記受光素子上の受光強度が最大となる高精度受光位置を前記受光画素位置よりも高い精度で特定することと、
前記３つの連立方程式におけるＬｂを、前記発光位置と前記高精度受光位置との距離Ｌｂｄに置換した上で、未知数であるＬｔ２，Ｌｒ２，θｔを再度算出することにより、前記補正距離情報を出力することを、実行するように構成される請求項１に記載の処理装置。
【請求項6】
光源（１１）から投光レンズ系（１２）を通じて光ビームを測定領域（ＭＡ）へ向けて投光する投光ユニット（１０）と、前記投光ユニットとはずれた位置に配置され、前記測定領域の測定対象物（ＯＢＪ）によって反射された前記光ビームを、受光レンズ系（３１）を通じて受光素子（３２）で受光する受光ユニット（３０）と、を備える光学センサ（２）のセンシングデータを処理する、少なくとも１つのプロセッサにより実行される方法であって、
前記センシングデータを取得することと、
前記投光レンズ系の焦点位置（Ｐｔｆ）と、前記受光レンズ系の焦点位置（Ｐｒｆ）とを、記憶媒体（３ａ）から取得することと、
前記光ビームの光路について、前記投光レンズ系の焦点位置を起点とし、前記受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似を実行することと、
前記近似に基づいて、前記投光ユニットと前記受光ユニットとの位置のずれに起因した前記測定対象物の距離誤差を補正し、補正距離情報を、前記光学センサから前記測定対象物までの距離情報として出力することと、を含む方法。
前記センシングデータを取得することと、
前記投光レンズ系の焦点位置（Ｐｔｆ）と、前記受光レンズ系の焦点位置（Ｐｒｆ）とを、記憶媒体（３ａ）から取得することと、
前記光ビームの光路について、前記投光レンズ系の焦点位置を起点とし、前記受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似を実行することと、
前記近似に基づいて、前記投光ユニットと前記受光ユニットとの位置のずれに起因した前記測定対象物の距離誤差を補正し、補正距離情報を、前記光学センサから前記測定対象物までの距離情報として出力することと、を含む方法。
【請求項7】
光源（１１）から投光レンズ系（１２）を通じて光ビームを測定領域（ＭＡ）へ向けて投光する投光ユニット（１０）と、前記投光ユニットとはずれた位置に配置され、前記測定領域の測定対象物（ＯＢＪ）によって反射された前記光ビームを、受光レンズ系（３１）を通じて受光素子（３２）で受光する受光ユニット（３０）と、を備える光学センサ（２）のセンシングデータを処理するプログラムであって、
少なくとも１つのプロセッサに、
前記センシングデータを取得することと、
前記投光レンズ系の焦点位置（Ｐｔｆ）と、前記受光レンズ系の焦点位置（Ｐｒｆ）とを、記憶媒体（３ａ）から取得することと、
前記光ビームの光路について、前記投光レンズ系の焦点位置を起点とし、前記受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似を実行することと、
前記近似に基づいて、前記投光ユニットと前記受光ユニットとの位置のずれに起因した前記測定対象物の距離誤差を補正し、補正距離情報を、前記光学センサから前記測定対象物までの距離情報として出力することと、を実行させるように構成されるプログラム。
少なくとも１つのプロセッサに、
前記センシングデータを取得することと、
前記投光レンズ系の焦点位置（Ｐｔｆ）と、前記受光レンズ系の焦点位置（Ｐｒｆ）とを、記憶媒体（３ａ）から取得することと、
前記光ビームの光路について、前記投光レンズ系の焦点位置を起点とし、前記受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似を実行することと、
前記近似に基づいて、前記投光ユニットと前記受光ユニットとの位置のずれに起因した前記測定対象物の距離誤差を補正し、補正距離情報を、前記光学センサから前記測定対象物までの距離情報として出力することと、を実行させるように構成されるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この明細書による開示は、光学センサを用いた測距技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、光学センサを用いた測距技術が知られている。投光ユニットと受光ユニットとが互いにずれた位置に配置された非同軸型の光学センサでは、両ユニットの視差による距離誤差が発生する。そこで特許文献１では、投光ユニット及び受光ユニットの配置情報を用いて、当該距離誤差を補正している。具体的に、遠距離では同軸系であると仮定し、近距離では反復処理で補正を実行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１２１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１の技術では、近距離において数値が条件を満たすまで反復処理が用いられるため、当該反復処理に時間や負荷がかかってしまうことがある。このため、距離情報を安定的に提供することにおいて、課題があった。
【0005】
この明細書の開示による目的のひとつは、視差による距離誤差の影響が抑制された距離情報を安定的に提供可能な処理装置、方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
ここに開示された態様のひとつは、光源（１１）から投光レンズ系（１２）を通じて光ビームを測定領域（ＭＡ）へ向けて投光する投光ユニット（１０）と、投光ユニットとはずれた位置に配置され、測定領域の測定対象物（ＯＢＪ）によって反射された光ビームを、受光レンズ系（３１）を通じて受光素子（３２）で受光する受光ユニット（３０）と、を備える光学センサ（２）のセンシングデータを処理する処理装置であって、
投光レンズ系の焦点位置（Ｐｔｆ）と、受光レンズ系の焦点位置（Ｐｒｆ）とを、記憶する少なくとも１つの記憶媒体（３ａ）と、
センシングデータ、投光レンズ系の焦点位置及び受光レンズ系の焦点位置を取得して処理を実行可能に構成される少なくとも１つのプロセッサ（３ｂ）と、を備え、
少なくとも１つのプロセッサは、
光ビームの光路について、投光レンズ系の焦点位置を起点とし、受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似に基づき、投光ユニットと受光ユニットとの位置のずれに起因した測定対象物の距離誤差が補正された補正距離情報を、光学センサから測定対象物までの距離情報として出力可能に構成される。
投光レンズ系の焦点位置（Ｐｔｆ）と、受光レンズ系の焦点位置（Ｐｒｆ）とを、記憶する少なくとも１つの記憶媒体（３ａ）と、
センシングデータ、投光レンズ系の焦点位置及び受光レンズ系の焦点位置を取得して処理を実行可能に構成される少なくとも１つのプロセッサ（３ｂ）と、を備え、
少なくとも１つのプロセッサは、
光ビームの光路について、投光レンズ系の焦点位置を起点とし、受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似に基づき、投光ユニットと受光ユニットとの位置のずれに起因した測定対象物の距離誤差が補正された補正距離情報を、光学センサから測定対象物までの距離情報として出力可能に構成される。
【0007】
また、開示された態様の他のひとつは、光源（１１）から投光レンズ系（１２）を通じて光ビームを測定領域（ＭＡ）へ向けて投光する投光ユニット（１０）と、投光ユニットとはずれた位置に配置され、測定領域の測定対象物（ＯＢＪ）によって反射された光ビームを、受光レンズ系（３１）を通じて受光素子（３２）で受光する受光ユニット（３０）と、を備える光学センサ（２）のセンシングデータを処理する、少なくとも１つのプロセッサにより実行される方法であって、
センシングデータを取得することと、
投光レンズ系の焦点位置（Ｐｔｆ）と、受光レンズ系の焦点位置（Ｐｒｆ）とを、記憶媒体（３ａ）から取得することと、
光ビームの光路について、投光レンズ系の焦点位置を起点とし、受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似を実行することと、
近似に基づいて、投光ユニットと受光ユニットとの位置のずれに起因した測定対象物の距離誤差を補正し、補正距離情報を、光学センサから測定対象物までの距離情報として出力することと、を含む。
センシングデータを取得することと、
投光レンズ系の焦点位置（Ｐｔｆ）と、受光レンズ系の焦点位置（Ｐｒｆ）とを、記憶媒体（３ａ）から取得することと、
光ビームの光路について、投光レンズ系の焦点位置を起点とし、受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似を実行することと、
近似に基づいて、投光ユニットと受光ユニットとの位置のずれに起因した測定対象物の距離誤差を補正し、補正距離情報を、光学センサから測定対象物までの距離情報として出力することと、を含む。
【0008】
また、開示された態様の他のひとつは、光源（１１）から投光レンズ系（１２）を通じて光ビームを測定領域（ＭＡ）へ向けて投光する投光ユニット（１０）と、投光ユニットとはずれた位置に配置され、測定領域の測定対象物（ＯＢＪ）によって反射された光ビームを、受光レンズ系（３１）を通じて受光素子（３２）で受光する受光ユニット（３０）と、を備える光学センサ（２）のセンシングデータを処理するプログラムであって、
少なくとも１つのプロセッサに、
センシングデータを取得することと、
投光レンズ系の焦点位置（Ｐｔｆ）と、受光レンズ系の焦点位置（Ｐｒｆ）とを、記憶媒体（３ａ）から取得することと、
光ビームの光路について、投光レンズ系の焦点位置を起点とし、受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似を実行することと、
近似に基づいて、投光ユニットと受光ユニットとの位置のずれに起因した測定対象物の距離誤差を補正し、補正距離情報を、光学センサから測定対象物までの距離情報として出力することと、を実行させるように構成される。
少なくとも１つのプロセッサに、
センシングデータを取得することと、
投光レンズ系の焦点位置（Ｐｔｆ）と、受光レンズ系の焦点位置（Ｐｒｆ）とを、記憶媒体（３ａ）から取得することと、
光ビームの光路について、投光レンズ系の焦点位置を起点とし、受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似を実行することと、
近似に基づいて、投光ユニットと受光ユニットとの位置のずれに起因した測定対象物の距離誤差を補正し、補正距離情報を、光学センサから測定対象物までの距離情報として出力することと、を実行させるように構成される。
【0009】
これらの態様によると、光学センサから測定対象物までの距離情報を出力するにあたって、投光ユニットと受光ユニットとの位置のずれに起因した測定対象物の距離誤差が補正される。この補正は、光ビームの光路について、投光レンズ系の焦点位置を起点とし、受光レンズ系の焦点位置を終点とする近似に基づいて実行される。この近似の採用により、補正演算における数値が収束ないし条件を満たすまでの反復処理により時間や負荷がかかってしまうことが抑制される。距離情報を出力するための時間や負荷が大幅に軽減される結果、距離情報を安定的に提供することができるようになる。
【0010】
なお、特許請求の範囲等に含まれる括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】ＬｉＤＡＲの車両への搭載状態を示す図。
【図2】物体検知システムを示すブロック図。
【図3】ＬｉＤＡＲの構成を示す模式図。
【図4】光源を示す図。
【図5】受光素子を説明する図。
【図6】処理装置の機能的構成を示すブロック図。
【図7】仮想楕円を説明する図。
【図8】処理装置による処理方法の例を示すフローチャート。
【図9】補正演算がない場合の距離誤差を示すグラフ。
【図10】補正演算がない場合の距離誤差を示すグラフ。
【図11】処理装置の機能的構成を示すブロック図。
【図12】発光位置及び受光位置の特定を説明する図。
【図13】処理装置による処理方法の例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
【0013】
（第１実施形態）
図１，２に示すように、本開示の第１実施形態による物体検知システム１は、移動体としての車両ＥＶに搭載されている。物体検知システム１は、車両ＥＶの周辺の物体ＯＢＪを検知する。物体検知システム１が検知した物体ＯＢＪの情報は、車両ＥＶのＨＭＩシステムを通じて例えばドライバ等の乗員へ情報提供されてもよい。また、物体検知システム１が検知した物体ＯＢＪの情報は、車両ＥＶの自動運転システム又は運転支援システムによる自動運転又は運転支援に用いられる。図２に示すように、物体検知システム１は、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging/Laser imaging Detection and Ranging）２及び処理装置３を含む構成である。
図１，２に示すように、本開示の第１実施形態による物体検知システム１は、移動体としての車両ＥＶに搭載されている。物体検知システム１は、車両ＥＶの周辺の物体ＯＢＪを検知する。物体検知システム１が検知した物体ＯＢＪの情報は、車両ＥＶのＨＭＩシステムを通じて例えばドライバ等の乗員へ情報提供されてもよい。また、物体検知システム１が検知した物体ＯＢＪの情報は、車両ＥＶの自動運転システム又は運転支援システムによる自動運転又は運転支援に用いられる。図２に示すように、物体検知システム１は、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging/Laser imaging Detection and Ranging）２及び処理装置３を含む構成である。
【0014】
図３に示すＬｉＤＡＲ２は、光ビームを測定領域ＭＡへ向けて投光し、測定対象物である物体ＯＢＪからの反射光を検出する光学センサである。ＬｉＤＡＲ２は、物体ＯＢＪの距離を測定する光測距装置にも相当する。図１に示すように、ＬｉＤＡＲ２は、例えば図１に示すように車両ＥＶのフロントウインドシールド上端部に設置され、車両ＥＶの前方の測定領域ＭＡへ光を走査して物体ＯＢＪを検出することが可能である。測定対象物として検出される物体ＯＢＪは、例えば他車両、歩行者等である。図２に示すように、ＬｉＤＡＲ２は、投光ユニット１０、走査ユニット２０、受光ユニット３０及びコントローラ４０を含む構成である。
【0015】
投光ユニット１０は、光源１１から投光レンズ系１２を通じて光ビームを測定領域ＭＡへ向けて投光する。投光ユニット１０は、光源１１及び投光レンズ系１２を含む構成である。
【0016】
光源１１は、例えばレーザダイオード（ＬＤ，Laser Diode）等のレーザ発振素子であってよい。光源１１は、ＬＥＤであってもよい。光源１１は、コントローラ４０からの電気信号に応じた発光タイミングにて、発光可能である。発光される光の波長は、近赤外光等の可視光以外の波長であってよい。
【0017】
光源１１は、図４に示すように、複数の発光素子１１ａ（発光画素ともいう）を１次元又は２次元に配列した構成であってよい。本実施形態における光源１１は、発光素子１１ａとしてのＬＤを互いに間隔を空けて（離散的に）１次元に配列した発光素子アレイである。
【0018】
投光レンズ系１２は、光源１１から発光された光を集光し、測定領域ＭＡへ向けてビーム状の光ビームを投光する。投光レンズ系１２は、１つ又は複数のレンズを含む構成である。投光レンズ系１２は、ミラーレンズ等の反射素子を含む構成であってもよい。
【0019】
走査ユニット２０は、投光ユニット１０からの投光ビームを測定領域ＭＡの範囲で走査する。走査ユニット２０は、例えば走査ミラー２１を含む構成である。走査ミラー２１は、駆動モータ及び反射体を含む構成である。駆動モータは、コントローラ４０からの電気信号に応じた回転量及び回転速度にて、反射体の回転軸を駆動する。反射体は、投光ビームを測定領域ＭＡへ向けて反射する反射面を有するミラーである。反射面は、例えば平面状に形成されている。
【0020】
受光ユニット３０は、測定領域ＭＡの物体ＯＢＪに反射されて戻ってくる光ビームを、受光レンズ系３１を通じて受光素子３２で受光する。受光ユニット３０は、受光レンズ系３１、受光素子３２及びデコーダ３３を含む構成である。
【0021】
受光レンズ系３１は、測定領域ＭＡの物体ＯＢＪに反射され、さらに走査ミラー２１に反射された光ビームを集光し、受光素子３２に入射させる。受光レンズ系３１は、１つ又は複数のレンズを含む構成である。受光レンズ系３１は、ミラーレンズ等の反射素子を含む構成であってもよい。
【0022】
受光素子３２は、受光レンズ系３１によって集光された反射光を受光して検出する。受光素子３２は、例えば単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ，Single Photon Avalanche Diode）センサであってよい。図５に示すように受光素子３２は、複数のＳＰＡＤを検出面３２ｂ上に高度に集積化した状態で、受光画素３２ａを２次元配列して形成されている。
【0023】
ＳＰＡＤは、１つの光子を受光すると、アバランシェ倍増による電子倍増動作（いわゆるガイガーモード）により、１つの電気パルスを生成する。すなわち、ＳＰＡＤは、アナログ信号からデジタル信号へのＡＤ変換回路を介さずに、換言すると直接的に、デジタル信号としての電気パルスを発生させることができる。したがって、受光結果は高速に読み出し可能である。
【0024】
デコーダ３３は、ＳＰＡＤが生成した電気パルスを出力するために設けられ、選択回路及びクロック発振器を含む構成である。選択回路は、電気パルスを取り出す対象となるＳＰＡＤを、順次選択していく。選択されたＳＰＡＤは、電気パルスをコントローラ４０へ出力する。選択回路がＳＰＡＤを１回ずつ選択し終えると、１回のサンプリングが終了する。このサンプリング周期は、クロック回路から出力されるクロック周波数に応じたものとなる。
【0025】
コントローラ４０は、ＬｉＤＡＲ２の動作を制御する。コントローラ４０は、メモリ及びプロセッサを少なくとも１つずつ有したコンピュータにより実現されていてもよい。コントローラ４０は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等によって実現されていてもよい。
【0026】
具体的に、コントローラ４０は、投光ユニット１０における光源１１の発光と、走査ユニット２０における走査ミラー２１の向きとを、連動するように制御する。さらにコントローラ４０は、デコーダ３３によるサンプリング動作を制御してもよい。コントローラ４０は、投光ユニット１０、走査ユニット２０及び受光ユニット３０の制御データ、及び受光ユニット３０のサンプリング結果ないしこれを処理したデータを、センシングデータとして処理装置３へ出力可能に構成されている。
【0027】
ここで図３に示すように、投光ユニット１０と受光ユニット３０とは、共通のハウジング２ａに収容され、互いにずれた位置に配置されている。投光ユニット１０と受光ユニット３０とは、光軸ＯＡｔ，ＯＡｒ（図７参照）を互いに実質平行に構成する非同軸系をなし、並ぶように配置されている。両ユニット１０，３０の並び方向は、光源１１における発光素子１１ａの配列方向及び受光素子３２の長手方向と、実質的に一致している。ハウジング２ａは、光ビームを透過させる窓部を有している。なお、走査ミラー２１は、ハウジング２ａに収容され、投光レンズ系１２、及び受光レンズ系３１及びハウジング２ａの窓部と相対するように配置されるが、図３等では図示が省略されている。
【0028】
このような非同軸系をなす配置においては、光源１１の発光時刻から受光時刻までの時間を距離の２倍に単純換算すると、実際の物体ＯＢＪとの距離誤差が生じ得る。ここでいう単純換算とは、距離の２倍＝光の速さ×時間の式による換算である。この距離誤差は、投光ユニット１０と受光ユニット３０の視差に起因する誤差である。測定領域ＭＡの物体ＯＢＪが近距離に存在する程、距離誤差の影響は大きくなる。
【0029】
処理装置３は、ＬｉＤＡＲ２から取得したセンシングデータを処理し、測定領域ＭＡの物体ＯＢＪの距離に関する演算を行う電子制御装置である。この演算は、物体ＯＢＪの距離を、上述の投光ユニット１０及び受光ユニット３０の配置を考慮して補正する補正演算を含む。処理装置３は、このような補正演算に基づき、距離情報を車両ＥＶの自動運転システム又は運転支援システム、ドライバ等への報知システム、イベントデータレコーダ等の記録装置、さらには車両ＥＶの外部に存在する管理センタ、クラウドサーバ等へ出力して提供可能に構成されている。距離情報は、例えば物体ＯＢＪの距離の値そのものであってもよく、例えば物体ＯＢＪのＬｉＤＡＲ２に対する相対座標等、距離を容易に算出可能なデータであってもよい。なお、処理装置３は、さらにセンシングデータに基づき検出される物体ＯＢＪを画像処理し、反射強度画像、背景光画像等の画像を生成する機能を備えていてよい。
【0030】
処理装置３は、メモリ３ａ及びプロセッサ３ｂを少なくとも１つずつ有したコンピュータを含む構成であってよい。メモリ３ａは、プロセッサ３ｂにより読み取り可能なプログラム及びデータ等を非一時的に記憶する、例えば半導体メモリ、磁気媒体、及び光学媒体等のうち、少なくとも１種類の非遷移的実態的記憶媒体であってよい。さらにメモリ３ａとして、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等の書き換え可能な揮発性の記憶媒体が設けられていてもよい。プロセッサ３ｂは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、及びＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Computer）－ＣＰＵ等のうち、少なくとも１種類をコアとして含む。
【0031】
図６は、処理装置３による測距機能の機能的アーキテクチャを示す図である。処理装置３は、データ取得部５１、測定光路長近似部５２、物体位置算出部５３及び座標変換部５４を、プログラムを実行する少なくとも１つのプロセッサ３ｂにより実現される機能部として含む構成である。
【0032】
データ取得部５１は、ＬｉＤＡＲ２から最新のセンシングデータを逐次取得する。このセンシングデータは、投光ユニット１０及び受光ユニット３０の配置を考慮していない、補正前のデータである。
【0033】
処理装置３が物体ＯＢＪの測定光路長を算出することを機能に含む場合、上述のサンプリング結果がセンシングデータとして取得される。すなわち、データ取得部５１は、サンプリング結果に基づき、ＴｏＦ（Time of Flight）方式により物体の距離を測定する。詳細に、データ取得部５１は、電気パルスが検出された回数を時刻毎にヒストグラム化し、光源の発光時刻から当該ヒストグラムがピークを示す時刻までの時間を測定光路長（距離の２倍に対応）に単純換算する。すなわちデータ取得部５１が補正演算適用前の測定光路長自体を算出する。
【0034】
一方でＬｉＤＡＲ２が物体ＯＢＪの補正演算適用前の測定光路長を算出することを機能に含んでいる場合、データ取得部５１は、ＬｉＤＡＲ２にて算出された測定光路長をセンシングデータとして取得する。データ取得部５１は、さらに当該測定光路長を測定したときの受光画素３２ａの情報を、センシングデータとして取得する。受光画素３２ａの情報は、受光画素３２ａ毎の検出回数である。受光画素３２ａの情報は、通常、ノイズを低減するため、互いに隣接する複数のＳＰＡＤからなる領域を１つの受光画素３２ａとみなし、当該受光画素３２ａを構成する各ＳＰＡＤの検出回数を合計ないし平均したデータであってよい。１つのＳＰＡＤないし受光画素３２ａよりも小さな単位をなす複数のＳＰＡＤは、サブ画素と称されてもよい。
【0035】
測定光路長近似部５２は、メモリ３ａに記憶された焦点位置データ６１に基づき、測定光路長の近似を実施する。焦点位置データ６１は、投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆ及び受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆの情報を含む。焦点位置データ６１は、メモリ３ａにプログラムと同様に非一時的に記憶されていてもよい。焦点位置データ６１は、使用される段階で、車両ＥＶ内部の他の装置又は車両外部から取得され、メモリ３ａに一時的に記憶されてもよい。
【0036】
以下に測定光路長の近似方法を、図７を用いて詳細に説明する。実際の測定光路長Ｌｍは、以下の数式１で表される。
【0037】
Ｌｍ＝Ｌｔ１＋Ｌｔ２＋Ｌｒ２＋Ｌｒ１ （数式１）
ここで、Ｌｔ１は、発光画素の位置Ｐｔ１からまでの投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆまでの距離である。すなわち、Ｌｔ１＝｜Ｐｔ１―Ｐｔｆ｜である。Ｌｔ２は、焦点位置Ｐｔｆから物体ＯＢＪの位置Ｐｄまでの距離である。すなわち、Ｌｔ２＝｜Ｐｔｆ－Ｐｄ｜である。Ｌｒ２は、物体ＯＢＪの位置Ｐｄから受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆまでの距離である。すなわち、Ｌｒ２＝｜Ｐｒｆ－Ｐｄ｜である。Ｌｒ１は、焦点位置Ｐｒｆから受光画素３２ａの位置Ｐｒ１までの距離である。すなわち、Ｌｒ１＝｜Ｐｒｆ－Ｐｄ｜である。より厳密には、測定光路長は、投光レンズ系１２内及び受光レンズ系３１内でのレンズ媒質及び屈折の影響を受けるが、この数式１では当該影響が十分小さいとして省略されている。
ここで、Ｌｔ１は、発光画素の位置Ｐｔ１からまでの投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆまでの距離である。すなわち、Ｌｔ１＝｜Ｐｔ１―Ｐｔｆ｜である。Ｌｔ２は、焦点位置Ｐｔｆから物体ＯＢＪの位置Ｐｄまでの距離である。すなわち、Ｌｔ２＝｜Ｐｔｆ－Ｐｄ｜である。Ｌｒ２は、物体ＯＢＪの位置Ｐｄから受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆまでの距離である。すなわち、Ｌｒ２＝｜Ｐｒｆ－Ｐｄ｜である。Ｌｒ１は、焦点位置Ｐｒｆから受光画素３２ａの位置Ｐｒ１までの距離である。すなわち、Ｌｒ１＝｜Ｐｒｆ－Ｐｄ｜である。より厳密には、測定光路長は、投光レンズ系１２内及び受光レンズ系３１内でのレンズ媒質及び屈折の影響を受けるが、この数式１では当該影響が十分小さいとして省略されている。
【0038】
ここで、Ｌｔ１はＬｔ２より十分小さく、Ｌｒ１はＬｒ２より十分小さいとして、以下の数式２のようにＬｍはＬｍａに近似される。
【0039】
Ｌｍ≒Ｌｍａ＝Ｌｔ２＋Ｌｒ２ （数式２）
すなわち、数式２のように、光ビームの光路は、投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆを起点とし、受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆを終点とするように近似される。これにより、物体ＯＢＪの位置Ｐｄの候補は、Ｌｍａ，Ｐｔｆ，Ｐｒｆに基づいて決まる仮想楕円ＶＥ上に存在することとなる。仮想楕円ＶＥは、光軸ＯＡｔ，ＯＡｒと、光源１１と受光素子３２とが並ぶ並び方向とがなす平面上に想定されればよい。ここで想定される仮想楕円ＶＥは、投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆ及び受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆが当該仮想楕円ＶＥの焦点に相当し、近似された測定光路長Ｌｍａが長軸の長さの２倍に相当する仮想楕円であってよい。測定光路長近似部５２は、Ｌｍａに、データ取得部５１が取得した測定光路長を代入する。
すなわち、数式２のように、光ビームの光路は、投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆを起点とし、受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆを終点とするように近似される。これにより、物体ＯＢＪの位置Ｐｄの候補は、Ｌｍａ，Ｐｔｆ，Ｐｒｆに基づいて決まる仮想楕円ＶＥ上に存在することとなる。仮想楕円ＶＥは、光軸ＯＡｔ，ＯＡｒと、光源１１と受光素子３２とが並ぶ並び方向とがなす平面上に想定されればよい。ここで想定される仮想楕円ＶＥは、投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆ及び受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆが当該仮想楕円ＶＥの焦点に相当し、近似された測定光路長Ｌｍａが長軸の長さの２倍に相当する仮想楕円であってよい。測定光路長近似部５２は、Ｌｍａに、データ取得部５１が取得した測定光路長を代入する。
【0040】
物体位置算出部５３は、測定光路長近似部５２によって実質的に仮想楕円ＶＥ上に特定された候補位置を、データ取得部５１が取得した受光画素３２ａの情報を用いて、絞り込む。これにより、物体ＯＢＪの位置Ｐｄが算出される。
【0041】
具体的に、物体位置算出部５３は、物体ＯＢＪの位置Ｐｄで反射され焦点位置Ｐｒｆを通り、センシングデータとして取得された実際の受光画素３２ａの位置Ｐｔ２で受光される光線が受光レンズ系３１の光軸ＯＡｒに対してなす角度θｒを、算出する。角度θｒは、物体ＯＢＪの位置Ｐｄが特定できていない状態であっても、既知であるＰｒ１とＰｒｆとを結ぶ直線と光軸ＯＡｒを示す直線との関係から、容易に算出できる。なお、投光レンズ系１２及び受光レンズ系３１の光軸データ６２は、焦点位置データ６１と同様に、メモリ３ａに非一時的又は一時的に記憶されたデータである。
【0042】
そして、投光ユニット１０と受光ユニット３０とが互いに光軸ＯＡｔ，ＯＡｒを実質平行な状態にして並んでいるので、測定光路長Ｌｍのうち、光軸ＯＡｔ，ＯＡｒに沿った方向の成分について、以下の数式３が成立する。ここで、θｔは、センシングデータとして取得された実際の発光素子１１ａの位置Ｐｔ１から焦点位置Ｐｔｆを通り、物体ＯＢＪの位置Ｐｄへ投光される光線が投光レンズ系１２の光軸ＯＡｔに対してなす角度である。
【0043】
Ｌｔ２・ｃｏｓθｔ＝Ｌｒ２・ｃｏｓθｒ （数式３）
さらに、測定光路長Ｌｍのうち、光軸ＯＡｔ，ＯＡｒと垂直な方向の成分について、以下の数式４が成立する。ここで、数式４では、投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆと受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆとの距離がＰｂとされる。
さらに、測定光路長Ｌｍのうち、光軸ＯＡｔ，ＯＡｒと垂直な方向の成分について、以下の数式４が成立する。ここで、数式４では、投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆと受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆとの距離がＰｂとされる。
【0044】
Ｌｔ２・ｓｉｎθｔ＋Ｌｒ２・ｓｉｎθｒ＝Ｌｂ （数式４）
そして、数式２、数式３及び数式４の連立方程式（解析式とも称する）により、未知数であるＬｔ２、Ｌｒ２、θｔを解析的に解くことができる。物体ＯＢＪについて、仮想楕円ＶＥ上の候補位置は、これらの未知数が特定されることにより、位置Ｐｄに一意に推定されることとなる。
そして、数式２、数式３及び数式４の連立方程式（解析式とも称する）により、未知数であるＬｔ２、Ｌｒ２、θｔを解析的に解くことができる。物体ＯＢＪについて、仮想楕円ＶＥ上の候補位置は、これらの未知数が特定されることにより、位置Ｐｄに一意に推定されることとなる。
【0045】
座標変換部５４は、推定された物体ＯＢＪの位置Ｐｄを、距離座標原点Ｐｏを基準とした座標系に変換する。距離座標原点Ｐｏは、物体検知システム１に求められる仕様に基づき、予め設定される。例えば距離座標原点Ｐｏは、ハウジング２ａ上における、光軸ＯＡｔの延長線の交点と、光軸ＯＡｒの延長線の交点との中点に規定されてよい。
【0046】
そして、物体ＯＢＪの座標に代えて物体ＯＢＪの距離を出力する場合には、物体ＯＢＪの距離の出力値も、物体検知システム１に求められる仕様に基づき、予め設定される。例えば物体ＯＢＪの距離の出力値は、距離座標原点Ｐｏと物体ＯＢＪの位置Ｐｄとの距離であってもよく、当該距離の光軸ＯＡｔ，ＯＡｒに沿った方向の成分であってもよい。
【0047】
次に、処理装置３による処理方法の例を、図８のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１～５に示される一連の処理は、１回又は複数回のサンプリングが実施され、これに応じて物体ＯＢＪの距離を出力するために実施される。この一連の処理は、処理装置３の少なくとも１つのプロセッサ３ｂがプログラムを実行することにより、実施される。
【0048】
Ｓ１では、データ取得部５１は、測定光路長Ｌｍを取得する。Ｓ１の処理後、Ｓ２へ進む。
【0049】
Ｓ２では、測定光路長近似部５２は、Ｓ１にて取得した測定光路長Ｌｍを、上述の数式２のようにＬｍａに近似する。Ｓ２の処理後、Ｓ３へ進む。
【0050】
Ｓ３では、物体位置算出部５３は、解析式より未知数Ｌｔ２、Ｌｒ２、θｔを算出する。Ｓ３の処理後、Ｓ４へ進む。
【0051】
Ｓ４では、物体位置算出部５３は、物体ＯＢＪの位置Ｐｄを算出する。Ｓ４の処理後、Ｓ５へ進む。
【0052】
Ｓ５では、座標変換部５４は、Ｓ４で算出された位置Ｐｄを、距離座標原点Ｐｏを基準とした座標系に変換する。変換後の座標ないし距離が出力されることとなる。Ｓ５を以って一連の処理を終了する。
【0053】
図９，１０では、比較例として補正演算をしない場合に、理論上生じ得る距離誤差が示されている。図９，１０では、物体ＯＢＪの距離別に線種を分けて距離誤差が区別されている。θｒが大きくなる程、距離誤差は漸次大きくなる。また、焦点間距離Ｌｂが大きくなる程、距離誤差は漸次大きくなる。ところが、以上説明した補正方法により、距離誤差を略解消することができる。
【0054】
以上説明した第１実施形態によると、光学センサとしてのＬｉＤＡＲ２から測定対象物としての物体ＯＢＪまでの距離情報を出力するにあたって、投光ユニット１０と受光ユニット３０との位置のずれに起因した物体ＯＢＪの距離誤差が補正される。この補正は、光ビームの光路について、投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆを起点とし、受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆを終点とする近似に基づいて実行される。この近似の採用により、補正演算における数値が収束ないし条件を満たすまでの反復処理により時間や負荷がかかってしまうことが抑制される。距離情報を出力するための時間や負荷が大幅に軽減される結果、距離情報を安定的に提供することができるようになる。
【0055】
また、第１実施形態によると、光ビームの飛行時間に基づく測定光路長に応じた大きさを備え、焦点位置Ｐｔｆ，Ｐｒｆを焦点とした仮想楕円ＶＥが想定される。物体ＯＢＪの候補位置は、仮想楕円ＶＥ上に特定される。そして、センシングデータに含まれる受光画素位置に基づき、候補位置から物体ＯＢＪの位置として推定される位置Ｐｄが算出される。さらに、焦点位置Ｐｔｆから位置Ｐｄまでの距離と、位置Ｐｄから焦点位置Ｐｒｆまでの距離の和に基づいた距離情報が、補正距離情報として出力される。近似により仮想楕円ＶＥ上に候補位置が絞られるので、演算時間や演算負荷をさらに低減することができる。
【0056】
また、第１実施形態によると、数式２～４の３つの数式による連立方程式から、未知数であるＬｔ２，Ｌｒ２，θｔを算出することにより、補正距離情報が出力される。未知数の算出が連立方程式の解析により実行されるので、未知数を得るために複雑な複数のアルゴリズムを実行することが抑制される。故に、演算時間や演算負荷をさらに低減することができる。
【0057】
（第２実施形態）
図１１～１３に示すように、第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。
図１１～１３に示すように、第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。
【0058】
第２実施形態は、光源１１が互いに離散的に配置された複数の発光素子１１ａを備える場合に好適である。図１１に示す第２実施形態の処理装置２０３において物体位置算出部２５３は、光源データ６３及び波形データ６４を参照して、解析式を２回解くことで、物体ＯＢＪの位置Ｐｄの精度を高める。
【0059】
光源データ６３は、光源１１における発光素子１１ａの配置情報を含んでいる。光源データ６３は、発光の空間の広がり形状を示すデータ、すなわち各発光素子１１ａの放射角度に対する発光強度分布を含んでいてもよい。光源データ６３は、焦点位置データ６１及び光軸データ６２と同様に、メモリ３ａに非一時的又は一時的に記憶されたデータである。光源データ６３は、光源プロファイルと称されてもよい。
【0060】
波形データ６４は、各発光素子１１ａから投光された光ビームが測定領域ＭＡにて反射されて受光素子３２に受光された場合の、当該ビームの受光素子３２上の空間的な強度分布波形のデータを含んでいる。すなわち、波形データ６４は、各発光素子１１ａと個別に対応する複数の受光強度分布波形ＷＦ（図１２参照）を含む。この情報は、実際のＬｉＤＡＲ２において予め実験的に確認された強度分布波形のデータであってもよく、予めシミュレーションにより得られた強度分布波形のデータであってもよい。強度分布波形ＷＦは、ガウス分布形状をなしていてもよい。なお、受光素子３２がＳＰＡＤにより構成される場合、各受光画素３２ａの光子の検出回数が受光強度に対応する。このため、強度と検出回数とを総称する概念として、強度分布波形ＷＦは、分布波形を示す受光プロファイルと称されてもよい。
【0061】
物体位置算出部２５３は、第１実施形態と同様の方法により、１度、解析式を解き、未知数Ｌｔ２、Ｌｒ２、θｔを特定する。そして、物体位置算出部２５３は、θｔの値から、未知数によって示された光線が光源１１に離散的に配置された複数の発光素子１１ａのうちどの発光素子１１ａから発光された光線であるかを特定する。すなわち、発光画素の位置Ｐｔ１が特定される。
【0062】
そして図１２に示すように、物体位置算出部２５３は、センシングデータとして得られた実際の受光画素３２ａ毎の検出結果を、当該発光素子１１ａに個別に対応する波形データ６４とをマッチングする。波形データ６４がガウス分布形状であれば、そのピークの位置Ｐｒ１を特定することができる。これにより特定されるピークの位置Ｐｒ１は、受光画素レベルよりも高精度である、サブ画素レベルの精度を有する。
【0063】
そして、数式４における投光レンズ系１２の焦点位置Ｐｔｆと受光レンズ系３１の焦点位置Ｐｒｆとの距離としてのＬｂは、位置Ｐｔ１と位置Ｐｒ１との距離Ｌｂｄに置き換えられる。置換後の数式は以下の数式５で表される。ただし、数式５のＬｂｄは以下の数式６で表される。
【0064】
Ｌｔ２・ｓｉｎθｔ＋Ｌｒ２・ｓｉｎθｒ＝Ｌｂｄ （数式５）
Ｌｂｄ＝｜Ｐｔ１－Ｐｒ１｜ （数式６）
そして、物体位置算出部２５３は、解析式を再度解く。すなわち、数式２、数式３及び数式５の連立方程式により、未知数であるＬｔ２、Ｌｒ２、θｔを解析的に解くことができる。解析式の解き直しにより、物体ＯＢＪの位置Ｐｄをより高精度に算出することができる。この解析式の置換及び解き直しは、仮想楕円ＶＥを焦点位置Ｐｔｆ，Ｐｒｆ基準から、位置Ｐｔ１，Ｐｒ１基準に置換して演算し直すことに相当していてもよい。
Ｌｂｄ＝｜Ｐｔ１－Ｐｒ１｜ （数式６）
そして、物体位置算出部２５３は、解析式を再度解く。すなわち、数式２、数式３及び数式５の連立方程式により、未知数であるＬｔ２、Ｌｒ２、θｔを解析的に解くことができる。解析式の解き直しにより、物体ＯＢＪの位置Ｐｄをより高精度に算出することができる。この解析式の置換及び解き直しは、仮想楕円ＶＥを焦点位置Ｐｔｆ，Ｐｒｆ基準から、位置Ｐｔ１，Ｐｒ１基準に置換して演算し直すことに相当していてもよい。
【0065】
次に、処理装置３による処理方法の例を、図１３のフローチャートを用いて説明する。Ｓ１０１～１０３は、第１実施形態のＳ１～３と同様である。Ｓ１０３の処理後、Ｓ１０４へ進む。
【0066】
Ｓ１０４では、物体位置算出部２５３は、Ｓ１０３で得られたθｔから発光素子１１ａの位置Ｐｔ１を特定する。Ｓ１０４の処理後、Ｓ１０５へ進む。
【0067】
Ｓ１０５では、物体位置算出部２５３は、Ｓ１０４で得られた発光素子１１ａに対応した受光プロファイルより、ピークの位置Ｐｒ１を特定する。Ｓ１０５の処理後、Ｓ１０６へ進む。
【0068】
Ｓ１０６では、物体位置算出部２５３は、解析式の解き直しにより未知数Ｌｔ２、Ｌｒ２、θｔを算出する。Ｓ１０６の処理後、Ｓ１０７へ進む。Ｓ１０７～１０８は、第１実施形態のＳ４～５と同様である。Ｓ１０８を以って一連の処理を終了する。
【0069】
以上説明した第２実施形態によると、光ビームの飛行時間に基づく測定光路長に応じた大きさを備え、焦点位置Ｐｔｆ，Ｐｒｆを焦点とした仮想楕円ＶＥが想定される。仮想楕円ＶＥ及びセンシングデータに含まれる受光画素位置に基づき、光ビームが投光レンズ系１２の光軸ＯＡｔに対してなす角度θｔが特定される。角度θｔに基づき、物体ＯＢＪによって反射された光ビームの発光位置Ｐｔ１が特定される。そして、発光位置Ｐｔ１に個別に対応した分布波形ＷＦを示す受光プロファイルとセンシングデータとをマッチングし、受光素子３２上の受光強度が最大となる高精度な受光位置Ｐｒ１がセンシングデータに含まれる受光画素位置よりも高い精度で特定される。さらに、仮想楕円ＶＥを、位置Ｐｔ１，Ｐｒ１を焦点とした置換仮想楕円に置換した形態により、物体ＯＢＪの候補位置は、置換仮想楕円上に特定され、これに基づいて候補位置から物体ＯＢＪの位置として推定される位置Ｐｄが算出される。発光素子１１ａから位置Ｐｄまでの距離と、位置Ｐｄから受光素子３２までの距離の和に基づいた距離情報が、測定対象物の距離情報として出力される。
【0070】
すなわち、仮想楕円ＶＥによる近似演算の後、より高精度な発光位置Ｐｔ１及び受光位置Ｐｒ１を特定し、これらを用いて仮想楕円ＶＥに基づいた演算の精度を高めつつ解き直すことにより、２回限りの反復的な演算によって距離情報の精度を高めることができる。
【0071】
３つの数式による連立方程式から、未知数であるＬｔ２，Ｌｒ２，θｔが算出される。θｔを用いて測定対象物によって反射された光ビームの発光位置Ｐｔ１が特定される。そして、発光位置Ｐｔ１に個別に対応した分布波形ＷＦを示す受光プロファイルとセンシングデータとをマッチングし、受光素子３２上の受光強度が最大となる高精度な受光位置Ｐｒ１がセンシングデータに含まれる受光画素位置よりも高い精度で特定される。さらに、３つの連立方程式におけるＬｂを、位置Ｐｔ１，Ｐｒ１間の距離Ｌｂｄに置換した上で、未知数であるＬｔ２，Ｌｒ２，θｔが再度算出される。これにより、補正距離情報は出力可能となる。すなわち、２回限りの反復的な連立方程式の解析によって距離情報の精度を高めることができる。
【0072】
また、未知数の算出が同じ連立方程式の解析を２回限り反復するにより実行されるので、未知数を得るための演算を実行するハードウエアは、当該連立方程式の解析が円滑に実行できるように設計すればよい。故に、ハードウエアの性能を容易に最適化して、処理装置２０３を提供することができる。
【0073】
（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
【0074】
例えば、メモリ３ａは、測距補正用データをまとめて保持していてもよい。測距補正用データは、投光ユニット１０及び受光ユニット３０の配置データ、レンズデータ、第２実施形態で説明した光源データ６３を含んでいてよい。レンズデータは、第１実施形態で説明した焦点位置データ６１、光軸データ６２を含んでいてよい。
【0075】
レンズデータは、さらに投光レンズ系１２の画角を示す画角データ、受光レンズ系３１の画角を示す画角データを含んでいてよい。また、レンズデータは、投光レンズ系１２を通過する光の光路長データ、受光レンズ系３１を通過する光の光路長データを含んでいてよい。光路長データは、例えば光線追跡法によりレンズ系での光の屈折をシミュレーションし、θｔ，θｒ毎に得られた光路長であってよい。光路長データは、数式化されていてもよい。光路長データを用いて、距離Ｌｔ２，Ｌｒ２が補正されるようにしてもよい。
【0076】
光路長の補正をより容易にするため、メモリ３ａは、光路長データとしての投光レンズ系１２の補正テーブルと、受光レンズ系３１の補正テーブルをそれぞれ保持していてもよい。投光レンズ系１２の補正テーブルは、投光レンズ系１２におけるθｔ又は発光素子１１ａの位置Ｐｔ１とこれと対になる光路長補正値を記憶したデータテーブルである。受光レンズ系３１の補正テーブルは、受光レンズ系３１におけるθｒ又は発光素子１１ａの位置Ｐｒ１とこれと対になる光路長補正値を記憶したデータテーブルである。
【0077】
また、他の実施形態として、光源１１ないし発光素子１１ａには、垂直共振型面発光レーザ、端面発光レーザ等の各種素子が採用されてよい。
【0078】
また、他の実施形態として、仮想楕円ＶＥは、３次元に拡張された楕円体状に想定されてもよい。この場合、数式３，４が３次元に対応した３つの数式に置き換えられてもよい。
【0079】
また、他の実施形態として、投光レンズ系１２の光軸ＯＡｔと受光レンズ系３１の光軸ＯＡｒとは、多少の角度をつけて、非平行に配置されていてもよい。この場合、光軸ＯＡｔ，ＯＡｒの向きを考慮して、解析式が適宜変更されてよい。
【0080】
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置及びその手法は、専用ハードウエア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウエア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
【符号の説明】
【0081】
２：ＬｉＤＡＲ（光学センサ）、３，２０３：処理装置、３ａ：メモリ（記憶媒体）、３ｂ：プロセッサ、１０：投光ユニット、１１：光源、１２：投光レンズ系、３０：受光ユニット、３１：受光レンズ系、３２：受光素子、ＭＡ：測定領域、ＯＢＪ：物体（測定対象物）、Ｐｔｆ：投光レンズ系の焦点位置、Ｐｒｆ：受光レンズ系の焦点位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】