特開 2024-163604 照明装置及び測距装置

(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】P2024163604

(43)【公開日】2024-11-22

(54)【発明の名称】照明装置及び測距装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/484 20060101AFI20241115BHJP

   G01S 7/4911 20200101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

G01S7/484

G01S7/4911

【審査請求】未請求

【請求項の数】19

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023079361

(22)【出願日】2023-05-12

(71)【出願人】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】蔵田 雄也

【テーマコード（参考）】

5J084

【Ｆターム（参考）】

5J084AA05

5J084AC02

5J084AD01

5J084AD02

5J084BA04

5J084BA06

5J084BA08

5J084BA49

5J084BB02

5J084BB04

5J084BB26

5J084BB28

5J084EA06

(57)【要約】

【課題】物体までの距離を高精度に計測可能とするための照明装置を提供すること。
【解決手段】照明装置は、第１の光を射出する第１の発光部と、第２の光を射出する第２の発光部と、第１の光を偏向して第１の領域を走査し、かつ第２の光を偏向して第２の領域を走査する偏向部と、第１の光の光量に対する第２の光の光量の比の値が１．２以上となるように第１及び第２の発光部を制御する制御部とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の光を射出する第１の発光部と、
第２の光を射出する第２の発光部と、
前記第１の光を偏向して第１の領域を走査し、かつ前記第２の光を偏向して第２の領域を走査する偏向部と、
前記第１の光の光量に対する前記第２の光の光量の比の値が１．２以上となるように前記第１及び第２の発光部を制御する制御部とを有することを特徴とする照明装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１の光の光量と前記第２の光の光量を時間的に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記照明装置が照射する領域の第１端から第２端までを照射するために必要な最小期間が切り替わるタイミングに応じて、前記第１の光の光量と前記第２の光の光量を切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記照明装置が照射する領域の第１端から第２端までを照射するために必要な最小期間において、前記第１の光の光量と前記第２の光の光量を切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記照明装置が照射する領域の第１端から第２端までを照射するために必要な最小期間において、前記第１の光の光量と前記第２の光の光量を切り替えると共に、前記最小期間が切り替わるタイミングに応じて前記第１の光の光量と前記第２の光の光量を切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。

【請求項6】

前記第１の発光部と前記第２の発光部の大きさは異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。

【請求項7】

請求項１又は２に記載の照明装置と、
前記物体からの反射光を受光する受光部とを有することを特徴とする測距装置。

【請求項8】

前記物体からの反射光は、前記偏向部で偏向された後、前記受光部に導光され、
前記受光部は、それぞれが前記物体からの反射光を受光するように、所定の方向に沿って配置される複数の受光素子を備えることを特徴とする請求項７に記載の測距装置。

【請求項9】

前記照明光の発散角は、直交する二つの方向で異なり、
前記複数の受光素子は、前記所定の方向が、前記発散角が大きくなる方向に対応するように配置されることを特徴とする請求項８に記載の測距装置。

【請求項10】

前記制御部は、前記受光部からの信号に基づく前記物体までの距離情報を取得すると共に、前記第１の光が前記物体に照射された場合の前記物体からの反射光と、前記第２の光が前記物体に照射された場合の前記物体からの反射光のそれぞれの前記受光部に受光された際の光量が所定の範囲内である場合に、前記距離情報を有効であると判定することを特徴とする請求項７に記載の測距装置。

【請求項11】

請求項７に記載の測距装置を備え、該測距装置によって得られた前記物体の距離情報に基づいて移動装置と前記物体との衝突可能性を判定することを特徴とするシステム。

【請求項12】

前記移動装置と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記移動装置に制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置を備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記移動装置と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記移動装置のユーザに対して警告を行う警告装置を備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。

【請求項14】

前記移動装置と前記物体との衝突に関する情報を外部に通知する通知装置を備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。

【請求項15】

請求項７に記載の測距装置を備え、該測距装置を保持して移動可能であることを特徴とする移動装置。

【請求項16】

前記測距装置によって得られた前記物体の距離情報に基づいて前記物体との衝突可能性を判定する判定部を有することを特徴とする請求項１５に記載の移動装置。

【請求項17】

前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、移動を制御する制御信号を出力する制御部を備えることを特徴とする請求項１６に記載の移動装置。

【請求項18】

前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記移動装置のユーザに対して警告を行う警告部を備えることを特徴とする請求項１６に記載の移動装置。

【請求項19】

前記物体との衝突に関する情報を外部に通知する通知部を備えることを特徴とする請求項１５に記載の移動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、対象物に照明光を照射する照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

対象物までの距離を計測する方法として、照明した対象物からの反射光を受光するまでの時間や反射光の位相から距離を算出するＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）が知られている。特許文献１には、光量が同一の光を射出する複数の発光部が特定配列方向に沿って配列されている構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－７４１９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、距離や反射率が互いに異なる複数の物体を照明する場合、各物体からの反射光の光量は互いに異なることになる。このような複数の物体までの距離を測定する場合、特許文献１の構成では、受光センサの感度の範囲を超えてしまい、精度よく測距することができない。よって、このような複数の物体までの距離を高精度に測定するためには、各物体に対して光量が異なる光を照明することが必要である。

【0005】

本発明は、物体までの距離を高精度に計測可能とするための照明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】

【0006】

本発明の一側面としての照明装置は、第１の光を射出する第１の発光部と、第２の光を射出する第２の発光部と、第１の光を偏向して第１の領域を走査し、かつ第２の光を偏向して第２の領域を走査する偏向部と、第１の光の光量に対する第２の光の光量の比の値が１．２以上となるように第１及び第２の発光部を制御する制御部とを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、物体までの距離を高精度に計測可能とするための照明装置を提供することを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１の測距装置の概略図である。

【図2】実施例１の照明光の照明パターンを示す図である。

【図3】一般的な半導体レーザ及び射出される光束を示す模式図である。

【図4】実施例１の受光素子群の構成図である。

【図5】実施例１の各照明光の発光パターンの一例を示す図である。

【図6】実施例１の照明パターンの一例を示す図である。

【図7】実施例１の照明パターンと対象物の位置を示す図である。

【図8】実施例１の照明パターンと対象物の位置を示す側面図である。

【図9】実施例２の各照明光の発光パターンの一例を示す図である。

【図10】実施例２の照明パターンの一例を示す図である。

【図11】実施例２の照明パターンと対象物の位置を示す図である。

【図12】実施例３の各照明光の発光パターンの一例を示す図である。

【図13】実施例３の照明パターンの一例を示す図である。

【図14】実施例３の照明パターンと対象物の位置を示す図である。

【図15】実施例４の各照明光の発光パターンの一例を示す図である。

【図16】実施例４の照明パターンの一例を示す図である。

【図17】実施例４の照明パターンと対象物の位置を示す図である。

【図18】実施例４の照明パターンの他の例を示す図である。

【図19】実施例５の測距装置の概略図である。

【図20】実施例５の発光パターンの一例を示す図である。

【図21】実施例５の照明パターンの一例を示す図である。

【図22】本実施形態に係る車載システムのブロック図である。

【図23】本実施形態に係る車両（移動装置）の模式図である。

【図24】本実施形態に係る車載システムの動作例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

【0010】

ＬｉＤＡＲを用いた測距装置（光学装置）は、対象物（物体）を照明する照明系と対象物からの反射光や散乱光を受光する受光系とから構成される。

【0011】

各実施例の測距装置は、例えば、自動車等の車両の自動運転支援システムや、踏切や信号等の交通インフラ用の安全支援システムとして使用される。対象物は例えば、歩行者、障害物、及び車両等であり、測距装置から１～３００ｍ程度離れている。各実施例の測距装置は対象物までの距離を計測し、計測結果をもとに車両の方向や速度の制御や、安全システムの動作等が実行される。

【実施例0012】

図１は、本実施例の測距装置１の概略図である。測距装置１は、光源部１０、偏向部２０、受光部３０、及び制御部４０を有する。光源部１０、偏向部２０、及び制御部４０により照明装置が構成される。

【0013】

光源部１０は、発光部１１，１２，１３，１４を備える。発光部１１，１２，１３，１４は、特定の方向（所定の方向）に沿って配置される。また、光源部１０は、各発光部に対応するコリメータレンズ１５を備える。発光部１１から対象物ＯＢＪに向かう際の照明光を照明光１１０とする。同様に発光部１２，１３，１４から対象物ＯＢＪに向かう際の照明光をそれぞれ、照明光１２０，１３０，１４０とする。また、対象物ＯＢＪからの反射光を反射光１５０とする。

【0014】

反射光１５０は、偏向部２０で偏向され、受光部３０で受光される。制御部４０は、光源部１０が発光した時間から、受光部３０で反射光１５０を受光した時間を計測し、その時間差を距離に換算し、対象物ＯＢＪまでの距離（距離情報）を取得する。

【0015】

発光部１１，１２，１３，１４として、エネルギー集中度が高く指向性のよいレーザである半導体レーザ等が用いられる。

【0016】

測距装置１を自動運転支援システムや交通インフラ用の安全支援システムに適用する場合等は、対象物ＯＢＪには、他車両等の移動体や、道路標識や道路周辺の構造物だけではなく、歩行者や自転車等に搭乗している人間が含まれる可能性がある。よって、光源としては人間の目に対する影響が少ない赤外光を射出するものを採用することが望ましい。本実施例では、光源部１０が射出する照明光の波長には、近赤外域に含まれる９０５ｎｍ、９４０ｎｍ、及び１５５０ｎｍ等が含まれる。

【0017】

また、光源部１０は、光源冷却部１６を備える。光源冷却部１６は、発光部１１，１２，１３，１４を冷却し、光源部１０の発光効率の向上と長寿命化を実現する。光源冷却部１６として、ヒートシンク、ヒートパイプ、及びペルチェ素子等を用いることが好ましい。

【0018】

発光部１１，１２，１３，１４から射出された照明光はそれぞれ、コリメータレンズ１５によってコリメートされ、平行光となり、照明光１１０，１２０，１３０，１４０となる。なお、ここでの平行光は、厳密な平行光束だけではなく、弱発散光や弱収束光を含むものである。照明光１１０，１２０，１３０，１４０は、コリメータレンズ１５を通過後、偏向部２０に進行する。

【0019】

偏向部２０は、反射部２１と駆動部２２を備える。偏向部２０は、光源部１０からの照明光１１０，１２０，１３０，１４０を偏向して測距装置１の外部に導光し、対象物ＯＢＪを照射する機能を有する。本実施例では、偏向部２０としてガルバノミラーを採用しているが、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーや、ポリゴンミラー等を用いてもよい。駆動部２２が反射部２１を往復運動させることで、照明光１１０，１２０，１３０，１４０が所定の方向へ反射され、所定の領域を照射する。

【0020】

図２は、照明光１１０，１２０，１３０，１４０の照明パターンを示す図である。垂直方向は発光部１１，１２，１３，１４の配列方向と一致しており、水平方向は偏向部２０で走査し照射する方向と一致している。

【0021】

制御部４０は、偏向部２０の駆動部２２を回転させる。照明装置が照射する領域（以下、照明領域）の水平方向の第１端まで照明光１１０，１２０，１３０，１４０が到達すると、制御部４０は、駆動部２２を逆方向へ回転させ、照明領域の第１端と反対側の第２端まで照明光１１０，１２０，１３０，１４０を到達させる。以下の説明では、照明領域の第１端から第２端までを照射するために必要な最小期間をフレームと呼ぶ。フレームは、１／１５秒、１／３０秒、及び１／６０秒等が一般的である。

【0022】

次に、照明光１１０，１２０，１３０，１４０は照射され、照明領域に対象物ＯＢＪが存在する場合、対象物ＯＢＪからの反射光１５０は再び偏向部２０の反射部２１に入射して偏向され受光部３０に導かれる。

【0023】

受光部３０は、集光レンズ３１、光学フィルタ３２、及び受光素子群３３を備える。集光レンズ３１は、偏向部２０により導光された反射光１５０を受光素子群３３の受光面に集光する。光学フィルタ３２は、所望の光のみを通過させ、それ以外の不要光を遮光（吸収や反射）する。本実施例では、光学フィルタ３２は、光源部１０から射出される照明光に対応する波長帯域の光のみを透過させるバンドパスフィルタであり、照明光の波長である９０５ｎｍ近傍の波長の光だけを透過させる。なお、集光レンズ３１と光学フィルタ３２の構成は、本実施例の構成に限られるものではない。例えば、必要に応じて各部材の配置の順を入れ替えたり各部材を複数配置したりしてもよい。

【0024】

受光素子群３３は、複数の受光素子群３３を含み、集光レンズ３１からの光を受光し、光電変換して信号を出力する。受光素子群３３として、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、及びＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｅｌ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）等で構成されたものを採用することができる。

【0025】

制御部４０は、光源部１０、偏向部２０、及び受光部３０を制御する。制御部４０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の処理装置（プロセッサ）、又はそれを備える演算装置（コンピュータ）である。制御部４０は、光源部１０の発光部１１，１２，１３，１４をそれぞれ個別に所定の駆動電流や所定の駆動周波数で点灯制御できる。また、制御部４０は、偏向部２０の駆動部２２を所定の駆動電圧や所定の駆動周波数で駆動する。また、制御部４０は、受光部３０を所定のゲインやガンマ、及び駆動周波数等で制御する。

【0026】

更に、制御部４０は、各発光部が照明光を発光した時刻（発光時刻）から、受光素子群３３が対象物ＯＢＪからの反射光１５０を受光した時刻（受光時刻）までの時間差に基づいて、対象物ＯＢＪの距離情報を取得する。このような距離の計測方法は、飛行時間計測法（ＴｏＦ：Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）として知られている。このとき、制御部４０は、受光素子群３３からの信号を特定の周波数で取得してもよい。また、各発光部が照明光を発光した時刻から、対象物ＯＢＪからの反射光１５０を受光するまでの時刻の時間差ではなく、照明光の位相と対象物ＯＢＪからの反射光１５０の位相との差に基づいて距離情報を取得してもよい。具体的には、各照明光の信号の位相と受光素子群３３から出力される信号の位相との差分（位相差）を求め、その位相差に光速を乗じることで、対象物ＯＢＪの距離情報を取得してもよい。このような距離の計測方法は、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃ.Ｗ.）法として知られている。

【0027】

図３は、一般的な半導体レーザ及び射出される光束を示す模式図である。図３に示されるように、半導体レーザ１０００の活性層１１００から射出される光束は発散光束であり、活性層１１００の射出面（発光面）に平行なｘｙ断面における光束の形状は楕円である。また、半導体レーザ１０００は一般的に光束の偏光方向（電場の振動方向）は活性層１１００の上下面に平行な方向（ｚｘ断面内の方向）となり、この方向の発散角は直交するｚｙ断面内の方向に対して小さくなる。

【0028】

図４は、受光素子群３３の構成図である。受光素子群３３は、垂直方向により多数の受光素子３３１を含む。垂直方向において、受光素子３３１は、合計サイズが照明領域をカバーできる数だけ配置されている。具体的には、４０画素以上配置されていることが好ましい。

【0029】

一方、水平方向に関しては、照明光は偏向部２０の駆動部２２が回転することにより対象物ＯＢＪを照射する。対象物ＯＢＪからの反射光１５０は偏向部２０の反射部２１により反射され受光部３０に導光されるため、常に受光素子群３３の同一個所に受光される。したがって、水平方向において、受光素子３３１は、合計サイズが照明領域をカバーできる数だけ配置されている。具体的には、１画素以上配置されていることが好ましい。

【0030】

また、図３のｚｙ断面内の方向の発散角の広がりが大きいため、この広がりを有効に活用するために、図４の垂直方向と一致させておくことが望ましい。水平方向の照明領域は駆動部２２の駆動範囲により任意に設定することが可能であるが、垂直方向は発光部の数とその発散角で照明領域が決まるためである。つまり、発散角が小さい発光部であれば、照明領域を広げるためには発光部の数を増やす必要があるが、発散角が大きければ少ない発光部の数で照明領域を広げることが可能となり、より小型の測距装置を構成することが可能となるためである。

【0031】

測距装置１において、対象物ＯＢＪが遠距離にある場合、又は各照明光に対する反射率が低い場合において対象物ＯＢＪからの反射光１５０は低下することが一般的である。

【0032】

各照明光は測距装置１から対象物ＯＢＪに照射されると、その光は拡散反射する。そして反射して拡散された光は放射線状に広がっていくため、その距離に応じて反射光１５０の光密度が低下していく。そのため、遠距離にある対象物ＯＢＪにより反射される反射光１５０はその距離に従って低下する。また、各照明光に対する反射率が低いと、反射光１５０が低下する。一方、対象物ＯＢＪが近距離にある場合、又は各照明光に対する反射率が高い場合において対象物ＯＢＪからの反射光１５０は増加する。

【0033】

対象物ＯＢＪは歩行者、障害物、及び車両等であり、それらは様々な距離に存在し、また様々な反射率の物体である。そのため、各照明光を所定の光量で照明させると、反射光１５０が対象物ＯＢＪの位置や反射率により大きく異なるため、受光部３０で受光可能な光量の範囲を超えたものは正確な値を受光することができない。その結果、制御部４０で測距距離を試算することができなくなり、測距可能な対象物ＯＢＪの距離や反射率の範囲が限られてしまう。

【0034】

例えば、受光素子３３１のダイナミックレンジを８０ｄＢとする。その場合の受光可能な光量の比は１００００：１となる。したがって、対象物ＯＢＪが同じ距離にある場合は、反射率が１％のものと１００％のものでも受光部３０で受光できる光量の比は１００：１である。また、反射率が０．１％のものと１００％のものでも受光部３０で受光できる光量の比は１０００：１となる。そのため、対象物ＯＢＪの反射率の違いだけでは受光可能な光量の範囲を超えることはないものの、大きな影響を与える。

【0035】

更に大きな影響を与える要因として、対象物ＯＢＪの距離が考えられる。対象物ＯＢＪによって反射された光量は一般的には距離の２乗に反比例して減衰していく。これは反射して拡散された光は放射線状に広がっていくためである。したがって、同じ反射率の対象物ＯＢＪが３ｍ先にある場合と、３００ｍ先にある場合では、受光部３０で受光できる光量の比は１００００：１と大きくなり、受光素子３３１のダイナミックレンジと同等となる。すなわち、両方の距離に置かれている同じ反射率の対象物ＯＢＪの距離の測定が困難になる。

【0036】

また、同じ反射率の対象物ＯＢＪが１ｍ先にある場合と、３００ｍ先にある場合では、受光部３０で受光できる光量の比は９００００：１と大きくなり、受光素子３３１のダイナミックレンジを更に大きく上回る。すなわち、両方の距離に置かれている同じ反射率の対象物ＯＢＪを測定できない。

【0037】

自動車等の自動運転等においては、測距距離として２００ｍや３００ｍ、更にそれ以上の距離が求められている。一方、近距離としては１ｍ以下の距離が求められている。そのため、上述した対象物ＯＢＪの反射率の違いの影響と、距離の違いによる影響を考慮しても受光部３０で受光できることが必要となる。

【0038】

そのため、受光部３０として、ダイナミックレンジを大きなものを選ぶことが重要である。しかしながら、測距装置用として上述の条件を満たすダイナミックレンジを有する受光部３０は存在していなかったり、存在していても測距装置用としては容易に使用できなかったりする。

【0039】

上記課題に対して、本実施例では、制御部４０より、各発光部に供給する電流量を時間的に異ならせ、後述する第１の光の光量と第２の光の光量を時間的に切り替える。これにより、発光量を異なる状態で各発光部が点灯し、受光部３０のダイナミックレンジを大きくすることが可能となる。以下、具体的な方法について説明する。

【0040】

一般的に測距装置で使用される光源は半導体レーザであり、その発光量は供給する電流量に応じて変化する。つまり半導体レーザに供給する電流を低下させると発光量は低下し、供給する電流を増加させると発光量は増加する。

【0041】

図５は、各照明光の発光パターンの一例を示す図である。図６は、照明パターンの一例を示す図である。ここで、第１の発光部を発光部１１，１３、第２の発光部を発光部１２，１４とする。第１の発光部が射出する光（第１の光）の光量を第１の光量、第２の発光部が射出する第１の発光部が射出する光と光量が異なる光（第２の光）の光量を第２の光量とする。第１の発光部が第２の発光部よりも強く発光する（第１の光量が第２の光量よりも大きくなる）よう、制御部４０で供給電力を制御する。その結果、図６に示されるように、光量が大きい照明光１１０，１３０と光量が小さい照明光１２０，１４０が交互に照射される。すなわち、第１の光と第２の光は、異なる領域を照射する。

【0042】

本実施例では、上述したように、光量が大きい照明光１１０，１３０と光量が小さい照明光１２０，１４０を交互に照射する。これにより、対象物ＯＢＪが遠距離又は反射率が低い場合は、光量が大きい照明光が照射される領域に存在することで、反射光１５０が受光部３０の受光可能な光量となるケースが増えるため測距が可能となる。また、対象物ＯＢＪが近距離又は反射率が高い場合は、光量が小さい照明光が照射される領域存在することで、反射光１５０が受光部３０の受光可能な光量となるケースが増えるため測距が可能となる。そして、反射光１５０が受光部３０にて受光可能となる対象物ＯＢＪに関する距離情報のみを抽出し、距離データとして扱うことで、対象物ＯＢＪの距離や反射率が著しく異なる場合においても距離情報を正確に取得することが可能となる。

【0043】

ここで、図７と図８を参照して、近距離に配置又は反射率が高い対象物２１０と、遠距離に配置又は反射率が低い対象物２２０を測距する場合の例について説明する。図７は、照明パターンと対象物の位置を示す図である。図８は、照明パターンと対象物の位置を示す側面図である。

【0044】

対象物２１０は、反射率が９０％で距離が３ｍの所にあり、照明光１２０が照射される領域に存在している。対象物２２０は、反射率が１０％で距離が３００ｍの所にあり、照明光１３０が照射される領域に存在している。

【0045】

上記条件において、仮に照明光１２０，１３０の光量が同じ場合、受光部３０で受光できる光量の比は９００００：１と大きくなり、受光素子３３１のダイナミックレンジ８０ｄＢの１００００：１を上回る。そのため、対象物２１０，２２０の一方、又は両方の測距を行うことができない。

【0046】

本実施例では、照明光１２０の第２光量は、照明光１３０の第１光量よりも小さい。ここで、第１光量と第２光量をそれぞれ、１と１０とする。対象物２１０に１の光量の照明光１２０が照射されると、反射率が９０％のため、０．９の光量が拡散反射される。そして、反射光は３ｍの距離で光が減衰率αで減衰され偏向部２０を介して、受光部３０に光量０．９αとして受光される。一方、対象物２２０に１０の光量の照明光１３０が照射されると、反射率が１０％のため、１の光量が拡散反射される。そして、反射光は３００ｍの距離で光が減衰するため、対象物２１０の減衰率αに対して距離の２乗で減衰するため、α/１００００で減衰され偏向部２０を介して、受光部３０に光量０．０００１αとして受光される。したがって、対象物２１０，２２０から反射され受光部３０にて受光される光量の比は、９０００：１となる。受光部３０のダイナミックレンジが８０ｄＢであるため、光量の比が１００００：１まで検出可能である。発光部１２が発する光の光量に対して１０倍の光量の光を発光部１３が発することで、対象物２１０，２２０からの反射光を受光し、その距離を求めることが可能となる。

【0047】

本実施例では、発光部１２，１３が射出する光の光量の比を１０としたが、本発明はこれに限定されない。複数の光源のそれぞれが射出する光の光量の比の値は、１．２以上で１００００以下であればよい。また、比の値は２．０以上であることが好ましく、３．０以上であることがより好ましく、５．０以上であることが更に好ましい。より効果的な光量の比の値は１０以上であり、より好ましくは１００以上であるほうがダイナミックレンジ範囲を広げることができる。

【0048】

受光部のダイナミックレンジをＤ（ｄＢ）、測距距離下限をｍ（ｍ）、測距距離上限をｎ（ｍ）、測定対象物反射率上限をＲ（％）、測定対象物反射率下限をｒ（％）、光量の比の値をβとするとき、以下の式（１）を満足することが好ましい。

【0049】

β≧Ｒ×ｎ^２／（（１０^(Ｄ/20)×ｒ×ｍ^２） （１）
式（１）を満足することで、受光部３０のダイナミックレンジの範囲内に受光光量を収めることが可能となる。

【0050】

ここで、測距装置１において、測距距離下限を６（ｍ）、測距距離上限を２００（ｍ）、測定対象物反射率上限を９０（％）、測定対象物反射率下限を１０（％）と仮定する。このとき、受光部３０のダイナミックレンジが８０（ｄＢ）であれば、測距が可能となる。

【0051】

ここで、測距距離下限が６（ｍ）である場合より近距離での測距を可能とするため、５．５（ｍ）での測距を実現させるために必要な光量比βを算出する。

【0052】

前述した条件で測距距離下限を６（ｍ）から５．５（ｍ）に変更した場合、式（１）より光量の比の値βは１．２になる。このように、０．５ｍの測距距離を改善するためには、第1の光量と第２の光量の比を１．２：１にすることで実現できることができる。すなわち、測距装置としての性能向上効果を得るためには、光量の比の値が少なくとも１．２である必要がある。

【0053】

同様に測距距離の上限を１０％のばした２２０（ｍ）を可能とするために必要な光量の比の値βも１．２となる。すなわち、測距装置としての性能向上効果を得るためには、量の比の値が少なくとも１．２である必要がある。

【0054】

また、光源として用いられている半導体レーザの製造ばらつきは±５％程度であり、本発明の効果をより明確に得るためには上述した通り第１の光量と第２の光量の比の値を少なくとも１．２以上にすることが好ましい。

【0055】

測距装置１から照明される光はレーザ光であるため、ＩＥＣ６０８２５－１等に要求されているレーザ安全項目を達成できる光量にすることが求められている。光量の比の値を大きくするために、大きい方の光量をより大きくするだけでなく、小さい方の光量をより小さくする必要もある。

【0056】

本実施例では、反射光１５０が受光部３０にて受光可能となる対象物ＯＢＪに関する距離情報のみを抽出し、距離データとして扱うことが可能となり、対象物ＯＢＪの距離や反射率が著しく異なる場合においても距離情報を正確に取得することが可能となる。

【0057】

以上説明したように、本実施例の構成によれば、制御部４０より、各発光部に供給する電流量を異ならせて駆動させ、発光量を適切な範囲に異ならせて点灯させることで、受光部３０のダイナミックレンジを大きくすることが可能となる。

【0058】

また、本実施例では４つの光源の例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光源の数が他の数（１を除く）であってもよい。光源の数が多いほど、光量が大きい光が照射される領域と光量が小さい光が照射される領域の間隔を密にできることでより精度の高い測距が可能になる。また、光源の数が多いほど照明領域を大きくすることができ、より広範囲の測距が可能ともなる。

【0059】

また、照明光の大小に関して、光源の発光量を変化させる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。光源の発光パルスのパルス時間を変化させ、受光部３０の受光期間の光量積分値を増加させたり、コリメータレンズ等の焦点距離等を異ならせて光密度を変化させたりしてもよい。

【0060】

また、光量に関して、大小の２パターンの例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光源ごとに光量が異なっていてもよい。

【実施例0061】

本実施例の測距装置の基本的な構成は、実施例１の測距装置１と同じである。本実施例では、実施例１と異なる構成についてのみ説明し、同様の構成については説明を省略する。

【0062】

図９は、各照明光の発光パターンの一例を示す図である。図１０は、照明パターンの一例を示す図である。ここで、第１の発光部を発光部１１，１３、第２の発光部を発光部１２，１４とする。第１の発光部が射出する光（第１の光）の光量を第１の光量、第２の発光部が射出する光（第２の光）の光量を第２の光量とする。１フレームでは、第１の発光部が第２の発光部よりも強く発光する（第１の光量が第２の光量よりも大きくなる）よう、制御部４０で供給電力を制御する。２フレームでは、第２の発光部が第１の発光部よりも強く発光する（第２の光量が第１の光量よりも大きくなる）よう、制御部４０で供給電力を制御する。その結果、図１０に示されるように、１フレームでは光量が大きい照明光１１０，１３０と光量が小さい照明光１２０，１４０が交互に照射され、２フレームでは光量が小さい照明光１１０，１３０と光量が大きい照明光１２０，１４０が交互に照射される。３フレームでは光量が大きい照明光１１０，１３０と光量が小さい照明光１２０，１４０が交互に照射される。すなわち、第１の光と第２の光は、異なる領域を照射する。

【0063】

ここで、図１１を参照して、近距離に配置又は反射率が高い対象物２１０と、遠距離に配置又は反射率が低い対象物２２０を測距する場合の例について説明する。図１１は、照明パターンと対象物の位置を示す図である。

【0064】

対象物２１０は、反射率が９０％で距離が３ｍの所にあり、照明光１３０が照射される領域に存在している。対象物２２０は、反射率が１０％で距離が３００ｍの所にあり、照明光１２０が照射される領域に存在している。

【0065】

１フレームでは、第１の光量は第２の光量よりも大きく、第１光量と第２光量をそれぞれ、１０と１とする。対象物２１０に１０の光量の照明光１３０が照射されると、反射率が９０％のため、９の光量が拡散反射される。そして、反射光は３ｍの距離で光が減衰率αで減衰され偏向部２０を介して、受光部３０に光量９αとして受光される。一方、対象物２２０に１の光量の照明光１２０が照射されると、反射率が１０％のため、０．１の光量が拡散反射される。そして、反射光は３００ｍの距離で光が減衰するため、対象物２１０の減衰率αに対して距離の２乗で減衰するため、α/１００００で減衰され偏向部２０を介して、受光部３０に光量０．００００１αとして受光される。したがって、対象物２１０，２２０から反射され受光部３０にて受光される光量の比は、９００００：１となる。受光部３０のダイナミックレンジが８０ｄＢであるため、光量の比１００００：１まで検出可能であるが、１フレームでは対象物２１０，２２０からの反射光の比が受光部３０のダイナミックレンジを上回る。そのため、対象物２１０，２２０の一方、又は両方の測距を行うことができない。

【0066】

２フレームでは、第１の光量は第２の光量よりも小さく、第１光量と第２光量をそれぞれ、１と１０とする。対象物２１０に１０の光量の照明光１３０が照射されると、反射率が９０％のため、０．９の光量が拡散反射される。そして、反射光は３ｍの距離で光が減衰率αで減衰され偏向部２０を介して、受光部３０に光量０．９αとして受光される。一方、対象物２２０に１０の光量の照明光１２０が照射されると、反射率が１０％のため、１の光量が拡散反射される。そして、反射光は３００ｍの距離で光が減衰するため、対象物２１０の減衰率αに対して距離の２乗で減衰するため、α/１００００で減衰され偏向部２０を介して、受光部３０に光量０．０００１αとして受光される。したがって、対象物２１０，２２０から反射され受光部３０にて受光される光量の比は、９０００：１となる。受光部３０のダイナミックレンジが８０ｄＢであるため、光量の比１００００：１まで検出可能である。発光部１３が発する光の光量に対して１０倍の光量の光を発光部１２が発することで、対象物２１０，２２０からの反射光を受光し、その距離を求めることが可能となる。

【0067】

本実施例では、フレームごとに反射光１５０が受光部３０にて受光可能となる対象物２１０，２２０に関する距離情報のみを抽出し、距離データとして扱うことが可能となる。これにより、対象物２１０，２２０の距離や反射率が著しく異なる場合においても距離情報を正確に取得することが可能となる。

【0068】

光源である半導体レーザは、その発光量が高ければ高いほど、点灯時間による光量低下が大きくなる特性を有する。そのため、特定の光源の発光量を他の光源よりも高い状態で点灯し続けることで、特定の光源は他の光源よりも発光量の低下が顕著となり、特定の光源からの光が照射されている照明領域の測距精度が低下してしまうことがある。本実施例では、各発光部の発光量の大小をフレームごとに切り替えることで、時間平均としての各発光部の発光量を略等しくしている。そのため、各発光部の劣化具合も略等しくなるため、特定の光源の光量低下が大きくなり、測距精度が低下することを回避し、長期にわたって性能の安定した測距装置１を提供することができる。

【0069】

また、本実施例では照明光１１０，１３０と照明光１２０，１４０で光量を異ならせて、ストライプパターンで物体を照射するが、本発明はこれに限定されない。各照明光の光量を略等しくなるよう制御部４０で供給電力を制御し、フレームごとに光量の大小を切り替えてもよい。

【0070】

また、本実施例では、１フレームごとに光量を切り替えるが、複数のフレームごとに切り替えてもよい。

【0071】

また、本実施例では、各発光部の発光量をフレームごとに切り替えているが、本発明はこれに限定されない。光センサにより光源の発光量を検知したり、光源の温度等により光源の発熱量を検知したりすることで各発光部の劣化具合を判定し、劣化が大きい光源の発光量を小さく、劣化が小さい光源の発光量を大きく切り替えてもよい。これにより、光源の長寿命化を実現することができる。