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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】P2024171206
(43)【公開日】2024-12-11
(54)【発明の名称】投受光装置、および測距システム
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20241204BHJP
G01S 17/89 20200101ALI20241204BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20241204BHJP
G01S 7/4865 20200101ALI20241204BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 A
G01S17/89
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
G01S7/4865
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023088163
(22)【出願日】2023-05-29
(71)【出願人】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】関口 洋義
(72)【発明者】
【氏名】篠田 尚輝
【テーマコード（参考）】
2F112
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AD01
2F112BA03
2F112CA05
2F112CA12
2F112DA04
2F112DA09
2F112DA11
2F112DA15
2F112DA25
2F112DA28
2F112DA40
2F112EA05
2F112FA03
2F112FA07
2F112FA21
2F112FA45
2F112GA01
5J084AD01
5J084BA04
5J084BA36
5J084BA39
5J084BA40
5J084BA48
5J084BB02
5J084BB04
5J084CA03
5J084CA65
(57)【要約】
【課題】計測可能な範囲を広くできるとともに、外光に強い投受光装置を提供する。
【解決手段】本開示の一態様に係る投受光装置は、互いに量子もつれ状態にある第１光と第２光を射出する第１発光部と、古典光である第３光を射出する第２発光部と、受光部と、を備え、前記第１光および前記第２光の少なくとも一方は、物体で反射され第１反射光となり、前記第３光は、前記物体で反射されて第２反射光となり、前記受光部は、前記第１反射光と前記第２反射光を受光する。
【選択図】図４
【解決手段】本開示の一態様に係る投受光装置は、互いに量子もつれ状態にある第１光と第２光を射出する第１発光部と、古典光である第３光を射出する第２発光部と、受光部と、を備え、前記第１光および前記第２光の少なくとも一方は、物体で反射され第１反射光となり、前記第３光は、前記物体で反射されて第２反射光となり、前記受光部は、前記第１反射光と前記第２反射光を受光する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに量子もつれ状態にある第１光と第２光を射出する第１発光部と、
古典光である第３光を射出する第２発光部と、
受光部と、を備え、
前記第１光および前記第２光の少なくとも一方は、物体で反射され第１反射光となり、
前記第３光は、前記物体で反射されて第２反射光となり、
前記受光部は、前記第１反射光と前記第２反射光を受光する、投受光装置。
古典光である第３光を射出する第２発光部と、
受光部と、を備え、
前記第１光および前記第２光の少なくとも一方は、物体で反射され第１反射光となり、
前記第３光は、前記物体で反射されて第２反射光となり、
前記受光部は、前記第１反射光と前記第２反射光を受光する、投受光装置。
【請求項2】
前記受光部は、
前記第１反射光を含む光を受光する第１受光部と、
前記第２反射光を含む光を受光する第２受光部と、を備える、請求項１に記載の投受光装置。
前記第１反射光を含む光を受光する第１受光部と、
前記第２反射光を含む光を受光する第２受光部と、を備える、請求項１に記載の投受光装置。
【請求項3】
前記第１受光部は、単一光子を検出する単一光子検出器を含み、
前記第２受光部は、所定期間または所定回数の積算により受光量を検出する光量検出器を含む、請求項２に記載の投受光装置。
前記第２受光部は、所定期間または所定回数の積算により受光量を検出する光量検出器を含む、請求項２に記載の投受光装置。
【請求項4】
前記第１光は、外部へ射出され、
前記第２光は、前記受光部へ導光される光路へ射出され、
前記第１光および前記第２光のうち前記第１光のみが前記物体で反射されて前記第１反射光となる、請求項１に記載の投受光装置。
前記第２光は、前記受光部へ導光される光路へ射出され、
前記第１光および前記第２光のうち前記第１光のみが前記物体で反射されて前記第１反射光となる、請求項１に記載の投受光装置。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の投受光装置と、
前記受光部が備える第１受光部から第１受光画像を受け取るとともに、前記受光部が備える第２受光部から第２受光画像を受け取る解析部と、を備え、
前記解析部は、前記第１受光画像に基づく第１距離情報、および前記第２受光画像に基づく第２距離情報の少なくとも一方を出力する、測距システム。
前記受光部が備える第１受光部から第１受光画像を受け取るとともに、前記受光部が備える第２受光部から第２受光画像を受け取る解析部と、を備え、
前記解析部は、前記第１受光画像に基づく第１距離情報、および前記第２受光画像に基づく第２距離情報の少なくとも一方を出力する、測距システム。
【請求項6】
前記解析部は、前記第２受光画像における受光量に基づいて選択された前記第１距離情報および前記第２距離情報の少なくとも一方を出力する、請求項５に記載の測距システム。
【請求項7】
前記解析部は、前記受光量が第１の値である場合に前記第１距離情報を出力し、前記受光量が前記第１の値よりも大きい第２の値である場合に前記第２距離情報を出力する、請求項６に記載の測距システム。
【請求項8】
互いに量子もつれ状態にある第１光と第２光の少なくとも一方が物体で反射されて生じる第１反射光による飛行時間情報を含む第１情報と、
古典光である第３光が前記物体で反射されて生じる第２反射光による飛行時間情報を含む第２情報と、が入力される解析部を備え、
前記解析部は、前記第１情報に基づく第１距離情報、および前記第２情報に基づく第２距離情報の少なくとも一方を出力する、測距システム。
古典光である第３光が前記物体で反射されて生じる第２反射光による飛行時間情報を含む第２情報と、が入力される解析部を備え、
前記解析部は、前記第１情報に基づく第１距離情報、および前記第２情報に基づく第２距離情報の少なくとも一方を出力する、測距システム。
【請求項9】
前記解析部は、前記第２情報に基づいて選択される前記第１距離情報および前記第２距離情報の少なくとも一方を出力する、請求項８に記載の測距システム。
【請求項10】
前記第２情報は、受光部による前記第２反射光の受光量に関する情報を含み、
前記解析部は、前記受光量が第１の値である場合に前記第１距離情報を出力し、前記受光量が前記第１の値よりも大きい第２の値である場合に前記第２距離情報を出力する、請求項９に記載の測距システム。
前記解析部は、前記受光量が第１の値である場合に前記第１距離情報を出力し、前記受光量が前記第１の値よりも大きい第２の値である場合に前記第２距離情報を出力する、請求項９に記載の測距システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、投受光装置、および測距システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、レーザ光源から出射されたパルス光を投光し、投光された光の物体による反射光を受光して、パルス光の投光から反射光の受光までの時間差に基づき、物体までの距離を測定するＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）等の測距システムが知られている。
【0003】
また、周波数量子もつれ光子の対に関して、第１光子を第１光路に沿って、第２光子を第２光路に沿って、それぞれ伝送し、第１光路に沿って伝送される光子を第１検出器により検出し、第２光路に沿って伝送される光子を第２検出器により検出する投受光技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【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に記載の投受光技術を測距システム等の計測システムに適用すると、計測可能な範囲が狭くなる場合がある。
【0005】
本開示は、計測可能な範囲を広くできるとともに、外光に強い投受光装置、および測距システム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】
本開示の一態様に係る投受光装置は、互いに量子もつれ状態にある第１光と第２光を射出する第１発光部と、古典光である第３光を射出する第２発光部と、受光部と、を備え、前記第１光および前記第２光の少なくとも一方は、物体で反射され第１反射光となり、前記第３光は、前記物体で反射されて第２反射光となり、前記受光部は、前記第１反射光と前記第２反射光を受光する。
【0007】
本開示の一態様に係る測距システムは、互いに量子もつれ状態にある第１光と第２光の少なくとも一方が物体で反射されて生じる第１反射光による飛行時間情報を含む第１情報と、古典光である第３光が前記物体で反射されて生じる第２反射光による飛行時間情報を含む第２情報と、が入力される解析部を備え、前記解析部は、前記第１情報に基づく第１距離情報、および前記第２情報に基づく第２距離情報の少なくとも一方を出力する。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、計測可能な範囲を広くできるとともに、外光に強い投受光装置、および測距システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係る投受光装置の構成を示すブロック図である。
【図2】第１実施形態に係る制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図3】第１実施形態の変形例に係る投受光装置の構成を示すブロック図である。
【図4】第２実施形態に係る測距システムの構成を示すブロック図である。
【図5】第２実施形態に係る解析部のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図6】第２実施形態に係る解析部の機能構成を示すブロック図である。
【図7】第２実施形態に係る解析部による処理を示すフロー図である。
【図8】第２実施形態の変形例に係る測距システムの構成を示すブロック図である。
【図9】第３実施形態に係る測距システムの構成を示すブロック図である。
【図10】第３実施形態の変形例に係る測距システムの構成を示すブロック図である。
【図11】第４実施形態に係る測距システムの構成を示すブロック図である。
【図12】第４実施形態に係る解析部の機能構成を示すブロック図である。
【図13】第４実施形態に係る解析部による処理を示すフロー図である。
【図14】第５実施形態に係る測距システムの構成を示すブロック図である。
【図15】第５実施形態に係る解析部の機能構成を示すブロック図である。
【図16】第５実施形態に係る制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図17】第５実施形態に係る測距システムの動作を示すフロー図である。
【図18】第５実施形態の変形例に係る測距システムの動作を示すフロー図である。
【図19】第６実施形態に係る測距システムの構成を示すブロック図である。
【図20】第６実施形態に係る解析部の機能構成を示すブロック図である。
【図21】第６実施形態に係る測距システムの動作を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を備える構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を適宜省略する。
【0011】
実施形態に係る投受光装置は、測距システム等の計測システムに搭載され、計測において用いられる光を投光し、計測の対象となる物体により反射された光を受光するものである。また、実施形態に係る測距システムは、実施形態に係る投受光装置を備え、該投受光装置からパルス光を投光し、物体によるパルス光の反射光を受光して、パルス光の投光と反射光の受光との時間差に基づき物体までの距離を計測するものである。
【0012】
［第１実施形態］
＜第１実施形態に係る投受光装置の構成＞
図１～２を参照して、第１実施形態に係る投受光装置の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る投受光装置１００の構成の一例を示すブロック図である。図２は、投受光装置１００が備える制御部３００の機能構成の一例を示すブロック図である。
＜第１実施形態に係る投受光装置の構成＞
図１～２を参照して、第１実施形態に係る投受光装置の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る投受光装置１００の構成の一例を示すブロック図である。図２は、投受光装置１００が備える制御部３００の機能構成の一例を示すブロック図である。
【0013】
図１に示すように、投受光装置１００は、発光部２００と、制御部３００と、受光部４００と、を備える。
【0014】
発光部２００は、互いに量子もつれ状態にある第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を射出する第１発光部２０１を含む。発光部２００は、例えば第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を含む量子もつれ光光子対を発生させる。量子もつれ光光子対は、シグナル光と、アイドラー光とからなり、シグナル光およびアイドラー光は互いに量子もつれ状態にある。ここでは、第１光Ｌ１はシグナル光、第２光Ｌ２はアイドラー光にそれぞれ対応する。
【0015】
発光部２００には、例えば、自発的パラメトリック下方変換（spontaneous parametric down-conversion：ＳＰＤＣ）を採用できる。発光部２００は、レーザ光源２１と、非線形光学結晶２２と、を備える。レーザ光源２１は、一例として半導体レーザであり、励起光Ｌ０を非線形光学結晶２２に向けて出射する。非線形光学結晶２２は、タイプＩの非線形光学結晶であり、励起光と同軸の第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を出射する。第１光Ｌ１および第２光Ｌ２の波長は等しい。励起光Ｌ０、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２は、それぞれパルス光である。レーザ光源２１は半導体レーザである必要はなく、固体レーザであってもよい。
【0016】
非線形光学結晶２２は、励起光Ｌ０とは非同軸の第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２を出射するタイプＩＩの非線形光学結晶であってもよい。また、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２の波長は異なってもよい。この場合、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２は、非縮退状態にあり、縮退している状態と異なる波長を有する。例えば、第１光Ｌ１が可視光、第２光Ｌ２が赤外光であってもよい。
【0017】
上記発光部２００は、いずれの例においても、ディラック定数を用いた下記の（式１）及び（式２）で表されるエネルギー保存則及び位相整合条件が満たされる。
【0018】
【数1】
【0019】
ここで、ωｐ、ωｓ、ωｉは、それぞれ励起光、シグナル光、アイドラー光の角周波数であり、ｋｐ、ｋｓ、ｋｉのベクトルは、それぞれ励起光、シグナル光、アイドラー光の波数ベクトルである。例えば、波長が３５５ｎｍの励起光を用いれば、７１０ｎｍの波長を有する縮退したシグナル光及びアイドラー光の量子もつれ光光子対を生成させることができる。また、エネルギー保存則及び位相整合条件が満たされながら、波長が相違するシグナル光及びアイドラー光を生成することも可能である。一例として、４００ｎｍの波長の励起光から１０００ｎｍのシグナル光と６６７ｎｍのアイドラー光とを生成することができる。
【0020】
なお、発光部２００は非線形光学結晶２２を含んでいる必要はなく、量子もつれ光光子対を生成できる半導体素子を発光部２００が備えていてもよい。量子もつれ光光子対を生成できる半導体素子としては、例えば、量子ドットを備える半導体素子や、導波路構造を備える半導体素子が挙げられる。
【0021】
制御部３００は、発光部２００および受光部４００のオン・オフ等の制御等、投受光装置１００の制御を行う。制御部３００への制御指示は、投受光装置１００への操作入力に基づき行われてもよいし、外部機器への操作入力に基づき外部機器から制御部３００へ信号を送信することで行われてもよい。ここでの外部機器は、投受光装置１００に有線または無線で接続されたパーソナルコンピュータ等である。制御部３００は、電気回路またはプロセッサ等により構成される。
【0022】
図２に示すように、制御部３００は、発光制御部３１と入出力部３２とを備える。発光制御部３１および入出力部３２の各機能は、電気回路またはプロセッサ等により実現される。
【0023】
発光制御部３１は、レーザ光源２１に対して非線形光学結晶２２へ励起光Ｌ０を射出するタイミングを与えることで、発光部２００に投光のタイミングを与える。また発光制御部３１は、投光のタイミングとともに投光の繰り返し回数等の情報を発光部２００に与える。発光部２００は、発光制御部３１が示す情報に基づいて第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を物体Ｓに投光する。
【0024】
入出力部３２は、発光部２００等の制御対象との間での通信を制御することにより、制御対象との間で様々な情報を送受することができる。
【0025】
図１において、受光部４００は、第１受光部４０１を備える。第１受光部４０１は、例えば、量子もつれ受光部としてのＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）を含む高感度のイメージセンサであってよい。受光部４００は、画素が二次元配列されたエリアセンサを含んでもよいし、画素が一次元配列されたラインセンサを含んでもよい。
【0026】
発光部２００から出射された第１光Ｌ１および第２光Ｌ２の少なくとも一方は、物体Ｓで反射され第１反射光Ｒ１となる。物体Ｓによる反射には、物体Ｓによる正反射、物体Ｓによる拡散反射および物体Ｓによる散乱等が含まれる。第１受光部４０１は、第１反射光Ｒ１を単一光子レベルで受光することで得られる複数のフレームを時系列で取得し、複数のフレームにより撮像される第１受光画像Ｉｍ１を出力する。受光部４００から第１受光画像Ｉｍ１を受け取った解析部等は、第１受光画像Ｉｍ１に基づき、距離情報等の計測情報を演算により取得できる。
【0027】
受光部４００には、量子もつれ光子対のみならず、量子もつれ状態にない光である古典光や、測距には用いられない環境光等も入射し得る。これらの光子の中から量子もつれ光子対を検出するために、同時（コインシデンス）計測が利用できる。同時計測とは、第１の検出部で光子を検出したイベントと第２の検出部で光子を検出したイベントとが一致するときのみ、量子もつれ光子対の検出としてカウントする方法である。例えば、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２がほぼ同じ光路をたどる場合、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２は第１受光部４０１にほぼ同時に入射すると考えられる。解析部等では、第１受光部４０１から出力された第１受光画像Ｉｍ１を処理することで、量子相関情報を得ることができる。量子相関情報とは、量子もつれ状態の存在によって生じ得る相関関係に関する情報をいう。解析部等は、例えば、量子相関情報を含む画像を量子相関情報として取得できる。
【0028】
投受光装置１００は、レンズ、回折光学素子、拡散板等の光学素子や、走査ミラー等を含む照射部をさらに含んでもよい。照射部は、レンズ等により生成される発散光を投受光装置１００から物体Ｓ側へ照射する。照射部が第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を発散させるレンズを備える場合、一括照明方式により周囲の空間を一度に照らすことができる。また照射部は、走査ミラー等により光走査機構を構成することもできる。発光部２００から発せられた第１光Ｌ１および第２光Ｌ２のそれぞれは、照射部に含まれる、回転軸を中心に回転可能な走査ミラーにより走査され、物体Ｓ側へ照射される。照射部が光走査機構を備える場合、挟角の投光光を走査するスキャン照明方式により部分的な照射箇所を機械的に移動させることができる。
【0029】
投受光装置１００は、レンズや回折光学素子等の光学素子や、走査ミラー等を含み、第１反射光Ｒ１を第１受光部４０１に導光する受光導光部をさらに含んでもよい。
【0030】
＜投受光装置１００の主な作用効果＞
以上説明したように、本実施形態では、投受光装置１００は、互いに量子もつれ状態にある第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を含む光子対を投光し、投光された光子対の物体Ｓによる第１反射光Ｒ１を受光することで得られる第１受光画像Ｉｍ１を出力する。第１受光画像Ｉｍ１に基づき距離情報等の計測情報を解析部等に取得させることにより、外乱光に対するロバスト性が高い計測を実現させることができる。
以上説明したように、本実施形態では、投受光装置１００は、互いに量子もつれ状態にある第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を含む光子対を投光し、投光された光子対の物体Ｓによる第１反射光Ｒ１を受光することで得られる第１受光画像Ｉｍ１を出力する。第１受光画像Ｉｍ１に基づき距離情報等の計測情報を解析部等に取得させることにより、外乱光に対するロバスト性が高い計測を実現させることができる。
【0031】
＜第１実施形態の変形例＞
次に、第１実施形態の変形例について説明する。なお、既に説明した実施形態と同一の名称、符号については、同一もしくは同質の部材又は構成部を示しており、詳細説明を適宜省略する。この点は、以降に示す変形例および実施形態においても同じとする。
次に、第１実施形態の変形例について説明する。なお、既に説明した実施形態と同一の名称、符号については、同一もしくは同質の部材又は構成部を示しており、詳細説明を適宜省略する。この点は、以降に示す変形例および実施形態においても同じとする。
【0032】
本変形例では、第１光Ｌ１は、外部へ射出され、第２光Ｌ２は、受光部４００へ導光される光路へ射出され、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２のうち第１光Ｌ１のみが物体Ｓで反射されて第１反射光Ｒ１となる点が、第１実施形態と主に異なる。
【0033】
図３は、第１実施形態の変形例に係る投受光装置１００ａの構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、投受光装置１００ａでは、第１発光部２０１から射出される第１光Ｌ１および第２光Ｌ２のうち、第１光Ｌ１のみが外部へ投光され、第２光Ｌ２は外部を経由せずに第１受光部４０１に導光され、第１受光部４０１により受光される。なお、第１受光部４０１は、第１光Ｌ１を受光する第１検出器と第２光Ｌ２を受光する第２検出器を備えてもよい。
【0034】
本変形例では、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで光路が異なる分、第１受光部４０１による第１光Ｌ１と第２光Ｌ２の受光タイミングが異なる。本変形例では、この場合においても第１光Ｌ１と第２光Ｌ２に基づき量子相関情報を得ることができる。本変形例では、物体Ｓを経由しない第２光Ｌ２を用いることで外光に対するロバスト性を高くすることができる。なお、第２光Ｌ２が外部に投光され、第１光Ｌ１が外部を経由せずに第１受光部４０１に導光される構成にしてもよい。上記以外の作用効果は、第１実施形態とほぼ同じである。
【0035】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る測距システムについて説明する。本実施形態に係る測距システムは、実施形態に係る投受光装置に加え、該投受光装置から出力される第１受光画像に基づき、物体までの距離情報を演算により取得する解析部を備える点が第１実施形態と主に異なる。また、第２実施形態に係る測距システムが備える投受光装置は、古典光である第３光を射出する第２発光部を備え、第３光は、物体Ｓで反射されて第２反射光となり、受光部は、第１反射光と第２反射光を受光する点が、第１実施形態に係る投受光装置と主に異なる。
次に、第２実施形態に係る測距システムについて説明する。本実施形態に係る測距システムは、実施形態に係る投受光装置に加え、該投受光装置から出力される第１受光画像に基づき、物体までの距離情報を演算により取得する解析部を備える点が第１実施形態と主に異なる。また、第２実施形態に係る測距システムが備える投受光装置は、古典光である第３光を射出する第２発光部を備え、第３光は、物体Ｓで反射されて第２反射光となり、受光部は、第１反射光と第２反射光を受光する点が、第１実施形態に係る投受光装置と主に異なる。
【0036】
＜第２実施形態に係る測距システムの構成例＞
図４は、第２実施形態に係る測距システムの構成の一例を示すブロック図である。図４に示すように、第２実施形態に係る測距システム１０００は、投受光装置１００ｂと、解析部５００と、を備える。また、投受光装置１００ｂは、発光部２００ｂと、制御部３００と、受光部４００ｂと、を備える。発光部２００ｂは、第１発光部２０１に加えて、第２発光部２０２をさらに備える。
図４は、第２実施形態に係る測距システムの構成の一例を示すブロック図である。図４に示すように、第２実施形態に係る測距システム１０００は、投受光装置１００ｂと、解析部５００と、を備える。また、投受光装置１００ｂは、発光部２００ｂと、制御部３００と、受光部４００ｂと、を備える。発光部２００ｂは、第１発光部２０１に加えて、第２発光部２０２をさらに備える。
【0037】
第２発光部２０２は、古典光である第３光Ｌ３を射出する。第２発光部２０２は、レーザ光源２１と、ビームスプリッタ２３と、反射ミラー２４と、を備える。レーザ光源２１は、第１発光部２０１および第２発光部２０２によって共用される。ビームスプリッタ２３は、レーザ光源２１から射出された光の一部を反射し、他を透過する。ビームスプリッタ２３を透過した光は、励起光Ｌ０として非線形光学結晶２２に入射する。一方、ビームスプリッタ２３により反射された光は、反射ミラー２４で反射された後、第３光Ｌ３として外部に投光される。外部に投光された第３光Ｌ３は、物体Ｓにより反射されて第２反射光Ｒ２となる。
【0038】
受光部４００ｂは、第１受光部４０１に加え、第２反射光Ｒ２を含む光を受光する第２受光部４０２をさらに備える。第１受光部４０１は、単一光子を検出する単一光子検出器を含み、第２受光部４０２は、所定期間または所定回数の積算により受光量を検出する光量検出器を含んでよい。光量検出器には、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、ＳＰＡＤ、ＥＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ）－ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等を使用できる。ＥＭ－ＣＣＤは、電子増倍機能を有するＣＣＤである。なお、ＳＰＡＤ等の単一光子レベルの検出器を光量検出器として用いる場合、光強度画像は、受光画像を積算することで生成される。
【0039】
第１受光部Ｉｍ１は、第１受光画像Ｉｍ１を解析部５００に出力する。第２受光部Ｉｍ２は、第２受光画像Ｉｍ２を解析部５００に出力する。受光部４００ｂは、第１受光部４０１と第２受光部４０２とを備えることにより、互いに量子もつれ状態にある光に由来する第１受光画像Ｉｍ１と、古典光に由来する第２受光画像Ｉｍ２と、を並行して取得することができる。
【0040】
解析部５００は、第１受光部４０１から第１受光画像Ｉｍ１を受け取るとともに、第２受光部４０２から第２受光画像Ｉｍ２を受け取る。解析部５００は、第１受光画像Ｉｍ１に基づく第１距離情報、および第２受光画像Ｉｍ２に基づく第２距離情報の少なくとも一方を含む距離情報Ｄ２を出力する。
【0041】
＜解析部５００のハードウェア構成例＞
図５は、解析部５００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、解析部５００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５０３と、を備える。また解析部５００は、ＨＤＤ／ＳＳＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ／Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）５０４と、通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）５０５と、を備える。これらは、システムバスＡを介して相互に通信可能に接続される。
図５は、解析部５００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、解析部５００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５０３と、を備える。また解析部５００は、ＨＤＤ／ＳＳＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ／Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）５０４と、通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）５０５と、を備える。これらは、システムバスＡを介して相互に通信可能に接続される。
【0042】
ＣＰＵ５０１は、各種の演算処理を含む制御処理を実行する。ＲＯＭ５０２は、ＩＰＬ（Ｉｎｉｔｉａｌ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｌｏａｄｅｒ）等のＣＰＵ５０１の駆動に用いられるプログラムを記憶する。ＲＡＭ５０３は、ＣＰＵ５０１のワークエリアとして使用される。ＨＤＤ／ＳＳＤ５０４は、プログラムやデータ等の各種情報を記憶する。
【0043】
通信Ｉ／Ｆ５０５は、解析部５００が各種の外部機器と有線または無線で通信するためのインターフェースである。ここでの外部機器は、発光部２００ｂ、受光部４００ｂ等である。解析部５００は、通信Ｉ／Ｆ５０５を介して、発光部２００ｂ、受光部４００ｂ等へ信号を送信し、発光部２００ｂ、受光部４００ｂ等から信号やデータを受信できる。通信Ｉ／Ｆ５０５は、通信ネットワーク等を介して外部装置との間で通信を行うこともできる。例えば、解析部５００は、通信Ｉ／Ｆ５０５を介してインターネットに接続し、インターネットを介して外部装置との間で通信することもできる。
【0044】
＜解析部５００の機能構成例＞
図６は、解析部５００の機能構成の一例を示すブロック図である。解析部５００は、入力部５１と、第１距離算出部５２と、第２距離算出部５３と、選択部５４と、出力部５５と、を備える。入力部５１および出力部５５の各機能は、通信Ｉ／Ｆ５０５等により実現される。第１距離算出部５２、第２距離算出部５３および選択部５４の各機能は、ＣＰＵ５０１等のプロセッサがＲＯＭ５０２等の不揮発性メモリに格納されたプログラムに規定された処理を実行すること等により実現される。
図６は、解析部５００の機能構成の一例を示すブロック図である。解析部５００は、入力部５１と、第１距離算出部５２と、第２距離算出部５３と、選択部５４と、出力部５５と、を備える。入力部５１および出力部５５の各機能は、通信Ｉ／Ｆ５０５等により実現される。第１距離算出部５２、第２距離算出部５３および選択部５４の各機能は、ＣＰＵ５０１等のプロセッサがＲＯＭ５０２等の不揮発性メモリに格納されたプログラムに規定された処理を実行すること等により実現される。
【0045】
解析部５００が備える各機能は、一又は複数の処理回路によって実現されてもよい。ここでの処理回路とは、ＣＰＵ５０１等のプロセッサの他、上記各機能を実行するよう設計されたＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。解析部５００が備える各機能の一部は、解析部５００と外部装置との分散処理により実現されてもよい。
【0046】
入力部５１は、第１受光部４０１との通信を制御することにより、第１受光部４０１から第１受光画像Ｉｍ１を受け取るとともに、第２受光部４０２との通信を制御することにより、第２受光部４０２から第２受光画像Ｉｍ２を受け取る。入力部５１は、第１距離算出部５２に第１受光画像Ｉｍ１を、第２距離算出部５３に第２受光画像Ｉｍ２を、選択部５４に第２受光画像Ｉｍ２を、それぞれ出力する。
【0047】
第１距離算出部５２は、入力部５１を介して受け取った第１受光画像Ｉｍ１に基づき、物体Ｓまでの第１距離情報Ｄｓ１を算出し、算出した第１距離情報Ｄｓ１を選択部５４に出力する。例えば、第１距離算出部５２は、第１受光画像Ｉｍ１を撮像する複数のフレームの中から物体フレームを特定し、特定した物体フレームから得られる光の飛行時間に基づいて物体Ｓまでの第１距離情報Ｄｓ１を算出できる。物体フレームとは、物体Ｓからの反射光を受光しているフレーム、言い換えると物体Ｓが検出されたフレームをいう。
【0048】
第１距離算出部５２は、物体フレームを特定するために、例えば結合確率分布に基づくＪＰＤ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）アルゴリズムを使用できる。ＪＰＤアルゴリズムは、時系列で得られる複数のフレームに基づき、同一フレーム内での多画素間の相関関係と、時間方向において隣接するフレーム間での多画素間の相関関係と、を利用し、量子相関情報を出現させる算出方法である。ＪＰＤアルゴリズムの詳細については、例えば、「Hugo Defienne他、"PHYSICAL REVIEW A 103, 042608 (2021)",17,March,2021、インターネット＜URL：https://arxiv.org/pdf/2106.10689.pdfhttps://www.physics.gla.ac.uk/xtremelight/publications/PRA-SPADs-Hugo%282021%29.pdf＞」、または「Han Liu他、"Enhancing LIDAR performance metrics using continuous-wave photon-pair sources",14,Apr.2020、インターネット＜https://arxiv.org/pdf/2004.06754.pdf＞」等を参照できる。但し、第１受光画像Ｉｍ１に基づく第１距離情報Ｄｓ１の算出方法は、ＪＰＤアルゴリズムを用いるものに限定されず、他の算出方法を用いてもよい。
【0049】
第２距離算出部５３は、入力部５１を介して受け取った第２受光画像Ｉｍ２に基づき、物体Ｓまでの第２距離情報Ｄｓ２を算出し、算出した第２距離情報Ｄｓ２を選択部５４に出力する。第２距離算出部５３は、第３光Ｌ３の投光から第１反射光Ｒ２の受光までの時間差に基づき、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により、第２距離情報Ｄｓ２を算出できる。
【0050】
選択部５４は、第２受光画像Ｉｍ２における受光量に基づいて、第１距離情報Ｄｓ１および第２距離情報Ｄｓ２の少なくとも一方を選択し、選択結果を距離情報Ｄｓとして出力部５５に出力する。例えば、選択部５４は、受光量が第１の値である場合に第１距離情報Ｄｓ１を選択し、受光量が第１の値よりも大きい第２の値である場合に第２距離情報Ｄｓ２を選択する。受光量の情報には、第２受光画像Ｉｍ２における少なくとも一部の画素の輝度の平均値、少なくとも一部の画素における画素の最大値または最小値等の情報を使用できる。
【0051】
受光量の閾値となる第１の値は、予め実験またはシミュレーション等により定めることができる。例えば、互いに量子もつれ状態にある光を用いた第１受光画像Ｉｍ１を用いて所望の測距精度以上の測距精度を確保可能な距離を定め、この距離における第２受光画像Ｉｍ２の受光量を、第１の値として定めることができる。
【0052】
出力部５５は、外部装置との通信を制御することにより、選択部５４から受け取った距離情報Ｄｓを外部装置に出力する。ここでの外部装置には、測距システム１０００による測距結果を利用する自動車のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等が挙げられる。
【0053】
＜解析部５００による処理例＞
図７は、解析部５００による処理の一例を示すフロー図である。図７は、解析部５００が受光部４００ｂから入力部５１を介して第１受光画像Ｉｍ１および第２受光画像Ｉｍ２を受け取り、距離情報Ｄｓを出力するまでの解析部５００の処理を示している。
図７は、解析部５００による処理の一例を示すフロー図である。図７は、解析部５００が受光部４００ｂから入力部５１を介して第１受光画像Ｉｍ１および第２受光画像Ｉｍ２を受け取り、距離情報Ｄｓを出力するまでの解析部５００の処理を示している。
【0054】
まず、ステップＳ１１において、解析部５００は、第１距離算出部５２により、第１受光画像Ｉｍ１に基づき、第１距離情報Ｄｓ１を演算により取得する。
【0055】
続いて、ステップＳ１２において、解析部５００は、第２距離算出部５３により、第２受光画像Ｉｍ２に基づき、第２距離情報Ｄｓ２を演算により取得する。
【0056】
なお、ステップＳ１１～Ｓ１２は、適宜順序を変更でき、またステップＳ１１とステップＳ１２が並行に実行されてもよい。
【0057】
続いて、ステップＳ１３において、解析部５００は、選択部５４により、第２受光画像Ｉｍ２に基づき、第２反射光Ｒ２の受光量の情報を取得する。
【0058】
続いて、ステップＳ１４において、解析部５００は、選択部５４により、第２反射光Ｒ２の受光量が第１の値以下であるか否かを判定する。
【0059】
ステップＳ１４において、第２反射光Ｒ２の受光量が第１の値以下であると判定された場合には（ステップＳ１４、ＹＥＳ）、ステップＳ１５において、解析部５００は、選択部５４により、距離情報Ｄｓとして第１距離情報Ｄｓ１を選択する。
【0060】
一方、ステップＳ１４において、第２反射光Ｒ２の受光量が第１の値以下ではない、すなわち、第２反射光Ｒ２の受光量が第１の値よりも大きい第２の値であると判定された場合には（ステップＳ１４、ＮＯ）、ステップＳ１６において、解析部５００は、選択部５４により、距離情報Ｄｓとして第２距離情報Ｄｓ２を選択する。
【0061】
続いて、ステップＳ１７において、解析部５００は、出力部５５により、距離情報Ｄｓを外部装置に出力する。
【0062】
以上のようにして、解析部５００は、投受光装置１００ｂから第１受光画像Ｉｍ１および第２受光画像Ｉｍ２を受け取り、距離画像Ｄｓを出力することができる。
【0063】
＜投受光装置１００ｂおよび測距システム１０００の主な作用効果＞
以上説明したように、本実施形態に係る投受光装置１００ｂは、互いに量子もつれ状態にある第１光Ｌ１と第２光Ｌ２を射出する第１発光部２０１と、古典光である第３光Ｌ３を射出する第２発光部２０２と、受光部４００ｂと、を備える。第１光Ｌ１および第２光Ｌ２の少なくとも一方は、物体Ｓで反射され第１反射光Ｒ１となり、第３光Ｌ３は、物体Ｓで反射されて第２反射光Ｒ２となる。受光部４００ｂは、第１反射光Ｒ１と第２反射光Ｒ２を受光する。
以上説明したように、本実施形態に係る投受光装置１００ｂは、互いに量子もつれ状態にある第１光Ｌ１と第２光Ｌ２を射出する第１発光部２０１と、古典光である第３光Ｌ３を射出する第２発光部２０２と、受光部４００ｂと、を備える。第１光Ｌ１および第２光Ｌ２の少なくとも一方は、物体Ｓで反射され第１反射光Ｒ１となり、第３光Ｌ３は、物体Ｓで反射されて第２反射光Ｒ２となる。受光部４００ｂは、第１反射光Ｒ１と第２反射光Ｒ２を受光する。
【0064】
本実施形態に係る投受光装置１００ｂは、第１受光画像Ｉｍ１に基づき距離情報等の計測情報を取得させることにより、外乱光に対するロバスト性が高い計測を実現させることができる。一方、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２のそれぞれは、単一光子レベルの微弱光であるため、投受光装置１００ｂから物体Ｓまでの距離が長いと空間を伝播する間に減衰することにより、測距可能な距離等の計測範囲が狭くなる場合がある。これに対し、投受光装置１００ｂでは、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２により得られる第１距離情報Ｄｓ１に加え、第３光Ｌ３により第２距離情報Ｄｓ２を取得する。第３光Ｌ３は、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２と比較して光量が多いため、測距可能な距離等の計測範囲を広くすることができる。以上より、本実施形態では、計測可能な範囲を広くできるとともに、外光に強い投受光装置１００ｂを提供することができる。
【0065】
また、本実施形態に係る測距システム１０００は、投受光装置１００ｂと、第１受光部４０１から第１受光画像Ｉｍ１を受け取るとともに、第２受光部４０２から第２受光画像Ｉｍ２を受け取る解析部５００と、を備える。解析部５００は、第１受光画像Ｉｍ１に基づく第１距離情報Ｄｓ１、および第２受光画像Ｉｍ２に基づく第２距離情報Ｄｓ２の少なくとも一方を出力する。第１受光画像Ｉｍ１に基づく第１距離情報Ｄｓ１は、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を用いるため、外乱光に対するロバスト性が高い。一方、第２受光画像Ｉｍ２に基づく第２距離情報Ｄｓ２は、第３光Ｌ３を用いるため、測距可能な範囲を広くできる。従って、本実施形態では、測距可能な範囲を広くするとともに、外光に強い測距システム１０００を提供することができる。
【0066】
また、解析部５００は、第２受光画像Ｉｍ２における受光量に基づいて選択された第１距離情報Ｄｓ１および第２距離情報Ｄｓ２の少なくとも一方を出力してよい。例えば解析部５００は、受光量が第１の値である場合に第１距離情報Ｄｓ１を出力し、受光量が第１の値よりも大きい第２の値である場合に第２距離情報Ｄｓ２を出力してよい。これらにより、測距対象の距離が長い場合等において第１距離情報Ｄｓ１を距離情報Ｄｓとすると所望の測距精度が得られない場合にも、第２距離情報Ｄｓ２を距離情報Ｄｓとすることで所望の測距精度を確保することができる。
【0067】
また、別の観点では、第１受光画像Ｉｍ１は、互いに量子もつれ状態にある第１光Ｌ１と第２光Ｌ２の少なくとも一方が物体Ｓで反射されて生じる第１反射光Ｒ１による飛行時間情報を含む第１情報に対応する。また、第２受光画像Ｉｍ２は、古典光である第３光Ｌ３が物体Ｓで反射されて生じる第２反射光Ｒ２による飛行時間情報を含む第２情報に対応する。解析部５００は、第１情報に基づく第１距離情報Ｄｓ１、および第２情報に基づく第２距離情報Ｄｓ２の少なくとも一方を出力してよい。また解析部５００は、第２情報に基づいて選択される第１距離情報Ｄｓ１および第２距離情報Ｄｓ２の少なくとも一方を出力してよい。第２情報は、受光部４００ｂによる第２反射光Ｒ２の受光量に関する情報を含み、解析部５００は、受光量が第１の値である場合に第１距離情報Ｄｓ１を出力し、受光量が第１の値よりも大きい第２の値である場合に第２距離情報Ｄｓ２を出力してよい。
【0068】
＜第２実施形態の変形例＞
次に、第２実施形態の変形例に係る測距システムについて説明する。本変形例では、発光部における非線形光学結晶２２から第１光Ｌ１、第２光Ｌ２および第３光Ｌ３のそれぞれが取り出される点が上述した第２実施形態と主に異なる。
次に、第２実施形態の変形例に係る測距システムについて説明する。本変形例では、発光部における非線形光学結晶２２から第１光Ｌ１、第２光Ｌ２および第３光Ｌ３のそれぞれが取り出される点が上述した第２実施形態と主に異なる。
【0069】
図８は、第２実施形態の変形例に係る測距システム１０００ｃの構成の一例を示すブロック図である。測距システム１０００ｃは投受光装置１００ｃを備える。投受光装置１００ｃは発光部２００ｃを備える。
【0070】
発光部２００ｃは、レーザ光源２１からの励起光Ｌ０を非線形光学結晶２２に入射させ、非線形光学結晶２２から第１光Ｌ１および第２光Ｌ２とともに、古典光である第３光Ｌ３を取り出す。例えば、発光部２００ｃは、励起光Ｌ０が非線形光学結晶２２を透過した光を第３光Ｌ３として取り出すことができる。
【0071】
本変形例では、第２実施形態におけるビームスプリッタ２３および反射ミラー２４（図４参照）を配置せずに第３光Ｌ３を取り出すため、発光部２００ｃのサイズを小さくするとともに、発光部２００ｃのアライメント調整を簡略化することができる。
【0072】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る測距システムについて説明する。本実施形態では、第１光Ｌ１は、外部へ射出され、第２光Ｌ２は、受光部４００ｂへ導光される光路へ射出され、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２のうち第１光Ｌ１のみが物体Ｓで反射されて第１反射光Ｒ１となる点が、第２実施形態と主に異なる。
次に、第３実施形態に係る測距システムについて説明する。本実施形態では、第１光Ｌ１は、外部へ射出され、第２光Ｌ２は、受光部４００ｂへ導光される光路へ射出され、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２のうち第１光Ｌ１のみが物体Ｓで反射されて第１反射光Ｒ１となる点が、第２実施形態と主に異なる。
【0073】
＜第３実施形態に係る測距システムの構成例＞
図９は、第３実施形態に係る測距システム１０００ｄの構成の一例を示すブロック図である。図９に示すように、第１発光部２０１から射出される第１光Ｌ１および第２光Ｌ２のうち、第１光Ｌ１のみが外部へ投光され、第２光Ｌ２は外部を経由せずに第１受光部４０１に導光され、第１受光部４０１により受光される。
図９は、第３実施形態に係る測距システム１０００ｄの構成の一例を示すブロック図である。図９に示すように、第１発光部２０１から射出される第１光Ｌ１および第２光Ｌ２のうち、第１光Ｌ１のみが外部へ投光され、第２光Ｌ２は外部を経由せずに第１受光部４０１に導光され、第１受光部４０１により受光される。
【0074】
本変形例では、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで光路が異なる分、第１受光部４０１による第１光Ｌ１と第２光Ｌ２の受光タイミングが異なる。本変形例では、この場合においても第１光Ｌ１と第２光Ｌ２に基づき量子相関情報を得ることができる。本変形例では、物体Ｓを経由しない第２光Ｌ２を用いることで外光に対するロバスト性を高くすることができる。なお、第２光Ｌ２が外部に投光され、第１光Ｌ１が外部を経由せずに第１受光部４０１に導光される構成にしてもよい。上記以外の作用効果は、第２実施形態とほぼ同じである。
【0075】
＜第３実施形態の変形例＞
次に、第３実施形態の変形例に係る測距システムについて説明する。本変形例では、発光部における非線形光学結晶２２から第１光Ｌ１、第２光Ｌ２および第３光Ｌ３のそれぞれが取り出される点が、上述した第３実施形態と主に異なる。
次に、第３実施形態の変形例に係る測距システムについて説明する。本変形例では、発光部における非線形光学結晶２２から第１光Ｌ１、第２光Ｌ２および第３光Ｌ３のそれぞれが取り出される点が、上述した第３実施形態と主に異なる。
【0076】
図１０は、第３実施形態の変形例に係る測距システム１０００ｅの構成の一例を示すブロック図である。測距システム１０００ｅは投受光装置１００ｅを備える。投受光装置１００ｅは発光部２００ｃを備える。
【0077】
発光部２００ｃは、レーザ光源２１からの励起光Ｌ０を非線形光学結晶２２に入射させ、非線形光学結晶２２から第１光Ｌ１および第２光Ｌ２とともに、古典光である第３光Ｌ３を取り出す。例えば、発光部２００ｃは、励起光Ｌ０が非線形光学結晶２２を透過した光を第３光Ｌ３として取り出すことができる。
【0078】
本変形例では、第３実施形態におけるビームスプリッタ２３および反射ミラー２４を配置せず（図９参照）に第３光Ｌ３を取り出すため、発光部２００ｃのサイズを小さくするとともに、発光部２００ｃのアライメント調整を簡略化することができる。
【0079】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係る測距システムについて説明する。本実施形態では、第４実施形態に係る測距システムが備える解析部が、互いに量子もつれ状態にある第１光および第２光により取得された量子相関情報を入力し、量子相関情報に基づいて推論し、推論結果を出力する推論部を含む点が、上述した実施形態および変形例と主に異なる。
次に、第４実施形態に係る測距システムについて説明する。本実施形態では、第４実施形態に係る測距システムが備える解析部が、互いに量子もつれ状態にある第１光および第２光により取得された量子相関情報を入力し、量子相関情報に基づいて推論し、推論結果を出力する推論部を含む点が、上述した実施形態および変形例と主に異なる。
【0080】
＜第４実施形態に係る測距システムの構成例＞
図１１は、第４実施形態に係る測距システム１０００ｆの構成の一例を示すブロック図である。図１１に示すように、測距システム１０００ｆは、解析部５００ｆを備える。
図１１は、第４実施形態に係る測距システム１０００ｆの構成の一例を示すブロック図である。図１１に示すように、測距システム１０００ｆは、解析部５００ｆを備える。
【0081】
図１２は、解析部５００ｆの機能構成の一例を示すブロック図である。解析部５００ｆは、入力部５１ｆと、演算部５６と、推論部５７と、を備える。入力部５１ｆの機能は、図５の通信Ｉ／Ｆ５０５等により実現される。演算部５６および推論部５７の各機能は、図５のＣＰＵ５０１等のプロセッサがＲＯＭ５０２等の不揮発性メモリに格納されたプログラムに規定された処理を実行すること等により実現される。
【0082】
入力部５１は、第１受光部４０１との通信を制御することにより、第１受光部４０１から受光画像としての第１受光画像Ｉｍ１を受け取り、受け取った第１受光画像Ｉｍ１を推論部５７に出力する。第１受光画像Ｉｍ１は、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２の少なくとも一方が物体Ｓで反射されて生じる第１反射光Ｒ１を含む光を第１受光部４０１が受光することにより得られる。
【0083】
演算部５６は、入力された第１受光画像Ｉｍ１に基づき、ＪＰＤアルゴリズム等を使用して量子相関情報Ｑｃ（コインシデンス画像）を算出する。量子相関情報Ｑｃは、異なる時間において第１光Ｌ１および第２光Ｌ２により取得された複数の空間相関画像であってよい。量子相関情報Ｑｃは、推論部５７へ出力される。
【0084】
推論部５７は、演算部５６から量子相関情報を入力し、この量子相関情報に基づいて推論し、推論結果を出力する。推論部５７は、推論結果として物体Ｓが検出されたフレームである物体フレームに関する情報を出力してよい。
【0085】
推論部５７は、人工知能（ＡＩ：Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）により推論を行うことができる。推論部５７は、学習装置により予め機械学習が行われた学習済みモデルを備えている。学習装置は、例えば量子相関情報Ｑｃを用いて学習済みモデルを生成できる。推論部５７は、量子相関情報Ｑｃと学習済みモデルとに基づいて物体フレームを推論してよい。なお、学習装置は、量子相関情報Ｑｃに加え、第１受光画像Ｉｍ１（イルミネーション画像）にさらに基づいて学習し、推論部５７は、量子相関情報Ｑｃと第１受光画像Ｉｍ１と学習済みモデルとに基づいて推論してもよい。これにより、推論精度を高くすることができる。
【0086】
推論部５７は、推論した物体フレームに基づき光の飛行時間を算出し、この飛行時間に応じて物体Ｓまでの距離情報Ｄｓを算出できる。学習装置における機械学習の方法は、強化学習、半教師あり学習または教師なし学習等の様々なものが存在する。画像を取り扱った学習を実行できれば機械学習の方法に制限はない。複雑な推論を可能とする観点では、深層学習（ディープラーニング）に立脚した方法であることが好ましい。
【0087】
＜解析部５００ｆによる処理例＞
図１３は、解析部５００ｆによる処理の一例を示すフロー図である。図１３は、解析部５００ｆが受光部４００ｂから入力部５１を介して第１受光画像Ｉｍ１を受け取り、距離情報Ｄｓを出力するまでの解析部５００の処理を示している。
図１３は、解析部５００ｆによる処理の一例を示すフロー図である。図１３は、解析部５００ｆが受光部４００ｂから入力部５１を介して第１受光画像Ｉｍ１を受け取り、距離情報Ｄｓを出力するまでの解析部５００の処理を示している。
【0088】
まず、ステップＳ２１において、解析部５００ｆは、演算部５６により、第１受光画像Ｉｍ１に基づき、量子相関情報Ｑｃを算出する。
【0089】
続いて、ステップＳ２２において、解析部５００ｆは、推論部５７により、演算部５６から受け取った量子相関情報Ｑｃと、学習モデルと、に基づき、物体フレームを推論する。
【0090】
続いて、ステップＳ２３において、解析部５００ｆは、推論部５７により、推論した物体フレームに基づいて光の飛行時間を算出する。
【0091】
続いて、ステップＳ２４において、解析部５００ｆは、推論部５７により、算出した飛行時間から物体Ｓまでの距離情報Ｄｓを演算により取得する。
【0092】
続いて、ステップＳ２５において、解析部５００ｆは、出力部５５により、推論部５７により算出された距離情報Ｄｓを外部装置に出力する。
【0093】
以上のようにして、解析部５００ｆは、投受光装置１００ｂから第１受光画像Ｉｍ１を受け取り、距離画像Ｄｓを出力することができる。
【0094】
＜測距システム１０００ｆの主な作用効果＞
以上説明したように、本実施形態では、解析部５００ｆは、互いに量子もつれ状態にある第１光Ｌ１および第２光Ｌ２により取得された量子相関情報Ｑｃを入力し、量子相関情報Ｑｃに基づいて推論し、推論結果を出力する推論部５７を含む。量子相関情報Ｑｃは、異なる時間において第１光Ｌ１および第２光Ｌ２により取得された複数の空間相関画像であってよい。また、解析部５００ｆは、第１受光画像Ｉｍ１（受光画像）が入力される演算部５６を含んでよい。第１受光画像Ｉｍ１は、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２の少なくとも一方が物体Ｓで反射されて生じる第１反射光Ｒ１を含む光を受光することにより得られ、量子相関情報Ｑｃは、演算部５６により算出され、推論部５７へ出力されてよい。以上のように、本実施形態では、量子もつれ状態にある光に基づく推論を実行可能な測距システム１０００ｆを提供することができる。
以上説明したように、本実施形態では、解析部５００ｆは、互いに量子もつれ状態にある第１光Ｌ１および第２光Ｌ２により取得された量子相関情報Ｑｃを入力し、量子相関情報Ｑｃに基づいて推論し、推論結果を出力する推論部５７を含む。量子相関情報Ｑｃは、異なる時間において第１光Ｌ１および第２光Ｌ２により取得された複数の空間相関画像であってよい。また、解析部５００ｆは、第１受光画像Ｉｍ１（受光画像）が入力される演算部５６を含んでよい。第１受光画像Ｉｍ１は、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２の少なくとも一方が物体Ｓで反射されて生じる第１反射光Ｒ１を含む光を受光することにより得られ、量子相関情報Ｑｃは、演算部５６により算出され、推論部５７へ出力されてよい。以上のように、本実施形態では、量子もつれ状態にある光に基づく推論を実行可能な測距システム１０００ｆを提供することができる。
【0095】
推論部５７は、推論結果として物体Ｓが検出されたフレームである物体フレームに関する情報を出力してよい。解析部５００ｆは、推論部５７により、外光に対してロバストに物体フレームを特定することができる。本実施形態では、推論部５７により特定された物体フレームに関する情報を用いることで、外光に強い測距システム１０００ｆを提供することができる。
【0096】
また、別の観点では、測距システム１０００ｆは、互いに量子もつれ状態にある第１光Ｌ１および第２光Ｌ２の少なくとも一方が物体Ｓで反射されて生じる第１反射光Ｒ１による飛行時間情報を含む第１情報（第１受光画像Ｉｍ１）を入力し、解析結果を出力する解析部５００ｆを備えてよい。解析結果は、物体Ｓが検出されたフレームである物体フレームに関する情報、物体Ｓまでの飛行時間情報および物体Ｓまでの距離情報の少なくとも１つを含むことができる。解析部５００ｆは、第１情報から算出された量子相関情報に基づいて推論する推論部５７を含んでよい。
【0097】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態に係る測距システムについて説明する。本実施形態では、第１発光部と受光部とを制御する制御部を備え、解析部は、第１発光部および受光部の駆動条件を、解析部による解析結果に基づいて算出し、制御部に駆動信号を出力する点が、第４実施形態と主に異なる。
次に、第５実施形態に係る測距システムについて説明する。本実施形態では、第１発光部と受光部とを制御する制御部を備え、解析部は、第１発光部および受光部の駆動条件を、解析部による解析結果に基づいて算出し、制御部に駆動信号を出力する点が、第４実施形態と主に異なる。
【0098】
図１４は、第５実施形態に係る測距システム１０００ｇの構成の一例を示すブロック図である。測距システム１０００ｇは、投受光装置１００ｇと解析部５００ｇとを備える。投受光装置１００ｇは、制御部３００ｇを備える。
【0099】
解析部５００ｇは、第１発光部２０１および受光部４００の駆動条件を、解析部による解析結果に基づいて算出し、制御部３００ｇに駆動信号Ｄｒを出力する。例えば、解析部５００ｇは、駆動条件として、第１反射光Ｒ１を含む光を受光することにより得られる第１受光画像Ｉｍ１を撮像するフレーム数を算出する。制御部３００ｇは、解析部５００ｇからの駆動信号Ｄｒに応じて、第１発光部２０１と受光部４００とを制御できる。
【0100】
図１５は、解析部５００ｇの機能構成の一例を示すブロック図である。解析部５００ｇは、フレーム数算出部５８を備える。フレーム数算出部５８の機能は、ＣＰＵ５０１等のプロセッサがＲＯＭ５０２等の不揮発性メモリに格納されたプログラムに規定された処理を実行すること等により実現される。
【0101】
フレーム数算出部５８は、演算部５６により算出された量子相関情報Ｑｃに基づき、第１受光画像Ｉｍ１を撮像するフレーム数Ｎを算出する。フレーム数算出部５８により算出されるフレーム数Ｎは、例えば、上述したＪＰＤアルゴリズムの結合確率分布の算出において使用されるフレーム数Ｎに対応する。また、フレーム数Ｎは、第１発光部２０１および受光部４００の駆動条件に対応する。
【0102】
フレーム数算出部５８により算出されたフレーム数Ｎに応じた駆動信号Ｄｒ（図１４参照）は、出力部５５を介して制御部３００ｇに出力される。
【0103】
図１６は、制御部３００ｇの機能構成の一例を示すブロック図である。制御部３００ｇは、発光制御部３１ｇと受光制御部３３とを備える。発光制御部３１ｇおよび受光制御部３３の各機能は、電気回路またはプロセッサ等により実現される。
【0104】
発光制御部３１ｇは、解析部５００ｇからの駆動信号Ｄｒに応じて、レーザ光源２１に発光のタイミングを与える。例えばフレーム数Ｎが多くなるほど、レーザ光源２１が駆動信号Ｄｒに応じてパルス光を発光する時間間隔が長くなる。
【0105】
受光制御部３３は、解析部５００ｇからの駆動信号Ｄｒに応じて、第１受光画像Ｉｍ１を撮像するフレーム数Ｎを第１受光部４０１に対して設定する。第１受光部４０１は、設定されたフレーム数Ｎにより、第１受光画像Ｉｍ１を撮像することができる。
【0106】
解析部５００ｇが備える機能の一部を制御部３００ｇが備えてもよいし、制御部３００ｇが備える機能の一部を解析部５００ｇが備えてもよい。また、解析部５００ｇが備える機能の一部または制御部３００ｇが備える機能の一部は、解析部５００ｇおよび制御部３００ｇの分散処理により実現されてもよい。
【0107】
＜測距システム１０００ｇの動作例＞
図１７は、測距システム１０００ｇの動作の一例を示すフロー図である。図１７は、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を投光することで得られる第１受光画像Ｉｍ１に基づいて適正なフレーム数を算出し、該フレーム数に応じて再度第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を投光することで得られる物体Ｓまでの距離情報Ｓを出力するまでの測距システム１０００ｇの動作を示している。測距システム１０００ｇは、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２の投光をトリガーとして図１７の動作を開始する。
図１７は、測距システム１０００ｇの動作の一例を示すフロー図である。図１７は、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を投光することで得られる第１受光画像Ｉｍ１に基づいて適正なフレーム数を算出し、該フレーム数に応じて再度第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を投光することで得られる物体Ｓまでの距離情報Ｓを出力するまでの測距システム１０００ｇの動作を示している。測距システム１０００ｇは、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２の投光をトリガーとして図１７の動作を開始する。
【0108】
まず、ステップＳ３１において、測距システム１０００ｇは、第１受光部４０１により、第１受光画像Ｉｍ１を取得する。
【0109】
続いて、ステップＳ３２において、測距システム１０００ｇは、解析部５００ｇにより、量子相関情報Ｑｃを算出する。
【0110】
続いて、ステップＳ３３において、測距システム１０００ｇは、解析部５００ｇにより、量子相関情報Ｑｃに基づいて適正化されたフレーム数Ｎを算出する。なお、測距システム１０００ｇは、フレーム数が適正であるか否かを判定するための判定基準を予め設定しておき、この判定基準を満たすまで、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２の投光からステップＳ３３までの動作を繰り返し行ってもよい。測距システム１０００ｇは、解析部５００ｇにより、算出されたフレーム数Ｎに応じた駆動信号Ｄｒを制御部３００ｇに出力する。
【0111】
続いて、ステップＳ３４において、測距システム１０００ｇは、制御部３００ｇにより、駆動信号Ｄｒに応じて、第１受光画像Ｉｍ１を撮像するフレーム数を第１受光部４０１に対して設定する。
【0112】
続いて、ステップＳ３５において、測距システム１０００ｇは、制御部３００ｇにより、駆動信号Ｄｒに応じた発光のタイミングをレーザ光源２１に与える。
【0113】
続いて、ステップＳ３６において、測距システム１０００ｇは、制御部３００ｇから与えられた発光のタイミングに応じて第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を投光する。
【0114】
続いて、ステップＳ３７において、測距システム１０００ｇは、第１受光部４０１により、第１受光画像Ｉｍ１を取得する。
【0115】
続いて、ステップＳ３８において、測距システム１０００ｇは、解析部５００ｇにより、第１受光画像Ｉｍ１に基づき、量子相関情報Ｑｃを算出する。
【0116】
続いて、ステップＳ３９において、測距システム１０００ｇは、解析部５００ｇにより、量子相関情報Ｑｃと学習モデルとに基づいて物体フレームを推論する。
【0117】
続いて、ステップＳ４０において、測距システム１０００ｇは、解析部５００ｇにより、推論した物体フレームに基づき光の飛行時間を算出する。
【0118】
続いて、ステップＳ４１において、測距システム１０００ｇは、解析部５００ｇにより、算出した飛行時間から物体Ｓまでの距離情報Ｄｓを演算により取得する。
【0119】
続いて、ステップＳ４２において、測距システム１０００ｇは、解析部５００ｇにより、距離情報Ｄｓを外部装置に出力する。
【0120】
以上のようにして、測距システム１０００ｇは、第１受光画像Ｉｍ１を撮像するフレーム数Ｎを適正化するとともに、適正化されたフレーム数Ｎに応じて得られる距離情報Ｄｓを出力することができる。
【0121】
＜測距システム１０００ｇの主な作用効果＞
以上説明したように、本実施形態では、解析部５００ｇは、第１発光部２０１および受光部４００の駆動条件を解析部５００ｇによる解析結果に基づいて算出し、制御部３００ｇに駆動信号Ｄｒを出力する。例えば、解析部５００ｇは、駆動条件として、第１反射光Ｒ１を含む光を受光することにより得られる第１受光画像Ｉｍ１を撮像するフレーム数Ｎを算出してよい。測距システム１０００ｇは、フレーム数算出部５８により適正なフレーム数Ｎを算出することにより、フレーム数Ｎが少ない場合における測距精度の低下を低減するとともに、フレーム数Ｎが多い場合における測距時間の増大を低減することができる。これ以外の作用効果は、第４実施形態とほぼ同じである。
以上説明したように、本実施形態では、解析部５００ｇは、第１発光部２０１および受光部４００の駆動条件を解析部５００ｇによる解析結果に基づいて算出し、制御部３００ｇに駆動信号Ｄｒを出力する。例えば、解析部５００ｇは、駆動条件として、第１反射光Ｒ１を含む光を受光することにより得られる第１受光画像Ｉｍ１を撮像するフレーム数Ｎを算出してよい。測距システム１０００ｇは、フレーム数算出部５８により適正なフレーム数Ｎを算出することにより、フレーム数Ｎが少ない場合における測距精度の低下を低減するとともに、フレーム数Ｎが多い場合における測距時間の増大を低減することができる。これ以外の作用効果は、第４実施形態とほぼ同じである。
【0122】
＜第５実施形態の変形例＞
次に、第５実施形態の変形例について説明する。本変形例では、推論部により、物体フレームの推論に加えて、適正なフレーム数の推論を行う点が、第５実施形態と主に異なる。
次に、第５実施形態の変形例について説明する。本変形例では、推論部により、物体フレームの推論に加えて、適正なフレーム数の推論を行う点が、第５実施形態と主に異なる。
【0123】
第５実施形態の変形例に係る測距システムの構成は、図１５における推論部５７が適正なフレーム数Ｎの推論を行える点が異なる。この場合、解析部５００ｇは、図１５におけるフレーム数算出部５８を必ずしも備えなくてよい。
【0124】
図１８は、第５実施形態の変形例に係る測距システムの動作を示すフロー図である。図１８のステップＳ５３において、第５実施形態の変形例に係る測距システムは、解析部５００ｇの推論部５７により、量子相関情報Ｑｃに基づいて適正化されたフレーム数Ｎを推論する点が図１７に示した測距システム１０００ｇの動作と異なる。他の各ステップの動作は図１７に示した各ステップの動作とほぼ同じであるため、ここでは重複する説明を省略する。
【0125】
本変形例では、適正なフレーム数を推論部５７により推論するため、様々な条件下においても適正なフレーム数を得ることができる。
【0126】
＜第６実施形態＞
次に、第６実施形態に係る測距システムについて説明する。本実施形態では、投受光装置は、古典光である第３光Ｌ３を射出する第２発光部を備える。受光部は第１反射光Ｒ１および第２反射光Ｒ２を受光する。解析部に、第２反射光Ｒ２による第２受光画像Ｉｍ２が入力され、解析部は、第１受光画像Ｉｍ１及び第２受光画像Ｉｍ２に基づいて解析結果を出力する。以上の点が、第５実施形態と異なる。
次に、第６実施形態に係る測距システムについて説明する。本実施形態では、投受光装置は、古典光である第３光Ｌ３を射出する第２発光部を備える。受光部は第１反射光Ｒ１および第２反射光Ｒ２を受光する。解析部に、第２反射光Ｒ２による第２受光画像Ｉｍ２が入力され、解析部は、第１受光画像Ｉｍ１及び第２受光画像Ｉｍ２に基づいて解析結果を出力する。以上の点が、第５実施形態と異なる。
【0127】
＜第６実施形態に係る測距システム１０００ｈの構成例＞
図１９は、第６実施形態に係る測距システム１０００ｈの構成の一例を示すブロック図である。測距システム１０００ｈは、投受光装置１００ｈと解析部５００ｈとを備える点が、第５実施形態に係る測距システム１０００ｇと異なる。投受光装置１００ｈは、発光部２００ｂを備える。
図１９は、第６実施形態に係る測距システム１０００ｈの構成の一例を示すブロック図である。測距システム１０００ｈは、投受光装置１００ｈと解析部５００ｈとを備える点が、第５実施形態に係る測距システム１０００ｇと異なる。投受光装置１００ｈは、発光部２００ｂを備える。
【0128】
図２０は、解析部５００ｈの機能構成の一例を示すブロック図である。解析部５００ｈは、第２距離算出部５３を備える点が第５実施形態に係る解析部５００ｇと異なる。解析部５００ｈは、第２距離算出部５３により、第２情報としての第２受光画像Ｉｍ２に基づいて第２距離情報Ｄｓ２を取得できる。解析部５００ｈは、出力部５５により、第１距離情報Ｄｓ１および第２距離情報Ｄｓ２の少なくとも一方を外部装置に出力できる。
【0129】
＜測距システム１０００ｈの動作例＞
図２１は、測距システム１０００ｈの動作の一例を示すフロー図である。図２１におけるステップＳ７１～Ｓ８０の動作は、図１７に示したステップＳ３１～Ｓ４０の動作とほぼ同じであるため、ここでは重複した説明を省略する。
図２１は、測距システム１０００ｈの動作の一例を示すフロー図である。図２１におけるステップＳ７１～Ｓ８０の動作は、図１７に示したステップＳ３１～Ｓ４０の動作とほぼ同じであるため、ここでは重複した説明を省略する。
【0130】
ステップＳ８１において、測距システム１０００ｈは、解析部５００ｈにより、算出した飛行時間から物体Ｓまでの第１距離情報Ｄｓ１を演算により取得する。
【0131】
続いて、ステップＳ８２において、測距システム１０００ｈは、解析部５００ｈにより、第１距離情報Ｄｓ１を外部装置に出力する。
【0132】
続いて、ステップ８３において、測距システム１０００ｈは、第２受光部４０２により、第２受光画像Ｉｍ２を取得する。
【0133】
続いて、ステップＳ８４において、測距システム１０００ｈは、解析部５００ｈにより、第２距離情報Ｄｓ２を演算により取得する。
【0134】
続いて、ステップＳ８５において、測距システム１０００ｈは、解析部５００ｈにより、第２距離情報Ｄｓ２を外部装置に出力する。
【0135】
以上のようにして、測距システム１０００ｈは、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２により得られる第１距離情報Ｄｓ１に加え、古典光である第３光Ｌ３により得られる第２距離情報Ｄｓ２を出力することができる。
【0136】
＜測距システム１０００ｈの主な作用効果＞
以上説明したように、測距システム１０００ｈは、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２により得られる第１距離情報Ｄｓ１に加え、第３光Ｌ３により第２距離情報Ｄｓ２を取得する。第３光Ｌ３は、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２と比較して光量が多いため、測距可能な距離等の計測範囲が広くなる。以上より、本実施形態では、計測可能な範囲を広くするとともに、外光に強い測距システム１０００ｈを提供することができる。これ以外の作用効果は、第５実施形態とほぼ同じである。
以上説明したように、測距システム１０００ｈは、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２により得られる第１距離情報Ｄｓ１に加え、第３光Ｌ３により第２距離情報Ｄｓ２を取得する。第３光Ｌ３は、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２と比較して光量が多いため、測距可能な距離等の計測範囲が広くなる。以上より、本実施形態では、計測可能な範囲を広くするとともに、外光に強い測距システム１０００ｈを提供することができる。これ以外の作用効果は、第５実施形態とほぼ同じである。
【0137】
また、別の観点では、本実施形態では、解析部５００ｈに、古典光である第３光Ｌ３が物体Ｓで反射されて生じた第２反射光Ｒ２による飛行時間情報を含む第２受光画像Ｉｍ２（第２情報）がさらに入力されてよい。解析部５００ｈは、第１受光画像Ｉｍ１（第１情報）および前第２受光画像Ｉｍ２に基づいて解析結果を出力してよい。
【0138】
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形および置換を加えることができる。
【0139】
実施形態の説明で用いた序数、数量等の数字は、全て本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係をこれに限定するものではない。
【0140】
機能ブロック図におけるブロックの分割は一例であり、複数のブロックを一つのブロックとして実現する、一つのブロックを複数に分割する、または一部の機能を他のブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数のブロックの機能を単一のハードウェアまたはソフトウェアが並列または時分割に処理してもよい。また複数のコンピュータに一部または全部の機能を分散させてもよい。
【0141】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 互いに量子もつれ状態にある第１光と第２光を射出する第１発光部と、古典光である第３光を射出する第２発光部と、受光部と、を備え、前記第１光および前記第２光の少なくとも一方は、物体で反射され第１反射光となり、前記第３光は、前記物体で反射されて第２反射光となり、前記受光部は、前記第１反射光と前記第２反射光を受光する、投受光装置である。
＜２＞ 前記受光部は、前記第１反射光を含む光を受光する第１受光部と、前記第２反射光を含む光を受光する第２受光部と、を備える、＜１＞に記載の投受光装置である。
＜３＞ 前記第１受光部は、単一光子を検出する単一光子検出器を含み、前記第２受光部は、所定期間または所定回数の積算により受光量を検出する光量検出器を含む、前記＜２＞に記載の投受光装置である。
＜４＞ 前記第１光は、外部へ射出され、前記第２光は、前記受光部へ導光される光路へ射出され、前記第１光および前記第２光のうち前記第１光のみが前記物体で反射されて前記第１反射光となる、前記＜１＞から前記＜３＞のいずれか１つに記載の投受光装置である。
＜５＞ 前記＜１＞から前記＜４＞のいずれか１項に記載の投受光装置と、前記受光部が備える第１受光部から第１受光画像を受け取るとともに、前記受光部が備える第２受光部から第２受光画像を受け取る解析部と、を備え、前記解析部は、前記第１受光画像に基づく第１距離情報、および前記第２受光画像に基づく第２距離情報の少なくとも一方を出力する、測距システムである。
＜６＞ 前記解析部は、前記第２受光画像における受光量に基づいて選択された前記第１距離情報および前記第２距離情報の少なくとも一方を出力する、前記＜５＞に記載の測距システムである。
＜７＞ 前記解析部は、前記受光量が第１の値である場合に前記第１距離情報を出力し、前記受光量が前記第１の値よりも大きい第２の値である場合に前記第２距離情報を出力する、前記＜６＞に記載の測距システムである。
＜８＞ 互いに量子もつれ状態にある第１光と第２光の少なくとも一方が物体で反射されて生じる第１反射光による飛行時間情報を含む第１情報と、古典光である第３光が前記物体で反射されて生じる第２反射光による飛行時間情報を含む第２情報と、が入力される解析部を備え、前記解析部は、前記第１情報に基づく第１距離情報、および前記第２情報に基づく第２距離情報の少なくとも一方を出力する、測距システムである。
＜９＞ 前記解析部は、前記第２情報に基づいて選択される前記第１距離情報および前記第２距離情報の少なくとも一方を出力する、前記＜８＞に記載の測距システムである。
＜１０＞ 前記第２情報は、受光部による前記第２反射光の受光量に関する情報を含み、前記解析部は、前記受光量が第１の値である場合に前記第１距離情報を出力し、前記受光量が前記第１の値よりも大きい第２の値である場合に前記第２距離情報を出力する、前記＜９＞に記載の測距システムである。
＜１＞ 互いに量子もつれ状態にある第１光と第２光を射出する第１発光部と、古典光である第３光を射出する第２発光部と、受光部と、を備え、前記第１光および前記第２光の少なくとも一方は、物体で反射され第１反射光となり、前記第３光は、前記物体で反射されて第２反射光となり、前記受光部は、前記第１反射光と前記第２反射光を受光する、投受光装置である。
＜２＞ 前記受光部は、前記第１反射光を含む光を受光する第１受光部と、前記第２反射光を含む光を受光する第２受光部と、を備える、＜１＞に記載の投受光装置である。
＜３＞ 前記第１受光部は、単一光子を検出する単一光子検出器を含み、前記第２受光部は、所定期間または所定回数の積算により受光量を検出する光量検出器を含む、前記＜２＞に記載の投受光装置である。
＜４＞ 前記第１光は、外部へ射出され、前記第２光は、前記受光部へ導光される光路へ射出され、前記第１光および前記第２光のうち前記第１光のみが前記物体で反射されて前記第１反射光となる、前記＜１＞から前記＜３＞のいずれか１つに記載の投受光装置である。
＜５＞ 前記＜１＞から前記＜４＞のいずれか１項に記載の投受光装置と、前記受光部が備える第１受光部から第１受光画像を受け取るとともに、前記受光部が備える第２受光部から第２受光画像を受け取る解析部と、を備え、前記解析部は、前記第１受光画像に基づく第１距離情報、および前記第２受光画像に基づく第２距離情報の少なくとも一方を出力する、測距システムである。
＜６＞ 前記解析部は、前記第２受光画像における受光量に基づいて選択された前記第１距離情報および前記第２距離情報の少なくとも一方を出力する、前記＜５＞に記載の測距システムである。
＜７＞ 前記解析部は、前記受光量が第１の値である場合に前記第１距離情報を出力し、前記受光量が前記第１の値よりも大きい第２の値である場合に前記第２距離情報を出力する、前記＜６＞に記載の測距システムである。
＜８＞ 互いに量子もつれ状態にある第１光と第２光の少なくとも一方が物体で反射されて生じる第１反射光による飛行時間情報を含む第１情報と、古典光である第３光が前記物体で反射されて生じる第２反射光による飛行時間情報を含む第２情報と、が入力される解析部を備え、前記解析部は、前記第１情報に基づく第１距離情報、および前記第２情報に基づく第２距離情報の少なくとも一方を出力する、測距システムである。
＜９＞ 前記解析部は、前記第２情報に基づいて選択される前記第１距離情報および前記第２距離情報の少なくとも一方を出力する、前記＜８＞に記載の測距システムである。
＜１０＞ 前記第２情報は、受光部による前記第２反射光の受光量に関する情報を含み、前記解析部は、前記受光量が第１の値である場合に前記第１距離情報を出力し、前記受光量が前記第１の値よりも大きい第２の値である場合に前記第２距離情報を出力する、前記＜９＞に記載の測距システムである。
【符号の説明】
【0142】
１００、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｇ、１００ｈ 投受光装置
２００、２００ｂ、２００ｃ 発光部
２０１ 第１発光部
２０２ 第２発光部
２１ レーザ光源
２２ 非線形光学結晶
２３ ビームスプリッタ
２４ 反射ミラー
３００、３００ｇ 制御部
３１、３１ｇ 発光制御部
３２ 入出力部
３３ 受光制御部
４００、４００ｂ 受光部
４０１ 第１受光部
４０２ 第２受光部
５００、５００ｆ、５００ｇ、５００ｈ 解析部
５０１ ＣＰＵ
５０２ ＲＯＭ
５０３ ＲＡＭ
５０４ ＨＤＤ／ＳＳＤ
５０５ 通信Ｉ／Ｆ
５１、５１ｆ 入力部
５２ 第１距離算出部
５３ 第２距離算出部
５４ 選択部
５５ 出力部
５６ 演算部
５７ 推論部
５８ フレーム数算出部
１０００、１０００ｃ、１０００ｄ、１０００ｅ、１０００ｆ、１０００ｇ、１０００ｈ 測距システム
Ａ システムバス
Ｄｒ 駆動信号
Ｄｓ 距離情報
Ｄｓ１ 第１距離情報
Ｄｓ２ 第２距離情報
Ｉｍ１ 第１受光画像
Ｉｍ２ 第２受光画像
Ｌ０ 励起光
Ｌ１ 第１光
Ｌ２ 第２光
Ｌ３ 第３光
Ｎ フレーム数
Ｑｃ 量子相関情報
Ｒ１ 第１反射光
Ｒ２ 第２反射光
Ｓ 物体
２００、２００ｂ、２００ｃ 発光部
２０１ 第１発光部
２０２ 第２発光部
２１ レーザ光源
２２ 非線形光学結晶
２３ ビームスプリッタ
２４ 反射ミラー
３００、３００ｇ 制御部
３１、３１ｇ 発光制御部
３２ 入出力部
３３ 受光制御部
４００、４００ｂ 受光部
４０１ 第１受光部
４０２ 第２受光部
５００、５００ｆ、５００ｇ、５００ｈ 解析部
５０１ ＣＰＵ
５０２ ＲＯＭ
５０３ ＲＡＭ
５０４ ＨＤＤ／ＳＳＤ
５０５ 通信Ｉ／Ｆ
５１、５１ｆ 入力部
５２ 第１距離算出部
５３ 第２距離算出部
５４ 選択部
５５ 出力部
５６ 演算部
５７ 推論部
５８ フレーム数算出部
１０００、１０００ｃ、１０００ｄ、１０００ｅ、１０００ｆ、１０００ｇ、１０００ｈ 測距システム
Ａ システムバス
Ｄｒ 駆動信号
Ｄｓ 距離情報
Ｄｓ１ 第１距離情報
Ｄｓ２ 第２距離情報
Ｉｍ１ 第１受光画像
Ｉｍ２ 第２受光画像
Ｌ０ 励起光
Ｌ１ 第１光
Ｌ２ 第２光
Ｌ３ 第３光
Ｎ フレーム数
Ｑｃ 量子相関情報
Ｒ１ 第１反射光
Ｒ２ 第２反射光
Ｓ 物体
【先行技術文献】
【特許文献】
【0143】
【特許文献1】特表２０１２－５２２９８３号公報
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】