特許 7595259 光出射デバイス、光検出システム、および車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-28

(45)【発行日】2024-12-06

(54)【発明の名称】光出射デバイス、光検出システム、および車両

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/29 20060101AFI20241129BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20241129BHJP

   G01S 17/931 20200101ALN20241129BHJP

【ＦＩ】

G02F1/29

G02B26/10 C

G02B26/10 104Z

G01S17/931

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021543663

(86)(22)【出願日】2020-08-05

(86)【国際出願番号】 JP2020029911

(87)【国際公開番号】W WO2021044792

(87)【国際公開日】2021-03-11

【審査請求日】2023-06-05

(31)【優先権主張番号】P 2019162292

(32)【優先日】2019-09-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】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】久田 和也

(72)【発明者】

【氏名】稲田 安寿

(72)【発明者】

【氏名】加藤 弓子

【審査官】奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第１０３０２７４６（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】特開２０１８－１２４２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２８６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８１２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１８７６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－００２９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２７５２７４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－ １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－ ７／００

Ｇ０１Ｃ ３／００－ ３／３２

Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力された制御信号に応答して光ビームを発する光源と、
入力された駆動電圧に応答して前記光ビームの方向を変化させる光偏向装置と、
前記光源に前記制御信号を入力し、前記光偏向装置に前記駆動電圧を入力することにより、前記光ビームの出射タイミングおよび前記光ビームの方向を制御する制御回路と、
を備え、
前記光偏向装置は、
前記光ビームの方向を、第１方向と、前記第１方向とは異なる第２方向に沿って変化させることが可能であり、
前記第１方向に沿った前記光ビームの方向の変化速度は、前記第２方向に沿った前記光ビームの方向の変化速度よりも低く、
前記制御回路は、
前記駆動電圧により前記光ビームの方向の前記第１方向の成分を周期的に変化させている期間に、１以上の対象物の位置に応じて、前記光ビームの方向の前記第２方向の成分を変化させる、
光出射デバイス。

【請求項2】

前記制御回路は、前記駆動電圧を周期的に変化させる、請求項１に記載の光出射デバイス。

【請求項3】

前記光偏向装置は、
互いに対向する第１および第２の多層反射膜と、
前記第１および第２の多層反射膜の間に位置する液晶層と、
前記液晶層に前記駆動電圧を印加するための２つの電極と、
を備え、
前記光源から出射された前記光ビームは、前記液晶層内を伝搬し、前記第１の多層反射膜から出射され、
前記駆動電圧の変化に応じて、前記第１の多層反射膜から出射される前記光ビームの方向が変化する、
請求項１または２に記載の光出射デバイス。

【請求項4】

前記光偏向装置は、前記光源から出射された前記光ビームを反射させるＭＥＭＳミラーを備え、
前記ＭＥＭＳミラーは、前記駆動電圧の印加によって回転し、
前記駆動電圧の変化に応じて前記ＭＥＭＳミラーの方向が変化することにより、反射された前記光ビームの方向が変化する、
請求項１から３のいずれかに記載の光出射デバイス。

【請求項5】

前記駆動電圧の範囲は、負の第１電圧から正の第２電圧までの範囲である、請求項１から４のいずれかに記載の光出射デバイス。

【請求項6】

前記第１方向と、前記第２方向とは、互いに直交する、
請求項１に記載の光出射デバイス。

【請求項7】

前記光出射デバイスは、車両に取り付けられて使用され、
前記車両に取り付けられた状態において、
前記第１方向を含む平面と水平面とがなす角度は、０度以上４５度以下である、
請求項１から６のいずれかに記載の光出射デバイス。

【請求項8】

請求項１から７のいずれかに記載の光出射デバイスと、
前記１以上の対象物からの反射光を検出する受光デバイスと、
を備える光検出システム。

【請求項9】

前記受光デバイスは、前記１以上の対象物を含むシーンの画像データを生成する撮像装置を含む、請求項８に記載の光検出システム。

【請求項10】

請求項８または９に記載の光検出システムを備える車両。

【請求項11】

前記１以上の対象物は、複数の対象物を含み、
前記制御回路は、
撮像装置から前記複数の対象物を含むシーンの画像データを取得し、
前記画像データから認識された前記複数の対象物の優先度を決定し、
前記駆動電圧を変化させている期間に、前記複数の対象物の位置および前記優先度に応じて、前記光ビームの方向の前記第２方向の成分を変化させる、
請求項１に記載の光出射デバイス。

【請求項12】

光出射デバイスの制御方法であって、
前記光出射デバイスは、
入力された制御信号に応答して光ビームを発する光源と、
入力された駆動電圧に応答して前記光ビームの方向を変化させる光偏向装置と、を備え、
前記光偏向装置は、
前記光ビームの方向を、第１方向と、前記第１方向とは異なる第２方向に沿って変化させることが可能であり、
前記第１方向に沿った前記光ビームの方向の変化速度は、前記第２方向に沿った前記光ビームの方向の変化速度よりも低く、
前記制御方法は、
前記駆動電圧により前記光ビームの方向の前記第１方向の成分を周期的に変化させている期間に、１以上の対象物の位置に応じて、前記光ビームの方向の前記第２方向の成分を変化させること、を含む、
制御方法。

【請求項13】

光出射デバイスの制御するコンピュータにおいて実行されるコンピュータプログラムであって、
前記光出射デバイスは、
入力された制御信号に応答して光ビームを発する光源と、
入力された駆動電圧に応答して前記光ビームの方向を変化させる光偏向装置と、を備え、
前記光偏向装置は、
前記光ビームの方向を、第１方向と、前記第１方向とは異なる第２方向に沿って変化させることが可能であり、
前記第１方向に沿った前記光ビームの方向の変化速度は、前記第２方向に沿った前記光ビームの方向の変化速度よりも低く、
前記コンピュータに、
前記駆動電圧により前記光ビームの方向の前記第１方向の成分を周期的に変化させている期間に、１以上の対象物の位置に応じて、前記光ビームの方向の前記第２方向の成分を変化させること、を実行させる、
コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光出射デバイス、光検出システム、および車両に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、シーンを光ビームによってスキャンし、シーンに含まれる対象物からの反射光を検出して対象物までの距離を計測する種々のデバイスが提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１２８６６３号公報

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２２４７０９号明細書

【文献】特開２００９－００２９７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、対象物を光ビームで効率的に照射することができる光出射デバイスを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係る光出射デバイスは、入力された制御信号に応答して光ビームを発する光源と、入力された駆動電圧に応答して前記光ビームの方向を変化させる光偏向装置と、前記光源に前記制御信号を入力し、前記光偏向装置に前記駆動電圧を入力することにより、前記光ビームの出射タイミングおよび前記光ビームの方向を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記駆動電圧を所定の範囲内で繰り返し変化させ、前記出射タイミングを決定し、前記駆動電圧を変化させている期間に、決定した前記出射タイミングに基づいて、前記光源に前記光ビームを出射させ、前記駆動電圧を変化させている期間に、前記出射タイミング以外では、前記光源に前記光ビームの出射を停止させる。

【発明の効果】

【0006】

本開示の技術によれば、対象物を光ビームで効率的に照射することができる光出射デバイスを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本開示の実施形態における光検出システムの例を模式的に示すブロック図である。

【図2A】図２Ａは、本実施形態における光偏向装置の例を模式的に示す斜視図である。

【図2B】図２Ｂは、本実施形態における光導波路素子の例を模式的に示す図である。

【図2C】図２Ｃは、本実施形態における位相シフタの例を模式的に示す図である。

【図3】図３は、第１駆動電圧の時間変化の例と、第１方向に沿って変化する光ビームの照射位置の時間変化の例とを模式的に示す図である。

【図4A】図４Ａは、電圧差と光ビームの照射位置の移動速度との関係の例を模式的に示す図である。

【図4B】図４Ｂは、電圧差と光ビームの照射位置の移動速度との関係の他の例を模式的に示す図である。

【図5】図５は、光ビームの照射位置を第１方向に沿って位置する対象物Ａ、Ｂ、およびＣに移動させる２つの動作を説明するための図である。

【図6】図６は、光ビームの照射位置が対象物の位置に収束する様子の例を模式的に示す図である。

【図7】図７は、第１駆動電圧の時間変化の他の例を模式的に示す図である。

【図8】図８は、光ビームの形状の例を模式的に示す図である。

【図9】図９は、制御回路の動作の例を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、図９に示す動作を実行した場合における、光ビーム１００Ｌの照射位置の軌跡と対象物の位置との関係の例を模式的に示す図である。

【図11】図１１は、制御回路の動作の他の例を示すフローチャートである。

【図12A】図１２Ａは、ステップＳ２０２における画像データから認識された対象物ＡからＦの配置の例を模式的に示す図である。

【図12B】図１２Ｂは、ステップＳ２０３において決定された情報の例を示す図である。

【図12C】図１２Ｃは、ステップＳ２０４において決定された情報の例を示す図である。

【図13】図１３は、図１１に示す動作を実行した場合における、光ビームの照射位置の軌跡と対象物の位置との関係の例を模式的に示す図である。

【図14A】図１４Ａは、本実施形態の変形例における光偏向装置の例を模式的に示す斜視図である。

【図14B】図１４Ｂは、図１４Ａの光偏向装置における一対の第１電極に印加される第１駆動電圧の時間変化の例を模式的に示す図である。

【図15】図１５は、光検出システムを備える車両を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

光ビームで測距対象のシーンをスキャンするデバイスの例として、特許文献１から３に開示されたデバイスが存在する。

【0009】

特許文献１および２は、互いに対向する２つの多層反射膜と、それらの間の液晶材料から構成される光導波層とを備える光スキャンデバイスを開示する。光導波層に駆動電圧を印加して液晶材料の屈折率を変化させることにより、光ビームの方向を変化させることができる。特許文献３に開示されているデバイスでは、駆動電圧を印加してＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーの向きを変化させることにより、光ビームの方向を変化させることができる。

【0010】

これらのデバイスでは、光ビームの方向の変化速度は、印加前後の駆動電圧の電圧差に依存する。電圧差が大きければ変化速度は高く、電圧差が小さければ変化速度は低い。また、これらのデバイスでは、光ビームの照射位置を所定の位置まで変化させるために駆動電圧を変化させてから、実際に光ビームの照射位置が当該位置に収束するまでに時間を要する。変化前後の電圧差が大きいほど収束しにくく、電圧差が小さいほど収束しやすい。

【0011】

一方、上記のようなデバイスを用いて、シーン中に点在する複数の対象物の距離情報を得るために、光ビームの出射方向を、それらの対象物に向けて順次変化させる用途が考えられる。例えば、車載カメラによって取得された画像データに基づいて認識された複数の対象物の距離データを得るために、それらの対象物に向けて光ビームを順次出射する用途が考えられる。そのような用途では、光ビームの出射方向を素早く変化させることが求められる。

【0012】

本開示における光出射デバイスは、駆動電圧を所定の範囲内で例えば周期的に繰り返し変化させ、必要なタイミングで光ビームを出射する。このような動作により、１以上の対象物を光ビームで効率的に照射することができる。

【0013】

第１の項目に係る光出射デバイスは、入力された制御信号に応答して光ビームを発する光源と、入力された駆動電圧に応答して前記光ビームの方向を変化させる光偏向装置と、前記光源に前記制御信号を入力し、前記光偏向装置に前記駆動電圧を入力することにより、前記光ビームの出射タイミングおよび前記光ビームの方向を制御する制御回路と、を備える。前記制御回路は、前記駆動電圧を所定の範囲内で繰り返し変化させ、前記出射タイミングを決定し、前記駆動電圧を変化させている期間に、決定した前記出射タイミングに基づいて、前記光源に前記光ビームを出射させ、前記駆動電圧を変化させている期間に、前記出射タイミング以外では、前記光源に前記光ビームの出射を停止させる。

【0014】

この光出射デバイスでは、光ビームの方向を繰り返し変化させ、必要なタイミングで光ビームを出射させることにより、１以上の対象物を光ビームで効率的に照射することができる。

【0015】

第２の項目に係る光出射デバイスは、第１の項目に係る光出射デバイスにおいて、前記制御回路が、前記駆動電圧を周期的に変化させる。

【0016】

この光出射デバイスでは、駆動電圧の制御が容易になる。

【0017】

第３の項目に係る光出射デバイスは、第１または第２の項目に係る光出射デバイスにおいて、前記制御回路が、動作中、前記出射タイミングを決定するためのデータを他の装置から取得する。

【0018】

この光出射デバイスでは、他の装置によっては、出射タイミングを効率的に決定することができる。

【0019】

第４の項目に係る光出射デバイスは、第３の項目に係る光出射デバイスにおいて、前記他の装置が撮像装置である。前記データは１以上の対象物を含むシーンの画像データである。前記出射タイミングは、前記画像データから認識された前記１以上の対象物が前記光ビームで照射されるタイミングである。

【0020】

この光出射デバイスでは、撮像装置による１回の撮像で取得された画像データに基づいて、出射タイミングを効率的に決定することができる。

【0021】

第５の項目に係る光出射デバイスは、第１から第４の項目のいずれかに係る光出射デバイスにおいて、前記光偏向装置が、互いに対向する第１および第２の多層反射膜と、前記第１および第２の多層反射膜の間に位置する液晶層と、前記液晶層に前記駆動電圧を印加するための２つの電極と、を備える。前記光源から出射された前記光ビームは、前記液晶層内を伝搬し、前記第１の多層反射膜から出射される。前記駆動電圧の変化に応じて、前記第１の多層反射膜から出射される前記光ビームの方向が変化する。

【0022】

この光出射デバイスでは、光偏向装置における液晶層に駆動電圧を印加して液晶層の屈折率を変化させることにより、光ビームの方向を変化させることができる。

【0023】

第６の項目に係る光出射デバイスは、第１から第５の項目のいずれかに係る光出射デバイスにおいて、前記光偏向装置が、前記光源から出射された前記光ビームを反射させるＭＥＭＳミラーを備える。前記ＭＥＭＳミラーは、前記駆動電圧の印加によって回転する。前記駆動電圧の変化に応じて前記ＭＥＭＳミラーの方向が変化することにより、反射された前記光ビームの方向が変化する。

【0024】

この光出射デバイスでは、駆動電圧を印加してＭＥＭＳミラーを回転させることにより、光ビームの方向を変化させることができる。

【0025】

第７の項目に係る光出射デバイスは、第１から第６の項目のいずれかに係る光出射デバイスにおいて、前記駆動電圧の前記所定の範囲が、負の第１電圧から正の第２電圧までの範囲である。

【0026】

この光出射デバイスでは、負の第１電圧から正の第２電圧まで変化する駆動電圧により、光ビームの方向を大きく変化させることができる。

【0027】

第８の項目に係る光出射デバイスは、第１から第７の項目のいずれかに係る光出射デバイスにおいて、前記光偏向装置が、前記駆動電圧の変化に応答して、前記光ビームの方向を第１方向に沿って変化させ、さらに前記光ビームの方向を、第１方向とは異なる第２方向に沿って変化させる。前記制御回路は、前記光ビームの方向の前記第２方向の成分を変化させながら、前記光源に前記光ビームを複数回出射させる。

【0028】

この光出射デバイスでは、１つの対象物の全体をスキャンしたり、複数の対象物を順次照射したりすることができる。

【0029】

第９の項目に係る光出射デバイスは、第８の項目に係る光出射デバイスにおいて、前記第１方向に沿った前記光ビームの方向の変化速度が、前記第２方向に沿った前記光ビームの方向の変化速度よりも低い。

【0030】

この光出射デバイスでは、変化速度が相対的に低い第１方向に沿って光ビームの方向を繰り返し変化させながら、変化速度が相対的に高い第２方向に沿って光ビームの方向を対象物の位置に応じて変化させることにより、特定の１以上の対象物を光ビームで効率的に照射することができる。

【0031】

第１０の項目に係る光出射デバイスは、第８または第９の項目に係る光出射デバイスにおいて、前記第１方向と、前記第２方向とが、互いに直交する。

【0032】

この光出射デバイスでは、光ビームの方向の変化のさせ方が簡単になる。

【0033】

第１１の項目に係る光出射デバイスは、第８から第１０の項目のいずれかに係る光出射デバイスが、車両に取り付けられて使用される。前記車両に取り付けられた状態において、前記第１方向を含む平面と水平面とがなす角度は０度以上４５度以下である。

【0034】

この光出射デバイスでは、光ビームを第１方向に沿って１回変化させる間に、車両の前にいる複数の歩行者までの距離を短時間で計測することができる。

【0035】

第１２の項目に係る光検出システムは、第１から第１１の項目のいずれかに係る光出射デバイスと、１以上の対象物からの反射光を検出する受光デバイスと、を備える。

【0036】

この光検出システムでは、受光デバイスからの信号に基づいて、対象物までの距離を計測することができる。

【0037】

第１３の項目に係る光検出システムは、第１２の項目に係る光検出システムにおいて、前記受光デバイスが、前記１以上の対象物を含むシーンの画像データを生成する撮像装置を含む。

【0038】

この光検出システムでは、受光デバイスに含まれる撮像装置による１回の撮像によって１以上の対象物についての画像データを取得することができ、出射タイミングを効率的に決定することができる。

【0039】

第１４の項目に係る車両は、第１２または第１３の項目に係る光検出システムを備える。

【0040】

この車両では、対象物までの距離を短時間で計測することができる。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複する説明を省略することがある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するわけではない。以下の説明において、同一のまたは類似する構成要素については、同じ参照符号を付している。

【0045】

（実施形態）
まず、図１を参照して、本開示の実施形態における光検出システムの基本的な構成例を説明する。図１は、本開示の実施形態における光検出システム１０００の例を模式的に示すブロック図である。本実施形態における光検出システム１０００は、光源１００と、光偏向装置２００と、撮像装置３００と、受光デバイス４００と、制御回路５００とを備える。

【0046】

本実施形態における光源１００は、制御回路５００から入力された制御信号に応答して光ビームを発するように構成されている。光源１００は、例えば半導体レーザ素子を含み得る。光源１００から発せられる光ビームの波長は、用途に応じて選択され得る。光検出システム１０００から対象物までの距離を赤外線によって計測する場合、光ビームの波長は、例えば７００ｎｍ以上２．５μｍ以下であり得る。光ビームの波長は、可視域の波長、すなわち、約４００ｎｍ以上約７００ｎｍ以下であってもよい。光ビームの波長は、２．５μｍ以上であってもよい。

【0047】

本実施形態における光偏向装置２００は、制御回路５００から入力された駆動電圧に応答して光ビームの方向を変化させるように構成されている。例えば、光偏向装置２００は、入力された２つの駆動電圧に応答して、交差する２つの方向に沿って光ビームの方向を変化させるように構成されていてもよい。光偏向装置２００の具体的な構成の例については後述する。

【0048】

本実施形態における撮像装置３００は、光ビームが照射されるシーンの画像データを取得する。この画像データに基づいて、シーン中の１以上の対象物が特定される。１以上の対象物は、光源１００以外からの光、例えば太陽光で照らされていてもよい。撮像装置３００は、光源１００からの光ビームを用いて対象物の測距が行われる前に、当該対象物を含むシーンの画像データを生成する。撮像装置３００は、例えば２次元に配列された複数の画素を含み得る。各画素は、その画素に入射した光の光量に応じた電荷を蓄積する。複数の画素に蓄積された電荷の蓄積量から対象物の位置を特定することができる。撮像装置３００は、例えば可視もしくは赤外カメラ、音波、ミリ波、もしくはテラヘルツ波を用いた装置、または、光を用いた測距装置であってもよい。測距装置により、対象物までのおおよその距離を把握してもよい。

【0049】

本実施形態における受光デバイス４００は、光源１００から発せられた光ビームで照射された対象物からの反射光を検出する。受光デバイス４００は、撮像装置３００と同様の構成を有していてもよいし、異なる構成を有していてもよい。光検出システム１０００は、撮像装置３００および受光デバイス４００の両方を備えていなくてもよい。光検出システム１０００は、撮像装置３００および受光デバイス４００の両方の機能を兼ねる１つの装置を備えていてもよい。

【0050】

本実施形態における制御回路５００は、光源１００、光偏向装置２００、撮像装置３００、及び、受光デバイス４００を制御するプロセッサである。制御回路５００は、画像データを撮像装置３００から取得し、当該画像データに基づいて、対象物の位置に応じた光ビームの出射方向および出射タイミングを決定する。具体的には、当該画像データから認識された対象物に光ビームが入射するように、光源１００に制御信号を入力し、光偏向装置２００に駆動電圧を入力する。これにより、光ビームの出射タイミングおよび光ビームの方向が適切に制御される。本実施形態における制御回路５００は、光源１００に光ビームを出射させ、受光デバイス４００に、当該光ビームに起因する対象物からの反射光を検出させる。制御回路５００は、受光デバイス４００によって生成された信号に基づいて、光検出システム１０００から対象物までの距離を計測する。この距離計測には、例えば公知のＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）技術が用いられる。制御回路５００の詳細な動作については後述する。

【0051】

本実施形態では、光源１００と、光偏向装置２００と、撮像装置３００と、制御回路５００とを備えるデバイスを、「光出射デバイス」と称する。すなわち、光検出システム１０００は、光出射デバイスと、受光デバイス４００とを備える。撮像装置３００は、用途に応じて設けられ、省略されてもよい。例えば、受光デバイス４００が撮像装置３００の機能を兼ねる場合、光出射デバイスは撮像装置３００を備えない。

【0052】

次に、図２Ａを参照して、本実施形態における光偏向装置２００の具体的な構成例を説明する。図２Ａは、本実施形態における光偏向装置２００の例を模式的に示す斜視図である。参考のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸が模式的に示されている。光偏向装置２００は、光導波路アレイ１０Ａと、位相シフタアレイ２０Ａと、光分岐器３０と、それらが集積された基板４０と、を備える。光導波路アレイ１０Ａは、Ｙ方向に配列された複数の光導波路素子１０を含む。各光導波路素子１０はＸ方向に延びている。位相シフタアレイ２０ＡはＹ方向に配列された複数の位相シフタ２０を含む。各位相シフタ２０はＸ方向に延びている。光導波路アレイ１０Ａにおける複数の光導波路素子１０は、位相シフタアレイ２０Ａにおける複数の位相シフタ２０にそれぞれ接続されている。位相シフタアレイ２０Ａには光分岐器３０が接続されている。

【0053】

光源１００から発せられた光ビーム１００Ｌ_０は、光分岐器３０を介して位相シフタアレイ２０Ａにおける複数の位相シフタ２０に入力する。位相シフタアレイ２０Ａにおける複数の位相シフタ２０を通過した光は、位相がＹ方向に一定量ずつシフトした状態で、光導波路アレイ１０Ａにおける複数の光導波路素子１０にそれぞれ入力する。光導波路アレイ１０Ａにおける複数の光導波路素子１０にそれぞれ入力した光は、光ビーム１００Ｌとして、ＸＹ平面に平行な光出射面１０ｓから、光出射面１０ｓに交差する方向に出射される。

【0054】

次に、図２Ｂを参照して、本実施形態における光導波路素子１０の具体的な構成例を説明する。図２Ｂは、本実施形態における光導波路素子１０の例を模式的に示す図である。本実施形態における光導波路素子１０は、互いに対向する第１ミラー１０ｍ_１および第２ミラー１０ｍ_２と、第１ミラー１０ｍ_１と第２ミラー１０ｍ_２との間に位置し、かつ、液晶材料を含む液晶層１０ｌｃと、液晶層１０ｌｃに第１駆動電圧を印加するための一対の第１電極１０ｅｌとを含む。第１ミラー１０ｍ_１の透過率は、第２ミラー１０ｍ_２の透過率よりも高い。第１ミラー１０ｍ_１および第２ミラー１０ｍ_２の少なくとも一方は、例えば、複数の高屈折率層および複数の低屈折率層が交互に積層された多層反射膜から形成され得る。第１ミラー１０ｍ_１および第２ミラー１０ｍ_２は、同じ高屈折率層および同じ低屈折率層を含む多層反射膜から形成されてもよい。この場合、第１ミラー１０ｍ_１の積層数を第２ミラー１０ｍ_２の積層数よりも少なくすれば、第１ミラー１０ｍ_１の透過率は、第２ミラー１０ｍ_２の透過率よりも高くなる。

【0055】

光源１００から出射された光ビーム１００Ｌ_０の一部１０Ｌは、液晶層１０ｌｃ内を第１ミラー１０ｍ_１および第２ミラー１０ｍ_２によって反射されながらＸ方向に沿って伝搬する。その際、液晶層１０ｌｃ内を伝搬する光１０Ｌの一部が第１ミラー１０ｍ_１から外部に出射される。

【0056】

一対の第１電極１０ｅｌに第１駆動電圧を印加することにより、液晶層１０ｌｃにおける液晶材料の屈折率が変化し、光導波路素子１０から外部に出射される光の方向が変化する。第１駆動電圧の変化に対する液晶材料の屈折率の変化速度は、例えば３０Ｈｚ以上１２０Ｈｚ以下であり得る。第１駆動電圧の変化に応じて、光導波路アレイ１０Ａから出射される光ビーム１００Ｌの方向が変化する。具体的には、図２Ａに示す例において、光ビーム１００Ｌの出射方向と、ＹＺ平面に平行な平面とがなす第１出射角度が変化する。本明細書では、第１出射角度が変化する方向を光出射面１０ｓに投影した方向を、「第１方向Ｄ_１」と称する。

【0057】

次に、図２Ｃを参照して、本実施形態における位相シフタ２０の具体的な構成例を説明する。図２Ｃは、本実施形態における位相シフタ２０の例を模式的に示す図である。本実施形態における位相シフタ２０は、熱によって屈折率が変化する熱光学材料を含む全反射導波路２０ｗと、全反射導波路２０ｗに熱的に接触するヒータ２０ｈと、ヒータ２０ｈに第２駆動電圧を印加するための一対の第２電極２０ｅｌとを含む。全反射導波路２０ｗの屈折率は、ヒータ２０ｈ、基板４０および空気の屈折率よりも高い。屈折率差により、光源１００から出射された光ビーム１００Ｌ_０の一部２０Ｌは、全反射導波路２０ｗ内を全反射されながらＸ方向に沿って伝搬する。

【0058】

一対の第２電極２０ｅｌに第２駆動電圧を印加することにより、全反射導波路２０ｗがヒータ２０ｈによって加熱される。その結果、全反射導波路２０ｗの屈折率が変化し、全反射導波路２０ｗの端から出力される光２０Ｌの位相がシフトする。第２駆動電圧の変化に対する熱光学材料の屈折率の変化速度は、例えば１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下であり得る。図２Ａに示す例において、位相シフタアレイ２０Ａにおける複数の位相シフタ２０から出力される光２０Ｌの位相がＹ方向に沿って一定量ずつ増減すれば、光ビーム１００Ｌの出射方向とＸＺ平面に平行な平面とがなす第２出射角度が変化する。本明細書では、第２出射角度が変化する方向を光出射面１０ｓに投影した方向を、「第２方向Ｄ_２」と称する。第１方向Ｄ_１と第２方向Ｄ_２は直交している。

【0059】

本明細書において、「光ビーム１００Ｌの照射位置」は、第１方向Ｄ_１および第２方向Ｄ_２に平行で光出射デバイスから所定の距離だけ離れた仮想的なスクリーンに向けて光ビームを出射したと仮定した場合に、当該仮想的なスクリーンが光ビームで照射される位置を意味する。仮想的なスクリーンは、計測対象領域に相当する。

【0060】

本実施形態における光偏向装置２００の動作原理、および動作方法などの詳細は、米国特許出願公開第２０１８／０２２４７０９号に開示されている。この文献の開示内容全体を本明細書に援用する。

【0061】

上記のように、液晶材料の屈折率および熱光学材料の屈折率の変化速度は異なる。この変化速度の違いにより、第１方向Ｄ_１に沿った光ビーム１００Ｌの方向の変化速度は、第２方向Ｄ_２に沿った光ビーム１００Ｌの方向の変化速度よりも低い。本明細書では、「第１方向Ｄ_１に沿った光ビーム１００Ｌの方向の変化速度」を、単に「第１方向Ｄ_１の変化速度」と称し、「第２方向Ｄ_２に沿った光ビーム１００Ｌの方向の変化速度」を、単に「第２方向Ｄ_２の変化速度」と称する。本実施形態では、光ビーム１００Ｌを対象物に向けて効率よく出射するために、変化速度が相対的に低い第１方向Ｄ_１に沿って光ビーム１００Ｌの方向を変化させる動作が周期的に行われる。この点で、第１方向Ｄ_１に沿って光ビーム１００Ｌの方向を変化させる動作は、変化速度が相対的に高い第２方向Ｄ_２に沿って光ビームの方向を変化させる動作とは異なっている。

【0062】

以下に、図３を参照して、光ビーム１００Ｌの方向を第１方向Ｄ_１に沿って変化させる動作の例を説明する。光ビーム１００Ｌの方向を第２方向Ｄ_２に沿って変化させる動作については後述する。図３は、第１駆動電圧の時間変化の例と、第１方向Ｄ_１に沿って変化する光ビーム１００Ｌの照射位置の時間変化の例とを模式的に示す図である。図３の上の図は、第１駆動電圧の時間変化の例を表し、下の図は、光ビーム１００Ｌの照射位置の時間変化の例を表す。本実施形態では、図３の上の図に示すように、第１駆動電圧を一定時間オン（Ｖ_０［Ｖ］）にした後、一定時間オフ（０［Ｖ］）にする動作が周期Ｔで繰り返される。このように、第１駆動電圧は、０［Ｖ］からＶ_０［Ｖ］までの所定の範囲内で繰り返し変化する。本実施形態では、第１駆動電圧の変化は周期的であるが、厳密に周期的である必要はない。図３の下の図に示すように、第１駆動電圧がオンの間、光ビーム１００Ｌの照射位置は時間経過とともに下に凸の曲線で正の方向に変化する。一方、第１駆動電圧がオフの間、光ビーム１００Ｌの照射位置は時間経過とともに上に凸の曲線で負の方向に変化する。

【0063】

次に、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、光ビーム１００Ｌの照射位置の第１方向Ｄ_１に沿った移動速度を説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、第１駆動電圧を変化させたときの変化前後の電圧差と光ビーム１００Ｌの照射位置の移動速度との関係の例を模式的に示す図である。図４Ａは、第１駆動電圧が０［Ｖ］から増加した場合の電圧差に対する移動速度の依存性の例を示している。図４Ｂは、第１駆動電圧がＶ_０［Ｖ］から減少した場合の電圧差に対する移動速度の依存性の例を示している。

【0064】

図４Ａに示すように、第１駆動電圧の初期値が０［Ｖ］のとき、光ビーム１００Ｌの移動速度は、電圧差ΔＶの増加に伴って上に凸の曲線で増加し、電圧差ΔＶ＝Ｖ_０で飽和する。第１駆動電圧が０［Ｖ］からＶ_０［Ｖ］に増加したとき（電圧差ΔＶ＝Ｖ_０）、光ビーム１００Ｌの照射位置の正の方向における移動速度が最も高い。図４Ｂに示すように、第１駆動電圧の初期値がＶ＝Ｖ_０［Ｖ］のとき、光ビーム１００Ｌの移動速度は、電圧差ΔＶの増加に伴って下に凸の曲線で増加する。第１駆動電圧がＶ＝Ｖ_０［Ｖ］からＶ＝０［Ｖ］に減少したとき（電圧差ΔＶ＝Ｖ_０）、光ビーム１００Ｌの照射位置の負の方向における移動速度が最も高い。

【0065】

図５は、光ビーム１００Ｌの照射位置を第１方向に沿って位置する対象物Ａ、Ｂ、およびＣに移動させる２つの動作を説明するための図である。ここでは簡単のため、対象物は一点に位置するとする。実際には、対象物は大きさを有する。本明細書において、「対象物の位置」は、一点の位置を示すとは限らず、その対象物が占める領域の位置を意味する。図５の上の図は、第１駆動電圧の時間変化の例を表し、下の図は、第１方向Ｄ_１における光ビーム１００Ｌの照射位置の時間変化の例を表す。図５に示す実線は、図３に示す実線と同じであり、本実施形態における第１駆動電圧の時間変化の例を示している。図５に示す破線は、光ビーム１００Ｌが対象物Ａ、Ｂ、およびＣの位置に収束する第１駆動電圧をそれぞれ印加したと仮定した場合における波形を示している。図５の下の図に示すように、実線で示す本実施形態における駆動方法の方が、破線で示す駆動方法よりも短時間で対象物Ａ、Ｂ、およびＣに光ビーム１００Ｌが到達することがわかる。これは、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明したように、第１駆動電圧をオンおよびオフにする際の電圧差ΔＶが大きいほど、光ビーム１００Ｌの移動速度が高くなるからである。各対象物の位置に光ビームが収束する第１駆動電圧を印加する場合、電圧差ΔＶが最大値Ｖ_０よりも小さいので、光ビーム１００Ｌの移動速度は、電圧差ΔＶが最大値Ｖ_０の場合よりも低い。このように、本実施形態では、第１駆動電圧を十分に大きい振幅で周期的に印加することにより、第１方向Ｄ_１に沿った光ビームの移動速度を高くすることができる。

【0066】

図６は、光ビーム１００Ｌの照射位置が対象物の位置に収束する様子の例を模式的に示す図である。図６に示すように、対象物の位置に光ビーム１００Ｌが収束する第１駆動電圧を印加する場合、光ビーム１００Ｌの照射位置がその位置に実際に収束するまでに長い時間を要する。収束に要する時間は、光ビーム１００Ｌの移動前後の照射位置の差に依存する。照射位置の差が大きく、変化前後の電圧差が大きいほど収束時間が長くなり、電圧差が小さいほど収束時間が短くなる。本実施形態では、第１駆動電圧をオン・オフする動作を周期的に繰り返すことにより、光ビーム１００Ｌの照射位置は対象物の位置を比較的高い速度で通過する。図３に示すような、第１駆動電圧の時間変化と光ビーム１００Ｌの照射位置の時間変化との対応関係を予め把握していれば、動作中の第１駆動電圧の時間変化から、光ビーム１００Ｌの照射位置を知ることができる。

【0067】

光ビーム１００Ｌは常に出射されている必要はない。本実施形態では、光ビーム１００Ｌが出射された場合に光ビーム１００Ｌの照射位置が対象物の位置に一致するタイミングで、制御回路５００は、光源１００に光ビーム１００Ｌ_０を出射させる。言い換えれば、制御回路５００は、第１駆動電圧が、０［Ｖ］からＶ_０［Ｖ］までの所定の範囲内に含まれる特定の範囲内にある場合に限り、光源１００に光ビーム１００Ｌ_０を出射させる。ここで、「照射位置が対象物の位置に一致するタイミング」は、光ビームを出射したと仮定した場合に、その対象物の少なくとも一部が光ビームで照射されるタイミングを意味する。

【0068】

次に、図７を参照して、第１駆動電圧を印加する動作の他の例を説明する。図７は、第１駆動電圧の時間変化の他の例を模式的に示す図である。図７に示すように、図３の上の図に示す第１駆動電圧に高周波を重畳してもよい。図７に示す例では、一定時間内に正負の振幅を有する矩形形状の電圧が７回印加されている。当該矩形状の電圧の代わりに、正弦波形状の電圧が印加されてもよい。図３の上の図に示すように正の電圧を印加し続けると、一対の第１電極１０ｅｌのうち、一方の電極に正イオンが、他方の電極に負イオンが一定時間帯電し続ける。このような状態が続くと、一対の第１電極１０ｅｌが早期に劣化し、所定の電圧を印加できなくなる可能性がある。図７に示すように、正負の電圧を高速で印加することにより、一対の第１電極１０ｅｌの上記の劣化を抑制することができる。図７に示すように第１駆動電圧を印加しても、光ビーム１００Ｌの照射位置は、図３の下の図に示すように変化する。

【0069】

次に、図８を参照して、光ビーム１００Ｌの形状を説明する。図８は、光ビーム１００Ｌの形状の例を模式的に示す図である。図８の左端の図に示すように、光ビーム１００Ｌの形状は、広がり角が回折限界によって決まる程度の円形あってもよい。ここで、広がり角とは、光ビーム１００Ｌが両側に広がる角度を意味する。図８の左から２番目の図に示すように、光ビーム１００Ｌの形状は、広がり角が回折限界以上２度以下の円形であってもよい。図８の左から３番目および４番目の図に示すように、光ビーム１００Ｌの形状は、楕円形であってもよい。一方向のスキャンによって前述の仮想的なスクリーン全体を照射するラインスキャンでは、長径方向の広がり角が３０度以上１５０度以下であり、短径方向の広がり角が回折限界以上２度以下である楕円形または線形であってもよい。このように、本実施形態における光ビーム１００Ｌの形状は任意であり、用途および対象物の大きさに応じて決定され得る。一度に複数の光ビーム１００Ｌが照射されてもよい。

【0070】

以下に、図９および図１０を参照して、本実施形態における、光ビーム１００Ｌの方向を第１方向Ｄ_１および第２方向Ｄ_２に沿って変化させる動作の例を説明する。図９は、制御回路５００の動作の例を示すフローチャートである。図９に示すように、ステップＳ１０１において、制御回路５００は、光源１００が非発光の状態で、第１駆動電圧を所定の範囲内で繰り返し変化させる動作を開始する。図３の上の図に示す例では、所定の範囲は、ゼロから正の電圧までの範囲である。ステップＳ１０２において、制御回路５００は、画像データを撮像装置３００から取得する。ステップＳ１０３において、制御回路５００は、撮像装置３００から取得した画像データに基づいて、対象物の位置、第２駆動電圧の変化のさせ方、および光ビーム１００Ｌ_０の出射タイミングを決定する。ステップＳ１０４において、制御回路５００は、光ビーム１００Ｌが出射された場合に画像データから認識された特定の１以上の対象物が光ビーム１００Ｌで照射されるように、対象物の位置に応じて第２駆動電圧を変化させる。ステップＳ１０５において、制御回路５００は、決定した出射タイミングに基づいて、光源１００に光ビーム１００Ｌ_０を出射させる。この出射タイミングは、１以上の対象物が光ビーム１００Ｌで照射されるタイミングである。制御回路５００は、このタイミング以外では、光源１００に光ビーム１００Ｌ_０の出射を停止させる。制御回路５００は、第１駆動電圧を変化させている期間に、対象物ごとに、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５の動作を実行する。なお、図５の下の図に示すように光ビーム１００Ｌの方向を第１方向Ｄ_１に沿ってのみ変化させる場合、ステップＳ１０３における第２駆動電圧の変化のさせ方を決定する動作、およびステップＳ１０４の動作は省略される。

【0071】

図１０は、図９に示す動作を実行した場合における、光ビーム１００Ｌの照射位置の軌跡と対象物の位置との関係の例を模式的に示す図である。図１０に示す矩形領域は、前述の仮想的なスクリーンを示している。仮想的なスクリーンにおける矢印付きの実線は、光ビーム１００Ｌの照射位置の軌跡を表し、楕円は対象物の位置を表す。３つの対象物の位置は、ステップＳ１０３において決定される。光ビーム１００Ｌの照射位置が対象物の位置に一致するときのみ、光源１００から光ビーム１００Ｌ_０が出射される。光偏向装置２００によって方向が変化した光ビーム１００Ｌの照射位置は、それぞれの対象物の全体をスキャンするために第２方向に沿って細かく往復するように制御され得る。第２方向Ｄ_２の変化速度は、第１方向Ｄ_１の変化速度よりも高いので、このような動作が実現できる。この動作では、制御回路５００は、光ビーム１００Ｌの方向の第２方向Ｄ_２の成分を増減させながら、光源１００に光ビーム１００Ｌ_０を複数回出射させる。制御回路５００は、受光デバイス４００に、対象物からの反射光を検出させる。制御回路５００は、受光デバイス４００からの信号に基づいて、対象物までの距離を計測する。

【0072】

本実施形態では、制御回路５００は、変化速度が相対的に低い第１方向Ｄ_１に沿って光ビーム１００Ｌの方向を繰り返し変化させる途中で、変化速度が相対的に高い第２方向Ｄ_２に沿って光ビーム１００Ｌの方向を１以上の対象物の位置に応じて変化させる。制御回路５００のこの動作により、シーン全体をスキャンすることなく、１以上の対象物までの距離を短時間で計測することができる。本実施形態における仮想的なスクリーンの第２方向Ｄ_２に沿ったサイズは、第１方向Ｄ_１に沿ったサイズよりも大きい。変化速度が相対的に高い第２方向Ｄ_２方向に沿ったサイズが大きい方が、１以上の対象物までの距離を短時間で計測することができる。

【0073】

次に、図１１から図１３を参照して、本実施形態における、光ビーム１００Ｌを第１方向Ｄ_１および第２方向Ｄ_２に沿って変化させる動作の他の例を説明する。図１１は、制御回路５００の動作の他の例を示すフローチャートである。ステップＳ２０１およびステップＳ２０２は、それぞれ図９に示すステップＳ１０１およびステップＳ１０２と同じである。ステップＳ２０３において、制御回路５００は、撮像装置３００から取得した画像データに基づいて、１以上の対象物の位置および優先順位を決定する。優先順位は、例えば、対象物が人である確率、または測距装置である撮像装置３００によって計測された対象物までのおおよその距離に基づいて決定され得る。対象物が人である確率が高い場合、または対象物までのおおよその距離が短い場合、当該対象物の優先順位を高く設定してもよい。対象物が人である確率が低い場合、または対象物までのおおよその距離が所定の距離よりも長い場合、当該対象物を計測対象から除外してもよい。また、例えば以下の条件に合致する対象物の優先順位を高く設定してもよい。（ａ）対象物が自車両の進路上に検知された場合、（ｂ）対象物の認識が不能だった場合。（ａ）および（ｂ）は、撮像装置３００から取得した画像データにおける直前の1フレームを用いた画像認識の結果、および自車の走行計画情報に基づき、公知の手段により判定することができる。他には、以下の条件に合致する対象物の優先順位を高く設定してもよい。（ｃ）対象物の進行方向が自車両に向かっている場合、（ｄ）対象物の予測進路が自車両の進路と交差する場合、（ｅ）対象物のモーションベクトルの変化が所定の基準よりも大きい場合。（ｃ）～（ｅ）は、撮像装置３００から取得した画像データにおける複数フレームを用いて公知の手段により算出した、対象物のモーションベクトルに基づき判定することができる。以上に挙げた複数の条件から選択された任意の組合せに対して所定の重み付けを行い、最終的な１以上の対象物の優先順位を決定する。ステップＳ２０４において、制御回路５００は、ステップＳ２０３において決定した優先順位に基づいて、対象物の計測順序、第２駆動電圧の変化のさせ方、および光ビーム１００Ｌの出射タイミングを決定する。ステップＳ２０５およびステップＳ２０６は、図９に示すステップＳ１０４およびステップＳ１０５と同じである。制御回路５００は、対象物ごとに、ステップＳ２０５およびステップＳ２０６の動作を実行する。画像データが随時更新される場合、制御回路５００は、ステップＳ２０２からステップＳ２０６の動作を繰り返し実行し得る。

【0074】

図１２Ａは、ステップＳ２０２において取得された画像データから認識された対象物ＡからＦの配置の例を模式的に示す図である。図１２Ａにおける×印は、光ビーム１００Ｌの現在の照射位置を表している。図１２Ｂおよび図１２Ｃは、それぞれ、ステップＳ２０３およびステップＳ２０４において決定された情報の例を示す図である。

【0075】

図１２Ｂに示すように、制御回路５００は、対象物ＤおよびＦを例えば人ではないと判定し、これらの対象物を計測対象から除外する。制御回路５００は、それ以外の対象物の優先順位を付け、対象物の位置に座標を付与する。図１２Ｂに示す例では、対象物Ｅの優先順位が最も高く、対象物Ｃの優先順位が２番目に高く、対象物Ａの優先順位が３番目に高く、および対象物Ｂの優先順位が最も低い。対象物Ａの位置の座標は（Ｘ_ａ、Ｙ_ａ）である。Ｘ_ａは、不図示の原点から対象物Ａの位置までの距離を第１方向Ｄ_１に平行な線に正射影した第１成分であり、Ｙ_ａは、不図示の原点から対象物Ａの位置までの距離を第２方向Ｄ_２に平行な線に正射影した第２成分である。他の対象物の座標についても同様である。除外された対象物の座標は、必ずしも決定しなくてもよい。

【0076】

図１２Ｃに示すように、制御回路５００は、対象物の計測順序を決定する。計測順序は、光ビーム１００Ｌの現在の照射位置の座標における第１成分と、対象物の位置の座標における第１成分との差が小さい順に決定される。ただし、対象物Ｂおよび対象物Ｃのように複数の対象物の位置の座標における第１成分が一致するときは、優先順位の高い対象物の計測順序が先になる。優先順位が低い対象物は、光ビーム１００Ｌが次に通過するときに計測される。図１２Ｃに示す例では、対象物Ａの計測順序が１番目であり、対象物Ｃの計測順序が２番目であり、対象物Ｅの計測順序が３番目であり、対象物Ｂの計測順序が４番目である。光ビーム１００Ｌの照射位置を対象物Ａの位置まで変化させるための第２駆動電圧はＶ_ａであり、対象物Ａを照射するための出射タイミングはＴ_ａである。出射タイミングは、例えば最初に計測を開始してからの時間である。他の対象物の第２駆動電圧および出射タイミングについても同様である。

【0077】

図１３は、図１１に示す動作を実行した場合における、光ビーム１００Ｌの照射位置の軌跡と対象物の位置との関係の例を模式的に示す図である。仮想的なスクリーンにおける矢印付きの実線は、光ビーム１００Ｌの照射位置の軌跡を表す。図１３に示すように、光ビーム１００Ｌの照射位置は、対象物Ａ、Ｃ、およびＥを通過した後、折り返して対象物Ｂを通過する。第１方向Ｄ_１における光ビーム１００Ｌの照射位置は周期的に変化する。光ビーム１００Ｌの照射位置が対象物の位置に一致するときのみ、光源１００から光ビーム１００Ｌ_０が出射される。このように、制御回路５００は、光ビーム１００Ｌの方向の第２方向Ｄ_２の成分を変化させながら、光源１００に光ビーム１００Ｌ_０を複数回出射させて複数の対象物を順次照射する。

【0078】

対象物の優先順位は、すべての対象物までの距離を計測し終える前に随時更新してもよい。実際には、対象物は光ビーム１００Ｌの形状よりも大きい場合が多い。対象物全体を照射するために、図１２Ｃに示す第２駆動電圧および出射タイミングは、ある程度の幅を有していてもよい。あるいは、図１０に示すように、光ビーム１００Ｌの照射位置は、それぞれの対象物の全体をスキャンするために第２方向に沿って細かく往復してもよい。

【0079】

（光偏向装置２００の変形例）
次に、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して、本実施形態における光偏向装置２００の変形例を説明する。図１４Ａは、本実施形態の変形例における光偏向装置２１０の例を模式的に示す斜視図である。本実施形態の変形例における光偏向装置２１０は、電磁式のＭＥＭＳミラーを備える。本実施形態の変形例における光偏向装置２１０は、ミラー２１０ｍと、ミラー２１０ｍを第１トーションバー２１０ｔ_１によって支持する内側フレーム２１０ｆ_１と、内側フレーム２１０ｆ_１を第２トーションバー２１０ｔ_２によって支持する外側フレーム２１０ｆ_２とを備える。トーションバーは、ねじったときに反発力が働くバネの一種である。ミラー２１０ｍは、内側フレーム２１０ｆ_１内で、Ｘ方向に平行な第１トーションバー２１０ｔ_１を回転軸として回転する。内側フレーム２１０ｆ_１は、外側フレーム２１０ｆ_２内で、Ｙ方向に平行な第２トーションバー２１０ｔ_２を回転軸として回転する。内側フレーム２１０ｆ_１の外縁部に沿って、第１配線２１０ｗ_１が取り付けられ、ミラー２１０ｍの外縁部に沿って第２配線２１０ｗ_２が取り付けられている。第１配線２１０ｗ_１は、その両端に一対の第１電極２１０ｅｌ_１を有し、第２配線２１０ｗ_２は、その両端に一対の第２電極２１０ｅｌ_２を有する。ＸＹ平面に平行な方向に、磁場が印加されている。光源１００から発せられた光ビーム１００Ｌ_０は、ミラー２１０ｍによって反射され、光ビーム１００Ｌとして外部に出射される。

【0080】

一対の第１電極２１０ｅｌ_１に第１駆動電圧を印加すると、第１配線２１０ｗ_１に電流が流れる。第１配線２１０ｗ_１のうち、Ｙ方向に延びる部分に流れる電流Ｉ_Ｙまたは－Ｉ_Ｙと、磁場のＸ方向に平行な成分Ｂ_Ｘとにより、Ｙ方向に延びる当該部分には、Ｚ方向に平行なローレンツ力－Ｆ_１ＺまたはＦ_１Ｚが働く。その結果、内側フレーム２１０ｆ_１はＹ軸を回転軸として回転し、光ビーム１００Ｌの方向は第１方向Ｄ_１に沿って変化する。同様に、一対の第２電極２１０ｅｌ_２に第２駆動電圧を印加すると、第２配線２１０ｗ_２に電流が流れる。第２配線２１０ｗ_２のうち、Ｘ方向に延びる部分に流れる電流Ｉ_Ｘまたは－Ｉ_Ｘと、磁場のＹ方向に平行な成分Ｂ_Ｙとにより、Ｘ方向に延びる当該部分には、Ｚ方向に平行なローレンツ力－Ｆ_２ＺまたはＦ_２Ｚが働く。その結果、ミラー２１０ｍはＸ軸を回転軸として回転し、光ビーム１００Ｌの方向は第２方向Ｄ_２に沿って変化する。以上のように、第１駆動電圧および第２駆動電圧の変化に応じてＭＥＭＳミラーの方向が変化することにより、ミラー２１０ｍによって反射される光ビーム１００Ｌの方向が第１方向Ｄ_１および第２方向Ｄ_２に沿ってそれぞれ変化する。

【0081】

ミラー２１０ｍを支持する内側フレーム２１０ｆ_１のＹ軸を回転軸とした回転速度は、ミラー２１０ｍのＸ軸を回転軸とした回転速度よりも低い。ミラー２１０ｍおよび内側フレーム２１０ｆ_１の合計の重さは、ミラー２１０ｍの重さよりも重いからである。したがって、変形例における光偏向装置２１０でも、第１方向Ｄ_１の変化速度は、第２方向Ｄ_２の変化速度よりも低い。第１方向Ｄ_１の変化速度は、例えば１０Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下であり、第２方向Ｄ_２の変化速度は、例えば５０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下であり得る。この場合でも、図９および図１１に示す制御回路５００の動作により、対象物までの距離を短時間で計測することができる。

【0082】

図１４Ｂは、図１４Ａの光偏向装置２１０における一対の第１電極２１０ｅｌ_１に印加される第１駆動電圧の時間変化の例を模式的に示す図である。図１４Ｂに示す例では、正の電圧が一定時間印加された後、負の電圧が一定時間印加される動作が周期的に繰り返される。言い換えれば、第１駆動電圧は、負の電圧から正の電圧までの所定の範囲で繰り返し周期的に変化する。負の電圧と正の電圧の絶対値は等しくてもよいし、異なっていてもよい。図３の上の図に示す例とは異なり負の電圧を印加するのは、第１配線２１０ｗ_１のＹ方向に延びる部分に流れる電流の向きを変えてローレンツ力の向きを反転させることにより、光ビーム１００Ｌの方向を第１方向Ｄ_１に沿って大きく変化させるためである。

【0083】

光偏向装置は、電磁式のＭＥＭＳミラーの代わりに、静電式のＭＥＭＳミラーを備えていてもよい。静電式のＭＥＭＳミラーでは、電極間に働く引力を利用してＭＥＭＳミラーが回転する。静電式のＭＥＭＳミラーでも、電磁式のＭＥＭＳミラーと同様の理由により、交差する２つの方向のうち、一方の方向の変化速度は、他方の方向の変化速度よりも低い。低い方の変化速度は、例えば１０Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下であり、高い方の変化速度は、例えば５０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下であり得る。

【0084】

（応用例）
次に、図１５を参照して、本実施形態における光検出システム１０００の応用例を説明する。図１５は、光検出システム１０００を備える車両６００を模式的に示す図である。仮想的なスクリーンにおける矢印付きの実線は、光ビーム１００Ｌの照射位置の軌跡を表す。図１５に示すように、光検出システム１０００は車両６００に取り付けられて使用され得る。光検出システム１０００は、道路６１０上の車両６００の前方にいる人を対象物として、対象物までの距離を計測する。車両６００の前方において４人の歩行者が道路６１０を横切る場合、歩行者を対象物として仮想的なスクリーンに投影すると、対象物ＡからＤによって表される４つの対象物が、道路６１０の水平面にほぼ平行に並んで位置する。図１５に示す例では、変化速度が相対的に低い第１方向Ｄ_１が道路６１０の水平面にほぼ平行である。本実施形態における制御回路５００の動作を実行すれば、軌跡に示すように、光ビーム１００Ｌの方向を第１方向Ｄ_１に沿って１回だけ変化させる間に、光ビーム１００Ｌの方向を第２方向Ｄ_２に沿って少し変化させるだけで、すべての対象物までの距離を短時間で計測することができる。第１方向Ｄ_１は、必ずしも道路６１０の水平面にほぼ平行である必要はない。第１方向Ｄ_１と道路６１０の水平面とがなす角度が例えば０度以上４５度以下であっても、対象物までの距離を比較的短時間で計測することができる。

【産業上の利用可能性】

【0085】

本開示の実施形態における光出射デバイス、光検出システム、および車両は、例えば対象物までの距離を計測する用途に利用できる。

【符号の説明】

【0086】

１０ 光導波路素子
１０Ａ 光導波路アレイ
１０Ｌ 光ビームの一部
１０ｅｌ 第１電極
１０ｌｃ 液晶層
１０ｍ_１ 第１ミラー
１０ｍ_２ 第２ミラー
２０ 位相シフタ
２０Ａ 位相シフタアレイ
２０Ｌ 光ビームの一部
２０ｅｌ 第２電極
２０ｈ ヒータ
２０ｗ 全反射導波路
３０ 光分岐器
４０ 基板
１００ 光源
１００Ｌ_０、１００Ｌ 光ビーム
２００、２１０ 光偏向装置
２１０ｅｌ_１ 第１電極
２１０ｅｌ_２ 第２電極
２１０ｆ_１ 内側フレーム
２１０ｆ_２ 外側フレーム
２１０ｍ ミラー
２１０ｗ_１ 第１配線
２１０ｗ_２ 第２配線
３００ 撮像装置
４００ 受光デバイス
５００ 制御回路
６００ 車両
６１０ 道路
１０００ 光検出システム

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15】