JP7194709B2 - 測距装置 - Google Patents

Description

本開示は、電磁波検出装置および測距装置に関する。

近年、電磁波を検出する複数の検出器による検出結果から周囲に関する情報を得る装置が開発されている。例えば、各検出器による検出結果における座標系の差異を低減させた電磁波検出装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１８－２００９２７号公報

このような装置において、広い画角で周囲の情報を得ることは有益である。しかし、画角の広い受光レンズを用いる場合、遠方の対象の受光感度が低下するため、遠方検出が難しい。

上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされた本開示の目的は、遠方検出と広い画角を両立する電磁波検出装置および測距装置を提供することにある。

上記の課題を解決すべく、第１の観点による電磁波検出装置は、
第１の電磁波を照射する照射部と、
前記照射部が照射した前記第１の電磁波を複数の異なる方向に出力させる偏向部と、
前記偏向部から出力された前記第１の電磁波が対象で反射した反射波を含む第２の電磁波が入射される複数の入射部と、
前記入射部へ入射した前記反射波を検出する第１の検出部と、を備え、
前記反射波が、前記複数の入射部のうちの少なくとも１つへ入射されるように構成される。

また、第２の観点による電磁波検出装置は、
第１の電磁波を、対象が存在する空間へ複数の異なる方向に出力させる照射系と、
前記第１の電磁波が前記対象で反射した反射波を含む、前記空間からの電磁波である第２の電磁波が入射される複数の受光系と、を備え、
複数の前記受光系の各々は、入射する前記第２の電磁波のうち、少なくとも前記反射波を含む一部を検出するように配置された第１の検出部と、を備え、
複数の前記受光系に入射した前記反射波の、前記第１の検出部からの検出信号を合算させる。

また、第３の観点による電磁波検出装置は、
第１の電磁波を複数の異なる方向に対して同時に照射する照射部と、
前記照射部から出力された前記第１の電磁波が対象で反射した反射波を含む第２の電磁波が入射される複数の入射部と、
前記入射部へ入射した前記反射波を検出する第１の検出部と、を備え、
前記反射波が、前記複数の入射部のうちの少なくとも１つへ入射されるように構成される。

また、第４の観点による測距装置は、
第１の電磁波を照射する照射部と、
前記照射部が照射した前記第１の電磁波を複数の異なる方向に出力させる偏向部と、
前記偏向部から出力された前記第１の電磁波が対象で反射した反射波を含む第２の電磁波が入射される複数の入射部と、
前記入射部へ入射した前記反射波を検出する第１の検出部と、
前記第１の検出部の検出情報に基づいて、前記対象との距離を演算する演算部と、を備え、
前記反射波が、前記複数の入射部のうちの少なくとも１つへ入射されるように構成される。

本開示によれば、遠方検出と広い画角を両立する電磁波検出装置および測距装置を提供することができる。

図１は、一実施形態に係る電磁波検出装置の概略構成を示す構成図である。 図２は、図１の電磁波検出装置の第１の状態と第２の状態における電磁波の進行方向を説明するための図である。 図３は、図１の電磁波検出装置の外観を例示する図である。 図４は、図１の電磁波検出装置への反射波の入力状態を例示する図である。 図５は、電磁波検出装置の変形例の概略構成を示す構成図である。 図６は、電磁波検出装置の変形例の外観を例示する図である。 図７は、電磁波検出装置を含む測距装置の概略構成を示す構成図である。 図８は、測距装置の距離の演算を説明するためのタイミングチャートである。

図１は、一実施形態に係る電磁波検出装置１０の概略構成を示す構成図である。電磁波検出装置１０は、照射系１１１と、複数の受光系１１０と、制御部１４と、を備えて構成される。本実施形態に係る電磁波検出装置１０は、Ｎ個の受光系１１０である第１の受光系１１０－１～第Ｎの受光系１１０－Ｎを備える。Ｎは２以上の整数である。受光系１１０との表現は、第１の受光系１１０－１～第Ｎの受光系１１０－Ｎを特に区別することなく、全体を、または、任意の１つを示す場合に用いられる。本実施形態において、第１の受光系１１０－１～第Ｎの受光系１１０－Ｎは同じ構成を有する。なお、本実施形態では、電磁波検出装置１０が１つの照射系１１１と複数の受光系１１０を有するものとして説明するが、照射系１１１は一つに限るものではなく、複数の照射系１１１の各々に対して、複数の受光系１１０がそれぞれ対応付けられていればよい。

照射系１１１は、照射部１２と、偏向部１３と、を備える。受光系１１０は、入射部１５と、分離部１６と、第１の検出部２０と、第２の検出部１７と、切替部１８と、第１の後段光学系１９と、を備える。本実施形態に係る電磁波検出装置１０の各機能ブロックの詳細については後述する。

図面において、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御信号または通信される情報の流れを示す。破線が示す通信は有線通信であってよいし、無線通信であってよい。また、実線の矢印はビーム状の電磁波を示す。また、図面において、対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３は、電磁波検出装置１０の被写体である。対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３は、それぞれ異なる場所に位置する。

（照射系）
照射部１２は、赤外線、可視光線、紫外線、および電波の少なくともいずれかを照射する。本実施形態において、照射部１２は、赤外線を照射する。照射部１２は、照射する電磁波を、対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３に向けて、直接または偏向部１３を介して間接的に照射する。本実施形態において、照射部１２は、照射する電磁波を、対象物である対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３が存在する空間に向けて、偏向部１３を介して間接的に照射する。以下において、照射部１２が照射する電磁波は、受光系１１０に入射される電磁波と区別するために、第１の電磁波と称されることがある。

本実施形態において、照射部１２は、幅の細い、例えば０．５°のビーム状の電磁波を照射する。また、照射部１２は電磁波をパルス状に照射可能である。照射部１２は、電磁波照射素子として、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を含んで構成され得る。また、照射部１２は、電磁波照射素子として、例えばＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を含んで構成され得る。照射部１２は、制御部１４の制御に基づいて電磁波の照射および停止を切替える。なお、照射部１２は複数の電磁波照射素子をアレイ状に配列させたＬＥＤアレイまたはＬＤアレイを構成し、複数本のビームを同時に照射させてよい。

偏向部１３は、照射部１２が照射した電磁波を複数の異なる方向に出力させて、対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３が存在する空間に照射される電磁波の照射位置を変更する。すなわち、偏向部１３は、照射部１２から照射される電磁波により、対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３が存在する空間を走査する。複数の異なる方向への出力は、偏向部１３が照射部１２からの電磁波を、向きを変えながら反射することで行ってよい。偏向部１３は、一次元方向または二次元方向に対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３を走査する。本実施形態において、偏向部１３は、二次元方向の走査を実行する。ここで、照射部１２が例えばＬＤアレイとして構成されている場合、偏向部１３はＬＤアレイから出力される複数のビームの全てを反射させて、同一方向に出力させる。すなわち、照射系１１１は、１つまたは複数の電磁波照射素子を有する照射部１２に対して１つの偏向部を有している。本明細書において、１つの偏向部から出力される第１の電磁波を、「一の第１の電磁波」と称することがある。例えば、照射部１２から同時に複数の第１の電磁波が照射されて、それらが偏向部１３で偏向されて出力される場合に、偏向部１３から出力される電磁波の全てが「一の第１の電磁波」である。

偏向部１３は、照射部１２から照射された電磁波を反射させて出力する空間である照射領域の少なくとも一部が、複数の受光系１１０のうちの少なくとも１つにおける電磁波の検出範囲に含まれるように、構成されている。したがって、偏向部１３を介して対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３が存在する空間に照射される電磁波の少なくとも一部は、対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３の少なくとも一部で反射して、受光系１１０の少なくともいずれか１つにおいて検出され得る。ここで、偏向部１３から出力された第１の電磁波が対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３の少なくとも一部で反射した電磁波を反射波と称することがある。なお、反射波が同時に複数の受光系１１０に入射することがあってよい。

偏向部１３は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー、ポリゴンミラー、およびガルバノミラーなどを含む。本実施形態において、偏向部１３は、ＭＥＭＳミラーを含む。

偏向部１３は、制御部１４の制御に基づいて、電磁波を反射する向きを変える。また、偏向部１３は、例えばエンコーダなどの角度センサを有してよく、角度センサが検出する角度を、電磁波を反射する方向情報として、制御部１４に通知してよい。このような構成において、制御部１４は、偏向部１３から取得する方向情報に基づいて、電磁波の照射位置を算出し得る。また、制御部１４は、偏向部１３に電磁波を反射する向きを変えさせるために入力する駆動信号に基づいても照射位置を算出し得る。

（受光系）
上記のように、第１の受光系１１０－１～第Ｎの受光系１１０－Ｎは同じ構成を有するため、任意の１つである受光系１１０について説明する。また、対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３の少なくとも一部であって、その反射波が受光系１１０に入射するものを対象ｏｂと記載することがある。また、対象ｏｂでの反射波を含んで受光系１１０に入射する電磁波は、第１の電磁波と区別するために、第２の電磁波と称されることがある。ここで第２の電磁波とは、偏向部１３から出力された電磁波が対象ｏｂで反射した反射波のみならず、太陽光などの外光、外光が対象に反射した光などを含む、入射部１５へ入射する電磁波を指す。

入射部１５は、少なくとも１つの光学部材を有する光学系であって、被写体となる対象ｏｂの像を結像させる。光学部材は、例えばレンズ、ミラー、絞りおよび光学フィルタ等の少なくとも１つを含む。本実施形態において、入射部１５は少なくともレンズを含む。

分離部１６は、入射部１５と、入射部１５から所定の位置をおいて離れた対象ｏｂの像の、入射部１５による結像位置である一次結像位置との間に設けられている。分離部１６は、入射する電磁波を波長に応じて第１の方向ｄ１または第２の方向ｄ２に進行するように分離する。

本実施形態において、分離部１６は、入射する電磁波の一部を第１の方向ｄ１に反射し、電磁波の別の一部を第２の方向ｄ２に透過する。本実施形態において、第１の方向ｄ１に反射するのは、太陽光などの環境光が対象物で反射した可視光を含む電磁波である。また、第２の方向ｄ２に透過するのは、照射部１２が照射した赤外線、もしくは当該赤外線が対象物で反射した電磁波の波長を含む電磁波である。別の例として、分離部１６は、入射する電磁波の一部を第１の方向ｄ１に透過し、電磁波の別の一部を第２の方向ｄ２に反射してよい。また、分離部１６は、入射する電磁波の一部を第１の方向ｄ１に屈折させ、電磁波の別の一部を第２の方向ｄ２に屈折させてよい。分離部１６は、例えば、ハーフミラー、ビームスプリッタ、ダイクロイックミラー、コールドミラー、ホットミラー、メタサーフェス、偏向素子、およびプリズムなどである。

第２の検出部１７は、分離部１６から第１の方向ｄ１に進行する電磁波の経路上に、設けられている。第２の検出部１７は、第１の方向ｄ１における対象ｏｂの結像位置または結像位置の近傍に、設けられている。第２の検出部１７は、分離部１６から第１の方向ｄ１に進行した電磁波を検出する。

また、第２の検出部１７は、分離部１６から第１の方向ｄ１に進行する電磁波の第１の進行軸が、第２の検出部１７の第１の検出軸に平行となるように、分離部１６に対して配置されていてよい。第１の進行軸は、分離部１６から第１の方向ｄ１に進行する、放射状に広がりながら伝播する電磁波の中心軸である。本実施形態において、第１の進行軸は、入射部１５の光軸を分離部１６まで延ばし、分離部１６において第１の方向ｄ１に平行になるように折曲げた軸である。第１の検出軸は、第２の検出部１７の検出面の中心を通り、検出面に垂直な軸である。

さらに、第２の検出部１７は、第１の進行軸および第１の検出軸の間隔が第１の間隔閾値以下となるように配置されていてよい。また、第２の検出部１７は、第１の進行軸および第１の検出軸が一致するように配置されていてよい。本実施形態において、第２の検出部１７は、第１の進行軸および第１の検出軸が一致するように配置されている。

また、第２の検出部１７は、第１の進行軸と、第２の検出部１７の検出面とのなす第１の角度が第１の角度閾値以下または所定の角度となるように、分離部１６に対して配置されていてよい。本実施形態において、第２の検出部１７は、第１の角度が９０°となるように配置されている。

本実施形態において、第２の検出部１７は、パッシブセンサである。本実施形態において、第２の検出部１７は、さらに具体的には、素子アレイを含む。例えば、第２の検出部１７は、イメージセンサまたはイメージングアレイなどの撮像素子を含み、検出面において結像した電磁波による像を撮像して、撮像した対象ｏｂに相当する画像情報を生成する。

本実施形態において、第２の検出部１７は、さらに具体的には可視光の像を撮像する。第２の検出部１７は、生成した画像情報を信号として制御部１４に送信する。第２の検出部１７は、赤外線、紫外線、および電波の像など、可視光以外の像を撮像してよい。

切替部１８は、分離部１６から第２の方向ｄ２に進行する電磁波の経路上に設けられている。切替部１８は、第２の方向ｄ２における対象ｏｂの一次結像位置または一次結像位置近傍に、設けられている。

本実施形態において、切替部１８は、結像位置に設けられている。切替部１８は、入射部１５および分離部１６を通過した電磁波が入射する作用面ａｓを有している。作用面ａｓは、２次元状に沿って並ぶ複数の切替素子ｓｅによって構成されている。作用面ａｓは、後述する第１の状態および第２の状態の少なくともいずれかにおいて、電磁波に、例えば、反射および透過などの作用を生じさせる面である。

切替部１８は、作用面ａｓに入射する電磁波を、第３の方向ｄ３に進行させる第１の状態と、第４の方向ｄ４に進行させる第２の状態とに、切替素子ｓｅ毎に切替可能である。本実施形態において、第１の状態は、作用面ａｓに入射する電磁波を、第３の方向ｄ３に反射する第１の反射状態である。また、第２の状態は、作用面ａｓに入射する電磁波を、第４の方向ｄ４に反射する第２の反射状態である。

本実施形態において、切替部１８は、さらに具体的には、切替素子ｓｅ毎に電磁波を反射する反射面を含んでいる。切替部１８は、切替素子ｓｅ毎の各々の反射面の向きを任意に変更することにより、第１の反射状態および第２の反射状態を切替素子ｓｅ毎に切替える。

本実施形態において、切替部１８は、例えばＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：デジタルマイクロミラーデバイス）を含む。ＤＭＤは、作用面ａｓを構成する微小な反射面を駆動することにより、切替素子ｓｅ毎に反射面を作用面ａｓに対して＋１２°および－１２°のいずれかの傾斜状態に切替可能である。作用面ａｓは、ＤＭＤにおける微小な反射面を載置する基板の板面に平行である。

切替部１８は、後述する制御部１４の制御に基づいて、第１の状態および第２の状態を、切替素子ｓｅ毎に切替える。例えば、図２に示すように、切替部１８は、同時に、一部の切替素子ｓｅ１を第１の状態に切替えることにより切替素子ｓｅ１に入射する電磁波を第３の方向ｄ３に進行させ得、別の一部の切替素子ｓｅ２を第２の状態に切替えることにより切替素子ｓｅ２に入射する電磁波を第４の方向ｄ４に進行させ得る。より具体的には、制御部１４は偏向部１３からの方向情報に基づいて、電磁波が照射された方向、もしくは電磁波が照射された位置を検出する。そして、検出した電磁波が照射された方向、もしくは電磁波が照射された位置に応じた切替素子ｓｅ１を第１の状態とし、それ以外の切替素子ｓｅ１は第２の状態とすることで、対象ｏｂからの反射波を選択的に第３の方向ｄ３に進行させる。分離部１６を通過した電磁波のうち、対象ｏｂからの反射波以外の電磁波は第４の方向ｄ４に進行するため、第１の検出部２０には入射しない。

図１に示すように、第１の後段光学系１９は、切替部１８から第３の方向ｄ３に設けられている。第１の後段光学系１９は、例えば、レンズおよびミラーの少なくとも一方を含む。第１の後段光学系１９は、切替部１８において進行方向を切替えられた電磁波としての対象ｏｂの像を結像させる。

第１の検出部２０は反射波を検出する。第１の検出部２０は、切替部１８による第３の方向ｄ３に進行した後に第１の後段光学系１９を経由して進行する電磁波を検出可能な位置に配置されている。第１の検出部２０は、第１の後段光学系１９を経由した電磁波、すなわち第３の方向ｄ３に進行した電磁波を検出して、検出信号を出力する。

また、第１の検出部２０は、切替部１８とともに、分離部１６から第２の方向ｄ２に進行して切替部１８により第３の方向ｄ３に進行方向が切替えられた電磁波の第２の進行軸が、第１の検出部２０の第２の検出軸に平行となるように、分離部１６に対して配置されていてよい。第２の進行軸は、切替部１８から第３の方向ｄ３に進行する、放射状に広がりながら伝播する電磁波の中心軸である。本実施形態において、第２の進行軸は、入射部１５の光軸を切替部１８まで延ばし、切替部１８において第３の方向ｄ３に平行になるように折曲げた軸である。第２の検出軸は、第１の検出部２０の検出面の中心を通り、検出面に垂直な軸である。

さらに、第１の検出部２０は、切替部１８とともに、第２の進行軸および第２の検出軸の間隔が第２の間隔閾値以下となるように配置されていてよい。第２の間隔閾値は、第１の間隔閾値と同じ値であってよいし、異なる値であってよい。また、第１の検出部２０は、第２の進行軸および第２の検出軸が一致するように配置されていてよい。本実施形態において、第１の検出部２０は、第２の進行軸および第２の検出軸が一致するように配置されている。

また、第１の検出部２０は、切替部１８とともに、第２の進行軸と、第１の検出部２０の検出面とのなす第２の角度が第２の角度閾値以下または所定の角度となるように、分離部１６に対して配置されていてよい。第２の角度閾値は、第１の角度閾値と同じ値であってよいし、異なる値であってよい。本実施形態において、第１の検出部２０は、前述のように、第２の角度が９０°となるように配置されている。

本実施形態において、第１の検出部２０は、照射部１２から対象ｏｂに向けて照射された電磁波の対象ｏｂからの反射波を検出するアクティブセンサである。本実施形態において、第１の検出部２０は、照射部１２から照射され且つ偏向部１３により反射されることにより対象ｏｂに向けて照射された電磁波の対象ｏｂからの反射波を検出する。後述するように、照射部１２から照射される電磁波は赤外線、可視光線、紫外線、および電波の少なくともいずれかである。

第１の検出部２０は、例えばＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）、ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）および測距イメージセンサなどの単一の素子を含む。また、第１の検出部２０は、ＡＰＤアレイ、ＰＤアレイ、測距イメージングアレイ、および測距イメージセンサなどの素子アレイを含むものであってよい。

本実施形態において、第１の検出部２０は、被写体からの反射波を検出したことを示す検出情報を信号として制御部１４に送信する。第１の検出部２０は、さらに具体的には、赤外線の帯域の電磁波を検出する。なお、複数の受光系１１０に含まれる各々の第１の検出部２０からの信号は、制御部１４とは異なる合算手段で合算されて制御部１４に送信されてよい。もしくは、制御部１４で各々の第１の検出部２０からの信号が合算されるように構成されてよい。

また、本実施形態において、第１の検出部２０は、対象ｏｂまでの距離を測定するための検出素子として用いられる。換言すると、第１の検出部２０は、測距センサを構成する素子であって、電磁波を検出できればよく、検出面において結像される必要がない。それゆえ、第１の検出部２０は、第１の後段光学系１９による結像位置である二次結像位置に設けられなくてよい。すなわち、この構成において、第１の検出部２０は、全ての画角からの電磁波が検出面上に入射可能な位置であれば、切替部１８により第３の方向ｄ３に進行した後に第１の後段光学系１９を経由して進行する電磁波の経路上のどこに配置されてよい。

制御部１４は、照射系１１１および複数の受光系１１０を制御する。制御部１４は、１以上のプロセッサおよびメモリを含む。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する汎用のプロセッサ、および特定の処理に特化した専用のプロセッサの少なくともいずれかを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ；Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）を含んでよい。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を含んでよい。制御部１４は、１つまたは複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）、およびＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎ ａ Ｐａｃｋａｇｅ）の少なくともいずれかを含んでよい。

制御部１４は、第１の検出部２０および第２の検出部１７がそれぞれ検出した電磁波に基づいて、電磁波検出装置１０の周囲に関する情報を取得できる。周囲に関する情報は、例えば画像情報および検出情報などである。制御部１４は、例えば第２の検出部１７が画像として検出した電磁波を画像情報として取得する。

図３は、Ｎが３である電磁波検出装置１０、すなわち３つの受光系１１０を備える電磁波検出装置１０の外観を例示する。偏向部１３は電磁波の出力口から、対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３が存在する空間に対して、第１の電磁波を偏向させながら出力することで当該空間を走査する。図３の例において、第１の電磁波の走査方向（すなわち、第１の電磁波の出力方向が変化する方向）は水平方向である。また、３つの受光系１１０の入射部１５は、それぞれ一部が露出している。図３の例において、第１の入射部１５－１、第２の入射部１５－２および第３の入射部１５－３は、走査方向に対して平行方向に、すなわち水平方向に沿って配置されている。第１の入射部１５－１、第２の入射部１５－２および第３の入射部１５－３は、それぞれが一定の画角を有し、隣り合う入射部の画角領域の一部が重複してよい。例えば、図４に示すように、第１の入射部１５－１と第２の入射部１５－２、第２の入射部１５－２と第３の入射部１５－３のそれぞれの画角領域は端部において共通している。偏向部１３は例えばＭＥＭＳミラーであって、照射部１２からパルス状に照射される第１の電磁波の偏向方向を水平方向に変化させながら出力されて、複数の入射部１５も同じ方向に沿って配置されている。ここで、電磁波検出装置１０の第１の電磁波が出力される出力口および３つの受光系１１０の入射部１５が露出している面を、電磁波検出装置１０の正面と表記することがある。

従来、電磁波検出装置１０は受光系１１０を１つだけ備えており、広い画角で周囲の情報を得ようとする場合に、入射部１５として広角の受光レンズが用いられていた。しかし、画角の広い受光レンズを用いると遠方の対象ｏｂの受光感度が低下する。特に広角のレンズの周辺光量はレンズ主軸部分に比べて少ないため、広角と遠方検出を両立することが困難である。

本実施形態に係る電磁波検出装置１０は、１つの広角レンズを用いるのでなく、各々が狭い画角のレンズを有する複数の受光系１１０の入射部１５を並べることによって、全体として広い画角で周囲の情報を得ることができる。例えば、図４に示すように、対象ｏｂ１、対象ｏｂ２および対象ｏｂ３が電磁波検出装置１０の正面側の広い画角の範囲に位置する場合に、それぞれの反射波が第１の入射部１５－１、第２の入射部１５－２および第３の入射部１５－３の少なくとも１つに入射される。このとき、第１の入射部１５－１、第２の入射部１５－２および第３の入射部１５－３は、それぞれが一定の画角に含まれる反射波を受け取ればよく、各々の入射部が広角レンズを備えている必要がない。そのため、本実施形態に係る電磁波検出装置１０は、広角と遠方検出を両立することが可能である。

例えば、図４に示すように、対象ｏｂ２のうち、第１の入射部１５－１、および第２の入射部１５－２の両方の画角に含まれている部分からの反射波は、第１の入射部１５－１、および第２の入射部１５－２の両方に入射される。このとき、２つの受光系１１０の第１の検出部２０は、それぞれ対象ｏｂ２からの反射波を検出する。そして、制御部１４は、２つの受光系１１０からの対象ｏｂ２の反射波を検出したことを示す検出情報を用いて感度よく遠方にある対象ｏｂ２の情報を取得できる。例えば、対象ｏｂ２のうち、第１の入射部１５－１と第２の入射部１５－２の両方の画角領域に存在する部分からの反射波は、２つの受光系１１０の第１の検出部２０の各々で同時（もしくはほぼ同時）に検出される。これらの２つの受光系１１０の第１の検出部２０からの受光信号を合算することにより、光量の低下しがちなレンズ周辺領域から入射した反射波であっても大きな受光信号を得ることができ、感度よく遠方にある対象ｏｂ２の情報を取得できる。

一方、第３の入射部１５－３の画角領域に存在する対象ｏｂ３の反射波は、第３の入射部１５－３に入射される。対象ｏｂ３は第３の入射部１５－３の画角の中心付近に存在する。そのため、対象ｏｂ３が遠方にあっても受光系１１０は感度よく対象ｏｂ３の受光信号を取得でき、制御部１４が対象ｏｂ３についての情報を取得できる。また、従来技術では広角レンズを用いなければ検出されない位置にある対象ｏｂ１の反射波も、第１の入射部１５－１に入射されるため、電磁波検出装置１０は対象ｏｂ１の情報を取得できる。

ここで、制御部１４は照射系１１１の偏向部１３からの方向情報に基づいて、電磁波が照射される方向もしくは電磁波が照射される空間上の位置を把握できている。このため、制御部１４は反射波が第１の入射部１５－１、第２の入射部１５－２および第３の入射部１５－３のいずれに入射するかを判断する。制御部１４は、反射波が入射する受光系１１０の切替部１８の切替素子ｓｅのうち、反射波が入射する切替素子ｓｅを第１の状態とし、それ以外の切替素子ｓｅ１を第２の状態とすることで、対象ｏｂからの反射波を感度よく検出できる。

対象ｏｂ２のように複数の入射部の画角領域に存在する対象ｏｂからの反射波を受光する場合には、当該反射波が入射するすべての入射部（第１の入射部１５－１と、第２の入射部１５－２）に対応する複数の受光系１１０の切替部１８のそれぞれを制御し、それぞれの第１の検出部２０からの受光信号を取得できるのである。換言すると、複数の入射部によって視野が共有される領域は、第１の検出部２０による反射波の検出可能範囲に設けられる。つまり、視野が共有される領域は、その領域の対象ｏｂからの反射波を検出する全ての第１の検出部２０の各々にとって検出が可能である範囲に設けられる。なお、本実施形態では対象ｏｂ２については、制御部１４は複数の受光系１１０で検出することとしたが、１のみの受光系１１０で検出するようにしてよい。この場合は、例えば偏向部１３からの方向情報に基づいて、より多くの反射波を取得できると思われる受光系１１０（たとえば、電磁波の照射位置が入射部の画角中心に近いほうの受光系１１０）の切替部１８のみの切替素子ｓｅを第１の状態に制御させるとよい。

ここで、電磁波検出装置１０の複数の入射部１５が備えるレンズは、互いに同じ方向を向いていてよいし、互いに異なる方向を向いてよい。図４の例において、３つの入射部１５の光軸は互いに異なっている。中央の第２の入射部１５－２は正面からまっすぐ前を向いている。第１の入射部１５－１および第３の入射部１５－３は、それぞれ入射部１５－２と反対の外側を向いている。そのため、図４の例の電磁波検出装置１０は、より広い画角で周囲の情報を得ることができる。このように、電磁波検出装置１０の複数の入射部１５は、隣接する入射部１５が備えるレンズがそれぞれ異なる方向に傾いていることが好ましい。特にこれらのレンズの光軸が、電磁波検出装置１０の正面よりも第２の電磁波が入射する方向側で交差することが好ましい。ここで、隣接する入射部１５が備えるレンズの画角が互いに重ならない構成であってよい。このとき、電磁波検出装置１０は、さらに広い画角で周囲の情報を得ることができる。ただし、上記のように、隣接する入射部１５が備えるレンズの周縁部に対応する視野が共有されていることによって、検出の感度を高めることが可能になる。そのため、検出の感度が求められる用途においては、隣接するレンズの画角が重なることが好ましい。

また、電磁波検出装置１０の複数の入射部１５が備えるレンズは、全てが同じ視野の範囲を有していてよいし、一部のレンズの視野の範囲が他のレンズと異なっていてよい。例えば、遠方検出のために、中央の第２の入射部１５－２のレンズは画角が狭いものが選択されてよい。そして、広い画角を得るために、第１の入射部１５－１および第３の入射部１５－３のレンズは、第２の入射部１５－２のレンズより広角のものが選択されてよい。つまり、複数の入射部１５のレンズの画角は、その位置に応じて変化させてよい。このとき、レンズが互いに同じ方向を向いていても、広角と遠方検出を両立させることが可能になる。また、複数の入射部１５のレンズの向きを異ならせることを併用することで、さらに広角の検出が可能になる。

また、電磁波検出装置１０の複数の入射部１５は、２つであってよいし、４つ以上であってよい。例えば電磁波検出装置１０の入射部１５が２つであっても、広角と遠方検出を両立させることが可能である。電磁波検出装置１０が２つの入射部１５を備える場合に、２つのレンズは視野の重複を生じる程度に広角であることが好ましい。視野が重複する範囲にある対象ｏｂの反射波は両方の入射部１５に入射するため、上記のように、制御部１４が検出情報を合成できる。そのため、２つのレンズの視野が重複する範囲において遠方検出の感度を高めることができる。

以上のように、本実施形態に係る電磁波検出装置１０は、偏向部１３から出力された一の第１の電磁波が対象ｏｂで反射した反射波が、複数の入射部１５のうちの少なくとも１つへ入射されるように構成される。電磁波検出装置１０は、このような構成によって、遠方検出と広い画角を両立することが可能である。

本実施形態に係る電磁波検出装置１０において、偏向部１３から出力された一の第１の電磁波が対象ｏｂで反射した反射波が、複数の入射部１５のうちの２つ以上に入射される場合に、第１の検出部２０はそれら全ての反射波を検出する。制御部１４が検出情報を合成することによって、感度よく遠方にある対象の情報を取得できる。

（変形例）
本開示を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形および修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。

上記の実施形態において、切替部１８は、作用面ａｓに入射する電磁波の進行方向を２方向に切替え可能であるが、２方向のいずれかへの切替えでなく、３以上の方向に切替え可能であってよい。

上記の実施形態の切替部１８において、第１の状態および第２の状態は、作用面ａｓに入射する電磁波を、それぞれ、第３の方向ｄ３に反射する第１の反射状態、および第４の方向ｄ４に反射する第２の反射状態であるが、他の態様であってよい。

例えば、図５に示すように、第１の状態が、作用面ａｓに入射する電磁波を、透過させて第３の方向ｄ３に進行させる透過状態であってよい。切替部１８１は、さらに具体的には、切替素子毎に電磁波を第４の方向ｄ４に反射する反射面を有するシャッタを含んでいてよい。このような構成の切替部１８１においては、切替素子毎のシャッタを開閉することにより、第１の状態としての透過状態および第２の状態としての反射状態を切替素子毎に切替え得る。

このような構成の切替部１８１として、例えば、開閉可能な複数のシャッタがアレイ状に配列されたＭＥＭＳシャッタを含む切替部が挙げられる。また、切替部１８１は、電磁波を反射する反射状態と電磁波を透過する透過状態とを液晶配向に応じて切替え可能な液晶シャッタを含む切替部が挙げられる。このような構成の切替部１８１においては、切替素子毎の液晶配向を切替えることにより、第１の状態としての透過状態および第２の状態としての反射状態を切替素子毎に切替え得る。

また、電磁波検出装置１０において、受光系１１０がさらに第２の後段光学系および第３の検出部を備えてよい。第２の後段光学系は、切替部１８から第４の方向ｄ４に設けられて、対象ｏｂの像を結像させる。第３の検出部は、切替部１８による第４の方向ｄ４に進行した後に第２の後段光学系を経由して進行する電磁波の経路上に設けられて、第４の方向ｄ４に進行した電磁波を検出する。

また、上記の実施形態において、電磁波検出装置１０は、照射部１２から照射されるビーム状の電磁波を偏向部１３に走査させることにより、第１の検出部２０を偏向部１３と協同させて走査型のアクティブセンサとして機能させる構成を有する。しかし、電磁波検出装置１０は、このような構成に限られない。例えば、電磁波検出装置１０は、偏向部１３を備えず、照射部１２から同時に複数の異なる方向に向けて放射状に電磁波を照射させ、走査なしで情報を取得する構成でも、上記の実施形態と類似の効果が得られる。

また、上記の実施形態において、電磁波検出装置１０は、第２の検出部１７がパッシブセンサであり、第１の検出部２０がアクティブセンサである構成を有する。しかし、測距装置１１は、このような構成に限られない。例えば、測距装置１１において、第２の検出部１７および第１の検出部２０が共にアクティブセンサである構成でも、パッシブセンサである構成でも上記の実施形態と類似の効果が得られる。

また、上記の実施形態において、電磁波検出装置１０の複数の入射部１５は、走査方向に対して平行方向に、すなわち水平方向に沿って配置されている。ここで、複数の入射部１５は、走査方向に対して鉛直方向に、すなわち高さ方向に沿って配置されてよい。このとき、複数の入射部１５は、画角が異なる２つの入射部１５を含んでよい。図６は、Ｎが２である電磁波検出装置１０、すなわち２つの受光系１１０を備える電磁波検出装置１０の外観の別の例を示す。図６の例において、第１の入射部１５－１および第２の入射部１５－２は、走査方向に対して鉛直方向に配置されている。このような配置は、第１の入射部１５－１と第２の入射部１５－２の画角が異なっており、照射系１１１の照射部１２が電磁波照射素子を鷹さ方向にアレイ状に配置したことで第１の電磁波が高さ方向に長い縦長形状である場合に、受光感度を向上させる。

第１の入射部１５－１が含むレンズの画角は、第２の入射部１５－２が含むレンズの画角より狭くてよい。このような構成によって、第１の入射部１５－１が遠方検出を行って、第２の入射部１５－２が広角での検出を行うことが可能である。また、第１の入射部１５－１および第２の入射部１５－２は、互いに逆向きに傾いて設けられてよい。例えば、第１の入射部１５－１の光軸が右方にずれ、第２の入射部１５－２の光軸が左方にずれるように設けられてよい。このような構成によって、電磁波検出装置１０は、より広い画角で周囲の情報を得ることができる。

また、上記の実施形態において、電磁波検出装置１０の分離部１６、切替部１８、第１の検出部２０および第２の検出部１７は、複数の入射部１５のそれぞれに対して設けられる。ここで、電磁波検出装置１０の分離部１６、切替部１８、第１の検出部２０および第２の検出部１７のうちの１つ以上は、複数の入射部１５で共通に用いられてよい。一部の機能ブロックが複数の入射部１５で共有化されることによって、電磁波検出装置１０を小型化することが可能になる。例えば、複数の入射部１５へ入射する電磁波を１つの切替部１８へ導く光学系を設けることで、電磁波検出装置１０を小型化できる場合がある。また、例えば第１の検出部２０が共有化されている場合に、反射波が複数の入射部１５に入射されると、それらの反射波は第１の検出部２０に入射される際に合成される。そのため、上記の制御部１４における合成の処理と同様に、第１の検出部２０における検出の感度が高められる。

また、上記の実施形態において、第１の検出部２０は、偏向部１３から出力された一の第１の電磁波が対象ｏｂで反射した反射波が、複数の入射部１５のうちの２つ以上に入射される場合に、それらを通る全ての反射波を検出する。そして、制御部１４は、感度を高めるために、検出情報を合成する処理を実行する。ここで、第１の検出部２０は、偏向部１３から出力された一の第１の電磁波が対象ｏｂで反射した反射波が、複数の入射部１５のうちの２つ以上に入射される場合に、それらのうちの１つのみ反射波を検出してよい。すなわち、反射波が入射された複数の受光系１１０のうち、選択された１つの受光系１１０の第１の検出部２０からの検出情報が制御部１４に送信されてよい。制御部１４が検出情報を合成する処理を実行しないため、制御部１４の処理の負荷を低減することが可能である。もしくは、反射波が入射した複数の切替部１８のうち、１の切替部１８の切替素子ｓｅのみが反射波を第１の検出部２０へ導くように、制御部１４が切替部１８を制御するようにしてよい。

また、入射部１５が備えるレンズが視野の一部を共有する領域は、所定の距離範囲内に含まれていてよい。電磁波検出装置１０の照射部１２は、パルス状に第１の電磁波を照射しているため、照射した第１の電磁波の反射波は、次に照射する電磁波の照射時点までに含まれる一定時間内に第１の検出部２０で検出された場合に制御部１４で処理される。すなわち、所定の距離範囲内の対象ｏｂからの反射波が第１の検出部２０で検出されうる。一方、照射した第１の電磁波が所定の距離範囲よりも遠い位置にある対象ｏｂで反射した反射波は、一定時間内に第１の検出部２０に到達できない。そのため、この反射波は第１の検出部２０で検出されない。もしくは検出された信号は制御部１４で測距等の処理がされないよう制御されてよい。この一定時間は、電磁波検出装置１０を後述する測距装置１１で用いた場合には、測距装置１１が対象ｏｂまでの距離を測距可能な範囲に基づいて設定される。

（測距装置）
図７に示すように、測距装置１１は、上記の実施形態または変形例の電磁波検出装置１０と、演算部２１と、を備えて構成される。測距装置１１は、電磁波検出装置１０の検出情報に基づいて、演算部２１が被写体までの距離を演算する装置である。演算部２１は、例えば電磁波検出装置１０の制御部１４から検出情報を取得する。

演算部２１は、取得した検出情報に基づいて、以下に説明するようにＴｏＦ（Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）方式で、計測対象までの距離を演算可能である。

図８に示すように、制御部１４は、照射部１２に電磁波放射信号を入力することにより、照射部１２にパルス状の電磁波を照射させる（“電磁波放射信号”欄参照）。照射部１２は、入力された電磁波放射信号に基づいて電磁波を照射する（“照射部放射量”欄参照）。照射部１２が照射し且つ偏向部１３が反射して任意の照射領域に照射された電磁波は、照射領域において反射する。制御部１４は、照射領域の反射波の入射部１５による切替部１８における結像領域の中の少なくとも一部の切替素子ｓｅを第１の状態に切替え、他の切替素子ｓｅを第２の状態に切替える。つまり、制御部１４は、偏向部１３から出力された一の第１の電磁波の出力状態に応じて、複数の切替素子のそれぞれを第１の状態または第２の状態に切替える。そして、第１の検出部２０は、照射領域において反射された電磁波を検出するとき（“電磁波検出量”欄参照）、上記のように、検出情報を制御部１４に通知する。

演算部２１は、検出情報を含む上記の信号の情報を制御部１４から取得する。演算部２１は、例えば、時間計測ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）であって、照射部１２に電磁波を照射させた時期Ｔ１から、検出情報を取得（“検出情報取得”欄参照）した時期Ｔ２までの時間ΔＴを計測する。演算部２１は、時間ΔＴに、光速を乗算し、且つ２で除算することにより、照射位置までの距離を算出する。

本実施形態において、測距装置１１は、上記のように、レーザー光を照射して、返ってくるまでの時間を直接測定するＤｉｒｅｃｔ ＴｏＦにより距離情報を作成する構成である。しかし、測距装置１１は、このような構成に限られない。例えば、測距装置１１は、電磁波を一定の周期で照射し、照射された電磁波と返ってきた電磁波との位相差から、返ってくるまでの時間を間接的に測定するＦｌａｓｈ ＴｏＦにより距離情報を作成してよい。また、測距装置１１は、他のＴｏＦ方式、例えば、Ｐｈａｓｅｄ ＴｏＦにより距離情報を作成してよい。

また、別の例として、演算部２１は制御部１４に含まれる構成であってよい。すなわち、制御部１４が上記の演算を実行してよい。このとき、例えば図１に示される電磁波検出装置１０と同じ構成によって測距装置１１が実現される。

上記の実施形態において代表的な例を説明したが、本開示の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本開示は、上記の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

また、本開示の解決手段を装置として説明してきたが、本開示は、これらを含む態様としても実現し得るものであり、また、これらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

１０ 電磁波検出装置
１１ 測距装置
１２ 照射部
１３ 偏向部
１４ 制御部
１５ 入射部
１６ 分離部
１７ 第２の検出部
１８、１８１ 切替部
１９ 第１の後段光学系
２０ 第１の検出部
２１ 演算部
１１０ 受光系
１１１ 照射系
ａｓ 作用面
ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４ 第１の方向、第２の方向、第３の方向、第４の方向
ｏｂ、ｏｂ１、ｏｂ２、ｏｂ３ 対象

Claims (6)

1. 第１の電磁波を照射する照射部を有し、対象が存在する空間へ向けて、照射位置を変えながら前記第１の電磁波を照射する１の照射系と、
   互いに視野の一部を共有し、前記空間から第２の電磁波が入射する、複数の入射部と、
   前記対象との距離を測定するために、前記第１の電磁波が前記対象で反射した反射波を検出する、前記複数の入射部の各々に対して設けられる複数の第１の検出部と、
   前記複数の入射部の各々について個別に設けられ、対応する前記入射部から入射する前記第２の電磁波に基づいて前記空間の画像を撮像するための複数の撮像素子と、を有し、
   前記複数の入射部の各々は、レンズを備え、
   前記複数の第１の検出部が検出した、前記複数の入射部によって共有された視野内に存在する前記対象からの前記反射波に基づいて、当該対象との距離を算出する演算部を有する、測距装置。
2. 前記複数の入射部は一部が露出しており、
   前記複数の入射部から露出するレンズの光軸がそれぞれ異なる方向を向く、請求項１に記載の測距装置。
3. 前記照射系は、前記第１の電磁波の出力方向を水平方向に変化させ、
   前記複数の入射部は、水平方向に沿って配置され、前記照射部は前記水平方向に対して鉛直方向に配置される、請求項１又は２に記載の測距装置。
4. 前記第２の電磁波には前記反射波、及び太陽光が前記対象で反射した光が含まれ、
   前記照射部は前記第１の電磁波として赤外線を照射し、
   前記複数の入射部に入射する前記第２の電磁波を波長に応じて分離又は透過し、前記第２の電磁波に含まれる可視光を前記撮像素子へ進行させる分離部を有する、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の測距装置。
5. 前記対象との距離を測定可能な所定距離範囲内に、前記複数の入射部によって視野が共有された領域が含まれ、
   前記複数の入射部の各々には、前記共有された視野内、及び共有されていない視野内に存在する前記対象からの反射波が入射し、
   前記演算部は、前記複数の入射部によって共有された視野内、及び共有されていない視野内に存在する前記対象との距離を算出する、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の測距装置。
6. １の前記入射部と、当該入射部から入射する第２の電磁波が入射する前記撮像素子とを含む複数の受光系が形成されており、前記複数の受光系はそれぞれ同じ構成である、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の測距装置。

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