JP7584625B2 - 測定装置、位置特定システム、測定システム、および監視システム - Google Patents

Description

本発明は、測定装置、位置特定システム、測定システム、および監視システムに関する。

車両の自動運転の精度向上等のために、周囲の状況を測定する測定装置の性能向上が重要である。そのような測定装置の一つとして、パルス光で周囲を走査して測定を行うものがある。

特許文献１には、車両の走行状態情報や外部環境情報に基づいて、検出領域のうち一部の感度を上げることが記載されている。感度を上げる方法としては、受光素子群の少なくとも一部の受光値を複数の検出期間にわたって加算する方法や、投光部が測定光を投光する間隔を短くし、検出期間内に測定光を投光する回数を増やす方法等が挙げられている。

特許文献２には、パルス照射源及び感光検出器が基部フレームに対して回転するＬＩＤＡＲ装置において、照射強度が異なる複数パルスのパターンで測定することが記載されている。

特開２０１５－１３５２７３号公報 特表２０１９－５１２７０５号公報

一方、測定装置で用いられるパルス光は高いパワー密度を有する。したがって、パルスの照射によって使用者や周囲の人に障害を発生させることがないよう、人体に対する安全を確保する必要がある。

本発明が解決しようとする課題としては、人体に対する安全を確保した上で、測定可能距離を長くすることが一例として挙げられる。

請求項１に記載の発明は、
パルス光で対象を走査して測定する測定装置であって、
前記パルス光を発する発光素子と、
反射した前記パルス光を受光する受光部と
前記パルス光の出射方向を変化させる可動ミラーと、
前記発光素子の発光強度を制御する制御部とを備え、
前記可動ミラーの反射面が正弦波状に揺動されることにより、前記パルス光の出射方向が第１の方向に行き来し、
前記制御部は、走査範囲の前記第１の方向の端を含む端部領域において、前記走査範囲の前記第１の方向の中心を含む中心領域よりも高強度の前記パルス光を出射させる
測定装置である。

請求項９に記載の発明は、
移動体に設けられた請求項１～８のいずれか一項に記載の測定装置と、
地図情報を取得する取得部と、
取得された前記地図情報および前記測定装置の測定結果に基づいて前記移動体の位置を特定する位置特定部とを備える
位置特定システムである。

請求項１０に記載の発明は、
請求項１～８のいずれか一項に記載の測定装置を複数備え、
一つの前記測定装置の前記走査範囲と、他の一つの前記測定装置の前記走査範囲とが、前記第１の方向に隣り合っている
測定システムである。

請求項１３に記載の発明は、
請求項１～８のいずれか一項に記載の測定装置を二つ以上備え、
一つの前記測定装置、および他の一つの前記測定装置は、平面視で互いに対向するように設けられている監視システムである。

第１の実施形態に係る測定装置の構成を例示する図である。 第１の実施形態に係る制御部のハードウエア構成を例示する図である。 第１の実施形態に係るパルス光の出射方向（出射角度）を例示する図である。 第１の実施形態に係る第１の方向の一つのライン走査における、時間と出射角度の関係を例示する図である。 第１の実施形態に係るパルス強度（出射パワー）の変化を例示する図である。 第１の実施形態に係る測定装置の測定可能領域を例示する図である。 第１の実施形態に係るパルス強度の変化の第１の変形例を示す図である。 第１の実施形態に係るパルス強度の変化の第２の変形例を示す図である。 第１の実施形態に係るパルス強度の変化の第３の変形例を示す図である。 第２の実施形態に係る発光素子と可動ミラーの関係を例示する図である。 第２の実施形態に係る測定装置の測定可能領域を例示する図である。 第２の実施形態に係る測定装置の機能構成を例示するブロック図である。 第３の実施形態に係る位置特定システムの構成を例示するブロック図である。 第３の実施形態に係る位置特定システムの使用環境を例示する図である。 第４の実施形態に係る測定システムの構成を例示するブロック図である。 第４の実施形態に係る測定システムの使用環境を例示するブロック図である。 第５の実施形態に係る監視システムの構成および使用環境を例示する図である。 監視システムの比較例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る測定装置１０の構成を例示する図である。測定装置１０は、パルス光で対象を走査して測定する装置である。測定装置１０は、発光素子１２、受光部１４、可動ミラー１６、および制御部１８を備える。発光素子１２は、パルス光を発する。受光部１４は、反射したパルス光を受光する。可動ミラー１６は、パルス光の出射方向を変化させる。制御部１８は、発光素子１２の発光強度を制御する。測定装置１０では、可動ミラー１６の反射面が正弦波状に揺動されることにより、パルス光の出射方向が第１の方向１０１に行き来する。制御部１８は、走査範囲の第１の方向１０１の端を含む端部領域１１２において、走査範囲の第１の方向１０１の中心を含む中心領域１１４よりも高強度のパルス光を出射させる。以下に詳しく説明する。

測定装置１０は、たとえばパルス光の出射タイミングと反射光（反射したパルス光）の受信タイミングとの差に基づいて、測定装置１０から走査範囲内にある物体までの距離を測定する装置である。パルス光はたとえば赤外光等の光である。また、パルス光はたとえばレーザパルスである。発光素子１２から出力され、測定装置１０の外部へ出射されたパルス光は物体で反射されて少なくとも一部が測定装置１０に向かって戻る。そして、反射光が測定装置１０に入射する。測定装置１０に入射した反射光は受光部１４で受光され、強度が検出される。ここで、測定装置１０では発光素子１２からパルス光が出射されてから反射光が受光部１４で検出されるまでの時間が測定される。そして、制御部１８は、測定された時間とパルス光の伝搬速さを用いて測定装置１０と物体との距離を算出する。測定装置１０はたとえばライダー（ＬＩＤＡＲ：Laser Imaging Detection and Ranging， Laser Illuminated Detection and Ranging またはＬｉＤＡＲ：Light Detection and Ranging）装置やレーダ装置等である。

受光部１４は測定装置１０に入射したパルス光を受光する。後述する図２に示すように、受光部１４は受光素子１４２および検出回路１４１を含む。受光素子１４２は、たとえばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等のフォトダイオードである。受光素子１４２は、Ｉ－Ｖコンバータや増幅器を含み、受光素子１４２による光の検出強度を示す信号を出力する。

可動ミラー１６は、たとえば一軸可動または二軸可動のＭＥＭＳミラーである。可動ミラー１６の反射面の向きを変えることにより、測定装置１０から出射されるパルス光の出射方向を変化させることができる。可動ミラー１６は少なくとも一つの軸を揺動軸として正弦波状に揺動する。この正弦波状の揺動は可動ミラー１６の共振周波数での揺動であり得る。可動ミラー１６の正弦波状の揺動により、パルス光の出射方向は第１の方向１０１に変化する。

可動ミラー１６が二軸可動のＭＥＭＳミラーである場合、可動ミラー１６は少なくとも一方の軸に対して正弦波状に揺動すればよい。他方の軸に対してはたとえば、三角波状、またはノコギリ波状に揺動しても良い。可動ミラー１６を二軸駆動する事により、所定の範囲内をパルス光でラスタスキャンすることができる。パルス光による走査については詳しく後述する。

本図の例において、測定装置１０は孔付きミラー１５、および集光レンズ１７をさらに備える。発光素子１２から出力されたパルス光は孔付きミラー１５の孔を通過し、可動ミラー１６で反射された後に測定装置１０から出射される。また、測定装置１０に入射した反射光は可動ミラー１６および孔付きミラー１５で反射された後、集光レンズ１７を介して受光部１４に入射する。なお、測定装置１０は、コリメートレンズやミラー等をさらに含んでもよい。

制御部１８は、発光素子１２、受光部１４および可動ミラー１６を制御する。また、制御部１８は、上述したように測定装置１０から走査範囲内の物体までの距離を算出する。

図２は、本実施形態に係る制御部１８のハードウエア構成を例示する図である。本図において制御部１８は、集積回路８０および電子回路を用いて実装されている。集積回路８０は、例えば SoC（System On Chip）である。電子回路はたとえば発光素子１２の駆動回路１２０や可動ミラー１６の駆動回路１６０である。

集積回路８０は、バス８０２、プロセッサ８０４、メモリ８０６、ストレージデバイス８０８、入出力インタフェース８１０、及びネットワークインタフェース８１２を有する。バス８０２は、プロセッサ８０４、メモリ８０６、ストレージデバイス８０８、入出力インタフェース８１０、及びネットワークインタフェース８１２が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ８０４などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。プロセッサ８０４は、マイクロプロセッサなどを用いて実現される演算処理装置である。メモリ８０６は、RAM（Random Access Memory）などを用いて実現されるメモリである。ストレージデバイス８０８は、ROM（Read Only Memory）やフラッシュメモリなどを用いて実現されるストレージデバイスである。

入出力インタフェース８１０は、集積回路８０を周辺デバイスと接続するためのインタフェースである。本図において、入出力インタフェース８１０には発光素子１２の駆動回路１２０、受光素子１４２の検出回路１４１、および可動ミラー１６の駆動回路１６０が接続されている。

ネットワークインタフェース８１２は、集積回路８０を通信網に接続するためのインタフェースである。この通信網は、例えば CAN（Controller Area Network）通信網である。なお、ネットワークインタフェース８１２が通信網に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。

ストレージデバイス８０８は、制御部１８の機能を実現するためのプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ８０４は、このプログラムモジュールをメモリ８０６に読み出して実行することで、制御部１８の機能を実現する。

集積回路８０のハードウエア構成は本図に示した構成に限定されない。例えば、プログラムモジュールはメモリ８０６に格納されてもよい。この場合、集積回路８０は、ストレージデバイス８０８を備えていなくてもよい。

図３は、本実施形態に係るパルス光の出射方向（出射角度）を例示する図である。本図は、可動ミラー１６が二軸可動であり、パルス光でラスタスキャンを行う場合の例を示している。可動ミラー１６の二つの揺動軸は直交している。本図の例において、水平方向が第１の方向１０１に相当する。本実施形態において、走査範囲１１０の一端から他端まで、パルス光の出射角度は第１の方向１０１に等間隔に変化する。また、本図の例では、パルス光の出射方向は、第１の方向１０１の方向に往復しつつ、第１の方向１０１に垂直な第２の方向にも変化する。このように、可動ミラー１６でパルス光の出射方向を変化させる事により、走査範囲１１０内をパルス光で走査する事ができる。そして、走査範囲１１０内に存在する物体からの反射光を検出して、測定装置１０から物体までの距離を測定する事ができる。なお、本図では第１の方向１０１への走査の往路および復路の両方でパルス光が出射される例を示しているが、往路および復路のいずれかのみでパルス光が出射されても良い。

走査範囲１１０は、端部領域１１２および中心領域１１４を含む。端部領域１１２は、走査範囲１１０の第１の方向１０１方向の端を含む。端部領域１１２は、一つの走査範囲１１０において両端に存在する。中心領域１１４は、走査範囲１１０の第１の方向１０１方向の中心を含む。端部領域１１２および中心領域１１４の幅はたとえば、単位時間あたりの走査幅である。ここで、単位時間とはアイセーフの規定に基づく単位時間であり、たとえば５μ秒間である。また、端部領域１１２は各端において、端から１つ目および二つ目のパルス光を含み、三つ目のパルス光を含まない領域であっても良い。端部領域１１２および中心領域１１４の角度幅は走査範囲１１０の第１の方向１０１の走査角度幅の１０％であってもよく、２０％であってもよい。

端部領域１１２の端は、走査範囲１１０の端と一致する。端部領域１１２の内部においてパルス強度は変化していても良いし、変化していなくても良い。また、中心領域１１４の内部においてパルス強度は変化していても良いし、変化していなくても良い。

図４は、本実施形態に係る第１の方向１０１の一つのライン走査における、時間と出射角度の関係を例示する図である。本図のように時間を横軸とし、第１の方向１０１における出射角度を縦軸としたグラフに、出射されたパルス光をプロットした場合、プロットは正弦波を描く。可動ミラー１６が正弦波状に揺動する場合、揺動の中心付近では端付近よりも、反射面の角度変化の角速度が速くなる。したがって、図３に示したように等しい角度間隔でパルス光を出射する場合、Δｃ＜Δｅが成り立つ。ここで、Δｃは第１の方向１０１の中心におけるパルス光の時間間隔であり、Δｅは、第１の方向１０１の端におけるパルス光の時間間隔である。言い換えると、端部領域１１２のパルス数密度は、中心領域１１４のパルス数密度よりも小さい。

パルス光出射について、人体に対する安全を確保するための条件が定められている。具体的には、以下の第１～第３条件を満たすことが必要である。
（第１条件）各パルス光のエネルギーが所定の値以下であること。
（第２条件）パルス数とパルス列で決まるエネルギーが所定の値以下であること。ただし、５μ秒間以内のパルス光は一つのパルス光とみなす。
（第３条件）１０秒間あたりのパルス光の平均エネルギーが所定の値以下であること。

ここで、第２条件を満たそうとする場合、５μ秒間以内のパルス光の合計エネルギーを所定の値以下とする必要がある。本実施形態に係る測定装置１０では、上述したとおり、ΔｃとΔｅとが異なり、端部領域１１２の５秒間あたりのパルス数は中心領域１１４の５秒間あたりのパルス数よりも少ない。たとえば端部領域１１２における５秒間あたりのパルス数は１以下であり、中心領域１１４における５秒間あたりのパルス数は１超過である。その結果、端部領域１１２と中心領域１１４とで、一つのパルスエネルギーの上限値に違いが生じ得る。

本実施形態において、中心領域１１４ではパルス光の出射間隔が５μ秒間未満であり、端部領域１１２ではパルス光の出射間隔が５μ秒間以上である。なお、端部領域１１２の幅が５μ秒間あたりの走査幅である場合、各端部領域１１２には端から１つ目のパルス光のみが含まれる事となる。Δｃは５μ秒未満であり、Δｅは５μ秒以上である。

図５は、本実施形態に係るパルス強度（出射パワー）の変化を例示する図である。領域２０１は、パルス間隔が５μ秒以上の領域である。すなわち、領域２０１内の任意の５μ秒間で出射されるパルスの数は１以下である。端部領域１１２は領域２０１に含まれる。また、領域２０２は、パルス間隔が５μ秒よりも短い領域である。具体的には、領域２０２ではパルス間隔が２．５μ秒以上５μ秒未満であり、５μ秒間に２パルスが出射される。中心領域１１４は領域２０２に含まれる。

本実施形態では領域２０２のパルス強度が上述した第２条件を満たすように設定されている。そして、領域２０２では５μ秒間に２パルスが出射されるのに対し、領域２０１ではパルス間隔が５μ秒よりも長い。したがって、領域２０１において第２条件により定まるパルス強度の上限は領域２０２におけるパルス強度の上限の２倍となる。端部領域１１２におけるパルス強度は、中心領域１１４において第２条件により定まるパルス強度の上限より大きくすることができる。

本図の例において、領域２０１内のパルス強度は一定であり、領域２０２内のパルス強度は一定である。ただし、領域２０１内のパルス強度は一定でなくても良いし、領域２０２内のパルス強度は一定でなくてもよい。領域２０１の各パルスの強度は領域２０２の各パルスの強度よりも大きい。領域２０１のパルス光の平均強度は領域２０２のパルス光の平均強度よりも大きい。端部領域１１２内に複数のパルス光が出射される場合、端部領域１１２内でのパルス光の強度は一定でも良いし、互いに異なっていても良い。中心領域１１４内に複数のパルス光が出射される場合、中心領域１１４内でのパルス光の強度は一定でも良いし、互いに異なっていても良い。端部領域１１２内のパルス光の平均強度は中心領域１１４内のパルス光の平均強度よりも大きい。ただし、パルス強度のパターンは本図の例に限定されない。

なお、各領域のパルス強度は第２条件により定まる上限より小さければよく、一致する必要はない。たとえば、端部領域１１２の各パルスの強度は中心領域１１４の各パルスの強度の１．９倍以上２．１倍以下である。また、たとえば端部領域１１２における５μ秒間のパルス強度の合計は、中心領域１１４での５μ秒間のパルス強度の合計の９０％以上１１０％以下であっても良いし、９５％以上１０５％以下であってもよい。

制御部１８は、たとえば本図のようにパルス強度を制御する事により、端部領域１１２において中心領域１１４よりも高強度のパルス光を出射させる。なお、制御部１８は、第１の方向１０１の走査ライン中でパルス強度を変化させるモードと、変化させないモードとを切り替え可能であっても良いし、常に端部領域１１２において中心領域１１４よりも高強度のパルス光を出射させてもよい。

図６は、本実施形態に係る測定装置１０の測定可能領域２０を例示する図である。本図は、第１の方向１０１への走査ラインを含む平面に垂直な方向から見た様子を示している。本実施形態において、端部領域１１２のパルス強度が中心領域１１４のパルス強度よりも高い事により、端部領域１１２のパルス光による測定可能距離は中心領域１１４のパルス光による測定可能距離よりも長くなる。したがって、走査範囲１１０の第１の方向１０１方向の端において、測定可能距離を長くする事ができる。また、走査範囲１１０の端において、Ｓ／Ｎ比が高くなり、測定精度を高める事ができる。このように各領域の上限値を考慮しつつ端部領域１１２のパルス強度を中心領域１１４のパルス強度よりも大きくすることにより、すべてのパルスの強度を中心領域１１４における上限に合わせて一定に定めるよりも、測定装置１０全体としての測定性能の向上を図ることができる。

制御部１８は、端部領域１１２における受光部１４の信号増倍率を、中心領域１１４における受光部１４の信号増倍率よりも低くするよう、受光部１４を制御してもよい。また、パルス強度が高い領域ほど、受光部１４の信号増倍率を下げるよう、受光部１４を制御しても良い。受光部１４の信号増倍率の変更は、たとえば受光素子１４２がアバランシェフォトダイオードである場合、アバランシェフォトダイオードへの印加電圧を変更することにより可能である。パルス強度が高い領域において受光部１４の信号増倍率を下げることにより、受光素子１４２の信号飽和を避け、高精度な測定をすることができる。

図７は、本実施形態に係るパルス強度の変化の第１の変形例を示す図である。本変形例では、制御部１８は、第１の方向１０１において、パルス光の強度を３段階以上に変化させる。領域２０１は、パルス間隔が５μ秒以上の領域である。領域２０２は、パルス間隔が５μ秒よりも短い領域である。本変形例では、各領域２０１内でさらにパルス強度を変化させている。そうすることにより、隣り合うパルス間でのパルス強度の変化量を小さくする事ができ、ひいては測定装置１０の動作を安定化させる事ができる。本変形例においても、端部領域１１２のパルス強度は中心領域１１４のパルス強度よりも高い。また、走査範囲１１０の端に向かうほど、パルス強度が段階ごとに高くなっている。

図８は、本実施形態に係るパルス強度の変化の第２の変形例を示す図である。本変形例では、制御部１８は、第１の方向１０１において、パルス光の強度を連続的に変化させる。領域２０１は、パルス間隔が５μ秒以上の領域である。領域２０２は、パルス間隔が５μ秒よりも短い領域である。本変形例では、領域２０１内において、パルス光の強度を線形に変化させている。そうすることにより、第１の変形例と同様、隣り合うパルス間でのパルス強度の変化量を小さくする事ができ、ひいては測定装置１０の動作を安定化させる事ができる。本変形例においても、端部領域１１２のパルス強度は中心領域１１４のパルス強度よりも高い。また、走査範囲１１０の端に向かうほど、パルス強度がパルスごとに高くなっている。

図９は、本実施形態に係るパルス強度の変化の第３の変形例を示す図である。本変形例では、制御部１８は、第１の方向１０１において、パルス光の強度を３段階以上に変化させる。領域２０１は、パルス間隔が５μ秒以上の領域である。領域２０２は、５μ秒間に二つのパルスが出射される領域である。領域２０３は、５μ秒間に３つのパルスが出射される領域である。領域２０３ではパルス間隔が１．７μ秒以上２．５μ秒未満である。領域２０１において第２条件により定まるパルス強度の上限は領域２０３におけるパルス強度の上限の３倍となる。領域２０３は中心領域１１４を含む。領域２０１は端部領域１１２を含む。たとえば、端部領域１１２の各パルスの強度は中心領域１１４の各パルスの強度の２．９倍以上３．１倍以下である。本図の例において、端部領域１１２における５μ秒間のパルス強度の合計は、中心領域１１４での５μ秒間のパルス強度の合計の９０％以上１１０％以下である。

本変形例において、領域２０１内のパルス強度は一定であり、領域２０２内のパルス強度は一定であり、領域２０３内のパルス強度は一定である。ただし、領域２０１内のパルス強度は一定でなくても良いし、領域２０２内のパルス強度は一定でなくてもよいし、領域２０３内のパルス強度は一定でなくてもよい。領域２０１の各パルスの強度は領域２０２の各パルスの強度よりも大きく、領域２０２の各パルスの強度は領域２０３の各パルスの強度よりも大きい。領域２０１のパルス光の平均強度は領域２０２のパルス光の平均強度よりも大きく、領域２０２のパルス光の平均強度は領域２０３のパルス光の平均強度よりも大きい。ただし、パルス強度のパターンは本図の例に限定されない。

なお、以上に複数のパルス強度の変化パターンを例示したが、本実施形態に係るパルス強度の変化パターンはこれらの例に限定されない。端部領域１１２において中心領域１１４よりも高強度のパルス光を出射させる限り、それ以外のパルスの強度は第１～第３の条件を満たす範囲内で様々に設定可能である。

また、本実施形態では、両端の端部領域１１２のパルス強度が同じである例を示したが、両端の端部領域１１２のパルス強度は互いに異なっていても良い。両側の端部領域１１２のうち、一方の端部領域１１２のみで、パルス強度が中心領域１１４のパルス強度よりも高くなっていても良いし、両方の端部領域１１２で、パルス強度が中心領域１１４のパルス強度よりも高くなっていても良い。また、たとえばラスタスキャンを行う場合、第１の方向１０１の複数の走査ラインにおいて、パルス強度のパターンは互いに異なっていても良いし、同じであっても良い。

以上、本実施形態によれば、制御部１８は、走査範囲の第１の方向１０１の端を含む端部領域１１２において、走査範囲の第１の方向１０１の中心を含む中心領域１１４よりも高強度のパルス光を出射させる。したがって、走査範囲の端の領域において測定可能距離を長くしたり、測定精度を向上させたりする事ができる。

（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態に係る発光素子１２と可動ミラー１６の関係を例示する図である。図１１は、本実施形態に係る測定装置１０の測定可能領域を例示する図である。本実施形態に係る測定装置１０は、以下に説明する点を除いて第１の実施形態に係る測定装置１０と同じである。

本実施形態に係る測定装置１０は、二つの発光素子１２を備える。そして、一方の発光素子１２（第１の発光素子１２ａ）からのパルス光による走査範囲と、他方の発光素子１２（第２の発光素子１２ｂ）からのパルス光による走査範囲とは第１の方向１０１に隣り合っている。以下に詳しく説明する。

本実施形態に係る測定装置１０では、第１の発光素子１２ａからのパルス光と、第２の発光素子１２ｂからのパルス光とのそれぞれで測定が行われる。また、測定装置１０では二つの発光素子１２からの光を同一の可動ミラー１６で反射させる。そうすることにより、第１の発光素子１２ａからのパルス光の出射方向と第２の発光素子１２ｂからのパルス光の出射方向を同期させつつ変化させる。その結果、第１の発光素子１２ａからのパルス光の出射方向と第２の発光素子１２ｂからのパルス光の出射方向とが交わることがない。第１の発光素子１２ａからのパルス光の出射方向と第２の発光素子１２ｂからのパルス光の出射方向とを常にずらすことができるため、周囲の人にとってより安全である。

本実施形態においても制御部１８は、第１の発光素子１２ａからのパルス光による走査範囲と、第２の発光素子１２ｂからのパルス光による走査範囲とのそれぞれにおいて、端部領域１１２のパルス強度を中心領域１１４のパルス強度よりも高くする。したがって、各走査範囲の第１の方向１０１方向の端において、測定可能距離を長くする事ができる。また、各走査範囲の端において、Ｓ／Ｎ比が高くなり、測定精度を高める事ができる。

本実施形態に係る測定装置１０の測定可能領域は、図１１に示すように、第１の発光素子１２ａによる測定可能領域２０ａと、第２の発光素子１２ｂによる測定可能領域２０ｂとを足し合わせた領域となる。そして、測定可能領域２０ａと測定可能領域２０ｂのそれぞれにおいて走査範囲の端の測定可能距離が長い事により、測定装置１０の全体として走査範囲の端付近のみならず、中央付近の測定可能距離を長くする事ができる。また、測定装置１０の全体として走査範囲の端付近のみならず、中央付近の測定精度を高める事ができる。なお、第１の発光素子１２ａの走査範囲と第２の発光素子１２ｂの走査範囲は端で重なり合っていても良いし、重なり合っていなくても良い。ただし、第１の発光素子１２ａの走査範囲と第２の発光素子１２ｂの走査範囲とは第１の方向１０１方向に連続していることが好ましく、間に隙間が無いことが好ましい。

図１２は、本実施形態に係る測定装置１０の機能構成を例示するブロック図である。本実施形態に係る測定装置１０は、第１の受光部１４ａ、第２の受光部１４ｂ、および結合部１９をさらに備える。第１の発光素子１２ａから出力されたパルス光は、可動ミラー１６で反射されて測定装置１０の外部に出射される。そして外部の物体で反射されたパルス光が測定装置１０に戻り、第１の受光部１４ａで受光される。また、第２の発光素子１２ｂから出力されたパルス光は、可動ミラー１６で反射されて測定装置１０の外部に出射される。そして外部の物体で反射されたパルス光が測定装置１０に戻り、第２の受光部１４ｂで受光される。

本実施形態に係る制御部１８は、第１の発光素子１２ａ、第２の発光素子１２ｂ、第１の受光部１４ａ、第２の受光部１４ｂ、および可動ミラー１６を制御する。また、制御部１８は第１の受光部１４ａおよび第２の受光部１４ｂからの信号を受けて、第１の実施形態と同様、測定装置１０から物体までの距離を算出する。制御部１８は具体的には第１の発光素子１２ａの出力タイミングと第１の受光部１４ａの受光タイミングとに基づいて第１の発光素子１２ａによる走査範囲の測定結果を算出する。また、制御部１８は第２の発光素子１２ｂの出力タイミングと第２の受光部１４ｂの受光タイミングとに基づいて第２の発光素子１２ｂによる走査範囲の測定結果を算出する。結合部１９は、制御部１８から第１の発光素子１２ａによる走査範囲の測定結果と第２の発光素子１２ｂによる走査範囲の測定結果とを取得して結合する。そして結合部１９は結合して得られた結果を、連続したひとつの領域の測定結果として出力する。結合部１９は、予め定められた第１の発光素子１２ａの走査範囲と第２の発光素子１２ｂの走査範囲との位置関係に基づいて、第１の発光素子１２ａによる測定結果と第２の発光素子１２ｂによる測定結果とを結合する事ができる。第１の発光素子１２ａによる測定結果および第２の発光素子１２ｂによる測定結果がそれぞれ画像である場合、結合部１９はそれらを結合したひとつの画像を生成する。

結合部１９はたとえば図２に示した集積回路８０を用いて実現される。ストレージデバイス８０８は、結合部１９の機能を実現するためのプログラムモジュールをさらに記憶している。プロセッサ８０４は、このプログラムモジュールをメモリ８０６に読み出して実行することで、結合部１９の機能をさらに実現する。

以上、本実施形態によれば、第１の実施形態に係る測定装置１０と同様の作用および効果を得られる。また、第１の発光素子１２ａからのパルス光による走査範囲と、第２の発光素子１２ｂからのパルス光による走査範囲とは第１の方向１０１に隣り合っている。したがって、測定装置１０全体の走査範囲において、中央付近の測定可能距離を長くしたり、測定精度を向上させたりすることができる。

（第３の実施形態）
図１３は、第３の実施形態に係る位置特定システム４０の構成を例示するブロック図である。図１４は、本実施形態に係る位置特定システム４０の使用環境を例示する図である。

本実施形態に係る位置特定システム４０は、測定装置１０、取得部４２、および位置特定部４４を備える。測定装置１０は移動体３０に設けられている。取得部４２は地図情報を取得する。位置特定部４４は、取得された地図情報および測定装置１０の測定結果に基づいて、移動体３０の位置を特定する。測定装置１０は、第１および第２の実施形態の少なくともいずれかに係る測定装置１０と同じである。以下に詳しく説明する。

移動体３０はたとえば車両であり、測定装置１０は移動体３０の前方中央に取り付けられている。ただし、測定装置１０は移動体３０の後方中央に取り付けられていても良い。位置特定システム４０は、移動体３０の位置を特定するシステムである。

取得部４２および位置特定部４４はたとえば図２に示した集積回路８０を用いて実現される。ストレージデバイス８０８は、取得部４２および位置特定部４４の機能を実現するためのプログラムモジュールをそれぞれ記憶している。プロセッサ８０４は、このプログラムモジュールをメモリ８０６に読み出して実行することで、取得部４２および位置特定部４４の機能をさらに実現する。

地図情報はたとえば地図情報提供サービス等のサーバー４６に予め保持されている。地図情報は、建物や標識等の構造物の三次元情報とそれらの位置情報（たとえば緯度および経度）を含む。位置特定システム４０は外部のサーバー４６と通信し、取得部４２はサーバー４６から地図情報を取得する。移動体３０がＧＰＳ等を備えている場合、取得部４２は移動体３０の位置情報に基づいて、移動体３０の近辺の地図情報のみを取得すればよい。

測定装置１０は測定を行うことにより、移動体３０の周囲の物体を検出する。測定装置１０では図６および図１１に示したように走査範囲の端付近で測定可能距離が長く、高精度の測定をすることができる。その結果、測定装置１０が取り付けられた移動体３０が道路上を走行する場合、道路の周囲にある構造物を高精度に検出することが可能である。

位置特定部４４は、取得部４２で取得された地図情報に示される構造物と、測定装置１０で検出された構造物とをマッチングさせることにより、移動体３０の正確な位置情報を生成する。具体的には、位置特定部４４は、マッチングされた構造物の地図情報における位置情報、および、測定装置１０で得られた構造物と測定装置１０との距離に基づいて、移動体３０の位置を算出する。本実施形態に係る測定装置１０は、道路の周囲にある構造物を特に高精度に検出することが可能であるため、位置特定部４４が生成する移動体３０の位置情報の精度をも向上させる事ができる。ひいては、位置特定部４４により生成された位置情報を用いてたとえば自動運転やナビゲーションの精度を向上させる事ができる。

以上、本実施形態によれば、第１の実施形態に係る測定装置１０と同様の作用及び効果が得られる。また、本実施形態に係る位置特定システム４０では、位置特定部４４は、取得された地図情報および測定装置１０の測定結果に基づいて、移動体３０の位置を特定する。したがって、移動体３０の位置情報の精度を向上させることができる。

（第４の実施形態）
図１５は、第４の実施形態に係る測定システム５０の構成を例示するブロック図である。図１６は、本実施形態に係る測定システム５０の使用環境を例示するブロック図である。本実施形態に係る測定システム５０は、測定装置１０を複数備える。そして、一つの測定装置１０（第１の測定装置１０ｃ）の走査範囲と、他の一つの測定装置１０（第２の測定装置１０ｄ）の走査範囲とが、第１の方向１０１に隣り合っている。測定装置１０は第１および第２の実施形態の少なくともいずれかに係る測定装置１０と同じである。以下に詳しく説明する。

本実施形態に係る測定システム５０では、第１の測定装置１０ｃと第２の測定装置１０ｄとのそれぞれで測定が行われる。本実施形態においても各測定装置１０の制御部１８は、走査範囲において端部領域１１２のパルス強度を中心領域１１４のパルス強度よりも高くする。したがって、各走査範囲の第１の方向１０１方向の端において、測定可能距離を長くする事ができる。また、各走査範囲の端において、Ｓ／Ｎ比が高くなり、測定精度を高める事ができる。

たとえば第１の測定装置１０ｃおよび第２の測定装置１０ｄは、車両等である移動体３０の前方中央付近に並べて取り付けられている。ただし、第１の測定装置１０ｃおよび第２の測定装置１０ｄは移動体３０の後方中央に取り付けられていても良い。

本実施形態に係る測定システム５０の測定可能領域は、図１６に示すように、第１の測定装置１０ｃによる測定可能領域２０ｃと、第２の測定装置１０ｄによる測定可能領域２０ｄとを足し合わせた領域となる。そして、測定可能領域２０ｃと測定可能領域２０ｄのそれぞれにおいて走査範囲の端の測定可能距離が長い事により、測定システム５０の全体として走査範囲の端付近のみならず、中央付近の測定可能距離を長くする事ができる。また、測定システム５０の全体として走査範囲の端付近のみならず、中央付近の測定精度を高める事ができる。なお、第１の測定装置１０ｃの走査範囲と第２の測定装置１０ｄの走査範囲は端で重なり合っていても良いし、重なり合っていなくても良い。ただし、第１の測定装置１０ｃの走査範囲と第２の測定装置１０ｄの走査範囲とは第１の方向１０１に連続していることが好ましく、間に隙間が無いことが好ましい。

図１５を参照して測定システム５０の処理についてさらに詳しく説明する。本実施形態に係る測定システム５０は、結合部５２をさらに備える。結合部５２は、第１の測定装置１０ｃおよび第２の測定装置１０ｄから測定結果を取得して結合する。そして結合部５２は、結合して得られた結果を、連続したひとつの領域の測定結果として出力する。結合部５２は、予め定められた第１の測定装置１０ｃの走査範囲と第２の測定装置１０ｄの走査範囲との位置関係に基づいて、第１の測定装置１０ｃの測定結果と第２の測定装置１０ｄの測定結果とを結合する事ができる。第１の測定装置１０ｃの測定結果および第２の測定装置１０ｄの測定結果がそれぞれ画像である場合、結合部５２はそれらを結合したひとつの画像を生成する。

結合部１９はたとえば図２に示した集積回路８０を用いて実現される。ストレージデバイス８０８は、結合部１９の機能を実現するためのプログラムモジュールをさらに記憶している。プロセッサ８０４は、このプログラムモジュールをメモリ８０６に読み出して実行することで、結合部１９の機能をさらに実現する。

本実施形態において複数の測定装置１０のパルス光の出射口は１ｃｍ以上離れていることが好ましい。そうすれば、周囲の人体に対し、同時に同方向からのパルス光が照射されることが避けられ、安全である。

また、本実施形態において、複数の測定装置１０の出射方向が同期していることが好ましい。同期している状態とはたとえば、出射方向のなす角が一定である状態である。そうすることにより、第１の測定装置１０ｃからのパルス光の出射方向と第２の測定装置１０ｄからのパルス光の出射方向とが交わることがない。第１の測定装置１０ｃからのパルス光の出射方向と第２の測定装置１０ｄからのパルス光の出射方向とを常にずらすことができるため、周囲の人にとってより安全である。

以上、本実施形態によれば、第１の実施形態に係る測定装置１０と同様の作用および効果が得られる。くわえて、第１の測定装置１０ｃの走査範囲と、第２の測定装置１０ｄの走査範囲とが、第１の方向１０１に隣り合っている。したがって、測定システム５０全体の走査範囲において、中央付近の測定可能距離を長くしたり、測定精度を向上させたりすることができる。

（第５の実施形態）
図１７は、第５の実施形態に係る監視システム６０の構成および使用環境を例示する図である。本実施形態に係る監視システム６０は、測定装置１０を二つ以上備える。一つの測定装置１０（第３の測定装置１０ｅ）、および他の一つの測定装置１０（第４の測定装置１０ｆ）は、平面視で互いに対向するように設けられている。本実施形態に係る測定装置１０は第１および第２の実施形態の少なくともいずれかに係る測定装置１０と同じである。以下に詳しく説明する。

本図には、矩形の監視対象領域７０を、第３の測定装置１０ｅおよび第４の測定装置１０ｆを用いて監視する監視システム６０が示されている。監視対象領域７０はたとえばひとつの部屋の内部である。ただし監視対象領域７０は廊下や屋内の特定の領域であっても良いし、屋外であっても良い。第３の測定装置１０ｅは監視対象領域７０のひとつの角のたとえば天井付近に設置されている。また、第４の測定装置１０ｆは、第３の測定装置１０ｅが設けられた角の対角に位置する角の天井付近に設置されている。ただし、第３の測定装置１０ｅおよび第４の測定装置１０ｆの設置される高さは特に限定されない。

上述したとおり、第３の測定装置１０ｅおよび第４の測定装置１０ｆは平面視で互いに対向するように設けられている。なお、対向する状態は、たとえば各測定装置１０の走査範囲（画角）の中心線が交わる角度が４５°以下の状態である。

図１８は、監視システムの比較例を示す図である。本比較例では、監視対象領域７０を二つの測定装置９０で監視している。また、各測定装置９０の測定可能領域９２を本図中に示している。本比較例では、測定装置９０のパルス光の強度は一定であり、測定可能距離は一定である。その結果、本図中破線で囲まれた領域、すなわち測定装置９０が設けられていない監視対象領域７０の角付近において、いずれの測定装置９０でも測定が不可能な領域が生じている。

一方、図１７で示した本実施形態に係る監視システム６０によれば、各測定装置１０の走査範囲の端付近で測定可能距離が長いため、測定装置１０が設けられていない監視対象領域７０の角付近も監視可能である。本図中、第３の測定装置１０ｅによる測定可能領域２０ｅおよび第４の測定装置１０ｆによる測定可能領域２０ｆが監視対象領域７０の角付近をカバーしている。このように、監視対象領域７０の隅や角など、死角となりやすい領域も含めた監視をすることができる。

監視システム６０は監視端末６２をさらに含む。監視端末６２はたとえば汎用コンピュータや携帯端末等である。第３の測定装置１０ｅおよび第４の測定装置１０ｆによる測定結果は、同一の監視端末６２の画面に表示される。そうすることにより、監視者は第３の測定装置１０ｅによる測定結果と第４の測定装置１０ｆによる測定結果とを同時に確認することができ、監視対象領域７０を効率よく監視できる。

以上、本実施形態によれば、第１の実施形態に係る測定装置１０と同様の作用および効果が得られる。くわえて、第３の測定装置１０ｅおよび第４の測定装置１０ｆが、平面視で互いに対向するように設けられている。そうすることにより、監視対象領域７０の隅や角など、死角となりやすい領域も含めた監視をすることができる。

以上、図面を参照して実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、参考形態の例を付記する。
１． パルス光で対象を走査して測定する測定装置であって、
前記パルス光を発する発光素子と、
反射した前記パルス光を受光する受光部と
前記パルス光の出射方向を変化させる可動ミラーと、
前記発光素子の発光強度を制御する制御部とを備え、
前記可動ミラーの反射面が正弦波状に揺動されることにより、前記パルス光の出射方向が第１の方向に行き来し、
前記制御部は、走査範囲の前記第１の方向の端を含む端部領域において、前記走査範囲の前記第１の方向の中心を含む中心領域よりも高強度の前記パルス光を出射させる
測定装置。
２． １．に記載の測定装置において、
前記パルス光の出射角度は等間隔に変化する
測定装置。
３．
１．または２．に記載の測定装置において、
前記中心領域では前記パルス光の出射間隔が５μ秒間未満であり、前記端部領域では前記パルス光の出射間隔が５μ秒間以上である
測定装置。
４． １．～３．のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記端部領域における５μ秒間のパルス強度の合計は、前記中心領域での５μ秒間のパルス強度の合計の９０％以上１１０％以下である
測定装置。
５． １．～４．のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記制御部は、前記第１の方向において、前記パルス光の強度を３段階以上に変化させる
測定装置。
６． １．～５．のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記制御部は、前記第１の方向において、前記パルス光の強度を連続的に変化させる
測定装置。
７． １．～６．のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記制御部は、前記端部領域における前記受光部の信号増倍率を、前記中心領域における前記受光部の信号増倍率よりも低くするよう、前記受光部を制御する
測定装置。
８． １．～７．のいずれか一つに記載の測定装置において、
二つの前記発光素子を備え、
一方の前記発光素子からの前記パルス光による前記走査範囲と、他方の前記発光素子からの前記パルス光による前記走査範囲とは前記第１の方向に隣り合っている
測定装置。
９． 移動体に設けられた１．～８．のいずれか一つに記載の測定装置と、
地図情報を取得する取得部と、
取得された前記地図情報および前記測定装置の測定結果に基づいて前記移動体の位置を特定する位置特定部とを備える
位置特定システム。
１０． １．～８．のいずれか一つに記載の測定装置を複数備え、
一つの前記測定装置の前記走査範囲と、他の一つの前記測定装置の前記走査範囲とが、前記第１の方向に隣り合っている
測定システム。
１１． １０．に記載の測定システムにおいて、
前記複数の測定装置の前記パルス光の出射口は１ｃｍ以上離れている
測定システム。
１２．
１０．または１１．に記載の測定システムにおいて、
前記複数の測定装置の出射方向は同期している
測定システム。
１３． １．～８．のいずれか一つに記載の測定装置を二つ以上備え、
一つの前記測定装置、および他の一つの前記測定装置は、平面視で互いに対向するように設けられている監視システム。

この出願は、２０２１年３月１０日に出願された日本出願特願２０２１－０３８０８２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０ 測定装置
１２ 発光素子
１４ 受光部
１５ 孔付きミラー
１６ 可動ミラー
１７ 集光レンズ
１８ 制御部
１９ 結合部
２０ 測定可能領域
３０ 移動体
４０ 位置特定システム
４２ 取得部
４４ 位置特定部
４６ サーバー
５０ 測定システム
５２ 結合部
６０ 監視システム
６２ 監視端末
７０ 監視対象領域
８０ 集積回路
１０１ 第１の方向
１１０ 走査範囲
１１２ 端部領域
１１４ 中心領域

Claims (12)

1. パルス光で対象を走査して測定する測定装置であって、
   前記パルス光を発する発光素子と、
   反射した前記パルス光を受光する受光部と
   共振周波数で揺動されることにより、前記パルス光の出射方向を少なくとも第１の方向に変化させる可動ミラーと、
   前記発光素子の発光強度を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、走査範囲の前記第１の方向の端を含む端部領域において、前記走査範囲の前記第１の方向の中心を含む中心領域よりも高強度の前記パルス光を出射させ、
   前記中心領域よりも前記端部領域の方が前記パルス光の出射時間間隔が長い
   測定装置。
2. 請求項１に記載の測定装置において、
   前記パルス光の出射角度は等間隔に変化する
   測定装置。
3. 請求項１または２に記載の測定装置において、
   前記端部領域における単位時間あたりのパルス強度の合計は、前記中心領域での単位時間あたりのパルス強度の合計の９０％以上１１０％以下である
   測定装置。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の測定装置において、
   前記制御部は、前記第１の方向において、前記パルス光の強度を３段階以上に変化させる
   測定装置。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の測定装置において、
   前記制御部は、前記第１の方向において、前記パルス光の強度を連続的に変化させる
   測定装置。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の測定装置において、
   前記制御部は、前記端部領域における前記受光部の信号増倍率を、前記中心領域における前記受光部の信号増倍率よりも低くするよう、前記受光部を制御する
   測定装置。
7. パルス光で対象を走査して測定する測定装置であって、
   前記パルス光を発する発光素子と、
   反射した前記パルス光を受光する受光部と
   共振周波数で揺動されることにより、前記パルス光の出射方向を少なくとも第１の方向に変化させる可動ミラーと、
   前記発光素子の発光強度を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、走査範囲の前記第１の方向の端を含む端部領域において、前記走査範囲の前記第１の方向の中心を含む中心領域よりも高強度の前記パルス光を出射させ、
   二つの前記発光素子を備え、
   一方の前記発光素子からの前記パルス光による前記走査範囲と、他方の前記発光素子からの前記パルス光による前記走査範囲とは前記第１の方向に隣り合っている
   測定装置。
8. 移動体に設けられた請求項１～７のいずれか一項に記載の測定装置と、
   地図情報を取得する取得部と、
   取得された前記地図情報および前記測定装置の測定結果に基づいて前記移動体の位置を特定する位置特定部とを備える
   位置特定システム。
9. パルス光で対象を走査して測定する測定装置を複数備え、
   前記複数の測定装置はそれぞれ、
   前記パルス光を発する発光素子と、
   反射した前記パルス光を受光する受光部と
   共振周波数で揺動されることにより、前記パルス光の出射方向を少なくとも第１の方向に変化させる可動ミラーと、
   前記発光素子の発光強度を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、走査範囲の前記第１の方向の端を含む端部領域において、前記走査範囲の前記第１の方向の中心を含む中心領域よりも高強度の前記パルス光を出射させ、
   一つの前記測定装置の前記走査範囲と、他の一つの前記測定装置の前記走査範囲とが、前記第１の方向に隣り合っている
   測定システム。
10. 請求項９に記載の測定システムにおいて、
    前記複数の測定装置の前記パルス光の出射口は１ｃｍ以上離れている
    測定システム。
11. 請求項９または１０に記載の測定システムにおいて、
    前記複数の測定装置の出射方向は同期している
    測定システム。
12. パルス光で対象を走査して測定する測定装置を二つ以上備え、
    前記二つ以上の測定装置はそれぞれ、
    前記パルス光を発する発光素子と、
    反射した前記パルス光を受光する受光部と
    共振周波数で揺動されることにより、前記パルス光の出射方向を少なくとも第１の方向に変化させる可動ミラーと、
    前記発光素子の発光強度を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、走査範囲の前記第１の方向の端を含む端部領域において、前記走査範囲の前記第１の方向の中心を含む中心領域よりも高強度の前記パルス光を出射させ、
    一つの前記測定装置、および他の一つの前記測定装置は、平面視で互いに対向するように設けられている監視システム。

Images