JP2018151277A

JP2018151277A - 計測装置

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Publication number: JP2018151277A
Application number: JP2017048176A
Authority: JP
Inventors: 梁川　直治; Naoharu Yanagawa; 直治梁川
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-09-27

Abstract

【課題】対象物の境界等を正確に検出することが可能な計測装置を提供する。【解決手段】計測装置は、計測対象物１０に向けて出射されたレーザ光Ｌ１の戻り光Ｌ２を受光部３が受光することにより計測対象物１０までの距離を計測する計測装置であって、光源部１と、制御部２と、受光部３と、偏光調整部５とを備える。光源部１は、偏光調整部５を介し、Ｐ偏光及びＰ偏光とは異なる方向の偏光であるＳ偏光を出射し、受光部３は、これらの反射光である戻り光Ｌ２を受光する。そして、制御部２は、受光部３の受光結果に基づき偏光強度分布を算出する。【選択図】図２

Description

本発明は、対象物との距離を計測する装置に関する。

従来から、レーザ光を利用した測距装置として、パルス光を対象物に対して出射し、対象物で反射したパルス光の受光タイミングに基づいて計測対象物までの距離を計測するように構成されたものが広く利用されている。例えば、特許文献１には、トリガ信号と受光信号に基づいて測定対象物までの距離を高精度に計測することが可能な測距装置が開示されている。

特許第４８３７４１３号

上述した測距装置を車両に搭載して自動運転や経路案内に用いる場合には、レーザ光が照射される対象物との距離を測定するのに加えて、個々の対象物の境界等を正確に検出することができることが望ましい。そこで、本発明は、対象物の境界等を正確に検出することが可能な計測装置を提供することを主な目的とする。

請求項１に記載の発明は、対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、第１の偏光及び前記第１の偏光とは異なる方向の偏光である第２の偏光を出射する出射部と、前記対象物により反射された前記第１の偏光及び前記第２の偏光を受光する受光部と、前記受光部の受光結果に基づき、前記対象物の偏光強度分布を算出する算出部と、を備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、円偏光を出射する出射部と、前記対象物に入射した前記円偏光の反射光を、第１の偏光と、前記第１の偏光とは異なる方向の偏光である第２の偏光とに分離する分離部と、前記第１の偏光及び前記第２の偏光を受光する受光部と、前記受光部の受光結果に基づき、前記対象物の偏光強度分布を算出する算出部と、を備えることを特徴とする。

実施例に係る計測装置の概略構成を示す。偏光調整部の構成を概略的に示した図である。制御部の機能的な構成の一例を示すブロック図である。計測装置の第２構成例を示す。第２構成例に係る制御部の機能的な構成の一例を示すブロック図である。発光及び受光に関するタイミングチャートの一例を示す。計測装置の第３構成例を示す。第３構成例に係る制御部の機能的な構成の一例を示すブロック図である。計測装置の第４構成例を示す。第４構成例に係る制御部の機能的な構成の一例を示すブロック図である。

本発明の１つの好適な実施形態では、対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、第１の偏光及び前記第１の偏光とは異なる方向の偏光である第２の偏光を出射する出射部と、前記対象物により反射された前記第１の偏光及び前記第２の偏光を受光する受光部と、前記受光部の受光結果に基づき、前記対象物の偏光強度分布を算出する算出部と、を備える。

一般に、偏光方向によって反射率と入射角度との関係が変化し、２つの偏光方向が異なる偏光を対象物に照射した場合、対象物の境界付近では、これらの偏光に対する対象物の反射光の偏光強度は極端に異なって分布する。以上を勘案し、計測装置は、第１の偏光と第１の偏光とは異なる方向の偏光である第２の偏光を出射する出射部及びこれらの反射光を受光する受光部を備え、受光部の受光結果に基づき偏光強度分布を算出する。これにより、計測装置は、対象物の境界等を検出するのに好適な偏光強度分布を生成することができる。

上記計測装置の一態様では、計測装置は、前記偏光強度分布に基づき、前記対象物の境界を検出する検出部をさらに備える。

上記計測装置の他の一態様では、前記出射部は、前記第１の偏光を出射する第１出射部と、前記第２の偏光を出射する第２出射部とを備え、前記受光部は、前記第１の偏光が入射する第１受光部と、前記第２の偏光が入射する第２受光部とを備える。この態様により、計測装置は、第１の偏光及び第２の偏光をそれぞれ対象物に照射し、これらの反射光の偏光強度をそれぞれ取得することができる。

上記計測装置の他の一態様では、前記第１受光部に前記第１の偏光が入射する光路上には、前記第１の偏光と同一方向に偏光された光を透過させる偏光板が設けられ、前記第２受光部に前記第２の偏光が入射する光路上には、前記第２の偏光と同一方向に偏光された光を透過させる偏光板が設けられる。この態様によれば、受光部での太陽光の受光量を好適に低減し、受光する反射光のＳＮ比を好適に改善することができる。

上記計測装置の他の一態様では、前記出射部は、時分割により前記第１の偏光及び前記第２の偏光を交互に出射し、前記算出部は、前記第１の偏光が出射される期間における前記受光部の受光結果に基づき、前記第１の偏光の偏光強度を算出し、前記第２の偏光が出射される期間における前記受光部の受光結果に基づき、前記第２の偏光の偏光強度を算出する。この態様によっても、計測装置は、第１の偏光及び第２の偏光をそれぞれ対象物に照射し、これらの反射光を１つの受光部により受光して偏光強度分布を算出することができる。

上記計測装置の他の一態様では、前記出射部は、光源が出射する直線偏光を時分割により前記第１の偏光と前記第２の偏光とに切り替える光学素子を備える。この態様では、計測装置は、第１の偏光と第２の偏光とのそれぞれに対応する光源を備える必要がないため好適である。

本発明の他の好適な実施形態では、対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、円偏光を出射する出射部と、前記対象物に入射した前記円偏光の反射光を、第１の偏光と、前記第１の偏光とは異なる方向の偏光である第２の偏光とに分離する分離部と、前記第１の偏光及び前記第２の偏光を受光する受光部と、前記受光部の受光結果に基づき、前記対象物の偏光強度分布を算出する算出部と、を備える。計測装置は、この態様によっても、対象物の境界等を検出するのに好適な偏光強度分布を生成することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

［装置構成］
図１は、本実施例に係る計測装置１００の概略構成を示す。計測装置１００は、計測対象物１０に対して電磁波である赤外線（例えば、波長９０５ｎｍ）の投射光「Ｌ１」を投射し、その戻り光「Ｌ２」を受光し、白線や路肩などの計測対象物１０の形状、境界位置の検出などを行う。計測装置１００は、例えば車両に搭載され、車両の前方、側方又は後方などの特定の方位を計測範囲とするライダ（LiDAR : Light Detection and Ranging、または、LIDAR : Laser Imaging Detection and Ranging）または3Dライダである。図示のように、計測装置１００は、光源部１と、制御部２と、受光部３と、ＭＥＭＳミラー４と、偏光調整部５と、を備える。

光源部１は、赤外線の投射光Ｌ１をＭＥＭＳミラー４へ向けて出射する。ＭＥＭＳミラー４は、投射光Ｌ１を反射し、計測装置１００の外部へ出射する。受光部３は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）であり、受光した戻り光Ｌ２の光量に対応する検出信号を生成して制御部２へ送る。なお、受光部３は、偏光イメージングカメラであってもよい。

ＭＥＭＳミラー４は、光源部１から入射する投射光Ｌ１を計測装置１００の外部に向けて反射する。また、ＭＥＭＳミラー４は、計測装置１００の外部から入射する戻り光Ｌ２を、受光部３へ向けて反射する。ＭＥＭＳミラー４は、例えば静電駆動方式のミラーであり、制御部２の制御により傾き（即ち光走査の角度）が所定の範囲内で変化する。

偏光調整部５は、後述するように、λ／２板、偏光ビームスプリッタなどを有し、投射光Ｌ１及び戻り光Ｌ２の偏光方向を調整することで、Ｐ偏光の戻り光Ｌ２及びＳ偏光の戻り光Ｌ２のそれぞれを受光部３に受光させる。偏光調整部５の構成例については後述する。

制御部２は、光源部１からの投射光Ｌ１の出射を制御するとともに、受光部３から供給された検出信号を処理することで、計測対象物１０までの距離の算出及び計測対象物１０の境界の検出等を行う。また、制御部２は、ＭＥＭＳミラー４の傾きに関する制御信号をＭＥＭＳミラー４に送信することで、投射光Ｌ１の照射方向をＭＥＭＳミラー４により変化させる。

［偏光方向の調整］
計測装置１００は、Ｐ偏光の投射光Ｌ１とＳ偏光の投射光Ｌ１とをそれぞれ出射させ、計測対象物１０に反射されたそれぞれの戻り光Ｌ２を受光し、それらの偏光強度分布を算出することで、計測対象物１０の境界等を検出する。以下では、上述の処理を実現するのに必要な偏光調整部５及び制御部２の構成についてそれぞれ説明する。

図２は、偏光調整部５の構成を概略的に示した図である。偏光調整部５は、主に、偏光板６（６ＰＸ、６ＰＹ、６ＳＸ、６ＳＹ）と、λ／２板７（７Ｐ、７Ｓ）と、集光レンズ８（８Ｐ、８Ｓ）とを有する。また、図２の例では、光源部１として、Ｐ偏光の投射光Ｌ１を出射するための光源部１Ｐと、Ｓ偏光の投射光Ｌ１を出射するための光源部１Ｓとが配置されており、受光部３として、Ｐ偏光の戻り光Ｌ２を受信するための受光部３Ｐと、Ｓ偏光の戻り光Ｌ２を受光するための受光部３Ｓとが配置されている。光源部１Ｐ、１Ｓの出射口付近には、それぞれコリメータレンズ１５Ｐ、１５Ｓが配置されている。

図２の構成では、光源部１Ｐから出射された直線偏光の投射光Ｌ１は、コリメータレンズ１５Ｐを通過することで平行光となり、さらに偏光板６ＰＸ及びλ／２板７Ｐを通過することでＰ偏光となって図示しないＭＥＭＳミラー４へ入射し、ＭＥＭＳミラー４で反射されて計測対象物１０に入射する。この場合、計測対象物１０に入射した投射光Ｌ１は、散乱光となって計測対象物１０で反射され、その一部が戻り光Ｌ２として集光レンズ８Ｐに入射する。集光レンズ８Ｐに入射したＰ偏光の戻り光Ｌ２は、Ｐ偏光のみを通過させる偏光板６ＰＹを通過して受光部３Ｐへ入射する。このように、Ｐ偏光のみを通過させる偏光板６ＰＹを設けることで、迷光である太陽光の円偏光成分等を遮断して好適に太陽光の透過率を下げることができる。なお、上述の計測対象物１０に入射する投射光Ｌ１は、本発明における「第１の偏光」の一例であり、光源部１Ｐ、コリメータレンズ１５Ｐ、偏光板６ＰＸ及びλ／２板７Ｐは、本発明における「第１出射部」の一例である。

一方、光源部１Ｓから出射された直線偏光の投射光Ｌ１は、コリメータレンズ１５Ｓを通過することで平行光となり、さらに偏光板６ＳＸ及びλ／２板７Ｓを通過することでＳ偏光となって図示しないＭＥＭＳミラー４へ入射し、ＭＥＭＳミラー４で反射されて計測対象物１０に入射する。この場合、計測対象物１０に入射した投射光Ｌ１は、散乱光となって計測対象物１０で反射され、その一部が戻り光Ｌ２として集光レンズ８Ｓに入射する。集光レンズ８Ｓに入射したＳ偏光の戻り光Ｌ２は、Ｓ偏光のみを通過させる偏光板６ＳＹを通過して受光部３Ｓへ入射する。上述の計測対象物１０に入射する投射光Ｌ１は、本発明における「第２の偏光」の一例であり、光源部１Ｓ、コリメータレンズ１５Ｓ、偏光板６ＳＸ及びλ／２板７Ｓは、本発明における「第２出射部」の一例である。

一般に、半導体レーザが出射する光は完全偏光ではなく自然光も混入している。以上を勘案し、図２の構成では、Ｓ／Ｎ比改善のために偏光板６ＰＸ、６ＳＸを挿入している。また、光学レイアウトに規制がない場合には、λ／２板７Ｐ、７Ｓを挿入する代わりに、光源部１Ｐ、１Ｓのいずれか片方の半導体レーザを回転すればよく、光学レイアウトの関係で半導体レーザを回転したくないときは、図２に示すようにλ／２板７Ｐ、７Ｓを挿入する必要がある。即ち、投射光Ｌ１としてＰ偏光とＳ偏光が必要であり、光学レイアウトに規制がない場合には、光源部１Ｐ、１Ｓのいずれか片方の半導体レーザだけ回転すればよい。このように、偏光板６ＰＸ及びλ／２板７Ｐと偏光板６ＳＸ及びλ／２板７Ｓは、ＳＮ改善や光学レイアウトの規制を勘案して設けられているが、必須の構成ではない。

図３は、制御部２の機能的な構成の一例を示すブロック図である。制御部２は、主に、Ｐ偏光レーザ駆動部２０Ｐと、Ｓ偏光レーザ駆動部２０Ｓと、Ｐ偏光成分検出部２１Ｐと、Ｓ偏光成分検出部２１Ｓと、メモリ２２Ｐ、２２Ｓと、偏光強度分布算出部２３と、検出部２４と、照合部２５と、判定部２６とを備える。

Ｐ偏光レーザ駆動部２０Ｐは、計測装置１００内で生成されるクロック信号等に基づき、光源部１Ｐに対して駆動電圧を印加する。Ｓ偏光レーザ駆動部２０Ｓは、計測装置１００内で生成されるクロック信号等に基づき、光源部１Ｓに対して駆動電圧を印加する。

Ｐ偏光成分検出部２１Ｐは、受光部３Ｐが受光したＰ偏光成分の戻り光Ｌ２の光量（即ち偏光強度）に応じた検出信号を受信し、当該検出信号をメモリ２２Ｐに記憶する。Ｓ偏光成分検出部２１Ｓは、受光部３Ｓが受光したＰ偏光成分の戻り光Ｌ２の偏光強度に応じた検出信号を受信し、当該検出信号をメモリ２２Ｓに記憶する。

偏光強度分布算出部２３は、メモリ２２Ｐ、２２Ｓに記憶された情報に基づき戻り光Ｌ２のＰ偏光成分の偏光強度及びＳ偏光成分の偏光強度を算出し、これらの偏光強度の比率である偏光比を算出する。そして、偏光強度分布算出部２３は、パルス光である投射光Ｌ１が照射される計測対象物１０の各照射位置での偏光比を、偏光強度分布として算出する。検出部２４は、偏光強度分布算出部２３が算出した計測対象物１０に関する偏光強度分布に基づき、計測対象物１０の境界等を検出する。なお、Ｓ偏光及びＰ偏光は、入射角度によって物体からの反射率が異なるため、これらの偏光比に基づき異なる物体の境界を判定することが可能である。偏光比に基づき路面状態や車線の境界を判定する方法については、例えば、特開平１１−２３０８９８号公報、特開２０１１−１５０６８９号公報等に開示されている。

照合部２５は、検出部２４の検出結果と地図データ２７に記録された情報との照合を行う。例えば、地図データ２７には、道路周辺の地物（白線、標識等を含む）の位置情報や形状情報などが登録されており、照合部２５は、検出部２４が検出した計測対象物１０の境界位置等と、地図データ２７に登録された地物の位置等との照合を行う。そして、判定部２６は、照合部２５の照合結果に基づき、検出部２４が検出した計測対象物１０の境界等が地図データ２７に登録された地物の境界等に該当すると判断した場合、検出部２４が検出した情報を、表示部２８や車両制御部２９へ供給する。例えば、この場合、表示部２８は、例えば、車両前方を撮影した画像を表示する車載機又はヘッドアップディスプレイ等であり、制御部２が検出した地物の境界等を強調する画像を、撮影画像又は前方風景に重ねて表示する。車両制御部２９は、例えば車両のＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）等であり、制御部２が検出した特定地物の境界等に基づき自動運転制御（例えばレーンキープ制御）などを行う。

このように、計測装置１００は、図２及び図３の構成によれば、Ｐ偏光の投射光Ｌ１とＳ偏光の投射光Ｌ１とをそれぞれ出射させ、計測対象物１０に反射されたそれぞれの戻り光Ｌ２を受光し、計測対象物１０の境界等を好適に検出することができる。なお、計測装置１００は、図３において図示しない距離測定部を有し、公知のＴＯＦ（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）方式により、計測対象物１０に対する距離測定を行う。この場合、例えば、距離測定部は、受光部３Ｐ、３Ｓの少なくとも一方の検出信号に基づき、各投射光Ｌ１の出射からその戻り光Ｌ２の受光までの時間幅に相当する距離を算出することで、計測対象物１０の投射光Ｌ１の各照射位置の距離を算出する。

［他の構成例］
次に、図２及び図３に示した計測装置１００の構成例（「第１構成例」とも呼ぶ。）以外の他の構成例（第２〜第４構成例）について順に説明する。以後では、同一の構成要素については適宜同一の符号を付し、その説明を省略する。

（第２構成例）
図４は、偏光調整部５Ａを備える計測装置１００の第２構成例を示す。第２構成例では、制御部２は、時分割によりＰ偏光の投射光Ｌ１とＳ偏光の投射光Ｌ１とを交互に出射する。偏光調整部５Ａは、偏光板６（６ＰＸ、６ＰＹ、６ＳＸ、６ＳＹ）及びλ／２板７（７Ｐ、７Ｓ）に代えて、偏光ビームスプリッタ９（９Ｘ、９Ｙ）と、ミラー１１とを有する点で第１構成例の偏光調整部５と異なる。

偏光ビームスプリッタ９Ｘは、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射することから、図４の例では、光源部１Ｐから出射されたＰ偏光の投射光Ｌ１を透過する。また、偏光ビームスプリッタ９Ｘは、光源部１Ｐと約９０度異なる角度により光源部１Ｓから出射されたＳ偏光の投射光Ｌ１を反射することで、Ｐ偏光の投射光Ｌ１と同一光路によりＳ偏光の投射光Ｌ１を出射させる。そして、計測対象物１０で反射された戻り光Ｌ２は、集光レンズ８により集光されて偏光ビームスプリッタ９Ｙに入射する。

ここで、Ｐ偏光の戻り光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ９Ｙを透過して受光部３へ入射する。一方、Ｓ偏光の戻り光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ９Ｙで反射後、さらにミラー１１により反射されて受光部３へ入射する。なお、偏光ビームスプリッタ９Ｙ及びミラー１１は、ＳＮ比改善のために設けられているが、必須の構成ではない。また、コリメータレンズ１５Ｐ、コリメータレンズ１５Ｓに代えて、偏光ビームスプリッタ９Ｘより先の投射光Ｌ１の光路上にコリメータレンズが１つ設けられていてもよい。

図５は、第２構成例に係る制御部２の機能的な構成の一例を示すブロック図である。第２構成例に係る制御部２は、タイミング制御部３０と、スイッチ部３１とを有する点で第１構成例に係る制御部２と異なる。

タイミング制御部３０は、光源部１Ｐと光源部１Ｓの投射光Ｌ１の出射タイミングを制御する制御信号をＰ偏光レーザ駆動部２０ＰとＳ偏光レーザ駆動部２０Ｓにそれぞれ送信すると共に、スイッチ部３１の状態を切り替える制御信号をスイッチ部３１へ送信する。これにより、タイミング制御部３０は、時分割により交互に光源部１Ｐと光源部１Ｓにより投射光Ｌ１を出射させると共に、光源部１Ｐの出射タイミングでは受光部３の検出信号をＰ偏光成分検出部２１Ｐへ供給させ、光源部１Ｓの出射タイミングでは受光部３の検出信号をＳ偏光成分検出部２１Ｓへ供給させるようにスイッチ部３１の状態を制御する。

図６は、タイミング制御部３０が制御する発光及び受光に関するタイミングチャートの一例を示す。図６は、上から順に、光源部１Ｐの出射タイミング（即ちＰ偏光発光タイミング）、Ｐ偏光成分検出部２１Ｐに受光部３の検出信号が供給されるタイミング（即ちＰ偏光受光タイミング）、光源部１Ｓの出射タイミング（即ちＳ偏光発光タイミング）、及びＳ偏光成分検出部２１Ｓに受光部３の検出信号が供給されるタイミング（即ちＳ偏光受光タイミング）をそれぞれ示す。

図６の例では、タイミング制御部３０は、Ｐ偏光発光タイミングが断続的にオンとなる期間においてＰ偏光受光タイミングをオンにすると共に、Ｓ偏光発光タイミングが断続的にオンとなる期間においてＳ偏光受光タイミングをオンにしている。そして、タイミング制御部３０は、Ｐ偏光受光タイミングと、Ｓ偏光受光タイミングとが重ならないように、１周期分（即ち１フレーム分）の走査ごとに交互にオンにしている。このようにすることで、タイミング制御部３０は、光源部１Ｐの出射タイミングでは受光部３の検出信号をＰ偏光成分検出部２１Ｐへ供給させ、光源部１Ｓの出射タイミングでは受光部３の検出信号をＳ偏光成分検出部２１Ｓへ供給させるようにスイッチ部３１の状態を好適に制御することができる。

第２構成例によれば、計測装置１００は、第１構成例と同様にＰ偏光及びＳ偏光の戻り光Ｌ２を好適に受光し、計測対象物１０の境界等を好適に検出することができる。また、第２構成例では、受光部３等の光学部品の個数を第１構成例と比べて好適に削減できる。

（第３構成例）
図７は、偏光調整部５Ｂを備える計測装置１００の第３構成例を示す。第３構成例では、制御部２は、時分割によりＰ偏光の投射光Ｌ１とＳ偏光の投射光Ｌ１とを交互に出射する点で第２構成例と共通し、光源部１を１つのみ用いる点で第２構成例と異なる。

図７に示すように、偏光調整部５Ｂは、電気光学結晶１２（１２Ｘ、１２Ｙ）を有する。そして、電気光学結晶１２Ｘには、光源部１から出射され、コリメータレンズ１５により平行光にされた直線偏光の投射光Ｌ１が入射する。ここで、電気光学結晶１２Ｘは、制御部２から電圧が印加されたときに、入射する投射光Ｌ１の偏光方向を９０度変更する。図７の例では、光源部１は、Ｐ偏光である投射光Ｌ１を出射し、電気光学結晶１２Ｘは、入射した投射光Ｌ１をＰ偏光からＳ偏光に変換している。そして、計測対象物１０から反射された戻り光Ｌ２は、集光レンズ８を通過後に電気光学結晶１２Ｙに入射する。電気光学結晶１２Ｘは、本発明における「光学素子」の一例である。

電気光学結晶１２Ｙは、制御部２から電圧が印加されていない状態ではＰ偏光を透過し、制御部２から電圧が印加された状態ではＳ偏光を透過する。そして、電気光学結晶１２Ｙには、電気光学結晶１２Ｘと同期したタイミングで電圧が印加されるため、電気光学結晶１２Ｙは、電気光学結晶１２ＸからＰ偏光の投射光Ｌ１が出射されるタイミングではＰ偏光の戻り光Ｌ２を透過させ、電気光学結晶１２ＸからＳ偏光の投射光Ｌ１が出射されるタイミングではＳ偏光の戻り光Ｌ２を透過させる。そして、電気光学結晶１２Ｙを透過した戻り光Ｌ２は、受光部３へ入射する。なお、ＳＮ比改善のため、受光部３と電気光学結晶１２Ｙとの間に偏光板が設けられていてもよい。また、ＳＮ比が十分に得られている場合は受光部側の電気光学素子１２Ｙを設けなくてもよい。

図８は、第３構成例に係る制御部２の機能的な構成の一例を示すブロック図である。第３構成例に係る制御部２は、タイミング制御部３０Ａと、スイッチ部３１とを有する。

タイミング制御部３０Ａは、スイッチ部３１の状態を制御すると共に、電気光学結晶１２Ｘ、１２Ｙへの電圧印加の有無を制御する。ここで、光源部１は、レーザ駆動部２０から供給される駆動信号に基づき所定の時間間隔により投射光Ｌ１を出射する。そして、タイミング制御部３０Ａは、例えば、図６のタイミングチャートに示されるＰ偏光受光タイミング及びＳ偏光受光タイミングと同様に、電気光学結晶１２Ｘ、１２Ｙへの電圧印加のオン及びオフを、１フレームの期間ごとに交互に繰り返す。

さらに、タイミング制御部３０Ａは、電気光学結晶１２Ｘ、１２Ｙへ電圧印加していない期間では、受光部３の検出信号がＰ偏光成分検出部２１Ｐに供給されるようにスイッチ部３１の状態を制御する。一方、タイミング制御部３０Ａは、電気光学結晶１２Ｘ、１２Ｙへ電圧印加している期間では、受光部３の検出信号がＳ偏光成分検出部２１Ｓに供給されるようにスイッチ部３１の状態を制御する。従って、タイミング制御部３０Ａが電気光学結晶１２Ｘ、１２Ｙへ電圧印加していない期間では、電気光学結晶１２ＸからＰ偏光の投射光Ｌ１が出射され、電気光学結晶１２Ｙを透過したＰ偏光の戻り光Ｌ２が受光部３に入射する。一方、タイミング制御部３０Ａが電気光学結晶１２Ｘ、１２Ｙへ電圧印加している期間では、電気光学結晶１２ＸからＳ偏光の投射光Ｌ１が出射され、電気光学結晶１２Ｙを透過したＳ偏光の戻り光Ｌ２が受光部３に入射する。

第３構成例によれば、計測装置１００は、１つの光源部１によりＰ偏光及びＳ偏光の投射光Ｌ１を出射すると共に、１つの受光部３によりＰ偏光及びＳ偏光の戻り光Ｌ２を好適に受光することができる。

なお、電気光学結晶１２Ｙは、ＳＮ改善のために設けられているが、必須の構成ではない。また、電気光学結晶１２（１２Ｘ、１２Ｙ）に代えて、回転機能付きのλ／２板又は液晶が電気光学結晶１２と同じ位置に設けられていてもよい。回転機能付きのλ／２板が設けられた場合には、タイミング制御部３０Ａは、１フレームの期間が経過するごとに、回転機能付きのλ／２板を回転させる。一方、電気光学結晶１２の代わりに液晶が設けられた場合には、電圧を印加していないときに液晶により偏光方向が９０度変わることから、タイミング制御部３０Ａは、電気光学結晶１２に電圧を印加するタイミングでは液晶に電圧を印加せず、電気光学結晶１２に電圧を印加しないタイミングで液晶に電圧を印加させる。

（第４構成例）
図９は、偏光調整部５Ｃを備える計測装置１００の第４構成例を示す。第４構成例では、制御部２は、円偏光である投射光Ｌ１を出射し、戻り光Ｌ２をＰ偏光とＳ偏光に分解してそれぞれ受信する点において、第１〜第３構成例と異なる。

図９の例では、投射光Ｌ１の光路上にλ／４板１３が設けられると共に、戻り光Ｌ２の光路上に偏光ビームスプリッタ９Ｙが設けられている。そして、光源部１から出射され、コリメータレンズ１５により平行光となった直線偏光（ここではＰ偏光）の投射光Ｌ１がλ／４板１３に入射する。この場合、λ／４板１３により投射光Ｌ１は右回り円偏光となり計測対象物１０へ入射し、左回り円偏光（又は楕円偏光）の戻り光Ｌ２となって計測対象物１０により反射される。その後、戻り光Ｌ２は、集光レンズ８を通過後、偏光ビームスプリッタ９Ｙに入射する。この場合、Ｐ偏光成分の戻り光Ｌ２は偏光ビームスプリッタ９Ｙを透過して受光部３Ｐに入射し、Ｓ偏光成分の戻り光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ９Ｙにより反射されて受光部３Ｓに入射する。

図１０は、第４構成例に係る制御部２の機能的な構成の一例を示すブロック図である。第４構成例に係る制御部２は、図３に示す第１構成例の制御部２と同等の構成を有する。なお、第４構成例では、第１構成例でのＰ偏光レーザ駆動部２０Ｐ及びＳ偏光レーザ駆動部２０Ｓに代えて、光源部１を駆動させるレーザ駆動部２０が存在する。そして、第４構成例によっても、計測装置１００は、第１〜第３構成例と同様にＰ偏光及びＳ偏光の戻り光Ｌ２をそれぞれ受光することで、計測対象物１０の境界等を好適に検出することができる。また、第４構成例では、光源部１を複数設ける必要がない。

以上説明したように、本実施例に係る計測装置１００は、計測対象物１０に向けて出射されたレーザ光の戻り光Ｌ２を受光部３が受光することにより計測対象物１０までの距離を計測する計測装置であって、光源部１と、制御部２と、受光部３と、偏光調整部５とを備える。光源部１は、偏光調整部５を介し、Ｐ偏光及びＰ偏光とは異なる方向の偏光であるＳ偏光を出射し、受光部３は、これらの反射光である戻り光Ｌ２を受光する。そして、制御部２は、受光部３の受光結果に基づき偏光強度分布を算出する。これにより、計測装置１００は、計測対象物１０の境界等を検出するのに好適な偏光強度分布を取得することができる。

［変形例］
計測装置１００の構成は、図１等に示す構成に限定されない。例えば、計測装置１００は、ＭＥＭＳミラー４に代えて、モータにより回転する回転体に設けられたプリズム等であってもよい。また、計測装置１００の一部の機能は、計測装置１００と通信可能な他の装置により実現されてもよい。例えば、計測装置１００は、図３等に示す検出部２４、照合部２５、判定部２６に相当する処理を行う装置に対し、偏光強度分布算出部２３が算出した偏光強度分布の情報を送信するように構成されてもよい。また、計測装置１００が検出する対象は、白線や路肩、路面などの地物に限らず、歩行者や周辺車両などの障害物であってもよい。

１光源部
２制御部
３受光部
４ＭＥＭＳミラー
５、５Ａ〜５Ｃ偏光調整部
１０計測対象物
１００計測装置

Claims

対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、
第１の偏光及び前記第１の偏光とは異なる方向の偏光である第２の偏光を出射する出射部と、
前記対象物により反射された前記第１の偏光及び前記第２の偏光を受光する受光部と、
前記受光部の受光結果に基づき、前記対象物の偏光強度分布を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする計測装置。
前記偏光強度分布に基づき、前記対象物の境界を検出する検出部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
前記出射部は、前記第１の偏光を出射する第１出射部と、前記第２の偏光を出射する第２出射部とを備え、
前記受光部は、前記第１の偏光が入射する第１受光部と、前記第２の偏光が入射する第２受光部とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
前記第１受光部に前記第１の偏光が入射する光路上には、前記第１の偏光と同一方向に偏光された光を透過させる偏光板が設けられ、
前記第２受光部に前記第２の偏光が入射する光路上には、前記第２の偏光と同一方向に偏光された光を透過させる偏光板が設けられることを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
前記出射部は、時分割により前記第１の偏光及び前記第２の偏光を交互に出射し、
前記算出部は、前記第１の偏光が出射される期間における前記受光部の受光結果に基づき、前記第１の偏光の偏光強度を算出し、前記第２の偏光が出射される期間における前記受光部の受光結果に基づき、前記第２の偏光の偏光強度を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
前記出射部は、光源が出射する直線偏光を時分割により前記第１の偏光と前記第２の偏光とに切り替える光学素子を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
対象物に向けて出射されたレーザ光の戻り光を受光することにより前記対象物までの距離を計測する計測装置であって、
円偏光を出射する出射部と、
前記対象物に入射した前記円偏光の反射光を、第１の偏光と、前記第１の偏光とは異なる方向の偏光である第２の偏光とに分離する分離部と、
前記第１の偏光及び前記第２の偏光を受光する受光部と、
前記受光部の受光結果に基づき、前記対象物の偏光強度分布を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする計測装置。