JP2019191151A - センサ装置、自律システム、外部環境の感知方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ低コストで外部環境から高密度のデータを取得する。【解決手段】第１電磁エネルギービームを生成して放射し、外部環境内の物体から反射された第２電磁エネルギービームの少なくとも一部を受信素子のアレイにより検出して信号を出力し、上記受信素子の少なくとも一部の各々に、互いに異なる経路を通過した複数の第２電磁エネルギービームが順次に入射するように第２電磁エネルギービームの少なくとも一部を上記受信素子のアレイへ導く。【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、自律型センシングの技術分野に関し、より具体的には、光検知測距（ＬＩＤＡＲ）に関連する技術を用いたセンサ装置、自律システム、外部環境の感知方法および該感知方法をコンピュータに実行させるプログラムに関するものである。

絶え間のない性能向上とコスト低減により、現在、いわゆるインテリジェント機器が幅広い分野で使用されている。例えば無人航空機（ＵＡＶ；ＵＮＭＡＮＮＥＤ ＡＥＲＩＡＬ ＶＥＨＩＣＬＥ）などの自律システムは、代表的な任務として、作物サーベイランス、不動産写真、建物およびその他の構造物の検査、火災および安全ミッション、国境巡回、並びに製品配達などに使用される。このようなインテリジェント機器には、障害物検出および周囲の環境走査のための装置を装備して障害物の検出などの機能を持たせることが有益である。信頼性の高い正確な検出を提供する技術として、例えば光検知測距（ＬＩＤＡＲ（ｌｉｇｈｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｎｇｉｎｇ）、「ライトレーダ」とも呼ばれる）を挙げることができる。

しかしながら、ＬＩＤＡＲシステムを用いて外部環境の正確なモデルを得るためには、環境から高密度のデータ信号を取得することが必要になる。このような要求は、ＬＩＤＡＲシステムの光学的及び電気的構成要素の製造の複雑さ及びコストを増加させる可能性がある。

本発明は、簡易かつ低コストで外部環境から高密度のデータを取得するためのセンサ装置、自律システム、並びに、外部環境の感知方法および該感知方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供することを主な目的とする。

本発明の第１の態様によれば、センサシステムが提供され、
該センサシステムは、
第１電磁エネルギービームを生成して放射するビーム放射手段と、
外部環境内の物体から反射された第２電磁エネルギービームの少なくとも一部を受信素子のアレイで検出して信号を出力する検出手段と、
前記受信素子の少なくとも一部の各々に、互いに異なる経路を通過した複数の第２電磁エネルギービームが順次に入射するように第２電磁エネルギービームを前記検出手段へ導くビーム軌道制御手段と、
を備える。

本発明の第２の態様によれば、自律システムが提供され、
該自律システムは、
上述の本発明に係るセンサ装置と、
コントローラと、
を備え、
前記センサ装置と通信可能に接続され、前記検出手段から出力される第１信号に基づいて前記物体のモデルを構築し、該モデルに基づいて該自律システムの位置を制御する第２信号を出力するコントローラをさらに備える。

本発明の第３の態様によれば、外部環境の感知方法が提供され、
該外部環境の感知方法は、
第１電磁エネルギービームを生成して放射することと、
外部環境内の物体から反射された第２電磁エネルギービームの少なくとも一部を受信素子のアレイにより検出して信号を出力することと、
前記受信素子の少なくとも一部の各々に、互いに異なる経路を通過した複数の第２電磁エネルギービームが順次に入射するように第２電磁エネルギービームの少なくとも一部を前記受信素子のアレイへ導くことと、
を備える。

本発明の第４の態様によれば、上述した外部環境の感知方法をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。

本発明によれば、簡易かつ低コストで外部環境から物体に関する高密度のデータを取得できるセンサ装置、自律システム、外部環境の感知方法およびプログラムが提供される。

本発明に係るＬＩＤＡＲ関連システムの一実施形態を示す概略図の一例である。 本発明に係るＬＩＤＡＲ関連システムのいくつかの適用例を示す図の一例である。 ダブルプリズム構成を有するＬＩＤＡＲセンサ装置の一例を示す参考図である。 本発明に係るセンサ装置の第１実施形態の概略構成を示すブロック図の一例である。 図４Ａに示すセンサ装置の一変形例の概略構成を示すブロック図の一例である。 受信器ユニットのアレイの一例の概略構成を示す上面図の一例である。 図５Ａに示す受信器ユニットの概略側面図の一例である。 受信器ユニットのアレイの他の一例の概略構成を示す上面図の一例である。 図６Ａに示す受信器ユニットの概略側面図の一例である。 回転光学素子を使用せずに５×５の受信器ユニットのアレイによって受信される光学信号の概略の模式図の一例である。 光学素子が回転するときにアレイの受信器ユニットによって受信される光学信号の概略図の一例である。 受信器ユニットの５×５アレイによって受信される光学信号の概略を示す模式図の一例である。 光学素子がより大きな角度を有する場合に受信器ユニットの５×５アレイによって受信される光学信号の概略を示す模式図の一例である。 本発明に係るセンサ装置の第２実施形態が備えるビームステアリングモジュールの概略構成を示す図の一例である。 図１０Ａに示すビームステアリングモジュールを使用して受信器ユニットの２×３アレイによって受信される光学信号の概略図の一例である。 本発明に係るセンサ装置の第３実施形態のセンサ装置のビームステアリングモジュールが備える走査ミラーの一例を示す斜視図の一例である。 図１１Ａに示す走査ミラーを介して受信ユニットの３×３アレイによって受信される光学信号の一例の概略を示す模式図の一例である。 図１１Ａに示す走査ミラーを介して受信ユニットの３×３アレイによって受信される光学信号の他の一例の概略を示す模式図の一例である。 本発明に係るセンサ装置の第３実施形態のセンサ装置のビームステアリングモジュールに組み込まれる位相制御デバイスの一例の概略図の一例である。 本発明に係る外部環境の感知方法の一実施形態の概略手順を示すフローチャートの一例である。 コンピュータシステムまたは他の制御デバイスのためのアーキテクチャの一例を示すブロック図の一例である。 図４Ａに示すセンサ装置が備える受信器アレイの概略構成を示す斜視図の一例である。

以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。図面において同一または対応する要素・部材には同一の参照符号を付し、その重複説明は適宜省略する。また、図中の各部材の形状・サイズについては、説明を容易にするため、適宜に拡大・縮小・省略がなされ、このために現実の縮尺・比率とは合致していない場合がある。また、図面の説明においても、紙面の上下方向に即してそれぞれ「上」「下」の用語を便宜的に用いるために、重力加速度の方向と一致しない場合がある点に留意されたい。また、「実質的に」の用語は、測定誤差をも含む趣旨で使用される。

また、以下で使用される「第１」、「第２」などのような序数を表す用語は、同一又は相応する構成要素を区別するための識別記号に過ぎなく、同一又は相応する構成要素が、こらの「第１」、「第２」などの用語によって何らの限定も受けるものではない。

また、用語「結合」は、各構成要素間の接触関係において、各構成要素間で物理的に直接接触される場合だけを意味するのではなく、他の構成が各構成要素間に介在され、その他の構成に構成要素がそれぞれ接触されている場合まで含む概念である。
（Ａ）ＬＩＤＡＲ関連システム

図１は、本発明に係るＬＩＤＡＲ関連システムの一実施形態を示す概略図の一例である。本実施形態は、本発明に係るＬＩＤＡＲ関連システムをシステム１５０に適用したものである。システム１５０は、装置１６０と制御システム１７０とを備える。

装置１６０は、例えば無人航空機（ＵＡＶ）のような移動可能な機器であり、本体１６１と、ペイロード１６２と、搬送機構１６３と、１つ以上の推進ユニット１８０とを含む。装置１６０は、本実施形態において、例えば請求項にいう「ビークル」に対応する。

ペイロード１６２は、カメラ、ビデオカメラ、スチルカメラなどの撮像装置の他、例えば、後述するＬＩＤＡＲのためのセンサ装置４００を含む光電子走査装置を含む。カメラは、可視光、紫外線、赤外線を感知するものの他、これらの他の帯域を含む様々な適切な帯域の波長の電磁エネルギービームを感知するものも含まれる。ペイロード１６２はまた、他のタイプのセンサおよび他のタイプの貨物の少なくともいずれかも含むこともできる。貨物には、例えば、パッケージまたは他の成果物が含まれ得る。

ペイロード１６２は、搬送機構１６３を介して本体１６１に担持される。搬送機構１６３は、ペイロード１６２が本体１６１に対して独立して位置決めされるように構成することも可能である。例えば、搬送機構１６３は、互いに交差する３つの直線移動方向および該３方向の各々を中心とする３つの回転方向でなる６自由度の移動方向の少なくとも１つの方向に移動可能なようにペイロード１６２の位置を制御することができる。

推進ユニット１８０は、装置１６０が、例えば、上記６自由度の移動方向の少なくとも１つの方向に関して、空気中で離陸、着陸、及び移動するように装置１６０を制御することができる。推進ユニット１８０は、１つ以上のロータを含むことができ、該ロータは、シャフトに結合された１つ以上のロータブレードを含むことができる。ロータブレードおよびシャフトは、モータ（図示せず）などの適切な駆動機構によって回転させることができる。図１において、装置１６０の推進ユニット１８０は、プロペラベースで示されているが、これに限らず、他の任意の適切な数、タイプ、配置などの推進ユニットを使用することができる。
装置１６０は、制御システム１７０から制御コマンドを受信するように構成される。

制御システム１７０は、本実施形態において、例えば請求項にいうコントローラに対応し、装置１６０に備えられる構成要素と、装置１６０外に配置された構成要素とを含む。例えば、制御システム１７０は、装置１６０によって運ばれる第１のコントローラ１７１と、装置１６０から遠隔に位置し、図示しないネットワークアダプタ（例えば図１４の符号１４１５参照）により通信リンク１７６を介して接続された第２のコントローラ１７２（例えば、人間が操作するリモートコントローラ）とを含むことができる。通信リンク１７６は、例えば無線周波数（ＲＦ）ベースのリンクなどの無線リンクを含む。第２のコントローラ１７２は、例えば、人間が操作するリモートコントローラを含む。

第１のコントローラ１７１は、推進ユニット１８０およびペイロード１６２の動作を含む、装置１６０の動作を指示する命令を実行するプログラムが格納されたコンピュータ可読媒体１７３を含むことができる。第１のコントローラ１７１は、コンピュータ可読媒体１７３からプログラムを読み出してペイロード１６２および推進ユニット１８０を制御し、外部環境との間で光検知測距（ＬＩＤＡＲ）を行いつつ、所望の位置へ装置１６０を移動させる。

第２のコントローラ１７２は、１つまたは複数の入力／出力デバイス、たとえば表示ボタンおよび制御ボタンを含むことができる。オペレータは、第２のコントローラ１７２を操作して遠隔で装置１６０を制御し、第２のコントローラ１７２上のディスプレイその他のインタフェースを介して装置１６０からフィードバックを受信する。

制御システム１７０は、次記するセンサ装置の実施の形態で詳述するように、センサ装置４００により、複数の光ビームを生成して外部環境へ放射し、該外部環境の物体で反射して到来する戻り光を検出し、検出した光学信号を電気信号に変換して処理することにより、センサ装置４００と上記物体との間における光ビームの飛行時間（ＴＯＦ；Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）を測定して上記物体との距離を検出する。上記電気信号は、例えば請求項に規定する「第１信号」に対応する。

制御システム１７０はまた、センサ装置４００から出力される電気信号をコンピュータ、例えば第１のコントローラ１７１により処理して上記物体のモデルを構築し、構築されたモデルに基づいて制御信号を生成して推進ユニット１８０の動作を制御し、上記物体との位置関係に従って装置１６０を所望の位置へ移動する。上記制御信号は、例えば請求項に規定する「第２信号」に対応する。

装置１６０の形態としては上記例に限ることなく、自律的に動作する装置を含むこともでき、その場合には第２のコントローラ１７２を省略することができ、またはオペレータオーバーライド機能のみに使用することができる。

装置１６０を含む自律システムの具体例としては、図２に示すように、無人航空機（ＵＡＶ）２０２、自律車２０６、自己平衡化車両２０８、および地上ロボット２１０などを挙げることができる。

なお、本発明に係るＬＩＤＡＲ関連システムは、ビークルを備える上記システム１５０に限ること無く、外部環境との位置関係の検出を必要とする場合があり得るものであれば、例えば、図２に示す、有人航空機２０４、スマートウェアラブル装置２１２、バーチャルリアリティ（ＶＲ）ヘッドマウントディスプレイ２１４、および拡張現実（ＡＲ）ヘッドマウントディスプレイ２１６などの移動可能な機器に適用することも可能である点に留意されたい。
（Ｂ）センサ装置
（１）参考例

図３は、本発明に係るセンサ装置が依拠するＬＩＤＡＲ技術により動作するセンサ装置の参考例の一つを示すブロック図である。同図に示すＬＩＤＡＲセンサ装置３００は、ダブルプリズム方式のビームステアリング装置３０１と、ビームスプリッタ装置３０９と、受光レンズ３１１と、検出器３１３とを備える。ビームステアリング装置３０１は、モータの駆動により共通軸３０５の周りを回転可能な２つのプリズム３０３，３０３を含む。これらのプリズム３０３，３０３は、それぞれ異なる方向に光を導くように配置される。図示しない発光装置から出射された光が物体（図示せず）に入射して反射した戻り光でなる戻りビーム３０７は、ビームステアリング装置３０１によってその軌道が調整され、ビームスプリッタ装置３０９に入射してその一部が反射し、受光レンズ３１１により集束されて検出器３１３に入射する。

前述したとおり、外部環境の適切な範囲と、これに対応して検出される物体からの光学信号から得られる点群データの適切な密度を提供するためには、ビームステアリング装置３０１内のプリズム３０３，３０３を高速、例えば毎秒５０００回転以上で回転させることが望ましい。しかしながら、回転速度が速いと、センサシステムの消費電力が高くなる可能性があり、センサシステムの冷却も必要となる可能性がある。

あるいは、光を異なる方向に導くためにビームステアリング装置３０１を使用することに代えて、多数の受信素子（例えば受信素子のアレイ）を用いて検出器を構成し、これにより、コントローラに入力される電気信号の密度を高めるという選択肢もある。しかしながら、例えば、１００×１００以上もの受信素子を含む大きなアレイはまた、回路設計における面積及び電力消費に関する懸念を生じさせる。
（２）実施形態
（ｉ）第１実施形態
本実施形態は、回転するプリズムの特定の利点と受信素子のアレイとを組み合わせた異なる新規のセンサ装置を提供する。

図４Ａは、本発明に係るセンサ装置の第１実施形態の概略構成を示すブロック図の一例である。同図に示すセンサ装置４００は、光がセンサ装置４００と物体４５０との間を移動する時間、すなわち飛行時間（ＴＯＦ）を測定することに基づいて、外部環境における物体４５０の距離を検出できるＬＩＤＡＲセンサシステムの一つである。

図４Ａに示すように、センサ装置４００は、エミッタモジュール４１６と、ビームステアリングモジュール４１４と、モータ４３０と、ビーム分割装置４０３と、受光レンズ４０９と、検出器４１０と、コントローラ４１１とを備える。

エミッタモジュール４１６は、エミッタ４０１（例えば、レーザダイオード）を含み、例えばレーザビームのような電磁エネルギービーム４１５を生成して第１視野の範囲内に出射する。電磁エネルギービーム４１５は、単一の電磁エネルギーパルスまたは一連の電磁エネルギーパルスとすることができ、本実施形態では光ビーム４１５である。以下では、発光体を例に挙げて説明するが、他の任意の適切なタイプの電磁エネルギーエミッタをセンサ装置４００に採用できることは勿論である。本実施形態において、エミッタモジュール４１６は、例えば請求項にいう「ビーム放射手段」に対応し、また、光ビーム４１５は、「第１電磁エネルギービーム」に対応する。

一実施例において、エミッタ４０１は、複数の光ビームを生成することができる。例えば、エミッタ４０１は、それぞれが対応する受信器ユニットによって受信可能な光ビームを生成するダイオードのアレイを含むことができる。例えば、エミッタ４０１は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）アレイまたはエッジ発光ダイオードアレイを含むことができる。他の実施例として、複数の端面発光レーザダイオードをパッケージ化してパッケージエミッタを形成することもできる。

また、エミッタモジュール４１６は、エミッタ４０１によって生成された光ビーム４１５をコリメートするために使用することができるコリメータ４０２（例えば、レンズ）を含むことができる。本実施形態において、コリメートされた光は、ビーム分割装置４０３に向けられる。ビーム分割装置４０３は、エミッタモジュール４１６からのコリメートされた光を通過させることができる。なお、例えば、光放射器が検出器の前に配置されている場合など、異なる方式が使用される場合、ビーム分割装置４０３が不要となる場合もある。

さらに他の実施例において、エミッタモジュール４１６は、ホログラフィックフィルタを含む。 ホログラフィックフィルタは、入射光ビームを異なる方向に回折することができる。例えば、エミッタ４０１とコリメータ４０２との間に、立方体の形状を有するホログラフィックバンドパスフィルタを配置して、エミッタ４０１からの光ビームを０°〜９０°の角度で回折させることができる。

ビームステアリングモジュール４１４は、本実施形態において、例えば請求項に規定する「ビーム軌道制御手段」に対応し、光学素子４０４を含む。光学素子４０４は、モータ４３０の駆動により、軸４０５を中心に回転することができ、これにより、コリメートされた光ビームを、第１方向４０６ａおよび第２方向４０６ｂなどの異なる方向に導く。第１方向４０６ａの出射ビームが物体４５０に当たると、反射光または散乱光が大きな角度４０７にわたって広がり、そのエネルギーの一部が反射されてセンサ装置４００に戻ることができる。戻りビーム４０８は、ビーム分割装置４０３に反射し、受光レンズ４０９に向かう。戻りビーム４０８は、受光レンズ４０９により集束されて、受信素子のアレイを含む検出器４１０に入射する。検出器４１０は、第２視野内で動作し、この視野内に入射した電磁エネルギービームを検出し、電気信号に変換する。本実施形態において、第２視野は、エミッタ４０１の第１視野と同じか又はそれより小さい。また、本実施形態において、戻りビーム４０８は、例えば請求項に規定する「第２電磁エネルギービーム」に対応し、モータ４３０は、例えば請求項に規定する「駆動部」に対応し、検出器４１０は、例えば請求項に規定する「検出手段」に対応する。

コントローラ４１１は、検出器４１０に電気的に結合され、検出器４１０からの電気信号に基づいて、物体４５０までの距離を検出することができる。より具体的には、コントローラ４１１は、物体４５０の対応する点群データセットを作成し、該点群データセットに基づいて、センサ装置４００は、エミッタ４０１によるパルスの生成と、検出器４１０による戻りビーム４０８の受信との間の時間差に基づいて、物体４５０までの距離を測定することができる。

図４Ｂは、図４Ａに示すセンサ装置の一変形例の概略構成を示すブロック図の一例である。本変形例では、ビーム分割装置４０３が設けられていない一方で、受光レンズ４０９と検出器４１０との間に、戻り光を入射方向とは異なる方向に検出器４１０に向ける光学素子４０４が配置されている。

出射ビーム（図示せず）が物体４５０に当たると、その反射光の一部が戻りビーム４０８として、受光レンズ４０９に入射し、光学素子４０４（例えば、プリズム）上に集束される。図４Ｂ中の拡大部分に示すように、本変形例では、光学素子４０４は、第１表面４２１および第２表面４２２を含み、これらの第１および第２表面４２１，４２２は互いに非平行であり、角度４２３を形成する。本明細書において、光学素子が互いに非平行な２面を有する場合にこれらの２面により形成される角度を光学素子角度と称する。光学素子角度４２３により、光学素子４０４は、戻り光の通過経路を検出器４１０に向けて異なる方向に調整することが可能になる。検出器４１０は、小さなアレイの受信器ユニット４１２を含む。光学素子角度４２３は、例えば０°から５０°までの範囲内にあり、他の実施形態において他の適切な値、例えば５°〜１５°の範囲内にあってもよい。本実施形態において、光学素子角度４２３は、例えば請求項に規定する「第１角度」に対応する。

検出器４１０は、戻りビーム４０８を受け取り、光ビームを電気信号に変換する。いくつかの他の実施形態では、より多くの受信器ユニット４１２が光ビームを受信することを可能にするために、エミッタ４０１側の第１視野が検出器４１０側の第２視野よりも大きな面積を有することが望ましい。

アレイの各受信器ユニット４１２は、本実施形態において、例えば請求項に規定する「受信素子」に対応し、光学信号を電気信号に変換するフォトダイオードを含む。

図１５は、本実施形態による受信器アレイの概略構成を示す斜視図の一例である。同図に示すように、受信器アレイ１５００は、複数のＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）ユニット（１５０１）を含む。受信器アレイ１５００は、信号検出および収集のために複数のＡＰＤユニットに結合された検出層１５０２を含むことができる。任意選択的に、受信器アレイ１５００は、信号増幅を行うために検出層１５０２に結合されたアナログ層１５０３を含むことができる。 いくつかの実施形態では、受信器アレイ１５００は、時間−デジタル変換、アナログ−デジタル変換、およびノイズ除去を含む様々なアルゴリズムなどの信号処理を実行する論理層１５０４を含む。いくつかの実施形態では、受信素子のアレイは、フォトダイオード（ＰＤ）アレイまたはＰＩＮ（正の固有の負の）ＰＤアレイとして実施することができる。

いくつかの実施形態では、製造コストを低減するために小さなアレイを使用することができる。例えば、光ビームを受信し、光学信号を電気信号に変換するために１０×１０アレイを使用することができる。一方、いくつかの実施態様では、より大きな密度のデータを得るために大きなアレイを使用することができる。例えば、いくつかの構成では、８Ｋ解像度のアレイ（すなわち、７６８０×４３２０ピクセル）を使用することもできる。

エミッタ４０１がダイオードのアレイを含む場合、個々のダイオードは、検出器４１０の受信器ユニット４１２と光学的に対応するように配置される。ビームステアリングモジュール４１４は、ダイオードからの光ビームの角度および受信器への光ビームの角度を同時に変化させて、ダイオードと受信器ユニットとの間の対応関係を得るためにも使用することができる。

図５Ａは、受信器ユニットのアレイ５００の一例の概略構成を示す上面図の一例である。 この例では、各受信器ユニット５０３は、別個のダイ５０２の上または中に配置される。個々のダイは、ダイボンディング技術のような方法を用いて個別に基板５０１に結合される。図５Ｂは、図５Ａに示す受信器ユニットのアレイ５００の概略側面図の一例である。本例は、ガラスプレートなどで形成された保護プレート５０４を基板５０１に結合して、ユニットを外部の危険から保護しながら光を通過させることができる構成となっている。

図６Ａは、受信器ユニットの他の一例のアレイの概略図の一例である。同図に示す例では、受信器ユニット５０３は、結合層として機能する均一なダイ５１１内に配置される。次いで、ダイ５１１は、ダイボンディング技術などの方法を用いて基板５０１に結合される。図６Ｂは、図６Ａに示す受信器ユニットのアレイ６００の概略側面図の一例である。図５Ｂと同様に、外部からの危険から受信器ユニット５０３を保護しながら光を通過させるために、基板５０１にガラスプレートなどの保護プレート５０４を結合することができる。本実施形態において、受信器ユニット５０３は、例えば請求項に規定する「受信素子」に対応する。

ここで、ビームステアリングモジュールに取り付けられた、回転可能な光学素子（以下、適宜「回転光学素子」と称する。）の機能について図７乃至図９Ｂを参照しながら説明する。

図４Ａ及び図４Ｂに示すセンサ装置４００において、光学素子４０４が使用されない場合、アレイ状の受信器ユニットの各受信器が検出できるのは、単一の方向から到来した光ビームによる光学信号のみとなる。図７は、回転光学素子を使用せずに、５×５の半導体ダイオード素子で構成される受信器ユニットのアレイによって受信される代表的な光学信号の模式図の一例である。図７で模式的に示されるように、回転光学素子を使用しない場合、アレイをなす半導体素子の各々は、期間Ｔ（例えば１ｍｓ）にわたって単一の光学信号７０１を受信する。

しかしながら、ビームステアリングモジュールに回転光学素子を取り付けてこれを回転させると、各受信器ユニットは複数の光学信号を順次に受信できることになる。

エミッタの動作周波数は通常高く、その一方で、受信器ユニットが動作する周波数は比較的低くてもよい。したがって、光学素子が回転すると、個々の半導体素子は、エミッタの高い動作周波数を活用し、時間領域で連続する複数の光学信号を受信することができる。

図８は、光学素子が回転するときにアレイの受信器ユニットによって受信される光学信号の模式図の一例を示す。図８の例で模式的に示されるように、光学素子は、期間Ｔにおいて一回転を完了することができ、光ビームパルスの周波数はｆ＝１／Δｔである。したがって、各受信ユニットは、例えば時間ｔ０、ｔ１＝ｔ０＋Δｔ、ｔ２＝ｔ０＋２×Δｔなどのように、期間Ｔ内の閉路８０２に沿って複数の光学信号を受信することができる。

例えば、エミッタの動作周波数は１ＭＨｚ（Δｔ＝１μｓ）とすることができ、光学素子は、毎秒１０００回転（ｒｅｖ／ｓ）の速度で回転することができる。光学素子の回転は、受信器ユニットが各受信器内での異なる位置（ミリ秒当たり１０００信号）でＴ＝１ミリ秒の時間内にすべての光学信号を捕捉することを可能にする。いくつかの実施例では、光学素子は、より低い角速度、例えば２００回転／秒（１２０００ｒｐｍに等しい）以下で回転することもできる。例えば、光学素子が２００回転／秒で回転すると、完全な回転を完了するためにＴ＝５ミリ秒かかる。したがって光学素子は、異なる場所で５ミリ秒以内にすべての光学信号を捕捉することができる。

このように、時間領域データの使用は、ポイントクラウドデータの空間的な疎性を補償し、コントローラが外部環境をより正確にモデル化するためのデータの密度を高めることができる。時間領域データを使用することによって、従来必要であった角速度よりもはるかに低い角速度で光学素子を回転させて充分な密度のデータを得ることができ、これにより、電力消費量がより少なくなり、より高い安定性が提供される。

図９Ａは、受信器ユニットの５×５アレイによって受信される光学信号の概略を示す模式図の一例である。各ユニットは、時間領域において順次である複数の信号を受信し、閉路９０２を形成する。この実施形態では、閉路９０２は円である。特に、円９０４の直径は、光学素子角度に基づいて決定することができる。例えば、より大きな光学素子角度は、円のより大きな直径をもたらすことができる。２つの閉じた経路の中心間の距離９０６は、アレイの隣接する受信器ユニットの配置に基づいて決定される。

図９Ａに示す例のように、光学素子の角度は小さく、隣接する円の間に重なりがない。 しかし、これにより、光線によって覆われていない領域（「ブラインド領域」とも呼ばれる。）が生じることがある。したがって、いくつかの実装形態では、ブラインド領域が縮小される（例えば、最小化される）ように、隣接する閉路間に重複領域を持たせることが望ましい。図９Ｂは、光学素子がより大きな角度を有する場合に受信器ユニットの５×５アレイによって受信される光学信号の概略を模式的に示す図の一例である。図９Ｂに示す例では、光学素子の角度がより大きく、その結果、隣接する円の間に重なる領域９１２が生じる。ただし、信号は時間領域で順次に受信されるので、２つの信号が経路上の同じ位置に同時に現れることがないことに留意されたい。この点は、次記する第２乃至第４の実施形態についても同様である。

本実施形態のセンサ装置によれば、複数の回転プリズムを較正する複雑さを排除することができるので、センサシステムの製造の複雑さを低減することができる。また、小さなアレイの受信素子を使用するので、プリズムの回転速度を大幅に低減することができ、センサ装置の領域コストおよび電力消費を低減することができる。単一の光学素子と受信器ユニットの小さなアレイとのこのような組み合わせにより、センサ装置は、環境を十分にカバーし、環境をモデル化するための適切な密度の点群データを提供することができる。
（ｉｉ）第２実施形態

図１０Ａおよび図１０Ｂを参照しながら、本発明に係るセンサ装置の第２実施形態について説明する。本実施形態のセンサ装置の特徴は、受信器ユニットがより高密度のデータ収集を得ることを可能にするための第２光学素子を含む点にある。その他の点は、図４Ａおよび図４Ｂに示す第１実施形態と実質的に同一である。

図１０Ａは、本実施形態のセンサ装置が備えるビームステアリングモジュール１００１の概略構成を示す図の一例である。同図に示すように、ビームステアリングモジュール１００１は、互いに非平行な面１０３１，１０３２を有する第１光学素子１００３と、互いに非平行な面１０５１，１０５２を有する第２光学素子１００５とを含む。面１０３１，１０３２は第１光学角θ_１を形成し、面１０５１，１０５２は第２光学角θ_２を形成する。光学素子１００３，１００５は、モータなどの回転駆動機構（図示せず）に駆動されて共通の軸１０１０の周りを回転する。駆動手段として、例えば共通モータを使用して同じ角速度で駆動してもよいし、または個別の異なるモータを使用して異なる角速度で駆動してもよい。外部環境の物体からの戻り光は第１光学素子１００３および第２光学素子１００５を順次に通過することによりその経路が制御されて検出器４１０に入射する。本実施形態において、面１０３１，１０３２は、例えば請求項に規定する第１面および第２面にそれぞれ対応し、また、面１０５１，１０５２は、例えば請求項に規定する第３面および第４面にそれぞれ対応する。

図１０Ｂは、図１０Ａのビームステアリングモジュール１００１を使用して受信器ユニットの２×３アレイによって受信される光学信号の概略図の一例を示す。同図に示すように、２つの光学素子を使用することにより、信号の密度を大きく増加させることができる。

上述の第１および第２の実施形態においては、アレイの受信器ユニットの少なくとも一部の各々がある期間（時間領域）内に複数の光学信号を受信するように、戻りビームを異なる方向に導く構成として回転光学素子を用いたが、他の代替的な光学構成を使用することも可能である。次記する第３実施形態および第４実施形態は、このような回転光学素子に代替する他の光学構成を使用するものである。
（ｉｉｉ）第３実施形態

図１１Ａ乃至図１１Ｃを参照しながら、本発明に係るセンサ装置の第２実施形態について説明する。本実施形態のセンサ装置の特徴は、異なる方向の複数の光学信号を生成するための走査ミラーを含むビームステアリングモジュールを備える点にある。

図１１Ａは、本実施形態のセンサ装置のビームステアリングモジュールが備える走査ミラーの例を示す斜視図の一例である。同図に示す走査ミラー１１０１は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ；Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）の態様で組み込まれたものであり、弾性部１１０３ａ、１１０３ｂに支持され、互いに交差する２軸、例えばＸ軸、Ｙ軸の両方向に揺動可能となっている。
一実施例において、走査ミラー１１０１は、２つの軸に対して［０°、２０°］の範囲内で振動する。

他の実施例において、走査ミラー１１０１は、より広い範囲の光ビームを提供するために、２つの軸に対して、例えば、［０°、５０°］の範囲内の、より広い範囲内で振動する。

互いに交差する２軸の一方または両方の軸周りの振動における周波数を調整することにより、走査ミラー１１０１は入射ビーＳム１１０５を異なる方向に、例えば図１１Ａに示す方向１１０７ａ、１１０７ｂに反射することができる。これにより、アレイの受信器ユニットの少なくとも一部の受信器の各々は、時間領域において連続する複数の信号を受信することができる。

図１１Ｂは、走査ミラーから受信ユニットの３×３アレイによって受信される光学信号の概略を示す模式図の一例である。同図に示す例では、走査ミラーの振動範囲が比較的小さく、このため、反射ビームの角度範囲も小さくなる。しかしながら、受信器ユニットの視野角度は反射ビームの角度範囲よりも大きい。したがって、受信信号の重複領域は存在しない。

図１１Ｃは、走査ミラーからの受信器ユニットの３×３アレイによって受信される光学信号の他の一例の概略を示す模式図の一例である。同図に示す例では、走査ミラーの振動範囲が図１１Ｂに示す例よりも広く、その結果反射ビームの角度範囲も大きくなっている。したがって、受信器ユニットの視野角度は反射ビームの角度範囲よりも小さい。したがって、隣接する受信器ユニットは、受信信号中の重複領域１１１３を検出することができる。
（ｉｖ）第４実施形態

図１２を参照しながら、本発明に係るセンサ装置の第４実施形態について説明する。本実施形態のセンサ装置の特徴は、異なる方向の複数の光学信号を生成するための位相制御デバイスを含むビームステアリングモジュールを備える点にある。

図１２は、本実施形態のセンサ装置のビームステアリングモジュールに組み込まれる位相制御デバイスの一例の概略図の一例である。同図に示す位相デバイスユニット１２００は、２つの透明電極１２０３ａ、１２０３ｂと、これら透明電極１２０３ａ、１２０３ｂの間に配置された液晶層１２０１とを含む。位相デバイスユニット１２００は、個々のデバイス１２０５に分割され、デバイスごとに独立した制御が可能な構成となっている。いずれのデバイスも、電圧源１２０７に接続されると、液晶分子が回転し、それによって個々のユニットの屈折率が変化する。
したがって、異なる電圧を異なるデバイスに印加することにより、異なる屈折率により光が異なる方向に屈折することが可能になる。

位相制御デバイスとしては、図１２に示す例に限ることなく、例えば光導波路位相制御デバイスのような他の位相制御デバイスを使用して、異なる方向に複数の光ビームを生成することにより、受信器ユニットがより高密度のデータ収集を得ることを可能にすることもできる。

上述した実施形態のセンサ装置によれば、小さなアレイの受信素子を使用するので、プリズムの回転速度を大幅に低減することができ、低い電力消費で高密度のデータを取得することができる。
（Ｃ）外部環境の感知方法
本発明に係る外部環境の感知方法の一実施形態について、図１３のフローチャートを参照しながら説明する。

図１３に示すように、外部環境の感知方法１３００（以下、単に「方法１３００」と称する。）は、ブロック１３０２において、電磁エネルギーエミッタから第１電磁エネルギービームを生成して放射することを含む。

次いで、方法１３００は、ブロック１３０４において、ビームステアリングモジュールを動作させ、外部環境内の１つまたは複数の物体から反射された第２電磁エネルギービームの少なくとも一部を受信器ユニットのアレイに導くことを含む。

さらに、方法１３００は、ブロック１３０６において、受信器ユニットのアレイを介して、第２電磁エネルギービームの一部から光学信号を検出するステップを含む。ここで、前述したように、アレイの受信器ユニットの少なくとも一部の受信器ユニットの各々は、時間領域において連続する複数の光学信号を検出するように配置される。
続いて、方法１３００はまた、ブロック１３０８において、受信器のアレイを介して光学信号を電気信号に変換することを含む。

最後に、方法１３００は、ブロック１３１０において、電気信号を処理して上記物体のモデルを構築することを含む。該モデルを構築することは、電気信号を複数のグループに分類することを含み、個々のグループは、外部環境内の１つまたは複数の物体の少なくとも１つに対応する。構築されたモデルに基づいて制御システム（図１の符号１７０参照）により制御信号が生成され、電磁エネルギーエミッタ、ビームステアリングモジュール、受信器ユニットのアレイおよび制御システムを担持する自律システムなどのＬＩＤＡＲ関連システムが制御されてその位置の移動が行われる。

本実施形態において、ビームステアリングモジュールを動作させる上記ブロック１３０４のステップは、所定の角度を形成する２つの面を含む光学素子を第１角速度で所定の軸周りに回転させて、受信器ユニットのアレイに電磁エネルギービームの一部を導くことを含む。

一実施例において、光学素子を回転させることは、５００〜１０００回転／秒の角速度で光学素子を回転させることを含む。他の一の実施例では、ビームステアリングモジュールを動作させることは、第２光学素子を軸周りの第２角速度で回転させて、電磁エネルギービームの一部を受信器アレイに導くことをさらに含む。ここで、上記第２光学素子は、第２角度を形成する互いに非平行な２つの面を含む（図１０Ａ参照）。

さらに他の実施形態では、ビームステアリングモジュールを動作させることは、電磁エネルギービームの一部を受信器のアレイに向けるために、１つまたは複数の軸を中心に走査ミラーを振動させることを含む。該実施形態において、ビームステアリングモジュールを動作させるステップは、電磁エネルギービームの一部を受信器のアレイに向けるために、ユニットが異なる屈折特性を示すように異なる電圧を位相制御デバイスの異なるユニットに印加するステップを含むとよい。

このように、本実施形態によれば、低い消費電力で高密度の点群データを取得することができ、環境を充分にカバーでき、障害物等の外部環境の物体を正確にモデル化できる。このことは、本実施形態の感知方法が適用されるＬＩＤＡＲ関連システムのより長い耐用年数につながる。
（Ｄ）プログラム及び記録媒体

上述した外部環境の感知方法の一連の手順は、プログラムに組み込んでコンピュータに読込ませて実行させてもよい。これにより、本発明にかかる外部環境の感知方法を、ＬＩＤＡＲ関連システムに通信可能に接続される汎用のコンピュータを用いて実現することができる。ＬＩＤＡＲ関連システムは、自律システムと非自律システムの双方を含む

また、上述した外部環境の感知方法の一連の手順をコンピュータに実行させるプログラムとしてフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読込ませて実行させてもよい。

記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の携帯可能なものに限定されず、ハードディスク装置やリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの固定型の記録媒体でもよいし、非一時的記憶媒体でもよい。また、上述したパターン計測方法の一連の手順を組込んだプログラムをインターネット等の通信回線（無線通信を含む）を介して頒布してもよい。さらに、上述したパターン計測方法の一連の手順を組込んだプログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、又は記録媒体に収納して頒布してもよい。
（Ｅ）制御のためのアーキテクチャ

図１４は、本発明に係るＬＩＤＡＲ関連システムの様々な実施形態のために利用することができるコンピュータシステムまたは他の制御デバイスのためのアーキテクチャの一例を示すブロック図の一例である。

図１４に示すように、コンピュータシステム１４００は、相互接続１４２５を介して接続された１つまたは複数のプロセッサ１４０５およびメモリ１４１０を含む。相互接続１４２５は、例えば図１に示す通信リンク１７６に対応し、適切なブリッジ、アダプタ、またはコントローラによって接続された任意の１つまたは複数の別個の物理バス、ポイントツーポイント接続、またはその両方を表すことができる。したがって、相互接続１４２５は、例えば、システムバス、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）バス、ＨｙｐｅｒＴｒａｎｓｐｏｒｔまたはＩＳＡ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）バス、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バス、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ＩＩＣ（Ｉ２Ｃ）バス、または電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）標準６７４バス（「Ｆｉｒｅｗｉｒｅ」と呼ばれることもある）を含む。

プロセッサ１４０５は、例えばホストコンピュータの全体的な動作を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）を含むことができる。例えば図１を参照して説明したシステム１５０との関連において、プロセッサ１４０５は第１のコントローラ１７１および第２のコントローラ１７２のいずれにも対応し得る。中央処理装置（ＣＰＵ）の他、プロセッサ１４０５は、単一のネットワークサーバ、複数のネットワークサーバからなるサーバ群、もしくはクラウドコンピューティングに基づく大量のホストやネットワークサーバからなるクラウド型機器であってもよい。なお、クラウドコンピューティングとは、分散コンピューティングの一種であり、疎結合されている複数のコンピュータクラスターからなる大型仮想コンピュータを指すものである。

特定の実施形態では、プロセッサ１４０５は、メモリ１４１０に格納されたソフトウェアまたはファームウェアを実行することによってこれを達成する。プロセッサ（１つまたは複数）１４０５は、１つまたは複数のプログラマブル汎用または特殊目的マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、プログラマブルコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）等、またはそのようなデバイスの組み合わせを含むことができる。

メモリ１４１０は、コンピュータシステムのメインメモリであるか、またはそれを含むことができる。メモリ１４１０は、任意の適切な形式のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、およびこれらのデバイスの任意の組み合わせの少なくともいずれかを表す。特に、メモリ１４１０は、プロセッサ１４０５に読み込まれ実行されることにより、プロセッサ１４０５に、上述した実施形態のすくなくともいずれかを実現する動作を実行させる機械命令のセットを含むことができる。例えば、図１に示すシステム１５０との対応関係において、プロセッサ１４０５が第１のコントローラ１７１に対応する場合、メモリ１４１０はコンピュータ可読媒体１７３に対応する。

また、図１４に示す態様では、ネットワークアダプタ１４１５が相互接続１４２５を介してプロセッサ１４０５に接続されている。ネットワークアダプタ１４１５は、コンピュータシステム１４００に、ストレージクライアントや他のストレージサーバなどの遠隔デバイスと通信する能力を提供ための、例えば、イーサネット（登録商標）アダプタまたはファイバチャネルアダプタとすることができる。

本明細書に記載された実施形態のいくつかは、方法またはプロセスの一般的な文脈で説明されており、一実施形態においては、コンピュータ可読媒体に具現化され、ネットワーク化された環境内のコンピュータによって実行されるコンピュータプログラム製品によって実行される。該プログラムは、例えばプログラムコードなどのコンピュータ実行可能命令を含む。

一般に、プログラムモジュールは、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含むことができる。特定のタスクを実行したり、特定の抽象データ型を実装したりすることができる。コンピュータまたはプロセッサで実行可能な命令、関連するデータ構造、およびプログラムモジュールは、本明細書で開示された方法のステップを実行するためのプログラムコードの例を表す。そのような実行可能命令または関連するデータ構造の特定のシーケンスは、そのようなステップまたはプロセスで説明された機能を実装するための対応する動作の例を表す。

上述した実施形態のいくつかは、ハードウェア回路、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを使用してデバイスまたはモジュールとして実装することができる。 例えば、ハードウェア回路実装は、例えば、プリント回路基板の一部として一体化された離散アナログおよびデジタル構成要素のすくなくともいずれかを含むことができる。代替的に、またはこれらに加えて、開示された構成要素またはモジュールは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）デバイスのすくなくともいずれかとして実装され得る。いくつかの実装形態は、付加的または代替的に、本明細書に開示された機能に関連するデジタル信号処理の動作上の必要性に最適化されたアーキテクチャを有する専用マイクロプロセッサであるデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含むことができる。同様に、各モジュール内の様々なコンポーネントまたはサブコンポーネントは、ソフトウェア、ハードウェアまたはファームウェアで実装されてもよい。モジュール内でのモジュールおよびコンポーネントのすくなくともいずれかの間の接続は、適切なプロトコルを用いた、インターネット、有線または無線ネットワーク上の通信を含むが、これらに限定されるものではない。
（Ｆ）その他

以上、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明したが、これらは発明の容易な理解のためになされたものであり、これらをもって本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。上述の実施の形態に付与した番号は、記載上の便宜を図るためのものに過ぎず、特に実施形態の優劣を示すものではない。また、フローチャートでは論理的な順序を示したが、特定の状況においては、記載されたステップを異なる順序で実行することもできる。

当業者であれば、本発明の範囲及び趣旨から逸脱しない範囲で、種々の変更を加えて本発明を実現できる。例えば、上記実施形態ではビーム放射手段として光エミッタを取り挙げて説明したが、任意の適切なタイプの電磁エミッタをセンサ装置に使用することもできる。また、例えば、一つの実施例の特徴を別の実施例に組み込むことで、もう一つの実施例を得ることもできる。例えば、上記実施形態では、制御コンピュータとして第１のコントローラ１７１および第２のコントローラ１７２、並びにプロセッサ１４０５など、単体のハードウェアから構成される一または複数の装置として説明したが、これに限る必要は全くなく、サーバ機能が実行されるものであれば、クラウドサーバとして様々なハードウェアに分散して利用することも可能である。当業者は、以下に記述される特許請求の範囲を逸脱することなく本発明の趣旨に沿って様々な変更、同等な置換、又は改良などを行うことができる。

Claims (18)

1. 第１電磁エネルギービームを生成して放射するビーム放射手段と、
   外部環境内の物体から反射された第２電磁エネルギービームの少なくとも一部を受信素子のアレイで検出して信号を出力する検出手段と、
   前記受信素子の少なくとも一部の各々に、互いに異なる経路を通過した複数の第２電磁エネルギービームが順次に入射するように第２電磁エネルギービームを前記検出手段へ導くビーム軌道制御手段と、
   を備えるセンサ装置。
2. 前記ビーム放射手段は、前記第１電磁エネルギービームを異なる方向に回折するホログラフィックフィルタを含むことを特徴とする、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記ビーム放射手段は、複数の前記第１電磁エネルギービームを生成するよう配置されることを特徴とする、請求項１に記載のセンサ装置。
4. 前記ビーム放射手段は、複数の前記第１電磁エネルギービームを生成するよう配置された個々のダイオードを有するダイオードのアレイを含むことを特徴とする、請求項３に記載のセンサ装置。
5. 前記ビーム放射手段は、垂直共振器面発光レーザ（VCSEL）アレイまたはエッジ発光ダイオードアレイを含むことを特徴とする、請求項１に記載のセンサ装置。
6. 前記ビーム放射手段は、前記第１電磁エネルギービームをコリメートするように構成されたコリメータを含むことを特徴とする、請求項１に記載のセンサ装置。
7. 前記ビーム軌道制御手段は、
   互いに非平行な第１面および第２面を有する第１光学素子と、
   前記第１光学素子を、所定の軸を中心として任意の第１角速度で回転させる駆動部とを含み、
   前記第１面および第２面で形成される第１角度に対応する閉経路に沿って前記受信素子が前記第２電磁エネルギービームを検出するように前記駆動部を制御する、
   ことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のセンサ装置。
8. 前記第１光学素子は、プリズムを含み、
   前記第１角度は、０°から５０°の範囲にある、
   ことを特徴とする、請求項７に記載のセンサ装置。
9. 前記第１角速度は、１２０００ｒｐｍ以下である、
   ことを特徴とする、請求項７または８に記載のセンサ装置。
10. 前記ビーム軌道制御手段は、
    互いに非平行な第３面および第４面を有して前記駆動部の駆動により所定の軸を中心として任意の第２角速度で回転する第２光学素子をさらに含み、
    前記第１光学素子および第２光学素子は、前記第２電磁エネルギービームの一部を共に前記受信素子のアレイに導くことを特徴とする、請求項７乃至９のいずれか一項に記載のセンサ装置。
11. 前記ビーム軌道制御手段は、複数の弾性部分によって支持された走査ミラーを含み、前記複数の弾性部分は、走査ミラーを所定の軸の周りで振動させることにより前記第２電磁エネルギービームの少なくとも一部を前記受信素子のアレイに導く、
    ことを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサ装置。
12. 前記ビーム軌道制御手段は、
    電圧源と、
    異なる電圧の下で異なる屈折特性を示すように前記電圧源に接続され、前記第２電磁エネルギービームの少なくとも一部を前記受信素子のアレイに導く位相制御デバイスと、
    を備えることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサ装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のセンサ装置と、コントローラと、を備える自律システムであって、
    前記センサ装置と通信可能に接続され、前記検出手段から出力される第１信号に基づいて前記物体のモデルを構築し、該モデルに基づいて該自律システムの位置を制御する第２信号を出力するコントローラと、
    を備える自律システム。
14. 前記センサ装置を担持するビークルをさらに備え、
    前記ビークルは、航空機、自動車、およびロボットの少なくともいずれかを含む、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の自律システム。
15. 第１電磁エネルギービームを生成して放射することと、
    外部環境内の物体から反射された第２電磁エネルギービームの少なくとも一部を受信素子のアレイにより検出して信号を出力することと、
    前記受信素子の少なくとも一部の各々に、互いに異なる経路を通過した複数の第２電磁エネルギービームが順次に入射するように第２電磁エネルギービームの少なくとも一部を前記受信素子のアレイへ導くことと、
    を備える、外部環境の感知方法。
16. 前記信号に基づいて前記物体に対応するモデルを構築することをさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の外部環境の感知方法。
17. 前記モデルを構築することは、前記物体が複数存在する場合に、前記物体のそれぞれに応じて前記信号を個々のグループに分類することを含む、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の外部環境の感知方法。
18. 請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の外部環境の感知方法をコンピュータに実行させるプログラム。