JP7372205B2 - 電磁波検出装置および測距装置 - Google Patents

電磁波検出装置および測距装置 Download PDF

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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、撮像素子によって被写体を含む画像を取得するとともに、被写体で反射した反射波を検出することによって被写体までの距離等を検出することがある。一般に、反射波を含む電磁波の検出に要する時間は、撮像素子によって１フレーム分の画像が取得される時間より長い。したがって、撮像素子の画像取得のフレームレートに合わせて電磁波を検出する場合、電磁波の検出の解像度が非常に低くなる。ここで、電磁波の検出の解像度は、距離を測定する空間における電磁波による距離等の検出個所数、すなわち距離情報を取得する地点の数である。レーザーによって空間をスキャンする場合には、電磁波の検出の解像度は、対象空間の１回のスキャンにおけるレーザーの照射箇所の数を指す。
また、電磁波の検出の解像度を高くすると（電磁波の検出個所数を大きくすると）、距離測定のフレームレートが低くなり、画像を取得するタイミングと電磁波を検出するタイミングが大きくずれてしまう。ここで、距離測定のフレームレートは、単位時間あたりの対象空間に対する測距回数であり、レーザーによって空間をスキャンする場合には、単位時間あたりの対象空間のスキャン回数を指す。
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、画像取得と電磁波検出のタイミングのずれを小さく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、
対象が存在する空間の画像情報を取得する画像情報取得部と、
前記画像情報に含まれる前記対象の輪郭を検出する輪郭検出部と、
前記空間に電磁波を照射する照射系と、
前記照射系を制御して、前記空間における前記対象の輪郭に対応する方向に前記電磁波を照射させる照射制御部と、
前記電磁波が前記対象で反射した反射波を検出する第１の検出部と、を備える。
また、第２の観点による測距装置は、
対象が存在する空間の画像情報を取得する画像情報取得部と、
前記画像情報に含まれる前記対象の輪郭を検出する輪郭検出部と、
前記空間に電磁波を照射する照射系と、
前記照射系を制御して、前記空間における前記対象の輪郭に対応する方向に前記電磁波を照射させる照射制御部と、
前記電磁波が前記対象で反射した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、を備える。
本開示によれば、画像取得と電磁波検出のタイミングのずれを小さく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、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４は、対象が存在する空間の画像の一例を示す図である。 図５は、図４の画像の輪郭を示す図である。 図６は、電磁波を照射する位置の例を示す図である。 図７は、画像情報の出力、輪郭検出および照射制御のタイミングを示す図である。 図８は、制御部の処理を示すフローチャートである。 図９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、受光系１１０と、制御部１４と、を備えて構成される。本実施形態では、電磁波検出装置１０が１つの照射系１１１と１つの受光系１１０を有するものとして説明するが、照射系１１１および受光系１１０は１つに限られるものではなく、複数の照射系１１１の各々に対して、複数の受光系１１０の各々が対応付けられる構成であり得る。
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。制御部１４は、画像情報取得部１４１と、輪郭検出部１４２と、照射制御部１４３と、受光制御部１４４と、演算部１４５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ｏｂは、電磁波検出装置１０の被写体である。被写体は、例えば道路、中央分離帯、歩道、街路樹、車両等の物を含んでよいし、人を含んでよい。また対象ｏｂは１つに限られない。
電磁波検出装置１０は、被写体を含む画像を取得するとともに、被写体で反射した反射波を検出することによって被写体を識別可能である。例えば電磁波検出装置１０は、車両等に搭載されて、走行中に近づいた対象ｏｂを検出してドライバーに通知する運転支援装置であってよい。本実施形態に係る電磁波検出装置１０は、演算部１４５を備えており、後述するように演算部１４５によって対象ｏｂまでの距離を計測する測距装置として機能する。
（照射系）
照射系１１１は、対象ｏｂが存在する空間に電磁波を照射する。本実施形態において、照射系１１１は、照射部１２が照射する電磁波を、偏向部１３を介して、対象ｏｂが存在する空間に向けて照射する。別の例として、照射系１１１は、照射部１２が電磁波を対象ｏｂに向けて直接に照射する構成であってよい。
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。また、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する。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。ここで、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ｏｂ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。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。例えば偏向部１３は、一次元方向または二次元方向に対象ｏｂを走査する。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１３を有している。
偏向部１３は、電磁波を出力する空間である照射領域の少なくとも一部が、受光系１１０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ｏｂ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ｏｂの少なくとも一部で反射して、受光系１１０において検出され得る。ここで、偏向部１３から出力された電磁波が対象ｏｂの少なくとも一部で反射した電磁波を反射波と称する。
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）
以下において、「反射波を含む電磁波」は、対象ｏｂでの反射波を含んで受光系１１０に入射する電磁波を意味する。つまり、照射系１１１から照射される電磁波と区別するために、受光系１１０に入射する電磁波は「反射波を含む電磁波」と称されることがある。反射波を含む電磁波は、照射系１１１から照射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ｏｂで反射した光などを含む。
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。
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、反射波を含む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、反射波を含む電磁波の一部を第１の方向ｄ１に反射し、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、分離部１６は、入射する電磁波のうち、太陽光などの環境光が対象ｏｂで反射した可視光を第１の方向ｄ１に反射する。また、分離部１６は、入射する電磁波のうち、照射部１２が照射した赤外線が対象ｏｂで反射した赤外線を第２の方向ｄ２に透過する。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を含む空間の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、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または電磁波が照射された位置を検出する。そして、検出した電磁波の照射方向または照射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反射波を検出するアクティブセンサである。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。
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。
以上のような構成を有することにより、電磁波検出装置１０は画像上における所定の位置と、当該位置の距離を測定するための反射波の光軸を一致させている。
（制御部）
画像情報取得部１４１は、第２の検出部１７から対象ｏｂが存在する空間の画像情報を取得する。より具体的には、画像情報取得部１４１は、数ライン分の画像情報を一時的に記憶して、輪郭検出部１４２に出力するラインバッファを含む。ラインバッファは、例えば、半導体メモリまたは磁気メモリなどで構成される。
輪郭検出部１４２は、画像情報取得部１４１から取得した画像情報に含まれる対象ｏｂの輪郭を検出する。輪郭検出部１４２は、一次元または二次元の方向に対して対象ｏｂの輪郭を検出してよい。輪郭検出部１４２は、例えばラプラシアン法、ソーベル法またはキャニー法等を用いてよい。輪郭検出の手法は限定されない。
照射制御部１４３は、照射系１１１を制御する。照射制御部１４３は、例えば照射部１２に、電磁波の照射および停止を切替えさせる。照射制御部１４３は、例えば偏向部１３に、電磁波を反射する向きを変えさせる。後に詳細に説明するように、照射制御部１４３は、輪郭検出部１４２が検出した対象ｏｂの輪郭の情報に基づいて、空間における対象ｏｂの輪郭に対応する方向に照射系１１１が電磁波を照射するように制御する。
受光制御部１４４は、受光系１１０を制御する。受光制御部１４４は、例えば切替部１８に、第１の状態および第２の状態を切替素子ｓｅ毎に切替えさせる。
演算部１４５は、第１の検出部２０の検出情報に基づいて、対象ｏｂとの距離を演算する。演算部１４５は、取得した検出情報に基づいて、例えばＴｏＦ（Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）方式で距離を演算可能である。
図３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、かつ、偏向部１３が反射して、対象ｏｂが存在する空間である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。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）、検出情報を制御部１４に通知する。
演算部１４５は、検出情報を含む上記の信号の情報を取得する。演算部１４５は、例えば、時間計測ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）を含み、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１４５は、時間ΔＴに光速を乗算し、かつ、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。
ここで、制御部１４は、１つ以上のプロセッサを含んでよい。プロセッサは、アクセス可能なメモリからプログラムをロードして、画像情報取得部１４１、輪郭検出部１４２、照射制御部１４３、受光制御部１４４および演算部１４５として動作してよい。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。
（画像取得と電磁波検出のタイミング）
上記の構成の電磁波検出装置１０は、第２の検出部１７によって被写体である対象ｏｂを含む画像を取得するとともに、第１の検出部２０によって反射波を検出することによって対象ｏｂまでの距離を演算することができる。一般に、反射波を含む電磁波の検出に要する時間は、撮像素子等によって１フレーム分の画像が取得される時間より長い。例えば、撮像素子を用いて１９２０×１０８０ピクセルの画像を１秒間に３０フレーム取得可能である。一方、照射した電磁波の反射波を受光しての距離測定に要する時間は、１ポイントで２０μｓかかることがある。したがって、空間全体に対してビームによるスキャンを行う従来技術において、撮像素子の画像取得のフレームレートに合わせて電磁波を検出する場合、電磁波の検出の解像度が非常に低くなる。例えば１秒間に３０フレームで電磁波の検出を実行する場合、５４×３１ポイントしか測定することができないため、対象ｏｂについての距離測定を適切に行うことができない。また、従来技術において、電磁波の検出の解像度を高くすると距離測定のフレームレートが低くなり、画像を取得するタイミングと電磁波を検出するタイミングが大きくずれてしまう。先の例で、２４０×１３５ポイントで電磁波の検出を実行する場合に、距離測定のフレームレートは１．５程度になり、２０フレーム以上前の画像に対応させて電磁波を検出するおそれがある。言い換えれば、電磁波検出装置による１フレーム分の距離測定が完了する間に、撮像素子によって２０フレーム以上の画像が取得され得るため、最新の画像の取得タイミングと距離測定が行われたタイミングが大きく異なってしまう。本実施形態に係る電磁波検出装置１０は、以下に説明するように、対象ｏｂの輪郭の情報に基づいて照射系１１１が電磁波を照射することによって、１フレームあたりの電磁波を照射する回数を減らし、このような問題を解決する。
図４は、対象ｏｂが存在する空間の画像の一例を示す図である。以下において、図４の画像を撮像画像５０と称することがある。撮像画像５０は１フレームの画像であって、例えば１９２０×１０８０ピクセルのサイズを有する。撮像画像５０において、対象ｏｂは空、山、道路、白線、側壁および中央分離帯である。撮像画像５０は、電磁波検出装置１０が搭載された走行中の車両の前方の画像であって、中心Ｃが車両の走行方向の先にあるように設定されている。
画像情報取得部１４１は、撮像画像５０の画像信号を、第２の検出部１７からライン単位で取得する。つまり、画像情報取得部１４１は、対象ｏｂが存在する空間の画像情報を、フレーム単位でなく、一部の部分情報単位で取得する。本実施形態において、画像情報取得部１４１は、８ライン分のラインバッファを含み、８ライン分の部分情報を単位として取得する。例えば、画像情報取得部１４１は、空間の一部の画像情報である第１の部分情報５１と、第１の部分情報５１と異なる空間の一部の画像情報である第２の部分情報５２を取得する。第１の部分情報５１および第２の部分情報５２は、それぞれ８ライン分の部分情報である。画像情報取得部１４１のラインバッファは、第１の部分情報５１を取得した後に、第２の部分情報５２を上書きして取得する。また、画像情報取得部１４１は、第１の部分情報５１を輪郭検出部１４２に出力した後で、第２の部分情報５２を出力する。
図５は、図４の撮像画像５０の輪郭を示す図である。以下において、図５の画像を輪郭画像６０と称することがある。輪郭画像６０は、輪郭検出部１４２が撮像画像５０の輪郭を抽出した結果を画像化したものに対応する。輪郭画像６０において、対象ｏｂである空、山、道路、白線、側壁および中央分離帯の境界部分が抽出されて示されている。輪郭画像６０の中心Ｃは、撮像画像５０と同じ位置にある。
輪郭検出部１４２は、撮像画像５０の画像信号を、画像情報取得部１４１からライン単位で取得する。輪郭検出部１４２は、画像情報取得部１４１のラインバッファの容量の範囲内の画像信号を取得できる。本実施形態のように、輪郭検出部１４２は、１ライン毎に部分情報を取得して、取得する度に取得した１ライン分の部分情報から輪郭検出を実行してよい。別の例として、輪郭検出部１４２は、画像情報取得部１４１のラインバッファが記憶可能な８ライン分の部分情報を一度に取得して、取得した８ライン分の部分情報から輪郭検出を実行してよい。本実施形態において、輪郭検出部１４２は、８ライン分の部分情報に対する輪郭の情報を単位として、照射制御部１４３に出力する。例えば、輪郭検出部１４２は、８ライン分の第１の部分情報５１に基づき対象ｏｂの輪郭である第１の輪郭を検出した後に、８ライン分の第２の部分情報５２に基づき対象ｏｂの輪郭である第２の輪郭を検出する。そして、輪郭検出部１４２は、第１の輪郭の情報６１を照射制御部１４３に出力した後に、第２の輪郭の情報６２を照射制御部１４３に出力する。
図６は、照射系１１１が電磁波を照射する位置の例を示す図である。図６に示される第１の輪郭の情報６１は、図５の第１の輪郭の情報６１を拡大したものである。第１の輪郭の情報６１が含む１２の線は、部分情報に含まれる対象ｏｂの輪郭を示す。照射制御部１４３は、第１の輪郭の情報６１を取得した場合に、照射系１１１を制御して、空間における対象ｏｂの輪郭に対応する方向に電磁波を照射させる。つまり、照射制御部１４３は、照射の向きが対象ｏｂの輪郭に対応する場合にパルス状の電磁波を照射させて、照射の向きが対象ｏｂの輪郭に対応しない場合に電磁波を照射せずに次の輪郭位置まで移動させるように、照射系１１１を制御する。電磁波検出装置１０では、空間における所定の位置の画像を取得するための光と、当該位置の距離を測定するための反射波との光軸が一致していることから、対象ｏｂの輪郭に対応する方向に対して正確に電磁波を照射させることができる。
ここで、対象ｏｂの輪郭は水平または垂直方向に長さを有することがある。照射制御部１４３は、例えば連続する輪郭の中点の位置を輪郭位置Ｐ１～Ｐ１２と定めて、実際の空間において輪郭位置Ｐ１～Ｐ１２に対応する方向に電磁波を照射させてよい。照射制御部１４３は、第２の輪郭の情報６２を取得した場合にも同様に、照射系１１１を制御して、空間における対象ｏｂの輪郭に対応する方向に電磁波を照射させる。つまり、照射制御部１４３は、空間における第１の輪郭に対応する方向に電磁波を照射した後に、空間における第２の輪郭に対応する方向に電磁波を照射させる。
輪郭位置Ｐ１～Ｐ１２に対応する方向に電磁波を照射することは、距離を測定したい対象ｏｂが存在する位置に確実に電磁波を照射することを可能にする。例えば、等間隔で電磁波を照射すると、照射するポイント間に位置する小さな対象ｏｂに対して電磁波が照射されないことがある。本実施形態に係る電磁波検出装置１０は、対象ｏｂの輪郭の情報に基づいて照射系１１１が電磁波を照射することによって、対象ｏｂが存在する方向へ確実に電磁波を照射できる。
照射系１１１が１フレーム当たりに電磁波を照射可能なポイントの数である上限値は、第１の検出部２０が反射波を検出する時間に基づいて定めてよい。例えば、第２の検出部１７が１９２０×１０８０ピクセルの画像を１秒間に３０フレーム検出する場合に、ラインバッファが記憶可能な８ライン分の部分情報は２４０μｓで検出される。ただし、１ライン分の画像の検出時間はブランキング期間を考慮して３０μｓとしている。これに対して、第１の検出部２０が照射された電磁波の反射波を検出するのに要する時間は１ポイントあたり２０μｓである。照射系１１１の電磁波の照射は、８ライン分の部分情報の輪郭検出に応じて実行される。そのため、この例において上限値は２４０μｓを２０μｓで割った１２になる。照射制御部１４３は、照射の向きを例えば水平方向に移動させて上限値以下のポイントで電磁波を照射させるように、照射系１１１を制御する。照射系１１１は、例えば照射の向きを一方向に偏向させる間に上限値の電磁波照射を実行してよいし、照射の向きを往復させる間に上限値の電磁波照射を実行してよい。後者の具体例として、照射系１１１は２４０μｓで水平方向に一往復するように偏向し、一方向への偏向の間に６ポイントの電磁波照射を実行し、他方向への偏向での間に別の６ポイントの電磁波照射を実行してよい。
ここで、撮像画像５０における第３の部分情報５３は、８ライン分の空の画像の部分情報である。輪郭画像６０における第３の輪郭の情報６３は、第３の部分情報５３に対応するが、１つも輪郭を含まない。例えば照射制御部１４３が第３の輪郭の情報６３を取得した場合に、照射制御部１４３は照射系１１１に電磁波を照射させなくてよい。照射制御部１４３は、取得した輪郭情報が含む輪郭の数が上限値未満の場合に、上限値未満のポイントに電磁波を照射させてよい。つまり、照射制御部１４３は、空間における輪郭に対応する方向だけに電磁波を照射させてよい。
照射制御部１４３は、対象ｏｂの輪郭の数が上限値を超える場合に、上限値を超えない優先順位の高い対象ｏｂの輪郭に対応する方向に電磁波を照射させてよい。優先順位は、例えば空間の撮像画像５０の中心Ｃに近い対象ｏｂの輪郭が高くなるように定められてよい。つまり、撮像画像５０の周辺部にある対象ｏｂより、中心Ｃに近い対象ｏｂの優先順位が高いと定められてよい。別の例として、優先順位は、輪郭のうち明瞭なものが高くなるように定められてよい。つまり、対象ｏｂの境界であることが確実な部分を優先的に検出するようにしてよい。別の例として、優先順位は、より近い部分にある対象ｏｂの輪郭が高くなるように定められてよい。つまり、危険回避行動等の対応を早くに実行する必要がある近くの対象ｏｂの検出を優先させてよい。また、更に別の例として、優先順位は電磁波検出装置１０が搭載された車両等の移動速度に基づいて定められてよい。つまり、移動速度が速い場合には遠方にある対象ｏｂを優先し、移動速度が遅い場合には近くにある対象ｏｂを優先してよい。また、更に別の例として、撮影した画像から認識した対象ｏｂの種類、対象ｏｂの大きさおよび対象ｏｂの左右方向への移動速度によって優先順位が決定されてよい。
図７は、画像情報の出力、輪郭検出および照射制御のタイミングを例示する図である。画像情報取得部１４１は、ラインバッファに一時的に記憶した８ライン分の部分情報（例えば第１の部分情報５１）を輪郭検出部１４２に出力する。画像情報取得部１４１は、この例において１ライン分の部分情報を８回に分けて輪郭検出部１４２に出力する。輪郭検出部１４２は１ライン分の部分情報を取得する度に輪郭検出を実行する。輪郭検出部１４２は第１の部分情報５１の輪郭検出を実行して、第１の輪郭の情報６１を照射制御部１４３に出力する。照射制御部１４３は、第１の輪郭の情報６１に基づいて、空間における対象ｏｂの輪郭に対応する方向に照射系１１１が電磁波を照射するように制御する。このとき、画像情報取得部１４１は、ラインバッファに一時的に記憶した８ライン分の部分情報（例えば第２の部分情報５２）を輪郭検出部１４２に出力する。輪郭検出部１４２は第２の部分情報５２の輪郭検出を実行して、第２の輪郭の情報６２を照射制御部１４３に出力する。照射制御部１４３は、第２の輪郭の情報６２に基づいて、空間における対象ｏｂの輪郭に対応する方向に照射系１１１が電磁波を照射するように制御する。このように、一部の画像情報である部分情報を単位として、画像情報取得部１４１、輪郭検出部１４２および照射制御部１４３が並行して処理を実行する。このとき、画像を取得してから照射系１１が電磁波を照射するまでの遅延には、部分情報をラインバッファに記憶する際の遅延と、輪郭検出処理による遅延が含まれる。
（電磁波検出方法）
本実施形態に係る電磁波検出装置１０の制御部１４は、例えば図８のフローチャートに従って１フレーム分の電磁波検出を実行する。
制御部１４の画像情報取得部１４１は、第１の検出部２０から対象ｏｂが存在する空間の画像情報を取得する（ステップＳ１）。制御部１４の画像情報取得部１４１は、画像情報をフレーム全体でなく、一部の部分情報単位で取得する。
制御部１４の輪郭検出部１４２は、画像情報取得部１４１から出力された部分情報に含まれる対象ｏｂの輪郭を検出する（ステップＳ２）。
制御部１４の照射制御部１４３は、照射系１１１に、空間における対象ｏｂの輪郭に対応する方向に電磁波を照射させる。制御部１４は、並行して、次の部分情報を設定する（ステップＳ３）。次の部分情報の設定は、例えば第１の部分情報５１に基づいて電磁波を照射させる制御を実行する場合に、次の第２の部分情報５２を取得可能なように、制御部１４におけるパラメータ（具体例としてライン位置を指定する変数）を変更することである。
制御部１４は、１フレーム分の画像情報を取得し終えた場合に（ステップＳ４のＹｅｓ）、一連の処理を終了する。制御部１４は、１フレーム分の画像情報を取得していない場合に（ステップＳ４のＮｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。
以上のように、本実施形態に係る電磁波検出装置１０は、上記の構成によって空間における対象ｏｂの輪郭に対応する方向に電磁波を照射する。そのため、電磁波検出装置１０は、電磁波の検出の解像度を高くしなくても、対象ｏｂが存在する位置に確実に電磁波を照射することができる。したがって、画像を取得するタイミングと電磁波を検出するタイミングのずれを小さくすることができる。
また、電磁波検出装置１０は、第１の部分情報５１を取得し、第１の部分情報５１から得られる第１の輪郭の情報６１に基づいて輪郭位置の方向に電磁波を照射させるとともに、第２の部分情報５２を取得することが好ましい。電磁波検出装置１０は、このような並行処理によって、画像を取得するタイミングと電磁波を検出するタイミングのずれをさらに小さくすることができる。すなわち、対象ｏｂの画像が取得されたタイミングと、当該対象ｏｂについての測距測定を行うタイミングのずれをさらに小さくできる。
本実施例では、対象ｏｂの輪郭に対応する方向に対して電磁波を照射するように構成したが、部分情報から対象ｏｂの輪郭が検出できない場合、または、検出できた輪郭部分が上限値より少ない場合には、上限値の範囲内で輪郭が検出できていない箇所に対応する方向に対しても電磁波を照射させてよい。この場合、電磁波検出装置１０は、例えば等間隔に電磁波を照射させるなどしてよい。
（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、電磁波検出装置１０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、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、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、電磁波検出装置１０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。
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９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、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、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。
本実施形態において、制御部１４は演算部１４５を備える。本実施形態に係る電磁波検出装置１０は、演算部１４５が対象ｏｂまでの距離を測定し、測距装置としての機能を備える。ここで、電磁波検出装置１０は距離を測定するものに限定されない。例えば、電磁波検出装置１０は、路上の障害物である対象ｏｂの存在を検知して警告するものであってよい。このとき、制御部１４は演算部１４５を含まない構成であってよい。また、演算部１４５は、制御部１４に含まれるのでなく、制御部１４と別に設けられてよい。
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
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
５０ 撮像画像
５１ 第１の部分情報
５２ 第２の部分情報
５３ 第３の部分情報
６０ 輪郭画像
６１ 第１の輪郭の情報
６２ 第２の輪郭の情報
６３ 第３の輪郭の情報
１１０ 受光系
１１１ 照射系
１４１ 画像情報取得部
１４２ 輪郭検出部
１４３ 照射制御部
１４４ 受光制御部
１４５ 演算部
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 対象

Claims (10)

  1. 対象が存在する空間の画像情報を取得する画像情報取得部と、
    前記画像情報に含まれる前記対象の輪郭を検出する輪郭検出部と、
    前記空間に電磁波を照射する照射系と、
    前記照射系を制御して、前記空間における前記対象の輪郭に対応する方向に前記電磁波を照射させる照射制御部と、
    前記電磁波が前記対象で反射した反射波を検出する第１の検出部と、を備える、電磁波検出装置。
  2. 前記照射制御部は、前記対象の輪郭でない部分に対応する方向には、前記電磁波を照射させない、請求項１に記載の電磁波検出装置。
  3. 前記照射制御部は、前記対象の輪郭の数が、前記照射系が前記電磁波を照射して前記第１の検出部が前記反射波を検出するまでの時間に基づいて定められる上限値を超える場合に、前記上限値を超えない優先順位の高い前記対象の輪郭に対応する方向に前記電磁波を照射させる、請求項１または２に記載の電磁波検出装置。
  4. 前記優先順位は、前記空間の画像の中心に近い前記対象の輪郭が高くなるように定められる、請求項３に記載の電磁波検出装置。
  5. 前記画像情報取得部は、前記空間の一部の画像情報である第１の部分情報と、前記第１の部分情報と異なる前記空間の一部の画像情報である第２の部分情報を取得し、
    前記輪郭検出部は、前記第１の部分情報に基づき前記対象の輪郭である第１の輪郭を検出した後に、前記第２の部分情報に基づき前記対象の輪郭である第２の輪郭を検出し、
    前記照射制御部は、前記空間における前記第１の輪郭に対応する方向に前記電磁波を照射した後に、前記空間における前記第２の輪郭に対応する方向に前記電磁波を照射させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
  6. 前記照射系が、前記第１の輪郭に対応する方向に前記電磁波を照射している間に、前記画像情報取得部が前記第２の部分情報を取得する、請求項５に記載の電磁波検出装置。
  7. 前記反射波を含む電磁波を第１の方向および第２の方向に進行するように分離する分離部と、
    前記第１の方向に進行した電磁波を検出する第２の検出部と、を備え、
    前記画像情報取得部は、前記第２の検出部の検出情報に基づく前記空間の画像情報を取得する、請求項１から６のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
  8. 前記第２の方向に進行した電磁波を、第３の方向へ進行させる第１の状態、または第４の方向に進行させる第２の状態に切替え可能な複数の切替素子を有する切替部と、
    前記照射系から出力された電磁波の照射方向または照射位置に応じて、前記複数の切替素子のそれぞれを前記第１の状態または前記第２の状態に切替える受光制御部と、を備え、
    前記分離部は前記反射波を前記第２の方向に進行させ、
    前記第１の検出部は、前記第３の方向へ進行する電磁波を検出可能な位置に配置されている、請求項７に記載の電磁波検出装置。
  9. 前記対象の所定位置についての画像情報を取得するための光と、前記第１の検出部が検出する前記所定位置からの前記反射波と、の光軸が一致するように構成された、請求項１から６のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
  10. 対象が存在する空間の画像情報を取得する画像情報取得部と、
    前記画像情報に含まれる前記対象の輪郭を検出する輪郭検出部と、
    前記空間に電磁波を照射する照射系と、
    前記照射系を制御して、前記空間における前記対象の輪郭に対応する方向に前記電磁波を照射させる照射制御部と、
    前記電磁波が前記対象で反射した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、を備える、測距装置。
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