JPWO2018139525A1 - 検出装置、対象物までの距離を検出する方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

検出装置（１０）は、送信器（１１０）、受信器（１２０）及び制御部（１４０）を備えている。送信器（１１０）は、電磁波を送信可能である。受信器（１２０）は、信号（Ｓ１）、すなわち、送信器（１１０）から送信されて対象物（Ｏ）で反射した電磁波を受信可能である。制御部（１４０）は、受信器（１２０）の瞬間視野（所謂ＩＦＯＶ（Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ））の大きさを制御する。

Description

本発明は、検出装置、対象物までの距離を検出する方法、プログラム及び記憶媒体に関する。

対象物までの距離を検出するため、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）を用いた検出装置を用いることがある。特許文献１には、このような検出装置の一例について記載されている。この検出装置は、送信器及び受信器を備えている。送信器は、電磁波、具体的には、光を送信する。送信器から送信された光は、対象物で反射する。対象物から反射した光は、受信器によって受信される。検出装置は、送信器から光が送信された受信器が光を受信するまでの時間に基づいて、対象物までの距離を算出することができる。このような検出装置においては、送信器から送信されて対象物で反射した光は、ＩＦＯＩ（Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）を照射可能であり、受信器は、ＩＦＯＶ（Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）内に入り込んだ光を受信可能である。

特開２０１１−９５２０８号公報

ＩＦＯＩの形状とＩＦＯＶの形状が互いに同一となり、かつＩＦＯＩとＩＦＯＶが互いにずれることなく重なるように送信器及び受信器を設計しても、実際には、種々の要因（例えば、光学系の配置）によってＩＦＯＩの形状が設計上の形状から変形することがある。特にＩＦＯＩの一部がＩＦＯＶと重ならないようにＩＦＯＩの形状が変形すると、送信器から送信されて対象物で反射した電磁波を十分に高いレベル及び十分に高いＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）で検出することができなくなる。

本発明が解決しようとする課題としては、送信器から送信されて対象物で反射した電磁波を高レベル及び高ＳＮＲで検出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、
電磁波を送信可能な送信器と、
前記送信器から送信されて対象物で反射された電磁波を受信可能な受信器と、
前記受信器の瞬間視野の大きさを制御する制御部と、
を備える検出装置である。

請求項１４に記載の発明は、
送信器と受信器とを用いて対象物までの距離を検出する方法であって、
前記受信器の瞬間視野の大きさを制御して、前記送信器から送信されて対象物から反射された電磁波を前記受信器で受信することを含む方法である。

請求項１５に記載の発明は、
請求項１４に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

請求項１６に記載の発明は、
請求項１５に記載のプログラムを記憶した記憶媒体である。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

実施形態に係る検出装置を示す図である。 受信器のＩＦＯＶと、信号のＩＦＯＩとの関係を説明するための図である。 制御部によって受信器のＩＦＯＶの大きさを制御する方法の第１例を説明するための図である。 制御部によって受信器のＩＦＯＶの大きさを制御する方法の第２例を説明するための図である。 受信器の詳細の一例を示す図である。 受信器の詳細の一例を説明するための図である。 受信器の詳細の一例を説明するための図である。 図６及び図７における制御部の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 実施例１に係る検出装置を示す図である。 図９の変形例を示す図である。 実施例２に係る検出装置を示す図である。 図１１の変形例を示す図である。 実施例３に係る検出装置を示す図である。 実施例４に係る検出装置を示す図である。 図１４の変形例を示す図である。 図１４又は図１５に示した記憶部に記憶されたテーブルの第１例を示す図である。 図１４又は図１５に示した記憶部に記憶されたテーブルの第２例を示す図である。 図１４又は図１５に示した記憶部に記憶されたテーブルの第３例を示す図である。 図１４又は図１５に示した記憶部に記憶されたテーブルの第４例を示す図である。 実施例５に係る検出装置を示す図である。 図２０に示した検出装置の詳細の一例を説明するための図である。 図２０に示したネットワーク内に記憶されたテーブルの第１例を示す図である。 図２０に示したネットワーク内に記憶されたテーブルの第２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。

図１は、実施形態に係る検出装置１０を示す図である。

図１を用いて、検出装置１０の概要について説明する。検出装置１０は、送信器１１０、受信器１２０及び制御部１４０を備えている。送信器１１０は、電磁波を送信可能である。受信器１２０は、信号Ｓ１、すなわち、送信器１１０から送信されて対象物Ｏで反射された電磁波を受信可能である。制御部１４０は、受信器１２０の瞬間視野（所謂ＩＦＯＶ（Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ））の大きさを制御する。

上述した構成によれば、信号Ｓ１、すなわち、送信器１１０から送信されて対象物Ｏで反射した電磁波を高レベル及び高ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）で検出することが可能となる。具体的には、図２を用いて後述するように、制御部１４０は、信号Ｓ１の瞬間的な電磁波の照射範囲（ＩＦＯＩ（Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ））の形状及び受信器１２０の外部から受信器１２０のＩＦＯＶに入り込むノイズのレベルに応じて、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御することができる。信号Ｓ１のＩＦＯＩの形状に応じて受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御することで、信号Ｓ１を高レベルで検出することが可能となる。さらに、受信器１２０の外部から受信器１２０のＩＦＯＶに入り込むノイズのレベルに応じて受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御することで、信号Ｓ１を高ＳＮＲで検出することが可能となる。

次に、図１を用いて、検出装置１０の詳細について、説明する。検出装置１０は、送信器１１０、受信器１２０、第１算出部１３０及び制御部１４０を備えている。

送信器１１０は、電磁波を送信可能である。送信器１１０は、一例において、光（例えば、紫外線、可視光線又は赤外線）を送信可能であり、他の例において、電波を送信可能である。送信器１１０が光を送信可能であるとき、検出装置１０は、ＬＩＤＡＲ（ＬＩｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）として機能することができる。送信器１１０が光を送信可能であるとき、送信器１１０は、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）とすることができる。送信器１１０が電波を送信可能であるとき、送信器１１０は、ＲＡＤＡＲ（ＲＡｄｉｏ Ｄｅｔｅｃｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）として機能することができる。

送信器１１０から送信された電磁波は、対象物Ｏによって反射される。対象物Ｏから反射した電磁波は、受信器１２０によって受信される。

一例において、受信器１２０は、アバランシェダイオード（ＡＤ）を含んでおり、特に受信器１２０が光を受信する場合は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を含んでいてもよい。この例において、受信器１２０は、対象物Ｏから反射した電磁波をＡＰＤに受信させることができる。

第１算出部１３０は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）に基づいて、対象物Ｏまでの距離を測定することができる。具体的には、第１算出部１３０は、送信器１１０から電磁波が送信されて受信器１２０が電磁波を受信するまでの時間に基づいて、検出装置１０から対象物Ｏまでの距離を算出することができる。

制御部１４０は、受信器１２０を制御しており、具体的には、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御している。制御部１４０は、例えば、回路とすることができる。さらに、コンピュータが、制御部１４０に受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御させるようにしてもよい。一例において、プログラムがコンピュータに上述した方法を実行させることができる。このプログラムは記憶媒体に記憶させることができる。

図２は、受信器１２０のＩＦＯＶと、信号Ｓ１のＩＦＯＩとの関係を説明するための図である。図２（ａ）では、ＩＦＯＩの形状が理想的な形状となっているのに対し、図２（ｂ）から図２（ｄ）では、ＩＦＯＩの形状が実際的な形状となっている。図２（ａ）に示す形状はＩＦＯＩの形状にとって理想的であるが、ＩＦＯＩ形状は、実際には、種々の要因（例えば、光学系の配置）によって、図２（ｂ）から図２（ｄ）に示すように、図２（ａ）の理想的な形状から変形することがある。

図２（ａ）は、ＩＦＯＩの形状がＩＦＯＶの形状とほぼ同一で円あり、かつＩＦＯＩの全体がＩＦＯＶと重なっている例を示している。図２（ａ）において信号Ｓ１を受信器１２０で受信すると、信号Ｓ１の全体が検出され、かつ受信器１２０の外部から受信器１２０のＩＦＯＶに入り込むノイズが少なく抑えられ、信号Ｓ１を高レベル及び高ＳＮＲで検出することができる。

図２（ｂ）は、ＩＦＯＩの形状が楕円に変形し、かつＩＦＯＩの一部がＩＦＯＶの外側に位置していてＩＦＯＶと重なっていない点を除いて、図２（ａ）に示した例と同様の例を示している。ＩＦＯＩは、ＩＦＯＶと重なる領域（重複領域ＯＲ）を有しており、ＩＦＯＶは、ＩＦＯＩと重ならない領域（非重複領域ＮＯＲ）を有している。図２（ｂ）において信号Ｓ１を受信器１２０で受信したとしても、信号Ｓ１の一部（つまり、重複領域ＯＲに相当する部分）しか検出されず、このため、信号Ｓ１を十分に高いレベル及び十分に高いＳＮＲで検出することができない。

図２（ｃ）は、ＩＦＯＶの大きさが大きくなっており、かつＩＦＯＶがＩＦＯＩの全体と重なっている点を除いて、図２（ｂ）に示した例と同様の例を示している。図２（ｃ）において信号Ｓ１を受信器１２０で受信すると、信号Ｓ１の全体が検出され、信号Ｓ１を最大レベルで検出することができる。しかしながら、図２（ｃ）では、ＩＦＯＶに入り込む単位面積当たりのノイズのレベルが高い場合は、ＩＦＯＶの非重複領域ＮＯＲが大きいために、信号Ｓ１を十分に高いＳＮＲで検出することができない。したがって、図２（ｃ）に示す条件は、ＩＦＯＶに入り込む単位面積当たりのノイズのレベルがある程度低い場合に受信器１２０が好適に動作させることを可能にする条件であるといえる。

図２（ｄ）は、ＩＦＯＶの大きさが図２（ｂ）のＩＦＯＶの大きさより大きく、図２（ｃ）のＩＦＯＶの大きさより小さく、ＩＦＯＩの一部がＩＦＯＶの外側に位置していてＩＦＯＶと重なっていない点を除いて、図２（ｃ）に示した例と同様の例を示している。図２（ｄ）において信号Ｓ１を受信器１２０で受信すると、信号Ｓ１の大部分が検出され、信号Ｓ１を十分に高いレベルで検出することができる。さらに、図２（ｄ）では、ＩＦＯＶに入り込む単位面積当たりのノイズのレベルが高い場合であっても、ＩＦＯＶの非重複領域ＮＯＲが小さいために、信号Ｓ１を十分に高いＳＮＲで検出することができる。しかしながら、ＩＦＯＶに入り込む単位面積当たりのノイズのレベルがある程度低い場合は、受信器１２０を図２（ｃ）に示した条件で動作させても、信号Ｓ１を十分に高いＳＮＲで検出することができ、かつ信号Ｓ１を図２（ｄ）に示す例におけるレベルよりも高いレベルで検出することができる。したがって、図２（ｄ）に示す条件は、ＩＦＯＶに入り込む単位面積当たりのノイズのレベルがある程度高い場合に受信器１２０を好適に動作させることを可能にする条件であるといえる。

図３は、制御部１４０によって受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御する方法の第１例を説明するための図である。

図３の上側のグラフは、ＩＦＯＩの形状が図２（ａ）に示したように理想的な形状の場合に信号Ｓ１によって受信器１２０から発生する信号のＳＮＲ及びＩＦＯＩの形状が図２（ｂ）から図２（ｄ）に示したように変形している場合に信号Ｓ１によって受信器１２０から発生する信号のＳＮＲを示している。

図３の下側のグラフは、ＩＦＯＩの形状が図２（ａ）に示したように理想的な形状の場合に信号Ｓ１によって受信器１２０から発生する信号のレベル、ＩＦＯＩの形状が図２（ｂ）から図２（ｄ）に示したように変形した場合に信号Ｓ１によって受信器１２０から発生する信号のレベル、外部ノイズ（受信器１２０の外部から受信器１２０のＩＦＯＶに入り込むノイズ）によって受信器１２０から発生する信号のレベル及び内部ノイズ（電磁波とは異なる要因によって発生するノイズ：例えば、受信器１２０を構成する回路から発生するノイズ）によって受信器１２０から発生する信号のレベルを示している。

図３に示す例では、受信器１２０のＩＦＯＶに入り込む単位面積当たりのノイズのレベルが低くなっており、具体的には、図３の下側のグラフに示すように、外部ノイズによって発生する信号のレベルが、内部ノイズによって発生する信号のレベルよりも低くなっている。

ＩＦＯＩの形状が図２（ａ）に示したように理想的な形状の場合、信号Ｓ１によって発生する信号のＳＮＲは、図３の上側のグラフに示すように、ＩＦＯＶの大きさの増加にともなって低下する。これは、ＩＦＯＶの大きさの増加によって、外部ノイズのレベルが増加するためである。

ＩＦＯＩの形状が図２（ｂ）から図２（ｄ）に示したように変形している場合、ＩＦＯＶの大きさが増加すると、図３の下側のグラフに示すように、信号Ｓ１によって発生する信号のレベルが増加し、図３の上側のグラフに示すように、信号Ｓ１によって発生する信号のＳＮＲが増加する。特に図３に示す例では、信号Ｓ１によって発生する信号のレベルは、信号Ｓ１によって発生する信号のＳＮＲが最大となるときのＩＦＯＶの大きさにおいて最大に達する。つまり、受信器１２０のＩＦＯＶに入り込む単位面積当たりのノイズのレベルがある程度低い場合、制御部１４０は、信号Ｓ１によって発生する信号のＳＮＲ及び信号Ｓ１によって発生する信号のレベルの双方が最大となるようにＩＦＯＶの大きさを制御することができる。

図４は、制御部１４０によって受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御する方法の第２例を説明するための図である。図４に示す例は、以下の点を除いて、図３に示す例と同様である。

図４に示す例では、受信器１２０のＩＦＯＶに入り込む単位面積当たりのノイズのレベルが高くなっており、具体的には、図４の下側のグラフに示すように、外部ノイズによって発生する信号のレベルが、内部ノイズによって発生する信号のレベルよりも低くなっている。

ＩＦＯＩの形状が図２（ａ）に示したように理想的な形状の場合、信号Ｓ１によって発生する信号のＳＮＲは、図４の上側のグラフに示すように、ＩＦＯＶの大きさの増加にともなって低下する。これは、ＩＦＯＶの大きさの増加によって、外部ノイズのレベルが増加するためである。

ＩＦＯＩの形状が図２（ｂ）から図２（ｄ）に示したように変形している場合、ＩＦＯＶの大きさが増加すると、図４の下側のグラフに示すように、信号Ｓ１によって発生する信号のレベルが増加し、図４の上側のグラフに示すように、信号Ｓ１によって発生する信号のＳＮＲが増加する。特に図４に示す例では、信号Ｓ１によって発生する信号のレベルは、信号Ｓ１によって発生する信号のＳＮＲが最大値となるときのＩＦＯＶの大きさにおいて最大値に達しておらず、信号Ｓ１によって発生する信号のＳＮＲは、信号Ｓ１によって発生する信号のレベルが最大値に達したときのＩＦＯＶの大きさにおいて最大値よりも小さくなっている。つまり、受信器１２０のＩＦＯＶに入り込む単位面積当たりのノイズのレベルがある程度高い場合、制御部１４０は、信号Ｓ１によって発生する信号のＳＮＲ及び信号Ｓ１によって発生する信号のレベルの双方ができる限り大きくなるように、特に図４に示す例では、例えば、信号Ｓ１によって発生する信号のＳＮＲが最大となるようにＩＦＯＶの大きさを制御することができる。

図２、図３及び図４から明らかなように、制御部１４０は、信号Ｓ１のＩＦＯＩの形状に応じて、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御することができる。信号Ｓ１のＩＦＯＩの形状に応じて受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御することで、信号Ｓ１を高レベルで検出することが可能となる。特に、信号Ｓ１のＩＦＯＩの全体が受信器１２０のＩＦＯＶと重なると、信号Ｓ１によって受信器１２０から発生する信号のレベルが最大となる。

さらに、制御部１４０は、受信器１２０の外部から受信器１２０のＩＦＯＶに入り込むノイズのレベルに応じて、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御することができる。受信器１２０の外部から受信器１２０のＩＦＯＶに入り込むノイズのレベルに応じて受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御することで、信号Ｓ１を高ＳＮＲで検出することが可能となる。

図５は、受信器１２０の詳細の一例を示す図である。

受信器１２０は、複数の受信素子１２０ａを含んでいる。複数の受信素子１２０ａは、２次元アレイ状に配置されている。一例において、各受信素子１２０ａは、アバランシェダイオード（ＡＤ）にすることができ、特に受信素子１２０ａが光を受信するときはアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）にすることができる。他の例において、各受信素子１２０ａは、フォトダイオード（ＰＤ）であってもよい。この例において、複数の受信素子１２０ａは、撮像素子、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサを構成することができる。

図５に示す例では、ハッチングされているものが電磁波を受信した受信素子１２０ａを示しており、ハッチングされていないものが電磁波を受信していない受信素子１２０ａを示している。したがって、制御部１４０（図１）は、信号Ｓ１（図１）のＩＦＯＩ（例えば、図２）の形状を、複数の受信素子１２０ａのそれぞれの受信結果（電磁波の受信の有無）に基づいて判断することができる。

図６及び図７の各図は、受信器１２０の詳細の一例を説明するための図である。

受信器１２０は、光学系２００、受光素子２１０、駆動部２２０、ホルダ２３０、シャフト２３２及びシャフト２３４を有している。

光学系２００は、信号Ｓ１を焦点距離離れた位置に収束させている。光学系２００は、第１レンズ群２０２及び第２レンズ群２０４を有しており、ズームレンズとして機能している。具体的には、第１レンズ群２０２は固定されているのに対し、第２レンズ群２０４は可動になっている。第２レンズ群２０４を移動させると、第１レンズ群２０２に対する焦点の位置は一定のまま、焦点距離が変動する。

受光素子２１０は、光学系２００によって収束された電磁波を受信する。受光素子２１０は、光学系２００の焦点と重なっている。一例において、受光素子２１０は、アバランシェダイオード（ＡＤ）であり、特に受光素子２１０が光を受信する場合は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）とすることができる。

駆動部２２０は、ホルダ２３０、シャフト２３２及びシャフト２３４を用いて、光学系２００の第２レンズ群２０４を移動させる。具体的には、ホルダ２３０は、光学系２００の第２レンズ群２０４を保持しており、シャフト２３２及びシャフト２３４に移動可能に取り付けられている。駆動部２２０は、ホルダ２３０をシャフト２３２及びシャフト２３４に沿って移動させることで、光学系２００の第２レンズ群２０４をシャフト２３２及びシャフト２３４に沿って移動させている。

制御部１４０は、駆動部２２０を制御しており、特に、光学系２００の焦点距離を制御している。光学系２００の焦点距離することで、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御することができる。具体的には、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさは、光学系２００の焦点距離に応じて変動し、特に、光学系２００の焦点距離が短くなるほど大きくなる。図６に示す例では、光学系２００の焦点距離が短くなっており、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさは大きくすることができる。これに対して図７に示す例では、光学系２００の焦点距離が長くなっており、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを小さくすることができる。

図８は、図６及び図７における制御部１４０の動作の一例を説明するためのフローチャートである。

図８に示す例において、制御部１４０は、以下のようにして、光学系２００の最適な焦点距離を決定することができる。

まず、制御部１４０は、焦点距離を、当該焦点距離が増加する側及び減少する側の一方に向けて変動させる（ステップＳ１００）。つまり、制御部１４０は、第２レンズ群２０４が第１レンズ群２０２に近づくように又は第１レンズ群２０２から離れるように第２レンズ群２０４を移動させる。ここで、当該ステップＳ１００で制御部１４０が焦点距離を変動させた側を「第１レベル」と定義して説明することとする。

次いで、制御部１４０は、焦点距離の変動後における信号Ｓ１のＳＮＲが良化したか否かを判断する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０において焦点距離の変動後における信号Ｓ１のＳＮＲが良化したときは、制御部１４０は、光学系２００の焦点距離を第１レベルに向けてさらに変動させる（ステップＳ２００）。次いで、制御部１４０は、焦点距離の変動後における信号Ｓ１のＳＮＲが良化したか否かを判断する（ステップＳ２１０）。信号Ｓ１のＳＮＲが良化する限り、制御部１４０は、ステップＳ２００及びステップＳ２１０を繰り返す。これに対して、焦点距離の変動後における信号Ｓ１のＳＮＲが悪化したしたときは、制御部１４０は、焦点距離を、第１レベルの反対側の第２レベル（第１レベルが、焦点距離が増加する側であるとき、第２レベルは、焦点距離が減少する側となり、第１レベルが、焦点距離が減少する側であるとき、第２レベルは、焦点距離が増加する側となる。）に向けて変動させる（ステップＳ２２０）。

一例において、ステップＳ２２０における焦点距離の変動距離は、ステップＳ２２０の直前のステップＳ２００における焦点距離の変動距離と実質的に等しくすることができる。ステップＳ２１０において信号Ｓ１のＳＮＲが悪化したときは、その直前における焦点距離が最適な焦点距離である可能性が高い。上述した例では、焦点距離をこのような最適な焦点距離にすることができる。

ステップＳ２１０において信号Ｓ１のＳＮＲが良化もせず悪化もしないで一定のときは、制御部１４０は、焦点距離を第１レベルに向けても第２レベルに向けても変動させずに、その時点における焦点距離を最適な焦点距離として決定してもよい。

ステップＳ１１０において焦点距離の変動後における信号Ｓ１のＳＮＲが悪化したときは、制御部１４０は、光学系２００の焦点距離を第２レベルに向けて変動させる（ステップＳ３００）。次いで、制御部１４０は、焦点距離の変動後における信号Ｓ１のＳＮＲが良化したか否かを判断する（ステップＳ３１０）。信号Ｓ１のＳＮＲが良化する限り、制御部１４０は、ステップＳ３００及びステップＳ３１０を繰り返す。これに対して、焦点距離の変動後における信号Ｓ１のＳＮＲが悪化したしたときは、制御部１４０は、焦点距離を第１レベルに向けて変動させる（ステップＳ３２０）。

一例において、ステップＳ３２０における焦点距離の変動距離は、ステップＳ３２０の直前のステップＳ３００における焦点距離の変動距離と実質的に等しくすることができる。ステップＳ３１０において信号Ｓ１のＳＮＲが悪化したときは、その直前における焦点距離が最適な焦点距離である可能性が高い。上述した例では、焦点距離をこのような最適な焦点距離にすることができる。

ステップＳ３１０において信号Ｓ１のＳＮＲが良化もせず悪化もしないで一定のときは、制御部１４０は、焦点距離を第１レベルに向けても第２レベルに向けても変動させずに、その時点における焦点距離を最適な焦点距離として決定してもよい。

以上、本実施形態によれば、送信器１１０から送信されて対象物Ｏで反射した電磁波を高レベル及び高ＳＮＲで検出することが可能となる。

（実施例１）
図９は、実施例１に係る検出装置１０を示す図であり、実施形態の図１に対応する。本実施例に係る検出装置１０は、以下の点を除いて、実施形態に係る検出装置１０と同様である。

検出装置１０は、第２算出部１５０を備えている。制御部１４０は、第２算出部１５０の算出結果に基づいて、外部ノイズ（受信器１２０の外部から受信器１２０のＩＦＯＶに入り込むノイズ）のレベルを判断することができる。

図９に示す例では、第２算出部１５０は、受信器１２０の受信結果に基づいて、外部ノイズ（受信器１２０の外部から受信器１２０のＩＦＯＶに入り込むノイズ）のレベルを算出し、特に、送信器１１０から電磁波が送信されるタイミングに基づいて、外部ノイズのレベルを算出する。検出装置１０から対象物Ｏまでの距離が予めある程度の範囲内で決まっている場合は、送信器１１０から電磁波が送信されて受信器１２０が電磁波を受信するまでの時間もある程度の範囲内で決まる。したがって、受信器１２０から発生する信号のレベルを送信器１１０による電磁波の送信のタイミングに基づいて算出することで、第２算出部１５０は、受信器１２０が信号Ｓ１を受信していないタイミングで発生する信号（つまり、外部ノイズによって受信器１２０から発生するノイズ）のレベルを算出することができる。なお、この信号のレベルは、例えば、当該信号のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）によって決定することができる。

図１０は、図９の変形例を示す図である。制御部１４０は、以下のようにして、外部ノイズのレベルを判断してもよい。

検出装置１０は、受信器１２２を備えている。第２算出部１５０は、受信器１２２の受信結果に基づいて、外部ノイズのレベルを算出する。具体的には、受信器１２２は、信号Ｓ１が受信器１２２に入力されない位置に配置されている。このため、受信器１２２は、受信器１２０のＩＦＯＶに入り込み得るノイズのみを受信するようになっている。したがって、制御部１４０は、第２算出部１５０の算出結果に基づいて、外部ノイズのレベルを判断することができる。

（実施例２）
図１１は、実施例２に係る検出装置１０を示す図であり、実施形態の図１に対応する。本実施例に係る検出装置１０は、以下の点を除いて、実施形態に係る検出装置１０と同様である。

検出装置１０は、第３算出部１６０を備えている。制御部１４０は、第３算出部１６０の算出結果に基づいて、内部ノイズ（電磁波とは異なる要因によって発生するノイズ：例えば、受信器１２０を構成する回路から発生するノイズ）のレベルを判断することができる。

図１１に示す例では、検出装置１０は、シャッタ１６２を備えている。シャッタ１６２は、開閉可能になっている。シャッタ１６２が開いている場合、受信器１２０は、検出装置１０の外部からの電磁波を受信することができる。シャッタ１６２が閉じている場合、受信器１２０は、検出装置１０の外部からの電磁波から遮断される。第３算出部１６０は、シャッタ１６２が閉じている場合に受信器１２０から発生する信号のレベルを算出することで、内部ノイズによって受信器１２０から発生する信号のレベルを算出することができる。なお、この信号のレベルは、例えば、当該信号のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）によって決定することができる。

図１２は、図１１の変形例を示す図である。制御部１４０は、以下のようにして、内部ノイズのレベルを判断してもよい。

制御部１４０は、受信器１２０が信号Ｓ１を受信しても受信器１２０から信号が発生しないように受信器１２０を制御している。一例において、受信器１２０がアバランシェダイオード（ＡＤ）を含んでいる場合は、制御部１４０は、受信器１２０が信号Ｓ１を受信しても受信器１２０から信号が発生しないように、ＡＤに印加する逆バイアス電圧を小さくすることができる。第３算出部１６０は、制御部１４０が受信器１２０を上述したように制御しているタイミングで受信器１２０から発生する信号のレベルを算出することで、内部ノイズによって受信器１２０から発生する信号のレベルを算出することができる。

（実施例３）
図１３は、実施例３に係る検出装置１０を示す図であり、実施形態の図１に対応する。本実施例に係る検出装置１０は、以下の点を除いて、実施形態に係る検出装置１０と同様である。

検出装置１０は、受信器１２２を備えている。受信器１２２は、受信器１２０と同様にして、信号Ｓ１を受信可能な位置に設けられている。受信器１２２は、図５に示した受信器１２０と同様にして、複数の受信素子１２０ａを含んでいる。つまり、本実施例３においては、信号Ｓ１のＩＦＯＩの形状を認識するための受信器１２２が、受信器１２０とは別に設けられている。したがって、制御部１４０は、信号Ｓ１のＩＦＯＩの形状を、受信器１２２の受信結果（すなわち、複数の受信素子１２０ａのそれぞれの受信結果）に基づいて判断することができる。したがって、制御部１４０は、制御対象の受信器（受信器１２０）とは異なる受信器（受信器１２２）の受信結果に基づいて、ＩＦＯＶの大きさを制御することができる。

（実施例４）
図１４は、実施例４に係る検出装置１０を示す図であり、実施形態の図１に対応する。本実施例に係る検出装置１０は、以下の点を除いて、実施形態に係る検出装置１０と同様である。

検出装置１０は、記憶部１７０を備えている。記憶部１７０は、ノイズのレベルと、当該ノイズのレベルにおける受信器１２０のＩＦＯＶの大きさと、の予め決められた関係を記憶している。この関係において、ＩＦＯＶの大きさは、ノイズのレベルに対応した最適な大きさにすることができる。一例において、ＩＦＯＶの最適な大きさは、検出装置１０を予め動作させることで決定することができる。

制御部１４０は、受信器１２０におけるノイズ（例えば、外部ノイズ及び内部ノイズ）のレベルの検出結果と、記憶部１７０に記憶された上述した関係と、に従って、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御する。このようにして、制御部１４０は、受信器１２０におけるノイズのレベルに応じて、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御し、ＩＦＯＶの最適な大きさを決定することができる。

図１４に示す例において、記憶部１７０は、検出装置１０の内部に実装されている。一例において、記憶部１７０は、マイクロコンピュータ（例えば、集積回路（ＩＣ））にすることができる。

図１５は、図１４の変形例を示す図である。図１５に示すように、記憶部１７０は、検出装置１０の外部にあってもよい。一例において、記憶部１７０は、検出装置１０の外部のネットワークにすることができる。

図１６は、図１４又は図１５に示した記憶部１７０に記憶されたテーブルの第１例を示す図である。

記憶部１７０は、ノイズのレベル（外部ノイズＡ１、Ａ２、・・・及び内部ノイズＢ１、Ｂ２、・・・）と、当該ノイズのレベルにおける受信器１２０（例えば、図１４又は図１５）のＩＦＯＶの大きさＸ１、Ｘ２、・・・と、の予め決められた関係を記憶している。制御部１４０は、受信器１２０におけるノイズのレベル（外部ノイズのレベル及び内部ノイズのレベル）の検出結果に最も適合する外部ノイズ及び内部ノイズをテーブルから抽出し、抽出された外部ノイズ及び内部ノイズに対応するＩＦＯＶの大きさを最適なＩＦＯＶの大きさとして決定することができる。

図１７は、図１４又は図１５に示した記憶部１７０に記憶されたテーブルの第２例を示す図である。

記憶部１７０は、ノイズのレベル（外部ノイズＡ１、Ａ２、・・・及び内部ノイズＢ１、Ｂ２、・・・）と、当該ノイズのレベルにおける光学系２００（図６及び図７）の焦点距離Ｄ１、Ｄ２、・・・と、の予め決められた関係を記憶している。図６及び図７を用いて説明したように、光学系２００の焦点距離は、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさに対応している。制御部１４０は、受信器１２０におけるノイズのレベル（外部ノイズのレベル及び内部ノイズのレベル）の検出結果に最も適合する外部ノイズ及び内部ノイズをテーブルから抽出し、抽出された外部ノイズ及び内部ノイズに対応する焦点距離を最適な焦点距離（すなわち、最適なＩＦＯＶの大きさ）として決定することができる。

図１８は、図１４又は図１５に示した記憶部１７０に記憶されたテーブルの第３例を示す図である。

記憶部１７０は、ノイズのレベル（ノイズ比（内部ノイズに対する外部ノイズの比）Ｃ１、Ｃ２、・・・）と、当該ノイズのレベルにおける受信器１２０（例えば、図１４又は図１５）のＩＦＯＶの大きさＸ１、Ｘ２、・・・と、の予め決められた関係を記憶している。制御部１４０は、受信器１２０におけるノイズのレベル（内部ノイズに対する外部ノイズの比）の検出結果に最も適合するノイズ比（内部ノイズに対する外部ノイズの比）をテーブルから抽出し、抽出されたノイズ比に対応するＩＦＯＶの大きさを最適なＩＦＯＶの大きさとして決定することができる。

図１９は、図１４又は図１５に示した記憶部１７０に記憶されたテーブルの第４例を示す図である。

記憶部１７０は、ノイズのレベル（ノイズ比（内部ノイズに対する外部ノイズの比）Ｃ１、Ｃ２、・・・）と、当該ノイズのレベルにおける光学系２００（図６及び図７）の焦点距離Ｄ１、Ｄ２、・・・と、の予め決められた関係を記憶している。図６及び図７を用いて説明したように、光学系２００の焦点距離は、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさに対応している。制御部１４０は、受信器１２０におけるノイズのレベル（内部ノイズに対する外部ノイズの比）の検出結果に最も適合するノイズ比（内部ノイズに対する外部ノイズの比）をテーブルから抽出し、抽出されたノイズ比に対応する焦点距離を最適な焦点距離（すなわち、最適なＩＦＯＶの大きさ）として決定することができる。

（実施例５）
図２０は、実施例５に係る検出装置１０を示す図であり、実施形態の図１に対応する。本実施例に係る検出装置１０は、以下の点を除いて、実施形態に係る検出装置１０と同様である。

制御部１４０は、受信器１２０が置かれた環境を示す情報をネットワークＮＷから受信し、この情報に基づいて、外部ノイズ（受信器１２０の外部から受信器１２０のＩＦＯＶに入り込むノイズ）のレベルを判断することができる。

一例において、受信器１２０が置かれた環境を示す情報は、現在の天気状態である。外部ノイズのレベルは、天気状態に依存することがある。例えば、天気が晴れている場合は、外部ノイズのレベルは高くなるといえ、天気が曇り又は雨の場合は、外部ノイズのレベルは低くなるといえる。この例においては、受信器１２０は、現在の天気状態に基づいて、外部ノイズのレベルを判断することができる。

他の例において、受信器１２０が置かれた環境を示す情報は、現在の時刻である。外部ノイズのレベルは、太陽の有無に依存することがある。例えば、時刻が昼間の時刻である場合（つまり、太陽が存在する場合）は、外部ノイズのレベルは高くなるといえ、時刻が夜の時刻である場合（つまり、太陽が存在しない場合）は、外部ノイズのレベルは低くなるといえる。この例においては、受信器１２０は、現在の時刻に基づいて、外部ノイズのレベルを判断することができる。

図２１は、図２０に示した検出装置１０の詳細の一例を説明するための図である。図２１に示す例において、検出装置１０は、移動体２０に実装されている。特に図２１に示す例では、移動体２０は自動車である。ただし、他の例において、移動体２０は、例えば、バイク、列車、飛行機又は船舶であってもよい。

制御部１４０は、受信器１２０に対する太陽Ｓの現在の位置を示す情報をネットワークＮＷから受信してもよく、この情報に基づいて、外部ノイズのレベルを判断してもよい。特に、図２１（ａ）に示す例では、太陽Ｓは、受信器１２０の正面方向Ｄ１から仰角θに位置し、図２１（ｂ）に示す例では、太陽Ｓは、受信器１２０の正面方向Ｄ１から方位角φに位置している。仰角θが小さいほど外部ノイズのレベルは大きくなるといえ、方位角φが小さいほど外部ノイズのレベルは大きくなるといえる。

一例において、制御部１４０は、移動体２０（受信器１２０）の現在の位置を示す情報及び太陽Ｓの現在の位置を示す情報をネットワークＮＷから受信することができ、これらの情報に基づいて、受信器１２０に対する太陽Ｓの現在の位置を判断することができる。

図２２は、図２０に示したネットワークＮＷ内に記憶されたテーブルの第１例を示す図である。

ネットワークＮＷは、地図情報上における受信器１２０の現在位置Ｐ１、Ｐ２、・・・と、当該現在位置における受信器１２０のＩＦＯＶの大きさＸ１、Ｘ２、・・・と、の予め決められた関係を記憶している。ＩＦＯＶの最適な大きさは、地図情報上における受信器１２０（移動体２０）の現在位置によって決定可能な場合がある。この場合、ネットワークＮＷは、受信器１２０の現在位置に対応するＩＦＯＶの最適な大きさを記憶することができる。

制御部１４０は、受信器１２０の現在位置の検出結果と、ネットワークＮＷ内に記憶された上述した関係と、に従って、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさを制御する。具体的には、制御部１４０は、受信器１２０の現在位置の検出結果に最も適合する現在位置をテーブルから抽出し、抽出された現在位置に対応するＩＦＯＶの大きさを最適なＩＦＯＶの大きさとして決定することができる。

図２３は、図２０に示したネットワークＮＷ内に記憶されたテーブルの第２例を示す図である。
ネットワークＮＷは、地図情報上における受信器１２０の現在位置Ｐ１、Ｐ２、・・・と、当該現在位置における光学系２００（図６及び図７）の焦点距離Ｄ１、Ｄ２、・・・と、の予め決められた関係を記憶している。図６及び図７を用いて説明したように、光学系２００の焦点距離は、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさに対応している。ネットワークＮＷは、受信器１２０の現在位置に対応する最適な焦点距離、すなわち最適なＩＦＯＶの大きさを記憶することができる。

制御部１４０は、受信器１２０の現在位置の検出結果と、ネットワークＮＷ内に記憶された上述した関係と、に従って、光学系２００（図６及び図７）の焦点距離（すなわち、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさ）を制御する。具体的には、制御部１４０は、受信器１２０の現在位置の検出結果に最も適合する現在位置をテーブルから抽出し、抽出された現在位置に対応する焦点距離を最適な焦点距離（すなわち、最適なＩＦＯＶの大きさ）として決定することができる。

（実施例６）
上述した実施例に記載の送信器１１０は、対象物又は所定の計測領域を走査可能な構成としてもよい。例えば、送信器１１０は、電磁波の発生源（例えばレーザダイオード）から射出された電磁波を反射して、当該電磁波によって対象物Ｏ（又は所定の計測領域）を走査可能にする可動反射部を備えることとしてもよい。当該可動反射部は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーによって構成されていてもよい。この場合、可動反射部は、電磁波の発生源から照射された電磁波を、角度を変えながら反射する。これにより、送信器１１０は、様々な方向へ光を射出することができ、上述の走査が可能となる。

また、このような構成とした場合、制御部１４０は、可動反射部が発生源から射出された電磁波を反射する角度（即ち、送信器１１０が電磁波を照射する方向）に基づいて、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさ（光学系２００の焦点距離）を制御するようにしてもよい。

すなわち、上述のような走査が可能な送信器１１０は、一般的には走査可能な領域（計測領域）の中心に電磁波を射出したときの当該電磁波のＩＦＯＩが最適な形状（理想的な形状）となるように光学系が設計されている。この場合、収差等の影響により、射出された電磁波のＩＦＯＩの形状は、当該中心からの距離が遠いものほど、最適な形状からの変形量が増加する。言い換えれば、当該中心からの距離が遠いほど、ＩＦＯＩの形状が大きく変化する。

したがって、制御部１４０は、可動反射部が発生源から射出された電磁波を反射する角度（即ち、送信器１１０が電磁波を照射する方向）に基づいて、受信器１２０のＩＦＯＶの大きさ（光学系２００の焦点距離）を制御することで、上述した実施例と同様に、ＩＦＯＩの形状の変化に応じた受信が可能となる。

以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、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。

この出願は、２０１７年１月２７日に出願された日本出願特願２０１７−０１２７８５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。

Claims (16)

1. 電磁波を送信可能な送信器と、
   前記送信器から送信されて対象物で反射された電磁波を受信可能な受信器と、
   前記受信器の瞬間視野の大きさを制御する制御部と、
   を備える検出装置。
2. 請求項１に記載の検出装置において、
   前記制御部は、前記送信器から送信されて対象物で反射された電磁波の瞬間的な照射範囲の形状に応じて、前記受信器の瞬間視野の大きさを制御する検出装置。
3. 請求項１に記載の検出装置において、
   前記制御部は、前記受信器におけるノイズのレベルに応じて、前記受信器の瞬間視野の大きさを制御する検出装置。
4. 請求項２に記載の検出装置において、
   前記制御部は、前記受信器の外部から前記受信器の前記瞬間視野に入り込むノイズのレベルに応じて、前記受信器の前記瞬間視野の大きさを制御する検出装置。
5. 請求項２に記載の検出装置において、
   ２次元アレイ状に配置された複数の受信素子を備え、
   前記制御部は、前記電磁波の瞬間的な照射範囲の形状を、前記複数の受信素子のそれぞれの受信結果に基づいて判断する検出装置。
6. 請求項３に記載の検出装置において、
   ノイズのレベルと、前記ノイズのレベルにおける前記受信器の前記瞬間視野の大きさと、の予め決められた関係を記憶部が記憶しており、
   前記制御部は、前記受信器におけるノイズのレベルの検出結果と、前記記憶部に記憶された前記関係と、に従って、前記受信器の前記瞬間視野の大きさを制御する検出装置。
7. 請求項４に記載の検出装置において、
   前記制御部は、前記受信器の受信結果に基づいて、前記ノイズのレベルを判断する検出装置。
8. 請求項４に記載の検出装置において、
   前記制御部は、前記受信器とは異なる他の受信器の受信結果に基づいて、前記ノイズのレベルを判断する検出装置。
9. 請求項４に記載の検出装置において、
   前記制御部は、前記受信器が置かれた環境を示す情報を受信し、前記情報に基づいて前記ノイズのレベルを判断する検出装置。
10. 請求項９に記載の検出装置において、
    前記情報は、地図情報上における前記受信器の現在位置と、前記現在位置における前記受信器の前記瞬間視野の大きさと、の予め決められた関係を含んでおり、
    前記制御部は、前記受信器の現在位置の検出結果と、前記情報に含まれる前記関係と、に従って、前記受信器の前記瞬間視野の大きさを制御する検出装置。
11. 請求項１から１０までのいずれか一項に記載の検出装置において、
    前記受信器は、
    前記送信器から送信されて対象物で反射した電磁波を焦点距離離れた位置で収束させる光学系と、
    前記光学系によって収束された電磁波を受信する受信素子と、
    を有し、
    前記制御部は、前記光学系の前記焦点距離を制御する検出装置。
12. 請求項１１に記載の検出装置において、
    前記制御部は、
    前記焦点距離を、前記焦点距離が増加する側及び減少する側の一方に向けて変動させ、
    前記焦点距離の変動後における電磁波のＳＮＲが良化したときは、前記焦点距離を、前記一方に向けてさらに変動させる検出装置。
13. 請求項１２に記載の検出装置において、
    前記制御部は、
    前記焦点距離の前記変動後における電磁波のＳＮＲが悪化したときは、前記焦点距離を、他方に向けて変動させる検出装置。
14. 送信器と受信器とを用いて対象物までの距離を検出する方法であって、
    前記受信器の瞬間視野の大きさを制御して、前記送信器から送信されて対象物から反射された電磁波を前記受信器で受信することを含む方法。
15. 請求項１４に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
16. 請求項１５に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。

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