WO2022201503A1 - センサ装置、制御装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

センサ装置、制御装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 Download PDF

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琢也 白戸
琢麿 柳澤
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パイオニア株式会社
パイオニアスマートセンシングイノベーションズ株式会社
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    • G01S7/484Transmitters

Definitions

  • the present invention relates to sensor devices, control devices, control methods, programs and storage media.
  • the sensor device includes a scanning unit such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror, and a light detection unit that detects the reflected light of the spot generated by the scanning unit.
  • a scanning unit such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror
  • a light detection unit that detects the reflected light of the spot generated by the scanning unit.
  • Patent Document 1 describes an example of a sensor device.
  • the sensor device includes a plurality of light receiving elements and an optical element that guides reflected light to each of the plurality of light receiving elements at predetermined time intervals.
  • the imaging position of the image by the reflected light is shifted by half the pitch of the pixels.
  • Recent sensor devices are required not only to detect objects with high resolution, but also to detect objects with a wide-angle lens and detect objects with a telephoto lens.
  • both the function of detecting an object with a wide-angle lens and the function of detecting an object with a telephoto lens are required, it is desirable that one sensor device realizes both functions.
  • One example of the problem to be solved by the present invention is to switch the sensor device between a mode in which an object is detected with a wide-angle lens and a mode in which an object is detected with a telephoto lens.
  • the invention according to claim 1, a scanning unit; a light detection unit that detects the reflected light of the spot generated by the scanning unit; a control unit that varies a driving waveform of the scanning angle of the scanning unit for moving the irradiation position of the spot according to the size of the entire field of view of the photodetecting unit;
  • a sensor device comprising:
  • the invention according to claim 8 A storage medium storing the program.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a second example of control by the control unit when the size of the entire field of view when viewed from the third direction is the predetermined first size;
  • the control unit when the size of the entire field of view when viewed from the third direction is a second size smaller than the first size of the entire field of view when viewed from the third direction in the example shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a second example of control by the control unit when the size of the entire field of view when viewed from the third direction is the predetermined first size;
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a second example of control;
  • the control unit when the size of the entire field of view when viewed from the third direction is a second size smaller than the first size of the entire field of view when viewed from the third direction in the example shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a second example of control; It is a figure which illustrates the hardware constitutions of a control part.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the sensor device 10 according to the embodiment.
  • arrows indicating a first direction X, a second direction Y, and a third direction Z indicate that the direction from the base end to the tip end of the arrow is the positive direction of the direction indicated by the arrow, and It indicates that the direction from the distal end to the proximal end is the negative direction of the direction indicated by the arrow.
  • the first direction X is one direction parallel to the horizontal direction perpendicular to the vertical direction.
  • the second direction Y is a direction parallel to the vertical direction.
  • the positive direction of the second direction Y is the direction from bottom to top in the vertical direction
  • the negative direction of the second direction Y is the direction from top to bottom in the vertical direction.
  • a third direction Z is a direction parallel to the horizontal direction and perpendicular to the first direction X. As shown in FIG.
  • the sensor device 10 includes a transmission system 100, a reception system 200 and a control section 300.
  • the sensor device 10 has an optical axis of light transmitted from the transmission system 100 toward the overall visual field F described later, and an optical axis of light reflected from the overall visual field F and received by the receiving system 200. , are offset from each other in a biaxial LiDAR.
  • the transmission system 100 has a light source section 110 , a scanning section 120 and a transmission system lens 130 .
  • the receiving system 200 has a photodetector 210 and a receiving system lens 220 .
  • a control unit 300 controls the transmission system 100 and the reception system 200 .
  • the light source unit 110 is, for example, a pulse laser.
  • the wavelength of the light emitted from the light source unit 110 is infrared rays, for example.
  • the light source unit 110 emits light repeatedly in terms of time.
  • the emission timing of light from the light source section 110 is controlled by the control section 300 .
  • light emitted from the light source unit 110 passes through the transmission system lens 130 and passes through the scanning unit 120, as indicated by the dashed line extending from the light source unit 110 through the scanning unit 120 toward the entire field of view F, which will be described later. is reflected toward the entire field of view F by .
  • the scanning unit 120 is a MEMS mirror.
  • the scanning unit 120 may be a scanning unit other than the MEMS mirror.
  • the scanning unit 120 reflects light emitted from the light source unit 110 toward a virtual plane that is perpendicular to the third direction Z and on which the entire visual field F is projected, and the light is projected onto the virtual plane.
  • a spot S is generated.
  • the scanning unit 120 moves the position where the spot S is generated in the virtual plane in two directions, the first direction X and the second direction Y. As shown in FIG.
  • the transmission system lens 130 is a zoom lens having a plurality of lenses arranged along the optical axis of the light emitted from the light source section 110 .
  • the control unit 300 controls the size of the spot S projected onto the virtual plane perpendicular to the third direction Z by controlling the distance between the plurality of lenses. Specifically, the size of the spot S increases as the combined focal length is shortened by changing the distance between the plurality of lenses. On the other hand, the size of the spot S becomes smaller as the synthetic focal length becomes longer by changing the distance between the plurality of lenses.
  • the transmission system lens 130 may be a lens different from the zoom lens.
  • the photodetector 210 is a two-dimensional array sensor.
  • the light detection section 210 detects the reflected light of the spot S.
  • the photodetector 210 has a plurality of pixels P arranged in a matrix along two directions, the first direction X and the second direction Y.
  • the entire field of view F in which light is detected by the entire plurality of pixels P through the receiving system lens 220, is projected onto a virtual plane perpendicular to the third direction Z.
  • FIG. 1 the entire field of view F, in which light is detected by the entire plurality of pixels P through the receiving system lens 220, is projected onto a virtual plane perpendicular to the third direction Z.
  • a plurality of fields of view f per pixel of the photodetector 210 are arranged in a matrix in two directions, the first direction X and the second direction Y, corresponding to the plurality of pixels P.
  • the position of each field of view f with respect to the center of the entire field of view F is determined by the reception system lens 220 in the first direction X and inverted in the second direction Y.
  • the pixels P detecting the reflected light of the spot S irradiated to the entire visual field F are indicated by black painting.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining a first example of control by the control unit 300 when the size of the entire field of view F when viewed from the third direction Z is a predetermined first size. be.
  • FIG. 2 will be explained.
  • the circle with X indicating the third direction Z indicates that the direction from the front to the back of the paper is the positive direction of the third direction Z, and the direction from the back to the front of the paper is the negative direction of the third direction Z. It shows that
  • a plurality of substantially square visual fields f are arranged in a matrix in two directions, the first direction X and the second direction Y, when viewed from the negative direction of the third direction Z.
  • the light emitted from the light source unit 110 is a linear beam that is longer in the second direction Y than in the first direction X.
  • the length of the spot S in the first direction X is substantially equal to the length of the field of view f in the first direction X.
  • the length of the spot S in the second direction Y is substantially four times the length of the field of view f in the second direction Y.
  • arrows passing through a plurality of fields of view f indicate that the irradiation position of the spot S is moving from the base end to the tip end of the arrow.
  • the irradiation position of the spot S will be referred to as a spot irradiation position as necessary.
  • FIG. 2 shows four spots S irradiated at different timings.
  • the control unit 300 controls the amplitude of the driving waveform of the scanning angle of the scanning unit 120 for moving the spot irradiation position, thereby controlling the range (FOV) followed by the spot irradiation position when viewed from the third direction Z. is doing.
  • the length in the first direction X of the range traced by the spot irradiation position when viewed from the third direction Z is the scanning angle of the scanning unit 120 for moving the spot irradiation position in the first direction X. It is determined according to the amplitude of the driving waveform.
  • the length in the second direction Y of the range followed by the spot irradiation position when viewed from the third direction Z is the amplitude of the driving waveform of the scanning angle of the scanning unit 120 for moving the spot irradiation position in the second direction Y. determined accordingly.
  • the timing chart in the upper part of FIG. 3 shows the pulse trigger timing chart of the light source unit 110 .
  • the number of triggers depicted in the timing chart at the top of FIG. 3 is shown schematically and suggests the number of spots S illuminated in the multiple fields of view f shown in FIG. is not.
  • the control unit 300 moves the spot irradiation position in the first direction X from the positive direction to the negative direction, and moves the spot irradiation position in the first direction X from the negative direction to the positive direction. It alternates between moving to Hereinafter, when necessary, movement of the spot irradiation position from the positive direction in the first direction X to the negative direction is referred to as movement of the spot irradiation position in the first direction X in the negative direction. Movement from the negative direction to the positive direction is referred to as positive movement in the first direction X of the spot irradiation position.
  • the control unit 300 controls the scanning angle AY in the time interval between the negative direction movement of the spot irradiation position in the first direction X and the positive direction movement of the spot irradiation position in the first direction X.
  • the spot irradiation position is moved from the positive direction in the second direction Y by a distance substantially equal to the length of the spot S in the second direction Y to the negative direction.
  • the negative direction movement of the spot irradiation position in the first direction X is performed twice, and the positive direction movement of the spot irradiation position in the first direction X is performed twice.
  • the control unit 300 determines the emission timing of the light from the light source unit 110 in the time period during which the spot irradiation position moves in the negative direction in the first direction X and in the time period during which the spot irradiation position moves in the first direction X in the positive direction.
  • the irradiation pitch in the first direction X of the spots S is substantially matched with the arrangement pitch in the first direction X of the plurality of fields of view f.
  • the spot S is in each field of view through which the spot irradiation position passes in the time interval for moving the spot irradiation position in the first direction X in the negative direction and the time interval for moving the spot irradiation position in the first direction X in the positive direction.
  • f is irradiated.
  • the control unit 300 sets the range traced by the spot irradiation position when viewed from the third direction Z to the entire field of view F when viewed from the third direction Z and substantially are matching. Specifically, the control unit 300 controls the length of the range traced by the spot irradiation position when viewed from the third direction Z in the first direction X and the first direction of the entire visual field F when viewed from the third direction Z and the length of X are made substantially equal. The control unit 300 controls the length in the second direction Y of the range traced by the spot irradiation position when viewed in the third direction Z, the length in the second direction Y of the entire visual field F when viewed in the third direction Z, are made substantially equal.
  • the control unit 300 restores the scanning angle AY to the initial value, and ends the control for one frame.
  • the control unit 300 repeats the control described above in subsequent frames.
  • the irradiation pitch in the first direction X of the spot S in the time interval of the negative direction movement of the spot irradiation position in the first direction X and the time interval of the positive direction movement of the spot irradiation position in the first direction X is plural. may not match the arrangement pitch in the first direction X of the field of view f.
  • the speed of movement of the spot irradiation position in the negative direction in the first direction X or the speed of movement of the spot irradiation position in the positive direction in the first direction X is relatively high, and the time interval between the timings of light emitted from the light source unit 110 cannot be made very short due to factors such as eye-safety, the irradiation pitch of the spots S in the first direction X may be larger than the arrangement pitch of the plurality of fields of view f in the first direction X.
  • the plurality of spots S are irradiated in the first direction X at a pitch larger than the arrangement pitch in the first direction X of the plurality of fields of view f, and in another time interval after the time interval, The spot S may be irradiated at a position located between the positions irradiated with the spot S in the first direction X in the time interval of .
  • control unit 300 controls, in the time interval between the time interval of negative direction movement of the spot irradiation position in the first direction X and the time interval of positive direction movement of the spot irradiation position in the first direction X,
  • the spot irradiation position may be moved by a distance longer than the length of the spot S in the second direction Y from the negative direction in the second direction Y to the positive direction.
  • the length of the spot S in the first direction X is substantially equal to the length of the field of view f in the first direction X.
  • the length of the spot S in the first direction X may differ from the length of the field of view f in the first direction X.
  • the length of the spot S in the first direction X may be an integral multiple of the length of the field of view f in the first direction X.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a first example of control by the control unit 300 when the magnitude is 2;
  • the first example described using FIGS. 4 and 5 is the same as the example described using FIGS. 2 and 3 except for the following points.
  • the control unit 300 controls the reception system lens 220 to control the size of the entire field of view F when viewed from the third direction Z in the example shown in FIG. The size of the entire field of view F at that time is switched.
  • the lengths of the first direction X and the second direction Y of the entire field of view F and the field of view f in the example shown in FIG. It is substantially half the length of Y.
  • the size of the spot S viewed from the third direction Z in the example shown in FIG. 4 is substantially equal to the size of the spot S viewed from the third direction Z in the example shown in FIG.
  • the length of the spot S in the first direction X is substantially twice the length of the field of view f in the first direction X.
  • the length of the spot S in the second direction Y is substantially eight times the length of the field of view f in the second direction Y.
  • the control unit 300 sets the range traced by the spot irradiation position when viewed from the third direction Z to the entire field of view F when viewed from the third direction Z and substantially are matching. Specifically, the control unit 300 controls the length of the range traced by the spot irradiation position when viewed from the third direction Z in the first direction X and the first direction of the entire visual field F when viewed from the third direction Z and the length of X are made substantially equal. The control unit 300 controls the length in the second direction Y of the range traced by the spot irradiation position when viewed in the third direction Z, the length in the second direction Y of the entire visual field F when viewed in the third direction Z, are made substantially equal.
  • the control unit 300 varies the drive waveform of the scanning angle for moving the spot irradiation position according to the size of the entire field of view F when viewed from the third direction Z. Specifically, as shown in FIG. 2, the control unit 300 controls the step in the second direction Y that the spot irradiation position traces when the length of the entire visual field F in the second direction Y is a predetermined first length. is the number of steps in the second direction Y followed by the spot irradiation position when the length of the entire visual field F in the second direction Y is a second length shorter than the first length as shown in FIG. doing more. 4 shows the range followed by the spot irradiation position when the size of the entire visual field F when viewed from the third direction Z as shown in FIG. 2 is the first size. As shown in the figure, the range is wider than the range traced by the spot irradiation position when the size of the entire visual field F when viewed from the third direction Z is a second size smaller than the first size.
  • the sensor device 10 has a larger overall field of view F when viewed from the third direction Z in the modes shown in FIGS. 2 and 3 than in the modes shown in FIGS. 4 and 5 .
  • the sensor device 10 has a smaller overall field of view F when viewed from the third direction Z in the modes shown in FIGS. 4 and 5 than in the modes shown in FIGS. Therefore, according to the control of the control unit 300, the sensor device 10 is set to a mode for detecting an object with a wide-angle lens as shown in FIGS. 2 and 3, and a mode for detecting an object with a telephoto lens as shown in FIGS. You can switch between modes to
  • the driving waveform of the scanning angle AY is a step function.
  • the driving waveform of the scanning angle AY may be, for example, a triangular wave or a sawtooth wave.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a second example of control by the control unit 300 when the size of the entire field of view F when viewed from the third direction Z is the predetermined first size.
  • the second example described using FIG. 6 is the same as the first example described using FIGS. 2 and 3 except for the following points.
  • the pulse trigger timing chart of the light source unit 110 is the same as the timing chart in the upper part of FIG. It is the same as the lower timing chart.
  • the light emitted from the light source section 110 is multi-beam.
  • the length of the spot S in the second direction Y is substantially four times the length of the field of view f in the second direction Y.
  • the spot S has four parts aligned in the second direction Y.
  • the arrangement pitch in the second direction Y of these four portions is substantially equal to the arrangement pitch in the second direction Y of the plurality of fields of view f.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a second example of control by the control unit 300 when the magnitude is 2;
  • the second example described using FIGS. 7 and 8 is the same as the first example described using FIGS. 4 and 5 except for the following points.
  • the length of the spot S in the second direction Y is substantially seven times the length of the field of view f in the second direction Y.
  • the arrangement pitch in the second direction Y of the four portions of the spots S arranged in the second direction Y is substantially twice the arrangement pitch in the second direction Y of the plurality of fields of view f.
  • the control unit 300 In the time interval from the beginning to the end of the first half of one frame, the control unit 300 alternately moves the spot irradiation position in the first direction X in the negative direction and moves the spot irradiation position in the first direction X in the positive direction. repeating.
  • the control unit 300 increases the scanning angle AY in a time interval after the spot irradiation position moves in the first direction X in the negative direction and before the spot irradiation position starts moving in the first direction X in the positive direction.
  • the irradiation position is moved from the positive direction in the second direction Y to the negative direction by a distance that is substantially half the arrangement pitch in the second direction Y of the plurality of portions of the spot S aligned in the second direction Y.
  • the control unit 300 increases the scanning angle AY in a time interval after the end of the positive direction movement of the spot irradiation position in the first direction X and before the start of the negative direction movement of the spot irradiation position in the first direction X so that the spot The irradiation position is moved from the positive direction in the second direction Y by a distance substantially equal to the length of the spot S in the second direction Y in the negative direction.
  • the negative direction movement of the spot irradiation position in the first direction X is performed twice, and the positive direction movement of the spot irradiation position in the first direction X is performed twice.
  • the control unit 300 determines the emission timing of the light from the light source unit 110 in the time period during which the spot irradiation position moves in the negative direction in the first direction X and in the time period during which the spot irradiation position moves in the first direction X in the positive direction.
  • the irradiation pitch in the first direction X of the spots S is substantially matched with the arrangement pitch in the first direction X of the plurality of fields of view f.
  • the spot S is in each field of view through which the spot irradiation position passes in the time interval for moving the spot irradiation position in the first direction X in the negative direction and the time interval for moving the spot irradiation position in the first direction X in the positive direction.
  • f is irradiated.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the hardware configuration of the control unit 300. As shown in FIG. The controller 300 is implemented using an integrated circuit 400 .
  • the integrated circuit 400 is, for example, a SoC (System-on-a-Chip).
  • Integrated circuit 400 has bus 402 , processor 404 , memory 406 , storage device 408 , input/output interface 410 and network interface 412 .
  • the bus 402 is a data transmission path through which the processor 404, memory 406, storage device 408, input/output interface 410 and network interface 412 exchange data with each other.
  • the method of connecting processor 404, memory 406, storage device 408, input/output interface 410 and network interface 412 together is not limited to bus connections.
  • the processor 404 is an arithmetic processing device implemented using a microprocessor or the like.
  • the memory 406 is a memory implemented using a RAM (Random Access Memory) or the like.
  • the storage device 408 is a storage device implemented using ROM (Read Only Memory), flash memory, or the like.
  • the input/output interface 410 is an interface for connecting the integrated circuit 400 with peripheral devices.
  • a transmission system 100 and a reception system 200 are connected to the input/output interface 410 .
  • a network interface 412 is an interface for connecting the integrated circuit 400 to a network.
  • This network is, for example, a CAN (Controller Area Network) network.
  • a method for connecting the network interface 412 to the network may be a wireless connection or a wired connection.
  • the storage device 408 stores program modules for realizing the functions of the control unit 300 .
  • the processor 404 implements the functions of the control unit 300 by reading these program modules into the memory 406 and executing them.
  • the hardware configuration of the integrated circuit 400 is not limited to the configuration shown in FIG.
  • program modules may be stored in memory 406 .
  • integrated circuit 400 may not include storage device 408 .
  • sensor device 100 transmission system 110 light source unit 120 scanning unit 130 transmission system lens 200 reception system 210 light detection unit 220 reception system lens 300 control unit 400 integrated circuit 402 bus 404 processor 406 memory 408 storage device 410 input/output interface 412 network interface AY Scanning angle F Overall field of view P Pixel S Spot X First direction Y Second direction Z Third direction f Field of view

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Abstract

制御部(300)は、全体視野(F)の第2方向(Y)の長さが所定の第1の長さである場合にスポット照射位置が辿る第2方向(Y)の段の数を、全体視野(F)の第2方向(Y)の長さが第1の長さより短い第2の長さである場合にスポット照射位置が辿る第2方向(Y)の段の数より多くしている。また、制御部(300)は、第3方向(Z)から見たときの全体視野(F)の大きさが第1の大きさである場合にスポット照射位置が辿る範囲を、第3方向(Z)から見たときの全体視野(F)の大きさが第1の大きさより小さい第2の大きさある場合にスポット照射位置が辿る範囲より広くしている。

Description

センサ装置、制御装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体
 本発明は、センサ装置、制御装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体に関する。
 近年、LiDAR(Light Detection And Ranginig)等の様々なセンサ装置が開発されている。センサ装置は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー等の走査部と、走査部によって生成されたスポットの反射光を検出する光検出部と、を備えている。
 特許文献1には、センサ装置の一例について記載されている。センサ装置は、複数の受光素子と、反射光を所定の時間間隔で複数の受光素子の各々に導く光学素子と、を備えている。各受光素子の画素は、反射光による像の結像位置が画素のピッチの半分の距離ずれている。各光検出部によって生成される画像データを合成することで、単一の光検出部を用いる場合と比較して、物体を高解像度で検出することができる。
特開2017-15611号公報
 近年のセンサ装置では、物体を高解像度で検出することだけでなく、物体を広角レンズで検出することや、物体を望遠レンズで検出することも要求されることがある。物体を広角レンズで検出する機能と、物体を望遠レンズで検出する機能と、の双方が要求される場合、1台のセンサ装置によって両機能が実現されることが望ましい。
 本発明が解決しようとする課題としては、センサ装置を、物体を広角レンズで検出するモードと、物体を望遠レンズで検出するモードと、に切り替え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、
 走査部と、
 前記走査部によって生成されるスポットの反射光を検出する光検出部と、
 前記光検出部の全体視野の大きさに応じて、前記スポットの照射位置を移動させるための前記走査部の走査角の駆動波形を異ならせる制御部と、
を備えるセンサ装置である。
 請求項5に記載の発明は、
 走査部によって生成されるスポットの反射光を検出する光検出部の全体視野の大きさに応じて、前記スポットの照射位置を移動させるための前記走査部の走査角の駆動波形を異ならせる制御部を備える制御装置である。
 請求項6に記載の発明は、
 コンピュータが、
 走査部によって生成されるスポットの反射光を検出する光検出部の全体視野の大きさに応じて、前記スポットの照射位置を移動させるための前記走査部の走査角の駆動波形を異ならせる、制御方法である。
 請求項7に記載の発明は、
 コンピュータに、
 走査部によって生成されるスポットの反射光を検出する光検出部の全体視野の大きさに応じて、前記スポットの照射位置を移動させるための前記走査部の走査角の駆動波形を異ならせる機能を持たせるプログラムである。
 請求項8に記載の発明は、
 上記プログラムを記憶した記憶媒体である。
実施形態に係るセンサ装置を示す斜視図である。 第3方向から見たときの全体視野の大きさが所定の第1の大きさである場合における制御部による制御の第1例を説明するための図である。 第3方向から見たときの全体視野の大きさが所定の第1の大きさである場合における制御部による制御の第1例を説明するための図である。 第3方向から見たときの全体視野の大きさが図2に示した例における第3方向から見たときの全体視野の第1の大きさより小さい第2の大きさである場合における制御部による制御の第1例を説明するための図である。 第3方向から見たときの全体視野の大きさが図2に示した例における第3方向から見たときの全体視野の第1の大きさより小さい第2の大きさである場合における制御部による制御の第1例を説明するための図である。 第3方向から見たときの全体視野の大きさが所定の第1の大きさである場合における制御部による制御の第2例を説明するための図である。 第3方向から見たときの全体視野の大きさが図6に示した例における第3方向から見たときの全体視野の第1の大きさより小さい第2の大きさである場合における制御部による制御の第2例を説明するための図である。 第3方向から見たときの全体視野の大きさが図6に示した例における第3方向から見たときの全体視野の第1の大きさより小さい第2の大きさである場合における制御部による制御の第2例を説明するための図である。 制御部のハードウエア構成を例示する図である。
 以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、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。
 本明細書において、「第1」、「第2」、「第3」等の序数詞は、特に断りのない限り、同様の名称が付された構成を単に区別するために付されたものであり、構成の特定の特徴(例えば、順番又は重要度)を意味するものではない。
 図1は、実施形態に係るセンサ装置10を示す斜視図である。
 図1において、第1方向X、第2方向Y及び第3方向Zを示す矢印は、当該矢印の基端から先端に向かう方向が当該矢印によって示される方向の正方向であり、かつ当該矢印の先端から基端に向かう方向が当該矢印によって示される方向の負方向であることを示している。
 第1方向Xは、鉛直方向に直交する水平方向に平行な一方向である。第3方向Zの負方向から見て、第1方向Xの正方向は、水平方向の右から左に向かう方向となっており、第1方向Xの負方向は、水平方向の左から右に向かう方向となっている。第2方向Yは、鉛直方向に平行な方向である。第2方向Yの正方向は、鉛直方向の下から上に向かう方向となっており、第2方向Yの負方向は、鉛直方向の上から下に向かう方向となっている。第3方向Zは、水平方向に平行かつ第1方向Xに直交する一方向である。第1方向Xの負方向から見て、第3方向Zの正方向は、水平方向の左から右に向かう方向となっており、第3方向Zの負方向は、水平方向の右から左に向かう方向となっている。第1方向X、第2方向Y、第3方向Z、水平方向及び鉛直方向の関係は、上述した例に限定されない。第1方向X、第2方向Y、第3方向Z、水平方向及び鉛直方向の関係は、センサ装置10の配置に応じて異なる。例えば、第2方向Yが水平方向に平行になっていてもよい。
 センサ装置10は、送信系100、受信系200及び制御部300を備えている。本実施形態において、センサ装置10は、送信系100から後述する全体視野Fに向けて送信される光の光軸と、全体視野Fから反射されて受信系200によって受信される光の光軸と、が互いにずれているバイアキシャル方式のLiDARである。送信系100は、光源部110、走査部120及び送信系レンズ130を有している。受信系200は、光検出部210及び受信系レンズ220を有している。制御部300は、送信系100及び受信系200を制御している。
 光源部110は、例えばパルスレーザである。光源部110から出射される光の波長は、例えば赤外線である。光源部110は、時間的に繰り返して光を出射している。光源部110からの光の出射タイミングは、制御部300によって制御されている。図1において光源部110から走査部120を経由して後述する全体視野Fに向けて延びる破線で示すように、光源部110から出射される光は、送信系レンズ130を通過して走査部120によって全体視野Fに向けて反射されている。
 本実施形態において、走査部120は、MEMSミラーである。走査部120は、MEMSミラー以外の走査部であってもよい。走査部120は、光源部110から出射された光を、第3方向Zに垂直であって全体視野Fが投影された仮想平面に向けて反射して、当該仮想平面に投影された光であるスポットSを生成している。走査部120は、当該仮想平面内でスポットSが生成される位置を第1方向X及び第2方向Yの2方向に移動させている。
 本実施形態において、送信系レンズ130は、光源部110から出射された光の光軸に沿って並ぶ複数枚のレンズを有するズームレンズである。制御部300は、当該複数枚のレンズの間の距離を制御することで、第3方向Zに垂直な仮想平面に投影されるスポットSの大きさを制御している。具体的には、上記複数枚のレンズの間の距離を変えることで合成焦点距離が短くなるほど、スポットSの大きさは大きくなる。これに対して、上記複数枚のレンズの間の距離を変えることで合成焦点距離が長くなるほど、スポットSの大きさは小さくなる。送信系レンズ130は、ズームレンズと異なるレンズであってもよい。
 本実施形態において、光検出部210は、2次元アレイセンサである。光検出部210は、スポットSの反射光を検出している。光検出部210は、第1方向X及び第2方向Yの2方向に沿って行列状に並ぶ複数の画素Pを有している。図1に示す例では、複数の画素Pの全体が受信系レンズ220を通じて光を検出する全体視野Fが、第3方向Zに垂直な仮想平面に投影されている。
 全体視野F内では、複数の画素Pに対応して、光検出部210の画素当たりの複数の視野fが、第1方向X及び第2方向Yの2方向に行列状に並んでいる。第3方向Zの負方向から見て、全体視野Fの中心に対する各視野fの位置は、光検出部210の中心に対する各画素Pの位置に対して、受信系レンズ220によって、第1方向X及び第2方向Yにおいて反転している。図1に示す例では、全体視野Fに照射されたスポットSの反射光を検出している画素Pが黒塗りによって示されている。
 本実施形態において、受信系レンズ220は、光検出部210から全体視野Fに向けて並ぶ複数枚のレンズを有するズームレンズである。制御部300は、当該複数枚のレンズの間の距離を制御することで、第3方向Zに垂直な仮想平面に投影される全体視野Fの大きさと、全体視野F内で第1方向X及び第2方向Yの2方向に行列状に並ぶ複数の視野fの大きさと、を制御している。具体的には、上記複数枚のレンズの間の距離を変えることで合成焦点距離が短くなるほど、全体視野F及び複数の視野fの大きさは大きくなる。これに対して、上記複数枚のレンズの間の距離を変えることで合成焦点距離が長くなるほど、全体視野F及び複数の視野fの大きさは小さくなる。受信系レンズ220は、ズームレンズと異なるレンズであってもよい。
 図2及び図3は、第3方向Zから見たときの全体視野Fの大きさが所定の第1の大きさである場合における制御部300による制御の第1例を説明するための図である。
 まず、図2について説明する。
 図2において、第3方向Zを示すX付き丸は、紙面の手前から奥に向かう方向が第3方向Zの正方向であり、紙面の奥から手前に向かう方向が第3方向Zの負方向であることを示している。
 図2では、第3方向Zの負方向から見て、複数の略正方形の視野fが、第1方向X及び第2方向Yの2方向に行列状に並んでいる。
 図2に示す例では、光源部110から出射される光が第1方向Xよりも第2方向Yに長いライン状のビームとなっている。スポットSの第1方向Xの長さは、視野fの第1方向Xの長さと実質的に等しくなっている。スポットSの第2方向Yの長さは、視野fの第2方向Yの長さの実質的に4倍となっている。図2において、複数の視野fを通過する矢印は、矢印の基端から先端に向けて、スポットSの照射位置が移動していることを示している。以下、必要に応じて、スポットSの照射位置をスポット照射位置という。図2では、異なるタイミングで照射された4つのスポットSが示されている。
 制御部300は、スポット照射位置を移動させるための走査部120の走査角の駆動波形の振幅を制御することで、第3方向Zから見たときのスポット照射位置が辿る範囲(FOV)を制御している。具体的には、第3方向Zから見たときのスポット照射位置が辿る範囲の第1方向Xの長さは、スポット照射位置を第1方向Xに移動させるための走査部120の走査角の駆動波形の振幅に応じて決定されている。第3方向Zから見たときのスポット照射位置が辿る範囲の第2方向Yの長さは、スポット照射位置を第2方向Yに移動させるための走査部120の走査角の駆動波形の振幅に応じて決定されている。
 次に、図3について説明する。
 図3の上段のタイミングチャートは、光源部110のパルストリガのタイミングチャートを示している。図3の最上段のタイミングチャートにおいて描写されているトリガの数は、模式的に示されたものであり、図2に示された複数の視野fに照射されたスポットSの数を示唆するものではない。
 図3の下段のタイミングチャートは、走査部120の走査角AYの駆動波形を示している。走査角AYは、スポットSが照射される位置を第2方向Yに移動させるための走査部120の走査角である。図3の下段のタイミングチャートでは、走査角AYが増加するほど、スポットSが照射される位置が第2方向Yの負方向に向けて移動し、走査角AYが減少するほど、スポットSが照射される位置が第2方向Yの正方向に向けて移動する。
 次に、図2及び図3を参照して、制御部300による制御について説明する。
 1フレームの始期から終期までの時間区間において、制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの正方向から負方向への移動と、スポット照射位置の第1方向Xの負方向から正方向への移動と、を交互に繰り返している。以下、必要に応じて、スポット照射位置の第1方向Xの正方向から負方向への移動を、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動といい、スポット照射位置の第1方向Xの負方向から正方向への移動を、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動という。制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の時間区間と、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の時間区間と、の間の時間区間において、走査角AYを増加させて、スポット照射位置をスポットSの第2方向Yの長さと実質的に等しい距離、第2方向Yの正方向から負方向へ移動させている。スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動は2回行われており、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動は2回行われている。制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の時間区間と、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の時間区間と、における光源部110からの光の出射タイミングを制御することで、スポットSの第1方向Xにおける照射ピッチを複数の視野fの第1方向Xにおける配列ピッチに実質的に一致させている。これによって、スポットSは、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の時間区間と、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の時間区間と、においてスポット照射位置が通過する各視野fに照射させている。
 1フレームの始期から終期までの時間区間において、制御部300は、第3方向Zから見たときのスポット照射位置が辿る範囲を、第3方向Zから見たときの全体視野Fと実質的に一致させている。具体的には、制御部300は、第3方向Zから見たときのスポット照射位置が辿る範囲の第1方向Xの長さと、第3方向Zから見たときの全体視野Fの第1方向Xの長さと、を実質的に等しくさせている。制御部300は、第3方向Zから見たときのスポット照射位置が辿る範囲の第2方向Yの長さと、第3方向Zから見たときの全体視野Fの第2方向Yの長さと、を実質的に等しくさせている。
 制御部300は、走査角AYを初期の値に戻して、1フレームの制御を終了させている。制御部300は、上述した制御を以降の各フレームにおいて繰り返している。
 制御部300の制御は、図2及び図3に示した例に限定されない。
 例えば、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の時間区間と、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の時間区間と、におけるスポットSの第1方向Xにおける照射ピッチは、複数の視野fの第1方向Xにおける配列ピッチに一致していなくてもよい。例えば、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の速度、又はスポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の速度が比較的速く、光源部110からの光の出射タイミングの時間的間隔がアイセーフ等の要因によってあまり短くすることができない場合、スポットSの第1方向Xにおける照射ピッチは、複数の視野fの第1方向Xにおける配列ピッチより大きくなることがある。この場合、ある時間区間において、複数の視野fの第1方向Xにおける配列ピッチより大きいピッチで第1方向Xに複数のスポットSを照射させ、当該時間区間の後の他の時間区間において、先の時間区間においてスポットSが照射された位置の第1方向Xの間に位置する位置にスポットSを照射させてもよい。
 また、例えば、制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の時間区間と、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の時間区間と、の間の時間区間において、スポット照射位置をスポットSの第2方向Yの長さより長い距離、第2方向Yの負方向から正方向へ移動させてもよい。
 図2に示す例においては、スポットSの第1方向Xの長さが視野fの第1方向Xの長さと実質的に等しくなっている。しかしながら、スポットSの第1方向Xの長さは、視野fの第1方向Xの長さと異なっていてもよい。例えば、スポットSの第1方向Xの長さは、視野fの第1方向Xの長さの整数倍であってもよい。
 図4及び図5は、第3方向Zから見たときの全体視野Fの大きさが図2に示した例における第3方向Zから見たときの全体視野Fの第1の大きさより小さい第2の大きさである場合における制御部300による制御の第1例を説明するための図である。図4及び図5を用いて説明する第1例は、以下の点を除いて、図2及び図3を用いて説明した例と同様である。
 制御部300は、受信系レンズ220の制御によって、図2に示した例における第3方向Zから見たときの全体視野Fの大きさと、図4に示した例における第3方向Zから見たときの全体視野Fの大きさと、を切り替えている。図4に示した例における全体視野F及び視野fの第1方向X及び第2方向Yの長さは、図2に示した例における全体視野F及び視野fの第1方向X及び第2方向Yの長さの実質的に半分になっている。
 図4に示す例における第3方向Zから見たときのスポットSの大きさは、図2に示す例における第3方向Zから見たときのスポットSの大きさと実質的に等しくなっている。図4に示す例において、スポットSの第1方向Xの長さは、視野fの第1方向Xの長さの実質的に2倍となっている。スポットSの第2方向Yの長さは、視野fの第2方向Yの長さの実質的に8倍となっている。
 1フレームの始期から終期までの時間区間において、制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動と、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動と、を順に行っている。制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の時間区間と、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の時間区間と、の間の時間区間において、走査角AYを増加させて、スポット照射位置をスポットSの第2方向Yの長さと実質的に等しい距離、第2方向Yの正方向から負方向へ移動させている。制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の時間区間と、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の時間区間と、における光源部110からの光の出射タイミングを制御することで、スポットSの第1方向Xにおける照射ピッチを複数の視野fの第1方向Xにおける配列ピッチに実質的に一致させている。これによって、スポットSは、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の時間区間と、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の時間区間と、においてスポット照射位置が通過する各視野fに照射させている。
 1フレームの始期から終期までの時間区間において、制御部300は、第3方向Zから見たときのスポット照射位置が辿る範囲を、第3方向Zから見たときの全体視野Fと実質的に一致させている。具体的には、制御部300は、第3方向Zから見たときのスポット照射位置が辿る範囲の第1方向Xの長さと、第3方向Zから見たときの全体視野Fの第1方向Xの長さと、を実質的に等しくさせている。制御部300は、第3方向Zから見たときのスポット照射位置が辿る範囲の第2方向Yの長さと、第3方向Zから見たときの全体視野Fの第2方向Yの長さと、を実質的に等しくさせている。
 制御部300の制御は、図4及び図5に示した例に限定されない。例えば、スポットSの第2方向Yの長さが比較的長く、スポット照射位置を第1方向Xの負方向移動又はスポット照射位置の第1方向Xの正方向移動を1回のみ行うことで、すべての視野fにスポットSを照射させることができることがある。この場合、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動、又はスポット照射位置の第1方向Xの正方向移動を1フレームにつき1回のみとしてもよい。
 次に、図2及び図3に示した例と、図4及び図5に示した例と、を比較する。
 制御部300は、第3方向Zから見たときの全体視野Fの大きさに応じて、スポット照射位置を移動させるための走査角の駆動波形を異ならせている。具体的には、制御部300は、図2に示すように全体視野Fの第2方向Yの長さが所定の第1の長さである場合にスポット照射位置が辿る第2方向Yの段の数を、図4に示すように全体視野Fの第2方向Yの長さが第1の長さより短い第2の長さである場合にスポット照射位置が辿る第2方向Yの段の数より多くしている。また、制御部300は、図2に示すように第3方向Zから見たときの全体視野Fの大きさが第1の大きさである場合にスポット照射位置が辿る範囲を、図4に示すように第3方向Zから見たときの全体視野Fの大きさが第1の大きさより小さい第2の大きさある場合にスポット照射位置が辿る範囲より広くしている。
 センサ装置10は、図2及び図3に示すモードにおいて、図4及び図5に示すモードにおいてよりも、第3方向Zから見たときの全体視野Fの大きさを大きくしている。センサ装置10は、図4及び図5に示すモードにおいて、図2及び図3に示すモードにおいてよりも、第3方向Zから見たときの全体視野Fの大きさを小さくしている。したがって、制御部300の制御に応じて、センサ装置10を、図2及び図3に示すように物体を広角レンズで検出するモードと、図4及び図5に示すように物体を望遠レンズで検出するモードと、に切り替えることができる。
 上述した例では、図3に示す例及び図5に示す例の双方において、走査角AYの駆動波形は、ステップ関数となっている。しかしながら、走査角AYの駆動波形は、例えば、三角波や鋸波となっていてもよい。
 図6は、第3方向Zから見たときの全体視野Fの大きさが所定の第1の大きさである場合における制御部300による制御の第2例を説明するための図である。図6を用いて説明する第2例は、以下の点を除いて、図2及び図3を用いて説明した第1例と同様である。図6を用いて説明する第2例において、光源部110のパルストリガのタイミングチャートは図3の上段のタイミングチャートと同一となっており、走査部120の走査角AYの駆動波形は図3の下段のタイミングチャートと同様となっている。
 図6に示す例では、光源部110から出射される光がマルチビームとなっている。スポットSの第2方向Yの長さは、視野fの第2方向Yの長さの実質的に4倍となっている。スポットSは、第2方向Yに並ぶ4つの部分を有している。図6に示す例では、これらの4つの部分の第2方向Yにおける配列ピッチが、複数の視野fの第2方向Yにおける配列ピッチと実質的に等しくなっている。
 制御部300は、図2及び図3を用いて説明したスポット照射位置の移動態様と同様の態様で、スポット照射位置を移動させている。
 図7及び図8は、第3方向Zから見たときの全体視野Fの大きさが図6に示した例における第3方向Zから見たときの全体視野Fの第1の大きさより小さい第2の大きさである場合における制御部300による制御の第2例を説明するための図である。図7及び図8を用いて説明する第2例は、以下の点を除いて、図4及び図5を用いて説明した第1例と同様である。
 図7に示す例において、スポットSの第2方向Yの長さは、視野fの第2方向Yの長さの実質的に7倍となっている。スポットSのうち第2方向Yに並ぶ4つの部分の第2方向Yにおける配列ピッチは、複数の視野fの第2方向Yにおける配列ピッチの実質的に2倍となっている。
 1フレームの前半の始期から終期までの時間区間において、制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動と、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動と、を交互に繰り返している。制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の終了後、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の開始前の時間区間において、走査角AYを増加させて、スポット照射位置を、スポットSの第2方向Yに並ぶ複数の部分の第2方向Yにおける配列ピッチの実質的に半分の距離、第2方向Yの正方向から負方向へ移動させている。制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の終了後、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の開始前の時間区間において、走査角AYを増加させて、スポット照射位置をスポットSの第2方向Yの長さと実質的に等しい距離、第2方向Yの正方向から負方向へ移動させている。スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動は2回行われており、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動は2回行われている。制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の時間区間と、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の時間区間と、における光源部110からの光の出射タイミングを制御することで、スポットSの第1方向Xにおける照射ピッチを複数の視野fの第1方向Xにおける配列ピッチに実質的に一致させている。これによって、スポットSは、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の時間区間と、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の時間区間と、においてスポット照射位置が通過する各視野fに照射させている。
 図7及び図8に示す例において、制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の時間区間において、スポットSの上記4つの部分をスポット照射位置に照射させている。制御部300は、スポット照射位置の第1方向Xの正方向移動の時間区間において、スポット照射位置の第1方向Xの負方向移動の時間区間において上記4つの部分が照射された位置の第2方向Yの間に位置する位置に上記4つの部分の少なくとも1つの部分を照射させている。制御部300の制御は、図7及び図8に示した例に限定されない。例えば、スポットSのうち第2方向Yに並ぶ複数の部分の数は、4以外であってもよい。
 図9は、制御部300のハードウエア構成を例示する図である。制御部300は、集積回路400を用いて実装されている。集積回路400は、例えばSoC(System-on-a-Chip)である。
 集積回路400は、バス402、プロセッサ404、メモリ406、ストレージデバイス408、入出力インタフェース410及びネットワークインタフェース412を有する。バス402は、プロセッサ404、メモリ406、ストレージデバイス408、入出力インタフェース410及びネットワークインタフェース412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404、メモリ406、ストレージデバイス408、入出力インタフェース410及びネットワークインタフェース412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404は、マイクロプロセッサ等を用いて実現される演算処理装置である。メモリ406は、RAM(Random Access Memory)等を用いて実現されるメモリである。ストレージデバイス408は、ROM(Read Only Memory)やフラッシュメモリ等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410は、集積回路400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。入出力インタフェース410には送信系100及び受信系200が接続されている。
 ネットワークインタフェース412は、集積回路400をネットワークに接続するためのインタフェースである。このネットワークは、例えばCAN(Controller Area Network)ネットワークである。ネットワークインタフェース412がネットワークに接続する方法は、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408は、制御部300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404は、これらのプログラムモジュールをメモリ406に読み出して実行することで、制御部300の機能を実現する。
 集積回路400のハードウエア構成は、図9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406に格納されてもよい。この場合、集積回路400は、ストレージデバイス408を備えていなくてもよい。
 以上、図面を参照して本発明の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。
10 センサ装置
100 送信系
110 光源部
120 走査部
130 送信系レンズ
200 受信系
210 光検出部
220 受信系レンズ
300 制御部
400 集積回路
402 バス
404 プロセッサ
406 メモリ
408 ストレージデバイス
410 入出力インタフェース
412 ネットワークインタフェース
AY 走査角
F 全体視野
P 画素
S スポット
X 第1方向
Y 第2方向
Z 第3方向
f 視野

Claims (8)

  1.  走査部と、
     前記走査部によって生成されるスポットの反射光を検出する光検出部と、
     前記光検出部の全体視野の大きさに応じて、前記スポットの照射位置を移動させるための前記走査部の走査角の駆動波形を異ならせる制御部と、
    を備えるセンサ装置。
  2.  請求項1に記載のセンサ装置において、
     前記制御部は、前記全体視野の所定方向の長さが所定の第1の長さである場合に前記照射位置が辿る前記所定方向の段の数を、前記全体視野の前記所定方向の前記長さが前記第1の長さより短い第2の長さである場合に前記照射位置が辿る前記所定方向の段の数より多くする、センサ装置。
  3.  請求項1又は2に記載のセンサ装置において、
     前記制御部は、前記全体視野の前記大きさが所定の第1の大きさである場合に前記照射位置が辿る範囲を、前記全体視野の前記大きさが前記第1の大きさより小さい第2の大きさである場合に前記照射位置が辿る範囲より広くする、センサ装置。
  4.  請求項1~3のいずれか一項に記載のセンサ装置において、
     前記制御部は、所定の時間区間において、前記スポットのうちの所定方向に並ぶ複数の部分を前記照射位置に照射させ、前記所定の時間区間と異なる他の時間区間において、前記所定の時間区間において前記複数の部分が照射された位置の間に位置する位置に前記複数の部分の少なくとも1つの部分を照射させる、センサ装置。
  5.  走査部によって生成されるスポットの反射光を検出する光検出部の全体視野の大きさに応じて、前記スポットの照射位置を移動させるための前記走査部の走査角の駆動波形を異ならせる制御部を備える制御装置。
  6.  コンピュータが、
     走査部によって生成されるスポットの反射光を検出する光検出部の全体視野の大きさに応じて、前記スポットの照射位置を移動させるための前記走査部の走査角の駆動波形を異ならせる、制御方法。
  7.  コンピュータに、
     走査部によって生成されるスポットの反射光を検出する光検出部の全体視野の大きさに応じて、前記スポットの照射位置を移動させるための前記走査部の走査角の駆動波形を異ならせる機能を持たせるプログラム。
  8.  請求項7に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。
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