(57)【要約】【課題】長距離の測距が高速かつ高精度に行うことが可能な測距センサを提供すること。【解決手段】ビーム偏向デバイス２は、遠視野像がライン形状となるライン光Ｌｉをデバイス表面から出射する光放射構造２０を含み、ライン光Ｌｉの偏向角θｓが可変に構成される。カメラ４は、ライン光Ｌｉが照射された対象物を撮像する。処理部８は、ライン光Ｌｉの偏向角θｓを変化させることにより、ライン光Ｌｉの照射位置を変化させ、カメラ４の画像データにおけるライン光Ｌｉの画素位置にもとづいて、対象物までの距離または対象物の３次元形状を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠視野像がライン形状となるライン光をデバイス表面から出射可能であり、前記ライン光の偏向角θｓが可変に構成される光放射構造を含む、ビーム偏向デバイスと、
前記ライン光が照射された対象物を撮像するイメージセンサと、
前記ライン光の前記偏向角θｓを変化させることにより、前記ライン光の照射位置を変化させ、前記イメージセンサの画像データにおける前記ライン光の画素位置にもとづいて、対象物までの距離または前記対象物の３次元形状を測定する処理部と、
を備えることを特徴とする測距センサ。
【請求項２】
前記光放射構造は、スローライト光が伝搬するＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）構造を有することを特徴とする請求項１に記載の測距センサ。
【請求項３】
前記イメージセンサは１個であり、
前記対象物までの距離は、前記偏向角θｓと前記画像データにおける前記ライン光の画素位置と、にもとづいて計算されることを特徴とする請求項１または２に記載の測距センサ。
【請求項４】
前記イメージセンサは２個であり、
前記対象物までの距離は、前記２個のイメージセンサが生成する２つの画像データそれぞれにおける前記ライン光の画素位置にもとづいて計算されることを特徴とする請求項１または２に記載の測距センサ。
【請求項５】
所定の偏向角範囲内を前記ライン光で掃引する時間プロファイルにより画像１フレームを形成し、この時間プロファイルを所定の動画映像のフレームレートと同期して繰り返すことにより、測定対象物の３次元距離動画を生成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の測距センサ。
【請求項６】
前記処理部は、前記ライン光のビームプロファイルをガウス分布と仮定し、前記イメージセンサで撮像されたライン光の画素位置と画素値をマッチングすることにより、前記ライン光のピーク位置をサブピクセルの精度で算出することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の測距センサ。
【請求項７】
前記処理部は、前記イメージセンサで撮像されたライン光の画素値が最大となる画素を求め、その画素と隣接する周辺画素の画素値に対して等角直線補間法もしくは重心法の手法を用いて前記ライン光のピーク位置をサブピクセルの精度で算出することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の測距センサ。
【請求項８】
前記ライン光の測距範囲に基づいて前記イメージセンサの画素範囲を選択する画素範囲選択部をさらに有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の測距センサ。
【請求項９】
前記ライン光の発光タイミングに同期して読み出した画素値から前記ライン光の非発光タイミングに同期して読み出した画素値の減算を行う雑音除去部をさらに有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の測距センサ。
【請求項１０】
前記イメージセンサで撮像される前記ライン光のＳＮ比を測定する雑音測定部と、このＳＮ比により距離精度を判定する距離精度判定部と、をさらに有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の測距センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３次元計測の用途が広がりつつある。自動車、ドローン、ロボットなどに搭載されるレーザレーダ（ＬＩＤＡＲ）、パソコンやスマートフォンに搭載され顔認証などを行う３Ｄセンサ、安全監視システム、製造現場での自動検査装置などは、３次元計測の代表である。
【０００３】
測距の方式は、大きく、三角測量方式とＴＯＦ（Time Of Flight）方式に分けられる。三角測量方式は、近距離を高精度に測定する用途で利用され、ＴＯＦ方式は、遠距離を測定する用途で利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３３３６９号公報
【特許文献２】米国特許第８，３２０，６２１Ｂ２号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１４／０２１１２１５Ａ１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１６／００２５９９３Ａ１号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】T. Matsuda, F. Abe, and H. Takahashi, "Laser printer scanning system with a parabolic mirror" Appl. Opt., vol. 17, no. 6, pp. 878-884, Mar. 1978.
【非特許文献２】P. F. V. Dessel, L. J. Hornbeck, R. E. Meier, and M. R. Douglass, "A MEMS-based projection display," Proc. IEEE,vol. 86, no. 8, pp. 1687-1704, Aug. 1988.
【非特許文献３】K. Nakamura, J. Miyazu, M. Sasaura, and K. Fujiura, "Wide-angle, low-voltage electro-optic beam deflection based onspace-charge-controlled mode of electrical conduction in KTa1xNbxO3," Appl. Phys. Lett., vol. 89, no. 3, pp. 131115-1-131115-3, Sep. 2006.
【非特許文献４】Y. Kurosaka, S. Iwahashi, Y. Liang, K. Sakai, E. Miyai, W. Kunishi, D. Ohnishi, and S. Noda, "On-chip beam-steering photonic-crystal lasers," Nat. Photon., vol. 4, no. 7, pp. 447-450, May 2010.
【非特許文献５】J. K. Doylend, et.al., "Two-dimensional free-space beam steering with an optical phased array on silicon-on-insulator," Optics Express, vol. 19, no.22, pp.21595-21604, 2011.
【非特許文献６】X. Gu, T. Shimada, and F. Koyama, "Giant and high-resolution beam steering using slow-light waveguide amplifier,"Opt. Exp., vol. 19, no. 23, pp. 22 675-22 683, Nov. 2011.
【非特許文献７】M. Nakahama, X. Gu, T. Shimada, and F. Koyama, "On-Chip high-resolution beam scanner based on Bragg reflector slow-light waveguide amplifier and tunable micro-electro-mechanical system vertical cavity surface emitting laser," Jpn. J. Appl. Phys., vol. 51, no. 4, pp. 040208-1-040208-3, Mar. 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
中長距離を対象とする車載用途において、単眼カメラあるいはステレオカメラによる三角測量方式が採用される例があるが、いずれの方式も、膨大な画像処理を伴うものであり、高いフレームレートのためには高速なプロセッサが必要であり、コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
三角測量方式としては、光切断法も知られている（特許文献１）。光切断法は、ライン状の光を物体にスキャン照射して三角測量を行うものであり、単眼あるいはステレオカメラによる方式に比べて、演算量を減らすことができる。しかしながら従来の光切断方法の用途は、近距離に限定されており、また高いフレームレートでの測距が困難であった。またライン光をスキャンするために、可動ステージあるいはガルバノミラーを用いる必要があり、装置が複雑化するという問題があった。
【０００８】
本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、中長距離を対象とする三角測量法式の測距センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は、測距センサに関する。測距センサは、遠視野像がライン形状となるライン光をデバイス表面から出射可能であり、ライン光の偏向角θｓが可変に構成される光放射構造を含むビーム偏向デバイスと、ライン光が照射された対象物を撮像するイメージセンサと、ライン光の偏向角θｓを変化させることにより、ライン光を掃引するとともに、イメージセンサの画像データにもとづいて、対象物までの距離または対象物の３次元形状を測定する処理部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のある態様によれば、長距離の測距を高速化し、あるいは高精度化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る測距センサの概略的なブロック図である。
【図２】図１に示す測距センサの概略的動作を説明する図である。
【図３】第１の実施形態に係る測距センサのブロック図である。
【図４】実施形態に係るＶＣＳＥＬ構造を有する光放射構造の断面図である。
【図５】図４に示す光放射構造から放射されるライン光パターンの概念図である。
【図６】ライン光のライン長を説明する図である。
【図７】熱駆動方式のビーム偏向デバイスの断面図である。
【図８】マイクロマシン駆動方式のビーム偏向デバイスの断面図である。
【図９】実施形態の測距センサを車載用に応用した場合の概念図である。
【図１０】シングルカメラ方式の測距方法の説明図である。
【図１１】シングルカメラ方式においてビーム偏向デバイスからライン光を掃引した時の測距距離とイメージセンサでの画素位置を示す図である。
【図１２】一画素内のラインピークを算出するための説明図である。
【図１３】イメージセンサの画素範囲（偏向角方向）の説明図である。
【図１４】イメージセンサの画素範囲（回折角方向）の説明図である。
【図１５】シングルカメラ方式におけるイメージセンサ上での画素範囲の説明図である。
【図１６】３次元距離動画生成のフローチャートである。
【図１７】デュアルカメラ方式の測距方法の説明図である。
【図１８】デュアルカメラ方式において時間プロファイルに同期するイメージセンサの画素範囲（偏向角方向）を算出する説明図である。
【図１９】デュアルカメラ方式におけるイメージセンサ上での画素範囲の説明図である。
【図２０】第２の実施形態に係る測距センサのブロック図である。
【図２１】雑音とラインピーク位置精度の関係を示す説明図である。
【図２２】雑音測定の説明図である。
【図２３】雑音減算部での処理の説明図である。
【図２４】実施形態の測距センサを車載用に応用した場合の種々の搭載例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態についていくつかの図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る測距センサ１の概略的なブロック図である。測距センサ１は、主としてビーム偏向デバイス２、カメラ４、および処理部８を備える。
【００１４】
ビーム偏向デバイス２は、測定対象物Ｏｂに後述する時間プロファイルに基づいたライン光の掃引パターン２００を照射する。図１では測定対象物Ｏｂとして仮想的な平面、もしくは参照平面ＲＳを示している。
【００１５】
ビーム偏向デバイス２は、遠視野像がライン形状であるライン光Ｌｉ（ｉ＝１，２，・・・Ｎ）をデバイス表面から出射する光放射構造２０を含み、ライン光Ｌｉが放射される偏向角θｓが可変に構成される。ここでは、デバイス表面に対して垂直方向をθｓ＝０とする。
【００１６】
処理部８は、ライン光Ｌｉの偏向角θｓを変化させることにより、ライン光Ｌｉの照射位置を掃引する。この機能は、処理部８の光掃引制御部３によって実行される。図１には、ライン光を掃引した結果得られる掃引パターン２００の一例が示される。この掃引パターン２００は、第１方向（図中、Ｘ方向）に離間する複数のライン光Ｌ１〜Ｌｎを含み、各ライン光Ｌｉ（添字ｉで代表する）は、第２方向（Ｙ方向）が長手である。これをライン長と定義する。なお測定対象に対して、複数のライン光Ｌ１〜Ｌｎが同時に照射されることはなく、ある時刻では、一つのライン光Ｌｉのみが測定対象に照射される。
【００１７】
光掃引制御部３は、所定の参照面ＲＳ上に所望のライン光の掃引パターン２００を発生させるための時間プロファイルに基づいて、光放射構造２０から出射するライン光Ｌ１〜Ｌｎの偏向角θｓを制御する。
【００１８】
カメラ４は、測定対象物Ｏｂに投光されたライン光Ｌ１〜Ｌｎを順次イメージセンサに撮像する。
【００１９】
処理部８は、イメージセンサ４により得られた画像データにもとづいて、対象物までの距離または対象物の３次元形状を測定する。この機能は処理部８の距離画像生成部５によって実行される。
【００２０】
距離画像生成部５は、カメラ４で撮像された画像データに含まれるライン光ＬｉのＸ方向の画素位置の情報を、ビーム偏向デバイス２からライン光Ｌｉの照射スポットまでの距離情報に変換する。光掃引制御部３と距離画像生成部５とは、動画対応のフレームレートの周波数に同期して動作し、距離画像生成部５は動画対応の３次元距離動画を出力することができる。処理部８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのひとつのハードウェアであってもよい。あるいは、光掃引制御部３と距離画像生成部５は、別々のハードウェアとして実装してもよい。
【００２１】
図２は、図１に示す測距センサの概略的動作を説明する図である。本実施形態の測距センサは、時間プロファイルに基づいて所望のライン光の掃引パターン２００が形成される。
【００２２】
光掃引制御部３は、まず測距すべき偏向角θｓの範囲θｍｉｎとθｍａｘを設定する。この偏向角の範囲内に対して掃引するライン光数ｎを設定する。このライン光数ｎは、最終的に得られる３次元距離画像の解像度となる。図２では、光掃引制御部３が時間とともにビーム偏向デバイス２から放射するライン光の偏向角θｓ（θ１〜θｎ）を時間ｔとともに連続的にスイープする例を示している。
【００２３】
例えば時間ｔ１において偏向角θｓがθ１となった場合には、ライン光Ｌ１の強度Ｉｐをパルス状に時間変化させる。これをｎ回繰り返すことで、図１のライン光の掃引パターン２００が得られる。ここで、時間ｔ１〜ｔｎをライン光の発光タイミングｔｓと定義する。また、図２では、偏向角θｓを一定の傾きで連続的にスイープさせる例を示したが、各ライン光Ｌｎの発光期間中は偏向角θｓのスイープを一旦停止してもよい。偏向角θｓのスイープを停止することで偏向角θｓの精度を上げることができる。
【００２４】
以上が測距センサ１の動作である。続いてその利点を説明する。測距センサ１によれば、単眼カメラあるいはステレオカメラを用いた三角測量方式に比べて格段に少ない演算量で、中長距離における３次元計測が可能となる。またライン光のスキャンに、可動ステージやガルバノミラーが不要であるため、装置を簡素化し、コストを下げることができる。
【００２５】
本発明は、図１のブロック図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な実施例や変形例を説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態に係る測距センサのブロック図である。測距センサ１は、図１と同様にビーム偏向デバイス２、ビーム偏向デバイス２から出射するビームを制御する光掃引制御部３、ビーム偏向デバイス２から出射し、測定対象物を投光したビームを２次元画素上で撮像検知するカメラ４、カメラ４の撮像信号から測定対象物の３次元距離を判定し、３次元距離画像を生成する距離画像生成部５、および時間プロファイルを始めとする種々の制御データを格納するメモリ６を有している。さらには、時間プロファイルに関連する各種パラメータを同期させて制御する同期部７を備える。
【００２７】
ビーム偏向デバイス２は、遠視野像がライン形状のライン光をデバイス表面から直接出射する光放射構造２０と、ライン光を偏向角が異なる方向（図中ではθ１〜θｎ）に掃引する光掃引構造２１を有する。また、光掃引制御部３はデバイスの表面から直接出射するライン光を時間的に所定の偏向角で順次掃引し、距離Ｚｓだけ離れた参照面ＲＳ上に所定のライン間隔で、所定数のラインからなるライン光の掃引パターン２００を生成する。
【００２８】
この光掃引制御部３は、参照面ＲＳ上に投光するライン光の掃引パターン２００を設定する時間プロファイル設定部３１、ライン光の掃引パターン２００に応じた制御波長を設定する波長設定部３２、およびビーム偏向デバイス２を駆動する駆動部３３を有する。
【００２９】
カメラ４は、焦点距離ｆを有するレンズ４１と測定対象物に投光されたライン光の掃引パターンを撮像するイメージセンサ４２を有する。このイメージセンサ４２は、好ましくはグローバルシャッター方式のイメージセンサであるが、動作速度が高速のものであれば、ローリングシャッタ方式のイメージセンサでも構わない。
【００３０】
距離画像生成部５は、イメージセンサ４２の画素範囲を時間プロファイルに同期して選択する画素範囲選択部５０１、イメージセンサ４２で撮像されるライン光の画素位置と画素値に基づいてライン光のラインピークをサブピクセルの精度で算出するピーク位置算出部５０２、ライン光の偏向角θｓに対するラインピークを用いて測定対象物までの距離を測定する距離測定部５０３、および画像生成のフレームレートを設定するフレームレート設定部５０４を有している。
【００３１】
距離画像生成部５は、カメラ４で撮像されたライン光のライン歪みと、ライン光の発光タイミングｔｓと偏向角θｓに基づいて、測定対象物までの距離（３次元位置）を三角測量の手法を用いて測定する。ライン光の掃引パターン２００を形成するライン光Ｌ１〜Ｌｎ全てに対して、測定対象物の３次元距離を求めることで３次元距離画像を生成する。
【００３２】
メモリ６は、ビーム偏向デバイス２から出射するビームを制御するための時間プロファイル、同期のための制御データ、３次元距離測定のためのキャリブレーションデータ、および測定された測定対象物の３次元距離画像データなど各種のデータを保存する。
【００３３】
同期部７は、３次元距離画像データが取得できるようにメモリ６の各種データを用いて光掃引制御部３と距離画像生成部５とを同期させる。例えば、所定の偏向角範囲内を所定の解像度のライン光で掃引する時間プロファイルにより、画像１フレームを形成し、この時間プロファイルを所定の動画映像のフレームレートと同期して繰り返すことにより、移動する測定対象物の３次元距離画像を生成する。図中のパラメータｆｒはフレームレート、ｆｓはライン光の掃引周波数、ｔｓはライン光の発光タイミング、θｓはライン光の偏向角である。これらのパラメータは例示のためのパラメータであって、同期部７で使用するパラメータはこれだけに限定されない。
【００３４】
距離画像生成部５は、取得した３次元距離画像を静止画像または動画などの所定の形式で出力する。そしてこの３次元距離画像データの特徴点などを解析する図示しないＡＩ（Artificial Intelligence）処理部やモニタ等に出力する。また、可視画像に３次元距離画像をスーパーインポーズして表示してもよい。
【００３５】
図４は、一実施例に係る光放射構造２０の断面図である。この光放射構造２０は、半導体基板２３上に集積化されたＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）構造２２を有する半導体デバイスであって、ＶＣＳＥＬ構造２２は、半導体基板２３上に形成された下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）２４、活性層２５、上部ＤＢＲ２６を備え、上部ＤＢＲ２６と下部ＤＢＲ２４で多重反射されたスローライト光を伝搬させる。このＶＣＳＥＬ構造２２は、垂直方向（Ｚ方向）の共振長で定まる固有の発振波長λ２を有している。
【００３６】
光放射構造２０は、活性層２５にてスローライト光を増幅させながら伝搬させるため、導波路長は、２ｍｍ〜１０ｍｍ程度に長尺化される。駆動部３３は、光放射構造２０に発振しきい値電流より大きな電流を注入し、ＶＣＳＥＬ構造２２の共振器長で決定する波長λ２で発振させる。この状態で、光放射構造２０の一端側に設けられた入射口２７からコヒーレントな入射光Ｌｉが入力されると、入射光Ｌｉは略垂直方向に多重反射するスローライト光として増幅されながら伝搬し、光放射構造２０の表面上部に形成された出射口２８から、放射角θｓの出射光Ｌｏが放射され、出射光Ｌｏの遠視野像は、ライン形状となる。
【００３７】
ここで光掃引構造２１は、コヒーレントな入射光Ｌｉを発生するシード光源２１ｓを用いることができて、波長可変レーザ（ＴＬＤ：Tunable Laser Diode）構造を有する。シード光源２１ｓは、端面出射型のＴＬＤでも構わないが、シード光源２１ｓが光放射構造２０と一体に集積される構造の方が小型化には効果的である。
【００３８】
光放射構造２０は、シード光Ｌｉの波長λ１に応じた放射角θｓで、出射光Ｌｏを放射する。光放射構造２０内におけるスローライト光の多重反射角をθｉ、出射光Ｌｏの出射角をθｓとするとき、式（１）が成り立つ。
【００３９】
ｓｉｎθｓ＝ｎｓｉｎθｉ＝ｎ√（１−（λ１／λｃ）２）        …（１）
ｎは光放射構造２０の導波路の屈折率であり、λｃは導波路のカットオフ波長であり、λ２と等しい。
【００４０】
この光放射構造２０は、しきい値電流より大きな電流が注入されているため、入射光Ｌｉが入射しないときは単体発振波長λ２での発振状態が維持されるが、波長λ１の入射光Ｌｉが入力されると、入射光Ｌｉは、多重反射するスローライト光として増幅されながら伝搬するため、単体発振波長λ２の成分は非常に小さくなる。
【００４１】
この時、出射光Ｌｏは、波面の揃ったコヒーレントな光となるため、放射角θｓ方向に極めて狭いビーム広がり角Δθｄｉｖを有する。このビーム広がり角Δθｄｉｖは、光放射構造２０の出射口２８の長手方向の開口幅ＷＬを用いて、式（２）で与えられる。
【００４２】
Δθｄｉｖ≒λ１／（ＷＬ・ｃｏｓθｓ）      … （２）
すなわち、出射口２８の開口幅ＷＬが長いほどビーム広がり角Δθｄｉｖは狭くなり、同時に高出力化が達成される。
【００４３】
図５は、図４の光放射構造２０から放射されるライン光の掃引パターンの概念図である。図５を用いて本実施形態で生成するライン光の掃引パターンについて説明する。光放射構造２０の左側から波長λ１のシード光を入力すると、光放射構造２０内を多重反射するスローライト光が伝搬し、式（１）に従って偏向角θｓ方向に、ビーム広がり角が非常に狭い光ビームが出射口２８から出射される。今、光放射構造２０からの距離がＺｓであり、光放射構造２０が配置される平面と平行な参照面ＲＳを考え、この参照面ＲＳ上に例えば、等間隔なｎ本（ｎは自然数）のライン光からなるライン光の掃引パターンパターンを形成することを考える。出射口２８から出射された光ビームは、参照面ＲＳ上にてライン形状となり、シード光の波長λ１を時間的に掃引（ｔ１〜ｔｎ）することで、偏向角θｓが変化し、参照面ＲＳ上にマルチラインのライン光の掃引パターンパターン（Ｌ１〜Ｌｎ）が形成される。光放射構造２０から放射されるライン光の幅は、式（２）に示すように、光放射構造２０の長さを長くすることで狭くすることができ、かつ光出力も大きくできるため、ライン光強度を高めることができる。これにより明るい環境下におけるＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００４４】
最大の偏向角θｓ＿ｍａｘは、シード光の波長λ１の掃引範囲によって決定される。具体的には、シード光の波長λ１をカットオフ波長の近傍の９９０ｎｍから９５０ｎｍまで約４０ｎｍ掃引すると、偏向角が約１０°〜７５°となり、最大の偏向角θｓ＿ｍａｘは６０°を超える結果が得られている。この時の解像点数は１０００を超える高解像度である。
【００４５】
次に参照面ＲＳ上での各ラインのライン長について説明する。図６は、ライン光のライン長を説明する図である。例えば、図５で略垂直方向（即ちθｓ＝０）に放射しているライン光Ｌ１に対するライン長は、出射口２８の横方向の開口幅ＷＴによって概ね決定する。放射する光の電界が開口幅で一様であると仮定すると、遠方での遠視野像は、フラウンホーファ回折となりＳＩＮＣ関数の２乗の強度分布となる。ライン端において電界強度４０が０となるライン長を定義するとすれば、ライン長ＬＴは、回折角θｄで決定され、式（３ａ）、（３ｂ）が成り立つ。
ＬＴ＝２Ｚｓ・ｔａｎ（θｄ／２）      … （３ａ）
θｄ≒λ／ＷＴ      …（３ｂ）
光放射構造２０からの距離Ｚｓ（図中、Ｚｓ１，Ｚｓ２）に対応してライン長ＬＴ１、ＬＴ２が求まる。すなわち、測定対象物の大きさと、測定対象物までの距離Ｚｓに応じて適切な開口幅ＷＴを設定し、所望のライン長ＬＴを得る必要がある。
【００４６】
図７は、一実施例に係る熱駆動方式のビーム偏向デバイスの断面図である。このビーム偏向デバイス２は、シード光源２１ｓと光放射構造２０がモノリシックに集積される。ここで光掃引構造２１は、シード光源２１ｓ、光放射構造２０、そしてそれらを加熱するヒータ５１、５２、温度制御を行う熱駆動部５３を有する。
【００４７】
この集積化されたビーム偏向デバイスは、ＶＣＳＥＬ構造２２ｓを有するシード光源２１ｓとＶＣＳＥＬ構造２２を有する光放射構造２０を、同一半導体基板上に形成したものである。
【００４８】
ＶＣＳＥＬ構造２２ｓは、光放射構造２０のＶＣＳＥＬ構造２２と同様の構成であり、半導体基板２３上に形成された下部ＤＢＲ２４ｓ、活性層２５、上部ＤＢＲ２６ｓを備え、シード光源２１ｓと光放射構造２０は、結合面５４を介して活性層２５を共通とする光結合状態にある。さらにシード光源２１ｓと光放射構造２０は、お互いの発振波長が少し異なり、λ１＜λ２となるように共振器長を変える構成となっているほうが好ましい。また、反射率を考慮し、上部ＤＢＲ２６ｓのＤＢＲ層数は、光放射構造２０のものとは異なり高反射となるように設計される。
【００４９】
駆動部３３からしきい値電流以上の電流を駆動電極５５から注入することによってシード光源２１ｓを垂直方向に波長λ１で発振させる。この発振モードの光強度分布５６の一部が光放射構造２０のシード光５６ｓとして染み出す。
【００５０】
一方、駆動部３３から光放射構造２０に対しても、しきい値電流より大きな電流が注入され波長λ２にて発振状態とする。この時、シード光源２１ｓの光強度分布５６の一部が光放射構造２０のシード光入力Ｌｉとなって光結合し、光放射構造の長手方向に波長λ１のスローライト光が増幅されながら伝搬する。そして光放射構造２０の表面に形成された出射口２８から出射光Ｌｏが放射される。
【００５１】
熱駆動部５３の制御について説明する。図７では、説明のため、シード光源２１ｓを加熱するヒータ５１と光放射構造２０を加熱するヒータ５２を基板２３下に記載しているが、加熱効率の観点からビーム偏向デバイス２の上面に配置することが好ましく、さらには熱的なアイソレーションのため、結合面５４付近に、例えば空隙５７などの熱分離が可能な構造を形成する。それぞれのヒータ５１、５２の温度調整をすることにより屈折率が変化し、それに伴い発振波長λ１，λ２が変化するため、出射光Ｌｏの偏向角θｓを掃引することができる。
【００５２】
式（１）をみてわかるように、光放射構造２０のカットオフ波長λｃを変化させても出射光Ｌｏの偏向角を変えることが可能である。ＶＣＳＥＬ構造２２を有する光放射構造２０では、カットオフ波長λｃは、光放射構造２０の単体発振波長λ２と等しいことから、式（１）を式（４）のように書き換える。
【００５３】
ｓｉｎθｒ＝ｎ・ｓｉｎθｉ＝ｎ√（１−（λ１／λ２）２）        …（４）
すなわち、シード光源２１ｓと光放射構造２０の単体発振波長λ１とλ２の変化が反対になるようにヒータ５１、５２を制御することで効率的な偏向制御が行える。もちろんシード光源２１ｓと光放射構造２０のどちらか一方の温度を変えてもよい。
【００５４】
図８は、マイクロマシン構造によるビーム偏向デバイスの断面図である。図７と異なる点は、シード光源２１ｓと光放射構造２０の上部ＤＢＲ２６ｓ、２６にそれぞれエアギャップ層５８ｓ、５８を設け、このエアギャップ層５８ｓの厚みがＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)構造によって可変に構成されている点である。エアギャップ層５８ｓの厚みを変化させることで、上部ＤＢＲ２６ｓで構成される高反射ミラーの位置を制御でき、これによりシード光源２１ｓのキャビティ長が変化し、発振波長λ１を変化させることができる。さらに、このＭＥＭＳ構造を制御するＭＥＭＳ駆動部６０を備える。これにより、光掃引構造２１は、ＭＥＭＳ構造を有するシード光源２１ｓとＭＥＭＳ駆動部６０を有する。なお、図８では、図７で記載の駆動部３３を省略した。
【００５５】
ＭＥＭＳ駆動部６０は、ＭＥＭＳ制御電極５９に印加する電圧を変化させることでシード光源２１ｓのエアギャップ層５８の層厚を変化させ、発振波長λ１を掃引する制御を行う。
【００５６】
なお、光放射構造２０側にもエアギャップ層５８を変化させるＭＥＭＳ構造を形成してもよい。その場合は、熱的制御と同様に、単体発振波長λ１とλ２を変化が反対となるような制御を行うと効率がよい。
【００５７】
以上のように構成されたビーム偏向デバイス２を用いて、光掃引制御部３は、ライン光を時間的に掃引し、ライン光を送出した時間とライン光の偏向角に基づいてライン光の掃引パターンを生成する。その結果、所定のライン間隔で、所定数のラインからなる種々のライン光の掃引パターンを生成することができる。
【００５８】
（シングルカメラ方式）
図９は、本実施形態の測距センサを車載用に応用した場合の概念図である。また、図１０は、シングルカメラ方式の測距方法の説明図である。図９、および図１０を用いて、車両９０のフロントガラス中央上部に本実施形態の測距センサ１が搭載されている場合を例にとりシングルカメラ方式の測距方法について説明する。
【００５９】
図９においてビーム偏向デバイス２は、車両９０の前方に位置する立方体形状の測定対象物Ｏｂに対して偏向角θｓでライン光Ｌｎを投光したとする。この時、焦点距離ｆ、視野角θｒを有するカメラ４は、イメージセンサ４２上に測定対象物Ｏｂに投光されたライン光を撮像する。測定対象物Ｏｂの立方体前面までの距離をＺｓ１、立方体後面までの距離をＺｓ２とすると、イメージセンサ４２上には、測定対象物Ｏｂの厚み（Ｚｓ２−Ｚｓ１）が異なる画素位置ｘ１、ｘ２に撮像される。すなわち、測定対象物までの距離差はイメージセンサ４２上ではライン歪みとして観測される。
【００６０】
図１０において、ビーム偏向デバイス２から測定対象物Ｏｂまでの距離をＺｓ、ライン光Ｌｎの偏向角をθｓ、ビーム偏向デバイス２とイメージセンサ４２の中心までの距離をＤ、レンズ４１の焦点距離をｆ、測定対象物Ｏｂのライン光を撮像するイメージセンサ４２の中心からのＸ方向への距離をｐ・ｘ（ｐ：画素サイズ、ｘ：画素数）とすると、三角測量の原理によりビーム偏向デバイス２から測定対象物Ｏｂまでの距離Ｚｓが求まる。
Ｚｓ＝Ｄ・ｆ／（ｆ・ｔａｎθｓ＋ｐ・ｘ）            …（５）
【００６１】
図１１は、ビーム偏向デバイスからライン光の偏向角を−３０°から３０°と掃引した時の測距距離とイメージセンサ上での画素位置を示す図である。ここで画素位置ｘは、イメージセンサ４２の中心からの距離ｐ・ｘを画素サイズｐで割った画素数ｘを表している。計算に用いたパラメータは、Ｄ＝１００ｍｍ、ｆ＝１０ｍｍ、ピクセルサイズ１０μｍである。この時、送信側での偏向角制御は１ライン光当たり０．０５°の制御を行い、解像度は１２００である。
【００６２】
ライン光を撮像したイメージセンサ４２上での画素位置ｘは整数値であるから、これにより最大測距距離Ｚｓ＿ｍａｘは式（６）、測距誤差ΔＺｓは、式（７）となる。
【００６３】
Ｚｓ＿ｍａｘ＝Ｄ・ｆ／ｐ                     …（６）
ΔＺｓ＝Ｚｓ２・ｐ／（Ｄ・ｆ＋Ｚｓ・ｐ）      …（７）
例えば、上記のパラメータを用いると、最大測距距離Ｚｓ＿ｍａｘは１００ｍ、測距誤差ΔＺｓは５０ｍとなる。このようにステレオカメラ方式は視差を利用するために、１００ｍ程度の測距距離Ｚｓでは、大きな測距誤差ΔＺｓを持つことになる。
【００６４】
これを解決するためには、画素サイズを小さくすることが有効であるが、本実施形態では、ピーク位置算出部５０２において、ライン光の一画素内でのラインピーク撮像位置を算出推定する。これにより、サブピクセル精度のラインピークを得ることができる。
【００６５】
図１２は、一画素内のラインピークを算出するための説明図である。イメージセンサ４２上で撮像されたライン光Ｌｎの強度は、各画素内のフォトデテクタで受光した電荷量が所定のビット数でデジタル化された画素値として出力される。また、Ｘ方向の画素サイズによってライン光の分解能が決定されてしまう。まず、ライン光Ｌｎを撮像した最大画素値Ｓｘとなる画素ｘを求め、その前後の画素を考える。図１２の例では、中心画素ｘに対して前後２画素を考慮した。
【００６６】
一画素内のラインピークを算出する方法は、例えば以下のような方法が考えられる。
（１）テンプレートマッチング法。
ライン光ＬｎのＸ方向の強度プロファイルをガウス分布と仮定し、これをテンプレートとする。そして各画素値（Ｑｘ−１〜Ｑｘ＋１）とマッチングするような強度プロファイルを求める。図１２の例では、画素サイズｐと同程度の偏差σｗを有する強度プロファイル１２０ａ（実線）がマッチングされラインピークＸｐが求まる。
【００６７】
（２）等角直線補間法
中心画素ｘと両隣の画素ｘ−１、ｘ＋１の３画素を用いる。まず中心画素ｘと画素ｘ−１を結んだ直線の傾きと、中心画素ｘと画素ｘ＋１を結んだ直線の傾きのうち、傾きの大きい方の直線１２０ｂを採用する。次にこの直線１２０ｂの傾きを反転させ、かつ、反対側の画素ｘ−１を通る直線１２０ｃを求める。そして両直線１２０ｂ、１２０ｃの交わる位置によりラインピークＸｐを求める。あるいはこの３画素を２次曲線でフィッティングすることによりラインピークＸｐを求めてもよい。
【００６８】
（３）重心法
中心画素ｘとその周辺画素に対して式（８）に示す重み付平均をとることにより、ラインピークＸｐを求める。
Ｘｐ＝Σｘ・Ｑｘ／ΣＱｘ                …（８）
【００６９】
（４）ガウシアンフィルタ法
中心画素ｘおよびその周辺画素の画素値に対してガウス分布の重み付け（畳み込み処理）を行うことで自然な平滑化を行い、ラインピークＸｐを求める。
【００７０】
（５）ラプラシアンフィルタ法
中心画素ｘおよびその周辺画素の画素値に対してラプラシアンの重み付け（畳み込み処理）を行うことでライン光の両エッジを求め、その中心をラインピークＸｐとして求める。この方法では、両エッジの幅からライン光の幅σｗも見積もることができる。ライン光の幅σｗにより、畳み込み処理において選択すべき最小限の周辺画素数を見積もることが可能である。
【００７１】
これらの方法は、システムで求められる処理速度と位置精度の兼ね合いで適宜選択される。もちろん上記の方法以外の方法でもよい。一点鎖線で示す強度プロファイル１２０ｄように、ライン光Ｌｎの強度プロファイルの幅が、画素サイズｐより小さい場合には、中心画素ｘの隣接画素の画素値が0近くなり雑音に埋もれる場合が生じる。このような場合には、上述したラインピークの推定が精度良く行えないため、少なくとも３画素で正確な画素値が検出できるように、ライン光の強度プロファイルの幅σｗと画素サイズｐを設定する必要がある。
【００７２】
次に、画素範囲選択部５０１の動作について図１３を用いて説明する。計算に用いたパラメータは図１１と同じである。ライン光が時間プロファイルに同期して偏向角θｓが−３０°から３０°まで掃引されると、測距曲線１３０がＳｃａｎと書かれた矢印方向に移動していく。このことから、イメージセンサ４２上の全ての画素を露光する、もしくは、全ての画素の画素値の読み出す必要がないことがわかる。例えば測距範囲を１ｍ〜１００ｍと仮定すると各測距曲線１３０で必要な水平方向の画素範囲ＲＯＩ＿ｈが決定する。図１３の場合では、ＲＯＩ＿ｈは１００画素程度である。偏向角θｓに基づいてイメージセンサ４２上の画素範囲が設定されるため、たとえ測定対象物が測距範囲に存在しなくても（ライン光の反射光がない場合でも）適切に画素範囲を設定することができる。
【００７３】
また、垂直方向の画素範囲ＲＯＩ＿ｖについて図１４を用いて説明する。図６で説明したように、ライン長ＬＴは回折角θｄで決定される。イメージセンサ４２上での画素範囲ＲＯＩ＿ｖは、回折角θｄとレンズの焦点距離ｆで決定され、式（９）となる。
ＲＯＩ＿ｖ＝２ｆ・ｔａｎ（θｄ／２）            …（９）
焦点距離ｆを可変できるズーム機構を有するカメラ４であれば、焦点距離ｆの変化によりＲＯＩ＿ｖを可変する。
【００７４】
図１５は、イメージセンサ４２上の画素範囲の説明図である。図１３で説明したＲＯＩ＿ｈと図１４で説明したＲＯＩ＿ｖとで画素範囲１５０を設定し、この画素範囲を時間プロファイル（ライン光の掃引）と同期して移動させる。直線１５１は、測距最大値に対応する画素位置を示しており、測距できる範囲（例えば１ｍから１００ｍ）に対応する画素が画素範囲１５０内に含むように設定する。
【００７５】
この画素範囲は、イメージセンサ４２の画素の露光範囲、および画素値の読み出し範囲とすることができる。また、画素の露光範囲と、画素値の読み出し範囲とを異なるように設定してもよい。イメージセンサ４２の画素の露光範囲を限定することは、シャッタースピードや感度設定の安定化をもたらすと同時に、外乱光、反射光、環境光の影響などを低減できる。また、画素値の読み出し範囲を限定することにより測距処理の高速化が可能となる。画素範囲の設定方法のバリエーションについては、後述する。夜間のように太陽光の影響が少ない実施形態では、画素の露光範囲を設定せず、画素値の読み出し範囲だけを設定してもよい。
【００７６】
画素範囲選択部５０１で選択された画素範囲で撮像されたライン光の画素値は、ピーク位置算出部５０２でライン光のラインピークが算出され、距離測定部５０３は、このラインピークを基に測定対象物までの距離を算出する。
【００７７】
図１６は３次元距離動画生成のフローチャートである。まず、ステップＳＴ１では、フレームレート設定部５０４により取得したい３次元距離動画のフレームレートｆｒを設定する。例えば３０ｆｐｓ（frames per second）などである。
【００７８】
ステップＳＴ２では、時間プロファイル設定部３１において、設定されたフレームレートｆｒの逆数（１／ｆｒ）に対応する時間プロファイルをメモリ６から読み出し、１フレーム生成のためのライン光の解像度数ｎ、掃引するライン光の偏向角の範囲などが設定される。
【００７９】
続けてステップＳＴ３では、ライン光を繰り返し掃引するための掃引周波数ｆｓ、掃引周波数ｆｓの繰り返し周期内でライン光を発光する発光タイミングｔｓ（ｔ１〜ｔｎ）、発光タイミングｔｓに対する偏向角θｓ（θ１〜θｎ）が設定される。そして、波長設定部３２では、偏向角θｓに対応する制御波長λ１、λ２が設定され、ライン光の投光が開始される。
【００８０】
ステップＳＴ４では、画素範囲選択部５０１は偏向角θｓに基づき、イメージセンサ４２上の画素範囲を設定する。この画素範囲内において測距範囲内の測定対象物物を投光したライン光は撮像される。この画素範囲についてシャッターを開いて露光し、この画素範囲の画素値を読みだす。
【００８１】
ステップＳＴ５では、ピーク位置算出部５０２において、読みだした画素値のうち、水平方向（行方向）の最大値を求め、その隣接する周辺画素値を用いて、一画素内のラインピークを求める。
【００８２】
ステップＳＴ６では、距離測定部５０３は、偏向角θｓとラインピークを用いて測定対象物までの距離Ｚｓを算出する。これにより１ライン光に対する測距が完了する。
【００８３】
さらにステップＳＴ７では、解像度ｎのライン光全てが掃引され、測距処理が完了しているかを判断する。解像度ｎのライン光全てが掃引されていれば（ＳＴ７：Ｙｅｓ）、１フレーム画像を生成し、解像度ｎのライン光全てが掃引されていなければ（ＳＴ７：Ｎｏ）、ステップＳＴ３に戻り、次のｔｓ、θｓを設定してライン光の投光を行う。
【００８４】
以上のステップにより、１フレームの３次元距離画像が生成され、この１フレームの生成動作を繰り返すことで３次元距離動画が生成される。
【００８５】
（デュアルカメラ方式）
図１７はデュアルカメラ方式の測距方法の説明図である。ビーム偏向デバイス２の左右にカメラ４Ｒ、４Ｌを用意した。各イメージセンサ４２Ｒ、４２Ｌの撮像距離をｐｒ、ｐｌと表記した。なお、説明のため、ビーム偏向デバイス２と左右のカメラ４Ｒ、４Ｌとの距離Ｄ、また焦点距離ｆを等しくしているが、異なる距離Ｄ、焦点距離ｆを設定してもよい。
【００８６】
デュアルカメラ方式において、ビーム偏向デバイス２から測定対象物Ｏｂまでの距離Ｚｓは、式（１０）で求められる。
Ｚｓ＝Ｄ・ｆ／（ｐｒ−ｐｌ）              …（１０）
式（１０）においては、偏向角θｓを使用しないため、偏向角θｓの制御精度が取れない場合にも精度のよい測距が行える。
【００８７】
図１８は、デュアルカメラ方式において選択されるイメージセンサの画素範囲（偏向角方向）を算出する説明図である。計算に用いたパラメータは図１１、図１３と同様である。イメージセンサ４２Ｒ、４２Ｌに対する測距曲線１３０Ｒ、１３０Ｌを同時に表示している。図１８の例では、イメージセンサ４２Ｒ、４２Ｌに対して同じ画素範囲ＲＯＩ＿ｈを設定している。同じ画素範囲を設定することで制御を共通化できる。尚、ＲＯＩ＿ｖは、シングルカメラ方式と同様である。
【００８８】
図１９は、イメージセンサ４２Ｒ、４２Ｌ上の画素範囲設定のバリエーションを示している。図１９（ａ）は、図１８に示したように、測距最大値の画素を示す直線１５１を中心に画素範囲を選択した場合である。図１９（ｂ）は、イメージセンサ４２Ｒ、４２Ｌに対して別々の画素範囲１５０Ｒ、１５０Ｌを設定した場合である。図１９（ｃ）は、比較的広い画素範囲１５０Ｗを指定しておき、画素範囲１５０Ｗをある時間固定してライン光を掃引する場合である。
【００８９】
以上述べたように、第１の実施形態によれば、ライン光を掃引する方式を採用しているため、測定対象物を投光するレーザ光の強度を高めることが可能である。そのため、長距離の測定対象物への投光が可能となる。また、明るい環境下においてもＳ／Ｎ比を高めることができるため、安定した測距が行える。
【００９０】
ステレオカメラ方式は、視差を利用するため長距離での測距精度が良くないという欠点があるが、本実施形態ではライン光の掃引と同期して一画素内のラインピークを求めることができる。このため、長距離の測距においても十分な精度を得ることが可能である。さらには、イメージセンサの露光、読み出しの画素範囲をライン光の掃引と同期して設定することにより、測距処理の高速化が達成される。
【００９１】
ＶＣＳＥＬ構造を有するビーム偏向デバイスは、小型で高解像度のビーム掃引が可能である。また、ビーム掃引においてレンズなどの光学部品を必要としないため、高速で小型な測距センサが実現できる。従来に比べて非常に小型化が可能であるため、本実施形態の測距センサを車載用に適用した場合、車両の前後（例えばナンバープレート付近）、側面（例えばドア、ドアミラー付近）にも容易に搭載することが可能であり、自動運転への信頼性を向上させることが可能である。
【００９２】
（第２の実施形態）
図２０は、第２の実施形態に係る測距センサのブロック図である。第１の実施形態に加え、距離画像生成部５に雑音測定部５０５、雑音除去部５０６、距離精度判定部５０７を有する。
【００９３】
雑音測定部５０５は、イメージセンサ４２上の雑音を測定する。特に太陽光や対向する車両のヘッドライトなどの外乱光に基づく雑音は測距精度に大きく影響する。もちろんカメラ４には、これらの波長の光をカットするフィルタを装着してもよい。
【００９４】
図２１は、雑音とラインピークの位置精度の関係を示す説明図である。画素値が最大の画素ｘとその隣接する周辺画素の５画素についてガウス型の強度プロファイルをマッチングすることを考える。この時、各画素値が偏差σｎを有するランダムな雑音が加わり、ライン光だけを受光した画素値から偏位するとしたならば、それに伴ってラインピークの位置も偏位することになる。この時の偏差をσｘとする。
【００９５】
ラインピークの偏差σｘが雑音によって生じるとすると、これによる測距の偏差σＺｓは、シングルカメラ方式の場合、式（５）を微分して式（１１）となる。
σＺｓ＝Ｚｓ２・ｐ・σｘ／（Ｄ・ｆ）            …（１１）
この式（１１）は、式（７）の議論と同じように、σｘが１画素に近くなれば、１００ｍ程度の長距離において測距精度がとれなくなることを意味する。従って、本実施形態の雑音測定部５０５では、雑音を測定するために図２２で示すような方法を採用する。
【００９６】
図２２は、雑音測定の説明図である。イメージセンサ４２の雑音測定は、時間プロファイルに同期して行うために、図２のライン光の発光タイミングに重ねて表示する。イメージセンサ４２は、ライン光の発光タイミングｔｓ（t１〜ｔｎ）に同期した時間ＲＴｓ内に露光、画素値の読み取りを行う。これにより背景光雑音を含んだライン光に対する画素値を読み出すことができる。また、これに続いてライン光の非発光タイミングに同期した時間ＲＴｎにおいて、露光、画素値の読み取りを行う。これにより背景光雑音のみの画素値を読み出すことができる。
【００９７】
図２３は、雑音除去部での処理の説明図である。雑音除去部５０６では、ライン光の発光タイミングｔｓに同期した時間ＲＴｓに読み出した画素値から、ライン光の非発光タイミングに同期した時間ＲＴｎに読み出した画素値の減算を行い、背景光雑音を除去した画素値を求める。この雑音除去処理は、偏向角θｓで選択された画素範囲について行う。さらには、ラインピークを求めるのに必要な画素にのみこの雑音除去処理を施すことによりさらに測距処理の高速化ができる。
【００９８】
雑音が除去された画素値は、ピーク位置算出部５０２に送られラインピークが算出される。これにより、太陽光、外乱光、反射光などの背景光雑音が除去され、高精度なラインピークを算出することができる。
【００９９】
しかし、背景光の強度が強い場合には、雑音を除去したとしてもライン光の信号成分が小さいと測距精度が上がらない場合がある。距離精度判定部５０７は、雑音除去部５０６からＳＮＲ（信号対雑音比）を取得する。距離精度はＳＮＲに反比例することから、距離精度を判定し外部に出力する。ＳＮＲが所定の値以上でないときは、アラームを発出してもよい。
【０１００】
以上述べたように、第２の実施形態によれば第１の実施形態の効果に加え、太陽光、対向する車両のヘッドライトなどの外乱光、および反射光などに起因する背景光雑音が除去され、高精度な測距が行える。
【０１０１】
図２４は実施形態の測距センサを車載用に応用した場合の種々の搭載例である。図２４（ａ）は、第１の実施形態で示した搭載例であり、前方の障害物を認識するのに適している。図２４（ｂ）は、車両の前後（例えばナンバープレート付近）、左右（例えばドア、あるいはドアミラー付近）に測距センサ１を搭載した例である。このような搭載例では自動駐車支援などの用途に適している。本実施形態の３次元装置は回転する機構部品や大きな光学部品を搭載しないため、スマートフォンに搭載可能なサイズで実現できる。このため、車両のどこにでも自由に搭載することが可能である。
【０１０２】
図２４（ｃ）は、ビーム偏向デバイス２とカメラ４を独立して搭載した例である。ビーム偏向デバイス２とカメラ４間の距離Ｄを大きくするほど、長距離での測距精度を向上することができる。また、光掃引制御部３と距離画像生成部５についても分離してコックピット内などに配置することができるため、カーナビゲーション機能と連携させたり、ドライブレコーダ等のカメラ映像と同期させてもよい。
【０１０３】
また、本実施形態は車載用を例として説明したがこれに限定されないことは言うまでもない。３次元形状測定、顔認識などいろいろな用途で使用できる。
【０１０４】
尚、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０５】
１  測距センサ
２  ビーム偏向デバイス
３  光掃引制御部
４  カメラ
５  距離画像生成部
６  メモリ
７  同期部
８  処理部
２０  光放射構造
２１  光掃引構造
２１ｓ  シード光源
２２  ＶＣＳＥＬ構造
３１  時間プロファイル設定部
３２  波長設定部
３３  駆動部
５０１  画素範囲選択部
５０２  ピーク位置算出部
５０３  距離測定部
５０４  フレームレート設定部
５０５  雑音測定部
５０６  雑音除去部
５０７  距離精度判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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