(57)【要約】  対象領域に基準パルス光を投光する投光部と、対象領域からの反射パルス光を受光する受光部と、投光部と対象領域との間に設けられ、同期して動作する複数の可動ミラーを有する走査部と、基準パルス光を投光した投光タイミングと、反射パルス光を受光した受光タイミングとの差分に基づいて対象領域までの距離を算出する算出部とを有する測距装置である。  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象領域に基準パルス光を投光する投光部と、
対象領域からの反射パルス光を受光する受光部と、
前記投光部と前記対象領域との間に設けられ、同期して動作する複数の可動ミラーを有する走査部と、
前記基準パルス光を投光した投光タイミングと、前記反射パルス光を受光した受光タイミングとの差分に基づいて前記対象領域までの距離を算出する算出部とを有する
測距装置。
【請求項２】
前記基準パルス光を投光した投光タイミングを計測する第１の時計部と、前記受光部で受光したタイミングを計測する第２の時計部とを有する請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記可動ミラーは回転軸を中心として回転反復運動し、前記回転軸が同一直線上に設定される請求項１に記載の測距装置。
【請求項４】
前記基準パルス光は、前記走査部の少なくとも１以上の可動ミラーを用いて前記対象領域に照射され、前記反射パルス光は、前記走査部の少なくとも２以上の可動ミラーを用いて受光される請求項１に記載の測距装置。
【請求項５】
前記走査部の各可動ミラーで受光された前記反射パルス光を集光するための集光レンズを有する請求項１に記載の測距装置。
【請求項６】
前記受光部は、前記集光レンズの焦点位置からずれた位置に設けられている請求項５に記載の測距装置。
【請求項７】
前記集光レンズと前記受光部との間に、光学遅延を補正するための光学遅延調整素子が設けられている請求項６に記載の測距装置。
【請求項８】
前記受光部は、複数の受光素子から構成されており、前記受光素子は、一時に複数のフォトンを受光した場合に１フォトンのみに反応する素子である請求項６に記載の測距装置。
【請求項９】
前記受光素子は、ＳＰＡＤである請求項８に記載の測距装置。
【請求項１０】
前記複数の可動ミラーは、前記基準パルス光が照射される第１の可動ミラーと、前記基準パルス光が照射されない第２の可動ミラーとから成り、前記第２の可動ミラーを介して前記受光部に導かれる反射パルス光の光量が、前記第１の可動ミラーを介して前記受光部に導かれる反射パルス光の光量より大きくなるように構成されている請求項１に記載の測距装置。
【請求項１１】
前記受光部は、前記複数の可動ミラーに対応して設けられている請求項１に記載の測距装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の測距装置を有する車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、測距装置及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物に対して光パルスを照射し、その反射光が戻るまでの時間を測定することにより測定対象物までの距離を計測する測距装置が提案されている（例えば、特許文献１参照のこと）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５１６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような測距装置の分野では、高精度及び高解像度な空間距離情報を取得できるようにすることが望まれている。【０００５】
したがって、本開示は、高精度及び高解像度な空間距離情報を取得することができる測距装置及び当該測距装置が適用される車両を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、例えば、
対象領域に基準パルス光を投光する投光部と、
対象領域からの反射パルス光を受光する受光部と、
前記投光部と前記対象領域との間に設けられ、同期して動作する複数の可動ミラーを有する走査部と、
前記基準パルス光を投光した投光タイミングと、前記反射パルス光を受光した受光タイミングとの差分に基づいて前記対象領域までの距離を算出する算出部とを有する
測距装置である。
また、本開示は、上述した測距装置を有する車両であってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の少なくとも実施形態によれば、高精度及び高解像度な空間距離情報を取得することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、例示された効果により本開示の内容が限定して解釈されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る測距装置の構成例を説明するためのブロック図である。
【図２】図２は、ＳＰＡＤの出力信号の波形例を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る走査部の構成例を説明するための図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、走査部を構成する可動ミラーの配置例等を説明するための図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る測距装置の動作例を説明するための図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る測距装置の構成例を説明するためのブロック図である。
【図７】図７は、集光レンズの焦点位置と受光部の受光面との位置関係を説明するための図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る光学遅延調整部を説明するための図である。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは、第３の実施形態に係る測距装置の一部の構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、変形例を説明するための図である。
【図１１】図１１は、変形例を説明するための図である。
【図１２】図１２は、変形例に係る測距装置の構成例を説明するためのブロック図である。
【図１３】図１３は、変形例を説明するための図である。
【図１４】図１４は、変形例を説明するための図である。
【図１５】図１５は、変形例を説明するための図である。
【図１６】図１６は、変形例を説明するための図である。
【図１７】図１７は、応用例に係る車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、応用例に係る車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
＜１．第１の実施形態＞
＜２．第２の実施形態＞
＜３．第３の実施形態＞
＜４．変形例＞
＜５．応用例＞
以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
【００１０】
＜１．第１の実施形態＞
「測距装置の構成例について」
図１は、本開示の第１の実施形態に係る測距装置（測距装置１）の構成例を示すブロック図である。測距装置１は、例えば、投光ユニット１０と、第１計測ユニット２０と、第２計測ユニット３０と、算出部４０と、走査部５０と、集光レンズ６０と、偏光ビームスプリッタＰＢＳとを有している。
【００１１】
概略的に説明すれば、測距装置１は、以下の距離測定機能を有する装置である。本実施形態に係る測距装置１は、投光ユニット１０から出射された基準パルス光ＳＰの方向を連続的に走査部５０で変化させながら対象領域に照射し、対象領域にある対象物ＭＴからの反射パルス光ＲＰを再び走査部５０で基準パルス光ＳＰの照射された方向と同光軸で受光する。反射パルス光ＲＰを所定の受光タイミングで第２計測ユニット３０により受光しつつ、基準パルス光ＳＰの投光タイミングを第１計測ユニット２０により測定する。両者のタイミングの差からパルス光の飛行時間Ｔ_ＴＯＦを求める。そして、算出部４０が飛行時間Ｔ_ＴＯＦに光速及び１／２を乗算することで対象物ＭＴまでの距離を測定する。以下、測距装置１の詳細について説明する。
【００１２】
投光ユニット１０は、例えば、投光部１０ａと基準信号発生部１０ｂとを備えている。投光部１０ａは、例えば、半導体レーザと半導体レーザを駆動するレーザダイオードドライバとを備えている。レーザダイオードドライバからパルス電流が間欠的に注入されることで半導体レーザからパルス光が出射される。一例として、投光部１０ａからは、波長８００ｎｍ（ナノメートル）程度、半値幅１００ｐｓ（ピコ秒）以下のパルス光が２０ＭＨｚ（メガヘルツ）の繰り返しでもって出射される。パルス光の波長は、外乱光となる太陽光に含まれる割合の少ない波長が好ましいものの、上述した例と異なる波長のパルス光でもよい。また、パルス光の半値幅は、第１、第２計測ユニット２０、３０が有する受光部から出力される信号の立ち上がり時間より小さく設定されることが望ましい。基準信号発生部１０ｂは、投光部１０ａが有するレーザダイオードドライバが電流注入するタイミングを管理する。
【００１３】
第１計測ユニット２０は、例えば、受光部２０ａと、変換部２０ｂと、増幅部２０ｃと、時計部２０ｄとを有している。受光部２０ａは、例えば、複数のフォトンカウント型受光素子が並列に接続されることにより構成されている。フォトンカウント型受光素子として本実施形態では、シングルフォトンアバランシェフォトダイオード（以下、ＳＰＡＤ(Single Photon Avalanche Diode)と適宜称する）を用いている。なお、受光部２０ａの詳細については後述する。
【００１４】
変換部２０ｂは、受光部２０ａから出力される電流を電圧に変換する素子や回路である。本実施形態における変換部２０ｂは、受光部２０ａとグランド（ＧＮＤ）との間に接続される抵抗により構成されている。
【００１５】
増幅部２０ｃは、変換部２０ｂから出力される電圧を所定の増幅率でもって増幅する回路である。増幅部２０ｃとしては、例えば、増幅後の電圧が所定の制限値を超える場合には、当該制限値を出力するリミッティングアンプを適用することができる。
【００１６】
時計部２０ｄは、増幅部２０ｃから出力される電圧が所定の閾値に達するエッジ点を検出することにより基準パルス光ＳＰの投光タイミングｔａを計測し、計測した投光タイミングｔａを算出部４０に出力するものである。時計部２０ｄとしては、例えば、計測したタイミングをデジタル値に変換して出力する時間−デジタル変換器（以下、ＴＤＣ(Time Digital Converter)と適宜称する）を適用することができる。ＴＤＣの他にも例えば、所定の波形の減衰波形と、当該所定の波形を遅延反転させた波形とを足し合わせてゼロクロス点を検出するＣＦＤ(Constant Fraction Discriminator)等が時計部２０ｄとして使用されてもよい。
【００１７】
第２計測ユニット３０は、例えば、受光部３０ａと、変換部３０ｂと、増幅部３０ｃと、時計部３０ｄとを有している。受光部３０ａは、例えば、複数のフォトンカウント型受光素子が並列に接続されることにより構成されている。フォトンカウント型受光素子として本実施形態では、ＳＰＡＤを用いている。なお、受光部３０ａの詳細については後述する。
【００１８】
変換部３０ｂは、受光部３０ａから出力される電流を電圧に変換する素子や回路である。本実施形態における変換部３０ｂは、受光部３０ａとグランド（ＧＮＤ）との間に接続される抵抗により構成されている。
【００１９】
増幅部３０ｃは、変換部３０ｂから出力される電圧を所定の増幅率でもって増幅する回路である。増幅部３０ｃとしては、例えば、増幅後の電圧が所定の制限値を超える場合には、当該制限値を出力するリミッティングアンプを適用することができる。
【００２０】
時計部３０ｄは、増幅部３０ｃから出力される電圧が所定の閾値に達するエッジ点を検出することにより反射パルス光ＲＰの受光タイミングｔｂを計測し、計測した受光タイミングｔｂを算出部４０に出力するものである。時計部３０ｄとしては、例えば、計測したタイミングをデジタル値に変換して出力するＴＤＣを適用することができる。ＴＤＣの他にもＣＦＤ等が時計部３０ｄとして使用されてもよい。
【００２１】
算出部４０は、マイクロコンピュータやＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等から構成されている。算出部４０は、投光タイミングｔａと受光タイミングｔｂとの差分からパルス光の飛行時間Ｔ_ＴＯＦを求める。そして、飛行時間Ｔ_ＴＯＦに光速及び１／２を乗算することで対象物ＭＴまでの距離を測定する。算出部４０は、測定した対象物ＭＴまでの距離情報を出力する。距離情報はアプリケーションに応じた処理に使用される。
【００２２】
走査部５０は、基準パルス光ＳＰの方向及び反射パルス光ＲＰの方向を走査するものである。なお、走査部５０の詳細については後述する。
【００２３】
集光レンズ６０は、偏光ビームスプリッタＰＢＳにより光路が変更された反射パルス光ＲＰを集光するためのレンズである。
【００２４】
「受光部について」
次に、受光部３０ａについて詳細に説明する。本実施形態では、受光部２０ａ及び受光部３０ａの構成を同一としているので、以下の説明は、受光部２０ａに対しても適用することができる。図１に示すように、受光部３０ａは、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ（以下、ＡＰＤと適宜、略称する）と、ＡＰＤに直列に接続されたクエンチング抵抗Ｒとを備えている。すなわち、受光部３０ａは、１個の受光素子ＡＡを基本単位とし、複数の受光素子ＡＡが２次元に電気的に接続（例えば、並列接続）された構成を有している。受光素子ＡＡがＳＰＡＤに対応する。
【００２５】
ＳＰＡＤにおけるＡＰＤは、単一のフォトンを受光するとアバランシェ増倍を起こし、１０5〜１０6の増倍率でアバランシェ電流を発生する。アバランシェ増倍は、ＡＰＤに印加される電圧を降伏電圧以下に下げることで停止することできる。この機能は、クエンチング抵抗Ｒに実現される。すなわち、アバランシェ電流がクエンチング抵抗Ｒを流れることでクエンチング抵抗Ｒの両端に電圧が発生し、これによりＡＰＤに対する印加電圧が降下してアバランシェ増倍が停止する。以上のメカニズムからＳＰＡＤ信号（単一のＳＰＡＤの出力信号）は指数関数的に減少する電流パルスとなる。
【００２６】
ＡＰＤは、所定期間であるアバランシェ増倍を起こしている間は別のフォトンを受光しても反応しない。不感期間は、一般に数ｎｓ（ナノ秒）である。すなわち、フォトンカウント型受光素子とは、例えば、単一のフォトンを受光した後、所定期間内に他のフォトンを受光しても反応しない素子（例えば、ＡＰＤ）を含み、出力を見ることで１個のフォトンを受光したことを判別できる素子を意味する。
【００２７】
ところで、ＳＰＡＤから生じるノイズ信号として、ダークカウントおよびアフターパルスが挙げられる。ダークカウントは熱的に励起されたキャリアによって発生するパルス信号であり、アフターパルスはアバランシェ増倍の過程で結晶欠陥などにキャリアが捕獲され、このキャリアの放出により発生するパルス信号である。
【００２８】
受光部３０ａを単一のＳＡＰＤにより構成した場合には、上述したノイズ信号と反射パルス光ＲＰ（基準パルス光ＳＰでもよい）とを区別することが困難となり、高いＳ／Ｎ(Signal to Noise)を得ることができない。そこで、本実施形態では受光部３０ａを、複数のＳＰＡＤを並列に接続したマルチピクセル型の構成としている。これにより、並列接続したＳＰＡＤの数だけフォトンを同時に受光することが可能となり、各ＳＰＡＤから出力されるＳＰＡＤ信号が重畳されて出力されるため、ＳＰＡＤ信号と偶発的に発生しうるノイズ信号とを区別することができる。また、高いＳ／Ｎの信号を得ることができ、微弱な反射パルス光ＲＰも受光できるようになる。
【００２９】
図２は、受光部３０ａから出力される電流信号を変換部３０ｂに通すことにより得られる電圧信号（出力信号）の波形例を示している。なお、受光部３０ａから出力される電流信号は、各ＳＰＡＤから出力される電流信号を合成したものになる。
【００３０】
図２において縦軸は電圧の値を示し、横軸は時間を示している。なお、本例では、受光部３０ａとしてＳＰＡＤが縦１２０個＊横１２０個に並列接続されたもの（ＳＰＡＤ間の間隔（ピッチ間隔）は２５μm（マイクロメートル））を使用した。受光可能な反射パルス光のダイナミックレンジはＳＰＡＤ数を最大とし、本例では、１４４００個のＳＰＡＤが並列接続されているため、１〜１４４００までのフォトンを受光することが可能であり、そのダイナミックレンジは４桁以上になる。
【００３１】
図２において、波形Ｗ１が、受光部３０ａが２０個のフォトンを受光したときの出力信号の波形を示し、波形Ｗ２が、受光部３０ａが５０個のフォトンを受光したときの出力信号の波形を示し、波形Ｗ３が、受光部３０ａが９０個のフォトンを受光したときの出力信号の波形を示し、波形Ｗ４が、受光部３０ａが２２０個のフォトンを受光したときの出力信号の波形を示し、波形Ｗ５が、受光部３０ａが３８０個のフォトンを受光したときの出力信号の波形を示している。
【００３２】
一般に、複数のＳＰＡＤを使用した場合、各ＳＰＡＤがフォトンを受光するタイミングにばらつきが生じ、出力信号が複数に分離された信号となることが考えられる。しかしながら、投光部１０ａから出射されるパルス光の半値幅をＳＰＡＤ信号の立ち上がり時間に比べて十分に小さくすることで、図２に示すように、出力信号は分離された信号とならず、１個のＳＰＡＤからの出力であるＳＰＡＤ信号と同様の指数関数的に減衰する波形として取り扱うことができる。
【００３３】
受光部３０ａの出力信号の立ち上がり時間は１ｎｓ程度であり、立ち下がり時間（信号レベルが１／ｅ（ｅは対数）になる時間）は２０ｎｓ程度であり、受光したＳＰＡＤ数の増加による出力信号の波形変化も認められない。出力信号のピークレベルは受光フォトン数の増加にしたがって大きくなり、１フォトン当たりの信号レベルは０．２ｍＶ（ミリボルト）程度である。ノイズレベルの顕著な増幅は見られず、受光フォトン数の増加によりＳ／Ｎが改善された出力信号を得ることができる。
【００３４】
複数のＳＰＡＤによる多数のフォトンの同時受光は、Ｓ／Ｎの改善だけでなく、ＳＰＡＤに起因する受光時間のばらつき（以下適宜、ＳＰＡＤジッタと称する）を減少させることができる。この点について詳細に説明する。
【００３５】
正規分布の母集団を想定した場合、平均値ｍ、標準偏差σの母集団から大きさＮの標本を抽出すると、その平均値ｍ'、標準偏差σ'はそれぞれｍ'＝ｍ、σ'＝σ／√Ｎで与えられる。ここで、ＳＰＡＤ固有のジッタをσ＿ＳＰＡＤとすると、Ｎ個のフォトンを同時受光した時の実効的なＳＰＡＤジッタはσ＿ＳＰＡＤ／√Ｎで与えられ、フォトン数であるＮが増加すればするほど実効的なＳＰＡＤジッタを低減することができる。すなわち、複数のＳＰＡＤを用いて受光するフォトン数Ｎを増加させることでＳＰＡＤジッタを統計的誤差の範囲内に収めることができる。換言すれば、複数のＳＰＡＤにより受光した際のＳＰＡＤジッタを、個々のＳＰＡＤが受光した際のＳＰＡＤジッタよりも小さくすることができる。このように複数のＳＰＡＤにより受光部３０ａを構成しているので受光部３０ａにおけるジッタを低減でき、ジッタの影響による測距精度の低下を防止することができる。
【００３６】
図２に示すように、受光部３０ａの出力信号が収束する収束時間は、６０ｎｓ〜８０ｎｓであり、投光部１０ａからのパルス光の繰り返し周波数１０ＭＨｚ（周期でみれば１００ｎｓ）にも対応することができる。この収束時間は、ＳＰＡＤを含めた回路の時定数等によって決まるものであり、主として受光部３０ａを構成する複数のＳＰＡＤの全寄生容量に依存する。ＳＰＡＤ間のピッチ間隔を狭めたり、ＳＰＡＤの数を減らすことで収束時間を短縮することができ、さらに速く繰り返される測距にも対応することができる。すなわち、ＳＰＡＤの数、配列態様等は例示したものに限定されることはなく、測距装置１の用途や反射パルス光ＲＰの強度等を考慮して任意に設定することができる。
【００３７】
「走査部について」
本実施形態における測距装置１は、基準パルス光ＳＰを１次元ないしは２次元に走査部５０により走査しながら測距することにより、一方向（０次元）の距離情報に限定されることなく、１次元、２次元面若しくは３次元面内の距離情報を取得することができる。
【００３８】
走査部５０としては、ガルバノミラーやポリゴンミラーといった回転式ミラーを使用することができるものの、本実施形態における測距装置１では、小型化が可能であり高速駆動が可能である等の利点を有する、半導体シリコンで作製されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを使用する。ＭＥＭＳミラーは、例えば、ミラー、コイル、トーションバーからなるミラーチップと磁石とから構成される。ミラーチップは、シリコン基板の一部を薄膜化して形成され、電磁式ミラーではミラーチップの周囲に磁石を配置する構成が一般的である。
【００３９】
ミラーは、トーションバーと呼ばれる梁で支えられており、トーションバーはミラーの回転軸であるとともにミラーの回転を抑制するねじりバネとしても機能する。ミラー周辺のコイルに電流を流すとローレンツ力が発生し、これがミラーを回転させるトルクとなる一方で、トーションバーによるねじりバネの弾性力が反対方向に働く。コイルに流れる電流の大きさを変えることでトルクを制御し、ミラーの角度を変化させることが可能である。この時、ＭＥＭＳミラーは質量・構造・バネ定数で決まる固有振動周波数で共振し、これを利用することで小さな電流で大きなミラーの振れ角を実現できるとともに高速動作が可能になる。上述のＭＥＭＳミラーは、電磁式の駆動方式に関する説明であるが、この他にも静電式・圧電式などの方法があり、これらの駆動方式のＭＥＭＳミラーも走査部５０として使用することができる。また半導体シリコンの他に金属を使ったＭＥＭＳミラーも走査部５０として使用することができる。
【００４０】
測距装置１において取得できる距離情報の画角は、ＭＥＭＳミラーの振れ角(θopt)で決まり、高画角の距離情報を得るためにはθoptの大きなＭＥＭＳミラーが必要になる。また、走査周波数はＭＥＭＳミラーの共振周波数(ｆ)に一致し、高周波の走査を実現するにはＭＥＭＳミラーに高い周波数が要求される。ここで、ＭＥＭＳミラーの回転軸方向の径をＤとすると、Ｄ * θopt * ｆはある一定の性能曲線に対応する性能値を描くことが報告されており、θoptとｆとを大きくすると、Ｄが必然的に小さくなってしまう。
【００４１】
測距装置１が測定する距離の精度は、投光する基準パルス光ＳＰのパルス幅や装置を構成するデバイスの電気的ジッタ、信号のＳ／Ｎ比に依存する。Ｓ／Ｎ比の改善のためには反射パルス光強度(Ｓ)を高め、ノイズ信号強度を下げれば良い。基準パルス光ＳＰと同様に、反射パルス光ＲＰもＭＥＭＳミラーを介して同光軸で受光する測距装置１では、基準パルス光ＳＰを投射する方向と、受光部３０ａの視野を１測点ずつに集中させることで高い反射光レベル（Ｓ）の受信と最小限のノイズレベル（Ｎ）に抑えることができる。ここで、より高いレベルの反射光レベルを実現するため、換言すれば、高精度な測距のためにより多くの反射パルス光ＲＰを受光するためには、開口径すなわちＭＥＭＳミラーの径Ｄを大きくすればよい。
【００４２】
しかしながら、上述した通り、Ｄを大きくすればθoptまたはｆが小さくなってしまうという問題がある。このトレードオフを回避するため、本開示の一実施形態では、複数のＭＥＭＳミラーを配置することにより、ＭＥＭＳミラーの径Ｄを実効的に大きくする。使用するＭＥＭＳミラーの数を（Ｎ）とすると、その開口はＮ倍になることからＭＥＭＳミラーの径ＤをＮ倍したのと同様の効果を得ることができるとともに、１個あたりのＭＥＭＳミラーの径Ｄは変わらないため、θoptとｆは元の水準を維持することが可能である。
【００４３】
図３は、走査部５０の構成例を示す図である。走査部５０は、例えば、３個のＭＥＭＳミラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃを有している。なお、以下の説明では、個々のＭＥＭＳミラーを区別する必要がない場合は、ＭＥＭＳミラー５１と称する。ＭＥＭＳミラー５１の材料としては、上述したように、シリコン（Ｓｉ）等の金属を挙げることができる。
【００４４】
ＭＥＭＳミラー５１は、例えば、円若しくは楕円状の同一の形状であり、その大きさは同一に設定されている。一例として、ＭＥＭＳミラー５１の大きさは、０．５〜０．８ｍｍ（ミリメートル）である。投光部１０ａから出射されるレーザ光のビーム径は１ｍｍ〜３ｍｍ程度である。したがって、図３に示すように、基準パルス光ＳＰは少なくとも１個のＭＥＭＳミラー（例えば、ＭＥＭＳミラー５１ｂ）に照射される。一方で、反射パルス光ＲＰは、基準パルス光ＳＰが対象物ＭＴにより反射、拡散された光であるので、少なくとも２個のＭＥＭＳミラーに照射される。本実施形態では、反射パルス光ＲＰは、３個のＭＥＭＳミラー５１全てに照射されている。
【００４５】
ＭＥＭＳミラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、例えば同じ共振周波数でもって同期して駆動されることにより回転反復運動を行う。回転反復運動とは、回転軸を中心とした３６０度の回転でもよいし、対称方向（例えば、図３における左右方向）への３６０度未満の回転運動を繰り返す運動であってもよい。ＭＥＭＳミラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃが回転反復運動している間に、所定の繰り返し間隔で出射される基準パルス光ＳＰが少なくとも一つのＭＥＭＳミラーに照射される。
【００４６】
ところで、対象物ＭＴがＭＥＭＳミラー５１のサイズ及びミラー間の間隔に対して十分に離れた位置にある場合には、反射パルス光ＲＰは平行光としてＭＥＭＳミラー５１に入射すると仮定してよい。ＭＥＭＳミラー５１が１つのミラーである場合、１つのミラー面で変角された反射パルス光ＲＰは、ＭＥＭＳミラー５１の角度に依らず、波面の位相が維持されながら受光面に到達する。
【００４７】
これに対して、図４Ａに示すように、複数のＭＥＭＳミラー５１の回転軸ＡＲ１〜３がＭＥＭＳミラー５１の回転軸ＡＲ１〜ＡＲ３の法線方向にオフセットして配置された場合、それぞれのミラーで変角された反射パルス光ＲＰの受光面ＡＳへの到達時間は、ＭＥＭＳミラー５１のオフセット量と各ＭＥＭＳミラー５１の角度によって変化する。これはレーザ光の飛行時間Ｔ_ＴＯＦのばらつきの要因となり、測距精度の悪化を招く。
【００４８】
この問題を回避するために、本実施形態では、各ＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃを、各ＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃに対応する回転軸ＡＲ１ａ〜ＡＲ１ｃが同一直線上にて一致するよう配置する。なお、回転軸ＡＲ１ａ〜１ｃは実効的なミラー回転軸であり、必ずしも実際に回転している軸に限定されるものではない。
【００４９】
なお、各ＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃに対応する回転軸ＡＲ１ａ〜ＡＲ１ｃは、実効的に一致していればよく、厳密に同一直線上にて一致していなくてもよい。すなわち、回転軸ＡＲ１ａ〜１ｃは、同一直線上に配置されるのが理想的であるが、測距精度に影響を与えない範囲であれば、多少のずれ（オフセット）は許容されるものである。
【００５０】
「測距装置の動作例について」
次に、測距装置１の動作例について説明する。投光ユニット１０の基準信号発生部１０ｂの制御に応じて投光部１０ａのドライバが動作し、投光部１０ａから基準パルス光ＳＰが出射される。基準パルス光ＳＰの一部が偏光ビームスプリッタＰＢＳで光路を変更され、第１計測ユニット２０の受光部２０ａにより受光される。基準パルス光ＳＰの一部を受光することにより受光部２０ａから電流信号が出力される。変換部２０ｂにおいて電流信号が電圧信号に変換された後、当該電圧信号が増幅部２０ｃで制限的に増幅される。増幅後の電圧信号が時計部２０ｄに出力される。時計部２０ｄは、増幅後の電圧信号における電圧が所定の閾値に達した投光タイミングｔａを計測し、基準パルス光ＳＰを受光した投光タイミングｔａを示すデジタル信号を生成する。時計部２０ｄは、投光タイミングｔａを示すデジタル信号を算出部４０に出力する。
【００５１】
一方、図５に示すように、基準パルス光ＳＰの一部が走査部５０を構成するＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃの少なくとも１個のＭＥＭＳミラーに照射され、その方向を変えながら対象物ＭＴに照射される。対象物ＭＴからの反射パルス光ＲＰは、走査部５０を構成するＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃの少なくとも２個のＭＥＭＳミラーを介して再び基準パルス光ＳＰと同光軸に戻り、偏光ビームスプリッタＰＢＳにより第２計測ユニット３０の受光部３０ａに向けて導光される。
【００５２】
反射パルス光ＲＰが受光部３０ａにより受光される。反射パルス光ＲＰを受光することにより受光部３０ａから電流信号が出力される、変換部３０ｂにおいて電流信号が電圧信号に変換される。変換部３０ｂにおいて電流信号が電圧信号に変換された後、当該電圧信号が増幅部３０ｃで制限的に増幅される。増幅後の電圧信号が時計部３０ｄに出力される。時計部３０ｄは、増幅後の電圧信号における電圧が所定の閾値に達した受光タイミングｔｂを計測し、反射パルス光ＲＰを受光した受光タイミングｔｂを示すデジタル信号を生成する。時計部３０ｄは、受光タイミングｔｂを示すデジタル信号を算出部４０に出力する。
【００５３】
算出部４０は、時計部２０ｄから供給される投光タイミングｔａと、時計部３０ｄから供給される受光タイミングｔｂとの差分からパルス光の飛行時間Ｔ_ＴＯＦを求める。そして、飛行時間Ｔ_ＴＯＦに光速及び１／２を乗算することで対象物ＭＴまでの距離を測定する。
【００５４】
以上の第１の実施形態によれば、投光ユニットから出射されたパルス光を、同期して動作する複数のＭＥＭＳミラーから構成される走査部により走査しながら対象物に照射するようにしたので、２Ｄ（dimension）若しくは３Ｄ空間の距離情報を高精度で得ることができる。
【００５５】
＜２．第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態で説明した事項は、特に断らない限り第２の実施形態にも適用することができ、同様、同質の構成については同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００５６】
「測距装置の構成例」
図６は、第２の実施形態における測距装置（測距装置１Ａ）の構成例を示すブロック図である。測距装置１Ａの構成が測距装置１の構成と異なる点は、測距装置１Ａが、第２計測ユニット３０の受光部３０ａと集光レンズ６０との間に、光学遅延調整部７０を有している点である。
【００５７】
光学遅延調整部７０は、ガラスや、樹脂で構成されるマイクロレンズやマイクロロッド等の光学遅延調整素子を有している。光学遅延調整部７０は、光学的距離のずれに起因する光学遅延、より具体的には、受光部３０ａにおける反射パルス光ＲＰの受光タイミングのずれを補正するものである。
【００５８】
「集光レンズと受光部の受光面との相対的な位置関係について」
図７は、走査部５０、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、集光レンズ６０及び受光部３０ａの相対的な位置関係を簡略化して示した図である。図７に示すような光学系の場合は、集光レンズ６０の焦点位置ＦＣに受光部３０ａの受光面（以下、受光面と適宜、略称する）を配置することで、ＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃから受光面までの光学的距離を等しくすることが可能である。焦点位置ＦＣでは、Ｔ_ＴＯＦのバラツキを最小に留めることができる。したがって、受光素子としてＰｉｎ-ＰＤ（Photo Diode）やアバランシェフォトダイオードＡＰＤを用いる場合には、焦点位置ＦＣに受光面を置くことが望ましい。
【００５９】
しかしながら、本実施形態のように、受光素子としてＳＰＡＤを用い、受光部３０ａをマルチピクセル型ＳＰＡＤにより構成した場合には、焦点位置ＦＣに受光面を配置するのは望ましくない。ＳＰＡＤは、一時に複数個のフォトンを受光したとしても、１フォトンにしか反応しないため、すべてのピクセルに均等に光を照射し、より多くのフォトンを検出するのが望ましいからである。これにより受光部３０ａから大きな出力を得ることができる。以上の理由から、受光部３０ａをマルチピクセル型ＳＰＡＤとして構成する場合は、受光部３０ａ（具体的には受光部３０ａの受光面）が焦点位置ＦＣから前側若しくは後側にずれた位置に配置されることが好ましい。
【００６０】
一方で、受光面の各ピクセルに到達した反射パルス光ＲＰの光学的距離に差異が生じるため、パルス光の飛行時間Ｔ_ＴＯＦにバラツキが生じ、測距精度が悪化してしまうおそれがある。そこで、図８に示すように、測距精度の悪化を回避するため、集光レンズ６０と受光面との間に、光学的距離の差異を補正するための光学遅延調整部７０を設けてもよい。光学遅延調整部７０は、例えば、各ＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃに対応して設けられている光学遅延調整素子７１ａ〜７１ｃにより構成される。なお、図８では、光学遅延調整素子７１ａ〜７１ｃが焦点位置ＦＣの前側に配置されているが、焦点位置ＦＣの後側に配置されてもよい。
【００６１】
以上、第２の実施形態によれば、受光部が、一時に複数個のフォトンを受光したとしても１フォトンにしか反応しないＳＰＡＤのような受光素子を複数配置した構成を有する場合に生じ得る測距精度の低下を防止することができる。さらに、受光部の受光面に到達する反射パルス光の光学的距離の差異に起因して生じ得る測距精度の低下を防止することができる。
【００６２】
＜３．第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。なお、第１及び第２の実施形態で説明した事項は、特に断らない限り第２の実施形態にも適用することができ、同様、同質の構成については同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００６３】
第１、第２の実施形態では、光波を分離する系として偏光ビームスプリッタＰＢＳを使用した。基準パルス光ＳＰのビーム径が十分に大きい場合には、複数のＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃ全部に基準パルス光ＳＰが照射され、反射パルス光ＲＰも複数個のＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃの全部を用いて受光し、これを偏光ビームスプリッタＰＢＳで受光部３０ａに導光する。
【００６４】
ところで、図９Ａに模式的に示すように、偏光ビームスプリッタＰＢＳはＰ偏光、Ｓ変更のいずれかは透過し、いずれかは反射する光学的特性を有している。投光部１０ａから出射されるレーザ光（半導体レーザ光）は偏光特性を持つため、投光部１０ａから出射される基準パルス光ＳＰは例えばＰ偏光を持つ。この場合、偏光ビームスプリッタＰＢＳはＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するように設置されると、投光部１０ａからの基準パルス光ＳＰは偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過し、ほぼ光量のロスなく対象領域に照射される。一方で、対象物ＭＴに照射された基準パルス光ＳＰはその偏光特性が崩れ、偏光特性を持たない反射パルス光ＲＰが再度偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する。反射パルス光ＲＰのうちＳ偏光成分は偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され受光部３０ａに導波され、Ｐ偏光成分は透過し迷光になる。反射パルス光ＲＰの偏光特性が完全に解消されていると仮定すると、受光部３０ａに到達する反射パルス光はおよそ５０％に減少してしまう。すなわち、光量ロスが生じてしまう。
【００６５】
そこで、図９Ｂに示す様に、投光部１０ａから照射された基準パルス光ＳＰのビーム径が十分に小さい場合には、偏光ビームスプリッタＰＢＳを介する光路を基準パルス光ＳＰの光路に限定することで、より高い効率で反射パルス光ＲＰを受光することが可能である。すなわち、基準パルス光ＳＰは、偏光ビームスプリッタＰＢＳを介して、複数のＭＥＭＳミラーの一部のみ（例えば、ＭＥＭＳミラー５１ｂのみ）を使用して対象物ＭＴに照射する。
【００６６】
対象物ＭＴからの反射パルス光ＲＰは複数のＭＥＭＳミラー全て（ＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃ）を使用して受光するが、基準パルス光ＳＰと同光軸の反射パルス光ＲＰについては偏光ビームスプリッタＰＢＳを用いて、そのＳ偏光成分を反射し受光部３０ａに導光する。それ以外のＭＥＭＳミラー５１ａ、５１ｃを介して導かれる反射パルス光ＲＰは、例えば、全反射ミラーＭＲ１、ＭＲ２を用いて反射し、受光部３０ａに導光する。これにより、基準パルス光ＳＰと同光軸の反射パルス光ＲＰについては、上述した場合と同様に５０％の光量ロスが発生するが、それ以外の反射パルス光ＲＰに関して光量ロスはなく、系全体の光量ロスを低減することが可能である。なお、全反射ミラーＭＲ１、ＭＲ２は、ＭＥＭＳミラー５１ａ、５１ｃに対応して設けられた独立のミラーでも良いし、基準パルス光ＳＰの同光軸の方向に孔部が形成された１枚の穴あきミラーでもよい。また、レーザ光のビーム径に応じて１個のＭＥＭＳミラー５１ｂのみに基準パルス光ＳＰが照射されるように、ＭＥＭＳミラー５１の配置を工夫してもよい。
【００６７】
第３の実施形態によれば、受光部の受光面に到達する反射パルス光の光量ロスを低減することができる。したがって、光量ロスに起因する測距精度の低下を防止することができる。
【００６８】
＜４．変形例＞
以上、本開示の複数の実施形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００６９】
上述した実施形態は、相互に組み合わせることができる。例えば、図１０に示すように、第２の実施形態で説明した、光学的距離の差異を補正する光学遅延調整素子７１ａ〜７１ｃを使用しつつ、第３の実施形態で説明した、光波を分離する系として偏光ビームスプリッタＰＢＳに加えて全反射ミラーＭＲ１、ＭＲ２を使用する構成が測距装置において採用されてもよい。なお、ＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃから受光部３０ａまでの光路の一部のみに光波分離のための光学素子（例えば、偏光ビームスプリッタＰＢＳ）を導入した際に生じ得る光学的距離差も光学遅延調整素子７１ｂにより補正することが可能となる。
【００７０】
図１１に示すように、集光レンズ６０の焦点位置ＦＣ若しくはその付近にピンホール７５を配置してもよい。図１１に示した光学系では、焦点位置ＦＣにピンホール７５を置くことにより、平行光とは異なる角度でＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃに入射する光が受光部３０ａの受光面に到達することを阻止することができる。すなわち、ピンホール７５が一種のノイズカットフィルタとして機能し、環境光ノイズを低減することができる。
【００７１】
なお、図１１に示す構成の場合には、集光レンズ６０による光学的距離差は発生しないが、ＭＥＭＳミラー５１と受光部３０ａの間にある偏光ビームスプリッタＰＢＳや全反射ミラーＭＲ１、ＭＲ２といった光学素子の違いによって、ＭＥＭＳミラー５１から受光部３０ａの受光面までの光学的距離に違いが発生する。全反射ミラーＭＲ１、ＭＲ２は実距離に対して光学的距離を変えないのに対して、偏光ビームスプリッタＰＢＳを構成する誘電体物質は光学距離を長くするからである。これにより受光部３０ａを構成する各ＳＰＡＤが受光するタイミングにも差異が生じ、飛行時間Ｔ_ＴＯＦの精度の低下を招く。すなわち、測距精度が悪化する。したがって、図１１に示す構成の場合でも、光学遅延調整部７０（例えば、光学遅延調整素子７１ａ〜７１ｃ）を設けることが好ましい。
【００７２】
測距装置は、必ずしも２個の計測ユニットを有する必要はない。図１２は、変形例における測距装置（測距装置１Ｂ）の構成例を示すブロック図である。測距装置１Ｂは、例えば、第１計測ユニット２０に替えて時計部２５を有している。時計部２５は、例えば、ＴＤＣにより構成されている。基準信号発生部１０ｂは、基準パルス光ＳＰを出射したタイミング（時間情報）を時計部２５に供給する。時計部２５は、基準信号発生部１０ｂから供給されるタイミングに基づいて、投光タイミングｔａを算出部４０に供給するようにしてもよい。他の処理は、測距装置１と同様であるので重複した説明を省略する。
【００７３】
受光部は、ＭＥＭＳミラーの数に対応して設けられてもよい。例えば、図１３に示すように、ＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃに対応して、受光部３０ａと同様の構成を有する受光部３５ａ〜３５ｃが設けられてもよい。
【００７４】
上述した実施形態において、例えば、図１４に示すように、ＭＥＭＳミラー５１ａ、５１ｂ、５１ｃを支持するトーションバー５５ａ、５５ｂ、５５ｃが連結軸５６ａ、５６ｂにより連結されて成る系で、各連結軸に特定の周期振動を与えることでＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃを回転運動させるようにしてもよい。このように機構的な回転軸は存在しなくてもよく、その実効的な回転軸が同一直線上に配置されていればよい。
【００７５】
図１５に示すように、例えば内側の厚みが大きくなるレンズ７６を用いて、集光レンズ６０と光学遅延調整部７０とが一体的に構成されるようにしてもよい。レンズ７６の厚みがある箇所が光学遅延調整部７０として機能する。また、図１６に示すように、受光部３０ａが焦点位置ＦＣよりレンズ側に配置された場合には、外側の厚みが大きくなるレンズ７６Ａが用いられる。なお、集光レンズ６０は略円形である必要はなく、ＭＥＭＳミラー５１ａ〜５１ｃからの反射パルス光ＲＰを集光するのに必要な面積があればよい。複数のＭＥＭＳミラーは３個に限定されることはなく、任意の数に設定することができる。
【００７６】
本開示の測距装置は、測距装置単体としてではなく、各種の機器に組み込まれて使用されてもよい。例えば、プロジェクタ装置に測距装置が組み込まれてもよい。そして、投影面である壁面の各点に対して測距がなされるようにし、当該壁面の凹凸を識別するようにしてもよい。識別した壁面の凹凸に応じて投影画像の画像データの全体または一部に補正処理（コントラスト改善処理や色調改善処理等）が行われてもよい。また、本開示の測距装置は、ゲーム機器、撮像装置等の各種の電子機器にも適用可能である。
【００７７】
本開示の測距装置は、歩行者や障害物等までの距離を検知し、距離に応じてブレーキを作動させる安全装置にも適用可能である。すなわち、本開示の測距装置は、このような安全装置が使用され得る自動車、電車、飛行機、ヘリコプター、小型飛行体等の移動体にも適用可能である。また、本開示の測距装置は、ロボット（接客用ロボットや災害救助用ロボット、掃除用ロボット等）や防犯装置にも適用可能である。
【００７８】
本開示は、例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。例えば、受光部３０ａの面積が十分に大きい場合には集光レンズ６０は不要である。また、図１０に示す構成では、例えば、ミラーＭＲ１、ＭＲ２等のミラー角度を調整し、ミラーＭＲ１、ＭＲ２等で反射された光が受光部３０ａに導波するように設計すれば集光レンズ６０は不要である。このように、集光レンズ６０は必ずしも必要としない。また、本開示は、装置、方法、複数の装置からなるシステム等により実現することができ、実施形態および変形例で説明した事項は、技術的な矛盾が生じない限り相互に組み合わせることができる。
【００７９】
なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
対象領域に基準パルス光を投光する投光部と、
対象領域からの反射パルス光を受光する受光部と、
前記投光部と前記対象領域との間に設けられ、同期して動作する複数の可動ミラーを有する走査部と、
前記基準パルス光を投光した投光タイミングと、前記反射パルス光を受光した受光タイミングとの差分に基づいて前記対象領域までの距離を算出する算出部とを有する
測距装置。
（２）
前記基準パルス光を投光した投光タイミングを計測する第１の時計部と、前記受光部で受光したタイミングを計測する第２の時計部とを有する（１）に記載の測距装置。
（３）
前記可動ミラーは回転軸を中心として回転反復運動し、前記回転軸が同一直線上に設定される（１）または（２）に記載の測距装置。
（４）
前記基準パルス光は、前記走査部の少なくとも１以上の可動ミラーを用いて前記対象領域に照射され、前記反射パルス光は、前記走査部の少なくとも２以上の可動ミラーを用いて受光される（１）〜（３）のいずれかに記載の測距装置。
（５）
前記走査部の各可動ミラーで受光された前記反射パルス光を集光するための集光レンズを有する（１）〜（４）のいずれかに記載の測距装置。
（６）
前記受光部は、前記集光レンズの焦点位置からずれた位置に設けられている（５）に記載の測距装置。
（７）
前記集光レンズと前記受光部との間に、光学遅延を補正するための光学遅延調整素子が設けられている（６）に記載の測距装置。
（８）
前記受光部は、複数の受光素子から構成されており、前記受光素子は、一時に複数のフォトンを受光した場合に１フォトンのみに反応する素子である（１）〜（７）のいずれかに記載の測距装置。
（９）
前記受光素子は、ＳＰＡＤである（８）に記載の測距装置。
（１０）
前記複数の可動ミラーは、前記基準パルス光が照射される第１の可動ミラーと、前記基準パルス光が照射されない第２の可動ミラーとから成り、前記第２の可動ミラーを介して前記受光部に導かれる反射パルス光の光量が、前記第１の可動ミラーを介して前記受光部に導かれる反射パルス光の光量より大きくなるように構成されている（１）〜（９）のいずれかに記載の測距装置。
（１１）
前記受光部は、前記複数の可動ミラーに対応して設けられている（１）〜（１０）のいずれかに記載の測距装置。
（１２）
（１）〜（１１）のいずれかに記載の測距装置を有する車両。
【００８０】
＜５．応用例＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【００８１】
図１７は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１７に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller  Area  Network）、ＬＩＮ（Local  Interconnect  Network）、ＬＡＮ（Local  Area  Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
【００８２】
各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図１７では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
【００８３】
駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock  Brake  System）又はＥＳＣ（Electronic  Stability  Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
【００８４】
駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
【００８５】
ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【００８６】
バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
【００８７】
車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time  Of  Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
【００８８】
環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light  Detection  and  Ranging、Laser  Imaging  Detection  and  Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
【００８９】
ここで、図１８は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【００９０】
なお、図１８には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【００９１】
車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０〜７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
【００９２】
図１７に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
【００９３】
また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
【００９４】
車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
【００９５】
統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal  Digital  Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
【００９６】
記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read  Only  Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random  Access  Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard  Disc  Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
【００９７】
汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global  System  of  Mobile  communications）、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ（Long  Term  Evolution）若しくはＬＴＥ−Ａ（LTE−Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer  To  Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine  Type  Communication）端末）と接続してもよい。
【００９８】
専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥ１６６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless  Access  in  Vehicle  Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated  Short  Range  Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle  to  Vehicle）通信、路車間（Vehicle  to  Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle  to  Home）の通信及び歩車間（Vehicle  to  Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
【００９９】
測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global  Navigation  Satellite  System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
【０１００】
ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
【０１０１】
車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near  Field  Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless  USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal  Serial  Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition  Multimedia  Interface）、又はＭＨＬ（Mobile  High-definition  Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
【０１０２】
車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
【０１０３】
統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced  Driver  Assistance  System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
【０１０４】
マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
【０１０５】
音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１７の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented  Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
【０１０６】
なお、図１７に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
【０１０７】
なお、上述した実施形態及び変形例で説明した測距装置の構成、機能等は、例えば、車外情報検出ユニット７４００に対して適用することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１，１Ａ，１Ｂ・・・測距装置、１０ａ・・・投光部、２０ａ、３０ａ・・・受光部、２０ｄ，３０ｄ・・・時計部、４０・・・算出部、５０・・・走査部、６０・・・集光レンズ、７０・・・光学遅延調整部、７９００・・・車両
【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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【国際調査報告】
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