(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相変調型の空間光変調素子を有し、前記空間光変調素子の表示部に表示された位相分布に対応するパターンを形成させる投射光を少なくとも二つの投射領域に向けて投光する投光手段と、
前記投光手段によって投光された投射光によって形成されるパターンを含む領域を撮像する受光手段と、
前記投光手段からの投光を制御するとともに、前記受光手段によって撮像された撮像データを解析して前記投射領域における対象物の有無を前記投射領域ごとに検証し、検出された対象物との距離を計測する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
複数の要素によって構成されるパターンを前記投射領域に形成させる位相分布を前記空間光変調素子の表示部に表示させ、
前記撮像データを解析して、前記投射領域に形成されたパターンを構成する前記複数の要素のずれに基づいて、前記投射領域における対象物を検出し、
前記複数の要素によって構成されるパターンの変化に基づいて、検出された対象物との距離を測定する距離測定システム。
【請求項２】
前記投光手段は、
前記空間光変調素子の表示部に向けて光を出射する光源と、
前記空間光変調素子の表示部によって反射された光を前記投射領域に向けて投射する投射光学系とを有し、
前記投射光学系は、
第１の投射領域に向けて第１の投射角で第１の投射光を投光する第１の光学系と、
第２の投射領域に向けて第２の投射角で第２の投射光を投光する第２の光学系とを含む請求項１に記載の距離測定システム。
【請求項３】
前記第１の投射領域は前記第２の投射領域よりも遠方に設定され、
前記第１の投射領域は前記第２の投射領域よりも小さく設定される請求項２に記載の距離測定システム。
【請求項４】
前記第２の光学系は、前記第２の投射角で投光するレンズを含む請求項２または３に記載の距離測定システム。
【請求項５】
前記第１の光学系は、前記第１の投射角で投光するレンズを含む請求項４に記載の距離測定システム。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記空間光変調素子の表示部を構成する複数の表示領域を、前記第１の投射光によって形成されるパターンに対応する位相分布を表示させる第１の画素群と、前記第２の投射光によって形成されるパターンに対応する位相分布を表示させる第２の画素群とに割り当てて前記第１の画素群および前記第２の画素群に位相分布を表示させ、
前記投光手段は、
前記第１の画素群で反射された光を前記第１の光学系に導いて前記第１の投射光として投光し、前記第２の画素群で反射された光を前記第２の光学系に導いて前記第２の投射光として投光する請求項２乃至５のいずれか一項に記載の距離測定システム。
【請求項７】
前記投光手段は、
前記第１の投射領域および前記第２の投射領域とは異なる第３の投射領域に向けて第３の投射角で第３の投射光を投光する第３の光学系を含む請求項２に記載の距離測定システム。
【請求項８】
前記第１の投射領域は前記第３の投射領域よりも遠方に設定されるとともに、前記第３の投射領域は前記第２の投射領域よりも遠方に設定され、
前記第１の投射領域は前記第３の投射領域よりも小さく設定されるとともに、前記第３の投射領域は前記第２の投射領域よりも小さく設定される請求項７に記載の距離測定システム。
【請求項９】
前記第３の光学系は、前記第３の投射角で投光するレンズを含む請求項８に記載の距離測定システム。
【請求項１０】
前記制御手段は、
前記空間光変調素子の表示部を構成する複数の表示領域を、前記第１の投射光によって形成されるパターンの位相分布を表示させる第１の画素群と、前記第２の投射光によって形成されるパターンの位相分布を表示させる第２の画素群と、前記第３の投射光によって形成されるパターンの位相分布を表示させる第３の画素群とに割り当て、
前記投光手段は、前記第1の画素群で反射された光を前記第1の光学系に導いて前記第１の投射光として投光し、前記第２の画素群で反射された光を前記第２の光学系に導いて前記第２の投射光として投光し、前記第３の画素群で反射された光を前記第３の光学系に導いて前記第３の投射光として投光する請求項７乃至９のいずれか一項に記載の距離測定システム。
【請求項１１】
前記制御手段は、
前記第１の投射光、前記第２の投射光および前記第３の投射光によって形成されるパターンの位相分布を前記空間光変調素子の表示部に異なるタイミングで表示させるように前記投光手段を制御し、
前記第１の投射光の反射光が入射する期間は前記第１の投射光の反射光を受光し、前記第２の投射光の反射光が入射する期間は前記第２の投射光の反射光を受光し、前記第３の投射光の反射光が入射する期間は前記第３の投射光の反射光を受光するように前記受光手段を制御する請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の距離測定システム。
【請求項１２】
前記制御手段は、
前記投射領域においてスポット光を形成する位相分布を前記空間光変調素子の表示部に表示させ、前記投光手段から前記スポット光を投光させる制御をし、
前記受光手段が撮像した撮像データに含まれる前記スポット光を用いて対象物の検出および距離の計測を含む解析を行う請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の距離測定システム。
【請求項１３】
前記制御手段は、
前記投射領域においてパターン光を形成する位相分布を前記空間光変調素子の表示部に表示させ、前記投光手段から前記パターン光を投光させる制御をし、
前記受光手段が撮像した撮像データに含まれる前記パターン光を用いて対象物の検出および距離の計測を含む解析を行う請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の距離測定システム。
【請求項１４】
前記制御手段の解析結果を通知する通知手段を備える請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の距離測定システム。
【請求項１５】
前記通知手段は、
前記制御手段の解析結果を表示情報によって通知する請求項１４に記載の距離測定システム。
【請求項１６】
前記通知手段は、
前記制御手段の解析結果を音声情報によって通知する請求項１４に記載の距離測定システム。
【請求項１７】
複数の要素によって構成されるパターンを投射領域に形成させる位相分布を位相変調型の空間光変調素子の表示部に表示させ、
前記空間光変調素子の表示部に表示された位相分布に対応するパターンを形成させる投射光を少なくとも二つの投射領域に向けて投光し、
投光された投射光によって形成されるパターンを含む領域を撮像し、
撮像された撮像データを解析して、前記投射領域に形成されたパターンを構成する前記複数の要素のずれに基づいて、前記投射領域における対象物の有無を前記投射領域ごとに検証し、
前記複数の要素によって構成されるパターンの変化に基づいて、検出された対象物との距離を計測する距離測定方法。
【請求項１８】
複数の要素によって構成されるパターンを投射領域に形成させる位相分布を位相変調型の空間光変調素子の表示部に表示させる処理と、
位相変調型の空間光変調素子の表示部に表示された位相分布に対応するパターンを形成させる投射光を少なくとも二つの投射領域に向けて投光する処理と、
投光された投射光によって形成されるパターンを含む領域を撮像する処理と、
撮像された撮像データを解析して、前記投射領域に形成されたパターンを構成する前記複数の要素によって構成されるパターンの変化に基づいて、前記投射領域における対象物の有無を前記投射領域ごとに検証する処理と、
前記複数の要素のずれ量に基づいて、検出された対象物との距離を計測する処理とをコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物との距離を測定する距離測定装置、距離測定方法および距離測定プログラムに関する。特に、走行中の車両から対象物までの距離を測定する距離測定システム、距離測定方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
道路状況の確認や衝突防止などを目的に、道路上の対象物との距離を測定する装置（以下、距離測定装置）を搭載する車両が増えてきた。色々な方式の距離測定装置の中でも、レーザを用いて距離を測定する装置は精度の点で優れている。例えば、レーザを用いた距離の測定方式の一つとして、レーザを道路に向かって投射し、その反射光を受光する方式がある。レーザを用いた距離測定装置では、三角測量法やタイムオブフライト法を用いて対象物との距離を測定できる。【０００３】
一般的なプロジェクタを搭載した距離測定装置は、機械的に動作する機構がないため、振動に強いという利点がある。しかし、一般的なプロジェクタを単一で用いる場合、被照射領域全面にレーザを照射し続けるために電力効率が悪くなったり、広い範囲をカバーすると解像度が低下したりするという問題がある。【０００４】
特許文献１には、レーザ光を用いて走行車両の所定方向の障害物を検知する車両用障害物検知装置について開示されている。特許文献１の装置は、異なる発散角度でレーザ光を発散させる光源を二つ以上備えている。【０００５】
特許文献２には、目標物に光を照射し、その反射光や散乱光から目標物に関する情報を得ることができる光センシング装置について開示されている。特許文献２の装置では、レーザ光源の前方に配置した回折格子で送光パターンの変形・変換を行うことによって、単純な光学系でありながら必要な送光パターンが得られる。【０００６】
特許文献３には、複数の方向に照射した光の反射光を撮像することができるインターフェース装置について開示されている。特許文献３の装置によれば、単一の投光装置でありながら複数の方向に光を照射できるため、電力効率がよく、解像度の高い像を広い範囲に照射できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５９−１９８３７７号公報
【特許文献２】特開平６−１１８１６１号公報
【特許文献３】国際公開第２０１５／０４９８６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の装置によれば、複数の光源から異なる発散角度でレーザ光を発散させるため、レーザ光の死角を減らすことができる。しかし、特許文献１の装置では、距離ごとにプロジェクタを設ける必要があるため、複数のプロジェクタを搭載する必要があるという問題点があった。【０００９】
特許文献２の装置によれば、単純な構成でありながら、単一の光源から出射された光に含まれる−１次光、０次光および＋１次光を異なる方向に送光できる。しかし、特許文献２の装置は、固定されたパターンの光を異なる方向に送光することはできるが、状況に応じて方向ごとにパターンを変えられないという問題点があった。【００１０】
特許文献３の装置によれば、単一の装置でありながら複数の方向に任意のパターンの光を照射することができる。特許文献１〜３の装置を組み合わせれば、単一の光源でありながら、任意のパターンの光を異なる方向に送光することができる。しかし、特許文献１〜３の装置を組み合わせると、複数の方向に照射した光の反射光が干渉し合うことによって、対象物の距離が正確に把握できない場合があるという問題点があった。【００１１】
本発明の目的は、上述した課題を解決するために、投光領域に位置する対象物を確実に検出し、検出された対象物との距離を測定できる距離測定装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の距離測定システムは、位相変調型の空間光変調素子を有し、空間光変調素子の表示部に表示された位相分布に対応するパターンを形成させる投射光を少なくとも二つの投射領域に向けて投光する投光装置と、投光装置によって投光された投射光によって形成されるパターンを含む領域を撮像する受光装置と、投光装置からの投光を制御するとともに、受光装置によって撮像された撮像データを解析して投射領域における対象物の有無を投射領域ごとに検証し、検出された対象物との距離を計測する制御装置とを備える。【００１３】
本発明の距離測定方法においては、位相変調型の空間光変調素子の表示部に表示された位相分布に対応するパターンを形成させる投射光を少なくとも二つの投射領域に向けて投光し、投光された投射光によって形成されるパターンを含む領域を撮像し、撮像された撮像データを解析して投射領域における対象物の有無を投射領域ごとに検証し、検出された対象物との距離を計測する。【００１４】
本発明の距離測定プログラムは、位相変調型の空間光変調素子の表示部に表示された位相分布に対応するパターンを形成させる投射光を少なくとも二つの投射領域に向けて投光する処理と、投光された投射光によって形成されるパターンを含む領域を撮像する処理と、撮像された撮像データを解析して投射領域における対象物の有無を投射領域ごとに検証する処理と、検出された対象物との距離を計測する処理とをコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、投光領域に位置する対象物を確実に検出し、検出された対象物との距離を測定できる距離測定装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの投光装置の構成を示す概念図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの構成を示す概念図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの投光装置に含まれる投射光学系の構成を示す概念図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムを搭載した車両からの投光の概念図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの受光装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの制御系統を実現するための制御基板の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの投射光によって形成されるパターンの一例を示す概念図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの投射光によって形成されるパターンの一例を示す概念図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムによる解析結果を表示装置に表示させる一例を示す概念図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの投射光が形成するパターンの一例をまとめた表である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの投射光が形成するパターンの別の一例を示す概念図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの動作例を示すフローチャートである。
【図１５】一般的な距離測定システムを搭載した車両による投光の概念図である。
【図１６】一般的な投光装置が投光するパターンの一例を示す概念図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係る距離測定システムを搭載した車両による投光の概念図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係る距離測定システムの構成を示す概念図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係る距離測定システムの投光装置に含まれる投射光学系の構成を示す概念図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態に係る距離測定システムの投光装置に含まれる投射光学系の別の構成を示す概念図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態に係る距離測定システムの投射光によって形成されるパターンの一例を示す概念図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態に係る距離測定システムの投射光によって形成されるパターンの一例を示す概念図である。
【図２３】本発明の第３の実施形態に係る距離測定システムが投光する投射光の制御例を示す概念図である。
【図２４】本発明の第３の実施形態に係る距離測定システムが投射光の投射領域を絞り込む例を示す概念図である。
【図２５】本発明の第３の実施形態に係る距離測定システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図２６】本発明の第４の実施形態に係る距離測定システムの構成を示すブロック図である。
【図２７】本発明の第４の実施形態に係る距離測定システムの通知装置の一例を示す概念図である。
【図２８】本発明の第４の実施形態に係る距離測定システムの通知装置の別の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由が無い限り、同様箇所には同一符号を付す。また、以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。
【００１８】
（第１の実施形態）
〔構成〕
まず、本発明の第１の実施形態に係る距離測定システムの構成について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の距離測定システム１の構成を示すブロック図である。図２は、投光装置１０の構成を示す概念図である。図３は、投光装置１０と受光装置２０との空間的な位置関係を示すとともに、投光装置１０の内部構成の概略を示す概念図である。なお、図１〜図３は概念的なものであり、必ずしも各構成要素の空間的な位置関係や光の進行の様子を正確に表すものではない。
【００２０】
図１のように、距離測定システム１は、投光装置１０、受光装置２０および制御装置３０を備える。
【００２１】
投光装置１０は、制御装置３０に接続される。投光装置１０は、位相変調型の空間光変調素子を含む。投光装置１０は、制御装置３０の制御に応じて、少なくとも二つの距離に対応する投射光を投射する。例えば、投光装置１０は、遠方（第１の距離）の投射領域（第１の投射領域）に向けた長距離投射光（第１の投射光）と、近方（第２の距離）の投射領域（第２の投射領域）に向けた短距離投射光（第２の投射光）とを投射する。第１の投射光および第２の投射光は、複数のマークが並んだパターン光（以下、単にパターンと記載）を被投射面上に形成させる。言い換えると、上述した複数のマークはパターン光の要素である。なお、以下においては、距離測定システム１から異なる距離に位置する異なる投射領域に投射光を投射する例について説明するが、距離測定システム１から同じ距離に位置する異なる投射領域に投射光を投射することもできる。
【００２２】
受光装置２０は、制御装置３０に接続される。受光装置２０は、制御装置３０の制御に応じて、第１の投射領域および第２の投射領域を含む領域を撮像する。受光装置２０は、一般的なデジタルカメラと同様の撮像素子を含む。
【００２３】
制御装置３０は、投光装置１０および受光装置２０に接続される。制御装置３０は、第１の投射光および第２の投射光を投射するように投光装置１０を制御する。また、制御装置３０は、第１の投射領域および第２の投射領域を含む領域を撮像するように受光装置２０を制御する。制御装置３０は、撮像した領域に含まれるパターンを解析することによって、各投射領域における対象物の有無を検証し、対象物を検出した場合はその対象物との距離を測定する。
【００２４】
図２のように、投光装置１０は、光源１１、空間光変調素子１３、投射光学系１４、光源駆動電源１５および変調素子制御回路１６を有する。なお、図２においては省略しているが、図３のように、投光装置１０は、コリメータ１２およびフーリエ変換レンズ１７を含む。図２においては、コリメータ１２を省略しているため、光源１１から平行光１１０が出射されるように図示しているが、実際には、光源１１から出射された光はコリメータ１２によって平行光１１０に変換される。そして、空間光変調素子１３の表示面で反射された光は、フーリエ変換レンズ１７によって所望の焦点位置に向けて集束される。
【００２５】
図３のように、投光装置１０と受光装置２０とは、離れた位置に配置することが好ましい。なぜならば、対象物との距離を計測する際に三角測量の手法を用いる場合、投光装置１０と受光装置２０との距離が離れている方が精度よく測定できるためである。例えば、距離測定システム１を車両に搭載する場合、投光装置１０を車両の前方に配置し、受光装置２０を車両の上方に配置すればよい。なお、投光装置１０および受光装置２０を配置する位置は適宜設定できる。
【００２６】
光源１１は、光源駆動電源１５の駆動に伴って特定波長の光を出射する。光源１１から出射された光は、コリメータ１２によって平行光１１０になる。平行光１１０は、空間光変調素子１３の表示部で反射される際に変調光１３０に変換されて投射光学系１４に導かれる。変調光１３０は、投射光学系１４において投射光に変換され、投射光学系１４から長距離投射光１０１および短距離投射光１０２として投光される。
【００２７】
光源１１は、特定波長の光を出射する。光源１１から出射される光は、位相がそろったコヒーレントな光であることが好ましい。例えば、光源１１には、レーザ光源を用いることができる。なお、光源１１は、位相がそろったコヒーレントな光が得られるものであれば、発光ダイオードや白熱電球、放電管などであってもよい。
【００２８】
本実施形態においては、投射した光が目視されないように、光源１１は、赤外領域の光を出射するように構成することが好ましい。例えば、光源１１は、可視領域や紫外領域の光を出射するように構成してもよい。また、例えば、レーザ光をパルス状に照射し、単位時間あたりにおけるレーザ光の照射量の積算が人に視認できない条件であれば、可視光を用いてもよい。また、レーザ光を照射していることを視認されてもよい場合や、レーザ光を照射していることを敢えて視認させたい場合も、可視光を用いてもよい。
【００２９】
空間光変調素子１３は、制御装置３０の制御に応じて、長距離投射光１０１および短距離投射光１０２として投射される光によって形成されるパターンを生成するための像を自身の表示部に表示する。本実施形態においては、所望のパターンを形成するための像を空間光変調素子１３の表示部に表示させた状態で、その表示部に平行光１１０を照射する。空間光変調素子１３は、平行光１１０を変調した変調光１３０を投射光学系１４に向けて出射する。
【００３０】
本実施形態においては、長距離投射光１０１および短距離投射光１０２のそれぞれによって形成されるパターンを生成するための像を空間光変調素子１３の表示部に表示させる。すなわち、空間光変調素子１３の表示部は、長距離投射光１０１によって形成されるパターンに対応する像を表示させる第１の画素群と、短距離投射光１０２によって形成されるパターンに対応する像を表示させる第２の画素群とに割り当てられる。空間光変調素子１３の表示部に表示させる像の詳細については後述する。
【００３１】
空間光変調素子１３は、位相がそろったコヒーレントな平行光１１０の入射を受け、入射された平行光１１０の位相を変調する位相変調型の空間光変調素子によって実現できる。位相変調型の空間光変調素子１３は、フォーカスフリーであるため、複数の投射距離に光を投射することになっても、距離ごとに焦点を変える必要がない。なお、空間光変調素子１３は、位相変調型とは異なる方式の素子であってもよいが、以下においては、位相変調型の素子を用いることを前提として説明する。これ以降は、位相変調型の空間光変調素子を用いるものとし、各投射領域に形成されるパターンを生成するための像は位相分布であるものとする。
【００３２】
位相変調型の空間光変調素子１３の表示部は、複数の画素で構成され、長距離投射光１０１および短距離投射光１０２によって形成されるパターンの位相分布がいずれかの画素に表示される。本実施形態では、空間光変調素子１３の表示部を構成する複数の画素は、長距離投射光１０１用のパターンを表示させる画素群（第１の画素群）と、短距離投射光１０２用のパターンを表示させる画素群（第２の画素群）とに割り当てられる。すなわち、長距離投射光１０１用の位相分布を第１の画素群に表示させ、短距離投射光１０２の位相分布を第２の画素群に表示させる。
【００３３】
空間光変調素子１３は、例えば、強誘電性液晶やホモジーニアス液晶、垂直配向液晶などを用いた空間光変調素子によって実現される。空間光変調素子１３は、具体的には、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）によって実現できる。また、空間光変調素子１３は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）によって実現してもよい。
【００３４】
位相変調型の空間光変調素子１３を用いれば、投射光を投射する箇所を順次切り替えるように動作させることによって、エネルギーを表示情報の部分に集中することができる。そのため、位相変調型の空間光変調素子１３によれば、光源の出力が同じであれば、表示領域全面に光を投射する方式のものよりも表示情報を明るく表示させることができる。
【００３５】
投射光学系１４は、空間光変調素子１３で変調された変調光１３０を投射光として投射する光学系である。空間光変調素子１３で変調された変調光１３０は、投射光学系１４によって長距離投射光１０１および短距離投射光１０２として投射される。
【００３６】
図４は、投射光学系１４の構成例を示す概念図である。図４のように、投射光学系１４は、長距離投射光学系１４１（第１の光学系ともよぶ）と、短距離投射光学系１４２（第２の光学系ともよぶ）とを有する。長距離投射光学系１４１は、第１の投射角のレンズ４１０を含む。短距離投射光学系１４２は、第２の投射角のレンズ４２０を含む。なお、図４に示すレンズ４１０およびレンズ４２０の形状や大きさは、実際の形状や大きさを反映させているわけではない。
【００３７】
長距離投射光学系１４１は、空間光変調素子１３の第１の画素群で変調された変調光１３０を入射し、レンズ４１０を介して長距離投射光１０１を投光する。長距離投射光学系１４１は、短距離投射光１０２よりも遠方に向けて長距離投射光１０１を投射する。
【００３８】
短距離投射光学系１４２は、空間光変調素子１３の第２の画素群で変調された変調光１３０を入射し、レンズ４２０を介して短距離投射光１０２を投光する。短距離投射光学系１４２は、長距離投射光１０１よりも近方に向けて短距離投射光１０２を投射する。
【００３９】
光源駆動電源１５は、制御装置３０の制御に応じて光源１１を駆動させて、光源１１から光を出射させるための電源である。
【００４０】
変調素子制御回路１６は、制御装置３０の制御に応じて、各投射領域に表示されるパターンを生成するための位相分布を空間光変調素子１３の表示部に表示させる。変調素子制御回路１６は、空間光変調素子１３の表示部を構成する第１の画素群に長距離投射光１０１に対応する位相分布を表示させ、第２の画素群に短距離投射光１０２に対応する位相分布を表示させる。例えば、変調素子制御回路１６は、空間光変調素子１３の表示部に照射される平行光１１０の位相と、表示部で反射される変調光１３０の位相との差分を決定づけるパラメータが変化するように空間光変調素子１３を駆動する。
【００４１】
位相変調型の空間光変調素子１３の表示部に照射される平行光１１０の位相と、表示部で反射される変調光１３０の位相との差分を決定づけるパラメータは、例えば、屈折率や光路長などの光学的特性に関するパラメータである。例えば、変調素子制御回路１６は、空間光変調素子１３の表示部に印可する電圧を変化させることによって、表示部の屈折率を変化させる。その結果、表示部に照射された平行光１１０は、表示部の屈折率に基づいて適宜回折される。すなわち、位相変調型の空間光変調素子１３に照射された平行光１１０の位相分布は、表示部の光学的特性に応じて変調される。なお、変調素子制御回路１６による空間光変調素子１３の駆動方法はここで挙げた限りではない。
【００４２】
図５は、本実施形態の距離測定システム１を搭載した車両１００から投射光を投光する例を示す概念図である。
【００４３】
図５のように、車両１００に搭載された距離測定システム１は、遠方に向けた長距離投射光１０１と、近方に向けた短距離投射光１０２とを投射する。距離測定システム１は、長距離投射光１０１に比べて、短距離投射光１０２の投射範囲を広くする。一般に、車両１００に近いほど広い領域を見る必要がある。そのため、距離測定システム１は、短距離ほど広い投射範囲に投射を行う。また、距離測定システム１は、長距離投射光１０１の投射範囲を小さくし、遠方における投射光の広がりを小さくするため、遠方と近方に同じ投射範囲で投射光を投射する場合と比較して遠方の対象物に関する解像度が向上する。
【００４４】
〔受光装置〕
図６は、距離測定システム１の受光装置２０の構成を示すブロック図である。図６のように、受光装置２０は、シャッタ２１、撮像素子２２、画像処理プロセッサ２３、メモリ２４および出力回路２５を有する。なお、受光装置２０は、一般的なデジタルカメラの撮像機能を有すれば、図６の構成と異なっていてもよい。
【００４５】
シャッタ２１は、撮像素子２２に到達する光の量を制御するための電子的な機構である。
【００４６】
撮像素子２２は、投光装置１０から投射された光を撮像するための素子である。撮像素子２２は、半導体部品が集積回路化された光電変換素子であり、複数の受光領域が格子状に配置された構造を有する。撮像素子２２は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）などの固体撮像素子によって実現できる。ＣＣＤやＣＭＯＳは、アレイ状に配置された複数の受光領域を有する。撮像素子２２は、赤外領域の光を撮像する素子によって構成することが好ましい。なお、必要に応じて、赤外領域以外の可視光や紫外線、Ｘ線、ガンマ線、電波、マイクロ波などの電磁波を撮像・検波できるように構成してもよい。
【００４７】
画像処理プロセッサ２３は、撮像素子２２によって撮像された撮像データに対して、暗電流補正や補間演算、色空間変換、ガンマ補正、収差の補正、ノイズリダクション、画像圧縮などの画像処理を実行する集積回路である。なお、画像情報を加工しない場合は、画像処理プロセッサ２３を省略してもよい。
【００４８】
メモリ２４は、画像処理プロセッサ２３によって画像処理を行う際に処理しきれない画像データや、処理済みの画像データを一時的に格納する記憶素子である。なお、撮像素子２２によって撮像された画像データをメモリ２４に一時的に記憶するように構成してもよい。メモリ２４は、一般的なメモリによって構成すればよい。
【００４９】
出力回路２５は、画像処理プロセッサ２３によって処理された画像データを制御装置３０に出力する。
【００５０】
〔制御装置〕
図７は、距離測定システム１の制御装置３０の構成を示すブロック図である。
【００５１】
図７のように、制御装置３０は、投光制御回路３１、投光条件設定回路３２、記憶回路３３、受光制御回路３４、解析回路３５および通信回路３６を有する。
【００５２】
投光制御回路３１は、投光条件設定回路３２から取得した光源制御条件に基づいて、光源駆動電源１５のＯＮ／ＯＦＦ状態や、駆動電圧を制御する。光源駆動電源１５が投光制御回路３１の制御に応じることによって、空間光変調素子１３の表示部に表示させた位相分布によって生成されるパターンを所望のタイミングで各投射領域に投射できる。
【００５３】
また、投光制御回路３１は、各投射領域に形成されるパターンを生成するための位相分布を空間光変調素子１３の表示部を構成する各画素に表示させるように変調素子制御回路１６を制御する。投光制御回路３１は、空間光変調素子１３の表示部を構成する第１の画素群に長距離投射光１０１の表示パターンに対応する位相分布を表示させるように変調素子制御回路１６を制御する。また、投光制御回路３１は、空間光変調素子１３の表示部を構成する第２の画素群に短距離投射光１０２の表示パターンに対応する位相分布を表示させるように変調素子制御回路１６を制御する。例えば、投光制御回路３１は、空間光変調素子１３の表示部に照射される平行光１１０の位相と、表示部で反射される変調光１３０の位相との差分を決定づけるパラメータが変化するように空間光変調素子１３を駆動する。
【００５４】
投光条件設定回路３２は、各投射領域に投射するパターンを構成する基本パターンの位相分布を記憶回路３３から取得する。投光条件設定回路３２は、記憶回路３３に記憶された基本パターンの位相分布に移動処理や合成処理をすることによって、空間光変調素子１３の表示部に表示させる位相分布を生成する。
【００５５】
また、投光条件設定回路３２は、適切な表示情報を適切なタイミングで適切な表示領域に向けて投射光を投射するための制御条件を生成する。制御条件は、適切なパターンを形成する投射光を適切な投射領域に向けて投射するための変調素子制御条件と、適切なタイミングで投射光を投射するための光源制御条件とを含む。投光条件設定回路３２は、変調素子制御条件を投光制御回路３１に出力し、光源制御条件を投光制御回路３１に出力する。
【００５６】
記憶回路３３には、各投射領域に投射する投射パターンを構成する基本パターンの位相分布を記憶させておく。例えば、記憶回路３３には、投射パターンを生成するための基本パターンの位相分布を事前に記憶させておけばよい。なお、記憶回路３３には、基本パターンの位相分布のみならず、基本パターンを組み合わせたパターンの位相分布や、さらに複雑なパターンの位相分布を記憶させておいてもよい。
【００５７】
受光制御回路３４は、投光条件設定回路３２が設定した光源制御条件に基づいて、各投射領域を撮像するように受光装置２０を制御する。なお、受光装置２０にシャッタ２１を設置しない場合、受光制御回路３４は、シャッタ２１の開閉制御を行わない。
【００５８】
受光制御回路３４は、投光したパターンを撮像するタイミングでシャッタ２１を開き、撮像素子２２に各投射領域を撮像させる。具体的には、受光制御回路３４は、長距離投射光１０１および短距離投射光１０２の反射光が受光されるタイミングでシャッタ２１を開き、いずれの投射光の反射光も受光されていない期間はシャッタ２１を閉じるように制御する。
【００５９】
受光制御回路３４は、受光装置２０が撮像した撮像データを取得する。受光制御回路３４は、取得した撮像データを解析回路３５に出力する。
【００６０】
解析回路３５は、受光制御回路３４から受け取った撮像データに含まれるパターンを解析し、長距離投射光１０１および短距離投射光１０２の投光領域における対象物の有無を検証する。解析回路３５は、長距離投射光１０１または短距離投射光１０２の投光領域に対象物があると判定した場合、対象物があると判定された投光領域に関して、対象物との距離を計測する。例えば、解析回路３５は、長距離投射光１０１および短距離投射光１０２が投光するパターンの種類によっては、対象物の形状まで認識できる。
【００６１】
解析回路３５は、長距離投射光１０１および短距離投射光１０２の投光領域における対象物の有無、対象物との距離などを含む情報を通信回路３６に出力する。
【００６２】
通信回路３６は、別のシステムや装置、センサなどと距離測定システム１とを接続するインターフェースである。通信回路３６は、別のシステムや装置、センサなどに向けて、距離測定システム１によって得られた情報を送信する。また、通信回路３６は、別のシステムや装置、センサなどから距離測定システム１に対する指示や要求を含む信号を受信してもよい。通信回路３６の通信形態は、有線通信であってもよいし、無線通信であってもよく、その周波数帯や通信品質、規格などに関しては特に限定しない。
【００６３】
〔ハードウェア〕
ここで、図８を用いて、本実施形態に係る距離測定システム１の制御系統を実現するハードウェア（制御基板３００）について説明する。なお、図８の制御基板３００は、距離測定システム１を実現するための一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００６４】
図８のように、制御基板３００は、プロセッサ３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、入出力インターフェース３０５およびネットワークアダプター３０６を備える。なお、図８においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略して表記している。プロセッサ３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、入出力インターフェース３０５およびネットワークアダプター３０６は、バス３０９を介して互いに接続される。また、プロセッサ３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３および入出力インターフェース３０５は、ネットワークアダプター３０６を介して、イントラネットやインターネットなどのネットワークに接続される。制御基板３００は、ネットワークを介して、図示しない別のシステムや装置、センサなどに接続される。また、制御基板３００は、ネットワークを介して、上位システムやサーバに接続されてもよい。
【００６５】
プロセッサ３０１は、補助記憶装置３０３等に格納されたプログラムを主記憶装置３０２に展開し、展開されたプログラムを実行する中央演算装置である。本実施形態においては、制御基板３００にインストールされたソフトウェアプログラムを用いる構成とすればよい。プロセッサ３０１は、制御装置３０による演算処理や制御処理を実行する。
【００６６】
主記憶装置３０２は、プログラムが展開される領域を有する。主記憶装置３０２は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリとすればよい。また、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリを主記憶装置３０２として構成・追加してもよい。
【００６７】
補助記憶装置３０３は、空間光変調素子１３の表示部に表示させる位相分布などのデータを記憶させる手段である。補助記憶装置３０３は、ハードディスクやフラッシュメモリなどのローカルディスクとして構成される。なお、主記憶装置３０２にデータを記憶させる構成とし、補助記憶装置３０３を省略してもよい。
【００６８】
入出力インターフェース３０５は、制御基板３００と周辺機器とを接続規格に基づいて接続する装置である。
【００６９】
制御基板３００には、必要に応じて、キーボードやマウス、タッチパネルなどの入力機器を接続できるように構成してもよい。それらの入力機器は、情報や設定の入力に使用される。なお、タッチパネルを入力機器として用いる場合は、表示機器の表示画面が入力機器のインターフェースを兼ねるタッチパネルディスプレイを入力機器として用いればよい。プロセッサ３０１と入力機器との間のデータ授受は、入出力インターフェース３０５に仲介させればよい。
【００７０】
ネットワークアダプター３０６は、規格や仕様に基づいて、インターネットやイントラネットなどのネットワークに接続するためのインターフェースである。入出力インターフェース３０５およびネットワークアダプター３０６は、外部機器と接続するインターフェースとして共通化してもよい。
【００７１】
以上が、本実施形態の距離測定システム１を可能とするハードウェア構成の一例である。なお、図８のハードウェア構成は、本実施形態の距離測定システム１を可能とするためのハードウェア構成の一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、本実施形態の距離測定システム１に関する処理をコンピュータに実行させる距離測定プログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、本実施形態に係る距離測定プログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。
【００７２】
図９は、距離測定システム１からの投射光が形成するパターンの一例を示す概念図である。図９は、車両のフロントガラス越しに見た道路上に、格子状に配列された要素（ポイント）からなるパターンを投光する例である。
【００７３】
図９の例では、車両から遠い側の第１の投射領域１１１には長距離投射光１０１が投射され、車両に近い側の第２の投射領域１１２には短距離投射光１０２が投射される。図９のように、投光装置１０から第１の投射領域１１１と第２の投射領域１１２に同じパターンを投射する際に、遠方に投射される第１の投射光の投射範囲を小さくする。そのため、受光装置２０は、第１の投射領域１１１に投射されたパターンを構成するポイントの方が狭い間隔で並んだような像を得る。
【００７４】
一般に、遠くに位置する対象物の方が小さく見える。そのため、近方と遠方に同じパターンを投射すると、遠方のパターンを構成する要素の間隔が広がり、分解能が低下してしまう。それに対し、図９のように、遠方に投射される第１の投射光の投射範囲を、近方に投射される第２の投射光の投射範囲と比べて小さくすると、遠方の第１の投射領域１１１に投射されるパターンを構成する要素の間隔が小さくなる。そのため、第２の投射領域１１２に位置する対象物を検出するために十分な分解能が得られる。
【００７５】
図１０は、道路上（第１の投射領域１１１）に車両（対象物）が位置する例である。第１の投射領域１１１に投射されたパターンを構成するポイントのうち対象物の位置に投射されたポイントには、ずれが生じる。
【００７６】
すなわち、第１に、撮像されたパターンを構成する要素のずれが検出されることによって、距離測定システム１の測定範囲内に対象物が検出される。そして、第２に、距離測定システム１は、撮像されたパターンを構成する要素のずれ量によって、対象物との距離を測定することができる。例えば、距離測定システム１は、三角測量の原理を用いて、検出された対象物との距離を測定する。
【００７７】
図１１は、測定された対象物との距離を、その対象物の近くに表示させる例である。例えば、距離測定システム１を搭載する車両が前方を撮影するカメラを備え、そのカメラによって撮像された映像を車両内のモニターに表示できるのであれば、そのモニターに測定した距離を表示させればよい。また、距離測定システム１を搭載する車両のフロントウィンドウに映像を表示できるシステムを用いて、フロントウィンドウ越しに見える対象物の近傍に、その対象物との距離を表示させるようにしてもよい。
【００７８】
図１２は、投射領域に投射する投射光が形成するパターンの例をまとめた表である。例えば、距離測定システム１は、能動的計測法によって対象物の検出や距離の計測を行う。
【００７９】
Ａは、スポット状のパターン（スポット光）を投光する例である。
【００８０】
スポット光を用いる場合、制御装置３０は、三角測量原理によって対象までの距離を計算する。一般に、車両などの移動体から対象物を検出する際には、スポット光を二次元的に走査する必要がある。単に対象物があることを検出するだけならば高い解像度は要求されないため、スポット光の反射像の記録・解析にはそれほど時間が掛からない。しかし、対象物の形状まで分かるようにするほどの高い解像度が必要な場合は、スポット光の反射像の記録・解析にそれなりの時間が掛かり、データ量が膨大になるため、対象物を瞬時に判断する用途には向いていない。スポット光を用いる場合は、所定の距離よりも近くにある対象物を検出した段階で、対象物を検出したことを示す信号を出力するようなアルゴリズムを適用すればよい。
【００８１】
Ｂは、ライン状のパターン（スリット光）を投光する例である。なお、スリット光は、縦線ではなく、横線であってもよい。
【００８２】
スリット光を用いる場合、三角測量を応用した光切断法によって対象物との距離を計測することができる。スリット光を用いる場合、受光装置２０は、シート状の光を一次元的に走査すればよいので、スポット光を用いる場合と比較して高解像度の三次元情報を高速に得ることができる。スリット光を用いる場合、受光装置２０による撮像処理が全体の処理速度を律速することになるため、信号処理を高速化できるように素子を設計することが好ましい。ところで、スリット光を用いる場合、三次元情報を高解像度化するために撮像素子２２のフレームレートを上げることが好ましいが、１フレームあたりの露光時間が減少するために投射光の光強度を上げる必要がある。しかし、対象物に人が含まれる場合、投射するレーザ光の強度には上限があるため、解像度には限界が生じることがある。
【００８３】
Ｃは、ストライプ状のパターン（ストライプ光を）を投光する例である。なお、ストライプ状のパターンは、縦縞ではなく、横縞であってもよい。
【００８４】
ストライプ光を用いる場合、複数のライン状のパターンを同時に投光するため、投光と受光の回数を減らすことができる。そのため、一本のライン状のスリット光を投光する場合と比較して、三次元情報の計測を高速化できる。また、ストライプ光を用いる場合、複数のラインの歪み具合によって対象物を検出できる。そのため、一回の投光・受光によって対象物の有無を検出することもできる。対象物の形状まで認識する必要がある場合、パターンをラインに対して垂直な方向に走査し、その反射光を受光して解析すればよい。
【００８５】
Ｄは、Ｃの場合において、複数色のラインを含むパターンを投光する例である。なお、ストライプ状のパターンは、縦縞ではなく、横縞であってもよい。
【００８６】
複数色のストライプ光を用いる場合、制御装置３０は、各ラインを色に対応させて独立して解析できる。そのため、投光した領域ごとに得られた情報を各色に対応付けて処理できる。
【００８７】
Ｅは、濃度が滑らかに変化する傾斜状のパターン（傾斜光）を投光する例である。なお、傾斜光は、左から右に向けてではなく、右から左に向けて濃くしてもよい。また、傾斜光は、左右方向に濃度変化させず、上下方向に濃度変化させたり、斜め方向に濃度変化させたり、中央から放射状に濃度変化させたりしてもよい。また、傾斜光は、単色のグラデーションではなく、複数色を交えたグラデーションで構成してもよい。
【００８８】
傾斜光を用いる場合、制御装置３０は、受光した反射光の強度分布を解析すれば、対象物の有無を検出したり、対象物との距離を計測したり、対象物の形状を認識したりすることができる。
【００８９】
Ｆは、コード化されたパターン（コード光）を投光する例である。
【００９０】
コード光を用いる場合、ストライプ光を用いる場合と同様に一回の投光・受光で、対象物の三次元情報を計測できる。また、コード光を用いる場合、対象物との絶対距離を計測することができる。しかし、コードを復号する際に計算量の多い画像処理が必要であったり、対象物の細かな部分までは計測しにくかったりするので、制御装置３０における演算処理を高速化できるわけではない。
【００９１】
Ｇは、アレイ状に配列させた要素（パターン光）を投光する例である。
【００９２】
パターン光を用いる場合、対象物を含む領域からの反射光のうち、対象物からの反射光は、対象物を含まない部分の反射光と比べて歪む。そのため、対象物がない状況で受光されるパターンと、対象物がある状況で受光した反射光のパターンとを比較することによって、対象物の形状を含む距離情報を得ることができる。対象物がない状況で受光されるパターンは、システムの立ち上げ時にキャリブレーション用のパターンとして記憶するようにしてもよいし、受光の度に取得されたパターンを逐次記憶するようにしてもよい。なお、図１２のＧには×印の要素からなるパターン光を投光する例を示しているが、パターン光を構成するマークの形状によって、得られる三次元情報の解像度などが異なる。そのため、必要とする三次元情報に応じて、パターンを構成するマークを選択することが好ましい。なお、パターン光は、単一種類の要素で構成されてもよいし、複数種類の要素を組み合わせて構成してもよい。
【００９３】
Ｈは、ランダムなパターン（ランダムパターン光）を投光する例である。
【００９４】
ランダムパターン光を用いる場合も、パターン光を用いる場合と同様に、対象物がない状況で受光されるパターンと、対象物がある状況で受光した反射光のパターンとを比較することによって、対象物の形状を含む距離情報を得ることができる。ランダムパターン光を用いれば、局所的なパターンの変化によって、対象物の細かな部分まで認識することができる。ランダムパターン光を用いる場合、対象物の細かな部分まで判別できる反面、検出領域の細かな変化まで拾うと、制御装置３０の処理量が膨大になる。そのため、対象物を検出するために変位量の大きな変化を検知する工程と、検出された対象物を含む領域に関して変位量の小さな変化も検知する工程とを区別するアルゴリズムを用いることが好ましい。
【００９５】
図１３は、図１０で投光するパターン光の替わりに、複数のラインを並べたストライプ光を第１の投射領域１１１および第２の投射領域１１２に投射する例である。図１３の例でも、投射したパターンの変化に基づいて対象物との距離を測定できる。
【００９６】
〔動作〕
次に、図１４のフローチャートを用いて、本実施形態の距離測定システム１の動作例について説明する。図１４は、長距離投射光１０１および短距離投射光１０２を同時に投光する場合のフローチャートである。なお、以下の説明においては、動作の概略だけを示し、構成要素間のデータの授受や動作の詳細は省略する。
【００９７】
まず、図１４において、投光装置１０は、第１の投射領域および第２の投射領域に向けて所定のパターンを投光する（ステップＳ１１）。
【００９８】
受光装置２０は、第１の投射領域および第２の投射領域を撮像する（ステップＳ１２）。
【００９９】
制御装置３０は、受光装置２０が撮像したパターンを解析する（ステップＳ１３）。
【０１００】
制御装置３０が対象物を検出しなかった場合（ステップＳ１４でＮｏ）、ステップＳ１１に戻る。
【０１０１】
制御装置３０は、対象物を検出した場合（ステップＳ１４でＹｅｓ）、対象物との距離を算出する（ステップＳ１５）。
【０１０２】
制御装置３０は、算出した対象物との距離を出力する（ステップＳ１６）。
【０１０３】
投光装置１０からの投光を継続する場合（ステップＳ１７でＹｅｓ）、ステップＳ１１に戻る。一方、投光装置１０からの投光を終了する場合（ステップＳ１７でＮｏ）、図１４のフローチャートに沿った工程を終了する。
【０１０４】
以上が、本実施形態の距離測定システム１の動作例についての説明である。
【０１０５】
（比較例）
ここで、図１５を用いて、投射領域を距離で分割せずに対象物の検出・距離測定を行う比較例について説明する。図１５の比較例では、単一のパターンの投射光２１０で全ての距離に対応するため、車両２００から遠い領域と、車両２００から近い領域とで区別しない。
【０１０６】
車両の場合、遠くの対象物と比べて、近くの対象物をより早く、より正確に検出することが求められる。なぜならば、人や車などの対象物は、車両に近いほど衝突の危険性が増すからである。車両２００からモニターする範囲は、車両２００に近いほど広角に設定することが好ましい。しかし、車両２００の近くをモニターするために投射範囲を広げてしまうと、短距離における解像度が小さくなるだけではなく、遠方の対象物に対する解像度が著しく低下する。
【０１０７】
図１６は、図１５のシステムで遠方の車両を検出しようとした際に、パターンを構成する要素の隙間に車両が位置するために、車両が検出されてないことを示す。すなわち、図１６のように、遠方と近方とを区別せずに検証すると、遠方の対象物の検出ができなかったり、遅れたりするという問題点があった。
【０１０８】
これに対し、本実施形態においては、対象物を検出する際に、遠方と近方とを区別して検証する。具体的には、本実施形態においては、短距離をモニターする場合は投射範囲を大きくし、長距離をモニターする場合は投射光を小さくする。
【０１０９】
一般的なプロジェクタにおいて距離ごとに投射範囲を変えるためには、例えば特許文献１（特開昭５９−１９８３７７号公報）のように、複数台の光源が必要になる。これに対し、本実施形態においては、位相変調型の空間光変調素子を用いるため、単一の光源で複数の投射範囲に投光することができる。また、本実施形態の距離測定システムで用いる空間光変調素子は、フォーカスフリーであるためにピント調整が不要である。
【０１１０】
以上のように、本実施形態の距離測定システムは、空間光変調素子１３の表示部に表示させる像を任意に設定できるので、スリットなどを用いなくても任意のパターンを投光することができる。投光するパターンは、単一のものを用いてもよいし、複数のものを組み合わせてもよい。なお、対象物を検出するために用いる手法は、上述の手法に限定されない。また、本実施形態の距離測定システム１は、任意のパターンを投射できるため、距離測定のみならず、種々の位置検出方式に適用できる。
【０１１１】
本実施形態の距離測定システムでは、位相変調型の空間光変調素子によって光を表示部分に集中して投光できるため、投光領域に均一に投光する通常のプロジェクタに比べて電力効率が高い。
【０１１２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る距離測定システムの構成について図面を参照しながら説明する。本実施形態においては、第１の実施形態とは異なり、三つの距離に対応させて投光を行う。
【０１１３】
図１７は、本実施形態の距離測定システム２を搭載した車両１００−２から投射光を投光する例を示す概念図である。図１８は、距離測定システム２の構成を示す概念図である。
【０１１４】
図１７のように、距離測定システム２は、長距離投射光１０１および短距離投射光１０２に加えて、長距離（第１の距離）と短距離（第２の距離）の中間的な距離である中距離（第３の距離）に向けて中距離投射光１０３（第３の投射光）を投光する。第３の距離に設定される投射領域を第３の投射領域ともよぶ。中距離投射光１０３の投射範囲は、長距離投射光１０１の投射範囲よりも広く、短距離投射光１０２の投射範囲よりも小さく設定する。
【０１１５】
図１８のように、距離測定システム２は、第１の実施形態の投光装置１０と異なる投射光学系（投射光学系１４−２）を有する投光装置１０−２を備える。
【０１１６】
図１９は、投射光学系１４−２の構成例を示す概念図である。図１９のように、投射光学系１４−２は、長距離投射光学系１４１および短距離投射光学系１４２に加えて、第３の投射角で投射する中距離投射光学系１４３（第３の光学系）を有する。
【０１１７】
長距離投射光学系１４１は、第１の投射角のレンズ４１０を含む。短距離投射光学系１４２は、第２の投射角のレンズ４２０を含む。中距離投射光学系１４３は、第３の投射角のレンズ４３０を含む。なお、図１９に示すレンズ４１０、レンズ４２０およびレンズ４３０の形状や大きさは、実際の形状や大きさを反映させているわけではない。また、レンズ４１０、レンズ４２０およびレンズ４３０は、複数枚のレンズで構成してもよい。
【０１１８】
長距離投射光学系１４１は、入射された変調光１３０の一部を第１の投射角で投光する。長距離投射光学系１４１から投射された光が長距離投射光１０１である。長距離投射光学系１４１は、短距離投射光１０２および中距離投射光１０３よりも遠方に向けて長距離投射光１０１を投射する。
【０１１９】
短距離投射光学系１４２は、入射された変調光１３０の一部を第２の投射角で投光する。短距離投射光学系１４２から投射された光が短距離投射光１０２である。短距離投射光学系１４２は、長距離投射光１０１および中距離投射光１０３よりも近方に向けて短距離投射光１０２を投射する。
【０１２０】
中距離投射光学系１４３は、入射された変調光１３０の一部を第３の投射角で投光する。中距離投射光学系１４３から投射された光が中距離投射光１０３である。中距離投射光学系１４３は、短距離投射光１０２よりも遠方、かつ長距離投射光１０１よりも近方に向けて中距離投射光１０３を投射する。
【０１２１】
長距離投光用の第１の画素群によって反射された平行光１１０は、長距離投射光学系１４１に導かれる。長距離投射光学系１４１に導かれた光は、レンズ４１０によって第１の投射角で遠方に向けて投光される。
【０１２２】
短距離投光用の第２の画素群によって反射された平行光１１０は、短距離投射光学系１４２に導かれる。短距離投射光学系１４２に導かれた光は、レンズ４２０によって第２の投射角で近方に向けて投光される。
【０１２３】
中距離投光用の第３の画素群によって反射された平行光１１０は、中距離投射光学系１４３に導かれる。中距離投射光学系１４３に導かれた光は、レンズ４３０によって第３の投射角で遠方と近方との間に向けて投光される。
【０１２４】
図２０は、投射光学系１４−２の変形例（投射光学系１４−３）を示す概念図である。図２０のように、投射光学系１４−３は、投射レンズを含まない長距離投射光学系１４１−２を有する。位相変調型の空間光変調素子１３から出射される変調光は、フラウンホーファ領域の所定の投射領域に投射光を投射する場合、フーリエ変換レンズを介さなくてもパターンを結像できる。そのため、図２０の投射光学系１４−２のような構成も可能となる。なお、図２０の構成の場合、長距離投射光学系１４１−２に入射させる変調光は、フーリエ変換レンズを通さない構成とする。
【０１２５】
図２１は、距離測定システム２から投射するパターンの一例を示す概念図である。図２１の例では、図９の例と同様に、車両から遠い側の第１の投射領域１１１に長距離投射光１０１が投射され、車両に近い側の第２の投射領域１１２に短距離投射光１０２が投射される。それに加えて、図２１の例では、第１の投射領域１１１と第２の投射領域１１２との間の第３の投射領域１１３に中距離投射光１０３が投射される。図２１の例によれば、第１の投射領域１１１と第２の投射領域１１２との間の第３の投射領域１１３に中距離投射光１０３を投射することによって、図９の例よりも対象物の分解能をより向上できる。
【０１２６】
以上のように、本実施形態の投射システムは、第１の投射領域と第２の投射領域に加えて、第３の投射領域に投射光を投射する光学系を有する。その結果、本実施形態によれば、第１の実施形態と比較して、投光領域に位置する対象物をより確実に検出することが可能になる。また、本実施形態の距離測定システムに異なる領域に向けて投射光を投射する投射光学系をさらに追加し、４種類以上の領域に対応させた距離測定システムを構成してもよい。
【０１２７】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る距離測定システムの構成について図面を参照しながら説明する。本実施形態においては、第１の実施形態とは異なり、ある投射領域で対象物が検知された際に、その投射領域に投射するパターンを変更する。なお、本実施形態の距離測定システムは、第１の実施形態と同様の構成でありながら、制御装置３０の制御方式が異なるものである。
【０１２８】
図２２は、本実施形態に係る距離測定システムから投射されたパターンの一例を示す概念図である。図２２の例では、第１の投射領域１１１に車両（対象物）が位置する例である。
【０１２９】
図２３は、第１の投射領域１１１に対象物が検出された際に、第１の投射領域１１１で検出された対象物にパターンを集中させる例を示す図である。図２３の左側は、対象物の検出時点である。図２３の右側は、長距離投射光１０１を対象物に集中させ、対象物を含む領域に集中させるように第１の投射領域１１１を絞り込んだ時点を示す。
【０１３０】
図２４は、図２３のように、対象物を含む領域に第１の投射領域１１１を絞り込んだ時点において、距離測定システムから投射されたパターンの一例を示す概念図である。
【０１３１】
第１の実施形態においては、第１の投射領域１１１において検出された対象物に関して、撮像されたパターンの変化から対象物との距離を計算した。それに対し、本実施形態においては、第１の投射領域１１１において対象物が検出された際に、第１の投射領域１１１を絞り込み、第１の投射領域１１１に投射するパターンを構成するポイントの密度を大きくする。対象物を含む領域に第１の投射領域１１１を絞り込めば、対象物によって変位するポイントの数が増えるため、対象物との距離や形状をより正確に検出できる。
【０１３２】
〔動作〕
次に、図２５のフローチャートを用いて、本実施形態の距離測定システムの動作例について説明する。なお、以下の説明においては、動作の概略だけを示し、構成要素間のデータの授受や動作の詳細は省略する。
【０１３３】
まず、図２５において、投光装置１０は、第１の投射領域および第２の投射領域に向けて所定のパターンを投光する（ステップＳ２１）。
【０１３４】
受光装置２０は、第１の投射領域および第２の投射領域を撮像する（ステップＳ２２）。
【０１３５】
制御装置３０は、受光装置２０が撮像したパターンを解析する（ステップＳ２３）。
【０１３６】
制御装置３０が対象物を検出しなかった場合（ステップＳ２４でＮｏ）、ステップＳ２１に戻る。
【０１３７】
制御装置３０は、対象物を検出した場合（ステップＳ２４でＹｅｓ）、対象物が検出された投射領域を絞り込み、検出した対象物に投射光を集中させる（ステップＳ２５）。
【０１３８】
そして、制御装置３０は、受光装置２０が撮像したパターンを解析する（ステップＳ２６）。
【０１３９】
制御装置３０は、対象物との距離を算出する（ステップＳ２７）。
【０１４０】
制御装置３０は、算出した対象物との距離を出力する（ステップＳ２８）。
【０１４１】
投光装置１０からの投光を継続する場合（ステップＳ２９でＹｅｓ）、ステップＳ２１に戻る。一方、投光装置１０からの投光を終了する場合（ステップＳ２９でＮｏ）、図２５のフローチャートに沿った工程を終了する。
【０１４２】
以上が、本実施形態の距離測定システムの動作例についての説明である。
【０１４３】
以上のように、本実施形態の距離測定システムは、ある投射領域において対象物を検出すると、その投射領域を絞り込む。その結果、本実施形態の距離測定システムによれば、第１の実施形態と比べて対象物の検出や距離測定をより精度よく行うことができる。
【０１４４】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る距離測定システムの構成について図面を参照しながら説明する。
【０１４５】
図２６は、本実施形態の距離測定システム４の構成を示すブロック図である。本実施形態の距離測定システム４は、第１の実施形態とは異なり、投光装置１０、受光装置２０および制御装置３０に加えて、制御装置３０が出力した解析結果を通知する通知装置４０を備える。なお、距離測定システム４に関して、通知装置４０以外の構成は第１の実施形態と同様であるため、通知装置４０以外の構成に関する詳細な説明は省略する。
【０１４６】
通知装置４０は、制御装置３０に接続される。通知装置４０は、制御装置３０の解析結果を受信し、その解析結果を利用者に通知する。例えば、通知装置４０は、ナビゲーションシステムの画面などの表示装置に解析結果を表示させて、利用者に解析結果を表示情報として通知する装置として構成できる。通知装置４０は、対象物を検出したことや、対象物との距離、対象物の形状、対象物の位置などを表示情報として利用者に通知すればよい。例えば、通知装置４０は、フロントガラスに表示情報を投影するヘッドアップディスプレイによって表示情報を表示させてもよい。
【０１４７】
図２７は、解析結果を表示情報として通知する通知装置４０の一例である表示装置４１の概念図である。図２７は、制御装置３０が出力した解析結果を表示装置４１に表示する例である。表示装置４１には、運転手が視認できる大きさや明るさの文字や画像を表示させればよい。例えば、表示装置４１は、運転手から視認しやすいように、ダッシュボードやフロントガラスの隅などに設置すればよい。また、車両に搭載されたナビゲーションシステムの画面を表示装置４１として用いてもよい。
【０１４８】
また、例えば、通知装置４０は、解析結果を音声情報に変換して利用者に通知する装置として構成できる。通知装置４０は、対象物を検出したことや、対象物との距離、対象物の形状、対象物の位置などを音声情報として利用者に通知すればよい。
【０１４９】
図２８は、解析結果を音声情報として通知する通知装置４０の一例であるスピーカ４２の概念図である。図２８は、制御装置３０が出力した解析結果をスピーカ４２から流す例である。スピーカ４２からは、運転手に聞き取りやすい音声を流せばよい。例えば、スピーカ４２は、運転手が音声を聞き取りやすいように、ダッシュボードや座席近傍などに設置すればよい。また、車両に搭載された音声出力装置をスピーカ４２として用いてもよい。
【０１５０】
また、例えば、通知装置４０は、解析結果を振動に変換して利用者に通知する装置として構成できる。通知装置４０は、対象物を検出したことや、対象物との距離が近いことなどを振動によって利用者に通知してもよい。また、通知装置４０は、表示情報、音声情報および振動を任意に組み合わせて解析結果を通知するように構成してもよい。
【０１５１】
以上、本発明の実施形態及び実施例について説明した。しかしながら、本発明は、上述した各実施形態や実施例に記載した内容に限定されるものではなく、その構成及び動作は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【０１５２】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下のようにも記載可能であるが、以下の構成には限られない。
（付記１）
位相変調型の空間光変調素子を有し、前記空間光変調素子の表示部に表示された位相分布に対応するパターンを形成させる投射光を少なくとも二つの投射領域に向けて投光する投光装置と、
前記投光装置によって投光された投射光によって形成されるパターンを含む領域を撮像する受光装置と、
前記投光装置からの投光を制御するとともに、前記受光装置によって撮像された撮像データを解析して前記投射領域における対象物の有無を前記投射領域ごとに検証し、検出された対象物との距離を計測する制御装置とを備える距離測定システム。
（付記２）
前記投光装置は、
前記空間光変調素子の表示部に向けて光を出射する光源と、
前記空間光変調素子の表示部によって反射された光を前記投射領域に向けて投射する投射光学系とを有し、
前記投射光学系は、
第１の投射領域に向けて第１の投射角で第１の投射光を投光する第１の光学系と、
第２の投射領域に向けて第２の投射角で第２の投射光を投光する第２の光学系とを含む付記１に記載の距離測定システム。
（付記３）
前記第１の投射領域は前記第２の投射領域よりも遠方に設定され、
前記第１の投射領域は前記第２の投射領域よりも小さく設定される付記２に記載の距離測定システム。
（付記４）
前記第２の光学系は、前記第２の投射角で投光するレンズを含む付記２または３に記載の距離測定システム。
（付記５）
前記第１の光学系は、前記第１の投射角で投光するレンズを含む付記４に記載の距離測定システム。
（付記６）
前記制御装置は、
前記空間光変調素子の表示部を構成する複数の表示領域を、前記第１の投射光によって形成されるパターンに対応する位相分布を表示させる第１の画素群と、前記第２の投射光によって形成されるパターンに対応する位相分布を表示させる第２の画素群とに割り当てて前記第１の画素群および前記第２の画素群に位相分布を表示させ、
前記投光装置は、
前記第１の画素群で反射された光を前記第１の光学系に導いて前記第１の投射光として投光し、前記第２の画素群で反射された光を前記第２の光学系に導いて前記第２の投射光として投光する付記２乃至５のいずれか一項に記載の距離測定システム。
（付記７）
前記投光装置は、
前記第１の投射領域および前記第２の投射領域とは異なる第３の投射領域に向けて第３の投射角で第３の投射光を投光する第３の光学系を含む付記２に記載の距離測定システム。
（付記８）
前記第１の投射領域は前記第３の投射領域よりも遠方に設定されるとともに、前記第３の投射領域は前記第２の投射領域よりも遠方に設定され、
前記第１の投射領域は前記第３の投射領域よりも小さく設定されるとともに、前記第３の投射領域は前記第２の投射領域よりも小さく設定される付記７に記載の距離測定システム。
（付記９）
前記第３の光学系は、前記第３の投射角で投光するレンズを含む付記８に記載の距離測定システム。
（付記１０）
前記制御装置は、
前記空間光変調素子の表示部を構成する複数の表示領域を、前記第１の投射光によって形成されるパターンの位相分布を表示させる第１の画素群と、前記第２の投射光によって形成されるパターンの位相分布を表示させる第２の画素群と、前記第３の投射光によって形成されるパターンの位相分布を表示させる第３の画素群とに割り当て、
前記投光装置は、
前記第１の画素群で反射された光を前記第１の光学系に導いて前記第１の投射光として投光し、前記第２の画素群で反射された光を前記第２の光学系に導いて前記第２の投射光として投光し、前記第３の画素群で反射された光を前記第３の光学系に導いて前記第３の投射光として投光する付記７乃至９のいずれか一項に記載の距離測定システム。
（付記１１）
前記制御装置は、
前記第１の投射光、前記第２の投射光および前記第３の投射光によって形成されるパターンの位相分布を前記空間光変調素子の表示部に異なるタイミングで表示させるように前記投光装置を制御し、
前記第１の投射光の反射光が入射する期間は前記第１の投射光の反射光を受光し、前記第２の投射光の反射光が入射する期間は前記第２の投射光の反射光を受光し、前記第３の投射光の反射光が入射する期間は前記第３の投射光の反射光を受光するように前記受光装置を制御する付記７乃至１０のいずれか一項に記載の距離測定システム。
（付記１２）
前記制御装置は、
前記投射領域においてスポット光を形成する位相分布を前記空間光変調素子の表示部に表示させ、前記投光装置から前記スポット光を投光させる制御をし、
前記受光装置が撮像した撮像データに含まれる前記スポット光を用いて対象物の検出および距離の計測を含む解析を行う付記１乃至１１のいずれか一項に記載の距離測定システム。
（付記１３）
前記制御装置は、
前記投射領域においてパターン光を形成する位相分布を前記空間光変調素子の表示部に表示させ、前記投光装置から前記パターン光を投光させる制御をし、
前記受光装置が撮像した撮像データに含まれる前記パターン光を用いて対象物の検出および距離の計測を含む解析を行う付記１乃至１１のいずれか一項に記載の距離測定システム。
（付記１４）
前記制御装置の解析結果を通知する通知装置を備える付記１乃至１３のいずれか一項に記載の距離測定システム。
（付記１５）
前記通知装置は、
前記制御装置の解析結果を表示情報によって通知する付記１４に記載の距離測定システム。
（付記１６）
前記通知装置は、
前記制御装置の解析結果を音声情報によって通知する付記１４に記載の距離測定システム。
（付記１７）
位相変調型の空間光変調素子の表示部に表示された位相分布に対応するパターンを形成させる投射光を少なくとも二つの投射領域に向けて投光し、
投光された投射光によって形成されるパターンを含む領域を撮像し、
撮像された撮像データを解析して前記投射領域における対象物の有無を前記投射領域ごとに検証し、
検出された対象物との距離を計測する距離測定方法。
（付記１８）
位相変調型の空間光変調素子の表示部に表示された位相分布に対応するパターンを形成させる投射光を少なくとも二つの投射領域に向けて投光する処理と、
投光された投射光によって形成されるパターンを含む領域を撮像する処理と、
撮像された撮像データを解析して前記投射領域における対象物の有無を前記投射領域ごとに検証する処理と、
検出された対象物との距離を計測する処理とをコンピュータに実行させるプログラムを記録させたプログラム記録媒体。
【０１５３】
この出願は、２０１６年９月２１日に出願された日本出願特願２０１６−１８４０７５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１５４】
１    距離測定システム
１０    投光装置
１１    光源
１２    コリメータ
１３    空間光変調素子
１４    投射光学系
１５    光源駆動電源
１６    変調素子制御回路
１７    フーリエ変換レンズ
２０    受光装置
２１    シャッタ
２２    撮像素子
２３    画像処理プロセッサ
２４    メモリ
２５    出力回路
３０    制御装置
３１    投光制御回路
３２    投光条件設定回路
３３    記憶回路
３４    受光制御回路
３５    解析回路
３６    通信回路
４０    通知装置
４１    表示装置
４２    スピーカ
１４１    長距離投射光学系
１４２    短距離投射光学系
１４３    中距離投射光学系
４１０、４２０、４３０    レンズ
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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