JP2019015522A - 距離計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な信号処理で受光部からの出力信号が平面状の被検出面による反射光信号か否かを判定する。【解決手段】距離計測装置１００は、発光モジュール２から光パルスを照射し、対象物での反射光を受光モジュール７で受光して対象物までの距離を計測する装置であって、受光モジュール７の出力信号が第１閾値より大きい場合に第１所定信号を出力する第１コンパレータ８ａと、該出力信号が第１閾値よりも低い第２閾値より大きい場合に第２所定信号を出力する第２コンパレータ８ｂと、第１所定信号に基づき受光モジュール７の出力信号が第１閾値を上回っている第１時間を検出する第１時間検出部１ｄと、第２所定信号に基づき受光モジュール７の出力信号が第２閾値を上回っている第２時間を検出する第２時間検出部１ｅと、第１時間と第２時間に基づき受光モジュール７の出力信号が路面（被検出面）による反射光信号か否かを判定する路面判定部１ｆとを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、発光部から光パルスを照射した時刻と、その光パルスの対象物による反射光を受光部により受光した時刻とに基づいて、対象物までの距離を計測する距離計測装置に関する。

たとえば、衝突防止機能を有する車両などには、レーザレーダのような光学式の距離計測装置が搭載されている。この距離計測装置は、発光部の発光素子から光パルスを照射して、該光パルスの対象物による反射光を受光部の受光素子により受光し、光パルスの照射時刻と反射光の受光時刻とに基づいて対象物までの距離を計測する（たとえば特許文献１〜５）。

距離計測装置を搭載した車両は、路面上で走行または停車しているので、距離計測装置が検出する対象物としては、たとえば、先行車、人、路面、およびその他の物体などがある。このうち、車両との衝突を回避する必要があるのは、路面以外の対象物であるため、路面とその他の対象物とを区別して認識する技術が種々提案されている。

たとえば特許文献１では、複数回の測距動作において、受光部により受光した反射光の反射地点までの距離データが特定の距離範囲にあれば、該反射光が路面からの反射光であると推定する。また、そのように推定される反射光の光量が閾値を挟んで不規則に変動する場合に、車両周辺の路面が濡れていると判定する。

特許文献２では、受光部により受光した反射光の受光量に基づいて、対象物までの距離を検出し、該距離が路面を示す特定の距離範囲にあった場合、距離に対する受光量の変化（波形）の特徴量を検出する。具体的には、特徴量として、受光量の最大値、受光量の最大値が得られる位置までの距離、および前記位置から受光量が実質的にゼロ（または十分小さい値）となる位置までの距離を検出する。先行車や人や物体が立体物であるのに対して、路面は非立体物であるので、路面による反射光の受光量は、立体物による反射光の受光量に比べて、最大値が低くなり、波形幅が広くなる。このため、反射光の特徴量に基づいて、対象物が路面であるか否かが判定される。

特許文献３では、車両前方の路面画像をカメラなどの画像取得部により取得し、該画像情報に基づいて路面からの反射光の波形の面積を推定して、理想反射波形面積とする。また、レーダ部の発光部からレーザ光を照射して、路面からの反射光を受光部により受光し、受光部からの出力信号に基づいて、該反射光の波形の面積を算出して、実反射波形面積とする。そして、実反射波形面積が理想反射波形面積よりも所定値以上下回った場合に、レーザ部の投光窓カバーに汚れが付着していると判定する。

特許文献４では、車両が照射波（レーザ光）を路面に照射して走行している状態を検出したときに、その反射波を受光部により検出して、受光部から出力される受光信号を反射波の波形として観測する。そして、反射波の波形に基づいて、照射波を反射した物体が先行車か路面かを判定する。具体的には、反射波の最大強度と、反射波の所定強度を上回る時間とを検出する。路面による反射波は、先行車による反射波に比べて、最大強度が低く、所定強度を上回る時間が長くなるので、これに基づいて反射波の反射元が先行車か路面かを判定することができる。

特許文献５では、光ビームの投受光動作により取得した測距データ（距離と反射光の強度）を一体化して物標データを生成し、探索領域内に別レイヤの測距データが存在しなければ、非立体物からの測距データであると判定する。そして、測距データに基づいて、距離ヒストグラムと反射強度ヒストグラムを生成し、両ヒストグラムのいずれにおいても閾値を超える度数があれば、路面からの測距データであると判定する。

特開２００２−２５７９３４号公報 特開２００３−４２７５７号公報 特開２００４−２７１４０４号公報 特開２００６−９８２２１号公報 特開２０１１−２３２３２５号公報

路面のような平面状の被検出面からの反射光を検出するため、たとえば、受光部からの出力信号を統計的に処理したり、該出力信号の波形の特徴を複数抽出したりすると、信号処理が複雑になり、それを担う信号処理部の負担が大きくなってしまう。

本発明は、簡単な信号処理により、受光部からの出力信号が平面状の被検出面からの反射光信号であるか否かを判定することができる距離計測装置を提供することを課題とする。

本発明による距離計測装置は、対象物に対して光パルスを照射する発光素子を有する発光部と、光パルスの対象物による反射光を受光する受光素子を有する受光部と、発光部により光パルスを照射してから受光部により反射光を受光するまでの時間に基づいて、対象物までの距離を算出する距離算出部と、受光素子の受光状態に応じた受光部からの出力信号と所定の第１閾値とを比較して、該出力信号が第１閾値より大きい場合に、第１所定信号を出力する第１比較出力部と、受光部からの出力信号と第１閾値より小さい所定の第２閾値とを比較して、該出力信号が第２閾値より大きい場合に、第２所定信号を出力する第２比較出力部と、第１所定信号に基づいて受光部からの出力信号が第１閾値を上回ってから下回るまでの第１時間を検出する第１時間検出部と、第２所定信号に基づいて受光部からの出力信号が第２閾値を上回ってから下回るまでの第２時間を検出する第２時間検出部と、第１時間と第２時間とに基づいて、受光部からの出力信号が平面状の被検出面による反射光信号であるか否かを判定する判定部とを備える。

発光部からの光パルスが被検出面以外の立体的な対象物により反射して、該反射光が受光素子により受光された場合は、受光部からの出力信号の立ち上がりと立ち下がりが急峻になり、該出力信号の最大値が大きくなって、該出力信号の幅が狭くなる。これに対して、光パルスが平面状の被検出面により反射して、該反射光が受光素子により受光された場合は、比較的、受光部からの出力信号の立ち上がりまたは立ち下がりが緩やかになり、該出力信号の最大値が小さくなって、該出力信号の幅が広くなる。そして、２つの比較出力部により大きさの異なる第１閾値および第２閾値と、受光部からの出力信号とを比較して、該出力信号が第１閾値を上回ってから下回るまでの第１時間、および第２閾値を上回ってから下回るまでの第２時間を、各時間検出部により検出する。すると、受光部からの出力信号が被検出面による反射光信号である場合と、その他の立体的な対象物による反射光信号である場合とでは、第１時間と第２時間の比較結果に違いが生じる。このため、判定部において、第１時間と第２時間に基づいて、受光部からの出力信号が被検出面からの反射光信号であるか否かを容易に判定することができる。また、受光部からの出力信号を統計的に処理したり、該出力信号の波形の特徴を複数抽出したりするのではなく、受光部からの出力信号を閾値と比較したり、該比較により検出した時間を参照したりするので、各比較出力部、各時間検出部、および被検出面判定部による信号処理を簡単にすることができる。

本発明において、判定部は、第１時間が第２時間より所定時間短い場合に、受光部からの出力信号が被検出面からの反射光信号であると判断してもよい。

また、本発明において、反射光を受光部により受光しない非受光期間に、受光部からの出力信号の最大値を検出する最大値検出部と、該最大値以上の値に第１閾値および第２閾値を設定する閾値設定部とをさらに備えてもよい。

また、本発明において、反射光を受光部により受光する受光期間に、判定部は、受光部からの出力信号が被検出面による反射光信号であるか否かを判定し、距離算出部は、判定部により受光部からの出力信号が被検出面による反射光信号であると判断されると、第１所定信号または第２所定信号に基づいて反射光の受光時刻を検出し、該受光時刻と光パルスの照射時刻とに基づいて対象物までの距離を算出してもよい。

また、本発明において、判定部は、第１時間が第２時間より所定時間短く、かつ距離算出部により算出した距離が所定距離範囲にある場合に、受光部からの出力信号が被検出面からの反射光信号であると判断してもよい。

さらに、本発明において、第１比較出力部から出力されるアナログの第１所定信号をデジタルの第１所定信号に変換して、距離算出部または第１時間検出部に出力する１ビットの第１アナログデジタルコンバータと、第２比較出力部から出力されるアナログの第２所定信号をデジタルの第２所定信号に変換して、距離算出部または第２時間検出部に出力する１ビットの第２アナログデジタルコンバータとをさらに備えてもよい。

本発明によれば、簡単な信号処理により、受光部からの出力信号が被検出面からの反射光信号であるか否かを判定することができる距離計測装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態による距離計測装置の光学系を上方から見た状態を示した図である。 図１の距離計測装置の光学系を後方から見た状態を示した図である。 図１の距離計測装置の電気的構成を示した図である。 図１の距離計測装置による対象物への投光状態を示した図である。 図３の受光モジュールの出力信号を示した図である。 図１の距離計測装置の動作タイミングを示した図である。 図３の受光モジュールとコンパレータのノイズ検出時の出力信号を示した図である。 図３の受光モジュールとコンパレータの先行車検出時の出力信号を示した図である。 図３の受光モジュールとコンパレータの路面検出時の出力信号を示した図である。 図１の距離計測装置による路面近傍の平坦物への投光状態を示した図である。 図１の距離計測装置の動作を示したフローチャートである。 本発明の他の実施形態による距離計測装置の電気的構成を示した図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

図１は、距離計測装置１００の光学系を上方から見た状態を示した図である。図２は、距離計測装置１００の光学系を後方（図１で下側、すなわち対象物５０と反対側）から見た状態を示した図である。

距離計測装置１００は、車載用のレーザレーダである。距離計測装置１００の光学系は、ＬＤ（Laser Diode）２ａ、投光レンズ１４、回転走査部４、受光レンズ１６、反射鏡１７、およびＰＤ（Photodiode）７ａから成る。そのうち、ＬＤ２ａ、投光レンズ１４、および回転走査部４は、投光光学系である。回転走査部４、受光レンズ１６、反射鏡１７、およびＰＤ７ａは、受光光学系である。

これらの光学系は、距離計測装置１００のケース（図示省略）内に収容されている。そのケースの前面（対象物５０側）は開口しているが、透光性を有するカバーにより覆われている。このカバーが車両の前方、後方、または左右側方を向くように、距離計測装置１００は車両の前部、後部、または左右側部に設置される。対象物５０は、先行車、人、路面、またはその他の物体である。

ＬＤ２ａは、高出力の光パルスを照射する発光素子である。図１および図２では、便宜上、ＬＤ２ａを１つだけ示しているが、ＬＤ２ａは、実際には図２で上下方向に複数配列されている。ＬＤ２ａは、発光面が回転走査部４側を向くように配置されている。

ＰＤ７ａは、ＰＩＮ型のフォトダイオードであり、ＬＤ２ａから照射した光パルスの対象物５０による反射光を受光する受光素子である。図１および図２では、便宜上、ＰＤ７ａを１つだけ示しているが、ＰＤ７ａは、実際には図２で上下方向または左右方向に複数配列されている。ＰＤ７ａは、受光面が反射鏡１７側を向くように配置されている。

図１および図２に示す回転走査部４は、回転鏡または光偏向器とも呼ばれている。回転走査部４には、回転鏡４ａとモータ４ｃなどが備わっている。回転鏡４ａは、板状に形成されている。回転鏡４ａの表面および裏面は、反射面となっている。

図２に示すように、回転鏡４ａの下方には、モータ４ｃが設けられている。モータ４ｃの回転軸４ｊは上下方向と平行になっている。モータ４ｃの回転軸４ｊの上端には、回転鏡４ａの中央にある連結軸（図示せず）が固定されている。モータ４ｃの回転軸４ｊに連動して、回転鏡４ａは回転する。

図２に示すように、受光レンズ１６、反射鏡１７、およびＰＤ７ａは、回転鏡４ａの上部周辺に配置されている。ＬＤ２ａと投光レンズ１４は、回転鏡４ａの下部周辺に配置されている。

図１および図２に１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤ２ａから照射された光パルスは、投光レンズ１４により拡がりを調整された後、回転鏡４ａの表面または裏面の下半分の領域に当たる。この際、モータ４ｃが回転して、回転鏡４ａの角度（向き）が変化し、回転鏡４ａの表面または裏面が対象物５０側を向いた所定角度となる（たとえば図１に実線で示す鏡４ａの状態）。これにより、ＬＤ２ａからの光パルスが投光レンズ１４を透過した後、回転鏡４ａの表面または裏面の下半分の領域で反射して、距離計測装置１００の外方にある所定範囲に走査される。つまり、回転走査部４は、ＬＤ２ａからの光パルスを、回転鏡４ａの表面と裏面で反射して対象物５０側に偏向する。

図１に示す走査角度範囲Ｚは、ＬＤ２ａからの光パルスが回転走査部４の鏡４ａの表面または裏面により反射されて、距離計測装置１００から投射される所定範囲（上面視）である。すなわち、この走査角度範囲Ｚが、距離計測装置１００による対象物５０の検出範囲である。

上記のように、距離計測装置１００から投射された光パルスは、対象物５０で反射される。その反射光は、図１および図２に２点鎖線の矢印で示すように、回転鏡４ａの表面または裏面の上半分の領域に当たる。この際、モータ４ｃが回転して、回転鏡４ａの角度（向き）が変化し、回転鏡４ａの表面または裏面が対象物５０側を向いた所定角度となる（たとえば図１に実線で示す鏡４ａの状態）。これにより、対象物５０での反射光が、回転鏡４ａの表面または裏面の上半分の領域で反射して、受光レンズ１６に入射する。つまり、回転走査部４は、対象物５０からの反射光を、回転鏡４ａの表面または裏面で反射して、受光レンズ１６側へ偏向する。

回転走査部４を経由して受光レンズ１６に入射した反射光は、受光レンズ１６で集光された後、反射鏡１７で反射して、ＰＤ７ａで受光される。つまり、回転走査部４は、対象物５０からの反射光を回転鏡４ａで反射して、受光レンズ１６と反射鏡１７を介してＰＤ７ａへ導く。

図３は、距離計測装置１００の電気的構成図である。距離計測装置１００には、制御部１、発光モジュール２、ＬＤ駆動回路３、モータ４ｃ、モータ駆動回路５、エンコーダ６、受光モジュール７、コンパレータ８ａ、８ｂ、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）９ａ、９ｂ、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）１０ａ、１０ｂ、記憶部１１、およびインタフェイス１２が備わっている。

制御部１は、マイクロコンピュータなどから成り、距離計測装置１００の各部の動作を制御する。制御部１には、距離算出部１ａ、最大値検出部１ｂ、閾値設定部１ｃ、第１時間検出部１ｄ、第２時間検出部１ｅ、および路面判定部１ｆが設けられている。

記憶部１１は、揮発性や不揮発性のメモリから成る。記憶部１１には、制御部１が距離計測装置１００の各部を制御するための情報、対象物５０までの距離を計測するための情報、および路面による反射光を検出するための情報などが記憶されている。

インタフェイス１２は、車両に搭載されたＥＣＵ（電子制御装置）と通信するための通信回路から成る。制御部１は、インタフェイス１２によりＥＣＵに対して、対象物５０までの距離に関する情報や各種制御情報を送受信する。

発光モジュール２には、前述した複数のＬＤ２ａと、各ＬＤ２ａを発光させるためのキャパシタ２ｃなどが設けられている。図３では、便宜上、ＬＤ２ａとキャパシタ２ｃのブロックを、それぞれ１つ示している。発光モジュール２は、本発明の「発光部」の一例である。

制御部１は、ＬＤ駆動回路３により発光モジュール２のＬＤ２ａの動作を制御する。具体的には、制御部１は、ＬＤ駆動回路３によりＬＤ２ａを発光させて、対象物５０に光を照射する。また、制御部１は、ＬＤ駆動回路３によりＬＤ２ａの発光を停止させて、キャパシタ２ｃを充電する。

また、制御部１は、モータ駆動回路５により回転走査部４のモータ４ｃの駆動を制御する。そして、制御部１は、前述したように、回転鏡４ａを回転させて、ＬＤ２ａから照射した光パルスや、対象物５０による反射光を偏向する。この際、制御部１は、エンコーダ６の出力に基づいて、モータ４ｃや回転鏡４ａの回転状態（回転角や回転数など）を検出する。

受光モジュール７には、ＰＤ７ａ、ＴＩＡ（Trans Impedance Amplifier）７ｂ、ＭＵＸ（Multiplexer）７ｃ、および高速アンプ７ｄが含まれている。受光モジュール７は、本発明の「受光部」の一例である。

ＰＤ７ａとＴＩＡ７ｂは、対を成すように、それぞれ複数設けられている。図３では、代表的に、２組のＰＤ７ａおよびＴＩＡ７ｂを示しているが、３組目以上のＰＤ７ａおよびＴＩＡ７ｂも同様に設けられている。各組のＰＤ７ａとＴＩＡ７ｂにより、それぞれ受光チャンネルが構成されている。つまり、受光モジュール７には、複数の受光チャンネルが設けられている。

各ＰＤ７ａのカソードは、電源＋Ｖに接続されている。各ＰＤ７ａのアノードは、各ＴＩＡ７ｂの入力端に接続されている。各ＴＩＡ７ｂの出力端は、ＭＵＸ７ｃに接続されている。各ＰＤ７ａは、光を受光することにより、電流を出力する。各ＴＩＡ７ｂは、接続されたＰＤ７ａに流れた電流を電圧信号に変換して、ＭＵＸ７ｃへ出力する。

ＭＵＸ７ｃは、各ＴＩＡ７ｂの出力信号を選択し、高速アンプ７ｄに出力する。高速アンプ７ｄは、高速でゲインを切り替えて、ＭＵＸ７ｃの出力信号を増幅し、第１コンパレータ８ａと第２コンパレータ８ｂとにそれぞれ出力する。これにより、各ＰＤ７ａの受光状態に応じた電圧信号が、受光モジュール７から順次コンパレータ８ａ、８ｂに出力される。

発光モジュール２のＬＤ２ａから照射された光パルスの照射角度によって、該光パルスの対象物５０による反射光は、対応する受光チャンネルのＰＤ７ａに入射する。太陽光などの外乱光も、各受光チャンネルのＰＤ７ａに入射する。 つまり、各ＰＤ７ａには、対象物５０による反射光または外乱光が入射する。このため、受光モジュール７からは、対象物５０による反射光の受光に応じた電圧信号、または外乱光の受光に応じた電圧信号が出力される。

図４は、距離計測装置１００による対象物５０への投光状態を示した図である。距離計測装置１００を搭載した車両６０を、以下、自車両６０という。図５は、受光モジュール７の出力信号を示した図である。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。また、図５に示す山状の各パルス波が、受光モジュール７からの出力信号である。（後述の図７（ａ）、図８（ａ）、および図９（ａ）も同様である。）

発光モジュール２のＬＤ２ａから照射された光パルスが、図４に細い実線の矢印で示すように、先行車５１や路面５２などの対象物に照射された場合は、その反射光を受光するＰＤ７ａの受光量が多くなるので、ＰＤ７ａからの出力電流が大きくなる。一方、ＰＤ７ａが外乱光を受光した場合は、対象物による反射光を受光した場合に比べて、受光量が少なくなるので、ＰＤ７ａからの出力電流が小さくなる。

そのため、先行車５１や路面５２による反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号は、図５に１点鎖線で囲んでいるように、レベル（波高値）が大きくなる。これに対して、外乱光に基づく受光モジュール７からの出力信号は、図５に２点鎖線で囲んでいるように、レベル（波高値）が小さくなる。

対象物による反射光が一時的な光であるのに対して、外乱光は定常光であるので、ＰＤ７ａには、外乱光が常にランダムに入射する。このため、各ＰＤ７ａからは、外乱光の受光に応じて電流信号が常にランダムに出力され、受光モジュール７からは、図５に示すように、外乱光に基づくレベルの小さい電圧信号が常にランダムに出力される。

受光モジュール７からの出力信号のうち、対象物による反射光に基づく出力信号は、対象物５０までの距離の計測や路面５２の検出に関与する反射光信号であり、外乱光に基づく出力信号は、距離の計測や路面５２の検出に関与しないノイズである。

先行車５１は、高さを有する立体的な被検出物である。このため、図４（ａ）に細い実線の矢印で示すように、先行車５１に対してＬＤ２ａから光パルスが照射された場合は、その反射光の受光状態に応じた受光モジュール７からの出力信号が、図５（ａ）に１点鎖線で囲っているように、立ち上がりと立ち下がりが急峻な波形となり、該波形の幅が狭くなる。先行車５１以外の立体的な対象物に対してＬＤ２ａから光パルスが照射された場合も、その反射光の受光状態に応じた受光モジュール７からの出力信号は同様になる。

一方、路面５２は、高さを有しない平面状の被検出面である。ここで、「平面状」とは、全く起伏のない状態だけでなく、多少の起伏がある状態も含む概念である。具体的には、路面５２には、距離計測装置１００が搭載された車両が走行する車道のほか、人が通行する歩道や、車両の周辺の地面や、車両が駐車する駐車場の地面などが含まれる。図４（ｂ）に細い実線の矢印で示すように、路面５２に対してＬＤ２ａから光パルスが照射された場合は、その反射光の受光状態に応じた受光モジュール７からの出力信号が、図５（ｂ）に１点鎖線で囲っているような、実線の波形となる。この路面５２による反射光の受光状態に応じた受光モジュール７からの出力信号の波形は、図５（ａ）に１点鎖線で囲った先行車５１による反射光の受光状態に応じた受光モジュール７からの出力信号の波形に比べて、立ち上がりと立ち下がりがなだらかで、幅が広くなっている。

このように、路面５２による反射光の受光状態に応じた受光モジュール７からの出力信号の波形の幅が広くなるのは、路面５２の各反射点からの反射光の受光状態に応じた受光モジュール７からの複数の出力信号（図５（ｂ）に破線で示す各波形）が畳み込まれるからである。路面５２以外の平面的な対象物に対してＬＤ２ａから光パルスが照射された場合も、その反射光の受光状態に応じた受光モジュール７からの出力信号は同様になる。

図３において、第１コンパレータ８ａは、ＭＵＸ７ｃからの出力信号（電圧信号）と所定の第１閾値（後述する図８および図９の閾値Ｖａ）とを比較して、該出力信号が反射光信号であるかノイズであるかを区別する。第２コンパレータ８ｂは、ＭＵＸ７ｃからの出力信号と所定の第２閾値（後述する図８および図９の閾値Ｖｂ）とを比較して、該出力信号が反射光信号であるかノイズであるかを区別する。

具体的には、第１コンパレータ８ａは、ＭＵＸ７ｃの出力信号が第１閾値より大きい場合、該出力信号が反射光信号であることを示すため、第１所定信号（たとえばハイレベル信号）を第１ＡＤＣ９ａに出力する。第２コンパレータ８ｂは、ＭＵＸ７ｃの出力信号が第２閾値より大きい場合、該出力信号が反射光信号であることを示すため、第２所定信号（たとえばハイレベル信号）を第２ＡＤＣ９ｂに出力する。

また、第１コンパレータ８ａは、ＭＵＸ７ｃの出力信号が第１閾値以下である場合、該出力信号がノイズであることを示すため、第１ＡＤＣ９ａに第１所定信号を出力しない。第２コンパレータ８ｂは、ＭＵＸ７ｃの出力信号が第２閾値以下である場合、該出力信号がノイズであることを示すため、第２ＡＤＣ９ｂに第２所定信号を出力しない。

コンパレータ８ａ、８ｂは、ＭＵＸ７ｃの出力信号が閾値以下の場合に、別の所定信号（たとえばローレベル信号）を各ＡＤＣ９ａ、９ｂに出力してもよいし、信号を全く出力しなくてもよい。

第１コンパレータ８ａは、本発明の「第１比較出力部」の一例である。第２コンパレータ８ｂは、本発明の「第２比較出力部」の一例である。

第１ＡＤＣ９ａと第２ＡＤＣ９ｂは、それぞれサンプリングレートが１０ＧＳｐｓの１ビットのアナログデジタルコンバータである。第１ＡＤＣ９ａは、第１コンパレータ８ａから出力されるアナログ信号（第１所定信号）を、高速でデジタル信号に変換して、制御部１に出力する。具体的には、第１コンパレータ８ａから第１所定信号が出力されたとき、第１ＡＤＣ９ａは、該第１所定信号をデジタルの「１」信号に変換して、制御部１に出力する。また、第１コンパレータ８ａから第１所定信号が出力されていないとき、第１ＡＤＣ９ａは、デジタルの「０」信号を制御部１に出力する。

第２ＡＤＣ９ｂは、第２コンパレータ８ｂから出力されるアナログ信号（第２所定信号）を、高速でデジタル信号に変換して、制御部１に出力する。具体的には、第２コンパレータ８ｂから第２所定信号が出力されたとき、第２ＡＤＣ９ｂは、該第２所定信号をデジタルの「１」信号に変換して、制御部１に出力する。また、第２コンパレータ８ｂから第２所定信号が出力されていないとき、第２ＡＤＣ９ｂは、デジタルの「０」信号を制御部１に出力する。

制御部１の距離算出部１ａは、ＬＤ２ａからの光パルスの照射時刻を検出する。また、第１ＡＤＣ９ａまたは第２ＡＤＣ９ｂから「１」信号が出力された場合に、該「１」信号に基づいて、ＬＤ２ａからの光パルスの対象物５０による反射光の受光時刻を検出する。そして、光パルスの照射時刻と反射光の受光時刻とに基づいて、対象物５０までの距離を算出する。詳しくは、ＬＤ２ａから照射した光パルスのＴＯＦ（Time of Flight）を検出し、該ＴＯＦに基づいて対象物５０までの距離を算出する。

上記のように対象物５０までの距離を算出する際、第１ＡＤＣ９ａからの出力信号と、第２ＡＤＣ９ｂからの出力信号のうち、両方を用いてもよいし、いずれか一方を用いてもよい。つまり、対象物５０までの距離は、第１コンパレータ８ａからの第１所定信号または第２コンパレータ８ｂからの第２所定信号に基づいて算出すればよい。

受光モジュール７により検出されるノイズ（図５）のレベルは、周囲環境などに起因して変動する。受光モジュール７からの出力信号が反射光信号であるかノイズであるかを精度良く区別するには、コンパレータ８ａ、８ｂで用いる第１閾値と第２閾値をその都度適切に設定するのが好ましい。そのため、第１閾値と第２閾値は、後述するようにノイズのレベルに応じて変更される。

第１ＤＡＣ１０ａと第２ＤＡＣ１０ｂは、それぞれ８ビットのデジタルアナログコンバータである。第１ＤＡＣ１０ａは、制御部１から入力される第１閾値に関するデジタル信号をアナログ信号に変換して、第１コンパレータ８ａに出力する。第１コンパレータ８ａは、第１ＤＡＣ１０ａから入力されるアナログ信号に基づいて、第１閾値を変更する。

第２ＤＡＣ１０ｂは、制御部１から入力される第２閾値に関するデジタル信号をアナログ信号に変換して、第２コンパレータ８ｂに出力する。第２コンパレータ８ｂは、第２ＤＡＣ１０ｂから入力されるアナログ信号に基づいて、第２閾値を変更する。

図６は、距離計測装置１００の動作タイミングを示した図である。たとえば、発光モジュール２のＬＤ２ａからは、図６（ａ）に示すように、光パルスが５ｎｓ（ナノ秒）の幅で５μｓ（マイクロ秒）毎に照射される。ＬＤ２ａの動作は制御部１により制御され、ＬＤ２ａからの光パルスの照射時刻は距離算出部１ａにより検出される。

距離算出部１ａのＴＯＦによる距離測定には１μｓかかる。このため、ＬＤ２ａにより光パルスの照射を開始してから１μｓ間が、光パルスの対象物５０による反射光を受光モジュール７により受光する受光期間Ｔ１である（図６（ｂ））。そして、その後の４μｓは、ＬＤ２ａから光パルスが照射されないので、光パルスの対象物５０による反射光を受光モジュール７により受光しない非受光期間Ｔ２である（図６（ｂ））。この非受光期間Ｔ２に、外乱光を受光モジュール７により受光して、受光モジュール７から出力されるノイズを検出する。

図７は、受光モジュール７とコンパレータ８のノイズ検出時の出力信号を示した図である。図７（ａ）は、図６の非受光期間Ｔ２に受光モジュール７から出力される信号を示している。この出力信号は、外乱光に基づくノイズであり、反射光信号を含んでいない。

非受光期間Ｔ２において、制御部１の閾値設定部１ｃは、大きさが段階的に異なる複数の仮閾値Ｖ１〜Ｖｎを示したデジタルの情報を、各ＤＡＣ１０ａ、１０ｂに昇順に出力する。ＤＡＣ１０ａ、１０ｂは、閾値設定部１ｃからいずれかの仮閾値Ｖ１〜Ｖｎを示した情報が入力される度に、該情報をアナログ信号に変換して、コンパレータ８ａ、８ｂに出力する。コンパレータ８ａ、８ｂは、ＤＡＣ１０ａ、１０ｂからいずれかの仮閾値Ｖ１〜Ｖｎを示した信号が入力される度に、受光モジュール７からの出力信号と比較する仮閾値Ｖ１〜Ｖｎを切り替えて、両者の比較を行う。つまり、図７（ａ）に示すように、受光モジュール７からの出力信号と比較する仮閾値が、Ｖ１→Ｖ２→Ｖ３→・・・→Ｖｎと段階的に変更される。

そして、コンパレータ８ａ、８ｂは、受光モジュール７からの出力信号が仮閾値より大きいときに、第１所定信号（オン信号）または第２所定信号（オン信号）を出力する。図７（ｂ）、（ｃ）は、代表的に、それぞれコンパレータ８ａ、８ｂが受光モジュール７からの出力信号と仮閾値Ｖ１、Ｖ４とを比較したときの、コンパレータ８ａ、８ｂの出力状態を示している。受光モジュール７からの出力信号が仮閾値Ｖ１、Ｖ４を超えている間、コンパレータ８ａ、８ｂからオン信号が出力される。図７（ｄ）は、コンパレータ８ａ、８ｂが受光モジュール７からの出力信号と仮閾値Ｖ５〜Ｖｎとを比較したときの、コンパレータ８ａ、８ｂの出力状態を示している。受光モジュール７からの出力信号が仮閾値Ｖ５〜Ｖｎを超えないため、コンパレータ８ａ、８ｂからオン信号は出力されない。

ＡＤＣ９ａ、９ｂは、コンパレータ８ａ、８ｂから出力される第１所定信号または第２所定信号を、デジタル信号に変換して、制御部１に出力する。制御部１の最大値検出部１ｂは、閾値設定部１ｃが出力した仮閾値Ｖ１〜Ｖｎ毎に、コンパレータ８ａ、８ｂからＡＤＣ９ａ、９ｂを介して出力される第１所定信号または第２所定信号の出力頻度を検出し、該出力頻度に基づいてノイズの最大値を検出する。

具体的には、たとえば最大値検出部１ｂは、第１所定信号または第２所定信号が出力された仮閾値のうちの最大の仮閾値以上で、かつ第１所定信号または第２所定信号が出力されなかった仮閾値のうちの最小の仮閾値未満の値（範囲）を、ノイズの最大値として検出する。図７の例では、仮閾値Ｖ４以上でかつ仮閾値Ｖ５未満の値が、ノイズの最大値となる。

他の例として、第１所定信号または第２所定信号が出力された仮閾値のうちの最大の仮閾値を、ノイズの最大値として検出してもよい。この場合、図７の例では、仮閾値Ｖ４がノイズの最大値となる。

たとえば、仮閾値Ｖ１〜Ｖｎとして大きさが異なる１０個の値を設定した場合（ｎ＝１０）、４μｓの非受光期間Ｔ２が各閾値に対応して１０区間に分割され、１区間あたりが４００ｎｓとなる。そして、１ビットのＡＤＣ９ａ、９ｂでコンパレータ８ａ、８ｂからの出力信号を変換処理することで、非受光期間Ｔ２に少なくとも４００サンプルのデータを観測することができる。

上述したように、最大値検出部１ｂによりノイズの最大値が検出されると、閾値設定部１ｃは、該最大値に基づいて第１閾値Ｖａと第２閾値Ｖｂを設定する。このとき、たとえば閾値設定部１ｃは、最大値検出部１ｂにより検出されたノイズの最大値より１段階大きい仮閾値を、第２閾値Ｖｂとして設定する。また、第２閾値Ｖｂより１段階大きい仮閾値を、第１閾値Ｖａとして設定する。図７の例では、ノイズの最大値が仮閾値Ｖ５未満なので、仮閾値Ｖ５が第２閾値Ｖｂとして設定され、仮閾値Ｖ５より１段階大きい仮閾値Ｖ６が第１閾値Ｖａとして設定される。

他の例として、最大値検出部１ｂにより検出されたノイズの最大値と同等の仮閾値を、第２閾値Ｖｂとして設定し、それより大きい値を第１閾値Ｖａとして設定してもよい。具体的には、図７の例では、ノイズの最大値が仮閾値Ｖ４以上なので、仮閾値Ｖ４を第２閾値Ｖａとして設定する。そして、仮閾値Ｖ４より所定幅大きい値を第１閾値Ｖａとして設定してもよい。つまり、第２閾値Ｖｂは、最大値検出部１ｂにより検出されたノイズの最大値以上に設定すればよいし、第１閾値Ｖａは、第２閾値Ｖｂより大きい値に設定すればよい。このようにすることで、第１閾値Ｖａより第２閾値Ｖｂが小さくなる。

そして、閾値設定部１ｃは、第１閾値Ｖａを示したデジタルの情報を第１ＤＡＣ１０ａに出力する。第１ＤＡＣ１０ａは、第１閾値Ｖａを示した情報をアナログ信号に変換して、第１コンパレータ８ａに出力する。第１コンパレータ８ａは、第１ＤＡＣ１０ａからの入力信号に基づいて、受光モジュール７からの出力信号と比較する第１閾値を変更する。

また、閾値設定部１ｃは、第２閾値Ｖｂを示したデジタルの情報を第２ＤＡＣ１０ｂ出力する。第２ＤＡＣ１０ｂは、第２閾値Ｖｂを示した情報をアナログ信号に変換して、第２コンパレータ８ｂに出力する。第２コンパレータ８ｂは、第２ＤＡＣ１０ｂからの入力信号に基づいて、受光モジュール７からの出力信号と比較する第２閾値を変更する。

上記により、次の対象物５０による反射光を受光モジュール７により受光する受光期間Ｔ１に、第１コンパレータ８ａが、受光モジュール７からの出力信号と第１閾値Ｖａとを比較し、第２コンパレータ８ｂが、受光モジュール７からの出力信号と第２閾値Ｖｂとを比較する。つまり、ＬＤ２ａから光パルスが照射される毎に、ノイズのレベルに応じて、コンパレータ８ａ、８ｂで使用される第１閾値と第２閾値が変更される。

他の例として、たとえば、ＬＤ２ａから光パルスが所定の複数回照射される毎に、ノイズのレベルに応じて、第１閾値と第２閾値を変更するようにしてもよい。また、第１コンパレータ８ａ、第１ＡＤＣ９ａ、および第１ＤＣＡ１０ａから成る第１信号処理系と、第２コンパレータ８ｂ、第２ＡＤＣ９ｂ、および第２ＤＣＡ１０ｂから成る第２信号処理系のうち、いずれか一方により、閾値設定部１ｃが仮閾値Ｖ１〜Ｖｎを順次設定して、最大値検出部１ｂがノイズの最大値を検出してもよい。

図８は、受光モジュール７とコンパレータ８の先行車検出時の出力信号を示した図である。図９は、受光モジュール７とコンパレータ８の路面検出時の出力信号を示した図である。図８（ａ）および図９（ａ）は、図６の受光期間Ｔ１に受光モジュール７から出力される信号を示している。これらの出力信号は、ノイズと反射光信号とを含んでいる。図８（ｂ）および図９（ｂ）は、受光期間Ｔ１にコンパレータ８ａ、８ｂから出力される第１所定信号と第２所定信号を示している。

前述したように、前回の非受光期間Ｔ２に第１閾値Ｖａおよび第２閾値Ｖｂを設定することで、今回の受光期間Ｔ１では、ノイズが第１閾値Ｖａおよび第２閾値Ｖｂより大きくなることはなく、反射光信号だけが第１閾値Ｖａおよび第２閾値Ｖｂより大きくなる。

このため、第１コンパレータ８ａが、受光モジュール７からの出力信号が第１閾値Ｖａより大きいときに、図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように第１所定信号（オン信号）を出力することで、該第１所定信号が確実に反射光信号を示す。また、第２コンパレータ８ａが、受光モジュール７からの出力信号が第１閾値Ｖａより大きいときに、図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように第２所定信号（オン信号）を出力することで、該第２所定信号が確実に反射光信号を示す。

距離算出部１ａは、受光期間Ｔ１に、第１コンパレータ８ａから第１ＡＤＣ９ａを介して制御部１に入力される第１所定信号または第２コンパレータ８ｂから第２ＡＤＣ９ｂを介して制御部１に入力される第２所定信号に基づいて、対象物５０による反射光の受光時刻を検出する。そして、距離算出部１ａは、ＬＤ２ａからの光パルスの照射時刻と、対象物５０による反射光の受光時刻とに基づいて、光パルスのＴＯＦ（Time of Flight）を検出し、該ＴＯＦに基づいて対象物５０までの距離を算出する。

図３に示す制御部１の第１時間検出部１ｄは、受光期間Ｔ１に、第１コンパレータ８ａから第１ＡＤＣ９ａを介して制御部１に入力される第１所定信号の連続入力時間を、第１時間Ｔａとして検出する（図８（ｂ）および図９（ｂ））。つまり、第１時間Ｔａは、図８（ａ）および図９（ａ）に示すように、受光モジュール７からの出力信号が第１閾値Ｖａを上回ってから下回るまでの時間である。

第２時間検出部１ｅは、受光期間Ｔ１に、第２コンパレータ８ｂから第２ＡＤＣ９ｂを介して制御部１に入力される第２所定信号の連続入力時間を、第２時間Ｔｂとして検出する（図８（ｂ）および図９（ｂ））。つまり、第２時間Ｔｂは、図８（ａ）および図９（ａ）に示すように、受光モジュール７からの出力信号が第２閾値Ｖｂを上回ってから下回るまでの時間である。

第２閾値Ｖｂは第１閾値Ｖａより小さい。また、ＰＤ７ａの受光状態に応じた受光モジュール７からの出力信号は、山状のパルス波となる。このため、通常、受光モジュール７からの出力信号に基づいて、第１時間検出部１ｄが検出する第１時間Ｔａは、第２時間検出部１ｅが検出する第２時間Ｔｂ以下となる。第１時間Ｔａが第２時間Ｔｂより大きくなる場合は、エラー（異常）である。

先行車５１に対してＬＤ２ａから光パルスが照射された場合は（図４（ａ））、図８（ａ）に１点鎖線で囲っているように、受光モジュール７からの出力信号が急峻な山状波形となり（図５（ａ）も参照）、図８（ｂ）に示すように、コンパレータ８ａ、８ｂから第１所定信号と第２所定信号が出力される。

一方、路面５２に対してＬＤ２ａから光パルスが照射された場合は（図４（ｂ））、図９（ａ）に１点鎖線で囲っているように、受光モジュール７からの出力信号が時間軸方向に拡がった山状波形となり（図５（ｂ）も参照）、図９（ｂ）に示すように、コンパレータ８ａ、８ｂから第１所定信号と第２所定信号が出力される。

図８（ａ）に示すような、先行車５１による反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号に比べて、図９（ａ）に示すような、路面５２による反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号は、立ち上がりや立ち下がりの傾斜が緩くて、幅が広くなっている。このため、時間検出部１ｄ、１ｅが、先行車５１による反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号により検出した第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂの差に比べて、路面５２による反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号により検出した第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂの差は大きくなる。

先行車５１以外の立体的な対象物に対してＬＤ２ａから光パルスが照射された場合は、受光モジュール７とコンパレータ８ａ、８ｂから、図８と同様の信号が出力される。このため、時間検出部１ｄ、１ｅが、立体的な対象物による反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号により検出した第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂの差に比べて、路面５２による反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号により検出した第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂの差は大きくなる。

図１０は、距離計測装置１００による路面５２近傍の平坦物５３に対する投光状態を示した図である。平坦物５３は、路面５２上に存在していて、天面５３ａが平坦な水平面になっている。平坦物５３の路面５２からの高さは、先行車５１や人に比べて低いが、距離計測装置１００を搭載した自車両６０の走行に支障を来すレベルである。

距離計測装置１００の発光モジュール２のＬＤ２ａから照射された光パルスが、図１０に細い一点鎖線の矢印で示すように、平坦物５３の鉛直な側面５３ｂに照射された場合は、図８（ａ）と同様に、受光モジュール７からの出力信号が急峻な幅の狭い波形となり、コンパレータ８ａ、８ｂから図８（ｂ）と同様の信号が出力される。しかし、ＬＤ２ａから照射された光パルスが、図１０に細い実線の矢印で示すように、平坦物５３の天面５３ａに照射された場合は、図９（ａ）と同様に、受光モジュール７からの出力信号が幅の広い波形となり、コンパレータ８ａ、８ｂから図９（ｂ）と同様の信号が出力される。

このため、時間検出部１ｄ、１ｅが、平坦物５３の天面５３ａによる反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号により検出した第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂの差は、路面５２による反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号により検出した第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂの差と同等になる可能性がある。

図３に示す制御部１の路面判定部１ｆは、受光期間Ｔ１に、受光モジュール７からの出力信号により時間検出部１ｄ、１ｅが検出した第１時間Ｔａおよび第２時間Ｔｂに基づいて、該出力信号が路面５２による反射光信号であるか否かを判定する。また、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射信号であることを確定するため、路面判定部１ｆは、該出力信号に基づいて距離算出部１ａにより算出された距離も参照する。路面５２は、本発明の「被検出面」の一例である。路面判定部１ｆは、本発明の「判定部」の一例である。

図１１は、距離計測装置１００の動作を示したフローチャートである。本動作は、図６に示した受光期間Ｔ１に繰り返し実行される。

受光期間Ｔ１に、まず制御部１は、発光モジュール２のＬＤ２ａから光パルスを発光し、回転走査部４を駆動して、光パルスを所定範囲に走査する発光処理を実行する（ステップＳ１）。また、制御部１は、光パルスの対象物による反射光をＰＤ７ａにより受光し、該受光状態に応じて受光モジュール７から出力される出力信号をコンパレータ８ａ、８ｂで比較処理し、該コンパレータ８ａ、８ｂから出力される第１所定信号と第２所定信号をＡＤＣ９ａ、９ｂでデジタル変換して、制御部１に取り込む受光処理を実行する（ステップＳ２）。

そして、第１時間検出部１ｄが、第１コンパレータ８ａから第１ＡＤＣ９ａを介して制御部１に入力される第１所定信号に基づいて第１時間Ｔａを検出し、第２時間検出部１ｅが、第２コンパレータ８ｂから第２ＡＤＣ９ｂを介して制御部１に入力される第２所定信号に基づいて第２時間Ｔｂを検出する（ステップＳ３）。

次に、路面判定部１ｆが、第１時間Ｔａに所定値αを乗じた結果（算出値）が、第２時間Ｔｂより小さいか否かを判定する（ステップＳ４）。このとき、第１時間Ｔａに所定値αを乗じた結果が第２時間Ｔｂ以上であれば（ステップＳ４：ＮＯ）、路面判定部１ｆは、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号でないと判断する。そして、第１時間Ｔａが第２時間Ｔｂより大きければ（ステップＳ８：ＮＯ）、路面判定部１ｆがエラーと判断する（ステップＳ９）。このエラーの判断結果は、たとえば、制御部１の内部メモリに記録してもよいし、記録しなくてもよい。または、エラーの判断結果を、インタフェイス１２により外部のＥＣＵに通知してもよい。

対して、第１時間Ｔａが第２時間Ｔｂ以下であれば（ステップＳ８：ＹＥＳ）、制御部１が、受光モジュール７からの出力信号が路面５２以外の立体的な対象物（先行車５１など）による反射光信号であると判断する（ステップＳ１０）。この場合、次に距離算出部１ａが、第１コンパレータ８ａから第１ＡＤＣ９ａを介して制御部１に入力される第１所定信号、または第２コンパレータ８ｂから第２ＡＤＣ９ｂを介して制御部１に入力される第２所定信号に基づいて、反射光の受光時刻を検出する。そして、距離算出部１ａは、反射光の受光時刻と、光パルスの照射時刻とに基づいて、対象物までの距離Ｄを算出する（ステップＳ１１）。この距離算出部１ａにより算出された対象物（立体物）までの距離Ｄは、インタフェイス１２により外部のＥＣＵに通知される。この後、ステップＳ１に戻って、以降の処理が繰り返し実行される。

一方、第１時間Ｔａに所定値αを乗じた結果が第２時間Ｔｂより小さければ（ステップＳ４：ＹＥＳ）、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号である可能性が高い。これを確定するため、次に、距離算出部１ａが、第１コンパレータ８ａから第１ＡＤＣ９ａを介して制御部１に入力される第１所定信号または第２コンパレータ８ｂから第２ＡＤＣ９ｂを介して制御部１に入力される第２所定信号に基づいて、反射光の受光時刻を検出する。そして、距離算出部１ａは、反射光の受光時刻と、光パルスの照射時刻とに基づいて、対象物までの距離Ｄを算出する（ステップＳ５）。

次に、路面判定部１ｆは、距離算出部１ａにより算出された距離Ｄが路面５２までの距離に相当する所定距離範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ６）。距離Ｄが所定距離範囲になければ（ステップＳ６：ＮＯ）、路面判定部１ｆは、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号ではないと判断する。そして、制御部１が、受光モジュール７からの出力信号は対象物（平坦物５３）の平坦な天面５３ａによる反射光信号であると判断する（ステップＳ１２）。この場合、距離算出部１ａにより算出された平坦物５３までの距離Ｄは、インタフェイス１２により外部のＥＣＵに通知される。この後、ステップＳ１に戻って、以降の処理が繰り返し実行される。

一方、距離算出部１ａにより算出された距離Ｄが所定距離範囲にあれば（ステップＳ６：ＹＥＳ）、路面判定部１ｆは、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号であると判断する（ステップＳ７）。この場合、距離算出部１ａにより算出された路面５２までの距離Ｄは、インタフェイス１２により外部のＥＣＵに通知されてもよいし、通知されなくてもよい。この後、ステップＳ１に戻って、以降の処理が繰り返し実行される。

以上によると、発光モジュール２のＬＤ２ａからの光パルスが路面５２以外の立体的な対象物により反射して、該反射光がＰＤ７ａにより受光された場合は、受光モジュール７からの出力信号の立ち上がりと立ち下がりが急峻になり、該出力信号の最大値が大きくなって、該出力信号の幅が狭くなる（図５（ａ）、図８（ａ））。これに対して、光パルスが平面状の路面５２により反射して、該反射光がＰＤ７ａにより受光された場合は、比較的、受光モジュール７からの出力信号の立ち上がりまたは立ち下がりが緩やかになり、該出力信号の最大値が小さくなって、該出力信号の幅が広くなる（図５（ｂ）、図９（ａ））。

そして、２つのコンパレータ８ａ、８ｂにより大きさの異なる第１閾値Ｖａおよび第２閾値Ｖｂと、受光モジュール７からの出力信号とを比較して、該出力信号が第１閾値Ｖａを上回ってから下回るまでの第１時間Ｔａ、および第２閾値Ｖｂを上回ってから下回るまでの第２時間Ｔｂを、各時間検出部１ｄ、１ｅにより検出する。すると、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号である場合と、その他の立体的な対象物による反射光信号である場合とでは、第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂの比較結果に違いが生じる。

このため、路面判定部１ｆにおいて、第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂに基づいて、受光モジュール７からの出力信号が路面５２からの反射光信号であるか否かを容易に判定することができる。また、受光モジュール７からの出力信号を統計的に処理したり、該出力信号の波形の特徴を複数抽出したりするのではなく、受光モジュール７からの出力信号を閾値Ｖａ、Ｖｂと比較したり、該比較により検出した時間Ｔａ、Ｔｂを参照したりするので、各コンパレータ８ａ、８ｂ、各時間検出部１ｄ、１ｅ、および路面判定部１ｆによる信号処理を簡単にすることができる。このため、各コンパレータ８ａ、８ｂと、時間検出部１ｄ、１ｅや路面判定部１ｆを有する制御部１の処理負担を少なく抑えることが可能となる。

また、光パルスが路面５２以外の立体的な対象物により反射して、該反射光がＰＤ７ａにより受光された場合に比べて、光パルスが路面５２により反射して、該反射光がＰＤ７ａにより受光された場合は、第２時間Ｔｂに対する第１時間Ｔａの短縮幅（短縮時間）が大きくなる。このため、路面判定部１ｆにおいて、第１時間Ｔａに所定値αを乗じた結果が、第２時間Ｔｂより所定時間短い場合に、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号であると判断することができる。

また、光パルスの対象物５０による反射光が受光モジュール７で受光されない非受光期間Ｔ２では、外乱光がＰＤ７ａで受光されるので、該受光状態に応じた受光モジュール７からの出力信号が、外乱光に基づくノイズだけとなる。このため、非受光期間Ｔ２に、最大値検出部１ｂにより受光モジュール７からの出力信号の最大値を検出し、閾値設定部１ｃによりその最大値以上の値に第１閾値Ｖａおよび第２閾値Ｖｂを設定することで、ノイズのレベルに応じた閾値Ｖａ、Ｖｂとすることができる。

また、その後、反射光が受光モジュール７で受光される受光期間Ｔ１に、受光モジュール７からの出力信号にノイズが含まれていても、該出力信号と第１閾値Ｖａや第２閾値Ｖｂを比較することで、反射光信号とノイズとを確実に区別することができる。そして、受光モジュール７からの出力信号が第１閾値Ｖａや第２閾値Ｖｂより大きい場合、すなわち受光モジュール７からの出力信号が反射光信号である場合に、コンパレータ８ａ、８ｂから第１所定信号または第２所定信号が出力される。このため、距離算出部１ａにより、第１所定信号または第２所定信号に基づいて反射光の受光時刻を検出し、該受光時刻および光パルスの照射時刻に基づいて、対象物５０までの距離Ｄを精度良く算出することができる。

また、ノイズの影響を受けずに、時間検出部１ｄ、１ｅにより、コンパレータ８ａ、８ｂからの第１所定信号および第２所定信号に基づいて、第１時間Ｔａおよび第２時間Ｔｂを検出することができる。そして、路面判定部１ｆにより、第１時間Ｔａおよび第２時間Ｔｂに基づいて、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号であるか否かを判定することができる。つまり、受光モジュール７からの出力信号にノイズが含まれていても、対象物５０までの距離Ｄを計測し、かつ該出力信号が路面５２による反射光信号であるか否かを判定することが可能となる。

また、路面判定部１ｆが、時間検出部１ｄ、１ｅにより検出された第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂだけでなく、距離算出部１ａにより検出された距離Ｄと路面距離範囲にも基づいて、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号であるか否かを判定している。このため、路面５２による反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号を、路面５２による反射光信号であると確実に判定することができる。また、立体的な対象物による反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号だけでなく、路面５２に存在する平坦物５３の天面５３ａによる反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号についても、路面５２による反射光信号であると誤判定するのを確実に防ぐことができる。

さらに、第１コンパレータ８ａから順次出力されるアナログの第１所定信号を、１ビットの第１ＡＤＣ９ａによりデジタルの所定信号に変換している。また、第２コンパレータ８ｂから順次出力されるアナログの第２所定信号を、１ビットの第２ＡＤＣ９ｂによりデジタルの所定信号に変換している。このため、受光モジュール７の複数の受光チャンネルから出力される各出力信号に基づいて、各コンパレータ８ａ、８ｂから出力される第１所定信号と第２所定信号とを、各ＡＤＣ９ａ、９ｂにより高速でデジタル信号に変換して、制御部１に取り込むことができる。そして、距離算出部１ａにおいて、光パルスのＴＯＦを検出するサンプル数を多くして、ＴＯＦの検出精度を高め、対象物５０までの距離Ｄの計測精度を一層向上させることが可能となる。また、時間検出部１ｄ、１ｅにおいて、時間Ｔａ、Ｔｂを検出するサンプル数を多くして、該時間Ｔａ、Ｔｂの検出精度を高め、路面判定部１ｆによる路面５２からの反射光信号の検出精度を向上させることが可能となる。

本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、第１時間Ｔａに所定値αを乗じた結果が第２時間Ｔｂより小さいか否かの判定結果に基づいて、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号であるか否かを判断した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、第２時間Ｔｂから第１時間Ｔａを減算した値（差分）が、所定値より大きければ、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号であると判断し、所定値以下であれば、受光モジュール７からの出力信号が路面５２以外の対象物による反射光信号であると判断してもよい。つまり、第１時間が第２時間より所定時間短ければ、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号であると判断し、第１時間が第２時間より所定時間短くなければ、受光モジュール７からの出力信号が路面５２以外の対象物による反射光信号であると判断すればよい。

また、以上の実施形態では、第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂに基づいて受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号である可能性が高いと判断した後、距離算出部１ａにより算出した距離Ｄが路面距離範囲にあることを確認すると、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号であると確定した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、距離算出部１ａにより受光モジュール７からの出力信号に基づいて距離Ｄを算出し、該距離Ｄが路面距離範囲にあることを確認した場合にのみ、時間検出部１ｄ、１ｅにより時間Ｔａ、Ｔｂを検出して、該時間Ｔａ、Ｔｂに基づいて受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号であるか否かを路面判定部１ｆにより判定してもよい。また、ＬＤ２ａから路面方向へ光パルスを照射したときにのみ、時間検出部１ｄ、１ｅによる時間Ｔａ、Ｔｂの検出と、路面判定部１ｆによる信号の判定を実行してもよい。

また、路面５２に存在する平坦物５３は、路面５２以上の高さを有しているため、平坦物５３による反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号は、路面５２による反射光に基づく受光モジュール７からの出力信号に比べて、立ち上がりが急になることが想定される。このため、第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂを検出するための第１閾値Ｖａと第２閾値Ｖｂを適切に設定することにより、距離Ｄの情報を参照せずに、第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂに基づいて、受光モジュール７からの出力信号が路面５２からの反射光信号であるか否かを判定してもよい。

また、以上の実施形態では、各時間検出部１ｄ、１ｅが、各コンパレータ８ａ、８ｂからＡＤＣ９ａ、９ｂを介して入力される第１所定信号と第２所定信号の連続入力時間を、第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂとしてそれぞれ検出した例（図８、図９）を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、所定の単位時間に各コンパレータ８ａ、８ｂからＡＤＣ９ａ、９ｂを介して第１所定信号または第２所定信号が不連続で入力された場合は、第１所定信号または第２所定信号の合計入力時間を、第１時間Ｔａと第２時間Ｔｂとしてそれぞれ検出してもよい。

また、以上の実施形態では、発光素子としてＬＤ２ａを用い、受光素子としてＰＩＮ型のＰＤ７ａを用いた例を示したが、本発明はこれらのみに限定するものではなく、その他の発光素子や受光素子を用いてもよい。また、発光素子や受光素子の数は適宜設定すればよい。

図１２は、本発明の他の実施形態による距離計測装置１００の電気的構成を示した図である。図１２では、受光素子としてＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）７ｓを用いている。ＳＰＡＤ７ｓは、ガイガーモードのＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）であり、フォトカウント型の受光素子である。各ＳＰＡＤ７ｓのアノードにクエンチング抵抗Ｒｃの一端を接続したものを１ピクセル（基本単位）とし、該ピクセルを多数並列に接続することにより、ＳＰＡＤ群７ｇを構成している。また、ＳＰＡＤ群７ｇを複数設けることにより、ＳＰＡＤアレイ７ｅを構成している。各ＳＰＡＤ群７ｇは、受光モジュール７の受光チャンネルに相当する。図１２では、便宜上、一部のＳＰＡＤ群７ｇの回路構成のみ図示しているが、他のＳＰＡＤ群７ｇの回路構成も同様である。

各ＳＰＡＤ群７ｇの各クエンチング抵抗Ｒｃの他端には、ＴＩＡ７ｂが接続されている。つまり、ＴＩＡ７ｂは、ＳＰＡＤ群７ｇ毎に設けられている。図１２では、便宜上、一部のＳＰＡＤ群７ｇに接続されたＴＩＡ７ｂのみ示しているが、他のＳＰＡＤ群７ｇにも同様にＴＩＡ７ｂが接続されている。各ＳＰＡＤ群７ｇのＳＰＡＤ７ｓのカソードは、電源＋Ｖに接続されている。この各ＳＰＡＤ群７ｇと電源＋Ｖとの間に、ローパスフィルタが設けられることもある。

各ＳＰＡＤ群７ｇにおいて、各ＳＰＡＤ７ｓに降伏電圧以上のバイアス電圧を印加しておくことにより、少なくともいずれか１つのＳＰＡＤ７ｓに単一のフォトンが入射すると、該ＳＰＡＤ７ｓはガイガー放電して、所定の電流を出力する（アバランシェ現象）。この際、並列に接続された各ＳＰＡＤ７ｓからの出力電流が加算されて、該加算電流がＳＰＡＤ群７ｇに流れる。

ＳＰＡＤ７ｓが電流を出力すると、該ＳＰＡＤ７ｓに接続されたクエンチング抵抗Ｒｃの両端電圧が上昇して、該ＳＰＡＤ７ｓのバイアス電圧が降下して行く。そして、そのバイアス電圧が降伏電圧を下回ると、ＳＰＡＤ７ｓのガイガー放電が停止して、ＳＰＡＤ７ｓから電流が出力されなくなり、クエンチング抵抗Ｒｃの両端電圧が降下して、ＳＰＡＤ７ｓに再び降伏電圧以上の電圧が印加される。これにより、各ＳＰＡＤ７ｓの加算電流もＳＰＡＤ群７ｇで流れなくなり、次のフォトンがＳＰＡＤ７ｓで検出可能となる。

上記のようなＳＰＡＤ群７ｇからの出力電流は、該ＳＰＡＤ群７ｇに接続されたＴＩＡ７ｂにより電圧信号に変換されて、ＭＵＸ７ｃへ出力される。ＭＵＸ７ｃは、各ＴＩＡ７ｂの出力信号を選択し、コンパレータ８ａ、８ｂに出力する。すなわち、各ＳＰＡＤ群７ｇのＳＰＡＤ７ｓの受光状態に応じた電圧信号が、受光モジュール７から順次コンパレータ８ａ、８ｂに出力される。

このように、ＳＰＡＤアレイ７ｅを受光モジュール７に設けることで、単位時間における受光モジュール７からの電圧信号の出力数を多くして、対象物５０までの距離Ｄの検出精度を一層高めることができる。また、時間Ｔａ、Ｔｂの検出精度を高めて、受光モジュール７からの出力信号が路面５２による反射光信号であるか否かを判定することができる。なお、他の例として、ＳＰＡＤ群７ｇを１つだけ受光モジュール７に設けてもよい。

また、以上の実施形態では、受光モジュール７から電圧信号を出力して、後段で処理した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、各受光素子からの出力電流に応じた電流信号を受光モジュールから出力して、後段のコンパレータやＡＤＣや制御部で処理し、対象物までの距離の検出や、受光モジュールからの出力信号の判定に用いてもよい。

さらに、以上の実施形態では、車載用の距離計測装置１００に本発明を適用した例を挙げたが、たとえばロボットなどに搭載される距離計測装置に対しても、本発明を適用することは可能である。その場合、路面だけでなく、床面や着地面のような平面状の被検出面による反射光信号を検出すればよい。

１ａ 距離算出部
１ｂ 最大値検出部
１ｃ 閾値設定部
１ｄ 第１時間検出部
１ｅ 第２時間検出部
１ｆ 路面判定部（判定部）
２ 発光モジュール（発光部）
２ａ ＬＤ（発光素子）
７ 受光モジュール（受光部）
７ａ ＰＤ
７ｓ ＳＰＡＤ（受光素子）
８ａ 第１コンパレータ（第１比較出力部）
８ｂ 第２コンパレータ（第２比較出力部）
９ａ 第１ＡＤＣ
９ｂ 第２ＡＤＣ
５０ 対象物
５１ 先行車
５２ 路面（被検出面）
５３ 平坦物
１００ 距離計測装置
Ｄ 距離
Ｔ１ 受光期間
Ｔ２ 非受光期間
Ｔａ 第１時間
Ｔｂ 第２時間
Ｖａ 第１閾値
Ｖｂ 第２閾値

Claims (6)

1. 対象物に対して光パルスを照射する発光素子を有する発光部と、
   前記光パルスの前記対象物による反射光を受光する受光素子を有する受光部と、
   前記発光部により前記光パルスを照射してから前記受光部により前記反射光を受光するまでの時間に基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、を備えた距離計測装置において、
   前記受光素子の受光状態に応じた前記受光部からの出力信号と、所定の第１閾値とを比較して、前記出力信号が前記第１閾値より大きい場合に、第１所定信号を出力する第１比較出力部と、
   前記受光部からの前記出力信号と、前記第１閾値より小さい所定の第２閾値とを比較して、前記出力信号が前記第２閾値より大きい場合に、第２所定信号を出力する第２比較出力部と、
   前記第１所定信号に基づいて前記受光部からの前記出力信号が前記第１閾値を上回ってから下回るまでの第１時間を検出する第１時間検出部と、
   前記第２所定信号に基づいて前記受光部からの前記出力信号が前記第２閾値を上回ってから下回るまでの第２時間を検出する第２時間検出部と、
   前記第１時間と前記第２時間とに基づいて、前記受光部からの前記出力信号が平面状の被検出面による反射光信号であるか否かを判定する判定部と、をさらに備えたことを特徴とする距離計測装置。
2. 請求項１に記載の距離計測装置において、
   前記判定部は、前記第１時間が前記第２時間より所定時間短い場合に、前記受光部からの前記出力信号が前記被検出面による反射光信号であると判断する、ことを特徴とする距離計測装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の距離計測装置において、
   前記反射光を前記受光部により受光しない非受光期間に、
   前記受光部からの前記出力信号の最大値を検出する最大値検出部と、
   前記最大値以上の値に前記第１閾値および前記第２閾値を設定する閾値設定部と、をさらに備えた、ことを特徴とする距離計測装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の距離計測装置において、
   前記反射光を前記受光部により受光する受光期間に、
   前記判定部は、前記受光部からの前記出力信号が前記被検出面による反射光信号であるか否かを判定し、
   前記距離算出部は、前記判定部により前記受光部からの前記出力信号が前記被検出面による反射光信号であると判断されると、前記第１所定信号または前記第２所定信号に基づいて前記反射光の受光時刻を検出し、該受光時刻と前記光パルスの照射時刻とに基づいて前記対象物までの距離を算出する、ことを特徴とする距離計測装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の距離計測装置において、
   前記判定部は、前記第１時間が前記第２時間より所定時間短く、かつ前記距離算出部により算出した前記距離が前記被検出面までの距離に相当する所定距離範囲にある場合に、前記受光部からの前記出力信号が前記被検出面による反射光信号であると判断する、ことを特徴とする距離計測装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の距離計測装置において、
   前記第１比較出力部から出力されるアナログの前記第１所定信号をデジタルの第１所定信号に変換して、前記距離算出部または前記第１時間検出部に出力する１ビットの第１アナログデジタルコンバータと、
   前記第２比較出力部から出力されるアナログの前記第２所定信号をデジタルの第２所定信号に変換して、前記距離算出部または前記第２時間検出部に出力する１ビットの第２アナログデジタルコンバータと、をさらに備えた、ことを特徴とする距離計測装置。

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