JP2019128177A - 受信装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】遠方又は近距離に存在する物体のいずれで反射された電磁波を受信した場合であっても、的確に出力を行うことが可能な受信装置を提供する。【解決手段】測距装置１００は、ＬＤドライバ１２、レーザダイオード１３、ＭＥＭＳミラー１４、受信素子２１、電流電圧変換回路２２、及び信号処理部２０などを有する。そして、ＬＤドライバ１２、レーザダイオード１３、及び角度を変えながら光パルスを反射するＭＥＭＳミラー１４は、出射部として機能し、出射方向を変えながら光パルスを出射する。受光素子２１は、対象物によって反射された光パルスの戻り光を受信する。そして、信号処理部２０は、出射部が光パルスを出射してからの経過時間である経過時間Ｔｄに基づいて、受光素子２１の出力信号を増幅する電流電圧変換回路２２のゲインＭを決定する。【選択図】図１１

Description

本発明は、物体で反射された電磁波を受信する技術に関する。

従来から、レーザ光による走査を行う測距装置が知られている。例えば、特許文献１には、所定の時間間隔で送信強度又は受信増幅率を動的に変化させることで複数の距離値を演算し、演算した距離値の中から、受信波が飽和せず、かつ、受信波の強度の高い距離値を、測距距離として出力することが可能なレーザレーダ装置が開示されている。

特開２００８−２７５３３１号公報

特許文献１の方法では、受信波が飽和せず、かつ、受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力することができる一方で、１つの測距距離を定めるのに複数回レーザ光を出射して複数の距離値を算出する必要があるため、測距距離を効率的かつ高密度に取得することが困難となるといった問題が生じる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、遠方又は近距離に存在する物体のいずれで反射された電磁波を受信した場合であっても、的確に出力を行うことが可能な受信装置を提供することを主な目的とする。

請求項に記載の発明は、受信装置であって、角度を変えながら電磁波を反射する反射部を有し、出射方向を変えながら電磁波を出射する出射部と、対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信部と、前記出射部が前記電磁波を出射してからの経過時間に基づいて、前記受信部の出力信号を増幅する増幅部の利得を決定する決定部と、を有することを特徴とする。

また、請求項に記載の発明は、受信装置であって、角度を変えながら電磁波を反射する反射部を有し、出射方向を変えながら電磁波を出射する出射部と、対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信部と、前記出射部が前記電磁波を出射してからの経過時間に基づいて、前記受信部の利得を決定する決定部と、を有することを特徴とする。

また、請求項に記載の発明は、角度を変えながら電磁波を反射する反射部を有する受信装置が実行する制御方法であって、出射方向を変えながら電磁波を出射する出射工程と、対象物によって反射された前記電磁波を受信部により受信する受信工程と、前記出射工程により前記電磁波を出射してからの経過時間に基づいて、前記受信部の出力信号を増幅する増幅部の利得を決定する決定工程と、を有することを特徴とする。

また、請求項に記載の発明は、角度を変えながら電磁波を反射する反射部を有し、出射方向を変えながら電磁波を出射する出射部と、対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信部と、を有する受信装置のコンピュータが実行するプログラムであって、前記出射部が前記電磁波を出射してからの経過時間に基づいて、前記受信部の出力信号を増幅する増幅部の利得を決定する決定部として前記コンピュータを機能させることを特徴とする。

第１実施例及び第２実施例に共通する測距装置の概略構成である。 トリガ信号及びセグメント抽出信号の時系列での波形を示す。 受信ブロックの構成例を示す。 ＭＥＭＳミラーの角度の時間変化を説明する図である。 送信光の反射時及び戻り光の反射時の状態を示したＭＥＭＳミラーの側面図を示す。 第１実施例におけるゲイン補正処理の機能ブロックである。 １つのセグメント期間でのＭＥＭＳミラーの角度変化量と増幅器の増幅率との対応関係の一例を示す。 第１実施例におけるゲイン補正処理の手順を示すフローチャートである。 第２実施例におけるゲイン補正処理の機能ブロックである。 １つのセグメント期間での経過時間と増幅器の増幅率との対応関係の一例を示す。 第２実施例におけるゲイン補正処理の手順を示すフローチャートである。 変形例において参照される変換マップの例を示す。

本発明の好適な実施形態によれば、受信装置であって、角度を変えながら電磁波を反射する反射部を有し、出射方向を変えながら電磁波を出射する出射部と、対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信部と、前記出射部が前記電磁波を出射してからの経過時間に基づいて、前記受信部の出力信号を増幅する増幅部の利得を決定する決定部と、を有する。一般に、距離が遠い物体ほど、当該物体に向けて出射された電磁波が受信部に戻るのに要する時間は長くなり、かつ、受信強度が弱くなる。以上を勘案し、受信装置は、受信部の出力信号を増幅する増幅部の利得を上述の経過時間に基づいて決定することで、信号レベルの飽和及び不足を生じさせることなく、受信する電磁波の強度に応じた出力信号を好適に生成することができる。

上記受信装置の一態様では、前記決定部は、前記経過時間が短いほど、前記利得を小さな値に決定する。言い換えれば、前記決定部は、前記経過時間が短いほど、前記利得を小さな値に変化させる。この態様によれば、受信装置は、距離が近い物体ほど、当該物体に向けて出射された電磁波が受信部に戻るまでに要する時間が短く、かつ、受信強度が強くなることを勘案し、増幅部の利得を好適に決定することができる。

上記受信装置の他の一態様では、前記決定部は、前記経過時間に応じて前記利得を変化させる。言い換えれば、前記決定部は、前記経過時間に応じて、前記利得を決定する。この態様によれば、受信装置は、測距対象の物体が存在する距離に応じて増幅部の利得を適切な値に設定することができる。

上記受信装置の他の一態様では、受信装置は、前記増幅部からの出力信号を、当該出力信号を出力したときの前記増幅部の利得に基づき補正する補正部をさらに備える。この態様により、受信装置は、増幅部の利得に依存しない出力信号を好適に生成することができる。

上記受信装置の他の一態様では、前記補正部が補正した前記出力信号に基づいて、前記対象物との距離を算出する算出部をさらに備える。この態様により、受信装置は、補正された出力信号に基づき対象物との距離を正確に算出することができる。

上記受信装置の他の一態様では、前記出射部は、周期的に繰り返し前記電磁波を出射し、前記決定部は、１回の周期内の前記経過時間に基づいて前記利得を決定する。この態様により、受信装置は、周期的に繰り返して電磁波を出射する場合に、各周期において増幅部の利得を的確に決定することができる。

本発明の他の好適な実施形態によれば、受信装置は、角度を変えながら電磁波を反射する反射部を有し、出射方向を変えながら電磁波を出射する出射部と、対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信部と、前記出射部が前記電磁波を出射してからの経過時間に基づいて、前記受信部の利得を決定する決定部と、を有する。この態様によれば、受信装置は、受信部の利得を上述の経過時間に基づいて決定することで、信号レベルの飽和及び不足を生じさせることなく、受信する電磁波の強度に応じた出力信号を好適に生成することができる。

本発明の他の好適な実施形態によれば、角度を変えながら電磁波を反射する反射部を有する受信装置が実行する制御方法であって、出射方向を変えながら電磁波を出射する出射工程と、対象物によって反射された前記電磁波を受信部により受信する受信工程と、前記出射工程により前記電磁波を出射してからの経過時間に基づいて、前記受信部の出力信号を増幅する増幅部の利得を決定する決定工程と、を有する。受信装置は、この制御方法を実行することで、信号レベルの飽和及び不足を生じさせることなく、受信する電磁波の強度に応じた出力信号を好適に生成することができる。

本発明の他の好適な実施形態によれば、角度を変えながら電磁波を反射する反射部を有し、出射方向を変えながら電磁波を出射する出射部と、対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信部と、を有する受信装置のコンピュータが実行するプログラムであって、前記出射部が前記電磁波を出射してからの経過時間に基づいて、前記受信部の出力信号を増幅する増幅部の利得を決定する決定部として前記コンピュータを機能させる。コンピュータは、このプログラムを実行することで、信号レベルの飽和及び不足を生じさせることなく、受信する電磁波の強度に応じた出力信号を好適に生成することができる。好適には、上記プログラムは、記憶媒体に記憶される。

以下、図面を参照して本発明の好適な第１及び第２実施例について説明する。

＜第１実施例＞
［全体構成］
図１は、第１実施例及び第２実施例に共通する測距装置１００の概略構成である。測距装置１００は、水平方向および垂直方向の所定の角度範囲に対して電磁波であるパルスレーザを出射することで、外界に存在する物体までの距離を離散的に測定し、当該物体の位置を示す３次元の点群情報を生成する。測距装置１００は、例えば、（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式のライダ（Ｌｉｄａｒ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、または、Ｌａｓｅｒ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）である。測距装置１００は、主に、水晶発振器１０と、同期制御部１１と、ＬＤドライバ１２と、レーザダイオード１３と、ＭＥＭＳミラー１４と、駆動ドライバ１５と、角度センサ１６と、受信ブロック１７と、信号処理部２０と、を有する。

水晶発振器１０は、同期制御部１１及びＡ／Ｄコンバータ２３にパルス状のクロック信号「Ｓ１」を出力する。

同期制御部１１は、パルス状のトリガ信号「Ｓ２」をＬＤドライバ１２に出力する。以後では、トリガ信号Ｓ２がアサートされてから次にアサートされるまでの期間を「セグメント期間」とも呼ぶ。また、同期制御部１１は、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力を抽出するタイミングを定めるセグメント抽出信号「Ｓ３」を信号処理部２０に出力する。トリガ信号Ｓ２及びセグメント抽出信号Ｓ３は、論理信号であり、後述する図２に示すように同期している。

ＬＤドライバ１２は、同期制御部１１から入力されるトリガ信号Ｓ２に同期してパルス電流をレーザダイオード１３へ流す。レーザダイオード１３は、例えば赤外パルスレーザであって、ＬＤドライバ１２から供給されるパルス電流に基づき光パルス（「送信光」とも呼ぶ。）を出射する。

ＭＥＭＳミラー１４は、所定の水平角及び垂直角の範囲において角度を変えながらレーザダイオード１３が出射する光パルスを外部へ反射すると共に、当該光パルスが照射された対象物で反射された光（「戻り光」とも呼ぶ。）を受光素子２１に向けて反射する。この場合、ＭＥＭＳミラー１４は、上述の水平角を等角度により区切ったセグメントごとに光パルスを出射する。ＭＥＭＳミラー１４は、本発明における「反射部」の一例である。駆動ドライバ１５は、ＭＥＭＳミラー１４を水平方向及び垂直方向において駆動するための駆動電流をＭＥＭＳミラー１４に印加する。

ＭＥＭＳミラー１４には、角度センサ１６が設けられている。角度センサ１６は、例えば、水平方向及び垂直方向のＭＥＭＳミラー１４の位置をそれぞれ検出するピエゾセンサである。角度センサ１６は、ＭＥＭＳミラー１４の検出角度に関する角度検出信号「Ｓ４」を信号処理部２０へ供給する。ＬＤドライバ１２、レーザダイオード１３、及びＭＥＭＳミラー１４は、本発明における「出射部」の一例である。

受信ブロック１７は、物体からの戻り光の強度に比例した電圧信号を出力するものであって、主に、受光素子２１と、電流電圧変換回路（トランスインピーダンスアンプ）２２と、Ａ／Ｄコンバータ２３とを有する。なお、受信ブロック１７の具体的な構成例については図３を参照して後述する。

受光素子２１は、例えば、アバランシェフォトダイオードであり、ＭＥＭＳミラー１４により導かれた対象物からの反射光、即ち戻り光の光量に応じた微弱電流を生成する。受光素子２１は、生成した微弱電流を、電流電圧変換回路２２へ供給する。電流電圧変換回路２２は、受光素子２１から供給された微弱電流を増幅して電圧信号に変換し、変換した電圧信号をＡ／Ｄコンバータ２３へ入力する。Ａ／Ｄコンバータ２３は、水晶発振器１０から供給されるクロック信号Ｓ１に基づき、電流電圧変換回路２２から供給される電圧信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を信号処理部２０に供給する。受光素子２１は、本発明における「受信部」の一例であり、電流電圧変換回路２２は、本発明における「増幅部」の一例である。

信号処理部２０は、角度センサ１６から供給される角度検出信号Ｓ４に基づき、受信ブロック１７に設定すべき受信増幅率（ゲイン）を決定し、受信増幅率に関する制御信号「Ｓ５」を受信ブロック１７へ供給する。このように、信号処理部２０は、本発明における「決定部」として機能する。また、信号処理部２０は、プログラムにより実行される場合には、本発明における「コンピュータ」として機能する。

また、信号処理部２０は、セグメント抽出信号Ｓ３がアサートされている期間におけるＡ／Ｄコンバータ２３の出力であるデジタル信号を、セグメントごとの受光強度に関する信号（「セグメント信号」とも呼ぶ。）として生成する。そして、信号処理部２０は、セグメント信号に基づき、対象物の距離及び角度を示す点群情報を生成する。具体的には、信号処理部２０は、セグメント信号の波形からピークを検出し、検出したピークに対応する振幅及び遅延時間の推定を行う。そして、信号処理部２０は、セグメント信号が示す波形のピークのうち、推定した振幅が所定の閾値以上となるピークの遅延時間に対応する距離の情報と対象のセグメントに対応する角度の情報との組を、点群情報を構成する各点の情報として生成する。

なお、好適には、信号処理部２０などは、高速制御を実現可能なように、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのハードウェアにより構成されるとよい。

図２は、トリガ信号Ｓ２及びセグメント抽出信号Ｓ３の時系列での波形を示す。図２に示すように、トリガ信号Ｓ２及びセグメント抽出信号Ｓ３は立ち上がりが同期しており、トリガ信号Ｓ２がアサートされる期間より長い所定期間だけセグメント抽出信号Ｓ３がアサートされる。そして、信号処理部２０は、トリガ信号Ｓ２がアサート中にＡ／Ｄコンバータ１８が出力する信号をセグメント信号として抽出することになる。そして、セグメント抽出信号Ｓ３がアサートされるアサート期間が長いほど、ライダユニット１００からの最大測距距離（測距限界距離）が長くなる。

図３は、受信ブロック１７の構成例を示す。図３に示す受信ブロック１７は、クランプダイオード付きＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）型レシーバであって、受光素子２１と、電流電圧変換回路２２と、Ａ／Ｄコンバータ２３と、クランプダイオード２４と、低抗２５、２６と、プリアンプ２７とを有する。電流電圧変換回路２２は、キャパシタ３０と、帰還抵抗３１と、オペアンプ（演算増幅器）３２とを備える。

受光素子２１には、信号処理部２０等から供給される高電圧「Ｖｒ」が逆バイアスとして印加されており、物体からの戻り光に比例した検出電流が流れる。そして、受光素子２１が出力した検出電流は、電流電圧変換回路２２により増幅されて電圧信号に変換される。ここで、電流電圧変換回路２２（即ちオペアンプ３２）の増幅率（「ゲインＭ」とも呼ぶ。）は、信号処理部２０から供給される制御信号Ｓ５により調整可能となっている。そして、電流電圧変換回路２２から出力された電圧信号は、プリアンプ２７により増幅されてＡ／Ｄコンバータ２３に供給される。

測距装置１００により遠距離の物体に対する測距を実現しようとした場合、Ａ／Ｄコンバータ２３に入力される電圧信号の強度がＡ／Ｄコンバータ２３により識別可能な強度以上となるように、レーザダイオード１３の出力を上げ、かつ、受信ブロック１７の受光感度（像倍率）も上げる必要がある。一方、このような設定状態において、物体が近距離に存在し、光強度が過大となる戻り光を受光した場合、Ａ／Ｄコンバータ２３に入力される電圧信号が飽和し、セグメント信号が適切に生成されない。以上を勘案し、第１及び第２実施例では、測距装置１００は、電流電圧変換回路２２のゲインＭを動的に調整することで、近傍に存在する物体及び遠方に存在する物体のいずれに対しても的確に測距を行う。

［ゲイン補正処理］
次に、第１実施例においてゲインＭを動的に変更する処理（「ゲイン補正処理」とも呼ぶ。）について詳しく説明する。概略的には、信号処理部２０は、光パルスが出射されてからのＭＥＭＳミラー１４の角度の変化量（「角度変化量ｄθ」とも呼ぶ。）を計測し、当該角度変化量ｄθに応じてゲインＭを各セグメント期間内で徐変させる。これにより、信号処理部２０は、Ａ／Ｄコンバータ２３のダイナミックレンジを実質的に拡大し、Ａ／Ｄコンバータ２３に入力される電圧信号の信号レベルの飽和や不足を好適に抑制する。

まず、ＭＥＭＳミラー１４の角度の時間変化について図４及び図５を参照して説明する。

図４（Ａ）は、前方に所定距離だけ離れた仮想的な照射面（仮想照射面）における送信光の概略的な走査線を示す。ここで、照射点５０〜５２は、あるタイミングで出射された送信光が仮想照射面上で照射された点を示す。図４（Ｂ）は、照射点５０に対応する送信光を反射したときのＭＥＭＳミラー１４の側面図を示し、図４（Ｃ）は、照射点５１に対応する送信光を反射したときのＭＥＭＳミラー１４の側面図を示し、図４（Ｄ）は、照射点５２に対応する送信光を反射したときのＭＥＭＳミラー１４の側面図を示す。図４（Ａ）〜（Ｄ）における破線は、ＭＥＭＳミラー１４の法線を仮想的に示した線である。

図４（Ｂ）〜図４（Ｄ）に示すように、ＭＥＭＳミラー１４は、照射点５０に対応する送信光を反射したときと、照射点５１に対応する送信光を反射したときと、照射点５２に対応する送信光を反射したときとで角度が変化している。このように、ＭＥＭＳミラー１４は、連続的に角度を変えることで送信光の出射方向を制御するため、送信光を反射してからその戻り光が入射するまでの間においても角度変化が生じる。

図５（Ａ）は、送信光を反射したときのＭＥＭＳミラー１４の側面図を示し、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す送信光の戻り光がＭＥＭＳミラー１４に入射したときのＭＥＭＳミラー１４の側面図を示す。図５（Ａ）、（Ｂ）の例では、送信光を反射してからその戻り光が入射するまでの間に、角度変化量ｄθだけＭＥＭＳミラー１４の角度変化が発生している。なお、図５（Ｂ）では、送信光を反射したときのＭＥＭＳミラー１４の位置を破線により仮想的に示している。そして、角度変化量ｄθは、送信光を反射してからその戻り光が入射するまでの時間が長いほど大きくなる。よって、送信光が照射される対象物が近距離に存在する場合、送信光を反射してからその戻り光が入射するまでの時間が短いため、角度変化量ｄθはほぼ０となる。一方、送信光が照射される対象物が遠方に存在する場合、角度変化量ｄθは、送信光を反射してからその戻り光が入射するまでの時間に応じた値となる。

図６は、第１実施例におけるゲイン補正処理に関する信号処理部２０の機能的なブロック図を示す。図６に示すように、信号処理部２０は、機能的には、角度記憶部４０と、リセット部４１と、角度変化量演算部４２と、ゲイン設定部４３と、出力補正部４４と、変換マップ４５とを含む。

角度記憶部４０は、レーザダイオード１３の発光時に角度センサ１６が検出したＭＥＭＳミラー１４の角度を記憶する。例えば、角度記憶部４０は、トリガ信号Ｓ２がアサートされたときに角度センサ１６が検出したＭＥＭＳミラー１４の角度を記憶する。角度記憶部４０は、例えばラッチ回路である。リセット部４１は、セグメント期間ごとに角度記憶部４０をクリアする。例えば、リセット部４１は、図２に示すセグメント抽出信号Ｓ３のアサート期間終了後から次にトリガ信号Ｓ２及びセグメント抽出信号Ｓ３がアサートされるまでの任意のタイミングで角度記憶部４０をクリアする。

角度変化量演算部４２は、角度記憶部４０に記憶されたＭＥＭＳミラー１４の角度（「発光時角度」とも呼ぶ。）と、角度センサ１６が出力するＭＥＭＳミラー１４の現在の角度との角度差を角度変化量ｄθとして算出する。そして、角度変化量演算部４２は、算出した角度変化量ｄθをゲイン設定部４３へ供給する。

ゲイン設定部４３は、後述する変換マップ４５を参照し、角度変化量演算部４２が出力する角度変化量ｄθから設定すべきゲインＭを算出する。そして、ゲイン設定部４３は、算出したゲインＭを指定した制御信号Ｓ５を電流電圧変換回路２２へ供給する。ここで、ゲイン設定部４３は、後述するように、角度変化量ｄθが小さいほどゲインＭを小さくし、角度変化量ｄθが大きいほどゲインＭを大きくするようにゲインＭを設定する。

出力補正部４４は、ゲイン設定部４３から供給されるゲインＭと、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号とを記憶する。そして、出力補正部４４は、ゲインＭに基づき、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号を補正する。具体的には、出力補正部４４は、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号のレベルがゲインＭの変化に依存しないように補正する。例えば、出力補正部４４は、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号の信号レベルを、ゲインＭを所定の基準値とした場合に得られると予測される信号レベルに補正する。この場合、出力補正部４４は、例えば、ゲイン設定部４３から通知されたゲインＭと上述の基準値との比率に応じて、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号のレベルを所定率だけ増減させる。これにより、出力補正部４４は、ゲインＭに依存しない出力信号を好適に生成する。

変換マップ４５は、角度変化量ｄθに対する適切なゲインＭを規定したマップであり、ゲイン設定部４３により参照される。

図７は、変換マップ４５により特定される１回のセグメント期間での角度変化量ｄθとゲインＭとの対応関係を示す。図７に示す変換マップ４５では、角度変化量ｄθが小さいほどゲインＭが小さくなり、角度変化量ｄθが大きくなるほどゲインＭが大きくなるようにゲインＭが規定されている。このような変換マップ４５を参照することで、ゲイン設定部４３は、セグメント期間ごとに、角度変化量ｄθに応じて適切なゲインＭを定め、Ａ／Ｄコンバータ２３のダイナミックレンジを実質的に拡大させることができる。

図７に示す角度変化量ｄθとゲインＭとの対応関係について補足説明する。図４及び図５で説明したように、角度変化量ｄθが小さいほど、即ち、送信光を反射してからその戻り光が入射するまでの時間が短いほど、当該送信光が照射された物体は近距離に存在し、戻り光の強度は強くなる。よって、角度変化量ｄθが小さいほど、Ａ／Ｄコンバータ２３に入力される電圧信号の信号レベルが高くなるため、Ａ／Ｄコンバータ２３での飽和を防ぐためにゲインＭを小さくする必要がある。同様に、角度変化量ｄθが大きいほど、即ち、送信光を反射してからその戻り光が入射するまでの時間が長いほど、当該送信光が照射された物体は遠距離に存在し、戻り光の強度は弱くなる。よって、角度変化量ｄθが大きいほど、Ａ／Ｄコンバータ２３に入力される電圧信号の信号レベルが小さくなるため、Ａ／Ｄコンバータ２３での信号レベルの不足を防ぐためにゲインＭを大きくする必要がある。以上を勘案し、図７に示す変換マップ４５では、角度変化量ｄθが小さいほどゲインＭが小さくなり、角度変化量ｄθが大きくなるほどゲインＭが大きくなるようにゲインＭが規定されている。

図８は、第１実施例におけるゲイン補正処理の手順を示すフローチャートである。

まず、信号処理部２０のリセット部４１は、レーザダイオード１３による送信光の発光前の所定のタイミングで角度記憶部４０をクリアする（ステップＳ１０１）。その後、レーザダイオード１３は、同期制御部１１から供給されるトリガ信号Ｓ２に基づき、送信光を発光する（ステップＳ１０２）。そして、角度記憶部４０は、レーザダイオード１３が送信光を出射するタイミング（即ちトリガ信号Ｓ２及びセグメント抽出信号Ｓ３がアサートするタイミング）において角度センサ１６が検出したＭＥＭＳミラー１４の角度を、発光時角度として記憶する（ステップＳ１０３）。

次に、角度変化量演算部４２は、角度記憶部４０に記憶された発光時角度と、角度センサ１６が出力するＭＥＭＳミラー１４の現在の角度との角度差を角度変化量ｄθとして算出する（ステップＳ１０４）。そして、ゲイン設定部４３は、角度変化量ｄθに応じたゲインＭを、電流電圧変換回路２２に設定する（ステップＳ１０５）。この場合、ゲイン設定部４３は、図７に示されるような変換マップ４５を参照して角度変化量ｄθからゲインＭを算出し、算出したゲインＭを指定する制御信号Ｓ５を電流電圧変換回路２２へ供給する。そして、出力補正部４４は、ゲイン設定部４３から供給されるゲインＭと、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号とを記憶した後、当該ゲインＭに応じて、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号を補正する（ステップＳ１０６）。

そして、信号処理部２０は、次の発光タイミングか否か判定する（ステップＳ１０７）。そして、信号処理部２０は、次の発光タイミングであると判断した場合（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１へ処理を戻して角度記憶部４０のクリアを行う。一方、信号処理部２０は、次の発光タイミングではないと判断した場合（ステップＳ１０７；Ｎｏ）、ステップＳ１０４へ処理を戻し、角度センサ１６が出力するＭＥＭＳミラー１４の現在の角度との角度差を角度変化量ｄθとして算出する。このようにすることで、信号処理部２０は、セグメント期間ごとに、徐々に上昇する角度変化量ｄθに応じて適切にゲインＭを大きくし、Ａ／Ｄコンバータ２３での飽和や信号レベルの不足などを好適に防ぐことができる。なお、信号処理部２０は、ステップＳ１０７において、セグメント抽出信号Ｓ３のアサート期間が終了した場合に次の発光タイミングに十分近付いたと判断し、ステップＳ１０１へ処理を戻してもよい。

以上説明したように、第１実施例に係る測距装置１００は、ＬＤドライバ１２、レーザダイオード１３、ＭＥＭＳミラー１４、受信素子２１、電流電圧変換回路２２、及び信号処理部２０などを有する。そして、ＬＤドライバ１２、レーザダイオード１３、及び角度を変えながら光パルスを反射するＭＥＭＳミラー１４は、出射部として機能し、出射方向を変えながら光パルスを出射する。受光素子２１は、対象物によって反射された光パルスの戻り光を受信する。そして、信号処理部２０は、出射部が光パルスを出射してからのＭＥＭＳミラー１４の角度変化量ｄθに基づいて、受光素子２１の出力信号を増幅する電流電圧変換回路２２のゲインＭを決定する。これにより、Ａ／Ｄコンバータ２３のダイナミックレンジを実質的に拡大し、Ａ／Ｄコンバータ２３での信号レベルの飽和や不足を好適に抑制することができる。

＜第２実施例＞
第２実施例では、信号処理部２０は、角度変化量ｄθに代えて、送信光の発光時からの経過時間（「経過時間Ｔｄ」とも呼ぶ。）をセグメント期間ごとに算出し、経過時間Ｔｄに応じてゲインＭを変化させる点で第１実施例と異なる。その他、第１実施例と同様の構成については、適宜同一の符号を付し、その説明を省略する。

図９は、第２実施例におけるゲイン補正処理に関する信号処理部２０の機能的なブロック図を示す。図９に示すように、第２実施例に係る信号処理部２０は、機能的には、経過時間演算部４２Ａと、ゲイン設定部４３Ａと、出力補正部４４Ａとを有する。

経過時間演算部４２Ａは、同期制御部１１から供給されるトリガ信号Ｓ２に基づき、光パルスが出射されるタイミングを検知した場合、さらに水晶発振器１０から供給されるクロック信号Ｓ１に基づき、光パルスが出射されてから現在までの経過時間Ｔｄを算出する。そして、経過時間演算部４２Ａは、算出した経過時間Ｔｄをゲイン設定部４３Ａへ供給する。

ゲイン設定部４３Ａは、変換マップ４５Ａを参照し、経過時間演算部４２Ａから供給された経過時間Ｔｄから設定すべきゲインＭを決定する。そして、ゲイン設定部４３Ａは、決定したゲインＭの適用を指示する制御信号Ｓ５を、電流電圧変換回路２２へ送信する。

出力補正部４４Ａは、ゲイン設定部４３Ａから供給されるゲインＭと、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号とを記憶する。そして、出力補正部４４Ａは、当該ゲインＭに基づき、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号を補正する。具体的には、出力補正部４４Ａは、第１実施例の出力補正部４４と同様に、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号のレベルがゲインＭの変化に依存しないように補正する。例えば、出力補正部４４Ａは、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号のレベルを、ゲインＭを所定の基準値とした場合に得られると予測される信号レベルに補正する。これにより、出力補正部４４Ａは、ゲインＭに依存しない出力信号を好適に生成する。

図１０は、変換マップ４５Ａにより特定される１回のセグメント期間での経過時間ＴｄとゲインＭとの対応関係を示す。図１０に示す変換マップ４５Ａでは、経過時間Ｔｄが短いほどゲインＭが小さくなり、経過時間Ｔｄが長くなるほどゲインＭが大きくなるようにゲインＭが規定されている。

図１０に示す経過時間ＴｄとゲインＭとの対応関係について補足説明する。一般に、経過時間Ｔｄが短いほど、送信光が照射された物体が近距離に存在し、その戻り光の強度は強くなる。よって、経過時間Ｔｄが短いほど、Ａ／Ｄコンバータ２３に入力される電圧信号の信号レベルが高くなるため、Ａ／Ｄコンバータ２３での飽和を防ぐためにゲインＭを小さくする必要がある。一方、経過時間Ｔｄが長いほど、送信光が照射された物体が遠距離となり、その戻り光の強度は弱くなる。よって、経過時間Ｔｄが長いほど、Ａ／Ｄコンバータ２３に入力される電圧信号の信号レベルが小さくなるため、Ａ／Ｄコンバータ２３での信号レベルの不足を防ぐためにゲインＭを大きくする必要がある。以上を勘案し、図１０に示す変換マップ４５Ａでは、経過時間Ｔｄが短いほどゲインＭが小さくなり、経過時間Ｔｄが長くなるほどゲインＭが大きくなるようにゲインＭが規定されている。

図１１は、第２実施例におけるゲイン補正処理の手順を示すフローチャートである。

レーザダイオード１３は、同期制御部１１から供給されるトリガ信号Ｓ２に基づき、送信光を発光する（ステップＳ２０１）。そして、経過時間演算部４２Ａは、レーザダイオード１３が送信光を出射するタイミング（即ちトリガ信号Ｓ２及びセグメント抽出信号Ｓ３がアサートするタイミング）からの経過時間である経過時間Ｔｄを計算する（ステップＳ２０２）。そして、ゲイン設定部４３Ａは、経過時間演算部４２Ａが算出した経過時間Ｔｄに応じたゲインＭを、電流電圧変換回路２２に設定する（ステップＳ２０３）。この場合、ゲイン設定部４３Ａは、図１０に示されるような変換マップ４５Ａを参照して経過時間ＴｄからゲインＭを算出し、算出したゲインＭを指定する制御信号Ｓ５を電流電圧変換回路２２へ供給する。

出力補正部４４Ａは、ゲイン設定部４３Ａから供給されるゲインＭと、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号とを記憶した後、当該ゲインＭに応じて、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号を補正する（ステップＳ２０４）。

そして、信号処理部２０は、次の発光タイミングか否か判定する（ステップＳ２０５）。そして、信号処理部２０は、次の発光タイミングであると判断した場合（ステップＳ２０５；Ｙｅｓ）、ステップＳ２０１へ処理を戻す。一方、信号処理部２０は、次の発光タイミングではないと判断した場合（ステップＳ２０５；Ｎｏ）、ステップＳ２０２へ処理を戻し、水晶発振器１０から供給されるクロック信号Ｓ１等に基づき引き続き経過時間Ｔｄの加算を行う。このようにすることで、信号処理部２０は、セグメント期間ごとの経過時間に応じて適切にゲインＭを大きくし、Ａ／Ｄコンバータ２３での信号レベルの飽和や不足などを好適に防ぐことができる。なお、信号処理部２０は、ステップＳ２０５において、セグメント抽出信号Ｓ３のアサート期間が終了した場合に次の発光タイミングに近付いたと判断し、ステップＳ２０１へ処理を戻してもよい。

以上説明したように、第２実施例に係る測距装置１００は、ＬＤドライバ１２、レーザダイオード１３、ＭＥＭＳミラー１４、受信素子２１、電流電圧変換回路２２、及び信号処理部２０などを有する。そして、ＬＤドライバ１２、レーザダイオード１３、及び角度を変えながら光パルスを反射するＭＥＭＳミラー１４は、出射部として機能し、出射方向を変えながら光パルスを出射する。受光素子２１は、対象物によって反射された光パルスの戻り光を受信する。そして、信号処理部２０は、出射部が光パルスを出射してからの経過時間である経過時間Ｔｄに基づいて、受光素子２１の出力信号を増幅する電流電圧変換回路２２のゲインＭを決定する。これにより、Ａ／Ｄコンバータ２３のダイナミックレンジを実質的に拡大し、Ａ／Ｄコンバータ２３での信号レベルの飽和や不足を好適に抑制することができる。

＜変形例＞
次に、第１及び第２実施例に好適な変形例について説明する。以下の変形例は、任意に組み合わせて上述の実施例に適用してもよい。

（変形例１）
第１及び第２実施例において、信号処理部２０は、電流電圧変換回路２２のゲインＭを連続的に上昇させる代わりに、電流電圧変換回路２２のゲインＭを段階的に上昇させてもよい。

例えば、信号処理部２０は、セグメント期間のうちゲインＭを変更するタイミングを１又は複数個設け、設けたゲインＭの各変更タイミングにおいて、角度変化量ｄθ又は経過時間Ｔｄに基づきゲインＭを決定し、決定したゲインＭを指定した制御信号Ｓ５を電流電圧変換回路２２に送信する。この場合、ゲインＭの初期値は、各変更タイミングにおいて決定されるゲインＭよりも小さい値となるように予め設定される。なお、信号処理部２０は、セグメント抽出信号Ｓ３のアサート期間終了後からトリガ信号Ｓ２及びセグメント抽出信号Ｓ３がアサートされるタイミングまでの任意のタイミングにおいてゲインＭを初期値に設定することで、セグメント期間ごとにゲインＭを初期値に戻す。

このように、信号処理部２０は、段階的にゲインＭを上げる態様であっても、好適にＡ／Ｄコンバータ２３のダイナミックレンジを実質的に拡大させ、Ａ／Ｄコンバータ２３での信号レベルの飽和や不足を好適に抑制することができる。

（変形例２）
第１実施例において、角度変化量演算部４２は、ＭＥＭＳミラー１４の角度に応じて、参照すべき変換マップ４５を切り替えてもよい。

図１２（Ａ）は、前方に所定距離だけ離れた仮想的な照射面（仮想照射面）における光パルスの概略的な走査線を示す。一般に、ＭＥＭＳミラー１４による走査においては、走査領域の主走査方向の左右端領域（破線枠６０、６１参照）では、他の領域（即ち中央付近の走査領域）に比べて走査速度（即ちＭＥＭＳミラー１４の角速度）が遅くなる。よって、ＭＥＭＳミラー１４が走査領域の左右端領域に向けられている場合には、他の場合と比較し、同じ経過時間でも計測される角度変化量ｄθが小さくなる。以上を勘案し、本変形例では、角度変化量演算部４２は、ＭＥＭＳミラー１４の角度に応じて参照すべき変換マップ４５を切り替える。

図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の破線枠６０、６１以外の中央付近の走査領域にパルス光が照射されるＭＥＭＳミラー１４の角度範囲（「第１角度範囲」とも呼ぶ。）のときに参照される変換マップ４５が示す角度変化量ｄθとゲインＭとの関係を示し、図１２（Ｃ）は、破線枠６０、６１の走査領域にパルス光が照射されるＭＥＭＳミラー１４の角度（「第２角度範囲」とも呼ぶ。）のときに参照される変換マップ４５が示す角度変化量ｄθとゲインＭとの関係を示す。

ＭＥＭＳミラー１４の角度が第２角度範囲内となる場合、ＭＥＭＳミラー１４の角度が第１角度範囲内となる場合よりもＭＥＭＳミラー１４の角度変化が相対的に遅いため、図１２（Ｃ）に示す変換マップ４５では、図１２（Ｂ）に示す変換マップ４５よりも、角度変化量ｄθの変化に対するゲインＭの上昇率が高くなっている。そして、角度変化量演算部４２は、角度センサ１６から供給されるＭＥＭＳミラー１４の検出角度が第１角度範囲内となる場合には、図１２（Ａ）に示す変換マップ４５を参照してゲインＭを決定し、ＭＥＭＳミラー１４の検出角度が第２角度範囲内となる場合には、図１２（Ｂ）に示す変換マップ４５を参照してゲインＭを決定する。

このように、本変形例では、ＭＥＭＳミラー１４の角度に応じた走査速度の違いを考慮し、より適切なゲインＭを設定することができる。

（変形例３）
図１に示す測距装置１００の構成は一例であり、本発明が適用可能な構成はこれに限定されない。例えば、測距装置１００は、ＭＥＭＳミラー１４に代えて、モータで回転する回転ミラーを備えてもよい。この場合、角度センサ１６は、回転ミラーの回転角度を検出し、信号処理部２０は、角度センサ１６が検出する回転角度に基づき角度変化量ｄθを算出する。

同様に、図３に示される受信ブロック１７の構成は一例であり、本発明が適用可能な構成はこれに限定されない。例えば、受信ブロック１７は、受光素子２１とＡ／Ｄコンバータ２３との間に増幅器が設けられ、当該増幅器のゲインを調整可能な構成であればよい。

（変形例４）
信号処理部２０は、電流電圧変換回路２２のゲインＭを変更する代わりに、受光素子２１のゲインを変更してもよい。

例えば、第１実施例の場合、信号処理部２０は、変換マップ４５に代えて、角度変化量ｄθごとに、適切な受光素子２１のゲインを得るために受光素子２１に印加すべき電圧Ｖｒを示すマップを記憶する。そして、信号処理部２０は、当該マップを参照することで、送信光の発光タイミングからのＭＥＭＳミラー１４の角度変化量ｄθに基づき、受光素子２１に印加すべき電圧Ｖｒを決定し、当該電圧Ｖｒを受光素子２１に印加する。これにより、信号処理部２０は、受光量の飽和や不足が生じないように受光素子２１のゲインを適切に設定することができる。

第２実施例においても同様に、信号処理部２０は、変換マップ４５Ａに代えて、経過時間Ｔｄごとに、適切な受光素子２１のゲインを得るために受光素子２１に印加すべき電圧Ｖｒを示すマップを記憶し、当該マップを参照して受光素子２１に印加すべき電圧Ｖｒを決定するとよい。なお、本変形例においても、出力補正部４４又は出力補正部４４Ａは、受光素子２１に印加された電圧Ｖｒに基づき受光素子２１のゲインを特定し、当該ゲインに基づき、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力信号を第１及び第２実施例と同様に補正するとよい。

１０ 水晶発振器
１１ 同期制御部
１２ ＬＤドライバ
１３ レーザダイオード
１４ ＭＥＭＳミラー
１５ 駆動ドライバ
１６ 角度センサ
１７ 受信ブロック
２０ 信号処理部
１００ 測距装置

Claims (10)

1. 角度を変えながら電磁波を反射する反射部を有し、出射方向を変えながら電磁波を出射する出射部と、
   対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信部と、
   前記出射部が前記電磁波を出射してからの経過時間に基づいて、前記受信部の出力信号を増幅する増幅部の利得を決定する決定部と、
   を有する受信装置。
2. 前記決定部は、前記経過時間が短いほど、前記利得を小さな値に決定する、請求項１に記載の受信装置。
3. 前記決定部は、前記経過時間に応じて前記利得を変化させる、請求項１又は２に記載の受信装置。
4. 前記増幅部からの出力信号を、当該出力信号を出力したときの前記増幅部の利得に基づき補正する補正部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の受信装置。
5. 前記補正部が補正した前記出力信号に基づいて、前記対象物との距離を算出する算出部をさらに備える、請求項４に記載の受信装置。
6. 前記出射部は、周期的に繰り返し前記電磁波を出射し、
   前記決定部は、１回の周期内の前記経過時間に基づいて前記利得を決定する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の受信装置。
7. 角度を変えながら電磁波を反射する反射部を有し、出射方向を変えながら電磁波を出射する出射部と、
   対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信部と、
   前記出射部が前記電磁波を出射してからの経過時間に基づいて、前記受信部の利得を決定する決定部と、
   を有する受信装置。
8. 角度を変えながら電磁波を反射する反射部を有する受信装置が実行する制御方法であって、
   出射方向を変えながら電磁波を出射する出射工程と、
   対象物によって反射された前記電磁波を受信部により受信する受信工程と、
   前記出射工程により前記電磁波を出射してからの経過時間に基づいて、前記受信部の出力信号を増幅する増幅部の利得を決定する決定工程と、
   を有する制御方法。
9. 角度を変えながら電磁波を反射する反射部を有し、出射方向を変えながら電磁波を出射する出射部と、対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信部と、を有する受信装置のコンピュータが実行するプログラムであって、
   前記出射部が前記電磁波を出射してからの経過時間に基づいて、前記受信部の出力信号を増幅する増幅部の利得を決定する決定部
   として前記コンピュータを機能させるプログラム。
10. 請求項９に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。

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