JP2020003446A

JP2020003446A - 光測距装置

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Publication number: JP2020003446A
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Inventors: 木村　禎祐; Sadasuke Kimura; 禎祐木村
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Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2020-01-09
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Abstract

【課題】光測距装置においてヒストグラム生成のための積算回数を削減可能な技術を提供する。【解決手段】光測距装置１０は、光源部３０と、パルス信号を出力可能な受光素子を複数有する受光部１２と、パルス信号の数を加算して加算値を求める加算部５２と、光の飛行時間ごとに加算値を記録したヒストグラムを生成するヒストグラム生成部５４と、ヒストグラムのピークにおける加算値を信号強度として取得し、ピークに対応する飛行時間から距離値を求めるピーク検出部５６と、信号強度の中から、予め定めた第１閾値未満の信号強度である低信号強度を検出する第１低信号強度検出部６２１とを備える。ヒストグラム生成部は、低信号強度が検出されたヒストグラムについて、信号強度が第１閾値以上となるまで、加算値の取得および積算を繰り返すことによりヒストグラムを更新し、ピーク検出部は、更新されたヒストグラムから新たな距離値を求める。【選択図】図４

Description

本開示は、光測距装置に関する。

光測距装置に関し、例えば、特許文献１には、横軸を時間計測により計測された光の飛行時間とすると共に、縦軸をその飛行時間における受光素子の反応数としてヒストグラムを生成し、そのヒストグラムに基づいて自装置から車両周囲の物体までの距離を算出する技術が開示されている。そして、特許文献１には、レーザ光の発光を繰り返して反応数を加算していき、入力ダイナミックレンジを確保することで、外乱光と反射光とを弁別することが記載されている。

特開２０１６−１６１４３８号公報

しかし、受光素子の反応数を積算していくとダイナミックレンジは大きくなるものの、測定対象の物体が移動している場合には光の飛行時間が変動するため、反応数が積算される横軸の位置がずれる。そのため、測定範囲全体に対して積算を行うと、測距精度や位置分解能が低下する要因になり得る。また、このような積算処理を測定範囲全体に対して行うと演算量が多くなり、光測距装置の消費電力が増大する。従って、光測距装置において、ヒストグラム生成のための積算回数を削減可能な技術が求められている。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

本開示の第１の形態によれば、光測距装置（１０）が提供される。この光測距装置は、予め定められた範囲に光を照射する光源部（３０）と；前記光が照射された物体からの反射光の入射に応じてパルス信号を出力可能な受光素子を複数有する受光部（１２）と；各前記受光素子から出力されたパルス信号の数を加算して加算値を求める加算部（５２）と；前記光の照射から受光までの時間を表す飛行時間ごとに前記加算値を記録したヒストグラムを前記範囲に対応する画像領域の要素毎に生成するヒストグラム生成部（５４）と；各前記ヒストグラムからピークを検出し、前記ピークにおける加算値を信号強度として取得するとともに、前記ピークに対応する前記飛行時間から距離値を求めるピーク検出部（５６）と；前記信号強度の中から、予め定めた第１閾値未満の信号強度である低信号強度を検出する第１低信号強度検出部（６２１）と；を備える。そして、前記ヒストグラム生成部は、前記低信号強度が検出されたヒストグラムについて、前記信号強度が前記第１閾値以上となるまで、前記加算値の取得および積算を繰り返すことにより前記ヒストグラムを更新し、前記ピーク検出部は、更新された前記ヒストグラムから新たな距離値を求める。

この形態の光測距装置によれば、ヒストグラムのピークの値における信号強度が低信号強度である場合にのみ、ヒストグラムの加算値の積算を行うので、ヒストグラム生成のための加算値の積算回数を削減することができる。

本開示の第２の形態によれば、光測距装置（１０）が提供される。この光測距装置は、予め定められた範囲に光を照射する光源部（３０）と；前記光が照射された物体からの反射光の入射に応じてパルス信号を出力可能な受光素子を複数有する受光部（１２）と；各前記受光素子から出力されたパルス信号の数を加算して加算値を求める加算部（５２）と；前記光の照射から受光までの時間を表す飛行時間ごとに前記加算値を記録したヒストグラムを前記範囲に対応する画像領域の要素毎に生成するヒストグラム生成部（５４）と；各前記ヒストグラムからピークを検出し、前記ピークにおける加算値を信号強度として取得するとともに、前記ピークに対応する前記飛行時間から距離値を求めるピーク検出部（５６）と；前記信号強度を各前記要素に対応付けて信号強度画像データを生成するとともに、前記距離値を各前記要素に対応付けて距離画像データを生成する画像生成部（５８）と；前記信号強度画像データから、予め定めた第２閾値未満の信号強度を有する低信号強度要素を検出する第２低信号強度検出部（６２２）と；を備える。そして、前記ヒストグラム生成部は、各前記低信号強度要素に対応するヒストグラムについて、前記加算部から前記飛行時間ごとに新たな加算値を取得し、既に記録されている加算値に積算して前記ヒストグラムを更新し、前記ピーク検出部は、更新された前記ヒストグラムから新たな距離値を求め、前記画像生成部は、前記新たな距離値を用いて、前記距離画像データを生成する。

この形態の光測距装置によれば、ヒストグラムのピークの値に基づき生成された信号強度画像データ中の低信号強度要素に対してのみ、対応するヒストグラムの加算値の積算を行うので、ヒストグラム生成のための加算値の積算回数を削減することができる。

本開示の第３の形態によれば、光測距装置（１０）が提供される。この光測距装置は、予め定められた範囲に光を照射する光源部（３０）と；前記光が照射された物体からの反射光の入射に応じてパルス信号を出力可能な受光素子を複数有する受光部（１２）と；各前記受光素子から出力されたパルス信号の数を加算して加算値を求める加算部（５２）と；前記光の照射から受光までの時間を表す飛行時間ごとに前記加算値を記録したヒストグラムを前記範囲に対応する画像領域の要素毎に生成するヒストグラム生成部（５４）と；各前記ヒストグラムからピークを検出し、前記ピークに対応する前記飛行時間から距離値を求めるピーク検出部（５６）と；前記ヒストグラム毎に外乱光量を求め、前記外乱光量に応じて、前記加算値の積算回数を決定する第１積算回数決定部（７１）と；を備える。そして、前記ヒストグラム生成部は、前記第１積算回数決定部によって決定された回数、前記加算値の取得および積算を繰り返すことにより前記ヒストグラムを生成する。

この形態の光測距装置によれば、ヒストグラム毎に、外乱光量に応じて加算値の積算回数を決定するので、すべてのヒストグラムについて一律に同じ回数、加算値を積算するよりも、ヒストグラム生成のための加算値の積算回数を削減することができる。

本開示の第４の形態によれば、光測距装置（１０）が提供される。この光測距装置は、予め定められた範囲に光を照射する光源部（３０）と；前記光が照射された物体からの反射光の入射に応じてパルス信号を出力可能な受光素子を複数有する受光部（１２）と；各前記受光素子から出力されたパルス信号の数を加算して加算値を求める加算部（５２）と；前記光の照射から受光までの時間を表す飛行時間ごとに前記加算値を記録したヒストグラムを前記範囲に対応する画像領域の要素毎に生成するヒストグラム生成部（５４）と；各前記ヒストグラムからピークを検出し、前記ピークにおける加算値を信号強度として取得するとともに、前記ピークに対応する前記飛行時間から距離値を求めるピーク検出部（５６）と；前記信号強度を各前記要素に対応付けて信号強度画像データを生成するとともに、前記距離値を各前記要素に対応付けて距離画像データを生成し、更に、前記ヒストグラム毎に外乱光量を求め、前記外乱光量を各前記要素に対応付けて記録した輝度画像データを生成する画像生成部（５８）と；前記輝度画像データに記録された外乱光量に応じて、前記要素毎に、前記加算値の積算回数を決定する第２積算回数決定部（７４）と；を備える。そして、前記ヒストグラム生成部は、前記第２積算回数決定部によって決定された回数、前記加算値の取得および積算を繰り返すことにより前記ヒストグラムを更新し、前記ピーク検出部は、更新された前記ヒストグラムから新たな距離値を求め、前記画像生成部は、前記新たな距離値を用いて、前記距離画像データを生成する。

この形態の光測距装置によれば、ヒストグラム毎に求めた外乱光量に基づき輝度画像データを生成し、その輝度画像データ中の外乱光量に応じて、各ヒストグラムの加算値の積算回数を決定するので、すべてのヒストグラムについて一律に同じ回数、加算値を積算するよりも、ヒストグラム生成のための加算値の積算回数を削減することができる。

本開示は、光測距装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、光測距方法、光測距装置を搭載する車両、光測距装置を制御する制御方法等の形態で実現できる。

光測距装置の概略構成を示す説明図。受光部の概略構成を示す説明図。測定対象範囲に対応する画像領域を示す説明図。受光ＩＣのブロック図。ヒストグラムの一例を示す図。信号強度画像データおよび距離画像データの生成方法を示す図。信号強度を積算する様子を示す図。第２実施形態における受光ＩＣのブロック図。第３実施形態における受光ＩＣのブロック図。第４実施形態における受光ＩＣのブロック図。外乱光量と積算回数の関係を示す図。外乱光量を示す図。第５実施形態における受光ＩＣのブロック図。第６実施形態における受光ＩＣのブロック図。

Ａ．第１実施形態：
図１に示すように、本開示における第１実施形態としての光測距装置１０は、光源部３０と、受光ＩＣ１４と、双曲面ミラー２０と、ポリゴンミラー２２と、筐体２６と、制御部５０とを備えている。光測距装置１０は、例えば、車両に搭載され、障害物の検出や障害物までの距離を測定するために使用される。

光源部３０は、予め定められた測定対象範囲に照射する照射光Ｌｔを生成する。本実施形態では、光源部３０は、光源として、レーザダイオード素子１８を備えている。レーザダイオード素子１８は、照射光Ｌｔとして、所定のパルス幅および周期で点滅を繰り返すパルスレーザ光を照射する。照射光Ｌｔは、双曲面ミラー２０に設けられた開口Ｋからポリゴンミラー２２に導かれる。光源部３０から射出されるパルスレーザ光のビーム形状は、鉛直方向に縦長のビーム形状である。なお、本実施形態では、光源としてレーザダイオード素子１８を用いているが、固体レーザ等他の光源を用いてもよい。

ポリゴンミラー２２は、６面のミラー面を有する回転多角形ミラーである。ポリゴンミラー２２は、照射光Ｌｔを各ミラー面で反射して測定対象範囲に向けて照射する。測定対象範囲に物体が存在する場合、その物体によって照射光Ｌｔが反射されて、ポリゴンミラー２２まで導かれる。ポリゴンミラー２２は、測定対象範囲から受光した反射光を、各ミラー面によって反射して双曲面ミラー２０へ導く。

双曲面ミラー２０は、ポリゴンミラー２２によって導かれた反射光を集光し、受光光Ｌｒとして受光ＩＣ１４の受光部１２に導く。双曲面ミラー２０はレンズと同様の作用を奏し、受光光Ｌｒを受光ＩＣ１４の受光部１２に結像させる。

ポリゴンミラー２２の各ミラー面は回転軸Ａに対して傾けて設けられている。ポリゴンミラー２２は、回転軸Ａを中心として所定の回転速度で回転される。ポリゴンミラー２２の各ミラー面は、それぞれ、回転軸Ａとのなす角度が異なるように配置されている。そのため、ポリゴンミラー２２の回転に伴って、照射光Ｌｔと反射光の俯角が変化する。この結果、ポリゴンミラー２２を回転させることにより、光源部３０からの照射光Ｌｔは、水平方向の走査（スキャン）のみならず、異なる俯角で垂直方向にも走査される。この結果、ポリゴンミラー２２からの照射光Ｌｔは面状に走査されて測定対象範囲に向け照射される。

筐体２６は、上記の各構成を支持する支持構造とともに、制御基板２７を含む。制御基板２７には、制御部５０が設けられている。制御部５０は、ＣＰＵやメモリを備えるコンピュータとして構成されている。制御部５０は、入力インタフェースおよび出力インタフェースを備える。入力インタフェースには、受光ＩＣ１４が接続され、出力インタフェースには、例えば、車両のＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）が接続される。制御部５０は、受光ＩＣ１４によって生成された距離画像データや信号強度画像データをＥＣＵに出力する。車両のＥＣＵは、制御部５０から取得した距離画像データあるいは信号強度画像データに基づき、障害物の検出や障害物までの距離を測定する。

図２に示すように、受光ＩＣ１４は、受光部１２を有する。受光部１２は、物体からの反射光の入射に応じてパルス信号を出力可能な受光素子を複数有する。本実施形態では、受光部１２は、受光素子としてＳＰＡＤ（ｓｉｎｇｌｅｐｈｏｔｏｎａｖａｌａｎｃｈｅｄｉｏｄｅ）１３を備える。受光部１２は、複数のＳＰＡＤ１３をアレイ状に配置したシリコンフォトマルチプライヤ（ＳｉＰＭ：ＳｉｌｉｃｏｎＰｈｏｔｏＭｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）として構成されている。受光部１２は、横６個×縦４個の計２４個のＳＰＡＤ１３からなる画素ＧＴが、鉛直方向に１６個（ＧＴ０〜ＧＴ１５）配列されることにより構成されている。１つの画素ＧＴのサイズは、後述する信号強度画像データおよび距離画像データの１つの要素のサイズに対応する。各ＳＰＡＤ１３は、光（フォトン）を入力すると、一定の確率でパルス信号を出力する。そのため、各画素ＧＴは、受光した光の強度に応じて、０〜２４個のパルス信号を出力する。

光源部３０から射出されるパルスレーザ光のビーム形状は、鉛直方向に縦長のビーム形状であり、受光部１２の画素ＧＴも鉛直方向に配列されている。反射光も縦長のビーム形状のまま光測距装置１０に戻るので、縦長のビーム形状を有する受光光Ｌｒが、画素ＧＴの配列方向に沿って受光部１２に入射する。つまり、１６個分の画素ＧＴに相当する縦長の反射光パルスを、受光部１２が一括して受光する。照射光Ｌｔおよび受光光Ｌｒは、ポリゴンミラー２２の回転によって水平方向および垂直方向に走査されるので、受光部１２には、ポリゴンミラー２２の回転によって走査された光が次々に入光する。本実施形態では、図３に示すように、ポリゴンミラー２２が１／６回転することにより、１つのミラー面によって、Ｙ方向に１６要素分の帯状の領域が走査され、ポリゴンミラー２２が１回転することにより、６つのミラー面によって、Ｙ方向に９６要素（＝１６画素×６面）分の面状の領域が走査される。Ｘ方向の要素数は、本実施形態では、２５６個とする。図３に示した面状の画像領域は、光源部３０によって光が照射される測定対象範囲に対応する。

図４を用いて、受光ＩＣ１４の構成について説明する。受光ＩＣ１４は、受光部１２と、加算部５２と、ヒストグラム生成部５４と、ピーク検出部５６と、画像生成部５８と、第１低信号強度検出部６２１と、記録タイミング発生部６４と、出力部６６とを備えている。これらのうち、受光部１２を除く各部は、制御部５０に備えられたＣＰＵがプログラムを実行することによってソフトウェア的に実現する機能部として実現されてもよい。

加算部５２は、受光部１２から出力されたパルス信号の数を加算して加算値を求める回路である。より具体的には、加算部５２は、画素ＧＴ毎に、各画素ＧＴに含まれる複数のＳＰＡＤ１３から略同時に出力されるパルス信号の数を計数することにより、画素ＧＴ毎に加算値を求める。例えば、１つの画素ＧＴに含まれる複数のＳＰＡＤ１３のうち、１２個のＳＰＡＤ１３からパルス信号が出力されれば、加算部５２は、加算値として「１２」をヒストグラム生成部５４に出力する。なお、図４には、加算部５２をまとめて１つ示しているが、加算部５２は、受光部１２の１つの画素ＧＴにつき、１つ設けられている。

ヒストグラム生成部５４は、加算部５２から出力された加算値に基づきヒストグラムを生成する回路である。図５には、ヒストグラムの例を示している。ヒストグラムの階級（横軸）は、光が照射されてから反射光（受光光）が受光されるまでの光の飛行時間を示している。以下、この時間のことを、ＴＯＦ（ＴＯＦ：ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）という。一方、ヒストグラムの度数（縦軸）は、加算部５２によって算出された加算値であり、物体から反射された光の強度を示している。ヒストグラム生成部５４は、記録タイミング発生部６４から受信するタイミング信号に従って、加算部５２から出力された加算値をＴＯＦ毎に記録することによってヒストグラムを生成する。測定対象範囲に物体が存在する場合、その物体から光が反射され、その物体までの距離に応じたＴＯＦの階級に加算値が記録される。ヒストグラム中のピークは、ヒストグラム中の最大の度数であり、そのピークに対応するＴＯＦに応じた位置（距離）に物体が存在することを表している。ヒストグラム中のピークが現れていない部分の度数は、概ね、外乱光の影響によるノイズである。なお、図４にはヒストグラム生成部５４をまとめて１つ示しているが、ヒストグラム生成部５４は、画素ＧＴ毎に設けられている。そのため、ヒストグラムは、図３に示した画像領域中の全ての要素について生成される。ヒストグラム生成部５４は、生成したヒストグラムを、図示していないヒストグラムメモリに記録する。

ピーク検出部５６（図４）は、ヒストグラムからピークを検出する回路である。ピーク検出部５６は、検出されたピークにおける度数（加算値）を信号強度として取得するとともに、ピークに対応するＴＯＦから距離値を求める。ＴＯＦを「ｔ」、光速を「ｃ」、距離値を「Ｄ」とすると、ピーク検出部５６は、以下の式（１）により、距離値を算出する。
Ｄ＝（ｃ×ｔ）／２・・・式（１）

第１低信号強度検出部６２１は、ピーク検出部５６により取得された信号強度の中から、第１強度判定閾値未満である低信号強度を検出する回路である。低信号強度を検出すると、第１低信号強度検出部６２１は、記録タイミング発生部６４を通じてヒストグラム生成部５４にヒストグラムの更新を行わせる。こうすることにより、ヒストグラム生成部５４は、低信号強度が検出されたヒストグラムについて、図７に示すように、加算部５２からＴＯＦごとに新たな加算値を取得して、ヒストグラムに既に記録されている加算値に積算を行う。そして、第１低信号強度検出部６２１によって低信号強度が検出されなくなるまで、つまり、ヒストグラム中の加算値のピーク（信号強度）が、第１強度判定閾値以上となるまで、加算値の取得および積算を繰り返すことにより、ヒストグラム生成部５４は、ヒストグラムを更新する。なお、ヒストグラムの更新可能な最大の回数は、光源部３０およびポリゴンミラー２２による照射光のスキャン速度と、受光部１２による反射光の検出速度に応じて定まる。ヒストグラム生成部５４は、測定対象範囲の同一位置からの反射光が受光部１２によって受光されている間に、連続して光の受光を検出すれば、その検出回数分、ヒストグラムを更新することができる。第１強度判定閾値は、ヒストグラムの更新回数が最大回数に達するまでに、積算された加算値が到達可能な範囲で設定される。

画像生成部５８は、信号強度画像データ（Ｉ_Ｐｋ）と距離画像データ（Ｉ_Ｄ）とを生成する回路である。図６に示すように、画像生成部５８は、ピーク検出部５６によって検出されたピークの信号強度を、図３に示した画像領域の各要素に対応付けることにより、信号強度画像データを生成する。また、画像生成部５８は、図６に示すように、ピーク検出部５６によってＴＯＦから算出された距離値Ｄを、図３に示した画像領域の各要素に対応付けることにより距離画像データを生成する。本実施形態では、図２および図３に示したように、縦方向に１６個の画素ＧＴに対応する１６個の要素単位で、これらの画像データが生成される。

画像生成部５８によって信号強度画像データおよび距離画像データが生成されると、出力部６６は、制御部５０にこれらのデータを出力する。なお、画像生成部５８は、信号強度画像データおよび距離画像データのうち、いずれか一方を生成しないものとしてもよい。また、出力部６６は、制御部５０に、信号強度画像データおよび距離画像データのうち、いずれか一方のみを出力してもよい。

以上で説明した本実施形態の光測距装置１０によれば、ヒストグラムのピークにおける信号強度が低信号強度である場合にのみ、ヒストグラムの加算値の積算を行う。そのため、信号強度の低い要素についてダイナミックレンジを拡大しつつ、ヒストグラム生成のための加算値の積算回数を削減することができる。この結果、測定対象範囲全体についてヒストグラムを更新する場合には、測定対象の物体が移動していると、光の飛行時間が変動するため、加算値を積算する階級の位置がずれ、測距精度や位置分解能が低下する要因になり得るものの、本実施形態では、一部のヒストグラムについてのみ更新を行うので、そのような問題が発生することを抑制することができる。また、測定対象範囲全体についてヒストグラムを更新するよりも受光ＩＣ１４の演算量を低減することができ、消費電力を低減することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図８に示すように、第２実施形態における光測距装置１０の受光ＩＣ１４１は、第１実施形態と同様に、受光部１２と、加算部５２と、ヒストグラム生成部５４と、ピーク検出部５６と、画像生成部５８と、記録タイミング発生部６４と、出力部６６とを備えている。本実施形態の受光ＩＣ１４１は、第１低信号強度検出部６２１に替えて第２低信号強度検出部６２２を備えている。本実施形態において、第２低信号強度検出部６２２以外の各部の機能は第１実施形態と同じである。第１実施形態と第２実施形態とでは、ヒストグラムの加算値を積算するか否かの判断手法が異なる。

本実施形態において、第２低信号強度検出部６２２は、画像生成部５８によって生成された信号強度画像データから、第２強度判定閾値未満の信号強度を有する低信号強度要素を検出する回路である。本実施形態では、低信号強度検出部６２は、縦方向に１６個の要素からなる部分的な信号強度画像データを画像生成部５８から次々に入力し、その部分的な信号強度画像データから低信号強度要素を検出する。低信号強度検出部６２は、低信号強度要素が検出された場合に、記録タイミング発生部６４に加算値を記録するためのタイミング信号を出力させ、低信号強度要素に対応するヒストグラムの更新をヒストグラム生成部５４に行わせる。

ヒストグラム生成部５４は、第２低信号強度検出部６２２によって低信号強度が検出された場合に、その要素に対応するヒストグラムを更新する。具体的には、ヒストグラム生成部５４は、低信号強度要素に対応するヒストグラムについて、図７に示したように、加算部５２からＴＯＦごとに新たな加算値を取得し、既に記録されている加算値に取得された加算値を積算してヒストグラムを更新する。本実施形態では、ヒストグラム生成部５４によるヒストグラムの更新、画像生成部５８による信号強度画像データの生成、第２低信号強度検出部６２２による低信号強度の検出が繰り返されることにより、ヒストグラム中の加算値のピークが第２強度判定閾値以上となるまで、ヒストグラムの更新が繰り返される。

本実施形態において、画像生成部５８は、各ヒストグラムのピークの信号強度が、第２強度判定閾値以上となる場合にのみ、距離画像データを生成する。ピークの信号強度が小さい場合には、そのピークが真のピークではない可能性があり、距離値に誤差が生じる可能性があるからである。第２強度判定閾値は、ピークが真のピークかノイズによるピークであるかを弁別可能な値を、予め実験等を行うことによって定めることができる。

以上のように、本実施形態では、信号強度画像データに低信号強度要素が存在する場合には、その要素に対応するヒストグラムが更新される。そして、ピーク検出部５６は、更新されたヒストグラムから新たな距離値を求め、画像生成部５８はその新たな距離値を用いて距離画像データを生成する。画像生成部５８によって距離画像データが生成されると、出力部６６を通じて制御部５０に距離画像データが出力される。なお、出力部６６は、画像生成部５８によって生成された信号強度画像データを制御部５０に出力してもよい。

以上で説明した第２実施形態によれば、ヒストグラムのピークの値に基づき生成された信号強度画像データ中の低信号強度要素に対してのみ、対応するヒストグラムの加算値の積算が行われる。そのため、第１実施形態と同様に、ヒストグラム生成のための加算値の積算回数を削減することができるので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

Ｃ．第３実施形態：
図９に示すように、第３実施形態における光測距装置１０の受光ＩＣ１４２は、第１実施形態および第２実施形態と同様に、受光部１２と、加算部５２と、ヒストグラム生成部５４と、ピーク検出部５６と、画像生成部５８と、記録タイミング発生部６４と、出力部６６とを備えている。そして、本実施形態の受光ＩＣ１４２は、第１実施形態において説明した第１低信号強度検出部６２１と、第２実施形態において説明した第２低信号強度検出部６２２とを両方とも備えている。このような構成では、第２低信号強度検出部６２２によって検出される信号強度は、常に第１強度判定閾値を超える信号強度となる。そのため、本実施形態では、第２強度判定閾値は、第１強度判定閾値よりも大きな値に設定されている。また、第２低信号強度検出部６２２によってヒストグラムが更新される場合には、そのヒストグラムのピークはすでに第１強度判定閾値を超えているため、第１低信号強度検出部６２１によって改めてヒストグラムが更新されることはない。

このような構成の第３実施形態によれば、第１低信号強度検出部６２１を用いてヒストグラムの更新を行うことでヒストグラムのＳＮ比を全体的に向上させることができ、第２低信号強度検出部６２２を用いることにより、信号強度画像データの中から特に信号強度が小さい要素について、その信号強度の値を大きくすることができる。従って、ＳＮ比の優れた信号強度画像データおよび精度の高い距離値が記録された距離画像データを生成することができる。

Ｄ．第１〜第３実施形態の他の態様：
（Ｄ−１）上記実施形態において、各強度判定閾値は、例えば、想定される最大強度の反射光を受光部１２が受光した場合において加算部５２から出力される加算値に、所定の割合を積算することによって定めることができる。また、例えば、光測距装置１０は、光源部３０から光を照射していない間に生成したヒストグラムの各信号強度の平均値をノイズレベルとして算出し、測定されたピークからそのノイズレベルを減算した値を、ノイズレベルを減じた強度判定閾値と比較してもよい。また、光測距装置１０は、ピークとノイズレベルとからＳＮ比を求め、そのＳＮ比を、ＳＮ比に換算した強度判定閾値と比較してもよい。

（Ｄ−２）上記実施形態において、光測距装置１０は、外乱光量に応じて各強度判定閾値を変更してもよい。具体的には、光測距装置１０は、光源部３０から光を照射していない間にヒストグラムを生成し、そのヒストグラムの各信号強度の平均値を外乱光量として求める。そして、光測距装置１０は、その外乱光量が小さいほど、強度判定閾値の値を小さくする。このようにすることで、例えば、夜間における感度を大きくすることが可能となり、測定精度を向上させることができる。

（Ｄ−３）上記実施形態において、光測距装置１０は、ヒストグラムの更新回数に制限を設け、予め定めた回数、積算を行っても加算値が強度判定閾値にならない場合には、その時点での加算値のピークに基づき距離値を算出してもよい。また、積算を行っても加算値が強度判定閾値にならない場合には、その要素については距離値の算出を行わないものとしてもよい。距離値の算出を行わない場合、距離値の算出対象外となった要素については、距離値の算出対象外になった回数を要素毎にカウントしておき、そのカウント値が予め定めた回数以上になった場合には、その要素については、それ以降、距離値の算出しないものとしてもよい。こうすることにより、例えば、空（そら）に対応する領域など、距離値を算出不能な領域について距離値を算出する必要がなくなり、演算量を削減することができる。

（Ｄ−４）上記実施形態において、光測距装置１０は、距離画像データの要素間における距離値の連続性（空間連続性）に基づいて水平線や消失点を求め、水平線や消失点よりも上側の画像領域については、空（そら）の領域であると判断し、その領域についてヒストグラムや信号強度画像データ、距離画像データを生成しないこととしてもよい。こうすることにより、演算量を削減することができる。

（Ｄ−５）上記実施形態において、光測距装置１０は、ヒストグラムの更新を行ってもピークが強度判定閾値を超えない場合には、信号強度画像データあるいは距離画像データの対応要素に、直近の過去の値を代入してもよい。こうすることにより、距離画像データに距離値が存在しない領域が生成されることを抑制することができる。

（Ｄ−６）上記実施形態において、光測距装置１０は、ヒストグラムの更新を行ってもピークが強度判定閾値を超えない要素の数が一定数を超えたら、制御部５０を通じて外部の機器にエラーを出力してもよい。こうすることにより、受光ＩＣ１４が故障した可能性を外部に通知することができる。

（Ｄ−７）上記実施形態では、光測距装置１０は、ヒストグラムのピークの加算値が強度判定閾値を超えるまで、ヒストグラムの更新を繰り返している。これに対して、光測距装置１０は、ヒストグラムの更新を、１回、あるいは、予め定められた回数だけ行い、強度判定閾値にかかわらず、更新後の時点でのピークに基づいて距離値を算出して、距離画像データを生成してもよい。

（Ｄ−８）上記実施形態において、光測距装置１０は、ヒストグラムの更新を予め定められた回数行った上でピークが強度判定閾値未満であるか否かを判断し、ピークが強度判定機位置未満の場合には、その回数よりも多い回数、ヒストグラムを更新するものとしてもよい。

Ｅ．第４実施形態：
図１０に示すように、第４実施形態における光測距装置１０の受光ＩＣ１４３は、第１実施形態と同様に、受光部１２と、加算部５２と、ヒストグラム生成部５４と、ピーク検出部５６と、画像生成部５８と、記録タイミング発生部６４と、出力部６６とを備えている。本実施形態の受光ＩＣ１４３は、これらに加え、ヒストグラム生成部５４とピーク検出部５６との間に第１カウンタ７０を備え、更に、この第１カウンタ７０に接続された第１積算回数決定部７１を備えている。

第１カウンタ７０は、ヒストグラムに記録する加算値の積算回数を計数する回路である。第１積算回数決定部７１は、ヒストグラム毎に外乱光量を求め、その外乱光量に応じて、加算値の積算回数を決定する回路である。第１カウンタ７０は、第１積算回数決定部７１によって決定された回数、記録タイミング発生部６４に加算値を記録するためのタイミング信号を出力させる。ヒストグラム生成部５４は、第１積算回数決定部７１によって決定された回数分、積算値の取得および積算を繰り返すことによって、ヒストグラムの生成を行う。

図１１に示すように、第１積算回数決定部７１は、外乱光量に比例するように積算回数を決定する。図１２に示すように、外乱光量は、加算値を積算しない場合のヒストグラムのベースラインに相当する。本実施形態では、第１積算回数決定部７１は、ヒストグラムのベースラインとして、ヒストグラム中の各加算値の最小値を検出し、その値を外乱光量として特定する。第１積算回数決定部７１は、図１１に従い、外乱光量が大きくなるほど、積算回数が多くなるように、積算回数を決定する。なお、積算回数の最小値は１であり、積算回数の最大値は、照射光のスキャン速度や受光部１２による反射光の検出速度など、光測距装置１０の制御系の特性に応じて定まる。また、外乱光量の最小値と最大値は、光測距装置１０のポリゴンミラー２２や双曲面ミラー２０などの光学系の特性に応じて定まる。

以上で説明した本実施形態の光測距装置１０によれば、ヒストグラム毎に、外乱光量に応じて加算値の積算回数を決定することができる。そのため、すべてのヒストグラムについて一律に同じ回数、加算値を積算するよりも、ヒストグラム生成のための加算値の積算回数を削減できる。従って、受光ＩＣ１４の演算量を低減することができ、光測距装置１０の消費電力を低減することができる。また、本実施形態では、外乱光量が大きくなるほど積算回数を多くするので、外乱光量に応じて適切にヒストグラムのＳＮ比を調整することができる。なお、本実施形態では、ヒストグラムのベースラインを、ヒストグラム中の各加算値の最小値であるものとしたが、ヒストグラムのベースラインは、ヒストグラム中の各加算値の平均値であってもよい。

Ｆ．第５実施形態：
図１３に示すように、第５実施形態における光測距装置１０の受光ＩＣ１４４は、第４実施形態と同様に、受光部１２と、加算部５２と、ヒストグラム生成部５４と、ピーク検出部５６と、画像生成部５８と、記録タイミング発生部６４と、出力部６６とを備えている。本実施形態の受光ＩＣ１４４は、第１カウンタ７０に替えて第２カウンタ７３を備えており、また、第１積算回数決定部７１に替えて第２積算回数決定部７４を備えている。

本実施形態において、画像生成部５８は、積算前のヒストグラムのベースラインに相当する外乱光量を、図３に示した画像領域の各要素に対応付けることにより、輝度画像データ（Ｉ_Ｂ）を生成する。つまり、輝度画像データには、輝度画像データを構成する各要素に対して、個別に外乱光量が記録される。第２積算回数決定部７４は、輝度画像データを参照し、輝度画像データの各要素に記録された外乱光量に応じて、その要素毎に、加算値の積算回数を決定する。本実施形態においても、第４実施形態と同様に、外乱光量が大きくなるほど、積算回数が多くなるように、積算回数を決定する。第２カウンタ７３は、第２積算回数決定部７４によって決定された回数、記録タイミング発生部６４に加算値を記録するためのタイミング信号を出力させる。ヒストグラム生成部５４は、第２積算回数決定部７４によって決定された回数分、加算値の取得および積算を繰り返すことによって、ヒストグラムを更新する。ピーク検出部５６は、このようにして更新されたヒストグラムから新たな距離値を求める。そして、画像生成部５８は、新たな距離値を用いて、距離画像データを生成する。

以上で説明した本実施形態の光測距装置１０によれば、ヒストグラム毎に求めた外乱光量に基づき輝度画像データを生成し、その輝度画像データ中の外乱光量に応じて、各ヒストグラムの加算値の積算回数を決定することができる。そのため、すべてのヒストグラムについて一律に同じ回数、加算値を積算するよりも、ヒストグラム生成のための加算値の積算回数を削減することができる。従って、受光ＩＣ１４の演算量を低減することができ、光測距装置１０の消費電力を低減することができる。また、本実施形態では、外乱光量が大きくなるほど積算回数を多くするので、外乱光量に応じて適切にヒストグラムのＳＮ比を調整することができる。

Ｇ．第６実施形態：
図１４に示すように、第６実施形態における光測距装置１０の受光ＩＣ１４５は、第４実施形態および第５実施形態と同様に、受光部１２と、加算部５２と、ヒストグラム生成部５４と、ピーク検出部５６と、画像生成部５８と、記録タイミング発生部６４と、出力部６６とを備えている。そして、本実施形態の受光ＩＣ１４５は、第４実施形態において説明した第１カウンタ７０および第１積算回数決定部７１と、第５実施形態において説明した第２カウンタ７３および第２積算回数決定部７４と、を備えている。このような構成では、第１カウンタ７０および第１積算回数決定部７１が用いられることによって、ヒストグラム毎に、外乱光量に応じた積算回数、加算値が積算されてヒストグラムが生成され、更に、第２カウンタ７３および第２積算回数決定部７４が用いられることによって、輝度画像データに記録された外乱光量に応じて、更に、積算が行われる回数が決定される。輝度画像データには、第１カウンタ７０および第１積算回数決定部７１によって加算値が積算された後のヒストグラムのベースラインに相当する外乱光量が記録されている。そのため、本実施形態において第２積算回数決定部７４によって決定される積算回数は、積算後の外乱光量の値に基づき、その外乱光量が大きくなるほど多くなるように決定される。

このような構成の第６実施形態によれば、外乱光量に応じて、ヒストグラム毎に加算値の積算回数を決定することができ、更に、輝度画像データに基づき、画像の要素毎に更に積算回数を決定することができる。従って、ヒストグラム毎に、ＳＮ比を向上させつつ、さらに、画像全体に対してＳＮ比の低い部分のヒストグラムのＳＮ比を向上させることができる。従って、精度の高い距離値が記録された距離画像データを生成することができる。

Ｈ．他の実施形態：
（Ｈ−１）上記実施形態の光測距装置１０は、投光における光軸と受光における光軸とが一致する同軸型の光学系を採用している。これに対して、光測距装置１０は、投光における光軸と受光における光軸とが異なる異軸型の光学系を採用してもよい。また、上記実施形態では、受光部１２の画素ＧＴは、鉛直方向に１列に並んでいるものとしたが、画素ＧＴは、鉛直方向および水平方向に平面的に配列されていてもよい。また、光測距装置１０の走査方式も、短冊状の光を一方向に走査する１Ｄスキャン方式であってもよいし、点状の光を２次元方向に走査する２Ｄスキャン方式であってもよい。また、光測距装置１０は、光を走査せず、広範囲に光を照射するフラッシュ方式の装置であってもよい。

（Ｈ−２）上記実施形態におけるポリゴンミラー２２のミラー面の数、受光部１２を構成する画素ＧＴの数、画素ＧＴを構成するＳＰＡＤ１３の数、信号強度画像データの要素数、距離画像データの要素数は、それぞれ、例示である。そのため、これらの数は、上記実施形態に示した数に限らず、光測距装置１０の仕様に応じて適宜設定可能である。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０光測距装置、１２受光部、１３ＳＰＡＤ、１４，１４１〜１４５受光ＩＣ、１８レーザダイオード素子、２０双曲面ミラー、２２ポリゴンミラー、２６筐体、２７制御基板、３０光源部、５０制御部、５２加算部、５４ヒストグラム生成部、５６ピーク検出部、５８画像生成部、６２１第１低信号強度検出部，６２２第２低信号強度検出部、６４記録タイミング発生部、６６出力部、７０第１カウンタ、７１第１積算回数決定部、７３第２カウンタ、７４第２積算回数決定部

Claims

光測距装置（１０）であって、
予め定められた範囲に光を照射する光源部（３０）と、
前記光が照射された物体からの反射光の入射に応じてパルス信号を出力可能な受光素子を複数有する受光部（１２）と、
各前記受光素子から出力されたパルス信号の数を加算して加算値を求める加算部（５２）と、
前記光の照射から受光までの時間を表す飛行時間ごとに前記加算値を記録したヒストグラムを前記範囲に対応する画像領域の要素毎に生成するヒストグラム生成部（５４）と、
各前記ヒストグラムからピークを検出し、前記ピークにおける加算値を信号強度として取得するとともに、前記ピークに対応する前記飛行時間から距離値を求めるピーク検出部（５６）と、
前記信号強度の中から、予め定めた第１閾値未満の信号強度である低信号強度を検出する第１低信号強度検出部（６２１）と、
を備え、
前記ヒストグラム生成部は、前記低信号強度が検出されたヒストグラムについて、前記信号強度が前記第１閾値以上となるまで、前記加算値の取得および積算を繰り返すことにより前記ヒストグラムを更新し、
前記ピーク検出部は、更新された前記ヒストグラムから新たな距離値を求める、
光測距装置。
光測距装置（１０）であって、
予め定められた範囲に光を照射する光源部（３０）と、
前記光が照射された物体からの反射光の入射に応じてパルス信号を出力可能な受光素子を複数有する受光部（１２）と、
各前記受光素子から出力されたパルス信号の数を加算して加算値を求める加算部（５２）と、
前記光の照射から受光までの時間を表す飛行時間ごとに前記加算値を記録したヒストグラムを前記範囲に対応する画像領域の要素毎に生成するヒストグラム生成部（５４）と、
各前記ヒストグラムからピークを検出し、前記ピークにおける加算値を信号強度として取得するとともに、前記ピークに対応する前記飛行時間から距離値を求めるピーク検出部（５６）と、
前記信号強度を各前記要素に対応付けて信号強度画像データを生成するとともに、前記距離値を各前記要素に対応付けて距離画像データを生成する画像生成部（５８）と、
前記信号強度画像データから、予め定めた第２閾値未満の信号強度を有する低信号強度要素を検出する第２低信号強度検出部（６２２）と、
を備え、
前記ヒストグラム生成部は、各前記低信号強度要素に対応するヒストグラムについて、前記加算部から前記飛行時間ごとに新たな加算値を取得し、既に記録されている加算値に積算して前記ヒストグラムを更新し、
前記ピーク検出部は、更新された前記ヒストグラムから新たな距離値を求め、
前記画像生成部は、前記新たな距離値を用いて、前記距離画像データを生成する、
光測距装置。
請求項１に記載の光測距装置であって、
前記信号強度を各前記要素に対応付けて信号強度画像データを生成するとともに、前記距離値を各前記要素に対応付けて距離画像データを生成する画像生成部（５８）と、
前記信号強度画像データから、予め定めた第２閾値未満の信号強度を有する低信号強度要素を検出する第２低信号強度検出部（６２２）と、
を備え、
前記ヒストグラム生成部は、各前記低信号強度要素に対応するヒストグラムについて、前記加算部から前記飛行時間ごとに新たな加算値を取得し、既に記録されている加算値に積算して前記ヒストグラムを更新し、
前記ピーク検出部は、更新された前記ヒストグラムから新たな距離値を求め、
前記画像生成部は、前記新たな距離値を用いて、前記距離画像データを生成する、
光測距装置。
光測距装置（１０）であって、
予め定められた範囲に光を照射する光源部（３０）と、
前記光が照射された物体からの反射光の入射に応じてパルス信号を出力可能な受光素子を複数有する受光部（１２）と、
各前記受光素子から出力されたパルス信号の数を加算して加算値を求める加算部（５２）と、
前記光の照射から受光までの時間を表す飛行時間ごとに前記加算値を記録したヒストグラムを前記範囲に対応する画像領域の要素毎に生成するヒストグラム生成部（５４）と、
各前記ヒストグラムからピークを検出し、前記ピークに対応する前記飛行時間から距離値を求めるピーク検出部（５６）と、
前記ヒストグラム毎に外乱光量を求め、前記外乱光量に応じて、前記加算値の積算回数を決定する第１積算回数決定部（７１）と、
を備え、
前記ヒストグラム生成部は、前記第１積算回数決定部によって決定された回数、前記加算値の取得および積算を繰り返すことにより前記ヒストグラムを生成する、
光測距装置。
光測距装置（１０）であって、
予め定められた範囲に光を照射する光源部（３０）と、
前記光が照射された物体からの反射光の入射に応じてパルス信号を出力可能な受光素子を複数有する受光部（１２）と、
各前記受光素子から出力されたパルス信号の数を加算して加算値を求める加算部（５２）と、
前記光の照射から受光までの時間を表す飛行時間ごとに前記加算値を記録したヒストグラムを前記範囲に対応する画像領域の要素毎に生成するヒストグラム生成部（５４）と、
各前記ヒストグラムからピークを検出し、前記ピークにおける加算値を信号強度として取得するとともに、前記ピークに対応する前記飛行時間から距離値を求めるピーク検出部（５６）と、
前記信号強度を各前記要素に対応付けて信号強度画像データを生成するとともに、前記距離値を各前記要素に対応付けて距離画像データを生成し、更に、前記ヒストグラム毎に外乱光量を求め、前記外乱光量を各前記要素に対応付けて記録した輝度画像データを生成する画像生成部（５８）と、
前記輝度画像データに記録された外乱光量に応じて、前記要素毎に、前記加算値の積算回数を決定する第２積算回数決定部（７４）と、
を備え、
前記ヒストグラム生成部は、前記第２積算回数決定部によって決定された回数、前記加算値の取得および積算を繰り返すことにより前記ヒストグラムを更新し、
前記ピーク検出部は、更新された前記ヒストグラムから新たな距離値を求め、
前記画像生成部は、前記新たな距離値を用いて、前記距離画像データを生成する、
光測距装置。
請求項４に記載の光測距装置（１０）であって、
前記ピーク検出部は、各前記ヒストグラムからピークを検出し、前記ピークにおける加算値を信号強度として取得するとともに、前記ピークに対応する前記飛行時間から距離値を求め、
前記信号強度を各前記要素に対応付けて信号強度画像データを生成するとともに、前記距離値を各前記要素に対応付けて距離画像データを生成し、更に、前記ヒストグラム毎に外乱光量を求め、前記外乱光量を各前記要素に対応付けて記録した輝度画像データを生成する画像生成部（５８）と、
前記輝度画像データに記録された外乱光量に応じて、前記要素毎に、前記加算値の積算回数を決定する第２積算回数決定部（７４）と、
を備え、
前記ヒストグラム生成部は、前記第２積算回数決定部によって決定された回数、前記加算値の取得および積算を繰り返すことにより前記ヒストグラムを更新し、
前記ピーク検出部は、更新された前記ヒストグラムから新たな距離値を求め、
前記画像生成部は、前記新たな距離値を用いて、前記距離画像データを生成する、
光測距装置。