JP2020106397A - 測距装置 - Google Patents

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賢一 田湯
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Abstract

【課題】消費電力を低減しつつ、測定精度を向上できる測距装置を提供する。【解決手段】ばらつき増幅部で、受光素子から出力される電気信号と、クロック生成部で生成されるクロック信号との時間的な相対関係のばらつきを増幅させる。続いて、同期部で、ばらつき増幅部でばらつきが増幅された後の電気信号及びクロック信号に基づき、その電気信号をそのクロック信号に同期させることで同期信号を生成する。続いて、ヒストグラム作成部で、同期部で生成した同期信号に基づき、光源が光を発してから受光素子で反射光を受光するまでの時間に基づくヒストグラムを作成する。続いて、距離算出部で、ヒストグラム作成部で作成したヒストグラムに基づき、対象物までの距離を算出する。【選択図】図１

Description

本技術は、測距装置に関する。
近年、対象物までの距離を直接ＴｏＦ（Time of Flight）を用いて計測する測距装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の測距装置では、光源が光を発してから受光素子で反射光を受光するまでの時間を多数回測定し、測定した多数回の時間に基づくヒストグラムを用いて、測距精度を向上するようになっている。
特開２０１４−０８１２５４号公報
しかし、このような測距装置では、低消費電力化と測距精度向上とが求められている。
本開示は、消費電力を低減しつつ、測定精度を向上できる測距装置を提供することを目的とする。
本開示の測距装置は、（ａ）光を発する光源と、（ｂ）光を反射した対象物からの反射光を受光する受光素子と、（ｃ）受光素子から出力される電気信号とクロック信号との時間的な相対関係のばらつきを増幅させるばらつき増幅部と、（ｄ）ばらつき増幅部でばらつきが増幅された電気信号を当該ばらつきが増幅されたクロック信号に同期させることで同期信号を生成する同期部と、（ｅ）同期部で生成した同期信号に基づき、光源が光を発してから受光素子で反射光を受光するまでの時間に基づくヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、（ｆ）ヒストグラム作成部で作成したヒストグラムに基づき、対象物までの距離を算出する距離算出部と、を備える。
本開示の第１の実施形態に係る測距装置の全体構成を示す図である。 投光部の構成を示す図である。 ＣＬＫ信号の周期の設定方法を示す図である。 ＣＬＫ信号の周期の設定方法を示す図である。 ＣＬＫ信号の周期の設定方法を示す図である。 ＣＬＫ信号の周期の設定方法を示す図である。 ＣＬＫ信号の周期の設定方法を示す図である。 ＣＬＫ信号の周期が短い場合のヒストグラムを示す図である。 ばらつきの増幅を行わなかった場合のヒストグラムを示す図である。 ＣＬＫ信号の周期が長い場合のヒストグラムを示す図である。 ばらつき増幅部の構成を示す図である。 ジッタ付加の前後における電気信号を示す図である。 ＮＯＴゲートを示す図である。 ＮＯＲゲートを示す図である。 ＡＮＤゲートを示す図である。 ＸＯＲゲートを示す図である。 第１付加部及び第２付加部の構成を示す図である。 ＲＣ回路を示す図である。 可変抵抗器を有するＲＣ回路を示す図である。 可変コンデンサを有するＲＣ回路を示す図である。 可変抵抗器及び可変コンデンサを有するＲＣ回路を示す図である。 可変コンデンサを有するＲＣ回路を用いた場合のばらつき増幅部の構成を示す図である。 可変抵抗器及び可変コンデンサを有するＲＣ回路を用いた場合のばらつき増幅部の構成を示す図である。 ＮＭＯＳスイッチを示す図である。 ＰＭＯＳスイッチを示す図である。 ＣＭＯＳスイッチを示す図である。 ＮＡＮＤゲートを示す図である。 ＮＯＲゲートを示す図である。 ジッタ付加の前後におけるＣＬＫ信号を示す図である。 変形例に係る測距装置の全体構成を示す図である。 ＳＰＡＤのポテンシャルを示す図である。 変形例に係る測距装置の全体構成を示す図である。 変形例に係る測距装置の全体構成を示す図である。 応用例に係る移動体制御システムの全体構成を示す図である。 撮像部及び車外情報検出部の設置位置を示す図である。
本発明者らは、測距装置において、精度の高い測距が必要な場合に、内部周波数を高くし、精度の高い測距が不要な場合に内部周波数を低くすることを考えた。しかし、内部周波数が低すぎると、光を発してから反射光を受光するまでの時間に基づくヒストグラムにおいて、一つのｂｉｎに測距結果が集まりやすく、確率密度関数のフィッティングによる位置推定精度が低下してしまうという問題があった。
以下に、本開示の実施形態に係る測距装置の一例を、図１〜図２０を参照しながら説明する。本開示の実施形態は、以下の順序で説明する。なお、本開示は、以下の例に限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
１．第１の実施形態：測距装置
１−１ 測距装置の全体構成
１−２ 変形例
２．応用例：移動体制御システム
〈１．第１の実施形態〉
［１−１ 測距装置の全体構成］
図１は、本開示の第１の実施形態に係る測距装置の全体を示す概略構成図である。図１の測距装置は、ＴｏＦ測距センサである。図１に示すように、第１の実施形態の測距装置は、投光部１と、受光部２と、クロック信号生成部３と、測距処理部４と、制御部５といったコンポーネントを備えている。これらのコンポーネントは、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）のようなＳｏＣ（System on a chip）として一体的に構成してもよく、投光部１や受光部２といった幾つかのコンポーネントを別体のＬＳＩとして構成してもよい。測距装置は、クロック信号生成部３から出力されるクロック信号に従って動作する。測距装置は、測距処理部４で算出された距離に係る測距データを外部に出力するための通信ＩＦ部６を含んでいる。図示されていないが、測距装置は、通信ＩＦ部６を介して、外部のホストＩＣと通信可能に構成されている。
投光部１は、図２に示すように、ＴｏＦ測距のための光７を発する光源８を有している。光７としては、例えば、レーザ光を用いることができる。光源８としては、例えば、端面発光型半導体レーザであってもよく、面発光型半導体レーザであってもよい。光源８は、制御部５からのトリガパルスによって駆動される。トリガパルスは、所定の周波数を有するパルス状の信号である。また、投光部１は、光７をラスタスキャンするためのスキャン機構を有している。図２では、スキャン機構として、エミッタレンズ９、投光ミラー１０、及びマイクロミラー１１を含むミラースキャン型のスキャン機構を構成している。
マイクロミラー１１は、制御部５からの制御信号に従って、光７の反射面の向きが変更される。そして、光源８が発した光７を、エミッタレンズ９、投光ミラー１０及びマイクロミラー１１を介して、マイクロミラー１１の反射面の向きに応じた方向に出射する。出射された光７は、対象物１２で反射して、反射した光７（以下「反射光１３」とも呼ぶ）をマイクロミラー１１及び投光ミラー１０を介して、受光部２に入射させる。対象物１２としては、例えば、測距装置が車両に搭載されている場合、先行車両等が挙げられる。
受光部２は、レシーバレンズ１４と、複数の受光素子１５とを有している。複数の受光素子１５は、二次元のマトリクス状に配置される。受光素子１５としては、例えば、受光した光に反応して電気信号を出力するＳＰＡＤ（single photon avalanche diode）を用いることができる。そして、受光部２は、マイクロミラー１１及び投光ミラー１０を介して入射された反射光１３を、レシーバレンズ１４で集光して、光７のスキャン方向に応じた受光素子１５に受光させる。受光素子１５からの電気信号は測距処理部４に出力される。
クロック信号生成部３は、制御部５からの制御信号に従って、クロック信号（以下、「ＣＬＫ信号」とも呼ぶ）を生成する。ＣＬＫ信号は、測距処理部４に出力される。ＣＬＫ信号の周波数は、例えば、測距装置が車両に搭載されている場合、図３Ａ、図３Ｂに示すように、道路上の所定距離内に障害物が存在しないと判定すると、消費電力が低減するように、比較的低い値に設定される。一方、図３Ｃに示すように、道路上の所定距離内に障害物が存在していると判定すると、道路上の障害物が存在する領域α、β、γを詳細に調査するために、比較的高い値に設定される。また、例えば、ＣＬＫ信号の周波数を低減して全領域探査を行い、その後障害物ありと判定した領域α、β、γのみを、ＣＬＫ信号の周波数を高くして詳細に調査することで、低消費電力化を図るようにしてもよい。
また、ＣＬＫ信号の周波数は、例えば、測距装置がドローンに搭載された場合、図４Ａ、図４Ｂに示すように、周辺の所定距離内に障害物が存在しないと判定すると、消費電力が低減するように、比較的低い値に設定される。一方、障害物が存在していると判定すると、障害物が存在する領域を詳細に調査するために、比較的高い値に設定される。
測距処理部４は、光源８が光７を発したタイミング及び受光部２が反射光１３を受光したタイミングに基づき対象物１２までの距離を算出するコンポーネントである。測距処理部４は、信号処理プロセッサにより構成される。測距処理部４は、ＴＤＣ（Time-to-Digital Converter）１６と、ヒストグラム作成部１７と距離算出部１８とを含み構成される。
ＴＤＣ１６は、制御部５からのトリガパルス、つまり、光源８の駆動用のトリガパルス及び受光部２からの電気パルス信号に基づき、光源８から光７が発せられてから受光素子１５で反射光１３が受光されるまでの時間（以下「到来時間」とも呼ぶ）をデジタル値に変換するコンポーネントである。デジタル値としては、例えば、０〜２５５の範囲の数値を用いることができる。得られたデジタル値は、ヒストグラム作成部１７に出力される。
より具体的には、ＴＤＣ１６は、ばらつき増幅部１９と、同期部２０とを構成している。ばらつき増幅部１９は、受光素子１５から出力される電気信号と、クロック信号生成部３から出力されるＣＬＫ信号との時間的な相対関係のばらつきを増幅させるコンポーネントである。ばらつきの増幅量は、ある区間の度数を低減し隣接する区間の度数を増大するように、ヒストグラム作成部１７で作成される図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示したヒストグラムのｂｉｎの幅の１／３以上１／２以下が好ましい。ばらつき増幅部１９は、図６に示すように、第１電気経路２１と、複数の第１付加部２２1〜２２n（ｎは、２以上の自然数）と、第１排他動作スイッチ２３とを含み構成される。また、第２電気経路２４と、複数の第２付加部２５1〜２５nと、第２排他動作スイッチ２６とを含み構成される。
第１電気経路２１は、一端が受光素子１５から電気信号が入力される入力端子２７に接続され、他端が第１排他動作スイッチ２３に含まれる第１スイッチ２８0の一端に接続された信号線である。そして、受光素子１５から入力される電気信号を、第１電気経路２１を通過させ、第１排他動作スイッチ２３に含まれる第１スイッチ２８0の一端に出力する。
第１付加部２２i（ｉは、１〜ｎの何れか）のそれぞれは、第１電気経路２１と並列に配置され、一端が受光素子１５から電気信号が入力される入力端子２７に接続され、他端が第１排他動作スイッチ２３に含まれる第１スイッチ２８iの一端に接続された経路である。そして、受光素子１５から出力される電気信号を、ジッタを付加して、第１排他動作スイッチ２３に含まれる第１スイッチ２８iの一端に出力する。ジッタとは、信号波形において時間軸方向に発生する非常に時間的に短い揺らぎ成分のことである。受光素子１５からの電気信号にジッタが付加されると、図７に示すように、付加されたジッタによるばらつきの確率密度関数に従って、ジッタ付加後の電気信号が時間軸方向にばらつくようになる。
第１付加部２２1〜２２nのそれぞれは、図８Ａに示すようなＮＯＴゲート、図８Ｂに示すようなＮＯＲゲート、図８Ｃに示すようなＡＮＤゲート、図８Ｄに示すようなＸＯＲゲート等の論理ゲートを１つ以上用いて構成される。例えば、図９に示すように、第１付加部２２1〜２２nとして、多数のＮＯＴゲートを直列に接続させた多段遅延回路を構成してもよい。論理ゲートは、例えば、複数のトランジスタにより構成される。なお、図９では、第１付加部２２1〜２２nとしては第１付加部２２1の１つだけを有する構成となっている。
また、第１付加部２２1〜２２nのそれぞれは、図１０Ａに示すようなＲＣ回路を少なくとも１つ以上用いて構成してもよい。これにより、信号エッジを鈍らせることができ、ジッタをより大きくさせることができる。例えば、第１付加部２２1〜２２nとして、多数のＲＣ回路を直列に接続させた多段回路を構成してもよい。多段回路としては、並列経路等を含む構成としてもよい。また、論理ゲートとＲＣ回路とを組み合わせて直列に接続してもよい。ＲＣ回路を用いる場合、抵抗器としてＭＯＳのＯＮ抵抗を用いてもよく、コンデンサとしてＭＯＳの寄生容量を用いてもよく、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄに示すように、抵抗器の抵抗値とコンデンサの容量値との片方または両方を変更可能な構成としてもよい。すなわち、可変抵抗器、可変コンデンサの片方または両方を備える構成としてもよい。図１１Ａは、第１付加部２２1〜２２nとして、コンデンサの容量値だけを変更可能な構成を示したものである。なお、図１１Ａでは、第１付加部２２1〜２２nとしては、第１付加部２２1の１つだけを有する構成となっている。また、図１１Ｂは、第１付加部２２1〜２２nとして、抵抗器の抵抗値とコンデンサの容量値との両方を変更可能な構成を示したものである。図１１Ｂでは、抵抗器の抵抗値として０「Ω」を選択でき、コンデンサの容量値として０「Ｆ」を選択できる構成とされており、第１排他動作スイッチ２３及び第２排他動作スイッチ２６が省略された構成となっている。また、図１１Ｂでは、第１付加部２２1〜２２nとしては、第１付加部２２1の１つだけを有する構成となっている。
第１排他動作スイッチ２３は、一の第１スイッチ２８j（ｊは、０〜ｎの何れか）がＯＮ状態になると、残りの第１スイッチ２８0〜２８j-1、２８j+1〜２８nがＯＦＦ状態になる複数の第１スイッチ２８0〜２８nを備えている。第１スイッチ２８0は、ＯＮ状態である場合に、第１電気経路２１の一端と出力端子２９とを導通状態とし、ＯＦＦ状態である場合に、第１電気経路２１の一端と同期部２０に接続された出力端子２９とを遮断状態とする。また、第１スイッチ２８iは、ＯＮ状態である場合に、第１付加部２２iの一端と出力端子２９とを導通状態とし、ＯＦＦ状態である場合に、第１付加部２２iの一端と出力端子２９とを遮断状態とする。
そして、第１排他動作スイッチ２３は、制御部５からの経路選択信号に従って、第１スイッチ２８0〜２８nの何れかをＯＮ状態とし、第１電気経路２１を通過する電気信号と、第１付加部２２1〜２２nから出力されるジッタが付加された電気信号との何れかをヒストグラム作成部１７に出力する。例えば、第１排他動作スイッチ２３は、ヒストグラム作成部１７で作成される図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示したヒストグラムのｂｉｎの幅が予め定められた所定幅以下である場合には、第１スイッチ２８oをＯＮ状態とし、第１電気経路２１を通過する電気信号を同期部２０に出力する。一方ｂｉｎの幅が所定幅より大きい場合には、第１スイッチ２８1〜２８nの何れかをＯＮ状態とし、第１付加部２２1〜２２nから出力されるジッタが付加された電気信号の何れかを動悸部２０に出力する。
第１スイッチ２８0、２８1〜２８nのそれぞれは、図１２Ａに示すようなＮＭＯＳスイッチ、図１２Ｂに示すようなＰＭＯＳスイッチ、図１２Ｃに示すようなＣＭＯＳスイッチ等のアナログ的手法で実現してもよい。なお、アナログ的手法を用いる場合、ＭＯＳのＯＮ抵抗で、第１電気経路２１を通過する電気信号のジッタが大きくなる可能性がある。
また、第１スイッチ２８0、２８1〜２８nのそれぞれは、図１３Ａに示すようなＮＡＮＤゲート、図１３Ｂに示すようなＮＯＲゲート等のロジック的手法で実現してもよい。受光素子１５から出力される電気信号は、既にロジック振幅で動作しているので、ＮＭＯＳスイッチ等を用いるよりも、ＮＡＮＤゲートやＮＯＲゲートのように駆動力を持つ素子を使用するほうが特性上好ましい。なお、図１３Ａ、図１３Ｂでは、２入力の論理ゲート（ＮＡＮＤゲート、ＮＯＲゲート）を示したが、３入力以上の論理ゲートを用いてもよい。
第２電気経路２４は、一端がクロック信号生成部から出力されるＣＬＫ信号が入力される入力端子３０に接続され、他端が第２排他動作スイッチ２６に含まれる第２スイッチ３１0の一端に接続された信号線である。そして、ＣＬＫ信号を、第２電気経路２４を通過させ、第２排他動作スイッチ２６に含まれる第２スイッチ３１0の一端に出力する。
第２付加部２５iのそれぞれは、第２電気経路２４と並列に配置され、一端がクロック信号生成部３からクロック信号が入力される入力端子３０に接続され、他端が第２排他動作スイッチ２６に含まれる第２スイッチ３１iの一端に接続された経路である。そして、ＣＬＫ信号を、ジッタを付加して、第２排他動作スイッチ２６に含まれる第２スイッチ３１iの一端に出力する。第２付加部２５1〜２５nで、図１４に示すように、ＣＬＫ信号にジッタが付加されると、付加されたジッタによるばらつきの確率密度関数に従って、ジッタ付加後のＣＬＫ信号が時間軸方向でばらつくようになる。図１４に示すように、第２付加部２５1〜２５nでＣＬＫ信号にジッタが付加されると、付加されたジッタによるばらつきの確率密度関数に従って、ジッタ付加後のＣＬＫ信号が時間軸方向でばらつくようになる。
第２付加部２５1〜２５nのそれぞれは、上記した第１付加部２２1〜２２nと同様に、図８Ａに示すようなＮＯＴゲート、図８Ｂに示すようなＮＯＲゲート、図８Ｃに示すようなＡＮＤゲート、図８Ｄに示すようなＸＯＲゲート等の論理ゲートを１つ以上用いて構成される。例えば、図９に示すように、第２付加部２５1〜２５nとして、多数のＮＯＴゲートを直列に接続させた多段遅延回路を構成してもよい。なお、図９では、第２付加部２５1〜２５nとしては、第２付加部２５1の１つだけを有する構成となっている。
また、第２付加部２５1〜２５nのそれぞれは、図１０Ａに示すようなＲＣ回路を少なくとも１つ以上用いて構成してもよい。ＲＣ回路を用いる場合、抵抗器としてＭＯＳのＯＮ抵抗を用いてもよく、コンデンサとしてＭＯＳの寄生容量を用いてもよく、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄに示すように、抵抗器の抵抗値とコンデンサの容量値との片方または両方を変更可能な構成としてもよい。図１１Ａは、第２付加部２５1〜２５nとして、抵抗器の抵抗値だけを変更可能な構成を示したものである。なお、図１１Ａでは、第２付加部２５1〜２５nとしては、第２付加部２５1の１つだけを有する構成となっている。また、図１１Ｂは、第２付加部２５1〜２５nとして、抵抗器の抵抗値とコンデンサの容量値との両方を変更可能な構成を示したものである。図１１Ｂでは、抵抗器の抵抗値として０「Ω」を選択でき、コンデンサの容量値として０「Ｆ」を選択できる構成とされており、第１排他動作スイッチ２３及び第２排他動作スイッチ２６が省略された構成となっている。また、図１１Ｂでは、第２付加部２５1〜２５nとしては、第２付加部２５1の１つだけを有する構成となっている。
なお、第２付加部２５1〜２５nの構成は、第１付加部２２1〜２２nの構成と一致していることが好ましいが、必ずしも一致させる必要はない。
第２排他動作スイッチ２６は、一の第２スイッチ３１jがＯＮ状態になると、残りの第２スイッチ３１0〜３１j-1、３１j+1〜３１nがＯＦＦ状態になる複数の第２スイッチ３１0〜３１nを備えている。第２スイッチ３１0は、ＯＮ状態である場合に、第２電気経路２４の一端と出力端子３２とを導通状態とし、ＯＦＦ状態である場合に、第２電気経路２４の一端と同期部２０に接続された出力端子３２とを遮断状態とする。また、第２スイッチ３１iは、ＯＮ状態である場合に、第２付加部２５iの一端と出力端子３２とを導通状態とし、ＯＦＦ状態である場合に、第２付加部２５iの一端と出力端子３２とを遮断状態とする。
そして、第２排他動作スイッチ２６は、制御部５からの経路選択信号に従って、第２スイッチ３１0〜３１nの何れかをＯＮ状態とし、クロック信号生成部３から出力されるＣＬＫ信号と第２付加部２５1〜２５nから出力されるジッタが付加されたＣＬＫ信号との何れかをヒストグラム作成部１７に出力する。例えば、第２排他動作スイッチ２６は、ヒストグラムのｂｉｎの幅が所定幅以下である場合には、第２スイッチ３１oをＯＮ状態とし、第２電気経路２４を通過するＣＬＫ信号を同期部２０に出力する。一方、ｂｉｎの幅が所定幅より大きい場合には、第２スイッチ３１1〜３１nの何れかをＯＮ状態とし、第２付加部２５1〜２５nから出力されるジッタが付加されたＣＬＫ信号の何れかを動悸部２０に出力する。
同期部２０は、ばらつき増幅部１９でばらつきが増幅された後の電気信号及びＣＬＫ信号に基づき、その電気信号をクロック信号に同期させた同期信号を生成するコンポーネントである。より具体的には、第１排他動作スイッチ２３から出力された電気信号を、第２排他動作スイッチ２６から出力されたクロック信号に同期させた同期信号を生成する。同期部２０は、例えば、Ｄフリップフロップにより構成される。
ヒストグラム作成部１７は、ＴＤＣ１６で変換されたデジタル値（ｂｉｎ）ごとに累積して、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示すようなヒストグラムを作成するコンポーネントである。図５Ａのヒストグラムは、ＣＬＫ信号の周波数が比較的高い場合のヒストグラムである。また、図５Ｂ、図５Ｃのヒストグラムは、ＣＬＫ信号の周波数が、図５Ａのヒストグラムの作成に用いた周波数の１/１０である場合のヒストグラムである。これらのうち、図５Ｂは、ばらつき増幅部１９でばらつきを増幅しなかった電気信号及びＣＬＫ信号に基づくヒストグラムである。また、図５Ｃは、ばらつき増幅部１９でばらつきを増幅した電気信号及びＣＬＫ信号に基づくヒストグラムである。図５Ｃのように、受光素子１５からの電気信号とＣＬＫ信号との時間的な相対関係のばらつきを大きくすることで、光７を発してから反射光１３を受光するまでの時間に基づくヒストグラムにおいて、ある区間Ａの度数が他の区間Ｂ、Ｃの度数よりも著しく大きくなることを防止できる。
ヒストグラムは、例えば、図示しないメモリ上に、ある種のデータ構造やテーブルとして保持される。ヒストグラムは受光素子１５ごとに作成される。つまり、ヒストグラムは、受光素子１５の数だけ作成される。ヒストグラム作成部１７は、ＴＤＣ１６から出力されるデジタル値を受けるごとに、対応するｂｉｎの値を増分して、ヒストグラムを更新する。ヒストグラム作成部１７で作成されたヒストグラムは距離算出部１８で参照される。
距離算出部１８は、ヒストグラム作成部１７で作成された各ヒストグラムを参照して、ヒストグラム中のピーク値（デジタル値）を検出し、検出したピーク値（デジタル値）に対応する到来時間から、対象物１２までの距離を算出するコンポーネントである。すなわち、出射された光７が対象物１２で反射したときの反射光１３が受光されたとすれば、到来時間は、対象物１２までの往復時間であるから、到来時間にｃ／２（ｃは光速）を乗算することにより、受光素子１５ごとに、対象物１２までの距離を算出することができる。そして、複数の受光素子１５それぞれに対して算出された距離により、距離画像を得ることができる。距離画像に係るデータ（測距データ）は、通信ＩＦ部６に出力される。
制御部５は、測距装置の動作を統括的に制御するコンポーネントである。制御部５は、マイクロプロセッサにより構成される。制御部５は、所定の発光周期が経過するたびに、光７を出射させるトリガパルスを光源８に出力する。また、制御部５は、ＣＬＫ信号の周波数を設定する制御信号をＣＬＫ信号生成部３に出力する。さらに制御部５は、経路選択信号を第１排他動作スイッチ２３及び第２排他動作スイッチ２６のそれぞれに出力する。
通信ＩＦ部６は、距離算出部１８で算出された測距データを外部のホストＩＣに出力するためのインタフェース回路である。通信ＩＦ部６としては、例えば、ＭＩＰＩ（Mobile Industry Processor Interface）に準拠したインタフェース回路であってもよく、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）やＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）であってもよく、これらのインタフェース回路のうちの幾つかを実装したものであってもよい。
以上説明したように、第１の実施形態の測距装置は、受光素子１５から出力される電気信号とＣＬＫ信号との時間的な相対関係のばらつきを増幅させるばらつき増幅部１９を備えるようにした。そして、まず、同期部２０で、ばらつき増幅部１９でばらつきが増幅された後の電気信号及びＣＬＫ信号に基づき、その電気信号をそのクロック信号に同期させることで同期信号を生成するようにした。続いて、ヒストグラム作成部１７で、同期部２０で生成した同期信号に基づき、光源８が光７を発してから受光素子１５で反射光１３を受光するまでの時間に基づくヒストグラムを作成するようにした。続いて、距離算出部１８で、ヒストグラム作成部１７で作成したヒストグラムに基づき、対象物１２までの距離を算出するようにした。それゆえ、消費電力の低減のために、内部周波数を低くしたとき、つまり、ＣＬＫ信号の周波数を低くしたときに、受光素子１５からの電気信号とＣＬＫ信号との時間的な相対関係のばらつきを大きくすることで、図５Ｃに示すように光７を発してから反射光１３を受光するまでの時間に基づくヒストグラムにおいて、ある区間Ａの度数が他の区間Ｂ、Ｃの度数よりも著しく大きくなることを防止することができる。
すなわち、図５Ｂに示すような電気信号とＣＬＫ信号との時間的な相対関係のばらつきの増幅を行わなかった場合のヒストグラムに比べ、ある区間Ａの度数を低減させ、隣接する区間Ｂ、Ｃのうち、実際の距離に近いほうの区間Ｂの度数をより増大することができる。その結果、例えば、ヒストグラムにex-Gaussian分布等の確率密度関数をフィッティングさせ、フィッティングして得た関数が示すex-Gaussian分布のピークを測距結果として用いることで、区間Ａの幅よりも高い分解能で、対象物１２までの距離を測定できる。したがって、消費電力を低減しつつ、測定精度を向上できる測距装置を提供できる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
また、第１の実施形態の測距装置では、ばらつき増幅部１９は、受光素子１５から出力される電気信号及びＣＬＫ信号の少なくとも一方にジッタを付加するようにした。それゆえ、電気信号とＣＬＫ信号との時間的な相対関係のばらつきを容易に増幅できる。
さらに、第１の実施形態の測距装置では、電気信号が入力され、電気信号にジッタを付加して出力する第１付加部２２1〜２２nと、ＣＬＫ信号が入力され、ＣＬＫ信号にジッタを付加して出力する第２付加部２５1〜２５nと、を備えるようにした。それゆえ、第１付加部２２1〜２２nで、図７に示すように、受光素子１５からの電気信号にジッタが付加されると、付加されたジッタによるばらつきの確率密度関数に従って、ジッタ付加後の電気信号が時間軸方向でばらつくようになる。また、第２付加部２５1〜２５nで、図１４に示すように、ＣＬＫ信号にジッタが付加されると、付加されたジッタによるばらつきの確率密度関数に従って、ジッタ付加後のＣＬＫ信号が時間軸方向でばらつくようになる。
また、第１の実施形態の測距装置では、第１付加部２２1〜２２n及び第２付加部２５1〜２５nのそれぞれは、論理ゲート及びＲＣ回路の少なくとも１つ以上を含むようにした。それゆえ、第１付加部２２1〜２２n及び第２付加部２５1〜２５nを容易に構成できる。
また、第１の実施形態の測距装置では、論理ゲートは、直列に接続されて多段遅延回路を構成するようにした。それゆえ、ジッタをより大きくさせることができる。
さらに、第１の実施形態の測距装置では、ＲＣ回路の抵抗器を、可変抵抗器とした。それゆえ、第１付加部２２1〜２２n、第２付加部２５1〜２５nを複数用意せずに済む。
また、第１の実施形態の測距装置では、ＲＣ回路のコンデンサを可変コンデンサとした。それゆえ第１付加部２２1〜２２n、第２付加部２５1〜２５nを複数用意せずに済む。
さらに、第１の実施形態の測距装置では、第１付加部２２1〜２２nと並列に配置されるとともに、受光素子１５から出力される電気信号を通過させる第１電気経路２１と、第１付加部２２1〜２２nから出力されるジッタが付加された電気信号と、第１電気経路２１を通過する電気信号との何れかを同期部２０に出力する第１排他動作スイッチ２３とを備えるようにした。また、第２付加部２５1〜２５nと並列に配置されるとともに、ＣＬＫ信号を通過させる第２電気経路２４と、第２付加部２５1〜２５nから出力されるジッタが付加されたＣＬＫ信号と、第２電気経路２４を通過するＣＬＫ信号との何れかを同期部２０に出力する第２排他動作スイッチ２６と、を備えるようにした。そして、同期部２０は、第１排他動作スイッチ２３から出力された電気信号を、第２排他動作スイッチ２６から出力されたＣＬＫ信号に同期させることで同期信号を生成する。それゆえ、電気信号にのみジッタが付加されてなる同期信号、ＣＬＫ信号にのみジッタが付加されてなる同期信号、これら両方にジッタが付加されてなる同期信号等、種々の同期信号を容易に生成できる。
また、第１の実施形態の測距装置では、第１排他動作スイッチ２３で、ヒストグラムのｂｉｎの幅が予め定められた所定幅以下である場合に、第１電気経路２１を通過する電気信号を同期部２０に出力するようにした。また、第２排他動作スイッチ２６で、ヒストグラムのｂｉｎの幅が予め定められた所定幅以下である場合に、第２電気経路２４を通過する電気信号を同期部２０に出力するようにした。それゆえ、ヒストグラムのｂｉｎの幅が狭く、測定精度が高い場合には、ばらつきを増幅せずに済み、測定精度の低減を防止できる。
さらに、第１の実施形態の測距装置では、第１排他動作スイッチ２３及び第２排他動作スイッチ２６のそれぞれは、ＮＭＯＳスイッチ、ＰＭＯＳスイッチ、ＣＭＯＳスイッチ、ＮＡＮＤゲート及びＮＯＲゲートの何れかを含むようにした。それゆえ、第１排他動作スイッチ２３及び第２排他動作スイッチ２６を容易に構成することができる。
また、第１の実施形態の測距装置では、ばらつき増幅部１９は、ばらつきの増幅量をヒストグラムのｂｉｎの幅の１／３以上１／２以下とした。それゆえ、ヒストグラムのある区間Ａの度数を低減し、隣接する区間Ｂ、Ｃの度数を増大することができる。
［１−２ 変形例］
なお、第１の実施形態に係る測距装置では、受光素子１５から出力される電気信号にジッタを付加するために、ばらつき増幅部１９として、第１付加部２２1〜２２nを用いる例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、ばらつき増幅部１９として、図１５に示すように、電気信号にジッタが付加されるように、受光素子１５であるＳＰＡＤのアノード−カソード間電圧を制御する電圧制御部３３を用いるようにしてもよい。アノード−カソード間電圧を制御することで、図１６に示すようなＳＰＡＤのポテンシャルにおいて、受光した反射光１３によって弾き出された電子をアバランシェを生じる領域ａまで転がす傾き角度ｂを調整することができる。例えば、この傾き角度ｂを小さくするほど、アバランシェを生じるまでの時間を増大でき、ジッタを増大でき、角度ｂを大きくするほど、アバランシェを生じるまでの時間を短縮でき、ジッタを減少することができる。
また、例えば、ばらつき増幅部１９として、図１７に示すように、電気信号にジッタが付加されるように、光源８が発する光７の波長を制御する波長制御部３４を用いてもよい。さらに、例えば、ばらつき増幅部１９として、図１８に示すように、電気信号にジッタが付加されるように、受光素子１５の温度を制御する温度制御部３５を用いてもよい。
〈２．応用例〉
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図１９は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１９に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図１９では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock Brake System）又はＥＳＣ（Electronic Stability Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time Of Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
ここで、図２０は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図２０には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０〜７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
図１９に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global System of Mobile communications）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Long Term Evolution）若しくはＬＴＥ−Ａ（LTE−Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer To Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine Type Communication）端末）と接続してもよい。
専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless Access in Vehicle Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle to Vehicle）通信、路車間（Vehicle to Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle to Home）の通信及び歩車間（Vehicle to Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）、又はＭＨＬ（Mobile High-definition Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１９の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
なお、図１９に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
以上説明した車両制御システム７０００において、図２０を用いて説明した本実施形態に係る測距装置は、図１９に示した応用例の車外情報検出部７４２０に適用することができる。例えば、測距装置で車両７９００前方の障害物までを距離を算出できる。
なお、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
（１）
光を発する光源と、
前記光を反射した対象物からの反射光を受光する受光素子と、
前記受光素子から出力される電気信号とクロック信号との時間的な相対関係のばらつきを増幅させるばらつき増幅部と、
前記ばらつき増幅部でばらつきが増幅された後の前記電気信号及び前記クロック信号に基づき、当該電気信号を当該クロック信号に同期させることで同期信号を生成する同期部と、
前記同期部で生成した同期信号に基づき、前記光源が光を発してから前記受光素子で反射光を受光するまでの時間に基づくヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
前記ヒストグラム作成部で作成したヒストグラムに基づき、前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、を備える
測距装置。
（２）
前記ばらつき増幅部は、前記受光素子から出力される前記電気信号及び前記クロック信号の少なくとも一方にジッタを付加する
前記（１）に記載の測距装置。
（３）
前記ばらつき増幅部は、
前記電気信号が入力され、前記電気信号にジッタを付加して出力する第１付加部と、
前記クロック信号が入力され、前記クロック信号にジッタを付加して出力する第２付加部と、を備える
前記（２）に記載の測距装置。
（４）
前記第１付加部及び前記第２付加部のそれぞれは、論理ゲート及びＲＣ回路の少なくとも１つ以上を含んでいる
前記（３）に記載の測距装置。
（５）
前記論理ゲートは、直列に接続されて多段遅延回路を構成する
前記（４）に記載の測距装置。
（６）
前記ＲＣ回路の抵抗器は、可変抵抗器である
前記（４）に記載の測距装置。
（７）
前記ＲＣ回路のコンデンサは、可変コンデンサである
前記（４）又は（６）に記載の測距装置。
（８）
前記第１付加部と並列に配置されるとともに、前記受光素子から出力される前記電気信号を通過させる第１電気経路と、
前記第１付加部から出力されるジッタが付加された前記電気信号と、前記第１電気経路を通過する前記電気信号との何れかを前記同期部に出力する第１排他動作スイッチと、
前記第２付加部と並列に配置されるとともに、前記クロック信号を通過させる第２電気経路と、
前記第２付加部から出力されるジッタが付加された前記クロック信号と、前記第２電気経路を通過する前記クロック信号との何れかを前記同期部に出力する第２排他動作スイッチと、を備え、
前記同期部は、前記第１排他動作スイッチから出力された電気信号を、前記第２排他動作スイッチから出力された前記クロック信号に同期させることで同期信号を生成する
前記（３）〜（７）の何れかに記載の測距装置。
（９）
前記第１排他動作スイッチは、前記ヒストグラムのｂｉｎの幅が予め定められた所定幅以下である場合に、前記第１電気経路を通過する前記電気信号を前記同期部に出力し、
前記第２排他動作スイッチは、前記ヒストグラムのｂｉｎの幅が予め定められた所定幅以下である場合に、前記第２電気経路を通過する前記電気信号を前記同期部に出力する
前記（８）に記載の測距装置。
（１０）
前記第１排他動作スイッチ及び前記第２排他動作スイッチのそれぞれは、ＮＭＯＳスイッチ、ＰＭＯＳスイッチ、ＣＭＯＳスイッチ、ＮＡＮＤゲート及びＮＯＲゲートの何れかを含んでいる
前記（８）又は（９）に記載の測距装置。
（１１）
前記ばらつき増幅部は、前記ばらつきの増幅量が前記ヒストグラムのｂｉｎの幅の１／３以上１／２以下である
前記（１）〜（１０）の何れかに記載の測距装置。
（１２）
前記受光素子は、ＳＰＡＤであり、
前記ばらつき増幅部は、前記電気信号にジッタが付加されるように、前記ＳＰＡＤのアノード−カソード間電圧を制御する
前記（１）に記載の測距装置。
（１３）
前記ばらつき増幅部は、前記電気信号にジッタが付加されるように、前記光源が発する光の波長を制御する
前記（１）に記載の測距装置。
（１４）
前記ばらつき増幅部は、前記電気信号にジッタが付加されるように、前記受光素子の温度を制御する
前記（１）に記載の測距装置。
１…測距装置、２…投光部、３…受光部、４…測距処理部、５…制御部、６…通信ＩＦ部、７…光、８…光源、９…エミッタレンズ、１０…投光ミラー、１１…マイクロミラー、１２…対象物、１３…反射光、１４…レシーバレンズ、１６…ＴＤＣ、１５…受光素子、１７…ヒストグラム作成部、１８…距離算出部、１９…ばらつき増幅部、２０…同期部、２１…第１電気経路、２２1〜２２n…第１付加部、２３…第１排他動作スイッチ、２４…第２電気経路、２５1〜２５n…第２付加部、２６…第２排他動作スイッチ、２７…入力端子、２８0〜２８n…第１スイッチ、２９…出力端子、３０…入力端子、３１0〜３１n…第２スイッチ、３２…出力端子、３３…電圧制御部、３４…波長制御部、３５…温度制御部、７０００…車両制御システム、７０１０…通信ネットワーク、７１００…駆動系制御ユニット、７１１０…車両状態検出部、７２００…ボディ系制御ユニット、７３００…バッテリ制御ユニット、７３１０…二次電池、７４００…車外情報検出ユニット、７４１０…撮像部、７４２０…車外情報検出部、７５００…車内情報検出ユニット、７５１０…運転者状態検出部、７６００…統合制御ユニット、７６１０…マイクロコンピュータ、７６２０…汎用通信Ｉ／Ｆ、７６３０…専用通信Ｉ／Ｆ、７６４０…測位部、７６５０…ビーコン受信部、７６６０…車内機器Ｉ／Ｆ、７６７０…音声画像出力部、７６８０…車載ネットワークＩ／Ｆ、７６９０…記憶部、７７１０…オーディオスピーカ、７７２０…表示部、７７３０…インストルメントパネル、７７５０…外部環境、７７６０…車内機器、７８００…入力部、７９００…車両、７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８…撮像部、７９２０，７９２１，７９２２，７９２３，７９２４，７９２５，７９２６，７９２７，７９２８，７９２９，７９３０…車外情報検出部

Claims (14)

  1. 光を発する光源と、
    前記光を反射した対象物からの反射光を受光する受光素子と、
    前記受光素子から出力される電気信号とクロック信号との時間的な相対関係のばらつきを増幅させるばらつき増幅部と、
    前記ばらつき増幅部でばらつきが増幅された後の前記電気信号及び前記クロック信号に基づき、当該電気信号を当該クロック信号に同期させることで同期信号を生成する同期部と、
    前記同期部で生成した同期信号に基づき、前記光源が光を発してから前記受光素子で反射光を受光するまでの時間に基づくヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
    前記ヒストグラム作成部で作成したヒストグラムに基づき、前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、を備える
    測距装置。
  2. 前記ばらつき増幅部は、前記受光素子から出力される前記電気信号及び前記クロック信号の少なくとも一方にジッタを付加する
    請求項１に記載の測距装置。
  3. 前記ばらつき増幅部は、
    前記電気信号が入力され、前記電気信号にジッタを付加して出力する第１付加部と、
    前記クロック信号が入力され、前記クロック信号にジッタを付加して出力する第２付加部と、を備える
    請求項２に記載の測距装置。
  4. 前記第１付加部及び前記第２付加部のそれぞれは、論理ゲート及びＲＣ回路の少なくとも１つ以上を含んでいる
    請求項３に記載の測距装置。
  5. 前記論理ゲートは、直列に接続されて多段遅延回路を構成する
    請求項４に記載の測距装置。
  6. 前記ＲＣ回路の抵抗器は、可変抵抗器である
    請求項４に記載の測距装置。
  7. 前記ＲＣ回路のコンデンサは、可変コンデンサである
    請求項４に記載の測距装置。
  8. 前記第１付加部と並列に配置されるとともに、前記受光素子から出力される前記電気信号を通過させる第１電気経路と、
    前記第１付加部から出力されるジッタが付加された前記電気信号と、前記第１電気経路を通過する前記電気信号との何れかを前記同期部に出力する第１排他動作スイッチと、
    前記第２付加部と並列に配置されるとともに、前記クロック信号を通過させる第２電気経路と、
    前記第２付加部から出力されるジッタが付加された前記クロック信号と、前記第２電気経路を通過する前記クロック信号との何れかを前記同期部に出力する第２排他動作スイッチと、を備え、
    前記同期部は、前記第１排他動作スイッチから出力された電気信号を、前記第２排他動作スイッチから出力された前記クロック信号に同期させることで同期信号を生成する
    請求項３に記載の測距装置。
  9. 前記第１排他動作スイッチは、前記ヒストグラムのｂｉｎの幅が予め定められた所定幅以下である場合に、前記第１電気経路を通過する前記電気信号を前記同期部に出力し、
    前記第２排他動作スイッチは、前記ヒストグラムのｂｉｎの幅が予め定められた所定幅以下である場合に、前記第２電気経路を通過する前記電気信号を前記同期部に出力する
    請求項８に記載の測距装置。
  10. 前記第１排他動作スイッチ及び前記第２排他動作スイッチのそれぞれは、ＮＭＯＳスイッチ、ＰＭＯＳスイッチ、ＣＭＯＳスイッチ、ＮＡＮＤゲート及びＮＯＲゲートの何れかを含んでいる
    請求項８に記載の測距装置。
  11. 前記ばらつき増幅部は、前記ばらつきの増幅量が前記ヒストグラムのｂｉｎの幅の１／３以上１／２以下である
    請求項１に記載の測距装置。
  12. 前記受光素子は、ＳＰＡＤであり、
    前記ばらつき増幅部は、前記電気信号にジッタが付加されるように、前記ＳＰＡＤのアノード−カソード間電圧を制御する
    請求項１に記載の測距装置。
  13. 前記ばらつき増幅部は、前記電気信号にジッタが付加されるように、前記光源が発する光の波長を制御する
    請求項１に記載の測距装置。
  14. 前記ばらつき増幅部は、前記電気信号にジッタが付加されるように、前記受光素子の温度を制御する
    請求項１に記載の測距装置。
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