JP2020144025A

JP2020144025A - 光測距装置

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Publication number: JP2020144025A
Application number: JP2019041371A
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Inventors: 利明長井; Toshiaki Nagai
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
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Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2020-09-10
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Abstract

【課題】光測距装置において、距離が異なる物体にもかかわらず、同じ距離値が算出されることを抑制可能な技術を提供する。【解決手段】光測距装置１０は、パルス光を予め定めた回数単位で発光する光源部２０と、第１物体から反射されたパルス光を受光する受光素子を有し、パルス光の受光強度に応じた応答信号を出力する受光部３０と、受光部から出力された応答信号を、パルス光の飛行時間に応じた時間ビンに前記回数分、積算して記録することによってヒストグラムを生成し、ヒストグラムに基づき、物体までの距離を算出する制御部４０と、を備える。制御部は、光源部によるパルス光の発光間隔を、前記回数単位内において変更する。【選択図】図２

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、複数のＳＰＡＤ（シングルフォトンアバランシェフォトダイオード）をアレイ状に配置して構成された光検出器が開示されている。このような光検出器では、１つないし複数のＳＰＡＤによって１つの画素が構成され、複数の画素によって光検出器の受光部が構成される。このような光検出器では、例えば、光源から照射されたパルス光の反射光を通常複数回受光し、その受光強度に応じて各画素から出力された信号に基づきヒストグラムを生成する。そして、そのヒストグラムのピークの位置からパルス光の飛行時間（ＴｏＦ：ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ）を求め、その飛行時間に基づいて画素毎に測定対象物までの距離を算出する。

特開２０１４−８１２５３号公報

光検出器のＳＮ比を向上させるには、パルス光の発光間隔をできるだけ小さくして単位時間あたりの発光回数を増加させ、画素からの出力を繰り返し積算させてヒストグラムを生成することが有効である。しかし、ある距離を光が往復する時間よりも光源の発光間隔を短くしてしまうと、例えば、その距離の範囲内に存在する物体から反射される光と、その距離の範囲外に存在する物体から反射される光とで、画素からの出力が積算されるヒストグラム中の時間ビンが同じビン番号となり、距離が異なる物体にもかかわらず、同じ距離値が算出されるという問題が発生する。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

本開示の一形態によれば、光測距装置（１０）が提供される。この光測距装置は、パルス光を予め定めた回数単位で発光する光源部（２０）と、第１物体から反射された前記パルス光を受光する受光素子を有し、前記パルス光の受光強度に応じた応答信号を出力する受光部（３０）と、前記受光部から出力された前記応答信号を、前記パルス光の飛行時間に応じた時間ビンに前記回数分、積算して記録することによってヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムに基づき、前記第１物体までの距離を算出する制御部（４０）と、を備え、前記制御部は、前記光源部による前記パルス光の発光間隔を、前記回数単位内において変更する。

この形態の光測距装置によれば、パルス光の発光間隔が、発光毎に変更されるので、距離の異なる物体から反射された反射光にそれぞれ対応する応答信号が、ヒストグラム中の同じビン番号に積算されることを抑制できる。そのため、距離が異なる物体にもかかわらず、同じ距離値が算出されてしまうことを抑制できる。

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図。第１実施形態における光測距装置のブロック図。受光部の概略構成を示す図。ヒストグラムの一例を示す図。光測距装置と各物体との位置関係を示す図。比較例におけるタイミングチャート。比較例におけるヒストグラムを示す図。第１実施形態におけるタイミングチャート。第１実施形態におけるヒストグラムを示す図。第２実施形態におけるタイミングチャート。第２実施形態におけるヒストグラムを示す図。距離測定処理のフローチャート。第３実施形態における光測距装置のブロック図。第３実施形態におけるタイミングチャート。第３実施形態におけるヒストグラムを示す図。第４実施形態におけるタイミングチャート。第４実施形態におけるヒストグラムを示す図。第５実施形態におけるタイミングチャート。第５実施形態におけるヒストグラムを示す図。第６実施形態におけるタイミングチャート。第６実施形態におけるヒストグラムを示す図。

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、筐体１５と、光源部２０と、受光部３０と、制御部４０と、を備える。光源部２０は、測定範囲ＭＲに対して照射光ＩＬを射出する。本実施形態では、光源部２０は、照射光ＩＬを水平方向に沿った走査方向ＳＤに走査する。照射光ＩＬは、走査方向ＳＤに直交する方向が長手方向となる矩形状に形成される。受光部３０は、照射光ＩＬの照射に応じた測定範囲ＭＲを含む範囲からの反射光を受光し、反射光の受光状態に応じた応答信号を出力する。制御部４０は、受光部３０から出力された応答信号を用いて、測定範囲ＭＲ内に存在する物体までの距離を測定する。光測距装置１０は、例えば、車両に搭載され、障害物の検出や他車両までの距離を測定するために使用される。

図２には、光測距装置１０の具体的な構成を示している。光源部２０は、発光部２２と発光光学系２４とを備える。発光部２２は、半導体レーザダイオードにより構成されており、パルス光を照射光として照射する。発光光学系２４は、発光部２２から照射されたパルス光を、図１に示した縦長の照射光ＩＬに形成し、物体ＴＧが存在する空間中に照射する。発光光学系２４は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）によって構成されたミラーを備え、ミラーを回動させることよって、照射光ＩＬの走査を測定範囲ＭＲに亘って行う。なお、本実施形態では、発光部２２は半導体レーザダイオードにより構成されているが、固体レーザ等他の光源を用いてもよい。

受光部３０は、物体ＴＧから反射されたパルス光を受光し、その受光強度に応じた応答信号を出力する。受光部３０は、受光光学系３２と受光回路３４とＴＤＣ（Time-to-Digital Converter）回路３６とを備える。光源部２０によって照射された照射光は、測定範囲ＭＲ内の物体ＴＧによって反射され、各種のレンズによって構成された受光光学系３２を通じて受光回路３４によって受光される。

図３に示すように、受光回路３４は、複数の画素３５を二次元配列状に備えている。各画素３５は、物体ＴＧから反射されたパルス光を受光する受光素子３５１を複数有している。本実施形態では、各画素３５は、受光素子３５１としてＳＰＡＤ（シングルフォトンアバランシェダイオード）を備える。図３には、１つの画素３５が、横９個×縦５個の計４５個のＳＰＡＤアレイで構成された例を示している。受光回路３４は、例えば、画素３５が、縦方向に６４個、横方向に２５６個、配置されることにより構成される。各ＳＰＡＤは、光（フォトン）を入力すると、一定の確率で、光の入射を示すパルス状の信号を出力する。そのため、各画素３５は、受光した光の強度に応じて、０〜４５個のパルス信号を出力する。これらのパルス信号は、受光回路３４に備えられた加算器によって加算され、受光回路３４に備えられた比較器において予め定められた閾値と比較が行われる。加算値が閾値を超える場合には、その閾値を超える数値を表す応答信号がＴＤＣ回路３６に出力される。閾値は、例えば、外乱光の強度に応じて定められる。ＴＤＣ回路３６は、応答信号が入力されるタイミングに対して時間−デジタル変換を行う。受光部３０からは、応答信号と、ＴＤＣ回路３６による時間−デジタル変換の結果を表す信号とが制御部４０に出力される。

制御部４０は、タイミング生成部４２とヒストグラム生成部４４と距離判定部４６とを備えている。これらの各部は、回路によってハードウェア的に実現されていてもよいし、制御部４０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されてもよい。

ヒストグラム生成部４４は、ヒストグラムが生成されるメモリ４５を備える。図４には、ヒストグラムの一例が示されている。ヒストグラムの横軸は、光の飛行時間（ＴＯＦ：ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｎｔ）に応じた時間ビンを示し、縦軸は、受光部３０から出力された応答信号が積算された値を示す。時間ビンの番号は、大きな番号ほど反射光が遅く受光されたことを示す。本実施形態では、光源部２０が、タイミング生成部４２によって生成されたタイミングに従ってパルス光を予め定めた回数単位で発光する。そして、ヒストグラム生成部４４が、受光部３０から出力された応答信号を、ＴＤＣ回路３６の出力信号によって指定された時間ビンに積算して記録する。本実施形態では、ヒストグラム生成部４４は、画素３５毎にそれぞれヒストグラムを生成する。

タイミング生成部４２は、光源部２０におけるパルス光の発光タイミングを制御する。また、タイミング生成部４２は、受光部３０から出力された応答信号を記録するメモリ４５中のヒストグラムのビン番号を、パルス光の発光タイミングおよびＴＤＣ回路３６からの出力信号に応じて切り替える。本実施形態では、タイミング生成部４２は、光源部２０によるパルス光の発光間隔を、発光毎に変更する機能を有している。また、タイミング生成部４２は、光源部２０による発光の開始からヒストグラムへの応答信号の積算が開始されるまでの時間を変更する機能を有している。

距離判定部４６は、ヒストグラムにおいて、ピーク検出閾値を超えるピークが出現したビン番号に基づき、距離の算出を行う。具体的には、ピークに対応するビン番号のＴＯＦを「ｔ」、光速を「ｃ」、距離値を「Ｄ」とすると、距離判定部４６は、以下の式（１）により、距離値Ｄを算出する。距離判定部４６は、すべての画素３５について距離値Ｄを算出する。
Ｄ＝（ｃ×ｔ）／２・・・式（１）

距離判定部４６によって測定された距離値Ｄは、光測距装置１０から車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit）等に出力される。車両のＥＣＵは、光測距装置１０から画素毎に距離値を取得することで、障害物の検出や他車両までの距離の測定を行う。

図５は、光測距装置１０において距離の測定を行う物体（ターゲット）の位置関係を示す図である。例えば、ターゲットＴＧ１は、人物であり、ターゲットＴＧ２およびターゲットＴＧ３は、車両である。これらは、光測距装置１０との距離が異なり、ターゲットＴＧ１、ターゲットＴＧ２、ターゲットＴＧ３の順に、光測距装置１０との距離が近い。これらのターゲットＴＧ１〜ＴＧ３は、光測距装置１０から見た場合に、水平方向の位置が異なる。そのため、これらのターゲットＴＧ１〜ＴＧ３は、光測距装置１０において、異なる画素３５において距離の測定が行われる。本実施形態では、ターゲットＴＧ１は、タイミング生成部４２によって設定される最も短い発光間隔内においてパルス光が往復できる距離よりも近い位置に存在し、ターゲットＴＧ２およびターゲットＴＧ３は、その距離よりも遠い位置に存在する。以下では、この距離のことを、「最大到達距離」という。最大到達距離は、パルス光の発光間隔が短くなるほど短くなり、発光間隔が長くなるほど長くなる。

図６は、発光間隔およびヒストグラムへの応答信号の積算タイミングの比較例を示している。図６に示した比較例では、光源部２０における発光間隔Ｔは一定である。また、光源部２０による発光の開始からヒストグラムへの応答信号の積算が開始されるまでの時間も固定されており、一定である。このような状況において、ターゲット間の距離の差が、パルス光の発光間隔において光が到達可能な距離に一致すると、各ターゲットＴＧ１〜ＴＧ３から反射される反射光に応じた応答信号が積算されるヒストグラムのビン番号が、全て同じビン番号になる可能性がある。図６に示した例では、各ターゲットからの反射光に対応する応答信号が、すべて同じビン番号６に積算される。すると、図７に示すように、各ターゲットＴＧ１〜ＴＧ３に対応する画素３５について生成されるヒストグラムの同じビン番号（ビン番号６）に、それぞれ応答信号が積算され、各応答信号がピーク検出閾値を超えると、全てのターゲットＴＧ１〜ＴＧ３について、同じ距離値が算出される。特に、本実施形態では、ヒストグラムに対して応答信号が複数回、積算されるので、本来、光測距装置１０からの距離が遠く、応答信号が小さなターゲットＴＧ３についても、応答信号が積算されることによって、図７に示すように、ピークがピーク検出閾値を越えてしまい、誤った距離値が算出される可能性が高まる。

図８には、本実施形態における発光間隔および応答信号の積算タイミングを示している。本実施形態において、制御部４０のタイミング生成部４２は、光源部２０よるパルス光の発光間隔を、発光毎に変更している。具体的には、２回目の発光の発光間隔Ｔ２は、初回の発光間隔Ｔ１に対して時間Δｔを加えた発光間隔であり、３回目の発光間隔Ｔ３は、１回目の発光間隔Ｔ１に対して時間２Δｔを加えた発光間隔であり、４回目の発光間隔Ｔ４は、１回目の発光間隔Ｔ１に対して時間３Δｔを加えた発光間隔である。つまり、本実施形態では、制御部４０は、パルス光の発光間隔を、時間Δｔ分、線形的に増加させている。Δｔは、１つの時間ビンに相当する時間である。５回目の発光間隔は、初回の発光間隔Ｔ１と同じであり、以降、以上で説明した発光間隔の漸増を繰り返す。つまり、本実施形態では、４回の発光を１単位としてパルス光の発光が行われる。なお、本実施形態では、光源部２０による発光の開始から、ヒストグラムへの応答信号の積算が開始されるまでの時間τ０は、上述した比較例と同様に固定されている。以下では、光源部２０による発光の開始から、ヒストグラムへの応答信号の積算が開始されるまでの時間のことを、「積算開始時間」という。

図８に示したタイミングにおいて反射光が受光されれば、各ターゲットＴＧ１〜ＴＧ３について、初回の応答信号が記録されるビン番号が同じビン番号６であっても、光源部２０の発光間隔が、Δｔずつ増加しているため、ターゲットＴＧ２およびターゲットＴＧ３の応答信号が記録されるビン番号が、徐々に若い番号のビン番号に変更されていく。そうすると、図９に示すように、ターゲットＴＧ１については、常に同じビン番号に応答信号が積算されていくものの、ターゲットＴＧ２については、応答信号が積算されるビン番号が、１つずつ小さな番号にずれていき、ターゲットＴＧ３については、２つずつずれていく。この結果、ターゲットＴＧ２およびターゲットＴＧ３については、応答信号が記録されるビン番号が分散され、積算値がピーク検出閾値を超えにくくなる。そのため、光測距装置１０からの距離が最も近いターゲットＴＧ１の距離のみが算出され、光測距装置１０からの距離が遠いターゲットＴＧ２，ＴＧ３については距離が算出されにくくなる。

従って、以上で説明した第１実施形態によれば、光測距装置１０からの距離が異なる複数のターゲットについて、同じ距離値が算出されにくくなるので、最大到達距離を超えた距離に存在するターゲットが、誤って最大到達距離以内にある物体として検出されてしまう誤検出が起きる可能性を低減できる。

また、本実施形態では、光源部２０による発光の開始からヒストグラムへの積算が開始されるまでの時間を固定し、光源部２０による発光間隔を単純に線形的に増加させているだけであるため、制御部４０によるタイミング制御を容易に行うことができる。なお、本実施形態では、制御部４０は、光源部２０による発光間隔を線形的に増加させているが、線形的に発光間隔を減少させてもよい。また、制御部４０は、発光間隔を、非線形的に増加あるいは減少させてもよく、また、発光間隔をランダムに増加あるいは減少させてもよい。

Ｂ．第２実施形態：
図８に示したように、上記第１実施形態では、制御部４０は、パルス光の発光間隔を、時間Δｔ分、線形的に増加させている。これに対して、第２実施形態では、図１０に示すように、制御部４０のタイミング生成部４２は、２回目の発光の発光間隔Ｔ２を、初回の発光間隔Ｔ１に対して時間２Δｔを加えた発光間隔とし、３回目の発光間隔Ｔ３を、１回目の発光間隔Ｔ１に対して時間３Δｔを加えた発光間隔とし、４回目の発光間隔Ｔ４を、１回目の発光間隔Ｔ１に対して時間５Δｔを加えた発光間隔とすることによって特有の発光間隔としている。特有の発光間隔は、予め定めた間隔であってもよいし、例えば、線形帰還シフトレジスタ等を用いて疑似乱数を発生させ、その値を利用して設定することもできる。なお、本実施形態においても、積算開始時間は、第１実施形態と同様に固定されている。

図１０に示したタイミングにおいて反射光が受光されれば、図１１に示すように、ターゲットＴＧ２、ターゲットＴＧ３の応答信号が記録されるビン番号が、徐々に若い番号のビン番号に変更されていくので、第１実施形態と同様に、応答信号が積算されるビンが分散される。更に、本実施形態では、発光間隔を上記のとおり、線形的に増加させるのではなく特有の発光間隔としている。そのため、図１１に示すように、ターゲットＴＧ２に対応する画素については、応答信号が積算されるビンの位置が特有の位置となり、生成されるヒストグラムに固有のパタンが現れる。そこで本実施形態の制御部４０は、このような固有のパタンを利用することによってターゲットＴＧ１とターゲットＴＧ２の両方の距離を測定する。

図１２には、本実施形態において制御部４０が実行する距離測定処理のフローチャートを示している。この距離測定処理は、光測距装置１０の動作中、制御部４０が繰り返し実行する処理である。この距離測定処理では、まず、制御部４０は、ステップＳ１０において、光源部２０を制御して図１０に示したタイミングで繰り返し発光を行わせ、ヒストグラム生成部４４によりヒストグラムを生成する。ステップＳ２０において、制御部４０は、画素毎に、ヒストグラムのピークがピーク検出閾値以上であるか否かを判定する。ヒストグラムのピークがピーク検出閾値未満の画素については、制御部４０は、ステップＳ３０において、検知対象の物体がないと判断し、当該距離測定処理を終了する。

ヒストグラムのピークがピーク検出閾値以上の画素については、ステップＳ４０において、制御部４０は、ヒストグラムにおいて応答信号が記録された時間ビンの位置が、図１１に示した固有のパタンと一致するか否かを判断する。応答信号が記録された時間ビンの位置が固有のパタンに一致しない画素については、制御部４０は、ステップＳ５０において、ヒストグラムのピークのビン番号が表すＴＯＦに基づき、距離判定部４６により距離を算出する。一方、応答信号が記録された時間ビンの位置が固有のパタンに一致する画素については、制御部４０は、ターゲットＴＧ１よりも遠いターゲットＴＧ２、すなわち、最大到達距離を超えるターゲットから反射光が受光されたと判断し、ステップＳ６０において、パタン中の最大のビン番号を検出し、ステップＳ７０において、検出されたビン番号が表すＴＯＦに、予め定められたオフセット値を足し合わせて、距離を算出する。図１０に示したタイミングでは、このオフセット値は、初回の発光間隔Ｔ１に相当する時間である。ステップＳ６０において、パタン中の最大のビン番号を検出するのは、本実施形態では、ターゲットＴＧ２については、応答信号の記録を行う時間ビンの番号が徐々に小さくなるからである。

以上で説明した第２実施形態によれば、ヒストグラムに固有のパタンが発生するか否かに応じて、物体までの距離の算出方法を変更することができる。具体的には、上記の通り、ヒストグラムに固有のパタンが現れなければ、通常通り、距離値を算出し、ヒストグラムに固有のパタンが発生する場合には、予め定められたオフセット値を、パタン中の最大のビン番号が表すＴＯＦに足し合わせることによって距離値を算出する。そのため、本実施形態によれば、最大到達距離を超える物体の距離を測定することができ、光測距装置１０の距離測定範囲を大幅に大きくすることができる。

Ｃ．第３実施形態：
上記第１実施形態および第２実施形態の光測距装置１０は、画素毎に、ヒストグラム生成用のメモリ４５を１つ備えている。これに対して、第３実施形態の光測距装置１０Ｃは、図１３に示すように、２つのヒストグラム生成部４４ａ，４４ｂを備え、それらのヒストグラム生成部４４ａ，４４ｂが、それぞれ１つずつメモリ４５ａ（４５ｂ）を備えている。つまり、本実施形態では、画素毎に、２つのヒストグラムが生成される。第１ヒストグラム生成部４４ａが生成するヒストグラムへの応答信号の積算タイミングは、タイミング生成部４２によって制御され、第２ヒストグラム生成部４４ｂが生成するヒストグラムへの応答信号の積算タイミングは、タイミング生成部４２によって生成されたタイミングを変調するタイミング変調回路４３によって制御される。

図１４に示すように、本実施形態では、制御部４０は、１回目の発光の発光間隔Ｔ１を、４回目の発光の発光間隔Ｔ４に時間３Δｔを加えた発光間隔とし、２回目の発光の発光間隔Ｔ２を、４回目の発光の発光間隔Ｔ４に対して時間２Δｔを加えた発光間隔とし、３回目の発光の発光間隔Ｔ３を、４回目の発光間隔Ｔ４に対して時間Δｔを加えた発光間隔としている。本実施形態においても、制御部４０は、４回の発光を１単位としてパルス光の発光を行わせる。

本実施形態では、積算開始時間を、ヒストグラム生成部毎、すなわち、メモリ毎に変更している。具体的には、第１ヒストグラム生成部４４ａについては、積算開始時間を固定しており、第２ヒストグラム生成部４４ｂについては、積算開始時間を、１つの時間ビンに相当する時間ずつ増加させていく。つまり、本実施形態では、発光間隔は線形的に短くなっていくのに対して、第２ヒストグラム生成部４４ｂにおける積算開始時間は、線形的に遅くなっている。なお、本実施形態では、第４回目の発光を行うと、発光パルスの周期が戻るタイミングにおいてターゲットＴＧ２からの反射光に応じた応答信号が第２ヒストグラム生成部４４ｂのヒストグラムに記録されるビン番号が、それまでの発光と異なった値となってしまうため、第４回目の発光は実際には行わない。例えば、図１４において、第２ヒストグラム生成部４４ｂのヒストグラムに対して応答信号の記録が期待されるビン番号は３番であるのに対して、第４回目の発光を行った場合には７番のビンに応答信号が記録されることになる。

図１４に示したタイミングにおいて反射光が受光されれば、図１５に示すように、第１ヒストグラム生成部４４ａの第１メモリ４５ａには、ターゲットＴＧ１については、常に同じビン番号に応答信号が積算されてヒストグラムが生成されるものの、ターゲットＴＧ２については、応答信号が積算されるビン番号が、１つずつ大きな番号にずれていき、ターゲットＴＧ３については、大きな番号に２つずつずれていってヒストグラムが生成される。そのため、ターゲットＴＧ２およびターゲットＴＧ３については、応答信号が記録される時間ビンが分散される。そして、第２ヒストグラム生成部４４ｂの第２メモリ４５ｂには、ターゲットＴＧ１およびターゲットＴＧ３については、応答信号が記録される時間ビンが分散されてヒストグラムが生成され、ターゲットＴＧ２については、同じビン番号に応答信号が積算されてヒストグラムが生成される。距離判定部４６は、第２メモリ４５ｂに生成されたヒストグラムのピークに対応する時間ビンが表すＴＯＦに、発光間隔と積算開始時間とに応じて定められるオフセット値を足し合わせることによって、ターゲットＴＧ２の距離を算出することができる。

以上で説明した第３実施形態によれば、第１メモリ４５ａに生成されたヒストグラムのピークの位置を用いることによって、最大到達距離内に存在するターゲットＴＧ１の距離を求めることができ、第２メモリ４５ｂに生成されたヒストグラムのピークの位置を用いることによって、最大到達距離外に存在するターゲットＴＧ２の距離を求めることができる。そのため、２つのメモリを用いることによって、容易に、最大到達距離内および最大到達距離外に存在する物体の距離を算出できる。なお、本実施形態では、４回目の発光を行わないが、発光回数の減少に伴うＳＮ比の減少は、１発光単位あたりの発光回数を増加させることにより容易に補うことができる。

Ｄ．第４実施形態：
第４実施形態では、２つのメモリを用いてヒストグラムをそれぞれ生成する点は、第３実施形態と同じである。これに対して、第４実施形態では、図１６に示すように、反射光が戻ってこないと想定される期間、ヒストグラムへの積算を行わない点が第３実施形態と大きく異なる。具体的には、本実施形態では、制御部４０は、１回目の発光周期における第２メモリ４５ｂを用いたヒストグラムの積算、および、４回目の発光周期における第１メモリ４５ａを用いたヒストグラムへの積算を行わない。更に、本実施形態では、２〜４回目の発光において、第２メモリ４５ｂを用いたヒストグラムの積算開始タイミングが第３実施形態よりも時間ビン１つ分、早くなっている。

図１６に示したタイミングにおいて反射光が受光されれば、図１７に示すように、第１ヒストグラム生成部４４ａの第１メモリ４５ａには、ターゲットＴＧ１については、常に同じビン番号に応答信号が積算されてヒストグラムが生成されるものの、ターゲットＴＧ２については、応答信号が積算されるビン番号が、１つずつ大きな番号にずれていき、ターゲットＴＧ３については、大きな番号に２つずつずれていってヒストグラムが生成される。そのため、ターゲットＴＧ２およびターゲットＴＧ３については、応答信号が記録される時間ビンが分散される。一方、第２ヒストグラム生成部４４ｂの第２メモリ４５ｂには、ターゲットＴＧ１およびターゲットＴＧ３については、応答信号が記録される時間ビンが分散されてヒストグラムが生成され、ターゲットＴＧ２については、同じビン番号に応答信号が積算されてヒストグラムが生成される。

以上で説明した第４実施形態によれば、第３実施形態と同様に、２つのメモリを用いることによって、容易に、最大到達距離内および最大到達距離外に存在する物体の距離を算出できる。また、本実施形態では、第１メモリ４５ａおよび第２メモリ４５ｂのそれぞれについて、反射光が戻ってこないと想定される期間についてヒストグラムへの積算を行わない。そのため、外乱光に起因して発生する応答信号がヒストグラムに積算されることを抑制することができるので、受光部３０のＳＮ比を向上させることができる。

Ｅ．第５実施形態：
図１６に示した第４実施形態における各タイミングによってヒストグラムを生成する場合において、例えば、図１８に示すように、ターゲットＴＧ２の反射率が非常に高い場合を想定する。そうすると、図１９に示すように、第１メモリ４５ａで生成されるヒストグラムについても、第２メモリ４５ｂで生成されるヒストグラムについても、ターゲットＴＧ２の反射光によって生成されるヒストグラムの度数が大きくなり、ピーク検出閾値を越えてしまう可能性がある。しかし、このような場合であっても、制御部４０は、第１メモリ４５ａにおいて生成されたヒストグラムの形状と、第２メモリ４５ｂにおいて生成されたヒストグラムの形状とを比較することで、ターゲットＴＧ１よりも遠いターゲットＴＧ２からのパルス光の反射の有無を判断することができる。

具体的には、同一画素について、第１メモリ４５ａに生成されたヒストグラムのピークの方が、第２メモリ４５ｂに生成されたヒストグラムのピークよりも度数が大きく鋭利なピークであれば、第１メモリ４５ａに生成されたピークの位置は、最大到達距離内に存在するターゲットＴＧ１までの距離を表すことになる。また、同一画素について、第２メモリ４５ｂに生成されたピークの方が、第１メモリ４５ａに生成されたピークよりも度数が大きく鋭利なピークであれば、ターゲットＴＧ１よりも遠いターゲットＴＧ２からパルス光が反射されていることになり、第２メモリ４５ｂに生成されたピークの位置は、最大到達距離外に存在するターゲットＴＧ２までの距離を表すことになる。従って、制御部４０は、最大到達距離外のターゲットＴＧ２の反射率が高い場合であっても、２つのメモリに生成されたヒストグラムの形状を上述した基準により比較することによって、固有のパタンを生じさせることなく、容易に最大到達距離内および最大到達距離外に存在する物体の距離を算出できる。

Ｆ．第６実施形態：
第６実施形態では、第１メモリ４５ａを用いず、第２メモリ４５ｂのみを用いる。そして、図２０に示すように、発光間隔を時間Δｔずつ徐々に短くしていき、更に、積算開始時間を徐々に遅らせる。このように、発光間隔と積算開始時間の比を適宜調整することにより、図２１に示すように、最大到達距離内に存在するターゲットＴＧ１からの反射光によって、ヒストグラムに特有のパタンを生じさせることが可能である。従って、発光間隔と積算開始時間の両方を変動させる場合であっても、制御部４０は、第２実施形態と同様に、図１２に示した処理と同様の処理を実行することによって、メモリを２つ用いることなく、パタンの有無を検出することによって最大到達距離内に存在するターゲットＴＧ１の距離値と、最大到達距離外に存在するターゲットＴＧ２の距離値を求めることが可能である。図２０および図２１に示した例では、距離判定部４６は、ヒストグラムに固有のパタンが検出された場合には、そのパタンの最大ビン番号に対応する時間ビンのＴＯＦに基づき、ターゲットＴＧ１までの距離を算出することができる。また、距離判定部４６は、固有のパタンが検出されない場合には、ピーク検出閾値を超えるヒストグラムのピークに対応する時間ビンのＴＯＦに、発光間隔と積算開始時間に応じて定まるオフセット値を足し合わせることによってターゲットＴＧ２までの距離を算出することができる。

Ｇ．他の実施形態：
（Ｇ１）上記各実施形態における光パルスの発光間隔、積算開始時間、１単位あたりの発光回数、は例示であり、ヒストグラムが各実施形態における特徴を有するように生成されれば、任意の値を設定することが可能である。

（Ｇ２）上記実施形態では、受光回路３４は複数の画素を有している。これに対して受光回路３４は、画素を１つのみ備えていてもよい。この場合であっても、その画素において異なるタイミングで捉えられる異なる距離の物体が、同じ距離として算出されることを抑制可能である。

（Ｇ３）上記実施形態では、受光素子としてＳＰＡＤを採用している。しかし、受光素子はＳＰＡＤに限らず、他の素子を用いてもよい。例えば、受光素子として、ＰＩＮフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなどを採用可能である。

（Ｇ４）上記実施形態では、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一致する同軸型の光学系を採用してもよい。また、上記実施形態では、画素は、鉛直方向および水平方向に平面的に配列されているが、画素は、所定の方向に１列に並んでいるものであってもよい。また、上記実施形態では、光測距装置１０は、走査方式として、短冊状の光を一方向に走査する１Ｄスキャン方式を採用しているが、点状の光を２次元方向に走査する２Ｄスキャン方式を採用してもよい。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。

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、１５筐体、２０光源部、２２発光部、２４発光光学系、３０受光部、３２受光光学系、３４受光回路、３５画素、３６ＴＤＣ回路、４０制御部、４２タイミング生成部、４３タイミング変調回路、４４ヒストグラム生成部、４５メモリ、４６距離判定部、３５１受光素子

Claims

光測距装置（１０）であって、
パルス光を予め定めた回数単位で発光する光源部（２０）と、
第１物体から反射された前記パルス光を受光する受光素子を有し、前記パルス光の受光強度に応じた応答信号を出力する受光部（３０）と、
前記受光部から出力された前記応答信号を、前記パルス光の飛行時間に応じた時間ビンに前記回数分、積算して記録することによってヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムに基づき、前記第１物体までの距離を算出する制御部（４０）と、を備え、
前記制御部は、前記光源部による前記パルス光の発光間隔を、前記回数単位内において変更する、
光測距装置。
請求項１に記載の光測距装置であって、
前記制御部は、前記光源部による発光の開始から前記ヒストグラムへの前記応答信号の積算が開始されるまでの積算開始時間を固定する、光測距装置。
請求項２に記載の光測距装置であって、
前記制御部は、前記発光間隔を線形的に増加または減少させる、光測距装置。
請求項２または請求項３に記載の光測距装置であって、
前記制御部は、前記ヒストグラムにおいて前記応答信号が記録される時間ビンの位置に特有のパタンが現れるように、前記発光間隔を設定する、光測距装置。
請求項４に記載の光測距装置であって、
前記制御部は、前記ヒストグラムに前記パタンが発生するか否かに応じて、前記第１物体よりも遠い第２物体からの前記パルス光の反射の有無を判断する、光測距装置。
請求項５に記載の光測距装置であって、
前記制御部は、前記パタンが生じた時間ビンが表す飛行時間に、予め定められたオフセット値を加えることによって、前記第２物体までの距離を算出する、光測距装置。
請求項１に記載の光測距装置であって、
前記制御部は、更に、前記光源部による発光の開始から前記ヒストグラムへの前記応答信号の積算が開始されるまでの積算開始時間を、前記回数単位内において変更する、光測距装置。
請求項７に記載の光測距装置であって、
前記制御部は、
前記光源部による発光から前記応答信号の積算が開始されるまでの時間を固定して第１ヒストグラムを生成し、
前記光源部による発光から前記応答信号の積算が開始されるまでの時間を、前記回数単位内において変更して第２ヒストグラムを生成し、
第１ヒストグラムの形状と第２ヒストグラムの形状とを比較することにより、前記第１物体よりも遠い第２物体からの前記パルス光の反射の有無を判断する、
光測距装置。
請求項７に記載の光測距装置であって、
前記制御部は、前記第１物体から反射された前記パルス光に基づいて生成される前記ヒストグラムに固有のパタンが現れるように、前記発光間隔および前記積算開始時間を設定し、
前記制御部は、前記パタンが生じた時間ビンが表す飛行時間に基づいて、前記第１物体までの距離を算出する、光測距装置。