JP2021015095A

JP2021015095A - 測距装置

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Publication number: JP2021015095A
Application number: JP2019131258A
Authority: JP
Inventors: 奥田　義行; Yoshiyuki Okuda; 義行奥田
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2021-02-12
Also published as: JP2024020530A

Abstract

【課題】複数の受光素子についての測距を高精度に行うことが可能な測距装置を提供する。【解決手段】出射光を出射する出射部１１と、出射光の光路上に設けられた可動ミラーと、出射光が外部の物体により反射された戻り光が、可動ミラーの動きに応じて順次照射されるように配列された複数の受光素子２１Ａと、受光素子の受光結果に基づいて、外部の物体までの距離を算出する測距部と、複数の受光素子のうちの少なくとも一の受光素子が戻り光を受光した場合に、戻り光が照射される順序が少なくとも一の受光素子よりも後である他の受光素子の出力信号を測距部が受信可能な状態にする制御部と、を有することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、測距装置に関し、特に、送信信号及び受信信号の位相を比較して対象物までの距離を測定する測距装置に関する。

レーザ光を対象物に照射し、当該対象物によって反射されたレーザ光を受光して解析することにより、対象物までの距離を計測する測距装置が知られている（例えば、特許文献１）。かかる測距装置の測距方式としては、ＴＯＦ（Time of Flight）方式や位相差法方式がある。ＴＯＦ方式では、送信した信号が対象物に反射して戻ってくるまでの時間を計測し、計測した時間に基づいて距離を測定する。

一方、位相差法では、例えば正弦波によって光強度を変調したレーザ光を対象物に照射し、対象物によって反射されたレーザ光である反射光を受光して、その光強度を電気信号に変換する。そして、電気信号に含まれる正弦波の成分と射出時のレーザ光の光強度に含まれる正弦波の成分との位相差を抽出し、抽出した位相差を遅延時間に変換し、当該遅延時間及び光速度に基づいて対象物との距離を算出する。

特開２０１５−１２９６４６号公報

上記のような測距をレーザ光の照射面上の複数の位置（以下、複数の画素領域と称する）について行う場合、測距装置にはこれに対応する複数の受光部が必要となる。例えば、レーザ光を対象物に向けて照射する際、光源から出射されたレーザ光を２次元方向に走査するようにして投光を行う。複数の受光部は、それぞれ反射光を受光し、受光信号に基づいて画素領域毎に距離を算出する。

位相差法による測距では、外部から入射した光を所定期間（例えば、２次元画面の１フレーム分の走査に対応する受光期間）の間連続して受光素子に受光させる必要がある。しかし、複数の受光部を用いて画素領域毎に距離の算出を行う場合、当該所定期間の内、各々の画素領域に対応する受光部に実際に反射光が入射する時間は極めて短く、それ以外のほとんどの期間では背景光のみを受光してしまう。背景光は、反射光の受光にとってノイズ成分となり、信号のＳ／Ｎ比を悪化させる。そして、背景光に基づく受光信号を受光後の位相復調動作に用いると、背景光によるノイズ成分が復調位相に外乱として混入し、距離計測結果の精度を悪化させるという問題点があった。

このように、複数の画素領域について測距を行う場合、背景光の受光により測定精度が悪化してしまうということが課題の一例として挙げられる。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、複数の画素領域についての測距を高精度に行うことが可能な測距装置を提供することを目的の一つとしている。

請求項１に記載の発明は、出射光を出射する出射部と、前記出射光の光路上に設けられた可動ミラーと、前記出射光が外部の物体により反射された戻り光が、前記可動ミラーの動きに応じて順次照射されるように配列された複数の受光素子と、前記受光素子の受光結果に基づいて、前記外部の物体までの距離を算出する測距部と、前記複数の受光素子のうちの少なくとも一の受光素子が前記戻り光を受光した場合に、前記戻り光が照射される順序が前記少なくとも一の受光素子よりも後である他の受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能な状態にする制御部と、を有することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、出射部と、可動ミラーと、外部から入射した光が前記可動ミラーの走査に応じて順次照射されるように配列された複数の受光素子と、前記受光素子の受光結果に基づいて外部の物体までの距離を算出する測距部と、前記受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能な状態にする制御部と、を有する測距装置が実行する測距方法であって、出射光を生成して投光するステップと、前記出射光が前記外部の物体により反射された戻り光を前記複数の受光素子において順次受光するステップと、前記複数の受光素子のうちの少なくとも一の受光素子が前記戻り光を受光した場合に、前記戻り光が照射される順序が前記少なくとも一の受光素子よりも後である他の受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能な状態にするステップと、前記他の受光素子による受光結果に基づいて前記外部の物体までの距離を算出するステップと、を有することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、プログラムであって、出射部と、可動ミラーと、外部から入射した光が前記可動ミラーの動きに応じて順次照射されるように配列された複数の受光素子と、前記受光素子の受光結果に基づいて外部の物体までの距離を算出する測距部と、前記受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能な状態にする制御部と、を有する測距装置に、出射光を生成して投光するステップと、前記出射光が前記外部の物体により反射された戻り光を前記複数の受光素子において順次受光するステップと、前記複数の受光素子のうちの少なくとも一の受光素子が前記戻り光を受光した場合に、前記戻り光が照射される順序が前記少なくとも一の受光素子よりも後である他の受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能にするステップと、前記他の受光素子による受光結果に基づいて前記外部の物体までの距離を算出するステップと、を実行させることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、出射部と、可動ミラーと、外部から入射した光が前記可動ミラーの動きに応じて順次照射されるように配列された複数の受光素子と、前記受光素子の受光結果に基づいて外部の物体までの距離を算出する測距部と、前記受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能な状態にする制御部と、を有する測距装置に、出射光を生成して投光するステップと、前記出射光が前記外部の物体により反射された戻り光を前記複数の受光素子において順次受光するステップと、前記複数の受光素子のうちの少なくとも一の受光素子が前記戻り光を受光した場合に、前記戻り光が照射される順序が前記少なくとも一の受光素子よりも後である他の受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能にするステップと、前記他の受光素子による受光結果に基づいて前記外部の物体までの距離を算出するステップと、を実行させるプログラムを記録することを特徴とする。

本実施例の測距装置の概略構成を示すブロック図である。本実施例の測距装置の機能ブロックを示すブロック図である。画素Ａと画素Ｂとの位置関係を模式的に示す図である。画素Ｂにおける受光信号の検出が、画素Ａに対応する受光処理部での位相差検出部への受光信号の供給の制御に用いられることを模式的に示す図である。制御信号生成部を構成する機能ブロックを含む測距装置のブロック図である。制御信号生成部の各機能ブロックで行われる処理を模式的に示す図である。本実施例の測距装置の動作の処理ルーチンを示すフローチャートである。出射光ＯＬがラインビームである場合の画素Ｂ及び画素Ａの配置を模式的に示す図である。出射光ＯＬがラインビームである場合の画素Ｂ及び画素Ａの配置を模式的に示す図である。２つの画素領域での反射光の受光に基づいて、位相差検出部への受光信号の供給の制御を行う様子を模式的に示す図である。斜め方向に連続して配置された２つの画素領域での反射光の受光に基づいて、位相差検出部への受光信号の供給の制御を行う様子を模式的に示す図である。ゲートスイッチが外部からゲート制御信号の供給を受けて受光信号検出部と位相差検出部との間の接続及び非接続を切り替える構成を示すブロック図である。他の画素領域における反射光の受光結果ではなく、その画素領域自身における反射光の受光結果に基づいてゲートスイッチの制御を行う場合の構成を示すブロック図である。

以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。

図１は、実施例１の測距装置１００の概略構成を示すブロック図である。測距装置１００は、光学的に対象物までの距離を測定するＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）等の光測距装置から構成され、当該対象物の位置を検知する検知装置である。

測距装置１００は、所定周波数の信号に基づいて光強度を変調したレーザ光を測距領域に向けて出射し、測距領域内の対象物により反射されたレーザ光を受光して、出射時の及び受光時のレーザ光の光強度に含まれる当該所定周波数の信号成分の位相差（位相角）に基づいて、対象物までの距離を測定する。

本実施例の測距装置１００は、レーザ光を出射する際、測距領域内を２次元的に走査するようにレーザ光の照射方向を変化させる。そして、測距装置１００は、当該照射方向の変化に応じて照射面上の複数の位置において反射されたレーザ光を順次受光し、当該複数の位置の各々について距離の測定を行う。

本実施例の測距装置１００は、例えば分離光学系方式（すなわち、非同軸光学系方式）の測距装置として構成されている。測距装置１００は、出射部１１、受光部１２、走査ミラー１４、望遠レンズ１５、集光レンズ１６、測距部１７及び制御部１８を含む。

出射部１１は、レーザダイオード等からなるレーザ光源を含み、パルス状のレーザ光（すなわち、パルス光）を出射する。出射部１１は、制御部１８による制御に応じてレーザ光の出射を行う。本実施例では、出射部１１は、予め定められた所定の測距時間に亘って、レーザ光の出射を行う。

受光部１２は、フォトダイオードからなる受光素子等が複数配置されることにより構成されている。受光部１２は、外部から測距装置１００に入射し、集光レンズ１６による集光を経た光を受光して、電気信号に変換する。受光部１２を構成する複数の受光素子は、レーザ光の照射面上の複数の位置からの反射光をそれぞれ受光することが可能なように配列されている。例えば、本実施例では、受光部１２を構成する複数の受光素子は、例えばマトリクス状に配列され、２次元の受光平面を構成している。

走査ミラー１４は、例えばレーザ光を２次元的に走査するために揺動するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーから構成されている。走査ミラー１４の光反射面は、出射部１１から出射された出射光の光路上に設けられている。走査ミラー１４が揺動することにより、出射光は出射方向（光軸方向）を変化させつつ測距領域に向けて投光される。

望遠レンズ１５は、出射光の走査角度を拡大するために設けられた拡大レンズである。望遠レンズ１５は、走査ミラー１４により反射された出射光の光路上（例えば、走査ミラー１４と測距装置１００の図示せぬ出射口との間）に設けられている。

集光レンズ１６は、例えば凸レンズとして構成され、入射した光を集光する。集光レンズ１６は、測定領域内の対象物によって反射されたレーザ光（すなわち、戻り光）が入射する位置に設けられている。集光レンズ１６により集光された戻り光は、受光部１２により受光される。

測距部１７は、受光部１２による戻り光の受光結果に基づいて、対象物までの距離を算出する。具体的には、測距部１７は、出射光と複数の受光素子の各々において受光された戻り光との位相差をそれぞれの受光素子について検出し、検出された位相差に基づいて外部の物体までの距離を算出する。

制御部１８は、測距装置１００の各部の制御を行う。例えば、制御部１８は、出射部１１によるレーザ光の出射の制御や、走査ミラー１４の駆動制御を行う。また、制御部１８は、測距部１７を制御し、位相差法に基づく距離の算出を実行させる。

図２は、測距装置１００の機能ブロックを示すブロック図である。測距装置１００は、基準信号発生部１０、出射部１１及び受光処理部２０（受光処理部２０Ａ及び２０Ｂ）
を有する。

基準信号発生部１０は、出射時におけるレーザ光の光強度の変調及び受光後における位相差の検出に用いる基準信号ＦＳを生成する。基準信号ＦＳは、例えば所定周波数のサイン波の信号である。所定周波数をｆ₀とすると、例えばｓｉｎ（２π・ｆ₀・ｔ）及びｃｏｓ（２π・ｆ₀・ｔ）で表される信号が基準信号ＦＳとなる。

出射部１１は、レーザ光を出射するレーザ光源１１Ａ、及びレーザ光源１１Ａを駆動するレーザ発光駆動部１１Ｂを含む。出射部１１は、基準信号ＦＳに基づいて光強度を変調したレーザ光を出射光ＯＬとして出射する。

出射光ＯＬは、対象物によって反射され、反射光ＲＬとして測距装置１００に入射する。なお、反射光ＲＬは、出射光ＯＬの照射面の形状に対応する照射面の形状を有する。例えば、出射光ＯＬがスポット形状の照射面を有するレーザ光である場合、反射光ＲＬもこれに対応するスポット形状の照射面を有する光（以下、スポット光と称する）となる。

受光処理部２０（２０Ａ及び２０Ｂ）は、受光部１２のマトリクス状に配列された複数の受光素子のうちの１にそれぞれ対応して設けられている。本実施例では、受光処理部２０Ａ及び２０Ｂは、反射光ＲＬを順次受光する複数の受光素子のうち、出射光の走査の軌道から予測される受光順序が時間的に前後し且つ受光予定時間が近い２つの受光素子にそれぞれ対応する受光処理部である。

図３Ａは、受光処理部２０Ａに対応する受光素子である画素Ａと、受光処理部２０Ｂに対応する受光素子である画素Ｂとの位置関係を模式的に示す図である。測距領域内を２次元的に走査するように出射光ＯＬの照射方向が変化するため、反射光ＲＬを受光する受光素子もこれに応じて２次元の受光平面内で遷移する。

画素Ａ及び画素Ｂの組み合わせは、走査ミラー１４の動作の軌道に応じて選択される。例えば、走査ミラー１４による走査がラスタスキャンである場合、直線的な軌道で出射光ＯＬの出射方向が変化するため、これに応じた直線的な軌道で反射光ＲＬの入射方向が変化し、反射光ＲＬは受光部１２を構成する複数の受光素子によって順次受光される。反射光ＲＬの受光方向が図のＸ方向であるとすると、例えばＸ方向に沿って且つ１つの受光素子を間に挟んで配置された受光素子が、画素Ａ及び画素Ｂとなる。

例えば、出射光ＯＬがスポット光である場合、反射光ＲＬもスポット光として受光部１２の２次元の受光平面に入射し、図のＸ方向（すなわち、矢印の方向）に沿って順次受光される。

再び図２を参照すると、受光処理部２０Ａ及び受光処理部２０Ｂは、それぞれ受光部１２（１２Ａ及び１２Ｂ）、ゲートスイッチ２２、位相差検出部２３、及び制御信号生成部２４を有する。

受光部１２（１２Ａ及び１２Ｂ）は、所定領域内の対象物によって反射されたレーザ光である反射光ＲＬを受光し、受光した反射光ＲＬの光強度を電気信号に変換する受光素子２１Ａ、及び受光素子２１Ａにより変換された電気信号から受光信号ＲＳを検出する受光信号検出部２１Ｂを含む。受光素子２１Ａは、例えばフォトダイオード等の光検出器から構成され、受光した反射光ＲＬの光強度を電気信号に変換する。例えば、受光素子２１Ａは、ＡＰＤ（Avalanche Photodiode）から構成されている。

ゲートスイッチ２２は、受光信号検出部２１Ｂと位相差検出部２３との間を、電気的に接続された状態（すなわち、受光信号を位相差検出部が受信可能な状態）と電気的に接続されていない状態（すなわち、受光信号を位相差検出部が受信不可能な状態）とに切り替える接続切替部である。受光信号検出部２１Ｂと位相差検出部２３とが電気的に接続された状態である場合、受光信号検出部２１Ｂから位相差検出部２３に受光信号ＲＳが供給される。受光信号検出部２１Ｂと位相差検出部２３とが電気的に接続されていない状態である場合、受光信号検出部２１Ｂから位相差検出部２３への受光信号ＲＳの供給が停止される。

ゲートスイッチ２２は、反射光ＲＬの受光順序が手前の受光部の制御信号生成部２４からのゲート制御信号ＧＣＳの供給に応じて上記の切り替えを行う。例えば、本実施例では、受光処理部２０Ａのゲートスイッチ２２は、受光処理部２０Ｂの制御信号生成部２４から供給されたゲート制御信号ＧＣＳに応じて、受光信号検出部２１Ｂと位相差検出部２３との間の電気的な接続及び非接続の切り替えを行う。

位相差検出部２３は、受光信号検出部２１Ｂによって検出された受光信号ＲＳ及び基準信号発生部１０から供給された基準信号ＦＳに基づいて、出射光ＯＬと反射光ＲＬとの位相差ＰＤを検出する。位相差検出部２３は、検出した位相差ＰＤを距離算出部（図示せず）に供給する。距離算出部は、供給された位相差ＰＤに基づいて、各受光素子（すなわち、各画素領域）について対象物までの距離を算出する。なお、各受光素子の位相差検出部２３は、図示せぬ距離算出部とともに図１に示す測距部１７（図２では図示を省略）を構成している。

制御信号生成部２４は、受光信号検出部２１Ｂからの受光信号ＲＳの供給に応じてゲート制御信号ＧＣＳを生成し、反射光ＲＬの受光順序が後の受光処理部（すなわち、反射光ＲＬの受光が時間的に後に予定されている受光処理部）のゲートスイッチ２２に供給する。制御信号生成部２４は、ゲート制御信号ＧＣＳの供給先である受光処理部のゲートスイッチ２２と電気的な接続ライン等を介して信号供給可能に接続されている。例えば、受光処理部２０Ｂの制御信号生成部２４は、受光処理部２０Ａのゲートスイッチ２２と接続ラインを介して予め接続されている。

制御信号生成部２４は、所定期間だけ“Ｈ”レベルとなり、それ以外の期間において“Ｌ”レベルとなる２値の信号レベルを有するゲート制御信号ＧＣＳを生成する。例えば、受光処理部２０Ｂの制御信号生成部２４は、受光信号検出部２１Ｂから供給された受光信号ＲＳの信号レベルが所定の閾値を超えている期間だけ“Ｈ”レベルとなり、それ以外の期間において“Ｌ”レベルとなるゲート制御信号ＧＣＳを生成し、受光処理部２０Ａのゲートスイッチ２２に供給する。

図４は、制御信号生成部２４を構成する機能ブロックを含む測距装置１００のブロック図である。なお、ここでは共通の構成を有する受光処理部２０Ａ及び２０Ｂのうち、受光処理部２０Ｂのみについてその機能ブロックの構成を示し、受光処理部２０Ａについては図示を省略している。また、ここでは基準信号発生部１０が基準信号ＦＳとして、周波数信号ＦＳ１＝ｃｏｓ（２π・ｆ₀・ｔ）及び周波数信号ＦＳ２＝ｓｉｎ（２π・ｆ₀・ｔ）を供給する場合について説明する。

制御信号生成部２４は、積算部２５Ａ及び２５Ｂと、ＬＰＦ（Low Pass Filter）２６Ａ及び２６Ｂと、コンパレータ２７Ａ及び２７Ｂと、パルス幅調整部２８と、を含む。

積算部２５Ａは、受光信号ＲＳに対して周波数信号ＦＳ１を掛け算する演算を行う。同様に、積算部２５Ｂは、受光信号ＲＳに対して周波数信号ＦＳ２を掛け算する演算を行う。

ＬＰＦ２６Ａは、受光信号ＲＳと周波数信号ＦＳ１とを掛け算した演算結果から高周波成分を遮断し、ＤＣ成分を抽出する。これにより、受光信号ＲＳの余弦成分ＣＳが検出される。

ＬＰＦ２６Ｂは、受光信号ＲＳと周波数信号ＦＳ２とを掛け算した演算結果から高周波成分を遮断し、ＤＣ成分を抽出する。これにより、受光信号ＲＳの正弦成分ＳＳが検出される。

図５は、制御信号生成部２４の各機能ブロックで行われる処理を模式的に示す図である。積算部２５Ａ及び２５Ｂによる演算と、ＬＰＦ２６Ａ及び２６Ｂの通過とを経ることにより、画素Ｂでの受光信号ＲＳの包絡線波形が検出される。

再び図４を参照すると、コンパレータ２７Ａは、受信信号ＲＳの余弦成分ＣＳと所定の閾値とを比較し、比較結果を２値の信号として出力する。同様に、コンパレータ２７Ｂは、受信信号ＲＳの正弦成分ＳＳと所定の閾値とを比較し、比較結果を２値の信号として出力する。これにより、図５に示すように、受光信号ＲＳの包絡線波形の信号レベルが閾値ＴＨ以上である期間は論理値“１”（すなわち、“Ｈ”レベル）、閾値ＴＨ未満である期間は論理値“０”（すなわち、“Ｌ”レベル）となるような２値の信号がコンパレータ出力として出力される。このコンパレータ出力が“Ｈ”レベルである期間は、画素Ｂにおいて反射光ＲＬが受光された期間に相当する期間である。

パルス幅調整部２８は、コンパレータ２７Ａ及び２７Ｂから出力されたコンパレータ出力に基づいて、ゲート制御信号ＧＣＳを生成するためのパルス幅の調整を行う。例えば、パルス幅調整部２８は、走査ミラー１４の動作速度に基づいて算出された出射光ＯＬの走査速度を用いて、パルス幅の調整を行う。これにより、図５に示すように、画素Ａでの受光信号ＲＳとして予測される信号波形に相当するパルス幅を有するゲート制御信号ＧＣＳが生成される。

再び図２を参照すると、受光処理部２０Ｂの制御信号生成部２４から出射されたゲート制御信号ＧＣＳは、受光処理部２０Ａのゲートスイッチ２３に供給される。受光処理部２０Ａのゲートスイッチ２３は、ゲート制御信号ＧＣＳの信号レベルに応じて、受光信号２１Ｂと位相差検出部２２との間の電気的な接続及び非接続を切り替える。例えば、ゲートスイッチ２３は、ゲート制御信号ＧＣＳが“Ｈ”レベルの期間において受光信号検出部２１Ｂと位相差検出部２２との間を接続し、ゲート制御信号ＧＣＳが“Ｌ”レベルの期間において受光信号検出部２１Ｂと位相差検出部２２との間を非接続にする。

これにより、受光処理部２０Ａでは、画素Ａでの反射光ＲＬの受光が想定される期間では受光信号検出部２１Ｂから位相差検出部２２に受光信号ＲＳが供給され、それ以外の期間では受光信号ＲＳの供給が停止される。従って、位相差検出部２２は、背景光のみの入射が想定される期間では位相差の検出を行わず、反射光ＲＬの受光が想定される期間において位相差の検出を行う。

図３Ｂは、画素Ｂに対応する受光処理部２０Ｂおける受光信号ＲＳの検出が、画素Ａに対応する受光処理部２０Ａでの位相差検出部２２への受光信号ＲＳの供給の制御に用いられることを模式的に示す図である。このように、受光処理部２０Ｂにおける受光信号ＲＳの検出に基づいて、画素Ｂにおける反射光ＲＬの受光タイミングの情報が取得され、当該受光タイミングの情報に基づいて、受光処理部２０Ａの位相差検出部２２への受光信号ＲＳの供給の制御が行われる。

次に、本実施例の測距装置１００の動作について、図６のフローチャートを参照して説明する。

まず、制御部１８が、出射部１１を制御して出射光ＯＬを出射させる。出射光ＯＬは走査ミラー１４によって反射され、望遠レンズ１５を通過して測距装置１００の外部に向けて投光される。その際、制御部１８が走査ミラー１４を制御して揺動させることにより、出射光ＯＬは走査するように出射方向を変化させつつ投光される（ＳＴＥＰ１０１）。

測距装置１００の外部に位置する対象物によって反射された出射光ＯＬは、反射光ＲＬとして測距装置１００に入射し、集光レンズ１６によって集光され、受光部１２に入射する。その際、走査ミラー１４の揺動による出射光ＯＬの出射方向の変化に応じて反射光ＲＬの入射方向が変化することにより、反射光ＲＬは受光部１２を構成する複数の受光素子によって順次受光される。

一の画素（例えば、画素Ｂ）に対応する受光処理部２０Ｂの受光信号検出部２１Ｂは、受光素子２１Ａによって受光された反射光ＲＬから受光信号ＲＳを検出する（ＳＴＥＰ１０２）。

上記一の画素に対応する受光処理部２０Ｂの制御信号生成部２４は、受光信号検出部２１Ｂによる受光信号ＲＳの検出に基づいてゲート制御信号ＧＣＳを生成し、他の画素（例えば、画素Ａ）に対応する受光処理部２０Ａのゲートスイッチ２２に供給する。ゲートスイッチ２２は、供給されたゲート制御信号ＧＣＳに基づいて、受光信号検出部２１Ｂと位相差検出部２３との間を電気的に接続する（ＳＴＥＰ１０３）。

当該他の画素に対応する受光信号検出部２１Ｂは、受光信号ＲＳを位相差検出部２３に供給する（ＳＴＥＰ１０４）。位相差検出部２３は、供給された受光信号ＲＳに基づいて、画素Ａについての位相差検出を行う
制御部１８は、所定の測距時間が経過したか否かを判定する（ＳＴＥＰ１０５）。所定の測距時間が経過していないと判定された場合（ＳＴＥＰ１０５：Ｎｏ）、対象となる画素を走査軌道に応じて変更しつつ（ＳＴＥＰ１０６）、ＳＴＥＰ１０２〜ＳＴＥＰ１０４の処理を繰り返し実行する。

一方、所定の測距時間が経過したと判定された場合（ＳＴＥＰ１０５：Ｎｏ）、全画素について、対応する受光信号検出部２１Ｂと位相差検出部２３との間を電気的に非接続な状態（すなわち、受光信号ＲＳを位相差検出部２３が受信可能な状態）とし（ＳＴＥＰ１０７）、処理を終了する。

以上の処理を実行する間、受光信号ＲＳの供給を受けた各位相差検出部２３は位相差の検出を行い、測距部１７は検出された位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。

なお、一の画素に対応する受光素子が受光部１２において最初に反射光ＲＬを受光する受光素子であった場合、当該一の画素についての最初の位相差検出を行うことはできないものの、それ以降のタイミングで反射光ＲＬを受光する受光素子については、位相差の検出を行うことができる。

以上のように、本実施例の測距装置１００では、反射光ＲＬが各受光素子に入射することが想定される期間でのみ、受光信号ＲＳが位相差検出部２２に供給される。このため、各受光素子に対応する位相差検出部２２は、背景光のみが入射するタイミングでは位相差検出を行わず、反射光ＲＬを受光したタイミングで位相差検出を行うことができる。従って、本実施例の測距装置１００によれば、背景光等によるノイズの影響を抑えつつ、位相差の検出を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施例では、出射されるレーザ光がスポット光である場合を例として説明した。しかし、照射面がライン形状のレーザ光（すなわち、ラインビーム）を出射光として用いてもよい。例えば、複数のエミッタがライン状に配列されたマルチエミッタによってレーザ光源１１Ａを構成することにより、出射光ＯＬをラインビームとすることができる。出射光ＯＬがラインビームである場合、反射光ＲＬの照射面の形状もライン状となる。

その際、受光部１２を構成する複数の受光素子は、エミッタの配列よりも高次元に配列されていることが好ましい。例えば、ライン状に配列された複数のエミッタから出射されたラインビームを出射光として用いる場合、複数の受光素子は複数行及び複数列のマトリクス状に配列されていればよい。また、例えば１つのエミッタ（シングルエミッタ）から出射されたスポット形状の照射面を有するレーザ光を出射光として用いる場合、複数行及び複数列のマトリクス状に配列されていてもよく、行又は列方向が単数の直線状（すなわち、ラインセンサの形状）に配列されていても良い。

図７Ａ及び図７Ｂは、出射光ＯＬがラインビームである場合の画素Ｂ及び画素Ａの配置を示している。図７Ａに示すように、出射光ＯＬがラインビームであり、反射光ＲＬの照射面がライン形状である場合においても、受光方向（図のＸ方向）に沿って対応する位置に配置された受光素子（すなわち、画素）が画素Ｂ及び画素Ａとなる。また、厳密に受光方向（図のＸ方向）に沿った位置ではなく、図７Ｂに示すように、Ｘ方向に対して斜めの位置関係にある受光素子を画素Ｂ及び画素Ａとしてもよい。

また、上記実施例では、走査ミラー１４による出射光ＯＬの走査がラスタスキャンであり、受光部１２による反射光ＲＬの受光が直線的な軌道で行われる場合を例として説明した。しかし、走査ミラー１４がリサージュスキャンによって出射光ＯＬを投光する場合にも本発明を適用することが可能である。その場合、リサージュスキャンの軌道に対応する軌道で反射光ＲＬの受光が行われるため、上記実施例における受光素子Ａ及び受光素子Ｂの関係となる受光素子を当該軌道に応じて予め特定することが可能である。

また、上記実施例では、受光素子Ｂに対応する制御信号生成部２４と受光素子Ａに対応するゲートスイッチ２２とが、走査ミラー１４の軌道に応じて予め接続ライン等によって信号供給可能に接続（すなわち、ハード的に接続）されている場合を例として説明した。しかし、これとは異なり、各受光処理部の制御信号生成部２４が生成したゲート制御信号ＧＣＳの供給先を、図１に示す制御部１８が制御（すなわち、ソフト的に制御）する構成としても良い。例えば、測距装置１００に設けられた図示せぬ記憶部が、ゲート制御信号ＧＣＳの供給元となる受光処理部及び供給先となる受光処理部を走査ミラー１４の軌道毎に対応付けて格納したテーブルを記憶し、制御部１８がこのテーブルを適宜読み出して参照することにより、ゲート制御信号ＧＣＳの供給についての制御部１８による制御が可能となる。

また、上記実施例では、ゲートスイッチ２２及び位相差検出部２３が各受光素子（すなわち、各受光処理部）についてそれぞれ設けられている例について説明した。しかし、これらを複数の受光素子について共通に設けてもよい。

また、上記実施例では、１つの受光素子（画素Ａ）に対応する受光処理部２０Ａにおける位相差検出部２２への受光信号ＲＳの供給の制御を、他の１つの受光素子（画素Ｂ）の反射光ＲＬの受光のタイミングに基づいて行う例について説明した。しかし、これに限られず、２つ以上の他の受光素子での反射光ＲＬの受光に基づいて、１つの受光素子に対応する受光部における位相差検出部２２への受光信号ＲＳの供給の制御を行うように構成してもよい。

図８Ａ及び図８Ｂは、２つの受光素子での反射光ＲＬの受光に基づいて、位相差検出部への受光信号ＲＳの供給の制御を行う様子を模式的に示す図である。図８Ａに示すように、受光方向（図のＸ方向）に沿って連続して配置された２つの受光素子である画素Ｂ及び画素Ｃにおける反射光ＲＬの受光結果に基づいて、画素Ａに対応する受光処理部２０Ａにおける位相差検出部２２への受光信号ＲＳの供給を制御するように構成しても良い。また、２次元の受光平面において反射光ＲＬが受光される位置の変化（すなわち、受光方向）に応じて、例えば図８Ｂに示すように、斜め方向に連続して配置された受光素子（例えば、図に示す画素Ｂ及び画素Ｃ）における反射光ＲＬの受光結果に基づいて、画素Ａに対応する受光処理部２０Ａにおける位相差検出部２２への受光信号ＲＳの供給を制御するように構成しても良い。

また、上記実施例では、ある受光素子（画素Ａ）に対応する受光処理部（２０Ａ）における位相差検出部２２への受光信号ＲＳの供給の制御を、他の受光素子（画素Ｂ）での反射光ＲＬの受光のタイミングに基づいて行う例について説明した。しかし、位相差検出部２２への受光信号ＲＳの供給の制御の態様はこれに限定されない。

図９は、ゲートスイッチ２３が受光処理部２０の外部からゲート制御信号ＧＣＳの供給を受けて、受光信号検出部２１Ｂと位相差検出部２２との間の接続及び非接続を切り替える構成を示すブロック図である。例えば、測距装置１００は、走査ミラー１４の動作や、カメラを用いた画像処理等によって予備的に取得された対象物までの距離情報等基づいてゲート制御信号ＧＣＳを生成し、生成したゲート制御信号をゲートスイッチ２３に供給するように構成されていてもよい。

図１０は、他の受光素子における反射光ＲＬの受光結果ではなく、その受光素子自身における反射光ＲＬの受光結果に基づいて、ゲートスイッチ２３の制御を行う場合の構成を示すブロック図である。出射信号検出部２４は、他の受光部のゲートスイッチにゲート制御信号ＧＣＳを供給するのではなく、同じ受光処理部２０内のゲートスイッチ２３にゲート制御信号ＧＣＳを供給する。ゲートスイッチ２３は、供給されたゲート制御信号ＧＣＳに基づいて、受光信号検出部２１Ｂと位相差検出部２２との間の電気的な接続及び非接続を切り替える。かかる構成によれば、受光信号検出部２１Ｂが受光信号ＲＳを検出してからゲートスイッチ２３の制御を行うため、位相差検出部２２への受光信号ＲＳの供給開始まで多少のタイムラグは生じるものの、背景光等に起因するノイズの影響を抑制しつつ、測距に必要な範囲で十分に位相差検出を行うことが可能となる。

また、上記実施例で説明した一連の処理は、例えばＲＯＭなどの記録媒体に格納されたプログラムに従ったコンピュータ処理により行うことができる。

１００測距装置
１０基準信号発生部
１１出射部
１１Ａレーザ光源
１１Ｂレーザ発光駆動部
１２受光部
１４走査ミラー
１５望遠レンズ
１６集光レンズ
１７測距部
２０受光処理部
２１Ａ受光素子
２１Ｂ受光信号検出部
２２位相差検出部
２３ゲートスイッチ
２４出射信号検出部
２５Ａ積算部
２５Ｂ積算部
２６ＡＬＰＦ
２６ＢＬＰＦ
２７Ａコンパレータ
２７Ｂコンパレータ
２８パルス幅調整部

Claims

出射光を出射する出射部と、
前記出射光の光路上に設けられた可動ミラーと、
前記出射光が外部の物体により反射された戻り光が、前記可動ミラーの動きに応じて順次照射されるように配列された複数の受光素子と、
前記受光素子の受光結果に基づいて、前記外部の物体までの距離を算出する測距部と、
前記複数の受光素子のうちの少なくとも一の受光素子が前記戻り光を受光した場合に、前記戻り光が照射される順序が前記少なくとも一の受光素子よりも後である他の受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能な状態にする制御部と、
を有することを特徴とする測距装置。
前記測距部は、前記出射光と前記複数の受光素子の各々において受光された前記戻り光との位相差をそれぞれ検出する複数の位相差検出部を含み、検出された前記位相差に基づいて前記外部の物体までの距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
前記複数の受光素子はマトリクス状に配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の測距装置。
前記他の受光素子は、配列された前記複数の受光素子の中での前記一の受光素子の位置と、前記スキャンミラーの走査の軌道と、に基づいて特定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の測距装置。
前記制御部は、前記一の受光素子による前記戻り光の受光結果に基づいて、前記他の受光素子と前記測距部との間の接続及び非接続を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の測距装置。
前記制御部は、前記複数の受光素子にそれぞれ対応して設けられており、
前記１の受光素子に対応する前記制御部は、前記一の受光素子における前記戻り光の受光結果に基づいて、前記他の受光素子と前記測距部との間の接続及び非接続を制御することを特徴とする請求項５に記載の測距装置。
前記複数の受光素子は、受光した前記戻り光の光強度を電気信号に変換して受信信号を生成し、
前記一の受光素子に対応する前記制御部は、前記一の受光素子により生成された前記受信信号の信号レベルに基づいて、前記他の受光素子に対応する接続及び非接続を制御することを特徴とする請求項６に記載の測距装置。
前記制御部は、前記少なくとも一の受光素子が前記戻り光を受光した場合に、当該戻り光を受光してから所定時間経過後に、前記他の受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能な状態にすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の測距装置。
出射部と、可動ミラーと、外部から入射した光が前記可動ミラーの動きに応じて順次照射されるように配列された複数の受光素子と、前記受光素子の受光結果に基づいて外部の物体までの距離を算出する測距部と、前記受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能な状態にする制御部と、を有する測距装置が実行する測距方法であって、
出射光を生成して投光するステップと、
前記出射光が前記外部の物体により反射された戻り光を前記複数の受光素子において順次受光するステップと、
前記複数の受光素子のうちの少なくとも一の受光素子が前記戻り光を受光した場合に、前記戻り光が照射される順序が前記少なくとも一の受光素子よりも後である他の受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能な状態にするステップと、
前記他の受光素子による受光結果に基づいて前記外部の物体までの距離を算出するステップと、
を有することを特徴とする測距方法。
出射部と、可動ミラーと、外部から入射した光が前記可動ミラーの動きに応じて順次照射されるように配列された複数の受光素子と、前記受光素子の受光結果に基づいて外部の物体までの距離を算出する測距部と、前記受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能な状態にする制御部と、を有する測距装置に、
出射光を生成して投光するステップと、
前記出射光が前記外部の物体により反射された戻り光を前記複数の受光素子において順次受光するステップと、
前記複数の受光素子のうちの少なくとも一の受光素子が前記戻り光を受光した場合に、前記戻り光が照射される順序が前記少なくとも一の受光素子よりも後である他の受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能にするステップと、
前記他の受光素子による受光結果に基づいて前記外部の物体までの距離を算出するステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
出射部と、可動ミラーと、外部から入射した光が前記可動ミラーの動きに応じて順次照射されるように配列された複数の受光素子と、前記受光素子の受光結果に基づいて外部の物体までの距離を算出する測距部と、前記受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能な状態にする制御部と、を有する測距装置に、
出射光を生成して投光するステップと、
前記出射光が前記外部の物体により反射された戻り光を前記複数の受光素子において順次受光するステップと、
前記複数の受光素子のうちの少なくとも一の受光素子が前記戻り光を受光した場合に、前記戻り光が照射される順序が前記少なくとも一の受光素子よりも後である他の受光素子の出力信号を前記測距部が受信可能にするステップと、
前記他の受光素子による受光結果に基づいて前記外部の物体までの距離を算出するステップと、
を実行させるプログラムを記録することを特徴とする記録媒体。