JP2021110739A - ライダー装置及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い映像解像度を具現したライダー装置及びその動作方法を提供する。【解決手段】ライダー（ＬｉＤＡＲ）装置は、複数の光源、及び複数の光検出要素を含み、複数の光検出要素のうちいずれか１つの光検出要素が検出した第１検出情報を基に、残り光検出要素のうち少なくとも一つによって検出された第２検出情報から、ＴｏＦ演算のエラーの原因となるクロストークを除去し、そして対象体までの距離を計算し、対象体の位置及び形状分析のためのデータ処理を行う。【選択図】図９

Description

本開示は、ライダー装置及びその動作方法に関する。

ライダー（ＬｉＤＡＲ：light detection and ranging）システムは、多様な分野、例えば、宇宙航空、地質学、三次元地図、自動車、ロボット、ドローンなどに応用されている。

ライダー装置は、基本動作原理として、光の往復飛行時間測定法（ＴｏＦ：time of flight）を基本動作原理として利用する。例えば、該ライダー装置は、対象体に向けて光を送信し、センサを介してそれを受信し、高速電気回路を利用し、飛行時間を計測することができる。また、該ライダー装置は、飛行時間から、対象体までの距離を演算し、対象体の各位置別に演算された距離を利用し、対象体に係わる深さ映像を生成することができる。

一方、該ライダー装置は、与えられたフレームタイム内において、高い映像解像度を具現するために、複数の光源、及び複数の光源から照射された光を受信する複数の光検出要素を具備することができるが、その場合、いずれか１つの光検出要素が２つの光源から照射された光を受信することにより、ＴｏＦ演算のエラーが発生しうる。

従って、光検出要素が検出した検出情報から受信信号を区別し、クロストーク（crosstalk）を除去する技術が要求される。

米国特許第10063849号明細書

本発明が解決しようとする課題は、クロストークを除去することができるライダー装置及びその動作方法を提供することである。本発明が解決しようとする技術的課題は、前述のような技術的課題に限定されるものではなく、以下の実施形態から他の技術的課題が類推されうる。

一側面によるライダー（ＬｉＤＡＲ）装置は、複数の光源を含み、前記複数の光源で生成された光を対象体に向けて照射する光送信部と、前記対象体に向けて照射された光の反射光を検出する複数の光検出要素を含み、前記複数の光検出要素のうちいずれか１つの光検出要素が検出した第１検出情報を基に、残り光検出要素のうち少なくとも一つによって検出された第２検出情報から、クロストークを除去する光受信部と、前記クロストークが除去された検出情報を利用し、前記対象体に係わる情報を獲得するプロセッサと、を含んでもよい。

また、前記光受信部は、前記複数の光源のうち第１光源から前記対象体に向けて照射した第１光を第１経路を介して受信し、前記第１光に係わる前記第１検出情報を出力する第１光検出要素と、前記第１光源と異なる第２光源から前記対象体に向けて照射した第２光を第２経路を介して受信する第２光検出要素と、を含み、前記クロストークは、前記第１光源から前記対象体に向けて照射された前記第１光が、前記第１経路と異なる第３経路を介し、前記第２光検出要素にさらに受信されることによって発生し、前記第２光検出要素は、前記クロストークが発生した場合、前記第１光及び前記第２光に係わる前記第２検出情報を出力することができる。

また、前記光受信部は、前記第１光検出要素が出力した前記第１検出情報を、パルス波状の第１パルス信号に変換する第１検出信号変換部と、前記第２光検出要素が出力した前記第２検出情報を、パルス波状の第２パルス信号に変換する第２検出信号変換部と、をさらに含んでもよい。

また、前記光受信部は、前記第１光検出要素が検出した前記第１光の第１受信時点、及び前記第２光検出要素が検出した前記第１光の第２受信時点のうち先立つ時点を、前記クロストークの除去開始時点と決定し、前記第２パルス信号に含まれたパルスのうち、前記除去開始時点から、既設定のマスキング（masking）パルス幅までの間に位置するパルスを除去するクロストーク除去部をさらに含んでもよい。

また、前記マスキングパルス幅は、前記光送信部が照射した前記第１光のパルス幅よりも広く設定される。

また、前記光送信部は、前記複数の光源で生成された光が、前記対象体をスキャニングするように、光の調節方向を調節するビームステアリング素子をさらに含んでもよい。

また、前記ビームステアリング素子は、機械式回転で光の照準方向を調節することができる。

また、前記光受信部は、前記複数の光検出要素それぞれで検出した光の飛行時間（ＴｏＦ）をカウントする複数のカウンタを含んでもよい。

また、前記プロセッサは、前記光受信部が検出した光の飛行時間（ＴｏＦ）を基に、前記対象体までの距離を計算し、前記対象体の位置及び形状分析のためのデータ処理を行うことができる。

他の側面によるライダー装置の動作方法は、複数の光源で生成された光を対象体に向けて照射する段階、前記対象体に向けて照射された光の反射光を複数の光検出要素を介して検出する段階、前記複数の光検出要素のうちいずれか１つの光検出要素が検出した第１検出情報を基に、残り光検出要素のうち少なくとも一つによって検出された第２検出情報から、クロストークを除去する段階、及び前記クロストークが除去された検出情報を利用し、前記対象体に係わる情報を獲得する段階を含んでもよい。

また、前記検出する段階は、第１光検出要素を利用し、前記複数の光源のうちいずれか１つの第１光源から前記対象体に向けて照射した第１光を第１経路を介して受信し、第１光に係わる前記第１検出情報を出力する段階、第２光検出要素を利用し、前記第１光源と異なる第２光源から前記対象体に向けて照射した第２光を第２経路を介して受信する段階を含み、前記クロストークは、前記第１光源から前記対象体に向けて照射された前記第１光が、前記第１経路と異なる第３経路を介し、前記第２光検出要素にさらに受信されることによって発生し、前記クロストークが発生した場合、前記第２光検出要素を利用し、前記第１光及び前記第２光に係わる前記第２検出情報を出力する段階をさらに含んでもよい。

また、前記検出する段階は、前記第１光検出要素が出力した前記第１検出情報を、パルス波状の第１パルス信号に変換する段階、及び前記第２光検出要素が出力した前記第２検出情報を、パルス波状の第２パルス信号に変換する段階をさらに含んでもよい。

また、前記除去する段階は、前記第１光検出要素が検出した前記第１光の第１受信時点、及び前記第２光検出要素が検出した前記第１光の第２受信時点のうち先立つ時点を、前記クロストークの除去開始時点として決定する段階、及び前記第２パルス信号に含まれたパルスのうち、前記除去開始時点から、既設定のマスキングパルス幅までの間に位置するパルスを除去する段階を含んでもよい。

また、前記マスキングパルス幅は、前記第１光及び前記第２光のパルス幅よりも広く設定される。

また、前記獲得する段階は、前記複数の光検出要素それぞれで検出した光の飛行時間（ＴｏＦ）をカウントする段階を含んでもよい。

また、前記獲得する段階は、前記飛行時間（ＴｏＦ）を基に、前記対象体までの距離を演算し、前記対象体の位置及び形状分析のためのデータ処理を行う段階をさらに含んでもよい。

本発明のライダー装置は、与えられたフレームタイム内において、高い映像解像度を具現するために、複数の光源、及び複数の光源から照射された光を受信する複数の光検出要素を具備する場合にも、複数の光検出要素間のクロストークを除去し、さらに正確に対象体の位置及び形状を分析することができる。

一実施形態によるライダー装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態によるライダー装置の光送信部、及び光受信部の例示的な配置と動作とを示す。 一実施形態によるライダー装置に具備されるビームステアリング素子の例、及びそれによるポイントスキャニングの原理について説明する図面である。 一実施形態によるライダー装置に具備されるビームステアリング素子の例、及びそれによるポイントスキャニングの原理について説明する図面である。 一実施形態によるライダー装置に具備されるプロセッサの例示的な構成を示すブロック図である。 図４のプロセッサによって対象領域が区画された例を示す図面である。 一実施形態によるライダー装置に具備される光受信部の例示的な回路構成を示す図面である。 クロストークが発生していない場合、光受信部が検出する検出情報について説明するための図面である。 クロストークが発生していない場合、光受信部が検出する検出情報について説明するための図面である。 クロストークが発生する場合、光受信部が検出する検出情報について説明するための図面である。 クロストークが発生する場合、光受信部が検出する検出情報について説明するための図面である。 一実施形態によるライダー装置に具備される光受信部の内部ブロック図を図示した図面である。 図９の第１検出情報及び第２検出情報を利用したクロストークの識別方法及び除去方法について説明するための図面である。 図９の第１検出情報及び第２検出情報を利用したクロストークの識別方法及び除去方法について説明するための図面である。 クロストークが発生する場合の実験例を示す図面である。 マスキングパルスを介してクロストークを除去する場合の実験例を示す図面である。 一実施形態によるライダー装置の動作方法について説明するフローチャートである。 複数の光検出要素を介する反射光の検出方法について説明するフローチャートである。 複数の光検出要素が検出した検出情報において、クロストークを識別する方法について説明する図面である。 複数の光検出要素が検出した検出情報におけるクロストーク除去方法について説明するフローチャートである。

本明細書において、多様なところに使用される「一部実施形態において」または「一実施形態において」というような語句は、必ずしもいずれも同一実施形態を示すものではない。

本開示の一部実施形態は、機能的なブロック構成、及び多様な処理段階によっても示される。そのような機能ブロックの一部または全部は、特定機能を実行する多様な個数のハードウェア構成及び／またはソフトウェア構成によっても具現される。例えば、本開示の機能ブロックは、１以上のマイクロプロセッサによって具現されるか、あるいは所定機能のための回路構成によっても具現される。また、例えば、本開示の機能ブロックは、多様なプログラミング言語またはスクリプティング言語によっても具現される。機能ブロックは、１以上のプロセッサで実行されるアルゴリズムによっても具現される。また、本開示は、電子的な環境設定、信号処理及び／またはデータ処理などのために従来技術を採用することができる。「メカニズム」、「要素」、「手段」及び「構成」のような用語は、汎用されるものであり、機械的であって物理的な構成として限定されるものではない。

また、図面に図示された構成要素間の連結線または連結部材は、機能的な連結、及び／または物理的または回路的な連結を例示的に示したのみである。実際の装置においては、代替可能であったり追加されたりする多様な機能的な連結、物理的な連結、または回路連結により、構成要素間の連結が示されうる。

図１は、一実施形態によるライダー（ＬｉＤＡＲ：light detection and ranging）装置の構成を示すブロック図である。

図１を参照すれば、ライダー装置１０００は、対象体ＯＢＪに光をスキャニングする光送信部１００、光送信部１００から対象体ＯＢＪに照射された光の反射光を検出する光受信部２００、光送信部１００及び光受信部２００を制御するプロセッサ３００を含んでもよい。ただし、図１に図示されたライダー装置１０００には、本実施形態と係わる構成要素だけが図示されている。従って、ライダー装置１０００には、図１に図示された構成要素以外に、他の汎用的な構成要素がさらに含まれてもよいということは、当業者に自明であろう。

光送信部１００は、複数の光源（光源１、光源２、…、光源Ｎ）を含む光源部１１０とビームステアリング素子１８０とを含んでもよい。

一実施形態において、光源部１１０とビームステアリング素子１８０との配置及び駆動は、複数の光源それぞれからの光が、ビームステアリング素子１８０を経由し、互いに異なる照射角度で、対象体ＯＢＪをスキャニングするようにも定められる。他の実施形態において、光源部１１０とビームステアリング素子１８０との配置及び駆動は、複数の光源それぞれからの光がビームステアリング素子１８０を経由し、互いに同一な照射角度で対象体ＯＢＪをスキャニングするようにも定められる。

光源部１１０の光源は、対象体ＯＢＪの位置、形状の分析に使用する光を照射することができる。光源部１１０は、所定波長の光を生成及び照射し、例えば、対象体ＯＢＪの位置、形状分析に適する波長帯域の光、例えば、赤外線帯域波長の光を放出することができる。該赤外線帯域の光を使用すれば、太陽光を始めとする可視光線領域の自然光との混合が防止されうる。しかし、必ずしも赤外線帯域に限定されるものではなく、多様な波長帯域の光を放出することができる。

光源部１１０は、ＬＤ（laser diode）、側面発光レーザ（edge emitting laser）、垂直共振型表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：vertical-cavity surface emitting laser）分布帰還型レーザ（distributed feedback laser）、ＬＥＤ（light emitting diode）、ＳＬＤ（super luminescent diode）などの光源を含んでもよい。光源部１１０は、複数の互いに異なる波長帯域の光を生成照射することもできる。光源部１１０は、パルス光または連続光を生成照射することができる。

光源部１１０の光源は、プロセッサ３００の制御下、対象体ＯＢＪに向けて光を照射することができる。例えば、プロセッサ３００は、各光源からの光の照射方向または照射角度を設定することができ、複数の光源がそれぞれ設定された照射角度または方向によって光を照射するように、光源部１１０を制御することができる。

ビームステアリング素子１８０は、光源部１１０からの光を対象体ＯＢＪに向けて照準し、照準方向が時間順に調節され、光源部１１０から出る点光（point light）をして、対象体ＯＢＪ全体をスキャンさせる。ビームステアリング素子１８０としては、スキャニングミラーまたは光学位相アレイ（optical phased array）が使用されうる。

光受信部２００は、対象体ＯＢＪからの反射光を、位置によって区分して検出することができるピクセル化された複数の領域を含んでもよい。

光受信部２００は、図示されているように、複数のピクセルＰＸ１，ＰＸ２，…，ＰＸｍに区画されたディテクタアレイ２２０を含んでもよい。複数のピクセルＰＸ１，ＰＸ２，…，ＰＸｍそれぞれには、光検出要素が配置されうる。言い換えれば、光検出要素２２２は、ディテクタアレイ２２０内における位置によって区分されるピクセルＰＸ１，ＰＸ２，…，ＰＸｍをなし、各ピクセルＰＸ１，ＰＸ２，…，ＰＸｍは、対象体ＯＢＪからの反射光と、光源部１１０から照射される光とを区分して検出することができる。

光受信部２００は、複数の光検出要素２２２それぞれで検出された光の飛行時間（ＴｏＦ：time of flight）を測定（カウント）するための回路部２４０を含んでもよく、それ以外に、対象体ＯＢＪからの光を所定ピクセルに集めるための光学要素をさらに含んでもよい。

複数の光検出要素２２２は、光をセンシングすることができるセンサであり、例えば、光エネルギーによって電気信号を発生させる受光素子でもある。該受光素子の種類は、特別に限定されるものではない。

一実施形態によるライダー装置１０００は、前述のように、ポイントスキャニング（point scanning）方式を使用し、従って、光検出要素２２２に受信される光の強度は、他の方式、例えば、フラッシュ（flash）方式に比べて低くもなる。従って、光検出要素２２２としては、センシング感度が高いアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：avalanche photo diode）またはシングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ：single photon avalanche diode）が採用されうる。光受信部２００の光検出要素２２２がアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）またはシングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）のうちいずれの受光素子を含むかということにより、ＡＦＥ（analog front end）、ＴＤＣ（time to digital converter）のような具体的回路構成が異なりもする。

プロセッサ３００は、光受信部２００で検出された光を利用し、対象体ＯＢＪに係わる情報獲得のための信号処理を行うことができる。プロセッサ３００は、例えば、対象体ＯＢＪから反射された光の飛行時間（ＴｏＦ）に基づき、対象体ＯＢＪの各位置までの距離を決定し、対象体ＯＢＪの位置、形状分析のためのデータ処理を行うことができる。

プロセッサ３００で分析した情報、すなわち、対象体ＯＢＪの形状、位置に係わる情報は、他のユニットに伝送されても活用される。例えば、ライダー装置１０００が採用される無人自動車、ドローンのような自律駆動機器の制御部に、そのような情報が伝送されうる。それら以外にも、スマートフォン、携帯電話、ＰＤＡ（personal digital assistant）、ラップトップ（laptop）、ＰＣ（personal computer）、多様なウェアラブル（wearable）機器、及びその他のモバイルまたは非モバイルのコンピュータ装置において、そのような情報が活用されうる。

プロセッサ３００は、また、光送信部１００、光受信部２００に対する制御を含み、ライダー装置１０００の全般的な動作を制御することができる。プロセッサ３００は、光源部１１０に具備された光源個数を考慮し、対象体ＯＢＪの領域を区画することができ、区画された領域全体が、ビームステアリング素子１８０によってスキャンされるように、ビームステアリング素子１８０に対する制御信号を生成し、それをビームステアリング素子１８０に印加することができる。

プロセッサ３００は、それ以外にも、光源部１１０、光受信部２００の動作を制御することができる。例えば、プロセッサ３００は、光源部１１０に対し、電源供給制御、オン／オフ制御、パルス波（ＰＷ）や連続波（ＣＷ）の発生制御などを行うことができる。また、プロセッサ３００は、光受信部２００の光検出要素２２２それぞれに対する制御信号を印加することができる。

一実施形態において、プロセッサ３００は、光検出要素２２２を、複数のグループにグルーピングすることができ、光受信部２００は、それぞれのグループ別に、光源部１１０から照射される光を区分して検出することができる。

プロセッサ３００は、周囲環境を基に、それぞれのグループに含まれた光検出要素２２２の個数を設定することができる。例えば、プロセッサ３００は、光受信部２００の周囲照度（illumination）が、第１照度である場合、それぞれのグループに、第１個数の光検出要素２２２が含まれるようにグルーピングし、光受信部２００の周囲照度が、第１照度よりも低い第２照度である場合、それぞれのグループに、第１個数より多い第２個数の光検出要素２２２が含まれるように、グルーピングすることができる。光検出要素２２２は、それぞれのグループ別に、検出信号を重畳させて出力することができ、プロセッサ３００は、それぞれのグループ別に、光源部１１０から照射される光を区分して検出することができる。

ライダー装置１０００は、また、プロセッサ３００で遂行する動作のためのプログラム、及びその他データが保存されるメモリを含んでもよい。

該メモリは、ライダー装置１０００内で処理される各種データを保存するハードウェアであり、例えば、該メモリは、ライダー装置１０００で処理されたデータ、及び処理されるデータを保存することができる。また、該メモリは、ライダー装置１０００によって駆動されるアプリケーション、ドライバなどを保存することができる。

該メモリは、ＤＲＡＭ（dynamic random access memory）及びＳＲＡＭ（static random access memory）のようなＲＡＭ（random access memory）、ＲＯＭ（read only memory）、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read only memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（compact disc read only memory）、ブルーレイ、または他の光学ディスクストレージ、ＨＤＤ（hard disk drive）、ＳＳＤ（solid static driver）、あるいはフラッシュメモリを含み、さらに、ライダー装置１０００にアクセスされうる外部の他のストレージデバイスを含んでもよい。

図２は、一実施形態によるライダー装置の光送信部と光受信部との例示的な配置と動作とを示す。

図２を参照すれば、一実施形態によるライダー装置１０００は、点光を対象体ＯＢＪにスキャニングするポイントスキャニング方式を使用する光送信部１００を採用し、複数の光源を介し、対象体ＯＢＪの全領域をスキャンすることができる。

例えば、図２に図示されているように、第１光源１１０ａ及び第２光源１１０ｂは、ビームステアリング素子１８０に異なる角度で光を照射し、ビームステアリング素子１８０でステアリングされる２本の照射線Ｌ１，Ｌ２間にθの角度を有することになる。角度θは、ディテクタアレイ２２０に具備された互いに異なるピクセルにおいて、それら光が対象体ＯＢＪからの反射光を区分して検出することができるほどの角度であるならば、十分である。該角度は、光受信部２００をなすディテクタアレイ２２０の分解能、それ以外に、光受信部２００に具備される追加的な光学要素の性能によっても定められる。例えば、そのような角度θは、約１°以上でもある。

第１光源１１０ａ及び第２光源１１０ｂから光を照射する時間は、同一でもあるが、それに限定されるものではなく、Ｔ１、Ｔ２においても異なる。Ｔ１、Ｔ２の時間差は、例えば、１μｓ以内でもある。

各照射線Ｌ１，Ｌ２は、ビームステアリング素子１８０の駆動によって方向調節され、対象体を含む所定視野角（ＦＯＶ：field of view）範囲全体をスキャンする。対象体からの光は、ディテクタアレイ２２０の互いに異なるピクセルに向かい、図示されているように、ディテクタアレイ２２０のピクセルで光をフォーカシングするレンズ２３０がさらに具備されうる。

ディテクタアレイ２２０のピクセルは、それぞれ飛行時間（ＴｏＦ）演算のための回路要素と連結され、所定演算を経て、第１飛行時間ＴｏＦ ＃１及び第２飛行時間ＴｏＦ ＃２の値が導き出されうる。

一実施形態によるライダー装置１０００は、光送信部１００により、点光を対象体ＯＢＪにスキャニングするポイントスキャニング方式を使用し、光の速度限界による解像度限界を有することになる。例えば、与えられたフレームタイム（frame time）、すなわち、対象体ＯＢＪに対し、１フレームの映像を形成するのに与えられた基準時間以内に、対象体ＯＢＪに対して獲得することができる情報（point cloud）の個数は限定され、それにより、解像度の限界が定められる。言い換えれば、空間解像度を維持し、視野角（ＦＯＶ）を拡大しようとすれば、フレームタイムが長くなり、そのような性能低下は、対象体ＯＢＪまでの距離が長くなるほど大きく示される。

本開示によるライダー装置１０００は、そのような解像度限界を改善するために、複数の光源を使用することができる。また、一実施形態において、複数の光源は、照射角度を異ならせて維持することができる。それにより、ライダー装置１０００に具備された複数光源の個数に比例し、解像度が上昇することができる。

図３Ａ及び図３Ｂは、一実施形態によるライダー装置に具備されるビームステアリング素子の例と、それによるポイントスキャニングの原理とについて説明する図面である。

図３Ａを参照すれば、スキャニングミラーは、機械的に（mechanically）回転され、反射面の方向が調節され、入射光Ｌ_ｉのステアリング方向を調節する。回転角度によって入射光Ｌ_ｉがステアリングされる方向は、Ｌ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２、Ｌ_Ｓ３と、順次に調節されうる。スキャニングミラー回転は、一軸回転と図示されているが、それに限定されるものではない。二軸回転、すなわち、２つの回転軸に対して回転駆動されることも可能である。

該スキャニングミラーは、また、１つの反射面を有するように図示されているが、それは、例示的なものであり、複数のミラー要素が配列され、それらそれぞれの方向が調節され、入射光Ｌ_ｉを対象体ＯＢＪに向かう方向にステアリングすることも可能である。

図３Ｂを参照すれば、光学位相アレイＯＰＡは、複数のチャネルＣＨ１、ＣＨ２、…を含んでもよい。複数のチャネルＣＨ１、ＣＨ２、…それぞれにおいて、入射光Ｌ_ｉの位相を変更させる位相変化値が設定され、それにより、入射光Ｌ_ｉがステアリングされ、出社される方向が調節されうる。

光学位相アレイＯＰＡの複数のチャネルＣＨ１、ＣＨ２、…それぞれは、入射光Ｌ_ｉに対する位相変化値が電気的に調節されうるサブ波長の形状寸法を有するメタ素子を含んでもよい。

または、光学位相アレイＯＰＡは、入射光Ｌ_ｉの経路を複数個の経路に分岐させ、それぞれの出力端（複数のチャネル）に向かわせるシリコンフォトニックス基盤の光導波路でもある。そのような光導波路は、分岐された複数個の経路それぞれに具備される位相遅延子を含んでもよく、各経路の長さ、及び／または各経路の位相遅延子における位相遅延程度を調節し、入射光Ｌ_ｉがステアリングされて出射される方向が調節されうる。

光学位相アレイＯＰＡは、入射光Ｌ_ｉにつき、各チャネルで起こる位相変化の組み合わせによって定められる方向に光をステアリングする。位相変化値の組み合わせにより、入射光Ｌ_ｉがステアリングされて出射される方向は、Ｌ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２、Ｌ_Ｓ３と順に調節されうる。

図４は、一実施形態によるライダー装置に具備されるプロセッサの例示的な構成を示すブロック図であり、図５は、図４のプロセッサにより、対象領域が区画された例を示す。

図４及び図５を参照すれば、プロセッサ３００は、対象領域区画部３３０と分析部３５０とを含んでもよい。対象領域区画部３３０と分析部３５０との実行のためのコードは、ライダー装置１０００に具備されたメモリに保存され、プロセッサ３００により、そのようなコードが実行されうる。

対象領域区画部３３０は、対象体ＯＢＪが含まれた所定視野角（ＦＯＶ）範囲を、ライダー装置１０００に具備された複数の光源個数と同一個数に分割することができる。図５は、複数の光源個数が６個である場合、視野角（ＦＯＶ）範囲が６個に分割された例を示している。ただし、それは、例示的なものであり、分割個数や、分割された形態は、それに限定されるのではない。

対象領域区画部３３０は、分割された領域が、光送信部１００によってスキャンされるように、スキャニング制御信号を生成し、それを光送信部１００に印加することができる。該スキャニング制御信号は、例えば、ビームステアリング素子１８０が、図３Ａに例示されているようなスキャニングミラーである場合、回転方向及び回転角を制御する回転駆動制御信号でもある。

該スキャニング制御信号は、ビームステアリング素子１８０が、図３Ｂに例示されているような光学位相アレイＯＰＡである場合、各チャネルに印加する位相制御信号でもある。該位相制御信号は、各チャネルを構成するメタ素子に印加する電気信号でもあり、または、各チャネルに具備された位相遅延子に対する位相遅延信号でもある。

分析部３５０は、対象体に照射された光の照射角度、それを考慮して計算された飛行時間（ＴｏＦ）値を全体的に考慮し、対象体ＯＢＪの位置及び形状を分析することができる。

図６は、一実施形態によるライダー装置に具備される光受信部の例示的な回路構成を示す。

図６を参照すれば、光受信部２００は、複数の光検出要素２２２と、複数の光検出要素２２２それぞれで検出された光でクロストークを除去するクロストーク除去部２４７と、クロストークが除去された光の飛行時間（ＴｏＦ）を測定する複数のタイムカウンタ２４９とを含んでもよい。

光受信部２００は、複数の光検出要素２２２それぞれから出力された電流を電圧に変換する複数の電流・電圧変換回路２４１、複数の電流・電圧変換回路２４１それぞれで変換された電圧を増幅する複数の増幅器２４３、及び複数の増幅器２４３で増幅された信号でピークを検出する複数のピーク検出器２４５を含んでもよい。

複数の光検出要素２２２は、対象体ＯＢＪから受信した複数の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を検出し、検出情報を出力することができる。複数の光検出要素２２２が検出した検出情報は、複数のチャネルｃｈ１，ｃｈ２，ｃｈ３を介し、プロセッサ３００にも伝送される。

具体的には、複数の光検出要素２２２は、対象体からの複数の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を個別的に検出し、電流信号を出力することができる。

複数の電流・電圧変換回路２４１は、複数の光検出要素２２２それぞれから出力される電流信号を電圧信号に変換することができる。

複数の増幅器２４３は、複数の電流・電圧変換回路２４１それぞれで変換される電圧信号を増幅することができる。

複数のピーク検出器２４５は、複数の増幅器２４３それぞれで増幅される電圧信号でピークを検出することができる。例えば、複数のピーク検出器２４５は、電気信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出することにより、ピークを検出することができる。また、複数のピーク検出器２４５は、ＣＦＤ（constant fraction discriminator）方式を利用し、ピークを検出することができる。複数のピーク検出器２４５は、比較器をさらに含んでもよく、検出されたピークをパルス信号に変換し、出力することができる。

一方、光検出要素２２２が検出した検出情報は、光検出要素２２２が受信した光に係わる情報を意味するので、以下、該検出情報は、光検出要素２２２が出力した電流信号、電流・電圧変換回路２４１によって変換された電圧信号、増幅器２４３によって増幅された電圧信号、及び比較器によって変換されたパルス信号のうち少なくともいずれか一つを意味する。

複数のクロストーク除去部２４７は、複数の光検出要素２２２が検出したそれぞれの検出情報から、クロストークを除去することができる。クロストーク除去部２４７のクロストーク除去方法は、図９以下において、さらに詳細に説明する。

複数のタイムカウンタ２４９は、クロストークが除去された検出情報を利用し、光の飛行時間（ＴｏＦ）を測定することができる。複数のタイムカウンタ２４９それぞれは、複数のピーク検出器２４５それぞれから出力されるパルス信号が入力される場合、光源による光の照射時点から、クロック信号が何周期生成されたかということを計算し、光の飛行時間（ＴｏＦ）を測定することができる。また、複数のタイムカウンタ２４９それぞれは、測定された光の飛行時間（ＴｏＦ）それぞれに係わる情報をレジスタに保存することができる。複数のタイムカウンタ２４９それぞれは、ＴＤＣによっても具現される。

複数のタイムカウンタ２４９で測定された測定結果は、プロセッサ３００に伝送され、プロセッサ３００は、それを利用し、対象体に係わる情報、例えば、対象体の位置形状などの分析のためのデータ処理を行うことができる。

図７Ａ及び図７Ｂは、クロストークが発生していない場合、光受信部が検出する検出情報について説明するための図面である。

図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、第１光源１１０ａ及び第２光源１１０ｂは、第１光Ｌ１及び第２光をそれぞれ生成することができる。第１光源１１０ａ及び第２光源１１０ｂは、対象体ＯＢＪの位置、形状の分析のために、第１光Ｌ１及びＬ２をそれぞれ対象体ＯＢＪに向けて照射することができる。

一実施形態において、ライダー装置１０００は、第１光源１１０ａ及び第２光源１１０ｂの照準方向を調節するビームステアリング素子１８０をさらに含んでもよく、ビームステアリング素子１８０は、第１光源１１０ａ及び第２光源１１０ｂから出力される点光をして、対象体ＯＢＪ全体をスキャンさせることができる。

第１光源１１０ａで生成され、対象体ＯＢＪに向けて照射された第１光Ｌ１は、第１経路（path １）を介し、第１光検出要素２２２ａにも伝送される。第２光源１１０ｂで生成されて対象体ＯＢＪに向けて照射されたＬ２は、第２経路（path ２）を介し、第２光検出要素２２２ｂにも伝送される。

第１光検出要素２２２ａが検出した検出情報７１０、及び第２光検出要素２２２ｂが検出した検出情報７２０は、図７Ｂの通りである。

光受信部２００は、第１光検出要素２２２ａが検出した検出情報７１０を基に、第１光Ｌ１の飛行時間ＴｏＦ ＃１を演算することができる。また、光受信部２００は、第２光検出要素２２２ｂが検出した検出情報７２０を基に、Ｌ２の飛行時間ＴｏＦ ＃２を演算することができる。プロセッサ３００は、第１光Ｌ１の飛行時間ＴｏＦ ＃１、及びＬ２の飛行時間ＴｏＦ ＃１を基に、対象体ＯＢＪの位置及び形状を分析することができる。

図７Ａ及び図７Ｂでのように、光検出要素間にクロストークが発生していない場合、それぞれの光検出要素は、１つの光のみを受信するので、ライダー装置１０００は、それぞれの光検出要素が検出した検出情報を基に、光の飛行時間（ＴｏＦ）を演算しても、対象体ＯＢＪの位置及び形状分析が可能である。しかし、光検出要素間にクロストークが発生する場合にも、それぞれの光検出要素が検出した検出情報を基に、光の飛行時間（ＴｏＦ）を演算すれば、対象体ＯＢＪの位置及び形状分析に顕著なエラーが発生する。

図８Ａ及び図８Ｂは、クロストークが発生する場合、光受信部が検出する検出情報について説明するための図面である。

図８Ａ及び図８Ｂを参照すれば、図７Ａ及び図７Ｂのように、第１光検出要素２２２ａは、第１光源１１０ａから対象体ＯＢＪに向けて照射した第１光Ｌ１を、第１経路（path １）を介して受信し、第２光検出要素２２２ｂは、第２光源１１０ｂから対象体ＯＢＪに向けて照射したＬ２を、第２経路（path ２）を介して受信することができる。

一方、第２光検出要素２２２ｂは、対象体ＯＢＪの形状により、第１光源１１０ａから対象体ＯＢＪに向けて照射した第１光Ｌ１を、第１経路（path １）と異なる第３経路（path ３）を介して受信することができる。第２光検出要素２２２ｂは、目的とする（desired）Ｌ２以外に、第１光Ｌ１をさらに受信したので、第２光検出要素２２２ｂが検出した検出情報において、第１光Ｌ１は、クロストークに該当しうる。

図８Ｂは、第１光検出要素２２２ａが検出した検出情報８１０、及び第２光検出要素２２２ｂが検出した検出情報８２０を例示する図面である。

図８Ｂにおいて、第２光検出要素２２２ｂが検出した検出情報８２０には、第１光検出要素２２２ａが検出したパルス信号と類似したパルス信号が含まれていることが分かる。第２光検出要素２２２ｂが検出した検出情報８２０において、第１光検出要素２２２ａが検出したパルス信号と類似したパルス信号は、クロストークでもある。

第２光検出要素２２２ｂが検出したクロストークは、第１光源で生成された第１光Ｌ１によって生じるので、第２光検出要素２２２ｂが、第１光Ｌ１をＬ２と誤認して検出情報を出力する場合、プロセッサ３００は、対象体ＯＢＪの位置及び形状を正確に分析することができなくなる。以下においては、光検出要素２２２ａ，２２２ｂが検出した検出情報から、クロストークを除去する方法について説明する。

なお、図８Ａ及び図８Ｂにおいては、第１光源１１０ａ及び第２光源１１０ｂによって生じる第１光検出要素２２２ａと第２光検出要素２２２ｂとのクロストークについてのみ図示されているが、本開示は、それに制限されるものではなく、一実施形態により、光源の数は、増加され、クロストークが発生する光検出要素の数も、増加されうる。

図９は、一実施形態によるライダー装置に具備される光受信部の内部ブロック図を図示した図面である。

図９を参照すれば、光受信部２００は、複数の光検出要素２２２が配置されるディテクタアレイ２２０、複数の光検出要素２２２が検出した光を飛行時間（ＴｏＦ）演算のための検出信号に変換する信号変換部２６０、及び信号変換部２６０が出力した検出信号でクロストークを除去するクロストーク除去部２８０を含んでもよい。

複数の光検出要素２２２は、ディテクタアレイ２２０に配置され、光送信部１００が対象体ＯＢＪに向けて照射した光の反射光を受信することができる。

一実施形態において、複数の光検出要素２２２は、第１光検出要素２２２ａ及び第２光検出要素２２２ｂでもある。

第１光検出要素２２２ａは、第１光源１１０ａから対象体ＯＢＪに向けて照射した第１光を、第１経路（path １）を介して受信し、第２光検出要素２２２ｂは、第１光源１１０ａと異なる第２光源１１０ｂから対象体ＯＢＪに向けて照射した第２光を、第２経路（path ２）を介して受信することができる。一方、クロストークは、第１光源１１０ａから対象体ＯＢＪに向けて照射された第１光が、第１経路（path １）と異なる第３経路（path ３）を介し、第２光検出要素２２２ｂにさらに受信されることによっても生じる。

第１光検出要素２２２ａは、第１光に係わる第１検出情報を出力することができる。また、第２光検出要素２２２ｂは、第１光及び第２光に係わる第２検出情報を出力することができる。

第１光検出要素２２２ａが検出した第１検出情報、及び第２光検出要素２２２ｂが検出した第２検出情報は、それぞれ第１チャネル（チャネルＡ）及び第２チャネル（チャネルＢ）を介し、プロセッサ３００にも伝送される。

具体的には、第１光検出要素２２２ａは、第１光を受信する場合、第１光に対応する第１電流信号９１０を出力することができる。第２光検出要素２２２ｂは、第１光及び第２光を受信する場合、第１光及び第２光に対応する第２電流信号９２０を出力することができる。第２光検出要素２２２ｂが出力した第２電流信号９２０には、第１光によるクロストークが含まれもする。

第１電流信号９１０は、第１検出情報として、信号変換部２６０にも入力される。また、第２電流信号９２０は、第２検出情報として、信号変換部２６０にも入力される。

信号変換部２６０は、複数の光検出要素２２２が出力した電流信号を、飛行時間（ＴｏＦ）演算のためのパルス信号に変換することができる。信号変換部２６０は、図６の電流・電圧変換回路２４１、増幅器２４３、ピーク検出器２４５及び比較器をいずれも含む構成でもある。

信号変換部２６０は、電流信号をパルス信号に変換するために、複数の光検出要素２２２それぞれに連結される複数の検出信号変換部を含んでもよい。一実施形態において、信号変換部２６０は、第１光検出要素２２２ａに連結される第１検出信号変換部２６１と、第２光検出要素２２２ｂに連結される第２検出信号変換部２６２と、を含んでもよい。

第１検出信号変換部２６１は、第１光検出要素２２２ａが出力した第１電流信号９１０を第１電圧信号に変換し、第１電圧信号を増幅することができる。また、第１検出信号変換部２６１は、増幅される第１電圧信号でピークを検出し、検出されたピークを第１パルス信号９３０に変換して出力することができる。同様に、第２検出信号変換部２６２は、第２光検出要素２２２ｂが出力した第２電流信号９２０を第２電圧信号に変換し、第２電圧信号を増幅した後、増幅された第２電圧信号でピークを検出し、第２パルス信号９４０に変換して出力することができる。第２検出信号変換部が出力した第２パルス信号９４０には、依然として、第１光によるクロストークが含まれもする。

第１パルス信号９３０は、第１検出情報として、クロストーク除去部２８０にも入力される。第２パルス信号９４０は、第２検出情報として、クロストーク除去部２８０にも入力される。

一方、信号変換部２６０は、複数のチャネル間に検出情報の共有を許容することができる。

具体的には、複数の検出信号変換部のうちいずれか１つの検出信号変換部は、自体のチャネルを除いた残りチャネルに、検出情報を提供することができる。

一実施形態において、第１検出信号変換部２６１は、第１パルス信号９３０を、第２チャネル（チャネルＢ）に配置された第２マスキング部２８２に伝送することができる。また、第２検出信号変換部２６２は、第２パルス信号９４０を、第１チャネル（チャネルＡ）に配置された第１マスキング部２８１に伝送することができる。共有されたパルス信号は、クロストークの識別及び除去のためにも使用される。

クロストーク除去部２８０は、信号変換部２６０が出力したパルス信号において、クロストークを識別し、識別されたクロストークをマスキング（masking）する複数のマスキング部を含んでもよい。

一実施形態において、クロストーク除去部２８０は、第１検出信号変換部２６１に連結される第１マスキング部２８１と、第２検出信号変換部２６２に連結される第２マスキング部２８２と、を含んでもよい。

クロストーク除去部２８０は、信号変換部２６０が出力したパルス信号に、クロストークが含まれているか否かということを演算することができる。一実施形態において、クロストーク除去部２８０は、パルス信号に含まれたパルスの個数、及びパルスの受信時点のうち少なくともいずれか一つに基づき、検出情報に、クロストークが含まれているか否かということを決定することができる。

検出情報に、クロストークが含まれているか否かということの決定は、クロストーク除去部２８０に具備されたマスキング部それぞれにおいても行われる。

クロストーク除去部２８０は、検出情報にクロストークが含まれていると演算した場合、パルス信号において、クロストークを識別することができる。そのために、クロストーク除去部２８０は、信号変換部２６０が提供したパルス信号を利用することができる。

図９において、第２マスキング部２８２は、第２検出信号変換部２６２から、第２パルス信号９４０をさらに受信することができる。第２マスキング部２８２は、第２パルス信号９４０に含まれたパルスのうち、第１パルス信号９３０に含まれたパルスに対応するパルスをクロストークと決定することができる。第２マスキング部２８２は、第１パルス信号９３０に含まれたパルスを基に、第２パルス信号９４０において、クロストークを識別することができる。第２マスキング部２８２は、第１パルス信号９３０に含まれたパルスの受信時点、パルス幅、パルスサイズのうち少なくともいずれか一つを基に、第２パルス信号９４０において、クロストークを識別することができる。第１パルス信号９３０に含まれたパルスは、第１光検出要素２２２ａが第１光を受信した場合に生じるので、第１パルス信号９３０に含まれたパルスの受信時点は、第１光検出要素２２２ａが受信した第１光の第１受信時点と同一であるという意味でもある。同様に、第２パルス信号９４０に含まれたパルスは、第２光検出要素２２２ｂが第１光を受信した場合に生じるので、第２パルス信号９４０に含まれたパルスの受信時点は、第２光検出要素２２２ｂが受信した第１光の第２受信時点と同一であるという意味でもある。

一実施形態において、第２マスキング部２８２は、第２パルス信号９４０に含まれたパルスのうち、第１パルス信号９３０に含まれた第１光の第１受信時点を基準に、既設定の時点ほど先立つ時点と、既設定の時点ほど後になる時点との間に受信したパルスを、第１光によるクロストークと決定することができる。

クロストーク除去部２８０は、検出情報において、クロストークを識別した後、識別されたクロストークを除去することができる。

図９において、第２マスキング部２８２は、クロストークの除去開始時点を決定することができる。第２マスキング部２８２は、第１光検出要素が検出した第１光の第１受信時点と、第２光検出要素が検出した第１光の第２受信時点とを比較することができる。第２マスキング部２８２は、第１受信時点及び第２受信時点のうち先立つ時点を、クロストークの除去のための除去開始時点として決定することができる。

第２マスキング部２８２は、第２パルス信号９４０に含まれたパルスのうち、除去開始時点から、既設定のマスキングパルス幅までの間に位置するパルスを除去することができる。このとき、マスキングパルス幅は、光送信部１００が照射した光のパルス幅よりも広く設定される。クロストークの識別方法及び除去方法は、図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、さらに詳細に説明する。

クロストーク除去部２８０は、検出情報にクロストークが含まれている場合、クロストークを除去して出力することができる。クロストーク除去部２８０が出力する情報は、出力情報と命名することができる。

一方、複数のタイムカウンタ２４９は、出力情報を利用し、光の飛行時間（ＴｏＦ）を測定することができる。また、プロセッサ３００は、タイムカウンタ２４９が計算した光の飛行時間（ＴｏＦ）を基に、対象体ＯＢＪに係わる情報を獲得することができる。プロセッサ３００が、クロストークが除去された検出情報を利用し、対象体ＯＢＪに係わる情報を獲得するので、本開示によるライダー装置１０００は、対象体ＯＢＪの位置、形状などをさらに正確に測定することができる。

一方、図９においては、第１光検出要素２２２ａと第２光検出要素２２２ｂとの間に発生するクロストークについてのみ記載されているが、それに制限されるものではなく、対象体ＯＢＪの形状により、クロストークが発生する光検出要素の数は、増加され、クロストークが発生する光検出要素の数も、増加されうる。このとき、第２検出情報は、クロストークが含まれた検出情報を意味し、第１検出情報は、第２検出情報から、クロストークを除去するために使用される検出情報を意味する。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、図９の第１検出情報及び第２検出情報を利用したクロストークの識別方法及び除去方法について説明するための図面である。

図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すれば、第２マスキング部２８２は、第１検出情報１０１０に含まれた第１光の第１受信時点Ｔ１を基に、第２検出情報１０２０に含まれたクロストークを識別することができる。

一方、図８Ａ及び図８Ｂでのように、第１光源１１０ａで生成され、対象体ＯＢＪに向けて照射された第１光は、第１経路（path １）を介し、第１光検出要素２２２ａに伝送され、第３経路（path ３）を介し、第２光検出要素２２２ｂにも伝送される。このとき、対象体ＯＢＪの形状により、第１経路（path １）の距離は、第３経路（path ３）の距離よりも長くもあり、短くもある。従って、第１光検出要素２２２ａが検出した第１光の第１受信時点Ｔ１は、第２光検出要素２２２ｂが検出した第１光の第２受信時点Ｔ２よりも長くもあり、短くもある。

図１０Ａは、第１受信時点Ｔ１が、第２受信時点Ｔ２より先立つ場合を例示し、図１０Ｂは、第１受信時点Ｔ１が、第２受信時点Ｔ２より後になる場合を例示する。

第２マスキング部２８２は、第１受信時点Ｔ１を基準に、既設定の時点Ｔｐほど先立つ時点（Ｔ１−Ｔｐ）と、既設定の時点Ｔｐほど後になる時点（Ｔ１＋Ｔｐ）との間に受信したパルス１０３０をクロストークと決定することができる。

第２マスキング部２８２は、クロストークを識別した後、クロストークの除去開始時点Ｔｓを決定することができる。第２マスキング部２８２は、第１光検出要素２２２ａが検出した第１光の第１受信時点Ｔ１と、第２光検出要素が検出した第１光の第２受信時点Ｔ２とを比較することができる。第２マスキング部２８２は、第１受信時点Ｔ１及び第２受信時点Ｔ２のうち先立つ時点を、クロストークの除去のための除去開始時点Ｔｓとして決定することができる。

図１０Ａでのように、第１受信時点Ｔ１が、第２受信時点Ｔ２より先立つ場合、第２マスキング部２８２は、第１受信時点Ｔ１を、除去開始時点Ｔｓとして決定することができる。反対に、図１０Ｂでのように、第１受信時点Ｔ１が、第２受信時点Ｔ２より後になる場合、第２マスキング部２８２は、第２受信時点Ｔ２を、除去開始時点Ｔｓとして決定することができる。

第２マスキング部２８２は、第２検出情報１０２０に含まれたパルスのうち、除去開始時点Ｔｓから、既設定のマスキングパルス幅ｐｗまでの間に位置するパルスを除去することができる。

図１０Ａでのように、第１光の経路による第１受信時点Ｔ１と第２受信時点Ｔ２との差ｔｄを考慮し、マスキングパルス幅ｐｗは、第１光源１１０ａが照射する第１光のパルス幅よりも広く設定される。

図１１は、クロストークが発生する場合の実験例を示す図面である。

図１１を参照すれば、第１光検出要素２２２ａが出力した第１電流信号１１１０、及び第２光検出要素２２２ｂが出力した第２電流信号１１２０の例示が図示されている。

第１地点１１１０ａは、第１光検出要素２２２ａが第１光を受信する地点であり、第１光検出要素２２２ａは、第１地点１１１０ａにおいて、臨界レベル以上の電流を出力する。

第２地点１１２０ａは、第２光検出要素２２２ｂが第１光を受信する地点であり、第２光検出要素２２２ｂが第２地点１１２０ａに出力する電流信号は、クロストークに該当する。第２地点１１２０ａにおいて第２光検出要素２２２ｂが出力した電流信号は、第１地点１１１０ａにおいて第１光検出要素２２２ａが出力した電流信号よりは小さいが、臨界レベル以上の電流サイズを有するので、パルス信号に変換される。

第３地点１１２０ｂは、第２光検出要素２２２ｂが第２光を受信する地点であり、第２光検出要素２２２ｂが第３地点１１２０ｂに出力した電流信号は、第２光の飛行時間（ＴｏＦ）演算のために、パルス信号に変更されなければならない。

第２光検出要素２２２ｂが出力した第２電流信号１１２０は、パルス信号に変換され、第２光の飛行時間（ＴｏＦ）演算のために使用されるが、図１１でのように、第２電流信号１１２０には、クロストークが含まれており、ライダー装置１０００は、第２光の飛行時間（ＴｏＦ）を正確に演算することができない。それにより、ライダー装置１０００が分析した対象体ＯＢＪの情報には、エラーが発生する。

本開示のライダー装置１０００は、対象体ＯＢＪに係わる情報をさらに正確に分析するために、第１光検出要素２２２ａが検出した第１検出情報を基に、第２光検出要素２２２ｂが検出した第２検出情報から、クロストークを除去する。

図１２は、マスキングパルスを介し、クロストークを除去する場合の実験例を示す図面である。

図１２を参照すれば、ライダー装置１０００は、第１光検出要素２２２ａが出力した第１電流信号１１１０、及び第２光検出要素２２２ｂが出力した第２電流信号１１２０を、それぞれ第１パルス信号及び第２パルス信号１２１０に変換する。

第２マスキング部２８２は、第１パルス信号に含まれたパルスの受信時点、パルス幅、パルスサイズのうち少なくともいずれか一つを基に、第２パルス信号１２１０において、クロストークを識別する。

第２マスキング部２８２は、クロストークの除去のための除去開始時点Ｔｓを演算し、除去開始時点Ｔｓから既設定のマスキングパルス幅ｐｗまでの間に位置するパルスを除去する。

第２マスキング部２８２は、既設定のマスキングパルス幅ｐｗを有するマスキングパルス１２３０を除去開始時点Ｔｓから出力し、マスキングパルス１２３０を利用し、第２パルス信号１２１０から、クロストークに対応するパルスを除去する。そのために、第２マスキング部２８２は、ゲート回路を含んでもよい。

第２マスキング部２８２は、クロストークが除去されたパルス１２２０を出力し、プロセッサ３００は、クロストークが除去されたパルス１２２０を利用し、対象体ＯＢＪに係わる情報を獲得する。それにより、本開示のライダー装置１０００は、対象体ＯＢＪに係わる情報をさらに正確に獲得することができる。

図１３は、一実施形態によるライダー装置の動作方法について説明するフローチャートである。

図１３を参照すれば、光送信部１００は、複数の光源を含み、複数の光源で生成された光を対象体に向けて照射することができる（Ｓ１３１０）。

光送信部１００は、点光を対象体ＯＢＪにスキャニングするポイントスキャニング方式を使用し、複数の光源を介し、対象体ＯＢＪの全領域をスキャンすることができる。そのために、光送信部１００は、複数の光源で生成された光が互いに異なる照射角度、または互いに同一照射角度で、対象体ＯＢＪに向けて照準されるように、複数の光源の照準方向を変更するビームステアリング素子１８０を含んでもよい。

光受信部２００は、対象体ＯＢＪに向けて照射された光の反射光を、複数の光検出要素２２２を介し、検出することができる（Ｓ１３２０）。

光検出要素２２２は、反射光の受信能力を上昇させるために、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）またはシングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）を含んでもよいが、それらに制限されるものではない。

一方、対象体ＯＢＪの形状により、複数の光検出要素２２２のうちいずれか一つは、複数の反射光を受信することができる。複数の反射光のうちいずれか一つは、対象体ＯＢＪの位置及び形状分析にエラーを引き起こすクロストークに該当しうる。

本開示によるライダー装置１０００は、クロストークを除去するために、複数の光検出要素２２２が検出した検出情報を、パルス波状のパルス信号に変換することができる。

クロストークが発生する場合、ライダー装置１０００が反射光を受信する方法、及び検出情報を、パルス信号に変換する方法については、図１４を参照して説明する。

光受信部２００は、複数の光検出要素のうちいずれか１つの光検出要素が検出した第１検出情報を基に、残り光検出要素のうち少なくとも一つによって検出された第２検出情報から、クロストークを除去することができる（Ｓ１３３０）。

このとき、第２検出情報は、複数の反射光を受信した光検出要素２２２が出力した検出情報を意味する。また、第１検出情報は、第２検出情報に含まれたクロストークを除去するために使用される検出情報であり、第２検出情報と異なる検出情報でもある。

一実施形態において、光受信部２００は、第２検出情報に含まれたパルスの個数、及びパルスの受信時点のうち少なくともいずれか一つに基づき、第２検出情報に、クロストークが含まれているか否かということを決定することができる。また、光受信部２００は、第２検出情報にクロストークが含まれていると演算した場合、第２検出情報において、クロストークを識別することができる。また、光受信部２００は、識別されたクロストークを除去することができる。

クロストークが包含されるか否かの演算方法、及びクロストークの識別方法は、図１５を参照して説明し、クロストークの除去方法については、図１６を参照して説明する。

プロセッサ３００は、クロストークが除去された検出情報を利用し、対象体ＯＢＪに係わる情報を獲得することができる（Ｓ１３４０）。

プロセッサ３００は、第１検出情報、及びクロストークが除去された第２検出情報を利用し、対象体ＯＢＪに係わる情報を獲得することができる。

プロセッサ３００は、光受信部２００が検出した光の飛行時間（ＴｏＦ）を基に、対象体ＯＢＪまでの距離を計算し、対象体ＯＢＪの位置及び形状分析のためのデータ処理を行うことができる。

図１４は、複数の光検出要素を介する反射光の検出方法について説明するフローチャートである。

図１４を参照すれば、光受信部２００は、第１光検出要素２２２ａを利用し、複数の光源のうちいずれか１つの第１光源１１０ａから対象体ＯＢＪに向けて照射した第１光を、第１経路（path １）を介して受信し、第１検出情報を出力することができる（Ｓ１４１０）。

また、光受信部２００は、第２光検出要素２２２ｂを利用し、第１光源１１０ａと異なる第２光源１１０ｂから対象体ＯＢＪに向けて照射した第２光を、第２経路（path ２）を介して受信することができる（Ｓ１４２０）。

このとき、第１光検出要素２２２ａ及び第２光検出要素２２２ｂは、光を受信する光検出要素を区分するためのものであるのみ、互いに隣接する光検出要素を意味するものではない。

一方、クロストークが発生する場合、光受信部２００は、第２光検出要素２２２ｂを利用し、第１光源１１０ａから対象体ＯＢＪに向けて照射した第１光を、第１経路（path １）と異なる第３経路（path ３）を介して受信し、第２検出情報を出力することができる（Ｓ１４３０）。

第２光検出要素２２２ｂが出力した第２検出情報において、第１光に係わる情報は、クロストークに該当しうる。

光受信部２００は、第２検出情報に含まれたクロストークを除去するために、第１光検出要素２２２ａが出力した第１検出情報を、パルス波状の第１パルス信号に変換することができる（Ｓ１４４０）。

また、光受信部２００は、第２光検出要素２２２ｂが出力した第２検出情報を、パルス波状の第２パルス信号に変換することができる（Ｓ１４５０）。

第１パルス信号は、第１チャネル（チャネルＡ）を介し、クロストーク除去部２８０にも伝送される。第２パルス信号は、第２チャネル（チャネルＢ）を介し、クロストーク除去部２８０にも伝送される。

光受信部２００は、複数のチャネル間に、検出情報の共有を許容することができる。それにより、第１パルス信号は、第２チャネル（チャネルＢ）に提供され、第２パルス信号は、第１チャネル（チャネルＡ）にも提供される。共有されたパルス信号は、クロストークの識別及び除去のためにも使用される。

光受信部２００は、第１パルス信号を基に、第２パルス信号において、クロストークを識別し、第２パルス信号からクロストークを除去することができる。

図１５は、複数の光検出要素が検出した検出情報において、クロストークを識別する方法について説明する図面である。

一実施形態において、Ｓ１５１０段階ないしＳ１５２０段階は、検出情報がパルス信号に変換される以前にも遂行される。他の実施形態において、Ｓ１５１０段階ないしＳ１５２０段階は、検出情報がパルス信号に変換された後にも遂行される。

図１５を参照すれば、光受信部２００は、第２検出情報に、クロストークが含まれているか否かということを決定することができる（Ｓ１５１０）。一実施形態において、光受信部２００は、第２検出情報に含まれたパルスの個数、及びパルスの受信時点のうち少なくともいずれか一つに基づき、第２検出情報に、クロストークが含まれているか否かということを決定することができる。

例えば、光受信部２００は、第２検出情報に含まれたパルスの個数が２個以上である場合、前記第２検出情報に、前記クロストークが含まれていると決定することができるが、それに制限されるものではない。

光受信部２００は、第２検出情報にクロストークが含まれていると演算した場合、第２検出情報において、クロストークを識別することができる。そのために、光受信部２００は、第１検出情報を利用することができる。

光受信部２００は、第１検出情報に含まれたパルスを基に、第２検出情報において、クロストークを識別することができる。光受信部２００は、第１検出情報に含まれたパルスの受信時点、パルス幅、パルスサイズのうち少なくともいずれか一つを基に、第２検出情報において、クロストークを識別することができる。

一実施形態において、光受信部２００は、第１検出情報に含まれたパルスのうち、既設定のパルス幅より広いパルス幅を有するパルスを、第１光によるパルスと計算することができる。または、光受信部２００は、第１検出情報に含まれたパルスのうち、既設定のパルスサイズより大きいパルスサイズを有するパルスを、第１光によるパルスと計算することができる。このとき、既設定のパルス幅及びパルスサイズは、光送信部１００の出力を考慮しても設定される。

他の実施形態において、光受信部２００は、第１検出情報に含まれたパルスのうち、最大のパルス幅を有するパルスを、第１光によるパルスと計算することができる。または光受信部２００は、第１検出情報内に含まれたパルスのうち、最大のパルスサイズを有するパルスを、第１光によるパルスと計算することができる。

光受信部２００は、第１検出情報に含まれた第１光によるパルス情報に基づき、第２検出情報に含まれたクロストークを識別することができる。

光受信部２００は、第１検出情報に含まれた第１光の第１受信時点を基に、第２検出情報に含まれたクロストークを識別することができる。

対象体ＯＢＪの形状により、第１光検出要素２２２ａが検出した第１光の第１受信時点は、第２光検出要素２２２ｂが検出した第１光の第２受信時点より長くもあり、短くもある。

従って、光受信部２００は、第１受信時点を基準に、既設定の時点ほど先立つ時点と、既設定の時点ほど遅れる時点との間に受信したパルスをクロストークと決定することができる。

光受信部２００は、第２検出情報において識別されたクロストークを除去することができる（Ｓ１５２０）。

図１６は、複数の光検出要素が検出した検出情報におけるクロストーク除去方法について説明するフローチャートである。

図１６を参照すれば、光受信部２００は、第１光検出要素が検出した第１光の第１受信時点、及び第２光検出要素が検出した第１光の第２受信時点のうち先立つ時点をクロストークの除去開始時点と演算することができる（Ｓ１６１０）。

光受信部２００は、第１光検出要素２２２ａが検出した第１光の第１受信時点と、第２光検出要素が検出した第１光の第２受信時点とを比較することができる。

対象体ＯＢＪの形状により、第１光検出要素２２２ａが検出した第１光の第１受信時点は、第２光検出要素２２２ｂが検出した第１光の第２受信時点より長くもあり、短くもある。従って、クロストークの完璧な除去のためには、第１受信時点及び第２受信時点のうち先立つ時点を、クロストークの除去開始時点として設定しなければならない。例えば、第１受信時点が第２受信時点より先立つ場合、光受信部２００は、第１受信時点を、除去開始時点として決定することができる。反対に、第１受信時点が第２受信時点より後になる場合、光受信部２００は、第２受信時点を、除去開始時点として決定することができる。

光受信部２００は、第２パルス信号に含まれたパルスのうち、除去開始時点から、既設定のマスキングパルス幅までの間に位置するパルスを除去することができる（Ｓ１６２０）。

光受信部２００は、既設定のマスキングパルス幅を有するマスキングパルスを制御開始時点から出力し、マスキングパルスを利用し、第２パルス信号からクロストークに対応するパルスを除去することができる。そのために、光受信部２００は、ゲート回路を含んでもよい。

一方、光受信部２００は、クロストークが除去された第２パルス信号を出力し、プロセッサ３００は、クロストークが除去された第２パルスを利用し、対象体ＯＢＪに係わる情報を獲得することができる。

前述のように、本開示のライダー装置１０００は、与えられたフレームタイム内において、高い映像解像度を具現するために、複数の光源、及び複数の光源から照射された光を受信する複数の光検出要素を具備する場合にも、複数の光検出要素間のクロストークを除去し、さらに正確に対象体ＯＢＪの位置及び形状を分析することができる。

なお、前述の実施形態は、コンピュータで実行されうるプログラムに作成可能であり、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を利用し、前記プログラムを動作させる汎用デジタルコンピュータによっても具現される。また、前述の実施形態で使用されたデータ構造は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にさまざまな手段を介しも記録される。前記コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、マグネチック記録媒体（例えば、ＲＯＭ（read only memory）、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光学的判読媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（compact disc read only memory）、ＤＶＤ（digital versatile disc）など）のような記録媒体を含む。

本実施形態と係わる技術分野で当業者であるならば、前述のところの本質的な特性から外れない範囲において、実施形態が変形された形態にも具現されるということを理解することができるであろう。従って、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点から考慮されなければならない。権利範囲は、前述の説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての差異は、本実施形態に含まれたものであると解釈されなければならないのである。

１００ 光送信部
２００ 光受信部
３００ プロセッサ
１０００ ライダー装置

Claims (16)

1. ライダー装置において、
   複数の光源を含み、前記複数の光源で生成された光を対象体に向けて照射する光送信部と、
   前記対象体に向けて照射された光の反射光を検出する複数の光検出要素を含み、前記複数の光検出要素のうちいずれか１つの光検出要素が検出した第１検出情報を基に、残り光検出要素のうち少なくとも一つによって検出された第２検出情報から、クロストークを除去する光受信部と、
   前記クロストークが除去された検出情報を利用し、前記対象体に係わる情報を獲得するプロセッサと、を含む、ライダー装置。
2. 前記光受信部は、
   前記複数の光源のうち第１光源から前記対象体に向けて照射した第１光を第１経路を介して受信し、前記第１光に係わる前記第１検出情報を出力する第１光検出要素と、
   前記第１光源と異なる第２光源から前記対象体に向けて照射した第２光を第２経路を介して受信する第２光検出要素と、を含み、
   前記クロストークは、
   前記第１光源から前記対象体に向けて照射された前記第１光が、前記第１経路と異なる第３経路を介し、前記第２光検出要素にさらに受信されることによって発生し、
   前記第２光検出要素は、
   前記クロストークが発生した場合、前記第１光及び前記第２光に係わる前記第２検出情報を出力する、請求項１に記載のライダー装置。
3. 前記光受信部は、
   前記第１光検出要素が出力した前記第１検出情報を、パルス波状の第１パルス信号に変換する第１検出信号変換部と、
   前記第２光検出要素が出力した前記第２検出情報を、パルス波状の第２パルス信号に変換する第２検出信号変換部と、をさらに含む、請求項２に記載のライダー装置。
4. 前記光受信部は、
   前記第１光検出要素が検出した前記第１光の第１受信時点、及び前記第２光検出要素が検出した前記第１光の第２受信時点のうち先立つ時点を、前記クロストークの除去開始時点と決定し、
   前記第２パルス信号に含まれたパルスのうち、前記除去開始時点から、既設定のマスキングパルス幅までの間に位置するパルスを除去するクロストーク除去部をさらに含む、請求項３に記載のライダー装置。
5. 前記マスキングパルス幅は、
   前記光送信部が照射した前記第１光のパルス幅より広く設定される、請求項４に記載のライダー装置。
6. 前記光送信部は、
   前記複数の光源で生成された光が、前記対象体をスキャニングするように、光の調節方向を調節するビームステアリング素子をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一つに記載のライダー装置。
7. 前記ビームステアリング素子は、機械式回転で光の照準方向を調節する、請求項６に記載のライダー装置。
8. 前記光受信部は、
   前記複数の光検出要素それぞれで検出した光の飛行時間をカウントする複数のカウンタを含む、請求項１〜７のいずれか一つに記載のライダー装置。
9. 前記プロセッサは、
   前記光受信部が検出した光の飛行時間を基に、前記対象体までの距離を計算し、前記対象体の位置及び形状分析のためのデータ処理を行う、請求項１〜８のいずれか一つに記載のライダー装置。
10. ライダー装置の動作方法において、
    複数の光源で生成された光を対象体に向けて照射する段階と、
    前記対象体に向けて照射された光の反射光を複数の光検出要素を介し、検出する段階と、
    前記複数の光検出要素のうちいずれか１つの光検出要素が検出した第１検出情報を基に、残り光検出要素のうち少なくとも一つによって検出された第２検出情報から、クロストークを除去する段階と、
    前記クロストークが除去された検出情報を利用し、前記対象体に係わる情報を獲得する段階と、を含む、方法。
11. 前記検出する段階は、
    第１光検出要素を利用し、前記複数の光源のうちいずれか１つの第１光源から前記対象体に向けて照射した第１光を第１経路を介して受信し、前記第１光に係わる前記第１検出情報を出力する段階と、
    第２光検出要素を利用し、前記第１光源と異なる第２光源から前記対象体に向けて照射した第２光を第２経路を介して受信する段階と、を含み、
    前記クロストークは、
    前記第１光源から前記対象体に向けて照射された前記第１光が、前記第１経路と異なる第３経路を介し、前記第２光検出要素にさらに受信されることによって発生し、
    前記クロストークが発生した場合、前記第２光検出要素を利用し、前記第１光及び前記第２光に係わる前記第２検出情報を出力する段階をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記検出する段階は、
    前記第１光検出要素が出力した前記第１検出情報を、パルス波状の第１パルス信号に変換する段階と、
    前記第２光検出要素が出力した前記第２検出情報を、パルス波状の第２パルス信号に変換する段階と、をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記除去する段階は、
    前記第１光検出要素が検出した前記第１光の第１受信時点、及び前記第２光検出要素が検出した前記第１光の第２受信時点のうち先立つ時点を、前記クロストークの除去開始時点として決定する段階と、
    前記第２パルス信号に含まれたパルスのうち、前記除去開始時点から、既設定のマスキングパルス幅までの間に位置するパルスを除去する段階と、を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記マスキングパルス幅は、
    前記第１光及び前記第２光のパルス幅より広く設定される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記獲得する段階は、
    前記複数の光検出要素それぞれで検出した光の飛行時間をカウントする段階を含む、請求項１０〜１４のいずれか一つに記載の方法。
16. 前記獲得する段階は、
    前記飛行時間を基に、前記対象体までの距離を演算し、前記対象体の位置及び形状分析のためのデータ処理を行う段階をさらに含む、請求項１５に記載の方法。

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