JP2023072106A - 測距装置、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】距離データを効率的かつより正確に取得することを可能にする技術を提供する。【解決手段】測距装置は、発光装置と、２次元に配列された複数の光検出セルを含む受光装置と、前記発光装置および前記受光装置を制御し、前記受光装置から出力された信号を処理する処理回路と、を備え、前記処理回路は、前記発光装置に、前記第１の光で対象範囲を照射させ、前記受光装置が前記第１の光の照射によって生じた第１の反射光を検出して得られた第１の信号に基づいて、前記対象範囲における第１の距離データを生成し、前記発光装置に、前記対象範囲内の第１の箇所に向けて前記第１の光よりも広がりの程度が小さい第２の光を出射させ、前記受光装置が前記第２の光の照射によって生じた第２の反射光を検出して得られた第２の信号に基づいて、前記対象範囲内の前記第１の箇所とは異なる第２の箇所における前記第１の距離データを補正する。【選択図】図５

Description

本開示は、測距装置、およびプログラムに関する。

従来、物体に光を照射し、当該物体からの反射光を検出することにより、当該物体の位置または距離に関するデータを取得する種々のデバイスが提案されている。

例えば特許文献１は、光源を含む投光系と、投光系から投光され物体で反射された光を受光する光検出器を含む受光系と、光検出器の出力信号が入力される信号処理系と、制御系とを備える物体検出装置を開示している。制御系は、投光系の投光範囲内の少なくとも１つの領域を注目領域として設定し、投光系の投光条件または信号処理系の処理条件を、注目領域に投光するときと注目領域以外の領域に投光するときとで異なるように制御する。

特許文献２は、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）装置を開示している。当該ＬｉＤＡＲ装置は、第１のビームスキャナと、第２のビームスキャナと、コントローラとを備える。第１のビームスキャナは、第１のスキャンパターンの第１のレーザビームで第１の領域をスキャンする。第２のビームスキャナは、第２のスキャンパターンの第２のレーザビームで、第１の領域よりも狭い第２の領域をスキャンする。コントローラは、第１のビームスキャナを駆動して第１の領域をスキャンし、第１のレーザビームによる反射光のデータを取得する。当該データから、１つ以上の対象物を決定し、第２のビームスキャナを駆動して第２の領域内を照射することにより、当該対象物をモニターする。

特許文献３は、測距撮像装置を開示している。この測距撮像装置は、パッシブ光を検出するイメージセンサから出力された信号に基づき、撮像対象エリア全体の中から測距を必要とする被写体を特定する。この測距撮像装置は、当該被写体をレーザ光で照射し、その反射光を検出することにより、当該被写体までの距離を計測する。

特許文献４は、光ビームによって空間を走査し、イメージセンサによって物体からの反射光を受光して距離情報を取得する装置を開示している。

特開２０１７－１７３２９８号公報 米国特許第１００６１０２０号明細書 特開２０１８－１８５３４２号公報 米国特許出願公開第２０１８／０２１７２５８号明細書

本開示は、測距対象シーンにおける距離データを効率的かつより正確に取得することを可能にする技術を提供する。

本開示の一態様に係る測距装置は、発光装置と、２次元に配列された複数の光検出セルを含む受光装置と、前記発光装置および前記受光装置を制御し、前記受光装置から出力された信号を処理する処理回路と、を備え、前記処理回路は、前記発光装置に、第１の光で対象範囲を照射させ、前記受光装置が前記第１の光の照射によって生じた第１の反射光を検出することにより得られた第１の信号に基づいて、前記対象範囲における第１の距離データを生成し、前記発光装置に、前記対象範囲内の第１の箇所に向けて前記第１の光よりも広がりの程度が小さい第２の光を出射させ、前記受光装置が前記第２の光の照射によって生じた第２の反射光を検出することにより得られた第２の信号に基づいて、前記対象範囲内の前記第１の箇所とは異なる第２の箇所における前記第１の距離データを補正する。

本開示の他の態様に係る測距装置は、発光装置と、２次元に配列された複数の光検出セルを含む受光装置と、前記発光装置および前記受光装置を制御し、前記受光装置から出力された信号を処理する処理回路と、を備え、前記処理回路は、前記発光装置に、複数の光ビームまたはフラッシュ光を照射光として出射させ、前記受光装置が前記照射光によって生じた第１の反射光を検出することにより得られた第１の信号に基づいて、距離データを生成し、前記発光装置に、前記照射光の照射範囲内の少なくとも１つの第１の箇所に向けて少なくとも１つの光ビームを出射させ、前記受光装置が前記少なくとも１つの光ビームの照射によって生じた第２の反射光を検出することにより得られた第２の信号に基づいて、前記照射範囲内の前記少なくとも１つの第１の箇所とは異なる少なくとも１つの第２の箇所における前記距離データを補正する。

本開示の包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意の組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ‐Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記録媒体を含み得る。装置は、１つ以上の装置で構成されてもよい。装置が２つ以上の装置で構成される場合、当該２つ以上の装置は、１つの機器内に配置されてもよく、分離した２つ以上の機器内に分かれて配置されてもよい。本明細書および特許請求の範囲では、「装置」とは、１つの装置を意味し得るだけでなく、複数の装置からなるシステムも意味し得る。

本開示の実施形態によれば、測距対象シーンにおける距離データを効率的かつより正確に取得することが可能になる。

図１は、本開示の例示的な実施形態１による測距装置の概略的な構成を示すブロック図である。 図２は、実施形態１による測距装置の動作の概要を説明するための図である。 図３は、前面に測距装置が搭載された車両の例を模式的に示す斜視図である。 図４Ａは、道路を走行中の車両から前方の対象範囲を見た様子を模式的に示す図である。 図４Ｂは、道路を走行中の車両から前方の対象範囲を見た様子を模式的に示す図である。 図４Ｃは、道路を走行中の車両から前方の対象範囲を見た様子を模式的に示す図である。 図５は、実施形態１における測距動作の例を示すフローチャートである。 図６Ａは、ステップＳ１０３の動作を説明するための図である。 図６Ｂは、ステップＳ１０３の動作を説明するための図である。 図７は、間接ＴＯＦの技術を説明するための図である。 図８は、第１の距離データの信頼性が低い箇所を推定する動作の例を示すフローチャートである。 図９は、実施形態２による測距装置の動作の概要を説明するための図である。 図１０は、実施形態２における測距動作の例を示すフローチャートである。 図１１は、実施形態３における測距動作の例を示すフローチャートである。 図１２は、実施形態４における測距動作の例を示すフローチャートである。 図１３は、発光デバイスの一例を模式的に示す斜視図である。 図１４は、１つの光導波路素子の断面の構造および伝搬する光の例を模式的に示す図である。 図１５Ａは、光導波路アレイの出射面に垂直な方向に光を出射する光導波路アレイの断面を示す図である。 図１５Ｂは、光導波路アレイの出射面に垂直な方向とは異なる方向に光を出射する光導波路アレイの断面を示す図である。 図１６は、３次元空間における光導波路アレイを模式的に示す斜視図である。 図１７は、光導波路アレイおよび位相シフタアレイを、光出射面の法線方向（Ｚ方向）から見た模式図である。 図１８は、光源の一例を示す図である。 図１９は、光源の他の構成例を示す図である。 図２０は、光源のさらに他の構成例を示す図である。 図２１は、光源のさらに他の構成例を示す図である。

以下、本開示の例示的な実施形態を説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。さらに、各図において、実質的に同一の構成要素に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。

（実施形態１）
まず、図１から図３を参照して、本開示の例示的な実施形態１を簡単に説明する。

図１は、本開示の例示的な実施形態１による測距装置１０の概略的な構成を示すブロック図である。本実施形態１による測距装置１０は、発光装置１００と、受光装置２００と、処理回路３００とを備える。測距装置１０は、例えば車両に搭載されるＬｉＤＡＲシステムの一部として利用され得る。測距装置１０は、測距対象のシーンを光で照射し、距離データを生成して出力するように構成されている。なお、本開示における「距離データ」とは、計測点の基準点からの絶対的な距離、または計測点間の相対的な深度を表す様々なデータを意味する。距離データは、例えば、距離画像データであってもよいし、３次元点群データであってもよい。距離データは、直接的に距離または深度を表すデータに限られず、距離または深度を算出するためのセンサデータそのもの、すなわちＲａｗデータであってもよい。Ｒａｗデータは、例えば受光装置２００が受けた光の強度に基づき生成した輝度データであり得る。輝度データは、例えば、輝度画像データであってもよい。

発光装置１００は、広がりの程度の異なる複数種類の光を出射する。例えば、シーンに向けて相対的に広がりの大きい光ビームまたはフラッシュ光を照射したり、シーン中の特定の対象物に向けて広がりの小さい光ビームを照射したりすることができる。言い替えれば、発光装置１００は、相対的にブロードな第１の光と、第１の光の照射範囲よりも狭い範囲を照射する第２の光とを出射することができる。発光装置１００は、第１の光を出射する第１の光源と、第２の光を出射する第２の光源とを備えていてもよい。あるいは、発光装置１００は、第１の光および第２の光の両方を出射することが可能な１つの光源を備えていてもよい。

受光装置２００は、発光装置１００から出射された光によって生じた反射光を検出し、反射光の強度に応じた信号を出力する。受光装置２００は、例えば１つ以上のイメージセンサを備える。２次元に配列された複数の光検出セルを有するイメージセンサから出力された信号は、反射光の２次元強度分布の情報を含む。受光装置２００は、第１の光の照射によって生じた第１の反射光を検出して第１の反射光の強度に応じた第１の信号を出力する。受光装置２００はまた、第２の光の照射によって生じた第２の反射光を検出して第２の反射光の強度に応じた第２の信号を出力する。受光装置２００は、第１の反射光を検出して第１の信号を出力する第１イメージセンサと、第２の反射光を検出して第２の信号を出力する第２イメージセンサとを備えていてもよい。あるいは、受光装置２００は、第１の反射光および第２の反射光を検出して第１の信号および第２の信号をそれぞれ出力することが可能な１つのイメージセンサを備えていてもよい。受光装置２００が１つのセンサを備える場合、受光装置２００の構成を簡略化できる。

処理回路３００は、発光装置１００および受光装置２００を制御し、受光装置２００から出力された信号を処理する。処理回路３００は、１つ以上のプロセッサと、１つ以上の記録媒体とを含む。記録媒体は、例えばＲＡＭおよびＲＯＭなどのメモリを含む。記録媒体には、プロセッサによって実行されるコンピュータプログラム、および処理の過程で生じた種々のデータが格納され得る。処理回路３００は、複数の回路の集合体であってもよい。例えば、処理回路３００は、発光装置１００および受光装置２００を制御する制御回路と、受光装置２００から出力された信号を処理する信号処理回路とを含んでいてもよい。

処理回路３００は、発光装置１００および受光装置２００とは別の筐体に内蔵されてもよい。また、処理回路３００は、発光装置１００および受光装置２００とは離れた場所に設置され、無線通信によって発光装置１００および受光装置２００を遠隔制御してもよい。

図２は、測距装置１０の動作の概要を説明するための図である。図２には、測距装置１０の一例と、測距装置１０によって生成され得る距離画像の一例とが模式的に示されている。図２に示す例において、発光装置１００は、第１の光源１１０と、第２の光源１２０とを備える。第１の光源１１０は、第１の光として、フラッシュ光Ｌ１を出射するように構成されている。第２の光源１２０は、第２の光として、光ビームＬ２を出射するように構成されている。第２の光源１２０は、光ビームＬ２の出射方向を変化させることができる。これにより、空間中の所定の領域を光ビームＬ２でスキャンすることもできる。第１の光源１１０および第２の光源１２０から出射される光の波長は、例えば７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下（近赤外光）の波長域に含まれ得る。太陽光において近赤外光の光量は可視光の光量より少ないので、測距に近赤外光を使用すれば、太陽光のノイズとしての影響を低減することができる。あるいは、当該光の波長は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下（可視光）の波長域に含まれていてもよいし、紫外光の波長域に含まれていてもよい。受光装置２００は、イメージセンサ２１０を備える。この例におけるイメージセンサ２１０は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）による測距が可能なＴＯＦイメージセンサである。イメージセンサ２１０は、直接ＴＯＦまたは間接ＴＯＦの技術を利用して、測距対象のシーンの距離画像を生成することができる。処理回路３００は、第１の光源１１０、第２の光源１２０、およびイメージセンサ２１０を制御する。

実施形態１における処理回路３００は、第１の光源１１０にフラッシュ光Ｌ１で測距の対象範囲３０Ｔを照射させ、これによって生じる第１の反射光をイメージセンサ２１０に検出させて第１の信号を出力させる。第１の反射光は、対象範囲３０Ｔからの直接反射光および多重反射光を含む。直接反射光は、１つの箇所で反射されて測距装置１０に戻って来る光である。多重反射光は、複数の箇所で順次反射されて測距装置１０に戻って来る光である。処理回路３００は、第１の信号に基づいて、対象範囲３０Ｔにおける第１の距離データを生成して出力する。本明細書では、フラッシュ光Ｌ１の照射から第１の距離データの生成および出力までの動作を、「第１の動作」と称する。

処理回路３００は、出力された第１の距離データの信頼性が低い複数の箇所を推定する。例えば、対象範囲３０Ｔ内で多重反射光が経由する箇所では、第１の距離データの信頼性が低くなり得る。処理回路３００は、そのような箇所を信頼性が低い箇所として決定する。

次に、処理回路３００は、第２の光源１２０に、対象範囲３０Ｔ内の第１の箇所に向けて光ビームＬ２を出射させ、これによって生じる第２の反射光をイメージセンサ２１０に検出させて第２の信号を出力させる。第２の反射光は、第１の箇所からの直接反射光、および第１の箇所から対象範囲３０Ｔ内の第２の箇所を経由する多重反射光を含む。上記の推定した複数の箇所は、第１の箇所および第２の箇所を含む。処理回路３００は、第２の信号に基づいて、第１の箇所および第２の箇所における第２の距離データを生成して出力する。処理回路３００は、第２の距離データに基づいて、第１の箇所および第２の箇所における第１の距離データを補正する。本明細書では、光ビームＬ２の出射から第１の距離データの補正までの動作を「第２の動作」と称する。処理回路３００は、推定した複数の箇所のうち、第１の箇所および第２の箇所以外の他の箇所に対して第２の動作を繰り返し実行する。

処理回路３００は、例えば１／３０秒または１／６０秒のフレームごとに、第１の動作、第１の距離データの信頼性が低い複数の箇所を推定する動作、および推定した複数の箇所に対する第２の動作を実行する。これにより、処理回路３００は、対象範囲３０Ｔにおける時系列の距離データを取得することができる。

図３は、前面に測距装置１０が搭載された車両５０の例を模式的に示す斜視図である。図３に示す例において、車両５０における測距装置１０は、フラッシュ光Ｌ１および光ビームＬ２を車両５０の前方に向けて出射する。測距装置１０の車両５０への搭載位置は、その前面に限らず、その上面、側面、または後面でもよい。当該搭載位置は、測距する方向に応じて適切に決定される。光ビームＬ２の広がりの程度は、フラッシュ光Ｌ１の広がりの程度よりも小さい。このため、光ビームＬ２の照射エネルギー密度は、フラッシュ光Ｌ１の照射エネルギー密度よりも高い。したがって、光ビームＬ２は、フラッシュ光Ｌ１よりも狭い範囲をより正確に照射するのに適している。

以下に、本開示の例示的な実施形態１を詳細に説明する。まず、図４Ａから図４Ｃを参照して、フラッシュ光Ｌ１で対象範囲３０Ｔを照射することによって生じる直接反射光および多重反射光を説明する。図４Ａから図４Ｃは、道路を走行中の車両５０から前方の測距の対象範囲３０Ｔを見た様子を模式的に示す図である。対象範囲３０Ｔにおいて、道路には先行車が走っており、道路脇の歩道には複数の歩行者が歩いている。歩道には複数の街灯がある。処理回路３００は、発光装置１００に、対象範囲３０Ｔの全体をフラッシュ光Ｌ１で照射させ、受光装置２００に、フラッシュ光Ｌ１の照射によって生じた第１の反射光を検出させ、第１の反射光の強度に応じた第１信号を出力させる。第１の反射光は、対象範囲３０Ｔからの直接反射光および多重反射光を含む。

図４Ａに示す例において、フラッシュ光Ｌ１のうち、位置Ａを照射する光の一部は、直接反射光としてイメージセンサ２１０に入射し、他の一部は、位置Ａから位置Ｂを経由する多重反射光としてイメージセンサ２１０に入射する。図４Ａに示す実線は、照射光および直接反射光を表す。図４Ａに示す破線は、多重反射光を表す。以下の図においても同様である。図４Ｂに示す例において、フラッシュ光Ｌ１のうち、位置Ｂを照射する光は、直接反射光としてイメージセンサ２１０に入射する。位置Ａを照射する光とは異なり、位置Ｂを照射する光から多重反射光は生じない。図４Ｃに示す例では、位置Ａの照射によって生じる直接反射光および多重反射光と、位置Ｂの照射によって生じる直接反射光とが重畳されている。

イメージセンサ２１０のうち、位置Ａに対応する光検出セルは、位置Ａを照射した光の一部によって生じた直接反射光を検出するが、多重反射光は検出しない。フラッシュ光Ｌ１の照射エネルギー密度が低いことに加えて、多重反射光が検出されないので、当該光検出セルによって検出される反射光の強度は相対的に低くなり得る。さらに、当該光検出セルによって検出される反射光の強度は低すぎて距離を計測できない可能性がある。一方、イメージセンサ２１０のうち、位置Ｂに対応する光検出セルは、位置Ｂを照射する光によって生じた直接反射光、および位置Ａを照射した光の他の一部によって生じた多重反射光を混合して検出する。当該光検出セルによって検出される反射光の強度は相対的に高くなり得る。

以上のように、フラッシュ光Ｌ１で対象範囲３０Ｔを照射すると、照射光のすべてが直接反射光として戻ってくるわけでなく、一部が多重反射光として戻ってくる。このため、フラッシュ光Ｌ１の照射では、対象範囲３０Ｔを正確に測距できない可能性がある。

以下に、図５から図６Ｂを参照して、対象範囲３０Ｔを効率的かつより正確に測距する動作の例を説明する。図５は、本実施形態１における測距動作の例を示すフローチャートである。処理回路３００は、測距動作中、図５のフローチャートに示すステップＳ１０１からステップＳ１１０の動作を実行する。図６Ａおよび図６Ｂは、ステップＳ１０３の動作を説明するための図である。以下、図５に示す各ステップの動作を説明する。

＜ステップＳ１０１＞
処理回路３００は、発光装置１００に、対象範囲３０Ｔをフラッシュ光Ｌ１で照射させる。

＜ステップＳ１０２＞
処理回路３００は、受光装置２００に、フラッシュ光Ｌ１の照射によって生じた第１の反射光を検出させて第１の信号を出力させる。処理回路３００は、第１の信号に基づいて、後述する間接ＴＯＦの技術によって第１の距離データを生成して出力する。ただし、このステップにおいて、処理回路３００は、第１の反射光が多重反射光を含まないと仮定して、第１の距離データを生成する。間接ＴＯＦの技術ではなく直接ＴＯＦの技術を用いてもよい。処理回路３００は、第１の距離データを処理回路３００内の不図示のメモリに記憶する。前述した理由により、フラッシュ光Ｌ１の照射によって取得された第１の距離データは正確でない可能性がある。

＜ステップＳ１０３＞
処理回路３００は、対象範囲３０Ｔのうち、第１の距離データの信頼性が低い箇所を推定する。例えば、ある箇所における輝度値または距離値が、周辺の箇所における輝度値または距離値よりも一定値以上異なる場合、そのような箇所を信頼性が低い箇所と推定することができる。当該推定については詳細を後述する。信頼性が低いか否かを、対象範囲３０Ｔのうち、イメージセンサ２１０に含まれるすべての光検出セルに対応する箇所について判断してもよいし、一部の光検出セルに対応するサンプル箇所についてだけ判断してもよい。

図６Ａに示す例において、白丸は、信頼性が評価される複数のサンプル箇所を表す。屋外において１００ｍまでの距離を計測する場合、隣接する２つのサンプル箇所の間の距離は、例えば５０ｃｍ以上２ｍ以下であり得る。屋内において１０ｍまでの距離を計測する場合、隣接する２つのサンプル箇所の間の距離は、例えば５ｃｍ以上０．２ｍ以下であり得る。

図６Ｂに示す例では、図６Ａの複数のサンプル箇所のうち、１０個のサンプル箇所が、信頼性が低い箇所として推定される。推定した箇所には、１から１０まで番号が付けられている。信頼性が低いものとして推定される箇所の数は、測距対象のシーンによって異なる。多くの場合、２以上の箇所が信頼性の低い箇所として推定され得る。図４Ａから図４Ｃに示す位置Ａおよび位置Ｂは、それぞれ、図６Ｂに示すサンプル箇所１およびサンプル箇所６に相当する。以下の説明において、「信頼性が低いものとして推定される箇所」を、単に「推定した箇所」とも称する。

＜ステップＳ１０４＞
処理回路３００は、第１の距離データの信頼性が低い箇所が推定されたか否かを判定する。推定した箇所がある場合、処理回路３００はステップＳ１０５を実行する。推定した箇所がない場合、第１の距離データを補正する必要はないので、処理回路３００は、測距動作を終了する。

＜ステップＳ１０５＞
処理回路３００は、発光装置１００に、推定した複数の箇所の１つである第１の箇所に向けて光ビームＬ２を出射させる。図６Ｂに示す例では、サンプル箇所１が第１の箇所である。

＜ステップＳ１０６＞
処理回路３００は、受光装置２００に、光ビームＬ２の照射によって生じた第２の反射光を検出させて第２の信号を出力させる。第２の反射光は、第１の箇所からの直接反射光、および第１の箇所から対象範囲３０Ｔ内の第２の箇所を経由する多重反射光を含み得る。処理回路３００は、第２の信号に基づいて、第２の距離データを生成して出力する。図６Ｂに示す例では、サンプル箇所１を照射する光ビームＬ２の一部は、直接反射光として、サンプル箇所１からイメージセンサ２１０に入射する。サンプル箇所１を照射する光ビームＬ２の他の一部は、多重反射光として、サンプル箇所１からサンプル箇所６を経由してイメージセンサ２１０に入射する。図６Ｂに示す例では、サンプル箇所６が第２の箇所である。

＜ステップＳ１０７＞
処理回路３００は、光ビームＬ２で第１の箇所を照射することにより、第１の箇所からの直接反射光の他に、第１の箇所から第２の箇所を経由する多重反射光が生じたか否かを判定する。例えば、イメージセンサ２１０において第２の反射光を検出した光検出セルの数が２以上であれば、多重反射光が生じたことがわかる。多重反射光が生じた場合、処理回路３００はステップＳ１０８を実行する。多重反射光が生じない場合、処理回路３００はステップＳ１０９を実行する。例えば、図６Ｂに示すサンプル箇所６を第１の箇所に選択した場合、図４Ｂに示すように、多重反射光は生じない。

＜ステップＳ１０８＞
多重反射光が生じた場合、処理回路３００は、第２の距離データに基づいて、第１の箇所および第２の箇所における第１の距離データを補正する。第１の箇所における第１の距離データの補正において、処理回路３００は、例えば、第１の箇所における第１の距離データを、第１の箇所における第２の距離データに置き換える。光ビームＬ２の照射エネルギー密度は高いので、照射光の一部が多重反射光になって戻ってこなくても、直接反射光の強度は、距離を計測できるくらい十分に高い。なお、フラッシュ光Ｌ１の照射によって第１の箇所における第１の距離データを取得でき、第１の箇所における第１の距離データが第１の箇所における第２の距離データにほぼ等しければ、当該補正の必要はない。両データにおける距離値の差の絶対値が所定値以下であれば、両データはほぼ等しいと考えることができる。当該所定値は、第１の距離データおよび第２の距離データの平均値に対して、屋外であれば、例えば５％以下であり、屋内であれば、例えば３％以下であり得る。第２の箇所における第１の距離データの補正については詳細を後述する。当該補正により、第１の反射光に含まれる多重反射光の影響を抑制することができる。

＜ステップＳ１０９＞
多重反射光が生じない場合、処理回路３００は、第２の距離データに基づいて、第１の箇所における第１の距離データを補正する。第１の箇所における第１の距離データを補正については、ステップＳ１０８において説明した通りである。

＜ステップＳ１１０＞
ステップＳ１０８またはステップＳ１０９の動作を実行した後、処理回路３００は、信頼性が低いと推定された複数の箇所をすべて調べたか否かを判定する。実施形態１では、ステップＳ１０８において、第１の箇所だけでなく第２の箇所における第１の距離データも補正することができるので、第２の箇所を新たに調べる必要はない。したがって、次に選択する箇所は、信頼性が低いと推定された複数の箇所のうち、第１の箇所および第２の箇所以外の第３の箇所である。図６Ｂに示す例では、第３の箇所は、サンプル箇所１およびサンプル箇所６以外の８個のサンプル箇所の１つである。

信頼性が低いと推定された複数の箇所のうち、選択した第３の箇所が、第１の箇所のように照射光の一部が多重反射光になる箇所であれば、第３の箇所、および第３の箇所とは異なる第４の箇所における第１の距離データを補正することができる。第４の箇所を新たに調べる必要はない。このようにして、信頼性が低いと推定された複数の箇所の残りを効率的に調べることができる。本明細書では、第３の箇所を照射する光ビームＬ２を「第３の光」とも称する。

推定した複数の箇所のうち、第１の箇所の近傍に位置する箇所では、照射光の一部が多重反射光になる可能性が相対的に高いと考えらえる。このような箇所を優先的に光ビームＬ２で照射することにより、効率的に調べることができる。第１の箇所の近傍に位置する箇所は、例えば、第１の箇所を中心として所定の範囲内に位置する箇所であり得る。所定の範囲は、屋外であれば、例えば図６Ａに示す例において、第１の箇所の近傍に存在する２４個のサンプル箇所によって規定され得る。所定の範囲は、屋内であれば、第１の箇所の近傍に存在する８個のサンプル箇所によって規定され得る。上記の２４個のサンプル箇所は、第１の箇所を中心とする５×５のサンプル箇所から第１の箇所を除いた箇所である。上記の８個のサンプル箇所は、第１の箇所を中心とする３×３のサンプル箇所から第１の箇所を除いた箇所である。図６Ｂに示す例において、屋外におけるサンプル箇所１の近傍に位置する箇所は、サンプル箇所２、サンプル箇所３、またはサンプル箇所４である。なお、用途によっては、推定した複数の箇所の残りを不規則にまたは番号順に選択してもよい。

推定した複数の箇所をすべて調べた場合、処理回路３００は、測距動作を終了する。推定した複数の箇所をすべて調べていない場合、処理回路３００は、ステップＳ１０５の動作を再び実行する。

実施形態１において、処理回路３００は、フレームごとに、図５に示すステップＳ１０１からステップＳ１１０までの測距動作を実行する。当該測距動作により、対象範囲３０Ｔを効率的かつより正確に測距することができる。処理回路３００は、メモリ内に時系列で記憶された補正後の第１の距離データに基づいて、運転支援または自動運転による車両の挙動を決定してもよい。処理回路３００は、補正後の第１の距離データに関連する情報を、車両５０内の不図示のディスプレイまたは計器に表示させてもよい。

（間接ＴＯＦの技術による第１の距離データの生成）
次に、図７を参照して、ステップＳ１０２における第１の距離データの生成動作を説明する。図７は、間接ＴＯＦの技術を説明するための図である。間接ＴＯＦの技術では、発光装置１００から出射され、対象範囲３０Ｔのある箇所で反射されて戻ってくる光の往復時間τが、光の強度に変換して計測される。空気中での光速をｃとすると、距離値はｃτ／２によって表される。

図７の一番上の図は、発光装置１００から出射された光の強度の時間変化を表す。出射光の時間幅はΔｔである。図７の真中の図および一番下の図は、イメージセンサ２１０に入射する反射光の強度の時間変化を表す。当該反射光は、連続する第１の時間窓から第３の時間窓で検出される。第１の時間窓、第２の時間窓、および第３の時間窓で各光検出セルに蓄積される信号量を、それぞれ、Ａ_０、Ａ_１、およびＡ_２とする。１フレームの間に、図７に示す発光および受光を複数回繰り返して、蓄積される信号量を増加させてもよい。

図７の真中の図に示す例において、反射光のうち、一部は第１の時間窓で検出され、他の一部は第２の時間窓で検出される。当該反射光は、第３の時間窓では検出されない。信号量Ａ_２は、信号量Ａ_０および信号量Ａ_１に含まれる外光などのノイズ量として扱うことができる。信号量Ａ_０および信号量Ａ_１からノイズ量Ａ_２を除去した信号量をそれぞれ、Ｂ_０およびＢ_１とする。Ｂ_０＝Ａ_０－Ａ_２およびＢ_１＝Ａ_１－Ａ_２である。このとき、出射光の往復時間τは、以下の式（１）によって表される。

同様に、図７の一番下の図に示す例において、反射光のうち、一部は第２の時間窓で検出され、他の一部は第３の時間窓で検出される。当該反射光は第１の時間窓では検出されない。信号量Ａ_０は、信号量Ａ_１および信号量Ａ_２に含まれるノイズ量として扱うことができる。信号量Ａ_１および信号量Ａ_２からノイズ量Ａ_０を除去した信号量をそれぞれ、Ｂ_１およびＢ_２とする。Ｂ_１＝Ａ_１－Ａ_０およびＢ_２＝Ａ_２－Ａ_０である。このとき、出射光の往復時間τは、以下の式（２）によって表される。

以上に説明した間接ＴＯＦの技術によって第１の距離データを生成することができる。なお、用途によっては上記のノイズ量を考慮しなくてもよい。

（第１の距離データの信頼性が低い箇所の推定）
次に、図８を参照して、ステップＳ１０３における推定動作を説明する。図８は、第１の距離データの信頼性が低い箇所を推定する動作の例を示すフローチャートである。処理回路３００は、図８に示すステップＳ２０１からステップＳ２０５の推定動作を実行する。以下、図８に示す各ステップの動作を説明する。

＜ステップＳ２０１＞
処理回路３００は、図６Ａに示すように、対象範囲３０Ｔにおける複数のサンプル箇所を決定する。

＜ステップＳ２０２＞
処理回路３００は、第１の信号の強度分布および／または第１の距離データにおける距離分布から、座標（ｕ、ｖ）のサンプル箇所での特徴量x（ｕ、ｖ）と、その周囲に位置する座標（ｕ、ｖ；ｉ）のサンプル箇所での特徴量x（ｕ、ｖ；ｉ）との差の絶対値を算出する。特徴量ｘ（ｕ、ｖ）は、例えば、輝度値または距離値であり得る。座標（ｕ、ｖ；ｉ）は、座標（ｕ±１、ｖ）、（ｕ、ｖ±１）、および（ｕ±１、ｖ±１）の８つのうちのいずれかを表す。ｉ＝１、・・・、８である。

＜ステップＳ２０３＞
処理回路３００は、以下の式（３）に示すように、ステップＳ２０２において算出された差の絶対値のうち、最小値が所定値Ｔ_ｈ以上であるか否かを判定する。

所定値Ｔ_ｈには、例えば、ｘ（ｕ、ｖ）およびｘ（ｕ、ｖ；ｉ）の中央値または平均値をｘ_０（ｕ、ｖ）として、ｘ_０（ｕ、ｖ）に係数を掛けた値を用いてもよい。当該係数は、例えば０．０１以上０．１以下であり得る。

フラッシュ光Ｌ１で対象範囲３０Ｔを照射すると、図４Ａから図４Ｃを参照して説明したように、図６Ｂに示すサンプル箇所１では、反射光の強度が周囲よりも相対的に低くなり、図６Ｂに示すサンプル箇所６では、反射光の強度が周囲よりも相対的に高くなり得る。特徴量ｘ（ｕ、ｖ）が輝度値である場合、信頼性が低い箇所は、例えば、輝度値が周囲よりも相対的に高かったり低かったりするサンプル箇所であり得る。特徴量ｘ（ｕ、ｖ）が距離値である場合、信頼性が低い箇所は、例えば、反射光の強度が低すぎて距離値を算出できないサンプル箇所、または、直接反射光および多重反射光が混合するために距離値を正確に算出できないサンプル箇所であり得る。

式（３）が満たされる場合、処理回路３００はステップＳ２０４を実行する。式（３）が満たされない場合、処理回路３００はステップＳ２０５を実行する。

＜ステップＳ２０４＞
式（３）が満たされる場合、処理回路３００は、サンプル箇所（ｕ、ｖ）を、第１の距離データの信頼性が低い箇所と推定する。

＜ステップＳ２０５＞
処理回路３００は、複数のサンプル箇所をすべて調べたか否かを判定する。複数のサンプル箇所をすべて調べた場合、処理回路３００は、推定動作を終了する。複数のサンプル箇所をすべて調べていない場合、処理回路３００は、ステップＳ２０２の動作を再び実行する。

以上のように、処理回路３００は、第１の信号の強度分布の連続性および／または第１の距離データにおける距離分布の連続性に基づいて、第１の距離データにおける信頼性が低い複数の箇所を推定する。当該複数の箇所は、多重反射光が経由する箇所である。

図８に示すステップＳ２０１からステップＳ２０５の推定動作以外にも、例えば、公知の信頼性の推定動作を用いてもよい。

（第２の箇所における第１の距離データの補正）
次に、ステップＳ１０８における補正動作を説明する。第２の箇所における第１の距離データから、以下の式（４）によって表される行列方程式が得られる。

係数行列Φは、以下の式（５）によって表される。

ｄ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｎ）は、測距動作前に決定された複数の離散的な距離値を表す。Ｎは、例えば、１０以上２５６以下であり得る。例えば、１００ｍまでの距離を計測する場合、距離値ｄ_１から距離値ｄ_Ｎは、０ｍから１００ｍまでを等間隔に離散化した値である。もちろん、等間隔に離散化するのではなく、近傍は細かく、遠方は荒く離散化してもよい。Ｂ_０；ｄｊおよびＢ_１；ｄｊは、それぞれ、間接ＴＯＦの技術によって算出される距離値ｄ_ｊに相当する第１時間窓および第２時間窓での信号量を表す。係数行列Φは、２行Ｎ列の行列である。

２次のベクトルＶは、フラッシュ光Ｌ１の照射によって生じた第１の信号に基づいて、以下の式（６）によって表される。

式（６）におけるＢ_０およびＢ_１は、それぞれ、第２の箇所に対応する光検出セルによって第１時間窓および第２時間窓で検出された反射光の信号量を表す。式（６）における上付きの「Ｔ」は、行ベクトルを列ベクトルに転置することを意味している。

解くべきＮ次のベクトルＷは、以下の式（７）によって表される。

式（７）における成分Ｗ_ｄｊは、距離値ｄ_ｊに対応する成分を表す。例えば、光検出セルが距離値ｄ_１に対応する直接反射光を検出し、多重反射光を検出しない場合、成分Ｗ_ｄ１のみが１になり、それ以外の成分は０になる。すなわち、Ｗ＝［１、０、・・・、０］^Ｔである。これに対して、光検出セルが距離値ｄ_１に対応する直接反射光、および距離値ｄ₂に対応する多重反射光を検出する場合、成分Ｗ_ｄ１が１になり、成分Ｗ_ｄ2が例えば０．２になり、それ以外の成分は０になる。すなわち、Ｗ＝［１、０．２、・・・、０］^Ｔである。

実施形態１において、推定した複数の箇所のうち、第１の箇所に向けて光ビームＬ２を出射した場合、イメージセンサ２１０は、第１の箇所からの直接反射光、および第１の箇所から第２の箇所を経由した多重反射光を検出する。第１の箇所からの直接反射光と、第２の箇所からの多重反射光とは、イメージセンサ２１０の異なる画素で検出される。したがって、第２の箇所からの多重反射光を受光した画素における第２の距離データから、第２の箇所におけるベクトルＷに含まれる成分Ｗ_ｄ2の値を知ることができる。成分Ｗ_ｄ2の値は、出射光と多重反射光との強度比から算出することができる。

実施形態１において、処理回路３００は、以下の式（８）によって表される修正された行列方程式を解くことにより、第２の箇所における距離値を算出する。

係数行列Φ’は以下の式（９）によって表されるように補正される。

式（９）における係数行列Φ’では、式（５）における係数行列Φから、距離値ｄ_２に対応する成分が除去されている。係数行列Φ’は、２行（Ｎ－１）列の行列である。

２次のベクトルＶ’は、以下の式（１０）によって表される。

式（１０）におけるベクトルＶ’では、式（６）におけるベクトルＶから、多重反射光の成分が除去されている。

解くべき（Ｎ‐１）次のベクトルＷ’は、以下の式（１１）によって表される。

式（１１）におけるベクトルＷ’では、式（７）におけるベクトルＷから、成分Ｗ_ｄ２が除去されている。式（８）における行列方程式を解き、ベクトルＷ’＝［１、０、０、・・・、０］^Ｔが得られれば、第２の箇所における距離値ｄ_１を算出することができる。

補正前の第２の箇所における第１の距離データから得られた距離値と、算出された第２の箇所における距離値ｄ_１との差の絶対値が所定値以下であれば、両データはほぼ等しいと考えることができる。この場合、第２の箇所における第１の距離データに、補正前の距離値または算出された距離値を用いてもよいし、補正前の距離値および算出された距離値ｄ_１の平均値を用いてもよい。上記の差の絶対値が所定値以上であれば、算出された距離値ｄ_１が、第２の箇所における第１の距離データに用いられる。

以上のようにして、処理回路３００は、第２の信号から、第２の反射光に含まれる第２の箇所を経由した多重反射光に由来する多重反射成分を抽出し、第２の信号の多重反射成分に基づいて、第２の箇所における第１の距離データを補正する。

次に、式（８）における行列方程式の解法を説明する。当該行列方程式では、ベクトルＷ’における成分の数の方が、独立した式の数よりも多い。ベクトルＷ’における成分の数はＮ－１であり、独立した式の数は２である。当該行列方程式は、以下の式（１２）によって表されるｆの最小値を見つけることによって解くことができる。

式（１２）の右辺における第２項のうち、αは重み係数を表し、残りの記号はベクトルＷ’のＬ１ノルムを表す。処理回路３００は、ＡＤＭＭ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）法などの繰り返し計算によって式（１２）におけるｆの最小値を見つけることにより、ベクトルＷ’を算出することができる。

前述した例では、第２の箇所において、距離値ｄ_１に対応する直接反射光の他に、距離値ｄ₂に対応する多重反射光が存在していた。第２の箇所において、距離値ｄ₂および距離値ｄ_５に対応する複数の多重反射光が存在する例では、式（４）における係数行列Φ、ベクトルＷ、およびベクトルＶから、距離値ｄ₂および距離値ｄ_５に対応する成分を除去した行列方程式を解くことにより、第２の箇所における距離値ｄ_１を算出することができる。

第２の距離データを用いずに第１の距離データから得られた式（４）における行列方程式を解くことによっても、第２の箇所での距離値ｄ_１を算出することができる。ただし、第２の距離データを用いて修正された式（８）における行列方程式を解く方が、算出時間を短縮することができる。したがって、第２の箇所における第１の距離データを効率的に補正することができる。

（実施形態２）
実施形態１では、フラッシュ光を利用して生成された対象範囲における第１の距離データのうち、信頼性の低い箇所における距離データが、単一の光ビームを利用して生成された第２の距離データに基づいて補正される。実施形態２では、マルチビーム光を利用して生成された照射範囲における第３の距離データのうち、信頼性の低い箇所における距離データが、マルチビーム光を利用して生成された第４の距離データに基づいて補正される。マルチビーム光は２つ以上の光ビームを含む。ここで、照射範囲は、例えば、１フレーム当たりにマルチビーム光を１回または複数回出射した場合に照射されるすべての照射範囲であり得る。以下では、実施形態２が実施形態１とは異なる点を中心に説明する。実施形態２による測距装置は、実施形態１による測距装置と同様の構成を有する。以下の説明において、実施形態２も含めこれ以降の実施形態における構成要素の参照符号には、実施形態１における構成要素と同一の参照符号が用いられている。

発光装置１００は、マルチビーム光を出射するように構成された第１の光源１１０と、マルチビーム光を出射するように構成された第２の光源１２０とを備える。第１の光源１１０から出射されたマルチビーム光を利用して照射範囲における第３の距離データが生成され、第２の光源１２０から出射されたマルチビーム光を利用して第４の距離データが生成される。第１の光源１１０は、複数の光源を含んでいてもよいし、単一の光源を含んでいてもよい。第１の光源１１０は、複数の光源から複数の方向にそれぞれ光ビームを同時に出射できるように構成されていてもよいし、単一の光源から出射される光ビームの方向を単位期間内に変化させるように構成されていてもよい。すなわち、２つ以上の光ビームが同時に出射されてもよいし、順次出射されてもよい。第２の光源１２０についても同様である。なお、発光装置１００は、第１の光源１１０および第２の光源１２０の一方だけを含んでいてもよい。当該一方の光源から出射されたマルチビーム光を利用して第３および第４の距離データを生成してもよい。発光装置１００に含まれる第１の光源１１０および第２の光源１２０の具体的な構成については詳細を後述する。

処理回路３００は、マルチビーム光によって生じた反射光が、受光装置２００におけるイメージセンサ２１０に含まれる複数の光検出セルのうち、異なる光検出セルにそれぞれ入射するように、マルチビーム光の方向を決定する。ある例において、イメージセンサ２１０は、受光面に沿って２次元的に配列された複数の光検出セルを含む。この場合、処理回路３００は、当該受光面に投影されたマルチビーム光の経路が、当該受光面内で互いに重ならず、かつ交差しないように、マルチビーム光の方向の組み合わせを決定してもよい。その結果、複数の物体から生じた反射光が１つの光検出セルに入射することを回避することができる。

処理回路３００は、１フレームに含まれる複数の単位期間の各々において、発光装置１００に、マルチビーム光を出射させ、複数の光検出セルの少なくとも一部に、マルチビーム光によって生じた反射光を検出させる。処理回路３００は、マルチビーム光のそれぞれの反射光がイメージセンサ２１０に含まれる複数の光検出セルのいずれかによって検出されるように、各光検出セルの露光タイミングを制御する。処理回路３００は、光検出セルに、複数の単位期間の各々において光検出セルに蓄積された、光検出量に応じた電荷を少なくとも１回出力させる。マルチビーム光の方向の組み合わせは、単位期間ごとに異なるように設定され得る。当該組み合わせは、例えば、複数の単位期間に複数回出射されるマルチビーム光で、予め設定された距離レンジにある範囲が照射されるように決定され得る。距離情報の生成は、反射光を検出した一部の光検出セルについて行われ得る。処理回路３００は、単位期間ごとに、反射光を検出した一部の光検出セルについて距離データを生成してもよい。あるいは、処理回路３００は、複数の単位期間におけるマルチビーム光の出射および反射光の検出がすべて終了した後、照射範囲の距離データを生成してもよい。

図９は、実施形態２による測距装置１０の動作の概要を説明するための図である。図９には、対象物の例として、人および複数の車両が示されている。発光装置１００は、単位期間ごとに、マルチビーム光Ｌ３を出射する。図９に示す例において、マルチビーム光Ｌ３に含まれる光ビームの数は４である。１つの単位期間に出射される光ビームの数は４に限らず、２以上の任意の数であり得る。受光装置２００は、２次元画像を取得するイメージセンサを含む。図９に示すように、測距装置１０は、路上の人または車両などの物体までの距離の計測に使用され得る。測距装置１０は、例えば車載ＬｉＤＡＲシステムの構成要素として使用され得る。

実施形態２による測距装置１０によれば、単位期間ごとに、マルチビーム光Ｌ３を出射して複数の箇所の距離情報を取得することができる。このため、単位期間ごとに１つの方向にのみ１つの光ビームを出射させる従来の測距装置と比較して、短時間で測距することができる。さらに、複数の対象物からの反射光が１つの光検出セルに入射することを避けることができるので、より正確に測距することができる。

実施形態２における処理回路３００の動作は以下の通りである。

処理回路３００は、第１の光源１１０に、複数の光ビームを出射させ、これによって生じる第３の反射光をイメージセンサ２１０に検出させて第３の信号を出力させる。上記の複数の光ビームは、例えば、１フレーム当たりにマルチビーム光Ｌ３を１回または複数回出射させて生じるすべての光ビームであり得る。第３の反射光は、複数の光ビームの照射範囲からの直接反射光および多重反射光を含む。処理回路３００は、第３の信号に基づいて、照射範囲における第３の距離データを生成して出力する。処理回路３００は、１フレームに含まれる複数の単位時間の各々において距離データを生成してもよいし、１フレームにおけるマルチビーム光Ｌ３の照射および反射光の検出がすべて終了した後に距離データを生成してもよい。

処理回路３００は、出力された第３の距離データの信頼性が低い複数の箇所を推定する。照射範囲内で多重反射光が経由する箇所では、第３の距離データの信頼性が低くなり得る。

処理回路３００は、第２の光源１２０に、照射範囲内の推定した複数の箇所のうち、２つ以上の第３の箇所に向けてマルチビーム光Ｌ４を出射させ、これによって生じる第４の反射光をイメージセンサ２１０に検出させて第４の信号を出力させる。第４の反射光は、２つ以上の第３の箇所からの直接反射光、および２つ以上の第３の箇所から照射範囲内の２つ以上の第４の箇所をそれぞれ経由する多重反射光を含む。上記の推定した複数の箇所は、２つ以上の第３の箇所および２つ以上の第４の箇所を含む。処理回路３００は、第４の信号に基づいて、２つ以上の第３の箇所および２つ以上の第４の箇所における第４の距離データを生成して出力する。処理回路３００は、第４の距離データに基づいて、２つ以上の第３の箇所および２つ以上の第４の箇所における第３の距離データを補正する。本明細書では、マルチビーム光Ｌ４の出射から第３の距離データの補正までの動作を「第３の動作」と称する。処理回路３００は、推定した複数の箇所のうち、２つ以上の第３の箇所および２つ以上の第４の箇所以外の他の箇所に対して第３の動作を繰り返し実行する。

図１０は、実施形態２における測距動作の例を示すフローチャートである。処理回路３００は、測距動作中、図１０のフローチャートに示すステップＳ３０１からステップＳ３０７の動作を実行する。以下、図１０に示す各ステップの動作を説明する。

＜ステップＳ３０１＞
処理回路３００は、発光装置１００に、複数の光ビームを出射させ、受光装置２００に、当該照射によって生じた第３の反射光を検出させて第３の信号を出力させる。複数の光ビームは、前述したように、１フレーム当たりにマルチビーム光Ｌ３を１回または複数回出射させて生じるすべての光ビームである。処理回路３００は、第３の信号に基づいて、実施形態１において前述した間接ＴＯＦの技術によって照射範囲における第３の距離データを生成して出力する。ただし、このステップにおいて、処理回路３００は、第３の反射光が多重反射光を含まないと仮定して、当該距離データを生成する。間接ＴＯＦの技術ではなく直接ＴＯＦの技術を用いてもよい。処理回路３００は、第３の距離データを処理回路３００内の不図示のメモリに記憶する。実施形態１において前述した理由により、複数の光ビームの照射によって取得された距離データは正確でない可能性がある。

＜ステップＳ３０２＞
処理回路３００は、照射範囲のうち、第３の距離データの信頼性が低い箇所を前述の通り推定する。信頼性が低いか否かを、照射範囲のうち、イメージセンサ２１０に含まれるすべての光検出セルに対応する箇所で調べてもよいし、一部の光検出セルに対応するサンプル箇所だけで調べてもよい。

＜ステップＳ３０３＞
処理回路３００は、第３の距離データの信頼性が低い箇所が推定されたか否かを判定する。推定した箇所がある場合、処理回路３００はステップＳ３０４を実行する。推定した箇所がない場合、第３の距離データを補正する必要はないので、処理回路３００は測距動作を終了する。

＜ステップＳ３０４＞
処理回路３００は、発光装置１００に、推定した複数の箇所のうち、２つ以上の第３の箇所に向けてマルチビーム光Ｌ４を出射させる。２つ以上の第３の箇所は、マルチビーム光Ｌ４に含まれる２つ以上の光ビームでそれぞれ照射される。マルチビーム光Ｌ４に含まれる光ビームの本数は、マルチビーム光Ｌ３に含まれる光ビームの本数に等しい場合もあれば、異なる場合もある。

＜ステップＳ３０５＞
処理回路３００は、受光装置２００に、マルチビーム光Ｌ４の照射によって生じた第４の反射光を検出させて第４の信号を出力させる。第４の反射光は、２つ以上の第３の箇所からの直接反射光、および２つ以上の第３の箇所から照射範囲内の２つ以上の第４の箇所をそれぞれ経由する多重反射光を含み得る。処理回路３００は、第４の信号に基づいて、第４の距離データを生成して出力する。この第４の距離データの生成方法は、実施形態１において前述した（第２の箇所における第１の距離データの補正）の欄に記載の通りである。

＜ステップＳ３０６＞
処理回路３００は、第４の距離データに基づいて、２つ以上の第３の箇所、または２つ以上の第３の箇所および２つ以上の第４の箇所における第３の距離データを補正する。この動作は、図５のフローチャートに示すステップＳ１０７からＳ１０９の動作と同様である。

＜ステップＳ３０７＞
ステップＳ３０６の動作を実行した後、処理回路３００は、推定した複数の箇所をすべて調べたか否かを判定する。推定した複数の箇所をすべて調べた場合、処理回路３００は、測距動作を終了する。推定した複数の箇所をすべて調べていない場合、処理回路３００は、ステップＳ３０４の動作を再び実行する。推定した複数の箇所をマルチビーム光Ｌ４の照射によって１回ですべて調べることも可能である。

実施形態２による測距装置１０では、マルチビーム光を利用することにより、照射範囲内の複数の箇所を同時にまたは単位期間内に照射することができる。その結果、単一の光ビームを利用する場合と比較して距離データをより高速に生成することができる。

（実施形態３）
実施形態３では、マルチビーム光を利用して生成された照射範囲における第３の距離データのうち、信頼性の低い箇所における距離データが、単一の光ビームを利用して生成された第５の距離データに基づいて補正される。以下では、実施形態３が実施形態１および２とは異なる点を中心に説明する。実施形態３における処理回路３００の動作は以下の通りである。

処理回路３００は、第１の光源１１０に、複数の光ビームを出射させ、これによって生じる第３の反射光をイメージセンサ２１０に検出させて第３の信号を出力させる。第３の反射光は、複数の光ビームの照射範囲内からの直接反射光および多重反射光を含む。処理回路３００は、第３の信号に基づいて、照射範囲における第３の距離データを生成して出力する。処理回路３００が１フレームのどのタイミングで距離データを生成するかについては、実施形態２において説明した通りである。

処理回路３００は、出力された第３の距離データの信頼性が低い複数の箇所を推定する。照射範囲内で多重反射光が経由する箇所では、第３の距離データの信頼性が低くなり得る。

処理回路３００は、第２の光源１２０に、照射範囲内の推定した複数の箇所のうち、第５の箇所に向けて光ビームＬ５を出射させ、これによって生じる第５の反射光をイメージセンサ２１０に検出させて第５の信号を出力させる。第５の反射光は、第５の箇所からの直接反射光、および第５の箇所から照射範囲内の第６の箇所を経由する多重反射光を含む。上記の推定した複数の箇所は、第５の箇所および第６の箇所を含む。処理回路３００は、第５の信号に基づいて、第５の箇所および第６の箇所における第５の距離データを生成して出力する。処理回路３００は、第５の距離データに基づいて、第５の箇所および第６の箇所における第３の距離データを補正する。本明細書では、光ビームＬ５の出射から第５の距離データの補正までの動作を「第４の動作」と称する。処理回路３００は、推定した複数の箇所のうち、第５の箇所および第６の箇所以外の他の箇所に対して第４の動作を繰り返し実行する。

図１１は、実施形態３における測距動作の例を示すフローチャートである。処理回路３００は、測距動作中、図１１のフローチャートに示すステップＳ４０１からステップＳ４０７の動作を実行する。以下、図１１に示す各ステップの動作を説明する。

＜ステップＳ４０１からＳ４０３＞
ステップＳ４０１からＳ４０３の動作は、それぞれ、図１０のフローチャートに示すステップＳ３０１からＳ３０３の動作と同じである。

＜ステップＳ４０４＞
処理回路３００は、発光装置１００に、推定した複数の箇所のうち、第５の箇所に向けて光ビームＬ５を出射させる。

＜ステップＳ４０５＞
処理回路３００は、受光装置２００に、光ビームＬ５の照射によって生じた第５の反射光を検出させて、第５の信号を出力させる。第５の反射光は、第５の箇所からの直接反射光、および第６の箇所から照射範囲内の第６の箇所を経由する多重反射光を含み得る。処理回路３００は、第５の信号に基づいて、第５の距離データを生成して出力する。この第５の距離データの生成方法は、前述の（第２の箇所における第１の距離データの補正）の欄に記載の通りである。

＜ステップＳ４０６＞
処理回路３００は、第５の距離データに基づいて、第５の箇所、または第５および第６の箇所における第３の距離データを補正する。この動作は、図５のフローチャートに示すステップＳ１０７からＳ１０９の動作と同様である。

＜ステップＳ４０７＞
ステップＳ４０６の動作を実行した後、処理回路３００は、推定した複数の箇所をすべて調べたか否かを判定する。推定した複数の箇所をすべて調べた場合、処理回路３００は、測距動作を終了する。推定した複数の箇所をすべて調べていない場合、処理回路３００は、ステップＳ４０４の動作を再び実行する。

実施形態３による測距装置１０では、マルチビーム光を利用して第３の距離データをより高速に生成することができる。さらに、実施形態３による測距装置１０では、光ビームを利用して第５の距離データをより正確に生成することができる。

（実施形態４）
実施形態４では、フラッシュ光を利用して生成された照射範囲における第１の距離データのうち、信頼性の低い箇所における距離データが、マルチビーム光を利用して生成された第６の距離データに基づいて補正される。以下では、実施形態４が実施形態１から３とは異なる点を中心に説明する。実施形態４における処理回路３００の動作は以下の通りである。

処理回路３００は、第１の光源１１０にフラッシュ光Ｌ１で照射範囲を照射させ、これによって生じる第１の反射光をイメージセンサ２１０に検出させて第１の信号を出力させる。第１の反射光は、照射範囲からの直接反射光および多重反射光を含む。処理回路３００は、第１の信号に基づいて、照射範囲における第１の距離データを生成して出力する。

処理回路３００は、出力された第１の距離データの信頼性が低い複数の箇所を推定する。照射範囲内で多重反射光が経由する箇所では、第１の距離データの信頼性が低くなり得る。

処理回路３００は、第２の光源１２０に、照射範囲内の推定した複数の箇所のうち、２つ以上の第７の箇所に向けてマルチビーム光Ｌ６を出射させ、これによって生じる第６の反射光をイメージセンサ２１０に検出させて第６の信号を出力させる。第６の反射光は、２つ以上の第７の箇所からの直接反射光、および２つ以上の第７の箇所から照射範囲内の２つ以上の第８の箇所をそれぞれ経由する多重反射光を含む。上記の推定した複数の箇所は、２つ以上の第７の箇所および２つ以上の第８の箇所を含む。処理回路３００は、第６の信号に基づいて、２つ以上の第７の箇所および２つ以上の第８の箇所における第６の距離データを生成して出力する。処理回路３００は、第６の距離データに基づいて、２つ以上の第７の箇所および２つ以上の第８の箇所における第１の距離データを補正する。本明細書では、マルチビーム光Ｌ６の出射から第６の距離データの補正までの動作を「第５の動作」と称する。処理回路３００は、推定した複数の箇所のうち、２つ以上の第７の箇所および２つ以上の第８の箇所以外の他の箇所に対して第５の動作を繰り返し実行する。

図１２は、実施形態４における測距動作の例を示すフローチャートである。処理回路３００は、測距動作中、図１２のフローチャートに示すステップＳ５０１からステップＳ５０８の動作を実行する。以下、図１２に示す各ステップの動作を説明する。

＜ステップＳ５０１からＳ５０４＞
ステップＳ５０１からＳ５０４の動作は、それぞれ、図５のフローチャートに示すステップＳ１０１からＳ１０４の動作と同じである。フラッシュ光で照射される照射範囲は、実施形態１における対象範囲に等しい。

＜ステップＳ５０５＞
処理回路３００は、発光装置１００に、推定した複数の箇所のうち、２つ以上の第７の箇所に向けてマルチビーム光Ｌ６を出射させる。２つ以上の第７の箇所は、マルチビーム光Ｌ６に含まれる２つ以上の光ビームでそれぞれ照射される。

＜ステップＳ５０６＞
処理回路３００は、受光装置２００に、マルチビーム光Ｌ６の照射によって生じた第６の反射光を検出させて、第６の信号を出力させる。第６の反射光は、２つ以上の第７の箇所からの直接反射光、および２つ以上の第７の箇所から照射範囲内の２つ以上の第８の箇所をそれぞれ経由する多重反射光を含み得る。処理回路３００は、第６の信号に基づいて、第６の距離データを生成して出力する。この第６の距離データの生成方法は、前述の（第２の箇所における第１の距離データの補正）の欄に記載の通りである。

＜ステップＳ５０７＞
処理回路３００は、第６の距離データに基づいて、２つ以上の第７の箇所、または２つ以上の第７および２つ以上の第８の箇所における第１の距離データを補正する。この動作は、図５のフローチャートに示すステップＳ１０７からＳ１０９の動作と同様である。

＜ステップＳ５０８＞
ステップＳ５０７の動作を実行した後、処理回路３００は、推定した複数の箇所をすべて調べたか否かを判定する。推定した複数の箇所をすべて調べた場合、処理回路３００は、測距動作を終了する。推定した複数の箇所をすべて調べていない場合、処理回路３００は、ステップＳ５０５の動作を再び実行する。推定した複数の箇所をマルチビーム光Ｌ６の照射によって１回ですべて調べることも可能である。

実施形態４による測距装置１０では、フラッシュ光を利用して第１の距離データを１回で生成することができる。さらに、実施形態４による測距装置１０では、マルチビーム光を利用して第６の距離データをより高速に生成することができる。

（マルチビーム光を出射する光源の構成例）
次に、発光装置１００に含まれる第１の光源１１０がマルチビーム光を出射する場合における第１の光源１１０の構成例を説明する。第２の光源１２０は、第１の光源１１０と同様の構成を有し得る。以下の説明では、第１の光源１１０を単に「光源１１０」と称する。光源１１０は、処理回路３００の制御に応じて光ビームの出射方向を変化させることができる発光デバイスである。このような発光デバイスを、以下、「光スキャンデバイス」と称することがある。光スキャンデバイスは、測距対象のシーン内の一部の領域を光ビームで順次照射する。この機能を実現するため、光スキャンデバイスは、光ビームの出射方向を変化させる機構を備える。例えば、光スキャンデバイスは、レーザなどの発光素子と、少なくとも１つの稼働ミラー、例えばＭＥＭＳミラーとを備え得る。発光素子から出射された光は、稼働ミラーによって反射され、測距対象のシーン内の所定の領域に向かう。処理回路３００は、稼働ミラーを駆動することにより、光ビームの出射方向を変化させることができる。

稼働ミラーを有する発光デバイスとは異なる構造によって光の出射方向を変化させることが可能な発光デバイスを用いてもよい。例えば、特開２０１８－１２４２７１号公報に開示されているような、反射型導波路を利用した発光デバイスを用いても良い。あるいは、アンテナアレイによって各アンテナから出力される光の位相を調節することで、アレイ全体の光の方向を変化させる発光デバイスを用いてもよい。

以下、光源１１０の構成の一例を説明する。

図１３は、光源１１０において使用され得る発光デバイスの一例を模式的に示す斜視図である。光源１１０は、各々が異なる方向に光を出射する複数の発光デバイスの組み合わせによって構成され得る。図１３は、そのうちの１つの発光デバイスの構成を簡略化して示している。

発光デバイスは、複数の光導波路素子１２を含む光導波路アレイを備える。複数の光導波路素子１２の各々は、第１の方向（図１３におけるＸ方向）に延びた形状を有する。複数の光導波路素子１２は、第１の方向に交差する第２の方向（図１３におけるＹ方向）に規則的に配列されている。複数の光導波路素子１２は、第１の方向に光を伝搬させながら、第１および第２の方向に平行な仮想的な平面に交差する第３の方向Ｄ３に光を出射させる。

複数の光導波路素子１２のそれぞれは、互いに対向する第１のミラー３０および第２のミラー４０と、ミラー３０とミラー４０の間に位置する光導波層２０とを有する。ミラー３０およびミラー４０の各々は、第３の方向Ｄ３に交差する反射面を、光導波層２０との界面に有する。ミラー３０およびミラー４０、ならびに光導波層２０は、第１の方向に延びた形状を有している。

第１のミラー３０の反射面と第２のミラー４０の反射面とは略平行に対向している。２つのミラー３０およびミラー４０のうち、少なくとも第１のミラー３０は、光導波層２０を伝搬する光の一部を透過させる特性を有する。言い換えれば、第１のミラー３０は、当該光について、第２のミラー４０よりも高い光透過率を有する。このため、光導波層２０を伝搬する光の一部は、第１のミラー３０から外部に出射される。このようなミラー３０および４０は、例えば誘電体による多層膜（「多層反射膜」と称することもある。）によって形成される多層膜ミラーであり得る。

それぞれの光導波路素子１２に入力する光の位相を調整し、さらに、これらの光導波路素子１２における光導波層２０の屈折率もしくは厚さ、または光導波層２０に入力される光の波長を調整することで、任意の方向に光を出射させることができる。

図１４は、１つの光導波路素子１２の断面の構造および伝搬する光の例を模式的に示す図である。図１４では、図１３に示すＸ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向とし、光導波路素子１２のＸＺ面に平行な断面が模式的に示されている。光導波路素子１２において、一対のミラー３０とミラー４０が光導波層２０を挟むように配置されている。光導波層２０のＸ方向における一端から導入された光２２は、光導波層２０の上面に設けられた第１のミラー３０および下面に設けられた第２のミラー４０によって反射を繰り返しながら光導波層２０内を伝搬する。第１のミラー３０の光透過率は第２のミラー４０の光透過率よりも高い。このため、主に第１のミラー３０から光の一部を出力することができる。

通常の光ファイバーなどの光導波路では、全反射を繰り返しながら光が光導波路に沿って伝搬する。これに対して、本実施形態における光導波路素子１２では、光は光導波層２０の上下に配置されたミラー３０および４０によって反射を繰り返しながら伝搬する。このため、光の伝搬角度に制約がない。ここで光の伝搬角度とは、ミラー３０またはミラー４０と光導波層２０との界面への入射角度を意味する。ミラー３０またはミラー４０に対して、より垂直に近い角度で入射する光も伝搬できる。すなわち、全反射の臨界角よりも小さい角度で界面に入射する光も伝搬できる。このため、光の伝搬方向における光の群速度は自由空間における光速に比べて大きく低下する。これにより、光導波路素子１２は、光の波長、光導波層２０の厚さ、および光導波層２０の屈折率の変化に対して光の伝搬条件が大きく変化するという性質を持つ。このような光導波路を、「反射型光導波路」または「スローライト光導波路」と称する。

光導波路素子１２から空気中に出射される光の出射角度θは、以下の式（１３）によって表される。

式（１３）からわかるように、空気中での光の波長λ、光導波層２０の屈折率ｎ_ｗおよび光導波層２０の厚さｄのいずれかを変えることで光の出射方向を変えることができる。

例えば、ｎ_ｗ＝２、ｄ＝３８７ｎｍ、λ＝１５５０ｎｍ、ｍ＝１の場合、出射角度は０°である。この状態から、屈折率をｎ_ｗ＝２．２に変化させると、出射角度は約６６°に変化する。一方、屈折率を変えずに厚さをｄ＝４２０ｎｍに変化させると、出射角度は約５１°に変化する。屈折率も厚さも変化させずに波長をλ＝１５００ｎｍに変化させると、出射角度は約３０°に変化する。このように、光の波長λ、光導波層２０の屈折率ｎ_ｗ、および光導波層２０の厚さｄのいずれかを変化させることにより、光の出射方向を変化させることができる。

光の波長λは、例えば一般的なシリコン（Ｓｉ）により光を吸収することで光を検出するイメージセンサで高い検出感度が得られる４００ｎｍから１１００ｎｍ（可視光から近赤外光）の波長域に含まれ得る。他の例では、波長λは、光ファイバーまたはＳｉ光導波路において伝送損失の比較的小さい１２６０ｎｍから１６２５ｎｍの近赤外光の波長域に含まれ得る。なお、これらの波長範囲は一例である。使用される光の波長域は、可視光または赤外光の波長域に限定されず、例えば紫外光の波長域であってもよい。

発光デバイスは、各光導波路素子１２における光導波層２０の屈折率、厚さ、および波長の少なくとも１つを変化させる第１調整素子を備え得る。これにより、出射光の方向を調製することができる。

光導波層２０の少なくとも一部の屈折率を調整するために、光導波層２０は、液晶材料または電気光学材料を含んでいてもよい。光導波層２０は、一対の電極によって挟まれ得る。一対の電極に電圧を印加することにより、光導波層２０の屈折率を変化させることができる。

光導波層２０の厚さを調整するために、例えば、第１のミラー３０および第２のミラー４０の少なくとも一方に少なくとも１つのアクチュエータが接続されてもよい。少なくとも１つのアクチュエータによって第１のミラー３０と第２のミラー４０との距離を変化させることにより、光導波層２０の厚さを変化させることができる。光導波層２０が液体から形成されていれば、光導波層２０の厚さは容易に変化し得る。

複数の光導波路素子１２が一方向に配列された光導波路アレイにおいて、それぞれの光導波路素子１２から出射される光の干渉により、光の出射方向は変化する。各光導波路素子１２に供給する光の位相を調整することにより、光の出射方向を変化させることができる。以下、その原理を説明する。

図１５Ａは、光導波路アレイの出射面に垂直な方向に光を出射する光導波路アレイの断面を示す図である。図１５Ａには、各光導波路素子１２を伝搬する光の位相シフト量も記載されている。ここで、位相シフト量は、左端の光導波路素子１２を伝搬する光の位相を基準にした値である。本実施形態における光導波路アレイは、等間隔に配列された複数の光導波路素子１２を含んでいる。図１５Ａにおいて、破線の円弧は、各光導波路素子１２から出射される光の波面を示している。直線は、光の干渉によって形成される波面を示している。矢印は、光導波路アレイから出射される光の方向（すなわち、波数ベクトルの方向）を示している。図１５Ａの例では、各光導波路素子１２における光導波層２０を伝搬する光の位相はいずれも同じである。この場合、光は光導波路素子１２の配列方向（Ｙ方向）および光導波層２０が延びる方向（Ｘ方向）の両方に垂直な方向（Ｚ方向）に出射される。

図１５Ｂは、光導波路アレイの出射面に垂直な方向とは異なる方向に光を出射する光導波路アレイの断面を示す図である。図１５Ｂに示す例では、複数の光導波路素子１２における光導波層２０を伝搬する光の位相が、配列方向に一定量（Δφ）ずつ異なっている。この場合、光は、Ｚ方向とは異なる方向に出射される。このΔφを変化させることにより、光の波数ベクトルのＹ方向の成分を変化させることができる。隣接する２つの光導波路素子１２の間の中心間距離をｐとすると、光の出射角度α_０は、以下の式（１４）によって表される。

光導波路素子１２の本数がＮのとき、光の出射角度の広がり角Δαは、以下の式（１５）によって表される。

したがって、光導波路素子１２の本数が多いほど、広がり角Δαを小さくすることができる。

図１６は、３次元空間における光導波路アレイを模式的に示す斜視図である。図１６に示す太い矢印は、発光デバイスから出射される光の方向を表す。θは、光の出射方向とＹＺ平面とがなす角度である。θは式（１４）を満たす。α_０は、光の出射方向とＸＺ平面とがなす角度である。α_０は式（１５）を満たす。

それぞれの光導波路素子１２から出射される光の位相を制御するために、例えば、光導波路素子１２に光を導入する前段に、光の位相を変化させる位相シフタが設けられ得る。発光デバイスは、複数の光導波路素子１２のそれぞれに接続された複数の位相シフタと、各位相シフタを伝搬する光の位相を調整する第２調整素子とを備え得る。各位相シフタは、複数の光導波路素子１２の対応する１つにおける光導波層２０に直接的にまたは他の光導波路を介して繋がる光導波路を含む。第２調整素子は、複数の位相シフタから複数の光導波路素子１２へ伝搬する光の位相の差をそれぞれ変化させることにより、複数の光導波路素子１２から出射される光の方向（すなわち、第３の方向Ｄ３）を変化させる。以下の説明では、光導波路アレイと同様に、配列された複数の位相シフタを「位相シフタアレイ」と称することがある。

図１７は、光導波路アレイ１０Ａおよび位相シフタアレイ８０Ａを、光出射面の法線方向（Ｚ方向）から見た模式図である。図１７に示す例では、全ての位相シフタ８０が同じ伝搬特性を有し、全ての光導波路素子１２が同じ伝搬特性を有する。それぞれの位相シフタ８０およびそれぞれの光導波路素子１２は同じ長さであってもよいし、長さが異なっていてもよい。それぞれの位相シフタ８０の長さが等しい場合は、例えば、駆動電圧によってそれぞれの位相シフト量を調整することができる。また、それぞれの位相シフタ８０の長さを等ステップで変化させた構造にすることで、同じ駆動電圧で等ステップの位相シフトを与えることもできる。さらに、この発光デバイスは、複数の位相シフタ８０に光を分岐して供給する光分岐器９０と、各光導波路素子１２を駆動する第１駆動回路２０１と、各位相シフタ８０を駆動する第２駆動回路２０２とをさらに備える。図１７における直線の矢印は光の入力を示している。別々に設けられた第１駆動回路２０１と第２駆動回路２０２とをそれぞれ独立に制御することにより、２次元的に光の出射方向を変化させることができる。この例では、第１駆動回路２０１は、第１調整素子の１つの要素として機能し、第２駆動回路２０２は、第２調整素子の１つの要素として機能する。

第１駆動回路２０１は、各光導波路素子１２における光導波層２０の屈折率および厚さの少なくとも一方を変化させることにより、光導波層２０から出射する光の角度を変化させる。第２駆動回路２０２は、各位相シフタ８０における光導波路２０ａの屈折率を変化させることにより、光導波路２０ａの内部を伝搬する光の位相を変化させる。光分岐器９０は、全反射によって光が伝搬する光導波路で構成してもよいし、光導波路素子１２と同様の反射型光導波路で構成してもよい。

なお、光分岐器９０で分岐したそれぞれの光の位相を制御した後に、それぞれの光を位相シフタ８０に導入してもよい。この位相制御には、例えば、位相シフタ８０に至るまでの光導波路の長さを調整することによるパッシブな位相制御構造を用いることができる。あるいは、位相シフタ８０と同様の機能を有する電気信号で制御可能な位相シフタを用いても良い。このような方法により、例えば、全ての位相シフタ８０に等位相の光が供給されるように、位相シフタ８０に導入される前に位相を調整してもよい。そのような調整により、第２駆動回路２０２による各位相シフタ８０の制御をシンプルにすることができる。

上記の発光デバイスの動作原理、および動作方法などの詳細は、特開２０１８－１２４２７１号公報に開示されている。特開２０１８－１２４２７１号公報の開示内容全体を本明細書に援用する。

本実施形態における光源１１０は、各々が異なる方向に光を出射する複数の導波路アレイを組み合わせることによって実現され得る。以下、そのような光源１１０の構成例を説明する。

図１８は、光源１１０の一例を示す図である。この例における光源１１０は、光導波路アレイ１０Ａと、光導波路アレイ１０Ａに接続された位相シフタアレイ８０Ａとを備える。光導波路アレイ１０Ａは、Ｙ方向に並ぶ複数の光導波路群１０ｇを含む。各光導波路群１０ｇは、１つ以上の光導波路素子１２を含む。位相シフタアレイ８０Ａは、Ｙ方向に並ぶ複数の位相シフタ群８０ｇを含む。各位相シフタ群８０ｇは、１つ以上の位相シフタ８０を含む。この例において、位相シフタ群８０ｇのまとまりは、光導波路群１０ｇのまとまりとは異なっている。より具体的には、１つの光導波路群１０ｇに、２つの位相シフタ群８０ｇが接続されている。

各位相シフタ８０の位相シフト量は、制御回路１３０によって個別に制御される。各位相シフタ８０の位相シフト量は、その配列の順序に応じた第１の位相シフト量（Δφの整数倍）と、位相シフタ群８０ｇごとに異なる第２の位相シフト量（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄのいずれか）との和になるように制御される。第２の位相シフト量を位相シフタ群８０ｇごとに変化させることにより、光ビームの出射方向のＹ成分、およびスポットサイズのＹ方向の広がり角が制御される。

一方、制御回路１３０は、光導波路群１０ｇごとに、印加される電圧の値を個別に決定する。各光導波路群１０ｇへの印加電圧の制御により、光ビームの出射方向のＸ成分が制御される。位相シフタ群８０ｇと光導波路群１０ｇとの組み合わせに依存して、光の出射方向が決定される。図１８の例では、１つの位相シフタ群８０ｇに接続された隣り合う２つの光導波路群１０ｓから同一の方向に光が出射する。１つの光導波路群１０ｇから出射される光束を１つの光ビームとすると、図１８の例では、２本の光ビームを同時に出射することができる。光導波路素子１２および位相シフタ８０の数を増やせば、さらにビーム本数を増やすことができる。

図１９は、光源１１０の他の構成例を示す図である。この例における光源１１０は、各々が異なる方向に光ビームを出射する複数の発光デバイス７００を備える。この例では、１つのチップ上に複数の位相シフタ８０および複数の光導波路素子１２が実装される。制御回路１３０は、各発光デバイス７００における各位相シフタ８０および各光導波路素子１２への印加電圧を制御する。これにより、制御回路１３０は、各発光デバイス７００から出射する光ビームの方向を制御する。この例では、光源１１０は３つの発光デバイス７００を備えるが、さらに多数の発光デバイス７００を備えていてもよい。近距離用ビームおよび遠距離用ビームの各々は、複数の発光デバイス７００から出射する光ビームの集合によって構成され得る。

図２０は、光源１１０のさらに他の構成例を示す図である。この例における光源１１０は、各々が異なるチップに実装された複数の発光デバイス７００を備える。複数の発光デバイス７００は、異なる方向に光ビームを出射する。各発光デバイス７００は、複数の位相シフタ８０および複数の光導波路素子１２に印加する電圧を決定する制御回路１３０ａを備える。各発光デバイス７００における制御回路１３０ａは、外部の制御回路１３０によって制御される。この例でも、光源１１０は３つの発光デバイス７００を備えるが、さらに多数の発光デバイス７００を備えていてもよい。近距離用ビームおよび遠距離用ビームの各々は、複数の発光デバイス７００から出射する光ビームの集合によって構成され得る。

図２１は、光源１１０のさらに他の例を示す図である。この例では、光源１１０は、レーザなどの発光素子と、少なくとも１つの可動ミラー、例えばＭＥＭＳミラーとを備える。発光素子から出射された光は、可動ミラーによって反射され、対象領域内（図２１において矩形で表示）の所定の領域に向かう。制御回路１３０は、可動ミラーを駆動することにより、光源１１０からの出射光の方向を変化させる。これにより、例えば図２１において点線矢印で示すように、対象領域を光でスキャンすることができる。

以下に、本開示の実施形態における測距装置を項目ごとに記載する。

第１の項目に係る測距装置は、発光装置と、２次元に配列された複数の光検出セルを含む受光装置と、前記発光装置および前記受光装置を制御し、前記受光装置から出力された信号を処理する処理回路と、を備える。前記処理回路は、前記発光装置に、第１の光で対象範囲を照射させ、前記受光装置が前記第１の光の照射によって生じた第１の反射光を検出することにより得られた第１の信号に基づいて、前記対象範囲における第１の距離データを生成し、前記発光装置に、前記対象範囲内の第１の箇所に向けて前記第１の光よりも広がりの程度が小さい第２の光を出射させ、前記受光装置が前記第２の光の照射によって生じた第２の反射光を検出することにより得られた第２の信号に基づいて、前記対象範囲内の前記第１の箇所とは異なる第２の箇所における前記第１の距離データを補正する。

この測距装置では、測距対象シーンにおける距離データを効率的かつより正確に取得することが可能になる。

第２の項目に係る測距装置は、第１の項目に係る測距装置において、前記処理回路が、前記第２の信号から、前記第２の反射光に含まれる前記第２の箇所を経由した多重反射光に由来する多重反射成分を抽出し、前記第２の信号の前記多重反射成分に基づいて、前記第２の箇所における前記第１の距離データを補正する。

この測距装置では、第２の箇所における第１の距離データを補正して多重反射光の影響を抑制することができる。

第３の項目に係る測距装置は、第１または第２の項目に係る測距装置において、前記処理回路が、さらに、前記第２の信号に基づいて、前記第１の箇所における前記第１の距離データを補正する。

この測距装置では、第２の光で直接照射された第１の箇所における第１の距離データを補正することができる。

第４の項目に係る測距装置は、第１から第３の項目のいずれかに係る測距装置において、前記処理回路が、前記第１の信号の強度分布の連続性および／または前記第１の距離データにおける距離分布の連続性に基づいて前記第１の距離データの信頼性を推定し、前記信頼性に基づき、前記対象範囲内における前記第１の箇所を決定する。

この測距装置では、照射光の一部が多重反射光になり得る箇所を、第１の箇所とすることができる。

第５の項目に係る測距装置は、第１から第４の項目のいずれかに係る測距装置において、前記処理回路が、さらに、前記発光装置に、前記対象範囲内の前記第１の箇所および前記第２の箇所以外の第３の箇所に向けて前記第１の光よりも広がりの程度が小さい第３の光を出射させ、前記受光装置が前記第３の光の照射によって生じた第３の反射光を検出することにより得られた第３の信号に基づいて、前記対象範囲内の前記第３の箇所とは異なる第４の箇所における前記第１の距離データを補正する。

この測距装置では、第２の箇所および第４の箇所を第２の光で直接照射する必要がないので、第１の距離データを効率的に補正することができる。

第６の項目に係る測距装置は、第５の項目に係る測距装置において、前記第３の箇所が、前記第１の箇所を中心として所定の範囲内に位置する箇所である。

この測距装置では、照射光の一部が多重反射光になる可能性が高い箇所を、第３の箇所とすることができる。

第７の項目に係る測距装置は、発光装置と、２次元に配列された複数の光検出セルを含む受光装置と、前記発光装置および前記受光装置を制御し、前記受光装置から出力された信号を処理する処理回路と、を備える。前記処理回路は、前記発光装置に、複数の光ビームまたはフラッシュ光を照射光として出射させ、前記受光装置が前記照射光によって生じた第１の反射光を検出することにより得られた第１の信号に基づいて、距離データを生成し、前記発光装置に、前記照射光の照射範囲内の少なくとも１つの第１の箇所に向けて少なくとも１つの光ビームを出射させ、前記受光装置が前記少なくとも１つの光ビームの照射によって生じた第２の反射光を検出することにより得られた第２の信号に基づいて、前記照射範囲内の前記少なくとも１つの第１の箇所とは異なる少なくとも１つの第２の箇所における前記距離データを補正する。

この測距装置では、複数の光ビームまたはフラッシュ光の照射範囲における距離データを効率的かつより正確に取得することが可能になる。

第８の項目に係る測距装置は、第７の項目に係る測距装置において、前記照射光が前記複数の光ビームであり、前記少なくとも１つの第１の箇所が、２つ以上の第１の箇所を含み、前記少なくとも１つの第２の箇所が、２つ以上の第２の箇所を含み、前記少なくとも１つの光ビームが、２つ以上の光ビームである。

この測距装置では、複数の光ビームの照射によって距離データをより高速に生成することができ、２つ以上の光ビームの照射によって当該距離データをより高速に補正することができる。

第９の項目に係る測距装置は、第７の項目に係る測距装置において、前記照射光が前記複数の光ビームであり、前記少なくとも１つの第１の箇所が、１つの第１の箇所を含み、前記少なくとも１つの第２の箇所が、１つの第２の箇所を含み、前記少なくとも１つの光ビームが、単一の光ビームである。

この測距装置では、複数の光ビームの照射によって距離データをより高速に生成することができ、単一の光ビームの照射によって当該距離データをより正確に補正することができる。

第１０の項目に係る測距装置は、第７の項目に係る測距装置において、前記照射光が前記フラッシュ光であり、前記少なくとも１つの第１の箇所が、２つ以上の第１の箇所を含み、前記少なくとも１つの第２の箇所が、２つ以上の第２の箇所を含み、前記少なくとも１つの光ビームが、２つ以上の光ビームである。

この測距装置では、フラッシュ光の照射によって距離データを１回で生成することができ、２つ以上の光ビームの照射によって当該距離データをより高速に補正することができる。

第１１の項目に係るプログラムは、測距装置に用いられるプログラムである。前記測距装置は、発光装置と、２次元に配列された複数の光検出セルを含む受光装置と、前記発光装置および前記受光装置を制御し、前記受光装置から出力された信号を処理する処理回路と、を備える。前記プログラムは、前記処理回路に以下の動作を実行させる。前記動作は、前記発光装置に、第１の光で対象範囲を照射させることと、前記受光装置が前記第１の光の照射によって生じた第１の反射光を検出することにより得られた第１の信号に基づいて、前記対象範囲における第１の距離データを生成することと、前記発光装置に、前記対象範囲内の第１の箇所に向けて前記第１の光よりも広がりの程度が小さい第２の光を出射させることと、前記受光装置が前記第２の光の照射によって生じた第２の反射光を検出することにより得られた第２の信号に基づいて、前記対象範囲内の前記第１の箇所とは異なる第２の箇所における前記第１の距離データを補正することと、を含む。

このプログラムでは、測距対象シーンにおける距離データを効率的かつより正確に取得することが可能になる。

第１２の項目に係るプログラムは、測距装置に用いられるプログラムである。前記測距装置は、発光装置と、２次元に配列された複数の光検出セルを含む受光装置と、前記発光装置および前記受光装置を制御し、前記受光装置から出力された信号を処理する処理回路と、を備える。前記プログラムは、前記処理回路に以下の動作を実行させる。前記動作は、前記発光装置に、複数の光ビームまたはフラッシュ光を照射光として出射させることと、前記受光装置が前記照射光によって生じた第１の反射光を検出することにより得られた第１の信号に基づいて、距離データを生成することと、前記発光装置に、前記照射光の照射範囲内の少なくとも１つの第１の箇所に向けて少なくとも１つの光ビームを出射させることと、前記受光装置が前記少なくとも１つの光ビームの照射によって生じた第２の反射光を検出することにより得られた第２の信号に基づいて、前記照射範囲内の前記少なくとも１つの第１の箇所とは異なる少なくとも１つの第２の箇所における前記距離データを補正することと、を含む。

このプログラムでは、複数の光ビームまたはフラッシュ光の照射範囲における距離データを効率的かつより正確に取得することが可能になる。

本開示における測距装置は、例えば、自動車、ＡＧＶ（無人搬送車）などの車両、および、ＵＡＶ（無人飛行機）などの飛行体に搭載されるＬｉＤＡＲシステムの用途に利用できる。本開示における測距装置は、例えば、建築物に取り付ける監視システムにも適用できる。

１０ 測距装置
３０Ｔ 対象範囲
５０ 車両
１００ 発光装置
１１０ 第１の光源
１２０ 第２の光源
２００ 受光装置
２１０ イメージセンサ
３００ 処理回路

Claims (12)

1. 発光装置と、
   ２次元に配列された複数の光検出セルを含む受光装置と、
   前記発光装置および前記受光装置を制御し、前記受光装置から出力された信号を処理する処理回路と、
   を備え、
   前記処理回路は、
   前記発光装置に、第１の光で対象範囲を照射させ、
   前記受光装置が前記第１の光の照射によって生じた第１の反射光を検出することにより得られた第１の信号に基づいて、前記対象範囲における第１の距離データを生成し、
   前記発光装置に、前記対象範囲内の第１の箇所に向けて前記第１の光よりも広がりの程度が小さい第２の光を出射させ、
   前記受光装置が前記第２の光の照射によって生じた第２の反射光を検出することにより得られた第２の信号に基づいて、前記対象範囲内の前記第１の箇所とは異なる第２の箇所における前記第１の距離データを補正する、
   測距装置。
2. 前記処理回路は、
   前記第２の信号から、前記第２の反射光に含まれる前記第２の箇所を経由した多重反射光に由来する多重反射成分を抽出し、
   前記第２の信号の前記多重反射成分に基づいて、前記第２の箇所における前記第１の距離データを補正する、
   請求項１に記載の測距装置。
3. 前記処理回路は、さらに、前記第２の信号に基づいて、前記第１の箇所における前記第１の距離データを補正する、
   請求項１または２に記載の測距装置。
4. 前記処理回路は、
   前記第１の信号の強度分布の連続性および／または前記第１の距離データにおける距離分布の連続性に基づいて前記第１の距離データの信頼性を推定し、
   前記信頼性に基づき、前記対象範囲内における前記第１の箇所を決定する、
   請求項１から３のいずれかに記載の測距装置。
5. 前記処理回路は、さらに、
   前記発光装置に、前記対象範囲内の前記第１の箇所および前記第２の箇所以外の第３の箇所に向けて前記第１の光よりも広がりの程度が小さい第３の光を出射させ、
   前記受光装置が前記第３の光の照射によって生じた第３の反射光を検出することにより得られた第３の信号に基づいて、前記対象範囲内の前記第３の箇所とは異なる第４の箇所における前記第１の距離データを補正する、
   請求項１から４のいずれかに記載の測距装置。
6. 前記第３の箇所は、前記第１の箇所を中心として所定の範囲内に位置する箇所である、
   請求項５に記載の測距装置。
7. 発光装置と、
   ２次元に配列された複数の光検出セルを含む受光装置と、
   前記発光装置および前記受光装置を制御し、前記受光装置から出力された信号を処理する処理回路と、
   を備え、
   前記処理回路は、
   前記発光装置に、複数の光ビームまたはフラッシュ光を照射光として出射させ、
   前記受光装置が前記照射光によって生じた第１の反射光を検出することにより得られた第１の信号に基づいて、距離データを生成し、
   前記発光装置に、前記照射光の照射範囲内の少なくとも１つの第１の箇所に向けて少なくとも１つの光ビームを出射させ、
   前記受光装置が前記少なくとも１つの光ビームの照射によって生じた第２の反射光を検出することにより得られた第２の信号に基づいて、前記照射範囲内の前記少なくとも１つの第１の箇所とは異なる少なくとも１つの第２の箇所における前記距離データを補正する、
   測距装置。
8. 前記照射光は前記複数の光ビームであり、
   前記少なくとも１つの第１の箇所は、２つ以上の第１の箇所を含み、
   前記少なくとも１つの第２の箇所は、２つ以上の第２の箇所を含み、
   前記少なくとも１つの光ビームは、２つ以上の光ビームである、
   請求項７に記載の測距装置。
9. 前記照射光は前記複数の光ビームであり、
   前記少なくとも１つの第１の箇所は、１つの第１の箇所を含み、
   前記少なくとも１つの第２の箇所は、１つの第２の箇所を含み、
   前記少なくとも１つの光ビームは、単一の光ビームである、
   請求項７に記載の測距装置。
10. 前記照射光は前記フラッシュ光であり、
    前記少なくとも１つの第１の箇所は、２つ以上の第１の箇所を含み、
    前記少なくとも１つの第２の箇所は、２つ以上の第２の箇所を含み、
    前記少なくとも１つの光ビームは、２つ以上の光ビームである、
    請求項７に記載の測距装置。
11. 測距装置に用いられるプログラムであって、
    前記測距装置は、
    発光装置と、
    ２次元に配列された複数の光検出セルを含む受光装置と、
    前記発光装置および前記受光装置を制御し、前記受光装置から出力された信号を処理する処理回路と、
    を備え、
    前記プログラムは、前記処理回路に、
    前記発光装置に、第１の光で対象範囲を照射させることと、
    前記受光装置が前記第１の光の照射によって生じた第１の反射光を検出することにより得られた第１の信号に基づいて、前記対象範囲における第１の距離データを生成することと、
    前記発光装置に、前記対象範囲内の第１の箇所に向けて前記第１の光よりも広がりの程度が小さい第２の光を出射させることと、
    前記受光装置が前記第２の光の照射によって生じた第２の反射光を検出することにより得られた第２の信号に基づいて、前記対象範囲内の前記第１の箇所とは異なる第２の箇所における前記第１の距離データを補正することと、
    を実行させる、
    プログラム。
12. 測距装置に用いられるプログラムであって、
    前記測距装置は、
    発光装置と、
    ２次元に配列された複数の光検出セルを含む受光装置と、
    前記発光装置および前記受光装置を制御し、前記受光装置から出力された信号を処理する処理回路と、
    を備え、
    前記プログラムは、前記処理回路に、
    前記発光装置に、複数の光ビームまたはフラッシュ光を照射光として出射させることと、
    前記受光装置が前記照射光によって生じた第１の反射光を検出することにより得られた第１の信号に基づいて、距離データを生成することと、
    前記発光装置に、前記照射光の照射範囲内の少なくとも１つの第１の箇所に向けて少なくとも１つの光ビームを出射させることと、
    前記受光装置が前記少なくとも１つの光ビームの照射によって生じた第２の反射光を検出することにより得られた第２の信号に基づいて、前記照射範囲内の前記少なくとも１つの第１の箇所とは異なる少なくとも１つの第２の箇所における前記距離データを補正することと、
    を実行させる、
    プログラム。

Images