JP2023108937A - 測距装置および測距装置の制御方法 - Google Patents

測距装置および測距装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】サンプリング回路部のサンプリングレートよりも細かい分解能で距離計算が行えるようにする。【解決手段】本技術の測距装置は、測距対象物に対してパルス状の光を照射する光源部と、光源部からの照射パルス光に基づく、測距対象物からの反射パルス光を画素単位で受光する光検出部と、反射パルス光に基づく光検出部の出力信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングして、サンプリング値を出力するサンプリング回路部と、サンプリング回路部から出力されるサンプリング値に基づいて、時間ごとの反射パルス光の強さを示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、サンプリング回路部からヒストグラム生成部に入力されるサンプリング値の入力タイミングを制御する制御部とを具備する。【選択図】図７

Description

本技術は、測距装置に関する。詳しくは、ＴｏＦ（Time of Flight：飛行時間）方式の測距装置、および、当該測距装置の制御方法に関する。
測距対象物（被写体）までの距離を測定する装置として、測距対象物に対して光源部から光を照射し、その照射光が測距対象物で反射されて光検出部に戻ってくるまでの光の飛行時間を計測することで、被写体までの距離を測定するＴｏＦ方式の測距装置がある。
ＴｏＦ方式の測距装置では、光源部から測距対象物に対してパルス状の光（パルス光）を照射し、この照射パルス光に基づく測距対象物からの反射パルス光についてヒストグラムを生成し、当該ヒストグラムに基づいて、測距対象物までの距離の測定が行われる（例えば、特許文献１参照。）。ヒストグラムは、照射パルス光に基づく測距対象物からの反射パルス光を、光検出部で受光するまでの時間ごとの反射パルス光の強さを示すグラフである。
特開２０２１－１１０６９７号公報
上述の従来技術では、距離計算において、反射パルス光の強さに対する閾値として、ヒストグラムの最大値と最小値との中央値を用いてもよいとしている。この場合、測距対象物から戻ってくる反射パルス光のヒストグラムの半値位置で距離計算が行われることになる。しかし、ヒストグラムが飽和すると、ヒストグラムの傾斜が急峻になり、ヒストグラムの高さは０と最大値のみになる場合がある。この場合、ヒストグラムの半値位置を閾値として距離計算を行うと、前段のサンプリング回路部のサンプリングレートよりも細かい分解能で距離計算を行うことができないことになる。
本技術は、このような状況に鑑みて生み出されたものであり、サンプリング回路部のサンプリングレートよりも細かい分解能で距離計算を行うことができるようにすることを目的とする。
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、測距対象物に対してパルス状の光を照射する光源部と、上記光源部からの照射パルス光に基づく、上記測距対象物からの反射パルス光を画素単位で受光する光検出部と、上記反射パルス光に基づく上記光検出部の出力信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングして、サンプリング値を出力するサンプリング回路部と、上記サンプリング回路部から出力される上記サンプリング値に基づいて、時間ごとの上記反射パルス光の強さを示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、上記サンプリング回路部から上記ヒストグラム生成部に入力される上記サンプリング値の入力タイミングを制御する制御部とを具備する測距装置である。これにより、サンプリング回路部のサンプリングレートよりも細かい分解能で距離計算を行うことができるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記光源部が測距対象物に対してパルス状の光を複数回連続して照射するとき、上記制御部について、上記光源部から複数回連続して照射されるパルス状の光の出射タイミングを制御することにより、上記サンプリング値の入力タイミングを制御するようにしてもよい。これにより、立ち上がりおよび立ち下がりがなだらかなヒストグラムを生成することができるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記制御部について、１回目の光照射に基づく上記ヒストグラムが所定の閾値以上のとき、２回目以降に照射される上記出射タイミングを制御するようにしてもよい。これにより、パルス状の光の出射タイミングの制御を常時行わなくて済むという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記光検出部における一つの画素が複数の受光素子で構成され、１マクロピクセルとするとき、上記制御部について、上記サンプリング回路部に対して、上記１マクロピクセルの中の上記複数の受光素子の各出力信号を異なるタイミングでサンプリングさせる制御を行うことにより、上記サンプリング値の入力タイミングを制御するようにしてもよい。これにより、立ち上がりおよび立ち下がりがなだらかなヒストグラムを生成することができるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記制御部について、上記ヒストグラムが所定の閾値以上のとき、上記サンプリング回路部に対して、上記複数の受光素子の各出力信号を異なるタイミングでサンプリングさせる制御を行うようにしてもよい。これにより、複数の受光素子の各出力信号を異なるタイミングでサンプリングさせる制御を常時行わなくて済むという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記光検出部における一つの画素が複数の受光素子で構成され、１マクロピクセルとするとき、上記制御部について、上記１マクロピクセルの中の上記複数の受光素子の各出力信号に対して異なる遅延を与える制御を行うことにより、上記サンプリング値の入力タイミングを制御するようにしてもよい。これにより、立ち上がりおよび立ち下がりがなだらかなヒストグラムを生成することができるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記制御部について、上記ヒストグラムが所定の閾値以上のとき、上記複数の受光素子の各出力信号に異なる遅延を与える制御を行うようにしてもよい。これにより、複数の受光素子の各出力信号に異なる遅延を与える制御を常時行わなくて済むという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記光検出部の画素を構成する受光素子について、アバランシェダイオード、例えば、単一光子アバランシェダイオードであるとしてもよい。これにより、光子の受光に応じて信号を発生し得るという作用をもたらす。
また、本技術の第２の側面は、測距対象物に対してパルス状の光を照射する光源部と、上記光源部からの照射パルス光に基づく、上記測距対象物からの反射パルス光を画素単位で受光する光検出部と、上記反射パルス光に基づく上記光検出部の出力信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングして、サンプリング値を出力するサンプリング回路部と、上記サンプリング回路部から出力される上記サンプリング値に基づいて、時間ごとの上記反射パルス光の強さを示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と
を具備する測距装置の制御方法であって、上記サンプリング回路部から上記ヒストグラム生成部に入力される上記サンプリング値の入力タイミングを制御する測距装置の制御方法である。これにより、サンプリング回路部のサンプリングレートよりも細かい分解能で距離計算を行うことができるという作用をもたらす。
ＴｏＦ方式の測距システムのシステム構成例を示す概念図である。 ＴｏＦ方式の測距装置の基本構成の一例を示すブロック図である。 ＳＰＡＤ素子を用いた基本的な画素回路の一例を示す回路図である。 ＳＰＡＤ素子のＰＮ接合の電流－電圧特性、および、ＳＰＡＤ素子を用いた画素回路の回路動作について説明する図である。 ＳＰＡＤ素子を用いた光検出部における信号処理部の基本構成の一例を示すブロック図である。 距離計算の一例についての説明図である。 本技術の第１の実施の形態における測距装置の構成の一例を示すブロック図である。 本技術の第１の実施の形態における測距装置の動作説明に供するタイミングチャートである。 本技術の第２の実施の形態における測距装置の構成の一例を示すブロック図である。 本技術の第２の実施の形態における測距装置の動作説明に供するタイミングチャートである。 本技術の第３の実施の形態における測距装置の構成の一例を示すブロック図である。 本技術の第３の実施の形態における測距装置の動作説明に供するタイミングチャートである。 本技術の第４の実施の形態における測距装置の構成の一例を示すブロック図である。 本技術の第５の実施の形態における測距装置の構成の一例を示すブロック図である。 本技術の第６の実施の形態における測距装置の構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．ＴｏＦ方式の測距システム
２．第１の実施の形態（複数回連続して出射される場合において、照射レーザパルス光の出射タイミングを制御する例）
３．第２の実施の形態（１マクロピクセルの中の４個のＳＰＡＤ素子の各出力信号を異なるタイミングでサンプリングする例）
４．第３の実施の形態（１マクロピクセルの中の３個のＳＰＡＤ素子の各出力信号に対して異なる遅延を与える例）
５．第４の実施の形態（第１の実施の形態の変形例：ヒストグラムが飽和しているか否かによって制御を変える例）
６．第５の実施の形態（第２の実施の形態の変形例：ヒストグラムが飽和しているか否かによって制御を変える例）
７．第６の実施の形態（第３の実施の形態の変形例：ヒストグラムが飽和しているか否かによって制御を変える例）
８．変形例
９．移動体への応用例
１０．本技術がとることができる構成
＜１． ＴｏＦ方式の測距システム＞
［システム構成例］
図１は、ＴｏＦ方式の測距システムのシステム構成例を示す概念図である。本システム構成例に係る測距システムにおいて、測距装置１では、測距対象物である被写体１０までの距離を測定する測定方式として、ＴｏＦ方式が採用されている。ＴｏＦ方式は、被写体１０に向けて照射した光が、当該被写体１０で反射されて戻ってくるまでの時間を計測する方式である。ＴｏＦ方式による距離測定を実現するために、測距装置１は、被写体１０に向けて照射する光（例えば、赤外の波長領域にピーク波長を有するレーザ光）を出射する光源部２０、および、複数の画素を有し、被写体１０で反射されて戻ってくる反射光を画素単位で検出する光検出部３０を備えている。
［測距装置の基本構成例］
ＴｏＦ方式の測距装置１の基本構成例を図２に示す。図２におけるａは、測距装置１の全体構成を示し、同図におけるｂは、光検出部３０側の構成例を示している。
光源部２０は、例えば、レーザ駆動部２１、レーザ光源２２、および、拡散レンズ２３を有し、測距対象物である被写体１０に対してレーザ光を照射する。レーザ駆動部２１は、制御部４０による制御の下に、レーザ光源２２を駆動する。レーザ光源２２は、例えば半導体レーザを光源として用い、レーザ駆動部２１による駆動の下に、パルス状のレーザ光（以下、レーザパルス光と記述する場合がある）を出射する。拡散レンズ２３は、レーザ光源２２から出射されたレーザパルス光を拡散し、被写体１０に対して照射する。
光検出部３０は、受光レンズ３１、光センサ３２、および、信号処理部３３を有し、光源部２０から出射された照射レーザパルス光が被写体１０で反射されて戻ってくる反射レーザパルス光を受光する。受光レンズ３１は、被写体１０からの反射レーザパルス光を光センサ３２の受光面上に集光する。光センサ３２は、複数の画素を有し、受光レンズ３１を経た被写体１０からの反射レーザパルス光を画素単位で受光し、光電変換する。光センサ３２としては、例えば、受光素子を含む画素が行列状（アレイ状）に２次元配置された２次元アレイセンサを用いることができる。
光センサ３２の出力信号は、信号処理部３３を経由して制御部４０へ供給される。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理ユニット）等によって構成されるアプリケーションプロセッサであり、光源部２０および光検出部３０を制御するとともに、光源部２０から被写体１０に向けて照射したパルス状のレーザ光が、当該被写体１０で反射されて戻ってくるまでの時間の計測を行う。この計測した時間に基づいて、被写体１０までの距離を求めることができる。
そして、本例における測距装置１では、光センサ３２として、画素の受光素子が、光子の受光に応じて信号を発生し得る素子、例えば、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode：単一光子アバランシェダイオード）素子からなるセンサを用いることができる。すなわち、本例における測距装置１の光検出部３０は、画素の受光素子としてＳＰＡＤ素子を用いた構成となっている。ＳＰＡＤ素子は、ブレイクダウン電圧（降伏電圧）を超えた逆電圧で素子を動作させるガイガーモードで動作する。なお、画素の受光素子としては、ＳＰＡＤ素子に限定されるものではなく、ＳｉＰＭ（シリコンフォトマルチプライヤ）等の受光素子を用いることができる。
［ＳＰＡＤ素子を用いた基本的な画素回路例］
ここで、ＳＰＡＤ素子を用いた光検出部３０における基本的な画素回路について、図３および図４を用いて説明する。
図３は、ＳＰＡＤ素子を用いた光検出部３０における基本的な画素回路の構成の一例を示す回路図である。ここでは、１画素分の基本構成を図示している。図４におけるａは、ＳＰＡＤ素子のＰＮ接合の電流－電圧特性を示す特性図であり、同図におけるｂは、ＳＰＡＤ素子を用いた画素回路の回路動作の説明に供する波形図である。
ＳＰＡＤ素子を用いた画素５０の基本的な画素回路において、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電極は、例えばＰ型ＭＯＳトランジスタＱLからなる負荷５４を介して、電源電圧ＶDDが与えられる端子５２に接続されている。また、ＳＰＡＤ素子５１のアノード電極は、アノード電圧Ｖanoが与えられる端子５３に接続されている。端子５３には、アバランシェ増倍が発生する大きな負電圧がアノード電圧Ｖanoとして与えられる。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱLのゲート電極には、当該ＭＯＳトランジスタＱLを所望の電流源として動作させるためのバイアス電圧Ｖbiasが印加される。
そして、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAが、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱpおよびＮ型ＭＯＳトランジスタＱnからなるＣＭＯＳインバータ５５を介してＳＰＡＤ出力（画素出力）として導出される。ＣＭＯＳインバータ５５は、閾値電圧Ｖthを比較基準とする比較回路（比較器）ということもできるし、閾値電圧Ｖthを基準としてＳＰＡＤ素子５１の出力であるカソード電圧ＶCAの波形整形を行う波形整形回路ということもできる。
ＳＰＡＤ素子５１には、ブレイクダウン電圧ＶBD以上の電圧が印加される。ブレイクダウン電圧ＶBD以上の過剰電圧は、エクセスバイアス電圧ＶEXと呼ばれる。ブレイクダウン電圧ＶBDの電圧値に対して、どの程度大きな電圧値のエクセスバイアス電圧ＶEXを印加するかによってＳＰＡＤ素子５１の特性が変わる。
ガイガーモードで動作するＳＰＡＤ素子５１のＰＮ接合の電流－電圧特性を示す図４におけるａには、ブレイクダウン電圧ＶBD、エクセスバイアス電圧ＶEX、および、ＳＰＡＤ素子５１の動作点の関係を図示している。
［ＳＰＡＤ素子を用いた画素回路の回路動作例］
続いて、上記の構成の画素回路の回路動作の一例について、図４におけるｂの波形図を用いて説明する。
ＳＰＡＤ素子５１に電流が流れていない状態においては、ＳＰＡＤ素子５１には（ＶDD－Ｖano）の値の電圧が印加されている。この電圧値（ＶDD－Ｖano）は、（ＶBD＋ＶEX）である。そして、ＳＰＡＤ素子５１のＰＮ接合部で暗電子の発生レートＤＣＲ（Dark Count Rate）や光照射によって発生した電子がアバランシェ増倍を生じ、アバランシェ電流が発生する。
カソード電圧ＶCAが低下し、ＳＰＡＤ素子５１の端子間の電圧がＰＮ接合ダイオードのブレイクダウン電圧ＶBDになると、アバランシェ電流が停止する。そして、アバランシェ増倍で発生し、蓄積された電子が、負荷５４（例えば、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱL）を通して放電する。この放電により、カソード電圧ＶCAが上昇する。そして、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAが電源電圧ＶDDまで回復し、再び初期状態に戻る。
ＳＰＡＤ素子５１に光が入射して１個でも電子－正孔対が発生すると、それが種となってアバランシェ電流が発生するので、光子１個の入射でも、ある検知効率ＰＤＥ（Photon Detection Efficiency）で検出することができる。
以上の動作が繰り返される。そして、この一連の動作において、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAが、ＣＭＯＳインバータ５５で波形整形され、１フォトンの到来時刻を開始点とするパルス幅Ｔのパルス信号がＳＰＡＤ出力（画素出力）となる。
なお、以上では、一つのＳＰＡＤ素子５１が一つの画素として働く場合を例に挙げて説明したが、複数のＳＰＡＤ素子５１の集合からなるＳＰＡＤアレイが一つの画素として働く場合もある。この複数のＳＰＡＤ素子５１で構成される一つの画素は、所謂、１マクロピクセルと呼称されることがある。
［信号処理部の基本構成例］
続いて、ＳＰＡＤ素子を用いた光検出部３０における信号処理部３３の基本構成の一例について、図５を用いて説明する。図５は、ＳＰＡＤ素子を用いた光検出部３０における信号処理部３３の基本構成の一例を示すブロック図である。
図５には、信号処理部３３の前段の光センサ３２についても図示している。ここでは、例えば、光センサ３２における一つの画素が４個のＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3で構成され、これを１マクロピクセルとする場合において、１マクロピクセル分について図示している。
図５に示すように、本構成例における信号処理部３３は、サンプリング回路部３３１およびヒストグラム生成部３３２を有している。
サンプリング回路部３３１は、光の飛行時間（ＴｏＦ）のアナログ量をデジタルコードに変換するために、光センサ３２から出力されるＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3の各出力信号ＯＵＴ0～ＯＵＴ3を所定のサンプリング周波数でサンプリングし、ＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3の各サンプリング値ＰＯＳＴ_ＯＵＴ0～ＰＯＳＴ_ＯＵＴ3を出力する。
ヒストグラム生成部３３２は、サンプリング回路部３３１から出力される、ＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3の各サンプリング値ＰＯＳＴ_ＯＵＴ0～ＰＯＳＴ_ＯＵＴ3に基づいて、時間ごとの反射レーザパルス光の強さを示すヒストグラムをマクロピクセル単位で生成する。ここで、ヒストグラムは、デジタル信号の示す検出タイミングごとに、検出頻度を度数として示すグラフである。
このようにして、ヒストグラム生成部３３２で生成されたヒストグラムは、マクロピクセル単位で、図２におけるａに示す制御部４０に供給される。制御部４０は、信号処理部３３からマクロピクセル単位で供給されるヒストグラムに基づいて、光源部２０から被写体１０に向けて照射したパルス状のレーザ光が、当該被写体１０で反射されて戻ってくるまでの時間の計測を行う。このように、時間ごとの反射レーザパルス光の強さを示すヒストグラムを生成し、当該ヒストグラムに基づいて光の飛行時間（ＴｏＦ）の計測を行うことにより、外乱光などの影響を受けることなく、光の飛行時間を精度よく計測することができる。
［距離計算例］
ここで、反射レーザパルス光の強さに対する距離計算のための閾値を、ヒストグラムの最大値と最小値との半値位置とする場合の距離計算の一例について、図６を参照して説明する。図６におけるａは、ヒストグラムが飽和していない場合の距離計算についての説明図であり、同図におけるｂは、ヒストグラムが飽和している場合の距離計算についての説明図である。
ヒストグラムが飽和していない場合には、図６におけるａに示すように、ヒストグラムの最大値の半値が発生する二つのビン（ｂｉｎ）位置を見つけ、二つのビンの内挿を計算することにより、ビンよりも小さい単位のサブビン位置を計算する。このように、サブビン位置で距離計算を行うことにより、サンプリング回路部３３１のサンプリングレートよりも細かい分解能で距離計算を行うことができる。
これに対して、ヒストグラムが飽和している場合には、図６におけるｂに示すように、ヒストグラムの傾斜が急峻になり、ヒストグラムの高さは０と最大値のみになる場合がある。この場合、ヒストグラムの半値位置を閾値として距離計算を行うと、サンプリング回路部３３１のサンプリングレートよりも細かい分解能で距離計算を行うことができないことになる。
そこで、本技術の測距装置およびその制御方法では、制御部４０による制御の下に、サンプリング回路部３３１からヒストグラム生成部３３２に入力される、反射レーザパルス光に対応するサンプリング値の入力タイミングを制御するようにする。この制御により、サンプリング回路部３３１のサンプリングレートよりも細かい分解能で距離計算を行うことができる。以下に、ヒストグラム生成部３３２に入力される、複数回の反射レーザパルス光に対応するサンプリング値の入力タイミングを制御する具体的な実施の形態について説明する。
＜２．第１の実施の形態＞
本技術の第１の実施の形態は、光源部２０から被写体１０に向けて複数回連続してレーザパルス光が出射される場合において、レーザパルス光の出射タイミングを制御する例である。
図７は、本技術の第１の実施の形態における測距装置の構成の一例を示すブロック図である。図８は、第１の実施の形態における測距装置の動作説明に供するタイミングチャートである。図８には、光源部２０から出射されるレーザパルス光、ＳＰＡＤ素子５１の出力信号ＯＵＴ、理想ヒストグラム、サンプリングクロックＣＬＫ、サンプリング回路部３３１のサンプリング値ＰＯＳＴ_ＯＵＴ、および、ヒストグラム生成部３３２で生成されるヒストグラムのタイミング関係を示している。
第１の実施の形態における測距装置では、制御部４０による制御の下に、光源部２０から複数回連続して出射される照射レーザパルス光の出射タイミングを制御する、具体的には、所定の遅延時間をτとするとき、Ｎ回目の照射レーザパルス光の出射タイミングに対して、（Ｎ－１）×τの時間だけ遅延を加えるようにする。ここで、所定の遅延時間τは、サンプリングクロックＣＬＫのパルス幅Ｔよりも短い任意の時間である。本例では、レーザパルス光の出射回数が４回であることに対応して、遅延時間τは、τ＝Ｔ／４に設定されている。この点については、後述する実施の形態においても同様である。
これにより、図８のタイミングチャートに示すように、２回目のレーザパルス光の出射タイミングには所定の遅延時間τの遅延が加えられ、３回目のレーザパルス光の出射タイミングには遅延時間２τの遅延が加えられ、４回目のレーザパルス光の出射タイミングには遅延時間３τの遅延が加えられることになる。図８のタイミングチャートにおいて、１ｓｌｏｔは、距離計算（測距）を行う単位である。
このように、Ｎ回目の照射レーザパルス光の出射タイミングに対して、（Ｎ－１）×τの時間だけ遅延を加えることにより、光センサ３２のＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3が反応するタイミングを、各回の照射レーザパルス光に対応する反射レーザパルス光ごとにずらすことができる。これにより、各回の照射レーザパルス光に対応する反射レーザパルス光に基づくＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3の各出力ＯＵＴ0～ＯＵＴ3が、サンプリング回路部３３１で毎回同じサンプリングクロックＣＬＫでサンプリングされるのを避けることができる。その結果、各回の照射レーザパルス光に対応する反射レーザパルス光に対応するサンプリング値について、ヒストグラム生成部３３２に入力するタイミングがずれることになるため、ヒストグラム生成部３３２で生成されるヒストグラムの立ち上がりおよび立ち下がりがなだらかになる。
上述の第１の実施の形態における測距装置によれば、サンプリング回路部３３１のサンプリングレートを変更することなく、レーザパルス光の出射タイミングを制御することにより、ヒストグラム生成部３３２へのサンプリング値の入力タイミングを制御することができるため、立ち上がりおよび立ち下がりがなだらかなヒストグラムを生成することができる。これにより、ビンよりも小さい単位のサブビン位置での距離計算が可能となるために、サンプリングレートよりも細かい分解能で距離計算、即ち、測距を行うことができる。
＜３．第２の実施の形態＞
本技術の第２の実施の形態は、光センサ３２の１マクロピクセルの中の例えば４個のＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3の各出力信号ＯＵＴ0～ＯＵＴ3を異なるタイミングでサンプリングする例である。
図９は、本技術の第２の実施の形態における測距装置の構成の一例を示すブロック図である。第２の実施の形態における測距装置において、サンプリング回路部３３１は、サンプリングクロック生成部３３１１、４個のＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3に対応する４個のＤ型フリップフロップ（以下、Ｄ-ＦＦと記述する）３３１２_0～３３１２_3、および、４個のＤ-ＦＦ３３１３_0～３３１３_3を有している。
サンプリングクロック生成部３３１１は、４個のＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3の出力信号ＯＵＴ0～ＯＵＴ3をサンプリングするためのサンプリングクロックＣＬＫを生成する。４個のＤ-ＦＦ３３１２_0～３３１２_3は、前段のサンプリング回路を構成している。４個のＤ-ＦＦ３３１３_0～３３１３_3は、後段のサンプリング回路を構成している。
図１０は、第２の実施の形態における測距装置の動作説明に供するタイミングチャートである。図１０には、光源部２０から出射されるレーザパルス光、前段の４個のＤ-ＦＦ３３１２_0～３３１２_3に与えられるサンプリングクロックＣＬＫ0～ＣＬＫ3、前段の４個のＤ-ＦＦ３３１２_0～３３１２_3のサンプリング値ＰＲＥ_ＯＵＴ0～ＰＲＥ_ＯＵＴ3、および、後段の４個のＤ-ＦＦ３３１３_0～３３１３_3のサンプリング値ＰＯＳＴ_ＯＵＴ0～ＰＯＳＴ_ＯＵＴ3のタイミング関係を示している。図１０には、さらに、理想ヒストグラム、および、ヒストグラム生成部３３２で生成されるヒストグラムのタイミング関係を示している。
第２の実施の形態における測距装置では、制御部４０による制御の下に、前段の４個のＤ-ＦＦ３３１２_0～３３１２_3において、１マクロピクセルの中の４個のＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3の各出力信号ＯＵＴ0～ＯＵＴ3を異なるタイミングでサンプリングし、タイミングをずらしたサンプリング値ＰＲＥ_ＯＵＴ0～ＰＲＥ_ＯＵＴ3を出力する。
制御部４０は、４個のＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3の各出力信号ＯＵＴ0～ＯＵＴ3を異なるタイミングでのサンプリングを実現するために、所定の遅延時間τを有する３個の遅延回路４１_1～４１_3を有する構成となっている。
１つ目の遅延回路４１_1は、Ｄ-ＦＦ３３１２_0のクロック入力端とＤ-ＦＦ３３１２_1のクロック入力端との間に接続されている。２つ目の遅延回路４１_2は、Ｄ-ＦＦ３３１２_1のクロック入力端とＤ-ＦＦ３３１２_2のクロック入力端との間に接続されている。３つ目の遅延回路４１_3は、Ｄ-ＦＦ３３１２_2のクロック入力端とＤ-ＦＦ３３１２_3のクロック入力端との間に接続されている。
Ｄ-ＦＦ３３１２_0のクロック入力端には、サンプリングクロック生成部３３１１からサンプリングクロックＣＬＫ0が与えられる。これにより、Ｄ-ＦＦ３３１２_1のクロック入力端には、サンプリングクロックＣＬＫ0に対して所定の遅延時間τだけ遅れたタイミングでサンプリングクロックＣＬＫ1が与えられる。Ｄ-ＦＦ３３１２_2のクロック入力端には、サンプリングクロックＣＬＫ0に対して遅延時間２τだけ遅れたタイミングでサンプリングクロックＣＬＫ2が与えられる。Ｄ-ＦＦ３３１２_3のクロック入力端には、サンプリングクロックＣＬＫ0に対して遅延時間３τだけ遅れたタイミングでサンプリングクロックＣＬＫ3が与えられる。
サンプリング回路部３３１では、前段の４個のＤ-ＦＦ３３１２_0～３３１２_3において異なるタイミングでサンプリングして得たサンプリング値ＰＲＥ_ＯＵＴ0～ＰＲＥ_ＯＵＴ3を、遅延なしのサンプリングクロックＣＬＫ0で再度サンプリングして同期させ、サンプリング値ＰＯＳＴ_ＯＵＴ0～ＰＯＳＴ_ＯＵＴ3として出力する。
上述の第２の実施の形態における測距装置によれば、制御部４０による制御の下に、１マクロピクセルの中の４個のＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3の各出力信号ＯＵＴ0～ＯＵＴ3を異なるタイミングでサンプリングし、そのサンプリング値ＰＲＥ_ＯＵＴ0～ＰＲＥ_ＯＵＴ3を同期させた後ヒストグラム生成部３３２に入力することで、立ち上がりおよび立ち下がりがなだらかなヒストグラムを生成することができる。これにより、第１の実施の形態の場合と同様に、サブビン位置での距離計算が可能となり、サンプリングレートよりも細かい分解能で距離計算（測距）を行うことができる。
特に、第２の実施の形態の場合、レーザパルス光を複数回照射する第１の実施の形態の場合と違って、１回のレーザパルス光の照射でも、第１の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。この点については、後述する第３の実施の形態の場合においても同様である。
＜４．第３の実施の形態＞
本技術の第３の実施の形態は、光センサ３２の１マクロピクセルの中の例えば３個のＳＰＡＤ素子５１_1～５１_3の各出力信号ＯＵＴ1～ＯＵＴ3に対して異なる遅延を与える例である。
図１１は、本技術の第３の実施の形態における測距装置の構成の一例を示すブロック図である。第３の実施の形態における測距装置では、制御部４０による制御の下に、光センサ３２の１マクロピクセルの中の例えば３個のＳＰＡＤ素子５１_１～５１_3の各出力信号ＯＵＴ１～ＯＵＴ3に対して異なる遅延を与えるようにする。
これを実現するために、制御部４０は、３個の遅延回路４２_1～４２_3を有する構成となっている。遅延回路４２_1は、所定の遅延時間τを有し、ＳＰＡＤ素子５１_1の出力信号ＯＵＴ1を遅延し、遅延出力信号Ｄ_ＯＵＴ1として出力する。遅延回路４２_2は、遅延時間２τを有し、ＳＰＡＤ素子５１_2の出力信号ＯＵＴ2を遅延し、遅延出力信号Ｄ_ＯＵＴ2として出力する。遅延回路４２_3は、遅延時間３τを有し、ＳＰＡＤ素子５１_3の出力信号ＯＵＴ3を遅延し、遅延出力信号Ｄ_ＯＵＴ3として出力する。
サンプリング回路部３３１は、サンプリングクロック生成部３３１１および４個のＤ-ＦＦ３３１３_0～３３１３_3を有している。４個のＤ-ＦＦ３３１３_0～３３１３_3は、サンプリングクロック生成部３３１１で生成された同じタイミングのサンプリングクロックＣＬＫをクロック入力としている。
図１２は、第３の実施の形態における測距装置の動作説明に供するタイミングチャートである。図１２には、レーザパルス光、ＳＰＡＤ素子５１_0の出力ＯＵＴ0、ＳＰＡＤ素子５１_1～５１_3の各遅延出力信号Ｄ_ＯＵＴ1～Ｄ_ＯＵＴ3、理想ヒストグラム、サンプリングクロックＣＬＫ、および、ヒストグラム生成部３３２で生成されるヒストグラムのタイミング関係を示している。
ＳＰＡＤ素子５１_0の出力信号ＯＵＴ0は、直接、Ｄ-ＦＦ３３１３_0のＤ入力となる。ＳＰＡＤ素子５１_1の出力信号ＯＵＴ1は、遅延回路４２_1で遅延時間τだけ遅延され、ＳＰＡＤ遅延出力信号Ｄ_ＯＵＴ1としてＤ-ＦＦ３３１３_1のＤ入力となる。ＳＰＡＤ素子５１_2の出力信号ＯＵＴ2は、遅延回路４２_2で遅延時間２τだけ遅延され、ＳＰＡＤ遅延出力信号Ｄ_ＯＵＴ2としてＤ-ＦＦ３３１３_2のＤ入力となる。ＳＰＡＤ素子５１_3の出力信号ＯＵＴ3は、遅延回路４２_3で遅延時間３τだけ遅延され、ＳＰＡＤ遅延出力信号Ｄ_ＯＵＴ3としてＤ-ＦＦ３３１３_3のＤ入力となる。
上述の第３の実施の形態における測距装置によれば、制御部４０による制御の下に、１マクロピクセルの中の３個のＳＰＡＤ素子５１_1～５１_3の各出力信号ＯＵＴ1～ＯＵＴ3に対して異なる遅延を与え、その後同期させてヒストグラム生成部３３２に入力することで、立ち上がりおよび立ち下がりがなだらかなヒストグラムを生成することができる。これにより、第１の実施の形態の場合と同様に、サブビン位置での距離計算が可能となり、サンプリングレートよりも細かい分解能で距離計算（測距）を行うことができる。
＜５．第４の実施の形態＞
本技術の第４の実施の形態は、レーザパルス光を複数回連続して照射する第１の実施の形態の変形例であり、照射（ショット）１回目のヒストグラムが飽和しているか否かによって制御を変える例である。
第１の実施の形態では、光源部２０から被写体１０に向けて複数回連続してレーザパルス光が照射される場合において、各照射回のレーザパルス光の出射タイミングを制御するようにしている。
これに対して、第４の実施の形態では、照射１回目のヒストグラムの高さと、反射レーザパルス光の強さに対する距離計算のための閾値（所定の閾値）とを比較する。そして、照射１回目のヒストグラムの高さが、閾値以上である場合には、ヒストグラムが飽和しているものとして、次に照射するレーザパルス光から、照射ごとに異なる遅延をレーザパルス光に与えるようにする。一方、１回目のヒストグラムの高さが閾値を下回る場合には、ヒストグラムは飽和していないため、被写体１０に照射するレーザパルス光に遅延を与えないようにする。
図１３は、本技術の第４の実施の形態における測距装置の構成の一例を示すブロック図である。
第４の実施の形態における上述の制御は、制御部４０による制御の下に実行される。その実行のために、制御部４０は、比較部４０１および光源制御部４０２を有する構成となっている。
比較部４０１は、照射１回目のヒストグラムの高さと、反射レーザパルス光の強さに対する距離計算のための閾値とを比較し、１回目のヒストグラムの最大値が閾値以上（最大値≧閾値）である場合に、その旨の比較結果を出力する。
光源制御部４０２は、比較部４０１の比較結果を受けて、光源部２０から照射されるレーザパルス光の出射タイミングの制御、即ち、レーザパルス光に対する遅延あり／なしの制御を行う。
具体的には、光源制御部４０２は、比較部４０１から最大値≧閾値の旨の比較結果が出力された場合には、２回目に照射するレーザパルス光から、照射ごとに異なる遅延をレーザパルス光に与える制御を行い、当該比較結果が出力されない場合には、レーザパルス光に遅延を与える制御を行わない。
上述したように、第４の実施の形態における測距装置によれば、制御部４０による制御の下に、照射１回目のヒストグラムが飽和しているか否かによって、被写体１０に照射するレーザパルス光に対して、遅延を与える／与えない（遅延あり／なし）の切り替えを行うことで、レーザパルス光に遅延を与える制御を常時行わなくて済むことになる。
＜６．第５の実施の形態＞
本技術の第５の実施の形態は、第２の実施の形態の変形例であり、ヒストグラムが飽和しているか否かによって制御を変える例である。
第２の実施の形態では、ヒストグラムが飽和しているか否かに拘わらず、光センサ３２の１マクロピクセルの中の例えば４個のＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3の各出力信号ＯＵＴ0～ＯＵＴ3を異なるタイミングでサンプリングするようにしている。
これに対して、第５の実施の形態では、ヒストグラムが飽和している場合には、４個のＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3の各出力信号ＯＵＴ0～ＯＵＴ3を異なるタイミングでサンプリングするようにし、ヒストグラムが飽和していない場合には、４個のＳＰＡＤ素子５１_0～５１_3の各出力信号ＯＵＴ0～ＯＵＴ3を同じタイミングでサンプリングするようにする。
図１４は、本技術の第５の実施の形態における測距装置の構成の一例を示すブロック図である。
第５の実施の形態における上述の制御は、制御部４０による制御の下に実行される。その実行のために、制御部４０は、図９の制御部４０に相当する遅延部４０Ａの他に、比較部４０１および遅延制御部４０３を有する構成となっている。
図９の制御部４０に相当する遅延部４０Ａは、所定の遅延時間τを有する３個の遅延回路４１_1～４１_3の他に、３個のスイッチＳＷ1～ＳＷ3を有している。
スイッチＳＷ1は、サンプリングクロック生成部３３１１で生成されたサンプリングクロックＣＬＫ0と、遅延回路４１_1で遅延時間τだけ遅延されたサンプリングクロックＣＬＫ1とを入力とし、いずれか一方を選択してＤ-ＦＦ３３１２_1のクロック入力とする。
スイッチＳＷ2は、サンプリングクロック生成部３３１１で生成されたサンプリングクロックＣＬＫ0と、遅延回路４１_1および遅延回路４１_2で遅延時間２τだけ遅延されたサンプリングクロックＣＬＫ2とを入力とし、いずれか一方を選択してＤ-ＦＦ３３１２_2のクロック入力とする。
スイッチＳＷ3は、サンプリングクロック生成部３３１１で生成されたサンプリングクロックＣＬＫ0と、遅延回路４１_1、遅延回路４１_2、および、遅延回路４１_3で遅延時間３τだけ遅延されたサンプリングクロックＣＬＫ3とを入力とし、いずれか一方を選択してＤ-ＦＦ３３１２_3のクロック入力とする。
比較部４０１は、ヒストグラムの高さと、反射レーザパルス光の強さに対する距離計算のための閾値とを比較し、ヒストグラムの最大値が閾値以上（最大値≧閾値）である場合に、その旨の比較結果を出力する。
遅延制御部４０３は、比較部４０１の比較結果を受けて、遅延部４０ＡにおけるサンプリングクロックＣＬＫ0に対する遅延あり／なしの制御を行う。
具体的には、遅延制御部４０３は、比較部４０１から最大値≧閾値の旨の比較結果が出力された場合には、３個のスイッチＳＷ1～ＳＷ3の切替えによって、遅延回路４１_1～４１_3で遅延されたサンプリングクロックＣＬＫ1～ＣＬＫ3を選択し、Ｄ-ＦＦ３３１２_1～３３１２_3のクロック入力とする。
また、比較部４０１から最大値≧閾値の旨の比較結果が出力されない場合には、遅延制御部４０３は、３個のスイッチＳＷ1～ＳＷ3の切替えによって、サンプリングクロック生成部３３１１から出力されるサンプリングクロックＣＬＫ0を選択し、Ｄ-ＦＦ３３１２_1～３３１２_3のクロック入力とする。
上述したように、第５の実施の形態における測距装置によれば、制御部４０による制御の下に、ヒストグラムが飽和しているか否かによって、サンプリングクロック生成部３３１１から出力されるサンプリングクロックＣＬＫ0に対して、遅延を与える／与えない（遅延あり／なし）の切替えを行うことで、サンプリングクロックＣＬＫ0に遅延を与える制御を常時行わなくて済むことになる。
＜７．第６の実施の形態＞
本技術の第６の実施の形態は、第３の実施の形態の変形例であり、ヒストグラムが飽和しているか否かによって制御を変える例である。
第３の実施の形態では、ヒストグラムが飽和しているか否かに拘わらず、１マクロピクセルの中の３個のＳＰＡＤ素子５１_1～５１_3の各出力信号ＯＵＴ1～ＯＵＴ3に対して異なる遅延を与えるようにしている。
これに対して、第５の実施の形態では、ヒストグラムが飽和している場合には、ＳＰＡＤ素子５１_1～５１_3の各出力信号ＯＵＴ1～ＯＵＴ3に対して異なる遅延を与えるようにし、ヒストグラムが飽和していない場合には、ＳＰＡＤ素子５１_１～５１_3の各出力信号ＯＵＴ1～ＯＵＴ3に対して遅延を与えないようにする。
図１５は、本技術の第６の実施の形態における測距装置の構成の一例を示すブロック図である。
第６の実施の形態における上述の制御は、制御部４０による制御の下に実行される。その実行のために、制御部４０は、図１１の制御部４０に相当する遅延部４０Ａの他に、比較部４０１および遅延制御部４０３を有する構成となっている。
図１１の制御部４０に相当する遅延部４０Ａは、所定の遅延時間τを有する遅延回路４２_1、遅延時間２τを有する遅延回路４２_2、および、遅延時間３τを有する遅延回路４２_3の他に、３個のスイッチＳＷ11～ＳＷ13を有している。
スイッチＳＷ11は、ＳＰＡＤ素子５１_1の出力信号ＯＵＴ1と、所定の遅延時間τを有する遅延回路４２_1の遅延出力信号Ｄ_ＯＵＴ1とを入力とし、いずれか一方を選択してＤ-ＦＦ３３１３_1のＤ入力とする。
スイッチＳＷ12は、ＳＰＡＤ素子５１_2の出力信号ＯＵＴ2と、遅延時間２τを有する遅延回路４２_2の遅延出力信号Ｄ_ＯＵＴ2とを入力とし、いずれか一方を選択してＤ-ＦＦ３３１３_2のＤ入力とする。
スイッチＳＷ13は、ＳＰＡＤ素子５１_3の出力信号ＯＵＴ3と、遅延時間３τを有する遅延回路４２_3の遅延出力信号Ｄ_ＯＵＴ3とを入力とし、いずれか一方を選択してＤ-ＦＦ３３１３_3のＤ入力とする。
比較部４０１は、ヒストグラムの高さと、反射レーザパルス光の強さに対する距離計算のための閾値とを比較し、ヒストグラムの最大値が閾値以上（最大値≧閾値）である場合に、その旨の比較結果を出力する。
遅延制御部４０３は、比較部４０１の比較結果を受けて、遅延部４０Ａにおいて、ＳＰＡＤ素子５１_1～５１_3の各出力信号ＯＵＴ1～ＯＵＴ3に対する遅延あり／なしの制御を行う。
具体的には、遅延制御部４０３は、比較部４０１から最大値≧閾値の旨の比較結果が出力された場合には、３個のスイッチＳＷ11～ＳＷ13の切替えによって、遅延回路４２_1～４２_3の各遅延出力信号Ｄ_ＯＵＴ1～Ｄ_ＯＵＴ3を選択し、Ｄ-ＦＦ３３１３_1～３３１３_3のＤ入力とする。
また、比較部４０１から最大値≧閾値の旨の比較結果が出力されない場合には、遅延制御部４０３は、３個のスイッチＳＷ1～ＳＷ3の切替えによって、ＳＰＡＤ素子５１_1～５１_3の各出力信号ＯＵＴ1～ＯＵＴ3を選択し、Ｄ-ＦＦ３３１３_1～３３１３_3のＤ入力とする。
上述したように、第６の実施の形態における測距装置によれば、制御部４０による制御の下に、ヒストグラムが飽和しているか否かによって、１マクロピクセルの中の３個のＳＰＡＤ素子５１_1～５１_3の各出力信号ＯＵＴ1～ＯＵＴ3に対して、異なる遅延を与える／与えない（遅延あり／なし）の切替えを行うことで、ＳＰＡＤ素子５１_1～５１_3の各出力信号ＯＵＴ1～ＯＵＴ3に異なる遅延を与える制御を常時行わなくて済むことになる。
＜８．変形例＞
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
＜９．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図１６は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１６に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ(interface)１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１６の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図１７は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図１７では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図１７には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、上述の第１の実施の形態、第２実施の形態、第３の実施の形態、第４の実施の形態、第５の実施の形態、あるいは、第６の実施の形態における測距装置について、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、サンプリング回路部のサンプリングレートよりも細かい分解能で距離計算を行うことができるため、走行する車両からの測距をより高精度に実行することが可能となる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
＜１０．本技術がとることができる構成＞
本技術は、以下のような構成もとることができる。
（１）測距対象物に対してパルス状の光を照射する光源部と、
前記光源部からの照射パルス光に基づく、前記測距対象物からの反射パルス光を画素単位で受光する光検出部と、
前記反射パルス光に基づく前記光検出部の出力信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングして、サンプリング値を出力するサンプリング回路部と、
前記サンプリング回路部から出力される前記サンプリング値に基づいて、時間ごとの前記反射パルス光の強さを示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
前記サンプリング回路部から前記ヒストグラム生成部に入力される前記サンプリング値の入力タイミングを制御する制御部と
を具備する測距装置。
（２）前記光源部が測距対象物に対してパルス状の光を複数回連続して照射するとき、
前記制御部は、前記光源部から複数回連続して照射されるパルス状の光の出射タイミングを制御することにより、前記サンプリング値の入力タイミングを制御する
前記（１）に記載の測距装置。
（３）前記制御部は、１回目の光照射に基づく前記ヒストグラムが所定の閾値以上のとき、２回目以降に照射される前記パルス状の光の出射タイミングを制御する
前記（２）に記載の測距装置。
（４）前記光検出部における一つの画素が複数の受光素子で構成され、１マクロピクセルとするとき、
前記制御部は、前記サンプリング回路部に対して、前記１マクロピクセルの中の前記複数の受光素子の各出力信号を異なるタイミングでサンプリングさせる制御を行うことにより、前記サンプリング値の入力タイミングを制御する
前記（１）に記載の測距装置。
（５）前記制御部は、前記ヒストグラムが所定の閾値以上のとき、前記サンプリング回路部に対して、前記複数の受光素子の各出力信号を異なるタイミングでサンプリングさせる制御を行う
前記（４）に記載の測距装置。
（６）前記光検出部における一つの画素が複数の受光素子で構成され、１マクロピクセルとするとき、
前記制御部は、前記１マクロピクセルの中の前記複数の受光素子の各出力信号に対して異なる遅延を与える制御を行うことにより、前記サンプリング値の入力タイミングを制御する
前記（１）に記載の測距装置。
（７）前記制御部は、前記ヒストグラムが所定の閾値以上のとき、前記複数の受光素子の各出力信号に異なる遅延を与える制御を行う
前記（６）に記載の測距装置。
（８）前記光検出部の画素を構成する受光素子は、アバランシェダイオードである
前記（１）に記載の測距装置。
（９）前記受光素子は、単一光子アバランシェダイオードである
前記（８）に記載の測距装置。
（１０）測距対象物に対してパルス状の光を照射する光源部と、
前記光源部からの照射パルス光に基づく、前記測距対象物からの反射パルス光を画素単位で受光する光検出部と、
前記反射パルス光に基づく前記光検出部の出力信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングして、サンプリング値を出力するサンプリング回路部と、
前記サンプリング回路部から出力される前記サンプリング値に基づいて、時間ごとの前記反射パルス光の強さを示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と
を具備する測距装置の制御方法であって、
前記サンプリング回路部から前記ヒストグラム生成部に入力される前記サンプリング値の入力タイミングを制御する
測距装置の制御方法。
１ 測距装置
１０ 被写体（測距対象物）
２０ 光源部
２１ レーザ駆動部
２２ レーザ光源
２３ 拡散レンズ
３０ 光検出部
３１ 受光レンズ
３２ 光センサ
３３ 信号処理部
４０ 制御部
４０Ａ 遅延部
４１_1～４１_3，４２_1～４２_3 遅延回路
５０ 画素
５１（５１_0～５１_3） ＳＰＡＤ素子
３３１ サンプリング回路部
３３２ ヒストグラム生成部
４０１ 比較部
４０２ 光源制御部
４０３ 遅延制御部

Claims (10)

  1. 測距対象物に対してパルス状の光を照射する光源部と、
    前記光源部からの照射パルス光に基づく、前記測距対象物からの反射パルス光を画素単位で受光する光検出部と、
    前記反射パルス光に基づく前記光検出部の出力信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングして、サンプリング値を出力するサンプリング回路部と、
    前記サンプリング回路部から出力される前記サンプリング値に基づいて、時間ごとの前記反射パルス光の強さを示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
    前記サンプリング回路部から前記ヒストグラム生成部に入力される前記サンプリング値の入力タイミングを制御する制御部と
    を具備する測距装置。
  2. 前記光源部が測距対象物に対してパルス状の光を複数回連続して照射するとき、
    前記制御部は、前記光源部から複数回連続して照射されるパルス状の光の出射タイミングを制御することにより、前記サンプリング値の入力タイミングを制御する
    請求項１記載の測距装置。
  3. 前記制御部は、１回目の光照射に基づく前記ヒストグラムが所定の閾値以上のとき、２回目以降に照射される前記パルス状の光の出射タイミングを制御する
    請求項２記載の測距装置。
  4. 前記光検出部における一つの画素が複数の受光素子で構成され、１マクロピクセルとするとき、
    前記制御部は、前記サンプリング回路部に対して、前記１マクロピクセルの中の前記複数の受光素子の各出力信号を異なるタイミングでサンプリングさせる制御を行うことにより、前記サンプリング値の入力タイミングを制御する
    請求項１記載の測距装置。
  5. 前記制御部は、前記ヒストグラムが所定の閾値以上のとき、前記サンプリング回路部に対して、前記複数の受光素子の各出力信号を異なるタイミングでサンプリングさせる制御を行う
    請求項４記載の測距装置。
  6. 前記光検出部における一つの画素が複数の受光素子で構成され、１マクロピクセルとするとき、
    前記制御部は、前記１マクロピクセルの中の前記複数の受光素子の各出力信号に対して異なる遅延を与える制御を行うことにより、前記サンプリング値の入力タイミングを制御する
    請求項１記載の測距装置。
  7. 前記制御部は、前記ヒストグラムが所定の閾値以上のとき、前記複数の受光素子の各出力信号に異なる遅延を与える制御を行う
    請求項６記載の測距装置。
  8. 前記光検出部の画素を構成する受光素子は、アバランシェダイオードである
    請求項１記載の測距装置。
  9. 前記受光素子は、単一光子アバランシェダイオードである
    請求項８記載の測距装置。
  10. 測距対象物に対してパルス状の光を照射する光源部と、
    前記光源部からの照射パルス光に基づく、前記測距対象物からの反射パルス光を画素単位で受光する光検出部と、
    前記反射パルス光に基づく前記光検出部の出力信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングして、サンプリング値を出力するサンプリング回路部と、
    前記サンプリング回路部から出力される前記サンプリング値に基づいて、時間ごとの前記反射パルス光の強さを示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と
    を具備する測距装置の制御方法であって、
    前記サンプリング回路部から前記ヒストグラム生成部に入力される前記サンプリング値の入力タイミングを制御する
    測距装置の制御方法。
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