JP6340852B2 - 距離測定装置、移動体及び距離測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、距離測定装置、移動体及び距離測定方法に係り、更に詳しくは、光源を発光させて対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を受光して前記対象物までの距離を測定する距離測定装置、該距離測定装置を備える移動体及び前記距離を測定する距離測定方法に関する。

従来、光源を発光させて対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を受光して前記対象物までの距離を測定するレーザレーダが知られている（例えば特許文献１参照）。

ところで、特許文献１に開示されているレーザレーダでは、対象物までの距離の測定精度に向上の余地があった。

本発明は、光源を発光させて対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を受光して前記対象物までの距離を測定する距離測定装置において、前記光源の発光を制御するための発光制御信号が入力されると、前記光源に駆動電流を供給する複数の光源駆動回路と、前記複数の光源駆動回路のいずれかに前記発光制御信号を出力して前記対象物までの距離を取得し、取得された距離に応じた応答速度を有する前記光源駆動回路に前記発光制御信号を出力して前記対象物までの距離を測定する測定制御部とを備え、前記発光制御信号は、前記複数の光源駆動回路のいずれかに出力され、前記複数の光源駆動回路は、前記発光制御信号に対する前記応答速度が互いに異なることを特徴とする距離測定装置である。

本発明によれば、対象物までの距離の測定精度を向上できる。

一実施形態に係る距離測定装置の概略構成を示す図である。 ＬＤ駆動部を説明するための図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ発光制御信号Ｓ１、ＳＮと、対応する発光パルスとを示すグラフである。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ発光制御信号Ｓ１、ＳＮと、対応する発光パルスと、対応する受光パルスとを示すグラフである。 測定制御部により設定された距離のＮ個の閾値Ｌ１〜ＬＮを示す図である。 測定制御部による制御を説明するためのフローチャートである。 変形例の測定制御部により設定された受光信号の信号強度のＮ個の閾値Ｖ１〜ＶＮについて説明するための図である。 変形例の測定制御部による制御を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明の一実施形態の距離測定装置１００について、図１〜図６を参照して説明する。

図１には、距離測定装置１００の概略的構成がブロック図にて示されている。

距離測定装置１００は、一例として、移動体としての自動車に搭載され、光源を発光させて対象物（例えば先行車、障害物、歩行者等）に光を照射し、該対象物からの反射光を受光して該対象物までの距離を測定する。

距離測定装置１００は、図１に示されるように、一例として、照射系３０、受光系４０、測定制御部５０などを備えている。

距離測定装置１００は、一例として、自動車のＥＣＵ（エレクトロニックコントロールユニット）に接続され、該ＥＣＵからの要求（距離測定要求）に従い、対象物までの距離を測定し、その測定結果（距離情報）を該ＥＣＵに出力する。ＥＣＵは、入力された測定結果に基づいて、自動車の動作制御（例えば速度制御、操舵制御等）を行う。

照射系３０は、一例として、光源としてのＬＤ１０（レーザダイオード）、ＬＤ１０を駆動するＬＤ駆動部１２、照射光学系１４などを含む。ＬＤ１０は、半導体レーザの一種であり、端面発光レーザとも呼ばれる。

測定制御部５０は、上記ＥＣＵから距離測定要求を受けると、ＬＤ１０の発光を制御するための発光制御信号（例えば矩形パルス信号）をＬＤ駆動部１２に出力する。

ＬＤ駆動部１２は、測定制御部５０からの発光制御信号が入力されると、ＬＤ１０に駆動電流（例えば矩形パルス電流）を供給（印加）し、パルス発光させる。ここでは、ＬＤ１０から周期的に射出されるレーザ光（発光パルス）のパルス幅は、例えば数ｎｓ〜５０ｎｓであり、パルス周期は、例えば数μｓ〜５０μｓである。

詳述すると、ＬＤ駆動部１２は、図２に示されるように、互いに並列に接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮを含む。

各ＬＤ駆動回路は、ＬＤ１０の順方向に駆動電流を流すように該ＬＤ１０に対して直列に接続されている。

各ＬＤ駆動回路は、駆動電流の電流源としてのトランジスタを有しており、該トランジスタがＯＮ／ＯＦＦされることで、ＬＤ１０に対する通電のＯＮ／ＯＦＦが制御される。

各ＬＤ駆動回路のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦは、測定制御部５０からの発光制御信号によって制御される。すなわち、発光制御信号がハイレベルのときにトランジスタがＯＮとなり、ローレベルのときにトランジスタがＯＦＦとなる。

すなわち、各ＬＤ駆動回路は、発光制御信号が入力されるとＬＤ１０に駆動電流を供給する。

ここで、測定制御部５０は、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮのうち一のＬＤ駆動回路Ｄｎ（１≦ｎ≦Ｎ）に発光制御信号Ｓｎ（１≦ｎ≦Ｎ）を出力する。すなわち、測定制御部５０は、Ｎ個のＬＤ駆動回路から、発光制御信号の出力対象となる１つのＬＤ駆動回路を選択する。

なお、Ｎ個の発光制御信号Ｓ１〜ＳＮは、実質的に同一の矩形パルス信号である。この場合、各ＬＤ駆動回路のトランジスタに供給されるベース電流の電流値は略等しい。

また、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮのトランジスタの電流増幅率Ｃ１〜ＣＮは、互いに異なっている。ここでは、一例として、Ｃ１＞Ｃ２＞・・・＞ＣＮに設定されている。

そこで、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮの駆動電流（矩形パルス電流）の目標電流値（振幅）Ｉ１〜ＩＮは、互いに異なっている。ここでは、一例として、Ｉ１＞Ｉ２＞・・・＞ＩＮに設定されている。

ここで、対象物を確実に検出するために、該対象物までの距離（例えば数１０ｍ〜１００ｍ）に応じて、ＬＤから例えば数１０Ｗ〜１００Ｗ程度の高出力のパルス光を出力することが好ましい。すなわち、駆動電流の目標電流値を、例えば数１０Ａ〜１００Ａ程度とすることが好ましい。

ところで、後に詳述するように、各ＬＤ駆動回路のトランジスタの電流増幅率が大きいほど、該ＬＤ駆動回路の発光制御信号に対する応答時間が長くなる（応答速度が遅くなる）。逆に言うと、各ＬＤ駆動回路のトランジスタの電流増幅率が小さいほど、該ＬＤ駆動回路の発光制御信号に対する応答時間が短くなる（応答速度が速くなる）。

すなわち、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮの、対応する発光制御信号Ｓ１〜ＳＮに対する応答時間Ｔｒ１〜ＴｒＮは、互いに異なる。ここでは、一例として、Ｔｒ１＞Ｔｒ２＞・・・＞ＴｒＮが成立する（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）。

「発光制御信号に対する応答時間」は、ＬＤからの発光パルスの立ち上がりにおいて、例えば光出力がピーク出力の１０％になったときから９０％になったときまでの所要時間を意味する。

ＬＤ１０から射出されたレーザ光（発光パルス）は、照射光学系１４により導光され、対象物に照射される。

詳述すると、照射光学系１４は、一例として、ＬＤ１０からのレーザ光の光路上に配置され、該レーザ光の拡散を抑制する照射レンズ（例えばカップリングレンズ）と、該照射レンズを介したレーザ光の光路上に配置された光偏向器（例えばポリゴンミラー、ガルバノスミラー、ＭＥＭＳミラー）とを含む。

そこで、ＬＤ１０からのレーザ光は、照射レンズにより所定のビームプロファイルのレーザ光に成形された後、光偏向器で例えば水平面内において偏向され、対象物に照射される。すなわち、レーザ光により対象物が例えば水平方向に走査される。結果として、対象物の例えば水平方向の広範囲な領域に対する距離測定が可能となる。

受光系４０は、受光光学系１６、受光素子としてのＰＤ１８（フォトディテクタ）、ＰＤ出力検出部２０を含む。

対象物に照射されたレーザ光は対象物で反射（散乱）され、その一部の反射光（散乱光）が受光光学系１６を介してＰＤ１８に導かれる。

受光光学系１６は、一例として、受光レンズ（例えば集光レンズ）を含み、対象物からの反射光のうち入射光（光偏向器で偏向され対象物に入射するレーザ光の経路とほぼ同じ経路を辿ってくる反射光をＰＤ１８に結像させる。

ＰＤ１８は、対象物からの反射光を受光すると、ＰＤ出力検出部２０に、該反射光の光量に応じた電気信号である受光信号を出力する。

ＰＤ出力検出部２０での動作としては、受光信号の信号増幅及び受光信号のタイミング検出の２つの動作がある。受光信号の信号増幅についてはアンプなどの信号増幅器を用いて増幅し、受光信号のタイミング検出についてはコンパレータなどの比較器を用いて、ＰＤ１８からの受光信号の一定出力（スレッシュレベル）以上となる立ち上り波形部を検出する。ＰＤ出力検出部２０は、受光信号（立ち上がり波形部）を検出すると、その検出タイミングを測定制御部５０に出力する。

測定制御部５０は、上述の如く一のＬＤ駆動回路Ｄｎに発光制御信号Ｓｎ（１≦ｎ≦Ｎ）を出力し、該発光制御信号Ｓｎの出力タイミングとＰＤ出力検出部２０からの受光信号の検出タイミングとの時間差を対象物との間の往復距離（対象物までの距離の２倍）と推定し、該時間差を距離に換算することで、対象物との間の往復距離、ひいては対象物までの距離を測定する。

詳述すると、測定制御部５０は、発光制御信号Ｓｎの立ち上がりタイミングで計時を開始し、ＰＤ出力検出部２０からの受光信号の検出タイミングで計時を終了する時計機能を有する。この時計機能で計測された時間は、距離測定装置１００と対象物との間をレーザ光が伝播（往復）している時間であり、この時間を距離に換算することで、対象物との間の往復距離を求めることができる。なお、駆動信号のパルス周期は例えば数μｓ〜５０μｓであり、測定制御部５０は、対象物との間の往復距離をリアルタイムで算出する。

ここで、ＬＤ駆動部１２について詳細に説明する。上述の如く、ＬＤ駆動部１２はＮ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮを有しており、ＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮの対応する発光制御信号Ｓ１〜ＳＮに対する応答時間はＴｒ１〜ＴｒＮに設定されている。

ところで、ＬＤから発光パルスを得るためには、ＬＤ駆動回路を構成するトランジスタなどの電流源により瞬間的に大電流を供給する。特に、長距離測定に対応するためにＬＤに供給する電流量を大きくするとき、トランジスタやＬＤなどが許容できる電流量（許容電流量）を大きく設計する必要があるが、一般的にトランジスタの許容電流量（電流増幅率）と応答速度はトレードオフの関係にあるため、トランジスタを含む一種類のＬＤ駆動回路における許容電流量と応答速度を適宜所望の大きさにすることは該トランジスタの素子特性上、困難である。

例えば許容電流量（電流増幅率）が大きく応答速度が遅いトランジスタをＬＤ駆動回路に用いた場合、発光パルス及び受光パルス（受光信号）の応答時間が長くなるため、各発光パルスに対応する受光パルスの立ち上がり波形部が閾値（スレッシュレベル）を超える時間の誤差が大きくなり、測定距離の誤差が生じやすくなる。つまり、ＬＤ駆動回路で測定距離の長距離化を優先すると、近距離においての距離分解能の低下を招く。

本実施形態では、例えば高速応答な発光パルスが必要なときは応答時間が短いＬＤ駆動回路を選択し、高出力な発光パルスが必要なときは応答時間が長く、より大電流を供給できるＬＤ駆動回路を選択することができる。すなわち、許容電流量と応答速度が所望の大きさのＬＤ駆動回路を適宜選択できる。

次に、各ＬＤ駆動回路の対応する発光制御信号に対する応答時間について説明する。図３（Ａ）には、応答時間Ｔｒ１のＬＤ駆動回路Ｄ１に対して出力される発光制御信号Ｓ１と、該発光制御信号Ｓ１が出力されたＬＤ駆動回路Ｄ１により駆動されたＬＤ１０からの発光パルスとが示されている。図３（Ｂ）には、応答時間Ｔｒ１よりも短い応答時間ＴｒＮのＬＤ駆動回路ＤＮに対して出力される発光制御信号ＳＮと、該発光制御信号ＳＮが出力されたＬＤ駆動回路ＤＮにより駆動されたＬＤ１０からの発光パルスとが示されている。

前述したＬＤ１０を駆動するトランジスタの素子特性により、応答時間がＴｒ１〜ＴｒＮのＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮのピーク光出力をそれぞれＰ１〜ＰＮとすると、Ｔｒ１＞Ｔｒ２＞・・・・＞ＴｒＮが成り立つとき、Ｐ１＞Ｐ２＞・・・・＞ＰＮとなる。

以下に、光波形の応答時間が測距（距離測定）における距離分解能（測距精度）に与える影響について、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して説明する。

図４（Ａ）に示される、例えば応答時間Ｔｒ１のＬＤ駆動回路Ｄ１を用いた測距において、対象物の反射率（反射位置）が変化して受光パルスの信号強度が例えば１／２に低下したとき、発光制御信号の立ち上がりタイミング（ＯＮタイミング）から該信号強度が閾値Ｖｔ１を越えるまでの時間に誤差Ｔｄ１が生じる。Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ方式における測定距離をＬ１、光速をｃとすると、直前の発光制御信号の立ち上がりタイミングと、該発光制御信号に対応する直前の受光パルスの検出タイミングとの時間差Ｔ１を用いて、Ｌ１＝ｃ（Ｔ１＋Ｔｄ１）／２が成立する。この場合、距離測定装置１００の距離分解能はＴｄ１に依存しているといえる。

これに対し、例えば応答時間がＴｒＮ（ＴｒＮ＜Ｔｒ１）のＬＤ駆動回路ＤＮを用いた測距では、発光制御信号の立ち上がりタイミングから受光パルスの立ち上がり波形部が閾値ＶｔＮを越えるまでの時間の誤差はＴｄＮとなる。そこで、測定距離をＬＮ、光速をｃとすると、ＬＮ＝ｃ（ＴＮ＋ＴｄＮ）／２が成立する。応答時間Ｔｒ１＞ＴｒＮのとき、誤差Ｔｄ１＞ＴｄＮが成り立つため、応答時間ＴｒＮのＬＤ駆動回路ＤＮによる測距の距離分解能は応答時間Ｔｒ１のＬＤ駆動回路Ｄ１による測距の距離分解能と比べて相対的に高くなる。

以上の説明から分かるように、発光制御信号の出力対象としてのＬＤ駆動回路が、該発光制御信号に対する応答時間が短いものであるほど測距の距離分解能が高くなる。

次に、対象物までの距離の範囲（レンジ）に応じたＬＤ駆動回路の選択動作について、図５及び図６を参照して説明する。図６のフローチャートは、測定制御部５０で実行される処理アルゴリズムに基づいている。

ここでは、図５に示されるように距離測定装置１００が測定可能な距離Ｌを、Ｌ２〜Ｌ１、・・・、ＬＮ〜Ｌ（Ｎ−１）のＮ−１個の距離範囲（距離レンジ）に分割した状態を想定する。ここでは、Ｌ１＞Ｌ２＞・・・・＞ＬＮである。ここでの動作は、距離測定装置１００が起動された時点から開始される。

最初のステップＱ１では、ＬＤ駆動回路Ｄ１に発光制御信号Ｓ１を出力する。この結果、ＬＤ駆動回路Ｄ１からＬＤ１０に目標電流値Ｉ１の駆動電流が供給され、ＬＤ１０が光出力Ｐ１で発光する。このように、先ず、対象物を確実に検出するために、駆動電流の目標電流値が最大の（最も高出力な）ＬＤ駆動回路Ｄ１によりＬＤ１０を駆動し、光出力Ｐ１で発光させる。

次のステップＱ２では、対象物を検出したか否かを判断する。ここでの判断は、ＬＤ１０からの光出力Ｐ１の発光パルスによるＰＤ１８からの受光信号がＰＤ出力検出部２０で検出された場合に肯定され、検出されない場合に否定される。なお、例えば対象物までの距離Ｌが距離Ｌ１（例えば１００ｍ）に比べて著しく長い場合には、対象物を検出できない。ステップＱ２での判断が肯定されると、ステップＱ３に移行する。一方、ステップＱ２での判断が否定されると、フローは、終了する。

ステップＱ３では、対象物までの距離Ｌを測定し、取得する。ここでは、上記発光制御信号Ｓ１による光出力Ｐ１の発光パルスを用いて距離Ｌを測定する。

次のステップＱ４では、距離Ｌの測定を続行するか否かを判断する。ここでは、ステップＱ４での判断は、例えばユーザにより自動車の自動運転制御モードが選択されている場合に肯定され、選択されていない場合に否定される。ステップＱ４での判断が肯定されると、ステップＱ５に移行する。一方ステップＱ４での判断が否定されると、フローは終了する。

ステップＱ５では、ｎに１をセットする。ステップＱ５が実行されると、ステップＱ６に移行する。

ステップＱ６では、測定された距離ＬがＬｎ以下であるか否かを判断する。ステップＱ６での判断が否定されると、ステップＱ７に移行する。一方、ステップＱ６での判断が肯定されると、ステップＱ９に移行する。

ステップＱ７では、ＬＤ制御回路Ｄｎに発光制御信号Ｓｎを出力する。これにより、ＬＤ駆動回路ＤｎからＬＤ１０に目標電流値Ｉｎ（１≦ｎ≦Ｎ）の駆動電流が供給され、ＬＤ１０が光出力Ｐｎ（１≦ｎ≦Ｎ）で発光する。ステップＱ７が実行されると、ステップＱ８に移行する。

ステップＱ８では、発光制御信号Ｓｎによる光出力Ｐｎの発光パルスを用いて距離Ｌを測定、更新し（取得し）、更新された距離Ｌを自動車のＥＣＵに出力する。ステップＱ８が実行されると、ステップＱ４に戻る。

ステップＱ９では、ｎ＜Ｎであるか否かを判断する。ステップＱ９での判断が肯定されると、ステップＱ１０に移行する。一方、ステップＱ９での判断が否定されると、フローは終了する。

ステップＱ１０では、ｎをインクリメントする。ステップＱ１０が実行されると、ステップＱ６に戻る。

以上のようにして、距離Ｌの測定値、すなわち距離レンジに応じた適切な応答速度及び光出力を有するＬＤ駆動回路Ｄｎに発光制御信号Ｓｎが出力され、該ＬＤ駆動回路ＤｎによりＬＤ１０が駆動される。結果として、対象物の距離に応じて、適切な光出力を維持しながら適切な距離分解能を得ることができる。

なお、上記ステップＱ１では、ＬＤ駆動回路Ｄ１に発光制御信号Ｓ１を出力しているが、これに限らず、要は、複数のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮのいずれかに発光制御信号を出力すれば良い。この場合、対象物を確実に検出する観点から、目標電流値がより大きい（発光制御信号に対する応答速度がより遅い）ＬＤ駆動回路に発光制御信号を出力することが好ましい。

また、図６のフローチャートにおいて、ステップＱ４を実行しなくても良い。すなわち、ステップＱ３の次にステップＱ５を実行しても良い。この場合、ステップＱ８が実行された後、ステップＱ５に戻る。

ここで、例えば距離測定装置１００を自動車の動作制御に用いる場合には、安全上の観点から対象物までの距離が短いほど要求される測距精度は高くなる一方、対象物までの距離が長いほど測距に要求される光出力は大きくなる。

以上説明した本実施形態の距離測定装置１００は、第１の観点からすると、ＬＤ１０を発光させて対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を受光して前記対象物までの距離を測定する距離測定装置であり、ＬＤ１０の発光を制御するための発光制御信号が入力されると、ＬＤ１０に駆動電流を供給するＬＤ駆動回路を複数（Ｎ個）含み、発光制御信号は、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮのいずれかに出力され、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮは、発光制御信号に対する応答時間（応答速度）が互いに異なる。

また、本実施形態の距離測定装置１００を用いる距離測定方法は、ＬＤ１０を発光させて対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を受光して前記対象物までの距離を測定する距離測定方法であり、ＬＤ１０の発光を制御するための発光制御信号に対する応答時間（応答速度）が互いに異なる複数の光源駆動回路のいずれかに発光制御信号を出力してＬＤ１０を発光させ、対象物までの距離を取得する工程と、取得された距離に応じた前記応答時間を有するＬＤ駆動回路に発光制御信号を出力してＬＤ１０を発光させ、対象物までの距離を測定する工程と、を含む。

本実施形態の距離測定装置１００及び距離測定方法では、例えば対象物までの距離に応じて、発光制御信号に対する応答時間（応答速度）が適切なＬＤ駆動回路でＬＤ１０を駆動でき、該距離の測定誤差を低減できる。

結果として、対象物までの距離の測定精度を向上できる。

また、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮは、駆動電流の目標電流値が互いに異なり、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮそれぞれの前記応答時間は、目標電流値が大きいほど長くなる。換言すると、各ＬＤ駆動回路の発光制御信号に対する応答速度は、該ＬＤ駆動回路の目標電流値が大きいほど遅くなる。

この場合、例えば対象物までの距離に応じて、前記目標電流値及び前記応答時間が適切なＬＤ駆動回路でＬＤ１０を駆動でき、省電力化を図りつつ安定した高精度の距離測定（測距）を行うことができる。

また、距離測定装置１００は、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮのいずれかに発光制御信号を出力して対象物までの距離を取得し（測定し）、取得（測定）された距離に応じた前記応答時間を有するＬＤ駆動回路に発光制御信号を出力して対象物までの距離を測定（再測定）する測定制御部５０を更に備えている。

また、測定制御部５０は、前記取得された距離が短いほど、前記応答時間が短い（前記応答速度が速い）ＬＤ駆動回路に発光制御信号を出力する。

また、距離測定装置１００は、第２の観点からすると、ＬＤ１０を発光させて対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を受光して前記対象物までの距離を測定する距離測定装置であり、ＬＤ１０の発光を制御するための発光制御信号が入力されると、ＬＤ１０に駆動電流を供給するＬＤ駆動回路を複数（Ｎ個）含み、発光制御信号は、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮのいずれかに出力され、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮは、前記駆動電流の目標電流値が互いに異なる。

この場合、例えば対象物までの距離に応じて、駆動電流の目標電流値が適切なＬＤ駆動回路でＬＤ１０を駆動でき、該距離を安定して（確実に）測定でき、該距離の測定誤差を低減できる。

結果として、対象物までの距離の測定精度を向上できる。

また、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮは、発光制御信号に対する応答時間（応答速度）が互いに異なり、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮそれぞれの前記応答時間は、前記目標電流値が大きいほど長くなる。換言すると、各ＬＤ駆動回路の発光制御信号に対する応答速度は、該ＬＤ駆動回路の目標電流値が大きいほど遅くなる。

この場合、例えば対象物までの距離に応じて、前記目標電流値及び前記応答時間が適切なＬＤ駆動回路でＬＤ１０を駆動でき、省電力化を図りつつ安定した高精度の距離測定を行うことができる。

そこで、本実施形態では、距離測定装置１００が搭載された自動車を提供でき、該自動車では、距離測定装置１００からの高精度な測定結果に基づいてＥＣＵが動作制御（例えば速度制御等）を正確に行うことができる。

次に、変形例の距離測定装置２００について、図７及び図８を参照して説明する。距離測定装置２００は、測定制御部での制御が異なる点を除いて、上記実施形態の距離測定装置１００と実質的に同一の構成及び機能を有する。

距離測定装置２００は、対象物からの反射光による受光信号（受光パルス）の信号強度に応じてＬＤ駆動回路を選択する。ここでは、図７に示されるように、ＰＤ出力検出部２０が検出可能な受光信号の信号強度Ｖの範囲（強度レンジ）を、Ｖ２〜Ｖ１、・・・、ＶＮ〜Ｖ（Ｎ−１）のＮ−１個の強度レンジに分割した状態を想定する。ここでは、Ｖ１＞Ｖ２＞・・・・＞ＶＮである。図８のフローチャートは、測定制御部で実行される処理アルゴリズムに基づいている。

最初のステップＪ１では、ＬＤ駆動回路Ｄ１に発光制御信号Ｓ１を出力する。この結果、ＬＤ駆動回路Ｄ１からＬＤ１０に目標電流値Ｉ１の駆動電流が供給され、ＬＤ１０が光出力Ｐ１で発光する。このように、先ず、対象物を確実に検出するために、駆動電流の目標電流値が最大の（最も高出力な）ＬＤ駆動回路Ｄ１によりＬＤ１０を駆動し、光出力Ｐ１で発光させる。

次のステップＪ２では、対象物を検出したか否かを判断する。ここでの判断は、ＬＤ１０からの光出力Ｐ１の発光パルスによるＰＤ１８からの受光信号がＰＤ出力検出部２０で検出された場合に肯定され、検出されない場合に否定される。なお、例えば対象物までの距離Ｌが距離Ｌ１（例えば１００ｍ）に比べて著しく長い場合には、対象物を検出できない。ステップＪ２での判断が肯定されると、ステップＪ３に移行する。一方、ステップＪ２での判断が否定されると、フローは、終了する。

ステップＪ３では、受光信号の信号強度Ｖを計測し、取得する。ここでは、上記発光制御信号Ｓ１による光出力Ｐ１の発光パルスを用いて信号強度Ｖを計測する。

次のステップＪ４では、距離Ｌの測定を続行するか否かを判断する。ここでは、ステップＪ４での判断は、例えばユーザにより自動車の自動運転制御モードが選択されている場合に肯定され、選択されていない場合に否定される。ステップＪ４での判断が肯定されると、ステップＪ５に移行する。一方ステップＪ４での判断が否定されると、フローは終了する。

ステップＪ５では、ｎにＮをセットする。ステップＪ５が実行されると、ステップＪ６に移行する。

次のステップＪ６では、信号強度ＶがＶｎ以上であるか否かを判断する。ステップＪ６での判断が否定されると、ステップＪ７に移行する。一方、ステップＪ６での判断が肯定されると、ステップＪ１０に移行する。

ステップＪ７では、ＬＤ制御回路Ｄｎに発光制御信号Ｓｎを出力する。この結果、ＬＤ駆動回路ＤｎからＬＤ１０に目標電流値Ｉｎ（１≦ｎ≦Ｎ）の駆動電流が供給され、ＬＤ１０が光出力Ｐｎ（１≦ｎ≦Ｎ）で発光する。ステップＪ７が実行されると、ステップＪ８に移行する。

ステップＪ８では、上記発光制御信号Ｓｎによる光出力Ｐｎの発光パルスを用いて距離Ｌを測定し、測定された距離Ｌを自動車のＥＣＵに出力する。ステップＪ８が実行されると、ステップＪ９に移行する。

ステップＪ９では、上記発光制御信号Ｓｎによる光出力Ｐｎの発光パルスに対応する受光パルスの信号強度Ｖを計測し、更新する（取得する）。ステップＪ９が実行されると、ステップＪ４に戻る。

ステップＪ１０では、ｎ＞１であるか否かを判断する。ステップＪ１０での判断が肯定されると、ステップＪ１１に移行する。一方、ステップＪ１０での判断が否定されると、フローは終了する。

ステップＪ１１では、ｎをディクリメントする。ステップＪ１１が実行されると、ステップＪ６に戻る。

以上のようにして、受光信号の信号強度、すなわち強度レンジに応じた適切な応答速度及び光出力を有するＬＤ駆動回路Ｄｎに発光制御信号Ｓｎが出力され、該ＬＤ駆動回路ＤｎによりＬＤ１０が駆動される。結果として、受光信号の信号強度Ｖに応じて、適切な光出力を維持しながら、高い反射率の対象物ほど、対象部物までの距離が近いほど、高分解能で測距できる。すなわち、対象物の反射率や対象物までの距離に応じて、適切な距離分解能で測距を行うことができる。

以上説明した変形例の距離測定装置２００は、Ｎ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮのいずれかに発光制御信号を出力して受光信号の信号強度（対象物からの反射光の強度）を取得し、取得された信号強度に応じた、発光制御信号に対する応答速度を有するＬＤ駆動回路に発光制御信号を出力して対象物までの距離を測定する。

変形例の距離測定装置２００を用いる距離測定方法は、発光制御信号に対する応答時間（応答速度）が互いに異なるＮ個のＬＤ駆動回路Ｄ１〜ＤＮのいずれかに発光制御信号を出力してＬＤ１０を発光させ、受光信号の信号強度（対象物からの反射光の強度）を取得する工程と、取得された信号強度に応じた前記応答時間を有するＬＤ駆動回路に発光制御信号を出力してＬＤ１０を発光させ、対象物までの距離を測定する工程と、を含む。

変形例の距離測定装置２００及び距離測定方法では、取得された信号強度に応じて、すなわち対象物の反射率や対象物までの距離に応じて、発光制御信号の出力対象のＬＤ駆動回路を切り換えることができる。

この結果、信号強度が強い場合（対象物の反射率が高い場合や対象物までの距離が短い場合）には、光パルスの応答速度を速くして対象物までの距離を高分解で測定でき、信号強度が弱い場合（対象物の反射率が低い場合や対象物までの距離が長い場合）には、光パルスの光出力を大きくして対象物までの距離を確実に測定できる。

また、測定制御部は、取得された信号強度が大きいほど、前記応答時間が短いＬＤ駆動回路に発光制御信号を出力する。換言すると、測定制御部は、取得された信号強度が大きいほど、発光制御信号に対する応答速度が速いＬＤ駆動回路に発光制御信号を出力する。

この場合、取得される信号強度の変化に応じて、光パルスの応答速度及び光出力を適切に制御することができる。

なお、図８のフローチャートにおいて、ステップＪ８、Ｊ９の順序は、逆であっても良い。また、ステップＪ４を実行しなくても良い。すなわち、ステップＪ３の次にステップＪ５を実行しても良い。この場合、ステップＪ９が実行された後、ステップＪ５に戻る。

なお、上記実施形態及び変形例では、光源として、単一のＬＤを用いているが、これに限られない。例えば、複数のＬＤが１次元又は２次元に配列されたＬＤアレイ、半導体レーザの一種であるＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）、ＶＣＳＥＬが１次元又は２次元に配列されたＶＣＳＥＬアレイ、半導体レーザ以外のレーザ、ＬＥＤ（発光ダイオード）、複数のＬＥＤが１次元又は２次元に配列されたＬＥＤアレイ、有機ＥＬ素子、複数の有機ＥＬ素子が１次元又は２次元に配列された有機ＥＬアレイなどを用いても良い。複数のＬＤが１次元配列されたＬＤアレイとしては、複数のＬＤが積層されたスタック型のＬＤアレイや複数のＬＤが横に並べられたＬＤアレイが挙げられる。

また、上記実施形態及び変形例では、発光制御信号及び駆動電流の波形は、矩形波とされているが、これに限らず、例えば台形波、三角波、鋸波、正弦波等の他の波形であっても良い。なお、駆動電流の波形は、発光制御信号の波形と略同一の波形になることは言うまでもない。

また、上記実施形態及び変形例の距離測定装置の構成は、適宜変更可能である。例えば、照射光学系は、照射レンズ及び光偏向器を有していなくても良いし、他の光学素子（例えばミラー）を有していても良い。また、受光光学系は、受光レンズを有していなくも良いし、他の光学素子（例えばミラー）を有していても良い。

また、上記実施形態及び変形例では、距離測定装置が搭載される移動体として自動車を例に説明したが、該移動体は、自動車以外の車両（例えば電車）、航空機、ヘリコプター、船舶等であっても良い。

以上の説明から明らかなように、本発明の距離測定装置は、対象物との間の往復の距離を測定する所謂Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法を用いた距離測定装置であり、移動体におけるセンシングの他、モーションキャプチャ技術、測距計などの産業分野などで幅広く用いられる。すなわち、本発明の距離測定装置は、必ずしも移動体に搭載されなくても良い。

以上の説明から分かるように、本発明の距離測定装置及び距離測定方法は、発光制御信号の立ち上がりタイミングと、受光パルスの立ち上がり波形部が閾値を越えるタイミングとの時間差から距離を計測するＴＯＦ方式において特に効果的である。ＴＯＦ方式では受光パルスの応答時間が長くなると、信号強度に応じて閾値を越える時間に誤差が生じやすくなるため測距における距離分解能が低下する。この現象はＬＤ駆動回路の長距離化に伴い顕著になる。なぜなら、ＬＤ駆動回路において光源を駆動するトランジスタの基本特性として、出力が高くなるほど応答速度が遅くなる、という傾向があるからである。そこで、本発明の距離測定装置及び距離測定方法では、高出力で応答速度の遅いＬＤ駆動回路と、低出力で応答速度の速いＬＤ駆動回路を測定距離や対象物の反射率に応じて切り換えることで、測定距離の長距離化と近距離での良好な距離分解能とを両立することが可能になる。

要するに、本発明の距離測定装置及び距離測定方法では、対象物からの反射光による受光パルスの信号強度が得にくい長距離測定においては高出力のＬＤ駆動回路で測距を行い、受光パルスの信号強度が得やすい短距離測定においては高速応答のＬＤ駆動回路で測距を行う。

１０…ＬＤ（光源）、１２…ＬＤ駆動部（光源駆動部）、５０…測定制御部、１００、２００…距離測定装置、Ｄ１〜ＤＮ…ＬＤ駆動回路（光源駆動回路）。

特開２０１２−９３１９５号公報

Claims (9)

1. 光源を発光させて対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を受光して前記対象物までの距離を測定する距離測定装置において、
   前記光源の発光を制御するための発光制御信号が入力されると、前記光源に駆動電流を供給する複数の光源駆動回路と、
   前記複数の光源駆動回路のいずれかに前記発光制御信号を出力して前記対象物までの距離を取得し、取得された距離に応じた応答速度を有する前記光源駆動回路に前記発光制御信号を出力して前記対象物までの距離を測定する測定制御部とを備え、
   前記発光制御信号は、前記複数の光源駆動回路のいずれかに出力され、
   前記複数の光源駆動回路は、前記発光制御信号に対する前記応答速度が互いに異なることを特徴とする距離測定装置。
2. 前記測定制御部は、前記取得された距離が短いほど、前記応答速度が速い前記光源駆動回路に前記発光制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
3. 光源を発光させて対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を受光して前記対象物までの距離を測定する距離測定装置において、
   前記光源の発光を制御するための発光制御信号が入力されると、前記光源に駆動電流を供給する複数の光源駆動回路と、
   前記複数の光源駆動回路のいずれかに前記発光制御信号を出力して前記対象物からの反射光の強度を取得し、取得された強度に応じた応答速度を有する前記光源駆動回路に前記発光制御信号を出力して前記対象物までの距離を測定する測定制御部とを備え、
   前記発光制御信号は、前記複数の光源駆動回路のいずれかに出力され、
   前記複数の光源駆動回路は、前記発光制御信号に対する前記応答速度が互いに異なることを特徴とする距離測定装置。
4. 前記測定制御部は、前記取得された強度が大きいほど、前記応答速度が速い前記光源駆動回路に前記発光制御信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の距離測定装置。
5. 前記複数の光源駆動回路は、前記駆動電流の目標電流値が互いに異なり、
   前記複数の光源駆動回路それぞれの前記応答速度は、前記目標電流値が小さいほど速いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の距離測定装置。
6. 前記複数の光源駆動回路それぞれは、前記駆動電流の電流源としてのトランジスタを有し、
   前記複数の光源駆動回路のトランジスタの電流増幅率は、互いに異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の距離測定装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の距離測定装置を備える移動体。
8. 光源を発光させて対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を受光して前記対象物までの距離を測定する距離測定方法において、
   前記光源の発光を制御するための発光制御信号に対する応答速度が互いに異なる複数の光源駆動回路のいずれかに前記発光制御信号を出力して前記光源を発光させ、前記対象物までの距離を取得する工程と、
   取得された前記距離に応じた前記応答速度を有する前記光源駆動回路に前記発光制御信号を出力して前記光源を発光させ、前記対象物までの距離を測定する工程と、を含む距離測定方法。
9. 光源を発光させて対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を受光して前記対象物までの距離を測定する距離測定方法において、
   前記光源の発光を制御するための発光制御信号に対する応答速度が互いに異なる複数の光源駆動回路のいずれかに前記発光制御信号を出力して前記光源を発光させ、前記対象物からの反射光の強度を取得する工程と、
   取得された前記強度に応じた前記応答速度を有する前記光源駆動回路に前記発光制御信号を出力して前記光源を発光させ、前記対象物までの距離を測定する工程と、を含む距離測定方法。