JP6631718B2 - マルチパス誤差を検出するための飛行時間型距離測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本開示は、マルチパス誤差を検出するための飛行時間型距離測定装置及び方法に関する。

ある光景内の物体までの距離を測定する方法として、飛行時間型（ＴＯＦ）技術が開発された。このようなＴＯＦ技術は、自動車産業、ヒューマンインターフェース、ゲーム、ロボット工学などのような、多様な分野で使用することができる。一般的に、ＴＯＦ技術は、光源から放射された変調光で光景を照らし、その光景内の物体によって反射された反射光を観測することによって機能する。放射光と反射光との位相差を測定することによって、物体までの距離が算出される（例えば、特許文献１−４参照）。

そのような従来のＴＯＦ技術を使用する距離測定装置において、マルチパス干渉が、測定される距離の精度に影響を及ぼすことがある。マルチパス干渉は、放射光が、互いに異なる経路の長さを有する複数の経路に沿って進み、その後、単一の受光器によって積算光として感知されたときに生じる。異なる経路の長さに沿った光の位相は互いに異なるが、従来の距離測定装置は、積算光の混合された位相に基づいて距離を算出する。それゆえ、算出された距離は、マルチパス干渉によって生じる誤差値を含む可能性がある。

特許文献５は、受光器の露光量に基づいてマルチパス誤差を検出する技術を提示する。特許文献５では、発光器が所定の領域を照らすように光を放射する。その領域は、複数の部分領域に分割され、コントローラは、各部分領域の放射光量を変化させるように発光器を制御するよう構成され、それにより、異なるタイミングで異なる発光パターンを発光させる。コントローラは、各部分領域に対する、受光器で受光した露光量を算出し、算出された露光量に基づいてマルチパス誤差を検出する。具体的には、コントローラは、第１のタイミングで、第１の発光パターンに対する受光器での露光量を算出し、次に、コントローラは、第２のタイミングで、第２の発光パターンに対する受光器での露光量を算出する。第１のタイミングで算出された露光量と第２のタイミングで算出された露光量との差異に基づいて、コントローラは、マルチパス誤差が生じているか判定する。

しかしながら、特許文献５による技術でマルチパス誤差を検出するには、２つの異なる発光パターン（つまり、第１のタイミングと第２のタイミングでの）に対する露光量が算出されなければならない。従って、特許文献５の方法によると、露光量の逐次計算による時間遅れが、必然的に発生する。その時間遅れのため、マルチパス誤差の検出精度が悪化する可能性がある。例えば、第１のタイミングの間、マルチパス干渉が発生していたが、第２のタイミング前にマルチパスが解消された場合、コントローラは、マルチパス誤差を正しく検出することができないかもしれず、それは、算出される物体との距離の精度に影響を及ぼすことがある。

特許第５５７９８９３号公報 特開２０１０−９６７３０号公報 特許第５５８５９０３号公報 特開２０１０−２５９０６号公報 国際公開２０１４／９７５３９号

この欄は、開示の概要を提供するが、その全範囲またはその全特徴の包括的な開示ではない。

本開示の目的は、時間遅れなく、マルチパス誤差を検出することができる、マルチパス誤差を検出するための飛行時間型距離測定装置及び方法を提供することにある。

本開示の第１の態様では、飛行時間型距離測定装置は、所定の領域を照射するため、放射光として、光を放射する光源と、所定の領域内の物体によって反射された放射光を、反射光として検出する受光器と、光源を制御する第１のコントローラと、受光器を制御する第２のコントローラと、受光器によって検出された反射光に基づいて物体までの距離を計算する計算器と、マルチパス誤差の発生を検出するマルチパス検出器と、を含む。所定の領域は、複数の部分領域に分割される。光源は、複数の発光部を含み、複数の発光部の各々は、複数の部分領域のそれぞれ１つを照射する。受光器は、複数の発光部のそれぞれに対応する複数の受光部を含み、複数の受光部の各々は、対応する発光部によって照射された部分領域から反射された反射光を感知するため、互いに離間されている。第１のコントローラは、（ｉ）基本周波数のＮ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、複数の発光部の第１発光部を制御し、および、（ｉｉ）基本周波数のＭ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、複数の発光部の第２発光部を制御し、Ｎ及びＭは異なる正の整数である。第２のコントローラは、複数の発光部の第１発光部に対応する、複数の受光部のうちの特定の受光部を、Ｎ次高調波成分およびＭ次高調波成分に感応できるように制御する。マルチパス検出器は、特定の受光部がＮ次成分とＭ次成分の両方を感知するときにマルチパス誤差の発生を検出する。

本開示の第１の態様によれば、第１のコントローラは、Ｍ次高調波成分を含む放射光を放射するように、第２発光部を制御し、第２のコントローラは、Ｎ次高調波成分とＭ次高調波成分とに感応できるように、特定受光部を制御する。マルチパス検出器は、特定の受光部がＮ次成分とＭ次成分の両方を感知するときにマルチパス誤差の発生を検出する。従って、時間遅れ発生させることなく、マルチパス誤差の発生を検出することができる。

本開示の第２の態様では、飛行時間型距離測定装置は、所定の領域を照射するため、放射光として、光を放射する光源と、所定の領域内の物体によって反射された放射光を、反射光として検出する受光器と、光源を制御する第１のコントローラと、受光器を制御する第２のコントローラと、受光器によって検出された反射光に基づいて物体までの距離を計算する計算器と、マルチパス誤差の発生を検出するマルチパス検出器と、を含む。所定の領域は、複数の部分領域に分割される。光源は、複数の発光部を含み、複数の発光部の各々は、複数の部分領域のそれぞれ１つを照射する。受光器は、複数の発光部のそれぞれに対応する複数の受光部を含み、複数の受光部の各々は、対応する発光部によって照射された部分領域から反射された反射光を感知するため、互いに離間されている。第１のコントローラは、第１のタイミングで、（ｉ）基本周波数のＮ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、複数の発光部の第１発光部を制御し、および、（ｉｉ）基本周波数のＭ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、複数の発光部の第２発光部を制御し、Ｎ及びＭは異なる正の整数であり、そして、第２のタイミングで、（ｉ）基本周波数のＮ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、第２発光部を制御し、および、（ｉｉ）基本周波数のＭ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、第１発光部を制御する。第２のコントローラは、第１のタイミングで、第１発光部に対応する、複数の受光部のうちの第１受光部を、Ｎ次高調波成分およびＭ次高調波成分に感応できるように制御し、第２のタイミングで、第２発光部に対応する、複数の受光部のうちの第２受光部を、Ｎ次高調波成分およびＭ次高調波成分に感応できるように制御する。マルチパス検出器は、（ｉ）第１受光部が、第１のタイミングで、Ｎ次成分とＭ次成分の両方を感知するか、または、（ｉｉ）第２受光部が、第２のタイミングで、Ｎ次成分とＭ次成分の両方を感知するときにマルチパス誤差の発生を検出する。

本開示の第２の態様によれば、第２のコントローラは、第１のタイミングで、Ｎ次高調波成分とＭ次高調波成分とに感応するように、第１受光部を制御する。マルチパス検出器は、第１受光部が、第１のタイミングで、Ｎ次成分とＭ次成分の両方を感知するときにマルチパス誤差の発生を検出する。従って、時間遅れ発生させることなく、第１のタイミングでマルチパス誤差の発生を検出することができる。同様に、第２のコントローラは、第２のタイミングで、Ｎ次高調波成分とＭ次高調波成分とに感応できるように、第２受光部を制御する。マルチパス検出器は、第２受光部が、第２のタイミングで、Ｎ次高調波成分とＭ次高調波成分の両方を感知するときにマルチパス誤差の発生を検出する。従って、時間遅れ発生させることなく、第２のタイミングでマルチパス誤差の発生を検出することができる。

さらなる適用可能分野は、本明細書の説明から明らかとなろう。本概要の説明および具体例は単に例示の目的を意図しており、本開示の範囲を限定することを意図していない。

本開示は、さらなる目的、特徴および利点と共に、以下の説明、添付の特許請求の範囲および添付図面から最もよく理解されるであろう。
第１実施形態に係る飛行時間型距離測定装置の概略図である。 第１実施形態に係る飛行時間型距離測定装置のブロック図である。 第１実施形態に係る第１受光部と第２受光部の平面図である。 第１実施形態に係る画素センサの平面図である。 第１実施形態に係る画素センサの模式図である。 制御信号の信号シーケンスの一例である。 差動信号シーケンスの一例である。 第１実施形態に係り、２５％のデューティサイクルでの放射光である。 基本成分、２次高調波成分、３次高調波成分の振幅とデューティサイクルとの関係を示すグラフである。 第１実施形態に係り、制御信号と反射光の２次高調波成分の一例である。 画素センサが第３の状態にあるときの１つの画素センサの概略図である。 （ａ）は第１制御信号の差動シーケンスであり、（ｂ）は第２制御信号の差動シーケンスである。 第１実施形態に係る処理ユニットのブロック図である。 第２の実施形態に係り、画素センサが第３状態にあるときの１つの画素センサの概略図である。 第３実施形態に係り、（ａ）は、第１制御信号の差動シーケンスであり、（ｂ）は第２制御信号の差動シーケンスである。 第４実施形態に係り、（ａ）は、第１の部分領域がターゲット領域である場合の飛行時間型距離測定装置の概略図であり、（ｂ）は、第２の部分領域がターゲット領域である場合の飛行時間型距離測定装置の概略図である。 第４実施形態に係り、（ａ）は、第１のタイミングにおける第１制御信号と第２制御信号の差動シーケンスであり、（ｂ）は、第２のタイミングにおける第１制御信号と第２制御信号の差動シーケンスである。 第５実施形態に係る飛行時間型距離測定装置の概略図である。 第５実施形態に係り、（ａ）は第１制御信号の差動シーケンス、（ｂ）は第２制御信号の差動シーケンス、（ｃ）は第３制御信号の差動シーケンスである。

以下、図面を参照しながら、本開示の複数の実施形態について説明する。なお、実施形態において、先の実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の符号を付し、その部分の重複する説明は省略する。一実施形態において構成の一部のみが記載されている場合、他の先の実施形態を構成の他の部分に適用することができる。部品を組み合わせることができると明示的に記載されていなくても、部品を組み合わせることができる。組み合わせに害がない限り、実施形態を組み合わせることができると明示的に記載されていなくても、実施形態は部分的に組み合わせてもよい。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態に係る飛行時間型距離測定装置及びマルチパス誤差検出方法について、添付の図面を参照して説明する。この実施形態および他の実施形態では、飛行時間型距離測定装置（以下、総称して「ＴＯＦ装置」と呼ぶ）は、車両から対象物（すなわち、ＴＯＦ装置から対象物）までの距離を計算するために車両において使用されるが、ＴＯＦ装置の使用は車両に限定されない。例えば、ＴＯＦ装置は、ヒューマンインタフェースデバイス、ゲームコンソール、ロボットなどに使用することができる。ＴＯＦ装置のための「対象物」は、歩行者７８、他の車両、道路上の障害物、建物などを含むことができる。

（概略構成）
図１は、第１実施形態に係るＴＯＦ装置２０を概略的に示し、図２は、ＴＯＦ装置２０のブロック図を示す。ＴＯＦ装置２０は、クロック発生器２２、光源２４、受光器２６、発光コントローラ（第１のコントローラ）２８、受光器コントローラ（第２のコントローラ）３０、コモンモードチョーク３２、差動増幅器３４、Ａ／Ｄ変換器３６と、処理ユニット３８を有する。本実施形態において、光源２４は、第１発光部（発光部）７０と第２発光部（発光部）７２とを含み、受光器２６は、第１受光部（受光部、特定受光部）７４と、第２受光部（受光部）７６とを含む。

クロック発生器２２は、発光コントローラ２８と受光器コントローラ３０の両方にクロック信号を生成して出力し、光源２４と受光器２６との間の同期を確立する。発光コントローラ２８および受光器コントローラ３０は、クロック発生器２２からのクロック信号を受信し、互いに同期して動作させるべく、それぞれ、光源２４および受光器２６に様々な信号を生成して出力する。

発光コントローラ２８がクロック発生器２２からのクロック信号を受信すると、発光コントローラ２８は、発光制御信号として方形波を光源２４に出力する。この実施形態では、光源２４は、発光制御信号に対応する方形波（すなわち、振幅変調波形）を持つ光を、放射光として放射する。つまり、放射される光は、放射制御信号と同じ波形を有する。しかしながら、光源２４は、正弦波形、三角波形、または擬似ランダムパターンを有する波形を持つ光を放射してもよい。

第１発光部７０および第２発光部７２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。もしくは、光源２４として、赤外光を発するレーザダイオード（ＬＤ）が用いられてもよい。光源２４は、所定の領域を照射するように、所定の領域に向けて赤外光を照射する。この実施形態では、所定の領域は、第１部分領域Ｒ１と第２部分領域Ｒ２とに分割される。第１部分領域Ｒ１と第２部分領域Ｒ２とは、互いに重ならないように設定される。第１発光部７０は、第１部分領域Ｒ１のみを照射するように構成され、第２発光部７２は、第２部分領域Ｒ２のみを照射するように構成される。

本実施形態では、発光コントローラ２８は、基本周波数（例えば、１０ＭＨｚ）における基本成分（１次高調波成分（Ｎ＝１、奇数））を含む放射光を発するように第１発光部７０を制御する。これに対して、発光コントローラ２８は、基本周波数の２倍（例えば、２０ＭＨｚ）で、基本周波数の基本成分と２次高調波成分（Ｍ＝２、偶数）を含む放射光を発するように第２発光部７２を制御する。

受光器コントローラ３０は、複数の制御信号Ｄ_Ｎを生成して受光器２６に出力し、受光器２６の受光パターン（露光パターン）を制御する。具体的には、受光器コントローラ３０は、複数の第１制御信号（特定制御信号）Ｄ１_Ｎおよび複数の第２制御信号Ｄ２_Ｎとして制御信号Ｄ_Ｎを出力する。ここで、複数の第１制御信号Ｄ１_Ｎは、第１受光部７４に出力され、第１受光部７４を反射光の基本成分と２次高調波成分とに同時に感応できるように制御する。さらに、受光器コントローラ３０は、複数の第２制御信号Ｄ２_Ｎを第２受光部７６に出力し、第２受光部７６を反射光の基本成分と２次高調波成分とに同時に感応できるように制御する。

受光器２６は、所定の領域内において、図１に示す歩行者７８や他の車両８０などの物体によって反射された放射光を反射光として検出する。図３に示すように、第１受光部７４と第２受光部７６は、単一の基板８３上に配置され、互いに離間している。第１受光部７４が第１発光部７０に対応し、第２受光部７６が第２発光部７２に対応する。換言すれば、第１受光部７４は第１発光部７０と対をなし、第２受光部７６は第２発光部７２と対をなす。

第１受光部７４と第１発光部７０との対は、第１受光部７４が、第１発光部７０によって照射される第１部分領域Ｒ１から反射される反射光のみを感知する光学的関係を確立するように構成される。言い換えれば、第１受光部７４は、第２発光部７２によって照射される第２部分領域Ｒ２から直接に反射される反射光を感知しない。同様に、第２受光部７６と第２発光部７２との対は、第２受光部７６が、第２発光部７２によって照射される第２部分領域Ｒ２から反射された反射光のみを感知する光学的関係を確立するように構成される。すなわち、第２受光部７６は、第１発光部７０によって照射された第１部分領域Ｒ１から直接に反射された反射光を感知しない。

第１発光部７０から放射された放射光が、図１に実線で示すように、マルチパス干渉なしで第１部分領域Ｒ１の歩行者７８に直接到達すると、歩行者７８によって反射された反射光は第１受光部７４のみで感知され、第２受光部７６が第１部分領域Ｒ１からの反射光を感知することはできない。しかしながら、第２部分領域Ｒ２に他の車両８０が進入した場合に、第２発光部７２から放射された光が他の車両８０によって第１部分領域Ｒ１に向けて反射され、そして、反射光がさらに歩行者７８によって反射されたならば、図１の破線で示すように、マルチパス干渉が発生する。この場合、第１受光部７４は、第１発光部７０から放射された反射光に加えて、マルチパス干渉により第２発光部７２から放射された反射光も感知する。換言すれば、後述するように、第１受光部７４を基本成分および２次高調波成分に感応できるように制御することにより、マルチパス干渉を検出することができる。

第１受光部７４および第２受光部７６は、規則的なアレイ状に配列された複数の感知ユニット４０によって形成される。具体的には、第１受光部７４は、第１グループの感知ユニット４０を含み、第２受光部７６は、第２グループの感知ユニット４０を含む。さらに、図４に示すように、各感知ユニット４０は、６つの個別の画素センサ８１から形成される。言い換えれば、第１受光部７４は、第１グループの個別の画素センサ８１（以下、「第１画素センサ」）から物理的に形成され、同様に、第２受光部７６は、第２グループの個別の画素センサ８１（以下、「第２画素センサ」）から物理的に形成される。以下の説明では、第１受光部７４および第２受光部７６のそれぞれにおける特定の感知ユニット４０に焦点を当てる。具体的には、第１受光部７４の特定の感知ユニット４０を形成する６つの画素センサ８１を第１画素センサ（特定受光素子）Ａ１〜Ｆ１と称する。同様に、第２受光部７６の特定の感知ユニット４０を構成する６つの画素センサ８１を、第２画素センサＡ２〜Ｆ２と称する。

受光器コントローラ３０は、各感知ユニット４０を単一のユニットとして制御する。受光器コントローラ３０は、各々の第１制御信号Ｄ１_Ｎを配線ＣＴＬ１〜ＣＴＬ６を介して第１画素センサＡ１〜Ｆ１のそれぞれに出力する。同様に、受光器コントローラ３０は、各々の第２制御信号Ｄ２_Ｎを第２画素センサＡ２〜Ｆ２のそれぞれに出力する。以下に説明するように、各制御信号Ｄ_Ｎは、一対の通常の相補ゲート信号ＴＧ１、ＴＧ２を含む差動信号である。

画素センサ８１は、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）技術またはＣＣＤ（電荷結合素子）技術、またはこれらの技術の組み合わせを用いたイメージセンサである。図５に示すように、各画素センサ８１は、ＰＤ（フォトダイオード、光素子）４２と、第１キャパシタ４４と、第２キャパシタ４６と、第１スイッチ４８と、第２スイッチ５０とを含む。第１スイッチ４８および第２スイッチ５０は、ＭＯＳトランジスタまたはトランスファゲートなどのＭＯＳ型デバイスまたは電荷結合素子（ＣＣＤ）である。第１キャパシタ４４および第２キャパシタ４６は、ＭＯＳ、ＣＣＤまたはＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）などの容量性素子である。第１キャパシタ４４は、第１スイッチ４８に電気的に接続され、第１スイッチ４８は、ＰＤ４２に電気的に接続される。したがって、第１キャパシタ４４は、第１スイッチ４８を介してＰＤ４２に電気的に接続されている。同様に、第２キャパシタ４６は、第２スイッチ５０に電気的に接続され、第２スイッチ５０は、ＰＤ４２に電気的に接続される。したがって、第２キャパシタ４６は、第２スイッチ５０を介してＰＤ４２に電気的に接続されている。

ＰＤ４２は、反射光に曝されている間、電気を生成する。受光器コントローラ３０から受信した制御信号ＤＮは、第１スイッチ４８及び第２スイッチ５０のオン／オフ状態を制御して画素センサ８１を動作させる。前述したように、制御信号ＤＮは、通常は相補的な一対のゲート信号ＴＧ１、ＴＧ２を含む。例えば、第１スイッチ４８がオンし、第２スイッチ５０がオフしたとき、第１キャパシタ４４は、ＰＤ４２から生成された電荷を蓄積する。一方、第１スイッチ４８がオフし、第２スイッチ５０がオンしたとき、第２キャパシタ４６は、ＰＤ４２から生成された電荷を蓄積する。本実施形態では、２つのスイッチ／キャパシタ対（すなわち、第１スイッチ４８と第１キャパシタ４４、および、第２スイッチ５０と第２キャパシタ４６）を用いているが、３つ以上のスイッチ／キャパシタ対を用いてもよい。第１キャパシタ４４に蓄積された電荷と第２キャパシタ４６に蓄積された電荷は、アナログデータとしてコモンモードチョーク３２に別々に出力される。

コモンモードチョーク３２は、画素センサ８１から出力されたデータからコモンモード（ＣＭ）成分を除去することによって光の飽和を回避するために使用される。ＣＭ成分は、光の飽和が生じたとき、すなわち、光景内に十分に高い背景光が存在する場合に生成される。ＣＭ成分を除去した後、第１キャパシタ４４に対応するデータと第２キャパシタ４６に対応するデータとが、差動増幅器３４に入力される。差動増幅器３４は、各電荷データの差分値をＡ／Ｄ変換器３６に出力する。すなわち、差動増幅器３４からは、第１キャパシタ４４に蓄積された電荷に対応するデータと、第２キャパシタ４６に蓄積された電荷に対応するデータとの差分値が出力される。

Ａ／Ｄ変換器３６は、差動増幅器３４からのアナログデータをデジタルデータに変換し、そのデジタルデータを処理ユニット３８に出力する。処理ユニット３８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含み、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、各種処理を実行する。特に、処理ユニット３８は、Ａ／Ｄ変換器３６から出力されたデジタルデータに基づいて物体までの距離を算出する。さらに、処理ユニット３８は、デジタルデータ（つまり、反射光）に基づいて、マルチパス誤差の発生を検出する。

（１次高調波成分と２次高調波成分の同時検出）
次に、ＴＯＦ技術の距離算出の仕組みについて詳細に説明する。理解を容易にするために、まず、基本的なＴＯＦ距離センサの実施形態を参照して説明する。

（ＴＯＦ計測の一般原理）
図６は、放射光が５０％のデューティサイクルを持ち、２つの画素センサ（以下、「第１画素センサ」、「第２画素センサ」）８１が、互いに位相の異なるゲート信号ＴＧ１、ＴＧ２によって制御される、信号シーケンス（変調周期：Ｔｍ、露光期間：Ｔｗ）の一例を示す。図６に示すように、第１画素センサ８１が、第１ゲート信号対ＴＧ１−１、ＴＧ２−１によって制御され、第２画素センサ８１が、第２ゲート信号対ＴＧ１−２、ＴＧ２−２によって制御される。換言すると、このモデルでは４回のサンプリングが実行される。光源２４からの放射光の波形（放射光波形５２）は、ゲート信号ＴＧ１、ＴＧ２と同期した方形である。

反射光の波形（反射光波形５４）は、放射光波形５２に対して時間差を有するため、反射光波形５４は、放射光波形５２に対して位相差φの位相遅れを持つ波形として検知される。第１ゲート信号対ＴＧ１−１、ＴＧ２−１は互いに１８０°の位相差を有し、第２ゲート信号対ＴＧ１−２、ＴＧ２−２は互いに１８０°の位相差を有する。さらに、第１ゲート信号対ＴＧ１−１、ＴＧ２−１と第２ゲート信号対ＴＧ１−２、ＴＧ２−２とは、互いに９０°の位相差を有する。

この例では、ゲート信号ＴＧ１−１、ＴＧ２−１が第１画素センサ８１に数千〜数十万サイクルにわたって出力される。ゲート信号ＴＧ１−２、ＴＧ２−２も第２画素センサ８１に数千〜数十万サイクル出力される。第１ゲート信号対ＴＧ１−１、ＴＧ２−１によって生成された電荷はデータＱ１、Ｑ２として取得され、第２ゲート信号対ＴＧ１−２、ＴＧ２−２によって生成された電荷はデータＱ３、Ｑ４として取得される。具体的には、データは、電荷電圧変換を介して、電荷の変換値となる電圧値である。そして、４回のサンプリングにより得られたデータＱ１〜Ｑ４と離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いる数式（１）により位相差φの推定値θを算出することができる。
（数１） θ=tan^-1((Q1-Q3)/(Q2-Q4))

数式（１）は、４回のサンプリングを行った場合の式であるが、数式（１）は、数式（２）に示すように、Ｎ個の位相（Ｎ回のサンプリング）について一般化できる。
（数２） θ=tan^-1((ΣQk* sin(2π/N*k)/(ΣQk*cos(2π/N*k)))
その後、θと光の速度との関係に基づき、物体までの距離を算出することができる。

（差動信号シーケンスの一般的説明）
第１ゲート信号対ＴＧ１−１、ＴＧ２−１および第２ゲート信号対ＴＧ１−２、ＴＧ２−２は、図７に示すように、それぞれの差動信号Ｄ１、Ｄ２で表すことができる。なお、差動信号Ｄ１、Ｄ２は、一対のゲート信号ＴＧ１、ＴＧ２の状態を示す架空の信号である。 前述したように、ゲート信号ＴＧ１、ＴＧ２は通常は相補形である。従って、図７に示すように、第１ゲート信号ＴＧ１が“Ｈ”で第２ゲート信号ＴＧ２が“Ｌ”のとき、差動信号Ｄ１、Ｄ２は“１”の値を有する。換言すれば、差動信号Ｄ１、Ｄ２が「１」の値を持つとき、第１スイッチ４８および第２スイッチ５０のオン／オフ状態は、第１スイッチ４８がオンであり、第２スイッチ５０がオフである第１状態となる。

一方、差動信号Ｄ１、Ｄ２は、第１ゲート信号が“Ｌ”で第２ゲート信号が“Ｈ”のときに“−１”の値を有する。換言すれば、差動信号Ｄ１、Ｄ２が「−１」の値を持つとき、第１スイッチ４８および第２スイッチ５０のオン／オフ状態は、第１スイッチ４８がオフであり、第２スイッチ５０がオンである第２状態となる。したがって、一対のゲート信号ＴＧ１、ＴＧ２の状態（つまり、第１および第２スイッチ４８、５０のオン／オフ状態）は、通常「１」か「−１」のいずれかである差動信号（制御信号Ｄ_Ｎ）によって表すことができる。

（本実施形態における放射光）
先に説明したように、第１受光部７４が基本成分とその２次高調波成分を感知したとき、マルチパス誤差を検出することができる。基本成分と２次高調波成分の両方の反射光を同時に検出するために、（ｉ）第２発光部７２が、５０％より低いデューティサイクルで、基本成分とその２次高調波成分とを含む放射光を放射するように制御される、そして、（ｉｉ）第１受光部７４が基本成分だけでなく２次高調波成分も同時に感知するように、第１制御信号Ｄ１_Ｎが生成される。さらに、マルチパス干渉が生じていない場合に、第１受光部７４によって反射光の基本成分のみを検知するために、第１発光部７０は、５０％のデューティサイクルで、基本成分を含む放射光を放射するように制御される。

すなわち、図６の基本的な実施形態で説明した放射光は、５０％のデューティサイクルを持つが、本実施形態の発光コントローラ２８は、５０％未満のデューティサイクルを持つが放射光を放射するように第２発光部７２を制御する。例えば、第２発光部７２から放射される光は、２５％のデューティサイクルを有してもよい。放射光を２５％のデューティサイクルを持つように設定することにより、以下に説明するように、２次高調波成分を効果的に感知することができる。図８は、実線で示される本実施形態の２５％のデューティサイクルを持つ第２発光部７２の放射光５６と、破線で示される５０％のデューティサイクルを持つ比較放射光５８とを示している。

図９は、基本成分、２次高調波成分、および３次高調波成分の振幅とデューティサイクル［％］との関係を示している。図９に示すように、２次高調波成分と３次高調波成分の振幅は、デューティサイクルが５０％から減少するにつれて徐々に増加する。特に、２次高調波成分の振幅は、２５％のデューティサイクルで最大値を持つ。したがって、本実施形態では、第２発光部７２の放射光が２５％のデューティサイクルを持つように設定することで、第２受光部７６によって２次高調波成分の振幅を感度良く検出することができる（そして、マルチパス干渉が生じた場合には、第１受光部７４によっても検出可能となる）。しかしながら、デューティサイクルは２５％に限定されないことを理解すべきである。図９に示すように、２次成分と３次成分の振幅は、２５％以外のデューティサイクルにおいて正である。例えば、放射光が３次高調波成分を含む場合、デューティサイクルは、例えば、３次高調波成分が最大値を有する約１８％に設定されてもよい。

対照的に、第１発光部７０は、上述したように、５０％のデューティサイクルで基本成分を含む放射光を放出するように制御される。図９に示すように、２次高調波成分は５０％のデューティサイクルでは０となり、その一方で、基本成分は５０％のデューティサイクルで最大値を有する。したがって、第１発光部７０の放射光を５０％のデューティサイクルを持つように設定することにより、第１受光部７４は、第１発光部７０から放射された反射光の基本成分を感度良く感知し、その一方で、マルチパス干渉が存在しないときには、第１受光部７４は、第２発光部７２から放射される反射光の２次高調波成分を検出することはない。換言すると、第１受光部７４は、マルチパス誤差が発生した場合にのみ、２５％のデューティサイクルで第２発光部７２から放射される反射光の２次高調波成分を感知する。

（本実施形態における制御信号）
本実施形態では、受光器コントローラ３０は、複数の画素センサ８１のそれぞれに、複数の制御信号Ｄ_Ｎを各々生成して送信する。なお、以下の説明では、制御信号Ｄ_Ｎが第１スイッチ４８および第２スイッチ５０のゲート信号ＴＧ１、ＴＧ２の差動信号として説明されるが、差動信号は、以前に説明したように、１対の通常の相補ゲート信号ＴＧ１、ＴＧ２として物理的に実装される代表信号である。図７における説明と同様に、本実施形態では、図１０に示すように、制御信号Ｄ_Ｎが、第１および第２スイッチ４８、５０のオン／オフ状態を、「１」で示される第１状態と「−１」で示される第２状態とに切り替える。

さらに、受光器コントローラ３０は、反射光の基本成分と２次高調波成分とを同時に感知するために、制御信号Ｄ_Ｎ（第１制御信号Ｄ１_Ｎ及び第２制御信号Ｄ２_Ｎ）を、図１０に示すように零期間を意味する、「０」の値を持つように生成する。図１０に破線で示すように、第１期間と第２期間のみが存在する場合には、第１状態の間（すなわち、Ｄ_Ｎが「１」のとき）、２次高調波成分の積算値は０となる（つまり、＋Ｓ＋（−Ｓ）＝０）。同様に、第２状態の間（すなわち、Ｄ_Ｎが「−１」のとき）、２次高調波成分の積算値も０となる（つまり、−［＋Ｓ＋（−Ｓ）］＝０）。したがって、零期間が存在しないときには、制御信号Ｄ_Ｎの第１状態および第２状態それぞれの２次高調波成分の積分値はゼロであるため、２次高調波成分が検出されない。これに対し、図１０に実線で示すように、零期間を設定することにより、零期間における２次高調波成分の積算値は考慮されなくなる。この場合、第１状態における２次高調波成分の積算値は「＋Ｓ」として算出され、その一方で、第２状態における２次高調波成分の積算値は「−Ｓ」として算出される。換言すれば、第１状態および第２状態の間の２次高調波成分の積分値は、非ゼロ値として算出される。その結果、制御信号Ｄ_Ｎに零期間を導入することにより、基本成分に加えて２次高調波成分を感知することが可能となる。

本実施形態では、通常、相補型である第１および第２ゲート信号ＴＧ１、ＴＧ２が共に「Ｈ」となるようにセットされると、制御信号Ｄ_Ｎが「０」の値（つまり、零期間）を持つ。換言すれば、制御信号Ｄ_Ｎが値「０」を有するとき、第１スイッチ４８および第２スイッチ５０のオン／オフ状態は、第１スイッチ４８がオンで、第２スイッチ５０がオンの第３状態となる。さらに、制御信号Ｄ_Ｎは、第１状態と第２状態との間に第３状態が生じるように生成される。

具体的には、第３状態（零期間）は、図１０に示すように、制御信号Ｄ_Ｎの１周期内の、１／２πから３／２πの位相（９０°〜２７０°）に挿入される。換言すると、制御信号Ｄ_Ｎの１周期は、０〜１／２πの位相の第１状態（「１」）、１／２π〜３／２πの位相の第３状態（「０」）、３／２πから２πの位相の第２状態（「−１」）から形成される。

図１１に示すように、ＰＤ４２から発生される電力は、第３状態の間、第１キャパシタ４４と第２キャパシタ４６に均等に分配される。これにより、第３状態の間（つまり、零期間）、第１キャパシタ４４は電荷Ｑａを蓄積し、第２キャパシタ４６はＱａに等しい電荷Ｑｂを蓄積する。したがって、第３状態の間に蓄積される電荷Ｑａ、Ｑｂは、コモンモードチョーク３２および差動増幅器３４を介してキャンセルされる。電荷Ｑａ、Ｑｂをキャンセルすることにより、差動増幅器３４から出力されるデータは、２次高調波成分に関連する情報を含むことができる。したがって、反射光が基本成分と２次高調波成分の両方を含んでいれば、基本成分と２次成分とに関連するデータが同時に得られる。なお、第１受光部７４は基本成分と２次高調波成分の両方に対して感度を有するように制御されるが、マルチパス干渉がない場合には、第１受光部７４は、第１発光部７０から放射される反射光の基本成分のみを感知することに注意すべきである。

図１２は、６つの第１画素センサＡ１〜Ｆ１（図１２（ａ））の１つの感知ユニット４０の差動信号シーケンスと、６つの第２画素センサＡ２〜Ｆ２（図１２（ｂ））の１つの感知ユニット４０の差動シーケンスを示す。図１２に示すように、第１制御信号は、互いに異なる位相を持つ６つの異なるタイプの信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６から構成され、第２制御信号は、互いに異なる位相を持つ６つの異なるタイプの信号Ｄ２_１〜Ｄ２_６から構成される。より具体的には、信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６は、例えば互いに６０°の位相差を有し、信号Ｄ２_１〜Ｄ２_６は、例えば互いに６０°の位相差を有する。さらに、第１制御信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６と第２制御信号Ｄ２_１〜Ｄ２_６とは、それぞれ同位相である。

受光器コントローラ３０は、６つの異なるタイプの信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６を６つの第１画素センサＡ１〜Ｆ１へ、６つの異なるタイプの信号Ｄ２_１〜Ｄ２_６を６つの第２画素センサＡ２〜Ｆ２へ、略同時に出力する。信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６およびＤ２_１〜Ｄ２_６は、数百〜数千サイクルの間、出力される。各画素センサＡ１〜Ｆ１およびＡ２〜Ｆ２は、６つの異なる信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６およびＤ２_１〜Ｄ２_６のそれぞれを受光する。換言すると、１つの感知ユニット４０内の各画素センサＡ１〜Ｆ１、Ａ２〜Ｆ２は、異なる位相で制御され、従って、異なる値を持つ電荷データを出力する。なお、受光器コントローラ３０は、６つの異なるタイプの信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６の同じサブセットを第１受光部７４の各感知ユニット４０に出力し、６つの異なるタイプの信号Ｄ２_１〜Ｄ２_６の同じサブセットを第２受光部７６の各感知ユニット４０に出力する。これにより、各感知ユニット４０は、別の感知ユニット４０と同じ光感知パターンで反射光を感知するように制御される。

（処理ユニットでの演算）
図１３に示すように、処理ユニットは、離散フーリエ変換回路（ＤＦＴ）６０、距離計算器６６、およびマルチパス検出器８２を含む。ＤＦＴ６０は、Ａ／Ｄ変換器３６から出力されたデータを基本成分および２次成分に分解し、基本成分および２次高調波成分の実部および虚部を算出する。より具体的には、ＤＦＴ６０は、第１制御信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６に対応するデータを基本成分と、もしあれば、２次高調波成分とに分解し、それらの実部と虚部を算出する。さらに、ＤＦＴ６０は、第２制御信号Ｄ２_１〜Ｄ２_６に対応するデータを基本成分と２次高調波成分とに分解し、それらの実部と虚部を算出する。ＤＦＴ６０による算出値は、距離計算器６６及びマルチパス検出器８２に出力される。

距離計算器６６は、ＤＦＴ６０による算出値に基づいて、物体までの距離を算出する。具体的には、距離計算器６６は、第１制御信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６に対応する実部及び虚部に基づいて、基本成分の位相角θ_１（換言すれば、位相差の推定値）を算出する（数式（２）参照）。そして、距離計算器６６は、位相角θ_１に基づいて、（図１の歩行者７８のような）第１部分領域Ｒ１内の対象物までの距離Ｌ１を算出する。より具体的には、距離計算器６６は、数式（３）により、位相角θ_１から導出されるＬ１を算出する。ここで、ｃは光速、ｆ_１は基本成分の周波数である。
（数３） L1=(1/2)(c/f₁)(θ₁/2π)

距離計算器６６は、第２部分領域Ｒ２について、第２制御信号Ｄ２_１〜Ｄ２_６に対応する実部及び虚部に基づいて、基本成分の第１位相角θ_２１（換言すれば、位相差の推定値）と、第２高調波成分の第２位相角θ_２２（換言すれば、位相差の推定値）を算出する（数式（２）参照）。そして、距離計算器６６は、第１位相角θ_２１および第２位相角θ_２２に基づいて、（他の車両８０のような）第２部分領域Ｒ２内の物体までの距離Ｌ２を算出する。より具体的には、距離計算器６６は、数式（４）により、第１位相角θ_２１から導出されるＬ２−１を算出する。
（数４） L2-1=(1/2)(c/f₁)(θ₂1/2π)

同様に、距離計算器６６は、数式（５）により、第２位相角θ_２２から導出されるＬ２−２を算出する。ここで、ｆ_２は、２次高調波成分の周波数であり、すなわち、ｆ_２＝２ｆ_１である。
（数５） L2-2=(1/2)(c/f₂)(θ₂2/2π)
=(1/2)(c/2f₁)(θ₂2/2π)
=(1/2)(c/f₁)(θ₂2/2/2π)
そして、距離計算器６６は、例えば、Ｌ２−１とＬ２−２を線形に結合する、すなわち線形結合により距離Ｌ２を求める。

マルチパス検出器８２は、ＤＦＴ６０から出力された計算値に基づいて、マルチパス誤差の発生を検出する。本実施形態では、マルチパス検出器８２は、第１部分領域Ｒ１内の対象物（つまり、歩行者７８）に関してマルチパス誤差が発生したか否かを判定する。換言すると、第１部分領域Ｒ１は、マルチパス誤差の発生を検出するためのターゲット領域である。マルチパス検出器８２が、ＤＦＴ６０から第１制御信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６に対応する基本成分と２次高調波成分の算出値を受信したとき、換言すれば、第１受光部７４が基本成分と２次高調波成分を感知したとき、マルチパス検出器８２が第１部分領域Ｒ１におけるマルチパス誤差の発生を検出する。この場合、数式（３）により算出される距離Ｌ１は、マルチパス誤差に起因する誤差値を含んでいる。したがって、処理ユニット３８は、距離Ｌ１をキャンセルしてもよいし、距離Ｌ１を補正してもよい。逆に、マルチパス検出器８２がＤＦＴ６０から基本成分の計算値のみを受信した場合、マルチパス検出器８２は、第１部分領域Ｒ１にマルチパス誤差が生じていないと判定する。

上述したように、第１発光部７０は、５０％のデューティサイクルで基本成分を含む放射光を放射するように制御され、第２発光部７２は、２５％のデューティサイクルで基本成分と２次高調波成分とを含む放射光を放射するように制御される。制御信号Ｄ_Ｎは、第１受光部７４が基本成分と２次高調波成分を同時に感知できるように、生成される。したがって、図１に示すようにマルチパス干渉が発生した場合、第１受光部７４は、第１発光部７０から放射された反射光（図１の実線参照）の基本成分と、第２発光部７２から放射された反射光（図１の破線参照）の基本成分と２次高調波成分を同時に感知する。これにより、マルチパス検出器８２は、時間遅れなくマルチパス誤差の発生を検出することができる。換言すれば、マルチパス誤差がタイムリーに検出されるので、ＴＯＦ装置２０によって算出される距離値の精度を高めることができる。

さらに、第２受光部７６は、第２部分領域Ｒ２についても、第２発光部７２から放射される反射光の基本成分と２次高調波成分とを同時に感知することができる。言い換えれば、第２受光部７６は、基本成分と２次成分の両方を時間差なく感知する。したがって、ＴＯＦ装置２０によって算出される第２部分領域Ｒ２内の物体の距離値の精度を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るＴＯＦ装置２０について説明する。第１実施形態では、制御信号Ｄ_Ｎの第３状態（すなわち、零期間）は、第１スイッチ４８および第２スイッチ５０が共にオンの状態として定義される。しかし、第２実施形態では、制御信号Ｄ_Ｎの第３状態は、図１４に示すように、第１スイッチ４８および第２スイッチ５０が共にオフの状態として定義される。さらに、各画素センサ８１は、ＰＤ４２と放電ターゲット（図示せず）との間に電気的に接続されたサブスイッチ７５をさらに含む。

サブスイッチ７５は、第１状態（つまり、「１」）と第２状態（つまり、「−１」）の間、オフとなり、第３状態（つまり、「０」）の間、オンとなるように、受光器コントローラ３０から出力されるサブゲート信号ＴＧ３によってサブスイッチ７５が制御される。これにより、第３状態の間に発生した電気（Ｑｃ）は、第１キャパシタ４４及び第２キャパシタ４６に蓄えられることなく、サブスイッチ７５を介して放電される。したがって、画素センサ８１からは第３状態の間の電気が出力されないので、第３状態の間に生成された電気に関連するデータは処理ユニットで使用されない。その結果、第１実施形態と同様に、基本成分と２次高調波成分とを同時に感知することができる。

（第３実施形態）
第１実施形態では、第２受光部７６が、反射光の基本成分と２次成分の両方に対して感度を有するように制御される。換言すると、第２制御信号Ｄ２_Ｎは第３状態を持つ。しかしながら、第１部分領域Ｒ１におけるマルチパス誤差を検出する目的のために、第２受光器は、必ずしも第２発光部７２から放射される反射光の２次高調波成分を検出する必要はない。上記を鑑みて、第３実施形態に係る第２受光部７６は、基本成分のみを感知するように制御される。具体的には、図１５に示すように、第２制御信号Ｄ２_１〜Ｄ２_６は、第１状態「１」及び第２状態「−１」を有するが、第３状態「０」を有さない（図１５（ｂ）参照）。対照的に、第１受光部７４は、基本成分および２次高調波成分に感応するように制御される。したがって、第１の実施形態と同様に、第１制御信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６は、第１〜第３状態「１」、「−１」、「０」を有する（図１５（ａ）参照）。

第３実施形態では、第２発光部７２は、基本成分と２次高調波成分を含む放射光を放射するが、第２受光部７６は、反射光の基本成分のみを感知する。したがって、処理ユニットは、反射光の基本成分に基づいて距離値Ｌ２を算出する。その結果、第２受光部７６についてのＳ／Ｎ（信号雑音比）を向上することができる。

上記実施形態では、第２発光部７２は、基本成分と２次高調波成分を含む放射光を放射し、第１受光部７４が基本成分と２次高調波成分を感知したとき、マルチパス検出器８２は、マルチパス誤差の発生を検出する。しかしながら、第２発光部７２は第１発光部７０の放射光とは異なる次数の高調波成分を含む放射光を放射する限り、第２発光部７２は、別の高調波成分を含む放射光を放射してもよい。例えば、第２発光部７２は、基本成分と３次高調波成分（Ｍ＝３、奇数）とを含む放射光を放射するように制御され、第１発光部７０は、基本成分を含む放射光を放射するように制御されてもよい。第１受光部７４は、基本成分及び３次高調波成分に感応するように制御することができる。この場合、３次高調波成分は奇数次であるので、第２発光部７２は、５０％のデューティサイクルで放射光を放射するように制御される（図９参照）。さらに、第１制御信号は、第１受光部７４が３次高調波成分を検出できるように、第３状態を有さない。第１受光部７４が基本成分と３次高調波成分の両方を感知すると、マルチパス検出器８２はマルチパス誤差の発生を検出することができる。

（第４実施形態）
上述の実施形態では、ＴＯＦ装置２０は、第１部分領域Ｒ１内の対象物に対するマルチパス誤差の発生を検出した。すなわち、マルチパス誤差のターゲット領域を第１部分領域Ｒ１とした。第４実施形態では、ＴＯＦ装置２０は、第１部分領域Ｒ１と第２部分領域Ｒ２との間でターゲット領域を切り替えるように構成されている。例えば、ＴＯＦ装置２０は、図１６（ａ）に示すように、第１タイミングでターゲット領域を第１部分領域Ｒ１に設定し、次に、図１６（ｂ）に示すように、第２タイミングでターゲット領域を第２部分領域Ｒ２に設定する。第１タイミングでは、発光コントローラ２８は、第１発光部７０が基本成分を含む放射光を放射するように制御し、第２発光部７２が基本成分および２次高調波成分を含む放射光を放射するように制御する。また、受光器コントローラ３０は、第１タイミング及び第２タイミングのそれぞれにおいて、第１受光部７４および第２受光部７６を、基本成分及び２次高調波成分に同時に感応するように制御する。

図１７は、本実施形態に係るサンプリングシーケンスを示す。図１７に示すように、第１画素センサＡ１〜Ｆ１の第１制御信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６と、第２画素センサＡ２〜Ｆ２の第２制御信号Ｄ２_１〜Ｄ２_６は、第１実施形態と同様である。言い換えれば、第１受光部７４および第２受光部７６の両方が、基本成分および２次高調波成分の両方に感応するように制御される。第１タイミングでは、第１実施形態と同様に、第１発光部７０からの放射光は５０％のデューティサイクルを有し、第２発光部７２からの放出光は２５％のデューティサイクルを有する。しかし、第２タイミングでは、第１発光部７０からの放射光は２５％のデューティサイクルを有し、第２発光部７２からの放射光は５０％のデューティサイクルを有する。

第４実施形態では、図１６（ａ）に示すように、マルチパス検出器８２は、第１タイミングにおいて、第１受光部７４が反射光の基本成分と２次高調波成分を検出したとき、第１部分領域Ｒ１内の対象物（例えば、歩行者７８）までの距離に関してマルチパス誤差の発生を検出する。第２タイミングでは、図１６（ｂ）に示すように、マルチパス検出器８２は、第２部分領域Ｒ２内の対象物（例えば、他の車両８０）までの距離に関してマルチパス誤差の発生を検出する。このように、第４実施形態に係るＴＯＦ装置２０は、第１発光部７０と第２発光部７２の発光パターンを切り替えるだけで、第１部分領域Ｒ１と第２部分領域Ｒ２の両方についてマルチパス誤差の発生を検出することができる。

（第４実施形態の変形例）
第４実施形態では、第１受光部７４および第２受光部の両方が、第１タイミングおよび第２タイミングのそれぞれにおいて、基本成分および２次高調波成分に感応するように制御される。しかしながら、第１タイミングと第２タイミングとのそれぞれで受光パターン（露光パターン）を変えることができる。例えば、第１タイミングにおいて、第１受光部７４は、基本成分及び２次高調波成分の両方に感応するように制御され、第２受光部７６は、基本成分のみに感応するように制御されてもよい。そして、第２タイミングでは、第１受光部７４は基本成分のみに感度を有するように制御され、第２受光部７６は基本成分と２次高調波成分の両方に対して感度を有するように制御されてもよい。

あるいは、第１受光部７４を２つのサブ第１受光グループに分割し、第２受光部７６を２つのサブ第２受光グループに分割してもよい。１つのサブ第１受光グループは、基本成分のみに感応するように制御され、他のサブ第１受光グループは、基本成分および２次高調波成分の両方に感応するように制御されてもよい。同様に、１つのサブ第２受光グループは、基本成分のみに感応するように制御され、他のサブ第２受光グループは、基本成分および２次高調波成分の両方に対して感応するように制御されてもよい。この場合、受光パターン（露光パターン）を変更することなく、第１発光部７０および第２発光部７２の発光パターンを変更するだけで、ターゲット領域を切り替えることができる。

（第５実施形態）
上述した実施形態では、光源２４によって照射される所定の領域は、２の部分領域（第１部分領域Ｒ１と第２部分領域Ｒ２）に分割されている。しかしながら、部分領域の数は変更可能であってもよい。第４実施形態では、図１８に示すように、所定領域は、例えば、互いに重ならない３つの部分領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に分割されている。ＴＯＦ装置２０は、第１〜第３発光部７０、７２、８６と、第１〜第３受光部７４、７６、８８とを含む。第１発光部７０は第１部分領域Ｒ１のみを照射し、第２発光部７２は第２部分領域Ｒ２のみを照射し、第３発光部８６は第３部分領域Ｒ３のみを照射する。

第１〜第３受光部７４、７６、８８は、基板８３上に配置され、互いに離間している。第１発光部７０と第１受光部７４との対、第２発光部７２と第２受光部７６との対、および第３発光部８６と第３受光部８８との対は、それぞれ、光学的な関係を形成している。つまり、第１受光部７４は、第１部分領域Ｒ１で反射される反射光のみを感知し、第２受光部７６は、第２部分領域Ｒ２で反射される反射光のみを感知し、第３受光部８８は、第３部分領域Ｒ３から反射される反射光のみを感知する。

図１９（ａ）に示すように、発光コントローラ２８は、５０％デューティサイクルにて、第１発光部７０が基本成分を含む出射光を出射するように制御する。受光器コントローラ３０は、基本成分と２次高調波成分を同時に感知するように第１受光部７４を制御する。すなわち、第１制御信号Ｄ１_１〜Ｄ１_６は、第３状態「０」を有する。これに対して、発光コントローラ２８は、図１９（ｂ）および図１９（ｃ）に示すように、第２発光部７２および第３発光部８６を、２５％のデューティサイクルにて基本成分および２次高調波成分の両方を放射するように制御する。受光器コントローラ３０は、第２受光部７６および第３受光部８８を、基本成分のみを感知するように制御する。すなわち、第２制御信号Ｄ２_１〜Ｄ２_６および第３受光部８８の第３制御信号Ｄ３_１〜Ｄ３_６は、第３状態「０」を有さない。

本実施形態では、第１部分領域Ｒ１がターゲット領域に設定される。第１受光部７４が基本成分及び２次高調波成分を感知したとき、マルチパス検出器８２は、第１部分領域Ｒ１内の対象物（例えば、歩行者７８）までの距離にマルチパス誤差が発生したことを検出する。例えば、第１の他車両８０ａが第２部分領域Ｒ２に進入し、図１８に示すように、第１の他車両８０ａによって反射された反射光によりマルチパス干渉が生じると、第１受光部７４は、基本成分と２次高調波成分を感知する。第１受光部７４が基本成分と２次高調波成分とを感知したとき、マルチパス検出器８２は、マルチパス誤差の発生を検出する。

同様に、第２の他車両８０ｂが第３部分領域Ｒ３に進入し、第２の他車両８０ｂによってマルチパス干渉が発生した場合、第１受光部７４は、第２の他車両８０Ｂによって反射された反射光の基本成分および２次高調波成分を感知する。この場合も、マルチパス検出器８２は、マルチパス誤差の発生を検出する。このように、第５実施形態に係るＴＯＦ装置２０は、第２部分領域Ｒ２または第３部分領域Ｒ３を照射する反射光によって、マルチパス誤差の発生を検出することができる。

第５実施形態では、第２および第３発光部７２、８６が、基本成分と２次高調波成分の両方を含む放射光を放射するように制御され、第１受光部７４が基本成分および２次高調波成分を感知したとき、マルチパス検出器８２は、マルチパス誤差の発生を検出する。しかしながら、第２及び第３発光部７２、８６は、例えば基本成分と３次高調波成分を含む放射光を放射するように制御され、第１受光部７４が基本成分と３次高調波成分を感知したとき、マルチパス検出器８２が、マルチパス誤差の発生を検出してもよい。

さらに、第２発光部７２は、例えば、基本成分と２次高調波成分を放射するように制御され、その一方で、第３発光部８６は、例えば、基本成分と３次高調波成分を含む放射光を放射するように制御されてもよい。この場合、第１受光部７４は、基本成分、２次高調波成分、および３次高調波成分に感応するように制御されてもよい。そして、第１受光部７４が基本成分と２次高調波成分を感知すると、マルチパス検出器８２は、第２部分領域Ｒ２に関連するマルチパス誤差の発生を検出することができる。第１受光部７４が基本成分と３次高調波成分を感知すると、マルチパス検出器８２は、第３部分領域Ｒ３に関連するマルチパス誤差の発生を検出することができる。さらに、第１受光部７４が基本成分、２次高調波成分、および３次高調波成分を感知すると、マルチパス検出器８２は、第２部分領域Ｒ２および第３部分領域Ｒ３の両方に関連するマルチパス誤差の発生を検出してもよい。

上記実施形態では、第２発光部７２が、基本成分と２次高調波成分とを含む放射光を放射するように制御されるとき、出射光は、２５％のデューティ比（すなわち、５０％未満）を持つように制御される。しかしながら、デューティサイクルを５０％未満に設定することが困難な状況では、第２発光部７２からの放射光は、５０％より大きいデューティサイクルを持つように制御されてもよい。例えば、デューティサイクルを７５％に設定することによって、また、制御信号に第３状態を導入することによって、受光器２６により２次高調波成分を感知可能となる。したがって、デューティサイクルを５０％未満に設定することが困難な状況があったとしても、２次高調波成分を検出することができる。

上記実施形態では、各感知ユニット４０は、６個の画素センサ８１で構成されている。しかし、感知ユニット４０は、５個の画素センサ８１または７個以上の画素センサ８１で構成されてもよい。

Claims (11)

1. 所定の領域を照射するため、放射光として、光を放射する光源（２４）と、
   所定の領域内の対象物（７８、８０，８０ａ、８０ｂ）によって反射された放射光を、反射光として検出する受光器（２６）と、
   光源（２４）を制御する第１のコントローラ（２８）と、
   受光器（２６）を制御する第２のコントローラ（３０）と、
   受光器（２６）によって検出された反射光に基づいて対象物までの距離を計算する計算器（６６）と、
   マルチパス誤差の発生を検出するマルチパス検出器（８２）と、を備え、
   所定の領域は、複数の部分領域（Ｒ１、Ｒ２）に分割され、
   光源（２４）は、複数の発光部を含み、複数の発光部の各々は、複数の部分領域のそれぞれ１つを照射し、
   受光器は、複数の発光部のそれぞれに対応する複数の受光部（７４、７６）を含み、複数の受光部の各々は、対応する発光部によって照射された部分領域から反射された反射光を感知するため、互いに離間されており、
   第１のコントローラは、（ｉ）基本周波数のＮ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、複数の発光部の第１発光部を制御し、および、（ｉｉ）基本周波数のＭ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、複数の発光部の第２発光部を制御し、Ｎ及びＭは異なる正の整数であり、
   第２のコントローラは、複数の発光部の第１発光部に対応する、複数の受光部のうちの特定の受光部（７４）を、Ｎ次高調波成分およびＭ次高調波成分に感応できるように制御し、
   マルチパス検出器は、特定の受光部がＮ次成分とＭ次成分の両方を感知するときにマルチパス誤差の発生を検出する飛行時間型距離測定装置。
2. Ｍは偶数であり、
   第１のコントローラは、５０％未満のデューティサイクルで放射光を放射するように第２発光部を制御する、請求項１に記載の飛行時間型距離測定装置。
3. Ｍは２であり、
   第１のコントローラは、２５％のデューティサイクルで放射光を放射するように第２発光部を制御する、請求項２に記載の飛行時間型距離測定装置。
4. ＮとＭの少なくとも１つは偶数であり、
   複数の受光部の各々は、複数の光検出器（８１）を含み、
   第２のコントローラは、複数の制御信号（Ｄ_Ｎ）を生成し、複数の制御信号の各々を複数の光検出器のそれぞれに出力し、
   複数の受光部の、複数の特定の光検出器（Ａ１〜Ｆ１）の各々は、光素子（４２）、第１キャパシタ（４４）、第２キャパシタ（４６）、第１キャパシタに接続された第１スイッチ（４８）、および、第２キャパシタに接続された第２スイッチ（５０）を含み、
   複数の特定の光検出器に対する、複数の制御信号のうちの複数の特定の制御信号（Ｄ１_１〜Ｄ１_６）の各々が、第１スイッチと第２スイッチのオン／オフ状態を切り替え、
   光素子が反射光に曝されたときに光素子が電気を出力し、
   第１キャパシタは第１スイッチがオンしているときに光素子から出力される電荷を蓄積し、第２キャパシタは第２スイッチがオンしているときに光素子から出力される電荷を蓄積し、
   複数の特定の制御信号の各々は、第１スイッチがオンで第２スイッチがオフである第１状態、第１スイッチがオフで第２スイッチがオンである第２状態、および、第１スイッチと第２スイッチが両方ともオンまたは両方ともオフの第３状態の間で、オン／オフ状態を切り替え、および、
   複数の特定の制御信号の各々は、第１状態と第２状態との間で第３状態が生じるようにオン／オフ状態を切り替える請求項１に記載の飛行時間型距離測定装置。
5. 第３状態は、第１スイッチと第２スイッチが両方ともオンの状態であり、
   第３状態の間に第１キャパシタと第２キャパシタに蓄積された電荷がキャンセルされる請求項４に記載の飛行時間型距離測定装置。
6. 複数の特定の光検出器の各々は、さらに、サブスイッチ（７５）を含み、
   第３状態は、第１スイッチと第２スイッチが両方ともオフであって、サブスイッチがオンの状態であり、
   第３状態の間に光素子から出力された電気はサブスイッチを介して放電される請求項４に記載の飛行時間型距離測定装置。
7. 所定の領域を照射するため、放射光として、光を放射する光源（２４）と、
   所定の領域内の対象物（７８、８０）によって反射された放射光を、反射光として検出する受光器（２６）と、
   光源（２４）を制御する第１のコントローラ（２８）と、
   受光器（２６）を制御する第２のコントローラ（３０）と、
   受光器（２６）によって検出された反射光に基づいて対象物までの距離を計算する計算器（６６）と、
   マルチパス誤差の発生を検出するマルチパス検出器（８２）と、を備え、
   所定の領域は、複数の部分領域（Ｒ１、Ｒ２）に分割され、
   光源は複数の発光部を含み、複数の発光部の各々は、複数の部分領域のそれぞれ１つを照射し、
   受光器は、複数の発光部のそれぞれに対応する複数の受光部を含み、複数の受光部の各々は、対応する発光部によって照射された部分領域から反射された反射光を感知するため、互いに離間されており、
   第１のコントローラは、第１のタイミングで、（ｉ）基本周波数のＮ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、複数の発光部の第１発光部を制御し、および、（ｉｉ）基本周波数のＭ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、複数の発光部の第２発光部を制御し、Ｎ及びＭは異なる正の整数であり、そして、第２のタイミングで、（ｉ）基本周波数のＮ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、第２発光部を制御し、および、（ｉｉ）基本周波数のＭ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、第１発光部を制御し、
   第２のコントローラは、第１のタイミングで、第１発光部に対応する、複数の受光部のうちの第１受光部（７４）を、Ｎ次高調波成分およびＭ次高調波成分に感応できるように制御し、第２のタイミングで、第２発光部に対応する、複数の受光部のうちの第２受光部（７６）を、Ｎ次高調波成分およびＭ次高調波成分に感応できるように制御し、
   マルチパス検出器は、（ｉ）第１受光部が、第１のタイミングで、Ｎ次成分とＭ次成分の両方を感知するか、または、（ｉｉ）第２受光部が、第２のタイミングで、Ｎ次成分とＭ次成分の両方を感知するときにマルチパス誤差の発生を検出する飛行時間型距離測定装置。
8. Ｍは偶数であり、
   第１のコントローラは、（ｉ）第１のタイミングで、５０％未満のデューティサイクルで放射光を放射するように、第２発光部を制御し、および（ｉｉ）第２のタイミングで、５０％未満のデューティサイクルで放射光を放射するように、第１発光部を制御する請求項７に記載の飛行時間型距離測定装置。
9. Ｍは２であり、
   第１のコントローラは、（ｉ）第１のタイミングで、２５％のデューティサイクルで放射光を放射するように、第２発光部を制御し、および（ｉｉ）第２のタイミングで、２５％のデューティサイクルで放射光を放射するように、第１発光部を制御する請求項８に記載の飛行時間型距離測定装置。
10. 第１のコントローラ（２８）によって、所定の領域を照射するため、放射光として、光を放射するように光源（２４）を制御すること、
    第２のコントローラ（３０）によって、所定の領域内の対象物（７８、８０，８０ａ、８０ｂ）によって反射された放射光を、反射光として検出するように受光器（２６）を制御すること、
    計算器（６６）によって、受光器で検出された反射光に基づいて対象物までの距離を計算すること、
    マルチパス検出器（８２）によって、マルチパス誤差の発生を検出することと、を備え、
    所定の領域は、複数の部分領域（Ｒ１、Ｒ２）に分割され、
    光源（２４）は、複数の発光部を含み、複数の発光部の各々は、複数の部分領域のそれぞれ１つを照射し、
    受光器は、複数の発光部のそれぞれに対応する複数の受光部を含み、複数の受光部の各々は、対応する発光部によって照射された部分領域から反射された反射光を感知するため、互いに離間されており、
    第１のコントローラは、（ｉ）基本周波数のＮ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、複数の発光部の第１発光部を制御し、および、（ｉｉ）基本周波数のＭ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、複数の発光部の第２発光部を制御し、Ｎ及びＭは異なる正の整数であり、
    第２のコントローラは、第１発光部（７０）に対応する、複数の受光部のうちの特定の受光部（７４）を、Ｎ次高調波成分およびＭ次高調波成分に感応できるように制御し、
    マルチパス検出器は、特定の受光部がＮ次成分とＭ次成分の両方を感知するときにマルチパス誤差の発生を検出する、飛行時間型距離測定技術を用いてマルチパス誤差を検出する方法。
11. 第１のコントローラ（２８）によって、所定の領域を照射するため、放射光として、光を放射するように光源（２４）を制御すること、
    第２のコントローラ（３０）によって、所定の領域内の対象物（７８、８０）によって反射された放射光を、検出光として検出するように受光器（２６）を制御すること、
    計算器（６６）によって、受光器で検出された反射光に基づいて対象物までの距離を計算すること、
    マルチパス検出器（８２）によって、マルチパス誤差の発生を検出することと、を備え、
    所定の領域は、複数の部分領域（Ｒ１、Ｒ２）に分割され、
    光源（２４）は、複数の発光部を含み、複数の発光部の各々は、複数の部分領域のそれぞれ１つを照射し、
    受光器は、複数の発光部のそれぞれに対応する複数の受光部を含み、複数の受光部の各々は、対応する発光部によって照射された部分領域から反射された反射光を感知するため、互いに離間されており、
    第１のコントローラは、第１のタイミングで、（ｉ）基本周波数のＮ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、複数の発光部の第１発光部（７０）を制御し、および、（ｉｉ）基本周波数のＭ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、複数の発光部の第２発光部（７２）を制御し、Ｎ及びＭは異なる正の整数であり、そして、第２のタイミングで、（ｉ）基本周波数のＮ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、第２発光部を制御し、および、（ｉｉ）基本周波数のＭ次高調波成分を含む振幅変調波形として放射光を放射するように、第１発光部を制御し、
    第２のコントローラは、第１のタイミングで、第１発光部に対応する、複数の受光部のうちの第１受光部（７４）を、Ｎ次高調波成分およびＭ次高調波成分に感応できるように制御し、第２のタイミングで、第２発光部に対応する、複数の受光部のうちの第２受光部（７６）を、Ｎ次高調波成分およびＭ次高調波成分に感応できるように制御し、そして、
    マルチパス検出器は、（ｉ）第１受光部が、第１のタイミングで、Ｎ次成分とＭ次成分の両方を感知するか、または、（ｉｉ）第２受光部が、第２のタイミングで、Ｎ次成分とＭ次成分の両方を感知するときにマルチパス誤差の発生を検出する、飛行時間型距離測定技術を用いてマルチパス誤差を検出する方法。

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