JP6821957B2 - 測距装置 - Google Patents

Description

本発明は、測距装置に関する。

レーザ等の測距光を照射して、測距光の発光時刻と測距光の受光時刻との時間差から測距位置までの距離を測定する測距装置が知られている。更に、複数の測距方向に測距光を照射することにより、複数の測距方向上の位置までの距離を測定する測距装置が知られている。

特開２０１３−２１０３１５号公報

しかしながら、このような測距装置では、複数の測距方向間の未測距方向上の距離を測定することができず、分解能を向上させることができないといった課題がある。

上述した課題を解決するために、本発明の測距装置は、複数の測距方向に測距光を発光する発光部と、測距対象が反射した前記測距光を受光すると受光情報を送信する受光部と、前記発光部に発光指示を送信するとともに、前記受光部から前記受光情報を受信して、前記発光と前記受光との時間差に基づいて前記測距対象までの距離である測定距離を算出する算出部と、前記複数の測距方向間の未測距方向の未測定距離を、前記未測距方向の両側で隣接する測距方向の前記測定距離を用いて補完する補完部と、を備え、前記補完部は、前記未測距方向の両側で隣接する前記測距方向の前記測定距離の差である距離差に応じて決定した補完処理に基づいて、前記未測定距離を補完することにより、走査方向の分解能を向上させた。

これにより、測距装置は、両側の測定距離に基づいて測距方向間の未測距方向の未測定距離を補完でき、分解能を向上させることができる。測距装置は、両側の測定距離の距離差に基づいて、補完処理を決定するので、より適切な未測定距離を補完できる。

上述の測距装置において、前記補完部は、両側で隣接する前記測距方向の前記測定距離のうち短い前記測定距離、及び、前記距離差に応じて、前記補完処理を決定してもよい。これにより、測距装置は、距離差のみならず、短い方の測定距離に対してもより適切に対応した未測定距離を補完できる。

上述の測距装置において、前記発光部は、放射状に沿った前記複数の測距方向に前記測距光を発光してもよい。これにより、測距装置は、発光部をほとんど移動させることなく、走査できるので、小型化を実現できる。

上述の測距装置において、前記補完部は、前記距離差が予め定められた第１範囲の場合、第１補完処理によって前記未測定距離を算出して、前記距離差が前記第１範囲よりも大きい第２範囲の場合、両側で隣接する前記測距方向の前記測定距離のうちの長い前記測定距離に乗算する重みに対する短い前記測定距離に乗算する重みの比率が前記第１補完処理における当該比率よりも大きい第２補完処理によって前記未測定距離として算出してもよい。これにより、測距装置は、距離差が大きくなり、測定距離の分解能が大きく異なる第２範囲となった場合に、分解能の高い短い方の測定距離に乗算する重みの比率を大きくすることができるので、より精度の高い未測定距離を算出できる。

図１は、第１実施形態の測距装置を示す図である。 図２は、算出部による測距方向の測定距離の算出方法を説明する図である。 図３は、算出部による測距方向上の測距対象までの測定距離の算出を説明する斜視図である。 図４は、算出部による測定距離の記憶部への格納を説明する図である。 図５は、分解能の測定距離の依存性を説明する図である。 図６は、補完部による未測距方向の未測定距離の補完を説明する図である。 図７は、補完部による未測距方向の未測定距離の記憶部への格納を説明する図である。 図８は、制御部が実行する測距処理のフローチャートの図である。 図９は、制御部の補完部が実行する補完演算処理のフローチャートの図である。 図１０は、第２実施形態の測距装置の走査範囲を説明する図である。 図１１は、第２実施形態の測距装置の別の走査範囲を説明する図である。

以下の例示的な実施形態や変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が部分的に省略される。実施形態や変形例に含まれる部分は、他の実施形態や変形例の対応する部分と置き換えて構成されることができる。また、実施形態や変形例に含まれる部分の構成や位置等は、特に言及しない限りは、他の実施形態や変形例と同様である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の測距装置１０を示す図である。測距装置１０は、１または複数の測距対象ＭＴまでの距離である１または複数の測定距離を測距する。測距装置１０は、例えば、自動車等の移動体に搭載され、１または複数の測定距離に基づいて、三次元の測距画像を生成する。図１に示すように、測距装置１０は、発光部１２と、受光部１４と、測距部１６とを備える。

発光部１２は、放射状に沿った複数の測距方向に測距光Ｌを発光する。発光部１２は、発光部材２０と、走査部材２２とを有する。

発光部材２０は、例えば、半導体レーザ等のレーザ装置である。発光部材２０は、測距光Ｌを出力する。発光部材２０は、予め定められた時間間隔で測距光Ｌを出力する。

走査部材２２は、測距光Ｌを走査させる。走査部材２２は、例えば、モータ等の回転駆動力を出力する回転駆動装置である。走査部材２２は、例えば、鉛直方向に沿った回転中心の周りで発光部材２０を回転させて、測距光Ｌを水平方向に沿って走査させる。これにより、走査部材２２は、放射状に延びる離散的な複数の測距方向で測距光Ｌを走査させる。例えば、走査部材２２は、予め定められた走査範囲の角度内で測距光Ｌを往復させて走査させる。尚、走査部材２２は、３６０°の走査範囲で測距光Ｌを回転させて走査させてもよい。また、走査部材２２は、モータ及びミラー等の反射部材を有してもよい。この場合、走査部材２２は、測距光Ｌを反射する反射部材を回転駆動部材によって揺動させることによって測距光Ｌを走査させる。

受光部１４は、測距対象ＭＴが反射した測距光Ｌを受光する。受光部１４は、測距光Ｌを受光すると、電気的な信号である受光情報を測距部１６へ送信する。受光部１４は、例えば、フォトダイオード及びフォトトランジスタ等の光信号を電気信号に変換する装置である。

測距部１６は、発光部１２の発光部材２０及び走査部材２２と、受光部１４とに電気信号を送受信可能に接続されている。例えば、測距部１６は、１または複数の測距対象ＭＴまでの１または複数の測定距離を算出して、当該測定距離に基づいて測距対象ＭＴの三次元の測距画像を生成する。測距部１６の一例は、コンピュータである。測距部１６は、制御部２４と、記憶部２６とを有する。

制御部２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むプロセッサ等の演算処理装置である。制御部２４は、算出部３０と、補完部３２とを有する。制御部２４は、例えば、記憶部２６に記憶されたプログラムを読み込むことによって、算出部３０、及び、補完部３２として機能する。

算出部３０は、発光部１２の発光部材２０及び走査部材２２を制御する。具体的には、算出部３０は、発光部１２の発光部材２０に発光指示を送信して、測距光Ｌを発光させる。例えば、算出部３０は、一定の時間間隔で発光指示を送信することにより、測距光Ｌを一定の時間間隔で発光させる。算出部３０は、走査部材２２の回転速度を制御して、発光部１２を中心として測距光Ｌの回転速度を制御する。これにより、算出部３０は、走査部材２２に走査指示を送信して、複数の測距方向で測距光Ｌを走査させる。算出部３０は、測距光Ｌを受光した受光部１４から受光情報を受信する。算出部３０は、受光部１４から受光情報を取得すると、発光部材２０の発光と、受光部１４の受光との時間差に基づいて、複数の測距方向上の測距対象ＭＴ（厳密には、測距対象ＭＴ上の測距光Ｌが達した位置）までの測定距離を算出する。算出部３０は、測定距離を記憶部２６に格納する。例えば、算出部３０は、一次元の記憶配列で測定距離を記憶部２６に格納する。

算出部３０は、受光情報の大きさから、測距対象ＭＴの表面による測距光Ｌの反射の強度を示す反射強度を算出してもよい。算出部３０は、測定距離とともに、反射強度を一次元の記憶配列で記憶部２６に格納してもよい。

補完部３２は、複数の測距方向間の未測距方向の未測定距離を、記憶部２６に格納された測定距離のうち、未測距方向の両側で隣接する測距方向の測定距離を用いて補完する。未測距方向とは、測距方向と、当該測距方向と隣接する測距方向との間の方向のことである。即ち、未測距方向とは、発光部１２が測距光Ｌを出力していない方向である。補完部３２は、未測距方向の両側で隣接する測距方向の測定距離の差である距離差に応じて決定した補完処理に基づいて、未測定距離を補完する。本実施形態では、補完部３２は、予め設定された第１補完処理及び第２補完処理から距離差に応じて決定した補完処理に基づいて、未測定距離を補完する。具体的には、補完部３２は、距離差が予め定められた第１範囲の場合、第１補完処理によって未測定距離を算出する。補完部３２は、距離差が第２範囲の場合、両側で隣接する測距方向の測定距離のうち長い方の測定距離に対する短い方の測定距離の比率が第１補完処理の比率よりも大きい第２補完処理によって未測定距離として算出する。尚、第２範囲は、第１範囲よりも大きい。例えば、第１範囲は、予め定められた距離用閾値Ｔｈ未満であって、第２範囲は距離用閾値Ｔｈ以上である。距離用閾値Ｔｈは、予め定められた値（例えば、測距可能な距離の１０％）、または、測定距離に応じて変化する値（例えば、短い方の測定距離と同じ値）であってよい。補完部３２は、未測定距離を記憶部２６に格納する。例えば、補完部３２は、記憶部２６の記憶領域のうち、未測定距離の算出に用いた両側の測距方向の測定距離の記憶領域の間の記憶領域に当該未測定距離を格納する。これにより、算出部３０及び補完部３２は、測定距離及び未測定距離が交互に配列された一次元の記憶配列で、測定距離及び未測定距離を記憶部２６に格納する。

補完部３２は、未測距方向の両側で隣接する測距方向の反射強度に基づいて、未測距方向の反射強度を算出してもよい。補完部３２は、未測定距離とともに、未測距方向の反射強度を一次元の記憶配列で記憶部２６に格納してもよい。

記憶部２６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、及び、ＳＳＤ（Solid State Drive）等を含む記憶装置である。記憶部２６は、制御部２４が実行する測距処理用等のプログラム及びプログラムの実行に必要なパラメータ等を記憶する。例えば、記憶部２６は、測距処理に用いられる第１補完処理及び第２補完処理等を記憶する。

図２は、算出部３０による測距方向の測定距離ＭＬの算出方法を説明する図である。算出部３０は、ＴＯＦ（Time Of Flight）法によって、測定距離ＭＬを算出する。例えば、図２に示すように、算出部３０は、測距光Ｌの出力を指示する発光指示を発光部材２０に送信するとともに、送信した時刻に基づいて発光時刻ｔ１を算出する。算出部３０は、受光部１４からの受光情報を取得した時刻に基づいて、受光時刻ｔ２を算出する。算出部３０は、次の式（１）に基づいて、発光時刻ｔ１と受光時刻ｔ２との時間差から測距対象ＭＴまでの測定距離ＭＬを算出する。式（１）におけるＣは光速である。
ＭＬ＝Ｃ×（ｔ２−ｔ１）／２ ・・・（１）

図３は、算出部３０による測距方向Ｄ１_ｎ上の測距対象ＭＴまでの測定距離ＭＬ１の算出を説明する斜視図である。図３に示すように、発光部材２０は、走査範囲θ内で放射状に延びる複数の測距方向Ｄ１_ｎ（ｎ＝１、２・・）に測距光Ｌを発光する。ここで、発光部材２０が予め定められた時間間隔で測距光Ｌを出力して、測距光Ｌが発光部１２を中心として同じ回転速度で走査する場合、隣接する測距方向Ｄ１_ｎ間の角度間隔Δθは一定となる。図３に示すように、測距方向Ｄ１_２上に測距対象ＭＴ１_２が存在する場合、算出部３０は、測距方向Ｄ１_２に出力した測距光Ｌの発光時刻ｔ１及び受光時刻ｔ２を式（１）に代入して、測距対象ＭＴ１_２上の測距対象ＭＴ１_２までの測定距離ＭＬ１_２を算出する。また、算出部３０は、受光部１４から取得した受光情報の大きさから反射強度Ｒ１_２を算出する。同様に、算出部３０は、測距方向Ｄ１_３、Ｄ１_４、Ｄ１_５上に存在する測距対象ＭＴ１_３、ＭＴ１_４、ＭＴ１_５上の測距対象ＭＴ１_３、ＭＴ１_４、ＭＴ１_５までの測定距離ＭＬ１_３、ＭＬ１_４、ＭＬ１_５を算出するとともに、反射強度Ｒ１_３、Ｒ１_４、Ｒ１_５を算出する。一方、算出部３０は、測距方向Ｄ１_１、Ｄ１_６のように、測距対象ＭＴが存在しない測距方向Ｄ１_ｎに対しては、受光情報を取得しないので、測定距離ＭＬ１_ｎ及び反射強度Ｒ１_ｎを算出しない。

図４は、算出部３０による測定距離ＭＬ１_ｎの記憶部２６への格納を説明する図である。図４に示すように、算出部３０は、各測距方向Ｄ１_ｎの測距フラグＦ、測定距離ＭＬ１_ｎ及び反射強度Ｒ１_ｎを含む測距情報ＭＤ１_ｎを、走査方向に沿った測距方向Ｄ１_ｎの順序に対応付けた一次元の記憶配列で記憶部２６に格納する。具体的には、算出部３０は、測距方向Ｄ１_１、Ｄ１_２、Ｄ１_３・・の順で測距情報ＭＤ１_１、ＭＤ１_２、ＭＤ１_３・・を一次元の記憶配列で並べて格納する。ここで、算出部３０は、各測距方向Ｄ１_ｎの測距情報ＭＤ１_ｎ間に未測距方向Ｄ２_ｍ（ｍ＝１、２、・・）の未測距情報ＭＤ２_ｍを格納する記憶領域を空けて、各測距方向Ｄ１_ｎの測距情報ＭＤ１_ｎを格納する。

算出部３０は、測距対象ＭＴが存在しない測距方向Ｄ１_ｎ（例えば、測距方向Ｄ１_１、Ｄ１_６）の場合、測距対象ＭＴが存在しない、即ち、測定距離ＭＬ１_ｎが存在しないことを示す“０”に設定した測距フラグＦを含む測距情報ＭＤ１_ｎを格納する。尚、算出部３０は、測距対象ＭＴが存在しない測距方向Ｄ１_ｎの測定距離ＭＬ１_ｎ及び反射強度Ｒ１_ｎには予め設定された値を設定してもよく、前回算出した測定距離ＭＬ１_ｎ及び反射強度Ｒ１_ｎの値をそのまま残してもよい。算出部３０は、測距対象ＭＴが存在する測距方向Ｄ１_ｎ（例えば、測距方向Ｄ１_２、Ｄ１_３、Ｄ１_４、Ｄ１_５）の場合、測距対象ＭＴが存在する、即ち、測定距離ＭＬ１_ｎが存在することを示す“１”に設定した測距フラグＦと、算出した測定距離ＭＬ１_ｎ及び反射強度Ｒ１_ｎとを含む測距情報ＭＤ１_ｎを格納する。

図５は、分解能ＮＲ、ＦＲの測定距離ＭＬ１_ｎの依存性を説明する図である。図５に示すように、測距方向Ｄ１_２上において、測距対象ＭＴ１_２ａまでの測定距離ＭＬ１_２が“ＭＬ１_２ａ”の場合の分解能ＮＲと、測距対象ＭＴ１_２ｂまでの測定距離ＭＬ１_２が“ＭＬ１_２ｂ”の場合の分解能ＦＲとを比較する。ここで、ＭＬ１_２ａ＜ＭＬ１_２ｂとする。複数の測距方向Ｄ１_ｎは放射状に延びるので、測定距離ＭＬ１_２が長くなるほど、測距方向Ｄ１_２と隣接する測距方向Ｄ１_１、Ｄ１_３との間の走査方向の距離は大きくなる。従って、発光部１２及び受光部１４に近い分解能ＮＲは、発光部１２及び受光部１４に遠い分解能ＦＲよりも高い。

図６は、補完部３２による未測距方向Ｄ２_ｍの未測定距離ＭＬ２_ｍの補完を説明する図である。図６に示すように、未測距方向Ｄ２_ｍは、例えば、発光部１２を中心として、測距方向Ｄ１_ｍからΔθ／２回転した方向であり、測距方向Ｄ１_ｍ＋１から逆方向にΔθ／２回転した方向である。

補完部３２は、補完対象の未測距方向Ｄ２_ｍの両側で隣接する測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の少なくともいずれか一方の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１が測距されていない場合、当該未測距方向Ｄ２_ｍの未測定距離ＭＬ２_ｍを算出しない。測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１が測距されていない場合とは、例えば、測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１上に測距対象ＭＴが存在しない場合である。

補完部３２は、補完対象の未測距方向Ｄ２_ｍの両側で隣接する測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１が測距されている場合、測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１の差の絶対値である距離差ΔＬ（＝｜ＭＬ１_ｍ−ＭＬ１_ｍ＋１｜）に基づいて、第１補完処理または第２補完処理のいずれかを選択して、黒丸で示す位置までの距離を未測定距離ＭＬ２_ｍとして補完する。

補完部３２は、距離差ΔＬが予め定められた第１範囲か否かを判定する。第１範囲の一例は、予め定められた距離用閾値Ｔｈ未満である。補完部３２は、距離差ΔＬが第１範囲の場合、第１補完処理によって、未測距方向Ｄ２_ｍの未測定距離ＭＬ２_ｍを算出する。具体的には、補完部３２は、次の式（２）に基づいて、補完対象の未測距方向Ｄ２_ｍの両側で隣接する測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１の相加平均値を算出する。補完部３２は、算出した相加平均値を未測定距離ＭＬ２_ｍとして設定する。
ＭＬ２_ｍ＝（ＭＬ１_ｍ＋ＭＬ１_ｍ＋１）／２ ・・・（２）

例えば、測距方向Ｄ１_２の測定距離ＭＬ１_２と測距方向Ｄ１_３の測定距離ＭＬ１_３との距離差ΔＬが第１範囲の場合、補完部３２は、（ＭＬ１_２＋ＭＬ１_３）／２を未測距方向Ｄ２_２の未測定距離ＭＬ２_２として設定する。補完部３２は、（ＭＬ１_４＋ＭＬ１_５）／２を未測距方向Ｄ２_４の未測定距離ＭＬ２_４として設定する。

また、補完部３２は、第１補完処理において、距離差ΔＬが第１範囲の場合、補完対象の未測距方向Ｄ２_ｍの両側で隣接する測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の反射強度Ｒ１_ｍ、Ｒ１_ｍ＋１の相加平均値を、未測距方向Ｄ２_ｍの反射強度Ｒ２_ｍとして算出する。

補完部３２は、距離差ΔＬが予め定められた第１範囲よりも大きい第２範囲か否かを判定する。第２範囲の一例は、第１範囲以上の範囲であって、上述した距離用閾値Ｔｈ以上である。補完部３２は、距離差ΔＬが第２範囲の場合、第２補完処理によって、未測距方向Ｄ２_ｍの未測定距離ＭＬ２_ｍを算出する。具体的には、補完部３２は、補完対象の未測距方向Ｄ２_ｍの両側で隣接する測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１のうち、長い方の測定距離ＭＬ１_Ｌに対する短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓの比率を第１補完処理よりも大きくする第２補完処理によって、未測定距離ＭＬ２_ｍを算出する。例えば、補完部３２は、短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓの重みを“Ｗ１”とし、長い方の測定距離ＭＬ１_Ｌの重みを“Ｗ２”とした式（３）に示す加重平均値を未測定距離ＭＬ２_ｍとする。Ｗ１＞Ｗ２である。
ＭＬ２_ｍ＝（Ｗ１×ＭＬ１_Ｓ＋Ｗ２×ＭＬ１_Ｌ）／（Ｗ１＋Ｗ２）
・・・（３）
ここで、長い方の測定距離ＭＬ１_Ｌに対する短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓの比率Ｒｔ２は、Ｗ１／Ｗ２となり、１よりも大きい。相加平均値を採用する第１補完処理での長い方の測定距離ＭＬ１_Ｌに対する短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓの比率Ｒｔ１は“１”である。従って、第２補完処理の比率Ｒｔ２は、第１補完処理の比率Ｒｔ１よりも大きい。尚、補完部３２は、Ｗ１＝１、Ｗ２＝０とした加重平均値を未測定距離ＭＬ２_ｍとしてもよい。この場合、補完部３２は、短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓを補完対象の未測定距離ＭＬ２_ｍとして設定する。

例えば、測距方向Ｄ１_３の測定距離ＭＬ１_３と測距方向Ｄ１_４の測定距離ＭＬ１_４との距離差ΔＬが第２範囲の場合、補完部３２は、（Ｗ１×ＭＬ１_３＋Ｗ２×ＭＬ１_４）／（Ｗ１＋Ｗ２）を、未測距方向Ｄ２_３の未測定距離ＭＬ２_３として設定する。それぞれの重みがＷ１＝１、Ｗ２＝０の場合、補完部３２は、短い方の測定距離ＭＬ１_３を未測距方向Ｄ２_３の未測定距離ＭＬ２_３として設定する。

また、補完部３２は、距離差ΔＬが第２範囲の場合、補完対象の未測距方向Ｄ２_ｍの両側で隣接する測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の反射強度Ｒ１_ｍ、Ｒ１_ｍ＋１の加重平均値を、未測距方向Ｄ２_ｍの反射強度Ｒ２_ｍとして算出する。反射強度の加重平均値は、式（３）において、測定距離ＭＬ１_Ｓ、ＭＬ１_Ｌをそれぞれ測定距離ＭＬ１_Ｓの反射強度Ｒ１_ｎと測定距離ＭＬ１_Ｌの反射強度Ｒ１_ｎとに置換した値となる。補完部３２は、Ｗ１＝１、Ｗ２＝０とした加重平均値を反射強度Ｒ２_ｍとしてもよい。この場合、補完部３２は、短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓの反射強度Ｒ１_ｎを補完対象の反射強度Ｒ２_ｍとして設定する。

図７は、補完部３２による未測距方向Ｄ２_ｍの未測定距離ＭＬ２_ｍの記憶部２６への格納を説明する図である。図７に示すように、補完部３２は、各未測距方向Ｄ２_ｍの測距フラグＦ、未測定距離ＭＬ２_ｍ及び反射強度Ｒ２_ｍを含む未測距情報ＭＤ２_ｍを、走査方向に沿った未測距方向Ｄ２_ｍの順序に対応付けた一次元の記憶配列で記憶部２６に格納する。

具体的には、補完部３２は、未測距方向Ｄ２_１、Ｄ２_２、Ｄ２_３・・の順で各未測距方向Ｄ２_１、Ｄ２_２、Ｄ２_３・・の未測距情報ＭＤ２_１、ＭＤ２_２、ＭＤ２_３・・を一次元の記憶配列で格納する。ここで、補完部３２は、測距方向Ｄ１_ｍの測距情報ＭＤ１_ｍの記憶領域と測距方向Ｄ１_ｍ＋１の測距情報ＭＤ１_ｍ＋１の記憶領域との間の記憶領域に各未測距方向Ｄ２_ｍの未測距情報ＭＤ２_ｍを格納する。従って、算出部３０及び補完部３２は、測距方向Ｄ１_ｎの測距情報ＭＤ１_ｎと未測距方向Ｄ２_ｍの未測距情報ＭＤ２_ｍとを交互に配列して記憶部２６に格納する。即ち、算出部３０及び補完部３２は、測距情報ＭＤ１_ｎと未測距情報ＭＤ２_ｍとを走査方向に沿った順で一次元に配列して記憶部２６に格納する。

補完部３２は、未測定距離ＭＬ２_ｍが存在しない未測距方向Ｄ２_ｍ（例えば、未測距方向Ｄ２_１、Ｄ２_５）の場合、未測定距離ＭＬ２_ｍが存在しないことを示す“０”に設定した測距フラグＦを含む未測距情報ＭＤ２_ｍを格納する。尚、補完部３２は、未測定距離ＭＬ２_ｍを算出しなかった未測距方向Ｄ２_ｍの未測定距離ＭＬ２_ｍ及び反射強度Ｒ２_ｍには予め設定された値を設定してもよく、前回算出した未測定距離ＭＬ２_ｍ及び反射強度Ｒ２_ｍの値をそのまま残してもよい。補完部３２は、未測定距離ＭＬ２_ｍを算出した未測距方向Ｄ２_ｍ（例えば、未測距方向Ｄ２_２、Ｄ２_３、Ｄ２_４）の場合、未測定距離ＭＬ２_ｍが存在することを示す“１”に設定した測距フラグＦと、算出した未測定距離ＭＬ２_ｍ及び反射強度Ｒ２_ｍとを含む未測距情報ＭＤ２_ｍを格納する。

図８は、制御部２４が実行する測距処理のフローチャートの図である。制御部２４は、測距処理用のプログラムを読み込むことによって、測距処理を実行する。

図８に示すように、測距処理では、算出部３０が、走査部材２２へ走査指示を送信するとともに、発光部材２０へ発光指示を送信する（Ｓ１０２）。算出部３０は、受光部１４から受光情報を取得したか否かを判定する（Ｓ１０４）。算出部３０は、受光部１４から受光情報を取得しなかった場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、今回の測距方向Ｄ１_ｎの測定距離ＭＬ１_ｎがないことを示す“０”を測距フラグＦに設定した測距情報ＭＤ１_ｎを生成して（Ｓ１０６）、一次元の記憶配列で記憶部２６に格納する（Ｓ１１２）。

算出部３０は、受光部１４から受光情報を取得すると（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、今回の測距方向Ｄ１_ｎの測定距離ＭＬ１_ｎがあることを示す“１” を測距フラグＦに設定する（Ｓ１０８）。算出部３０は、受光情報の大きさから反射強度Ｒ１_ｎを算出するとともに、発光時刻ｔ１と受光時刻ｔ２との時間差から測定距離ＭＬ１_ｎを算出する（Ｓ１１０）。算出部３０は、測距フラグＦ、測定距離ＭＬ１_ｎ及び反射強度Ｒ１_ｎを含む測距情報ＭＤ１_ｎを、一次元の記憶配列で記憶部２６に格納する（Ｓ１１２）。

算出部３０は、測距した測距方向Ｄ１_ｎの数であるカウント数Ｃａが、測距方向Ｄ１_ｎの総数ＴＮａに達したか否かを判定する（Ｓ１１４）。換言すれば、算出部３０は、全ての測距方向Ｄ１_ｎにおいて測距したか否かを判定する。算出部３０は、全ての測距方向Ｄ１_ｎに対して測距していない場合、カウント数Ｃａが総数ＴＮａでないと判定して（Ｓ１１４：Ｎｏ）、カウント数Ｃａを１インクリメントした後（Ｓ１１６）、ステップＳ１０２以降を繰り返す。一方、算出部３０は、全ての測距方向Ｄ１_ｎに対して測距した場合、カウント数Ｃａが総数ＴＮａになったと判定する（Ｓ１１４：Ｙｅｓ）。この後、補完部３２は、後述する補完演算処理を実行して（Ｓ１１８）、測距処理を終了する。

図９は、制御部２４の補完部３２が実行する補完演算処理のフローチャートの図である。

図９に示すように、補完演算処理では、補完部３２は、補完対象の未測距方向Ｄ２_ｍの両側の測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１があるか否かを判定する（Ｓ２０２）。例えば、補完部３２は、両側の測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測距フラグＦによって、測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１があるか否かを判定する。

補完部３２は、両側の測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１の少なくともいずれか一方がないと判定すると（Ｓ２０２：Ｎｏ）、今回の未測距方向Ｄ２_ｍに未測定距離ＭＬ２_ｍがないことを示す“０”を測距フラグＦに設定した未測距情報ＭＤ２_ｍを生成する（Ｓ２０４）。補完部３２は、一次元の記憶配列で、測距情報ＭＤ１_ｍ、ＭＤ１_ｍ＋１が格納された記憶部２６の記憶領域間に当該未測距情報ＭＤ２_ｍを格納する（Ｓ２１４）。

補完部３２は、両側の測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１の両方が存在すると判定すると（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、今回の未測距方向Ｄ２_ｍに未測定距離ＭＬ２_ｍがあることを示す“１”を測距フラグＦに設定する（Ｓ２０６）。補完部３２は、両側の測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１の距離差ΔＬが第１範囲か否かを判定する（Ｓ２０８）。

補完部３２は、距離差ΔＬが第１範囲であると判定すると（Ｓ２０８：Ｙｅｓ）、第１補完処理によって、未測定距離ＭＬ２_ｍを算出する（Ｓ２１０）。また、補完部３２は、第１補完処理によって、反射強度Ｒ２_ｍを算出する。

補完部３２は、距離差ΔＬが第１範囲でないと判定すると、即ち、距離差ΔＬが第２範囲であると判定すると（Ｓ２０８：Ｎｏ）、第２補完処理によって、未測定距離ＭＬ２_ｍを算出する（Ｓ２１２）。また、補完部３２は、第２補完処理によって、反射強度Ｒ２_ｍを算出する。

補完部３２は、未測定距離ＭＬ２_ｍ及び反射強度Ｒ２_ｍを算出すると、測距フラグＦ、未測定距離ＭＬ２_ｍ及び反射強度Ｒ２_ｍを含む未測距情報ＭＤ２_ｍを、一次元の記憶配列で、測距情報ＭＤ１_ｍ、ＭＤ１_ｍ＋１が格納された記憶部２６の記憶領域間に格納する（Ｓ２１４）。

補完部３２は、補完した未測距方向Ｄ２_ｍの数であるカウント数Ｃｂが、補完すべき未測距方向Ｄ２_ｍの総数ＴＮｂに達したか否かを判定する（Ｓ２１６）。換言すれば、補完部３２は、全ての未測距方向Ｄ２_ｍにおいて補完したか否かを判定する。尚、ＴＮｂ＝ＴＮａ−１である。補完部３２は、全ての未測距方向Ｄ２_ｍに対して補完していない場合、カウント数Ｃｂが総数ＴＮｂでないと判定して（Ｓ２１６：Ｎｏ）、カウント数Ｃｂを１インクリメントした後（Ｓ２１８）、ステップＳ２０２以降を繰り返す。一方、補完部３２は、全ての未測距方向Ｄ２_ｍに対して補完した場合、カウント数Ｃｂが総数ＴＮｂになったと判定して（Ｓ２１６：Ｙｅｓ）、補完演算処理を終了する。

上述したように、測距装置１０では、未測距方向Ｄ２_ｍの両側の測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１に基づいて、当該未測距方向Ｄ２_ｍの未測定距離ＭＬ２_ｍを算出して補完している。これにより、測距装置１０は、計算コストの増大を抑制して容易に実装できる構成によって、走査方向における分解能を向上させることができる。例えば、測距装置１０は、全ての測距方向Ｄ１_ｍの測定距離ＭＬ１_ｍが存在する場合、分解能をほぼ２倍に向上させることができる。

測距装置１０では、未測距方向Ｄ２_ｍの両側の測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１の距離差ΔＬに基づいて決定した第１補完処理または第２補完処理のいずれかによって、未測定距離ＭＬ２_ｍを補完している。これにより、測距装置１０は、距離差ΔＬに基づいて、適切に未測定距離ＭＬ２_ｍを補完することができる。具体的には、測距装置１０は、距離差ΔＬが小さい場合、即ち、両側の測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１の分解能がほぼ同じであり、両側の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１の精度がほぼ同じである場合、第１補完処理を選択する。これにより、測距装置１０は、両側の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１の相加平均値を未測定距離ＭＬ２_ｍとすることにより、精度の高い未測定距離ＭＬ２_ｍを補完することができる。測距装置１０は、距離差ΔＬが大きい場合、即ち、両側の測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１の分解能が大きく異なり、測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍの精度の差異が大きい場合、第２補完処理を選択する。これにより、測距装置１０は、小さい方の測定距離ＭＬ１_Ｓの比率Ｒｔ２を第１補完処理の比率Ｒｔ１よりも大きくすることにより、精度の高い未測定距離ＭＬ２_ｍを補完することができる。

測距装置１０では、発光部１２が放射状に沿った複数の測距方向Ｄ１_ｎに測距光Ｌを出力するので、測距装置１０は、発光部１２をほとんど移動させることなく、回転駆動によって測距光Ｌを走査させることができる。これにより、測距装置１０は、発光部１２の移動範囲を小さくすることができ、測距装置１０の小型化を実現できる。

＜第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態の測距装置１０の走査範囲を説明する図である。図１１は、第２実施形態の測距装置１０の別の走査範囲を説明する図である。図１０及び図１１は、発光部１２が出力した測距光Ｌの進行方向と交差（例えば、直交）する面を示す。図１０及び図１１に矢印で示す方向を水平方向及び鉛直方向とする。また、紙面垂直方向を測距光Ｌの進行方向とほぼ平行な方向とする。図１０及び図１１において、ドットハッチング領域が測距方向Ｄ１_ｎ上の領域を示し、ハッチングされていない領域が未測距方向Ｄ２_ｍ上の領域を示す。図１０及び図１１に示す例では、測距光Ｌは、鉛直方向及び水平方向で走査する。

図１０に示す例では、測距装置１０は、測距方向Ｄ１_ｎの上下方向で隣接する領域及び左右方向で隣接する領域が未測距方向Ｄ２_ｍとなるように、発光部１２は測距光Ｌを走査させる。この場合、補完部３２は、未測距方向Ｄ２_ｍと上下方向及び左右方向で隣接する４個の測距方向Ｄ１_ｎに基づいて、未測距方向Ｄ２_ｍの未測定距離ＭＬ２_ｍを補完する。例えば、補完部３２は、４個の測距方向Ｄ１_ｎのうち、少なくとも２個の測定距離ＭＬ１_ｎが存在していれば、未測定距離ＭＬ２_ｍを補完する。

この場合、補完部３２は、存在する２個以上の測定距離ＭＬ１_ｎのうち、最大の測定距離ＭＬ１_ｎと最少の測定距離ＭＬ１_ｎとの差である距離差ΔＬを算出する。補完部３２は、距離差ΔＬが第１範囲であれば、第１補完処理によって未測定距離ＭＬ２_ｍを算出する。第２実施形態の第１補完処理において、補完部３２は、最大の測定距離ＭＬ１_ｎと最少の測定距離ＭＬ１_ｎの相加平均値を未測定距離ＭＬ２_ｍとしてもよく、隣接する測距方向Ｄ１_ｎの存在する測定距離ＭＬ１_ｎの全ての相加平均値を未測定距離ＭＬ２_ｍとしてもよい。

補完部３２は、距離差ΔＬが第２範囲であれば、第２補完処理によって未測定距離ＭＬ２_ｍを算出する。第２実施形態の第２補完処理において、補完部３２は、最大の測定距離ＭＬ１_ｎと最少の測定距離ＭＬ１_ｎの加重平均値を未測定距離ＭＬ２_ｍとしてもよく、隣接する測距方向Ｄ１_ｎの全ての測定距離ＭＬ１_ｎの加重平均値を未測定距離ＭＬ２_ｍとしてもよい。

図１１に示す例では、測距装置１０は、測距方向Ｄ１_ｎの隣接する８方向の全ての領域が未測距方向Ｄ２_ｍとなるように、発光部１２は測距光Ｌを走査させる。この場合、補完部３２は、未測距方向Ｄ２_ｍと斜め方向で隣接する４個の測距方向Ｄ１_ｎに基づいて、未測距方向Ｄ２_ｍの未測定距離ＭＬ２_ｍを補完する。図１１に示す例において、補完部３２による具体的な補完処理については、図１０における補完処理と同じである。

上述の実施形態における各構成の機能、接続関係、個数、配置等は適宜変更してよい。また、測距処理及び補完演算処理における処理の順序は適宜変更してよい。

上述の実施形態では、補完部３２は、予め定められた距離用閾値Ｔｈと距離差ΔＬとの比較によって、複数の補完処理から補完処理を選択したが、これに限定されない。例えば、補完部３２は、補完対象の未測距方向Ｄ２_ｍの両側で隣接する測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１のうち短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓ、及び、距離差ΔＬに応じて補完処理を決定してもよい。具体的には、補完部３２は、短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓに基づいて算出した距離用閾値Ｔｈと、距離差ΔＬとを比較して、補完処理を選択してもよい。例えば、補完部３２は、次の式（４）に基づいて、距離用閾値Ｔｈを算出する。
Ｔｈ＝Ｋ１／Ｄ^Ｋ２＋Ｋ３ ・・・（４）
定数Ｋ１、定数Ｋ２、定数Ｋ３は、予め定められた固定値である。距離Ｄは、短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓである。距離用閾値Ｔｈは、距離Ｄが大きくなるほど、小さくなる。従って、走査方向の分解能が低下するほど、距離用閾値Ｔｈは小さくなる。定数Ｋ２が“０”の場合、距離用閾値Ｔｈは定数となり、第１実施形態と同様の構成となる。補完部３２は、距離差ΔＬが距離用閾値Ｔｈ未満の範囲で定義される第１範囲であれば第１補完処理を選択して、距離差ΔＬが距離用閾値Ｔｈ以上の範囲で定義される第２範囲であれば第２補完処理を選択して、未測定距離ＭＬ２_ｍを補完する。これにより、補完部３２は、短い測定距離ＭＬ１_Ｓから算出した距離用閾値Ｔｈと距離差ΔＬとの比較に応じて、より適切な補完処理を選択して、精度の高い未測定距離ＭＬ２_ｍを補完することができる。

上述の実施形態では、補完部３２が、重みの比率が予め設定された第１補完処理及び第２補完処理の例を説明したが、これに限定されない。例えば、補完部３２は、未測距方向Ｄ２_ｍの両側で隣接する測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１のうち短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓ及び距離差ΔＬに対応付けられた複数の測距方向Ｄ１_ｎの測定距離ＭＬ１_ｎの比率を用いた補完処理に基づいて、未測定距離ＭＬ２_ｍを補完してもよい。ここでいう比率は、未測距方向Ｄ２_ｍの両側で隣接する測距方向Ｄ１_ｍ、Ｄ１_ｍ＋１の測定距離ＭＬ１_ｍ、ＭＬ１_ｍ＋１のうち長い方の測定距離ＭＬ１_Ｌに対する短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓの比率のことであり、例えば、加重平均値における重みの比率のことである。当該比率は、短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓ及び距離差ΔＬに対応付けたテーブルとして記憶部２６に記憶されていてもよい。また、当該比率は、短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓ及び距離差ΔＬを含む式として、記憶部２６に記憶されていてもよい。これにより、補完部３２は、短い方の測定距離ＭＬ１_Ｓ及び距離差ΔＬに対して柔軟に対応して、より適切な未測定距離ＭＬ２_ｍを補完できる。

上述の実施形態では、補完部３２が、第１補完処理及び第２補完処理のいずれかから補完処理を選択する例を説明したが、これに限定されない。補完部３２は、距離差ΔＬに応じて３以上の複数の補完処理から選択した補完処理に基づいて、未測定距離ＭＬ２_ｍを補完してもよい。

上述の実施形態では、補完部３２が、両側で隣接する測定距離ＭＬ１_ｎを用いて、未測定距離ＭＬ２_ｍを補完する例を示したが、両側で隣接する測定距離ＭＬ１_ｎに加えて、走査方向において更に遠方の測定距離ＭＬ１_ｎを用いて、未測定距離ＭＬ２_ｍを補完してもよい。この場合、走査方向における補完対象の未測距方向Ｄ２_ｍとの距離が大きくなるにつれて、測定距離ＭＬ１_ｎの重みを小さくすることが好ましい。

上述の実施形態では、算出部３０が全ての測距方向Ｄ１_ｎの測距をしてから、補完部３２が補完演算処理を実行する例を挙げたが、算出部３０の測定距離ＭＬ１_ｎの算出と、補完部３２の補完演算処理による未測定距離ＭＬ２_ｍの補完とを交互に実行してもよい。

上述の各実施形態は組み合わせてもよい。例えば、各実施形態における処理をユーザの指示によって切り替えるように構成してもよい。

本発明の実施形態及び変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…測距装置
１２…発光部
１４…受光部
１６…測距部
２０…発光部材
２２…走査部材
２４…制御部
２６…記憶部
３０…算出部
３２…補完部
Ｄ１_ｎ、Ｄ１_ｍ…測距方向
Ｄ２_ｍ…未測距方向
Ｌ…測距光
ＭＬ１_ｎ、ＭＬ１_ｍ…測定距離
ＭＬ２_ｍ…未測定距離
ＭＴ…測距対象
Ｒｔ１、Ｒｔ２…比率
Ｔｈ…距離用閾値

Claims (4)

1. 複数の測距方向に測距光を発光する発光部と、
   測距対象が反射した前記測距光を受光すると受光情報を送信する受光部と、
   前記発光部に発光指示を送信するとともに、前記受光部から前記受光情報を受信して、前記発光と前記受光との時間差に基づいて前記測距対象までの距離である測定距離を算出する算出部と、
   前記複数の測距方向間の未測距方向の未測定距離を、前記未測距方向の両側で隣接する測距方向の前記測定距離を用いて補完する補完部と、
   を備え、
   前記補完部は、
   前記未測距方向の両側で隣接する前記測距方向の前記測定距離の差である距離差に応じて決定した補完処理に基づいて、前記未測定距離を補完することにより、走査方向の分解能を向上させた、測距装置。
2. 前記補完部は、両側で隣接する前記測距方向の前記測定距離のうち短い前記測定距離、及び、前記距離差に応じて、前記補完処理を決定する
   請求項１に記載の測距装置。
3. 前記発光部は、放射状に沿った前記複数の測距方向に前記測距光を発光する
   請求項１または２に記載の測距装置。
4. 前記補完部は、
   前記距離差が予め定められた第１範囲の場合、第１補完処理によって前記未測定距離を算出して、
   前記距離差が前記第１範囲よりも大きい第２範囲の場合、両側で隣接する前記測距方向の前記測定距離のうちの長い前記測定距離に乗算する重みに対する短い前記測定距離に乗算する重みの比率が前記第１補完処理における当該比率よりも大きい第２補完処理によって前記未測定距離として算出する
   請求項１から３のいずれか１項に記載の測距装置。

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