JP7210915B2 - 距離測定装置、移動体装置及び距離測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、距離測定装置、移動体装置及び距離測定方法に関する。

従来、発光信号に基づいて発光する光源を含む投光系と、該投光系から投光され物体で反射された光を受光し、その受光量に応じた電気信号を出力する光検出系と、該光検出系から出力された電気信号を処理する信号処理系とを有し、発光信号及び信号処理系の出力信号に基づいて、物体までの距離を測定する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に開示されている装置では、高コスト化を抑制しつつ、物体で反射され光検出系で受光される光の強度によらず高精度な測定を可能とすることに関して改善の余地があった。

本発明は、発光信号に基づいて発光する光源を含む投光系と、前記投光系から投光され物体で反射された光を受光し、その受光量に応じた電気信号を出力する光検出系と、前記光検出系から出力された前記電気信号を処理する処理回路を含む信号処理系と、前記発光信号及び前記信号処理系の出力信号に基づいて、前記物体までの距離を算出する演算系と、を備え、前記演算系は、前記電気信号の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切り、かつ前記電気信号の電圧の立ち上がりが前記閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２をそれぞれ横切る２つの点を通る直線の傾きが所定値以上の場合に、前記傾きに基づいて前記距離を算出す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、高コスト化を抑制しつつ、物体で反射され光検出系で受光される光の強度によらず高精度な測定が可能である。

一実施形態に係る物体検出装置の概略構成を示す図である。 図２（Ａ）は、投光光学系、同期系を説明するための図であり、図２（Ｂ）は、受光光学系を説明するための図であり、図２（Ｃ）は、ＬＤ１１から反射ミラーまでの光の光路、及び反射ミラーから時間計測用ＰＤまでの光の光路を概略的に示す図である。 同期信号とＬＤ駆動信号を示すタイミング図である。 図４（Ａ）は、射出光パルスと反射光パルスを示すタイミング図であり、図４（Ｂ）は、２値化後の射出光パルスと反射光パルスを示すタイミング図である。 Ｔｒ測距、Ｔｍ測距について説明するための図である。 黒幕を用いた受光信号のピークについて説明するための図である。 ３ｍと６ｍの距離にある黒幕を用いたＴｒ測距値を示す図である。 受光信号が飽和しているときのコメット現象について説明するための図である。 同一距離にある反射率が異なる複数の物体それぞれに光を照射したときの受光信号の立ち上がりの延長線が交差する点の時刻Ｐ０と電圧（Ｐ０交差電圧）について説明するための図である。 受光信号の立ち上がりの傾きの求め方を説明するための図である。 ３０ｍ～７０ｍでの測距誤差の補正式について説明するための図である。 受光信号が閾値Ｖｔｈ１のみを横切る場合のＴｒ測距について説明するための図である。 受光信号が飽和しないときのＴｍ測距について説明するための図である。 実際に観測されたコンパレータ波形を説明するための図である。 ３０ｍでの測距誤差の補正式について説明するための図である。 ３０ｍ～７０ｍでの測距誤差の補正式について説明するための図である。 レーザに１２層のＶＣＳＥＬを用いた試作品を説明するための図（その１）である。 レーザに１２層のＶＣＳＥＬを用いた試作品を説明するための図（その２）である。 レーザに１２層のＶＣＳＥＬを用いた試作品において、３０ｍ～７０ｍでの測距誤差の補正式について説明するための図である。 測距誤差の補正式を以て各パルス幅にてＴｍ傾き補正を行った測距誤差を、補正前と比較した結果を説明するための図である。 受光信号の立ち上がりの傾きとパルス幅の関係を示す図である。 センシング装置について説明するための図である。 測距処理１について説明するための図である。 測距処理２について説明するための図である。 測距処理３について説明するための図である。 測距処理４について説明するための図である。 測距処理５について説明するための図である。 測距処理６について説明するための図である。 測距処理７について説明するための図である。 ２つの黒幕を用いた実験の態様と、２つの黒幕に対する理想的な測距結果を示す図である。 第２の飽和の場合のＰ０測距値と実距離の対応関係を表す検量線を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態の物体検出装置１００について、図面を参照して説明する。

図１には、物体検出装置１００の概略的構成がブロック図にて示されている。

物体検出装置１００は、一例として、移動体としての車両に搭載され、投光し、物体（例えば先行車両、停車車両、障害物、歩行者等）で反射（散乱）された光を受光して該物体の有無や、該物体までの距離等の物体に関する情報（以下では「物体情報」とも呼ぶ）を検出する走査型レーザレーダである。物体検出装置１００は、例えば車両のバッテリ（蓄電池）から電力の供給を受ける。
すなわち、物体検出装置１００は、物体有無判定装置や距離測定装置（測距装置）や物体認識装置として機能する。

物体検出装置１００は、図１に示されるように、投光系１０、光検出系４０、信号処理系４１、時間計測部４５（演算系の一部）、測定制御部４６（演算系の一部）、同期系５０、物体認識部４７などを備えている。

投光系１０は、光源としてのＬＤ１１（レーザダイオード）、ＬＤ駆動部１２、投光光学系２０を含む。

ＬＤ１１は、端面発光レーザとも呼ばれ、ＬＤ駆動部１２により駆動され、レーザ光を射出する。ＬＤ駆動部１２は、測定制御部４６から出力されるＬＤ駆動信号（矩形パルス信号）を用いてＬＤ１１を点灯（発光）させる。ＬＤ駆動部１２は、一例として、ＬＤ１１に電流を供給可能に接続されたコンデンサ、該コンデンサとＬＤ１１との間の導通／非導通を切り替えるためのトランジスタ、該コンデンサを充電可能な充電手段等を含む。測定制御部４６は、自動車のＥＣＵ（エレクトロニックコントロールユニット）からの測定制御信号（測定開始信号や測定停止信号）を受けて測定開始や測定停止を行う。

なお、上記光源としてＬＤ１１を用いているが、これに限られない。例えば、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）、有機ＥＬ素子、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤやＶＣＳＥＬ以外のレーザ等の他の発光素子を用いても良い。

図２（Ａ）には、投光光学系２０、同期系５０が模式的に示されている。図２（Ｂ）には、受光光学系３０が模式的に示されている。以下では、図２（Ａ）等に示されるＺ軸方向を鉛直方向とするＸＹＺ３次元直交座標系を適宜用いて説明する。

投光光学系２０は、図２（Ａ）に示されるように、ＬＤ１１からの光の光路上に配置されたカップリングレンズ２２と、該カップリングレンズ２２を介した光の光路上に配置された反射ミラー２４と、該反射ミラー２４で反射された光の光路上に配置された偏向器としての回転ミラー２６と、を含む。ここでは、装置を小型化するために、カップリングレンズ２２と、偏向器としての回転ミラー２６との間の光路上に反射ミラー２４を設けて光路を折り返している。

そこで、ＬＤ１１から射出された光は、カップリングレンズ２２により所定のビームプロファイルの光に整形された後、反射ミラー２４で反射され、回転ミラー２６でＺ軸周りに偏向される。

回転ミラー２６でＺ軸周りの所定の偏向範囲に偏向された光が投光光学系２０から投射された光、すなわち物体検出装置１００から射出された光である。

回転ミラー２６は、回転軸（Ｚ軸）周りに複数の反射面を有し、反射ミラー２４からの光を回転軸周りに回転しながら反射（偏向）することで該光により上記偏向範囲に対応する有効走査領域を水平な１軸方向（ここではＹ軸方向）に１次元走査する。ここでは、偏向範囲、有効走査領域は、物体検出装置１００の＋Ｘ側である。以下では、回転ミラー２６の回転方向を「ミラー回転方向」とも呼ぶ。

回転ミラー２６は、図２（Ａ）から分かるように、反射面を２面（対向する２つの面）有しているが、これに限らず、１面でも３面以上でも良い。また、少なくとも２つの反射面を設け、回転ミラーの回転軸に対して異なった角度で傾けて配置して、走査・検出する領域をＺ軸方向に切り替えることも可能である。

なお、偏向器として、回転ミラーに代えて、例えば、ポリゴンミラー（回転多面鏡）、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー等の他のミラーを用いても良い。

光検出系４０は、図２（Ｂ）及び図１に示されるように、投光光学系２０から投射され有効走査領域内にある物体で反射された光が入射される受光光学系３０と、該受光光学系３０を介した光を受光する時間計測用ＰＤ４２と、該時間計測用ＰＤ４２の出力電流（光電流）を電圧信号（受光信号）に変換するＩＶ変換器４３（電流電圧変換器）と、を含む。なお、「ＰＤ」はフォトダイオードの略称である。

受光光学系３０は、図２（Ｂ）に示されるように、投光光学系２０から投射され有効走査領域内にある物体で反射された光を反射する回転ミラー２６と、該回転ミラー２６からの光を反射する反射ミラー２４と、該反射ミラー２４からの光の光路上に配置され、該光を後述する時間計測用ＰＤ４２に結像させる結像光学系と、を含む。

ここで、投光光学系２０と受光光学系３０は同一筐体内に設置されている。この筐体は、投光光学系２０からの射出光の光路上及び受光光学系３０への入射光の光路上に開口部を有し、該開口部がウィンドウ（光透過窓部材）で塞がれている。ウィンドウは例えばガラス製、樹脂製とすることができる。

図２（Ｃ）には、ＬＤ１１から反射ミラー２４までの光路と、反射ミラー２４から時間計測用ＰＤ４２までの光路が示されている。

図２（Ｃ）から分かるように、投光光学系２０と受光光学系３０は、Ｚ軸方向に重なるように配置されており、回転ミラー２６と反射ミラー２４は、投光光学系２０と受光光学系３０で共通となっている。これにより、物体上におけるＬＤ１１の照射範囲と時間計測用ＰＤ４２の受光可能範囲の相対的な位置ずれを小さくでき、安定した物体検出を実現できる。

そこで、投光光学系２０から投射され物体で反射された光は、回転ミラー２６、反射ミラー２４を介して結像光学系に導かれ、該結像光学系により時間計測ＰＤ４２に集光する（図２（Ｂ）参照）。図２（Ｂ）では、装置を小型化するために、回転ミラー２６と結像光学系との間に反射ミラー２４を設けて光路を折り返している。ここでは、結像光学系は２枚のレンズ（結像レンズ）で構成されているが、１枚のレンズとしても良いし、３枚以上のレンズとしても良いし、ミラー光学系を用いても良い。

信号処理系４１は、ＩＶ変換器４３からの電圧信号を増幅する信号増幅器としてのオペアンプ４８と、該オペアンプ４８で増幅された電圧信号を閾値（閾値電圧）を基準に二値化し、該電圧信号が閾値を超えている間、ハイレベル信号を検出信号として時間計測部４５に出力する、コンパレータを含む二値化回路４４と、を含む。

同期系５０は、図２（Ａ）及び図１に示されるように、ＬＤ１１から射出されカップリングレンズ２２を介して反射ミラー２４で反射された光であって回転ミラー２６で偏向され反射ミラー２４で再び反射された光の光路上に配置された同期レンズ５２と、該同期レンズ５２を介した光の光路上に配置された同期検知用ＰＤ５４と、該同期検知用ＰＤ５４の出力電流（光電流）を電圧信号に変換するＩＶ変換器５３（電流電圧変換器）と、該ＩＶ変換器５３からの電圧信号を増幅する信号増幅器としてのオペアンプ５５と、該オペアンプ５５からの電圧信号を閾値を基準に二値化し、該電圧信号が閾値を超えている間、ハイレベル信号を同期信号として測定制御部４６に出力する、コンパレータを含む二値化回路５６と、を含む。

詳述すると、反射ミラー２４は、上記偏向範囲に対して回転ミラー２６の回転方向上流側に配置され、回転ミラー２６で上記偏向範囲の上流側に偏向された光が入射される。そして、回転ミラー２６で偏向され反射ミラー２４で反射された光が同期レンズ５２を介して同期検知用ＰＤ５４に入射される。

なお、反射ミラー２４は、上記偏向範囲に対して回転ミラー２６の回転方向下流側に配置されても良い。そして、回転ミラー２６で偏向され反射ミラー２４で反射された光の光路上に同期系５０が配置されても良い。

回転する回転ミラー２６の反射面で反射された光が同期検知用ＰＤ５４で受光される度に同期検知用ＰＤ５４から光電流が出力される。この結果、二値化回路５６からは定期的に同期信号が出力される（図３参照）。

このように回転ミラー２６からの光を同期検知用ＰＤ５４に照射するための同期点灯を行うことで、同期検知用ＰＤ５４での受光タイミングから、回転ミラー２６の回転タイミングを得ることが可能となる。

そこで、ＬＤ１１を同期点灯してから所定時間経過後にＬＤ１１をパルス点灯することで有効走査領域を光走査することができる。すなわち、同期検知用ＰＤ５４に光が照射されるタイミングの前後期間にＬＤ１１をパルス点灯することで有効走査領域を光走査することができる。

なお、同期系は、同期レンズを有していなくも良いし、他の光学素子（例えば集光ミラー）を有していても良い。

ここで、時間計測や同期検知に用いる受光素子としては、上述したＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）の他、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、ガイガーモードＡＰＤであるＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）等を用いることが可能である。ＡＰＤやＳＰＡＤは、ＰＤに対して感度が高いため、検出精度や検出距離の点で有利である。

測定制御部４６は、二値化回路５６からの同期信号に基づいてＬＤ駆動信号を生成し、該ＬＤ駆動信号をＬＤ駆動部１２及び時間計測部４５に出力する。

すなわち、ＬＤ駆動信号は、同期信号に対して遅延した発光信号（ＬＤを発光させるためのパルス信号）である（図３参照）。
ＬＤ駆動信号がＬＤ駆動部１２に入力されると、ＬＤ駆動部１２からＬＤ１１に駆動電流が印加され、ＬＤ１１からパルス光が出力される。なお、ＬＤ１１の安全性やＬＤ１１の耐久性の観点からＬＤ１１の発光のデューティが制限されるため、ＬＤ１１から出力されるパルス光はパルス幅が狭い方が望ましく、該パルス幅は、一般に１０ｎｓ～数十ｎｓ程度に設定される。また、パルス間隔は一般に数十μ秒程度である。

時間計測部４５は、ＬＤ駆動信号の立ち上がりタイミング（ＬＤ１１の発光タイミング）及び二値化回路４４からの検出信号（ハイレベル信号）に基づいて、測定対象の物体までの往復時間を計測し、該往復時間を時間計測結果として測定制御部４６に出力する。

測定制御部４６は、時間計測部４５からの時間計測結果に光速を乗じて距離に換算することで物体までの往復距離を算出し、該往復距離の１／２を距離データとして物体認識部４７に出力する。

物体認識部４７は、測定制御部４６からの１走査もしくは複数の走査で取得した複数の距離データに基づいて、どこに物体があるかを認識し、その物体認識結果を測定制御部４６に出力する。測定制御部４６は、該物体認識結果をＥＣＵに転送する。

ＥＣＵは、転送された物体認識結果に基づいて、例えば自動車の操舵制御（例えばオートステアリング）、速度制御（例えばオートブレーキ）等を行う。

ここで、ＬＤ駆動部１２は、回転ミラー２６によって有効走査領域が走査されるとき、ＬＤ１１を駆動して（発光させて）、図４（Ａ）に示されるようなパルス光（以下では「射出光パルス」とも称する）を射出させる。そして、ＬＤ１１から射出され物体で反射（散乱）されたパルス光（以下では「反射光パルス」とも称する）が時間計測用ＰＤ４２（図４（Ａ）では受光素子としてＰＤの代わりにＡＰＤを用いている）で受光される。

ＬＤ１１が射出光パルスを射出してから、ＡＰＤで反射光パルスを受光するまでの時間ｔを計測することで、物体までの距離を算出することが可能である。時間計測に関しては、例えば、図４（Ｂ）に示されるように、射出光パルスをＰＤ等の受光素子で受光して光電変換後、電流電圧変換して（さらには必要に応じて信号増幅して）得られた電圧信号を二値化して矩形パルスとし、反射光パルスをＡＰＤで受光して光電変換後、電流電圧変換して（さらには必要に応じて信号増幅して）得られた電圧信号（受光信号）を二値化して矩形パルスとし、両矩形パルスの立ち上がりタイミング間の時間ｔを時間計測部で計測しても良いし、射出光パルス、反射光パルスの波形をＡ／Ｄ変換してデジタルデータに変換し、両波形のデジタルデータを相関演算することで、時間ｔを計測することも可能である。

ところで、受光信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）する回路としてＡ／Ｄコンバータがある。受光信号（アナログ信号）を微分する微分回路に、このＡ／Ｄコンバータを用いることで受光信号のピーク位置（ピークの時刻）を求めることが可能であり該ピーク位置を用いることで正確な測距ができる。しかしながら、受光信号のピークの大きさが微分回路の出力できる範囲を超えると、微分回路から出力される信号が飽和するため、ピーク位置を求めることができず、正確な測距ができなくなってしまう。

近距離にある反射率が高い物体（以下では「近距離高反射物体」とも呼ぶ）からの反射光の強度は強く（信号レベルが高く）、遠距離にある反射率が低い物体（以下では「遠距離低反射物体」とも呼ぶ）からの反射光の強度は弱い（信号レベルが低い）。信号処理系内の回路（例えば信号増幅器としてのオペアンプ４８が該当）から出力される信号の飽和を回避するためには信号処理系内の回路の出力可能レベルを信号レベルが高い近距離高反射物体からの反射光の信号レベルに合わせることが一般的である。この場合、測距装置としては、近距離高反射物体に測距レンジを合わせた装置となる。
しかしながら、このような測距装置は、少なくとも遠距離低反射物体に対しての測距には適さない装置になってしまう。
さらに、Ａ／Ｄコンバータは非常に高価であり、装置のコストアップを招いてしまう。

そこで、発明者らは、近距離高反射物体から遠距離低反射物体まで高精度な測距が可能であり、Ａ／Ｄコンバータ等の高価な素子を用いない安価な距離測定装置（測距装置）を実現するために装置開発を行った。そして、装置開発において、以下に詳述するような物体の反射率の違いによる測距誤差や、ゴーストの発生を含めた不正確な測距結果をもたらす現象を解決しなければならなかった。

ここで、その解決策について説明する前に、物体検出装置１００で実施される測距方法、光検出系４０や信号処理系４１を構成する回路素子における信号の電圧の飽和／非飽和などについての説明を行う。
物体検出装置１００では、ＬＤ１１から射出され物体で反射され戻ってきた反射光パルスの受光タイミングを、該反射光パルスに基づく受光信号が所定の閾値Ｖｔｈを横切るタイミングに基づいて設定し、ＬＤ１１の発光タイミングから受光タイミングまでの時間から、当該物体までの距離を求める。

そこで、先ず、受光タイミングの設定が異なるＴｒ測距とＴｍ測距について、図５を参照して説明する。
Ｔｒ測距では、発光タイミングから、受光信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈを上回る（横切る）タイミング（受光タイミング）までの時間Ｔｒを距離に換算する。
Ｔｍ測距では、発光タイミングから、受光信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈを上回る（横切る）タイミングと該受光信号の立ち下がりが閾値Ｖｔｈを下回る（横切る）タイミングの中間のタイミング（受光タイミング）までの時間Ｔｍを距離に換算する。

次に、光検出系４０や信号処理系４１を構成する回路素子における信号の電圧の飽和／非飽和について説明する。
先ず、図６に示される、実験で得られた測距データにおいて、同軸ケーブルを通じて観測されるオシロスコープの信号は、近距離（例えば１０～４０ｍ）にターゲット（測定対象物）としての黒幕を設置したときには１．２Ｖ付近で電圧が飽和し、ピークが確認できない飽和波形となっている。これは、回路素子としてのオペアンプがそれ以上の電圧を出力できなくなるために生じる現象である。
一方、遠距離（例えば４０～７０ｍ）にターゲットとしての黒幕を設置したときには、該黒幕からの反射光の光量が少なくなるため、信号のピークが確認できる非飽和波形となっている。
この実験で用いられている黒幕は、８７０ｎｍの波長に対して１０％程度の反射率を持つものである。信号の電圧が飽和するとそのパルス幅は広がっていくので、安価な装置を提供するためにＡ／Ｄコンバータを搭載しない場合、基本的にはＴｒ測距を行う必要がある。その理由については後述する。
なお、上記実験では、一例として黒幕をターゲットとして用いて測距が行われているが、より反射率の高い他の色のターゲット（例えば白幕）を用いて測距を行っても良い。

図６のように受光信号が飽和する原因としては、光検出系４０の回路素子であるＩＶ変換器４３や信号処理系４１の回路素子であるオペアンプ４８を遠距離にある物体や反射率が低い物体でも測定できるようなレンジに設定することで、近距離にある物体や反射率が高い物体からの強い反射光の受光により当該回路素子において電圧が飽和することが挙げられる。

装置にＡ／Ｄコンバータを搭載しない場合であって、電圧の飽和が生じるような設定の回路素子を用いて物体までの距離を測定した場合、該物体のエッジ部から後方へと多数のゴーストが生じることがあり、それはあたかも彗星の尾のように見える。そこで、このような現象を、本明細書では、便宜上「コメット現象」と称する。コメット現象が生じると距離画像（画素毎の距離情報を統合した画像）上で非常に目障りであり、実体とゴーストとの区別がつかなくなるため移動体からの物体認識を行う場合に誤認が発生するおそれがある。

コメット現象を大きく分類すると次の２種類となる。
（１）光検出系４０や信号処理系４１において受光信号が飽和しているときのコメット現象（以下では「飽和コメット」とも呼ぶ）
（２）光検出系４０や信号処理系４１において受光信号が非飽和のときのコメット現象（以下では「非飽和コメット」とも呼ぶ）

以下では、各コメット現象の原因を明らかにし、その解決策を提示する。
なお、これらのコメット現象は、同一距離にある反射率が異なる複数の物体について測距するときに生じる測距誤差ついても同様の原理に起因する問題となるため、その解決策も同様である。

先ず、飽和コメットについて図７、図８の実験データ等を用いて説明する。図７の実験データは、３ｍと６ｍの距離にそれぞれターゲット（測定対象物）としての黒幕を水平方向にずらして置き（図３０上図参照）、両黒幕をＴｒ測距した結果である。図７の横軸は０．１°ずつ水平方向に画角を振った角度であり、縦軸はＴｒ測距で得られた測距値である。
図７から分かるように、３ｍと６ｍの距離にある黒幕の間（角度０°付近）では測距値は３ｍから６ｍへ直ちに遷移せず、３ｍと６ｍの間の測距値が徐々に表れて、ゴーストとなるコメット現象が発生している。
一方、飽和コメットが発生しない理想的な測距を想定した場合、３ｍと６ｍの距離にある黒幕の間（角度０°付近）では測距値は３ｍから６ｍへ直ちに遷移する（図３０下図参照）。

次に、飽和コメットの問題をより複雑にしている現象を図８に示されるオシロスコープで観測した波形を用いて説明する。
図８には、左側の３ｍの距離にある黒幕から右側の６ｍの距離にある黒幕へと０．１°の画角ずつ移動して測距したとき（図３０上図参照）の画角毎の飽和した受光信号の波形（以下では「受光波形」とも呼ぶ）が示されている。
この際、飽和した受光波形の立ち上がり部の傾きは３ｍの距離にある黒幕を測距したときの大きさから徐々に小さくなり最小になった後、徐々に大きくなり６ｍの距離にある黒幕を測距したときの大きさになる。
すなわち、３ｍと６ｍの距離にある黒幕をそれぞれ測距したときの飽和した受光信号の立ち上がり部の中間部にゴーストとなる立ち上がり部が確認できる。
なお、受光波形の立ち上がり部は、ＬＤ１１の微分抵抗や、ＬＤ１１及びＬＤ駆動部１２の寄生容量の影響により投光波形（発光パルス）の立ち上がりが鈍るため、厳密には直線ではなく曲線となるが、ほぼ直線で近似することが可能である。そこで、本明細書においては、便宜上、受光波形の立ち上がり部（受光信号の立ち上がり）上の２点の直線の傾きを「受光波形の立ち上がり部の傾き」もしくは「受光信号の立ち上がりの傾き」とも呼ぶ。また、幾つかの図においても、便宜上、受光波形の立ち上がりや立ち下りを直線で表している。また、以下では、「受光信号の立ち上がりの傾き」や「受光波形の立ち上がり部の傾き」を単に「傾き」とも呼ぶ。

このとき、閾値ＶｔｈでＴｒ測距にて距離を算出する場合、３ｍの距離にある黒幕を測距したときの飽和した受光波形も６ｍの距離にある黒幕を測距したときの飽和した受光波形も徐々に測距値が変化し、それらの受光波形の中間部においても明らかにゴースト（コメット）が生じていると分かる。

このようなコメット現象は、図８に示されるように３ｍの距離にある黒幕から６ｍの距離にある黒幕へと照射ビームのスポット位置が移動するに従って、両黒幕の間において、３ｍの距離にある黒幕からの反射波が該黒幕の端部で徐々に弱くなることで飽和した受光波形の立ち上がり部の傾きが徐々に小さくなり最小になった後、６ｍの距離にある黒幕からの反射波が該黒幕の端部で徐々に強くなることで飽和した受光波形の立ち上がりが徐々に大きくなることに起因する。
なお、上記のように黒幕からの反射波が黒幕の端部で徐々に弱くなったり、強くなったりするのは、照射ビームのスポット位置が黒幕の端部付近を移動するときに該端部への照射ビームのスポットの大きさが変化することによる。

また、このコメット現象は、同一距離にある反射率が異なる複数のターゲット間の測距値の差異（測距誤差）の原因にもなっている。この測距誤差もコメット現象もその原因は同じであるため、以下では受光波形の立ち上がり部の傾きの違いと測距値の補正方法について統一して論じる。

図９に示されるように１つの閾値Ｖｔｈのみを用いてＴｒ測距を行うと、同一距離にある反射率が異なる複数のターゲット間でＴｒの値が異なり測距値に誤差が生じる。
そこで、発明者らは、同一距離にある反射率が異なる複数のターゲットの測距を行うと、ターゲット間で受光波形の立ち上がり部の傾きが異なり、高い反射率のターゲットでは大きな傾きとなり、低い反射率のターゲットでは小さな傾きとなることに着目した。

さらに、発明者らは、図９のように同一距離にある反射率が異なる複数のターゲットの受光波形の立ち上がり部を負の電圧側に延長すると、その延長線が発光信号の立ち上がりタイミングを基準（時刻０）としたある時刻Ｐ０で負の所定電圧と交差することを見出した。そこで、以下では、この所定電圧を「Ｐ０交差電圧」とも呼ぶ。また、以下では、発光信号の立ち上がりタイミングから時刻Ｐ０までの時間を「Ｐ０」とも呼ぶ。
すなわち、同一距離にある複数のターゲットの反射率が異なっていても、図９に示されるＰ０という、謂わば、複数のターゲットの受光波形の立ち上がり部の原点の時刻を求めることによりターゲット間で同一の測距値を得ることが可能となる。
具体的には、任意の時刻Ｐ０から得られる距離（任意の時間Ｐ０を距離に換算した値の１／２）と実際のターゲットまでの距離（実距離）との関係を表す検量線を予め取得しておけば、測定時にＰ０を求めることにより同一距離にある反射率が異なる複数のターゲット間で誤差のない正確な測距が可能となる。

次に、上述のようなＰ０を用いる測距（以下では「Ｐ０測距」とも呼ぶ）について詳述する。
図１０に、受光波形の立ち上がり部の傾きを求めるための要素が示されている。
ここでは、受光波形の立ち上がり部の傾きを求めるために２つの閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２と、該立ち上がり部が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２をそれぞれ横切る時間Ｐ１、Ｐ２を用いて、次の（１）式のように立ち上がり部の傾きを求めることができる。
立ち上がり部の傾き＝（Ｖｔｈ２－Ｖｔｈ１）/（Ｐ２－Ｐ１）・・・（１）
なお、Ｖｔｈ１は、光検出系４０において受光時に発生するショットノイズのピークを若干超える値（例えば０．３Ｖ程度）に設定されている。Ｖｔｈ２は、オペアンプ４８における飽和電圧（例えば１．２Ｖ）よりもやや小さな値（例えば０．９Ｖ程度）に設定されている。

ここで、図１０に示されるようにある受光波形の立ち上がり部を負の電圧側に延長して、ある設定されたＰ０交差電圧と交差する点の、発光信号（例えばＬＤ駆動信号）の立ち上がりタイミングを基準とした時刻Ｐ０は、次の（２）式で求めることができる。
Ｐ０＝Ｐ２+（Ｐ０交差電圧－Ｖｔｈ２）／傾き・・・（２）

このＰ０を求めるために様々な反射率となるターゲットを様々な距離（実距離）に設置し、Ｐ０交差電圧をある値に設定して測距する。
そして、Ｐ０の信頼性を担保するために、同一距離にある反射率が異なる複数のターゲット間で実距離とＰ０から得られる測距値（以下では「Ｐ０測距値」とも呼ぶ）との誤差の標準偏差が最も小さくなるようにＰ０交差電圧を細かく調整し、Ｐ０交差電圧を決定する。

Ｐ０交差電圧を決定した後に反射率、距離毎にＰ０を改めて求め、任意のＰ０から得られる測距値と実距離との対応関係を表す検量線（図３１参照）を取得することで、ターゲットの反射率に測距値が影響を受けない距離測定装置を実現するこができる。
さらに、Ｐ０測距により、ターゲット端部にて反射波の強度が徐々に弱くなったり、強くなったりすることに起因するコメット現象（飽和コメット）も同時に解決できる。
このように、Ｐ０測距は、同一距離にある複数のターゲットの反射率が異なっていてもターゲット間で測距値が変わらず、ターゲットの反射率によらず該ターゲットまでの距離毎に正確な測距値を得ることができるが、やや煩雑である。

そこで、ターゲットの反射率に測距結果が影響を受けない、より簡便な測距方法として、受光波形の立ち上がり部の傾きを用いてＴｒ測距で得られる測距値（以下では「Ｔｒ測距値」とも呼ぶ）を補正する測距方法も考えられる。
この測距方法は、Ｐ０を用いる測距方法に比べて若干測距精度が下がるものの、十分な実用性を有しており、同様にコメット現象の解決及び反射率の違いによる測距誤差の解消が可能である。

以下に、受光波形の立ち上がり部の傾きを用いてＴｒ測距値を補正する測距方法について具体的に説明する。
図１１には、様々な反射率のターゲットを３０～７０ｍの範囲内の様々な距離に設置して測距したときの測距毎の受光信号の立ち上がりの傾きと、反射率、距離毎のＴｒ測距値と実際の距離（実距離）の差（測距誤差）との関係が示されている。

図１１に示されるように、様々な反射率のターゲットを様々な距離に設置して測距しても受光信号の立ち上がりの傾きと測距誤差で決まる点は、ほぼ同じ曲線に乗ることが分かっている。

これは、どのような反射率を持つターゲットがどのような距離にあってもＴｒ測距値を１つの補正式で補正できることを意味している。図１１中の曲線の近似式は、図１１中のような対数の補正式となる。この補正式では、ｘに受光信号の立ち上がりの傾きの値を入力するとその受光信号の測距誤差の値（ｙ）が出力され、その値（ｙ）をＴｒ測距値から差し引くことで補正された正確な距離が得られる。

以上説明した２つの測距方法は、Ａ／Ｄコンバータを用いない安価な装置構成によって光検出系４０や信号処理系４１において信号の電圧飽和が生じても正確な測距を行うことができる。

なお、以上では、受光信号が飽和している場合を例にとって説明したが、受光信号が飽和していない場合も、受光波形の立ち上がり部の傾きには同様な特性がある。
つまり、受光信号の飽和／非飽和によらず、受光信号が２つの閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合には、該受光信号の立ち上がりの傾きを求めることができ、該傾きを用いてターゲットの反射率に測距結果が影響を受けない正確な測距（Ｐ０測距や、Ｔｒ測距値を該傾きで補正する測距方法）を行うことができる。

次に、上記非飽和コメットについて説明する。
非飽和コメットには、受光信号のピークが上側の閾値Ｖｔｈ２を超える場合（非飽和コメットＡ）と、受光信号のピークが下側の閾値Ｖｔｈ１のみを超える場合（非飽和コメットＢ）の２通りがある。

非飽和コメットＡでは、受光信号の立ち上がりの傾きを求めることができるため、飽和コメットの場合と同様にＰ０測距やＴｒ測距によって正確な測距を行うことができる。

前述したように、本発明者らは飽和状態にあるターゲットにおいて、立ち上がりの傾きを用いて距離を補正する発明を行った。しかしながら、ここで示される距離補正の発明は、Ｖｔｈ２を超える高い反射率を持つ大きな信号にとって有効であり、非飽和となってＶｔｈ２以下の弱い信号では立ち上がり傾きを求めることはできず、非飽和状態での信頼性の高い距離補正方法が必要であった。

以下に、非飽和状態での補正を考える。
Ｖｔｈ２よりも小さな非飽和ピークを示すコメット補正では、Ｖｔｈ２を用いた立ち上がりの傾き補正式が使えない（図１２参照）。

傾きを用いた補正式が適用できないためにＶｔｈ１だけでのＴｒ測距を行うことになるが、それでは非飽和となる反射率の異なる同一距離にある２つのターゲットは、Ｔｒ１とＴｒ２のように異なる測距値を示す（図１２参照）ことになり、非飽和ピークで測距を行う場合、Ｔｒ測距は使えない。

そこで、ピークの大きさが変わってもその測距値が基本的に変わらないＴｍ値（図１３参照）を用いることが一般的である。Ｔｍとは図１０におけるＰ１とＰ４の中間点であり、（Ｐ１＋Ｐ４）／２で表される。非飽和ピークではＴｍを用いてターゲット実距離と測距値との関連について検量線を作成し、それから求めた補正式を用いることで測距補正を行う。

しかしながら、現実のコンパレータから直接観察した波形としては、一例として図１３に示されるような左右対称のきれいな波形とはならず、同じ距離の反射率が違うターゲットは同じＴｍ測距値を示すと限らない。

図１４に示されるように、実際に観測されたコンパレータ波形では反射率の違いによってその波形形状が異なり、Ｐ１とＰ４との中間地点であるＴｍがずれている様子がわかる。

そこで、距離が３０ｍの位置に設置された反射率の異なるターゲットを測距し、そのＴｍで求められる測距値と実際の距離（ここでは３０ｍ）との誤差（測距誤差）を求めた。その結果の一例が図１５に示されている。図１５では、横軸はパルス幅で示されている。ここでパルス幅は反射率の強度と同義である。すなわち、大きなパルス幅は大きな反射率であることを示している。なお、ここで測定されたターゲットからの信号は全て非飽和となる弱い反射強度で比較している。

この手法の有用なところは、コンパレータからの波形を用いて算出しているため、距離を３０ｍから７０ｍまで１０ｍごと変化させて測距した実験においても、一例として図１６に示されるように、そのプロットはほぼ直線上に乗り、図１５とほぼ同じ直線で表されることになった。すなわち、どのような距離であるかに関係なく、そのコンパレータの特性は同じ数式で補正できることが分かった。

コンパレータからの波形を用いる本手法は、マルチレーザを用いた多層ＬｉＤＡＲ（Ｌａｓｅｒ ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ：レーザ画像検出と測距）においても全ての層で同じ式が適用できる。例えば、図２に示されるように１本のレーザ（１レイヤー）のＬｉＤＡＲならば、水平方向に１レイヤー走査だけであるが、一例として図１７に示されるように、レーザに１２層のＶＣＳＥＬを用いた本実施例の試作品では、鉛直方向（ここではＺ軸方向）に対しても互いに異なる角度を持たせて各レイヤーから光を射出させる（図１８参照）ことが可能である。しかもターゲットは３０～７０ｍでの結果であり、異なった距離でも同じ式を適用できる証明ともなっている。

図１９には、１２レイヤーの試作品における最上端のレイヤー１（ＶＣＳＥＬ１）、中心付近のレイヤー７（ＶＣＳＥＬ７）、最下端のレイヤー１２（ＶＣＳＥＬ１２）におけるＴｍ測距の例が示されている。これらの離れたレイヤーにおいてもそのパルス幅（反射強度）とＴｍ測距誤差との関係はほぼひとつの直線に乗り、一つの式であらわされることが分かった。また、ここでは煩雑さを避けるために省略したが、レイヤー２～６、８～１１についても同じ挙動であった。

図２０には、距離が６０ｍの位置に設置された反射率の異なるターゲットを測距し、そのＴｍで求められる測距値と実際の距離（ここでは６０ｍ）との誤差（測距誤差）に対して、上記補正式を用いて各パルス幅にてＴｍ傾き補正を行った結果が、補正前（すなわちＴｍ値）とともに示されている。なお、ここでは、Ｔｍはオフセットで管理するため、Ｔｍ補正前のデータは最もパルス幅が大きい場合のＴｍ測距値を基準点とし、そこからパルス幅が小さくなることでどれほど測距値がずれるかを示している。また、Ｔｍ補正は実距離（６０ｍ）と補正後の値とのずれ量の絶対値を測距誤差として表している。

ここでは距離が６０ｍの位置にターゲットが設置されている場合について説明したが、図１６及び図１９に示されるように、Ｔｍ測距誤差は距離によらずパルス幅だけで決められるので、図２０に示される結果も距離によらないことが分かる。

以上の説明から分かるように、正確な測距値を得るために、受光信号の飽和／非飽和や、受光信号のピークが閾値Ｖｔｈ２を超えるか否か（二値化回路の出力により判定可能）によって、測距方式として、Ｐ０測距もしくはＴｒ測距と、Ｔｍ測距のどちらかを選択することが好ましい。
詳述すると、受光信号が飽和する場合はＰ０測距もしくはＴｒ測距を選択することが好ましく、受光信号が飽和せずかつ受光信号のピークがＶｔｈ２を超える場合はＰ０測距、Ｔｒ測距、Ｔｍ測距のいずれを選択しても良く、受光信号のピークがＶｔｈ１を超え、かつＶｔｈ２を超えない場合はＴｍ測距を選択することが好ましい。

ここで、受光信号は立ち上がりの傾きが所定値を超える場合に飽和すると考えられるため、この所定値と該傾きの算出値を比較することで、受光信号の飽和／非飽和を判定することができる。
以下、この所定値を求めるための実験について説明する。
この実験では、ＬＤから射出されたレーザ光を可変ＮＤフィルタを介してターゲットとしての再帰反射板に照射し、その反射光の受光波形をオシロスコープで測定する。
ここでは、可変ＮＤフィルタとして３６段階の光透過率を持つものを用いる。これにより、再帰反射板からの反射光を３６段階の強度で観測できる。これは、ターゲットの反射率が３６段階に変化した場合を観測することと同義である。例えば３０～７０ｍの距離範囲の各距離（ここでは３０ｍ、４０ｍ、５０ｍ、６０ｍ、７０ｍ）において反射率が異なるターゲットからの反射光の受光波形を例えばオシロスコープで観測できる。

図２１には、オシロスコープで観測された受光波形の立ち上がり部の傾きとパルス幅との関係が距離毎に示されている。図２１の波形形状から、パルス幅６ｍ近傍（傾き１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］近傍）の所定値（傾き）で受光信号がオペアンプにおいて非飽和状態と飽和状態の間で急激に遷移することが分かる。
そこで、この所定値を閾値として飽和／非飽和を判定することが可能である。

さらに、図２１の波形形状から、パルス幅８ｍ近傍（傾き２．５Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］近傍）から急激にパルス幅が大きくなっている別の所定値（傾き）がある。これは、ＰＤの出力電流を電流電圧変換するＩＶ変換器において該出力電流を変換後の電圧が飽和することに起因する。この飽和は、オペアンプにおいて飽和する傾きを大きく超える傾きでの飽和であり「過飽和」とも呼ばれる。
そこで、この別の所定値を閾値として過飽和／飽和を判定することが可能である。

このように、装置を構成する回路素子によって多段階の飽和状態が生じることがある。そのため、装置における各段階の飽和／非飽和（もしくは過飽和／飽和）を判定するための傾きの閾値を求め、該閾値と傾きの算出値を比較することにより、該算出値に応じた適切な測距方式、補正式を選択して、正確な測距を行うことができる。

また、傾きの複数の閾値（例えば１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］、２．５Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］）によって区分される複数の傾き領域（例えば１．０Ｅ＋０８～２．５Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］の領域と、２．５Ｅ＋０８～４．５Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］の領域）に適用する補正式に対しては、傾き領域毎にＰ０交差電圧を設定することによって、より高精度の測距を行うことができる。同一距離にある反射率が異なる複数の物体に対して投光したときの複数の受光信号の立ち上がりの傾きが異なっていても、該複数の受光信号の立ち上がりについてＰ０は同じ位置に存在する必要があるのだが、飽和状態の違いによってＰ０交差電圧は異なる値に存在するからである。

更に、図２１から分かるように、３０～７０ｍの距離範囲内の各距離において受光信号のパルス幅と立ち上がりの傾きとの関係が一致する。すなわち、ここでは受光信号の立ち上がりの傾きの閾値を用いて測距方式や補正式の選択を行っているが、傾きに代えてパルス幅の閾値を用いることによっても、同様の制御が可能である。

図２２には、物体検出装置１００を備えるセンシング装置１０００が示されている。センシング装置１０００は、移動体に搭載され、物体検出装置１００に加えて、該物体検出装置１００に電気的に接続された監視制御装置３００を備えている。物体検出装置１００は、車両のバンパー付近やバックミラーの近傍に取り付けられる。監視制御装置３００は、物体検出装置１００での検出結果に基づいて、物体の形状や大きさの推定、物体の位置情報の算出、移動情報の算出、物体の種類の認識等の処理を行って、危険の有無を判断する。そして、危険有りと判断した場合には、アラーム等の警報を発して移動体の操縦者に注意を促したり、ハンドルを切って危険を回避する指令を移動体の操舵制御部に出したり、制動をかけるための指令を移動体のＥＣＵに出す。なお、センシング装置１０００は、例えば車両のバッテリから電力の供給を受ける。

なお、監視制御装置３００は、物体検出装置１００と一体的に設けられても良いし、物体検出装置１００とは別体に設けられても良い。また、監視制御装置３００は、ＥＣＵが行う制御の少なくとも一部を行っても良い。

以下に、物体検出装置１００で実施される測距処理の具体例（測距処理１～７）について説明する。
ここで、測距処理１～６を実施するために物体検出装置１００の二値化回路４４は、閾値Ｖｔｈ１を基準に入力信号を二値化するコンパレータ１及び閾値Ｖｔｈ２を基準に入力信号を二値化するコンパレータ２を含んで構成されている。
コンパレータ１、２は、互いに並列に接続されており、オペアンプ４８からの受光信号が同時に入力される。
コンパレータ１は、入力された受光信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈ１を上回る（横切る）タイミングＰ１で立ち上がり、該受光信号の立ち下りが閾値Ｖｔｈ１を下回る（横切る）タイミングＰ４で立ち下がるハイレベル信号１を出力する（図１０参照）。
また、コンパレータ２は、入力された受光信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈ２を上回る（横切る）タイミングＰ２で立ち上がり、該受光信号の立ち下りが閾値Ｖｔｈ２を下回る（横切る）タイミングＰ３で立ち下がるハイレベル信号２を出力する（図１０参照）。

＜測距処理１＞
測距処理１について図２３を用いて説明する。図２３のフローチャートは、時間計測部４５及び測定制御部４６を含む演算系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Ｓ１では、光源としてのＬＤ１１をパルス発光させる。具体的には、同期信号に基づいて生成したＬＤ駆動信号をＬＤ駆動部１２に出力してＬＤ１１に駆動電流を印加する。

次のステップＳ２では、受光信号が閾値Ｖｔｈ１を横切るか否かを判断する。すなわち、受光信号が検出されたか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号１が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ２での判断が肯定されるとステップＳ３に移行し、否定されると同じ判断を再び行う。

次のステップＳ３では、受光信号が閾値Ｖｔｈ２を横切るか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号２が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ３での判断が肯定されるとステップＳ４に移行し、否定されるとステップＳ１０に移行する。

ステップＳ４では、受光信号の立ち上がりの傾きを算出する。具体的には、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１及びハイレベル信号２の立ち上がりタイミングＰ２と、Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２と、上記（１）式を用いて傾きを算出する。

次のステップＳ５では、ステップＳ４で算出された傾きが１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］以上か否かを判断する。ここで、１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］は、オペアンプ４８における受光信号の飽和（以下では「第１の飽和」とも呼ぶ）の有無を判定する基準となる値（傾き）である（図２１参照）。すなわち、ステップＳ４で算出された傾きが１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］以上の場合に第１の飽和が発生していると判定できる。ステップＳ５での判断が肯定されるとステップＳ６に移行し、否定されるとステップＳ１０に移行する。

ステップＳ６では、ステップＳ４で算出された傾きが２．５Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］以上か否かを判断する。ここで、２．５Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］は、ＩＶ変換器４３における受光信号の飽和（以下では「第２の飽和」とも呼ぶ）の有無を判定する基準となる値（傾き）である（図２１参照）。すなわち、ステップＳ４で算出された傾きが２．５Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］以上の場合に第２の飽和が発生していると判定できる。ステップＳ６での判断が肯定されるとステップＳ７に移行し、否定されるとステップＳ１２に移行する。

ステップＳ７では、ステップＳ４で算出された傾きとＰ０交差電圧Ａから、時刻Ｐ０を算出する。具体的には、上記（２）式を用いて時刻Ｐ０を算出する。ここで、Ｐ０交差電圧Ａは、２．５Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］（第２の飽和の場合）に対して設定された交差電圧である。

次のステップＳ８では、Ｐ０測距値を算出する。具体的には、ＬＤ１１の発光タイミングから、ステップＳ７で算出された時刻Ｐ０までの時間を距離に換算し、その換算値の１／２をＰ０測距値として出力する。

次のステップＳ９では、ステップＳ８で算出されたＰ０測距値と検量線Ａから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ａは、Ｐ０交差電圧Ａを用いて予め取得された、第２の飽和の場合のＰ０測距値と実距離の対応関係を表す検量線であり（図３１参照）、その近似線（補正式）も自動的に計算される。
ここでは、検量線Ａ、その補正式の例を図３１に示したが、以下で説明する他の検量線、その補正式については、図３１と同様の比例関係を表す直線、式になるため、図示を省略している。

次のステップＳ９．５では、測定終了か否かを判断する。具体的には、ここでの判断は、物体検出装置１００への電力の供給が停止されたときに肯定され、停止されていないときに否定される。ステップＳ９．５での判断が肯定されるとフローは終了し、否定されるとステップＳ２に戻り次の受光信号に基づいて測定を行う。

ステップＳ１０では、Ｔｍ測距値を算出する。具体的には、ＬＤ１１の発光タイミングから、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１と立ち下がりタイミングＰ４の中間のタイミングまでの時間Ｔｍを距離に換算し、その換算値の１／２をＴｍ測距値として出力する。

ステップＳ１１では、ステップＳ１０で算出されたＴｍ測距値と検量線Ｃから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｃは、予め取得された、Ｔｍ測距値と実距離の対応関係を表す検量線である。そこで、検量線Ｃから、ステップＳ１０で算出されたＴｍ測距値に対応する実距離を物体までの距離として取得する。ステップＳ１１が実行されると、ステップＳ９．５に移行する。

ステップＳ１２では、ステップＳ４で算出された傾きとＰ０交差電圧Ｂから、時刻Ｐ０を算出する。具体的には、上記（２）式を用いて時刻Ｐ０を算出することができる。ここで、Ｐ０交差電圧Ｂは、１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］（第１の飽和の場合）に対して設定された交差電圧である。

次のステップＳ１３では、Ｐ０測距値を算出する。具体的には、ＬＤ１１の発光タイミングから、ステップＳ１２で算出された時刻Ｐ０までの時間を距離に換算し、その換算値の１／２をＰ０測距値として出力する。

次のステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出されたＰ０測距値と検量線Ｂから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｂは、Ｐ０交差電圧Ｂを用いて予め取得された、第１の飽和の場合のＰ０測距値と実距離の関係を表す検量線である。ステップＳ１４が実行されると、ステップＳ９．５に移行する。

＜測距処理２＞
測距処理２について図２４を用いて説明する。図２４のフローチャートは、時間計測部４５及び測定制御部４６を含む演算系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Ｓ２１では、光源としてのＬＤ１１をパルス発光させる。具体的には、同期信号に基づいて生成したＬＤ駆動信号をＬＤ駆動部１２に出力してＬＤ１１に駆動電流を印加する。

次のステップＳ２２では、受光信号が閾値Ｖｔｈ１を横切るか否かを判断する。すなわち、受光信号が検出されたか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号１が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ２２での判断が肯定されるとステップＳ２３に移行し、否定されると同じ判断を再び行う。

次のステップＳ２３では、受光信号が閾値Ｖｔｈ２を横切るか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号２が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ２３での判断が肯定されるとステップＳ２４に移行し、否定されるとステップＳ２９に移行する。

ステップＳ２４では、受光信号の立ち上がりの傾きを算出する。具体的には、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１及びハイレベル信号２の立ち上がりタイミングＰ２と、Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２と、上記（１）式を用いて傾きを算出する。

次のステップＳ２５では、ステップＳ２４で算出された傾きが１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］以上か否かを判断する。ここで、１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］は、オペアンプ４８における受光信号の飽和（第１の飽和）の有無を判定する基準となる値（傾き）である（図２１参照）。すなわち、ステップＳ２４で算出された傾きが１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］以上の場合に第１の飽和が発生していると判定できる。ステップＳ２５での判断が肯定されるとステップＳ２６に移行し、否定されるとステップＳ２９に移行する。

ステップＳ２６では、ステップＳ２４で算出された傾きとＰ０交差電圧Ｂから、時刻Ｐ０を算出する。具体的には、上記（２）式を用いて時刻Ｐ０を算出する。ここで、Ｐ０交差電圧Ｂは、１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］（第１の飽和の場合）に対して設定された交差電圧である。

次のステップＳ２７では、Ｐ０測距値を算出する。具体的には、ＬＤ１１の発光タイミングから、ステップＳ２６で算出された時刻Ｐ０までの時間を距離に換算し、その換算値の１／２をＰ０測距値として出力する。

次のステップＳ２８では、ステップＳ２７で算出されたＰ０測距値と検量線Ｂから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｂは、Ｐ０交差電圧Ｂを用いて予め取得された、第１の飽和の場合のＰ０測距値と実距離の関係を表す検量線である。

次のステップＳ２８．５では、測定終了か否かを判断する。具体的には、ここでの判断は、物体検出装置１００への電力の供給が停止されたときに肯定され、停止されていないときに否定される。ステップＳ２８．５での判断が肯定されるとフローは終了し、否定されるとステップＳ２２に戻り次の受光信号に基づいて測定を行う。

ステップＳ２９では、Ｔｍ測距値を算出する。具体的には、ＬＤ１１の発光タイミングから、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１と立ち下がりタイミングＰ４の中間のタイミングまでの時間Ｔｍを距離に換算し、その換算値の１／２をＴｍ測距値として出力する。

ステップＳ２９．５では、ステップＳ２９で算出されたＴｍ測距値と検量線Ｃから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｃは、予め取得された、Ｔｍ測距値と実距離の関係を表す検量線である。そこで、検量線Ｃから、ステップＳ２９で算出されたＴｍ測距値に対応する実距離を物体までの距離として取得する。ステップＳ２９．５が実行されると、ステップＳ２８．５に移行する。

以上の説明から分かるように測距処理２では、第１の飽和となった場合に一律に交差電圧Ｂを用いてＰ０を算出しているが、第１の飽和から第２の飽和（過飽和）へ移行しない限り、Ｐ０の値に誤差は発生しない。したがって、測距処理２は、光検出系４０のＩＶ変換器４３において第２の飽和（過飽和）が発生し難い場合（例えばＩＶ変換器４３における飽和電圧が高い場合）に、制御を簡易化できる点で有効である。

＜測距処理３＞
測距処理３について図２５を用いて説明する。図２５のフローチャートは、時間計測部４５及び測定制御部４６を含む演算系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Ｓ３１では、光源としてのＬＤ１１をパルス発光させる。具体的には、同期信号に基づいて生成したＬＤ駆動信号をＬＤ駆動部１２に出力してＬＤ１１に駆動電流を印加する。

次のステップＳ３２では、受光信号が閾値Ｖｔｈ１を横切るか否かを判断する。すなわち、受光信号が検出されたか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号１が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ３２での判断が肯定されるとステップＳ３３に移行し、否定されると同じ判断を再び行う。

次のステップＳ３３では、受光信号が閾値Ｖｔｈ２を横切るか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号２が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ３３での判断が肯定されるとステップＳ３４に移行し、否定されるとステップＳ３８に移行する。

ステップＳ３４では、受光信号の立ち上がりの傾きを算出する。具体的には、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１及びハイレベル信号２の立ち上がりタイミングＰ２と、Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２と、上記（１）式を用いて傾きを算出する。

ステップＳ３５では、ステップＳ３４で算出された傾きとＰ０交差電圧Ｂから、時刻Ｐ０を算出する。具体的には、上記（２）式を用いて時刻Ｐ０を算出する。ここで、Ｐ０交差電圧Ｂは、１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］（第１の飽和の場合）に対して設定された交差電圧である。

次のステップＳ３６では、Ｐ０測距値を算出する。具体的には、ＬＤ１１の発光タイミングから、ステップＳ３６で算出された時刻Ｐ０までの時間を距離に換算し、その換算値の１／２をＰ０測距値として出力する。

次のステップＳ３７では、ステップＳ３６で算出されたＰ０測距値と検量線Ｂから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｂは、交差電圧Ｂを用いて予め取得された、第１の飽和の場合のＰ０測距値と実距離の関係を表す検量線である。

次のステップＳ３７．５では、測定終了か否かを判断する。具体的には、ここでの判断は、物体検出装置１００への電力の供給が停止されたときに肯定され、停止されていないときに否定される。ステップＳ３７．５での判断が肯定されるとフローは終了し、否定されるとステップＳ３２に戻り次の受光信号に基づいて測定を行う。

ステップＳ３８では、Ｔｍ測距値を算出する。具体的には、ＬＤ１１の発光タイミングから、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１と立ち下がりタイミングＰ４の中間のタイミングまでの時間Ｔｍを距離に換算し、その換算値の１／２をＴｍ測距値として出力する。

ステップＳ３９では、ステップＳ３８で算出されたＴｍ測距値と検量線Ｃから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｃは、予め取得された、Ｔｍ測距値と実距離の関係を表す検量線である。そこで、検量線Ｃから、ステップＳ３８で算出されたＴｍ測距値に対応する実距離を物体までの距離として取得する。ステップＳ３９が実行されると、ステップＳ３７．５に移行する。

以上の説明から分かるように測距処理３では、受光信号が閾値Ｖｔｈ２を横切る場合に一律に交差電圧Ｂを用いて時刻Ｐ０を算出しているが、該時刻Ｐ０を用いたＰ０測距により受光信号の飽和（第１の飽和）の有無によらず正確な測距が可能である。また、測距処理３でも、第１の飽和から第２の飽和（過飽和）へ移行しない限り、Ｐ０の値に誤差は発生しない。したがって、測距処理３は、光検出系４０のＩＶ変換器４３において第２の飽和が発生し難い場合（例えばＩＶ変換器４３における飽和電圧が高い場合）に、制御をより簡易化できる点で有効である。

＜測距処理４＞
測距処理４について図２６を用いて説明する。図２６のフローチャートは、時間計測部４５及び測定制御部４６を含む演算系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Ｓ４１では、光源としてのＬＤ１１をパルス発光させる。具体的には、同期信号に基づいて生成したＬＤ駆動信号をＬＤ駆動部１２に出力してＬＤ１１に駆動電流を印加する。

次のステップＳ４２では、受光信号が閾値Ｖｔｈ１を横切るか否かを判断する。すなわち、受光信号が検出されたか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号１が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ４２での判断が肯定されるとステップＳ４３に移行し、否定されると同じ判断を再び行う。

次のステップＳ４３では、受光信号が閾値Ｖｔｈ２を横切るか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号２が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ４３での判断が肯定されるとステップＳ４４に移行し、否定されるとステップＳ４８に移行する。

ステップＳ４４では、受光信号の立ち上がりの傾きを算出する。具体的には、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１及びハイレベル信号２の立ち上がりタイミングＰ２と、Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２と、上記（１）式を用いて傾きを算出する。

次のステップＳ４５では、ステップＳ４４で算出された傾きが１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］以上か否かを判断する。ここで、１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］は、オペアンプ４８における受光信号の飽和（第１の飽和）の有無を判定する基準となる値（傾き）である（図２１参照）。すなわち、ステップＳ４４で算出された傾きが１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］以上の場合に第１の飽和が発生していると判定できる。ステップＳ４５での判断が肯定されるとステップＳ４６に移行し、否定されるとステップＳ４８に移行する。

ステップＳ４６では、Ｔｒ測距値を算出する。具体的には、発光タイミングから、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１までの時間を距離に換算し、その換算値の１／２をＴｒ測距値として出力する。

次のステップＳ４７では、ステップＳ４４で算出された傾きとステップＳ４６で算出されたＴｒ測距値と傾き補正の補正量を求めるための検量線Ｄから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｄは、Ｔｒ測距値から実距離を差し引いた値（測距誤差）と、受光信号の立ち上がりの傾きとの関係を表す検量線である（図１１参照）。そこで、検量線Ｄから、ステップＳ４４で算出された傾きに対応する測距誤差を取得し、該測距誤差をステップＳ４６で算出されたＴｒ測距値から差し引くことで物体までの距離を取得することができる。

次のステップＳ４７．５では、測定終了か否かを判断する。具体的には、ここでの判断は、物体検出装置１００への電力の供給が停止されたときに肯定され、停止されていないときに否定される。ステップＳ４７．５での判断が肯定されるとフローは終了し、否定されるとステップＳ４２に戻り次の受光信号に基づいて測定を行う。

ステップＳ４８では、Ｔｍ測距値を算出する。具体的には、ＬＤ１１の発光タイミングから、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１と立ち下がりタイミングＰ４の中間のタイミングまでの時間Ｔｍを距離に換算し、その換算値の１／２をＴｍ測距値として出力する。さらに、信号１の立ち上がりタイミングＰ１と立ち下がりタイミングＰ４の時間幅で表されるパルス幅を取得する。

ステップＳ４９では、ステップＳ４８で得られたパルス幅から検量線Ｆを用いて算出された測距誤差値を、Ｔｍ測距値から差し引いて物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｆは、予め取得された、パルス幅とＴｍ測距誤差との関係を表す検量線（上記（２）式）である。ステップＳ４９が実行されると、ステップＳ４７．５に移行する。

以上の説明から分かるように測距処理４では、第１の飽和となった場合に一律に受光信号の立ち上がりの傾きを用いてＴｒ測距値を補正しているが、第１の飽和から第２の飽和（過飽和）へ移行しない限り、ほぼ正確な測距値を得ることができる。したがって、測距処理４は、光検出系４０のＩＶ変換器４３において第２の飽和が発生し難い場合（例えばＩＶ変換器４３における飽和電圧が高い場合）に、制御を簡易化できる点で有効である。

＜測距処理５＞
測距処理５について図２７を用いて説明する。図２７のフローチャートは、時間計測部４５及び測定制御部４６を含む演算系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Ｓ５１では、光源としてのＬＤ１１をパルス発光させる。具体的には、同期信号に基づいて生成したＬＤ駆動信号をＬＤ駆動部１２に出力してＬＤ１１に駆動電流を印加する。

次のステップＳ５２では、受光信号が閾値Ｖｔｈ１を横切るか否かを判断する。すなわち、受光信号が検出されたか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号１が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ５２での判断が肯定されるとステップＳ５３に移行し、否定されると同じ判断を再び行う。

次のステップＳ５３では、受光信号が閾値Ｖｔｈ２を横切るか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号２が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ５３での判断が肯定されるとステップＳ５４に移行し、否定されるとステップＳ５７に移行する。

ステップＳ５４では、受光信号の立ち上がりの傾きを算出する。具体的には、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１及びハイレベル信号２の立ち上がりタイミングＰ２と、Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２と、上記（１）式を用いて傾きを算出する。

ステップＳ５５では、Ｔｒ測距値を算出する。具体的には、発光タイミングから、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１までの時間を距離に換算し、その換算値の１／２をＴｒ測距値として出力する。

次のステップＳ５６では、ステップＳ５４で算出された傾きとステップＳ５５で算出されたＴｒ測距値と検量線Ｄから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｄは、Ｔｒ測距値から実距離を差し引いた値（測距誤差）と、受光信号の立ち上がりの傾きとの関係を表す検量線である（図１１参照）。そこで、検量線Ｄから、ステップＳ５４で算出された傾きに対応する測距誤差を取得し、該測距誤差をステップＳ５５で算出されたＴｒ測距値から差し引くことで物体までの距離を取得することができる。

次のステップＳ５６．５では、測定終了か否かを判断する。具体的には、ここでの判断は、物体検出装置１００への電力の供給が停止されたときに肯定され、停止されていないときに否定される。ステップＳ５６．５での判断が肯定されるとフローは終了し、否定されるとステップＳ５２に戻り次の受光信号に基づいて測定を行う。

ステップＳ５７では、Ｔｍ測距値を算出する。具体的には、ＬＤ１１の発光タイミングから、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１と立ち下がりタイミングＰ４の中間のタイミングまでの時間Ｔｍを距離に換算し、その換算値の１／２をＴｍ測距値として出力する。

次のステップＳ５８では、ステップＳ５７で算出されたＴｍ測距値と検量線Ｃから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｃは、予め取得された、Ｔｍ測距値と実距離の関係を表す検量線である。そこで、検量線Ｃから、ステップＳ５７で算出されたＴｍ測距値に対応する実距離を物体までの距離として取得する。ステップＳ５８が実行されると、ステップＳ５６．５に移行する。

以上の説明から分かるように測距処理５では、受光信号が閾値Ｖｔｈ２を横切る場合に一律に受光信号の立ち上がりの傾きを用いてＴｒ測距値を補正しているが、受光信号の飽和（第１の飽和）の有無によらず、正確な測距が可能である。また、測距処理５でも、第１の飽和から第２の飽和（過飽和）へ移行しない限り、ほぼ正確な測距値を得ることができる。したがって、測距処理５は、光検出系４０のＩＶ変換器４３において第２の飽和が発生し難い場合（例えばＩＶ変換器４３における飽和電圧が高い場合）に、制御をより簡易化できる点で有効である。

＜測距処理６＞
測距処理６について図２８を用いて説明する。図２８のフローチャートは、時間計測部４５及び測定制御部４６を含む演算系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Ｓ６１では、光源としてのＬＤ１１をパルス発光させる。具体的には、同期信号に基づいて生成したＬＤ駆動信号をＬＤ駆動部１２に出力してＬＤ１１に駆動電流を印加する。

次のステップＳ６２では、受光信号が閾値Ｖｔｈ１を横切るか否かを判断する。すなわち、受光信号が検出されたか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号１が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ６２での判断が肯定されるとステップＳ６３に移行し、否定されると同じ判断を再び行う。

次のステップＳ６３では、受光信号が閾値Ｖｔｈ２を横切るか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号２が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ６３での判断が肯定されるとステップＳ６４に移行し、否定されるとステップＳ６８に移行する。

ステップＳ６４では、受光信号のパルス幅を算出する。具体的には、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１（受光信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈ１を横切るタイミング）から立ち下がりタイミングＰ４（受光信号の立ち下がりが閾値Ｖｔｈ１を横切るタイミング）までの時間に光速を乗じて得られた長さを受光信号のパルス幅として出力する。

次のステップＳ６５では、ステップＳ６４で算出されたパルス幅が６［ｍ］以上か否かを判断する。ここで、６［ｍ］は、オペアンプ４８における受光信号の飽和（第１の飽和）の有無を判定する基準となる値（パルス幅）である（図２１参照）。すなわち、ステップＳ６４で算出されたパルス幅が６［ｍ］以上の場合に第１の飽和が発生していると判定できる。ステップＳ６５での判断が肯定されるとステップＳ６６に移行し、否定されるとステップＳ６８に移行する。

ステップＳ６６では、Ｔｒ測距値を算出する。具体的には、ＬＤ１１の発光タイミングから、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１までの時間を距離に換算し、その換算値の１／２をＴｒ測距値として出力する。

次のステップＳ６７では、ステップＳ６４で算出されたパルス幅とステップＳ６６で算出されたＴｒ測距値と検量線Ｅから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｅは、Ｔｒ測距値から実距離を差し引いた値（測距誤差）と、受光信号のパルス幅との関係を表す検量線である。この検量線は、図１１と図２１に基づいて作成することができる。そこで、検量線Ｅから、ステップＳ６４で算出されたパルス幅に対応する測距誤差を取得し、該測距誤差をステップＳ６６で算出されたＴｒ測距値から差し引くことで物体までの距離を取得することができる。

次のステップＳ６７．５では、測定終了か否かを判断する。具体的には、ここでの判断は、物体検出装置１００への電力の供給が停止されたときに肯定され、停止されていないときに否定される。ステップＳ６７．５での判断が肯定されるとフローは終了し、否定されるとステップＳ６２に戻り次の受光信号に基づいて測定を行う。

ステップＳ６８では、Ｔｍ測距値を算出する。具体的には、ＬＤ１１の発光タイミングから、二値化回路４４からのハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１と立ち下がりタイミングＰ４の中間のタイミングまでの時間Ｔｍを距離に換算し、その換算値の１／２をＴｍ測距値として出力する。

次のステップＳ６９では、ステップＳ６８で算出されたＴｍ測距値と検量線Ｃから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｃは、予め取得された、Ｔｍ測距値と実距離の関係を表す検量線である。そこで、検量線Ｃから、ステップＳ６８で算出されたＴｍ測距値に対応する実距離を物体までの距離として取得する。ステップＳ６９が実行されると、ステップＳ６７.５に移行する。

以上の説明から分かるように測距処理６では、第１の飽和となった場合に一律に受光信号のパルス幅を用いてＴｒ測距値を補正しているが、第１の飽和から第２の飽和（過飽和）へ移行しない限り、ほぼ正確な測距値を得ることができる。したがって、測距処理６は、光検出系４０のＩＶ変換器４３において第２の飽和が発生し難い場合（例えばＩＶ変換器４３における飽和電圧が高い場合）に、制御を簡易化できる点で有効である。

＜測距処理７＞
測距処理７について図２９を用いて説明する。図２９のフローチャートは、時間計測部４５及び測定制御部４６を含む演算系で実行される処理アルゴリズムに基づいている。
ここで、測距処理７を実施するために物体検出装置１００の二値化回路４４は、閾値Ｖｔｈを基準に入力信号を二値化するコンパレータを含んで構成されている。
閾値Ｖｔｈは、光検出系４０の受光時に発生するショットノイズを僅かに上回る大きさに設定されている。
ここでは、コンパレータは、入力された受光信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈを上回る（横切る）タイミングで立ち上がり、該受光信号の立ち下りが閾値Ｖｔｈを下回る（横切る）タイミングで立ち下がるハイレベル信号を出力する。

最初のステップＳ７１では、光源としてのＬＤ１１をパルス発光させる。具体的には、同期信号に基づいて生成したＬＤ駆動信号をＬＤ駆動部１２に出力してＬＤ１１に駆動電流を印加する。

次のステップＳ７２では、受光信号が閾値Ｖｔｈを横切るか否かを判断する。すなわち、受光信号が検出されたか否かを判断する。ここでの判断は、二値化回路４４からハイレベル信号が出力された場合に肯定され、出力されない場合に否定される。ステップＳ７２での判断が肯定されるとステップＳ７３に移行し、否定されると同じ判断を再び行う。

ステップＳ７３では、受光信号のパルス幅を算出する。具体的には、二値化回路４４からのハイレベル信号の立ち上がりタイミング（受光信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈを横切るタイミング）から立ち下りタイミング（受光信号の立ち下がりが閾値Ｖｔｈを横切るタイミング）までの時間に光速を乗じて得られた長さを受光信号のパルス幅として出力する。

次のステップＳ７４では、ステップＳ７３で算出されたパルス幅が６［ｍ］以上か否かを判断する。ここで、６［ｍ］は、オペアンプ４８における受光信号の飽和（第１の飽和）の有無を判定する基準となる値（パルス幅）である（図２１参照）。すなわち、ステップＳ７３で算出されたパルス幅が６［ｍ］以上の場合に第１の飽和が発生していると判定できる。ステップＳ７４での判断が肯定されるとステップＳ７５に移行し、否定されるとステップＳ７７に移行する。

ステップＳ７５では、Ｔｒ測距値を算出する。具体的には、発光タイミングから、二値化回路４４からのハイレベル信号の立ち上がりタイミングまでの時間を距離に換算し、その換算値の１／２をＴｒ測距値として出力する。

次のステップＳ７６では、ステップＳ７３で算出されたパルス幅とステップＳ７５で算出されたＴｒ測距値と検量線Ｅから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｅは、Ｔｒ測距値から実距離を差し引いた値（測距誤差）と、受光信号のパルス幅との関係を表す検量線である。この検量線は、図１１と図２１に基づいて作成することができる。そこで、検量線Ｅから、ステップＳ７３で算出されたパルス幅に対応する測距誤差を取得し、該測距誤差をステップＳ７５で算出されたＴｒ測距値から差し引くことで物体までの距離を取得することができる。

次のステップＳ７６．５では、測定終了か否かを判断する。具体的には、ここでの判断は、物体検出装置１００への電力の供給が停止されたときに肯定され、停止されていないときに否定される。ステップＳ７６．５での判断が肯定されるとフローは終了し、否定されるとステップＳ７２に戻り次の受光信号に基づいて測定を行う。

ステップＳ７７では、Ｔｍ測距値を算出する。具体的には、ＬＤ１１の発光タイミングから、二値化回路４４からのハイレベル信号の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングタイミングの中間のタイミングまでの時間Ｔｍを距離に換算し、その換算値の１／２をＴｍ測距値として出力する。

次のステップＳ７８では、ステップＳ７７で算出されたＴｍ測距値と検量線Ｃから、物体までの距離を取得する。ここで、検量線Ｃは、予め取得された、Ｔｍ測距値と実距離の関係を表す検量線である。そこで、検量線Ｃから、ステップＳ７７で算出されたＴｍ測距値に対応する実距離を物体までの距離として取得する。ステップＳ７８が実行されると、ステップＳ７６．５に移行する。

以上の説明から分かるように測距処理７では、受光信号が閾値Ｖｔｈを横切る場合に一律に受光信号のパルス幅を用いてＴｒ測距値を補正しているが、第１の飽和から第２の飽和（過飽和）へ移行しない限り、ほぼ正確な測距値を得ることができる。したがって、測距処理７は、光検出系４０のＩＶ変換器４３において第２の飽和が発生し難い場合（例えばＩＶ変換器４３における飽和電圧が高い場合）に、制御をより簡易化できる点で有効である。

以上説明した本実施形態の物体検出装置１００は、ＬＤ駆動信号（発光信号）に基づいて発光するＬＤ１１（光源）を含む投光系１０と、該投光系１０から投光され物体で反射された光を受光する時間計測用ＰＤ４２（受光素子）を含み、該時間計測用ＰＤ４２の出力電流を電圧信号（受光信号）に変換して出力する光検出系４０と、該電圧信号が入力され、入力信号を閾値（閾値電圧）Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を基準に二値化する二値化回路４４を含む信号処理系４１と、発光信号及び二値化回路４４の出力信号に基づいて、物体までの距離を算出する、時間計測部４５及び測定制御部４６を含む演算系と、を備え、演算系は、上記電圧信号が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合（上記電圧信号の上部が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を超える場合）に、該電圧信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２をそれぞれ横切る２つの点を通る直線の傾き（本明細書では単に「傾き」とも呼ぶ）に基づいて物体までの距離を算出することを特徴とする距離測定装置である。

この場合、物体で反射された光の強度が比較的大きい場合（特に光検出系４０や信号処理系４１で電圧信号が飽和する場合）でも、発光信号及び二値化回路４４の出力信号から得られるＴｒ測距値を傾きで補正したり、傾きを用いてＰ０測距値を算出できるため、Ａ／Ｄコンバータのような高価な回路を用いることなく高精度な測定が可能である。

結果として、物体検出装置１００によれば、高コスト化を抑制しつつ、物体で反射され光検出系４０で受光される光の強度が比較的大きい場合（例えば電圧信号が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合）でも高精度な測定が可能である。
すなわち、物体検出装置１００によれば、光検出系４０や信号処理系４１において電圧信号が飽和する場合でも高精度な測定が可能である。

また、演算系は、電圧信号が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切り、かつ傾きが所定値（例えば１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］）以上の場合に、該傾きを用いて物体までの距離を算出することが好ましい。Ｔｒ測距値を傾きで補正する方法やＰ０測距は、例えば信号処理系４１で受光信号が飽和するほど傾きが大きい場合に特に有効だからである。
詳述すると、信号処理系４１は、入力信号を増幅（処理）するオペアンプ４８（処理回路）を二値化回路４４の前段に含み、傾きが上記所定値以上の場合に電圧信号がオペアンプ４８において飽和する。
なお、信号処理系に、処理回路として、オペアンプに代えて又は加えて、例えばローパスフィルタ、ハイパスフィルタ等のフィルタを組み込んでも良い。このようなフィルタは、オペアンプが組み込まれる場合はオペアンプと二値化回路との間に接続することが好ましく、オペアンプが組み込まれない場合はＩＶ変換器と二値化回路との間に接続することが好ましい。

また、本実施形態の物体検出装置１００は、ＬＤ駆動信号（発光信号）に基づいて発光するＬＤ１１（光源）を含む投光系１０と、該投光系１０から投光され物体で反射された光を受光する時間計測用ＰＤ４２（受光素子）を含み、該時間計測用ＰＤ４２の出力電流を電圧信号（受光信号）に変換して出力する光検出系４０と、該電圧信号が入力され、入力信号を閾値（閾値電圧）Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を基準に二値化する二値化回路４４を含む信号処理系４１と、発光信号及び二値化回路４４の出力信号に基づいて、物体までの距離を算出する、時間計測部４５及び測定制御部４６を含む演算系と、を備え、演算系は、電気信号の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を横切る信号立ち上がり部（Ｔｒ）と信号立下り部（Ｔｆ）の時間的中間点（Ｔｍ）を求める距離測定装置において、２つの閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を有し、電気信号の電圧の立ち上がりが閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２をそれぞれ横切る２つの点を通る直線の傾きが所定値以下の場合に、Ｔｆ－Ｔｒから求まるパルス幅とＴｍに基づいて物体までの距離を算出する距離測定装置である。

この場合、物体で反射された光の強度が比較的大きい場合（特に光検出系４０や信号処理系４１で電圧信号が飽和する場合）でも、発光信号及び二値化回路４４の出力信号から得られるＴｒ測距値を傾きで補正できるため、Ａ／Ｄコンバータのような高価な回路を用いることなく高精度な測定が可能である。さらに、この物体検出装置１００によれば、高コスト化を抑制しつつ、物体で反射され光検出系４０で受光される光の強度が比較的小さい場合（例えば電圧信号が閾値Ｖｔｈ２を横切らない場合や回路電圧が飽和しない場合）でも高精度な測定が可能である。

また、２つの閾値のうち大きい方の閾値Ｖｔｈ２は、電圧信号がオペアンプ４８において飽和する飽和電圧（例えば１．２Ｖ）よりも該飽和電圧の１０～３０％だけ小さい値（例えば０．９Ｖ）に設定されることが好ましい。閾値Ｖｔｈ２が飽和電圧から離れ過ぎると閾値Ｖｔｈ２とＶｔｈ１とで算出する傾きの精度が低くなり、閾値Ｖｔｈ２が飽和電圧に近すぎると電圧信号の比較的不安定な高電圧領域（ピークに近い領域）が閾値Ｖｔｈ２を横切ることになり測定精度が低下するおそれがあるからである。

また、閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２の差は、飽和電圧（例えば１．２Ｖ）の４０～９０％（例えば０．６Ｖ）であることが好ましい。閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２の差があまりに小さいと傾きの精度が低くなり、その差を大きくするためにＶｔｈ１を下げるとノイズを検出しやすくなるからである。

また、演算系は、電圧信号が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合に、ＬＤ駆動信号の立ち上がりタイミングから、該電圧信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２の一方（例えば閾値Ｖｔｈ１）を横切るまでの時間Ｔｒから、物体までの距離を概算し、その概算値（Ｔｒ測距値）を上記傾きで補正しても良い。なお、発光信号の立ち上がりタイミングから、上記電圧信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈ２を横切るまでの時間から、物体までの距離を概算し、その概算値を上記傾きで補正しても良い。
具体的には、演算系は、予め取得された、上記概算値と実距離の誤差と、傾きとの関係を用いて（実質的に傾きで補正して）物体までの距離を正確に算出することができる。

また、演算系は、電圧信号が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合に、傾きを用いて上記直線とＰ０交差電圧（負の所定電圧）との交点の時刻Ｐ０を求め、該時刻Ｐ０を用いて物体までの距離を算出しても良い。この場合、光検出系４０や信号処理系４１で電圧信号が飽和した場合でも更に高精度な測定が可能である。

また、Ｐ０交差電圧は、電圧信号が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る、物体検出装置１００（距離測定装置）から同一距離にあり反射率が異なる複数の物体に対して物体検出装置１００による測定を行ったときに物体間で上記交点が一致するように設定されることが好ましい。この場合、同一距離にあり反射率が異なる複数の物体間で誤差のない正確な測距値（Ｐ０測距値）を得ることができる。
具体的には、演算系は、予め取得された、発光信号の立ち上がりタイミングから上記交点の時刻までの時間を距離情報に換算した値の１／２と実距離との関係から、物体までの距離を正確に算出することができる。
なお、Ｐ０交差電圧は、必ずしも上記交点が一致するように設定されてなくも良く、要は、上記交点が一致もしくは近似するように設定されていることが好ましい。

また、Ｐ０交差電圧として、上記所定値（例えば１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］）に対応するＰ０交差電圧Ｂ（第１の所定電圧）と、該所定値よりも大きい別の所定値（例えば２．５Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］）に対応する、Ｐ０交差電圧Ｂとは異なるＰ０交差電圧Ａ（第２の所定電圧）とが設定されており、演算系は、傾きが所定値以上、かつ別の所定値未満の場合に、Ｐ０交差電圧Ｂを用いて上記交点の時刻を求め、傾きが別の所定値以上の場合に、Ｐ０交差電圧Ａを用いて上記交点の時刻を求めることが好ましい。
この場合、傾きが別の所定値以上の場合に電圧信号が光検出系４０のＩＶ変換器４３において飽和することが好ましい。

また、演算系は、電圧信号が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２のうち小さい方の閾値Ｖｔｈ１のみを横切る場合に、電圧信号の立ち上がりが小さい方の閾値Ｖｔｈ１を横切る第１のタイミング（ハイレベル信号１の立ち上がりタイミングＰ１）及び電圧信号の立ち下がりが小さい方の閾値Ｖｔｈ１を横切る第２のタイミング（ハイレベル信号１の立ち下がりタイミングＰ４）に基づいて物体までの距離を算出することが好ましい。
この場合、高コスト化を抑制しつつ、物体で反射され光検出系で受光される光の強度が比較的小さい場合でも高精度な測定が可能である。

結果として、物体検出装置１００によれば、高コスト化を抑制しつつ、物体で反射され光検出系４０で受光される光の強度によらず高精度な測定が可能である。

また、演算系は、発光信号の立ち上がりタイミングから、上記第１のタイミングと上記第２のタイミングの中間のタイミングまでの時間Ｔｍを用いて物体までの距離を算出することが好ましい。
この場合、時間Ｔｍを距離に換算した換算値の１／２を物体までの距離として出力しても良いし、該換算値の１／２と実距離の関係を表す検量線を予め取得しておき、該検量線から、測定時の該換算値に対応する実距離を物体までの距離として取得しても良い。

物体検出装置１００と、該物体検出装置１００が搭載される車両（移動体）と、を備える車両装置（移動体装置）によれば、衝突安全性に優れた車両装置を実現できる。

また、本実施形態の距離測定方法は、投光する工程と、該投光する工程で投光され物体で反射された光を受光し光電変換する工程と、該光電変換により発生した電流を電圧信号に変換する工程と、該電圧信号を閾値（閾値電圧）Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を基準に二値化する処理を含む少なくとも１つの処理を行う工程と、投光する工程での投光タイミング及び二値化する処理でのハイレベル信号の出力タイミング（立ち上がりタイミングや立ち下りタイミング）に基づいて、物体までの距離を算出する工程と、を含み、該算出する工程では、上記電圧信号が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合（上記電圧信号の上部が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を超える場合）に、電圧信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２をそれぞれ横切る２つの点を通る直線の傾きに基づいて物体までの距離を算出することを特徴とする距離測定方法である。

この場合、上記光電変換する工程や上記少なくとも１つの処理を行う工程で電圧信号が飽和した場合でも、投光タイミング及びハイレベル信号の出力タイミングから得られるＴｒ測距値を傾きで補正したり、傾きを用いてＰ０測距値を算出できるため、Ａ／Ｄコンバータのような高価な回路を用いることなく高精度な測定が可能である。

結果として、本実施形態の距離測定方法によれば、高コスト化を抑制しつつ、物体で反射され受光される光の強度が比較的大きい場合に高精度な測定が可能である。

また、上記算出する工程では、電圧信号が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合、かつ傾きが所定値（例えば１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］）以上の場合に、該傾きを用いて物体までの距離を算出することが好ましい。

また、上記算出する工程では、電圧信号が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合に、上記投光タイミングから、電圧信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２の一方（例えばＶｔｈ１）を横切るまでの時間Ｔｒから、物体までの距離を概算し、その概算値（Ｔｒ測距値）を傾きで補正しても良い。

また、上記算出する工程では、電圧信号が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合に、傾きを用いて上記直線とＰ０交差電圧（負の所定電圧）との交点の時刻Ｐ０を求め、該時刻Ｐ０を用いて物体までの距離を算出しても良い。

また、Ｐ０交差電圧は、電圧信号が閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る、同一距離にあり反射率が異なる複数の物体に対して測定を行ったときに物体間で上記交点が一致するように設定されていることが好ましい。

また、Ｐ０交差電圧として、上記所定値（例えば１．０Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］）に対応するＰ０交差電圧Ｂ（第１の所定電圧）と、上記所定値よりも大きい別の所定値（例えば２．５Ｅ＋０８［Ｖ／ｓ］）に対応する、Ｐ０交差電圧Ｂとは異なるＰ０交差電圧Ａとが設定されており、上記算出する工程では、傾きが所定値以上、かつ別の所定値未満の場合に、Ｐ０交差電圧Ｂを用いて上記交点の時刻を求め、傾きが別の所定値以上の場合に、Ｐ０交差電圧Ａを用いて上記交点の時刻を求めることが好ましい。

また、物体検出装置１００と、該物体検出装置１００の出力に基づいて、物体情報（物体の有無、物体の位置、物体の移動方向及び物体の移動速度の少なくとも１つ）を求める監視制御装置３００と、を備えるセンシング装置１０００によれば、物体情報を安定して取得することができる。

また、センシング装置１０００は移動体に搭載され、監視制御装置３００は物体の位置情報及び移動情報の少なくとも一方に基づいて危険の有無を判断するため、例えば移動体の操縦制御系、速度制御系等に危険回避のための有効な情報を提供することができる。

また、センシング装置１０００と、該センシング装置１０００が搭載される移動体と、を備える移動体装置は、衝突安全性に優れる。

なお、上記実施形態の物体検出装置１００の構成は、適宜変更可能である。

上記実施形態で説明した受光信号の立ち上がりの傾きやパルス幅、閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２、オペアンプ４８の飽和電圧等の数値は、一例であり、装置の用途や仕様に応じて、適宜変更可能である。
例えば、二値化回路４４に設定される受光信号を二値化する基準となる閾値は、３つ以上であっても良い。例えば閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２に加えて、Ｖｔｈ１とＶｔｈ２の間に閾値Ｖｔｈ３を含む少なくとも１つの閾値を設定し、受光信号が少なくともＶｔｈ１とＶｔｈ３を横切る場合に、Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ３をそれぞれ横切る２点の直線の傾きを用いて物体までの距離を算出しても良い。
但し、閾値の数を徒に増加するのは得策ではない。その増加した数だけコンパレータを増設する必要があり、コストの増大につながるからである。
また、上記実施形態では、Ｔｍ測距を行うとき、受光信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈ１を横切るタイミングと該受光信号の立ち下がりが閾値Ｖｔｈ１を横切るタイミングの中間のタイミングを用いているが、これに代えて、受光信号の立ち上がりが閾値Ｖｔｈ２を横切るタイミングと該受光信号の立ち下がりが閾値Ｖｔｈ２を横切るタイミングの中間のタイミングを用いても良い。

例えば、投光系１０は、偏向器を用いる走査型であるが、偏向器を用いない非走査型であっても良い。すなわち、投光系は、少なくとも光源を有していれば良く、投光範囲の調整のためのレンズを光源の後段に有していても良い。

また、上記実施形態では、光源として、単一のＬＤ１１（端面発光レーザ）を用いているが、これに限られない。
例えば、複数のＬＤ１１が１次元又は２次元に配列されたＬＤ１１アレイ、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、レーザ以外の光源などを用いても良い。複数のＬＤ１１が１次元配列されたＬＤ１１アレイとしては、複数のＬＤ１１が積層されたスタック型のＬＤ１１アレイや複数のＬＤ１１が横に並べられたＬＤ１１アレイが挙げられる。例えば、半導体レーザとして、ＬＤ１１をＶＣＳＥＬに代えれば、アレイ内の発光点の数をより多く設定することができる。

また、投光光学系は、カップリングレンズを有していなくても良いし、他のレンズを有していても良い。

また、投光光学系、受光光学系は、反射ミラーを有していなくても良い。すなわち、ＬＤ１１からの光を、光路を折り返さずに回転ミラーに入射させても良い。

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（例えば集光ミラー）を有していても良い。

また、偏向器として、回転ミラーに代えて、例えば、ポリゴンミラー（回転多面鏡）、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー等の他のミラーを用いても良い。

また、同期系は、同期レンズを有していなくも良いし、他の光学素子（例えば集光ミラー）を有していても良い。

また、上記実施形態では、物体検出装置が搭載される移動体として車両を例にとって説明したが、該移動体は、例えば航空機、船舶、ロボット等であっても良い。

また、以上の説明で用いた具体的な数値、形状などは、一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なことは言うまでもない。

以上の説明から明らかなように、上記実施形態の物体検出装置１００、センシング装置１０００、移動体装置、距離測定方法は、物体までの距離を測定する所謂Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法を用いた技術であり、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、３次元形状計測技術などの産業分野などで幅広く用いることができる。すなわち、本発明の物体検出装置は、必ずしも移動体に搭載されなくても良い。

以下に、発明者らが上記実施形態を発案するに至った思考プロセスを説明する。
従来、投光部と光検出部と信号処理部を含み、投光部からの投光ビームを測定対象物へ照射して、該測定対象物からの反射光を光検出部で受光し、投光部の投光タイミングから光検出部の受光タイミングまでの時間、位相遅れを光検出部からの信号を信号処理部で信号処理して検出することで、測定対象物までの往復の距離を測定するＴｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法を用いた測距装置が、車両などのセンシングや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広く用いられている。

その一例として航空機や鉄道、車載など広く使用されているレーザレーダがある。レーザレーダとしては様々なものが知られているが、例えば特開２００４－１８４３３３号公報に開示されているように、光源から射出されたレーザ光を回転ミラーで走査し、物体で反射された光を、再度回転ミラーを介して光検出部で検出し、光検出部からの信号を信号処理部で処理することで、所望の範囲の物体の有無やその物体までの距離を検出できる走査型レーザレーダがある。

レーザレーダでの測距において、例えばレーザ光が照射された物体からの反射光を受光した光検出部からの信号の立ち上がり部が閾値を横切るタイミングを検出する場合（Ｔｒ測距する場合）には、物体の反射率により測距誤差が発生する。すなわち、レーザレーダから同一距離にある反射率が異なる複数の物体に対してＴｒ測距を行った場合に、該複数の物体からの反射光の強度が異なるため、光検出部からの信号の立ち上がり部が閾値を横切るタイミングが物体間で異なり、測距値に差が生じてしまう。

特に、物体からの反射光の強度が大きく、光検出部からの信号が光検出部や信号処理部において飽和する場合には、該信号の強度が大きいほど該信号のピーク位置が後方（時間的に後ろ）にずれるので、該ピーク位置を用いた測距やＴｒ測距やＴｍ測距を行っても測距誤差が発生してしまう。

そこで、特許文献１では、このような測距誤差の発生を回避するために、Ａ／Ｄコンバータを信号処理部に組み込んで微分計算処理によって光検出部からの信号の立ち上がりタイミングを求め、該立ち上がりタイミングを用いて距離を算出している。しかし、Ａ／Ｄコンバータを用いた回路は、高価であり、例えば量産を前提する車両などの移動体の測距装置に組み込むには不向きである。

すなわち、特許文献１では、高コスト化を抑制しつつ、物体で反射され光検出部で受光される光の強度（受光信号レベル）によらず高精度な測定を可能とすることに関して改善の余地があった。

そこで、発明者らは、高コスト化を抑制しつつ、物体で反射され光検出系で受光される光の強度（受光信号レベル）によらず高精度な測定を可能とすべく、上記実施形態を発案した。

１０…投光系、１１…ＬＤ（光源）、２６…回転ミラー（投光系の一部）、４０…光検出系、４１…信号処理系、４２…時間計測用ＰＤ（光検出系の一部）、４３…ＩＶ変換器（光検出系の一部）、４４…二値化回路（信号処理系の一部）、４５…時間計測部（演算系の一部）、４６…測定制御部（演算系の一部）、１００…物体検出装置。

特許第５８０４４６７号公報

Claims (19)

1. 発光信号に基づいて発光する光源を含む投光系と、
   前記投光系から投光され物体で反射された光を受光し、その受光量に応じた電気信号を出力する光検出系と、
   前記光検出系から出力された前記電気信号を処理する処理回路を含む信号処理系と、
   前記発光信号及び前記信号処理系の出力信号に基づいて、前記物体までの距離を算出する演算系と、を備え、
   前記演算系は、前記電気信号の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切り、かつ前電気信号の電圧の立ち上がりが前記閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２をそれぞれ横切る２つの点を通る直線の傾きが所定値以上の場合に、前記傾きに基づいて前記距離を算出することを特徴とする距離測定装置。
2. 前記閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２のうち大きい方は、前記電気信号の電圧が前記処理回路において飽和する飽和電圧よりも該飽和電圧の１０～３０％だけ小さい値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
3. 前記閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２の差は、前記飽和電圧の４０～７０％であることを特徴とする請求項２に記載の距離測定装置。
4. 前記演算系は、前記電気信号の電圧が前記閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合に、前記発光信号の立ち上がりタイミングから、前記立ち上がりが前記閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２の一方を横切るまでの時間から前記距離を概算し、その概算値を前記傾きで補正することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の距離測定装置。
5. 前記演算系は、予め取得された、前記概算値と実距離の誤差と、前記傾きとの関係を用いて前記距離を算出することを特徴とする請求項４に記載の距離測定装置。
6. 前記演算系は、前記電気信号の電圧が前記閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合に、前記傾きを用いて前記直線と負の所定電圧との交点の時刻を求め、該時刻を用いて前記距離を算出することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の距離測定装置。
7. 前記所定電圧は、前記電気信号の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る、当該距離測定装置から同一距離にあり反射率が異なる複数の物体に対して当該距離測定装置による測定を行ったときに前記物体間で前記交点が一致するように設定されていることを特徴とする請求項６に記載の距離測定装置。
8. 前記演算系は、予め取得された、前記発光信号の立ち上がりタイミングから前記交点の時刻までの時間を距離情報に換算した値の１／２と実距離との関係から、前記距離を算出することを特徴とする請求項６又は７に記載の距離測定装置。
9. 前記所定電圧として、前記所定値に対応する第１の所定電圧と、前記所定値よりも大きい別の所定値に対応する、前記第１の所定電圧とは異なる第２の所定電圧とが設定されており、
   前記演算系は、
   前記傾きが前記所定値以上、かつ前記別の所定値未満の場合に、前記第１の所定電圧を用いて前記交点の時刻を求め、
   前記傾きが前記別の所定値以上の場合に、前記第２の所定電圧を用いて前記交点の時刻を求めることを特徴とする請求項６～８のいずれか一項に記載の距離測定装置。
10. 前記傾きが前記別の所定値以上の場合に前記電気信号が前記光検出系において飽和することを特徴とする請求項９に記載の距離測定装置。
11. 発光信号に基づいて発光する光源を含む投光系と、
    前記投光系から投光され物体で反射された光を受光し、その受光量に応じた電気信号を出力する光検出系と、
    前記光検出系から出力された前記電気信号を処理する処理回路を含む信号処理系と、
    前記発光信号及び前記信号処理系の出力信号に基づいて、前記物体までの距離を算出する演算系と、を備え、
    前記演算系は、前記電気信号の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を横切る信号立ち上がり部（Ｔｒ）と信号立下り部（Ｔｆ）の時間的中間点（Ｔｍ）を求める距離測定装置において、２つの閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を有し、前記電気信号の電圧の立ち上がりが閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２をそれぞれ横切る２つの点を通る直線の傾きが所定値以下の場合に、Ｔｆ－Ｔｒから求まるパルス幅とＴｍに基づいて前記距離を算出することを特徴とする距離測定装置。
12. 前記演算系は、予め取得された、前記概算値と実距離の誤差と、前記パルス幅との関係を用いて前記距離を算出することを特徴とする請求項１１に記載の距離測定装置。
13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の距離測定装置と、
    前記距離測定装置が搭載される移動体と、を備える移動体装置。
14. 投光する投光工程と、
    前記投光工程で投光され物体で反射された光を受光及び光電変換して電気信号を出力する光電変換工程と、
    前記電気信号の電圧に対して、閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を用いて少なくとも１つの処理を行う信号処理工程と、
    前記投光工程での投光タイミング及び前記信号処理工程の出力信号に基づいて、前記物体までの距離を算出する距離算出工程と、を含み、
    前記距離算出工程では、前記電気信号の電圧が前記閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合、かつ前記電気信号の電圧の立ち上がりが前記閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２をそれぞれ横切る２つの点を通る直線の傾きが所定値以上の場合に、前記傾きに基づいて前記距離を算出することを特徴とする距離測定方法。
15. 前記距離算出工程では、前記電気信号の電圧が前記閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合に、前記投光タイミングから、前記立ち上がりが前記閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２の一方を横切るまでの時間から前記距離を概算し、その概算値を用いて前記距離を算出することを特徴とする請求項１４に記載の距離測定方法。
16. 前記算出する工程では、前記電気信号の電圧が前記閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る場合に、前記傾きを用いて前記直線と負の所定電圧との交点の時刻を求め、該時刻を用いて前記距離を算出することを特徴とする請求項１４に記載の距離測定方法。
17. 前記所定電圧は、前記電気信号の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を横切る、同一距離にあり反射率が異なる複数の物体に対して測定を行ったときに前記物体間で前記交点が一致するように設定されていることを特徴とする請求項１６に記載の距離測定方法。
18. 前記所定電圧として、前記所定値に対応する第１の所定電圧と、前記所定値よりも大きい別の所定値に対応する、前記第１の所定電圧とは異なる第２の所定電圧とが設定されており、
    前記算出する工程では、
    前記傾きが前記所定値以上、かつ前記別の所定値未満の場合に、前記第１の所定電圧を用いて前記交点の時刻を求め、
    前記傾きが前記別の所定値以上の場合に、前記第２の所定電圧を用いて前記交点の時刻を求めることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の距離測定方法。
19. 発光信号に基づいて発光する光源を含む投光系と、
    前記投光系から投光され物体で反射された光を受光し、その受光量に応じた電気信号を出力する光検出系と、
    前記光検出系から出力された前記電気信号を処理する処理回路を含む信号処理系と、
    前記発光信号及び前記信号処理系の出力信号に基づいて、前記物体までの距離を算出する演算系と、を備え、
    前記演算系は、前記電気信号の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を横切る信号立ち上がり部（Ｔｒ）と信号立下り部（Ｔｆ）の時間的中間点（Ｔｍ）を求める距離測定装置において、２つの閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を有し、前記電気信号の電圧の立ち上がりが閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２をそれぞれ横切る２つの点を通る直線の傾きが所定値以下の場合に、Ｔｆ－Ｔｒから求まるパルス幅とＴｍに基づいて前記距離を算出することを特徴とする距離測定方法。

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