JP7235638B2

JP7235638B2 - 測距装置および測距システム

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Description

本発明は、対象物までの距離を光の飛行時間により測定する測距装置および測距システムに関する。

対象物までの距離を測定して距離画像を得るために、照射光が対象物で反射して戻ってくるまでの飛行時間により距離を測定する方式（ＴＯＦ＝Time Of Flight）を用いた測距撮像装置（以下、測距装置）が実用化されている。測距装置では距離測定のため、照射光の発光と反射光の露光を周期的に繰り返し、所定の露光期間に蓄積された露光量から照射光に対する反射光の時間遅れを算出して距離を求めるものである。その際、同一の測定空間内に複数の測距装置を設置して同時に測距動作を行なう場合、他装置からの照射光が自装置に入射して露光量が変動し、正確な距離測定ができなくなることがある。このような装置間の光干渉に関し、次のような干渉検出及び干渉対策が提案されている。

特許文献１では、露光位相の異なる４つの位相画像を取得し、位相画像（０°）と位相画像（１８０°）の合計、および位相画像（９０°）と位相画像（２７０°）の合計値を算出する。これら２つの合計値が０に近似した値にならない場合は、外部光による影響を受けている（干渉あり）と判定することが記載されている。

特許文献２では、特定の露光信号（発光タイミングと露光タイミングの差）に対応する露光処理を２度行い、それらの露光量の差異に基づいて他装置からの干渉の有無を判定することが記載されている。

また特許文献１，２においては、測距装置を使用中（すなわち測距動作中）に外部光の干渉を検出すると、これを回避するため、記録モード（発光露光タイミング）の変更を行っている。干渉回避の方法として、特許文献１では記録動作を中断させ、予め設定された時間を置いて再び記録を試みること、特許文献２では、干渉検出した場合は次の発光を露光期間の２倍だけ遅延させること、などが記載されている。

特表２０１６－５０２６５７号公報国際公開第２０１５／１９００１５号

特許文献１，２における干渉対策は、自装置と他装置との発光露光期間が重ならないように設定変更して、他装置からの干渉光を自装置で露光させないようにするものである。しかしこの方法には、以下のような課題がある。

特許文献１，２においては、測距装置を使用中に干渉対策を行うので、干渉を検出した期間の測定結果には干渉による距離誤差が含まれており、有効なデータとして利用できないものとなる。よってその期間を再度測定する必要が生じ、その分測定レートが低下することになる。

複数の測距装置を使用する測距システムでは、干渉回避のため各装置の発光露光期間を互いに時間的にずらすことが有効である。しかし、装置の台数が増加すると「ずらし時間」の割り当てが不足して、全装置間で発光露光期間が重ならない状態（すなわち干渉発生なしの状態）を実現できなくなる。これを回避するため、各装置における発光露光期間の間隔を拡大すると、測定レートが低下してしまう。

あるいは、干渉回避のため各装置の発光露光周期を互いに異ならせることが有効である。しかし、装置の台数が増加すると割り当てる発光露光周期の数が不足して、全装置間で干渉発生なしの状態に収束させるのが困難になる。

以上の課題を鑑み、本発明の目的は、測距装置を多数台使用する場合でも、測定レートを低下させず装置間の干渉を確実に回避できる測距装置及び測距システムを提供することである。

本発明の測距装置は、光源で発光したパルス光を対象物に照射する発光部と、対象物で反射したパルス光をイメージセンサで露光し電気信号に変換する受光部と、前記受光部の出力信号から対象物までの距離を演算する距離演算部と、前記発光部と前記受光部を制御し、前記距離演算部による距離演算結果から他の測距装置からの干渉の有無を判定する制御部とを備える。前記制御部は、前記発光部と前記受光部に発光露光周期を設定する発光露光周期設定部と、前記距離演算部により所定期間において繰り返し求めた距離値のばらつきを測定する距離ばらつき測定部と、前記距離ばらつき測定部で測定した距離ばらつき値を予め定めた閾値と比較して干渉の有無を判定する干渉判定部と、を有する。

本発明の測距システムは、測距装置を複数台設置して距離を測定する際、各測距装置を管理装置に接続して各測距装置へ発光露光周期の割り当てを行うものであって、前記管理装置は、各測距装置の中から、干渉検出を行う測距装置と干渉光となる発光を行う測距装置を順に選択して干渉検出の動作を行わせる測距装置選択部と、選択した測距装置に対し干渉検出のために同じ発光露光周期を設定する発光露光周期選択部と、選択した測距装置から干渉検出結果を受けてメモリに記録する干渉結果記録部と、前記メモリから干渉検出結果を読み出し、各測距装置に対して干渉を回避するための発光露光周期を割り当てる発光露光周期割り当て部と、を備える。ここに前記発光露光周期割り当て部は、他の測距装置との干渉が多い測距装置の順に、干渉元となる測距装置に割り当てていない発光露光周期を割り当てる。

本発明によれば、測距装置を多数台使用する場合でも、どの発光露光周期で干渉が発生しているかを把握し、測定レートを低下させず装置間の干渉を確実に回避できる測距装置および測距システムを実現できる。

実施例１に係る測距装置を示す構成図。制御部１８の機能構成を示す図。ＴＯＦ法による距離測定の原理を説明する図。干渉時の距離測定への影響を説明する図。測距装置による距離測定のタイムチャートの例を示す図。測距装置間で干渉が生じる条件を説明する図。イメージセンサ１６の画素配列と測定領域を示す図。干渉発生時の距離画像の例を示す図。発光露光周期を変えて測定した干渉比率の例を示す図。干渉検出処理のフローチャートを示す図。実施例２に係る測距システムを示す構成図。管理装置（ＰＣ）１０１の機能構成を示す図。干渉検出を行う測距装置の組み合わせを示す図。メモリ１１６の構成例を示す図。干渉検出結果と発光露光周期の割り当ての例を示す図。各測距装置への周期割り当てを行うフローチャートを示す図。

以下、本発明の実施形態を説明する。実施例１は、個別の測距装置において他装置からの干渉の有無を判定する場合である。実施例２は、測距装置を複数台設置した測距システムにおいて、各装置への発光露光周期割り当てを行う場合である。

図１Ａは、実施例１に係る測距装置を示す構成図である。測距装置１０では、人物や物体などの測定の対象物１３までの距離をＴＯＦ法で測定し、測定した対象物の各部までの距離を２次元の距離データ、すなわち距離画像として出力する。装置の構成は、発光部１１、受光部１５、距離演算部１７、及び制御部１８を有する。

発光部１１は、レーザダイオードなどの光源を駆動してレーザ等のパルス状の照射光１２を出射する。受光部１５は、照射光１２が対象物１３で反射して戻ってきたパルス状の反射光１４を検出する。受光部１５は、ＣＣＤセンサなどを２次元状に配列したイメージセンサ１６で露光し、各画素位置での光強度を電気信号に変換する。距離演算部１７は、受光部１５からの出力信号から対象物１３までの距離Ｄを演算するとともに、２次元の距離画像データを生成する。

その際、測距装置１０の近傍に他の測距装置１０’が存在すると、測距装置１０’からの照明光またはその反射光が干渉光１９となって受光部１５に入射することがある。この干渉光１９は、距離演算部１７が演算する距離Ｄに影響を与えることになる。

制御部１８は距離演算部１７を介して、発光部１１からの照射光１２の発光周期と、受光部１５での反射光１４の露光周期を設定するとともに、距離演算部１７が演算した距離値Ｄの変化（ばらつき）を基に干渉の有無を判定する。その際、照射光１２の発光周期と、反射光１４の露光周期を複数通りに設定するため、設定可能な周期を定義した発光露光周期リストを有している。干渉の有無の判定結果は、図示しない表示部により表示、または図示しない出力部により外部装置へ出力する。他装置からの干渉が発生する場合は、ユーザもしくは外部アプリケーションの指示により、発光露光周期リストにある他の周期を発光部１１と受光部１５に適用することで、干渉を回避することができる。

図１Ｂは、制御部１８の機能構成を示す図である。距離ばらつき測定部５１は、発光露光周期設定部５４を介して、距離演算部１７に対し発光露光周期と発光露光期間の開始タイミングを設定する。発光露光周期設定部５４は、設定可能な発光露光周期のリストを保存している。距離演算部１７で演算した距離値は、距離ばらつき測定部５１を介してメモリ５２に格納される。距離ばらつき測定部５１は、所定期間における距離値のばらつき（標準偏差）を算出するとともに、距離ばらつきの最大値を求める。干渉判定部５３は、距離ばらつきの最大値から、干渉が発生しているか否かを判定する。

図２は、ＴＯＦ法による距離測定の原理を説明する図である。距離測定は、照射光１２と反射光１４の時間差ｄＴに基づいて、対象物１３までの距離Ｄを、Ｄ＝ｄＴ×ｃ／２で求めることができる（ここにｃは光速）。ここでは、１回の照射光１２（パルス幅Ｔ_０）に対し、露光動作を例えば２つのゲートに分けて行う場合を示す。すなわち、反射光１４の露光期間を、第１の露光ゲートＳ_１と第２の露光ゲートＳ_２に分け、それぞれのゲート幅は照射光１２のパルス幅Ｔ_０に等しくする。イメージセンサに蓄積される電荷量Ｑのうち、第１、第２の露光ゲートＳ_１、Ｓ_２において蓄積される電荷量Ｑ_１、Ｑ_２と、照射光のパルス幅Ｔ_０から、時間差ｄＴは、
ｄＴ＝Ｔ_０×Ｑ_２／（Ｑ_１＋Ｑ_２）…（１）
と求めることができる。これより距離Ｄは、
Ｄ＝Ｔ_０×Ｑ_２／（Ｑ_１＋Ｑ_２）×ｃ／２…（２）
で算出される。なお、ここでは簡単のために、背景光の電荷量を無視している。

図３は、干渉時の距離測定への影響を説明する図である。他装置１０’から干渉光１９（照射光もしくは反射光）を受光すると、距離Ｄの測定値に誤差が生じる。

他装置１０’からの干渉光１９により、イメージセンサに電荷量Ｑ’が蓄積されるとき、露光ゲートＳ_１、Ｓ_２において蓄積される電荷量は、それぞれＱ_１＋Ｑ_１’、Ｑ_２＋Ｑ_２’に変化する。このため距離Ｄ’は、
Ｄ’＝Ｔ_０×（Ｑ_２＋Ｑ_２’）／（Ｑ_１＋Ｑ_１’＋Ｑ_２＋Ｑ_２’）×ｃ／２…（３）
となり、前記（２）の測定値Ｄからずれてしまう。

図４は、測距装置による距離測定のタイムチャートの例を示す図である。距離測定はフレーム単位で実行し、例えば３０フレーム／ｓｅｃのレートで測定する。

１つのフレームは、照射光１２を発光しその反射光１４を露光する発光露光期間と、露光した電荷を距離演算部１７に出力するデータ出力期間で構成され、これらを交互に繰り返す。１つの発光露光期間は、図２で述べた発光パルスをβ回照射し、露光ゲートＳ_１をβ回繰り返すＳ１期間と、発光パルスをβ回照射し、露光ゲートＳ_２をβ回繰り返すＳ２期間を有し、このＳ１期間とＳ２期間を合わせて１サイクルとする。このβ回の発光露光のパルス間隔（周期）が発光露光周期Ｔである。１つの発光露光期間では、このサイクルをα回繰り返し、Ｓ１期間に蓄積された電荷量Ｑ_１と、Ｓ２期間に蓄積された電荷量Ｑ_２から、距離演算部１７は上記（２）式により距離Ｄを算出する。これにより、各フレームでの距離値が得られる。本実施例では、後述するように、所定期間（フレーム１～ｎの期間）におけるｎ個の測定値（Ｄ１，Ｄ２・・・Ｄｎ）のばらつきを求め、干渉の判定を行う。

図５は、測距装置間で干渉が生じる条件を説明する図である。ここでは２台の測距装置１，２の発光露光動作のタイミングを示している。

発光露光期間では、図４で示したような発光動作と露光動作を発光露光周期Ｔで繰り返す。測距装置１と測距装置２が同じ測定空間内にあり、それらの発光露光周期Ｔが等しい場合には、装置１からの干渉光のパルスが装置２の露光ゲートの周期と同期して、干渉が発生する。また、発光露光周期Ｔが等しい場合であっても、干渉の影響は、装置１の発光露光期間と装置２の発光露光期間との重なりに依存し、重なりが大きいほど干渉の影響が大きくなる。発光露光期間の重なりは、測距装置１と測距装置２のフレームの時間差Ｔｄｉｆで決まり、時間差Ｔｄｉｆが小さいほど重なりが大きくなり、干渉の影響も大きくなる。

ただし、測距装置１，２に内蔵され動作タイミングを決定する基準クロックには誤差があるため、測距装置毎の１フレームの時間にはわずかではあるが差が生じる。そのため、発光露光期間の時間差Ｔｄｉｆを一定に保持して測定することは困難で、時間経過とともに発光露光期間の重なりが周期的に変化してしまう。そこで本実施例では、発光露光期間の開始タイミングをＴｄｉｆ（可変値）だけ意図的にずらし、装置間の発光露光期間の重なりを変化させて測定する。これにより、発光露光期間の重なりが最大となる状態、すなわち干渉の影響の最大値を捉えるようにしている。

以下、本実施例における干渉検出動作について詳細に説明するが、本実施例で採用した主な特徴は以下である。
（１）イメージセンサ１６の検出領域を状況に応じて最適に分割し、１個の画素または複数の画素からなる測定領域を単位に距離値を取得する。
（２）複数フレームに渡り繰り返し測定し、距離値のばらつき（標準偏差）から干渉の有無を判定する。
（３）自装置の発光露光周期を変えて測定し、他装置から干渉を受ける発光露光周期を特定する。

図６は、イメージセンサ１６の画素配列と測定領域を示す図である。（ａ）はイメージセンサ１６の画素配列の例を示す。１マスが１個の画素６１を表し、ここでは簡単のため画素数は２０×１５としている。イメージセンサ１６からの信号により、距離演算部１７は画素６１単位で距離演算を行う。距離ばらつき測定部５１は、１個の画素ごとに、または複数の画素を単位として距離データを取り扱う。ここで、距離データを取得する単位となる領域を「測定領域」と呼ぶことにする。

（ｂ）は、画素単位に測定領域６２とする場合である。この場合、最も分解能が高いデータが得られるが、画素単位の距離データがメモリ５２に格納されるので、メモリ５２の使用容量が多くなる。

（ｃ）は、複数画素を単位に測定領域６３とする場合である。この例では、３×３の画素を測定領域６３としている。距離ばらつき測定部５１は、画素領域６３内の各画素の距離データの平均値を求めてメモリ５２に格納する。これにより、距離データを格納するメモリ５２の使用容量を削減できる。

（ｄ）は、イメージセンサ１６の全部の画素をまとめて測定領域６４とする場合である。距離ばらつき測定部５１は、２０×１５の全画素の距離データの平均値を求め、メモリ５２に格納する。この場合には、メモリ５２の使用容量を最も削減することができる。

引き続き本実施例では、図４に示したように、複数フレーム（ｎフレーム）に渡り距離を繰り返し測定してその時間的なばらつきを求める。よって、ｎ回分の距離値がメモリ５２へ格納され、距離ばらつき測定部５１は、メモリ５２からｎ回分の距離値を読み出し、測定領域毎の距離ばらつき値を算出する。この距離ばらつき値の数は、図６（ｂ）（測定領域６２）の場合は２０×１５＝３００個となる。また図６（ｃ）（測定領域６３）の場合は３×３＝９個となる。図６（ｄ）（測定領域６４）の場合は１個となる。

図７は、干渉発生時の距離画像の例を示す図である。（ａ）は比較用に干渉していない場合の距離画像、（ｂ）は干渉している場合の距離画像を、イメージセンサ１６全体の領域で示している。正常な距離画像では、対象物までの距離をカラーで色分けして示される（この図ではグレーで示している）。しかし干渉している領域では距離値のばらつきが大きくなり、例えば符号７０で示すように黒色で示される。干渉領域７０はイメージセンサ１６の全領域で発生するような場合は少なく、イメージセンサ１６の一部分に現れることが多い。よって、干渉領域７０の大きさを考慮して図６の測定領域６２～６４を設定することが必要である。

図７のような干渉領域７０の場合に、例えば図６（ｄ）の測定領域６４のように大きく設定すると、距離画像の全体の平均値で見てしまうことになり、距離ばらつき、すなわち干渉が目立たなくなる恐れがある。よって、実際の測距装置では、メモリ容量や演算能力を勘案しながら、できる限り測定領域を小さい設定することが好ましい。

距離ばらつき測定部５１は、距離ばらつきの算出のため、下記に示す公知の標準偏差の数式１を用いる。ここに、ｘ_ｉはｉ回目の距離測定値、ｘ（バー）はｘ_ｉの平均値である。この式により、測定領域ごとに所定期間でｎ回測定したときの標準偏差ｓを計算し、距離値のばらつきとする。

標準偏差ｓは測定領域ごとに算出し、その中の最大値を求めて代表値とする。すなわち空間的な最大値を求める。例えば、図６（ｂ）（測定領域６２）の場合は、ばらつき値は３００個算出されるが、その中の最大値を代表値とする。図６（ｃ）（測定領域６３）の場合は、ばらつき値は９個算出されるが、その中の最大値を代表値とする。図６（ｄ）（測定領域６４）の場合は、ばらつき値は１個算出され、そのまま代表値とする。

その後、距離ばらつき測定部５１は発光露光周期設定部５４に対して、発光露光期間の開始タイミングをずらしながら、上記と同様に、測定領域ごとに所定期間（ｎ回測定）内の距離値のばらつきを測定する。そして、各開始タイミングにおける距離ばらつきの代表値を求め、測定開始から求めた過去の代表値（最大値）の値を超えている場合、その値を新たな最大値としてメモリ５２に格納する。このようにして、空間的かつ時間的にばらつき値が最大になる値がメモリ５２に格納される。

発光露光期間の開始タイミングをずらして距離を測定する動作について説明する。発光露光周期設定部５４は、自らが持つ基準クロックに対して、一定時間をずらしたタイミングで距離演算部１７に対して発光露光期間の開始タイミングのリセットを行う。これにより、図５の時間差Ｔｄｉｆを意図的にずらし干渉の状態を変化させることができる。発光露光期間の開始タイミングをずらすことで、他装置からの干渉が小さい場合と大きい場合とを含めて距離ばらつきを測定できる。言い換えれば、この方法により、自装置の発光露光期間と干渉元となる他装置の発光露光期間が重なる状態、すなわち干渉が最大となる状態を確実に捉えることができる。

例えば図５で発光露光期間が２０ｍｓｅｃ、データ出力期間が１３ｍｓｅｃである場合、時間差Ｔｄｉｆを０．５ｍｓｅｃ刻みで２６回ずらして測定すれば、２つの装置の発光露光期間が重なる状態を含めることができる。このように、時間差Ｔｄｉｆをずらして測定するために要する回数をｍ回とする。

以上のように距離ばらつき測定部５１は、ある開始タイミングでｎ回分の測定から距離ばらつきを算出し、開始タイミングをずらしながらｍ回分測定を行い、そのｍ回分の距離ばらつき値の中の最大値をメモリ５２に格納する。このようにしてメモリ５２に格納される距離ばらつきの最大値は、他装置からの干渉が最大となる状態に対応したものとなる。

次に、距離ばらつき測定部５１は、自装置の発光露光周期を異なる値に設定して、距離ばらつきを測定する。自装置において設定可能な発光露光周期の値は、発光露光周期設定部５４に格納されており、発光露光周期リストの番号ｋで指定する。例えば、１５種類の周期が設定可能であれば、ｋ＝１～１５の順に変えて、各々の周期における距離ばらつきを測定する。発光露光周期を変えて測定した距離ばらつきは、それぞれメモリ５２に格納する。他装置からの干渉光の周期と自装置の発光露光周期とが等しいとき、距離ばらつきは大きくなることから、これより他装置の干渉光の周期を特定することができる。そして他装置からの干渉を回避するためには、特定された周期を避けて自装置の発光露光周期を設定すれば良い。

距離ばらつき測定部５１は一連の測定を終了したあと、メモリ５２に格納した距離ばらつき値（ばらつきの最大値）を読み出し、干渉判定部５３に値を送る。干渉判定部５３では、距離ばらつき値を測距装置の測定範囲最大値で除算した値を干渉比率（百分率）とし、予め定めている閾値と比較し、干渉比率が閾値よりも大きい場合は干渉が発生していると判定する。

図８は、発光露光周期を変えて測定した干渉比率の例を示す図である。自装置の発光露光周期を発光露光周期リストのｋ＝１～１５と変えて、それぞれの干渉比率を測定したものである。この例では、自装置の発光露光周期をｋ＝８としたときの干渉比率が最も大きくなっている。また、干渉の有無を判定するための閾値を例えば１０％とし、干渉する発光露光周期と干渉しない発光露光周期を明確に区別することができる。閾値に関しては、測距装置の性能や仕様を勘案して決定する。この結果より、他装置で使用している発光露光周期はｋ＝８で、この周期で干渉が発生していると特定できる。

図９は、干渉検出処理のフローチャートを示す図である。以下の処理は、制御部１８内の距離ばらつき測定部５１が主体となって実行される。
Ｓ１０１：発光部１１を点灯させる。

Ｓ１０２（ループ１）：発光露光周期をｋ通り変化させて、Ｓ１０３からＳ１０９までの処理を繰り返す。例えば図８のように、ｋ＝１～１５と変えて測定する。ループ１では、発光露光周期ごとの距離ばらつきの最大値を求める。
Ｓ１０３：メモリ５２のばらつき最大値をリセットする。

Ｓ１０４（ループ２）：発光露光期間の開始タイミングをｍ通りずらし、Ｓ１０５からＳ１０８までの処理を繰り返す。例えば図５の場合、ｍ＝２６通りとなる。ループ２では、開始タイミングに対する距離ばらつきの変化を求める。

Ｓ１０５（ループ３）：Ｓ１０６からＳ１０７の距離測定をｎ回繰り返して行う。例えば、３０フレーム／ｓｅｃで距離取得する場合は、１ｓｅｃでｎ＝３０回の繰り返し測定が可能である。
Ｓ１０６：図２に説明した要領で発光露光を行い、距離演算部１７は、イメージセンサ１６の各画素について距離Ｄを算出する。
Ｓ１０７：図６で設定した測定領域を単位として、測定領域内の距離値の平均値を求め、メモリ５２に記憶する。

Ｓ１０８：ループ３におけるｎ回分の測定を終了すると、その距離ばらつきを標準偏差の式により算出する。距離ばらつきの値は測定領域の数だけ得られ、その最大値をメモリ５２に記憶する。

Ｓ１０９：ループ２におけるｍ通りの開始タイミングでの測定を終了すると、ｍ通りの距離ばらつきの中からばらつき最大値を求めてメモリ５２に記憶する。

Ｓ１１０：ループ１におけるｋ通りの周期での測定を終了すると、メモリ５２からｋ通りの周期ごとのばらつき最大値（距離ばらつき値）を読み出す。

Ｓ１１１：干渉判定部５３は、距離ばらつき値から干渉比率を算出し、閾値と比較して干渉が発生しているかどうかを判定する。判定結果は、例えば図８のように干渉比率の値を出力する、あるいは、発光露光周期ごとの干渉の有無を出力（表示）する。

実施例１によれば、測距装置で測距動作を開始する前に、予めどの発光露光周期にて干渉を受けるかを判断し、これを避けるように発光露光周期を設定することができる。よって、従来技術のように測距動作中に干渉を検出しその対策を行うことで、測定結果に距離誤差が含まれたり、測定レートが低下したりすることはない。

実施例２では、測距装置を複数台設置した測距システムにおける、各装置への発光露光周期割り当てに関する。

図１０Ａは、実施例２に係る測距システムを示す構成図である。測距システムにおいて、複数台の測距装置（この例では測距装置１～１０）は、ネットワークケーブル１０４、ネットワークハブ１０２を介して管理装置であるＰＣ１０１に接続されている。各装置の設置状態により、発光方向と受光面の方向は、それぞれ異なっている。

管理装置（ＰＣ）１０１は、自動周期割り当てのアプリケーションを実行することにより、各装置に対して干渉を回避するための適切な発光露光周期を割り当てる。そのために、測距装置を選択して装置間の干渉検出を指示し、選択された測距装置は実施例１で述べた干渉検出動作を行う。干渉発生の有無は、装置の位置関係、すなわち発光方向と受光面の方向により決まり、各装置は干渉の有無を判定し、その結果をＰＣ１０１に送信する。ＰＣ１０１は各装置の干渉結果を基に、各装置に対して干渉を回避する適切な発光露光周期を割り当てる。

図１０Ｂは、管理装置（ＰＣ）１０１の機能構成を示す図である。測距装置選択部１１１は、各装置の中から、干渉検出を行う装置と干渉光となる発光を行う装置を選択する。発光露光周期選択部１１２は、選択した装置に対し発光露光周期を指定する。干渉結果記録部１１３は、各装置から干渉検出結果を受けてメモリ１１６に記録する。発光露光周期割り当て部１１５は、メモリ１１６から干渉検出結果を読み出し、各装置に対して適切な発光露光周期を割り当てる。通信部１１４は、ネットワークハブ１０２とネットワークケーブル１０４を介して各測距装置１～１０と通信を行う。

以下、本実施例における測距システムの動作を説明する。
ＰＣ１０１の測距装置選択部１１１は、通信部１１４とネットワークハブ１０２（ネットワークケーブル１０４）を介して、干渉検出を行う装置（干渉検出装置）と、干渉光となる発光を行う装置（干渉光発生装置）を選択する。発光露光周期選択部１１２は、選択した装置に対し、同じ発光露光周期（例えば周期番号ｋ＝１）を設定する。なお、以下の干渉検出動作では、発光露光周期は１つの値に固定して行うので、最初に全ての測距装置１～１０に同じ発光露光周期を設定しても良い。

例えば、測距装置選択部１１１は、装置１を干渉検出装置に、装置２を干渉光発生装置に指定する。装置１は、実施例１の要領で干渉検出の動作を行う。ただし実施例２では、どの装置間で干渉が発生するかを調べれば良いので、発光露光周期（番号ｋ）は装置間で共通に設定し、周期を変える処理は不要である。干渉検出が終了すると、装置１は検出結果を、ネットワークハブ１０２（ネットワークケーブル１０４）を介してＰＣ１０１に送信し、干渉結果記録部１１３はその結果をメモリ１１６に記録する。

次に測距装置選択部１１１は、装置２の発光を停止させ、装置３を干渉光発生装置に指定する。そして装置１に再度干渉検出を指示し、装置１からの検出結果を受けて、干渉結果記録部１１３はその結果をメモリ１１６に記録する。以後、装置の組合せを変えながら干渉検出を実行する。

図１１は、干渉検出を行う測距装置の組み合わせを示す図である。複数台の中から２台の装置を選択し、干渉検出と干渉光発生を行わせる。なお、干渉検出の実施順を数字（斜体）で示している。本例では１０台の測距装置を使用するので、_１０Ｃ₂＝４５通りの組み合わせで干渉検出を実施すればよい。なぜなら、干渉の有無は、干渉検出装置と干渉光発生装置を入れ替えても同じ結果になるからである。この干渉検出の結果、各測距装置において干渉の発生する相手（干渉元）の測距装置が判明する。

図１２は、メモリ１１６の構成例を示す図である。干渉検出の開始時に、測距装置の数と組み合わせ数に合わせて、干渉検出結果を格納する領域を動的に確保する。アドレス１～９０は、図１１の干渉検出装置と干渉光発生装置の組み合わせを順に並べたものである。干渉検出結果として、干渉しない場合は「００」を、干渉する場合は「０１」を記録する。

全部の組み合わせについて干渉検出を終えると、発光露光周期割り当て部１１５はメモリ１１６の干渉検出結果を読み出し、各測距装置に対して適切な発光露光周期を割り当てる。ただし、装置で設定可能な発光露光周期の数が制限されているときは、設定可能な発光露光周期の数が装置の数より少ないことがあり、一部の装置では他の装置と同じ発光露光周期を重複せざるを得なくなる。そこでシステム全体として干渉を回避するため、発光露光周期の割り当ては次のルールで行う。

（１）他測距装置との干渉が多い測距装置の順に発光露光周期の番号を割り当てる。これにより多数の他装置と干渉が起こる測距装置に、優先的に重複しない発光露光周期を割り当てることができる。
（２）他測距装置との干渉が少ない測距装置は、既に他の装置に割り当てられた発光露光周期と重複して割り当てることを許容する。ただし、干渉する相手の装置が既知であるので、相手の装置が使用していない発光露光周期を割り当てる。
（３）測距装置の配置によっては干渉する測距装置グループと、それらのグループとは干渉しない測距装置グループに分けられる場合がある。その場合、１つのグループ内の装置間だけで発光露光周期の割り当てを行えばよい。

これにより、設定可能な発光露光周期の数が測距装置の数より少ない場合でも、全ての装置で干渉を回避できるような測距システムを構築できる。

図１３は、本例での干渉検出結果と、上記のルールに従って割り当てた発光露光周期の例である。干渉検出結果、干渉が発生した装置組合せを×印で示し、各測距装置について、干渉元となる装置の数を示している。その結果、測距装置７，４，８，２，３，５，６，９，１，１０の順に、他装置との干渉が多くなっている。ここで、割り当てができる発光露光周期の数を８通り（番号ｋ＝１～８）とし、測距装置の数（１０台）より少ない場合を想定する。

上記ルール（１）に従って、干渉元が多い装置の順に周期を割り当て、測距装置７，４，８・・・の順にｋ＝１，２，３・・・の周期を割り当てる。こうして、測距装置９まで発光露光周期ｋ＝１～８を重複なく割り当てることができる。

残りの測距装置１，１０は、上記ルール（２）に従って発光露光周期を重複して割り当てる。測距装置１では干渉元が装置２，６，７で、それらの装置には周期ｋ＝４，７，１を割り当て済みである。よって、それ以外の周期として、例えばｋ＝２を割り当てる。同様に測距装置１０では干渉元が装置５，９で、それらの装置には周期ｋ＝６，８を割り当て済みである。よって、それ以外の周期として、例えばｋ＝１を割り当てる。

図１４は、各測距装置への周期割り当てを行うフローチャートを示す図である。以下の処理は、管理装置であるＰＣ１０１が主体となって実行する。
Ｓ２０１：ＰＣ１０１の発光露光周期選択部１１２は、ネットワークハブ１０２とネットワークケーブル１０４を介して、全ての測距装置１～１０に同じ発光露光周期（例えば周期番号ｋ＝１）を設定する。

Ｓ２０２（ループ１）：測距装置選択部１１１は、検査対象となる２台の装置を選択して、Ｓ２０３～Ｓ２０４の処理を実施させる。これを図１１のように、全ての装置の組合せについて行う。
Ｓ２０３：選択された第１の装置（干渉検出装置）では、設定された発光露光周期で干渉検出を、第２の装置（干渉光発生装置）では、設定された発光露光周期で干渉光発生を行う。なお、第１の装置（干渉検出装置）では、発光を停止して露光動作のみとしても良い。干渉検出は実施例１の図９のフローチャートと同様に行うが、発光露光周期の設定（Ｓ１０２のループ１）はＳ２０１で設定した１通りだけ行う。

Ｓ２０４：干渉検出が終わると、第１の装置は干渉検出結果をＰＣ１０１へ送信し、干渉結果記録部１１３は結果をメモリ１１６に記録する。
ループ１の全ての装置の組合せについて検査が終了すると、メモリ１１６には図１２のように干渉検出結果が記録される。

Ｓ２０５：発光露光周期割り当て部１１５は、発光露光周期の割り当てのため、メモリ１１６から干渉検出結果を読み出す。
Ｓ２０６：干渉検出結果を参照し、検査した測距装置の中から、干渉元となる装置の数が多い順、すなわち、干渉を受けやすい順に装置を検索する（以下、当該装置と呼ぶ）。

Ｓ２０７：設定可能な発光露光周期は全て割り当てられたかどうかを判定する。全て割り当てていない場合（Ｎｏ）はＳ２０８へ進み、全て割り当てている場合（Ｙｅｓ）はＳ２０９へ進む。
Ｓ２０８：まだ割り当てていない残りの発光露光周期を、Ｓ２０６で検索した当該装置に割り当てる。その後Ｓ２１１へ進む。

Ｓ２０９：当該装置に対し干渉元となる装置を検索し、干渉元の装置に割り当て済みの発光露光周期を検索する。
Ｓ２１０：検索した発光露光周期以外の発光露光周期を当該装置に割り当てる。

Ｓ２１１：全装置に発光露光周期を割り当てたかどうかを判定する。全装置に割り当てていなければＳ２０６に戻り、次の装置を検索する。全装置に割り当てていれば終了する。

実施例２によれば、測距装置を多数台使用する測距システムにおいて、測距動作を開始する前に、各装置に対して干渉を回避するための発光露光周期を適切に割り当てることができる。すなわち、設定可能な発光露光周期の数が測距装置の数より少ない場合でも、周期の割り当てが収束しない状況を避けることができる。

１～１０：測距装置、
１１：発光部、
１２：照射光、
１４：反射光、
１５：受光部、
１６：イメージセンサ、
１７：距離演算部、
１８：制御部、
１９：干渉光、
５１：距離ばらつき測定部、
５２：メモリ、
５３：干渉判定部、
５４：発光露光周期設定部、
６１：画素、
６２～６４：測定領域、
７０：干渉領域、
１０１：管理装置（ＰＣ）、
１１１：測距装置選択部、
１１２：発光露光周期選択部、
１１３：干渉結果記録部、
１１５：発光露光周期割り当て部、
１１６：メモリ。

Claims

対象物までの距離を光の飛行時間により測定する測距装置において、
光源で発光したパルス光を対象物に照射する発光部と、
対象物で反射したパルス光をイメージセンサで露光し電気信号に変換する受光部と、
前記受光部の出力信号から対象物までの距離を演算する距離演算部と、
前記発光部と前記受光部を制御し、前記距離演算部による距離演算結果から他の測距装置からの干渉の有無を判定する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記発光部と前記受光部に発光露光周期を設定する発光露光周期設定部と、
前記距離演算部により所定期間において繰り返し求めた距離値のばらつきを測定する距離ばらつき測定部と、
前記距離ばらつき測定部で測定した距離ばらつき値を予め定めた閾値と比較して干渉の有無を判定する干渉判定部と、
を有し、
前記制御部は、前記発光露光周期設定部により前記発光部と前記受光部の発光露光期間の開始タイミングをずらしながら前記距離ばらつき測定部により距離ばらつきを測定し、各開始タイミングの距離ばらつきの中で最大となる距離ばらつき値を求めることを特徴とする測距装置。
対象物までの距離を光の飛行時間により測定する測距装置において、
光源で発光したパルス光を対象物に照射する発光部と、
対象物で反射したパルス光をイメージセンサで露光し電気信号に変換する受光部と、
前記受光部の出力信号から対象物までの距離を演算する距離演算部と、
前記発光部と前記受光部を制御し、前記距離演算部による距離演算結果から他の測距装置からの干渉の有無を判定する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記発光部と前記受光部に発光露光周期を設定する発光露光周期設定部と、
前記距離演算部により所定期間において繰り返し求めた距離値のばらつきを測定する距離ばらつき測定部と、
前記距離ばらつき測定部で測定した距離ばらつき値を予め定めた閾値と比較して干渉の有無を判定する干渉判定部と、
を有し、
前記受光部は複数の画素を配列したイメージセンサからなり、
前記距離演算部は画素単位で距離演算を行うとともに、
前記距離ばらつき測定部は、１個の画素または複数の画素を単位とする測定領域ごとに距離ばらつきを測定し、各測定領域の距離ばらつきの中で最大となる距離ばらつき値を求めることを特徴とする測距装置。
測距装置を複数台設置して距離を測定する際、各測距装置を管理装置に接続して各測距装置へ発光露光周期の割り当てを行う測距システムにおいて、
前記管理装置は、
各測距装置の中から、干渉検出を行う測距装置と干渉光となる発光を行う測距装置を順に選択して干渉検出の動作を行わせる測距装置選択部と、
選択した測距装置に対し干渉検出のために同じ発光露光周期を設定する発光露光周期選択部と、
選択した測距装置から干渉検出結果を受けてメモリに記録する干渉結果記録部と、
前記メモリから干渉検出結果を読み出し、各測距装置に対して干渉を回避するための発光露光周期を割り当てる発光露光周期割り当て部と、を備え、
前記発光露光周期割り当て部は、干渉元となる装置の数が多い測距装置の順に、干渉元となる測距装置に割り当てていない発光露光周期を割り当てることを特徴とする測距システム。
請求項３に記載の測距システムにおいて、
前記発光露光周期割り当て部は、各測距装置に設定可能な発光露光周期の数が測距装置
の数より少ない場合は、互いに干渉しない測距装置間で同じ発光露光周期を割り当てることを特徴とする測距システム。
請求項３に記載の測距システムにおいて、
前記管理装置は、複数台の測距装置により距離を測定する前に、各測距装置に対し発光露光周期の割り当てを行うことを特徴とする測距システム。