JP7303671B2 - 電子装置及び距離計測方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電子装置及び距離計測方法に関する。

レーザ光を対象物に照射して、レーザ光の投光タイミングと対象物からの反射光の受光タイミングに基づいて対象物までの距離を計測する技術が知られている。この種の技術を利用すると、車両の周囲に存在する障害物までの距離を非接触かつ高速に検出できることから、衝突防止や自動運転などに不可欠な技術として注目されている。

レーザ光の対象物からの反射光は、太陽光などの環境光とともに受光されるため、反射光の光強度が弱いと、環境光との識別が困難になる。対象物からの反射光を環境光から正しく識別するには、受光信号をデジタル信号に変換して記憶部に記憶した後に平均化処理などの信号処理を行うことが考えられる。最近は、より遠方の対象物までの距離を計測することが求められているが、そのためには多くの画素の受光データを保持する必要がある。このため、大容量の記憶部が必要となり、設備コストが高くなってしまう。特に、上述した距離計測機能をＳｏＣ（System On Chip）で実現しようとした場合、必要な記憶部の記憶容量が増えると、ＳｏＣによるワンチップ化が困難になる。

その一方で、記憶部の記憶容量を削減するために、受光部から出力された電気信号をＡ／Ｄ変換する際のサンプリングレートを落とすと、距離誤差が大きくなってしまう。

特開２０１６－１７６７５０号公報

本発明の一態様は、実用的な距離の計測精度を維持しつつ、受光信号に応じたデジタル信号を記憶するデータ量を削減可能な電子装置及び距離計測方法を提供するものである。

本実施形態によれば、第１の光が対象物で反射された反射光を含む第２の光を受光する受光部と、
前記第２の光に対応するデジタル信号を生成するＡＤ変換部と、
前記デジタル信号を記憶する記憶部と、
前記第１の光の投光タイミングから前記第２の光が受光されるまでの経過時間に応じて、前記デジタル信号を前記記憶部に記憶する際の書き込みレートを制御する記憶制御部と、
前記第１の光の投光タイミングと、前記受光部での前記反射光の受光タイミングとに基づいて、前記対象物までの距離を計測する距離計測部と、を備える、電子装置が提供される。

第１の実施形態による電子装置の概略構成を示すブロック図。 Ａ／Ｄ変換器のサンプリングレートと距離誤差との対応関係を示す図。 投光タイミングからの経過時間に応じてサンプリングレートを変化させる様子を示す図。 第１の実施形態による電子装置の処理動作を示すフローチャート。 距離計測部の処理動作を説明する図。 第２の実施形態による電子装置の処理動作を示すフローチャート。 第３の実施形態による電子装置の概略構成を示すブロック図。 対象物までの距離とサンプリングレートとの対応関係の一例を示す図。 第３の実施形態による電子装置の処理動作を示すフローチャート。 第４の実施形態による電子装置の処理動作を示すフローチャート。 第５の実施形態による電子装置１の処理動作を示すフローチャート。

以下、図面を参照して、電子装置及び距離計測方法の実施形態について説明する。以下では、電子装置の主要な構成部分を中心に説明するが、電子装置には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態による電子装置１の概略構成を示すブロック図である。図１の電子装置１は、例えば車両等の移動体に搭載することができる。移動体とは、車両だけでなく、船舶、航空機、列車などを対象とする。以下では、図１の電子装置１を車両に搭載する例を念頭に置いて説明する。

図１の電子装置１は、投光部２と、光制御部３と、受光部４と、信号処理部５と、画像処理部６とを備えている。このうち、投光部２と、光制御部３と、受光部４と、信号処理部５とで、距離計測装置７が構成されている。以下では、距離計測装置７が走査方式及びＴＯＦ（Time Of Flight）方式の距離計測を行う例を説明する。図１の電子装置１の少なくとも一部は、１つ又は複数の半導体ＩＣ（Integrated Circuit）で構成可能である。例えば、信号処理部５と画像処理部６を一つの半導体チップの内部に集積してもよいし、この半導体チップに受光部４まで含めて集積してもよい。また、この半導体チップに投光部２まで含めて集積してもよい。

投光部２は、第１の光を投光する。第１の光は、例えば所定の周波数帯域のレーザ光である。レーザ光とは、位相及び周波数が揃ったコヒーレントな光である。投光部２は、パルス状の第１の光を所定の周期で間欠的に投光する。投光部２が第１の光を投光する周期は、第１の光の一つのパルスに基づいて距離計測装置７で距離を計測するのに要する時間以上の時間間隔である。

投光部２は、発振器１１と、投光制御部１２と、光源１３と、第１駆動部１４と、第２駆動部１５とを有する。発振器１１は、第１の光を投光する周期に応じた発振信号を生成する。第１駆動部１４は、発振信号に同期させて、光源１３に間欠的に電力を供給する。光源１３は、第１駆動部１４からの電力に基づいて、第１の光を間欠的に出射する。光源１３は、単一のレーザ光を出射するレーザ素子でもよいし、複数のレーザ光を同時に出射するレーザユニットでもよい。投光制御部１２は、発振信号に同期させて、第２駆動部１５を制御する。第２駆動部１５は、投光制御部１２からの指示に応じて、発振信号に同期した駆動信号を光制御部３に供給する。

光制御部３は、光源１３から出射された第１の光の進行方向を制御する。また、光制御部３は、受光された第２の光の進行方向を制御する。

光制御部３は、第１レンズ２１と、ビームスプリッタ２２と、第２レンズ２３と、ハーフミラー２４と、走査ミラー２５と、を有する。

第１レンズ２１は投光部２から出射された第１の光を集光させて、ビームスプリッタ２２に導く。ビームスプリッタ２２は、第１レンズ２１からの第１の光を二方向に分岐させて、第２レンズ２３とハーフミラー２４に導く。第２レンズ２３は、ビームスプリッタ２２からの分岐光を受光部４に導く。第１の光を受光部４に導光する理由は、受光部４にて投光タイミングを検出するためである。

ハーフミラー２４は、ビームスプリッタ２２からの分岐光を通過させて走査ミラー２５に導く。また、ハーフミラー２４は、電子装置１に入射された反射光を含む第２の光を受光部４の方向に反射させる。

走査ミラー２５は、投光部２内の第２駆動部１５からの駆動信号に同期して、ミラー面を回転駆動する。これにより、ハーフミラー２４を通過して走査ミラー２５のミラー面に入射された分岐光（第１の光）の反射方向を制御する。ハーフミラー２４のミラー面を一定周期で回転駆動することで、光制御部３から出射された第１の光を少なくとも一次元方向に走査させることができる。ミラー面を回転駆動する軸を二方向に設けることで、光制御部３から出射された第１の光を二次元方向に走査させることも可能となる。図１では、走査ミラー２５により、電子装置１から投光される第１の光をＸ方向及びＹ方向に走査させる例を示している。

電子装置１から投光された第１の光の走査範囲内に、人間や物体等の対象物８が存在する場合、第１の光は対象物８で反射される。対象物８で反射された反射光のうち、少なくとも一部は、第１の光と略同一の経路を逆に進んで光制御部３内の走査ミラー２５に入射される。走査ミラー２５のミラー面は所定の周期で回転駆動されているが、レーザ光は光速で伝搬するため、走査ミラー２５のミラー面の角度がほとんど変化しない間に、対象物８からの反射光がミラー面に入射される。ミラー面に入射された対象物８からの反射光は、ハーフミラー２４で反射されて、受光部４にて受光される。

受光部４は、光検出器３１と、増幅器３２と、第３レンズ３３と、受光センサ３４と、Ａ／Ｄ変換器３５とを有する。光検出器３１は、ビームスプリッタ２２で分岐された光を受光して電気信号に変換する。光検出器３１にて、第１の光の投光タイミングを検出できる。増幅器３２は、光検出器３１から出力された電気信号を増幅する。

第３レンズ３３は、ハーフミラー２４で反射された第２の光を受光センサ３４に結像させる。受光センサ３４は、第２の光を受光して電気信号に変換する。受光センサ３４は、例えばＳｉＰＭ（Silicon Photomultiplier）である。ＳｉＰＭは、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ）を二次元方向にアレイ状に配列した光検出素子である。ＳｉＰＭは、ＡＰＤの降伏電圧よりも高い逆バイアス電圧を印加することにより動作し、ガイガーモードと呼ばれる領域で駆動される。ガイガーモード時のＡＰＤの利得は非常に高いため、光子１個の微弱な光でさえ計測可能となる。受光センサ３４で光電変換された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器３５でデジタル信号に変換される。

Ａ／Ｄ変換器３５は、受光センサ３４から出力された電気信号を所定のサンプリングレートでサンプリングしてＡ／Ｄ変換し、デジタル信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器３５は、サンプリングレートを切り替えることができる。サンプリングレートを高くするほど、Ａ／Ｄ変換器３５から出力されるデジタル信号の単位時間当たりの数は増大する。本実施形態によるＡ／Ｄ変換器３５は、投光タイミングからの経過時間に応じてサンプリングレートを変化させる。少なくとも一部の経過時間において、経過時間が短いほど、サンプリングレートを高くし、経過時間が長いほど、サンプリングレートを低くする。Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートが高いほど、受光センサ３４から出力された電気信号をより忠実にＡ／Ｄ変換することができ、電気信号とデジタル信号との誤差を減らせる。ただし、例外的に、一部の経過時間において、サンプリングレートを一時的に高くすることがありえる。これについては、第５の実施形態で詳述する。

信号処理部５は、第１の光を反射させた対象物８までの距離を計測するとともに、第２の光に応じたデジタル信号を記憶部４１に記憶する。信号処理部５は、記憶部４１と、距離計測部４２と、記憶制御部４３とを有する。

距離計測部４２は、第１の光及び反射光に基づいて、対象物８までの距離を計測する。より具体的には、距離計測部４２は、第１の光の投光タイミングと、受光センサ３４で受光された第２の光に含まれる反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて、対象物までの距離を計測する。すなわち、距離計測部４２は、以下の式（１）に基づいて、距離を計測する。
距離＝光速×（反射光の受光タイミング－第１の光の投光タイミング）／２ …（１）

式（１）式における「反射光の受光タイミング」とは、より正確には、反射光のピーク位置の受光タイミングである。距離計測部４２は、第２の光に含まれる反射光のピーク位置を、Ａ／Ｄ変換器３５で生成されたデジタル信号に基づいて検出する。Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートが高いほど、反射光のピーク位置のタイミングをより精度よく検出できる。Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートが低い場合には、反射光のピーク位置のタイミングを正確に検出できないことから、対象物までの距離誤差は大きくなる。

例えば、Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートをｆsとすると、サンプリング間隔ｔｆsは、以下の式（２）で求められる。
ｔｆs＝１／ｆs …（２）

このとき、有限なサンプリングレートにより生じる距離誤差は、最大で以下の式（３）で求められる。
距離誤差＝ｔｆs×光速 …（３）

例えば、サンプリングレートｆs＝１００ＭＨｚ、光速＝３×１０⁸ｍ／ｓとすると、式（３）の距離誤差は、３ｍとなる。このように、距離誤差はサンプリングレートｆsに反比例し、Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートｆsを高くすることで、距離誤差を小さくすることができる。通常、サンプリングレートが低い場合には、隣接する複数のサンプリング点でのサンプリングデータを平均化することによりピーク位置を検出するため、距離誤差は上述した３ｍよりも小さい値になる。

また、距離計測部４２は、第１時刻に受光した第２の光の情報と、記憶部４１に記憶された第１時刻よりも過去の第２時刻に受光した第２の光の情報とを用いて、対象物までの距離を計測することができる。受光部４で受光される第２の光には、環境光等のノイズ光成分も含まれるため、過去に受光された第２の光の情報も加味することで、第２の光に含まれる反射光を正確に抽出できるようになり、距離計測の精度を向上できる。

記憶部４１は、受光センサ３４から出力されたデジタル信号を記憶する。記憶制御部４３は、第１の光の投光タイミングから第２の光が受光されるまでの経過時間に応じて、デジタル信号を記憶部４１に記憶する際の書き込みレートを制御する。より具体的には、記憶制御部４３は、投光タイミングからの経過時間が長いほど、書き込みレートを段階的又は連続的に低くする。よって、経過時間が長いほど、単位時間当たりに記憶部４１に記憶されるデジタル信号の数は少なくなり、記憶部４１に記憶されるデータ量を抑制できる。本実施形態による記憶制御部４３は、投光タイミングから第２の光が受光されるまでの経過時間に応じて、Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートを制御する。Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートを制御することで、Ａ／Ｄ変換器３５から出力されるデジタル信号を記憶部４１に記憶する際の書き込みレートを制御できる。

画像処理部６は、信号処理部５内の距離計測部４２で計測された距離に基づいて、例えば距離画像を生成する。距離画像は、例えば電子装置１が搭載される車両の進行方向前方の所定範囲内に存在する各対象物と、各対象物までの距離とが視認しやすくなるように色分けした画像である。

図２はＡ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートと距離誤差との対応関係を示す図である。図２の横軸はサンプリングレート、縦軸は距離誤差である。図２に示すように、サンプリングレートと距離誤差は線形な関係にある。Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートを上げると、距離誤差を小さくできるが、そのためにはＡ／Ｄ変換器３５を高速動作させなければならず、Ａ／Ｄ変換器３５の設計が難しくなる上に、Ａ／Ｄ変換器３５の消費電力が増えてしまう。また、Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートが高くなると、Ａ／Ｄ変換器３５で生成されるデジタル信号のデータ量がサンプリングレートに比例して増大し、記憶部４１の記憶容量が増えてしまう。

そこで、本実施形態では、投光タイミングからの経過時間に応じて、受光センサ３４から出力される電気信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートを変化させる。図３は投光タイミングｔ０からの経過時間に応じてサンプリングレートを変化させる様子を示す図である。図３に示すように、投光部２が第１の光の投光タイミングｔ０から第１の時間ｔ１までは、受光センサ３４から出力される電気信号を第１サンプリングレートでサンプリングし、第１の時間ｔ１から第２の時間ｔ２までは、電気信号を第１サンプリングレートより低い第２サンプリングレートでサンプリングし、第２の時間ｔ２以降は電気信号を第２サンプリングレートより低い第３サンプリングレートでサンプリングする。このように、投光タイミングからの経過時間が長くなるほど、受光センサ３４から出力された電気信号をサンプリングする周期を長くする。これにより、対象物が近くに存在する場合には、対象物までの距離を精度よく検出でき、対象物が遠くに存在する場合には、記憶部４１の記憶容量を増やすことなく対象物までの大体の距離を検出できるようになる。

図４は第１の実施形態による電子装置１の処理動作を示すフローチャートである。図４のフローチャートは、投光部２が第１の光を投光してから、受光センサ３４で受光された第２の光に対応するデジタル信号を記憶部４１に記憶するまでの処理動作を示している。

投光部２が第１の光を投光すると、投光タイミングからの経過時間の計測を開始する（ステップＳ１）。経過時間の計測は、例えば記憶制御部４３が行う。

次に、受光センサ３４は、第２の光を継続的に受光して電気信号に変換する。この電気信号はアナログ信号であるため、Ａ／Ｄ変換器３５でデジタル信号に変換される。初期状態では、Ａ／Ｄ変換器３５は、受光センサ３４から出力された電気信号を第１サンプリングレートでサンプリングしてデジタル信号に変換する。デジタル信号の大きさに基づいて、受光された第２の光の中に対象物からの反射光が含まれると判断される場合には、その反射光に対応するデジタル信号を記憶部４１に記憶する（ステップＳ２）。第１の光を投光してから、短時間の間に反射光が受光される場合は、対象物が距離計測装置７の近くに存在することを示している。対象物が近くに存在する場合は、対象物までの距離をより精度よく計測する必要がある。このため、初期状態に設定される第１サンプリングレートは、できるだけ高くする必要がある。反射光成分を細かい時間間隔でサンプリングした複数のデジタル信号が記憶部４１に記憶されるため、第１サンプリングレートが高いほど、記憶部４１の記憶容量が増大する。このため、第１サンプリングレートでサンプリングする期間は、あまり長く設定するのは望ましくない。

そこで、投光タイミングからの経過時間が第１時間を超えたか否かを判定する（ステップＳ３）。第１時間とは、例えば第１の光を投光してから、約２０ｍ先の対象物で反射された反射光が受光センサ３４で受光されるまでの時間である。約２０ｍ先の対象物までの距離はできるだけ精度よく計測した方がよいため、経過時間が第１時間以内であれば、第１サンプリングレートでサンプリングすることとし、ステップＳ２～Ｓ３の処理を繰り返す。

経過時間が第１時間を超えたと判定されると、受光部から出力された第２の光に対応する電気信号を第２サンプリングレートでサンプリングしてデジタル信号に変換する。第２の光の中に、対象物からの反射光が含まれると推定される場合には、第２サンプリングレートでサンプリングしたデジタル信号を記憶部４１に記憶する（ステップＳ４）。第２サンプリングレートは、第１サンプリングレートよりも低いレートであるため、記憶部４１に記憶される頻度が低下し、単位時間当たりに記憶部４１に記憶されるデータ量を削減できる。

次に、投光タイミングからの経過時間が第２時間を超えたか否かを判定する（ステップＳ５）。第２時間は第１時間よりも長い時間である。より具体的には、第２時間とは、例えば第１の光を投光してから、約２００ｍ先の対象物で反射された反射光が受光センサ３４で受光されるまでの時間である。距離計測装置７を搭載した車両から２０ｍ～２００ｍ以上離れている対象物は、２０ｍ以内の対象物と比べて、計測された距離誤差に対する許容度が大きい。このため、経過時間が第２時間以内であれば、第２サンプリングレートでサンプリングすることとし、ステップＳ４～Ｓ５の処理を繰り返す。

経過時間が第２時間を超えたと判定されると、電気信号を第３サンプリングレートでサンプリングしてデジタル信号に変換する。第２の光の中に、対象物からの反射光が含まれると推定される場合には、第３サンプリングレートでサンプリングしたデジタル信号を記憶部４１に記憶する（ステップＳ５）。第３サンプリングレートは、第２サンプリングレートよりも低いレートであるため、記憶部４１に記憶される頻度がさらに低下し、単位時間当たりの記憶部４１に記憶されるデータ量をさらに削減できる。例えば対象物が２００ｍ以上離れた場所に存在する場合、対象物までの距離誤差が多少大きくても、実用上問題ない。このため、対象物までの距離が大きい場合には、Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートを低くして、記憶部４１にデジタル信号を記憶する頻度を下げる。

図３と図４では、３種類のサンプリングレート（第１～第３サンプリングレート）を設ける例を示したが、投光タイミングからの経過時間をより細かく分類して、経過時間に応じて４種類以上のサンプリングレートに切り替えてもよい。また、逆に、２種類のサンプリングレートを設けて、経過時間が所定の時間を超えるか否かでサンプリングレートを切り替えてもよい。さらに、時と場合によって、サンプリングレートの値や、第１時間及び第２時間を変更できるようにしてもよい。

また、経過時間とサンプリングレートとの対応関係を規定する関数を生成して、この関数に経過時間を入力して、対応するサンプリングレートを算出してもよい。このような関数を用いることで、経過時間に応じてサンプリングレートを連続的に変化させることができる。あるいは、経過時間とサンプリングレートとの対応関係を規定するテーブルを生成して、このテーブルに経過時間を付与して、対応するサンプリングレートを選択してもよい。このようなテーブルを用いることで、経過時間に応じてサンプリングレートを段階的に変化させることができる。

距離計測部４２は、投光タイミングと、第２の光に含まれる反射信号のピーク位置のタイミングとの時間差に基づいて、対象物までの距離を計測する。本実施形態では、受光センサ３４から出力された電気信号のサンプリングレートが異なるため、距離計測部４２は、経過時間に応じてサンプリングレートがどのように変化したかの情報を事前に把握する必要がある。例えば、経過時間に応じたサンプリングレートを記憶制御部４３が決定する場合には、その情報をＡ／Ｄ変換器３５と距離計測部４２に通知する必要がある。

図５は距離計測部４２の処理動作を説明する図である。図５の例では、投光部２が第１の光を投光した後、Ａ／Ｄ変換器３５の６回目のサンプリング時に反射信号のピークが検出されたとする。この場合、サンプリングレートｆsが固定であれば、距離計測情報ＴｏＦは、以下の式（１）で表される。
ＴｏＦ＝６×１／ｆs …（１）

これに対して、本実施形態のように、サンプリングレートが可変であり、最初の５回のサンプリング時のサンプリングレートをｆs1、それ以降のサンプリングレートをｆs2とすると、距離計測情報ＴｏＦは、以下の式（２）で表される。
ＴｏＦ＝５×１／ｆs1＋１×１／ｆs2 …（２）

式（２）からわかるように、距離計測部４２は、経過時間とサンプリングレートとの対応関係から、対象物までの距離を容易に計測できる。
上述した図３及び図４では、投光タイミングからの経過時間に応じて、連続的又は段階的にＡ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートを変化させているが、投光タイミングからの経過時間は、第１の光が投光されてから、その反射光が受光部４で受光されるまでの飛行時間と同義である。よって、本実施形態による距離計測装置７は、第１の光及びその反射光の飛行時間の長さに応じて、連続的又は段階的にＡ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートを変化させるものである。

本実施形態では、Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートの切替は、Ａ／Ｄ変換器３５の動作クロック周波数を調整することでも行うことができる。例えば、サンプリングレートを１／２．５に落としたい場合は、動作クロック周波数を１／２．５にすればよい。Ａ／Ｄ変換器３５の動作クロック周波数の制御は、ＰＬＬ（Phase Looked Loop）回路を内蔵したクロック生成回路にて比較的容易に行うことができる。また、それぞれ異なる周波数のクロック信号を生成する複数のＰＬＬ回路を内蔵したクロック生成回路にて、選択するＰＬＬ回路を切り替えてもよい。

このように、第１の実施形態では、第１の光の投光タイミングからの経過時間により、受光センサ３４から出力された電気信号のサンプリングレートを変化させるようにしたため、経過時間が長くなるに従って、サンプリングレートをより低くすることができ、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の数を抑制できる。また、経過時間が短い場合には、サンプリングレートを高くするため、対象物までの距離が短い場合には、距離精度を高めることができる。さらに、経過時間が長い場合には、サンプリングレートを低くするため、対象物までの距離が長い場合には、距離精度は低いものの、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の数を削減できる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、投光タイミングからの経過時間に応じて、受光センサ３４から出力された電気信号のサンプリングレートを変化させているが、サンプリングレートは常に一定にする一方で、サンプリングされたデジタル信号の間引き率を経過時間に応じて変化させてもよい。ここで、間引き率とは、Ａ／Ｄ変換器３５から出力されたデジタル信号をすべて記憶部４１に記憶するのではなく、間引いてから記憶部４１に記憶する場合に、どの程度間引くかを示す値である。間引き率が大きいほど、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の数が減少し、間引き率が小さいほど、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の数が増える。本実施形態では、経過時間が長いほど、デジタル信号の間引き率を大きくし、記憶部４１の記憶容量が増大するのを抑制する。

第２の実施形態による電子装置１は、図１と同様のブロック構成を備えているが、受光部４内のＡ／Ｄ変換器３５と信号処理部５内の記憶制御部４３の処理動作が第１の実施形態とは異なる。

第２の実施形態によるＡ／Ｄ変換器３５は、投光タイミングからの経過時間によらず、常に一定のサンプリングレートで、受光センサ３４から出力された電気信号をサンプリングする。よって、Ａ／Ｄ変換器３５は、投光タイミングからの経過時間によらず常に一定の時間間隔で、デジタル信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器３５から出力されたデジタル信号は、記憶制御部４３に入力される。

記憶制御部４３は、投光タイミングからの経過時間に応じて、デジタル信号の間引き率を変化させる。より具体的には、記憶制御部４３は、経過時間が短いほど間引き率を低くして、単位時間当たり、より多くのデジタル信号を記憶部４１に記憶する。一方、記憶制御部４３は、経過時間が長いほど間引き率を高くして、単位時間当たり、より少ない数のデジタル信号を記憶部４１に記憶する。

これにより、投光タイミングからの経過時間が長くなるほど、記憶部４１にデジタル信号を記憶する頻度を少なくでき、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の記憶容量を抑制できる。
図６は第２の実施形態による電子装置１の処理動作を示すフローチャートである。投光タイミングからの経過時間の計測を開始し（ステップＳ１１）、Ａ／Ｄ変換器３５は、一定のサンプリングレートで、受光センサ３４から出力された電気信号をサンプリングしてデジタル信号を生成する（ステップＳ１２）。記憶制御部４３は、デジタル信号の中に、対象物で反射された反射光成分に対応するデジタル信号が含まれる場合には、投光タイミングからの経過時間が第１時間を超えたか否かを判定し（ステップＳ１３）、第１時間を超えていなければ、第１間引き率でデジタル信号を間引いて記憶部４１に記憶する（ステップＳ１４）。なお、第１間引き率は、ゼロでもよい。第１間引き率がゼロであれば、記憶制御部４３は、Ａ／Ｄ変換器３５が所定のサンプリングレートでサンプリングして生成したデジタル信号を間引かずに記憶部４１に記憶する。

ステップＳ１３で第１時間を超えたと判定されると、経過時間が第２時間を超えたか否かを判定する（ステップＳ１５）。経過時間が第２時間を超えていないと判定されると、第２間引き率でデジタル信号を間引いて記憶部４１に記憶する（ステップＳ１６）。第２間引き率は、第１間引き率よりも大きい間引き率であり、第１間引き率よりもデジタル信号を多く間引いて記憶部４１に記憶する。これにより、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の頻度を少なくでき、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の記憶容量を抑制できる。

ステップＳ１５で経過時間が第２時間を超えたと判定されると、第３間引き率でデジタル信号を間引いて記憶部４１に記憶する（ステップＳ１７）。第３間引き率は、第２間引き率よりも大きい間引き率であり、第２間引き率よりもデジタル信号を多く間引いて記憶部４１に記憶する。これにより、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の記憶容量をさらに抑制できる。

このように、第２の実施形態では、一定のサンプリングレートでＡ／Ｄ変換されたデジタル信号を、投光タイミングからの経過時間に応じた間引き率で間引いて記憶部４１に記憶するため、経過時間が長くなるほど記憶部４１に記憶されるデジタル信号の頻度を低減でき、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の数を抑制できる。また、第２の実施形態によるＡ／Ｄ変換器３５は一定のサンプリングレートでＡ／Ｄ変換を行うため、Ａ／Ｄ変換器３５の処理動作を簡略化できる。

（第３の実施形態）
上述した第１及び第２の実施形態では、投光タイミングからの経過時間に応じて記憶部４１にデジタル信号を記憶する際の書き込みレートを制御する例を説明したが、対象物までの距離に応じて書き込みレートを制御することも考えられる。

図７は第３の実施形態による電子装置１の概略構成を示すブロック図である。図７の電子装置１は、図１の電子装置と比べて、距離計測部４２と記憶制御部４３の処理動作が一部異なる。後述するように、本実施形態では、対象物までの距離に応じてＡ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートを変化させる。よって、距離計測部４２で計測された対象物までの距離情報は、記憶制御部４３に入力される。第３の実施形態による記憶制御部４３は、対象物までの距離に応じて、デジタル信号を記憶部４１に記憶する際の書き込みレートを制御する。書き込みレートは、Ａ／Ｄ変換器３５でのサンプリングレートを変えることで制御できる。

図８は対象物までの距離とサンプリングレートとの対応関係の一例を示す図である。図８の例では、対象物までの距離が２０ｍ以内であれば１ＧＨｚ、距離が２０ｍ～２００ｍであれば５００ＭＨｚ、距離が２００ｍを超えると２００ＭＨｚのサンプリングレートにしている。図８の対応関係は一例であり、任意に変更して構わない。

図８の破線は、距離計測の際に許容される距離誤差の直線Ｌ１である。この直線Ｌ１よりも下方側では、距離誤差が許容されることを示している。距離誤差の許容値は、対象物までの距離が短いほど小さくなり、わずかな距離誤差も許されなくなる。その一方、対象物までの距離が長いほど、距離誤差の許容値は大きくなる。

図８からわかるように、Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートを下げると、距離誤差が大きくなる。本実施形態では、図８の破線直線Ｌ１よりも距離誤差が小さくなるように、対象物までの距離とサンプリングレートとの対応関係を段階的に変化する線形特性とした。より具体的には、対象物までの距離が短い場合には、できるだけサンプリングレートを高くし、対象物までの距離が長くなるに従って段階的にサンプリングレートを低くする。

本実施形態では、距離計測部４２にて事前に対象物までの距離を計測する。距離計測部４２は、本来的には投光タイミングと、第２の光に含まれる反射光のピーク位置のタイミングとの時間差により、対象物までの距離を計測する。距離計測部４２は、Ａ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートを決定するにあたって、本来の距離計測手法とは異なる手法で対象物までの距離を計測してもよい。例えば、ミリ波を送受信するレーダを用いて、対象物までの距離を計測してもよい。また、撮像部で撮像された画像により対象物までの距離を計測してもよい。

図９は第３の実施形態による電子装置１の処理動作を示すフローチャートである。第１の光の投光を開始し（ステップＳ２１）、距離計測部４２は何らかの手段で対象物までの距離を計測する（ステップＳ２２）。次に、計測された距離が第１距離を超えたか否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３で第１距離を超えていないと判定されると、受光センサ３４から出力された電気信号を第１サンプリングレートでサンプリングしてＡ／Ｄ変換したデジタル信号を生成する。デジタル信号の中に、対象物で反射された反射光成分に基づくデジタル信号が含まれている場合には、記憶部４１に記憶される（ステップＳ２４）。

ステップＳ２３で第１距離を超えたと判定されると、計測された距離が第２距離を超えたか否かを判定する（ステップＳ２５）。第２距離は、第１距離よりも長い距離である。ステップＳ２５で第２距離を超えていないと判定されると、第２サンプリングレートでサンプリングしてＡ／Ｄ変換したデジタル信号を生成する。デジタル信号の中に、対象物で反射された反射光成分に基づくデジタル信号が含まれている場合には、記憶部４１に記憶される（ステップＳ２６）。第２サンプリングレートは、第１サンプリングレートよりも低いレートである。これにより、デジタル信号が記憶部４１に記憶される頻度はステップＳ２５よりも少なくなる。

ステップＳ２５で第２距離を超えたと判定されると、第３サンプリングレートでサンプリングしてＡ／Ｄ変換したデジタル信号を生成する。デジタル信号の中に、対象物で反射された反射光成分に基づくデジタル信号が含まれている場合には、記憶部４１に記憶される（ステップＳ２７）。第３サンプリングレートは、第２サンプリングレートよりも低いレートである。これにより、デジタル信号が記憶部４１に記憶される頻度はステップＳ２７よりも少なくなる。

上述した図８及び図９では、対象物までの距離に応じて、連続的又は段階的にＡ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートを変化させているが、対象物までの距離は、第１の光が投光されてから、その反射光が受光部４で受光されるまでの飛行時間に応じた値である。よって、本実施形態による距離計測装置７は、第１の光及びその反射光の飛行時間の長さに応じて、連続的又は段階的にＡ／Ｄ変換器３５のサンプリングレートを変化させるものである。

このように、第３の実施形態では、対象物までの距離に応じてＡ／Ｄ変換器３５がＡ／Ｄ変換するサンプリングレートを変化させるため、対象物までの距離が長い場合には、サンプリングレートを落とすことで、記憶部４１に記憶されるデジタル信号のデータ量を抑制することができる。サンプリングレートを落とすと、距離誤差が大きくなるが、対象物が遠方に位置する場合は、距離誤差の許容度が大きいため、実用上問題ない。また、対象物までの距離が短い場合は、距離誤差をできるだけ少なくするために、サンプリングレートを高くする。これにより、対象物までの距離を精度よく計測できる。

（第４の実施形態）
第３の実施形態では、対象物までの距離に応じて、受光センサ３４から出力された電気信号のサンプリングレートを変化させているが、サンプリングレートは常に一定にする一方で、サンプリングされたデジタル信号の間引き率を対象物までの距離に応じて変化させてもよい。

第４の実施形態による電子装置１は、図１と同様のブロック構成を備えているが、受光部４内のＡ／Ｄ変換器３５と信号処理部５内の記憶制御部４３の処理動作が第３の実施形態とは異なる。

第４の実施形態によるＡ／Ｄ変換器３５は、対象物からの距離によらず、常に一定のサンプリングレートで、受光センサ３４から出力された電気信号をサンプリングする。よって、Ａ／Ｄ変換器３５は、対象物からの距離によらず常に一定の時間間隔で、デジタル信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器３５から出力されたデジタル信号は、記憶制御部４３に入力される。

記憶制御部４３は、対象物からの距離に応じて、デジタル信号の間引き率を変化させる。より具体的には、記憶制御部４３は、対象物からの距離が短いほど間引き率を低くして、単位時間当たり、より多くのデジタル信号を記憶部４１に記憶する。一方、記憶制御部４３は、対象物からの距離が長いほど間引き率を高くして、単位時間当たり、より少ない数のデジタル信号を記憶部４１に記憶する。

これにより、対象物からの距離が長くなるほど、記憶部４１にデジタル信号を記憶する頻度を少なくでき、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の記憶容量を抑制できる。

図１０は第４の実施形態による電子装置１の処理動作を示すフローチャートである。第１の光の投光を開始し（ステップＳ３１）、Ａ／Ｄ変換器３５は、一定のサンプリングレートで、受光センサ３４から出力された電気信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換したデジタル信号を生成する（ステップＳ３２）。

ステップＳ３２の処理に前後して、距離計測部４２は何らかの手段で対象物までの距離を計測する（ステップＳ３３）。次に、記憶制御部４３は、対象物までの距離が第１距離を超えたか否かを判定する（ステップＳ３４）。第１距離を超えていなければ、Ａ／Ｄ変換器３５が一定のサンプリングレートでサンプリングしてＡ／Ｄ変換したデジタル信号を、第１間引き率で間引いて記憶部４１に記憶する（ステップＳ３５）。なお、記憶部に記憶されるデジタル信号は、対象物で反射された反射光成分に基づくデジタル信号である。

ステップＳ３３で第１距離を超えたと判定されると、対象物までの距離が第２距離を超えたか否かを判定する（ステップＳ３６）。第２距離を超えていないと判定されると、Ａ／Ｄ変換器３５が一定のサンプリングレートでサンプリングしてＡ／Ｄ変換したデジタル信号を、第２間引き率で間引いて記憶部４１に記憶する（ステップＳ３７）。第２間引き率は、第１間引き率よりも大きい値であり、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の頻度は、ステップＳ３４よりも少なくなる。

ステップＳ３６で第２距離を超えたと判定されると、第３間引き率で間引いて記憶部４１に記憶する（ステップＳ３８）。第３間引き率は、第２間引き率よりも大きい値であり、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の頻度は、ステップＳ３６よりも少なくなる。

このように、第４の実施形態では、Ａ／Ｄ変換器３５は一定のサンプリングレートでＡ／Ｄ変換を行うため、Ａ／Ｄ変換器３５の処理動作を簡略化できる。また、第４の実施形態では、一定のサンプリングレートでＡ／Ｄ変換されたデジタル信号を、対象物までの距離に応じた間引き率で間引いて記憶部４１に記憶するため、距離が長くなるほど記憶部４１に記憶されるデジタル信号の頻度を低減でき、記憶部４１に記憶されるデジタル信号の数を抑制できる。

（第５の実施形態）
上述した第１～第４の実施形態では、投光タイミングからの経過時間又は対象物までの距離により、受光された第２の光に対応するデジタル信号を記憶部４１に記憶する書き込みレートを段階的又は連続的に切り替えているが、特定の経過時間又は特定の距離のときのみ、書き込みレートを一時的に高くしてもよい。例えば、特定の経過時間又は特定の距離に対応する位置に対象物が存在することがわかっている場合に、その対象物までの距離を精度よく計測する必要が生じる場合があることを考慮したものである。

第５の実施形態による電子装置１は、図１と同様のブロック構成を備えているが、信号処理部５内の記憶制御部４３の処理動作が第１の実施形態とは異なる。記憶制御部４３は、対象物までの距離が第１距離に対応する第１時間と、第１距離よりも大きい第２距離に対応する第２時間との間で、デジタル信号を記憶部４１に記憶する際の書き込みレートを、第１時間以前の少なくとも一部の経過時間におけるデジタル信号を記憶部４１に記憶する際の書き込みレートよりも大きくする。あるいは、記憶制御部４３は、対象物までの距離が第１距離と、第１距離よりも大きい第２距離との間で、デジタル信号を記憶部４１に記憶する際の書き込みレートを、第１距離以前の少なくとも一部の対象物までの距離におけるデジタル信号を記憶部４１に記憶する際の書き込みレートよりも大きくする。

図１１は第５の実施形態による電子装置１の処理動作を示すフローチャートである。ステップＳ４１～Ｓ４４の処理は、図４のステップＳ１～Ｓ４と同様である。ステップＳ４４の処理が終わると、投光タイミングからの経過時間が例外時間範囲内か否かを判定する（ステップＳ４５）。例外時間範囲とは、経過時間が第１時間から第２時間の間に設定される時間範囲である。例外時間範囲は、例えば、特定の位置に存在する対象物までの距離を精度よく計測したい場合に設定される。

ステップＳ４５で経過時間が例外時間範囲内と判定されると、記憶制御部４３は、例外サンプリングレートでサンプリングしたデジタル信号を記憶部４１に記憶する（ステップＳ４６）。例外サンプリングレートとは、例えば、第１サンプリングレートよりも高いサンプリングレートである。

ステップＳ４６の処理が終了した場合、又はステップＳ４５で経過時間が例外時間範囲でないと判定された場合、経過時間が第２時間より大きいか否かを判定する（ステップＳ４７）。経過時間が第２時間以下の場合は、ステップＳ４４以降の処理を繰り返す。経過時間が第２時間より大きい場合、記憶制御部４３は、第３サンプリングレートでサンプリングしたデジタル信号を記憶部４１に記憶する（ステップＳ４８）。

図１１の処理では、サンプリングレートを切り替えているが、図６のように、記憶部４１にデジタル信号を記憶する際の間引き率を切り替えてもよい。すなわち、経過時間が例外時間範囲内と判定された場合の間引き率を一時的に低くしてもよい。また、図１１の処理では、投光タイミングからの経過時間に応じてサンプリングレートを切り替えているが、図９のように、対象物までの距離に応じてサンプリングレートを切り替えてもよい。すなわち、対象物までの距離が例外距離範囲内と判定された場合のサンプリングレートを一時的に高くしてもよい。あるいは、図１０のように、対象物までの距離が例外距離範囲内と判定された場合の間引き率を一時的に低くしてもよい。

このように、第５の実施形態では、投光タイミングからの経過時間が例外時間範囲内の場合、又は対象物までの距離が例外距離範囲内の場合に、一時的にサンプリングレートを高くしたり、記憶部４１に記憶する際の間引き率を低くするため、特定の位置の対象物までの距離を精度よく計測できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。

１ 電子装置、２ 投光部、３ 光制御部、４ 受光部、５ 信号処理部、６ 画像処理部、７ 距離計測装置、１１ 発振器、１２ 投光制御部、１３ 光源、１４ 第１駆動部、１５ 第２駆動部、２１ 第１レンズ、２２ ビームスプリッタ、２３ 第２レンズ、２４ ハーフミラー、２５ 走査ミラー、３１ 光検出器、３２ 増幅器、３３ 第３レンズ、３４ 受光センサ、３５ Ａ／Ｄ変換器、４１ 記憶部、４２ 距離計測部、４３ 記憶制御部

Claims (11)

1. 第１の光が対象物で反射された反射光を含む第２の光を受光する受光部と、
   前記第２の光に対応するデジタル信号を生成するＡＤ変換部と、
   前記デジタル信号を記憶する記憶部と、
   前記受光部が前記第１の光に対応する前記第２の光の受光を終了するまでの間に、前記第１の光の投光タイミングから前記第２の光が受光されるまでの経過時間に応じて、前記デジタル信号を前記記憶部に記憶する際の書き込みレートを制御する記憶制御部と、
   前記第１の光の投光タイミングと、前記受光部での前記反射光の受光タイミングとに基づいて、前記対象物までの距離を計測する距離計測部と、を備える、電子装置。
2. 前記記憶制御部は、少なくとも一部の前記経過時間において、前記経過時間が長いほど、前記書き込みレートを段階的又は連続的に低くする、請求項１に記載の電子装置。
3. 前記ＡＤ変換部は、前記第２の光のサンプリングレートを前記経過時間に応じて変化させることにより、前記書き込みレートを制御する、請求項１又は２に記載の電子装置。
4. 前記ＡＤ変換部は、前記経過時間が長いほど、前記第２の光のサンプリングレートを段階的又は連続的に低くする、請求項３に記載の電子装置。
5. 前記記憶制御部は、前記デジタル信号の間引き率を前記経過時間に応じて変化させることにより、前記書き込みレートを制御する、請求項１又は２に記載の電子装置。
6. 前記記憶制御部は、前記経過時間が長いほど、前記デジタル信号の間引き率を段階的又は連続的に大きくする、請求項５に記載の電子装置。
7. 前記記憶制御部は、前記対象物までの距離が第１距離に対応する第１時間と、前記第１距離よりも大きい第２距離に対応する第２時間との間で、前記デジタル信号を前記記憶部に記憶する際の書き込みレートを、前記第１時間以前の少なくとも一部の経過時間における前記デジタル信号を前記記憶部に記憶する際の書き込みレートよりも大きくする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電子装置。
8. 前記記憶制御部は、前記第１の光が投光されてから、前記第２の光が前記受光されるまでの前記第１の光及び前記第２の光の飛行時間に応じて、前記書き込みレートを制御する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子装置。
9. 前記距離計測部は、第１時刻に前記受光部で受光された前記第２の光の情報と、前記記憶部に記憶された前記第１時刻よりも過去の第２時刻に前記受光部で受光された前記第２の光の情報とに基づいて、前記対象物までの距離を計測する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電子装置。
10. 前記第１の光を投光する投光部をさらに備え、
    前記距離計測部は、前記第１の光の投光タイミングを取得する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電子装置。
11. 第１の光が対象物で反射された反射光を含む第２の光を受光し、
    前記第２の光に対応するデジタル信号を生成し、
    前記第１の光に対応する前記第２の光の受光を終了するまでの間に、前記第１の光の投光タイミングから前記第２の光が受光されるまでの経過時間に応じて、前記デジタル信号を記憶部に記憶する際の書き込みレートを制御し、
    前記第１の光の投光タイミングと、前記反射光の受光タイミングとに基づいて、前記対象物までの距離を計測する、距離計測方法。

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