JP7433819B2 - 距離計測装置、及び距離計測方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、距離計測装置、及び距離計測方法に関する。

ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）と称される距離計測装置が知られている。この距離計測装置では、レーザ光を計測対象に照射し、計測対象により反射された反射光の強度をセンサ出力に基づき時系列輝度信号に変換する。これにより、レーザ光の発光の時点と、時系列輝度信号値のピークに対応する時点との時間差に基づき、計測対象までの距離が計測される。

また、この距離計測装置では、鉛直方向のレーザ光の照射範囲を広げることが試みられている。ところが、照射範囲を広げるとセンサの受光範囲も広がり、時系列輝度信号のノイズが増加してしまうおそれがある。詳細については後述するが、特に、レーザ光の照射を1次元的に速く走査する場合に、この問題が顕著となる。

特開２０１９－５２９８１号公報

本発明が解決しようとする課題は、鉛直方向のレーザ光の照射範囲を広げると共に、時系列輝度信号のノイズ（Ｎ）抑制を可能とし、合わせて信号（Ｓ）も増大させてＳＮ比を改善し得る距離計測装置、及び距離計測方法を提供することである。

本実施形態に係る距離計測装置は、複数のセンサと、切替部と、距離計測部と、を備える。複数のセンサは、受光光学系を介して受光したレーザ光の反射光を電気信号に変換する複数のセンサであって、受光光学系に対する受光位置がそれぞれ異なる。切替部は、複数のセンサの中で測定に用いている第１のセンサからの出力信号と、複数のセンサの中で第１のセンサの測定後に測定に用いる第２のセンサからの出力信号と、を切り替えて出力する。距離計測部は、レーザ光の発光タイミングと、切替部の出力信号に基づく時系列輝度信号のピーク位置のタイミングとの時間差に基づき、計測対象物までの距離を計測する。

本実施形態に係る運転支援システムの概略的な全体構成を示す図。 本実施形態に係る距離計測装置の構成例を示す図。 センサと距離計測との詳細な構成例を示すブロック図。 スイッチを構成するスイッチ素子の構成例を示す図。 複数のレーザダイオードと複数のライン状センサとの対応関係を示す模式図。 ミラーの１周期における出射パターンを模式的に示す図。 ミラーの周期と照射タイミングを説明する図。 片側照射される場合に計計測対象物に照射される各レーザ光の照射パターンの一例を示す模式図。 計測対象物におけるレーザ光の照射範囲と、１画素あたりに対応する照射範囲を模式的に示す図。 現フレームの時系列輝度信号の一例を示す図。 平均化処理例を示す図。 飛ばしの照射パターンを説明するための模式図。 飛ばしにおける３×５の重みを付け積算の例を示す図。 飛ばしの照射パターン例を模式的に示す図。 折り返しの例を説明する図。 折り返しの照射パターン例を模式的に示す図。 ２周期分の折り返しの照射パターン例を模式的に示す図。 ずらしの例を説明する図。 切り替え＆入替えの例を説明する図。 各照射パターン例に対する座標変換例を示す図。 距離画像に関するデータ保存例１、２を示す図。 距離画像に関するデータ保存例３から５を示す図。 ３フレームを用いた積算処理例を示す図。 前フレーム及び現フレームにおける座標の隣接領域、及び時系列輝度信号を模式的に示す図。 前フレームにおいて時系列輝度信号に基づき、隣接領域Ａｄ内で得られた隣接距離を示す図。 信号処理部の選択処理の一例を示す図。 本実施形態による距離計測装置の処理動作を説明するフローチャート。

以下、本発明の実施形態に係る距離計測装置、及び距離計測方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

（一実施形態）
本実施形態に係る距離計測装置は、受光光学系に対する受光位置がそれぞれ異なる複数のセンサからの出力信号を切り替えて出力することにより、鉛直方向のレーザ光の照射範囲を広げると共に、時系列輝度信号のノイズを抑制しようとしたものである。より詳しく、以下に説明する。

図１は、本実施形態に係る運転支援システムの概略的な全体構成を示す図である。まず、図１に基づき、運転支援システム１の概略的な全体構成を説明する。なお、運転支援システムの適用した一例であることに留意する。図１に示すように運転支援システム１は、距離画像に基づく運転支援を行う。運転支援システム１は、距離計測システム２と、運転支援装置５００と、音声装置５０２と、制動装置５０４と、表示装置５０６とを、を備えて構成されている。距離計測システム２は、計測対象物１０の距離画像、速度画像を生成するものであり、距離計測装置５と、計測情報処理装置４００とを備える。

距離計測装置５は、走査方式及びＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いて、計測対象物１０までの距離、相対速度を計測する。より具体的には、この距離計測装置５は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００とを備えて構成されている。

出射部１００は、レーザ光Ｌ１を間欠的に出射する。光学機構系２００は、出射部１００が出射するレーザ光Ｌ１を計測対象物１０に照射するとともに、計測対象物１０上で反射されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を計測部３００に入射させる。ここで、レーザ光とは、位相および周波数が揃った光を意味する。また、反射光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１による散乱光のうちの所定方向の光を意味する。

計測部３００は、光学機構系２００を介して受光した反射光Ｌ２に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。すなわち、この計測部３００は、出射部１００がレーザ光Ｌ１を計測対象物１０に照射した時点と、反射光Ｌ２が計測された時点との時間差に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。

計測情報処理装置４００は、ノイズの低減処理と信号の積算処理を行い、計測対象物１０上の複数の測定点までの距離に基づき距離画像データ、相対速度データを出力する。計測情報処理装置４００の一部または全ては、距離計測装置５の筐体内に組み込んでもよい。

運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に応じて車両の運転を支援する。運転支援装置５００には、音声装置５０２、制動装置５０４、表示装置５０６などが接続されている。

音声装置５０２は、例えばスピーカであり、車両内の運転席から聴講可能な位置に配置されている。運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に基づき、例えば音声装置５０２に「対象物まで５メートルです」などの音声を発生させる。これにより、例えば運転士の注意力が低下している場合にも、音声を聴講することで、運転士の注意を喚起させることが可能となる。

制動装置５０４は、例えば補助ブレーキである。運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に基づき、例えば対象物が所定の距離、例えば３メートルまで近接した場合に、制動装置５０４に車両を制動させる。

表示装置５０６は、例えば液晶モニタである。運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に基づき、表示装置５０６に画像を表示する。これにより、例えば逆光時などでも、表示装置５０６に表示される画像を参照することで、外部情報をより正確に把握可能となる。

次に、図２に基づき、本実施形態に係る距離計測装置５の出射部１００、光学機構系２００、および計測部３００のより詳細な構成例を説明する。図２は、第１の実施形態に係る距離計測装置５の構成例を示す図である。図２に示すように、距離計測装置５は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００と、計測情報処理装置４００と、を備えて構成されている。ここでは、散乱光Ｌ３の内、所定の方向の散乱光を反射光Ｌ２と呼ぶこととする。図２に記載のブロック図は、信号例であり、順序、配線はこれに限定されない。

出射部１００は、光源１１と、発振器１１ａと、第１駆動回路１１ｂと、制御部１６と、第２駆動回路１６ａとを、有する。

光学機構系２００は、照射光学系２０２と、受光光学系２０４とを有する。照射光学系２０２は、レンズ１２と、第１光学素子１３と、レンズ１３ａ、ミラー（反射デバイス）１５とを有する。

受光光学系２０４は、第２光学素子１４と、ミラー１５とを有する。すなわち、これら照射光学系２０２、及び受光光学系２０４は、ミラー１５を共有している。

計測部３００は、光検出器１７と、センサ１８と、レンズ１８ａと、第１増幅器１９と、出力インターフェース２３と、距離計測部３００ａとを有する。なお、光を走査する既存方法として、ここではミラー１５を用いているが、ミラー１５を用いる他に、距離計測装置５を回転させる方法（以下、回転方法と呼ぶ）がある。また、別の走査する既存方法として、ＯＰＡ方法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）がある。本実施形態は、光を走査する方法に依存しないため、回転方法やＯＰＡ方法により光を走査してもよい。また、本実施形態に係る信号処理部２２が速度計測装置に対応する。

出射部１００の発振器１１ａは、制御部１６の制御に基づき、パルス信号を生成する。第１駆動回路１１ｂは、発振器１１ａの生成したパルス信号に基づいて光源１１を駆動する。光源１１は、例えばレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｄｏｄｅ）などのレーザ光源であり、例えば４つのレーザダイオードにより構成される。４つのレーザダイオードの照射位置は例えば光軸Ｌ１に対して鉛直方向に異なっている。４つのレーザダイオードは、第１駆動回路１１ｂによる駆動に応じてレーザ光Ｌ１を間欠的に発光する。なお、本実施の形態に係る光源１１の４つのレーザダイオードは、順に発光するように制御するが、これに限定されない。例えば、隣り合わない２つレーザダイオードを同時に照射してもよい。また、レーザダイオードの数も４つに限定されない。また、レーザダイオードを一つで構成し、ミラー１５に傾斜角の異なる複数のミラー面を有するポリゴンミラーを用いて、照射範囲を鉛直方向に変更してもよい。或いは、レーザダイオードを一つで構成し、ミラー１５の光軸ＲＡ２を変更して、照射範囲を鉛直方向に変更してもよい。

照射光学系２０２の光軸Ｏ１上には、光源１１、レンズ１２、第１光学素子１３、第２光学素子１４、及びミラー１５がこの順番に配置されている。これにより、レンズ１２は、間欠的に出射されるレーザ光Ｌ１をコリメートして、第１光学素子１３に導光する。

第１光学素子１３は、レーザ光Ｌ１を透過させると共に、レーザ光Ｌ１の一部を光軸Ｏ３に沿って光検出器１７に入射させる。第１光学素子１３は、例えばビームスプリッタである。

第２光学素子１４は、第１光学素子１３を透過したレーザ光Ｌ１を更に透過して、レーザ光Ｌ１をミラー１５に入射させる。第２光学素子１４は、例えばハーフミラーである 。

ミラー１５は、光源１１から間欠的に出射されるレーザ光Ｌ１を反射する反射面１５ａを有する。第１実施形態に係るミラー１５のデバイスは、例えばＭＥＭＥＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）により構成される。反射面１５ａは、例えば、互いに交差する２つの振動軸ＲＡ１、ＲＡ２を中心として振動可能となっている。これにより、ミラー１５は、レーザ光Ｌ１の照射方向を周期的に変更（走査）する。ミラー１５がＭＥＭＥＳにより構成される場合、ミラー１５は、例えば共振により２つの振動軸ＲＡ１、ＲＡ２に対して往復運動を所定の周期で行う。

なお、ミラー１５は、ＭＥＭＥＳに限定されず、上述のように、例えば傾斜角の異なるポリゴンミラーを用いて、照射範囲を鉛直方向に変更してもよい。或いは、一般的な回転ミラーを用いても良い。このため、本実施形態では振動軸ＲＡ１、ＲＡ２を回転軸と呼ぶ場合がある。また、本実施形態では、振動軸ＲＡ１、ＲＡ２に対するミラー１５の振動を振動軸ＲＡ１、ＲＡ２に対する回転と呼ぶ場合がある。例えば、振動軸ＲＡ１、ＲＡ２に対するミラー１５の振れ角を回転角と呼ぶ場合がある。更に、レーザ光Ｌ１の走査は、ミラー１５を用いず、出射部と受光部の一部を回転させることによっても可能であり、その場合は、第１光学素子１３と第２光学素子１４は不要となる。

制御部１６は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有し、反射面１５ａの傾斜角度を連続的に変更させる制御を第２駆動回路１６ａに対して行う。第２駆動回路１６ａは、制御部１６から供給された駆動信号に従って、ミラー１５を駆動する。すなわち、制御部１６は、第２駆動回路１６ａを制御して、レーザ光Ｌ１の照射方向を変更させる。

受光光学系２０４の光軸Ｏ２上には、反射光Ｌ２が入射する順に、ミラー１５の反射面１５ａ、第２光学素子１４、レンズ１８ａ、センサ１８が配置されている。ここで、光軸Ｏ１とは、レンズ１２の中心位置を通過するレンズ１２の焦点軸である。光軸Ｏ２とは、レンズ１８ａの中心位置を通過するレンズ１８ａの焦点軸である。

反射面１５ａは、計測対象物１０上で散乱された散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２に沿って進む反射光Ｌ２を第２光学素子１４に入射させる。第２光学素子１４は、反射面１５ａで反射された反射光Ｌ２の進行方向を変えて、光軸Ｏ２に沿って計測部３００のレンズ１８ａに入射させる。レンズ１８ａは、光軸Ｏ２に沿って入射した反射光Ｌ２をセンサ１８に集光させる。なお、レンズ１８ａにシリンドリカルレンズを用いてもよい。

一方で、散乱光Ｌ３のうちレーザ光Ｌ１と異なる方向に反射された光の進行方向は、受光光学系２０４の光軸Ｏ２からずれている。このため、散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２と異なる方向に反射された光は、仮に受光光学系２０４内に入射しても、センサ１８の入射面からずれた位置に入射される。これに対して、何らかの物体により散乱された太陽光などの環境光の中には、光軸Ｏ２に沿って進行する光があり、これらの光は、ランダムにセンサ１８の入射面に入射して、ランダムなノイズとなる。

なお、図２においては、明確化のためにレーザ光Ｌ１と反射光Ｌ２の光路を分けて図示しているが、実際にはこれらは重なっている。また、レーザ光Ｌ１の光束の中心の光路を光軸Ｏ１として図示している。同様に、反射光Ｌ２の、光束の中心の光路を光軸Ｏ２として図示している。

このセンサ１８は、例えば、受光光学系２０４に対する受光位置がそれぞれ異なる複数のライン状のセンサで構成される。なお、センサ１８の詳細は後述する。

距離計測部３００ａは、レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を信号化した計測信号をアナログデジタル変換した時系列輝度信号に基づき計測対象物１０までの距離を計測する。この距離計測部３００ａは、信号生成部２０と、記憶部２１と、信号処理部２２と、出力インターフェース２３とを有する距離計測部３００ａの詳細な構成例は後述する。

信号生成部２０は、センサ１８が出力する電気信号を所定のサンプリング間隔で時系列輝度信号に変換する。この信号生成部２０は、増幅器２０ａと、ＡＤ変換器２０ｂと、を有する。増幅器２０ａは、例えば反射光Ｌ２に基づく電気信号を増幅する。より具体的には、増幅器２０ａとしては、センサ１８の電流信号を、電圧信号に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）などが用いられる。このように、反射光Ｌ２に基づく電気信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングした信号を時系列輝度信号と呼ぶこととする。すなわち、時系列輝度信号は、反射光Ｌ２の時間的変化を所定のサンプリング間隔でサンプリングして得た値の系列である。

ＡＤ変換器２０ｂ（ＡＤＣ： Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）は、増幅器２０ａが増幅した計測信号を複数のサンプリングタイミングにおいてサンプリングして、レーザ光Ｌ１の照射方向に対応する時系列輝度信号に変換する。すなわち、ＡＤ変換器２０ｂは、増幅器２０ａが増幅した計測信号をサンプリングする。なお、本実施の形態ではＡＤ変換器２０ｂを用いるが、これに限定されない。例えば、ＡＤ変換器２０ｂの代わりに時間デジタル変換器（ＴＤＣ：Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）などを用いてもよい。

記憶部２１は、例えば、ロジック回路におけるレジスタやＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。

信号処理部２２は、例えば、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含んだロジック回路で構成され、光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出するタイミングと、センサ１８が反射光Ｌ２を検出するタイミングとの時間差に基づき、距離を計測する。
出力インターフェース２３は、距離計測部３００ａ内の各構成と接続され、信号を計測情報処理装置４００などの外部装置に出力する。

ここで、図３Ａに基づき、センサ１８と距離計測部３００ａとの詳細な構成例を説明する。図３Ａは、センサ１８と距離計測部３００ａとの詳細な構成例を示すブロック図である。

センサ１８は、例えば４つのライン状センサ１８０ａにより構成される。図３Ａでは、説明を簡単にするため、ライン状センサ１８０ａは２つ（マル１、マル２）しか図示していない。ライン状センサ１８０ａは、例えば３２個の画素が１次元配列された、フォトマルチプライヤ（ＳｉＰＭ：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）である。すなわち、ライン状センサ１８０ａには、３２チャンネル（ＣＨ）分の画素が配置されている。なお、レーザ光Ｌ１の角度分解能として、鉛直方向の視野（ＦＯＶ：Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）角として０．１°以下が要求され、鉛直方向の視野としては、１０°以上が要求される場合がある。この場合、鉛直解像度を満たすためには、鉛直方向のセンサ画素数が１００以上必要であることを意味する。

また、センサ１８は、切替部１９０を有する。切替部１９０は、制御部１６の制御により、複数のセンサからの出力信号を切り替えて距離計測部３００ａに出力する。切替部１９０は、例えば複数のスイッチ１９０ａで構成され、それぞれのライン状センサ１８０ａに対応して設けられる。なお、スイッチ１９０ａは、ライン状センサ１８０ａ内に設けてもよいし、或いは、ライン状センサ１８０ａ外に設けてもよい。

スイッチ１９０ａは、ライン状センサ１８０ａが有する画素毎に対応するスイッチＳｍ（１≦ｍ≦ｊ）、ｊは例えば３２、を更に有する。すなわち、スイッチ１９０ａは、画素毎の出力を距離計測部３００ａに出力したり、遮断したりできる。スイッチＳｍ（１≦ｍ≦ｊ）は、“Ｈ”レベルの制御信号が入力されると、画素ｎの出力信号を出力ノードＣｈ＿ｎ＿Ｏｕｔ（１≦ｎ≦ｊ）に出力する。一方で、“Ｌ”レベルの制御信号が入力されると、画素ｎの出力信号を出力ノードＣｈ＿ｎ＿Ｏｕｔ（１≦ｎ≦ｊ）に出力しない。すなわち、スイッチ１９０ａごとに“Ｈ”レベルの制御信号と、“Ｌ”レベルの制御信号とを切り替えることにより、使用されるライン状センサ１８０ａに応じて、接続、遮断を切り替える。

このように、本実施の形態では、切替部１９０は、使用されるライン状センサ１８０ａに応じて、接続、遮断を切り替える。例えばマル１で示されるライン状センサ１８０ａが使用される場合には、マル１で示されるライン状センサ１８０ａに対応するスイッチ１９０ａを接続し、他のマル２～マル４で示されるライン状センサ１８０ａに対応するスイッチ１９０ａを遮断する。これにより、各スイッチ１９０ａは、排他的に接続、非接続が制御される。なお、ライン状センサ１８０ａへの電源供給をＯＮ／ＯＦＦすることは、ライン状センサ１８０ａが安定するまで時間を要してしまう。一方で、切替部１９０を設けることにより、ライン状センサ１８０ａを駆動した状態で、信号を出力したり、停止したりすることが可能である。これにより、ライン状センサ１８０ａを安定した状態で駆動できる。

図３Ｂは、スイッチ１９０ａを構成するスイッチ素子Ｓｍの構成例を示す図である。ここでは、図３Ｂを用いて、ライン状センサ１８０ａの安定化駆動に関して説明する。

図３Ａに示したスイッチＳｍ（１≦ｍ≦ｊ）を、スイッチ素子Ｔｍ（１≦ｍ≦ｊ）に加えてスイッチ素子Ｄｍ（１≦ｍ≦ｊ）を含む構成で実現するものである。ｊは例えば３２である。すなわち、スイッチ１９０ａには、ｊ個のスイッチ素子Ｄｍが含まれる。

ライン状センサ１８０ａの全ての画素ｎ（１≦ｎ≦ｊ）の１端は、対応するスイッチ素子Ｔｍ及びＤｍの各々の第１端に共通接続される。スイッチ素子Ｄｍは、例えば、ｐ型の導電型を有するＭＯＳトランジスタである。全てのスイッチ素子Ｄｍの各々の第２端は、出力ノードＤｕｍｍｙ＿ｏｕｔに共通接続される。全てのスイッチ素子Ｔｍの各々の第２端は、出力ノードＣｈ＿ｎ＿Ｏｕｔ（１≦ｎ≦ｊ）に接続される。

選択ノードＳｅｌ＿ｍには、対応するインバータＩＮＶｍが設けられる。より具体的には、選択ノードＳｅｌ＿ｍに対応するインバータＩＮＶｍは、選択Ｓｅｌ＿ｍに接続されるスイッチ素子Ｔｍのゲートに接続される入力端と、スイッチ素子Ｔｍのゲートに接続される出力端と、を含む。

以上のように構成することにより、対応する２つのスイッチ素子Ｔｍ及びＤｍは、選択ノードＳｅｌ＿ｍに入力される論理レベル（“Ｈ”レベルか“Ｌ”レベルか）に応じて、いずれか一方をオン状態にしつつ、他方をオフ状態にするように制御される。これにより、例えば選択ノードＳｅｌ＿ｍが“Ｈ”レベルであれば、画素ｎの出力信号は、出力ノードＣｈ＿ｎ＿Ｏｕｔに出力される。一方で、選択ノードＳｅｌ＿ｍが“Ｌ”レベルであれば、画素ｎの出力信号は、出力ノードＤｕｍｍｙ＿ｏｕｔに出力される。すなわち、ライン状センサ１８０ａの出力を選択する場合に、選択ノードＳｅｌ＿ｍへの入力を“Ｈ”レベルとし、選択しない場合に選択ノードＳｅｌ＿ｍへの入力を“Ｌ”レベルとする。これにより、ライン状センサ１８０ａが選択されない場合に、ライン状センサ１８０ａ内の画素が受光しても出力ノードＤｕｍｍｙ＿ｏｕｔに出力するので、出力ノードＣｈ＿ｎ＿Ｏｕｔ（１≦ｎ≦ｊ）への出力が影響を受けることを抑制できる。

このように、ライン状センサ１８０ａが選択されない場合には、ライン状センサ１８０ａの駆動を維持しつつ、出力は出力ノードＤｕｍｍｙ＿ｏｕｔに出力される。これにより、選択されない場合にもライン状センサ１８０ａの駆動を行うことで、ライン状センサ１８０ａの状態が安定すると共に、出力信号も出力ノードＤｕｍｍｙ＿ｏｕｔに出力されるので信号処理への影響も抑制される。

増幅器２０ａは、ライン状センサ１８０ａが有する画素数に対応した数のトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）で構成される。同様に、ＡＤ変換器２０ｂもライン状センサ１８０ａが有する画素数に対応した数のＡＤ変換器（ＡＤＣ）で構成される。これにより、ライン状センサ１８０ａが有する画素ごとの出力信号をデジタル信号に変換することが可能である。また、記憶部２１にも、ライン状センサ１８０ａが有する画素に対応した記憶領域を割りふってもよい。

信号処理部２２内には、例えばライン状センサ１８０ａが有する画素数に対応した平均化プロセッサが設けられている。これにより、ライン状センサ１８０ａが有する画素毎の距離演算をより高速により高精度に行うことが可能となる。また、距離計測部３００ａを共通化することにより、小型化が可能である。これにより、距離計測部３００ａをより小型化された計測ＩＣとして構成可能である。このように、距離計測部３００ａは、レーザ光Ｌ１（図２）の発光タイミングと、切替部１９０の出力信号に基づく時系列輝度信号のピーク位置のタイミングとの時間差に基づき、計測対象物１０（図２）までの距離を計測する。なお、平均化プロセッサで行われる平均化処理の例については後述する

なお、フォトマルチプライヤは、シングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）を複数集積したフォトンカウンティングデバイスである。フォトマルチプライヤは、フォトンカウンティングレベルの微弱光を検出することが可能である。すなわち、ライン状センサ１８０ａの受光素子（画素）は、ガイガーモードのアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄ）と、クエンチ抵抗とを有するＳＰＡＤで構成される。

アバランシェフォトダイオードは、アバランシェ増倍と呼ばれる現象を利用して受光感度を上昇させた受光素子である。ガイガーモードで使用されるアバランシェフォトダイオードは、一般にクエンチング素子（後述）と共に使用されて単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ： Ｓｉｎｇｌｅ－Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）とよばれ、シリコンを材料としたものは、例えば２００ｎｍ～１０００ｎｍまでの波長の光に感度を有する。

本実施形態に係るライン状センサ１８０ａは、シリコンフォトマルチプライヤにより構成されるが、これに限定されない。例えば、ライン状センサ１８０ａを、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、アバランシェダイオード（ＡＢＤ：ａｖａｌａｎｃｈｅ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｄｉｏｄｅ）、化合物半導体を材料としたフォトマルチプライヤなどを複数配置して構成してもよい。フォトダイオードは、例えば光検出器として働く半導体により構成される。アバランシェダイオードは、特定の逆電圧にてアバランシェ降伏を起こすことにより、受光感度を上げたダイオードである。

ここで、図４に基づき、複数のレーザダイオード１１０ａと複数のライン状センサ１８０ａとの対応関係例を説明する。図４は、複数のレーザダイオード１１０ａと複数のライン状センサ１８０ａとの対応関係を示す模式図である。以下の説明では、図面内にマル１～マル４などの数値を振って対応関係を示す場合がある。例えば図面中のマル１とマル1とは対応関係にあり、マル２とマル２とは対応関係にあることを示す。すなわち、マル１～マル４は、対応関係にあるレーザダイオード１１０ａとライン状センサ１８０ａとを模式的に示している。例えば、マル２で示すレーザダイオード１１０ａが発光すると、ミラー１５を含む照射光学系２０２（図２）を介して、計測対象物１０に照射される。そして、計測対象物１０からの反射光は、ミラー１５を含む受光光学系２０４（図２）を介して、マル２で示すライン状センサ１８０ａに受光される。換言すると、マル２で示すレーザダイオード１１０ａとマル２で示すライン状センサ１８０ａとは、照射光学系２０２及び受光光学系２０４（図２）を介して対応している。同様に、例えば、マル１で示すレーザダイオード１１０ａが発光すると、その計測対象物１０（図２）からの反射光は、ミラー１５を含む受光光学系２０４（図２）を介して、マル１で示すライン状センサ１８０ａに受光される。このように、複数のライン状センサ１８０ａは、受光光学系２０４（図２）に対する受光位置がそれぞれ異なる。なお、本実施形態では、ライン状センサ１８０ａを単にセンサ１８０ａと呼ぶ場合がある。

このように、レーザダイオード１１０ａのマル１～マル４とライン状センサ１８０ａのマル１～マル４がそれぞれ対応している。このため、例えばマル２で示すレーザダイオード１１０ａが発光すると、切替部１９０は、マル２で示すライン状センサ１８０ａの出力信号を距離計測部（計測ＩＣ）３００ａに出力する。同様に、マル１で示すレーザダイオード１１０ａが発光すると、切替部１９０は、マル１で示すライン状センサ１８０ａの出力信号を距離計測部３００ａに出力する。これから分かるように、切替部１９０が、レーザダイオード１１０ａの発光に対応させて、出力信号を対応するライン状センサ１８０ａに切り替えるので、信号を遮断した他のライン状センサ１８０ａからの出力信号は、距離計測部３００ａに出力されない。これにより、他のレーザダイオード１１０ａ（マル２が発光している場合には、マル１、マル３、マル４）による散乱光によるノイズを遮断できる。

このように、切替部１９０は、レーザ光Ｌ１を異なる方向にそれぞれ照射する複数の光源（レーザダイオード１１０ａのマル１～マル４）の照射タイミングに応じて、出力信号を切り替える。また、ミラー１５（図２、４）は、振動軸ＲＡ１に対して所定の周期で順方向への振動、及び逆方向への振動をする。このような場合、切替部１９０は、例えば所定の周期に応じて、出力信号を切り替えてもよい。一方で、ミラー１５にポリゴンミラーを用いる場合には、切替部１９０は、レーザ光Ｌ１（図２）を異なる方向にそれぞれ照射するポリゴンミラーのミラー面の切り替えタイミングに応じて、出力信号を切り替えてもよい。なお、本実施形態では順方向への振動を順方向振動と称し、逆方向への振動を逆方向振動と称する。また、上述のように、振動軸ＲＡ１、ＲＡ２に対して順方向への振動を順回転、逆方向への振動を逆回転と呼ぶ場合がある。

これに対して、例えばマル１～マル４のレーザダイオード１１０ａを同時に発光して、マル１～マル４のライン状センサ１８０ａで並行処理を行うと、この場合、距離計測部３００ａも４つ必要となり、装置が大型化してしまう。

このため、別の例として、切替部１９０を設けずに距離計測部３００ａを一つとし、マル１～マル４のレーザダイオード１１０ａを順に発光させる例も考えられる。しかし、これだと信号を受光していないライン状センサ１８０ａの出力信号も加算され、ノイズが４倍になってしまい、ＳＮが低下してしまう。例えば、この例だと、測定距離が約７１パーセント（～１／４の１／４乗）まで低下する。

レーザダイオード１１０ａは、例えばレーザの安全規格を守るために、レーザダイオードのパワーが制限される。このような場合に、本実施形態に係るレーザダイオード１１０ａのように複数（マル１～マル４）のレーザダイオード１１０ａを用いると、ライン状センサ１８０ａの画素当たりの光パルスのパワーを増大させることが可能となる。これにより、単位画素当たりの光パルスのパワーを増大できることにより、信号Ｓを増大できる。

次に、図５、図６及び図７に基づき光源１１の出射パターン例を説明する。図５は、ミラー１５（図２）の１周期における光源１１の出射パターンを模式的に示している図である。横軸は時間を示し、レーザ光の照射があったタイミングをハイパルスの幅で示している。ミラー１５（図２）の１周期は、図６で説明するように、ミラー１５（図２）の一往復分の振動運動に対応する。

上側の図は、下側の図における部分拡大図である。図５で示すように、光源１１は、例えばＴ＝数マイクロ秒～数十マイクロ秒の間隔で、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を間欠的に繰り返し発光する。ここで、ｎ番目に発光されるレーザ光Ｌ１をＬ１（ｎ）と表記する。Ｎは、ミラー１５（図２）の１周期におけるレーザ光Ｌ１（ｎ）の照射回数を示している。１周期分の照射が終了すると、次周期分のレーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を間欠的に繰り返し発光する。

図６は、ミラー１５の周期と照射タイミングを説明する図である。図６の縦軸は、ミラー１５の水平方向の回転角度（例えば図２の振動軸ＲＡ１に対する振れ角に対応する）を示し、横軸は時間を示している。ミラー１５は、往路の範囲で示すように、所定の角度、例えば６０度から順方向に回転を開始し、さらに所定の角度、例えば１２０度回転して停止する。そして、復路の範囲で示すように、所定の角度、例えば－６０度から逆方向に回転を開始し、さらに所定の角度、例えば－１２０度回転して停止する。このように、ミラー１５は往路の順回転と復路の逆回転を繰り返す往復運動をする。このようにミラー１５（図２）の一往復分の振動運動が１周期に対応する。

図中の丸印は、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射タイミング例を示している。往路の開始時から、レーザ光Ｌ１（０）の照射が間欠的に開始され、往路の終了時にＬ１（Ｎ－１）が照射される例を示している。一方で、復路ではレーザ光の照射は停止される。図６中での×印はレーザ光の照射停止を意味する。

本実施形態では、往路又は復路の一方の期間だけレーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を照射する場合を「片側照射」と呼び、往路及び復路の期間ともにレーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を照射する場合を「両側照射」と呼ぶこととする。

図７は、片側照射される場合に計測対象物１０に照射される各レーザ光の照射パターンの一例を示す模式図である。照射ラインマル１～マル４は、マル１～マル４の各レーザダイオード１１０ａ（図４）に対応している。説明を簡単にするため、マル１～マル４の各レーザダイオード１１０ａ（図４）が一周期分しか照射しない例を示すが、これに限定されない。

図７に示すように、例えば、ミラー１５（図２）の最初の往路でマル１に対応するレーザダイオード１１０ａが発光する。次の往路では、マル２に対応するレーザダイオード１１０ａが発光する。マル１に対応するレーザダイオード１１０ａ（図４）の照射経路と、マル２に対応するレーザダイオード１１０（図４）ａの照射経路とは、照射ラインマル１とマル２で示すようにｙ方向にずれている。こように、マル１～マル４のレーザダイオード１１０ａ（図４）ごとに照射ラインを変更可能である。照射ラインを変更するために、マル１～マル４のレーザダイオード１１０ａの照射光学系２０２（図２）の光軸Ｌ１に対する照射方向を変えてもよいし、或いは、ミラー１５（図２）の振動軸ＲＡ２をマル１～マル４のレーザダイオード１１０ａの発光ごとに変更してもよい。

ここで、図８に基づき、各ラインセンサ１８０ａ（図４）の画素毎のレーザ照射範囲を説明する。図８は、計測対象物１０におけるレーザ光の照射範囲１０ａ、１０ｃと、１画素あたりに対応する照射範囲１０ｂ、１０ｄを模式的に示す図である。Ｐ１～Ｐ３は、マル１～マル３のレーザダイオード１１０ａ（図４）に順に片側照射されたラインを示す。このように、図８の例では、マル１～マル４のレーザダイオード１１０ａ（図４）が順に片側照射しつつ、照射ラインをｙ方向に変更する。

照射範囲１０ａは、マル１のレーザダイオード１１０ａ（図４）が照射するレーザのワンショットの範囲を示す。照射範囲１０ｂは、マル１のライン状センサ１８０ａの第１画素（１ＣＨ）に受光されるレーザ光の照射範囲を示している。このように、マル１のレーザダイオード１１０ａ（図４）の第１画素（ＣＨ１）に受光される照射範囲１０ｂ（図４）は、時間と共に移動する。図８では簡単のため、第１画素（ＣＨ１）に受光される照射範囲１０ｂしか示していないが、実際には照射範囲１０ａには、例えば、マル１のラインセンサ１８０ａ（図４）の第１～３２画素（ＣＨ１～ＣＨ３２）それぞれに受光される照射範囲１０ｂが縦一列に含まれる。すなわち、照射範囲１０ｂは、距離画像の空間解像度に対応する。

同様に、照射範囲１０ｃは、マル２のレーザダイオード１１０ａ（図４）が照射するレーザのワンショットの範囲を示す。照射範囲１０ｄは、マル２のライン状センサ１８０ａ（図４）の第１画素（１ＣＨ）に受光されるレーザ光の照射範囲を示している。このように、マル２のレーザダイオード１１０ａの第１画素（１ＣＨ）に受光される照射範囲１０ｂは、時間と共に移動する。

次に、図９Ａに基づき、現フレームｆ（ｍ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ）の一例を説明する。ここで、フレームとは、周期的に繰り返されるレーザ光Ｌ１の出射の組み合わせを意味する。例えば１フレーム分のレーザ光Ｌ１の出射の組み合わせにより、１距離画像分の距離値が取得される。

図９Ａは、現フレームｆ（ｍ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ）の一例を示す図である。すなわち、ライン状センサ１８０ａ（図４）の１画素（ＣＨ）が出力する出力信号を、信号生成部２０（図２）によりサンプリングしたサンプリング値の一例を示す図である。図９Ａの横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸は時系列輝度信号Ｂ（ｍ）のサンプリング値、すなわち輝度値を示している。ｍ（０≦ｍ＜Ｍ）はフレームｆの番号を示す。

例えば、サンプリングタイミングｔ０～ｔ３２にブランキング時間を加えたものは、レーザ光Ｌ１（ｎ）が照射されてから次のレーザ光Ｌ１（ｎ＋１）が照射されるまでの経過時間Ｔ（図５）に対応する。図中のピークが反射光Ｌ２に基づくサンプリング値であり、このピークを示すサンプリングタイミングＴＬ２が計測対象物１０までの距離の２倍に対応する。

より具体的には、距離＝光速×（サンプリングタイミングＴＬ２－光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出したタイミング）／２なる式で距離が求められる。ここで、サンプリングタイミングは、レーザ光Ｌ１の発光開始時刻からの経過時間である。

ここで、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）のｍ（０≦ｍ＜Ｍ）はフレームｆの番号を示し、座標（ｘ、ｙ）は、レーザ光Ｌ１の照射方向に基づき定められる座標を示している。すなわち、座標（ｘ、ｙ）は、現フレームｆ（ｍ）の距離画像、速度画像を生成した際の座標に対応する。例えば、図８に示すように、１画素あたりに対応する照射範囲１０ｂ、１０ｄそれぞれの座標を座標（ｘ、ｙ）で示す。また、輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）は、近接する座標の輝度信号を積算して使用してもよい。例えば、２×２、３×３、５×５の座標範囲の輝度信号を積算してもよい。このような、２×２、３×３、５×５の座標範囲の輝度信号を積算する処理は、平均化と呼ばれる場合がある。ここで、積算とは、座標（ｘ、ｙ）の近辺・隣接した座標（例えば、座標ｘ＋１、ｙ＋１）の時系列輝度情報を、座標（ｘ、ｙ）のそれに足し合わせて最終的な時系列輝度情報を求める技術である。これによりＳ／Ｎを向上させる技術である。つまり、最終的な時系列輝度情報には、近辺・隣接した座標の時系列輝度情報も含まれ得る。更に言えば、単純化のために、本実施系値に係る時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の座標（ｘ、ｙ）は同一であるとして説明するが、前者の座標はその近辺・隣接した座標であってもよい。

図９Ｂに基づき、平均化プロセッサ２２（図３）で行われる平均化処理（時分割積算）の例をより具体的に説明する。図９Ｂは、平均化処理例を示す図である。（Ａ）は、ライン状センサ１８０ａが有する画素ｎが出力した時系列輝度信号である。（Ｂ）は、ライン状センサ１８０ａが有する画素ｎの例えば近辺・隣接した画素が出力した時系列輝度信号である。（Ｃ）は、（Ａ）の時系列輝度信号と（Ｂ）の時系列輝度信号とを積算した時系列信号である。それぞれの縦軸は輝度値を示し、横軸は時間を示す。

（Ｃ）で示すように、ノイズはランダムに発生するので、複数の時系列輝度信号を積算すると、信号に比べて相対的に低減される。一方、信号はほぼ同じ時間に発生するので、複数の時系列輝度信号を積算すると相対的に増加される。このように、平均化処理（時分割積算）を行うと、ランダムに発生するノイズ（Ｎ）は相対的に低減し、逆に信号（Ｓ）は相対的に増加し、平均化処理した時系列輝度信号のＳ／Ｎが改善される。

なお、平均化プロセッサで時系列輝度信号間の時系列相関に応じた重み値で重み付けして時系列輝度信号を積算してもよい。これにより、同一の測定対象物１０からの時系列輝度信号の時系列相関は、測定対象物１０と異なる反射物からの時系列輝度信号の時系列相関より高くなるので重み値がより大きくなる。これにより、同一の測定対象物１０からの時系列輝度信号は、測定対象物１０と異なる反射物からの時系列輝度信号よりも多く積算されるので、よりＳ／Ｎが改善される。

ここで、図２及び図４を参照しつつ、図１０Ａから図１６に基づき、光学機構系２００（図２）の、ここで提案する特殊な照射パターン例を説明する。この特殊な照射パターンは、後述する様に、ＭＥＭＳやポリゴンミラー等、ある程度高速に走査されるデバイスにおいて、高解像の距離画像データを取得するために有用である。なお、更に高速に走査される場合は、特開２０１９－５２９８１号公報に記された方法などが、有用である。先ず、図１０Ａ及び図１１に基づき「飛ばし」の例を説明する。マル１～マル４の各レーザダイオード１１０ａ（図４）がそれぞれ、ＬＤ１～ＬＤ４に対応する。

図１０Ａは飛ばしの照射パターンを説明するための模式図である。図１０Ａの上図はミラー１５（図２）の水平方向の回転角度（ＭＥＭＳの場合、振れ角に対応する）、すなわち振動軸ＲＡ１の回転角度、とレーザダイオード１１０ａ（図４）の照射タイミングを示している。縦軸は回転角度を示し、横軸は時間を示す。マル０、マル２、マル４、マル６・・・はミラー１５の第１、第３周期それぞれにおけるレーザダイオード１１０ａ（図４）の照射タイミングを示し、マル１、マル３、マル５、マル７・・・はミラー１５の第２、第４周期それぞれにおけるレーザダイオード１１０ａ（図４）の照射タイミングを示している。

表は、レーザダイオード１１０ａ（図４）の照射順を示している。ＬＤ１がマル１のレーザダイオード１１０ａ（図４）に対応し、ＬＤ２がマル２のレーザダイオード１１０ａ（図４）に対応している。説明を簡単にするため、マル３、マル４のレーザダイオード１１０ａ（図４）の説明は省略する。

１周期目には、レーザダイオードＬＤ１が、マル０、マル２、マル４、マル６・・・の位置で順にレーザ光を照射する。ここで、１～１６の数字は、照射順を示している。簡単のため１～１６までしか記載しないが実際には、１周期で、例えば数百以上の照射順が存在する場合がある。２周期目には、レーザダイオードＬＤ１が、マル１、マル３、マル５、マル７・・・の位置で順にレーザ光を照射する。これにより、レーザダイオードＬＤ１は、１周期目の照射位置マル０、マル２、マル４、マル６を補完するように、２周期目の照射位置マル１、マル３、マル５、マル７に照射される。

同様に、３周期目には、レーザダイオードＬＤ２が、マル０、マル２、マル４、マル６・・・の位置で順にレーザ光を照射する。４周期目には、レーザダイオードＬＤ１が、マル１、マル３、マル５、マル７・・・の位置で順にレーザ光を照射する。これにより、レーザダイオードＬＤ２は、３周期目の照射位置マル０、マル２、マル４、マル６を補完するように、４周期目の照射位置マル１、マル３、マル５、マル７に照射される。このように、「片側照射」で同じライン上の照射位置を補うように照射するパターンを本実施形態では「飛ばし」と呼ぶこととする。なお、「飛ばし」では、同一ライン上でもよいし、或いはラインを上下方向（例えば図７のｙ方向）に変更してもよい。

例えば、ミラー１５をＭＥＭＳで構成する場合、ＭＥＭＳミラーの共振周波数は一般に高く、振動の周期が短い。一方、レーザ間隔の出射間隔（時間）は、最大測距距離の仕様から下限が存在する。その結果、１周期の照射回数が少なくなる。つまり、図５で示す時間間隔Ｔの照射間隔では水平方向のレーザ光Ｌ１の照射方向の分解能が粗くなってしまう場合がある。これを「飛ばし」による照射パターンを行うことにより、水平方向のレーザ光Ｌ１の照射方向の分解能をより細かくすることが可能となり、水平方向の解像度を維持可能となる。

また、図中のヒストグラムは、例えば、「１」の照射タイミングにおけるマル１のライン状センサ１８０ａ（図４）の１画素に対する時系列輝度信号の積算例を示す。例えば「１」に対応する画素を中心とする３×５の周辺の座標範囲の輝度信号を、重みを付けて積算する。同様に、「５」の照射タイミングにおけるマル１のライン状センサ１８０ａ（図４）の１画素に対する時系列輝度信号の積算例を示す。

図１０Ｂを用いて、「飛ばし」における３×５の周辺の座標範囲の時系列輝度信号を、重みを付けて積算する例を説明する。図１０Ｂは、「飛ばし」における３×５の重みを付け積算の例を示す図である。図１０Ｂ中の数字は１ｃｈ毎の照射順を示している。例えば、照射順「３」を中心として、３×５の周辺の座標範囲の時系列輝度信号を、重みを付けて積算する。このように、「飛ばし」においては、中心画素「３」の水平方向の隣接画素には照射順の異なる画素が配置されるが、照射方向の分解能をより細かくすることが可能となり、系列輝度信号の積算値におけるＳ／Ｎが向上する。重みは、上述のように、例えば時系列輝度信号間の時系列相関を用いて演算する。

図１１は、飛ばしの照射パターン例を模式的に示す図である。「Ｌｉｎｅ ♯０」が画素「♯０」で得られるデータの順番とレーザ光Ｌ１の照射位置との関係を示す。マル０～マル９は、図１０Ａの例えば、マル０～マル９（図１０Ａではマル８とマル９は不図示である）に対応している。同様に「Ｌｉｎｅ ♯１」が画素「♯１」で得られるデータの順番とレーザ光Ｌ１の照射位置との関係を示す。マル０～マル９は、図１０Ａの例えば、マル０～マル９（図１０Ａではマル８とマル９は不図示である）に対応している。上述したように、飛ばしの照射パターン例では、レーザダイオード１１０ａの照射位置をｙ方向（図８）にずらしてもよい。この場合、例えばミラー１５の振動軸ＲＡ２（図２）が変更される。

次に、図１２～図１４に基づき「折り返し」の例を説明する。「折り返し」は、「両側照射」の照射パターン例である。図１２は、「折り返し」の例を説明する図である。各図は、図１０Ａと同様である。すなわち、図１２では、レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２の照射順が、図１０Ａと異なる。

より具体的には、１周期目には、レーザダイオードＬＤ１が、マル０、マル２、マル４、マル６・・・の位置で順にレーザ光を照射する。ここで、１～１６の数字は、照射順を示している。２周期目には、レーザダイオードＬＤ１が、マル７、マル５、マル３、マル１・・・の位置で順にレーザ光を照射する。これにより、レーザダイオードＬＤ１は、１周期目の照射位置マル０、マル２、マル４、マル６を補完するように、２周期目の照射位置マル７、マル５、マル３、マル１で照射する。

同様に、３周期目には、レーザダイオードＬＤ２が、マル０、マル２、マル４、マル６・・・の位置で順にレーザ光を照射する。４周期目には、レーザダイオードＬＤ２が、マル７、マル５、マル３、マル１・・・の位置で順にレーザ光を照射する。これにより、レーザダイオードＬＤ２は、３周期目の照射位置マル０、マル２、マル４、マル６を補完するように、４周期目の照射位置マル７、マル５、マル３、マル１に照射する。

例えば、ミラー１５をＭｅｍｓで構成する場合、図５で示す時間間隔Ｔの照射間隔では水平方向のレーザ光Ｌ１の照射間隔が粗くなってしまう場合がある。これを「折り返し」による照射パターンを行うことにより、水平方向のレーザ光Ｌ１の照射間隔をより細かくすることが可能となり、水平方向の解像度を維持可能となる。さらに、「両側照射」するため、「片側照射」よりも短時間に同点数の照射を行うことが可能である。

図１３は、折り返しの照射パターン例を模式的に示す図である。「Ｌｉｎｅ ♯０」が画素「♯０」で得られるデータの順番とレーザ光Ｌ１の照射位置との関係を示す。マル０～マル９は、図１２の例えば、マル０～マル９（図１０Ａではマル８とマル９は不図示である）に対応している。同様に「Ｌｉｎｅ ♯１」が画素「♯１」で得られるデータの順番とレーザ光Ｌ１の照射位置との関係を示す。マル０～マル９は、図１０Ａの例えば、マル０～マル９（図１０Ａではマル８とマル９は不図示である）に対応している。なお、折り返しの照射パターン例では、レーザダイオード１１０ａの照射位置をｙ方向（図８）にずらしてもよい。

図１４は、２周期分の折り返しの照射パターン例を模式的に示す図である。「Ｌｉｎｅ ♯０」が画素「♯０」で得られるデータの順番とレーザ光Ｌ１の照射位置との関係を示す。マル０～マル１１は、図１２の例えば、マル０～マル１１（図１２ではマル８～マル１１は不図示である）に対応している。同様に「Ｌｉｎｅ ♯１」が画素「♯１」で得られるデータの順番とレーザ光Ｌ１の照射位置との関係を示す。マル０～マル１１は、図１２の例えば、マル０～マル１１（図１２ではマル８～マル１１は不図示である）に対応している。なお、折り返しの照射パターン例では、レーザダイオード１１０ａの照射位置をｙ方向（図８）に順にずらしてもよい。

例えば、ミラー１５をＭＥＭＳで構成する場合、ＭＥＭＳの振動速度がより速い場合や、計測対象物１０（図２）がより遠距離にある場合などに、折り返し数を増加させる。例えば、遠距離になるほど時間間隔Ｔ（図５）を長くとる必要がある。すなわち、Ｔが長くなるほど、水平解像度が低下する。これに対して、本実施形態に係る距離計測装置５では、折り返し数を調整出来るので、ＭＥＭＳの振動速度がより速い場合や、計測対象物１０（図２）がより遠距離にある場合などにも、水平解像度を増加させることが可能となる。

次に、図１５に基づき「ずらし」の例を説明する。「ずらし」は、フレームごとに照射位置を変更する照射パターンである。図１５は、「ずらし」の例を説明する図である。図１５の上図は図１０Ａと同様である。

１フレーム目には、レーザダイオードＬＤ１が、同一ラインのマル０、マル２、マル４、マル６・・・の位置で順にレーザ光を照射する。ここで、１～８の数字は、照射順を示している。２フレーム目には、レーザダイオードＬＤ１が、１フレーム目と同一ラインのマル１、マル３、マル５、マル７・・・の位置で順にレーザ光を照射する。このように、レーザダイオードＬＤ１は、１フレーム目の照射位置マル０、マル２、マル４、マル６に対してずらした位置に、２フレーム目の照射位置マル１、マル３、マル５、マル７を設定し、照射する。このように、ずらしの撮影では、１フレーム面と２フレーム目で照射位置をずらすことが可能であり、各フレームで距離情報を補完することが可能である。

次に、図１６に基づき「切替え＆入替え」の例を説明する。「切替え＆入替え」は、レーザダイオードＬＤ１～ＬＤ３の照射順を切り替え、切り替える順を入れ替える照射方法である。図１６は、「切り替え＆入替え」の例を説明する図である。図１６の上図は図１０Ａと同様である。マル０の位置では、レーザダイオードＬＤ３、ＬＤ１、ＬＤ２の順に照査される。レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の照査位置はｙ方向（図８）にずれている。マル１の位置では、レーザダイオードＬＤ３、ＬＤ１、ＬＤ２の順に照査される。このように、マル０の位置では、レーザダイオードＬＤ３、ＬＤ１、ＬＤ２の順に照射を切り替え、マル１の位置では、レーザダイオードＬＤ３、ＬＤ１、ＬＤ２の順に照射を切り替える。また、マル０の位置では、レーザダイオードＬＤ３、ＬＤ１、ＬＤ２の順であったのを、マル１の位置では、レーザダイオードＬＤ３、ＬＤ１、ＬＤ２の順に入れ替える。

このように、本実施形態では、ミラー１５の同一の振動位置で、レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３を任意の順で切り替えて発光さえることを「切替え」と呼ぶこととする。また、ミラー１５の振動位置を替えて、例えば、マル０の位置からマル１の位置にミラー１５の振動位置を替えた際に、レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の発光順を変更することを「入替え」と呼ぶこととする。切り替え＆入替えの撮影では、ミラー１５の１周期でレーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の撮影が可能であり、鉛直方向の画素の時間的な相関性をより高めることが可能である。

以上説明してきた折り返し、飛ばし、切替え＆入替えといった変則的な照射を行わない場合は、当該照射の時系列輝度信号と、それ以前の高々数照射の時系列輝度信号を用いて、平均化処理をすることができる。その最小の場合は、時系列輝度信号を積算する累積器（ヒストグラムメモリ）をチャネル数分だけ用意するだけでよい。しかし、折り返し、飛ばし、切替え＆入替えといった変則的な照射を行う場合は、隣接画素が連続して照射されず、はるか以前に照射されている場合がある。従って、平均化において、はるか以前に照射された時系列輝度信号、あるいはその代わりとなるデータを必要とする。一般的には、フレーム全体のデータ（フレームメモリ）を保持することが望まれる。逆に、フレームメモリを保持しているならば、現フレームだけではなく、前フレームのデータも平均化に利用すること（フレーム間平均化）、それによってＳＮ比を改善することが可能になる。

ここで、図１７に基づき、各照射パターン例に対する座標変換例とデータの保存例を説明する。図１７は、各照射パターン例に対する座標変換例を示す図である。上段から順に、「折り返し」、「飛ばし」、「ずらし」、「切替え＆入替え」の一例を示している。また、左側が座標変換例を示し、右側がフレームメモリ内の保存例及び平均化処理の範囲例を示す。従来のように、記憶部（フレームメモリ）２１（図２）に記憶された順に、座標を割振ると、空間位置における座標とずれが生じてしまう。これだと、フレーム間の平均化処理などの空間フィルタ処理が行えなくなってしまう。そこで、信号処理部２２（図２）は、取得されたデータを実際の計測方向と位置関係に合わせて並べ替えることを行う。より具体的には、信号処理部２２（図２）は、レーザ光Ｌ１（図２）の照射タイミングに関する情報と、ミラー１５の回転位置（例えば、振動軸ＲＡ１、ＲＡ２の角度、ミラー１５の種類など）に関する情報を制御部１６（図２）から取得し、これらの情報に基づき、座標を設定する。なお、本実施形態に係る信号処理部２２（図２）が設定部に対応する。以下では、簡単のため、各ライン状センサ１８０ａ（図４）に１画素しかない例で説明する

「折り返し」の例では、数字は、レーザ光の照射順を示している。通常の保存方法であれば、６で示す画素の座標は左端に示され、１０で示す画素の座標は右端で示される。本実施形態では、信号処理部２２（図２）が、各データを実際の計測方向と位置関係に合わせて並べ替える。このため、６で示す画素の座標が右端に修正され、１０で示す画素の座標は右端に修正されている。これにより、例えば画素２と周辺画素を加算して、平均化処理を行うことが可能となる。

「飛ばし」の例では、数字は、レーザ光の照射順（図１０Ａ）を示している。通常の保存方法であれば、例えば２で示す画素の座標は１の隣であり、例えば３で示す画素の座標は真中の位置となる。本実施形態では、信号処理部２２（図２）が、各データを実際の計測方向と位置関係に合わせて並べ替える。このため、２で示す画素の座標が左端から３番目に修正され、３で示す画素の座標は右端に修正されている。これにより、例えば画素５と周辺画素を加算して、平均化する処理を行うことが可能となる。このように、信号処理部２２（図２）は、順回転及び逆回転の一方だけレーザ光Ｌ１（図２）を照射する片側照射と、順回転及び逆回転の両方にレーザ光Ｌ１を照射する両側照射とに応じて座標の設定方法を変更する。

「ずらし」の例では、数字は、レーザ光の照射順（図１５）を示している。「ずらし」の例では、１フレーム目の１と２フレーム目の５を同一の座標として記憶する。「１／５」、「２／６」などは、１と５とを同一座標として扱い、２と６とを同一座標として扱い、これにより、フレーム間平均を行う場合に、フレーム間で隣接する画素を同一の座標として扱うことが可能となる。

「切替え＆入替え」の例では、数字は、レーザ光の照射順（図１６）を示している。通常の保存方法であれば、例えば４で示す画素の座標は３の隣であり、例えば５で示す画素の座標は４の隣となる。本実施形態では、信号処理部２２（図２）が、各データを実際の計測方向と位置関係に合わせて並べ替える。このため、４で示す画素の座標が左端から２番目に修正され、５で示す画素の座標は左端から２番目に修正されている。これにより、例えば画素４と周辺画素を加算して、平均化する処理を行うことが可能となる。

なお、「折り返し」、「飛ばし」、「ずらし」、「切替え＆入替え」の例を説明したが、これらを組み合わせてもよい。例えば、前フレームでは「折り返し」で照射し、現フレームでは「飛ばし」で照射する場合がある。或いは、現フレームの三分の一は、「折り返し」で照射し、現フレームの次の三分の一は、「飛ばし」で照射し、現フレームの次の三分の一は、「ずらし」で照射する場合がある。

ここで、図１８、１９に基づき、距離画像に関するデータ保存例１から５、及び隣接画素として扱えない座標間の識別情報に関して説明する。これらのデータは、例えば平均化処理などに使用される。各小四角は座標に対応する。例えば１（ＣＨ１）は、１チャンネル（ＣＨ１）、すなわち第１画素の出力に基づく１番目のデータの座標を示し、１（ＣＨ２）は、２チャンネル（ＣＨ２）、すなわち第２画素の出力に基づく１番目のデータの座標を示している。

図１８は、距離画像あるいは時系列輝度信号データに関するデータ保存例１、２を示す図である。ここでは、簡単のため、ライン状センサ１８０ａ（図４）のマル１～マル３のチャンネルを２チャンネル（ＣＨ１～２）とし、水平方向の照射点を３点としている。

すなわち、データ保存例１は、「飛ばし」のデータ保存例であり、データ保存例２は、「折り返し」のデータ保存例である。より詳細には、数字が照射順を示し、ＣＨ１がマル１のライン状センサ１８０ａ（図４）の１画素目の出力に基づくデータを示している。例えば１（ＣＨ１）は、１チャンネル（ＣＨ１）における１番目のデータを意味している。同様に、４（ＣＨ２）は、マル２のライン状センサ１８０ａ（図４）の２チャンネル（ＣＨ２）の出力に基づく照射順が４番目のデータを意味している。同様に、９（ＣＨ２）は、マル３のライン状センサ１８０ａ（図４）の２チャンネル（ＣＨ２）の出力に基づく照射順が９番目のデータを意味している。「Ｄ．Ｃ．」は未保存を意味する。例えば図８に示すように、各チャンネルの照射範囲１０ｂ、１０ｄなどは空間的に関連しているので、なお、図１８の例は各座標を隣接画素として扱ってもよい例である。

図１９は、距離画像に関するデータ保存例３から５を示す図である。ここで、各小四角は座標に対応する。 左側の図が、Ｓｔａｒｔ回数と、測距の空間方向との関係を模式的に示す図である。「Ｓｔａｒｔ回数」は、鉛直方向に走査する走査線の識別子（番号）である。Ｓｔａｒｔ回数は、ポリゴンモータの場合は、例えばポリゴンミラーの各照射面に対応する。複数のレーザダイオード１１０ａによる鉛直方向の走査（図４）の場合は各マル１～マル４のいずれかに対応する。「測距の空間方向」は、特に鉛直方向のレーザ照射方向を意味しており、縦方向の座標に対応する。「空間的に非連続」は、上下の座標に対応する測定空間での照射範囲（例えば図８の１０ｂ、ｄ）が非連続であることを示し、「空間的に連続」は、上下の座標に対応する測定空間での照射範囲（例えば図８の１０ｂ、ｄ）が連続であることを示している。右側の図は、データ保存例である。信号処理部２２（図２）は、レーザ光Ｌ１（図２）の照射タイミングに関する情報と、ミラー１５の回転位置（例えば、振動軸ＲＡ１、ＲＡ２の角度、ミラー１５の種類など）に関する情報を制御部１６（図２）から取得し、これらの情報に基づき、隣接画素として扱えない座標間に識別情報を付与する。

保存例３は、例えば光学機構系２００（図１）にポリゴンモータを使用した場合のデータ保存例である。ここでは、簡単のため、Ｓｔａｒｔ回数を２とし、ライン状センサ１８０ａ（図４）のマル１～マル２のチャンネルを２チャンネル（ＣＨ１～２）とし、水平方向の照射点を３点としている。ポリゴンモータに駆動されるポリゴンミラーは、水平回転することにより照射面が非連続に変化する。この照射面は、例えば６面あり、各面の角度は異なる。走査方向は概ね水平であるが、各面に特有の歪みがあり、特に周辺近くで湾曲する。これにより、ポリゴンミラーで照射されるレーザ光の照射方向は、隣接する照射面の間で連続ではなく、空間的にずれが生じる場合があり、異なる照射面の画素（座標）について平均化を行うことは好ましくない。この場合、ポリゴンミラーの切り替えに応じて、レーザダイオード１１０ａ（図４）を各マル１～マル４で切り替えてもよいし、或いは一つのレーザダイオード１１０ａのみを使用してもよい。例えば、保存例３のように、Ｓｔａｒｔ回数を２とし、一つのレーザダイオード１１０ａのみを使用には、鉛直方向の照射角度は２×１＝２種類となる。例えば、Ｓｔａｒｔ回数を２とし、レーザダイオード１１０ａ（図４）を各マル１～マル４で切り替える場合には、鉛直方向の照射角度は２×４＝８種類となる。

データ保存例３は、このような場合の空間的な関係を左図で模式的に示し、保存例を右図で示す。右図で示すように、信号処理部２２（図２）は隣接画素として扱えない座標間に識別情報を付与する。このように、信号処理部２２（図２）は、連続する座標のそれぞれが異なるポリゴンミラーのミラー面により照射されレーザ光Ｌ１（図２）に対応する場合に、隣接画素として扱わない情報を付与する。これらの隣接画素として扱わない情報は、座標に関連付けられて、記憶部２１（図２）に記憶される。

データ保存例４は、例えばデータ保存例２と同様に「両側照射」の例である。ここでは、簡単のため、Ｓｔａｒｔ回数を２とし、ライン状センサ１８０ａ（図４）のマル１～マル２のチャンネルを２チャンネル（ＣＨ１～２）とし、水平方向の照射点を３点としている。左図で示すように、空間的に連続しているので、隣接画素として扱えない座標間に対する識別情報は付与されない。

データ保存例５は、「片側照射」の例である。ここでは、簡単のため、Ｓｔａｒｔ回数を４とし、ライン状センサ１８０ａ（図４）のマル１～マル２のチャンネルを４チャンネル（ＣＨ１～４）とし、水平方向の照射点を３点としている。左図で示すように、ライン状センサ１８０ａ（図４）マル１、マル２で順にデータを（ＣＨ１、２）で読み出した後に、例えばミラー１５の軸ＲＡ２（図２）を変更することにより鉛直方向の照射位置を変更して、ライン状センサ１８０ａ（図４）マル１、マル２で順に（ＣＨ３、４）でデータを読み出している例である。

このような場合、データ保存例５で示すように、データ保存する場合がある。この場合、座標間で測定空間において連続しない場合があるので、信号処理部２２（図２）は隣接画素として扱えない座標間に対する識別情報を付与する。なお、図１９では、隣接画素として扱えない座標間に対する識別情報を水平ラインで示しているが、鉛直ラインに相当する識別情報を付与してもよい。すなわち、水平方向に隣接する隣接画素の座標間に対して隣接画素として扱えないことを示す識別情報を付与してもよい。

ここで、図２０に基づき、データの積算処理例を説明する。

図２０は、３フレームを用いた積算処理例を示す図である。上述の図８と同様に、各画素の測定空間における照射範囲を●印で示している。これら●印からのレーザ光の反射光が時系列輝度信号として対応画素に測定される。ただし、フレームごとに「折り返し」、「飛ばし」、「ずらし」、「切替え＆入替え」の様々な照射方法があるので、上述のように、信号処理部２２（図２）により隣接画素として扱えない画素間の情報は、フレームごとに予め設定されている。

また、中段の左図は、前フレームの甲に対応する画素から出力された時系列輝度信号例を示し、中段の右図は、現フレームの乙に対応する画素から出力された時系列輝度信号例を示す。積算処理では、現フレームの乙に対応する画素と例えばその周辺の３×５画素の時系列輝度信号と、前フレーム、前々フレームの対応画素から出力される時系列信号が、例えば重み付け処理により積算される。下段に示す図が積算処理後の時系列輝度信号である。このような処理によりノイズが抑制され、測定精度が向上する。

これらの積算処理は、図３Ａで示した信号処理部２２において対応画素ごとに処理可能である。この際に、上述した識別情報により、空間的に隣接画素として扱えない画素からの出力信号は積算しないので、積算した信号のＳ／Ｎ比の低下が抑制される。

ここで、図２１乃至２３に基づき、ノイズを考慮した時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）のピークの選択方法を説明する。図９Ａで説明したように、一般に反射光Ｌ２に基づくピークに基づき距離値が演算される。ところが、ノイズの影響を受け、ピークの取得精度が低下する場合がある。そこで、ノイズの影響を抑制した距離測定方法を説明する。

本実施形態では、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の各ピークの中からピークの値の大きい順に所定数選択された各ピークを第１選択ピークと呼び、第１選択ピークの他に、前フレームｆ（ｍ－１）の隣接距離ＮＤｉｓを用いて選択されたピークを第２選択ピークと呼ぶこととする。第１選択ピークだけでは、計測対象物１０に基づくピークを選択できない場合がある。

まず、図２１に基づき、第１選択ピークだけでは、計測対象物１０に基づくピークを選択できない例を説明する。
図２１は、前フレームｆ（ｍ－１）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ、及び時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と、現フレームｆ（ｍ）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ、及び時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の例を模式的に示す図である。左上図が前フレームｆ（ｍ－１）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄを示し、左下図が座標（ｘ、ｙ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）を示し、右上図が現フレームｆ（ｍ）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄを示し、右下図が現フレームｆ（ｍ）における座標（ｘ、ｙ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）を示している。ここで、隣接領域Ａｄの中心座標（ｘ、ｙ）を太線で示す。計測対象物１０は、例えば自動車であり、距離計測装置５（図２）における照射光学系２０２の光軸Ｏ１上の８０メートル先にある。図２１では、自動車がｘ軸に沿って左から右に移動している様に示しているが、自動車と判り易い様に横向きに描いただけの一例であり、前後に移動していてもよい。隣接領域Ａｄは、座標（ｘ、ｙ）を中心とする（２＊ｎｄ＋１）×（２＊ｎｄ＋１）の座標範囲である。ｎｄは隣接画素範囲を規定する定数であり、ここでは２である。

図２１に示すように、前フレームｆ（ｍ－１）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）では、計測対象物１０の位置８０メートルに対応するピークが現れている。一方で、現フレームｆ（ｍ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ、）の例では、ノイズ光が第１～第３ピークとして支配的に現れ、計測対象物１０の位置７８．５メートルに対応するピークが第４ピークとして現れている。第１～第３ピーク、すなわち、所定数を３とする第１選択ピークの中には、計測対象物１０の位置７８．５メートルに対応する第４ピークは含まれない。このような場合、第１ピークを距離値とする一般的な計測方法では、計測対象物１０の位置７８．５メートルを得ることは出来ない。

次に、図２２に基づき、前フレームｆ（ｍ－１）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ内で得られた隣接距離ＮＤｉｓを説明する。
図２２は、図２１の左上図に対応する図であり、前フレームｆ（ｍ－１）において時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に基づき、隣接領域Ａｄ内で得られた隣接距離ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）を示す図である。ここで、隣接領域Ａｄの中心座標（ｘ、ｙ）を太線で示す。例えば、隣接距離値ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）は、５メートル、８０メートルとＮＵＬＬを示している。５メートルは計測対象物１０以外の物体までの距離を示し、８０メートルは計測対象物１０までの距離を示し、ＮＵＬＬは、例えば背景の空間領域や道路などであり、信頼度が低く測定値を棄却したことを示している。

次に、図２３に基づき、前フレームｆ（ｍ－１）における座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ内で得られた隣接距離ＮＤｉｓを用いて、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）の第２選択ピークを選択する方法を説明する。

図２３は、信号処理部２２の選択処理の一例を示す図である。図２３に示すように、例えば５メートル、８０メートルは、座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ（図２２）内で得られた隣接距離ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）を示している。第４ピークが計測対象物１０に対応している。ただし、図２１で説明した識別情報を用いて、隣接画素として扱えない画素は隣接距離内から除かれる。これにより、測定空間内で連続しない座標からの情報に影響されることが抑制される。

信号処理部２２は、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の第１選択ピークを大きい方から所定数選択（第１～第３ピーク）し、前フレームｆ（ｍ－１）における隣接距離値（５メートル、８０メートル）の情報を用いて、現フレームｆ（ｍ）フレームにおける時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の所定の第２選択ピーク（第４ピーク）を更に選択する。ここで、第１選択ピークの所定数は例えば３である。なお、時間は距離に対応するので、時間範囲は距離範囲に対応する。

より具体的には、信号処理部２２は、座標（ｘ、ｙ）の隣接領域Ａｄ（図２２）内で得られた隣接距離ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に対応する時間範囲の値を係数Ｋとし、他の範囲を例えば０とした時系列な値を有する積算フィルタ（ウィンドウ）を時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）に乗算する。Ｋは例えば１である。例えば、隣接距離ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）の一つが８０メートルであれば、８０メートルを光速で除算し、２倍した時間を中心とした所定範囲が、隣接距離８０メートルに対応する時間範囲である。この時間範囲が積算フィルタの幅に対応する。ここで、積算フィルタの開始起点は例えば図９Ａのｔ０である。すなわち、積算フィルタの範囲は例えばｔ０～ｔ３２に対応する。

このように、信号処理部２２は、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）ごとの第１選択ピークとしてピーク値の大きい方から所定数選択し、前フレームｆ（ｍ－１）における隣接距離値ＮＤｉｓｔ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）の情報を用いて、現フレームｆ（ｍ）における時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）ごとの第２選択ピーク値を更に選択する。

また、信号処理部２２は、輝度信号Ｂ（ｍ）のＳ／Ｎ比が所定値を超える場合には、第２選択ピークを選択しないように構成する。Ｓ／Ｎ比がよい場合には、第２選択による効果は殆ど無く、かつそのデメリットのみが残る。例えばデノイズの閾値が若干増大してしまう。このため、Ｓ／Ｎ比がよい場合には、第２選択ピークを選択しないことにより、測距結果を向上できる。

これらの説明から分かるように、所定の選択ピークとして第１選択ピークに第２選択ピークを加えることが可能となる。例えば、ノイズなどが混在した際に、第１選択ピークしか選択していない場合には、計測対象物１０に対応する第４ピークなどが選択されない場合がある。これに対して、隣接距離値ＮＤｉｓ（ｍ－１、Ｘ、Ｙ）（ｘ－ｎｄ≦Ｘ≦ｘ＋ｎｄ、ｙ－ｎｄ≦Ｙ≦ｙ＋ｎｄ）に対応する第２選択ピークを選択することにより、第４ピークなどが第１選択ピークに含まれない場合にも、計測対象物１０からの反射光に基づくピークを第２選択ピークに含めることが可能となる。さらに、上述したように。図２１で説明した識別情報を用いて、隣接画素として扱えない画素は隣接距離内から除かれる。これにより、測定空間内で連続しない座標からの情報に影響されることが抑制される。

ここで、信号処理部２２で選択された各ピークの信頼度Ｒ１を生成する処理例を説明する。信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）は、現フレームｆ（ｍ）の情報を用いる第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）と、前フレームのｆ（ｍ－１）の情報も用いる第２信頼度Ｒ１２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ｐ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｙ＜ＶＮ）とで構成される。

（１）式で示す、１番目の信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）では、記憶部２１に現フレームｆ（ｍ）のピークａの距離値Ｄ（ａ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ａ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）及び対応する輝度値Ｌｕｍｉ（ａ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ａ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）と、前フレームｆ（ｍ－１）のピークａの距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ａ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）及び対応する距離値Ｌｕｍｉ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ａ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）と、現フレームｆ（ｍ）の環境光の情報Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）、及び前フレームｆ（ｍ－１）の環境光の情報Ｅ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）、を記憶している。

ここで、ｐは、選択部２２０により選択されたピークの番号であり、ピークの大きさの順番に対応している。例えばｐ＝１は第１ピークを示し、ｐ＝２は第２ピークを示す。ＰＮは、選択部２２０により選択されたピークの数であり、隣接領域Ａｄ（図２２）内で得られた隣接距離により選択された数に基づいている。ａは１である。すなわち、ピークａの距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）は距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）と同一の値である。なお、本実施形態に係る前フレームｆ（ｍ－１）の距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）は、距離値Ｄｉｓ（ｍ－１、ｘ、ｙ）を使用しているがこれに限定されず、距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）は、時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｘ、ｙ）におけるピークの連結数や輝度値を考慮して選択してもよい。

（１）式で示す１番目の信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、例えば（２）式で示す第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と、（３）式で示す第２信頼度Ｒ１２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）の加算値の平方根である。

第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）は、現フレームｆ（ｍ）のピークａの距離値Ｄ（ａ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ａ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）を用いた信頼度である。ここで、ｎｄ１とｎｄ２は、座標（ｘ、ｙ）の隣接領域の範囲を示す定数である。例えばｎｄ１＝３、ｎｄ２＝３である。

（４－１）式で示す関数Ｑ１１（Ｄ１－Ｄ２）は、距離値Ｄ１と距離値Ｄ２との距離がＫ以内であれば１を示し、Ｋより大きければ０を示す。例えばＫは２メートルである。別の例では、Ｋ＝ｍａｘ（ｃｏｎｓｔ１×ｓｑｒｔ（Ｄ１）、ｃｏｎｓｔ２）としてもよい。これにより、（２）式で示す第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、ピークＰの距離値Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と距離Ｋ内の距離値を有する隣接領域内のピークａの輝度値の二乗和を示している。

（２）式で示す関数Ｑ２１（Ｌ）は、Ｌが環境光の情報に基づく閾値ＴＨ以下であれば０を出力し、ＴＨより大きければＬを出力する。関数Ｑ２１（Ｌ）により、Ｓ／Ｎが所定値よりも大きなピークを除くことが可能となる。

環境光Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）の情報は、現フレームｆ（ｍ）及び前フレームｆ（ｍ－１）の座標（ｘ、ｙ）ごとに記憶部２１に記憶してもよい。この場合、（２）式では、座標（ｘ、ｙ）ごとに環境光Ｅ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）に基づく閾値ＴＨ（ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）を用いる。同様に、（３）式では環境光Ｅ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）に基づく閾値ＴＨ（ｍ－１、ｘ、ｙ）（０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）を用いる。

これらから分かるように、ピークｐに対して隣接領域内に同等の距離値を有するピークａがより多く存在し、そのピークの輝度値が大きくなるに従い第１信頼度Ｒ１１はより大きくなる。計測対象物１０に対応するピークｐは、隣接領域内に同等の距離値を有するピークａが発生するため、第１信頼度Ｒ１１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）はより大きくなる。これに対して、ノイズに対応するピークｐは、ランダムに発生するため、ノイズに対応するピークｐの第１信頼度Ｒ１１は、計測対象物１０に対応するピークｐの第１信頼度Ｒ１１よりも小さくなる。

第２信頼度Ｒ１２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（１≦ｐ≦ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）は、現フレームｆ（ｍ）におけるピークＰの前フレームｆ（ｍ－１）のピークａの距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ａ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）を用いた信頼度である。（３）式に示すように、ピークＰの距離値Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と距離Ｋ内の距離値を有する隣接領域内のピークａの輝度値の二乗和を示している。また、ａ＝１とすることにより、記憶部２１の記憶量を抑制可能である。

Ｑ’１１は、積算フィルタ（ウィンドウ）を規定する判別関数であり、このウィンドウは前フレームの距離Ｄ_２とその変化ΔＤ_２により決まる。ここで、ΔＤ_２は、前フレームと前々フレームの距離差であり、対象の動きを意味する。このウィンドウは、速度が小さければ、それだけ狭くなり、環境光ノイズの影響が低減される。

（２）、（３）、及び後述する（６）、（７）、（９）、（１０）式では（４－１）式で示すＱ１１の代わりに（４－２）式で示すＱ’１１を用いてもよい。ここで、Ｑ’１１は探索ウィンドウを規定する判別関数であり、探索ウィンドウは前フレームの距離Ｄ２とその変化ΔＤ２により決まる。ここで、ΔＤ２は、前フレームと前々フレームの距離差であり、対象の動きを意味する。また、ｋ_ｐ（Ｄ１）は、例えばＤ１の単調増加関数である。この探索ウィンドウは、速度が小さければ、それだけ狭くなり、環境光ノイズの影響が低減される。

これらから分かるように、前フレームｆ（ｍ－１）の隣接領域内に同等の距離値を有するピークａが多く存在し、そのピークａの輝度値が大きくなるに従い第２信頼度Ｒ１２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は大きくなる。計測対象物１０に対応するピークｐは、前フレームｆ（ｍ－１）においても同等の距離を有するので、隣接領域内に同等の距離値を有するピークａがより多く発生する。このため、計測対象物１０に対応するピークｐの第２信頼度Ｒ１２は、より大きくなる。これに対して、ノイズに対応するピークｐは、ランダムに発生するため、隣接領域内に同等の距離値を有するピークａはノイズの発生確率に従い少なくなる。このため、ノイズに対応するピークｐの第２信頼度Ｒ１２は、計測対象物１０に対応するピークｐの第２信頼度Ｒ１２よりも一般に小さくなる。

このように、計測対象物１０に対応するピークｐの信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、前フレームｆ（ｍ－１）及び現フレームｆ（ｍ）における隣接領域内に同等の距離値を有するピークａがより多く存在し、そのピークａの輝度値が大きくなるに従い信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）はより大きくなる。これに対して、ノイズに対応するピークｐは、ランダムに発生するため、隣接領域内に同等の距離値を有するピークａは少なくなる。このため、ノイズに対応するピークｐの信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、計測対象物１０に対応するピークｐの信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）よりも一般に小さくなる。

（５）式で示す２番目の信頼度Ｒ２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）は、環境光の情報を使用しないことで、１番目の信頼度Ｒ１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と相違する。すなわち、環境光を閾値とせず、環境光分を、輝度から削除した値を使うことにより、信頼度Ｒ２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は環境光を考慮しつつ、環境光情報を保持する必要がなくなる。以下では（１）式と相違する点を説明する。２番目の信頼度Ｒ２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、例えば（６）式で示す第１信頼度Ｒ２１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と、（７）式で示す第２信頼度Ｒ２２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）の加算値の平方根である。（６）式では関数Ｑ２を用いていない点で（２）式と相違し、（７）式では関数Ｑ２を用いていない点で（３）式と相違する。すなわち、２番目の信頼度Ｒ２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）では、環境光の情報を用いずに信頼度Ｒ２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）を演算する。このため、環境光の情報を記憶部２１に記憶する必要が無く、記憶容量を低減可能となる。

（８）式で示す３番目の信頼度Ｒ３（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）（０≦ｐ＜ＰＮ、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）は、前フレームｆ（ｍ－１）のピークａの輝度値Ｌｕｍｉ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）（ａ＝１、０≦ｘ＜ＨＮ、０≦ｘ＜ＹＮ）を使用しないことで、２番目の信頼度Ｒ２（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と相違する。以下では（５）式と相違する点を説明する。３番目の信頼度Ｒ３（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は、例えば（６）式で示す第１信頼度Ｒ２１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）の平方根と、（９）式及び（１０）式で示す連結数Ｎ１、Ｎ２に基づく数値の平方根との乗算により演算される。

（９）式で示すＮ１は、ピークＰの距離値Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と距離Ｋ内の距離値Ｄ（ａ、ｍ－１、ｘ、ｙ）を有する隣接範囲内の前フレームｆ（ｍ－１）におけるピークの数を示している。（１０）式で示すＮ２は、ピークＰの距離値Ｄ（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）と距離Ｋ内の距離値Ｄ（ａ、ｍ、ｘ、ｙ）を有する隣接範囲内の現フレームｆ（ｍ）におけるピークの数を示している。これらから分かるように、ピークｐに対して隣接範囲内に同等の距離値を有するピークが多く存在し、そのピークの輝度値が大きくなるに従い第２信頼度Ｒ２１（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）は大きくなる。この際に、Ｎ１の数が大きくなるに従い信頼度Ｒ３（ｐ、ｍ、ｘ、ｙ）はより大きくなる。

以上が本実施形態に係る構成の説明であるが、以下に本実施形態に係る距離計測装置５の動作例を説明する。

図２４は、本実施形態による距離計測装置５の処理動作を説明するフローチャートである。ここでは、現フレームの撮影制御例を説明する。
制御部１６（図２）は、現フレームにおける照射方法を含む動作方法を選択する（ステップＳ１００）。続けて、信号処理部２２（図２）は、隣接画素の範囲を予め測定される画素に対応させて設定する。

次に、制御部１６は、複数のライン状センサ１８０ａを順に切り替えるとともに、切り替えに応じて切替部１９０の出力を切り替え、各画素の時系列輝度信号の測定を行う（ステップＳ１０２？）。続けて、信号処理部２２の各平均化処理部は、設定された隣接画素の情報に基づき、積算処理可能である時系列輝度信号の積算処理を、並列処理で行う。

次に、制御部１６は、１フレーム分の設定した撮影動作が終了したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。終了していないと判定する場合（ステップＳ１０４のＮＯ）、ステップＳ１０２からの処理を繰り返す。一方で、終了したと判定する場合（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、信号処理部２２は、各種のデータの座標を測定空間内で隣接する順に並び替える（ステップＳ１０６）。

信号処理部２２は、座標が並び替えられたデータに対して移動平均化処理、距離測定などの各種の処理を行い（ステップＳ１０８）、現フレームの処理を終了する。

以上のように本実施形態によれば、受光光学系２０４に対する受光位置がそれぞれ異なる複数のライン状センサ１８０ａの出力信号を、切替部１９０が切り替えて出力し、距離計測部３００ａが切替部１９０の出力信号に基づく時系列輝度信号により、距離を計測することとした。これにより、他のライン状センサ１８０ａのノイズを受けずに処理可能となると共に、距離計測部３００ａの数を低減できる。

以上、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す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。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。

５：距離計測装置、１０：計測対象物、１５：ミラー、２１：記憶部、２２：信号処理部（設定部）、１８０ａ：ライン状センサ、１９０：切替部、２０２：照射光学系、２０４：受光光学系、３００ａ：距離計測部、ＲＡ１：振動軸（回転軸）、ＲＡ２：振動軸（回転軸）。

Claims (10)

1. 所定の回転軸に対して所定の周期で回転するミラーを介してレーザ光の反射光を受光する受光光学系を介して受光した前記反射光をチャンネルごとの電流信号に変換する複数の画素を有し、前記複数の画素それぞれの電流信号を複数の出力信号として出力するセンサであって、前記受光光学系に対する受光位置がそれぞれ異なる複数のセンサと、
   前記複数のセンサごとの対応した複数の出力信号の中から、測定に用いる複数の出力信号を選択して出力する出力部と、
   前記レーザ光の発光タイミングと、前記選択された複数の出力信号それぞれに基づく複数の時系列輝度信号のピーク位置のタイミングとの時間差に基づき、計測対象物までの複数の距離を計測する距離計測部と、
   前記レーザ光の照射タイミングに関する情報と、前記ミラーの回転位置に関する情報に基づき、複数の座標を設定すると共に、前記座標の中の連続する座標間に対して、隣接画素として扱わない情報を付与する、設定部と、
   を備える、距離測定装置。
2. 前記複数の座標に、前記出力部が出力する複数の出力信号に基づくデータを記憶する記憶部と、
   を更に備える、請求項１に記載の距離測定装置。
3. 前記回転軸に対して所定の周期で順回転と逆回転を行う前記ミラーを介して前記レーザ光を照射しており、
   前記設定部は、前記順回転及び前記逆回転の一方だけ前記レーザ光を照射する片側照射と、前記順回転及び前記逆回転の両方に前記レーザ光を照射する両側照射とに応じて前記複数の座標の設定方法を変更する、請求項２に記載の距離測定装置。
4. 傾斜角度の異なる複数のミラー面を有するポリゴンミラーを介して前記レーザ光を照射しており、
   前記設定部は、前記連続する前記座標のそれぞれが異なる前記ミラー面により照射された前記レーザ光に対応する場合に、前記隣接画素として扱わない情報を付与する、請求項１に記載の距離測定装置。
5. 前記記憶部は、前フレームにおける時系列輝度信号に基づいて得られた前記座標ごとの距離値を記憶し、
   前記距離計測部は、現フレームの時系列輝度信号それぞれにおいて、隣接領域内の前記距離値の情報に応じて選択したピークを含む前記現フレームの時系列輝度信号のピークに基づき、第２距離値を取得する、請求項２に記載の距離測定装置。
6. 前記隣接領域は、隣接画素として扱わない画素間の情報に基づき設定される、請求項５に記載の距離測定装置。
7. 前記出力部は、前記レーザ光を異なる方向にそれぞれ照射する複数の光源の照射タイミングに応じて、前記複数の出力信号を選択する、請求項１に記載の距離測定装置。
8. 前記出力部は、前記レーザ光を異なる方向にそれぞれ照射するポリゴンミラーのミラー面の切り替えタイミングに応じて、前記複数の出力信号を選択する、請求項１に記載の距離測定装置。
9. 前記受光光学系は、所定の軸に対して所定の周期で順回転と逆回転を行うミラーを介して前記反射光を受光しており、
   前記出力部は、前記周期に応じて、前記複数の出力信号を選択する、請求項１に記載の距離測定装置。
10. 所定の回転軸に対して所定の周期で回転するミラーを介してレーザ光の反射光を受光する受光光学系を介して受光した前記反射光を電気信号に変換する複数の画素を有し、前記複数の画素それぞれの出力をチャンネルごとの複数の電流の出力信号として出力するセンサであって、前記受光光学系に対する受光位置がそれぞれ異なる複数のセンサを備える距離計測装置の距離計測方法であって、
    前記複数のセンサごとの対応した複数の電流の出力信号の中から、測定に用いる複数の出力信号を選択して出力する工程と、
    前記レーザ光の発光タイミングと、前記選択された複数の出力信号それぞれに基づく複数の測定時系列輝度信号のピーク位置のタイミングとの時間差に基づき、計測対象物までの複数の距離を計測する信号処理工程と、
    前記レーザ光の照射タイミングに関する情報と、前記ミラーの回転位置に関する情報に基づき、複数の座標を設定すると共に、前記座標の中の連続する座標間に対して、隣接画素として扱わない情報を付与する、設定工程と、
    を備える距離計測方法。

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