JP7745352B2 - 測距装置 - Google Patents

Description

本発明は、測距装置の技術に関する。

レーザレーダによる障害物検知において、霧や砂埃と障害物とを区別して検知することが求められている。

特許文献１は、投光するレーザ光の強度、及び受光する反射光の受光感度により定まる物体の検出しやすさを表す検出性能レベルを、反射率が低い低反射検出対象物体が基準距離において自装置に対して基準角度となっている場合にこれを検出できる高検出性能レベルと、検出しない低検出性能レベルとの２種類の検出性能レベルでそれぞれ検出対象物体を検出する測定部が、照射方向を変化させつつレーザ光を装置外部に照射させ、低検出性能レベルで受光した反射光に基づいて、照射した方向に物体が存在するか否かを判定し、物体が存在すると判定しなかった方向を少なくとも含む方向に対して、レーザ光を照射させつつ、高検出性能レベルで受光した反射光の波形幅が霧判定幅閾値よりも短いことに基づいて、物体が存在すると判定するレーザレーダ装置を開示している。

特許文献２は、建設機械の周囲の監視領域に測定光を照射すると共に、その測定光の反射光を受光し、その測定光の照射方向で見た監視領域の距離画像の各画素の位置にＴＯＦ方式により計測した距離計測値を対応付けた測距データを生成するとともに、これら各画素の位置における反射光の受光量を検出し、監視領域のうち、建設機械の所定の部位からの距離が所定値以下となる所定の領域内に存在する物体、又は所定の領域内に進入することが予測される物体が測距データに基づいて検出された場合に、所定の領域内に存在する物体、又は所定の領域内に進入することが予測される物体のうちの建設機械の所定の部位に最も近い物体の存在領域での受光量があらかじめ定められた所定の閾値以上であることを必要条件として、その物体を障害物として検出する、建設機械の障害物検出装置、を開示している。

特許文献３は、測定方向毎に取得した距離情報が本来の検知対象より近距離側の他の物体に対応していると判定されるとともに、隣接測定方向、又はそれ以前の測定周期の距離情報に基づく補完が可能と判定された場合に、その測定方向の距離情報を、隣接測定方向においてその測定周期で取得された距離情報に基づく補間値、又はその測定方向においてそれ以前の測定周期で取得された距離情報に基づく補間値に置換して、それらの距離情報から、物体、又は人体に対応する可能性がある部分をその時系列での移動状況に基づいてそれぞれ判定し、物体、又は人体が存在していると判定した場合に警告信号を出力するレーザスキャンセンサ、を開示している。

特開２０１７－４９２３０号公報 特開２０２０－１０１４４２号公報 特開２０１４－５９８３４号公報

特許文献１に記載の技術は、複数の検出性能レベルを使い分けて霧や砂埃を見分けることが可能であるが、霧や砂埃の先に存在する障害物を検知することが困難である。
特許文献２に記載の技術は、距離に加えて受光量を使って砂埃と障害物の切り分けを行っているが、受光量が低い障害物があると、砂埃等との区別が困難である。
特許文献３に記載の技術は、１つ目の反射光と２つ目の反射光との間に最小パルス間隔が規定されており、距離にして約２メートルの不感帯（距離の算出ができない領域）が生じるため、障害物がその不感帯に隠れてしまう虞がある。

本発明の目的の一つは、対象物までの距離の算出に要する時間により、その対象物の先に生じる、距離の算出ができない領域を減らすこと、である。

上述した課題を解決するため、本発明は、パルス光を出射し、受光部による該パルス光の反射光を検出したときのタイミングと該反射光の光量に応じた受光結果を取得して該受光結果に基づき対象物までの距離を算出する主算出部及び副算出部を備え、前記主算出部は前記副算出部が受光結果を取得していないときに該受光結果を取得して該受光結果に基づき対象物までの距離を算出し、前記副算出部は、前記主算出部が算出した距離、及び光量が決められた条件を充足したときに該距離に基づいて決められる所定時間だけ基準となる時点から遅れて受光結果の取得を始める測距装置、を第１の態様として提供する。

第１の態様の測距装置によれば、対象物までの距離の算出に要する時間により、その対象物の先に生じる、距離の算出ができない領域が減る。

第１の態様の測距装置において、前記副算出部は、前記パルス光を出射する出射部が起動した前記時点から前記所定時間だけ遅れて受光結果の取得を始める、という構成が第２の態様として採用されてもよい。

第２の態様の測距装置によれば、起動してから所定時間後に、主算出部が対象物までの距離を算出できなくても、副算出部はその距離を算出することができる。

第１の態様の測距装置において、前記副算出部は、前記パルス光を出射した前記時点から所定時間だけ遅れて受光結果の取得を始める、という構成が第３の態様として採用されてもよい。

第３の態様の測距装置によれば、パルス光を出射してから所定時間後に、主算出部が対象物までの距離を算出できなくても、副算出部はその距離を算出することができる。

第１の態様の測距装置において、前記副算出部は、前記主算出部が受光結果を取得してから受光結果の取得を始める、という構成が第４の態様として採用されてもよい。

第４の態様の測距装置によれば、主算出部が対象物までの距離を算出できないときに、副算出部はその距離を算出することができる。

第１から第４の態様のいずれか１の測距装置において、受光結果の取得を始める時がそれぞれ異なる前記副算出部を複数備える、という構成が第５の態様として採用されてもよい。

第５の態様の測距装置によれば、主算出部、及びいずれか１以上の副算出部が対象物までの距離を算出できないときに、他の副算出部はその距離を算出することができる。

第１から第５の態様のいずれか１の測距装置において、前記受光部は、受光結果を前記主算出部及び前記副算出部にそれぞれ伝える、という構成が第６の態様として採用されてもよい。

第６の態様の測距装置によれば、受光部を複数個、備えなくてもよい。

本発明の実施形態に係る測距装置１の構成の例を示す図。 不感時間Δｔにより生じる不感帯の例を説明するための図。 算出待機時間を説明するための図。 測距装置１の動作の流れの例を示すフロー図。 測距装置１の効果の例を説明するための図。 光を出射した時点から計測が開始される算出待機時間を説明するための図。 変形例における測距装置１の動作の流れの例を示すフロー図。 変形例における測距装置１ａの構成の例を示す図。 変形例における測距装置１ａの動作の流れの例を示すフロー図。

＜実施形態＞
＜測距装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る測距装置１の構成の例を示す図である。測距装置１は、制御部１１、出射部１２、受光部１３、光量測定部１４、主算出部１５、及び副算出部１６を有する。

制御部１１は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを有し、メモリに記憶されているコンピュータプログラム（以下、単にプログラムという）を読み出して実行することにより測距装置１の各部を制御する。制御部１１は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を含む。なお、制御部１１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、他のプログラマブル論理デバイスを有し、これらによって制御を行ってもよい。また、制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の、汎用的なプロセッサであってもよい。

制御部１１は、水晶振動子を有し、この水晶振動子が生成する決められた周波数のクロック基準信号を用いて決められた周期で画素基準信号を生成する。画素基準信号は、画像を構成する画素を生成させるための信号であり、画素ごとに生成される。画像において画素は、出射部１２が光（例えば、パルスレーザ）を空間に向けて走査しながら出射する際の方向に対応付けられる。

１枚の画像を構成する画素分の画素基準信号を生成する処理をフレームという。以下の例で、制御部１１は、１秒間に１６回、１枚の画像に相当する数（画素数）の画素基準信号をそれぞれ生成する。すなわち、制御部１１が１秒間に上述した処理をする回数で示されるフレームレートは、１６ｆｐｓ（frames per second）である。この場合、フレームの周期は、０．０６２５秒である。

画素基準信号は、出射部１２を周期的に起動させる信号である。以下、画素基準信号を生成したときを、出射部１２の起動時という。

制御部１１は、フレームカウンタ１１１、及び開始信号生成部１１２を有する。これらのフレームカウンタ１１１や開始信号生成部１１２は、例えば、ＦＰＧＡ上の論理回路により実現される。

フレームカウンタ１１１は、例えば、画素基準信号が生成された回数に基づいてフレームの数（フレーム数という）を計数する。このフレーム数は、決められた期間ごとにリセットされる。例えば、制御部１１が上述した１６ｆｐｓで画像基準信号を生成し、フレームカウンタ１１１が計数したフレーム数を１秒ごとにリセットする場合、フレーム数は、１以上、かつ、１６以下の整数である。

開始信号生成部１１２は、予め決められた時点から決められた時間が経過したタイミングで、算出開始信号を生成してこれを副算出部１６に送信する。図１に示す開始信号生成部１１２は、フレームカウンタ１１１が計数したフレーム数を参照する。そして、この開始信号生成部１１２は、直近の画素基準信号が生成された時点から、そのフレーム数に応じた時間（算出待機時間という）が経過したときに、算出開始信号を生成して副算出部１６に送信する。フレーム数と算出待機時間との対応関係は、上述したメモリに記憶されている。

副算出部１６は、算出開始信号を受信するまで、自装置から対象物までの距離の算出を実行しない状態を維持する。そして、副算出部１６は、算出開始信号を受信すると、自装置から対象物までの距離の算出を実行可能な状態に移行する。

図１に示す開始信号生成部１１２は、クロックをカウントすることにより、上述した算出待機時間を計る。例えば、クロック基準信号の周波数が１ＧＨｚである場合、１カウントに相当する時間は１ｎｓ（ナノ秒）である。この場合、例えば、算出待機時間が１４ｎｓであるとき、開始信号生成部１１２は、直近の画素基準信号が生成された時点からカウントされたクロック数が１４になるまで、算出開始信号を副算出部１６に送信しない。

出射部１２は、制御部１１の制御の下、光を出射する。出射部１２は、制御部１１で生成された画素基準信号を受信するごとに起動し、その画素基準信号が示す画素に対応した方向に、光の出射方向を調整する。図１に示す制御部１１は、直近の画素基準信号が生成された時点から、予め決められた時間（出射待機時間という）が経過したときに、出射部１２に光を出射させる。

この制御部１１は、クロックをカウントすることにより、上述した出射待機時間を計る。例えば、クロック基準信号の周波数が１ＧＨｚであり、出射待機時間が１０ｎｓである場合、制御部１１は、直近の画素基準信号が生成された時点からカウントされたクロック数が１０になるまで、出射部１２に光を出射させる指示を出さない。この出射待機時間は、フレーム数に関わらず一定である。

図１に示す出射部１２は、ドライバ１２１、発光素子１２２、及び検出器１２３を有する。ドライバ１２１は、制御部１１からの指示を受付けて発光素子１２２を駆動させる。発光素子１２２は、対象物が存在する可能性がある空間に向けて光を出射するデバイスであり、例えば、レーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）である。検出器１２３は、例えば、フォトダイオードと信号処理回路を有し、発光素子１２２が発光したタイミングを検出して制御部１１に通知する。

受光部１３は、出射部１２が出射した光が対象物により反射したときに、その反射光を受光して検出する。図１に示す受光部１３は、受光素子１３１、及び電流電圧変換器１３２を有する。

受光素子１３１は、上述した対象物からの反射光を検出して電流による信号を発生させる素子であり、例えば、ＡＰＤ（avalanche photodiode）である。電流電圧変換器１３２は、受光素子１３１が反射光を検出したときの電流を電圧に変換する変換器であり、例えば、ＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）である。

光量測定部１４は、受光素子１３１が検出した反射光の光量を測定する。図１に示す光量測定部１４は、積分器１４１、ピークホールド回路１４２、及びＡ／Ｄ変換器１４３を有する。

積分器１４１は、受光部１３の電流電圧変換器１３２から出力された、受光素子１３１が検出した反射光の光量に応じた電圧値を積分する。ピークホールド回路１４２は、積分器１４１による積分された値のピーク値を保持する。Ａ／Ｄ変換器１４３は、ピークホールド回路１４２が保持するピーク値によって示される光量のアナログ信号をデジタル信号に変換してこれを制御部１１に送信する。

主算出部１５、及び副算出部１６は、いずれも受光部１３による反射光の受光結果を取得して、この受光結果に基づき対象物までの距離を算出するデバイスである。図１に示す主算出部１５は、コンパレータ１５１、及び時間情報生成器１５２を有する。

コンパレータ１５１は、受光部１３の電流電圧変換器１３２から出力された電圧値と閾値とを比較し、この電圧値が閾値を超えたときにそのタイミングを時間情報生成器１５２に通知する素子である。

時間情報生成器１５２は、出射部１２が光を出射してから受光部１３が反射光を受光するまでの時間を示す時間情報を生成するデバイスである。時間情報生成器１５２は、上述したコンパレータ１５１からの通知を無条件で受取り、この通知が示すタイミングを受光部１３が反射光を受光したタイミングとして捉える。

図１に示す時間情報生成器１５２は、要求される空間分解能に応じた時間分解能を達成するために、例えば、ＴＤＣ（Time to Digital Converter）を備える。

このＴＤＣは、例えば、基本フラッシュ型ＴＤＣ等と呼ばれるものであり、インバータの多段接続によって構成される遅延線（ディレイライン）とＤフリップフロップを有する。なお、時間情報生成器１５２は、他の構成のＴＤＣ、例えば、バーニア型のＴＤＣ等を用いてもよい。

このＴＤＣは、例えば、制御部１１が備える水晶振動子のクロック基準信号と、コンパレータ１５１から受信する信号（パルス信号ともいう）との、受信時間の差を、水晶振動子よりも高い時間分解能で算出する。この算出した時間差を、上述したクロック基準信号が生成された時刻に加算することで、このＴＤＣは、コンパレータ１５１から信号を受信したタイミングを特定する。

時間情報生成器１５２は、出射部１２の検出器１２３が検出した、光の出射のタイミングの情報を制御部１１から取得し、コンパレータ１５１から信号を受信したタイミングの情報を上述したＴＤＣを使用して取得して、その差を時間情報として算出する。

ところで、ＴＤＣは、その構成により、上述した受信時間の差を算出し始めてからある程度の時間が経過するまで、コンパレータ１５１が送信する次の信号を受取って、その信号の受信時間についての処理を開始することができない。この処理を開始することができない時間を不感時間という。

図２は、不感時間Δｔにより生じる不感帯の例を説明するための図である。図２に示す横軸は時刻を、縦軸は測距装置１からの距離を、それぞれ示している。図２に示す時刻ｔ１は、光を出射した時刻である。図２に示す通り、測距装置１からの距離ｙａに霧が存在していると、光がこの霧に反射して、時刻ｔａに反射光が測距装置１に届く。時刻ｔ１から時刻ｔａまでの時間に、光は距離ｙａを往復するので、光の速度をｃとすると、以下の式（１）が成り立つ。

［数１］
ｙａ＝ｃ×（ｔａ－ｔ１）／２ ……（１）
時刻ｔａに測距装置１の受光部１３が上述した反射光を受光すると、その受光結果が無条件で主算出部１５に伝えられ、時間情報生成器１５２は、次の信号を受取れない状態になる。すなわち、受光部１３が上述した反射光を受光した時刻ｔａから図２に示す不感時間Δｔにわたって、主算出部１５は算出不能になる。

時刻ｔａから不感時間Δｔが経過したタイミングは、時刻ｔｃである。時刻ｔ１に出射した光が対象物に反射して、その反射光が時刻ｔｃに戻ってくる場合、その対象物は、図２に示す距離ｙｃに存在する。時刻ｔ１から時刻ｔｃまでの時間に、光は距離ｙｃを往復するので、光の速度をｃとすると、以下の式（２）が成り立つ。

［数２］
ｙｃ＝ｃ×（ｔｃ－ｔ１）／２ ……（２）
主算出部１５は、距離ｙａにある霧からの反射光に基づいて距離を算出し始めると、時刻ｔｃまで次の反射光に基づく距離の算出ができない状態になる。したがって、主算出部１５にとって、距離ｙａから距離ｙｃまでの奥行Δｙにわたる範囲は、不感帯である。奥行Δｙは距離ｙｃから距離ｙａを減じた長さであるから、上述した式（１）及び式（２）を用いて、以下の式（３）で表される。

［数３］
Δｙ＝ｃ×（ｔｃ－ｔａ）／２＝ｃ×Δｔ／２ ……（３）
例えば、不感時間Δｔが１５ｎｓである場合、光速ｃ≒３×１０⁸ｍ／ｓであるから、奥行Δｙは約２．２メートルである。したがって、この場合、測距装置１から見て霧よりも約２．２メートル先までの範囲に障害物が存在していると、主算出部１５は、その障害物が反射する反射光に基づいて距離の算出ができない。

副算出部１６は、上述した算出不能状態の主算出部１５を補って、不感帯に存在する対象物までの距離を算出する。図１に示す副算出部１６は、コンパレータ１６１、及び時間情報生成器１６２を有する。

コンパレータ１６１は、上述したコンパレータ１５１と共通の機能を有し、受光部１３の電流電圧変換器１３２から出力された電圧値を受けて、この電圧値が閾値を超えたときにそのタイミングを時間情報生成器１６２に通知する。

なお、受光部１３は、主算出部１５、及び副算出部１６のそれぞれに、上述した電圧値の信号を分岐することで、反射光を受光した結果を伝えている。すなわち、この受光部１３は、受光結果を主算出部及び副算出部にそれぞれ伝える受光部の例である。

時間情報生成器１６２は、制御部１１の開始信号生成部１１２から算出開始信号を受信する点を除いて、上述した時間情報生成器１５２と共通の機能を有する。時間情報生成器１６２は、開始信号生成部１１２から算出開始信号を受信するまで、自装置から対象物までの距離の算出を実行しない状態を維持する。

この「距離の算出を実行しない状態」を維持しているとき、コンパレータ１６１が上述したタイミングを時間情報生成器１６２に通知しても、時間情報生成器１６２はこの通知を受取らない。すなわち、時間情報生成器１６２が「距離の算出を実行しない状態」を維持しているとき、副算出部１６は、全体として受光部１３から受光結果を取得しない。

つまり、この測距装置１は、光を出射し、受光部によるその光の反射光の受光結果を取得してその受光結果に基づき対象物までの距離を算出する主算出部及び副算出部を備え、主算出部は副算出部が受光結果を取得していないときにその受光結果を取得してその受光結果に基づき対象物までの距離を算出する測距装置、の例である。

そして、時間情報生成器１６２は、算出開始信号を受信すると、測距装置１（すなわち、ここでは発光素子１２２又は受光素子１３１）から対象物までの距離の算出が実行可能な状態に移行する。

この「距離の算出が実行可能な状態」になった場合、時間情報生成器１６２は、コンパレータ１６１から上述したタイミングの通知を受けると、そのタイミングに基づいて、対象物までの距離の算出を実行する。すなわち、時間情報生成器１６２が「距離の算出が実行可能な状態」であるとき、副算出部１６は、受光部１３から受光結果を取得する。

つまり、この測距装置１が有する副算出部１６は、起動してから所定時間だけ遅れて受光結果の取得を始める副算出部の例である。

例えば、図２に示す通り、測距装置１から見て距離ｙａよりも遠く、距離ｙｃよりも近い、すなわち、不感帯に含まれる距離ｙｂの位置に障害物が存在しているとき、この障害物からの反射光は、時刻ｔｂに測距装置１に到達する（ｔａ＜ｔｂ＜ｔｃ）。この場合、主算出部１５に、この障害物までの距離を算出させることはできない。そして、この場合、副算出部１６に、この障害物までの距離を算出させるためには、時間情報生成器１６２は、時刻ｔｂにおいて既に算出可能な状態になっていなければならない。

また、副算出部１６は、距離ｙａに存在する霧からの反射光の受光結果を取得して算出をしてはならない。副算出部１６が主算出部１５と並行してこの算出を開始すると、副算出部１６にも算出不能の不感時間Δｔが生じ、これに応じた不感帯が生じるからである。したがって、この場合、副算出部１６に、上述した障害物までの距離を算出させるためには、時間情報生成器１６２は、時刻ｔａにおいて算出しない状態を維持していなければならない。

つまり、主算出部１５の不感帯を副算出部１６によって補うためには、制御部１１の開始信号生成部１１２は、時刻ｔａから時刻ｔｂまでの期間に、生成した算出開始信号を副算出部１６の時間情報生成器１６２に送信する時刻ｔ２がなければならない。

しかし、距離ｙａ及び距離ｙｂは事前に特定できないから、時刻ｔａから時刻ｔｂまでの期間も同様に、事前に特定できない。そこで、図１に示す測距装置１の制御部１１は、フレームごとに異なる算出待機時間を副算出部１６に与える。

図３は、算出待機時間を説明するための図である。図３の横方向は、右に行くほど進んだ時刻であり、画素基準信号の生成タイミング、制御部１１による出射部１２、及び副算出部１６のそれぞれの待機制御のタイミング、及び副算出部１６による算出制御のタイミングをそれぞれ示している。

図３（ａ）には、フレーム数が１のときの動作のタイミングが示されている。時刻ｔ０に画素基準信号が生成されると、制御部１１は、クロックをカウントして出射待機時間を計る。例えば、制御部１１は、フレーム数に関わらず、画素基準信号が生成されたタイミングからカウントしたクロック数が１０になるまで、出射部１２に光を出射させる指示を出さない。例えば、クロック基準信号の周波数が１ＧＨｚである場合、クロック数が１０になるまでの時間は、１０ｎｓである。すなわち、この場合、出射部１２は、画素基準信号が生成されてから１０ｎｓ経過した瞬間に光を出射する。この光を出射するタイミングは、時刻ｔ１である。

一方、制御部１１は、クロックをカウントしてフレーム数に応じた算出待機時間を計る。例えば、フレーム数が１であるときに対応付けられた算出待機時間が１４ｎｓである場合、クロック基準信号の周波数が１ＧＨｚであるならば、制御部１１は、画素基準信号が生成されたタイミングからカウントしたクロック数が１４になるまで、副算出部１６に算出開始信号を送信しない。したがって、図３（ａ）に示す通り、フレーム数が１のとき、時刻ｔ２は、時刻ｔ０から１４ｎｓが経過した時点となる。

この場合、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間は４ｎｓである。これは、測距装置１から約０．６ｍの距離を往復する時間に相当する。つまり、フレーム数が１のとき、測距装置１は、自装置から約０．６ｍの距離に相当する算出待機時間だけ、副算出部１６を待機させ、この算出待機時間の経過後に、副算出部１６に距離の算出を開始させる。

図３（ｂ）には、フレーム数が２のときの動作のタイミングが示されている。制御部１１は、このときにも出射待機時間として固定の１０ｎｓを計る。一方、算出待機時間は、フレーム数ごとに定められているため、制御部１１は、フレーム数が２のときに、図３（ａ）に示したフレーム数が１のときと異なる算出待機時間を計る。

例えば、フレーム数が２であるときに対応付けられた算出待機時間が１８ｎｓである場合、クロック基準信号の周波数が１ＧＨｚであるならば、制御部１１は、画素基準信号が生成されたタイミングからカウントしたクロック数が１８になるまで、副算出部１６に算出開始信号を送信しない。したがって、図３（ｂ）に示す通り、フレーム数が２のとき、時刻ｔ２は、時刻ｔ０から１８ｎｓが経過した時点となる。

この場合、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間は８ｎｓである。これは、測距装置１から約１．２ｍの距離を往復する時間に相当する。つまり、フレーム数が２のとき、測距装置１は、自装置から約１．２ｍの距離に相当する算出待機時間だけ、副算出部１６を待機させ、この算出待機時間の経過後に、副算出部１６に距離の算出を開始させる。

このように、図１に示した測距装置１は、フレーム数に応じて算出待機時間を変化させる。そのため、フレーム数の変化に伴って、副算出部１６が算出の対象とする範囲は変化する。

これにより、制御部１１が副算出部１６へ算出開始信号を送信する時刻ｔ２のいずれかが、図２に示した時刻ｔａの後で、時刻ｔｂの前になれば、副算出部１６は、距離ｙａよりも遠く、距離ｙｃよりも近い距離ｙｂに存在する障害物からの反射光の受光結果を、主算出部１５に代わって取得し、これに基づいて距離ｙｂの算出をすることができる。

図４は、測距装置１の動作の流れの例を示すフロー図である。測距装置１の制御部１１は、画素基準信号の生成を検知したか否かを判断し（ステップＳ１０１）、検知していないと判断する間（ステップＳ１０１；ＮＯ）、このステップＳ１０１の判断を続ける。制御部１１は、画素基準信号の生成を検知したと判断すると（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、フレーム数を参照する（ステップＳ１０２）。

制御部１１は、一定の時間（すなわち、出射待機時間）が経過するまで待機する（ステップＳ１０３）。そして、制御部１１は、その待機後に出射部１２に光を出射するよう指示を送信する（ステップＳ１０４）。

また、制御部１１は、ステップＳ１０３、Ｓ１０４と並行して、現在のフレーム数に応じた時間（すなわち、算出待機時間）が経過するまで待機する（ステップＳ１０５）。そして、制御部１１は、その待機後に副算出部１６へ、距離の算出が可能な状態にさせる信号（すなわち、算出開始信号）を送信する（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０４、及びステップＳ１０６の両方を終えると、制御部１１は、副算出部１６の算出期間が終了したか否かを判断する（ステップＳ１０７）。例えば、上述したメモリ等に副算出部１６に距離の算出をさせる算出期間が予め記憶されている場合、制御部１１は、記憶されたその算出期間が経過したか否かを判断する。そして、副算出部１６の算出期間が終了していない、と判断する間（ステップＳ１０７；ＮＯ）、制御部１１は、この判断を続ける。副算出部１６の算出期間が終了した、と判断する場合（ステップＳ１０７；ＹＥＳ）、制御部１１は、副算出部１６へ距離の算出が可能な状態を終了する算出終了信号を送信する（ステップＳ１０８）。

図５は、上述した実施形態における測距装置１の効果の例を説明するための図である。図１から出射される光は、例えば、霧２において位置Ｐ１１で反射される。霧２に反射された反射光は受光部１３により検出され、その受光結果は主算出部１５によって無条件に取得される。したがって、測距装置１から見て、霧２の位置Ｐ１１から先の、奥行Δｙまでの範囲に障害物３ａが存在していると、その障害物３ａの表面の位置Ｐ１２で反射する反射光の受光結果は、主算出部１５によって取得できない。

一方、副算出部１６は、算出待機時間が与えられるため、霧２において位置Ｐ２１で反射された反射光の受光結果を取得しないことがある。この場合、測距装置１から見て、霧２の位置Ｐ２１から先の、奥行Δｙまでの範囲に障害物３ｂが存在していても、その障害物３ｂの表面の位置Ｐ２２で反射する反射光の受光結果は、副算出部１６によって取得される。

つまり、図４で示した動作を行うことにより、測距装置１は、所定の基準となるタイミングから算出待機時間が経過するまで、副算出部１６に「距離の算出を実行しない状態」を維持させるので、主算出部１５が、対象物までの距離の算出に要する時間により、その対象物の先に生じる、距離の算出ができない領域が減る。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさ及び配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。したがって、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

＜変形例＞
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例は組み合わされてもよい。

＜１＞
上述した実施形態において、測距装置１の制御部１１は、フレームごとに異なる算出待機時間を副算出部１６に与えていたが、副算出部が受光結果を取得していないときに主算出部にその受光結果を取得させてその受光結果に基づき対象物までの距離を算出させていれば、算出待機時間は変化しなくてもよい。この場合、制御部１１は、フレームカウンタ１１１を有しなくてもよい。

＜２＞
上述した実施形態において、開始信号生成部１１２は、直近の画素基準信号が生成された時点から算出待機時間が経過したときに、算出開始信号を生成して副算出部１６に送信していたが、算出待機時間の基準となる時点は、画素基準信号が生成されたタイミング（すなわち、起動時）に限らない。例えば、算出待機時間の基準となる時点は、出射部１２が光を出射した時点であってもよい。

図６は、光を出射した時点から計測が開始される算出待機時間を説明するための図である。図６に示す通り、制御部１１は、時刻ｔ０からではなく、時刻ｔ１から算出待機時間を計測する。つまり、制御部１１は、画素基準信号が生成されたタイミングではなく、出射部１２が光を出射したタイミングからカウントしたクロック数が決められた値になるまで、副算出部１６に算出開始信号を送信しない。

例えば、図６に示す場合、制御部１１は、出射部１２が光を出射したタイミングからカウントしたクロック数が４になるまで、副算出部１６に算出開始信号を送信しない。そのため、図６に示す時刻ｔ２は、時刻ｔ１から４ｎｓが経過した時点となる。

すなわち、この変形例における副算出部１６は、光を出射してから所定時間だけ遅れて受光結果の取得を始める副算出部の例である。この場合でも、主算出部１５は副算出部１６が受光結果を取得していないときに、受光結果を取得してその受光結果に基づき対象物までの距離を算出することが可能である。そのため、副算出部１６が受光結果を取得していないとき取得したその受光結果に基づき主算出部１５が、距離の計算を行い、そのために生じた不感帯に存在する対象物からの反射光の受光結果を取得できなくても、副算出部１６がその受光結果を取得できる状態であれば、不感帯を減らすことができる。

＜３＞
上述した実施形態において、算出待機時間はフレーム数ごとに決まっていたが、あるフレームより前の１以上のフレームで、ある画素について主算出部１５が算出した距離に基づいて、そのフレームにおけるその画素の算出待機時間が決められてもよい。この場合、上述したフレームにおける算出待機時間は、そのフレームより前の１以上のフレームで主算出部１５が算出した距離に加えて、光量測定部１４が測定した光量に基づいて決められてもよい。また、上述したフレームにおける算出待機時間は、そのフレームより前の１以上のフレームで主算出部１５が算出した距離、及び光量が決められた条件を充足したときに、その距離に基づいて決められてもよい。

図７は、変形例における測距装置１の動作の流れの例を示すフロー図である。測距装置１の制御部１１は、主算出部１５が算出した、対象物までの距離を取得し（ステップＳ２０１）、その距離を算出するのに用いた反射光の光量の、光量測定部１４による測定値を取得する（ステップＳ２０２）。

そして、制御部１１は、取得した距離、及び光量の測定値（光量測定値という）が決められた条件を充足するか否かを判断する（ステップＳ２０３）。この判断の対象となる距離及び光量測定値は、この１フレームのみで取得されたものであってもよいが、複数のフレームにわたって取得されたものであってもよい。複数のフレームにわたって取得された距離、及び光量測定値を判断の対象とする場合、制御部１１は、これら複数の距離、及び光量測定値の組をメモリに記憶する。

上述した条件は、例えば、ｎ回（ｎは２以上の整数）にわたって取得された距離が決められた範囲内に収まっているというものであってもよい。また、上述した条件は、さらに、その光量測定値が決められた閾値を超えているというものであってもよい。

条件を充足していない、と判断する場合（ステップＳ２０３；ＮＯ）、制御部１１は、処理をステップＳ２０１に戻す。一方、条件を充足した、と判断する場合（ステップＳ２０３；ＹＥＳ）、制御部１１は、取得した距離に相当する算出待機時間を次のフレームに設定してから（ステップＳ２０４）、処理をステップＳ２０１に戻す。

この構成によれば、あるフレームにおける算出待機時間がそれより前のフレームにおける、算出された対象物までの距離や測定された反射光の光量に応じて決まるので、例えば、停止している対象物や、フレーム単位で検出する必要がない程度の速度で移動している対象物までの距離を算出する場合に、その精度が向上する。

＜４＞
上述した実施形態において、開始信号生成部１１２は、直近の画素基準信号が生成された時点から算出待機時間が経過したときに、算出開始信号を生成して副算出部１６に送信していたが、主算出部１５が受光部１３から受光結果を取得した時点から算出待機時間が経過したときに、算出開始信号を送信してもよい。

図８は、変形例における測距装置１ａの構成の例を示す図である。測距装置１ａは、図１に示す制御部１１に代えて制御部１１ａを、主算出部１５に代えて主算出部１５ａを、それぞれ有する。

制御部１１ａは、フレームカウンタ１１１に代えて、リセット信号生成部１１３、及びフリップフロップ回路１１４を有する。また、制御部１１ａは、開始信号生成部１１２に代えて、開始信号生成部１１２ａを有する。

主算出部１５ａは、コンパレータ１５１、及び時間情報生成器１５２を有する点で、主算出部１５と共通しているが、コンパレータ１５１が時間情報生成器１５２に送信するパルス信号を、制御部１１ａのフリップフロップ回路１１４にも送信する点が、主算出部１５と異なる。

リセット信号生成部１１３は、出射部１２によって光が出射された時点から上限距離に相当する時間（以下、上限時間ともいう）が経過したときに、リセット信号を生成してフリップフロップ回路１１４に送信する。

上限距離とは、測距装置１ａが距離の測定の対象とする距離の上限をいう。上限時間は、出射された光が上限距離を往復する時間である。例えば、上限時間が３００ｎｓである場合、上限時間の経過によって光が進む距離は約９０ｍである。そして、上限距離は、この半分であるため、約４５ｍである。

例えば、クロック基準信号の周波数が１ＧＨｚである場合、リセット信号生成部１１３は、出射部１２によって光が出射された時点からカウントされたクロック数が３００になったら、上限時間である３００ｎｓが経過したとしてリセット信号を生成する。

フリップフロップ回路１１４は、１ビットの情報を保持する論理回路である。この１ビットの情報は、Ｈｉｇｈ、及びＬｏｗの２通りの状態のみで表される。フリップフロップ回路１１４は、リセット信号生成部１１３からリセット信号を受信すると、自身の状態をＬｏｗに設定（リセットともいう）する。このとき、フリップフロップ回路１１４は、リセット信号を受信する前の自身の状態がＨｉｇｈ、及びＬｏｗのいずれであるかに関わらず、自身の状態をＬｏｗに設定する。

また、フリップフロップ回路１１４は、コンパレータ１５１からパルス信号を受信すると、自身の状態をＨｉｇｈに設定する。

開始信号生成部１１２ａは、フリップフロップ回路１１４の状態を参照し、この状態がＨｉｇｈになったときに、算出開始信号を生成してこれを副算出部１６の時間情報生成器１６２に送信する。時間情報生成器１６２は、開始信号生成部１１２ａから算出開始信号を受信すると、自装置から対象物までの距離の算出を実行可能な状態に移行する。

また、開始信号生成部１１２ａは、フリップフロップ回路１１４の状態がＬｏｗになったときに、距離の算出が可能な状態を終了する算出終了信号を副算出部１６の時間情報生成器１６２に送信する。時間情報生成器１６２は、開始信号生成部１１２ａから算出終了信号を受信すると、自装置から対象物までの距離の算出を実行しない状態に移行する。

フリップフロップ回路１１４の状態がＨｉｇｈになるタイミングは、コンパレータ１５１からパルス信号を受信したタイミングであるから、すなわち、主算出部１５ａが受光部１３から受光結果を取得したタイミングである。したがって、この副算出部１６は、主算出部が受光結果を取得してから受光結果の取得を始める副算出部の例である。

図９は、変形例における測距装置１ａの動作の流れの例を示すフロー図である。測距装置１ａの制御部１１ａは、画素基準信号の生成を検知したか否かを判断し（ステップＳ３０１）、検知していないと判断する間（ステップＳ３０１；ＮＯ）、このステップＳ３０１の判断を続ける。制御部１１ａは、画素基準信号の生成を検知したと判断すると（ステップＳ３０１；ＹＥＳ）、一定の時間（上述した出射待機時間、例えば、１０ｎｓ）が経過するまで待機して（ステップＳ３０２）、その後に出射の指示を出射部１２に送信する（ステップＳ３０３）。

制御部１１ａは、主算出部１５ａのコンパレータ１５１からフリップフロップ回路１１４がパルス信号を受信したか否かにより、主算出部１５ａが受光結果を取得したか否かを判断する（ステップＳ３０４）。主算出部１５ａが受光結果を取得した、と判断する場合（ステップＳ３０４；ＹＥＳ）、制御部１１ａは、副算出部１６へ算出開始信号を送信して（ステップＳ３０５）、処理をステップＳ３０６に進める。一方、主算出部１５ａが受光結果を取得していない、と判断する場合（ステップＳ３０４；ＮＯ）、制御部１１ａは、ステップＳ３０５を行わずに、処理をステップＳ３０６に進める。

制御部１１ａは、出射部１２による光の出射から、上限時間（例えば、３００ｎｓ）が経過したか否かを判断する（ステップＳ３０６）。光の出射から上限時間が経過していない、と判断する場合（ステップＳ３０６；ＮＯ）、制御部１１ａは、処理をステップＳ３０４に戻す。一方、光の出射から上限時間が経過した、と判断する場合（ステップＳ３０６；ＹＥＳ）、制御部１１ａは、リセット信号を生成してフリップフロップ回路１１４に送信し（ステップＳ３０７）、処理をステップＳ３０１に戻す。

この構成によれば、副算出部１６は、主算出部１５ａが受光結果を取得してから受光結果の取得を始めるので、主算出部１５ａと同じ受光結果を取得することにより、同時に算出不能になり難い。

＜５＞
上述した変形例において、主算出部１５ａのコンパレータ１５１は、パルス信号を分岐して、時間情報生成器１５２、及びフリップフロップ回路１１４にそれぞれ送信していたが、送信先を動的に切替えてもよい。例えば、コンパレータ１５１がパルス信号を時間情報生成器１５２に送信すると、時間情報生成器１５２がアナログスイッチを制御して、コンパレータ１５１から時間情報生成器１５２への信号線の接続を、コンパレータ１５１から副算出部１６の時間情報生成器１６２への信号線の接続に切替えてもよい。この場合、主算出部１５、及び副算出部１６は、１つのコンパレータ１５１を共有していればよく、副算出部１６は、固有のコンパレータ１６１を有しなくてもよい。

＜６＞
上述した実施形態において、測距装置１は、１つの副算出部１６を有していたが、複数の副算出部１６を有してもよい。この場合、複数の副算出部１６に与えられる算出待機時間は、異なっているとよい。この測距装置１は、受光結果の取得を始める時がそれぞれ異なる副算出部を複数備える測距装置の例である。この構成によれば、測距装置１が有する複数の副算出部１６のうち、少なくとも２つは、算出待機時間が異なっているので、これらが同じ受光結果を取得することにより、同時に算出不能になり難い。

１…測距装置、１ａ…測距装置、１１…制御部、１１ａ…制御部、１１１…フレームカウンタ、１１２…開始信号生成部、１１２ａ…開始信号生成部、１１３…リセット信号生成部、１１４…フリップフロップ回路、１２…出射部、１２１…ドライバ、１２２…発光素子、１２３…検出器、１３…受光部、１３１…受光素子、１３２…電流電圧変換器、１４…光量測定部、１４１…積分器、１４２…ピークホールド回路、１４３…Ａ／Ｄ変換器、１５…主算出部、１５ａ…主算出部、１５１…コンパレータ、１５２…時間情報生成器、１６…副算出部、１６１…コンパレータ、１６２…時間情報生成器、２…霧、３ａ…障害物、３ｂ…障害物。

Claims (6)

1. パルス光を出射し、受光部による該パルス光の反射光を検出したときのタイミングと該反射光の光量に応じた受光結果を取得して該受光結果に基づき対象物までの距離を算出する主算出部及び副算出部を備え、前記主算出部は前記副算出部が受光結果を取得していないときに該受光結果を取得して該受光結果に基づき対象物までの距離を算出し、
   前記副算出部は、前記主算出部がｎ回（ｎは２以上の整数）にわたって算出した距離、及び光量の双方がそれぞれ決められた条件を充足したときに前記主算出部が算出した該距離に基づいて決められる所定時間だけ基準となる時点から遅れて受光結果の取得を始める測距装置。
2. 前記副算出部は、前記パルス光を出射する出射部が起動した前記時点から前記所定時間だけ遅れて受光結果の取得を始める
   請求項１に記載の測距装置。
3. 前記副算出部は、前記パルス光を出射した前記時点から所定時間だけ遅れて受光結果の取得を始める
   請求項１に記載の測距装置。
4. 前記副算出部は、前記主算出部が受光結果を取得してから受光結果の取得を始める
   請求項１に記載の測距装置。
5. 受光結果の取得を始める時がそれぞれ異なる前記副算出部を複数備える
   請求項１から４のいずれか１項に記載の測距装置。
6. 前記受光部は、受光結果を前記主算出部及び前記副算出部にそれぞれ伝える
   請求項１から５のいずれか１項に記載の測距装置。