WO2019181518A1 - 距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及びプログラム - Google Patents

距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及びプログラム Download PDF

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wave
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基範 石井
征人 竹本
信三 香山
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present disclosure generally relates to a distance measuring device, a distance measuring system, a distance measuring method, and a program, and more particularly to a distance measuring device, a distance measuring system, a distance measuring method, and a program for measuring a distance to an object.
  • a distance measuring device that measures the distance to a measurement object by using the TOF method (Time Of Flight) (see, for example, Patent Document 1).
  • TOF method a light pulse is emitted to the measurement object, and the reflected light from the measurement object is exposed at an exposure timing with a plurality of delay amounts synchronized with the emission timing, and based on the output at each exposure, Calculate the distance.
  • the distance measuring device it is desired to improve the resolution of the measuring distance.
  • the present disclosure has been made in view of the above reasons, and an object thereof is to provide a distance measuring device, a distance measuring system, a distance measuring method, and a program capable of improving the resolution of the measuring distance.
  • the distance measurement device is connected to a transmission unit that transmits a measurement wave and a reception unit that receives the measurement wave reflected by the object.
  • the distance measuring device includes a distance measuring unit.
  • the distance measuring unit calculates a distance to the object based on a time from when the wave transmitting unit transmits the measurement wave to when the wave receiving unit receives the measurement wave.
  • the object may exist over a continuous preceding-stage distance section and subsequent-stage distance section.
  • the distance measuring unit is configured to calculate the received amount of the previous stage in the receiving unit in the period corresponding to the preceding distance section and the received amount of the subsequent stage in the receiving unit in the period corresponding to the subsequent distance section. Based on this, the distance to the object is calculated.
  • a distance measurement system includes the distance measurement device, the wave transmission unit, and the wave reception unit.
  • a distance measurement method calculates a distance to an object based on a time from when a transmission unit transmits a measurement wave to when a reception unit receives the measurement wave. Is the method.
  • the object may exist over a continuous preceding-stage distance section and subsequent-stage distance section.
  • the received wave amount at the receiving unit in the period corresponding to the preceding distance interval and the received wave amount at the receiving stage in the wave receiving unit in the period corresponding to the latter distance interval is calculated.
  • a program according to an aspect of the present disclosure causes a computer system to execute the distance measurement method.
  • FIG. 1 is a block diagram of a distance measurement system having a distance measurement device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the above-described distance measuring apparatus.
  • FIG. 3 is a graph of the signal level of the pixel signal for a plurality of divided periods.
  • 4A to 4C are diagrams illustrating signal levels of pixel signals with respect to a distance section in which a person exists.
  • FIG. 5 is a graph of the section signal ratio with respect to the correction coefficient ⁇ .
  • FIG. 6 is a graph of the section signal ratio with respect to the correction coefficient ⁇ .
  • FIG. 7 is a graph of measured values against actual distance.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the above-described distance measuring apparatus.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of the operation of the distance measuring device according to the first modification of the embodiment of the present disclosure.
  • Embodiments and modifications described below are merely examples of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the embodiments and the modifications. Even if it is except this embodiment and a modification, if it is a range which does not deviate from the technical idea of this indication, various changes are possible according to a design etc.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a distance measuring device 10 and a distance measuring system 1 according to this embodiment.
  • the distance measuring system 1 includes a distance measuring device 10, a transmitting unit 2, and a receiving unit 3, and measures the distance to the object 4 using the TOF method (TOF: Time Of Flight). To do.
  • the distance measurement system 1 can be used, for example, in an object recognition system that is mounted on an automobile and detects an obstacle, a monitoring camera that detects an object (person), a security camera, and the like.
  • the wave transmission unit 2 is configured to transmit the measurement wave W1.
  • the wave receiving unit 3 is configured to receive the measurement wave W ⁇ b> 1 reflected by the object 4.
  • the distance measuring device 10 is connected to the transmitting unit 2 and the receiving unit 3 and includes a distance measuring unit 12.
  • the distance measurement unit 12 calculates the distance to the object 4 based on the time from when the transmission unit 2 transmits the measurement wave W1 to when the reception unit 3 receives the measurement wave W1.
  • the object 4 may exist over a continuous preceding distance section and following distance area.
  • the distance measuring unit 12 sets the preceding received amount in the receiving unit 3 in the divided period corresponding to the preceding distance section and the subsequent received amount in the receiving unit 3 in the divided period corresponding to the subsequent distance section. Based on this, the distance to the object 4 is calculated.
  • the distance measuring device 10 and the distance measuring system 1 when the object 4 exists over two distance sections (a front distance section and a rear distance section), reception is performed in a period corresponding to each of the two distance sections.
  • the distance to the object 4 is calculated on the basis of the wave quantity (front-stage received quantity, rear-stage received quantity). Therefore, in the distance measuring device 10 and the distance measuring system 1 according to the present embodiment, the distance measurement resolution is improved and the distance can be measured in a unit shorter than the distance section, so that the measurement accuracy can be improved. .
  • the wave transmitting unit 2 includes a light source 21 and is configured to output pulsed light as the measurement wave W1. That is, in the present embodiment, the measurement wave W1 is light.
  • the measurement wave W1 (light) is conceptually described with a virtual line.
  • the light (measurement wave W1) preferably has a single wavelength, a relatively short pulse width, and a relatively high peak intensity.
  • the wavelength of light (measurement wave W1) is low in human visibility and is affected by disturbance light from sunlight.
  • the light source 21 is configured by a laser diode, for example, and outputs a pulse laser.
  • the intensity of the pulse laser output from the light source 21 satisfies the class 1 or class 2 standard of the safety standard (JIS C 6802) for laser products in Japan.
  • the wave transmission unit 2 is controlled to emit light by a measurement control unit 11 included in the distance measuring device 10.
  • the light emission control will be described in the column of “(2.3.1) Measurement control unit” described later.
  • the light source 21 is not limited to the above configuration, and may be a light emitting diode (LED: “Light Emitting Diode”), a surface emitting laser (VCSEL: “Vertical” Cavity “Surface” Emitting “LASER”), a halogen lamp, or the like. Further, the light (measurement wave W1) may be in a wavelength range different from the near infrared band.
  • LED Light Emitting Diode
  • VCSEL Vertical” Cavity “Surface” Emitting “LASER”
  • a halogen lamp or the like.
  • the light (measurement wave W1) may be in a wavelength range different from the near infrared band.
  • the measurement wave W1 is not limited to light, and may be, for example, an ultrasonic wave or a radio wave.
  • the wave reception unit 3 includes an image sensor 31, and a measurement wave W1 (light) that is a reflected wave (reflected light) output from the wave transmission unit 2 and reflected by the object 4. Is received (received).
  • the image sensor 31 has a plurality of pixels 311 as light receiving elements.
  • the plurality of pixels 311 are two-dimensionally arranged and can receive light only during exposure.
  • Each light receiving element of the image sensor 31 is one pixel 311.
  • the pixel 311 is, for example, a photodiode.
  • the pixel 311 converts the received light (measurement wave W1) into an electrical signal (hereinafter also referred to as a pixel signal).
  • the wave receiving unit 3 further includes a pixel output unit 32 that outputs a pixel signal to the distance measuring device 10.
  • the pixel output unit 32 since the wave receiving unit 3 includes a plurality of pixels 311, the pixel output unit 32 outputs a plurality of pixel signals corresponding to the plurality of pixels 311.
  • the signal level of the pixel signal is a value corresponding to the received light amount (received wave amount) of the light (measurement wave W1) received by the pixel 311.
  • the pixel 311 may be an avalanche photodiode (APD). When the pixel 311 is an avalanche photodiode, the signal level of the pixel signal corresponds to the number of light pulses (number of photons) received by the pixel 311.
  • the wave receiving unit 3 of the present embodiment includes the plurality of pixels 311 and the pixel output unit 32.
  • the plurality of pixels 311 are arranged two-dimensionally and receive the measurement wave W1.
  • the pixel output unit 32 outputs a pixel signal based on the received amount of the measurement wave W1 received by each of the plurality of pixels 311.
  • the light receiving unit 3 is controlled to receive light by a measurement control unit 11 included in the distance measuring device 10.
  • the description of the light reception control will be given in the column “(2.3.1) Measurement control section” which will be described later.
  • the wave receiving unit 3 includes an image sensor 31 having a plurality of pixels 311. Therefore, the distance measuring apparatus 10 (distance measuring system 1) can perform data analysis such as image processing and recognition processing using the pixel signal.
  • the wave receiving unit 3 is not limited to the configuration including the image sensor 31 having the plurality of pixels 311, and may have a configuration having one pixel 311 (light receiving element).
  • the wave receiving unit 3 may further include an optical system such as a lens.
  • the wave receiving unit 3 may further include a filter that blocks or transmits light having a specific frequency. In this case, it is possible to acquire information regarding the frequency of light.
  • the distance measuring device 10 includes a measurement control unit 11, a distance measuring unit 12, and an output unit 13.
  • the measurement control unit 11 is configured to perform light emission control of the wave transmission unit 2 and light reception control of the wave reception unit 3.
  • the measurement control unit 11 is constituted by, for example, a microcomputer having a processor and a memory. That is, the measurement control unit 11 is realized by a computer system having a processor and a memory.
  • the processor functions as the measurement control unit 11 by executing an appropriate program.
  • the program may be recorded in advance in a memory, or may be provided by being recorded through a telecommunication line such as the Internet or a non-transitory recording medium such as a memory card.
  • the measurement control unit 11 controls the timing of light output from the light source 21 (light emission timing), the pulse width of the light output from the light source 21 (light emission time), and the like in the light emission control of the wave transmission unit 2. In addition, the measurement control unit 11 controls timing of exposing the plurality of pixels 311 (exposure timing), exposure width (exposure time), and the like in light reception control of the wave receiving unit 3.
  • the measurement control unit 11 causes the light source 21 to output light a plurality of times in a period corresponding to one distance measurement (hereinafter referred to as a frame F1) (see FIG. 2).
  • the number of light outputs in one frame F1 is the same as the number of a plurality of distance sections obtained by dividing the measurable distance of the distance measurement system 1 (distance measurement device 10).
  • One frame F1 includes a plurality of measurement periods Tm (first measurement period Tm1 to nth measurement period Tmn).
  • the number of measurement periods Tm in one frame F1 is the same as the number of multiple distance sections.
  • One measurement period Tm is divided into a plurality of divided periods Ts (first divided period to nth divided period).
  • the plurality of divided periods Ts have a one-to-one correspondence with the plurality of distance sections.
  • the time length of each divided period Ts is, for example, 10 ns.
  • the measurement control unit 11 causes the light source 21 to emit light during the first divided period Ts (first divided period Ts1) in each measurement period Tm.
  • the light emission period Tt1 in one light emission has the same time length as the divided period Ts. Note that the light emission period Tt1 and the divided period Ts may have different time lengths.
  • the measurement control unit 11 exposes the wave receiving unit 3 in any one of the plurality of divided periods Ts in each measurement period Tm. Specifically, the measurement control unit 11 sequentially shifts the timing at which the wave receiving unit 3 is exposed for each of the plurality of measurement periods Tm from the first divided period Ts1 to the nth divided period Tsn. That is, in one frame F1, the wave receiving unit 3 is exposed in all of the plurality of divided periods Ts.
  • the exposure period Tr1 in one exposure has the same length as the divided period Ts.
  • the exposure period Tr1 and the divided period Ts may have different time lengths.
  • the wave receiving unit 3 can receive the reflected wave (reflected light) reflected by the object 4 only during the exposure period.
  • the time from when the transmitting unit 2 emits light until the receiving unit 3 receives the reflected light varies depending on the distance from the distance measuring system 1 (transmitting unit 2 and receiving unit 3) to the object 4. To do.
  • the measurable distance is n ⁇ Ts ⁇ c / 2 based on the time length of the divided period Ts.
  • the distance measurement unit 12 is configured to measure the distance to the object 4 based on the divided period Ts in which the wave receiving unit 3 receives the reflected wave (reflected light) among the plurality of divided periods Ts. The distance is calculated.
  • the distance measuring unit 12 is constituted by, for example, a microcomputer having a processor and a memory. That is, the distance measuring unit 12 is realized by a computer system having a processor and a memory.
  • the distance measuring unit 12 functions as a section determining unit 121 and a section distance calculating unit 122 when the processor executes an appropriate program.
  • the program may be recorded in advance in a memory, or may be provided by being recorded through a telecommunication line such as the Internet or a non-transitory recording medium such as a memory card.
  • the section determination unit 121 determines a distance section where the object 4 exists among the plurality of distance sections, based on the signal level of the pixel signal in the plurality of divided periods Ts corresponding to the plurality of distance sections on a one-to-one basis.
  • the object 4 may exist over two distance sections.
  • one of the two distance sections is referred to as a front stage distance section, and a distance section after the front stage distance section is referred to as a rear stage distance section.
  • the section distance calculation unit is based on the preceding reception amount in the reception unit 3 in the period corresponding to the preceding distance section and the subsequent reception amount in the reception unit 3 in the period corresponding to the subsequent distance section. The distance to the object 4 is calculated.
  • FIG. 3 shows an example of the signal level of the pixel signal in a plurality of divided periods Ts (first divided period Ts1 to nth divided period Tsn).
  • the section determination unit 121 determines the presence / absence of the object 4 in the distance section by comparing the signal level of the pixel signal in each divided period Ts with the threshold Th.
  • the section determination unit 121 is a distance in which the object 4 exists in a distance section in which the received amount (signal level of the pixel signal) in the receiving section 3 in a corresponding period is equal to or greater than a threshold Th among a plurality of distance sections. It is determined that it is a section.
  • the signal level of the pixel signal includes the background level.
  • the background level is a signal component caused by light other than reflected light (measurement wave W1), for example, a signal component caused by reflected light from sunlight, street light, car headlight (headlight), or the like. . Therefore, the background level varies depending on the measurement environment.
  • the section determination unit 121 sets a threshold Th based on the background level.
  • the background levels corresponding to the first divided period Ts1 to the nth divided period Tsn are referred to as BG1 to BGn.
  • the signal levels of the pixel signals corresponding to the first divided period Ts1 to the nth divided period Tsn are S1 to Sn.
  • the section determination unit 121 has the highest signal level (signal level S3 in FIG. 3) and the second highest signal level (signal level S2 in FIG. 3) among the signal levels S1 to Sn of the pixel signals in the plurality of divided periods Ts.
  • the average value Av and standard deviation ⁇ of the remaining signal levels excluding () are calculated.
  • the section determination unit 121 sets a value obtained by adding the calculated average value Av and the standard deviation ⁇ to the threshold Th (see the following formula (1)).
  • the section determination unit 121 has a division period Ts in which the signal level is the threshold Th or higher and the signal level is the threshold Th or higher and the signal level is the highest among the plurality of division periods Ts.
  • a divided period Ts adjacent to the period Ts is extracted.
  • the section determination unit 121 determines that the signal level of the two adjacent divided periods Ts is higher when both signal levels of the two divided periods Ts adjacent to the divided period Ts having the highest signal level are equal to or greater than the threshold value.
  • the divided period Ts is extracted. In the example of FIG. 3, the signal level in the third divided period Ts3 is the highest and is equal to or higher than the threshold Th.
  • the section determination unit 121 extracts the third divided period Ts3 and the second divided period Ts2.
  • the section determination unit 121 includes a second distance section (previous distance section) corresponding to the extracted second divided period Ts2 and a third distance section (second stage distance section) corresponding to the third divided period Ts3 among the plurality of distance sections. ) Is a distance section where the object 4 exists.
  • the section determination unit 121 sets the distance section corresponding to the division period Ts having the highest signal level when both signal levels of the two division periods Ts adjacent to the division period Ts having the highest signal level are less than the threshold. It is determined that the object 4 exists.
  • the section distance calculation unit 122 calculates the distance to the target object 4 based on the distance section determined by the section determination unit 121 that the target object 4 exists. Specific calculation of the distance to the object 4 in the section distance calculation unit 122 will be described with reference to FIGS. 4A to 7.
  • the object 4 is a person, and the signal level of the pixel signal for the distance section where the person exists is shown.
  • the person exists over the first distance section (front stage distance section) and the second distance section (back stage distance section), most of the body exists in the second distance section, and part of the body is first. It exists in one distance section. Therefore, the reflected light reaches the wave receiver 3 both in the first divided period Ts1 corresponding to the first distance section and in the second divided period Ts2 corresponding to the second distance section. In a part of each of the first divided period Ts1 and the second divided period Ts2, the wave receiver 3 receives the reflected light, and the first signal level S1 of the first divided period Ts1 and the second of the second divided period Ts2.
  • the signal level S2 is equal to or higher than the threshold value Th.
  • the ratio of the period of receiving the reflected light in the second divided period Ts2 is receiving the reflected light in the first divided period Ts1. It becomes larger than the ratio of the period. Therefore, in the example of FIG. 4A, the second signal level S2 of the second divided period Ts2 corresponding to the second distance section (the latter stage distance section) is the first divided period Ts1 corresponding to the first distance section (the previous stage distance section). Becomes greater than the first signal level S1 (S2> S1).
  • the person exists only in the second distance section. Therefore, the reflected light reaches the wave receiving unit 3 in the second divided period Ts2 corresponding to the second distance section. In the second divided period Ts2, the wave receiving unit 3 receives reflected light. Therefore, only the second signal level S2 of the second division period Ts2 corresponding to the second distance section is equal to or greater than the threshold Th.
  • the person exists over the second distance section (front stage distance section) and the third distance section (back stage distance section), most of the body is in the second distance section, and part of the body is the first. It exists in the 3-distance section. Accordingly, the reflected light reaches the wave receiver 3 both in the second divided period Ts2 corresponding to the second distance section and in the third divided period Ts3 corresponding to the third distance section. In a part of each of the second divided period Ts2 and the third divided period Ts3, the wave receiving unit 3 receives the reflected light, and the second signal level S2 of the second divided period Ts2 and the third of the third divided period Ts3.
  • the signal level S3 is equal to or greater than the threshold value.
  • the ratio of the period during which the reflected light is received in the second divided period Ts2 is received in the third divided period Ts3. It will be larger than the period ratio. Therefore, in the example of FIG. 4C, the second signal level S2 of the second divided period Ts2 corresponding to the second distance section (previous distance section) is equal to the third divided period Ts3 corresponding to the third distance section (backstage distance section). Is greater than the third signal level S3 (S2> S3).
  • the section distance calculation unit 122 calculates the distance to the target object 4 based on the number of sections of the distance section determined by the section determination unit 121.
  • the number of sections is the number (order) of the distance sections determined by the section determination unit 121, with the distance section closest to the distance measurement system 1 (distance measuring device 10) being the first.
  • the number of sections is “2”.
  • the number of the preceding distance section is set as the number of sections.
  • the number of sections is “1”. It is.
  • the number of sections is “2”. It is.
  • the section distance calculation unit 122 further corrects a value obtained by multiplying the number of sections by the distance of the distance section. Thus, the distance to the object 4 is calculated.
  • the section distance calculation unit 122 has a signal level (also referred to as a front-stage signal level Sf) corresponding to the preceding reception amount corresponding to the preceding-stage distance section, and a signal level corresponding to the subsequent-stage distance section corresponding to the subsequent-stage reception amount. (Also referred to as the latter-stage signal level Sb) and one of the correction coefficient ⁇ and the correction coefficient ⁇ is calculated.
  • the section distance calculation unit 122 has a subsequent signal level Sb (signal level S2 in FIG. 4A) higher than the previous signal level Sf (signal level S1 in FIG. 4A) (Sb> Sf).
  • a correction coefficient ⁇ is calculated. Further, as shown in FIG.
  • the section distance calculation unit 122 has a case where the preceding signal level Sf (the signal level S2 in FIG. 4C) is higher than the succeeding signal level Sb (the signal level S3 in FIG. 4C) (Sf> Sb). ) And a correction coefficient ⁇ is calculated.
  • the section distance calculation unit 122 calculates the correction coefficient ⁇ or the correction coefficient ⁇ based on the ratio (also referred to as the section signal ratio R) between the upstream signal level Sf and the downstream signal level Sb.
  • the section signal ratio R is (Sh ⁇ Sl) / (Sh + Sl).
  • the signal levels Sh and Sl may be values obtained by subtracting the average value Av from the preceding signal level Sf and the succeeding signal level Sb.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of the relationship between the correction coefficient ⁇ and the section signal ratio R.
  • the relationship between the correction coefficient ⁇ and the section signal ratio R is represented by a positive linear function, and the correction coefficient ⁇ is R / 2.
  • the correction coefficient ⁇ is calculated when the subsequent signal level Sb is higher than the previous signal level Sf. Therefore, here, the section signal ratio R is (Sb ⁇ Sf) / (Sb + Sf), which is larger than 0 and smaller than 1 (0 ⁇ R ⁇ 1). Therefore, the correction coefficient ⁇ is greater than 0 and less than 0.5 (0 ⁇ ⁇ 0.5).
  • the section distance calculation unit 122 uses the number of sections N, the distance L1 of the distance section, and the correction coefficient ⁇ to calculate the object 4 according to the following equation (3). Distance d is calculated.
  • the distance L1 of the distance section is about 1.5 m and the number of sections is “1”, so the distance d to the object 4 is Depending on the section signal ratio R, the value is between about 1.5 m and 2.25 m (1.5 ⁇ d ⁇ 2.25).
  • FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between the correction coefficient ⁇ and the section signal ratio R.
  • the relationship between the correction coefficient ⁇ and the section signal ratio R is expressed by a negative linear function, and the correction coefficient ⁇ is ⁇ R / 2.
  • the correction coefficient ⁇ is calculated when the front signal level Sf is higher than the rear signal level Sb. Therefore, here, the section signal ratio R is (Sf ⁇ Sb) / (Sf + Sb), which is larger than 0 and smaller than 1 (0 ⁇ R ⁇ 1). Therefore, the correction coefficient ⁇ is larger than ⁇ 0.5 and smaller than 0 ( ⁇ 0.5 ⁇ ⁇ 0).
  • the section distance calculating unit 122 uses the number of sections N, the distance L1 of the distance section, and the correction coefficient ⁇ according to the following equation (4) to calculate the target object.
  • a distance d up to 4 is calculated.
  • the distance measurement unit 12 performs the target based on the ratio (section signal ratio R) between the preceding reception amount (previous signal level Sf) and the subsequent reception amount (subsequent signal level Sb). The distance to the object 4 is calculated.
  • the distance L1 of the distance section is about 1.5 m and the number of sections is “2”, so the distance d to the object 4 is Depending on the section signal ratio R, the value is between about 2.25 m and 3.0 m (2.25 ⁇ d ⁇ 3.0).
  • the section determination unit 121 and the section distance calculation unit 122 repeat the above calculation process for each frame F1. Therefore, in the distance measuring device 10 (distance measuring system 1) of the present embodiment, the distance to the object 4 is calculated for each frame F1. In other words, in the present embodiment, a period in which the pixel output unit 32 outputs pixel signals corresponding to each of the plurality of distance sections is defined as one frame F1. The distance measuring unit 12 calculates the distance to the object 4 for each frame F1.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the actual distance [m] to the object 4 and the measured value (calculated value) [m] of the section distance calculating unit 122 of the distance measuring device 10 of the present embodiment.
  • Y ⁇ b> 1 is a graph of measured values of the distance measuring device 10 (section distance calculating unit 122) of the present embodiment with respect to the actual distance to the target object 4.
  • Y2 is a graph of the measured value of the distance measuring device of the comparative example with respect to the actual distance to the object 4.
  • the distance measuring device of the comparative example calculates (measures) the distance to the object 4 based on the number of the distance sections having the highest signal level and the distance of the distance sections among the plurality of distance sections. Yes.
  • the distance measuring device 10 of the comparative example since the distance to the object 4 is calculated based on the number of sections, the measured value is a stepped value, and there is an error (maximum 0) with the actual distance. .75m) (see Y2).
  • the distance measuring device 10 of the present embodiment when it is determined that the object 4 exists over two distance sections, the distance based on the number of sections using the signal level ratio (section signal ratio R) of the two distance sections. Is corrected. Therefore, in the distance measuring device 10 of the present embodiment, the difference between the calculated value of the section distance calculating unit 122 and the actual distance is small. That is, in the distance measuring device 10 of this embodiment, the resolution of the measurement distance is improved and the measurement accuracy is improved.
  • Output unit 13 is configured to output the measurement result of the distance to the object 4 calculated by the distance measurement unit 12 (section distance calculation unit 122) to the external device 5. ing.
  • the external device 5 is a display device such as a liquid crystal display or an organic EL display (EL: “Electro” Luminescence).
  • the output unit 13 causes the external device 5 to display the measurement result of the distance measurement unit 12 by outputting the measurement result of the distance measurement unit 12 to the external device 5.
  • the output unit 13 may display the image data on the external device 5 by outputting the image data generated by the pixel signal to the external device 5.
  • the external device 5 is not limited to a display device, and may be another device.
  • the same function as the distance measuring apparatus 10 may be embodied by the distance measuring method.
  • the distance measuring method is based on the time from when the transmitting unit 2 emits light (measured wave W1) until the receiving unit 3 receives light (measured wave W1).
  • the distance to the object 4 is calculated.
  • the object 4 may exist over a continuous preceding distance section and following distance area.
  • the distance to the object 4 is calculated based on (the latter-stage received wave amount).
  • the distance measuring unit 12 acquires a plurality of pixel signals corresponding to a plurality of divided periods Ts from the wave receiving unit 3 (P1).
  • the section determination unit 121 of the distance measurement unit 12 extracts the signal level of the pixel signal in each of the plurality of divided periods Ts in one frame F1 (P2).
  • the section determination unit 121 calculates the average value Av and the standard deviation ⁇ of the remaining signal levels excluding the highest signal level and the second highest signal level among the signal levels of the pixel signals in the plurality of divided periods Ts ( P3).
  • the section determination unit 121 calculates the threshold Th using the average value Av and the standard deviation ⁇ (P4).
  • the section determination unit 121 compares the signal level of the pixel signal in each divided period Ts with the threshold Th (P5). When the signal level of the pixel signal in each divided period Ts is less than the threshold Th (P5: No), the section determination unit 121 determines that the target object 4 does not exist within the measurable distance (P6). When the pixel signal in the plurality of divided periods Ts includes a pixel signal having a signal level equal to or higher than the threshold Th (P5: Yes), the section determination unit 121 determines that the object 4 exists within the measurable distance. (P7). The section determination unit 121 determines a distance section where the object 4 exists among the plurality of distance sections (P8). Here, it is assumed that the countermeasure is present over two distance sections (a front distance section and a rear distance section).
  • the section distance calculation unit 122 compares the preceding stage signal level Sf corresponding to the preceding stage distance section with the following stage signal level Sb corresponding to the following stage distance section (P9).
  • the section distance calculation unit 122 calculates the section signal ratio R and the correction coefficient ⁇ when the subsequent signal level Sb is higher than the previous signal level Sf (P9: Yes) (P10).
  • the section distance calculation unit 122 calculates the distance to the object 4 using the number of sections N and the correction coefficient ⁇ (P11).
  • section distance calculation unit 122 calculates the section signal ratio R and the correction coefficient ⁇ (P12) when the previous stage signal level Sf is higher than the subsequent stage signal level Sb (P9: No). The section distance calculation unit 122 calculates the distance to the object 4 using the number of sections N and the correction coefficient ⁇ (P13).
  • the output unit 13 outputs the calculation result (distance to the object 4) of the section distance calculation unit 122 to the external device 5 (P14).
  • the distance measuring method may be embodied by a (computer) program or a non-transitory recording medium on which the program is recorded.
  • the program causes the computer system to execute a distance measurement method.
  • the distance measuring device 10 includes a computer system in the distance measuring unit 12 and the like.
  • the computer system mainly includes a processor and a memory as hardware.
  • the processor executes a program recorded in the memory of the computer system, functions such as the distance measurement unit 12 (section determination unit 121 and section distance calculation unit 122) are realized.
  • the program may be recorded in advance in a memory of a computer system, may be provided through a telecommunication line, or recorded in a non-transitory recording medium such as a memory card, an optical disk, or a hard disk drive that can be read by the computer system. May be provided.
  • a processor of a computer system includes one or more electronic circuits including a semiconductor integrated circuit (IC) or a large scale integrated circuit (LSI).
  • IC semiconductor integrated circuit
  • LSI large scale integrated circuit
  • the plurality of electronic circuits may be integrated on one chip, or may be distributed on the plurality of chips.
  • the plurality of chips may be integrated into one device, or may be distributed and provided in a plurality of devices. Further, the function as the distance measuring device 10 may be realized by cloud (cloud computing).
  • the transmission unit 2 is configured to transmit (emit) the measurement wave W1 (light) once every measurement period Tm.
  • the measurement wave W1 may be transmitted a plurality of times for each measurement period Tm.
  • the wave transmission unit 2 is configured to transmit the measurement wave W1 twice every measurement period Tm (see FIG. 9). Of the two measurement waves W1 in the measurement period Tm, the measurement wave W1 transmitted first is the first measurement wave W11, and the measurement wave W1 transmitted later is the second measurement wave W12.
  • the transmission unit 2 transmits a first measurement wave W11 and a second measurement wave W12 having different transmission intensities as the measurement wave W1.
  • the section determination unit 121 determines the front-stage distance section and the rear-stage distance section based on the received amount of the first measurement wave W11 in the wave receiving section 3.
  • the section distance calculation unit 122 receives the amount of reception of the second measurement wave W12 at the reception unit 3 during the period corresponding to the preceding distance section and the second measurement at the reception unit 3 during the period corresponding to the subsequent distance section.
  • the distance to the object 4 is calculated based on the subsequent received wave amount of the wave W12.
  • the first measurement wave W11 and the second measurement wave W12 have different transmission intensity (emission intensity).
  • the first measurement wave W11 has a higher transmission intensity than the second measurement wave W12.
  • the first measurement wave W11 has a larger light emission amount than the second measurement wave W12.
  • the ratio of the transmission intensity of the first measurement wave W11 and the second measurement wave W12 is 9: 1, but is not limited to this ratio.
  • the first measurement wave W11 is transmitted in the first divided period Ts1, and the second measurement wave W12 is transmitted in the third divided period Ts3. That is, the second measurement wave W12 is transmitted when two divided periods Ts have elapsed since the transmission of the first measurement wave W11 has started.
  • the transmission start timing of the first measurement wave W11 and the transmission start timing of the second measurement wave W12 are shifted by two divided periods Ts. Note that the difference between the transmission start timing of the first measurement wave W11 and the transmission start timing of the second measurement wave W12 is not limited to the above, and may be shifted by three or more divided periods Ts.
  • the wave receiving unit 3 is configured to receive (exposure) the measurement wave W1 twice every measurement period Tm. Of the two receptions in the measurement period Tm, the first reception is the first reception, and the second reception is the second reception.
  • the interval between the first received wave and the second received wave is the same as the interval between the first measured wave W11 and the second measured wave W12.
  • the measurement control unit 11 sequentially shifts the timing of performing the first reception for each of the plurality of measurement periods Tm one by one from the first divided period Ts1 to the nth divided period Tsn, and sets the timing of performing the second reception to the third.
  • the period is sequentially shifted from the divided period Ts3 to the (n + 2) th divided period Ts (n + 2).
  • the third divided period Ts3 to the (n + 2) th divided period Ts (n + 2) correspond to the first distance section to the nth distance section.
  • the wave receiving unit 3 receives the second measurement wave W12 in the fourth divided period Ts4.
  • the signal level of the pixel signal output from the wave receiving unit 3 is a value corresponding to the amount of wave reception.
  • the signal level of the pixel signal is saturated, that is, reaches an upper limit value.
  • the section determination unit 121 can determine the distance section where the object 4 exists.
  • the section distance calculation unit 122 cannot accurately calculate the section signal ratio R.
  • two measurement waves W1 (first measurement wave W11 and second measurement wave W12) are transmitted in each measurement period Tm, and the transmission intensity of the second measurement wave W12 is the first measurement. It is lower than the transmission intensity of the wave W11. Accordingly, the signal level of the pixel signal (also referred to as second pixel signal) when the wave receiving unit 3 receives the second measurement wave W12 is the pixel level when the wave receiving unit 3 receives the first measurement wave W11. It is lower than the signal level of the signal (also referred to as the first pixel signal) and is not easily saturated.
  • the section determination unit 121 determines a distance section where the object 4 is present among a plurality of distance sections based on the signal level of the first pixel signal.
  • the section distance calculation unit 122 calculates the section signal ratio R and the correction coefficient ⁇ or ⁇ based on the signal level of the second pixel signal, and calculates the distance to the object 4.
  • the section distance calculation unit 122 can calculate the section signal ratio R with high accuracy, and the calculation accuracy of the distance to the object 4 is improved.
  • the section distance calculation unit 122 may calculate the distance to the object 4 based on the signal level of the second pixel signal only when the signal level of the first pixel signal is saturated. In other words, the section distance calculation unit 122 calculates the section signal ratio R and the correction coefficient ⁇ or ⁇ based on the signal level of the first pixel signal when the signal level of the first pixel signal is not saturated. The distance to the object 4 is calculated.
  • the section determination unit 121 determines the distance section in which the object 4 exists based on the signal level of the first pixel signal.
  • the section distance calculation unit 122 calculates the section signal ratio R and the correction coefficient ⁇ or ⁇ based on the signal level of the second pixel signal. Calculate the distance.
  • the n-order function representing the relationship between the section signal ratio R and the correction coefficients ⁇ and ⁇ is based on the relationship between the intensity of the light (measurement wave W1) emitted by the transmission unit 2 and the time response spectrum. Is set.
  • the correction coefficients ⁇ and ⁇ corresponding to the waveform of the measurement wave W1 can be calculated, and the calculation accuracy of the distance to the object 4 can be improved.
  • the threshold value Th to be compared with the signal level of the pixel signal in each of the plurality of divided periods Ts corresponding to the plurality of distance sections is constant, but the present invention is not limited to this.
  • the threshold Th may be variable according to a plurality of distance sections.
  • the signal level of the pixel signal when the wave receiving unit 3 receives the measurement wave W1 reflected by the object 4 is relatively high when the object 4 exists in a relatively close distance section. Is relatively low when it exists in a relatively far distance section.
  • the threshold value Th is set so as to be smaller as the distance section from the wave receiving unit 3 is farther.
  • the threshold Th is set by correcting a value obtained by adding the average value Av and the standard deviation ⁇ with a section coefficient based on the number of sections.
  • the number of sections is the number (order) of the distance sections determined by the section determination unit 121, with the distance section closest to the distance measurement system 1 (distance measuring device 10) being the first.
  • the section coefficient has a larger value as the number of sections is smaller, and a smaller value as the number of sections is larger. Therefore, the threshold Th is a larger value for a distance section where the distance from the receiving unit 3 is closer (the number of sections is smaller), and a smaller value for a distance section that is farther from the receiving unit 3 (the number of sections is larger).
  • the distance measuring device (10) receives the measurement wave (W1) reflected by the object (4) and the transmission unit (2) that transmits the measurement wave (W1). To the receiving unit (3).
  • the distance measuring device (10) includes a distance measuring unit (12).
  • the distance measuring unit (12) is based on the time from when the transmitting unit (2) transmits the measuring wave (W1) until the receiving unit (3) receives the measuring wave (W1).
  • the distance to the object (4) is calculated.
  • the object (4) may exist over a continuous preceding-stage distance section and subsequent-stage distance section.
  • the distance measuring unit (12) includes the preceding reception amount in the receiving unit (3) in the period corresponding to the preceding distance section and the subsequent stage in the receiving unit (3) in the period corresponding to the following distance section. Based on the amount of received waves, the distance to the object (4) is calculated.
  • the received wave amount (previous received wave amount) in the period corresponding to each of the two distance sections.
  • the distance to the object (4) is calculated on the basis of the received wave amount at the rear stage. Therefore, in the distance measuring device (10), the resolution of distance measurement is improved, and distance measurement in units shorter than the distance section is possible, so that measurement accuracy can be improved.
  • the measurement wave (W1) is light.
  • the wave receiving unit (3) includes a plurality of pixels (311) and a pixel output unit (32).
  • the plurality of pixels (311) are arranged two-dimensionally and receive the measurement wave (W1).
  • the pixel output unit (32) outputs a pixel signal based on the received amount of the measurement wave (W1) received by each of the plurality of pixels (311).
  • the period in which the pixel output unit (32) outputs the pixel signal corresponding to each of the plurality of distance sections is defined as one frame (F1). .
  • the distance measuring unit (12) calculates the distance to the object (4) for each frame (F1).
  • the distance measuring unit (12) is configured to detect the object based on the ratio of the preceding-stage received wave amount and the latter-stage received wave amount. The distance to (4) is calculated.
  • the resolution of the distance measurement is improved and the distance measurement can be performed in a unit shorter than the distance section, so that the measurement accuracy can be improved.
  • the distance measurement unit (12) includes an interval determination unit (121) and an interval distance calculation unit (122). Have.
  • the section determination unit (121) determines a front-stage distance section and a rear-stage distance section where the object (4) is present among the plurality of distance sections.
  • the section distance calculation unit (122) calculates the distance to the object (4) based on the upstream reception amount and the downstream reception amount.
  • the resolution of the distance measurement is improved and the distance measurement can be performed in a unit shorter than the distance section, so that the measurement accuracy can be improved.
  • the section determination unit (121) is configured such that the received wave amount at the wave receiving part (3) in a corresponding period among the plurality of distance sections is a threshold value.
  • a distance section that is equal to or greater than (Th) is determined to be a distance section in which the object (4) is present.
  • the threshold value (Th) is variable according to a plurality of distance sections, and the distance section farther away from the wave receiving unit (3) is used. Get smaller.
  • the transmission unit (2) uses the first measurement wave (W11) having different transmission intensities as the measurement wave (W1). ) And the second measurement wave (W12).
  • the section determination unit (121) determines the front-stage distance section and the rear-stage distance section based on the reception amount of the first measurement wave (W11) at the reception section (3).
  • the section distance calculation unit (122) includes a reception amount of the second measurement wave (W12) at the reception unit (3) in the period corresponding to the preceding distance section, and a reception unit in the period corresponding to the subsequent distance section.
  • the distance to the object (4) is calculated based on the received wave amount of the second measurement wave (W12) at (3).
  • saturation of the received wave amount of the second measurement wave (W12) is suppressed, and the calculation accuracy of the distance to the object (4) is improved.
  • a distance measurement system (1) includes the distance measurement device (10) according to any one of the first to ninth aspects, a wave transmission unit (2), and a wave reception unit (3).
  • the resolution of the distance measurement is improved and the distance measurement can be performed in a unit shorter than the distance section, so that the measurement accuracy can be improved.
  • the distance measurement method is based on the time from when the wave transmission unit (2) transmits the measurement wave (W1) to when the wave reception unit (3) receives the measurement wave (W1).
  • This is a method for calculating the distance to the object (4).
  • the object (4) may exist over a continuous preceding-stage distance section and subsequent-stage distance section.
  • the resolution of the distance measurement is improved and the distance measurement can be performed in a unit shorter than the distance section, so that the measurement accuracy can be improved.
  • the program according to the twelfth aspect causes the computer system to execute the distance measurement method according to the eleventh aspect.
  • the resolution of the distance measurement is improved and the distance measurement can be performed in a unit shorter than the distance section, so that the measurement accuracy can be improved.

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Abstract

測定距離の分解能の向上を図ることができる距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及びプログラムを提供する。距離測定装置（１０）は、測定波（Ｗ１）を送波する送波部（２）と、対象物（４）で反射した測定波（Ｗ１）を受波する受波部（３）と、に接続される。距離測定装置（１０）は、距離測定部（１２）を備える。距離測定部（１２）は、送波部（２）が測定波（Ｗ１）を送波してから受波部（３）が測定波（Ｗ１）を受波するまでの時間に基づいて、対象物（４）までの距離を算出する。測定可能距離を分割した複数の距離区間のうち、連続する前段距離区間と後段距離区間とにわたって対象物（４）が存在する場合がある。この場合、距離測定部（１２）は、前段距離区間に対応した期間における受波部（３）での前段受波量、及び後段距離区間に対応した期間における受波部（３）での後段受波量に基づいて、対象物（４）までの距離を算出する。

Description

距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及びプログラム
　本開示は、一般に距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及びプログラムに関し、より詳細には対象物までの距離を測定する距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及びプログラムに関する。
　従来、ＴＯＦ法（Time Of Flight）を利用して測定対象物までの距離を測定する距離測定装置がある（例えば、特許文献１参照）。ＴＯＦ法では、測定対象物に光パルスを発光し、測定対象物からの反射光を、発光タイミングに同期した複数遅延量の露光タイミングで露光し、各露光での出力に基づいて対象物までの距離を算出する。
　距離測定装置において、測定距離の分解能の向上が望まれている。
国際公開第２０１７／１４１９５７号
　本開示は、上記事由に鑑みてなされており、その目的は、測定距離の分解能の向上を図ることができる距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及びプログラムを提供することにある。
　本開示の一態様に係る距離測定装置は、測定波を送波する送波部と、対象物で反射した前記測定波を受波する受波部と、に接続される。距離測定装置は、距離測定部を備える。前記距離測定部は、前記送波部が前記測定波を送波してから前記受波部が前記測定波を受波するまでの時間に基づいて、前記対象物までの距離を算出する。測定可能距離を分割した複数の距離区間のうち、連続する前段距離区間と後段距離区間とにわたって前記対象物が存在する場合がある。この場合、前記距離測定部は、前記前段距離区間に対応した期間における前記受波部での前段受波量、及び前記後段距離区間に対応した期間における前記受波部での後段受波量に基づいて、前記対象物までの距離を算出する。
　本開示の一態様に係る距離測定システムは、前記距離測定装置と、前記送波部と、前記受波部と、を備える。
　本開示の一態様に係る距離測定方法は、送波部が測定波を送波してから受波部が前記測定波を受波するまでの時間に基づいて、対象物までの距離を算出する方法である。測定可能距離を分割した複数の距離区間のうち、連続する前段距離区間と後段距離区間とにわたって前記対象物が存在する場合がある。この場合、前記距離測定方法では、前記前段距離区間に対応した期間における前記受波部での前段受波量、及び前記後段距離区間に対応した期間における前記受波部での後段受波量に基づいて、前記対象物までの距離を算出する。
　本開示の一態様に係るプログラムは、コンピュータシステムに、前記距離測定方法を実行させる。
図１は、本開示の一実施形態に係る距離測定装置を有する距離測定システムのブロック図である。 図２は、同上の距離測定装置における動作説明図である。 図３は、複数の分割期間に対する画素信号の信号レベルのグラフである。 図４Ａ～図４Ｃは、人が存在する距離区間に対する画素信号の信号レベルを示す図である。 図５は、補正係数αに対する区間信号比のグラフである。 図６は、補正係数βに対する区間信号比のグラフである。 図７は、実距離に対する測定値のグラフである。 図８は、同上の距離測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図９は、本開示の一実施形態の第１変形例に係る距離測定装置の動作説明図である。
　以下に説明する実施形態及び変形例は、本開示の一例に過ぎず、本開示は、実施形態及び変形例に限定されない。この実施形態及び変形例以外であっても、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
　（１）概要
　本実施形態に係る距離測定装置１０及び距離測定システム１のブロック図を図１に示す。
　距離測定システム１は、距離測定装置１０と、送波部２と、受波部３と、を備えており、TOF法（TOF: Time Of Flight）を利用して対象物４までの距離を測定する。距離測定システム１は、例えば、自動車に搭載され障害物を検知する物体認識システム、物体（人）等を検知する監視カメラ、セキュリティカメラ等に利用することができる。
　送波部２は、測定波Ｗ１を送波するように構成されている。受波部３は、対象物４で反射した測定波Ｗ１を受波するように構成されている。距離測定装置１０は、送波部２及び受波部３に接続され、距離測定部１２を備えている。距離測定部１２は、送波部２が測定波Ｗ１を送波してから受波部３が測定波Ｗ１を受波するまでの時間に基づいて、対象物４までの距離を算出する。測定可能距離を分割した複数の距離区間のうち、連続する前段距離区間と後段距離区間とにわたって対象物４が存在する場合がある。この場合、距離測定部１２は、前段距離区間に対応した分割期間における受波部３での前段受波量、及び後段距離区間に対応した分割期間における受波部３での後段受波量に基づいて、対象物４までの距離を算出する。
　本実施形態の距離測定装置１０及び距離測定システム１では、対象物４が２つの距離区間（前段距離区間、後段距離区間）にわたって存在する場合に、２つの距離区間それぞれに対応した期間での受波量（前段受波量、後段受波量）に基づいて、対象物４までの距離を算出する。したがって、本実施形態の距離測定装置１０及び距離測定システム１では、距離測定の分解能が向上し、距離区間よりも短い単位での距離測定が可能となるので、測定精度の向上を図ることができる。
　（２）距離測定システムの全体構成
　（２．１）送波部
　送波部２は、光源２１を備えており、測定波Ｗ１としてパルス状の光を出力するように構成されている。つまり、本実施形態では、測定波Ｗ１は、光である。図１では、測定波Ｗ１（光）を仮想線で概念的に記載している。ここで、TOF法を利用した距離測定において、光（測定波Ｗ１）は、単一波長であり、パルス幅が比較的短く、ピーク強度が比較的高いことが好ましい。また、距離測定システム１（距離測定装置１０）を市街地等での利用を考慮して、光（測定波Ｗ１）の波長は、人間の視感度が低く、太陽光からの外乱光の影響を受けにくい近赤外帯の波長域であることが好ましい。本実施形態では、光源２１は、例えばレーザーダイオードで構成されており、パルスレーザーを出力する。光源２１が出力するパルスレーザーの強度は、日本国におけるレーザ製品の安全基準（JIS C 6802）のクラス１又はクラス２の基準を満たしている。
　送波部２は、距離測定装置１０が有する測定制御部１１によって発光制御される。発光制御の説明は、後述する「（２．３．１）測定制御部」の欄で行う。
　なお、光源２１は、上記の構成に限らず、発光ダイオード（LED: Light Emitting Diode）、面発光レーザ（VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting LASER）、ハロゲンランプ等であってもよい。また、光（測定波Ｗ１）は、近赤外帯とは異なる波長域であってもよい。
　また、測定波Ｗ１は光に限らず、例えば、超音波、電波等であってもよい。
　（２．２）受波部
　受波部３は、イメージセンサ３１を備えており、送波部２から出力されて対象物４で反射した反射波（反射光）である測定波Ｗ１（光）を受波（受光）するように構成されている。イメージセンサ３１は、受光素子として複数の画素３１１を有している。複数の画素３１１は、二次元に配列されており、露光している間のみ、光を受光することができる。イメージセンサ３１の個々の受光素子が、１つの画素３１１である。画素３１１は、例えばフォトダイオードである。画素３１１は、受光した光（測定波Ｗ１）を電気信号（以降、画素信号ともいう）に変換する。また、受波部３は、画素信号を距離測定装置１０に出力する画素出力部３２を更に備えている。本実施形態では、受波部３は複数の画素３１１を有しているので、画素出力部３２は、複数の画素３１１に対応した複数の画素信号を出力することとなる。画素信号の信号レベルは、画素３１１が受光した光（測定波Ｗ１）の受光量（受波量）に応じた値である。なお、画素３１１は、アバランシェフォトダイオード（APD: Avalanche Photo Diode）であってもよい。画素３１１がアバランシェフォトダイオードである場合、画素信号の信号レベルは、画素３１１が受光した光のパルス数（光子数）に相当する。
　このように本実施形態の受波部３は、複数の画素３１１と、画素出力部３２と、を有する。複数の画素３１１は、二次元に配列され、測定波Ｗ１を受波する。画素出力部３２は、複数の画素３１１の各々が受波した測定波Ｗ１の受波量に基づいた画素信号を出力する。
　受波部３は、距離測定装置１０が有する測定制御部１１によって受光制御される。受光制御の説明は、後述する「（２．３．１）測定制御部」の欄で行う。
　また、受波部３は、複数の画素３１１を有するイメージセンサ３１を備えている。したがって、距離測定装置１０（距離測定システム１）では、画素信号を用いて、画像処理、認識処理等のデータ解析を行うことができる。
　なお、受波部３は、複数の画素３１１を有するイメージセンサ３１を備える構成に限らず、１つの画素３１１（受光素子）を有する構成であってもよい。また、受波部３は、レンズ等の光学系を更に備えていてもよい。また、受波部３は、特定の周波数の光を遮断又は透過させるフィルターを更に備えていてもよい。この場合、光の周波数に関する情報の取得が可能となる。
　（２．３）距離測定装置
　距離測定装置１０は、測定制御部１１と、距離測定部１２と、出力部１３と、を備えている。
　（２．３．１）測定制御部
　測定制御部１１は、送波部２の発光制御、及び受波部３の受光制御を行うように構成されている。測定制御部１１は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するマイクロコンピュータで構成されている。つまり、測定制御部１１は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムで実現されている。そして、プロセッサが適宜のプログラムを実行することにより、測定制御部１１として機能する。プログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
　測定制御部１１は、送波部２の発光制御において、光源２１から光を出力させるタイミング（発光タイミング）、光源２１から出力される光のパルス幅（発光時間）等を制御する。また、測定制御部１１は、受波部３の受光制御において、複数の画素３１１を露光するタイミング（露光タイミング）、露光幅（露光時間）等を制御する。
　具体的には、測定制御部１１は、１回の距離測定に対応する期間（以降、フレームＦ１という）で、光源２１から光を複数回出力させる（図２参照）。１つのフレームＦ１における光の出力回数は、距離測定システム１（距離測定装置１０）の測定可能距離を分割した複数の距離区間の数と同じである。１つのフレームＦ１には、複数の測定期間Ｔｍ（第１測定期間Ｔｍ１～第ｎ測定期間Ｔｍｎ）が含まれている。１つのフレームＦ１における測定期間Ｔｍの数は、複数の距離区間の数と同じである。また、１つの測定期間Ｔｍは、複数の分割期間Ｔｓ（第１分割期間～第ｎ分割期間）に分割される。複数の分割期間Ｔｓは、複数の距離区間と一対一に対応している。各分割期間Ｔｓの時間長は、例えば１０ｎｓである。
　測定制御部１１は、各測定期間Ｔｍにおける最初の分割期間Ｔｓ（第１分割期間Ｔｓ１）に、光源２１を発光させる。本実施形態では、１回の発光での発光期間Ｔｔ１は、分割期間Ｔｓと同じ時間長である。なお、発光期間Ｔｔ１と分割期間Ｔｓとは、互いに異なる時間長であってもよい。
　また、測定制御部１１は、各測定期間Ｔｍにおいて複数の分割期間Ｔｓのいずれかに、受波部３を露光させる。具体的には、測定制御部１１は、複数の測定期間Ｔｍごとに、受波部３を露光させるタイミングを、第１分割期間Ｔｓ１から第ｎ分割期間Ｔｓｎまで１つずつ順次ずらす。つまり、１つのフレームＦ１において、複数の分割期間Ｔｓの全てで受波部３が露光することとなる。本実施形態では、１回の露光での露光期間Ｔｒ１は、分割期間Ｔｓと同じ時間長である。なお、露光期間Ｔｒ１と分割期間Ｔｓとは、互いに異なる時間長であってもよい。
　つまり、各測定期間Ｔｍにおいて、発光と露光とが１回ずつ行われ、測定期間Ｔｍ毎に発光タイミングと露光タイミングとの時間差が異なる。したがって、複数の距離区間の数をｎとした場合、１つのフレームＦ１内での発光回数及び露光回数がｎとなる。１秒当たりのフレームＦ１の数をｆとすると、１秒間における発光回数及び露光回数はｆ×ｎとなる。
　受波部３は、露光している期間のみ、対象物４で反射された反射波（反射光）を受光することができる。送波部２が発光してから受波部３が反射光を受光するまでの時間は、距離測定システム１（送波部２、受波部３）から対象物４までの距離に応じて変化する。距離測定システム１から対象物４までの距離をｄ、光の速度をｃとすると、送波部２が発光してから（測定期間Ｔｍの開始から）、時間ｔ＝２ｄ／ｃ後に反射光が受波部３に到達する。したがって、送波部２が発光してから受波部３が反射光を受光するまでの時間に基づいて、対象物４までの距離を算出することができる。また、測定可能距離は、分割期間Ｔｓの時間長に基づいて、ｎ×Ｔｓ×ｃ／２となる。
　（２．３．２）距離測定部
　距離測定部１２は、複数の分割期間Ｔｓのうち、受波部３が反射波（反射光）を受光した分割期間Ｔｓに基づいて、対象物４までの距離を算出するように構成されている。距離測定部１２は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するマイクロコンピュータで構成されている。つまり、距離測定部１２は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムで実現されている。そして、距離測定部１２は、プロセッサが適宜のプログラムを実行することにより、区間判定部１２１、及び区間距離算出部１２２として機能する。プログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
　区間判定部１２１は、複数の距離区間と一対一に対応した複数の分割期間Ｔｓにおける画素信号の信号レベルに基づいて、複数の距離区間のうち、対象物４が存在する距離区間を判定する。ここで、距離測定システム１から対象物４までの距離によって、対象物４が２つの距離区間にわたって存在する場合がある。ここでは、２つの距離区間のうち、一方を前段距離区間、前段距離区間の後の距離区間を後段距離区間という。また、区間距離算出部は、前段距離区間に対応した期間における受波部３での前段受波量、及び後段距離区間に対応した期間における受波部３での後段受波量に基づいて、対象物４までの距離を算出する。
　図３に、複数の分割期間Ｔｓ（第１分割期間Ｔｓ１～第ｎ分割期間Ｔｓｎ）における画素信号の信号レベルの一例を示す。区間判定部１２１は、各分割期間Ｔｓにおける画素信号の信号レベルと閾値Ｔｈとを比較することにより、距離区間における対象物４の存在の有無を判定する。区間判定部１２１は、複数の距離区間のうち、対応する期間における受波部３での受波量（画素信号の信号レベル）が閾値Ｔｈ以上である距離区間を、対象物４が存在する距離区間であると判定する。
　ここで、画素信号の信号レベルには、バックグラウンドレベルが含まれている。バックグラウンドレベルとは、反射光（測定波Ｗ１）以外の光による信号成分であり、例えば、太陽光の反射光、街路灯、車のヘッドライト（前照灯）などの光による信号成分である。したがって、バックグラウンドレベルは、測定環境によって異なるレベルとなる。
　区間判定部１２１は、バックグラウンドレベルに基づいて閾値Ｔｈを設定する。ここでは、第１分割期間Ｔｓ１～第ｎ分割期間Ｔｓｎに対応するバックグラウンドレベルをＢＧ１～ＢＧｎという。また、第１分割期間Ｔｓ１～第ｎ分割期間Ｔｓｎに対応する画素信号の信号レベルをＳ１～Ｓｎとする。
　区間判定部１２１は、複数の分割期間Ｔｓの画素信号の信号レベルＳ１～Ｓｎのうち、最も高い信号レベル（図３では信号レベルＳ３）、及び２番目に高い信号レベル（図３では信号レベルＳ２）を除く残りの信号レベルの平均値Ａｖ及び標準偏差σを算出する。そして、区間判定部１２１は、算出した平均値Ａｖと標準偏差σとを足した値を閾値Ｔｈに設定する（下記式（１）参照）。
　Ｔｈ＝Ａｖ＋σ＝（ΣＳｎ－（Ｓ２＋Ｓ３））／（ｎ－２）＋σ　　・・・（１）
　これにより、測定可能距離（複数の距離区間）内に、対象物４が存在しない場合、各分割期間Ｔｓに対応する画素信号の信号レベルつまりバックグラウンドレベルが、閾値Ｔｈを上回る可能性が低くなり、誤検出を抑制することができる。なお、閾値Ｔｈの値は、上記の値に限らず、例えば、平均値Ａｖに標準偏差σを３倍した値（３σ）を足した値を閾値Ｔｈ（＝Ａｖ＋３σ）としてもよい。
　区間判定部１２１は、複数の分割期間Ｔｓのうち、信号レベルが閾値Ｔｈ以上であり、かつ信号レベルが最も高い分割期間Ｔｓと、信号レベルが閾値Ｔｈ以上であり、かつ信号レベルが最も高い分割期間Ｔｓに隣り合う分割期間Ｔｓと、を抽出する。なお、区間判定部１２１は、信号レベルが最も高い分割期間Ｔｓに隣り合う２つの分割期間Ｔｓの両方の信号レベルが閾値以上である場合、隣り合う２つの分割期間Ｔｓのうち信号レベルが高い方の分割期間Ｔｓを抽出する。図３の例では、第３分割期間Ｔｓ３の信号レベルが最も高く閾値Ｔｈ以上である。また、第３分割期間Ｔｓ３に隣り合う第２分割期間Ｔｓ２、第４分割期間Ｔｓ４のうち、第２分割期間Ｔｓ２の方が信号レベルが高く閾値Ｔｈ以上である。したがって、区間判定部１２１は、第３分割期間Ｔｓ３と、第２分割期間Ｔｓ２と、を抽出する。区間判定部１２１は、複数の距離区間のうち、抽出した第２分割期間Ｔｓ２に対応する第２距離区間（前段距離区間）と、第３分割期間Ｔｓ３に対応する第３距離区間（後段距離区間）とが、対象物４が存在する距離区間であると判定する。また、区間判定部１２１は、信号レベルが最も高い分割期間Ｔｓに隣り合う２つの分割期間Ｔｓの両方の信号レベルが閾値未満である場合、信号レベルが最も高い分割期間Ｔｓに対応する距離区間に、対象物４が存在すると判定する。
　区間距離算出部１２２は、区間判定部１２１が、対象物４が存在すると判定した距離区間に基づいて、対象物４までの距離を算出する。区間距離算出部１２２における対象物４までの距離の具体的な算出について、図４Ａ～図７を参照して説明する。図４Ａ～４Ｃに示す例では、対象物４が人であり、人が存在する距離区間に対する画素信号の信号レベルを示している。
　図４Ａでは、人は第１距離区間（前段距離区間）と第２距離区間（後段距離区間）とにわたって存在しており、身体の大半が第２距離区間に存在し、身体の一部が第１距離区間に存在している。したがって、第１距離区間に対応する第１分割期間Ｔｓ１と、第２距離区間に対応する第２分割期間Ｔｓ２との両方で反射光が受波部３に到達する。第１分割期間Ｔｓ１及び第２分割期間Ｔｓ２それぞれの一部の期間において、受波部３が反射光を受光し、第１分割期間Ｔｓ１の第１信号レベルＳ１及び第２分割期間Ｔｓ２の第２信号レベルＳ２が閾値Ｔｈ以上となる。また、人の身体の大半が第２距離区間に存在しているので、第２分割期間Ｔｓ２における反射光を受光している期間の割合は、第１分割期間Ｔｓ１における反射光を受光している期間の割合よりも大きくなる。したがって、図４Ａの例では、第２距離区間（後段距離区間）に対応する第２分割期間Ｔｓ２の第２信号レベルＳ２は、第１距離区間（前段距離区間）に対応する第１分割期間Ｔｓ１の第１信号レベルＳ１よりも大きくなる（Ｓ２＞Ｓ１）。
　図４Ｂでは、人は第２距離区間にのみ存在している。したがって、第２距離区間に対応する第２分割期間Ｔｓ２に反射光が受波部３に到達する。第２分割期間Ｔｓ２において、受波部３が反射光を受光している。したがって、第２距離区間に対応する第２分割期間Ｔｓ２の第２信号レベルＳ２のみが閾値Ｔｈ以上となる。
　図４Ｃでは、人は第２距離区間（前段距離区間）と第３距離区間（後段距離区間）とにわたって存在しており、身体の大半が第２距離区間に存在し、身体の一部が第３距離区間に存在している。したがって、第２距離区間に対応する第２分割期間Ｔｓ２と、第３距離区間に対応する第３分割期間Ｔｓ３との両方で反射光が受波部３に到達する。第２分割期間Ｔｓ２及び第３分割期間Ｔｓ３それぞれの一部の期間において、受波部３が反射光を受光し、第２分割期間Ｔｓ２の第２信号レベルＳ２及び第３分割期間Ｔｓ３の第３信号レベルＳ３が閾値以上となる。また、人の身体の大半が第２距離区間に存在しているので、第２分割期間Ｔｓ２における反射光を受光している期間の割合は、第３分割期間Ｔｓ３における反射光を受光している期間の割合よりも大きくなる。したがって、図４Ｃの例では、第２距離区間（前段距離区間）に対応する第２分割期間Ｔｓ２の第２信号レベルＳ２は、第３距離区間（後段距離区間）に対応する第３分割期間Ｔｓ３の第３信号レベルＳ３よりも大きくなる（Ｓ２＞Ｓ３）。
　区間距離算出部１２２は、区間判定部１２１が判定した距離区間の区間数に基づいて、対象物４までの距離を算出する。区間数とは、距離測定システム１（距離測定装置１０）から最も近い距離区間を１番目とした、区間判定部１２１が判定した距離区間の番号（順番）である。図４Ｂの例では、人（対象物４）が２番目の第２距離区間のみに存在しているので、区間数が「２」である。また、対象物４が２つの距離区間にわたって存在している場合、前段距離区間の番号を区間数とする。図４Ａの例では、人（対象物４）が第１距離区間と第２距離区間とにわたって存在しており、前段距離区間が１番目の第１距離区間であるので、区間数は「１」である。図４Ｃの例では、人（対象物４）が第２距離区間と第３距離区間とにわたって存在しており、前段距離区間が２番目の第２距離区間であるので、区間数は「２」である。
　区間距離算出部１２２は、区間判定部１２１が判定した距離区間が１つである場合（図４Ｂ参照）、区間数と、距離区間の距離Ｌ１（=ｃ×Ｔｓ／２）と、に基づいて、対象物４までの距離ｄを算出する（下記式（２）参照）。ｃは、光の速さであり、Ｎは、区間数である。
　ｄ＝（Ｎ－０．５）×Ｌ１＝（Ｎ－０．５）×ｃ×Ｔｓ／２　　・・・（２）
　例えば、分割期間Ｔｓの時間長が１０ｎｓである場合、距離区間の距離Ｌ１は約１．５ｍとなる。したがって、区間数が「２」である場合、対象物４までの距離ｄが約２．２５ｍとなる。また、距離区間の数ｎが例えば１００である場合、測定可能距離は、ｎ×Ｌ１＝１５０ｍとなる。
　また、区間距離算出部１２２は、区間判定部１２１が判定した距離区間が２つである場合（図４Ａ、図４Ｃ参照）、区間数に距離区間の距離を乗算した値を、さらに補正することにより、対象物４までの距離を算出する。
　具体的には、区間距離算出部１２２は、前段距離区間に対応する前段受波量である信号レベル（前段信号レベルＳｆともいう）と、後段受波量である後段距離区間に対応する信号レベル（後段信号レベルＳｂともいう）とを比較し、補正係数αと補正係数βとの一方を算出する。区間距離算出部１２２は、図４Ａに示すように、後段信号レベルＳｂ（図４Ａでは信号レベルＳ２）が、前段信号レベルＳｆ（図４Ａでは信号レベルＳ１）よりも高い場合（Ｓｂ＞Ｓｆ）、補正係数αを算出する。また、区間距離算出部１２２は、図４Ｃに示すように、前段信号レベルＳｆ（図４Ｃでは信号レベルＳ２）が、後段信号レベルＳｂ（図４Ｃでは信号レベルＳ３）よりも高い場合（Ｓｆ＞Ｓｂ）、補正係数βを算出する。
　区間距離算出部１２２は、前段信号レベルＳｆと後段信号レベルＳｂとの比率（区間信号比Ｒともいう）に基づいて、補正係数α又は補正係数βを算出する。ここで、前段信号レベルＳｆと後段信号レベルＳｂとのうち、高い方の信号レベルをＳｈ、低い方の信号レベルをＳｌとすると、区間信号比Ｒは、（Ｓｈ－Ｓｌ）／（Ｓｈ＋Ｓｌ）となる。ここで、信号レベルＳｈ，Ｓｌは、前段信号レベルＳｆ、後段信号レベルＳｂから平均値Ａｖを減算した値であってもよい。
　まず、後段信号レベルＳｂが前段信号レベルＳｆよりも高い場合（図４Ａ参照）について説明する。
　図５は、補正係数αと区間信号比Ｒとの関係の一例を示すグラフである。図５に示す例では、補正係数αと区間信号比Ｒとの関係が正の一次関数で表され、補正係数αは、Ｒ／２となる。補正係数αは、後段信号レベルＳｂが前段信号レベルＳｆよりも高い場合に算出される。したがって、ここでは、区間信号比Ｒは、（Ｓｂ－Ｓｆ）／（Ｓｂ＋Ｓｆ）となり、０より大きく、１より小さい値となる（０＜Ｒ＜１）。したがって、補正係数αは、０より大きく、０．５より小さい値となる（０＜α＜０．５）。
　区間距離算出部１２２は、後段信号レベルＳｂが前段信号レベルＳｆよりも高い場合、区間数Ｎと、距離区間の距離Ｌ１と、補正係数αと、用いて下記式（３）により、対象物４までの距離ｄを算出する。
　ｄ＝Ｎ×Ｌ１＋α×Ｌ１　　・・・（３）
　図４Ａに示す例では、分割期間Ｔｓの時間長Ｔ１が１０ｎｓである場合、距離区間の距離Ｌ１が約１．５ｍとなり、区間数が「１」であるので、対象物４までの距離ｄは、区間信号比Ｒに応じて、約１．５ｍ～２．２５ｍの間の値となる（１．５＜ｄ＜２．２５）。
　次に、前段信号レベルＳｆが後段信号レベルＳｂよりも高い場合（図４Ｃ参照）について説明する。
　図６は、補正係数βと区間信号比Ｒとの関係の一例を示すグラフである。図６に示す例では、補正係数βと区間信号比Ｒとの関係が負の一次関数で表され、補正係数βは、－Ｒ／２となる。補正係数βは、前段信号レベルＳｆが後段信号レベルＳｂよりも高い場合に算出される。したがって、ここでは、区間信号比Ｒは、（Ｓｆ－Ｓｂ）／（Ｓｆ＋Ｓｂ）となり、０より大きく、１より小さい値となる（０＜Ｒ＜１）。したがって、補正係数βは、－０．５より大きく、０より小さい値となる（－０．５＜β＜０）。
　区間距離算出部１２２は、前段信号レベルＳｆが後段信号レベルＳｂよりも高い場合、区間数Ｎと、距離区間の距離Ｌ１と、補正係数βと、を用いて下記式（４）により、対象物４までの距離ｄを算出する。
　ｄ＝Ｎ×Ｌ１＋β×Ｌ１　　・・・（４）
　このように、本実施形態では、距離測定部１２は、前段受波量（前段信号レベルＳｆ）と後段受波量（後段信号レベルＳｂ）との比率（区間信号比Ｒ）に基づいて、対象物４までの距離を算出する。
　図４Ｃに示す例では、分割期間Ｔｓの時間長Ｔ１が１０ｎｓである場合、距離区間の距離Ｌ１が約１．５ｍとなり、区間数が「２」であるので、対象物４までの距離ｄは、区間信号比Ｒに応じて、約２．２５ｍ～３．０ｍの間の値となる（２．２５＜ｄ＜３．０）。
　区間判定部１２１及び区間距離算出部１２２は、上記演算処理をフレームＦ１ごとに繰り返し行う。したがって、本実施形態の距離測定装置１０（距離測定システム１）では、フレームＦ１ごとに、対象物４までの距離が算出される。つまり、本実施形態では、画素出力部３２が複数の距離区間の各々に対応した画素信号を出力する周期を１つのフレームＦ１とする。距離測定部１２は、フレームＦ１ごとに対象物４までの距離を算出する。
　図７は、対象物４までの実距離〔ｍ〕に対する、本実施形態の距離測定装置１０の区間距離算出部１２２の測定値（算出値）〔ｍ〕との関係を示すグラフである。図７において、Ｙ１は、対象物４までの実距離に対する、本実施形態の距離測定装置１０（区間距離算出部１２２）の測定値のグラフである。Ｙ２は、対象物４までの実距離に対する、比較例の距離測定装置の測定値のグラフである。比較例の距離測定装置は、複数の距離区間のうち、信号レベルが最も高い距離区間の区間数と、距離区間の距離と、に基づいて、対象物４までの距離を算出（測定）している。したがって、比較例の距離測定装置では、区間数に基づいて対象物４までの距離を算出しているので、測定値が段階的な値になっており、実距離との間に誤差（最大０．７５ｍ）が生じている（Ｙ２参照）。本実施形態の距離測定装置１０では、対象物４が２つの距離区間にわたって存在すると判定した場合、２つの距離区間の信号レベルの比（区間信号比Ｒ）を用いて、区間数に基づいた距離を補正している。したがって、本実施形態の距離測定装置１０では、区間距離算出部１２２の算出値と実距離との差が小さくなる。つまり、本実施形態の距離測定装置１０では、測定距離の分解能が向上し、測定精度が向上する。
　（２．３．３）出力部
　出力部１３は、距離測定部１２（区間距離算出部１２２）が算出した、対象物４までの距離の測定結果を、外部装置５に出力するように構成されている。
　例えば、外部装置５は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（EL: Electro Luminescence）等の表示装置である。出力部１３は、外部装置５に、距離測定部１２の測定結果を出力することにより、外部装置５に距離測定部１２の測定結果を表示させる。また、出力部１３は、画素信号により生成される画像データを、外部装置５に出力することにより、外部装置５に画像データを表示させてもよい。なお、外部装置５は、表示装置に限らず、他の装置であってもよい。
　（３）距離測定方法
　距離測定装置１０と同様の機能は、距離測定方法で具現化されてもよい。距離測定方法は、送波部２が光（測定波Ｗ１）を発光（送波）してから受波部３が光（測定波Ｗ１）を受光（受波）するまでの時間に基づいて、対象物４までの距離を算出する方法である。測定可能距離を分割した複数の距離区間のうち、連続する前段距離区間と後段距離区間とにわたって対象物４が存在する場合がある。この場合、距離測定方法では、前段距離区間に対応した期間における受波部３での前段信号レベル（前段受波量）、及び後段距離区間に対応した期間における受波部３での後段信号レベル（後段受波量）に基づいて、対象物４までの距離を算出する。
　以下に、距離測定方法の詳細について、図８を参照して説明する。
　距離測定部１２は、受波部３から複数の分割期間Ｔｓに対応する複数の画素信号を取得する（Ｐ１）。
　距離測定部１２の区間判定部１２１は、１つのフレームＦ１内の複数の分割期間Ｔｓそれぞれにおける画素信号の信号レベルを抽出する（Ｐ２）。
　区間判定部１２１は、複数の分割期間Ｔｓの画素信号の信号レベルのうち、最も高い信号レベル、及び２番目に高い信号レベルを除く残りの信号レベルの平均値Ａｖ及び標準偏差σを算出する（Ｐ３）。
　区間判定部１２１は、平均値Ａｖ及び標準偏差σを用いて、閾値Ｔｈを算出する（Ｐ４）。
　区間判定部１２１は、各分割期間Ｔｓにおける画素信号の信号レベルと閾値Ｔｈとを比較する（Ｐ５）。各分割期間Ｔｓにおける画素信号の信号レベルが閾値Ｔｈ未満である場合（Ｐ５：Ｎｏ）、区間判定部１２１は、測定可能距離内に対象物４が存在しないと判定する（Ｐ６）。複数の分割期間Ｔｓにおける画素信号に、信号レベルが閾値Ｔｈ以上の画素信号が含まれている場合（Ｐ５：Ｙｅｓ）、区間判定部１２１は、測定可能距離内に対象物４が存在すると判定する（Ｐ７）。区間判定部１２１は、複数の距離区間のうち、対象物４が存在する距離区間を判定する（Ｐ８）。ここでは、対処物が２つの距離区間（前段距離区間、後段距離区間）にわたって存在しているとする。
　区間距離算出部１２２は、前段距離区間に対応する前段信号レベルＳｆと、後段距離区間に対応する後段信号レベルＳｂとを比較する（Ｐ９）。
　区間距離算出部１２２は、後段信号レベルＳｂが前段信号レベルＳｆよりも高い場合（Ｐ９：Ｙｅｓ）、区間信号比Ｒ及び補正係数αを算出する（Ｐ１０）。区間距離算出部１２２は、区間数Ｎと補正係数αとを用いて、対象物４までの距離を算出する（Ｐ１１）。
　また、区間距離算出部１２２は、前段信号レベルＳｆが後段信号レベルＳｂよりも高い場合（Ｐ９：Ｎｏ）、区間信号比Ｒ及び補正係数βを算出する（Ｐ１２）。区間距離算出部１２２は、区間数Ｎと補正係数βとを用いて、対象物４までの距離を算出する（Ｐ１３）。
　出力部１３は、区間距離算出部１２２の算出結果（対象物４までの距離）を、外部装置５に出力する（Ｐ１４）。
　また、距離測定方法は、（コンピュータ）プログラム、又はプログラムを記録した非一時的記録媒体等で具現化されてもよい。プログラムは、コンピュータシステムに距離測定方法を実行させる。
　距離測定装置１０は、距離測定部１２等に、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、距離測定部１２（区間判定部１２１、区間距離算出部１２２）等の機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。また、距離測定装置１０としての機能は、クラウド（クラウドコンピューティング）によって実現されてもよい。
　（４）変形例
　上記実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎず、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、実施形態に係る距離測定装置１０及び距離測定システム１の変形例について列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
　（４．１）第１変形例
　上述した例では、送波部２は、測定期間Ｔｍごとに測定波Ｗ１（光）を１回ずつ送波（発光）するように構成されていたが、この構成に限らず、測定期間Ｔｍごとに測定波Ｗ１の送波を複数回行ってもよい。
　本変形例では、送波部２は、測定期間Ｔｍごとに測定波Ｗ１の送波を２回ずつ行うように構成されている（図９参照）。測定期間Ｔｍにおける２つの測定波Ｗ１のうち、先に送波される測定波Ｗ１を第１測定波Ｗ１１、後に送波される測定波Ｗ１を第２測定波Ｗ１２とする。
　本変形例では、送波部２は、測定波Ｗ１として送波強度が互いに異なる第１測定波Ｗ１１と第２測定波Ｗ１２とを送波する。区間判定部１２１は、受波部３での第１測定波Ｗ１１の受波量に基づいて、前段距離区間及び後段距離区間を判定する。区間距離算出部１２２は、前段距離区間に対応した期間における受波部３での第２測定波Ｗ１２の前段受波量、及び後段距離区間に対応した期間における受波部３での第２測定波Ｗ１２の後段受波量に基づいて、対象物４までの距離を算出する。
　第１測定波Ｗ１１と第２測定波Ｗ１２とは互いに送波強度（発光強度）が異なる。第１測定波Ｗ１１は、第２測定波Ｗ１２よりも送波強度が高い。言い換えれば、第１測定波Ｗ１１は、第２測定波Ｗ１２よりも発光量が大きい。一例として、第１測定波Ｗ１１と第２測定波Ｗ１２との送波強度の比は、９：１であるが、この比に限定されない。
　各測定期間Ｔｍにおいて、第１測定波Ｗ１１は、第１分割期間Ｔｓ１に送波され、第２測定波Ｗ１２は、第３分割期間Ｔｓ３に送波される。つまり、第２測定波Ｗ１２は、第１測定波Ｗ１１の送波が開始してから、２つの分割期間Ｔｓが経過すると送波される。言い換えれば、第１測定波Ｗ１１の送波開始タイミングと第２測定波Ｗ１２の送波開始タイミングとは、２つの分割期間Ｔｓ分ずれている。なお、第１測定波Ｗ１１の送波開始タイミングと第２測定波Ｗ１２の送波開始タイミングのずれは、上記に限らず、３つ以上の分割期間Ｔｓ分ずれていてもよい。
　また、本変形例では、受波部３は、測定期間Ｔｍごとに測定波Ｗ１の受波（露光）を２回ずつ行うように構成されている。測定期間Ｔｍにおける２回の受波のうち、先に行う受波を第１受波、後に行う受波を第２受波とする。第１受波と第２受波との間隔は、第１測定波Ｗ１１と第２測定波Ｗ１２との間隔と同じである。
　測定制御部１１は、複数の測定期間Ｔｍごとに、第１受波を行うタイミングを第１分割期間Ｔｓ１から第ｎ分割期間Ｔｓｎまで１つずつ順次ずらし、第２受波を行うタイミングを第３分割期間Ｔｓ３から第（ｎ＋２）分割期間Ｔｓ（ｎ＋２）まで１つずつ順次ずらす。これにより、受波部３が、第１受波と第２受波との両方で測定波Ｗ１を受波した場合、第１受波では第１測定波Ｗ１１が対象物４で反射した反射波を受波し、第２受波では第２測定波Ｗ１２が対象物４で反射した反射波を受波したこととなる。なお、第２受波において、第３分割期間Ｔｓ３～第（ｎ＋２）分割期間Ｔｓ（ｎ＋２）は、第１距離区間～第ｎ距離区間に対応する。例えば、対象物４が第２距離区間に存在する場合、受波部３は、第４分割期間Ｔｓ４で第２測定波Ｗ１２を受波することとなる。
　ここで、受波部３が出力する画素信号の信号レベルは、受波量に応じた値である。受波量が所定値を上回った場合、画素信号の信号レベルが飽和する、つまり上限値に達する。例えば、対象物４までの距離が比較的短い場合、対象物４の反射率が高い場合などに、画素信号の信号レベルが高くなりやすく、信号レベルが飽和しやすくなる。画素信号の信号レベルが飽和した場合であっても、区間判定部１２１は、対象物４が存在する距離区間を判定することができる。しかしながら、画素信号の信号レベルが飽和した場合、区間距離算出部１２２は、区間信号比Ｒを正確に算出することができなくなる。
　本変形例では、各測定期間Ｔｍに２回の測定波Ｗ１（第１測定波Ｗ１１、第２測定波Ｗ１２）を送波しており、第２測定波Ｗ１２の送波強度は、第１測定波Ｗ１１の送波強度よりも低い。したがって、受波部３が第２測定波Ｗ１２を受波した際の画素信号（第２画素信号ともいう）の信号レベルは、受波部３が第１測定波Ｗ１１を受波した際の画素信号（第１画素信号ともいう）の信号レベルに比べて低く、飽和しにくい。
　本変形例では、区間判定部１２１は、第１画素信号の信号レベルに基づいて、複数の距離区間のうち、対象物４が存在する距離区間を判定する。区間距離算出部１２２は、第２画素信号の信号レベルに基づいて、区間信号比Ｒ、及び補正係数α又はβを算出し、対象物４までの距離を算出する。これにより、本変形例では、区間距離算出部１２２は、区間信号比Ｒを精度よく算出することができ、対象物４までの距離の算出精度が向上する。
　なお、区間距離算出部１２２は、第１画素信号の信号レベルが飽和している場合にのみ、第２画素信号の信号レベルに基づいて、対象物４までの距離を算出してもよい。言い換えれば、区間距離算出部１２２は、第１画素信号の信号レベルが飽和していない場合、第１画素信号の信号レベルに基づいて、区間信号比Ｒ、及び補正係数α又はβを算出し、対象物４までの距離を算出する。
　また、各測定期間Ｔｍに第１測定波Ｗ１１のみを送波し、第１画素信号の信号レベルが飽和している場合にのみ、次のフレームＦ１で各測定期間Ｔｍに第２測定波Ｗ１２を送波してもよい。この場合、第１画素信号を送波するフレームＦ１において、区間判定部１２１が、第１画素信号の信号レベルに基づいて、対象物４が存在する距離区間を判定する。第２画素信号を送波するフレームＦ１において、区間距離算出部１２２が、第２画素信号の信号レベルに基づいて、区間信号比Ｒ、及び補正係数α又はβを算出し、対象物４までの距離を算出する。
　（４．２）第２変形例
　上述した例では、補正係数αと区間信号比Ｒとの関係が正の一次関数（図５参照）で表され、補正係数βと区間信号比Ｒとの関係が負の一次関数（図６参照）で表されていた。これは、測定波Ｗ１が方形波であると想定したためである。実際の測定波Ｗ１は、立ち上がり及び立下りになまり、歪み等が発生するおそれがある。この場合、区間信号比Ｒと補正係数α，βとの関係がｎ次関数（ｎ＞２）で表される。具体的には、区間信号比Ｒと補正係数α，βとの関係を表すｎ次関数は、送波部２が発光する光（測定波Ｗ１）の強度と時間応答スペクトルとの関係に基づいて設定される。これにより、測定波Ｗ１の波形に応じた補正係数α，βを算出することができ、対象物４までの距離の算出精度の向上を図ることができる。
　（４．３）第３変形例
　上述した例では、複数の距離区間に対応する複数の分割期間Ｔｓそれぞれにおける画素信号の信号レベルと比較する閾値Ｔｈが一定であったが、これに限らない。閾値Ｔｈは、複数の距離区間に応じて可変であってもよい。
　受波部３が対象物４で反射した測定波Ｗ１を受波した際の画素信号の信号レベルは、対象物４が比較的近くの距離区間に存在する場合、比較的高くなり、対象物４が比較的遠くの距離区間に存在する場合、比較的低くなる。
　そこで、本変形例では、閾値Ｔｈは、受波部３からの距離が遠い距離区間ほど小さくなるように設定される。例えば、閾値Ｔｈは、平均値Ａｖと標準偏差σとを足した値に、区間数に基づいた区間係数で補正することにより設定される。区間数とは、距離測定システム１（距離測定装置１０）から最も近い距離区間を１番目とした、区間判定部１２１が判定した距離区間の番号（順番）である。区間係数は、区間数が小さいほど大きな値となり、区間数が大きいほど小さな値となる。したがって、閾値Ｔｈは、受波部３からの距離が近い（区間数が小さい）距離区間ほど大きな値となり、受波部３からの距離が遠い（区間数が大きい）距離区間ほど小さな値となる。
　これにより、区間判定部１２１における、対象物４が存在する距離区間の誤判定が抑制される。
　（５）まとめ
　第１態様に係る距離測定装置（１０）は、測定波（Ｗ１）を送波する送波部（２）と、対象物（４）で反射した測定波（Ｗ１）を受波する受波部（３）と、に接続される。距離測定装置（１０）は、距離測定部（１２）を備える。距離測定部（１２）は、送波部（２）が測定波（Ｗ１）を送波してから受波部（３）が測定波（Ｗ１）を受波するまでの時間に基づいて、対象物（４）までの距離を算出する。測定可能距離を分割した複数の距離区間のうち、連続する前段距離区間と後段距離区間とにわたって対象物（４）が存在する場合がある。この場合、距離測定部（１２）は、前段距離区間に対応した期間における受波部（３）での前段受波量、及び後段距離区間に対応した期間における受波部（３）での後段受波量に基づいて、対象物（４）までの距離を算出する。
　この態様によれば、対象物（４）が２つの距離区間（前段距離区間、後段距離区間）にわたって存在する場合に、２つの距離区間それぞれに対応した期間での受波量（前段受波量、後段受波量）に基づいて、対象物（４）までの距離を算出する。したがって、距離測定装置（１０）では、距離測定の分解能が向上し、距離区間よりも短い単位での距離測定が可能となるので、測定精度の向上を図ることができる。
　第２態様に係る距離測定装置（１０）では、第１態様において、測定波（Ｗ１）は、光である。
　この態様によれば、周囲環境による測定誤差を低減することができる。
　第３態様に係る距離測定装置（１０）では、第１又は第２態様において、受波部（３）は、複数の画素（３１１）と、画素出力部（３２）と、を有する。複数の画素（３１１）は、二次元に配列され、測定波（Ｗ１）を受波する。画素出力部（３２）は、複数の画素（３１１）の各々が受波した測定波（Ｗ１）の受波量に基づいた画素信号を出力する。
　この態様によれば、様々な形状の対象物（４）を検出することができる。
　第４態様に係る距離測定装置（１０）では、第３態様において、画素出力部（３２）が、複数の距離区間の各々に対応した画素信号を出力する周期を１つのフレーム（Ｆ１）とする。距離測定部（１２）は、フレーム（Ｆ１）ごとに対象物（４）までの距離を算出する。
　この態様によれば、フレームレートを低減させることなく、距離測定の分解能の向上を図ることができる。
　第５態様に係る距離測定装置（１０）では、第１～第４態様のいずれかにおいて、距離測定部（１２）は、前段受波量と後段受波量との比率に基づいて、対象物（４）までの距離を算出する。
　この態様によれば、距離測定の分解能が向上し、距離区間よりも短い単位での距離測定が可能となるので、測定精度の向上を図ることができる。
　第６態様に係る距離測定装置（１０）では、第１～第５態様のいずれかにおいて、距離測定部（１２）は、区間判定部（１２１）と、区間距離算出部（１２２）と、を有する。区間判定部（１２１）は、複数の距離区間のうち、対象物（４）が存在する前段距離区間及び後段距離区間を判定する。区間距離算出部（１２２）は、前段受波量及び後段受波量に基づいて、対象物（４）までの距離を算出する。
　この態様によれば、距離測定の分解能が向上し、距離区間よりも短い単位での距離測定が可能となるので、測定精度の向上を図ることができる。
　第７態様に係る距離測定装置（１０）では、第６態様において、区間判定部（１２１）は、複数の距離区間のうち、対応する期間における受波部（３）での受波量が閾値（Ｔｈ）以上である距離区間を、対象物（４）が存在する距離区間であると判定する。
　この態様によれば、対象物（４）の誤検出を抑制することができる。
　第８態様に係る距離測定装置（１０）では、第７態様において、閾値（Ｔｈ）は、複数の距離区間に応じて可変であって、受波部（３）からの距離が遠い距離区間ほど小さくなる。
　この態様によれば、対象物（４）が存在する距離区間の誤判定が抑制される。
　第９態様に係る距離測定装置（１０）では、第６～第８態様のいずれかにおいて、送波部（２）は、測定波（Ｗ１）として送波強度が互いに異なる第１測定波（Ｗ１１）と第２測定波（Ｗ１２）とを送波する。区間判定部（１２１）は、受波部（３）での第１測定波（Ｗ１１）の受波量に基づいて、前段距離区間及び後段距離区間を判定する。区間距離算出部（１２２）は、前段距離区間に対応した期間における受波部（３）での第２測定波（Ｗ１２）の前段受波量、及び後段距離区間に対応した期間における受波部（３）での第２測定波（Ｗ１２）の後段受波量に基づいて、対象物（４）までの距離を算出する。
　この態様によれば、第２測定波（Ｗ１２）の受波量の飽和が抑制され、対象物（４）までの距離の算出精度が向上する。
　第１０態様に係る距離測定システム（１）は、第１～第９態様のいずれかの距離測定装置（１０）と、送波部（２）と、受波部（３）と、を備える。
　この態様によれば、距離測定の分解能が向上し、距離区間よりも短い単位での距離測定が可能となるので、測定精度の向上を図ることができる。
　第１１態様に係る距離測定方法は、送波部（２）が測定波（Ｗ１）を送波してから受波部（３）が測定波（Ｗ１）を受波するまでの時間に基づいて、対象物（４）までの距離を算出する方法である。測定可能距離を分割した複数の距離区間のうち、連続する前段距離区間と後段距離区間とにわたって対象物（４）が存在する場合がある。この場合、距離測定方法では、前段距離区間に対応した期間における受波部（３）での前段受波量、及び後段距離区間に対応した期間における受波部（３）での後段受波量に基づいて、対象物（４）までの距離を算出する。
　この態様によれば、距離測定の分解能が向上し、距離区間よりも短い単位での距離測定が可能となるので、測定精度の向上を図ることができる。
　第１２態様に係るプログラムは、コンピュータシステムに第１１態様の距離測定方法を実行させる。
　この態様によれば、距離測定の分解能が向上し、距離区間よりも短い単位での距離測定が可能となるので、測定精度の向上を図ることができる。
１　距離測定システム
１０　距離測定装置
１２　距離測定部
１２１　区間判定部
１２２　区間距離算出部
２　送波部
３　受波部
３１１　画素
３２　画素出力部
４　対象物
Ｗ１　測定波
Ｗ１１　第１測定波
Ｗ１２　第２測定波
Ｆ１　フレーム
Ｔｈ　閾値

Claims (12)

  1. 　測定波を送波する送波部と、対象物で反射した前記測定波を受波する受波部と、に接続される距離測定装置であって、
    　前記送波部が前記測定波を送波してから前記受波部が前記測定波を受波するまでの時間に基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離測定部を備え、
    　前記距離測定部は、測定可能距離を分割した複数の距離区間のうち、連続する前段距離区間と後段距離区間とにわたって前記対象物が存在する場合、前記前段距離区間に対応した期間における前記受波部での前段受波量、及び前記後段距離区間に対応した期間における前記受波部での後段受波量に基づいて、前記対象物までの距離を算出する、
    　距離測定装置。
  2. 　前記測定波は、光である、
    　請求項１に記載の距離測定装置。
  3. 　前記受波部は、
    　　二次元に配列され、前記測定波を受波する複数の画素と、
    　　前記複数の画素の各々が受波した前記測定波の受波量に基づいた画素信号を出力する画素出力部と、を有する、
    　請求項１又は２に記載の距離測定装置。
  4. 　前記画素出力部が前記複数の距離区間の各々に対応した前記画素信号を出力する周期を１つのフレームとし、
    　前記距離測定部は、前記フレームごとに前記対象物までの距離を算出する、
    　請求項３に記載の距離測定装置。
  5. 　前記距離測定部は、前記前段受波量と前記後段受波量との比率に基づいて、前記対象物までの距離を算出する、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  6. 　前記距離測定部は、
    　　前記複数の距離区間のうち、前記対象物が存在する前記前段距離区間及び前記後段距離区間を判定する区間判定部と、
    　　前記前段受波量及び前記後段受波量に基づいて、前記対象物までの距離を算出する区間距離算出部と、を有する、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  7. 　前記区間判定部は、前記複数の距離区間のうち、対応する期間における前記受波部での受波量が閾値以上である距離区間を、前記対象物が存在する距離区間であると判定する、
    　請求項６に記載の距離測定装置。
  8. 　前記閾値は、前記複数の距離区間に応じて可変であって、前記受波部からの距離が遠い距離区間ほど小さくなる、
    　請求項７に記載の距離測定装置。
  9. 　前記送波部は、前記測定波として送波強度が互いに異なる第１測定波と第２測定波とを送波し、
    　前記区間判定部は、前記受波部での前記第１測定波の受波量に基づいて、前記前段距離区間及び前記後段距離区間を判定し、
    　前記区間距離算出部は、前記前段距離区間に対応した期間における前記受波部での前記第２測定波の前記前段受波量、及び前記後段距離区間に対応した期間における前記受波部での前記第２測定波の前記後段受波量に基づいて、前記対象物までの距離を算出する、
    　請求項６～８のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  10. 　請求項１～９のいずれか１項に記載の距離測定装置と、
    　前記送波部と、
    　前記受波部と、を備える、
    　距離測定システム。
  11. 　送波部が測定波を送波してから受波部が前記測定波を受波するまでの時間に基づいて、対象物までの距離を算出する距離測定方法であって、
    　測定可能距離を分割した複数の距離区間のうち、連続する前段距離区間と後段距離区間とにわたって前記対象物が存在する場合、前記前段距離区間に対応した期間における前記受波部での前段受波量、及び前記後段距離区間に対応した期間における前記受波部での後段受波量に基づいて、前記対象物までの距離を算出する、
    　距離測定方法。
  12. 　コンピュータシステムに、請求項１１に記載の距離測定方法を実行させるためのプログラム。
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