WO2020195333A1 - 距離計測回路、測距装置および移動体 - Google Patents

距離計測回路、測距装置および移動体 Download PDF

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WO2020195333A1
WO2020195333A1 PCT/JP2020/006095 JP2020006095W WO2020195333A1 WO 2020195333 A1 WO2020195333 A1 WO 2020195333A1 JP 2020006095 W JP2020006095 W JP 2020006095W WO 2020195333 A1 WO2020195333 A1 WO 2020195333A1
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WO
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signal
light
comparator
elapsed time
received
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PCT/JP2020/006095
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English (en)
French (fr)
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岡本　修治
佐伯　哲夫
石丸　裕
和穂 江川
智浩 江川
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日本電産株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection

Definitions

  • the present disclosure relates to a distance measuring circuit, a distance measuring device, and a moving body.
  • TOF Time Of Flight
  • the measurement light emitted from the light source is reflected by the object (more specifically, the reflection point of the object), and the flight time required for the reflected light to reach the light detector after the measurement light is emitted (more specifically, the reflection point of the object).
  • the distance to the object is measured by measuring the TOF).
  • a received signal which is an analog signal having a magnitude corresponding to the intensity of the reflected light is output.
  • the peak value reached by the magnitude (amplitude) of the received signal differs depending on the distance to the object, the reflectance of the object, and / or the light scattering characteristics. Further, the rate of change of the received signal per unit time at the time of rising and falling, that is, the slope is different.
  • a measurement error may occur due to the difference in the magnitude of the received signal according to the intensity of the reflected light.
  • the error is sometimes referred to as a time walk (or walk error).
  • a technique for appropriately measuring flight time by correcting the measurement error is desired.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-53833 discloses a technique for correcting flight time using a correction amount determined based on the number of detected photons. For example, the number of photons is determined by measuring each time the magnitude of the received signal exceeds a plurality of threshold levels and referring to a look-up table that associates the difference between each measurement time with the number of photons. .. Further, the correction amount is determined by referring to a look-up table in which the number of photons and the correction amount are associated with each other.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-223928 describes that the time when the magnitude of the received light signal exceeds a plurality of threshold levels is measured, and for example, the rise time of the received light signal is determined by linear approximation using each measurement time. It is disclosed.
  • JP-A-2017-53833 Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-223928 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-161321
  • a time digital converter (hereinafter referred to as "TDC") that measures the elapsed time from the reference pulse to the rise and fall of the received signal is generally used.
  • a light receiving signal which is an analog signal, is AD-converted into a digital signal by using a converter to which a predetermined threshold value is given.
  • the TDC measures the elapsed time for the rise and fall of the received signal based on the input digital signal.
  • the received signal includes very short fluctuations in the signal waveform in the time axis direction, so-called jitter, and very short fluctuations in signal strength (hereinafter referred to as "amplitude fluctuations").
  • amplitude fluctuations very short fluctuations in signal strength
  • the amplitude fluctuation becomes remarkable especially at the point of the signal waveform in which the slope of the rising and falling of the received signal is relatively gentle.
  • the amplitude fluctuation of the received light signal affects the AD conversion process of the comparator, and jitter may occur in the comparator output signal after the AD conversion process.
  • an error may occur in the measurement of the elapsed time by the TDC due to the jitter.
  • Amplitude fluctuations of the received signal may cause a non-negligible error in TOF distance measurement.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-161321 provides a circuit device including a waveform processing circuit for generating an undershoot in a received light signal and a signal processing circuit for binarizing a received signal with an undershoot using a plurality of threshold values. It is disclosed. According to the circuit device, it is said that erroneous detection caused by circuit noise or shot noise can be reduced.
  • the waveform processing circuit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-161321 requires a complicated circuit such as a current-voltage converter, a signal amplifier, and a clamp circuit, the circuit scale and cost of the circuit device are increased. It ends up.
  • An embodiment of the present disclosure includes a distance measuring circuit capable of reducing a measurement error that may occur due to an amplitude fluctuation of a received signal by a relatively simple circuit configuration, a distance measuring device including the distance measuring circuit, and a distance measuring device including the distance measuring circuit.
  • a moving body including the distance measuring device is provided.
  • the distance measuring circuit of the present disclosure is mounted on a distance measuring device including a light source that emits measurement light and a light detector that outputs a light receiving signal having a magnitude corresponding to the intensity of incident light. It is a distance measurement circuit that receives a light receiving signal of a size corresponding to the intensity of the reflected light reflected at the reflection point output from the light detector, and sets the size of the light receiving signal and the first threshold value. By comparison, the first comparator that outputs the first comparator output signal when the magnitude of the received light signal exceeds the first threshold, and the received signal output from the optical detector are received and the received light is received.
  • a second comparator that compares the magnitude of the signal with a second threshold value larger than the first threshold value and outputs a second comparator output signal when the magnitude of the received light signal exceeds the second threshold value, and the above.
  • the reference pulse that defines the timing at which the light source emits the measurement light and the first comparator output signal are received, and the first elapsed time from the reference pulse to the rise of the received signal is determined based on the first comparator output signal.
  • the first time digital converter to be measured, the reference pulse and the second comparator output signal are received, and the second elapsed time from the reference pulse to the fall of the received signal is based on the second comparator output signal.
  • the second time digital converter to be measured and the first elapsed time are acquired as first time information used for calculating the distance to the reflection point, and the second elapsed time is transferred to the reflection point. It is provided with a processor which is acquired as the second time information used for calculating the distance of the above and determines the distance to the reflection point according to the TOF method based on the first time information and the second time information.
  • the distance measuring circuit of the present disclosure is mounted on a distance measuring device including a light source that emits measurement light and a light detector that outputs a light receiving signal having a magnitude corresponding to the intensity of incident light.
  • a distance measurement circuit that receives a light-receiving signal of a size corresponding to the intensity of the reflected light reflected at the reflection point output from the light detector, and sets the size of the light-receiving signal and the first threshold value.
  • the first comparator that outputs the first comparator output signal when the magnitude of the received light signal exceeds the first threshold, and the received signal output from the optical detector are received and described.
  • a second comparator that compares the magnitude of the received light signal with a second threshold value different from the first threshold value and outputs a second comparator output signal when the magnitude of the received light signal exceeds the second threshold value.
  • the first time digital converter that measures the second elapsed time until the fall of the signal is measured based on the first comparator output signal, the reference pulse and the second comparator output signal are received, and the light is received from the reference pulse.
  • a second time digital converter that measures the third elapsed time until the signal falls based on the second comparator output signal, and a first that uses the first elapsed time to calculate the distance to the reflection point. Obtained as time information, and based on the time differentiation of the received signal, one of the second elapsed time and the third elapsed time is selected as the second time information, and the first time information and the said It includes a processor that determines the distance to the reflection point according to the TOF method based on the second time information.
  • the measurement error that may occur due to the amplitude fluctuation of the received light signal is determined.
  • a distance measuring circuit capable of reducing the distance a distance measuring device including the distance measuring circuit, and a moving body including the distance measuring device.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of an apparatus that simulates the schematic configuration of an exemplary ranging device 7 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an electrical block configuration of an exemplary ranging device 7 according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an outline of an exemplary method according to the present embodiment, in which the distance to the reflection point is determined according to the TOF method.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a first hardware configuration example of the exemplary distance measurement circuit 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a state of change in the received light signal Ps output from the photodetector 77.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the waveforms of the comparator output signals cmp1 and cmp2 output by the comparators 111A and 111B according to the first hardware configuration example, respectively.
  • FIG. 7 is a graph showing an exemplary correction function used to correct the distance to the reflection point according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a second hardware configuration example of the exemplary distance measurement circuit 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a graph illustrating the waveforms of the inverted signal to which the bias BL1 is applied, the non-inverting signal to which the bias BL2 is applied, the non-inverting signal to which the bias BL3 is applied, and the waveforms of the comparator output signals cmp1 and cmp2 according to the second hardware configuration example.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a third hardware configuration example of the exemplary distance measurement circuit 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the waveforms of the comparator output signals cmp1 and cmp2 output by the comparators 111A and 111B according to the third hardware configuration example.
  • FIG. 12 is a graph illustrating a waveform of the time derivative of the light receiving signal Ps output by the differentiating circuit 113.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a fourth hardware configuration example of the exemplary distance measurement circuit 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a fifth hardware configuration example of the exemplary distance measurement circuit 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the state of waveforms of the comparator output signals cmp1, cmp2, and cmp3 output by the comparators 111A, 111B, and 111C according to the fifth hardware configuration example.
  • FIG. 16 is a diagram showing an outline of an exemplary control system for controlling the traveling of each AGV according to the present embodiment.
  • FIG. 17 is a perspective view showing an example of an environment in which an AGV exists.
  • FIG. 18 is a perspective view showing the AGV and the tow truck before being connected.
  • FIG. 19 is a perspective view showing the connected AGV and the tow truck.
  • FIG. 20 is an external view of an exemplary AGV according to this embodiment.
  • FIG. 21A is a diagram showing a first hardware configuration example of an exemplary AGV according to the present embodiment.
  • FIG. 21B is a diagram showing a second hardware configuration example of an exemplary AGV according to this embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram showing a hardware configuration example of an exemplary operation management device
  • the distance measuring circuit of the present disclosure is suitably mounted on a distance measuring device including a light source that emits measurement light and a photodetector that outputs a light receiving signal having a magnitude corresponding to the intensity of incident light.
  • a range finder is a laser range finder (hereinafter referred to as "LRF").
  • a typical example of a light source is a laser light source that emits pulsed laser light.
  • a laser light source that emits laser light having a wavelength belonging to the ultraviolet region, the visible light region, or the infrared region can be widely used.
  • the photodetector is a light receiving element such as an avalanche photodiode (APD).
  • FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a device that simulates the schematic configuration of the distance measuring device 7.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an electrical block configuration of the distance measuring device 7.
  • the ranging device 7 is an LRF.
  • the distance measuring device 7 may be referred to as "LRF7".
  • the distance measuring device 7 includes a light source 71, a collimating lens 72, a light projecting mirror 73, a condensing lens 74, a light receiving mirror 75, a wavelength filter 76, a photodetector 77, a rotating housing 78, and a motor.
  • a 79, a housing 80, a substrate 81, and a wiring 82 are provided.
  • the distance measuring device 7 is a device that scans the surrounding environment and periodically outputs scan data.
  • the housing 80 is a substantially columnar housing that extends parallel to the direction in which the shaft 79A of the motor 79 extends (that is, the rotation axis J of the motor 79) in terms of appearance.
  • the housing 80 houses the light source 71 and other members inside.
  • the light source 71 is arranged on the substrate 81 attached to the upper surface of the housing 80.
  • the light source 71 is driven according to a control signal from a drive circuit (not shown) such as a laser driver mounted on the substrate 81.
  • the light source 71 is a laser light source, and emits laser light having a wavelength belonging to, for example, an infrared region in a direction substantially parallel to the rotation axis J of the motor 79.
  • a drive circuit not shown
  • the light source 71 is a laser light source, and emits laser light having a wavelength belonging to, for example, an infrared region in a direction substantially parallel to the rotation axis J of the motor 79.
  • LEDs high output infrared light emitting diodes
  • the light source 71 will be described as a laser light source.
  • the collimating lens 72 and the projection mirror 73 are arranged on the optical path of the light L1 emitted from the light source 71.
  • the collimating lens 72 is an optical member that collimates the laser beam emitted from the light source 71 into a parallel light beam.
  • the collimated light beam is directed at the floodlight mirror 73.
  • the housing 80 has, for example, a translucent portion 801 formed of a translucent resin on its side surface.
  • a wiring 82 that electrically connects the substrate 81 and the motor 79 is provided on the side surface of the housing 80 where the translucent portion 801 is not provided.
  • the floodlight mirror 73 is supported by a substantially tubular rotating housing 78 attached to the shaft 79A of the motor 79. Therefore, when the rotating housing 78 rotates around the rotating shaft J in response to the torque output from the motor 79, the floodlight mirror 73 also rotates around the rotating shaft J along with the rotation.
  • the projection mirror 73 is arranged at an angle that reflects the collimated light beam and emits it to the outside.
  • the collimated light beam is reflected by the projection mirror 73, passes through the light transmitting portion 801 and is emitted to the outside as emitted light L1.
  • the emitted light L1 is emitted to the outside while changing the angle according to the rotation angle of the rotating housing 78 within the range of 360 ° around the rotation axis J.
  • the condensing lens 74, the light receiving mirror 75, and the wavelength filter 76 are arranged on the optical path of the incident light L2 to the photodetector 77.
  • the condensing lens 74 is arranged on the side surface of the rotating housing 78, and condenses the reflected light from the reflection point of the object OJ.
  • the light receiving mirror 75 is supported by the rotating housing 78, like the light projecting mirror 73. Therefore, when the rotating housing 78 rotates around the rotating shaft J, the light receiving mirror 75 also rotates around the rotating shaft J along with the rotation.
  • the light receiving mirror 75 is arranged at an angle that reflects the light collected by the condensing lens 74 and directs it toward the photodetector 77.
  • the wavelength filter 76 is located between the light receiving mirror 75 and the photodetector 77, and is fixed to the rotating housing 78.
  • the wavelength filter 76 is, for example, a filter that transmits light having a wavelength belonging to the infrared region.
  • the photodetector 77 is attached to the lower surface of the rotating housing 78.
  • the photodetector 77 has a light receiving element (optical sensor) that converts light energy into an electric signal by photoelectric conversion, and an amplifier circuit that amplifies an output signal from the light receiving element.
  • the light receiving element is sensitive to light having a wavelength belonging to the infrared region.
  • an APD or an ordinary photodiode (PD) can be used as the light receiving element.
  • An example of an amplifier circuit is a transformer impedance amplifier.
  • the photodetector 77 outputs a light receiving signal having a magnitude corresponding to the intensity of the incident light.
  • the emitted light L1 emitted from the distance measuring device 7 is diffusely reflected by the reflecting surface of the object to become diffused light. A part of the diffused light enters the housing 80 through the light transmitting portion 801.
  • the incident light L2 is condensed by the condensing lens 74 and incident on the photodetector 77.
  • the motor 79 is driven by the electric power supplied from the board 81 via the wiring 82.
  • the light projecting mirror 73, the condensing lens 74, the light receiving mirror 75, the wavelength filter 76, and the photodetector 77 provided in the rotating housing 78 are integrated together with the rotating housing 78.
  • Rotate For example, the rotating housing 78 can rotate at a rotation speed of about 3000 rpm.
  • the motor drive device 710 has a gate driver (also referred to as a "pre-driver") and an inverter (not shown). For example, the motor drive device 710 controls the on / off of the current flowing through the motor 79 according to the PWM (Pulse Width Modulation) signal transmitted from the processor 200 mounted on the distance measurement circuit 100, and is applied to the motor thereby. Adjust the voltage.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the reflective surface of the object OJ contains innumerable reflective points.
  • the ranging device 7 can scan the surrounding space two-dimensionally or three-dimensionally.
  • the distance measuring device 7 sequentially emits a pulsed laser beam into a space within a range of 135 degrees to the left and right (270 degrees in total) with reference to the front of the device on which the distance measuring device 7 is mounted, and the reflected light of each laser beam. L2 can be detected sequentially.
  • the distance measurement circuit 100 determines the distance to the reflection point according to the TOF method based on the received light signal output from the photodetector 77.
  • the distance measurement circuit 100 receives the reflected light of the measurement light, calculates the distance to each reflection point, and outputs the measurement result data indicating the position of each reflection point.
  • the position of each reflection point reflects the arrival direction of the reflected light (or the emission direction of the measurement light) and the distance.
  • the measurement result data (scan data) is sometimes called "environmental measurement data" or "sensor data”.
  • three-dimensional scan data is called point cloud data (point cloud).
  • the measurement result data may be referred to as “sensor data”.
  • the communication I / F 720 is an interface for performing data communication between the distance measuring device 7 and an external device or device.
  • the ranging device 7 transmits the scan data DT to the automatic guided vehicle 15, which will be described later, via the communication I / F 720.
  • the form and protocol are not limited.
  • communication conforming to USB, IEEE1394 (registered trademark), Ethernet (registered trademark), or the like can be performed.
  • communication conforming to the Bluetooth (registered trademark) standard and / or the Wi-Fi (registered trademark) standard can be performed. Both standards include wireless communication standards using frequencies in the 2.4 GHz band.
  • the laser light emitting device 701 has a laser light source 71 and a laser driver (not shown).
  • the laser light emitting device 701 emits a pulsed laser light in response to the laser light emitting pulse LP output from the processor 200 of the distance measuring circuit 100.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an outline of a method of determining the distance to the reflection point according to the TOF method.
  • FIG. 3 illustrates a change in the light receiving signal Ps having a magnitude corresponding to the intensity of the reflected light output from the photodetector 77.
  • the horizontal axis of the graph shows time, and the vertical axis shows the intensity (magnitude) of the received signal Ps.
  • the received light signal Ps output from the photodetector 77 is blunted by being subjected to amplification processing or filter processing by an amplifier circuit, and as a result, becomes a signal having a rise time ⁇ t (for example, 100 ps or more) having a certain time width.
  • the distance measurement circuit 100 of the present disclosure determines a correction amount corresponding to the rise time ⁇ t of the received light signal Ps.
  • the distance measuring circuit 100 corrects the distance to the reflection point by using the correction amount.
  • the distance measurement circuit 100 measures the elapsed time T1 from the reference pulse SP (time t0) that defines the timing at which the light source 71 emits the measurement light to the rise of the received signal Ps.
  • the rise of the received light signal Ps is defined by the timing when the magnitude of the received light signal Ps exceeds a given threshold value Th1.
  • the rising timing of the light receiving signal Ps is defined by the timing at which the magnitude of the light receiving signal Ps intersects the threshold Th1.
  • the distance measurement circuit 100 measures the elapsed time T2 from the reference pulse SP to the fall of the received signal Ps.
  • the fall of the received light signal Ps is defined by the timing when the magnitude of the received light signal Ps falls below a given threshold Th2. In other words, the timing of the fall of the received light signal Ps is defined by the timing when the magnitude of the received light signal Ps intersects the threshold Th2.
  • the distance measurement circuit 100 calculates the pulse width W of the received signal Ps based on the difference between the elapsed times T2 and T1. The higher the peak value of the magnitude of the received light signal Ps, the steeper the rise and fall of the received light signal Ps, and therefore the calculated pulse width W becomes larger. From this correlation, it is possible to associate the pulse width W with the rise time ⁇ t of the received signal Ps, that is, the pulse width W and the correction amount ⁇ t can be associated in advance. For example, the distance measurement circuit 100 can determine the correction amount ⁇ t associated with the pulse width W of the calculated received signal Ps by referring to the lookup table in which the pulse width W and the correction amount ⁇ t are associated with each other. it can.
  • the distance measurement circuit 100 calculates the corrected measurement time by subtracting the correction amount ⁇ t from the elapsed time T1. Distance measuring circuit 100 multiplies the speed of light (3.0 ⁇ 10 8 m / s ) in the measurement time after correction, to determine the exact distance to the reflection point by dividing the multiplied value by two. As a result, scan data is acquired.
  • the distance measuring circuit 100 of the present disclosure may be provided with various circuit configurations depending on the application. Hereinafter, configuration examples of some typical distance measurement circuits 100 will be described.
  • the first and second hardware configuration examples of the distance measurement circuit 100 will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 8.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a first hardware configuration example of the distance measurement circuit 100.
  • the distance measurement circuit 100 includes a distance measurement unit 110 and an arithmetic processing unit 120.
  • the distance measuring unit 110 includes comparators 111A and 111B, TDC 112A and 112B.
  • the distance measurement circuit 100 is, for example, a printed circuit board (PCB) on which these electronic components are mounted.
  • PCB printed circuit board
  • the photodetector 77 has a light receiving element 702A and an amplifier circuit 702B.
  • the light receiving element 702A is an APD
  • the amplifier circuit 702B is a transformer impedance amplifier.
  • the amplifier circuit 702B converts the weak current signal output from the light receiving element 702A into a voltage signal at the input level required by the circuit in the subsequent stage.
  • the photodetector 77 typically outputs analog light receiving signals Ps having a size corresponding to the intensity of the incident light.
  • a first threshold voltage Vth1 is given to the first comparator 111A as a reference voltage.
  • the first comparator 111A and the first threshold voltage Vth1 will be referred to as “comparator 111A” and “threshold Vth1”, respectively.
  • the comparator 111A receives the light receiving signal Ps having a magnitude corresponding to the intensity of the reflected light reflected at the reflection point, which is output from the photodetector 77.
  • the comparator 111A compares the magnitude of the received light signal Ps with the threshold value Vth1, and outputs the comparator output signal cmp1 when the magnitude of the received light signal Ps exceeds the threshold value Vth1. In this way, the comparator 111A converts the analog received signal into the comparator output signal cmp1 which is a digital signal based on the threshold value Vth1.
  • a second threshold voltage Vth2 is given to the second comparator 111B as a reference voltage.
  • the second comparator 111B and the second threshold voltage Vth2 will be referred to as “comparator 111B” and “threshold Vth2”, respectively.
  • a value larger than the threshold value Vth1 is given as the threshold value Vth2.
  • the threshold value Vth2 is set to 1.5 times or more and 2.0 times or less the threshold value Vth1.
  • the comparator 111B receives the light receiving signal Ps output from the photodetector 77.
  • the comparator 111B compares the magnitude of the received light signal Ps with the threshold value Vth2, and outputs the comparator output signal cmp2 when the magnitude of the received light signal Ps exceeds the threshold value Vth2. In this way, the comparator 111B converts the analog received signal into the comparator output signal cmp2 which is a digital signal based on the threshold value Vth2.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a state of change in the received light signal Ps output from the photodetector 77.
  • Photodetector 77 typically exhibits a theoretical low-level to high-level rise change and a theoretical high-level to low-level fall change, as shown in FIG. Outputs a light receiving signal indicating. However, depending on the processing of the post-stage circuit of the photodetector 77, the change opposite to the typical example (that is, the change from the theoretical high level to the low level is shown, and the theoretical low level to the high level is shown. A light receiving signal indicating (change in) can be output from the photodetector 77.
  • the rising and falling edges of the received light signal Ps are defined by the change in the magnitude (that is, the absolute value) of the received light signal Ps.
  • “rising of received signal Ps” is a term that means not only the theoretical change from low level to high level shown in FIG. 5, but also the theoretical change from high level to low level.
  • “falling of the received signal Ps” is broadly interpreted as a term meaning not only the theoretical change from high level to low level shown in FIG. 5, but also the theoretical change from low level to high level. Will be done.
  • the received light signal Ps output from the photodetector 77 is input to the non-inverting input terminals (+) of the comparators 111A and 111B.
  • a threshold value Vth1 is input as a reference voltage to the inverting input terminal (-) of the comparator 111A
  • a threshold value Vth2 is input as a reference voltage to the inverting input terminal (-) of the comparator 111B.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the state of the waveforms of the comparator output signals cmp1 and cmp2 output by the comparators 111A and 111B, respectively.
  • the comparator 111A compares the magnitude of the received signal Ps with the threshold value Vth1. When the magnitude of the received signal Ps is less than the threshold value Vth1, the signal level output from the comparator 111A is low level. When the magnitude of the received light signal Ps exceeds the threshold value Vth1, the comparator 111A outputs a high-level comparator output signal cmp1. In other words, the comparator 111A outputs a high-level comparator output signal cmp1 while the magnitude of the received signal Ps exceeds the threshold value Vth1. When the magnitude of the received signal Ps is less than the threshold value Vth1, the signal level output from the comparator 111A returns to the low level.
  • the comparator 111B compares the magnitude of the received signal Ps with the threshold value Vth2. When the magnitude of the received signal Ps is less than the threshold value Vth2, the signal level output from the comparator 111B is low level. When the magnitude of the received signal Ps exceeds the threshold value Vth2, the comparator 111B outputs a high-level comparator output signal cmp2. In other words, the comparator 111B outputs a high-level comparator output signal cmp2 while the magnitude of the received signal Ps exceeds the threshold value Vth2. When the magnitude of the received signal Ps is less than the threshold value Vth2, the signal level output from the comparator 111B returns to the low level.
  • the received light signal Ps output from the optical detector 77 is input to the inverting input terminals (-) of the comparators 111A and 111B, and the non-inverting input terminals (+) of the comparator 111A.
  • the threshold Vth1 is input as the reference voltage
  • the threshold Vth2 is input as the reference voltage to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 111B.
  • the polarity of the output signal from each comparator is inverted, the low-level comparator output signal cmp1 is output from the comparator 111A, and the low-level comparator output signal cmp2 is output from the comparator 111B. ..
  • the processor 200 (more specifically, the arithmetic processing unit 120) outputs the reference pulse SP to the TDC 112A and 112B in synchronization with the timing of outputting the laser emission pulse LP to the laser emission device 701.
  • the reference pulse SP is pulse light that defines the timing at which the light source 71 emits the measurement light.
  • the repetition frequency (or period) of the laser emission pulse LP or the reference pulse SP is about 100 kHz.
  • the first time digital converter 112A receives the reference pulse SP and the comparator output signal cmp1, and converts the first elapsed time T1 (see FIG. 6) from the reference pulse SP to the rise of the received signal Ps into the comparator output signal cmp1. Measure based on. Specifically, the first time digital converter 112A measures the first elapsed time T1 from the rise of the reference pulse SP (time t0: see FIG. 3) to the rise of the comparator output signal cmp1 (time t1). ..
  • the first time digital converter 112A is simply referred to as "TDC112A".
  • the second time digital converter 112B receives the reference pulse SP and the comparator output signal cmp2, and sets the second elapsed time T2 (see FIG. 6) from the reference pulse SP to the fall of the received signal Ps as the comparator output signal cmp2. Measure based on. Specifically, the second time digital converter 112B measures the second elapsed time T2 from the rise of the reference pulse SP (time t0: see FIG. 3) to the fall of the comparator output signal cmp2 (time t2). To do. Hereinafter, the second time digital converter 112B will be simply referred to as "TDC112B".
  • the arithmetic processing unit 120 is a functional block that defines software processing for determining the distance to the reflection point based on each output signal from the TDC 112A and 112B, and is, for example, a central processing unit (CPU) or a digital signal processing processor. Can be mounted on an integrated circuit (IC) chip such as.
  • IC integrated circuit
  • processor is broadly interpreted to include an IC chip such as a field programmable gate array (FPGA) that incorporates a processor.
  • the processing of the arithmetic processing unit 120 can be implemented in the FPGA.
  • the distance measurement circuit 100 includes a memory 140 (see FIG. 4) that stores a computer program that controls the operation of the processor 200.
  • the memory 140 does not have to be a single recording medium, but may be a set of a plurality of recording media.
  • the memory 140 may include, for example, a writable memory (eg, PROM), a rewritable memory (eg, a flash memory), a read-only memory, or a storage device such as a hard disk drive. At least a portion of the memory 140 may be a removable recording medium.
  • FIG. 7 is a graph illustrating a correction function used to correct the distance to the reflection point.
  • the memory 140 stores in advance a correction function that defines the correspondence between the pulse width W of the received light signal Ps and the correction amount ⁇ t used to correct the distance to the reflection point.
  • the correction function differs depending on the combination of the threshold value Vth1 and the threshold value Vth2 given to the comparator. That is, there are as many correction functions as illustrated in FIG. 7 as there are combinations of threshold value Vth1 and threshold value Vth2.
  • the arithmetic processing unit 120 acquires the first elapsed time T1 as the first time information used for calculating the distance to the reflection point, and uses the second elapsed time T2 for calculating the distance to the reflection point. Get as time information.
  • the arithmetic processing unit 120 determines the distance to the reflection point according to the TOF method based on the first time information and the second time information.
  • the arithmetic processing unit 120 calculates the pulse width W of the received light signal Ps defined by the difference between the first elapsed time T1 and the second elapsed time T2.
  • the arithmetic processing unit 120 reads the correction function from the memory 140.
  • the arithmetic processing unit 120 determines a correction amount ⁇ t corresponding to the calculated pulse width W of the received light signal Ps with reference to the correction function, and corrects the distance to the reflection point based on the determined correction amount ⁇ t.
  • the arithmetic processing unit 120 performs processing for correcting the distance to the reflection point for each repetition period of the reference pulse SP. The method for obtaining the accurate distance to the reflection point is as described with reference to FIG.
  • a typical signal waveform of the light receiving signal Ps output from the light receiving element 702A shows a characteristic that the rising slope of the light receiving signal Ps is steeper than the falling slope. Further, at the rising and falling edges of the light receiving signal Ps, the steeper the slope of the light receiving signal Ps, the smaller the amplitude fluctuation at that point.
  • the first elapsed time T1 and the second elapsed time T2 can be measured at the measurement point of the light receiving signal Ps in which the amplitude fluctuation is relatively small, it is possible to realize distance measurement with suppressed measurement error. It becomes.
  • the measurement timing of the rise of the light receiving signal Ps corresponds to the timing P1 at which the light receiving signal Ps intersects the threshold value Vth1, and the measurement timing of the falling edge of the light receiving signal Ps corresponds to the timing P3 at which the light receiving signal Ps intersects the threshold value Vth2. ..
  • the threshold value Vth2 is set to a value larger than the threshold value Vth1.
  • the absolute value of the time derivative of the received light signal Ps at the timing P1 (that is, the magnitude of the slope of the signal waveform) is the received light signal at the timing P4. It becomes larger than the absolute value of the time derivative of Ps.
  • the timing P4 is the timing at which the received signal Ps intersects the threshold value Vth2. As a result, the amplitude fluctuation of the received light signal Ps at the timing P1 becomes relatively smaller than the amplitude fluctuation of the received light signal Ps at the timing P4.
  • the timing P1 as the measurement timing of the rising edge of the received light signal Ps, it is possible to suppress the jitter that may occur in the comparator output signal due to the amplitude fluctuation of the received light signal Ps. As a result, it is possible to reduce the measurement error when measuring the first elapsed time T1 from the reference pulse SP to the rise of the received signal Ps.
  • the absolute value of the time derivative of the received light signal Ps at the timing P3 is larger than the absolute value of the time derivative of the received light signal Ps at the timing P2.
  • the timing P2 is the timing at which the received signal Ps intersects the threshold value Vth1.
  • the amplitude fluctuation of the received light signal Ps at the timing P3 is relatively smaller than the amplitude fluctuation of the received light signal Ps at the timing P2. Therefore, by selecting the timing P3 as the measurement timing of the fall of the received light signal Ps, it is possible to suppress the jitter that may occur in the comparator output signal due to the amplitude fluctuation of the received light signal Ps.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a second hardware configuration example of the distance measurement circuit 100.
  • the distance measurement circuit 100 shown in FIG. 8 is different from the above-mentioned distance measurement circuit 100 in that the level shift circuit 150 is provided.
  • the distance measurement circuit 100 further includes a level shift circuit 150.
  • the amplifier circuit 702B amplifies the light receiving signal Ps having a size corresponding to the intensity of the incident light L2 output from the light receiving element 702A, and outputs the forward rotation signal and the inversion signal of the amplified light receiving signal Ps as a differential signal. It is a circuit.
  • the level shift circuit 150 includes level shift circuits 151, 152 and 153.
  • the level shift circuit 151 applies the first level bias BL1 to one of the forward rotation signal and the inverting signal output from the amplifier circuit 702B, and outputs an output signal to which the first level bias BL1 is applied.
  • the level shift circuit 152 applies a second level bias BL2 different from the first level to the other of the forward rotation signal and the inverting signal, and outputs an output signal to which the second level bias BL2 is applied.
  • the level shift circuit 153 applies a third level bias BL3 different from the first level and the second level to the other of the forward rotation signal and the inverting signal, and outputs an output signal to which the third level bias BL3 is applied. .. In this way, the level shift circuit 150 outputs three output signals having different DC biases.
  • Each of the level shift circuits 151, 152 and 153 includes a bias circuit having an AC coupling capacitor C and two voltage dividing resistors R1 and R2.
  • the bias circuits of the level shift circuits 151, 152 and 153 give different bias levels to the respective output signals.
  • the level shift circuit 151 gives a bias BL1 to the inverting signal output from the inverting output terminal (-) of the amplifier circuit 702B, and transfers the inverting signal to which the bias BL1 is applied to the inverting input terminals (-) of the comparators 111A and 111B, respectively. ) Is output.
  • the level shift circuit 152 applies bias BL2 to the non-inverting signal output from the non-inverting output terminal (+) of the amplifier circuit 702B, and sends the non-inverting signal to which the bias BL 2 is applied to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 111A. Output.
  • the level shift circuit 153 applies bias BL3 to the non-inverting signal output from the non-inverting output terminal (+) of the amplifier circuit 702B, and sends the non-inverting signal to which the bias BL 3 is applied to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 111B. Output.
  • FIG. 9 is a graph illustrating waveforms of an inverted signal to which bias BL1 is applied, a non-inverting signal to which bias BL2 is applied, a non-inverting signal to which bias BL3 is applied, and comparator output signals cmp1 and cmp2.
  • the polarity of the output signal of the comparator is inverted by inputting an input signal opposite to the above to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the comparator.
  • the threshold value Vth1 is given to the comparator 111A by the difference between the first level and the second level bias (BL1-BL2).
  • the threshold Vth2 is given to the comparator 111B by the difference between the first level and the third level biases (BL1-BL3).
  • the advantage that common mode noise can be appropriately removed can be obtained.
  • LRF signal processing handles minute signals, it is required to reduce noise as much as possible.
  • By reducing the influence of the common mode it is possible to measure the distance even with a minute signal, and it is possible to accurately measure the distance to an object existing in the distance.
  • the third to fifth hardware configuration examples of the distance measurement circuit 100 will be described with reference to FIGS. 10 to 15.
  • the third to fifth hardware configuration examples are different from the first and second hardware configuration examples in that the differentiating circuit 113 is provided.
  • the description of the common points will be omitted, and the differences will be mainly described.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a third hardware configuration example of the distance measurement circuit 100.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the state of waveforms of the comparator output signals cmp1 and cmp2 output by the comparators 111A and 111B.
  • the distance measurement circuit 100 further includes a differentiating circuit 113.
  • FIG. 12 is a graph illustrating a waveform of the time derivative of the light receiving signal Ps output by the differentiating circuit 113.
  • a threshold value Vth1 is given to the comparator 111A, and a threshold value Vth2 different from the threshold value Vth1 is given to the comparator 111B.
  • the threshold value does not matter.
  • the differentiating circuit 113 is composed of a combination of an operational amplifier, a resistor, a capacitor, and the like.
  • the differentiating circuit 113 acquires the time derivative of the received light signal Ps at the timing when the comparator output signal cmp1 changes and the timing when the comparator output signal cmp2 changes.
  • the timing at which the comparator output signal changes refers to both the rising and falling timings.
  • the TDC112A has a first elapsed time from the reference pulse SP to the rise of the received signal Ps (hereinafter, referred to as “elapsed time T11”) and a second elapsed time from the reference pulse to the fall of the received signal (hereinafter, referred to as “elapsed time T11”). “Elapsed time T12”) is measured based on the comparator output signal cmp1. Specifically, the TDC112A has an elapsed time T11 from the rise of the reference pulse SP (time t0: see FIG. 3) to the rise of the comparator output signal cmp1 (time t1), and the comparator output signal cmp1 from the rise of the reference pulse SP. The elapsed time T12 until the fall (time t4) of is measured.
  • the TDC112B measures the third elapsed time from the reference pulse SP to the fall of the received signal Ps (hereinafter, referred to as "elapsed time T22") based on the comparator output signal cmp2. Specifically, the TDC112B measures the elapsed time T22 from the rise of the reference pulse SP (time t0: see FIG. 3) to the fall of the comparator output signal cmp2 (time t3).
  • the TDC112A measures the elapsed time T12
  • the TDC112B adds the elapsed time T22 to the fourth elapsed time from the rise of the reference pulse SP to the rise of the comparator output signal cmp2 (time t2) (hereinafter, "elapsed time T21"). ".) May be further measured.
  • the rising slope of the light receiving signal is steeper than the falling slope. Therefore, it is considered that the difference in the measurement timing of the rising edge of the received light signal Ps does not significantly affect the measurement error as compared with the measurement timing of the falling edge of the received light signal Ps.
  • the measurement timing of the rise of the received signal Ps does not matter. That is, the measurement timing of the rise of the received light signal Ps may be any of the timings P1 and P4.
  • the differentiating circuit 113 acquires the time differential value of the received light signal Ps at the rising / falling timing (time t1 and t4) of the comparator output signal cmp1 and the falling timing (time t3) of the comparator output signal cmp2. In other words, the differentiating circuit 113 acquires the time derivative value of the received signal Ps at the timings P1, P3 and P4.
  • the arithmetic processing unit 120 receives the elapsed times T11, T12 and T22 from the TDC 112A and the TDC 112B, and receives the time derivative of the received signal Ps from the differentiating circuit 113.
  • the arithmetic processing unit 120 acquires the elapsed time T11 as the first time information used for calculating the distance to the reflection point, and is among the elapsed time T12 and the elapsed time T22 based on the time derivative of the received light signal Ps. Select one as the second time information.
  • the arithmetic processing unit 120 compares the third time differential value of the light receiving signal Ps acquired by the differentiating circuit 113 at the timing P2 with the fourth time differential value of the light receiving signal Ps acquired by the differentiating circuit 113 at the timing P3. When the absolute value of the third time derivative value is larger than that of the fourth time derivative value, the arithmetic processing unit 120 selects the elapsed time T12 as the second time information, and the absolute value of the fourth time derivative value is the second. When it is larger than that of the 3-hour differential value, the arithmetic processing unit 120 selects the elapsed time T22 as the second time information.
  • the arithmetic processing unit 120 determines the distance to the reflection point according to the TOF method based on the first time information and the second time information. For example, when the absolute value of the fourth time derivative value is larger than that of the third time derivative value, the arithmetic processing unit 120 sets the distance to the reflection point by the TOF method based on the elapsed time T11 and the elapsed time T22. Determine according to. The method for obtaining the accurate distance to the reflection point is as described with reference to FIG.
  • the absolute values of the time differential values at the two measurement points P2 and P3 are compared. Which of the output signals of the comparator output signals cmp1 and cmp2 is used to measure the fall timing of the received light signal Ps is selected according to the comparison result. As a result, it is possible to suppress the jitter that may occur in the comparator output signal due to the amplitude fluctuation of the received signal Ps. As a result, it is possible to further reduce the measurement error when measuring the elapsed time from the reference pulse SP to the fall of the received signal Ps.
  • one of the two measurement points P1 and P4 may be selected based on the time derivative of the light receiving signal Ps, as in the case of the falling measurement point.
  • the TDC 112B further measures the elapsed time T21 from the reference pulse SP to the rise of the received signal Ps based on the comparator output signal cmp2.
  • the TDC112B further measures the elapsed time T21 from the rise of the reference pulse SP (time t0: see FIG. 3) to the rise of the comparator output signal cmp2 (time t2).
  • the arithmetic processing unit 120 selects one of the elapsed time T11 and the elapsed time T21 as the first time information based on the time derivative of the received signal Ps.
  • the arithmetic processing unit 120 selects one of the elapsed time T12 and the elapsed time T22 as the second time information based on the time derivative of the received signal Ps. The details will be described below.
  • the arithmetic processing unit 120 determines the first differential value of the light receiving signal Ps acquired by the differentiating circuit 113 at the timing P1 in which the magnitude of the light receiving signal Ps exceeds the threshold value Vth1 and the timing P4 in which the magnitude of the light receiving signal Ps exceeds the threshold value Vth2. Compare with the second differential value of the received signal Ps acquired by the differentiating circuit 113. When the absolute value of the first differential value is larger than the absolute value of the second differential value, the arithmetic processing unit 120 selects the elapsed time T11 as the first time information. When the absolute value of the second differential value is larger than the absolute value of the first differential value, the arithmetic processing unit 120 selects the elapsed time T21 as the first time information.
  • the arithmetic processing unit 120 sets the third differential value of the light receiving signal Ps acquired by the differentiating circuit 113 at the timing P2 when the magnitude of the light receiving signal Ps is lower than the threshold value Vth1 and the timing P3 where the magnitude of the light receiving signal Ps is lower than the threshold value Vth2. It is compared with the fourth differential value of the received signal Ps acquired by the differentiating circuit 113. When the absolute value of the third differential value is larger than the absolute value of the fourth differential value, the arithmetic processing unit 120 selects the elapsed time T12 as the second time information. When the absolute value of the fourth differential value is larger than the absolute value of the third differential value, the arithmetic processing unit 120 selects the elapsed time T22 as the second time information.
  • the arithmetic processing unit 120 calculates the pulse width W of the received light signal Ps defined by the difference between the elapsed time selected as the second time information and the elapsed time selected as the first time information, and corrects it stored in the memory 140.
  • the function is used to determine the correction amount ⁇ t corresponding to the calculated pulse width W of the received signal Ps.
  • the arithmetic processing unit 120 corrects the distance to the reflection point based on the correction amount ⁇ t.
  • the comparator output signal is caused by the amplitude fluctuation of the light receiving signal Ps. It is possible to more appropriately suppress the jitter that may occur in.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a fourth hardware configuration example of the distance measurement circuit 100. Similar to the first hardware configuration example of the distance measurement circuit 100, the fourth hardware configuration example shown in FIG. 13 may include a level shift circuit 150.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a fifth hardware configuration example of the distance measurement circuit 100.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the waveforms of the comparator output signals cmp1, cmp2, and cmp3 output by the comparators 111A, 111B, and 111C.
  • the distance measurement circuit 100 may further include at least one set having a comparator and a TDC.
  • FIG. 14 illustrates the configuration of the distance measurement circuit 100 including three comparators and three TDCs. The number of comparators and TDCs used is not limited to three and may be four or more.
  • One set has a comparator 111C and a TDC 112C.
  • a third threshold value Vth3 (hereinafter, referred to as “threshold value Vth3”) different from the threshold values Vth1 and Vth2 is given to the comparator 111C as a reference voltage.
  • the comparator 111C compares the magnitude of the received light signal Ps with the threshold value Vth3, and when the magnitude of the received light signal Ps exceeds the threshold value Vth3, it is referred to as a third comparator output signal cmp3 (hereinafter, referred to as “comparator output signal cmp3”. ) Is output.
  • threshold values Vth3 are given to the comparator 111C of each set as a reference voltage.
  • the threshold values Vth1, Vth2 and Vth3 show different values from each other.
  • the TDC112C receives the reference pulse SP and the comparator output signal cmp3, and receives a fifth elapsed time from the reference pulse SP to the rise of the received signal Ps (hereinafter, referred to as “elapsed time T31”) and received light from the reference pulse SP.
  • the sixth elapsed time until the signal falls (hereinafter, referred to as "elapsed time T32") is measured based on the comparator output signal cmp3.
  • the TDC112C has an elapsed time T31 from the rise of the reference pulse SP (time t0: see FIG. 3) to the rise of the comparator output signal cmp3 (time t3), and the comparator output signal cmp3 from the rise of the reference pulse SP.
  • the elapsed time T32 until the fall (time t4) of is measured.
  • the differentiating circuit 113 further acquires the time derivative of the received light signal Ps at the timing when the comparator output signal cmp3 changes.
  • the timing P1 in which the TDC 112A measures the rise of the received light signal Ps based on the comparator output signal cmp1 the timing P4 in which the TDC 112B measures the rise of the received signal Ps based on the comparator output signal cmp2, and the TDC 112C are the comparators. From the timing P5 that measures the rise of the received signal Ps based on the output signal cmp3, the differentiating circuit 113 determines the first measurement timing for acquiring the absolute value of the maximum differential value.
  • the arithmetic processing unit 120 selects one of the elapsed time T11, the elapsed time T21, and the elapsed time T31 as the first time information, which is measured at the determined first measurement timing.
  • the elapsed time T11 is the elapsed time from the rise of the reference pulse SP to the rise of the comparator output signal cmp1 (time t1).
  • the elapsed time T21 is the elapsed time from the rise of the reference pulse SP to the rise of the comparator output signal cmp2 (time t2).
  • the arithmetic processing unit 120 determines the timing P4 as the first measurement timing, and the elapsed time is selected from the elapsed time T11, the elapsed time T21, and the elapsed time T31. Select T21.
  • the arithmetic processing unit 120 has a timing P2 in which the TDC 112A measures the fall of the light receiving signal Ps based on the comparator output signal cmp1, a timing P3 in which the TDC 112B measures the fall of the light receiving signal Ps based on the comparator output signal cmp2, and a TDC 112C. Determines the second measurement timing at which the differentiating circuit 113 acquires the absolute value of the maximum differential value from the timing P6 for measuring the fall of the received light signal Ps based on the comparator output signal cmp3.
  • the arithmetic processing unit 120 selects one measured at the determined second measurement timing from the elapsed time T12, the elapsed time T22, and the elapsed time T32 as the second time information.
  • the elapsed time T12 is the elapsed time from the rise of the reference pulse SP to the fall of the comparator output signal cmp1 (time t6).
  • the elapsed time T22 is the elapsed time from the rise of the reference pulse SP to the fall of the comparator output signal cmp2 (time t5).
  • the arithmetic processing unit 120 determines the timing P6 as the second measurement timing, and the elapsed time is selected from the elapsed time T12, the elapsed time T22, and the elapsed time T32. Select T32.
  • the correction function stored in the memory 140 is different for each combination of the threshold values Vth1, Vth2 and Vth3. That is, there can be as many correction functions as there are combinations.
  • the arithmetic processing unit 120 calculates the pulse width W of the received light signal Ps defined by the difference between the elapsed time selected as the second time information and the elapsed time selected as the first time information.
  • the arithmetic processing unit 120 determines the correction amount ⁇ t corresponding to the pulse width W of the calculated received signal Ps by using the correction function stored in the memory 140. The method for obtaining the accurate distance to the reflection point is as described with reference to FIG.
  • the measurement points at the rising and falling points can be determined more finely based on the time derivative of the light receiving signal Ps output by the differentiating circuit 113, so that the light receiving signal Ps becomes a comparator output signal due to the amplitude fluctuation of the light receiving signal Ps. It is possible to suppress the possible jitter more appropriately.
  • AAV automatic guided vehicle
  • Automated guided vehicle means an automated guided vehicle that manually or automatically loads luggage into the body, automatically travels to a designated location, and manually or automatically unloads.
  • Automated guided vehicles include automatic guided vehicles and unmanned forklifts. In the present specification, an automatic guided vehicle is given as an example of a moving body.
  • unmanned means that no person is required to steer the vehicle, and it does not exclude that an automatic guided vehicle carries "a person (for example, a person who loads and unloads luggage)".
  • An "unmanned towing vehicle” is an untracked vehicle that automatically travels to a designated location by towing a trolley that manually or automatically loads and unloads luggage.
  • An "unmanned forklift” is a trackless vehicle equipped with a mast that raises and lowers a fork for luggage transfer, automatically transfers the luggage to the fork, etc., and automatically travels to the designated place to perform automatic cargo handling work.
  • a “trackless vehicle” is a vehicle equipped with wheels and an electric motor or engine that rotates the wheels.
  • a “moving body” is a device that moves by carrying a person or luggage, and is provided with a driving device such as a wheel, a two-legged or multi-legged walking device, and a propeller that generate a driving force (traction) for movement.
  • a driving device such as a wheel, a two-legged or multi-legged walking device, and a propeller that generate a driving force (traction) for movement.
  • the term “moving body” in the present disclosure includes not only automatic guided vehicles in a narrow sense, but also mobile robots, service robots, and drones.
  • Autonomous driving includes driving based on the command of the operation management system of the computer to which the automatic guided vehicle is connected by communication, and autonomous driving by the control device provided in the automatic guided vehicle.
  • Autonomous traveling includes not only traveling of an automated guided vehicle toward a destination along a predetermined route, but also traveling of following a tracking target.
  • the automatic guided vehicle may temporarily run manually based on the instructions of the operator.
  • Automatic driving generally includes both “guided” driving and “guideless” driving, but in the present disclosure it means “guideless” driving.
  • the "guide type” is a method in which derivatives are installed continuously or intermittently and an automated guided vehicle is guided using the derivatives.
  • the "guideless type” is a method of guiding without installing a derivative.
  • the automatic guided vehicle according to the embodiment of the present disclosure includes a self-position estimation device and can travel in a guideless manner.
  • the “position estimation device” is a device that estimates the self-position on the map based on the sensor data acquired by an external sensor such as a laser range finder.
  • the "outside world sensor” is a sensor that senses the external state of a moving body.
  • External world sensors include, for example, a laser range finder (also referred to as a range sensor), a camera (or an image sensor), a LIDAR (Light Detection and Ringing), a millimeter wave radar, an ultrasonic sensor, and a magnetic sensor.
  • a distance measuring device for example, LRF including the distance measuring circuit of the present disclosure can be suitably mounted on, for example, an AGV.
  • FIG. 16 shows an example of a basic configuration of an exemplary mobile body management system 1000 according to the present embodiment.
  • the mobile body management system 1000 includes at least one AGV 15 and an operation management device 50 that manages the operation of the AGV 15.
  • FIG. 16 also shows a terminal device 20 operated by the user 1.
  • the AGV15 is an automatic guided vehicle capable of "guideless” traveling that does not require derivatives such as magnetic tape for traveling.
  • the AGV 15 can perform self-position estimation and transmit the estimation result to the terminal device 20 and the operation management device 50.
  • the AGV 15 can automatically travel in the environment S in which the AGV 15 exists in accordance with a command from the operation management device 50.
  • the operation management device 50 is a computer system that tracks the position of each AGV15 and manages the running of each AGV15.
  • the operation management device 50 may be a desktop PC, a notebook PC, and / or a server computer.
  • the operation management device 50 communicates with each AGV 15 via the plurality of access points 2. For example, the operation management device 50 transmits the coordinate data of the position where each AGV15 should go next to each AGV15.
  • Each AGV 15 periodically transmits data indicating its position and orientation to the operation management device 50, for example, every 250 milliseconds. When the AGV 15 reaches the instructed position, the operation management device 50 further transmits the coordinate data of the position to be headed to next.
  • the AGV 15 can also travel in the environment S in response to the operation of the user 1 input to the terminal device 20.
  • An example of the terminal device 20 is a tablet computer.
  • FIG. 17 shows an example of the environment S in which three AGVs 15a, 15b and 15c exist. It is assumed that both AGVs are traveling in the depth direction in the figure. The AGVs 15a and 15b are transporting the load placed on the top plate. The AGV15c is traveling following the AGV15b in front of the AGV15c. For convenience of explanation, reference numerals 15a, 15b and 15c have been added in FIG. 17, but will be described below as “AGV15”.
  • the AGV15 can also transport the luggage by using a towing trolley connected to itself.
  • FIG. 18 shows the AGV 15 and the tow truck 5 before being connected. Casters are provided on each foot of the tow truck 5.
  • the AGV 15 is mechanically connected to the towing carriage 5.
  • FIG. 19 shows the connected AGV 15 and the tow truck 5.
  • the towing carriage 5 is towed by the AGV15.
  • the AGV 15 can carry the load placed on the towing trolley 5.
  • connection method between the AGV 15 and the towing carriage 5 is arbitrary. An example will be described here.
  • a plate 6 is fixed to the top plate of the AGV 15.
  • the tow truck 5 is provided with a guide G having a slit.
  • the AGV 15 approaches the towing carriage 5 and inserts the plate 6 into the slit of the guide G.
  • the AGV 15 penetrates the plate 6 and the guide G with an electromagnetic lock type pin (not shown) to lock the electromagnetic lock.
  • an electromagnetic lock type pin not shown
  • Each AGV 15 and the terminal device 20 can be connected to each other on a one-to-one basis, for example, and can perform communication conforming to the Bluetooth (registered trademark) standard.
  • Each AGV 15 and the terminal device 20 can also perform Wi-Fi (registered trademark) compliant communication using one or a plurality of access points 2.
  • the plurality of access points 2 are connected to each other via, for example, a switching hub 3.
  • FIG. 16 shows two access points 2a and 2b.
  • the AGV15 is wirelessly connected to the access point 2a.
  • the terminal device 20 is wirelessly connected to the access point 2b.
  • the data transmitted by the AGV 15 is received by the access point 2a, then transferred to the access point 2b via the switching hub 3, and transmitted from the access point 2b to the terminal device 20. Further, the data transmitted by the terminal device 20 is received by the access point 2b, then transferred to the access point 2a via the switching hub 3, and transmitted from the access point 2a to the AGV 15. As a result, bidirectional communication between the AGV 15 and the terminal device 20 is realized.
  • the plurality of access points 2 are also connected to the operation management device 50 via the switching hub 3. As a result, bidirectional communication is also realized between the operation management device 50 and each AGV 15.
  • a map in the environment S is created so that the AGV15 can run while estimating its own position.
  • the AGV15 is equipped with a position estimation device and an LRF, and can create a map by using the output of the LRF.
  • the AGV15 transitions to the data acquisition mode by the user's operation.
  • the AGV 15 starts acquiring sensor data using the LRF.
  • the position estimation device stores the sensor data in the storage device.
  • the sensor data stored in the storage device is transmitted to the external device.
  • the external device is, for example, a computer having a signal processing processor and having a mapping computer program installed.
  • the signal processor of the external device superimposes the sensor data obtained for each scan.
  • a map of the environment S can be created by repeating the process of superimposing the signal processing processor.
  • the map is processed using, for example, a device for processing the map (not shown).
  • the device creates data indicating the location of a particular area selected from the map.
  • the external device transmits the processed map data to the AGV15.
  • the AGV15 stores the processed map data in an internal storage device.
  • the external device may be the operation management device 50 or another device.
  • AGV15 may create and process the map instead of the external device.
  • a circuit such as the microcontroller unit (microcomputer) of the AGV15 may perform the processing performed by the signal processing processor of the external device described above.
  • the movement in the environment S for acquiring the sensor data can be realized by the AGV 15 traveling according to the operation of the user.
  • the AGV 15 wirelessly receives a travel command from the user via the terminal device 20 instructing the user to move in each of the front, rear, left, and right directions.
  • the AGV15 travels back and forth and left and right in the environment S according to a travel command to create a map.
  • the map may be created by traveling in the environment S from front to back and left and right according to a control signal from the control device.
  • Sensor data may be acquired by a person pushing around a measuring trolley equipped with an LRF.
  • the number of AGVs may be one.
  • the user 1 can use the terminal device 20 to select one AGV15 from the plurality of registered AGVs and have the user 1 create a map of the environment S.
  • each AGV15 can automatically travel while estimating its own position using the map.
  • FIG. 20 is an external view of an exemplary AGV 15 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the AGV 15 has two drive wheels 11a and 11b, four casters 11c, 11d, 11e and 11f, a frame 12, a transfer table 13, a travel control device 14, and an LRF 7.
  • the two drive wheels 11a and 11b are provided on the right and left sides of the AGV 15, respectively.
  • the four casters 11c, 11d, 11e and 11f are arranged at the four corners of the AGV15.
  • the AGV 15 also has a plurality of motors connected to the two drive wheels 11a and 11b, but the plurality of motors are not shown in FIG. Further, FIG.
  • FIG. 20 shows one drive wheel 11a and two casters 11c and 11e located on the right side of the AGV 15, and a caster 11f located on the left rear portion, but the left drive wheel 11b and the left front portion are shown.
  • Caster 11d is not specified because it is hidden behind the frame 12.
  • the four casters 11c, 11d, 11e and 11f can freely rotate.
  • the drive wheels 11a and the drive wheels 11b will also be referred to as wheels 11a and wheels 11b, respectively.
  • the travel control device 14 is a device that controls the operation of the AGV 15, and mainly includes integrated circuits including a microcomputer (described later), electronic components, and a substrate on which they are mounted.
  • the travel control device 14 performs data transmission / reception and preprocessing calculation with the terminal device 20 described above.
  • the LRF7 measures the distance to the reflection point by, for example, emitting an infrared laser beam 15a and detecting the reflected light of the laser beam 15a.
  • the LRF7 of the AGV15 radiates a pulsed laser beam 15a in a space within a range of 135 degrees to the left and right (270 degrees in total) with respect to the front surface of the AGV15, for example, while changing the direction every 0.25 degrees. Then, the reflected light of each laser beam 15a is detected.
  • the scan of the surrounding space performed by the LRF 7 is substantially parallel to the floor surface and is planar (two-dimensional). However, the LRF7 may perform a height scan.
  • the AGV15 can create a map of the environment S based on the position and orientation (orientation) of the AGV15 and the scan result of the LRF7.
  • the map may reflect the placement of walls, pillars and other structures around the AGV, and objects placed on the floor.
  • the map data is stored in a storage device provided in the AGV 15.
  • the position and posture of AGV15 that is, the pose (x, y, ⁇ ) may be simply referred to as “position” below.
  • the travel control device 14 compares the measurement result of the LRF 7 with the map data held by the vehicle and estimates its current position.
  • the map data may be map data created by another AGV15.
  • FIG. 21A shows a first hardware configuration example of AGV15.
  • FIG. 21A also shows a specific configuration of the travel control device 14.
  • the AGV 15 includes a travel control device 14, an LRF 7, two motors 16a and 16b, a drive device 17, and wheels 11a and 11b.
  • the travel control device 14 includes a microcomputer 14a, a memory 14b, a storage device 14c, a communication circuit 14d, and a position estimation device 14e.
  • the microcomputer 14a, the memory 14b, the storage device 14c, the communication circuit 14d, and the position estimation device 14e are connected by a communication bus 14f, and data can be exchanged with each other.
  • the LRF7 is also connected to the communication bus 14f via a communication interface (not shown), and transmits the measurement data as the measurement result to the microcomputer 14a, the position estimation device 14e and / or the memory 14b.
  • the microcomputer 14a is a processor or a control circuit (computer) that performs calculations for controlling the entire AGV 15 including the travel control device 14.
  • the microcomputer 14a is a semiconductor integrated circuit.
  • the microcomputer 14a transmits a PWM signal, which is a control signal, to the drive device 17 to control the drive device 17 and adjust the voltage applied to the motor. As a result, each of the motors 16a and 16b rotates at a desired rotation speed.
  • One or more control circuits that control the drive of the left and right motors 16a and 16b may be provided independently of the microcomputer 14a.
  • the drive device 17 may include two microcomputers that control the drive of the motors 16a and 16b, respectively.
  • the memory 14b is a volatile storage device that stores a computer program executed by the microcomputer 14a.
  • the memory 14b can also be used as a work memory when the microcomputer 14a and the position estimation device 14e perform calculations.
  • the storage device 14c is a non-volatile semiconductor memory device.
  • the storage device 14c may be a magnetic recording medium typified by a hard disk or an optical recording medium typified by an optical disk.
  • the storage device 14c may include a head device for writing and / or reading data to any recording medium and a control device for the head device.
  • the storage device 14c stores the map M of the traveling environment S and the data (traveling route data) R of one or a plurality of traveling routes.
  • the map M is created by the AGV 15 operating in the map creation mode and stored in the storage device 14c.
  • the travel route data R is transmitted from the outside after the map M is created.
  • the map M and the travel route data R are stored in the same storage device 14c, but may be stored in different storage devices.
  • the AGV 15 receives the travel route data R indicating the travel route from the tablet computer.
  • the traveling route data R at this time includes marker data indicating the positions of a plurality of markers.
  • the "marker” indicates a passing position (via point) of the traveling AGV 15.
  • the travel route data R includes at least the position information of the start marker indicating the travel start position and the end marker indicating the travel end position.
  • the travel route data R may further include the position information of the markers of one or more intermediate waypoints. When the traveling route includes one or more intermediate waypoints, the route from the start marker to the end marker via the traveling waypoints in order is defined as the traveling route.
  • the data of each marker may include, in addition to the coordinate data of the marker, data of the direction (angle) and the traveling speed of the AGV 15 until the movement to the next marker.
  • the data of each marker is the acceleration time required for acceleration until the traveling speed is reached, and / or , Data of the deceleration time required for deceleration from the traveling speed to the stop at the position of the next marker may be included.
  • the operation management device 50 may control the movement of the AGV 15 instead of the terminal device 20. In that case, the operation management device 50 may instruct the AGV 15 to move to the next marker each time the AGV 15 reaches the marker. For example, the AGV 15 receives from the operation management device 50 the coordinate data of the target position to be headed next, or the data of the distance to the target position and the angle to be traveled as the travel route data R indicating the travel route.
  • the AGV15 can travel along the stored travel route while estimating its own position using the created map and the sensor data output by the LRF7 acquired during travel.
  • the communication circuit 14d is, for example, a wireless communication circuit that performs wireless communication conforming to the Bluetooth (registered trademark) and / or Wi-Fi (registered trademark) standards. Both standards include wireless communication standards using frequencies in the 2.4 GHz band. For example, in the mode in which the AGV 15 is run to create a map, the communication circuit 14d performs wireless communication conforming to the Bluetooth (registered trademark) standard and communicates with the terminal device 20 on a one-to-one basis.
  • the position estimation device 14e performs a map creation process and a self-position estimation process during traveling.
  • the position estimation device 14e can create a map of the environment S based on the position and orientation of the AGV 15 and the scan result of the LRF.
  • the position estimation device 14e receives the sensor data from the LRF 7, and also reads the map M and the position data of the specific area stored in the storage device 14c.
  • the self-position x, y, ⁇
  • the position estimation device 14e generates "reliability" data indicating the degree to which the local map data matches the map M.
  • the self-position (x, y, ⁇ ) and reliability data can be transmitted from the AGV 15 to the terminal device 20 or the operation management device 50.
  • the terminal device 20 or the operation management device 50 can receive the self-position (x, y, ⁇ ) and reliability data and display them on the built-in or connected display device.
  • the microcomputer 14a and the position estimation device 14e are separate components, but this is an example. It may be one chip circuit or a semiconductor integrated circuit capable of independently performing each operation of the microcomputer 14a and the position estimation device 14e.
  • FIG. 21A shows a chip circuit 14g including the microcomputer 14a and the position estimation device 14e.
  • the microcomputer 14a and the position estimation device 14e are provided separately and independently will be described.
  • the two motors 16a and 16b are attached to the two wheels 11a and 11b, respectively, and rotate each wheel. That is, the two wheels 11a and 11b are driving wheels, respectively.
  • the motor 16a and the motor 16b are described as being motors for driving the right wheel and the left wheel of the AGV 15, respectively.
  • the drive device 17 has motor drive circuits 17a and 17b for adjusting the voltage applied to each of the two motors 16a and 16b.
  • Each of the motor drive circuits 17a and 17b includes a so-called inverter circuit.
  • the motor drive circuits 17a and 17b turn on or off the current flowing through each motor by the PWM signal transmitted from the microcomputer 14a or the microcomputer in the motor drive circuit 17a, thereby adjusting the voltage applied to the motor.
  • FIG. 21B shows a second hardware configuration example of AGV15.
  • the second hardware configuration example differs from the first hardware configuration example (FIG. 24A) in that it has a laser positioning system 14h and that the microcomputer 14a is connected to each component on a one-to-one basis. To do.
  • the laser positioning system 14h has a position estimation device 14e and an LRF7.
  • the position estimator 14e and LRF7 are connected, for example, by an Ethernet® cable. Each operation of the position estimation device 14e and the LRF7 is as described above.
  • the laser positioning system 14h outputs information indicating the pose (x, y, ⁇ ) of the AGV 15 to the microcomputer 14a.
  • the microcomputer 14a has various general-purpose I / O interfaces or general-purpose input / output ports (not shown).
  • the microcomputer 14a is directly connected to other components in the travel control device 14, such as the communication circuit 14d and the laser positioning system 14h, via the general-purpose input / output port.
  • FIG. 21B the configuration is the same as that of FIG. 21A except for the configuration described above. Therefore, the description of the common configuration will be omitted.
  • the AGV 15 in the embodiment of the present disclosure may include a safety sensor such as an obstacle detection sensor and a bumper switch (not shown).
  • a safety sensor such as an obstacle detection sensor and a bumper switch (not shown).
  • FIG. 22 shows a hardware configuration example of the operation management device 50.
  • the operation management device 50 includes a CPU 51, a memory 52, a position database (position DB) 53, a communication circuit 54, a map database (map DB) 55, and an image processing circuit 56.
  • the CPU 51, memory 52, position DB 53, communication circuit 54, map DB 55, and image processing circuit 56 are connected by a communication bus 57, and data can be exchanged with each other.
  • the CPU 51 is a signal processing circuit (computer) that controls the operation of the operation management device 50.
  • the CPU 51 is a semiconductor integrated circuit.
  • the memory 52 is a storage device that stores a computer program executed by the CPU 51.
  • the memory 52 can also be used as a work memory when the CPU 51 performs an operation.
  • the position DB 53 stores position data indicating each position that can be the destination of each AGV15.
  • the location data can be represented, for example, by the coordinates virtually set in the factory by the administrator.
  • the location data is determined by the administrator.
  • the communication circuit 54 performs wired communication conforming to, for example, an Ethernet (registered trademark) standard.
  • the communication circuit 54 is connected to the access point 2 (FIG. 16) by wire, and can communicate with the AGV 15 via the access point 2.
  • the communication circuit 54 receives data to be transmitted to the AGV 15 from the CPU 51 via the communication bus 57. Further, the communication circuit 54 transmits the data (notification) received from the AGV 15 to the CPU 51 and / or the memory 52 via the communication bus 57.
  • the map DB 55 stores the data of the map inside the factory where the AGV 15 runs and the position data of the specific area.
  • the data format does not matter as long as the map has a one-to-one correspondence with the position of each AGV15.
  • the map stored in the map DB 55 may be a map created by CAD.
  • the operation management device 50 can determine the route of the AGV 15 so that the AGV 15 bypasses the specific area, for example.
  • the position DB 53 and the map DB 55 may be built on a non-volatile semiconductor memory, a magnetic recording medium represented by a hard disk, or an optical recording medium represented by an optical disk.
  • the image processing circuit 56 is a circuit that generates video data displayed on the monitor 58.
  • the image processing circuit 56 operates exclusively when the administrator operates the operation management device 50. In this embodiment, further detailed description will be omitted.
  • the monitor 58 may be integrated with the operation management device 50. Further, the CPU 51 may perform the processing of the image processing circuit 56.
  • the above-mentioned comprehensive aspect may be realized by a system, a method, an integrated circuit, a computer program, or a recording medium. Alternatively, it may be realized by any combination of systems, devices, methods, integrated circuits, computer programs, and recording media.
  • the technique of the present disclosure can be widely used in a moving body that performs a process of identifying its own position, a traveling management device that controls the moving body, and a management system that includes the moving body and the traveling management device.

Landscapes

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Abstract

距離計測回路（１００）は、光検出器（７７）から出力される受光信号の大きさと第１閾値とを比較して第１コンパレータ出力信号を出力する第１コンパレータ（１１１Ａ）と、受光信号の大きさと第１閾値よりも大きい第２閾値とを比較して第２コンパレータ出力信号を出力する第２コンパレータ（１１１Ｂ）と、基準パルスから受光信号の立ち上がりまでの第１経過時間を第１コンパレータ出力信号に基づいて計測する第１のＴＤＣ（１１２Ａ）と、基準パルスから受光信号の立ち下がりまでの第２経過時間を第２コンパレータ出力信号に基づいて計測する第２のＴＤＣ（１１２Ｂ）と、第１および第２経過時間に基づいて反射点までの距離をＴＯＦ方式に従って決定するプロセッサ（２００）と、を備える。

Description

距離計測回路、測距装置および移動体
　本開示は、距離計測回路、測距装置および移動体に関している。
　物体までの距離を測定する技術の一つとして、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ　Ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）測距技術が知られている。この技術は、光源から出射された測定光が物体（より詳細には物体の反射点）で反射され、測定光が出射されてからその反射光が光検出器に到達するまでに要する飛行時間（ＴＯＦ）を計測することによって、物体までの距離を測定する。典型的には、反射光の強度に応じた大きさの、アナログ信号である受光信号が出力される。物体までの距離、物体が有する反射率および／または光散乱特性等に応じて、受光信号の大きさ（振幅）が到達するピーク値が異なる。さらに、立ち上がり・立ち下がり時における単位時間当たりの受光信号の変化率、つまり傾きが相違する。
　光検出器から出力される受光信号に基づいてＴＯＦ測距を行う場合において、反射光の強度に応じた受光信号の大きさの違いから計測誤差が生じ得る。その誤差は、タイムウォーク（またはウォークエラー）と呼ばれることがある。その計測誤差を補正することにより、飛行時間を適切に計測する技術が望まれている。
　特開２０１７－５３８３３号公報は、検出される光子数に基づいて決定される補正量を用いて飛行時間を補正する技術を開示している。例えば、光子数は、受光信号の大きさが複数の閾値レベルを上回る時間をそれぞれ計測して、各計測時間の間の差分と光子数とを関連付けしたルックアップテーブルを参照することにより決定される。さらに、その補正量は、光子数と補正量とを対応付けしたルックアップテーブルを参照して決定される。
　特開平５－２２３９２８号公報は、受光信号の大きさが複数の閾値レベルを上回る時間をそれぞれ計測し、例えば、それぞれの計測時間を利用して受光信号の立ち上がり時間を直線近似によって決定することを開示している。
特開２０１７－５３８３３号公報 特開平５－２２３９２８号公報 特開２０１７－１６１３２１号公報
　ＴＯＦ測距のシステムでは、基準パルスから受光信号の立ち上がり・立ち下がりまでの経過時間を計測する時間デジタル変換器（以降、「ＴＤＣ」と表記する。）が一般に用いられる。所定の閾値が与えられたコンバータを用いて、アナログ信号である受光信号は、デジタル信号にＡＤ変換される。ＴＤＣは、入力したデジタル信号に基づいて、受光信号の立ち上がり・立ち下がりについての経過時間をそれぞれ計測する。
　受光信号は、信号波形の時間軸方向に発生する時間的に非常に短い変動、いわゆるジッタ、および信号強度の非常に短い変動（以下、「振幅変動」と記載する。）を含んでいる。発明者の検討によれば、特に、受光信号の立ち上がり・立ち下がりの傾きが比較的に緩やかな信号波形のポイントでは、振幅変動が顕著となる。受光信号と閾値とが、そのようなポイントで交差すると、受光信号の振幅変動がコンパレータのＡＤ変換処理に影響を及ぼし、ＡＤ変換処理後のコンパレータ出力信号にジッタが発生し得る。その結果、そのジッタに起因してＴＤＣによる経過時間の計測に誤差が生じ得る。受光信号の振幅変動は、ＴＯＦ測距において無視できない程度の誤差を生じさせる可能性がある。
　特開２０１７－１６１３２１号公報は、受光信号にアンダーシュートを発生させる波形処理回路と、アンダーシュートを伴った受光信号を複数の閾値を用いて二値化する信号処理回路と、を備える回路装置を開示している。その回路装置によれば、回路ノイズまたはショットノイズに起因して発生する誤検出を低減できるとされている。しかしながら、特開２０１７－１６１３２１号公報が開示する波形処理回路は、電流電圧変換器、信号増幅器およびクランプ回路などの複雑な回路を必要とするために、回路装置の回路規模およびコストが増大してしまう。
　本開示の実施形態は、比較的に簡易な回路構成によって、受光信号の振幅変動に起因して生じ得る計測誤差を低減することが可能な距離計測回路、当該距離計測回路を備える測距装置および当該測距装置を備える移動体を提供する。
　本開示の距離計測回路は、例示的な実施形態において、測定光を出射する光源、および入射光の強度に応じた大きさの受光信号を出力する光検出器を備える測距装置に搭載される距離計測回路であって、前記光検出器から出力される、反射点で反射された反射光の強度に応じた大きさの受光信号を受信して、前記受光信号の大きさと第１閾値とを比較し、前記受光信号の大きさが前記第１閾値を超えたときに第１コンパレータ出力信号を出力する第１コンパレータと、前記光検出器から出力される前記受光信号を受信して、前記受光信号の大きさと、前記第１閾値よりも大きい第２閾値とを比較し、前記受光信号の大きさが前記第２閾値を超えたときに第２コンパレータ出力信号を出力する第２コンパレータと、前記光源が前記測定光を出射するタイミングを規定する基準パルスおよび前記第１コンパレータ出力信号を受信し、前記基準パルスから前記受光信号の立ち上がりまでの第１経過時間を前記第１コンパレータ出力信号に基づいて計測する第１の時間デジタル変換器と、前記基準パルスおよび前記第２コンパレータ出力信号を受信し、前記基準パルスから前記受光信号の立ち下がりまでの第２経過時間を前記第２コンパレータ出力信号に基づいて計測する第２の時間デジタル変換器と、前記第１経過時間を、前記反射点までの距離の算出に用いる第１時間情報として取得し、かつ、前記第２経過時間を、前記反射点までの距離の算出に用いる第２時間情報として取得し、前記第１時間情報および前記第２時間情報に基づいて、前記反射点までの距離をＴＯＦ方式に従って決定する、プロセッサと、を備える。
　本開示の距離計測回路は、例示的な他の実施形態において、測定光を出射する光源および入射光の強度に応じた大きさの受光信号を出力する光検出器を備える測距装置に搭載される距離計測回路であって、前記光検出器から出力される、反射点で反射された反射光の強度に応じた大きさの受光信号を受信して、前記受光信号の大きさと第１閾値とを比較し、前記受光信号の大きさが前記第１閾値を超えたときに第１コンパレータ出力信号を出力する第１コンパレータと、前記光検出器から出力される前記受光信号を受信して、前記受光信号の大きさと、前記第１閾値とは異なる第２閾値とを比較し、前記受光信号の大きさが前記第２閾値を超えたときに第２コンパレータ出力信号を出力する第２コンパレータと、前記光源が前記測定光を出射するタイミングを規定する基準パルスおよび前記第１コンパレータ出力信号を受信し、前記基準パルスから前記受光信号の立ち上がりまでの第１経過時間、および前記基準パルスから前記受光信号の立ち下がりまでの第２経過時間を前記第１コンパレータ出力信号に基づいて計測する第１の時間デジタル変換器と、前記基準パルスおよび前記第２コンパレータ出力信号を受信し、前記基準パルスから前記受光信号の立ち下がりまでの第３経過時間を前記第２コンパレータ出力信号に基づいて計測する第２の時間デジタル変換器と、前記第１経過時間を、前記反射点までの距離の算出に用いる第１時間情報として取得し、かつ、前記受光信号の時間微分に基づいて、前記第２経過時間および前記第３経過時間のうちの１つを第２時間情報として選択し、前記第１時間情報および前記第２時間情報に基づいて、前記反射点までの距離をＴＯＦ方式に従って決定する、プロセッサと、を備える。
　本開示の例示的な実施形態は、受光信号の立ち上がり・立ち下がりのタイミングの計測ポイントを受光信号の傾きを考慮して決定することにより、受光信号の振幅変動に起因して生じ得る計測誤差を低減することが可能な距離計測回路、当該距離計測回路を備える測距装置および当該測距装置を備える移動体を提供する。
図１は、本実施形態にかかる例示的な測距装置７の概略的な構成を模擬する装置の断面を示す模式図である。 図２は、本実施形態にかかる例示的な測距装置７の電気的なブロック構成を示すブロック図である。 図３は、反射点までの距離をＴＯＦ方式に従って決定する、本実施形態にかかる例示的な手法の概要を説明するための図である。 図４は、本実施形態にかかる例示的な距離計測回路１００の第１のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図５は、光検出器７７から出力される受光信号Ｐｓの変化の様子を説明するための図である。 図６は、第１のハードウェア構成例によるコンパレータ１１１Ａおよび１１１Ｂが出力するコンパレータ出力信号ｃｍｐ１およびｃｍｐ２の波形の様子をそれぞれ例示する図である。 図７は、本実施形態にかかる例示的な、反射点までの距離を補正するために用いる補正関数を示すグラフである。 図８は、本実施形態にかかる例示的な距離計測回路１００の第２のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図９は、第２のハードウェア構成例によるバイアスＢＬ１を与えた反転信号、バイアスＢＬ２を与えた非反転信号、バイアスＢＬ３を与えた非反転信号、コンパレータ出力信号ｃｍｐ１およびｃｍｐ２の波形を例示するグラフである。 図１０は、本実施形態にかかる例示的な距離計測回路１００の第３のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図１１は、第３のハードウェア構成例によるコンパレータ１１１Ａおよび１１１Ｂが出力するコンパレータ出力信号ｃｍｐ１およびｃｍｐ２の波形の様子を例示する図である。 図１２は、微分回路１１３が出力する受光信号Ｐｓの時間微分の波形を例示するグラフである。 図１３は、本実施形態にかかる例示的な距離計測回路１００の第４のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図１４は、本実施形態にかかる例示的な距離計測回路１００の第５のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図１５は、第５のハードウェア構成例によるコンパレータ１１１Ａ、１１１Ｂおよび１１１Ｃが出力するコンパレータ出力信号ｃｍｐ１、ｃｍｐ２およびｃｍｐ３の波形の様子を例示する図である。 図１６は、本実施形態にかかる例示的な、各ＡＧＶの走行を制御する制御システムの概要を示す図である。 図１７は、ＡＧＶが存在する環境の一例を示す斜視図である。 図１８は、接続される前のＡＧＶおよび牽引台車を示す斜視図である。 図１９は、接続されたＡＧＶおよび牽引台車を示す斜視図である。 図２０は、本実施形態にかかる例示的なＡＧＶの外観図である。 図２１Ａは、本実施形態にかかる例示的なＡＧＶの第１のハードウェア構成例を示す図である。 図２１Ｂは、本実施形態にかかる例示的なＡＧＶの第２のハードウェア構成例を示す図である。 図２２は、本実施形態にかかる例示的な運行管理装置のハードウェア構成例を示す図である。
　以下、添付の図面を参照しながら、本開示の距離計測回路、当該距離計測回路を備える測距装置および当該測距装置を備える移動体の実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
〔１．測距装置７の構成および動作〕
　本開示の距離計測回路は、測定光を出射する光源、および入射光の強度に応じた大きさの受光信号を出力する光検出器を備える測距装置に好適に搭載される。測距装置の典型例は、レーザレンジファインダ（以降、「ＬＲＦ」と表記する。）である。光源の典型例は、パルスレーザ光を出射するレーザ光源である。紫外領域、可視光領域または赤外領域に属する波長を有するレーザ光を出射するレーザ光源を広く用いることができる。光検出器は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの受光素子である。
　本開示の距離計測回路の詳細を説明する前に、図１および図２を参照して、当該距離計測回路を搭載した測距装置の構成例を説明する。
　図１は、測距装置７の概略的な構成を模擬する装置の断面を示す模式図である。図２は、測距装置７の電気的なブロック構成を示すブロック図である。
　本実施形態にかかる測距装置７はＬＲＦである。以降、測距装置７を「ＬＲＦ７」と記載する場合がある。測距装置７は、光源７１と、コリメートレンズ７２と、投光ミラー７３と、集光レンズ７４と、受光ミラー７５と、波長フィルタ７６と、光検出器７７と、回転筐体７８と、モータ７９と、筐体８０と、基板８１と、配線８２と、を備える。測距装置７は、周囲の環境をスキャンしてスキャンデータを周期的に出力する装置である。
　筐体８０は、外観視において、モータ７９のシャフト７９Ａが延びる方向（つまりモータ７９の回転軸Ｊ）に平行に延びる略円柱状の筐体である。筐体８０は、光源７１その他の部材を内部に収容する。
　光源７１は、筐体８０の上面に取り付けられた基板８１の上に配置されている。光源７１は、例えば基板８１に実装されたレーザドライバなどの駆動回路（不図示）からの制御信号に従って駆動する。光源７１は、レーザ光源であり、例えば赤外領域に属する波長を有するレーザ光をモータ７９の回転軸Ｊに略平行な方向に出射する。または、近年、高出力の赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）が開発されており、そのような赤外ＬＥＤを光源７１に用いることができる。本明細書では、光源７１は、レーザ光源として説明する。
　コリメートレンズ７２および投光ミラー７３が、光源７１からの出射光Ｌ１の光路上に配置されている。コリメートレンズ７２は、光源７１から出射されたレーザ光を平行な光ビームにコリメートする光学部材である。コリメートされた光ビームは、投光ミラー７３に向けられる。
　筐体８０は、例えば透光性の樹脂から形成された透光部８０１をその側面に有している。筐体８０の側面において透光部８０１が設けられていない部分に、基板８１とモータ７９とを電気的に接続する配線８２が設けられている。
　投光ミラー７３は、モータ７９のシャフト７９Ａに取り付けられた略筒状の回転筐体７８によって支持されている。そのため、モータ７９から出力されるトルクを受けて回転軸Ｊ周りに回転筐体７８が回転すると、その回転とともに、投光ミラー７３も回転軸Ｊ周りに回転する。投光ミラー７３は、コリメートされた光ビームを反射して外部に出射する角度で配置される。コリメートされた光ビームは、投光ミラー７３で反射し、透光部８０１を通って出射光Ｌ１として外部に出射される。出射光Ｌ１は、回転軸Ｊ周りの３６０°の範囲内において、回転筐体７８の回転角度に従って角度を変えながら外部に出射される。
　集光レンズ７４、受光ミラー７５および波長フィルタ７６が、光検出器７７への入射光Ｌ２の光路上に配置されている。
　集光レンズ７４は、回転筐体７８の側面に配置されており、物体ＯＪの反射点からの反射光を集光する。受光ミラー７５は、投光ミラー７３と同様に、回転筐体７８によって支持されている。そのため、回転軸Ｊ周りに回転筐体７８が回転すると、その回転とともに、受光ミラー７５も回転軸Ｊ周りに回転する。受光ミラー７５は、集光レンズ７４によって集光された光を反射して光検出器７７に向ける角度で配置される。
　波長フィルタ７６は、受光ミラー７５と光検出器７７との間に位置し、回転筐体７８に固定されている。波長フィルタ７６は、例えば、赤外領域に属する波長の光を透過させるフィルタである。光検出器７７は、回転筐体７８の下面に取り付けられている。
　光検出器７７は、光電変換によって光エネルギーを電気信号に変換する受光素子（光センサ）および受光素子からの出力信号を増幅する増幅回路を有する。受光素子は、赤外領域に属する波長の光に感度を有する。受光素子として、ＡＰＤまたは通常のフォトダイオード（ＰＤ）を用いることが可能である。増幅回路の例は、トランス・インピーダンス・アンプである。光検出器７７は、入射光の強度に応じた大きさの受光信号を出力する。
　測距装置７から出射された出射光Ｌ１は、物体の反射面で拡散反射して拡散光となる。拡散光の一部は、透光部８０１を通って筐体８０内に入射する。入射光Ｌ２は、集光レンズ７４によって集光されて光検出器７７に入射する。
　モータ７９は、基板８１から配線８２を介して供給される電力によって駆動される。モータ７９から出力されるトルクを受けて、回転筐体７８に設けられた、投光ミラー７３、集光レンズ７４、受光ミラー７５、波長フィルタ７６および光検出器７７は、回転筐体７８と共に一体的に回転する。例えば回転筐体７８は、３０００ｒｐｍ程度の回転速度で回転することができる。
　モータ駆動装置７１０は、ゲートドライバ（または「プリドライバ」とも称される）およびインバータ（不図示）を有する。例えば、モータ駆動装置７１０は、距離計測回路１００に実装されたプロセッサ２００から送信されたＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号に従ってモータ７９に流れる電流のオン・オフを制御し、それによりモータに印加される電圧を調整する。
　物体ＯＪの反射面は無数の反射点を含んでいる。測距装置７は、周囲の空間を二次元的または三次元的にスキャンすることが可能である。測距装置７は、例えば、測距装置７を搭載する装置の正面を基準として左右１３５度（合計２７０度）の範囲の空間にパルス状のレーザビームを順次出射し、各レーザビームの反射光Ｌ２を順次検出することができる。
　距離計測回路１００は、光検出器７７から出力される受光信号に基づいて、反射点までの距離をＴＯＦ方式に従って決定する。距離計測回路１００は、測定光の反射光を受けて各反射点までの距離を計算し、各反射点の位置が示された測定結果のデータを出力する。各反射点の位置には、反射光の到来方向（または測定光の出射方向）および距離が反映されている。測定結果のデータ（スキャンデータ）は、「環境計測データ」または「センサデータ」と呼ばれることがある。特に、三次元のスキャンデータは、点群データ（ポイントクラウド）と呼ばれている。以降、測定結果のデータを「センサデータ」と表記する場合がある。
　通信Ｉ／Ｆ７２０は、測距装置７と外部機器または装置との間でデータ通信を行うためのインタフェースである。例えば、測距装置７は、スキャンデータＤＴを通信Ｉ／Ｆ７２０を介して後述する無人搬送車１５に送信する。スキャンデータが転送可能であればその形態、プロトコルは限定されない。例えば、有線通信の場合には、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４（登録商標）、またはイーサネット（登録商標）などに準拠した通信を行うことができる。無線通信の場合には、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格および／またはＷｉ－Ｆｉ（登録商標）規格に準拠した通信を行うことができる。いずれの規格も、２．４ＧＨｚ帯の周波数を利用した無線通信規格を含む。
　レーザ発光装置７０１は、レーザ光源７１およびレーザドライバ（不図示）を有する。レーザ発光装置７０１は、距離計測回路１００のプロセッサ２００から出力されるレーザ発光パルスＬＰに応答してパルス状のレーザ光を出射する。
　先ず、図３を参照しながら、本実施形態において、反射点までの距離をＴＯＦ方式に従って決定する手法の概要を説明する。
　図３は、反射点までの距離をＴＯＦ方式に従って決定する手法の概要を説明するための図である。図３に、光検出器７７から出力される、反射光の強度に応じた大きさの受光信号Ｐｓの変化の様子を例示する。グラフの横軸は時間を示し、縦軸は受光信号Ｐｓの強度（大きさ）を示している。光検出器７７から出力される受光信号Ｐｓは、増幅回路による増幅処理やフィルタ処理などを受けて鈍り、その結果、ある程度の時間幅の立ち上がり時間Δｔ（例えば１００ｐｓ以上）を有した信号となる。
　本開示の距離計測回路１００は、受光信号Ｐｓの立ち上がり時間Δｔに相当する補正量を決定する。距離計測回路１００は、その補正量を用いて反射点までの距離を補正する。
　距離計測回路１００は、光源７１が測定光を出射するタイミングを規定する基準パルスＳＰ（時刻ｔ０）から受光信号Ｐｓの立ち上がりまでの経過時間Ｔ１を計測する。受光信号Ｐｓの立ち上がりは、受光信号Ｐｓの大きさが所与の閾値Ｔｈ１を上回るタイミングによって規定される。換言すると、受光信号Ｐｓの立ち上がりのタイミングは、受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｔｈ１に交差するタイミングによって規定される。
　距離計測回路１００は、基準パルスＳＰから受光信号Ｐｓの立ち下がりまでの経過時間Ｔ２を計測する。受光信号Ｐｓの立ち下がりは、受光信号Ｐｓの大きさが所与の閾値Ｔｈ２を下回るタイミングによって規定される。換言すると、受光信号Ｐｓの立ち下がりのタイミングは、受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｔｈ２に交差するタイミングによって規定される。
　距離計測回路１００は、経過時間Ｔ２およびＴ１の差分に基づいて受光信号Ｐｓのパルス幅Ｗを算出する。受光信号Ｐｓの大きさのピーク値が高いほど、受光信号Ｐｓの立ち上がり・立ち下がりがより急峻になるために、算出されるパルス幅Ｗは大きくなる。この相関関係から、パルス幅Ｗと受光信号Ｐｓの立ち上がり時間Δｔとを関連付けすることが可能となる、つまり、パルス幅Ｗと補正量Δｔとを予め関連付けすることが可能となる。例えば、距離計測回路１００は、パルス幅Ｗと補正量Δｔとを関連付けしたルックアップテーブルを参照することにより、算出した受光信号Ｐｓのパルス幅Ｗからそれに関連付けされた補正量Δｔを決定することができる。
　距離計測回路１００は、経過時間Ｔ１から補正量Δｔを差し引くことにより補正後の計測時間を算出する。距離計測回路１００は、補正後の計測時間に光速（３．０×１０８ｍ／ｓ）を乗算し、その乗算値を２で除算することにより反射点までの正確な距離を決定する。これにより、スキャンデータが取得される。
〔２．距離計測回路１００の構成および動作〕
　本開示の距離計測回路１００は、用途に応じて様々な回路構成を備え得る。以下、幾つかの代表的な距離計測回路１００の構成例を説明する。
　図４～図８を参照しながら、距離計測回路１００の第１および第２のハードウェア構成例を詳しく説明する。
　図４は、距離計測回路１００の第１のハードウェア構成例を示すブロック図である。
　距離計測回路１００は、距離計測部１１０および演算処理部１２０を備える。距離計測部１１０は、コンパレータ１１１Ａ、１１１Ｂ、ＴＤＣ１１２Ａおよび１１２Ｂを有する。距離計測回路１００は、例えば、これらの電子部品を実装したプリント基板（ＰＣＢ）である。
　光検出器７７は、受光素子７０２Ａおよび増幅回路７０２Ｂを有する。例えば、受光素子７０２Ａは、ＡＰＤであり、増幅回路７０２Ｂは、トランス・インピーダンス・アンプである。増幅回路７０２Ｂは、受光素子７０２Ａから出力される微弱な電流信号を、後段の回路が必要とする入力レベルの電圧信号に変換する。光検出器７７は、典型的に、入射光の強度に応じた大きさのアナログ受光信号Ｐｓを出力する。
　第１コンパレータ１１１Ａに、基準電圧として第１閾値電圧Ｖｔｈ１が与えられている。以降、第１コンパレータ１１１Ａおよび第１閾値電圧Ｖｔｈ１を、「コンパレータ１１１Ａ」および「閾値Ｖｔｈ１」とそれぞれ表記する。コンパレータ１１１Ａは、光検出器７７から出力される、反射点で反射された反射光の強度に応じた大きさの受光信号Ｐｓを受信する。コンパレータ１１１Ａは、受光信号Ｐｓの大きさと閾値Ｖｔｈ１とを比較し、受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ１を超えたときにコンパレータ出力信号ｃｍｐ１を出力する。このように、コンパレータ１１１Ａは、閾値Ｖｔｈ１に基づいてアナログ受光信号をデジタル信号であるコンパレータ出力信号ｃｍｐ１に変換する。
　第２コンパレータ１１１Ｂに、基準電圧として第２閾値電圧Ｖｔｈ２が与えられている。以降、第２コンパレータ１１１Ｂおよび第２閾値電圧Ｖｔｈ２を、「コンパレータ１１１Ｂ」および「閾値Ｖｔｈ２」とそれぞれ表記する。閾値Ｖｔｈ２として閾値Ｖｔｈ１よりも大きい値が与えられている。例えば、閾値Ｖｔｈ２は、閾値Ｖｔｈ１の１．５倍以上２．０倍以下に設定される。コンパレータ１１１Ｂは、光検出器７７から出力される受光信号Ｐｓを受信する。コンパレータ１１１Ｂは、受光信号Ｐｓの大きさと閾値Ｖｔｈ２とを比較し、受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ２を超えたときにコンパレータ出力信号ｃｍｐ２を出力する。このように、コンパレータ１１１Ｂは、閾値Ｖｔｈ２に基づいてアナログ受光信号をデジタル信号であるコンパレータ出力信号ｃｍｐ２に変換する。
　図５は、光検出器７７から出力される受光信号Ｐｓの変化の様子を説明するための図である。
　光検出器７７は、図５に示すように、典型的には、理論上のローレベルからハイレベルへの立ち上がりの変化を示し、かつ、理論上のハイレベルからローレベルへの立ち下がりの変化を示す受光信号を出力する。ただし、光検出器７７が有する後段回路の処理次第では、典型例とは逆の変化（つまり、理論上のハイレベルからローレベルへの変化を示し、かつ、理論上のローレベルからハイレベルへの変化）を示す受光信号が光検出器７７から出力され得る。
　本明細書では、受光信号Ｐｓの立ち上がり・立ち下がりを、受光信号Ｐｓの大きさ（つまり絶対値）の変化によって定義する。この定義に従えば、「受光信号Ｐｓの立ち上がり」は、図５に示す理論上のローレベルからハイレベルへの変化のみならず、理論上のハイレベルからローレベルへの変化も意味する用語として広義に解釈される。また、「受光信号Ｐｓの立ち下がり」は、図５に示す理論上のハイレベルからローレベルへの変化のみならず、理論上のローレベルからハイレベルへの変化も意味する用語として広義に解釈される。
　図４に示されるように、光検出器７７から出力される受光信号Ｐｓは、コンパレータ１１１Ａおよび１１１Ｂの各非反転入力端子（＋）に入力される。コンパレータ１１１Ａの反転入力端子（－）には、基準電圧として閾値Ｖｔｈ１が入力され、コンパレータ１１１Ｂの反転入力端子（－）には、基準電圧として閾値Ｖｔｈ２が入力されている。
　図６は、コンパレータ１１１Ａおよび１１１Ｂが出力するコンパレータ出力信号ｃｍｐ１およびｃｍｐ２の波形の様子をそれぞれ例示する図である。
　コンパレータ１１１Ａは、受光信号Ｐｓの大きさと閾値Ｖｔｈ１とを比較する。受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ１未満であるとき、コンパレータ１１１Ａから出力される信号レベルはローレベルである。受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ１を超えたとき、コンパレータ１１１Ａは、ハイレベルのコンパレータ出力信号ｃｍｐ１を出力する。言い換えると、受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ１を上回っている間、コンパレータ１１１Ａは、ハイレベルのコンパレータ出力信号ｃｍｐ１を出力する。受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ１を下回ると、コンパレータ１１１Ａから出力される信号レベルはローレベルに戻る。
　コンパレータ１１１Ｂは、受光信号Ｐｓの大きさと閾値Ｖｔｈ２とを比較する。受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ２未満であるとき、コンパレータ１１１Ｂから出力される信号レベルはローレベルである。受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ２を超えたとき、コンパレータ１１１Ｂは、ハイレベルのコンパレータ出力信号ｃｍｐ２を出力する。言い換えると、受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ２を上回っている間、コンパレータ１１１Ｂは、ハイレベルのコンパレータ出力信号ｃｍｐ２を出力する。受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ２を下回ると、コンパレータ１１１Ｂから出力される信号レベルはローレベルに戻る。
　図４に示される信号入力とは異なり、光検出器７７から出力される受光信号Ｐｓを、コンパレータ１１１Ａおよび１１１Ｂの各反転入力端子（－）に入力し、コンパレータ１１１Ａの非反転入力端子（＋）に、基準電圧として閾値Ｖｔｈ１を入力し、コンパレータ１１１Ｂの非反転入力端子（＋）に、基準電圧として閾値Ｖｔｈ２を入力した場合を考える。その場合、各コンパレータからの出力信号の極性が反転し、コンパレータ１１１Ａからはローレベルのコンパレータ出力信号ｃｍｐ１が出力され、コンパレータ１１１Ｂからはローレベルのコンパレータ出力信号ｃｍｐ２が出力される点に留意されたい。
　プロセッサ２００（より詳細には演算処理部１２０）は、レーザ発光装置７０１にレーザ発光パルスＬＰを出力するタイミングに同期して、ＴＤＣ１１２Ａおよび１１２Ｂに基準パルスＳＰを出力する。基準パルスＳＰは、光源７１が測定光を出射するタイミングを規定するパルス光である。例えば、レーザ発光パルスＬＰまたは基準パルスＳＰの繰り返し周波数（または周期）は、１００ｋＨｚ程度である。
　第１の時間デジタル変換器１１２Ａは、基準パルスＳＰおよびコンパレータ出力信号ｃｍｐ１を受信し、基準パルスＳＰから受光信号Ｐｓの立ち上がりまでの第１経過時間Ｔ１（図６を参照）をコンパレータ出力信号ｃｍｐ１に基づいて計測する。具体的には、第１の時間デジタル変換器１１２Ａは、基準パルスＳＰの立ち上がり（時刻ｔ０：図３を参照）からコンパレータ出力信号ｃｍｐ１の立ち上がり（時刻ｔ１）までの第１経過時間Ｔ１を計測する。以下、第１の時間デジタル変換器１１２Ａを単純に「ＴＤＣ１１２Ａ」と記載する。
　第２の時間デジタル変換器１１２Ｂは、基準パルスＳＰおよびコンパレータ出力信号ｃｍｐ２を受信し、基準パルスＳＰから受光信号Ｐｓの立ち下がりまでの第２経過時間Ｔ２（図６を参照）をコンパレータ出力信号ｃｍｐ２に基づいて計測する。具体的には、第２の時間デジタル変換器１１２Ｂは、基準パルスＳＰの立ち上がり（時刻ｔ０：図３を参照）からコンパレータ出力信号ｃｍｐ２の立ち下がり（時刻ｔ２）までの第２経過時間Ｔ２を計測する。以下、第２の時間デジタル変換器１１２Ｂを単純に「ＴＤＣ１１２Ｂ」と記載する。
　演算処理部１２０は、ＴＤＣ１１２Ａおよび１１２Ｂからの各出力信号に基づいて反射点までの距離を決定するためのソフトウェア処理を規定した機能ブロックであり、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）またはデジタル信号処理プロセッサなどの集積回路（ＩＣ）チップに実装され得る。本明細書において、「プロセッサ」は、プロセッサを組み込んだフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などのＩＣチップを含む用語として広く解釈される。例えば、演算処理部１２０の処理をＦＰＧＡに実装することが可能である。
　距離計測回路１００は、プロセッサ２００の動作を制御するコンピュータプログラムを格納したメモリ１４０（図４を参照）を備える。メモリ１４０は、単一の記録媒体である必要はなく、複数の記録媒体の集合であり得る。メモリ１４０は、例えば書き込み可能なメモリ（例えばＰＲＯＭ）、書き換え可能なメモリ（例えばフラッシュメモリ）、読み出し専用のメモリ、またはハードディスクドライブなどのストレージ装置を含み得る。メモリ１４０の少なくとも一部は、取り外し可能な記録媒体であってもよい。
　図７は、反射点までの距離を補正するために用いる補正関数を例示するグラフである。
　メモリ１４０は、受光信号Ｐｓのパルス幅Ｗと、反射点までの距離を補正するために用いる補正量Δｔとの対応を規定した補正関数を予め格納している。その補正関数は、コンパレータに与えられる閾値Ｖｔｈ１および閾値Ｖｔｈ２の組み合わせ毎に異なる。すなわち、図７に例示される補正関数は、閾値Ｖｔｈ１および閾値Ｖｔｈ２の組み合わせの数だけ存在する。
　演算処理部１２０は、第１経過時間Ｔ１を、反射点までの距離の算出に用いる第１時間情報として取得し、かつ、第２経過時間Ｔ２を、反射点までの距離の算出に用いる第２時間情報として取得する。演算処理部１２０は、第１時間情報および第２時間情報に基づいて、反射点までの距離をＴＯＦ方式に従って決定する。
　より詳しく説明すると、演算処理部１２０は、第１経過時間Ｔ１と第２経過時間Ｔ２との差分が規定する受光信号Ｐｓのパルス幅Ｗを算出する。演算処理部１２０は、メモリ１４０から補正関数を読み出す。演算処理部１２０は、補正関数を参照して、算出した受光信号Ｐｓのパルス幅Ｗに対応する補正量Δｔを決定し、決定した補正量Δｔに基づいて反射点までの距離を補正する。演算処理部１２０は、基準パルスＳＰの繰り返し周期ごとに反射点までの距離を補正する処理を行う。反射点までの正確な距離を取得する手法は、図３を参照して説明したとおりである。
　再び図６を参照する。
　受光素子７０２Ａから出力される受光信号Ｐｓの典型的な信号波形は、受光信号Ｐｓの立ち上がりの傾きが、立ち下がりの傾きよりも急峻となる特性を示す。また、受光信号Ｐｓの立ち上がり・立ち下がりにおいて、受光信号Ｐｓの傾きがより急峻であるほど、そのポイントにおける振幅変動はより小さくなる。
　本実施形態によれば、振幅変動が比較的小さくなる受光信号Ｐｓの計測ポイントにおいて、第１経過時間Ｔ１および第２経過時間Ｔ２を計測できるので測定誤差を抑えた測距を実現することが可能となる。受光信号Ｐｓの立ち上がりの計測タイミングは、受光信号Ｐｓが閾値Ｖｔｈ１に交差するタイミングＰ１に相当し、受光信号Ｐｓの立ち下がりの計測タイミングは、受光信号Ｐｓが閾値Ｖｔｈ２に交差するタイミングＰ３に相当する。
　閾値Ｖｔｈ２は閾値Ｖｔｈ１よりも大きな値に設定される。受光信号の立ち上がりが示す挙動から分かるように、これら閾値の設定の条件下では、タイミングＰ１における受光信号Ｐｓの時間微分の絶対値（つまり信号波形の傾きの大きさ）は、タイミングＰ４における受光信号Ｐｓの時間微分の絶対値よりも大きくなる。タイミングＰ４は、受光信号Ｐｓが閾値Ｖｔｈ２に交差するタイミングである。これにより、タイミングＰ１における受光信号Ｐｓの振幅変動は、タイミングＰ４における受光信号Ｐｓの振幅変動に比べ相対的に小さくなる。そのため、受光信号Ｐｓの立ち上がりの計測タイミングとしてタイミングＰ１を選択することにより、受光信号Ｐｓの振幅変動に起因してコンパレータ出力信号に生じ得るジッタを抑制することができる。その結果、基準パルスＳＰから受光信号Ｐｓの立ち上がりまでの第１経過時間Ｔ１を計測するときの計測誤差を低減することが可能となる。
　受光信号の立ち下がりが示す挙動から分かるように、タイミングＰ３における受光信号Ｐｓの時間微分の絶対値は、タイミングＰ２における受光信号Ｐｓの時間微分の絶対値よりも大きくなる。タイミングＰ２は、受光信号Ｐｓが閾値Ｖｔｈ１に交差するタイミングである。これにより、タイミングＰ３における受光信号Ｐｓの振幅変動は、タイミングＰ２における受光信号Ｐｓの振幅変動に比べ相対的に小さくなる。そのため、受光信号Ｐｓの立ち下がりの計測タイミングとしてタイミングＰ３を選択することにより、受光信号Ｐｓの振幅変動に起因してコンパレータ出力信号に生じ得るジッタを抑制することができる。その結果、基準パルスＳＰから受光信号Ｐｓの立ち下がりまでの第２経過時間Ｔ２を計測するときの計測誤差を低減することが可能となる。特に、受光信号Ｐｓの立ち下がりをどのポイントで計測するかによって、振幅変動の程度が大きく変動し得る。そのために、タイミングＰ２ではなくＰ３において受光信号Ｐｓの立ち下がりを計測することは、計測誤差の低減に効果的である。
　図８は、距離計測回路１００の第２のハードウェア構成例を示すブロック図である。
　図８に示される距離計測回路１００は、レベルシフト回路１５０を備えている点において、上述した距離計測回路１００と相違する。
　距離計測回路１００は、さらに、レベルシフト回路１５０を備えている。増幅回路７０２Ｂは、受光素子７０２Ａから出力される、入射光Ｌ２の強度に応じた大きさの受光信号Ｐｓを増幅し、増幅した受光信号Ｐｓの正転信号および反転信号を差動信号として出力する回路である。
　レベルシフト回路１５０は、レベルシフト回路１５１、１５２および１５３を有する。レベルシフト回路１５１は、増幅回路７０２Ｂから出力される正転信号および反転信号の一方に第１レベルのバイアスＢＬ１を与え、第１レベルのバイアスＢＬ１を与えた出力信号を出力する。レベルシフト回路１５２は、正転信号および反転信号の他方に第１レベルとは異なる第２レベルのバイアスＢＬ２を与え、第２レベルのバイアスＢＬ２を与えた出力信号を出力する。レベルシフト回路１５３は、正転信号および反転信号の当該他方に、第１レベルおよび第２レベルとは異なる第３レベルのバイアスＢＬ３を与え、第３レベルのバイアスＢＬ３を与えた出力信号を出力する。このように、レベルシフト回路１５０から、ＤＣバイアスが互いに異なる３つの出力信号が出力される。
　レベルシフト回路１５１、１５２および１５３のそれぞれは、ＡＣカップリングコンデンサＣおよび２つの分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２を有するバイアス回路を備える。レベルシフト回路１５１、１５２および１５３のそれぞれのバイアス回路によって、互いに異なるバイアスレベルがそれぞれの出力信号に付与される。
　例えば、レベルシフト回路１５１は、増幅回路７０２Ｂの反転出力端子（－）から出力される反転信号にバイアスＢＬ１を与え、バイアスＢＬ１を与えた反転信号をコンパレータ１１１Ａおよび１１１Ｂのそれぞれの反転入力端子（－）に出力する。レベルシフト回路１５２は、増幅回路７０２Ｂの非反転出力端子（＋）から出力される非反転信号にバイアスＢＬ２を与え、バイアスＢＬ２を与えた非反転信号をコンパレータ１１１Ａの非反転入力端子（＋）に出力する。レベルシフト回路１５３は、増幅回路７０２Ｂの非反転出力端子（＋）から出力される非反転信号にバイアスＢＬ３を与え、バイアスＢＬ３を与えた非反転信号をコンパレータ１１１Ｂの非反転入力端子（＋）に出力する。
　図９は、バイアスＢＬ１を与えた反転信号、バイアスＢＬ２を与えた非反転信号、バイアスＢＬ３を与えた非反転信号、コンパレータ出力信号ｃｍｐ１およびｃｍｐ２の波形を例示するグラフである。ただし、上述したとおり、コンパレータの反転入力端子および非反転入力端子に上記とは逆の入力信号を入力することにより、コンパレータの出力信号の極性は反転する点に留意されたい。
　第２のハードウェア構成例においては、図９に示されるように、閾値Ｖｔｈ１は、第１レベルおよび第２レベルのバイアスの差分（ＢＬ１－ＢＬ２）によってコンパレータ１１１Ａに与えられる。閾値Ｖｔｈ２は、第１レベルおよび第３レベルのバイアスの差分（ＢＬ１－ＢＬ３）によってコンパレータ１１１Ｂに与えられる。
　第２のハードウェア構成例によれば、コモンモードノイズを適切に除去できるという利点が得られる。例えばＬＲＦの信号処理は微小信号を扱うために、ノイズを極力低減することが求められる。コモンモードの影響を減らすことにより、微小信号であっても測距が可能となり、遠方に存在する物体までの距離をも正確に測定することが可能となる。
　図１０～図１５を参照しながら、距離計測回路１００の第３～第５のハードウェア構成例を説明する。
　第３～第５のハードウェア構成例は、微分回路１１３を備えている点において、第１および第２のハードウェア構成例と相違する。以下、共通点の説明は省略し、主に差異点を説明する。
　図１０は、距離計測回路１００の第３のハードウェア構成例を示すブロック図である。図１１は、コンパレータ１１１Ａおよび１１１Ｂが出力するコンパレータ出力信号ｃｍｐ１およびｃｍｐ２の波形の様子を例示する図である。
　本実施形態にかかる距離計測回路１００は、微分回路１１３をさらに備える。図１２は、微分回路１１３が出力する受光信号Ｐｓの時間微分の波形を例示するグラフである。
　コンパレータ１１１Ａに、閾値Ｖｔｈ１が与えられており、コンパレータ１１１Ｂには、閾値Ｖｔｈ１とは異なる閾値Ｖｔｈ２が与えられている。本実施形態は、閾値の大小関係を問わない。
　微分回路１１３は、オペアンプ、抵抗およびコンデンサなどの組み合わせにより構成される。微分回路１１３は、コンパレータ出力信号ｃｍｐ１が変化するタイミングおよびコンパレータ出力信号ｃｍｐ２が変化するタイミングにおける受光信号Ｐｓの時間微分を取得する。コンパレータ出力信号が変化するタイミングは、立ち上がり・立ち下がりの両方のタイミングを指す。
　ＴＤＣ１１２Ａは、基準パルスＳＰから受光信号Ｐｓの立ち上がりまでの第１経過時間（以下、「経過時間Ｔ１１」と表記する。）、および基準パルスから受光信号の立ち下がりまでの第２経過時間（以下、「経過時間Ｔ１２」と表記する。）をコンパレータ出力信号ｃｍｐ１に基づいて計測する。具体的には、ＴＤＣ１１２Ａは、基準パルスＳＰの立ち上がり（時刻ｔ０：図３を参照）からコンパレータ出力信号ｃｍｐ１の立ち上がり（時刻ｔ１）までの経過時間Ｔ１１、および基準パルスＳＰの立ち上がりからコンパレータ出力信号ｃｍｐ１の立ち下がり（時刻ｔ４）までの経過時間Ｔ１２を計測する。
　ＴＤＣ１１２Ｂは、基準パルスＳＰから受光信号Ｐｓの立ち下がりまでの第３経過時間（以下、「経過時間Ｔ２２」と表記する。）をコンパレータ出力信号ｃｍｐ２に基づいて計測する。具体的には、ＴＤＣ１１２Ｂは、基準パルスＳＰの立ち上がり（時刻ｔ０：図３を参照）からコンパレータ出力信号ｃｍｐ２の立ち下がり（時刻ｔ３）までの経過時間Ｔ２２を計測する。
　ただし、ＴＤＣ１１２Ａが、経過時間Ｔ１２を計測し、ＴＤＣ１１２Ｂが、経過時間Ｔ２２に加え、基準パルスＳＰの立ち上がりからコンパレータ出力信号ｃｍｐ２の立ち上がり（時刻ｔ２）までの第４経過時間（以下、「経過時間Ｔ２１」と表記する。）をさらに計測してもよい。受光素子７０２Ａから出力される受光信号の典型的な信号波形において、受光信号の立ち上がりの傾きは、立ち下がりの傾きよりも急峻となる。そのため、受光信号Ｐｓの立ち上がりの計測タイミングの相違は、受光信号Ｐｓの立ち下がりの計測タイミングと比べ、計測誤差にさほど影響しないと考えられる。本開示の一態様では、受光信号Ｐｓの立ち上がりの計測タイミングは問われない。つまり、受光信号Ｐｓの立ち上がりの計測タイミングは、タイミングＰ１およびＰ４のいずれのタイミングであっても構わない。
　微分回路１１３は、コンパレータ出力信号ｃｍｐ１の立ち上がり・立ち下がりのタイミング（時刻ｔ１およびｔ４）、およびコンパレータ出力信号ｃｍｐ２の立ち下がりのタイミング（時刻ｔ３）において、受光信号Ｐｓの時間微分値を取得する。換言すると、微分回路１１３は、タイミングＰ１、Ｐ３およびＰ４において受光信号Ｐｓの時間微分値を取得する。
　演算処理部１２０は、ＴＤＣ１１２ＡおよびＴＤＣ１１２Ｂから経過時間Ｔ１１、Ｔ１２およびＴ２２を受信し、かつ、微分回路１１３から受光信号Ｐｓの時間微分を受信する。演算処理部１２０は、経過時間Ｔ１１を、反射点までの距離の算出に用いる第１時間情報として取得し、かつ、受光信号Ｐｓの時間微分に基づいて、経過時間Ｔ１２および経過時間Ｔ２２のうちの１つを第２時間情報として選択する。
　演算処理部１２０は、タイミングＰ２において微分回路１１３が取得する受光信号Ｐｓの第３時間微分値と、タイミングＰ３において微分回路１１３が取得する受光信号Ｐｓの第４時間微分値とを比較する。第３時間微分値の絶対値が第４時間微分値のそれよりも大きいときに、演算処理部１２０は、経過時間Ｔ１２を第２時間情報として選択し、第４時間微分値の絶対値が第３時間微分値のそれよりも大きいときに、演算処理部１２０は、経過時間Ｔ２２を第２時間情報として選択する。
　演算処理部１２０は、第１時間情報および第２時間情報に基づいて、反射点までの距離をＴＯＦ方式に従って決定する。例えば、第４時間微分値の絶対値が第３時間微分値のそれよりも大きい場合には、演算処理部１２０は、経過時間Ｔ１１および経過時間Ｔ２２に基づいて、反射点までの距離をＴＯＦ方式に従って決定する。反射点までの正確な距離を取得する手法は、図３を参照して説明したとおりである。
　受光信号Ｐｓが立ち下がるときは、立ち上がるときと比べ、振幅変動の影響がより無視できなくなる。本実施形態によれば、少なくとも、受光信号Ｐｓの立ち下がりの計測において、２つの計測ポイントＰ２およびＰ３における時間微分値の絶対値が比較される。コンパレータ出力信号ｃｍｐ１およびｃｍｐ２のうちのどちらの出力信号に基づいて受光信号Ｐｓの立ち下がりのタイミングを計測するかが、その比較結果に従って選択される。これにより、受光信号Ｐｓの振幅変動に起因してコンパレータ出力信号に生じ得るジッタを抑制することができる。その結果、基準パルスＳＰから受光信号Ｐｓの立ち下がりまでの経過時間を計測するときの計測誤差をより低減することが可能となる。
　受光信号Ｐｓの立ち上がりの計測ポイントについても、立ち下がりの計測ポイントと同様に、受光信号Ｐｓの時間微分に基づいて２つの計測ポイントＰ１、Ｐ４のうちの１つを選択するようにしてもよい。その場合において、ＴＤＣ１１２Ｂは、基準パルスＳＰから受光信号Ｐｓの立ち上がりまでの経過時間Ｔ２１をコンパレータ出力信号ｃｍｐ２に基づいてさらに計測する。具体的には、ＴＤＣ１１２Ｂは、基準パルスＳＰの立ち上がり（時刻ｔ０：図３を参照）からコンパレータ出力信号ｃｍｐ２の立ち上がり（時刻ｔ２）までの経過時間Ｔ２１をさらに計測する。
　演算処理部１２０は、受光信号Ｐｓの時間微分に基づいて、経過時間Ｔ１１および経過時間Ｔ２１のうちの１つを第１時間情報として選択する。演算処理部１２０は、受光信号Ｐｓの時間微分に基づいて、経過時間Ｔ１２および経過時間Ｔ２２のうちの１つを第２時間情報として選択する。以下、詳細に説明する。
　演算処理部１２０は、受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ１を上回るタイミングＰ１において微分回路１１３が取得する受光信号Ｐｓの第１微分値と、受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ２を上回るタイミングＰ４において微分回路１１３が取得する受光信号Ｐｓの第２微分値とを比較する。第１微分値の絶対値が第２微分値の絶対値よりも大きいときに、演算処理部１２０は、経過時間Ｔ１１を第１時間情報として選択する。第２微分値の絶対値が第１微分値の絶対値よりも大きいときに、演算処理部１２０は、経過時間Ｔ２１を第１時間情報として選択する。
　演算処理部１２０は、受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ１を下回るタイミングＰ２において微分回路１１３が取得する受光信号Ｐｓの第３微分値と、受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ２を下回るタイミングＰ３において微分回路１１３が取得する受光信号Ｐｓの第４微分値とを比較する。第３微分値の絶対値が第４微分値の絶対値よりも大きいときに、演算処理部１２０は、経過時間Ｔ１２を第２時間情報として選択する。第４微分値の絶対値が第３微分値の絶対値よりも大きいときに、演算処理部１２０は、経過時間Ｔ２２を第２時間情報として選択する。
　演算処理部１２０は、第２時間情報として選択した経過時間と、第１時間情報として選択した経過時間との差分が規定する受光信号Ｐｓのパルス幅Ｗを算出し、メモリ１４０に格納された補正関数を利用して、算出した受光信号Ｐｓのパルス幅Ｗに対応する補正量Δｔを決定する。演算処理部１２０は、補正量Δｔに基づいて反射点までの距離を補正する。
　この構成によれば、微分回路１１３が出力する受光信号Ｐｓの時間微分に基づいて立ち上がり・立ち下がり時の両方の計測ポイントを決定するために、受光信号Ｐｓの振幅変動に起因してコンパレータ出力信号に生じ得るジッタをより適切に抑制することが可能となる。
　図１３は、距離計測回路１００の第４のハードウェア構成例を示すブロック図である。距離計測回路１００の第１のハードウェア構成例と同様に、図１３に示される第４のハードウェア構成例は、レベルシフト回路１５０を備え得る。
　図１４は、距離計測回路１００の第５のハードウェア構成例を示すブロック図である。図１５は、コンパレータ１１１Ａ、１１１Ｂおよび１１１Ｃが出力するコンパレータ出力信号ｃｍｐ１、ｃｍｐ２およびｃｍｐ３の波形の様子を例示する図である。
　距離計測回路１００は、コンパレータおよびＴＤＣを有する少なくとも１つのセットをさらに備え得る。図１４に、３つのコンパレータおよび３つのＴＤＣを備える距離計測回路１００の構成を例示する。コンパレータおよびＴＤＣを使用する数は、３つに限定されず、４つ以上であってもよい。
　１つのセットは、コンパレータ１１１ＣおよびＴＤＣ１１２Ｃを有する。コンパレータ１１１Ｃには、閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２とは異なる第３閾値Ｖｔｈ３（以下、「閾値Ｖｔｈ３」と表記する。）が基準電圧として与えられている。コンパレータ１１１Ｃは、受光信号Ｐｓの大きさと閾値Ｖｔｈ３とを比較し、受光信号Ｐｓの大きさが閾値Ｖｔｈ３を超えたときに第３コンパレータ出力信号ｃｍｐ３（以下、「コンパレータ出力信号ｃｍｐ３」と表記する。）を出力する。コンパレータ１１１ＣおよびＴＤＣ１１２Ｃのセットを２つ以上利用する場合においては、各セットが有するコンパレータ１１１Ｃには、互いに異なる閾値Ｖｔｈ３が基準電圧として与えられる。これにより、閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２およびＶｔｈ３は、互いに異なる値を示す。
　ＴＤＣ１１２Ｃは、基準パルスＳＰおよびコンパレータ出力信号ｃｍｐ３を受信し、基準パルスＳＰから受光信号Ｐｓの立ち上がりまでの第５経過時間（以下、「経過時間Ｔ３１」と表記する。）、および基準パルスＳＰから受光信号の立ち下がりまでの第６経過時間（以下、「経過時間Ｔ３２」と表記する。）をコンパレータ出力信号ｃｍｐ３に基づいて計測する。具体的には、ＴＤＣ１１２Ｃは、基準パルスＳＰの立ち上がり（時刻ｔ０：図３を参照）からコンパレータ出力信号ｃｍｐ３の立ち上がり（時刻ｔ３）までの経過時間Ｔ３１、および基準パルスＳＰの立ち上がりからコンパレータ出力信号ｃｍｐ３の立ち下がり（時刻ｔ４）までの経過時間Ｔ３２を計測する。
　微分回路１１３は、コンパレータ出力信号ｃｍｐ３が変化するタイミングにおける受光信号Ｐｓの時間微分をさらに取得する。
　演算処理部１２０は、ＴＤＣ１１２Ａがコンパレータ出力信号ｃｍｐ１に基づいて受光信号Ｐｓの立ち上がりを計測するタイミングＰ１、ＴＤＣ１１２Ｂがコンパレータ出力信号ｃｍｐ２に基づいて受光信号Ｐｓの立ち上がりを計測するタイミングＰ４、およびＴＤＣ１１２Ｃがコンパレータ出力信号ｃｍｐ３に基づいて受光信号Ｐｓの立ち上がりを計測するタイミンＰ５の中から、微分回路１１３が最大の微分値の絶対値を取得する第１計測タイミングを決定する。
　演算処理部１２０は、経過時間Ｔ１１、経過時間Ｔ２１および経過時間Ｔ３１の中から、決定した第１計測タイミングにおいて計測された１つを第１時間情報として選択する。経過時間Ｔ１１は、基準パルスＳＰの立ち上がりからコンパレータ出力信号ｃｍｐ１の立ち上がり（時刻ｔ１）までの経過時間である。経過時間Ｔ２１は、基準パルスＳＰの立ち上がりからコンパレータ出力信号ｃｍｐ２の立ち上がり（時刻ｔ２）までの経過時間である。例えば、最大の微分値の絶対値がタイミングＰ４で取得される場合、演算処理部１２０はタイミングＰ４を第１計測タイミングとして決定し、経過時間Ｔ１１、経過時間Ｔ２１および経過時間Ｔ３１の中から経過時間Ｔ２１を選択する。
　演算処理部１２０は、ＴＤＣ１１２Ａがコンパレータ出力信号ｃｍｐ１に基づいて受光信号Ｐｓの立ち下がりを計測するタイミングＰ２、ＴＤＣ１１２Ｂがコンパレータ出力信号ｃｍｐ２に基づいて受光信号Ｐｓの立ち下がりを計測するタイミングＰ３、およびＴＤＣ１１２Ｃがコンパレータ出力信号ｃｍｐ３に基づいて受光信号Ｐｓの立ち下がりを計測するタイミングＰ６の中から、微分回路１１３が最大の微分値の絶対値を取得する第２計測タイミングを決定する。
　演算処理部１２０は、経過時間Ｔ１２、経過時間Ｔ２２および経過時間Ｔ３２の中から、決定した第２計測タイミングにおいて計測された１つを第２時間情報として選択する。経過時間Ｔ１２は、基準パルスＳＰの立ち上がりからコンパレータ出力信号ｃｍｐ１の立ち下がり（時刻ｔ６）までの経過時間である。経過時間Ｔ２２は、基準パルスＳＰの立ち上がりからコンパレータ出力信号ｃｍｐ２の立ち下がり（時刻ｔ５）までの経過時間である。例えば、最大の微分値の絶対値がタイミングＰ６で取得される場合、演算処理部１２０はタイミングＰ６を第２計測タイミングとして決定し、経過時間Ｔ１２、経過時間Ｔ２２および経過時間Ｔ３２の中から経過時間Ｔ３２を選択する。
　メモリ１４０に格納された補正関数は、閾値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２およびＶｔｈ３の組み合わせ毎に異なる。つまり、補正関数は、その組み合わせの数だけ存在し得る。
　演算処理部１２０は、第２時間情報として選択した経過時間と、第１時間情報として選択した経過時間との差分が規定する受光信号Ｐｓのパルス幅Ｗを算出する。演算処理部１２０は、メモリ１４０に格納された補正関数を利用して、算出した受光信号Ｐｓのパルス幅Ｗに対応する補正量Δｔを決定する。反射点までの正確な距離を取得する手法は、図３を参照して説明したとおりである。
　この構成によれば、微分回路１１３が出力する受光信号Ｐｓの時間微分に基づいて立ち上がり・立ち下がり時の計測ポイントをより細かく決定できるので、受光信号Ｐｓの振幅変動に起因してコンパレータ出力信号に生じ得るジッタをより適切に抑制することが可能となる。
〔３．無人搬送車１５の基本構成〕
＜用語＞
　「無人搬送車」（ＡＧＶ）とは、本体に人手または自動で荷物を積み込み、指示された場所まで自動走行し、人手または自動で荷卸しをする無軌道車両を意味する。「無人搬送車」は、無人牽引車および無人フォークリフトを含む。本明細書では、移動体の一例として無人搬送車を挙げる。
　「無人」の用語は、車両の操舵に人を必要としないことを意味しており、無人搬送車が「人（例えば荷物の積み下ろしを行う者）」を搬送することは除外しない。
　「無人牽引車」とは、人手または自動で荷物の積み込み荷卸しをする台車を牽引して、指示された場所まで自動走行する無軌道車両である。
　「無人フォークリフト」とは、荷物移載用のフォークなどを上下させるマストを備え、フォークなどに荷物を自動移載し指示された場所まで自動走行し、自動荷役作業をする無軌道車両である。
　「無軌道車両」とは、車輪と、車輪を回転させる電気モータまたはエンジンを備える移動体（ｖｅｈｉｃｌｅ）である。
　「移動体」とは、人または荷物を載せて移動する装置であり、移動のための駆動力（ｔｒａｃｔｉｏｎ）を発生させる車輪、二足または多足歩行装置、プロペラなどの駆動装置を備える。本開示における「移動体」の用語は、狭義の無人搬送車のみならず、モバイルロボット、サービスロボット、およびドローンを含む。
　「自動走行」は、無人搬送車が通信によって接続されるコンピュータの運行管理システムの指令に基づく走行と、無人搬送車が備える制御装置による自律的走行とを含む。自律的走行には、無人搬送車が所定の経路に沿って目的地に向かう走行のみならず、追尾目標に追従する走行も含まれる。また、無人搬送車は、一時的に作業者の指示に基づくマニュアル走行を行ってもよい。「自動走行」は、一般には「ガイド式」の走行および「ガイドレス式」の走行の両方を含むが、本開示では「ガイドレス式」の走行を意味する。
　「ガイド式」とは、誘導体を連続的または断続的に設置し、誘導体を利用して無人搬送車を誘導する方式である。
　「ガイドレス式」とは、誘導体を設置せずに誘導する方式である。本開示の実施形態における無人搬送車は、自己位置推定装置を備え、ガイドレス式で走行することができる。
　「位置推定装置」は、レーザレンジファインダなどの外界センサによって取得されたセンサデータに基づいて地図上における自己位置を推定する装置である。
　「外界センサ」は、移動体の外部の状態をセンシングするセンサである。外界センサには、例えば、レーザレンジファインダ（測域センサともいう）、カメラ（またはイメージセンサ）、ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）、ミリ波レーダ、超音波センサ、および磁気センサがある。
　本開示の距離計測回路を備える測距装置（例えばＬＲＦ）は、例えばＡＧＶに好適に搭載され得る。
（１）システムの基本構成
　図１６は、本実施形態にかかる例示的な移動体管理システム１０００の基本構成例を示している。移動体管理システム１０００は、少なくとも１台のＡＧＶ１５と、ＡＧＶ１５の運行管理を行う運行管理装置５０とを含む。図１６には、ユーザ１によって操作される端末装置２０も記載されている。
　ＡＧＶ１５は、走行に磁気テープなどの誘導体が不要な「ガイドレス式」走行が可能な無人搬送台車である。ＡＧＶ１５は、自己位置推定を行い、推定の結果を端末装置２０および運行管理装置５０に送信することができる。ＡＧＶ１５は、運行管理装置５０からの指令に従ってＡＧＶ１５が存在する環境Ｓ内を自動走行することが可能である。
　運行管理装置５０は各ＡＧＶ１５の位置をトラッキングし、各ＡＧＶ１５の走行を管理するコンピュータシステムである。運行管理装置５０は、デスクトップ型ＰＣ、ノート型ＰＣ、および／または、サーバコンピュータであり得る。運行管理装置５０は、複数のアクセスポイント２を介して、各ＡＧＶ１５と通信する。例えば、運行管理装置５０は、各ＡＧＶ１５が次に向かうべき位置の座標のデータを各ＡＧＶ１５に送信する。各ＡＧＶ１５は、定期的に、例えば２５０ミリ秒ごとに自身の位置および姿勢（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を示すデータを運行管理装置５０に送信する。指示した位置にＡＧＶ１５が到達すると、運行管理装置５０は、更に次に向かうべき位置の座標のデータを送信する。ＡＧＶ１５は、端末装置２０に入力されたユーザ１の操作に応じて環境Ｓ内を走行することも可能である。端末装置２０の一例はタブレットコンピュータである。
　図１７は、３台のＡＧＶ１５ａ、１５ｂおよび１５ｃが存在する環境Ｓの一例を示している。いずれのＡＧＶも図中の奥行き方向に走行しているとする。ＡＧＶ１５ａおよび１５ｂは天板に載置された荷物を搬送中である。ＡＧＶ１５ｃは、前方のＡＧＶ１５ｂに追従して走行している。なお、説明の便宜のため、図１７では参照符号１５ａ、１５ｂおよび１５ｃを付したが、以下では、「ＡＧＶ１５」と記述する。
　ＡＧＶ１５は、天板に載置された荷物を搬送する方法以外に、自身と接続された牽引台車を利用して荷物を搬送することも可能である。図１８は接続される前のＡＧＶ１５および牽引台車５を示している。牽引台車５の各足にはキャスターが設けられている。ＡＧＶ１５は牽引台車５と機械的に接続される。図１９は、接続されたＡＧＶ１５および牽引台車５を示している。ＡＧＶ１５が走行すると、牽引台車５はＡＧＶ１５に牽引される。牽引台車５を牽引することにより、ＡＧＶ１５は、牽引台車５に載置された荷物を搬送できる。
　ＡＧＶ１５と牽引台車５との接続方法は任意である。ここでは一例を説明する。ＡＧＶ１５の天板にはプレート６が固定されている。牽引台車５には、スリットを有するガイドＧが設けられている。ＡＧＶ１５は牽引台車５に接近し、プレート６をガイドＧのスリットに差し込む。差し込みが完了すると、ＡＧＶ１５は、図示されない電磁ロック式ピンをプレート６およびガイドＧに貫通させ、電磁ロックをかける。これにより、ＡＧＶ１５と牽引台車５とが物理的に接続される。
　再び図１６を参照する。各ＡＧＶ１５と端末装置２０とは、例えば１対１で接続されてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格に準拠した通信を行うことができる。各ＡＧＶ１５と端末装置２０とは、１または複数のアクセスポイント２を利用してＷｉ－Ｆｉ（登録商標）に準拠した通信を行うこともできる。複数のアクセスポイント２は、例えばスイッチングハブ３を介して互いに接続されている。図１６には２台のアクセスポイント２ａ、２ｂが記載されている。ＡＧＶ１５はアクセスポイント２ａと無線で接続されている。端末装置２０はアクセスポイント２ｂと無線で接続されている。ＡＧＶ１５が送信したデータはアクセスポイント２ａで受信された後、スイッチングハブ３を介してアクセスポイント２ｂに転送され、アクセスポイント２ｂから端末装置２０に送信される。また、端末装置２０が送信したデータは、アクセスポイント２ｂで受信された後、スイッチングハブ３を介してアクセスポイント２ａに転送され、アクセスポイント２ａからＡＧＶ１５に送信される。これにより、ＡＧＶ１５および端末装置２０の間の双方向通信が実現される。複数のアクセスポイント２はスイッチングハブ３を介して運行管理装置５０とも接続されている。これにより、運行管理装置５０と各ＡＧＶ１５との間でも双方向通信が実現される。
（２）地図の作成
　自己位置を推定しながらＡＧＶ１５が走行できるようにするため、環境Ｓ内の地図が作成される。ＡＧＶ１５には位置推定装置およびＬＲＦが搭載されており、ＬＲＦの出力を利用して地図を作成できる。
　ＡＧＶ１５は、ユーザの操作によってデータ取得モードに遷移する。データ取得モードにおいて、ＡＧＶ１５はＬＲＦを用いたセンサデータの取得を開始する。
　位置推定装置は、センサデータを記憶装置に蓄積する。環境Ｓ内のセンサデータの取得が完了すると、記憶装置に蓄積されたセンサデータが外部装置に送信される。外部装置は、例えば信号処理プロセッサを有し、かつ、地図作成コンピュータプログラムがインストールされたコンピュータである。
　外部装置の信号処理プロセッサは、スキャンごとに得られたセンサデータ同士を重ね合わせる。信号処理プロセッサが重ね合わせる処理を繰り返し行うことにより、環境Ｓの地図を作成することができる。地図は、例えば、地図を加工する装置（不図示）を用いて加工される。その装置は、地図から選択された特定領域の位置を示すデータを作成する。外部装置は、加工された地図のデータをＡＧＶ１５に送信する。ＡＧＶ１５は、加工された地図のデータを内部の記憶装置に保存する。外部装置は、運行管理装置５０であってもよいし、他の装置であってもよい。
　外部装置ではなくＡＧＶ１５が地図の作成および加工を行ってもよい。上述した外部装置の信号処理プロセッサが行った処理を、ＡＧＶ１５のマイクロコントローラユニット（マイコン）などの回路が行えばよい。ＡＧＶ１５内で地図を作成する場合には、蓄積されたセンサデータを外部装置に送信する必要がなくなる。センサデータのデータ容量は一般には大きいと考えられる。センサデータを外部装置に送信する必要がないため、通信回線の占有を回避できる。
　センサデータを取得するための環境Ｓ内の移動は、ユーザの操作に従ってＡＧＶ１５が走行することによって実現し得る。例えば、ＡＧＶ１５は、端末装置２０を介して無線でユーザから前後左右の各方向への移動を指示する走行指令を受け取る。ＡＧＶ１５は走行指令に従って環境Ｓ内を前後左右に走行し、地図を作成する。ＡＧＶ１５がジョイスティック等の操縦装置と有線で接続されている場合には、当該操縦装置からの制御信号に従って環境Ｓ内を前後左右に走行し、地図を作成してもよい。ＬＲＦを搭載した計測台車を人が押し歩くことによってセンサデータを取得してもよい。
　図１６および図１７には複数台のＡＧＶ１５が示されているが、ＡＧＶは１台であってもよい。複数台のＡＧＶ１５が存在する場合、ユーザ１は端末装置２０を利用して、登録された複数のＡＧＶのうちから１台のＡＧＶ１５を選択して、環境Ｓの地図を作成させることができる。
　地図が作成されると、以後、各ＡＧＶ１５は当該地図を利用して自己位置を推定しながら自動走行することができる。
（３）ＡＧＶの構成
　図２０は、本開示の実施形態にかかる例示的なＡＧＶ１５の外観図である。ＡＧＶ１５は、２つの駆動輪１１ａおよび１１ｂと、４つのキャスター１１ｃ、１１ｄ、１１ｅおよび１１ｆと、フレーム１２と、搬送テーブル１３と、走行制御装置１４と、ＬＲＦ７とを有する。２つの駆動輪１１ａおよび１１ｂは、ＡＧＶ１５の右側および左側にそれぞれ設けられている。４つのキャスター１１ｃ、１１ｄ、１１ｅおよび１１ｆは、ＡＧＶ１５の４隅に配置されている。なお、ＡＧＶ１５は、２つの駆動輪１１ａおよび１１ｂに接続される複数のモータも有するが、複数のモータは図２０には示されていない。また、図２０には、ＡＧＶ１５の右側に位置する１つの駆動輪１１ａおよび２つのキャスター１１ｃおよび１１ｅと、左後部に位置するキャスター１１ｆとが示されているが、左側の駆動輪１１ｂおよび左前部のキャスター１１ｄはフレーム１２の蔭に隠れているため明示されていない。４つのキャスター１１ｃ、１１ｄ、１１ｅおよび１１ｆは、自由に旋回することができる。以下の説明では、駆動輪１１ａおよび駆動輪１１ｂを、それぞれ車輪１１ａおよび車輪１１ｂとも称する。
　走行制御装置１４は、ＡＧＶ１５の動作を制御する装置であり、主としてマイコン（後述）を含む集積回路、電子部品およびそれらが搭載された基板を含む。走行制御装置１４は、上述した、端末装置２０とのデータの送受信、および、前処理演算を行う。
　ＬＲＦ７は、例えば赤外のレーザビーム１５ａを放射し、当該レーザビーム１５ａの反射光を検出することにより、反射点までの距離を測定する。本実施形態では、ＡＧＶ１５のＬＲＦ７は、例えばＡＧＶ１５の正面を基準として左右１３５度（合計２７０度）の範囲の空間に、０．２５度ごとに方向を変化させながらパルス状のレーザビーム１５ａを放射し、各レーザビーム１５ａの反射光を検出する。これにより、０．２５度ごと、合計１０８１ステップ分の角度で決まる方向における反射点までの距離のデータを得ることができる。なお、本実施形態では、ＬＲＦ７が行う周囲の空間のスキャンは実質的に床面に平行であり、平面的（二次元的）である。しかしながら、ＬＲＦ７は高さ方向のスキャンを行ってもよい。
　ＡＧＶ１５の位置および姿勢（向き）と、ＬＲＦ７のスキャン結果とにより、ＡＧＶ１５は、環境Ｓの地図を作成することができる。地図には、ＡＧＶの周囲の壁、柱等の構造物、床の上に載置された物体の配置が反映され得る。地図のデータは、ＡＧＶ１５内に設けられた記憶装置に格納される。
　ＡＧＶ１５の位置および姿勢、すなわちポーズ（ｘ，ｙ，θ）を、以下、単に「位置」と呼ぶことがある。
　走行制御装置１４は、前述したようにして、ＬＲＦ７の測定結果と、自身が保持する地図データとを比較して、自身の現在位置を推定する。地図データは、他のＡＧＶ１５が作成した地図データであってもよい。
　図２１Ａは、ＡＧＶ１５の第１のハードウェア構成例を示している。また図２１Ａは、走行制御装置１４の具体的な構成も示している。
　ＡＧＶ１５は、走行制御装置１４と、ＬＲＦ７と、２台のモータ１６ａおよび１６ｂと、駆動装置１７と、車輪１１ａおよび１１ｂとを備えている。
　走行制御装置１４は、マイコン１４ａと、メモリ１４ｂと、記憶装置１４ｃと、通信回路１４ｄと、位置推定装置１４ｅとを有している。マイコン１４ａ、メモリ１４ｂ、記憶装置１４ｃ、通信回路１４ｄおよび位置推定装置１４ｅは通信バス１４ｆで接続されており、相互にデータを授受することが可能である。ＬＲＦ７もまた通信インタフェース（図示せず）を介して通信バス１４ｆに接続されており、計測結果である計測データを、マイコン１４ａ、位置推定装置１４ｅおよび／またはメモリ１４ｂに送信する。
　マイコン１４ａは、走行制御装置１４を含むＡＧＶ１５の全体を制御するための演算を行うプロセッサまたは制御回路（コンピュータ）である。典型的にはマイコン１４ａは半導体集積回路である。マイコン１４ａは、制御信号であるＰＷＭ信号を駆動装置１７に送信して駆動装置１７を制御し、モータに印加する電圧を調整させる。これによりモータ１６ａおよび１６ｂの各々が所望の回転速度で回転する。
　左右のモータ１６ａおよび１６ｂの駆動を制御する１つ以上の制御回路（例えばマイコン）を、マイコン１４ａとは独立して設けてもよい。例えば、駆動装置１７が、モータ１６ａおよび１６ｂの駆動をそれぞれ制御する２つのマイコンを備えていてもよい。
　メモリ１４ｂは、マイコン１４ａが実行するコンピュータプログラムを記憶する、揮発性の記憶装置である。メモリ１４ｂは、マイコン１４ａおよび位置推定装置１４ｅが演算を行う際のワークメモリとしても利用され得る。
　記憶装置１４ｃは、不揮発性の半導体メモリ装置である。ただし、記憶装置１４ｃは、ハードディスクに代表される磁気記録媒体、または、光ディスクに代表される光学式記録媒体であってもよい。更に、記憶装置１４ｃは、いずれかの記録媒体にデータを書き込みおよび／または読み出すためのヘッド装置および当該ヘッド装置の制御装置を含んでもよい。
　記憶装置１４ｃは、走行する環境Ｓの地図Ｍ、および、１または複数の走行経路のデータ（走行経路データ）Ｒを記憶する。地図Ｍは、ＡＧＶ１５が地図作成モードで動作することによって作成され記憶装置１４ｃに記憶される。走行経路データＲは、地図Ｍが作成された後に外部から送信される。本実施形態では、地図Ｍおよび走行経路データＲは同じ記憶装置１４ｃに記憶されているが、異なる記憶装置に記憶されてもよい。
　走行経路データＲの例を説明する。
　端末装置２０がタブレットコンピュータである場合には、ＡＧＶ１５はタブレットコンピュータから走行経路を示す走行経路データＲを受信する。このときの走行経路データＲは、複数のマーカの位置を示すマーカデータを含む。「マーカ」は走行するＡＧＶ１５の通過位置（経由点）を示す。走行経路データＲは、走行開始位置を示す開始マーカおよび走行終了位置を示す終了マーカの位置情報を少なくとも含む。走行経路データＲは、更に、１以上の中間経由点のマーカの位置情報を含んでもよい。走行経路が１以上の中間経由点を含む場合には、開始マーカから、当該走行経由点を順に経由して終了マーカに至る経路が、走行経路として定義される。各マーカのデータは、そのマーカの座標データに加えて、次のマーカに移動するまでのＡＧＶ１５の向き（角度）および走行速度のデータを含み得る。ＡＧＶ１５が各マーカの位置で一旦停止し、自己位置推定および端末装置２０への通知などを行う場合には、各マーカのデータは、当該走行速度に達するまでの加速に要する加速時間、および／または、当該走行速度から次のマーカの位置で停止するまでの減速に要する減速時間のデータを含み得る。
　端末装置２０ではなく運行管理装置５０（例えば、ＰＣおよび／またはサーバコンピュータ）がＡＧＶ１５の移動を制御してもよい。その場合には、運行管理装置５０は、ＡＧＶ１５がマーカに到達する度に、次のマーカへの移動をＡＧＶ１５に指示してもよい。例えば、ＡＧＶ１５は、運行管理装置５０から、次に向かうべき目的位置の座標データ、または、当該目的位置までの距離および進むべき角度のデータを、走行経路を示す走行経路データＲとして受信する。
　ＡＧＶ１５は、作成された地図と走行中に取得されたＬＲＦ７が出力したセンサデータとを利用して自己位置を推定しながら、記憶された走行経路に沿って走行することができる。
　通信回路１４ｄは、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）および／またはＷｉ－Ｆｉ（登録商標）規格に準拠した無線通信を行う無線通信回路である。いずれの規格も、２．４ＧＨｚ帯の周波数を利用した無線通信規格を含む。例えばＡＧＶ１５を走行させて地図を作成するモードでは、通信回路１４ｄは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格に準拠した無線通信を行い、１対１で端末装置２０と通信する。
　位置推定装置１４ｅは、地図の作成処理、および、走行時には自己位置の推定処理を行う。位置推定装置１４ｅは、ＡＧＶ１５の位置および姿勢とＬＲＦのスキャン結果とにより、環境Ｓの地図を作成し得る。走行時には、位置推定装置１４ｅは、ＬＲＦ７からセンサデータを受け取り、また、記憶装置１４ｃに記憶された地図Ｍおよび特定領域の位置データを読み出す。ＬＲＦ７のスキャン結果から作成された局所的地図データ（センサデータ）を、より広範囲の地図Ｍとのマッチングを行うことにより、地図Ｍ上における自己位置（ｘ，ｙ，θ）を同定する。位置推定装置１４ｅは、局所的地図データが地図Ｍに一致した程度を表す「信頼度」のデータを生成する。自己位置（ｘ，ｙ，θ）、および、信頼度の各データは、ＡＧＶ１５から端末装置２０または運行管理装置５０に送信され得る。端末装置２０または運行管理装置５０は、自己位置（ｘ，ｙ，θ）、および、信頼度の各データを受信して、内蔵または接続された表示装置に表示することができる。
　本実施形態では、マイコン１４ａと位置推定装置１４ｅとは別個の構成要素であるとしているが、これは一例である。マイコン１４ａおよび位置推定装置１４ｅの各動作を独立して行うことが可能な１つのチップ回路または半導体集積回路であってもよい。図２１Ａには、マイコン１４ａおよび位置推定装置１４ｅを包括するチップ回路１４ｇが示されている。以下では、マイコン１４ａおよび位置推定装置１４ｅが別個独立に設けられている例を説明する。
　２台のモータ１６ａおよび１６ｂは、それぞれ２つの車輪１１ａおよび１１ｂに取り付けられ、各車輪を回転させる。つまり、２つの車輪１１ａおよび１１ｂはそれぞれ駆動輪である。本明細書では、モータ１６ａおよびモータ１６ｂは、それぞれＡＧＶ１５の右輪および左輪を駆動するモータであるとして説明する。
　駆動装置１７は、２台のモータ１６ａおよび１６ｂの各々に印加される電圧を調整するためのモータ駆動回路１７ａおよび１７ｂを有する。モータ駆動回路１７ａおよび１７ｂの各々はいわゆるインバータ回路を含む。モータ駆動回路１７ａおよび１７ｂは、マイコン１４ａまたはモータ駆動回路１７ａ内のマイコンから送信されたＰＷＭ信号によって各モータに流れる電流をオンまたはオフし、それによりモータに印加される電圧を調整する。
　図２１Ｂは、ＡＧＶ１５の第２のハードウェア構成例を示している。第２のハードウェア構成例は、レーザ測位システム１４ｈを有する点、および、マイコン１４ａが各構成要素と１対１で接続されている点において、第１のハードウェア構成例（図２４Ａ）と相違する。
　レーザ測位システム１４ｈは、位置推定装置１４ｅおよびＬＲＦ７を有する。位置推定装置１４ｅおよびＬＲＦ７は、例えばイーサネット（登録商標）ケーブルで接続されている。位置推定装置１４ｅおよびＬＲＦ７の各動作は上述した通りである。レーザ測位システム１４ｈは、ＡＧＶ１５のポーズ（ｘ，ｙ，θ）を示す情報をマイコン１４ａに出力する。
　マイコン１４ａは、種々の汎用Ｉ／Ｏインタフェースまたは汎用入出力ポート（図示せず）を有している。マイコン１４ａは、通信回路１４ｄ、レーザ測位システム１４ｈ等の、走行制御装置１４内の他の構成要素と、当該汎用入出力ポートを介して直接接続されている。
　図２１Ｂに関して上述した構成以外は、図２１Ａの構成と共通である。よって共通の構成の説明は省略する。
　本開示の実施形態におけるＡＧＶ１５は、図示されていない障害物検知センサおよびバンパースイッチなどのセーフティセンサを備えていてもよい。
（４）運行管理装置の構成例
　図２２は、運行管理装置５０のハードウェア構成例を示している。運行管理装置５０は、ＣＰＵ５１と、メモリ５２と、位置データベース（位置ＤＢ）５３と、通信回路５４と、地図データベース（地図ＤＢ）５５と、画像処理回路５６とを有する。
　ＣＰＵ５１、メモリ５２、位置ＤＢ５３、通信回路５４、地図ＤＢ５５および画像処理回路５６は通信バス５７で接続されており、相互にデータを授受することが可能である。
　ＣＰＵ５１は、運行管理装置５０の動作を制御する信号処理回路（コンピュータ）である。典型的にはＣＰＵ５１は半導体集積回路である。
　メモリ５２は、ＣＰＵ５１が実行するコンピュータプログラムを記憶する記憶装置である。メモリ５２は、ＣＰＵ５１が演算を行う際のワークメモリとしても利用され得る。
　位置ＤＢ５３は、各ＡＧＶ１５の行き先となり得る各位置を示す位置データを格納する。位置データは、例えば管理者によって工場内に仮想的に設定された座標によって表され得る。位置データは管理者によって決定される。
　通信回路５４は、例えばイーサネット（登録商標）規格に準拠した有線通信を行う。通信回路５４はアクセスポイント２（図１６）と有線で接続されており、アクセスポイント２を介して、ＡＧＶ１５と通信することができる。通信回路５４は、ＡＧＶ１５に送信すべきデータを、通信バス５７を介してＣＰＵ５１から受信する。また通信回路５４は、ＡＧＶ１５から受信したデータ（通知）を、通信バス５７を介してＣＰＵ５１および／またはメモリ５２に送信する。
　地図ＤＢ５５は、ＡＧＶ１５が走行する工場等の内部の地図のデータおよび特定領域の位置データを格納する。各ＡＧＶ１５の位置と１対１で対応関係を有する地図であれば、データの形式は問わない。例えば地図ＤＢ５５に格納される地図は、ＣＡＤによって作成された地図であってもよい。
　運行管理装置５０は、例えばＡＧＶ１５が特定領域を迂回するようにＡＧＶ１５の経路を決定し得る。
　位置ＤＢ５３および地図ＤＢ５５は、不揮発性の半導体メモリ上に構築されてもよいし、ハードディスクに代表される磁気記録媒体、または光ディスクに代表される光学式記録媒体上に構築されてもよい。
　画像処理回路５６はモニタ５８に表示される映像のデータを生成する回路である。画像処理回路５６は、専ら、管理者が運行管理装置５０を操作する際に動作する。本実施形態では特にこれ以上の詳細な説明は省略する。なお、モニタ５８は運行管理装置５０と一体化されていてもよい。また画像処理回路５６の処理をＣＰＵ５１が行ってもよい。
　上記の包括的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または記録媒体によって実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム、および記録媒体の任意な組み合わせによって実現されてもよい。
　本開示の技術は、自己位置を同定する処理を行う移動体、当該移動体を制御する走行管理装置、および移動体および走行管理装置を包含する管理システムにおいて広く用いられ得る。
　７７：光検出器、１００：距離計測回路、１１０：距離計測部、１１１Ａ、１１１Ｂ：コンパレータ、１１２Ａ、１１２Ｂ：時間デジタル変換器（ＴＤＣ）、１２０：演算処理部、１４０：メモリ、２００：プロセッサ

Claims (13)

  1. 　測定光を出射する光源、および入射光の強度に応じた大きさの受光信号を出力する光検出器を備える測距装置に搭載される距離計測回路であって、
    　前記光検出器から出力される、反射点で反射された反射光の強度に応じた大きさの受光信号を受信して、前記受光信号の大きさと第１閾値とを比較し、前記受光信号の大きさが前記第１閾値を超えたときに第１コンパレータ出力信号を出力する第１コンパレータと、
    　前記光検出器から出力される前記受光信号を受信して、前記受光信号の大きさと、前記第１閾値よりも大きい第２閾値とを比較し、前記受光信号の大きさが前記第２閾値を超えたときに第２コンパレータ出力信号を出力する第２コンパレータと、
    　前記光源が前記測定光を出射するタイミングを規定する基準パルスおよび前記第１コンパレータ出力信号を受信し、前記基準パルスから前記受光信号の立ち上がりまでの第１経過時間を前記第１コンパレータ出力信号に基づいて計測する第１の時間デジタル変換器と、
    　前記基準パルスおよび前記第２コンパレータ出力信号を受信し、前記基準パルスから前記受光信号の立ち下がりまでの第２経過時間を前記第２コンパレータ出力信号に基づいて計測する第２の時間デジタル変換器と、
    　　前記第１経過時間を、前記反射点までの距離の算出に用いる第１時間情報として取得し、かつ、前記第２経過時間を、前記反射点までの距離の算出に用いる第２時間情報として取得し、
    　　前記第１時間情報および前記第２時間情報に基づいて、前記反射点までの距離をＴＯＦ方式に従って決定する、プロセッサと、
    を備える、距離計測回路。
  2. 　前記第２閾値は、前記第１閾値の１．５倍以上２．０倍以下である、請求項１に記載の距離計測回路。
  3. 　測定光を出射する光源および入射光の強度に応じた大きさの受光信号を出力する光検出器を備える測距装置に搭載される距離計測回路であって、
    　前記光検出器から出力される、反射点で反射された反射光の強度に応じた大きさの受光信号を受信して、前記受光信号の大きさと第１閾値とを比較し、前記受光信号の大きさが前記第１閾値を超えたときに第１コンパレータ出力信号を出力する第１コンパレータと、
    　前記光検出器から出力される前記受光信号を受信して、前記受光信号の大きさと、前記第１閾値とは異なる第２閾値とを比較し、前記受光信号の大きさが前記第２閾値を超えたときに第２コンパレータ出力信号を出力する第２コンパレータと、
    　前記光源が前記測定光を出射するタイミングを規定する基準パルスおよび前記第１コンパレータ出力信号を受信し、前記基準パルスから前記受光信号の立ち上がりまでの第１経過時間、および前記基準パルスから前記受光信号の立ち下がりまでの第２経過時間を前記第１コンパレータ出力信号に基づいて計測する第１の時間デジタル変換器と、
    　前記基準パルスおよび前記第２コンパレータ出力信号を受信し、前記基準パルスから前記受光信号の立ち下がりまでの第３経過時間を前記第２コンパレータ出力信号に基づいて計測する第２の時間デジタル変換器と、
    　　前記第１経過時間を、前記反射点までの距離の算出に用いる第１時間情報として取得し、かつ、前記受光信号の時間微分に基づいて、前記第２経過時間および前記第３経過時間のうちの１つを第２時間情報として選択し、
    　　前記第１時間情報および前記第２時間情報に基づいて、前記反射点までの距離をＴＯＦ方式に従って決定する、プロセッサと、
    を備える、距離計測回路。
  4. 　前記第２の時間デジタル変換器は、前記基準パルスから前記受光信号の立ち上がりまでの第４経過時間を前記第２コンパレータ出力信号に基づいてさらに計測し、
    　前記プロセッサは、
    　　前記受光信号の時間微分に基づいて、前記第１経過時間および前記第４経過時間のうちの１つを前記第１時間情報として選択し、
    　　前記受光信号の時間微分に基づいて、前記第２経過時間および前記第３経過時間のうちの１つを前記第２時間情報として選択する、請求項３に記載の距離計測回路。
  5. 　前記第１コンパレータ出力信号が変化するタイミングおよび前記第２コンパレータ出力信号が変化するタイミングにおける前記受光信号の時間微分を取得する微分回路をさらに備える、請求項４に記載の距離計測回路。
  6. 　前記プロセッサは、
    　　前記受光信号の大きさが前記第１閾値を上回るタイミングにおいて前記微分回路が取得する前記受光信号の第１微分値と、前記受光信号が前記第２閾値を上回るタイミングにおいて前記微分回路が取得する前記受光信号の第２微分値とを比較し、前記第１微分値の絶対値が、前記第２微分値の絶対値よりも大きいときに、前記第１経過時間を前記第１時間情報として選択し、前記第２微分値の絶対値が、前記第１微分値の絶対値よりも大きいときに、前記第４経過時間を前記第１時間情報として選択し、
    　　前記受光信号が前記第１閾値を下回るタイミングにおいて前記微分回路が取得する前記受光信号の第３微分値と、前記受光信号が前記第２閾値を下回るタイミングにおいて前記微分回路が取得する前記受光信号の第４微分値とを比較し、前記第３微分値の絶対値が、前記第４微分値の絶対値よりも大きいときに、前記第２経過時間を前記第２時間情報として選択し、前記第４微分値の絶対値が、前記第３微分値の絶対値よりも大きいときに、前記第３経過時間を前記第２時間情報として選択する、請求項５に記載の距離計測回路。
  7. 　受光信号のパルス幅と、前記反射点までの距離を補正するために用いる補正量との対応を規定した補正関数であって、前記第１閾値および前記第２閾値の組み合わせ毎に異なる補正関数を予め格納したメモリをさらに備え、
    　前記プロセッサは、
    　　前記２時間情報として選択した経過時間と、前記第１時間情報として選択した経過時間との差分が規定する、前記光検出器から出力される前記受光信号のパルス幅を算出し、
    　　前記補正関数を利用して、算出した前記受光信号のパルス幅に対応する補正量を決定し、
    　　前記補正量に基づいて前記反射点までの距離を補正する、請求項１～６のいずれかに記載の距離計測回路。
  8. 　前記第１閾値は前記第１コンパレータに基準電圧として与えられ、前記第２閾値は前記第２コンパレータに基準電圧として与えられている、請求項１～７のいずれかに記載の距離計測回路。
  9. 　前記光検出器から出力される、入射光の強度に応じた大きさの前記受光信号を増幅し、増幅した前記受光信号の正転信号および反転信号を差動信号として出力する増幅回路と、
    　　前記正転信号および前記反転信号の一方に第１レベルのバイアスを与え、前記第１レベルのバイアスを与えた出力信号を出力し、
    　　前記正転信号および前記反転信号の他方に前記第１レベルとは異なる第２レベルのバイアスを与え、前記第２レベルのバイアスを与えた出力信号を出力し、
    　　前記正転信号および前記反転信号の前記他方に、前記第１レベルおよび前記第２レベルとは異なる第３レベルのバイアスを与え、前記第３レベルのバイアスを与えた出力信号を出力する、レベルシフト回路と、
    をさらに備え、
    　前記第１閾値は、前記第１レベルおよび前記第２レベルのバイアスの差分によって前記第１コンパレータに与えられ、前記第２閾値は、前記第１レベルおよび前記第３レベルのバイアスの差分によって前記第２コンパレータに与えられる、請求項１～８のいずれかに記載の距離計測回路。
  10. 　前記第１閾値および前記第２閾値とは異なる第３閾値が基準電圧として与えられた第３のコンパレータであって、前記光検出器から出力される前記受光信号を受信して、前記受光信号の大きさと、前記第１閾値および前記第２閾値とは異なる第３閾値とを比較し、前記受光信号の大きさが前記第３閾値を超えたときに第３コンパレータ出力信号を出力する第３のコンパレータと、
    　前記基準パルスおよび前記第３コンパレータ出力信号を受信し、前記基準パルスから前記受光信号の立ち上がりまでの第５経過時間、および前記基準パルスから前記受光信号の立ち下がりまでの第６経過時間を前記第３コンパレータ出力信号に基づいて計測する第３の時間デジタル変換器と、
    を有する少なくとも１つのセットをさらに備え、
    　前記少なくとも１つのセットが有するそれぞれの第３コンパレータは、互いに異なる第３閾値を有し、
    　前記微分回路は、前記第３コンパレータ出力信号が変化するタイミングにおける前記受光信号の時間微分をさらに取得し、
    　前記プロセッサは、
    　前記第１の時間デジタル変換器が前記第１コンパレータ出力信号に基づいて前記受光信号の立ち上がりを計測するタイミング、前記第２の時間デジタル変換器が前記第２コンパレータ出力信号に基づいて前記受光信号の立ち上がりを計測するタイミング、および前記第３の時間デジタル変換器が前記第３コンパレータ出力信号に基づいて前記受光信号の立ち上がりを計測するタイミングの中から、前記微分回路が最大の微分値の絶対値を取得する第１計測タイミングを決定し、
    　前記第１経過時間、前記第４経過時間および前記第５経過時間の中から、決定した前記第１計測タイミングにおいて計測された１つを前記第１時間情報として選択し、
    　前記第１の時間デジタル変換器が前記第１コンパレータ出力信号に基づいて前記受光信号の立ち下がりを計測するタイミング、前記第２の時間デジタル変換器が前記第２コンパレータ出力信号に基づいて前記受光信号の立ち下がりを計測するタイミング、および前記第３の時間デジタル変換器が前記第３コンパレータ出力信号に基づいて前記受光信号の立ち下がりを計測するタイミングの中から、前記微分回路が最大の微分値の絶対値を取得する第２計測タイミングを決定し、
    　前記第２経過時間、前記第３経過時間および前記第６経過時間の中から、決定した前第２計測タイミングにおいて計測された１つを前記第２時間情報として選択する、請求項５に記載の距離計測回路。
  11. 　受光信号のパルス幅と、前記反射点までの距離を補正するために用いる補正量との対応を規定した補正関数であって、前記第１閾値、前記第２閾値および前記第３閾値の組み合わせ毎に異なる補正関数を予め格納したメモリをさらに備え、
    　前記プロセッサは、
    　　前記２時間情報として選択した経過時間と、前記第１時間情報として選択した経過時間との差分が規定する、前記光検出器から出力される前記受光信号のパルス幅を算出し、
    　　前記補正関数を利用して、算出した前記受光信号のパルス幅に対応する補正量を決定し、
    　　前記補正量に基づいて前記反射点までの距離を補正する、請求項１０に記載の距離計測回路。
  12. 　測定光を出射する光源と、
    　入射光の強度に応じた大きさの受光信号を出力する光検出器と、
    　請求項１～１１のいずれかに記載の距離計測回路と、
    を備える測距装置。
  13. 　請求項１２に記載の測距装置を備える移動体。
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