JP6860459B2 - 距離計測装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、距離計測装置に関する。

ＬＩＤＡＲ（Laser Imaging Detection And Ranging）と称される距離計測装置が知られている。この距離計測装置は、光源から被測定物にパルス光を照射し、被測定物により反射（散乱）した反射光（散乱光）を光検出器で検出する。この場合の光の往復時間は、距離計測装置から被測定物までの距離（光路長）が長いほど、長くなる。そのため、光源が光を出射したタイミングと反射光が検出されたタイミングとの時間差を用いて、距離を計測できる。

国際公開第１９９７／０４３６５１号 特開２０００−６５４９７号公報

上述の距離計測装置では、パルス光を所定周期で出射する場合、例えば、悪意ある第三者等が同じ周期で妨害光を出射し、その妨害光を検出してしまうと、距離の計測結果に間違いを生じてしまうことがある。

そこで、本実施形態の課題は、被測定物までの距離を高精度に計測できる距離計測装置を提供することである。

実施形態の距離計測装置は、所定周期ごとにランダムな時間長のオフセットの分だけ遅らせて光を間欠的に出射する出射部と、前記出射部によって光が出射されてから、被測定物で反射した反射光が戻ってくるまでの時間と、前記所定周期ごとの光の複数の検出信号をそれぞれの前記オフセットの分だけずらして時分割積算して生成した積算検出信号と、に基づき、前記被測定物までの距離を計測する計測部と、を備える。

図１は、第１実施形態の距離計測装置の概略的な全体構成図である。 図２は、第１実施形態の距離計測装置の全体構成図である。 図３Ａは、第１実施形態における発光タイミングの説明図である。 図３Ｂは、第１実施形態における時分割積算の説明図である。 図４Ａは、第２実施形態におけるシフトあり時分割積算の説明図である。 図４Ｂは、第２実施形態におけるシフトなし時分割積算の説明図である。 図５は、第２実施形態の距離計測装置の概略的な全体構成図である。 図６は、第３実施形態の距離計測装置の概略的な全体構成図である。 図７は、第４実施形態の距離計測装置の概略的な全体構成図である。 図８は、第５実施形態における光の発光タイミング等の説明図である。 図９Ａは、比較例の距離計測装置における全体動作の説明図である。 図９Ｂは、比較例の距離計測装置におけるパルス光と妨害光の発光タイミングの説明図である。 図９Ｃは、比較例の距離計測装置における時分割積算の説明図である。

以下、添付の図面を用いて、実施形態の距離計測装置等について説明する。まず、理解を助けるために、比較例について説明する。

（比較例）
図９Ａは、比較例の距離計測装置における全体動作の説明図である。比較例の距離計測装置では、発光部が被測定物に対して光を間欠的に出射しながら走査する。検出部は、被測定物で反射した反射光を検出する。また、悪意ある第三者等がレーザ発生装置等によって妨害光を出射すると、検出部はその妨害光も検出する。

図９Ｂは、比較例の距離計測装置におけるパルス光と妨害光の発光タイミングの説明図である。ここで、比較例の距離計測装置の発光部がパルス光（例えばパルス幅は数ｎｓ（ナノ秒））を一定間隔（一定の時間間隔。以下同様）ごとの所定周期で出射しているものとする。また、妨害光も同じ所定周期で出射されているものとする。

図９Ｃは、比較例の距離計測装置における時分割積算の説明図である。検出部は、受光素子Ａ〜Ｉから構成されているものとする。なお、図９Ｃでは、受光素子が３×３で配列されているが、その縦や横の配列数は一例であり、これに限定されない。

ここで、Ｄ→Ｆの方向がパルス光の走査方向に対応し、受光素子Ｄ、Ｅ、Ｆの順に各パルス光の反射光を検出したものとする。その場合、受光素子Ｄ、Ｅ、Ｆの検出信号（以下、検出信号Ｄ、Ｅ、Ｆともいう。）それぞれにおいて、所定周期ごとの検出開始タイミングを基準とすると、妨害光の波と反射光の波が同様のタイミングで現れる。なお、図９Ｃの検出信号において、横軸は時間、縦軸は輝度である。

そして、検出信号Ｄ、Ｅ、Ｆを時分割積算して積算検出信号を生成すると、妨害光の波と反射光の波の両方が増幅される。ここで、時分割積算とは、複数の検出信号について、時間軸を所定の基準（例えば検出開始タイミング等）によって揃えてから積算することをいう。なお、例えば、検出信号Ｄ、Ｅ、Ｆに対して、それぞれ、検出信号ＡとＧ、ＢとＨ、ＣとＩを加算することで補間してもよい。また、例えば、検出信号Ｅに対して検出信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉを加算することで補間してもよい。それらのような補間をすれば、Ｓ／Ｎ(signal-to-noise ratio)をより良好にできる。

また、比較例の距離計測装置では、計測部（不図示）が、積算検出信号において所定の閾値以上の輝度があった場合に被測定物が存在すると判定し、光が出射されてから反射光が戻ってくるまでの時間に基づいて被測定物までの距離を計測する。したがって、図９Ｃに示すように、積算検出信号において妨害光の輝度が大きいと、その妨害光によって被測定物が存在すると判定してしまう。つまり、距離の計測結果に間違いが生じてしまう。

なお、ミリ波等の電波を用いた距離計測の場合は、このような妨害光の対策の一例として、電波の周波数を変化させる。しかし、ＬＩＤＡＲの場合、パルス幅が例えば数ｎｓ（ナノ秒）というパルス光を用いるので、光の周波数を変化させることは困難である。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態の距離計測装置１の概略的な全体構成図である。距離計測装置１は、光を出射したタイミングと被測定物１０で反射（散乱）して戻ってきた反射光（散乱光）が検出されたタイミングとの時間差を用いて、距離を計測する。距離計測装置１は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００と、画像処理部４００と、を備える。

出射部１００は、所定のパルス幅を有するパルス光を出射する。出射部１００は、例えば、レーザを発光する光源を有し、パルス光を間欠発光する。

光学機構系２００は、出射部１００が出射したパルス光を被測定物１０に向かわせるとともに、被測定物１０で反射して戻ってきたパルス光を受光する。より具体的には、光学機構系２００は、出射部１００が出射するパルス光（出射光）を被測定物１０に対して走査させるとともに、被測定物１０で反射して戻ってきたパルス光を計測部３００に入射させる。

計測部３００は、出射部１００によって光が出射されてから、被測定物１０で反射した反射光が戻ってくるまでの時間に基づき、距離計測装置１から被測定物１０までの距離を計測する。より具体的には、計測部３００は、反射光については、光学機構系２００を介して受けた反射光の強さに応じた大きさの検出信号に基づき、処理を行う（詳細は後述）。

画像処理部４００は、ノイズの除去、歪み補正、補間処理等を行い、最終的な距離画像データを出力する。なお、画像処理部４００は、距離計測装置１の筐体内に組み込まれていてもよい。

図２は、第１実施形態の距離計測装置１の全体構成図である。距離計測装置１は、走査方式およびＴＯＦ（Time Of Flight）方式を用いて、被測定物１０までの距離画像を生成する。すなわち、距離計測装置１は、被測定物１０に対して光Ｌ１を間欠的に出射し、光Ｌ１が出射されてから、被測定物１０で反射した光Ｌ２が戻ってくるまでの時間に基づき、距離計測装置１から被測定物１０までの距離を計測する。

出射部１００は、光源１０２と、発振器１０４と、駆動回路１０６、１０８と、走査制御部１１０（光スキャナコントローラ）と、を有する。

光学機構系２００は、レンズ２０２と、光学素子２０４、２０６と、反射デバイス２０８（反射ミラー）と、を有する。

計測部３００は、光検出器３０２、３０４と、レンズ３０６と、増幅器３０８と、アナログ回路部３１０と、デジタル回路部３１２と、を有する。

反射デバイス２０８は、後述するように、光を走査することを目的とする部品である。なお、光を走査する既存方法としては、反射デバイス２０８を用いる方法のほかに、光源１０２、レンズ２０２および光検出器３０２、３０４、レンズ３０６を回転させる方法（以下、回転方法と称する。）がある。また、別の走査する既存方法として、Optical Phased Array（以下、ＯＰＡ方法と称する。）がある。本実施形態は、光を走査する方法に依存しないため、反射デバイス２０８を用いる方法のほかに、回転方法やＯＰＡ方法も適用できる。

出射部１００の発振器１０４は、パルス信号を生成する。駆動回路１０６は、このパルス信号に基づいて光源１０２を駆動する。光源１０２は、例えばレーザダイオードなどのレーザ光源であり、駆動回路１０６による駆動に応じて光Ｌ１を間欠的に出射する。つまり、光Ｌ１は、パルス光である。

走査制御部１１０は、反射デバイス２０８を駆動して反射面２０８ａの傾斜角度を連続的に変更させる制御を行う。駆動回路１０８は、走査制御部１１０から供給された駆動信号にしたがって、反射デバイス２０８を駆動する。

光源１０２から出射された光Ｌ１の光路上に、光学機構系２００のレンズ２０２、光学素子２０４、光学素子２０６、および、反射デバイス２０８がこの順番で設けられている。レンズ２０２は、光Ｌ１をコリメートして光学素子２０４に導く。

光学素子２０４は、レンズ２０２と光学素子２０６との間に設けられている。光学素子２０４は、光Ｌ１を透過するとともに、この光Ｌ１の一部を光検出器３０２に入射させる。光学素子２０４は、例えば、スプリッタなどでもよい。

光学素子２０６は、光学素子２０４を透過した光Ｌ１を透過して、この光Ｌ１を反射デバイス２０８に入射させる。

反射デバイス２０８は、光源１０２から出射された光Ｌ１を反射する反射面２０８ａ（ミラー面）を有する。反射デバイス２０８が駆動して反射面２０８ａの傾斜角度が連続的に変化することで、反射面２０８ａで反射した光Ｌ１の進行方向が連続的に変化して光Ｌ１が被測定物１０上で走査される。また、反射面２０８ａは、被測定物１０で反射して戻ってきた光Ｌ２を反射させる。反射面２０８ａを有する反射デバイス２０８は、例えば、互いに交差する２つの回動軸線ＲＡ１、ＲＡ２を中心として回動可能となっている。

反射面２０８ａは、光Ｌ１を、被測定物１０上のほぼ平行な複数の直線経路に沿って、垂直方向にずらしながら、水平方向に順に走査させる。つまり、光Ｌ１は、直線経路Ｐ１をＸ方向（水平方向）に走査し、次に、Ｙ方向（垂直方向）にずれた直線経路Ｐ２をＸ方向に走査する。これを繰り返し、各直線経路上にパルス光が照射される。なお、直線経路の数や走査方向は、特に限定されない。

被測定物１０に照射された光Ｌ１は、被測定物１０上で反射（散乱）する。被測定物１０上で反射した光Ｌ１（以下、反射光Ｌ２）は、光Ｌ１の光路とほぼ同じ光路を反対向きに進む。反射光Ｌ２は、光子（フォトン）である。反射面２０８ａで反射した反射光Ｌ２は、光学素子２０６に入射する。

なお、図２においては、視認しやすいように光Ｌ１と反射光Ｌ２の光路を分けて図示しているが、実際にはこれらはほぼ重なっている。また、図２では、光Ｌ１の光束の中心の光路、および、反射面２０８ａに入射する反射光Ｌ２の光束の中心の光路を図示している。反射光Ｌ２と異なる方向に進む反射光Ｌ３は、反射面２０８ａに入射しない。

光学素子２０６は反射面２０８ａで反射した反射光Ｌ２の進行方向を変え、計測部３００のレンズ３０６は反射光Ｌ２を集光して光検出器３０４に入射させる。光学素子２０６は、例えば、ハーフミラーや穴の開いたミラーであってもよい。

光検出器３０４は、レンズ３０６から入射した反射光Ｌ２を検出する。アナログ回路部３１０は、例えば増幅器であり、光検出器３０４の出力信号を増幅するとともに、バンドパスフィルタ処理を行う。

一方、光検出器３０２は、光学素子２０４から入射する光Ｌ１を検出する。増幅器３０８は、光検出器３０２の出力信号を増幅するとともに、バンドパスフィルタ処理を行う。

デジタル回路部３１２は、増幅器３０８、アナログ回路部３１０の出力信号を受け、光検出器３０２、３０４の検出結果（出力信号）に基づき、距離計測装置１から被測定物１０までの距離を計測する。具体的には、デジタル回路部３１２は、光検出器３０２が光Ｌ１を検出するタイミングと、光検出器３０４が反射光Ｌ２を検出するタイミングとの時間差に基づいて距離計測装置１から被測定物１０までの距離を計測する。すなわち、当該時間差が長いほど、当該距離は長く算出される。

次に、図３Ａ、図３Ｂを参照して、距離計測装置１における動作について説明する。図３Ａは、第１実施形態における発光タイミングの説明図である。出射部１００は、所定周期ごとにランダムな時間長のオフセットの分だけ遅らせて光を出射する。つまり、図３Ａに示すように、出射部１００は、基準クロックによる所定周期（一定間隔）ごとに、ランダムな時間長のオフセット（オフセットＤ、Ｅ、Ｆ）の分だけ遅らせて、パルス光を出射する。オフセットＤ、Ｅ、Ｆの大きさは、例えば、乱数を用いて決定すればよい。また、妨害光は所定周期で出射されているものとする。

図３Ｂは、第１実施形態における時分割積算の説明図である。図３Ｂに示す検出部３０４ａ（光検出器３０４）は、受光素子Ａ〜Ｉから構成されているものとする。なお、図３Ｂでは、受光素子が３×３で配列されているが、その縦や横の配列数は一例であり、これに限定されない。

ここで、Ｄ→Ｆの方向がパルス光の走査方向に対応し、受光素子Ｄ、Ｅ、Ｆの順に各パルス光の反射光を検出したものとする。その場合、検出信号Ｄ、Ｅ、Ｆそれぞれにおいて、所定周期ごとに対してそれぞれのオフセットＤ、Ｅ、Ｆの分だけ遅れて検出を開始すると、妨害光の波（符号Ｊ）のタイミングはずれるのに対し、反射光の波（符号Ｒ）のタイミングは一致する。なお、図３Ｂの検出信号において、横軸は時間、縦軸は輝度である。

そして、計測部３００は、所定周期ごとの光の複数の検出信号を、それぞれのオフセットの分だけずらして時分割積算して積算検出信号（第１積算検出信号）を生成し、積算検出信号に基づいて、検出信号における光が出射部１００から出射されて被測定物１０で反射した反射光か否かを判定する。具体的には、計測部３００が前記のように検出信号Ｄ、Ｅ、Ｆを時分割積算して積算検出信号を生成すると、妨害光の波は増幅されないのに対し、反射光の波は増幅される。なお、例えば、検出信号Ｄ、Ｅ、Ｆに対して、それぞれ、検出信号ＡとＧ、ＢとＨ、ＣとＩを加算することで補間してもよい。また、例えば、検出信号Ｅに対して検出信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉを加算することで補間してもよい。それらのような補間をすれば、Ｓ／Ｎをより良好にできる。

また、計測部３００は、積算検出信号において所定の閾値以上の輝度があった場合に被測定物１０が存在すると判定し、光が出射されてから反射光が戻ってくるまでの時間に基づいて被測定物１０までの距離を計測する。したがって、図３Ｂに示すように、積算検出信号において正規の反射光の輝度が大きくなっているので、前記閾値を適切に設定しておくことで、妨害光によって被測定物１０が存在すると判定せず、正規の反射光によって被測定物１０が存在すると判定する可能性を向上させることができる。つまり、検出した光が正規の反射光であるのか妨害光であるのかを高精度で判定できる距離計測装置１を提供することができる。したがって、被測定物１０までの距離を高精度に計測できる。

従来、例えば、距離計測装置を乗用車等の車両で使用して、他の車両や歩行者を検出する際に、悪意ある第三者等がレーザ発生装置等によって妨害光を出射すると、距離計測装置は、その妨害光を検出することによって、近くに他の車両や歩行者が存在すると誤認識してしまい、車両を強制停止させてしまう場合があった。第１実施形態の距離計測装置１によれば、このような事態の発生を低減することができる。

（第２実施形態）
次に、図４Ａ、図４Ｂを参照して、第２実施形態の距離計測装置１における動作について説明する。なお、第２実施形態以降において、それまでの実施形態等と重複する事項の説明は、適宜省略する。

図４Ａは、第２実施形態におけるシフトあり時分割積算の説明図である。図４Ａの動作は、図３Ｂの動作と同一であるので、説明を省略する。

図４Ｂは、第２実施形態におけるシフトなし時分割積算の説明図である。図４Ｂの検出信号Ｄ、Ｅ、Ｆそれぞれにおいて、所定周期ごとに対してそれぞれのオフセットＤ、Ｅ、Ｆの分だけ遅れずに（つまり、オフセットＤ、Ｅ、Ｆと無関係に）検出を開始したものとすると、妨害光の波（符号Ｊ）のタイミングは一致するのに対し、反射光の波（符号Ｒ）のタイミングはずれる。

そして、計測部３００は、所定周期ごとの光の複数の検出信号を、それぞれのオフセットの分だけずらさずに時分割積算して第２積算検出信号を生成し、第１積算検出信号および第２積算検出信号に基づいて、検出信号における光が出射部１００から出射されて被測定物１０で反射した反射光か否かを判定する。具体的には、計測部３００が検出信号Ｄ、Ｅ、ＦをオフセットＤ、Ｅ、Ｆと無関係に時分割積算して第２積算検出信号を生成すると、妨害光の波は増幅されるのに対し、反射光の波は増幅されない。なお、検出信号Ｄ、Ｅ、Ｆは、それぞれ、検出信号ＡとＧ、ＢとＨ、ＣとＩを加算することで補間されていてもよい。

また、計測部３００は、図４Ａの第１積算検出信号、および、図４Ｂの第２積算検出信号を比較することで、検出信号における光が出射部１００から出射されて被測定物１０で反射した反射光か否かを判定する。つまり、計測部３００は、図４Ａの第１積算検出信号では増幅されずに、図４Ｂの第２積算検出信号では増幅されている波は妨害光の波であると判定し、図４Ａの第１積算検出信号では増幅され、図４Ｂの第２積算検出信号では増幅されていない波は正規の反射光の波であると判定する。

一般に、正規の反射光は被測定物１０での反射（散乱）のために弱められていて、一方、妨害光は発光装置から距離計測装置１に直射させることができるため強い場合が多い。そのような場合でも、この第２実施形態の距離計測装置１によれば、妨害光と正規の反射光を高精度で識別することができる。

次に、図５を参照して、第２実施形態の距離計測装置１の実装手段について説明する。図５は、第２実施形態の距離計測装置１の概略的な全体構成図である。なお、図５では、図面を簡略化するために、出射部１００と光学機構系２００の図示を省略している。

光検出器３０４は、光学機構系２００を介して受けた光の強さに応じた出力信号を出力する。光検出器３０４は、複数の受光素子の一例として、複数のＳＰＡＤ（Single-Photon Avalanche Diode）セル３１４を有している。ここで、ＳＰＡＤセル３１４は、ＳＰＡＤとＳＰＡＤに接続される電気要素（例えば、抵抗、コンデンサ、半導体など）を含む。以降、ＳＰＡＤの場合について記載するが、ほかのデバイス、例えば、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode），ＰＤ（Photo Diode）でも成立する。

ＳＰＡＤセル３１４は、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalanche Photo Diode）をガイガーモードで使用するセルである。ＳＰＡＤセル３１４は、ガイガー放電により１万倍を超える大きな利得を得ることができる。すなわち、ＳＰＡＤセル３１４のそれぞれは、光学機構系２００を介して受けた光の強さに応じた出力信号を出力する。

アナログ回路部３１０は、光検出器３０４が有する複数のＳＰＡＤセル３１４それぞれの出力を増幅する。アナログ回路部３１０は、例えば、アナログフロントエンドで構成されている。

計測部３００におけるＡＤ変換部３１６（ＡＤＣ：Analog to Digital Converter）は、出射部１００からパルス光が出射されるたびに、アナログ回路部３１０が増幅した複数のＳＰＡＤセル３１４それぞれの出力信号に応じた信号を複数のサンプリングタイミングにおいてサンプリングし、それぞれのデジタル検出信号に変換する。

また、計測部３００は、複数のＳＰＡＤセル３１４ごとに対応した複数のバッファ３１８を有する。複数のバッファ３１８それぞれは、時分割積算する前のデジタル検出信号を保持可能である。同じデータについて２回の時分割積算（図４Ａ、図４Ｂ）をするために、デジタル検出信号をバッファに保存しておく必要がある。また、計測部３００は、シフト量（オフセット量）を保持可能なバッファも有する。つまり、バッファ３１８は、所定周期ごとの光の複数の検出信号を、それぞれのオフセットとともに記憶する記憶部である。

デジタル回路部３１２は、シフトあり時分割積算部３２２と、シフトなし時分割積算部３２４と、判定部３２６と、を備える。

シフトあり時分割積算部３２２は、バッファ３１８を参照して、所定周期ごとの光の複数の検出信号を、それぞれのオフセットの分だけずらして時分割積算して第１積算検出信号を生成する（図４Ａ）。

シフトなし時分割積算部３２４は、バッファ３１８を参照して、所定周期ごとの光の複数の検出信号を、それぞれのオフセットの分だけずらさずに時分割積算して第２積算検出信号を生成する（図４Ｂ）。

判定部３２６は、第１積算検出信号および第２積算検出信号に基づいて、検出信号における光が出射部１００から出射されて被測定物１０で反射した反射光か否かを判定する。

このようにして、妨害光と正規の反射光を高精度で識別することができる距離計測装置１を実現することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態の距離計測装置１の概略的な全体構成図である。第３実施形態は、第２実施形態と比較して、妨害光と正規の反射光を識別した後に、検出信号における正規の反射光のピークの付近を用いて、時分割積算を行わずに距離を計測（算出）する点で相違する。以下、第２実施形態との相違点について説明する。

デジタル回路部３１２は、さらに距離算出部３２８を備える。距離算出部３２８は、第１積算検出信号および第２積算検出信号に基づいて、検出信号における光が出射部１００から出射されて被測定物１０で反射した反射光であると判定した場合に、検出信号における当該反射光のピーク付近を用いて、被測定物１０までの距離を計測する。

このようにして、第３実施形態の距離計測装置１によれば、妨害光と正規の反射光を識別した後に、検出信号における正規の反射光のピークの付近を用いることで、簡潔な処理で高精度な距離計測を行うことができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。図７は、第４実施形態の距離計測装置１の概略的な全体構成図である。第４実施形態は、第１〜第３実施形態と比較して、デジタル回路部３１２がさらに第２シフトあり時分割積算部３３０およびピーク算出部３３２を備える点と、計測部３００がさらにＴＤ変換部３３４（ＴＤＣ：Time to Digital Converter）、妨害光検出部３３６、および、処理部３３８を備える点とで相違する。以下、第１〜第３実施形態との相違点について説明する。

第２シフトあり時分割積算部３３０は、光検出器３０４の複数のＳＰＡＤセル３１４の中における測定中心となるＳＰＡＤセル３１４（例えば図７の検出部３０４ａにおける「Ｅ」）の信号に基づくデジタル検出信号と、測定中心のＳＰＡＤセル３１４（「Ｅ」）から所定範囲内に配置されている複数のＳＰＡＤセル３１４（例えば図７の検出部３０４ａにおける「Ｂ」と「Ｈ」）の出力それぞれに基づくそれぞれのデジタル検出信号とを、前記したオフセットの分だけずらして時分割積算し、積算デジタル検出信号として出力する。なお、ここでの積算の際、積算値を積算した回数で除算してもよいし、除算しなくてもよい。

ピーク算出部３３２は、判定部３２６が検出信号において正規の反射光と判定した波の部分のピークを算出する。距離算出部３２８は、検出信号における正規の反射光のそのピークの付近を用いて、被測定物１０までの距離を計測する。

また、ＡＤ変換部３１６とＴＤ変換部３３４には、同じかまたは近接した受光素子（ＳＰＡＤセル３１４）からのセンサ出力が入力される。ＴＤ変換部３３４は、このセンサ入力等を用いて、パルス光が出射されてから被測定物１０で反射した反射光が検出されるまでの時間差を測定し、その時間差情報を出力する。一般に、ＴＤ変換部３３４はＡＤ変換部３１６に比べて時間分解能が高いので、ＴＤ変換部３３４が出力する時間差情報を用いることで、より高精度な処理を実現できる可能性が高い。

妨害光検出部３３６は、ＴＤ変換部３３４から受信した時間差情報を用いて、妨害光を検出する。妨害光検出部３３６は、デジタル回路部３１２がハードウェアで行っている処理と同様または類似する処理をソフトウェアとして実行するものである。例えば、妨害光検出部３３６（計測部）は、出射毎に距離の計測を実施し、その距離計測結果を対象となる出射の前後に出射した距離計測結果と比較することで光が出射部１００から出射されて被測定物１０で反射した反射光か否かを判定する。

処理部３３８は、デジタル回路部３１２による処理結果と妨害光検出部３３６による処理結果の両方を用いて、演算処理する。例えば、処理部３３８は、デジタル回路部３１２による正規の反射光か否かの判定と、妨害光検出部３３６による正規の反射光か否かの判定を組み合わせて、正規の反射光か否かの判定を行う。具体的には、例えば、処理部３３８は、デジタル回路部３１２と妨害光検出部３３６の一方でも妨害光を検出すれば、妨害光が存在するものと判定する。ただし、これに限定されず、例えば、処理部３３８は、デジタル回路部３１２と妨害光検出部３３６の両方ともが妨害光を検出したときにのみ、妨害光が存在するものと判定してもよい。

このようにして、第４実施形態の距離計測装置１によれば、ＡＤ変換部３１６から得られるデータに基づく処理に加えて、ＴＤ変換部３３４から得られるデータに基づく処理を行うことで、妨害光と正規の反射光をより高精度に識別できる。また、ＴＤ変換部３３４や妨害光検出部３３６はソフトウェアであるので、それらを追加することによるコストの増加は少なくて済む。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。図８は、第５実施形態における光の発光タイミング等の説明図である。第５実施形態は、第１〜第４実施形態と比較して、１回の距離の計測に対して、パルス光を複数回発光する点で相違する。以下、第１〜第４実施形態との相違点について説明する。なお、図１、図２に示した構成からの変更はない。

出射部１００は、１回の距離の計測に対して複数の光を間欠的に出射する。また、計測部３００は、光の検出信号と、間欠的に出射した複数の光に関する想定信号との相関度に基づいて、検出信号における光が出射部１００から出射されて被測定物１０で反射した反射光か否かを判定する。

また、出射部１００は、例えば、１回の距離の計測に対して間欠的に出射する複数の光の時間間隔それぞれを、乱数に基づいて決定する。そのほかに、出射部１００は、例えば、１回の距離の計測に対して間欠的に出射する複数の光の時間間隔を、予め複数用意された時間間隔の組のうちから乱数に基づいて選択することで決定する。

具体的には、例えば、図８に示すように、出射部１００は、１回の距離の計測に対して、パルス光群Ｐ１としてパルス光を３回出射する。その３回のパルス光の時間間隔は、時間ｉ１１と時間ｉ１２である。

また、出射部１００は、１回の距離の計測に対して、パルス光群Ｐ２としてパルス光を３回出射する。その３回のパルス光の時間間隔は、時間ｉ２１と時間ｉ２２である。

ここで、時間ｉ１１と時間ｉ１２は、例えば、乱数に基づいて決定されてもよいし、あるいは、予め複数用意された時間間隔の組のうちから乱数に基づいて選択することで決定されてもよい。時間ｉ２１と時間ｉ２２についても同様である。

そして、計測部３００は、例えば、検出信号Ｒ１と、パルス光群Ｐ１に関する想定信号Ｈ１との相関度に基づいて、検出信号における光が出射部１００から出射されて被測定物１０で反射した反射光か否かを判定する。検出信号Ｒ２と想定信号Ｈ２、検出信号Ｊと想定信号Ｈ３についても同様である。これらの３組の例では、検出信号Ｊと想定信号Ｈ３の組についてのみ、相関度が低く、計測部３００は、検出信号Ｊを妨害光と判定する。

このようにして、第５実施形態の距離計測装置１によれば、１回の距離の計測に対して複数の光を間欠的に出射し、検出信号と想定信号との相関度に基づいて正規の反射光か妨害光を判定することで、Ｓ／Ｎが向上するとともに、必要なバッファの容量が小さくて済むという利点を有する。

なお、パルス光群におけるパルス光の発光回数を３回としたのは一例であって、２回や４回以上であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

また、本実施形態の距離計測装置１で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ（Read Only Memory）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供することができる。また、本実施形態の距離計測装置１で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するようにしてもよい。

１…距離計測装置、１０…被測定物、１００…出射部、１０２…光源、１０４…発振器、１０６…駆動回路、１０８…駆動回路、１１０…走査制御部、２００…光学機構系、２０２…レンズ、２０４…光学素子、２０６…光学素子、２０８…反射デバイス、２０８ａ…反射面、３００…計測部、３０２…光検出器、３０４…光検出器、３０４ａ…検出部、３０６…レンズ、３０８…増幅器、３１０…アナログ回路部、３１２…デジタル回路部、３１４…ＳＰＡＤセル、３１６…ＡＤ変換部、３１８…バッファ、３２２…シフトあり時分割積算部、３２４…シフトなし時分割積算部、３２６…判定部、３２８…距離算出部、３３０…第２シフトあり時分割積算部、３３２…ピーク算出部、３３４…ＴＤ変換部、３３６…妨害光検出部、３３８…処理部、４００…画像処理部。

Claims (5)

1. 所定周期ごとにランダムな時間長のオフセットの分だけ遅らせて光を間欠的に出射する出射部と、
   前記出射部によって光が出射されてから、被測定物で反射した反射光が戻ってくるまでの時間と、前記所定周期ごとの光の複数の検出信号をそれぞれの前記オフセットの分だけずらして時分割積算して生成した積算検出信号と、に基づき、前記被測定物までの距離を計測する計測部と、を備える、距離計測装置。
2. 前記計測部は、前記所定周期ごとの光の複数の検出信号を、それぞれの前記オフセットの分だけずらして時分割積算して第１積算検出信号を生成するとともに、それぞれの前記オフセットの分だけずらさずに時分割積算して第２積算検出信号を生成し、前記第１積算検出信号および前記第２積算検出信号に基づいて、前記被測定物までの距離を計測する、請求項１に記載の距離計測装置。
3. 前記計測部は、
   前記所定周期ごとの光の複数の検出信号を、それぞれの前記オフセットとともに記憶する記憶部と、
   前記記憶部を参照して、前記所定周期ごとの光の複数の検出信号を、それぞれの前記オフセットの分だけずらして時分割積算して第１積算検出信号を生成するシフトあり時分割積算部と、
   前記記憶部を参照して、前記所定周期ごとの光の複数の検出信号を、それぞれの前記オフセットの分だけずらさずに時分割積算して第２積算検出信号を生成するシフトなし時分割積算部と、
   前記第１積算検出信号および前記第２積算検出信号に基づいて、前記検出信号における光が前記出射部から出射されて前記被測定物で反射した反射光か否かを判定する判定部と、を備える請求項２に記載の距離計測装置。
4. 前記計測部は、前記第１積算検出信号および前記第２積算検出信号に基づいて、前記検出信号における光が前記出射部から出射されて前記被測定物で反射した反射光であると判定した場合に、当該反射光のピーク付近の検出信号を用いて、前記被測定物までの距離を計測する、請求項２に記載の距離計測装置。
5. 所定周期ごとに、予め複数用意されたオフセットのうちから乱数に基づいて選択されたオフセットの分だけ遅らせて光を間欠的に出射する出射部と、
   前記出射部によって光が出射されてから、被測定物で反射した反射光が戻ってくるまでの時間と、前記所定周期ごとの光の複数の検出信号をそれぞれの前記オフセットの分だけずらして時分割積算して生成した積算検出信号と、に基づき、前記被測定物までの距離を計測する計測部と、を備える、距離計測装置。

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