特開 2024-102734 測距装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024102734

(43)【公開日】2024-07-31

(54)【発明の名称】測距装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/4865 20200101AFI20240724BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20240724BHJP

【ＦＩ】

G01S7/4865

G01C3/06 120Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006824

(22)【出願日】2023-01-19

(71)【出願人】

【識別番号】319006047

【氏名又は名称】シャープセミコンダクターイノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002848

【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 徹朗

(72)【発明者】

【氏名】井上 高広

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】清水 隆行

(72)【発明者】

【氏名】河辺 勇

【テーマコード（参考）】

2F112

5J084

【Ｆターム（参考）】

2F112AD01

2F112BA06

2F112CA04

2F112CA12

2F112DA25

2F112DA28

2F112EA05

2F112FA16

2F112FA41

5J084AA05

5J084AC07

5J084AD01

5J084BA04

5J084BA36

5J084BA52

5J084CA03

5J084CA32

5J084CA52

5J084CA53

5J084EA04

(57)【要約】

【課題】距離の誤測定の発生を抑制することができる測距装置を提供する。
【解決手段】測距装置は、複数のパルス光を発し、前記複数のパルス光に対応する複数の発光パルス信号を送信する発光部と、前記複数のパルス光のうちの測距対象物で反射された複数の対象パルス光を受け、前記複数の対象パルス光に対応する複数の対象パルス信号を送信する対象受光部と、前記複数の発光パルス信号のそれぞれの発光タイミングおよび前記複数の対象パルス信号のそれぞれの対象受光タイミングをデジタル値に変換する時間－デジタル変換部と、前記対象受光タイミングのデジタル値と前記発光タイミングのデジタル値との差分を横軸とした対象ヒストグラムを生成し、前記対象ヒストグラムの重心に基づいて、前記測距対象物までの距離を算出するヒストグラム生成－距離演算部と、を備え、前記発光部は、一様乱数に対応したランダムな間隔で前記複数のパルス光を発する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のパルス光を発し、前記複数のパルス光に対応する複数の発光パルス信号を送信する発光部と、
前記複数のパルス光のうちの測距対象物で反射された複数の対象パルス光を受け、前記複数の対象パルス光に対応する複数の対象パルス信号を送信する対象受光部と、
前記複数の発光パルス信号のそれぞれの発光タイミングおよび前記複数の対象パルス信号のそれぞれの対象受光タイミングをデジタル値に変換する時間－デジタル変換部と、
前記対象受光タイミングのデジタル値と前記発光タイミングのデジタル値との差分を横軸とした対象ヒストグラムを生成し、前記対象ヒストグラムの重心に基づいて、前記測距対象物までの距離を算出するヒストグラム生成－距離演算部と、を備え、
前記発光部は、一様乱数に対応したランダムな間隔で前記複数のパルス光を発する、
測距装置。

【請求項2】

反射部材と、
前記複数のパルス光のうちの前記反射部材で反射された複数の基準パルス光を受け、前記複数の基準パルス光に対応する複数の基準パルス信号を送信する基準受光部と、をさらに備え、
前記時間－デジタル変換部は、前記複数の基準パルス信号のそれぞれの基準受光タイミングをデジタル値に変換し、
前記ヒストグラム生成－距離演算部は、前記基準受光タイミングのデジタル値と前記発光タイミングのデジタル値との差分を横軸とした基準ヒストグラムを生成し、前記基準ヒストグラムの重心と前記対象ヒストグラムの重心との差分に基づいて、前記測距対象物までの距離を算出する、
請求項１に記載の測距装置。

【請求項3】

前記発光部は、前記一様乱数を生成する線形帰還シフトレジスタを有する、
請求項１に記載の測距装置。

【請求項4】

前記対象受光部は、前記複数のパルス光のうちの前記測距対象物とは異なる非測距対象物で反射された前記複数の対象パルス光に対応する前記複数の対象パルス信号を送信し、
前記ヒストグラム生成－距離演算部は、前記基準受光タイミングのデジタル値と前記非測距対象物で反射した前記複数の対象パルス光の前記対象受光タイミングのデジタル値との差分を横軸とした非対象ヒストグラムを生成し、
前記被対象ヒストグラムは、前記対象ヒストグラムに比較して、全体として低く、かつ、フラットな形状である、
請求項１に記載の測距装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、測距装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、下記の特許文献１に開示されているように、ＴｏＦ（Time of Flight）センサを備えた測距装置の開発が行われている。この測距装置によれば、発光部から発せられたパルス光が、対象物で反射され、受光部で受け取られるまでの時間に光の速度を掛け算することにより、対象物までの距離が算出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１４４０２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近距離を測定する場合には、測距の正確さを向上させるために、複数のパルス光のヒストグラムの重心に基づいて、測距装置から測定対象物までの距離を算出する。この測定においては、複数のパルス光を発する周期が短くなると、２回目のパルス光が発せられた後に、測距対象物よりも遠方にある非測距対象物から１回目のパルス光の反射光を受光する場合がある。

【0005】

この場合、２回目のパルス光の測距対象物での反射光のヒストグラムの重心と１回目のパルス光の非測距対象物での反射光のヒストグラムの重心との時間差に基づいて、測距装置から検出対象物までの距離を算出してしまう。そのため、測距対象物までの距離を正確に算出することができない。

【0006】

本開示は、上述の問題に鑑みなされたものである。本開示の目的は、対象物までの距離の誤測定の発生を抑制することができる測距装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の測距装置は、複数のパルス光を発し、前記複数のパルス光に対応する複数の発光パルス信号を送信する発光部と、前記複数のパルス光のうちの測距対象物で反射された複数の対象パルス光を受け、前記複数の対象パルス光に対応する複数の対象パルス信号を送信する対象受光部と、前記複数の発光パルス信号のそれぞれの発光タイミングおよび前記複数の対象パルス信号のそれぞれの対象受光タイミングをデジタル値に変換する時間－デジタル変換部と、前記対象受光タイミングのデジタル値と前記発光タイミングのデジタル値との差分を横軸とした対象ヒストグラムを生成し、前記対象ヒストグラムの重心に基づいて、前記測距対象物までの距離を算出するヒストグラム生成－距離演算部と、を備え、前記発光部は、一様乱数に対応したランダムな間隔で前記複数のパルス光を発する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１の測距装置の機能ブロックの概要を示す図である。

【図2】発光パルス信号と対象パルス信号の一例を示す図である。

【図3】ランダム値が設定されていないかまたは固定値である場合の非測距対象物からの反射光に対応する対象パルス信号の非対象ヒストグラムおよび測距対象物からの反射光に対応する対象パルス信号の対象ヒストグラムである。

【図4】ランダム値が線形的に増加する場合の非測距対象物からの反射光に対応する対象パルス信号の非対象ヒストグラムおよび測距対象物からの反射光に対応する対象パルス信号の対象ヒストグラムである。

【図5】ランダム値が一様乱数に対応する場合の非測距対象物からの反射光に対応する対象パルス信号の非対象ヒストグラムおよび測距対象物からの反射光に対応する対象パルス信号の対象ヒストグラムである。

【図6】（ａ）は、微分非線形性が悪いカウンタが用いられ、かつ、ランダム値が用いられない場合のタイミングチャートであり、（ｂ）は、微分非線形性が悪いカウンタが用いられ、かつ、ランダム値が用いられる場合のタイミングチャートである。

【図7】実施の形態２の測距装置の機能ブロックの概要を示す図である。

【図8】実施の形態２の測距装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【図9】実施の形態２の測距装置の内部で送受信される各信号および各デジタル値のタイミングチャートである。

【図10】実施の形態２の測距装置によって生成される基準パルス信号の基準ヒストグラム、非対象パルス信号の非対象ヒストグラム、および対象パルス信号の対象ヒストグラムである。

【図11】実施の形態２の測距装置が発する発光パルスのクロストーク成分を説明するための構造図である。

【図12】実施の形態２の測距装置が発する発光パルスのクロストーク成分に対応する対象パルス信号のデジタル値を説明するためのヒストグラムである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施の形態の測距装置を、図面を参照しながら説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

【0010】

（実施の形態１）
図１～図６を用いて、実施の形態１の測距装置ＭＡを説明する。本実施の形態の測距装置ＭＡは、たとえば、ロボット掃除機の障害物への衝突検出に利用される装置である。本実施の形態の測距装置ＭＡは、近距離の測定を高頻度で実行したい場合に利用される装置である。

【0011】

図１は、実施の形態の測距装置ＭＡの機能ブロックの概要を示す図である。

【0012】

図１に示されるように、測距装置ＭＡは、発光部ＬＥ、反射部材ＲＭ、対象受光部ＬＲret、時間－デジタル変換部ＴＤＣ、対象減算回路Ｄｒｅｔ、およびヒストグラム生成－距離演算部ＨＩＤＣを備えている。なお、時間－デジタル変換部ＴＤＣは、一般に、Time to Digital Convertorと呼ばれる。

【0013】

発光部ＬＥは、ランダムパルス発生回路ＲＴ、発光素子ＶＣＳＥＬ、および発信回路ＶＤを含んでいる。なお、発光素子ＶＣＳＥＬは、一般に、Vertical Cavity Surface Emitting Laserと呼ばれる。

【0014】

ランダムパルス発生回路ＲＴは、同一間隔で繰り返して発信される複数のパルス信号を含むクロック信号を利用して、ランダムな間隔で複数のランダムパルスｒｐを生成する電子回路である。つまり、ランダムパルス発生部ＲＴは、ランダムなタイミングでランダムパルスｒｐを順次出力する。

【0015】

ランダムな間隔は、一様乱数を利用して生成される。一様乱数とは、ある区間において、数値が同じ確率で出現するという確率分布に従う乱数のことである。一様乱数は、たとえば、ランダムパルス発生回路ＲＴ内の線形帰還シフトレジスタＳＲによって生成される。

【0016】

発光素子ＶＣＳＥＬは、ランダムな間隔の複数のランダムパルスｒｐに対応する複数の発光パルスＰＬを発する。

【0017】

発信回路ＶＤは、発光素子ＶＣＳＥＬが発した複数のパルス光ＰＬに対応する複数の発光パルス信号ｖｃｓｅｌを後述される時間－デジタル変換部ＴＤＣへ送信する。つまり、発信回路ＶＤは、発光素子ＶＣＳＥＬからパルス光ＰＬが発せられたタイミングと同期したタイミングで発光パルス信号ｖｃｓｅｌを時間－デジタル変換部ＴＤＣへ送信する。したがって、発信回路ＶＤは、一様乱数に対応したランダムな間隔で発光パルス信号ｖｃｓｅｌを時間－デジタル変換部ＴＤＣへ送信する。

【0018】

反射部材ＲＭは、発光部ＬＥから発せられた複数のパルス光ＰＬを反射する。反射部材ＲＭは、開口Ｏを有している。開口Ｏは、発光素子ＶＣＳＥＬから発せられた複数のパルス光ＰＬを通過させる。したがって、開口Ｏにより、パルス光ＰＬの進行方向が規制される。ただし、本実施の形態においては、反射部材ＲＭは設けられていなくてもよい。

【0019】

測距装置ＭＡの近傍に測定対象物ＭＯが存在し、測定対象物ＭＯよりも測距装置ＭＡから遠い位置に非測距対象物ＮＭＯが存在する場合がある。この場合、発光素子ＶＣＳＥＬから発せられた複数のパルス光ＰＬは、測定対象物ＭＯおよび非測定対象物ＮＭＯのそれぞれで反射される。なお、測距対象物ＭＯは、基準位置から測距対象物ＭＯまでの距離を測定したい対象物である。非測距対象物ＮＭＯは、距離を測定したい対象物ではない対象物である。

【0020】

対象受光部ＬＲretは、対象受光素子ＳＰＡＤretおよび発信回路ＲｅｔＤを有する。

【0021】

対象受光素子ＳＰＡＤretは、受けた複数のパルス光に応じた複数のパルス信号に変換する受光ダイオードを含む。対象受光素子ＳＰＡＤretは、本実施の形態においては、Single Photon Avalanche Diodeを含んでいる。対象受光素子ＳＰＡＤretは、発光部ＬＥから発せられ後に開口Ｏを通過した複数のパルス光ＰＬのうち、測距対象物ＭＯおよび非測定対象物ＮＭＯのそれぞれで反射された複数の対象パルス光ＯＬを受光する。

【0022】

発信回路ＲｅｔＤは、対象受光素子ＳＰＡＤretが受光した複数の対象パルス光ＯＬにそれぞれ対応する複数の対象パルス信号ｒｅｔを送信する。つまり、発信回路ＲｅｔＤは、対象受光素子ＳＰＡＤretが対象パルス光ＯＬを受光したタイミングと同期したタイミングで対象パルス信号ｒｅｔを送信する。

【0023】

時間－デジタル変換部ＴＤＣは、複数の発光パルス信号ｖｃｓｅｌのそれぞれの発光タイミングおよび複数の対象パルス信号ｒｅｔのそれぞれの対象受光タイミングをデジタル値に変換する。

【0024】

時間－デジタル変換部ＴＤＣは、専用の電子回路により構成されており、カウンタＣ、第１フリップフロップ回路１ＦＦ、および第２フリップフロップ回路２ＦＦを備えている。

【0025】

カウンタＣは、発振器（図示せず）から同一間隔で送信される複数のパルスを含むクロック信号ｃｌｋを受信する。カウンタＣは、受信したクロック信号ｃｌｋのパルス数に対応する数のデジタルカウント値を順次出力する。なお、カウンタＣは、１６進数の場合、たとえば、１～１６までの数に対応する数のデジタルカウント値を出力した後、再度１～１６までの数に対応するデジタルカウント値を出力する動作を繰り返す。

【0026】

第１フリップフロップ回路１ＦＦは、第１入力端子１ＩＮ、第２入力端子２ＩＮ、および第１出力端子１ＯＵＴを含んでいる。

【0027】

第１入力端子１ＩＮは、カウンタＣが出力するデジタルカウント値を順次受け入れる。第２入力端子２ＩＮは、発信回路ＶＤから出力された複数の発光パルス信号ｖｃｓｅｌを順次受け入れる。第１出力端子１ＯＵＴは、発光パルス信号ｖｃｓｅｌが第２入力端子２ＩＮへ入力されたときに第１入力端子１ＩＮへ入力されたデジタルカウント値を、発光タイミングのデジタル値として出力する。

【0028】

第２フリップフロップ回路２ＦＦは、第３入力端子３ＩＮ、第４入力端子４ＩＮ、および第２出力端子２ＯＵＴを含む。

【0029】

第３入力端子３ＩＮは、カウンタＣから出力されたデジタルカウント値を順次受け入れる。第４入力端子４ＩＮは、発信回路ＲｅｔＤから出力された複数の対象パルス信号ｒｅｔを受け入れる。第２出力端子２ＯＵＴは、対象パルス信号ｒｅｔが第４入力端子４ＩＮへ入力されたときに第３入力端子３ＩＮへ入力されたデジタルカウント値を、対象受光タイミングのデジタル値として出力する。

【0030】

対象減算回路Ｄｒｅｔは、第２出力端子２ＯＵＴから出力された対象受光タイミングのデジタル値と第１出力端子１ＯＵＴから出力された発光タイミングのデジタル値との差分ｂｉｎ＿ｒｅｔを算出し、出力する。

【0031】

ヒストグラム生成－距離演算部ＨＩＤＣは、対象受光タイミングのデジタル値と発光タイミングのデジタル値との差分ｂｉｎ＿ｒｅｔを横軸とした対象ヒストグラムＯＨＩ（図５参照）を生成する。また、ヒストグラム生成－距離演算部ＨＩＤＣは、対象ヒストグラムＯＨＩ（図５参照）の重心に基づいて、予め定められた基準位置から測距対象物ＭＯまでの距離を算出する。より具体的には、ヒストグラム生成－距離演算部ＨＩＤＣは、基準時刻から対象ヒストグラムＯＨＩ（図５参照）の重心の時刻まで時間差に光の速度を掛け算する。

【0032】

ヒストグラム生成－距離演算部ＨＩＤＣは、本実施の形態においては、専用の電子回路により構成されているが、プロセッサおよびそのプロセッサに基づいて上記の動作をするプログラムにより構成されていてもよい。

【0033】

図２は、発光パルス信号ｖｃｓｅｌと対象パルス信号ｒｅｔの一例を示す図である。

【0034】

図２においては、測定範囲が８ｂｉｎであり、ランダム値が０ｂｉｎ～１６ｂｉｎであり、非測距対象物ＮＭＯが１７ｂｉｎの位置にある場合の発光パルス信号ｖｃｓｅｌおよび対象パルス信号ｒｅｔのタイミングが示されている。

【0035】

ランダム値が０ｂｉｎ～９ｂｉｎの場合、非測距対象物ＮＭＯで反射されたパルス光については、２回目の発光パルス信号ｖｃｓｅｌと１回目の対象パルス信号ｒｅｔとの差分ｂｉｎ＿ｒｅｔが次の（式１）で示されるように算出される。

【0036】

（式１） 差分ｂｉｎ＿ｒｅｔ＝１７ｂｉｎ－（２回目の発光パルスの開始タイミング）＝１７ｂｉｎ－８ｂｉｎ－ｒａｎｄｏｍ＿ｗａｉｔ＝９ｂｉｎ－ｒａｎｄｏｍ
この（式１）から分かるように、差分ｂｉｎ＿ｒｅｔ＝９ｂｉｎ－ｒａｎｄｏｍ
は、固定値と一様乱数との差であるため、一様乱数である。

【0037】

この条件が成立する確率は、（１７－８）／１６＝５６．２％である。非測距対象物ＮＭＯによって反射された全てのパルス光に対応する全ての対象パルス信号ｒｅｔのうちの５６．２％が０ｂｉｎ～９ｂｉｎの範囲に拡散される。

【0038】

ランダム値が１０ｂｉｎ～１６ｂｉｎである場合、非測距対象物ＮＭＯで反射されたパルス光については、１回目の発光パルス信号ｖｃｓｅｌと１回目の対象パルス信号ｒｅｔとの差分ｂｉｎ＿ｒｅｔは、次の式（２）で算出される。

【0039】

式（２） 差分ｂｉｎ＿ｒｅｔ＝１７ｂｉｎ－（１回目の発光パルスの開始タイミング）＝１７ｂｉｎ（これは、固定値であるが、測定範囲外の値として処理される。）
この条件が成立する確率は、（１６－（１７－８））／１６＝４３．７％である。したがって、非測距対象物ＮＭＯによって反射された全てのパルス光に対応する全ての対象パルス信号のうちの４３．７％が１７ｂｉｎにカウントされる。この１７ｂｉｎは、測定範囲外の値であるため、測定値に影響を与えない。１７ｂｉｎは測定範囲外である理由は、本実施の形態においては、測定範囲を８ｂｉｎと設定したためである。したがって、０ｂｉｎ～７ｂｉｎの範囲内に収まらない差分ｂｉｎ_Ｒｅｔは、ヒストグラムとしてカウントされない、つまり、無視されている。なお、本実施の形態では、測定範囲を８ｂｉｎと設定したが、この８ｂｉｎは測定範囲の一例である。言い換えると、測定範囲の値は、適宜設定され得るものである。

【0040】

図３は、ランダム値が設定されていないかまたは固定値である場合の非測距対象物ＮＭＯからの反射光に対応する対象パルス信号ｒｅｔの非対象ヒストグラムＮＯＨＩおよび測距対象物ＭＯからの反射光に対応する対象パルス信号ｒｅｔの対象ヒストグラムＯＨＩである。

【0041】

図３から分かるように、ランダム値が設定されていないかまたは固定値である場合、非対象ヒストグラムＮＯＨＩは、フラットになっておらず、対象ヒストグラムＯＨＩのピークと同程度に高いピークを有している。この場合、測距対象物ＭＯの対象ヒストグラムＯＨＩと非測距対象物ＮＭＯの非対象ヒストグラムＮＯＨＩとを識別することが困難であることもある。そのため、測距対象物ＭＯの対象ヒストグラムの重心を正確に算出することは容易ではない場合がある。したがって、測距対象物ＭＯまでの距離を正確に測定できないことがある。

【0042】

図４は、ランダム値が線形的に増加する場合の非測距対象物ＮＭＯからの反射光に対応する対象パルス信号ｒｅｔの対象ヒストグラムＯＨＩおよび測距対象物ＭＯからの反射光に対応する対象パルス信号ｒｅｔのヒストグラムＮＯＨＩである。

【0043】

図４から分かるように、ランダム値が線形的に増加する場合、非測距対象物ＮＭＯの非対象ヒストグラムがピークを持つために、非測距対象物ＮＭＯの非対象ヒストグラムＮＯＨＩは、フラットになっていない部分を有している。そのため、非対象ヒストグラムＮＯＨＩのピークが、対象ヒストグラムＯＨＩのピークと同程度に高い場合、対象ヒストグラムＯＨＩと非対象ヒストグラムＮＯＨＩとを識別することが困難である場合がある。

【0044】

たとえば、非測距対象物ＮＭＯが全反射する鏡であるために、反射光の強度が高いと、非対象ヒストグラムＮＯＨＩのピークが、対象ヒストグラムＯＨＩのピークと同程度に高くなることが考えられる。この場合、対象ヒストグラムＯＨＩの重心を正確に算出することは容易ではない。したがって、基準位置から測距対象物ＭＯまでの距離を正確に測定できない場合がある。

【0045】

図５は、ランダム値が、一様乱数に対応する場合の非測距対象物ＮＭＯからの反射光に対応する対象パルス信号ｒｅｔの非対象ヒストグラムＮＯＨＩおよび測距対象物ＭＯからの反射光に対応する対象パルス信号ｒｅｔの対象ヒストグラムＯＨＩである。

【0046】

図５において、非測定対象物ＮＭＯで反射した複数の対象パルス光ＯＬについての非対象ヒストグラムＮＯＨＩと、測定対象物ＭＯで反射した複数の対象パルス光ＯＬについての対象ヒストグラムＯＨＩとを比較する。この場合、図５から分かるように、非対象ヒストグラムＮＯＨＩは、対象ヒストグラムＯＨＩに比較して、全体として低く、かつ、フラットな形状になる。つまり、ランダム値（random_wait）がランダムである場合、非測距対象ヒストグラムが測定範囲内でフラットに拡散される。

【0047】

そのため、非対象ヒストグラムＮＯＨＩと対象ヒストグラムＯＨＩとの識別を容易に行うことができる。その結果、対象ヒストグラムＯＨＩの重心を正確に算出することが容易になる。したがって、近距離を測定する場合においても、距離の誤測定の発生を抑制することができる。これは、本実施の形態の測距装置ＭＡによれば、上記したように、複数のパルス光ＰＬが一様乱数に対応するランダムな間隔で発せられるために、非対象ヒストグラムＮＯＨＩがフラットになるからである。

【0048】

図６（ａ）は、微分非線形性が悪いカウンタが用いられ、かつ、ランダム値が用いられない場合のタイミングチャートであり、図６（ｂ）は、微分非線形性が悪いカウンタが用いられ、かつ、ランダム値が用いられる場合のタイミングチャートである。図６（ａ）および図６（ｂ）において、内側に数字が書き込まれたボックスの横幅がヒストグラムのｂｉｎ幅に対応するものとする。

【0049】

図６（ｂ）に示されるように、時間－デジタル変換回路ＴＤＣの微分非線形性が悪い場合でも、ランダム値が用いられれば、カウンタＣが出力するデジタルカウント値は、その取り得る範囲内において万遍なく使用される。そのため、図６（ｂ）の場合、図６（ａ）の場合に比較して、デジタルカウント値は、ヒストグラムのｂｉｎ幅の大小に起因した悪影響を受け難くすることができる。

【0050】

したがって、本実施の形態の測距装置ＭＡによれば、時間－デジタル変換部ＴＤＣの微分非線形性に起因して生じる対象ヒストグラムＯＨＩ（図５参照）の形状の歪みを低減することができる。そのため、対象ヒストグラムＯＨＩの重心についての誤差の発生を抑制することができる。したがって、予め定められた基準位置から測距対象物ＭＯまでの距離の測定誤差の発生を抑制することができる。

【0051】

（実施の形態２）
図７～図１０を用いて、実施の形態２の測距装置を説明する。なお、下記において実施の形態の測距装置ＭＡと同様である点についての説明は繰り返さない。本実施の形態の測距装置ＭＡは、以下の点で、実施の形態１の測距装置ＭＡと異なる。

【0052】

図７は、実施の形態２の測距装置ＭＡの機能ブロックの概要を示す図である。

【0053】

図７から分かるように、本実施の形態の測距装置ＭＡは、実施の形態１の測距装置ＭＡの構成に加えて、基準受光部ＬＲrefを備えている。基準受光部ＬＲrefは、基準受光素子ＳＰＡＤrefおよび発信回路ＲｅｆＤを有する。

【0054】

基準受光素子ＳＰＡＤrefは、受けた複数のパルス光に応じた複数のパルス信号に変換する受光ダイオードを含む。基準受光素子ＳＰＡＤrefは、複数のパルス光ＰＬのうちの反射部材ＲＭで反射された複数の基準パルス光ＲＬを受光する。

【0055】

発信回路ＲｅｆＤは、基準受光素子ＳＰＡＤrefが受光した複数の基準パルス光ＲＬにそれぞれ対応する複数の基準パルス信号ｒｅｆを送信する。つまり、発信回路ＲｅｆＤは、基準受光素子ＳＰＡＤrefが複数の基準パルス光ＲＬを受光したタイミングと同期したタイミングで基準パルス信号ｒｅｆを送信する。

【0056】

本実施の形態の時間－デジタル変換部ＴＤＣは、発光タイミングおよび対象受光タイミングに加えて、複数の基準パルス信号ｒｅｆのそれぞれの基準受光タイミングをデジタル値に変換する。そのために、時間－デジタル変換部ＴＤＣは、第１フリップフロップ回路１ＦＦおよび第２フリップフロップ回路２ＦＦに加えて、第３フリップフロップ回路３ＦＦを備えている。

【0057】

第３フリップフロップ回路３ＦＦは、第５入力端子５ＩＮ、第６入力端子６ＩＮ、第３出力端子３ＯＵＴを含んでいる。

【0058】

第５入力端子５ＩＮは、カウンタＣから出力されるデジタルカウント値を順次受け入れる。第６入力端子６ＩＮは、発信回路ＲｅｆＤから送信される複数の基準パルス信号ｒｅｆを順次受け入れる。第３出力端子３ＯＵＴは、基準パルス信号ｒｅｆが第６入力端子６ＩＮへ入力されたときに第５入力端子５ＩＮへ入力されたデジタルカウント値を、基準受光タイミングのデジタル値として出力する。

【0059】

本実施の形態の測距装置ＭＡは、実施の形態１の測距装置ＭＡの構成に加えて、基準減算回路Ｄｒｅｆを備えている。

【0060】

基準算回路Ｄｒｅｆは、第３出力端子３ＯＵＴから出力された基準受光タイミングのデジタル値と第１出力端子１ＯＵＴから出力された発光タイミングのデジタル値との差分ｂｉｎ＿ｒｅｆを算出し、出力する。

【0061】

本実施の形態においては、ヒストグラム生成－距離演算部ＨＩＤＣは、基準受光タイミングのデジタル値と発光タイミングのデジタル値との差分ｂｉｎ＿ｒｅｆを横軸とした基準ヒストグラムＲＨＩ（図１０参照）を生成する。また、実施の形態１と同様に、ヒストグラム生成－距離演算部ＨＩＤＣは、対象受光タイミングのデジタル値と発光タイミングのデジタル値との差分ｂｉｎ＿ｒｅｔを横軸とした対象ヒストグラムＯＨＩ（図１０参照）を生成する。

【0062】

ヒストグラム生成－距離演算部ＨＩＤＣは、基準ヒストグラムＲＨＩの重心と対象ヒストグラムＯＨＩの重心との差分に基づいて、予め定められた基準位置から測距対象物ＭＯまでの距離を算出する。より具体的には、ヒストグラム生成－距離演算部ＨＩＤＣは、基準ヒストグラムＲＨＩの重心と対象ヒストグラムＯＨＩの重心との差分により特定される時間差に光の速度を掛け算することにより、基準位置から測距対象物ＭＯまでの距離を算出する。

【0063】

図８は、本実施の形態の測距装置ＭＡの動作を説明するためのフローチャートである。

【0064】

本実施の形態の測距装置ＭＡにおいては、まず、ステップＳ１において、発光部ＬＥが複数のパルス光ＰＬを順次発しながら、差分ｂｉｎ＿ｒｅｆの基準ヒストグラムＲＨＩおよび差分ｂｉｎ＿ｒｅｔの対象ヒストグラムＯＨＩ（図１０参照）を生成する。次に、ステップＳ２において、差分ｂｉｎ＿ｒｅｆの基準ヒストグラムＲＨＩの重心を算出する。次に、ステップＳ３において、差分ｂｉｎ＿ｒｅｔの対象ヒストグラムＯＨＩの重心を算出する。その後、ステップＳ４において、差分ｂｉｎ＿ｒｅｆの基準ヒストグラムＲＨＩの重心と差分ｂｉｎ＿ｒｅｔの対象ヒストグラムＯＨＩの重心との差分から、予め定められた基準位置から測距対象物ＭＯまでの距離を算出する。

【0065】

図９は、実施の形態の測距装置ＭＡの内部で送受信される各信号および各デジタル値のタイミングチャートである。

【0066】

図９に示されるように、発光部ＬＥは、実施の形態１で説明したように、発光パルス信号ｖｃｓｅｌをランダムなタイミングで第１フリップフロップ回路１ＦＦへ送信する。本実施の形態においては、発光パルス信号ｖｃｓｅｌは、８ｂｉｎとランダム値（random_wait）とに基づいて生成される。第１フリップフロップ回路１ＦＦは、カウンタＣがクロック信号ｃｌｋに基づいて出力するデジタルカウント値を受け入れる。第１フリップフロップ回路１ＦＦは、発光パルス信号ｖｃｓｅｌを受信したタイミングのデジタル値Ｄｉｇ_ｖｃｓｅｌ、たとえば、「０１」、「１５」、「０２」、および「０Ｂ」を順次出力する。

【0067】

基準受光素子ＳＰＡＤrefは、基準パルス信号ｒｅｆを第３フリップフロップ回路３ＦＦへ送信する。第３フリップフロップ回路３ＦＦは、カウンタＣがクロック信号ｃｌｋに基づいて出力するデジタルカウント値を受け入れる。それにより、第３フリップフロップ回路３ＦＦは、基準パルス信号ｒｅｆを受信したタイミングのデジタル値Ｄｉｇ_ｒｅｆ、たとえば、「０３」、「１７」、「０４」、「０Ｄ」を出力する。

【0068】

対象受光部ＬＲretは、２つの対象パルス信号ｒｅｔを第２フリップフロップ回路２ＦＦへ送信する。

【0069】

図９の時間軸において隣り合う２つの対象パルス信号ｒｅｔのうちの先の対象パルス信号ｒｅｔは、測距対象物ＭＯで反射した対象パルス光ＳＰＡＤretに対応する対象パルス信号ｒｅｔである。図９の時間軸において隣り合う２つの対象パルス信号ｒｅｔのうちの後の対象パルス信号ｒｅｔは、非測距対象物ＮＭＯで反射した対象パルス光ＳＰＡＤretに対応する対象パルス信号ｒｅｔである。

【0070】

第２フリップフロップ回路２ＦＦは、カウンタＣがクロック信号に基づいて出力するデジタルカウント値を受け入れる。それにより、第２フリップフロップ回路２ＦＦは、対象パルス信号ｒｅｔを受信したタイミングのデジタル値Ｄｉｇ_ｒｅｆ、たとえば、「０７」、「１２」、「１Ｂ」、「０６」、「０８」、「１１」、「１３」を出力する。

【0071】

基準減算回路Ｄｒｅｆは、基準パルス信号ｒｅｆの基準受光タイミングのデジタルカウント値Ｄｉｇ_ｒｅｆと発光パルス信号ｖｃｓｅｌの発光タイミングのデジタルカウント値Ｄｉｇ_ｖｃｓｅｌとの差分ｂｉｎ_ｒｅｆを算出する。差分ｂｉｎ_ｒｅｆは、常の一定の値、たとえば、「０２」である。

【0072】

対象減算回路Ｄｒｅｔは、対象パルス信号ｒｅｔの対象受光タイミングのデジタルカウント値Ｄｉｇ_ｒｅｆと発光パルス信号ｖｃｓｅｌの発光タイミングのデジタルカウント値Ｄｉｇ_ｖｃｓｅｌとの差分ｂｉｎ_ｒｅｔを算出する。差分ｂｉｎ_ｒｅｔは、「０Ｆ」、「０４」、「０３」のように、一様分布のランダム値となる。

【0073】

図１０は、実施の形態の測距装置ＭＡによって生成される基準パルス信号ｒｅｆの基準ヒストグラムＲＨＩ、対象パルス信号ｒｅｔの非対象ヒストグラムＮＯＨＩ、および対象パルス信号ｒｅｔの対象ヒストグラムＯＨＩである。

【0074】

図１０に示されるように、差分ｂｉｎ_ｒｅｆの基準ヒストグラムＲＨＩは、ほぼ一か所に集中的に描かれる分布を示す。一方、差分ｂｉｎ_ｒｅｔは、一か所に集中的に描かれる分布の部分と、フラットな形状に分散されているように描かれる一様分布の部分と、を有している。

【0075】

図１０に示される差分ｂｉｎ_ｒｅｔの対象ヒストグラムＯＨＩおよび差分ｂｉｎ_ｒｅｆの基準ヒストグラムＲＨＩのそれぞれの重心を算出することが可能である。したがって、差分ｂｉｎ_ｒｅｔの対象ヒストグラムＯＨＩの重心と差分ｂｉｎ_ｒｅｆの対象ヒストグラムＲＨＩの重心との差を算出することが可能である。

【0076】

本実施の形態の測距装置ＭＡによっても、複数のパルス光ＰＬが一様乱数に対応するランダムな間隔で発せられる。

【0077】

そのため、図１０に示されるように、非対象ヒストグラムＮＯＨＩは、対象ヒストグラムＯＨＩに比較して、全体として低く、かつ、フラットな形状になる。したがって、本実施の形態の測距装置ＭＡによっても、実施の形態１の測距装置ＭＡと同様に、近距離を測定する場合の距離の誤測定の発生を抑制することができる。

【0078】

また、本実施の形態の測距装置ＭＡによっても、実施の形態１の測距装置ＭＡと同様に、時間－デジタル変換部ＴＤＣの微分非線形性に起因して生じる象ヒストグラムＯＨＩの形状の歪みを低減することができる。

【0079】

本実施の形態の測距装置ＭＡによれば、実施の形態１の測距装置ＭＡにより得られる効果に加えて、次の効果を得ることができる。

【0080】

差分ｂｉｎ_ｒｅｔの対象ヒストグラムＯＨＩの重心と差分ｂｉｎ_ｒｅｆの基準ヒストグラムの重心との差分を用いるため、発光素子ＶＣＳＥＬの発光遅延時間をキャンセルすることができる。

【0081】

図１１は、実施の形態２の測距装置ＭＡの発光パルスのクロストーク成分を説明するための構造図である。図１２は、実施の形態２の測距装置ＭＡのパルス光のクロストーク成分に対応する対象パルス信号ｒｅｔのデジタル値を説明するためのヒストグラムである。

【0082】

図１２に示されるように、図１１に示される反射部材ＭＡで反射された発光パルスについて、そのクロストーク成分に対応する対象パルス信号ｒｅｔのヒストグラムとその本来の成分の対象パルス信号ｒｅｔのヒストグラムとを区別することができる。本実施の形態の測距装置ＭＡによれば、上記したように、差分ｂｉｎ_ｒｅｔの対象ヒストグラムＯＨＩの重心と差分ｂｉｎ_ｒｅｆの基準ヒストグラムの重心との差分を用いて、測距対象物ＭＯまでの距離を算出する。そのため、前述のクロストーク成分に対応する対象パルス信号ｒｅｔが、算出される測距対象物ＭＯまでの距離に誤差を生じさせることを抑制することができる。

【符号の説明】

【0083】

ＭＡ 測距装置
ＲＴ ランダムパルス発生部
ＬＥ 発光部
ＲＭ 反射部材
ＭＯ 測距対象物
ＬＲref 基準受光部
ＬＲret 対象受光部
ＴＤＣ 時間－デジタル変換部
ＨＩＤＣ ヒストグラム生成－距離演算部
ＰＬ パルス光
ＲＬ 基準パルス光
ＯＬ 対象パルス光
ｖｃｓｅｌ 発光パルス信号
ｒｅｆ 基準パルス信号
ｒｅｔ 対象パルス信号
ＲＨＩ 基準ヒストグラム
ＯＨＩ 対象ヒストグラム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】