特許 7383558 測定装置および測定方法、並びにプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-10

(45)【発行日】2023-11-20

(54)【発明の名称】測定装置および測定方法、並びにプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/4865 20200101AFI20231113BHJP

   G01S 17/10 20200101ALI20231113BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20231113BHJP

【ＦＩ】

G01S7/4865

G01S17/10

G01C3/06 120Q

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020074371

(22)【出願日】2020-04-17

(65)【公開番号】P2021018231

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2023-03-02

(31)【優先権主張番号】P 2019130868

(32)【優先日】2019-07-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】316005926

【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121131

【弁理士】

【氏名又は名称】西川 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082131

【弁理士】

【氏名又は名称】稲本 義雄

(74)【代理人】

【識別番号】100168686

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 勇介

(72)【発明者】

【氏名】芥川 一樹

(72)【発明者】

【氏名】佃 恭範

(72)【発明者】

【氏名】平野 広之

(72)【発明者】

【氏名】崎村 昇

(72)【発明者】

【氏名】黒岩 達郎

【審査官】藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２５３７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０２１８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２５６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０２３７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１６２６３２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／００－ ３／３２

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の処理周期ごとに繰り返して、レーザ光のパルスを発射する発射タイミングを指示する信号を生成する発射タイミング信号生成部と、
前記レーザ光が測距対象物で反射して戻ってきた反射光におけるパルスを受光したタイミングを示すカウントコードのカウントを、前記処理周期の切り替わり時に継続して行うカウンタと、
前記処理周期の開始から前記発射タイミングを遅延させる時間を示す発射遅延値を、前記処理周期ごとに異ならせて前記発射タイミング信号生成部に指示するタイミング指示部と
を備える測定装置。

【請求項2】

前記反射光におけるパルスを受光したタイミングを示す前記カウントコードから、前記タイミング指示部により指示される前記発射遅延値を減算して、前記測距対象物との間で光が往復する飛行時間を測定した値に対応する測定値を演算する演算部を
さらに備える請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記処理周期が繰り返して行われるたびに前記演算部により求められる前記測定値のヒストグラムを生成し、そのヒストグラムにおいてピークを示す前記測定値を特定するまで、前記処理周期を繰り返して行わせるヒストグラム生成部
をさらに備える請求項２に記載の測定装置。

【請求項4】

前記測距対象物との間の距離を測距の対象としたときに、その距離が含まれる一定の距離幅を表す測距レンジとの間で光が往復する飛行時間の幅である測距レンジ時間を前記処理周期の時間と一致させ、前記処理周期の開始より遅延させた前記発射タイミングから前記測距レンジ時間を開始させる
請求項２に記載の測定装置。

【請求項5】

前記発射タイミング信号生成部は、１回の前記処理周期内で、パルスの発射回数が２回以上となる前記レーザ光を出力させ、
前記演算部は、前記反射光のパルスが検出される前記カウントコードごとに、そのカウントコードが含まれる複数の前記測距レンジ時間が開始されるタイミングである前記発射遅延値それぞれを、そのカウントコードから減算して前記測定値を求める演算を行う
請求項４に記載の測定装置。

【請求項6】

前記カウンタがカウントするカウントコードを下位ビットとし、前記カウンタによるカウントとは分けて上位ビットをカウントする構成を設ける
請求項１に記載の測定装置。

【請求項7】

前記タイミング指示部は、前記処理周期の全域にわたって前記レーザ光によるパルスの発射タイミングを変更させる
請求項１に記載の測定装置。

【請求項8】

前記カウンタは、任意の前記処理周期において前記カウントコードの最大値を変えることで、その処理周期の長さを変更する
請求項１に記載の測定装置。

【請求項9】

一定の前記測定値が求められる前記測距レンジ時間の起点とする前記発射タイミングに、前記測距レンジ時間がシフトされる
請求項４に記載の測定装置。

【請求項10】

前記タイミング指示部は、前記処理周期ごとにランダムに変化するように前記発射遅延値を変更する
請求項３に記載の測定装置。

【請求項11】

前記タイミング指示部は、前記処理周期ごとに所定のパターンで変化するように前記発射遅延値を変更する
請求項３に記載の測定装置。

【請求項12】

前記測距対象物との間の距離を測距の対象としたときに、その距離が含まれる一定の距離幅を表す測距レンジとの間で光が往復する飛行時間の幅を測距レンジ時間とし、
前記ヒストグラム生成部は、前記発射遅延値が変化する所定のパターンに基づいて、前記測距レンジ時間の外で検出された反射光のパルスに起因するゴーストの測定値のヒストグラム形状を予測し、前記ゴーストの測定値のヒストグラム形状を抽出する
請求項１１に記載の測定装置。

【請求項13】

前記ヒストグラム生成部は、前記ゴーストの測定値のヒストグラム形状に対する所定の演算処理を行う
請求項１２に記載の測定装置。

【請求項14】

測定装置が、
所定の処理周期ごとに繰り返して、レーザ光のパルスを発射する発射タイミングを指示する信号を生成することと、
前記レーザ光が測距対象物で反射して戻ってきた反射光におけるパルスを受光したタイミングを示すカウントコードのカウントを、前記処理周期の切り替わり時に継続して行うことと、
前記処理周期の開始から前記発射タイミングを遅延させる時間を示す発射遅延値を、前記処理周期ごとに異ならせて指示することと
を含む測定方法。

【請求項15】

測定装置のコンピュータに、
所定の処理周期ごとに繰り返して、レーザ光のパルスを発射する発射タイミングを指示する信号を生成することと、
前記レーザ光が測距対象物で反射して戻ってきた反射光におけるパルスを受光したタイミングを示すカウントコードのカウントを、前記処理周期の切り替わり時に継続して行うことと、
前記処理周期の開始から前記発射タイミングを遅延させる時間を示す発射遅延値を、前記処理周期ごとに異ならせて指示することと
を含む測定処理を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、測定装置および測定方法、並びにプログラムに関し、特に、より短時間で高精度に距離を測定することができるようにした測定装置および測定方法、並びにプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光の飛行時間を利用して距離を測定する技術であるTOF（Time of Flight）では、測距対象物に向かってパルス状のレーザ光を出力してから、そのレーザ光が測距対象物で反射して戻ってくる反射光のパルスが受光されるまでの時間が測定される。そして、パルス状のレーザ光を出力する処理周期を繰り返し、複数の処理周期で測定される測定値のヒストグラムを生成して、そのヒストグラムのピークを示す測定値に基づいて測距対象物までの距離が算出される。

【0003】

例えば、特許文献１には、複数の受光画素の各々から出力される複数の受光信号を合成することで、遠方に位置する測定対象物や反射率の低い測定対象物などの検出性能が高められた光学的測距装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１７６７５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、従来のTOFにおいて、例えば、処理周期ごとに同一の発射タイミング（例えば、各処理周期の開始と同一のタイミングや、各処理周期の開始から同一の一定時間が経過したタイミングなど）でレーザ光のパルスを発射する場合、測定に必要な時間が長くなることや、DNL（Differential Non-Linearity）が直接的に測距精度に影響を与えることなどがあった。

【0006】

本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より短時間で高精度に距離を測定することができるようにするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一側面の測定装置は、所定の処理周期ごとに繰り返して、レーザ光のパルスを発射する発射タイミングを指示する信号を生成する発射タイミング信号生成部と、前記レーザ光が測距対象物で反射して戻ってきた反射光におけるパルスを受光したタイミングを示すカウントコードのカウントを、前記処理周期の切り替わり時に継続して行うカウンタと、前記処理周期の開始から前記発射タイミングを遅延させる時間を示す発射遅延値を、前記処理周期ごとに異ならせて前記発射タイミング信号生成部に指示するタイミング指示部とを備える。

【0008】

本開示の一側面の測定方法またはプログラムは、所定の処理周期ごとに繰り返して、レーザ光のパルスを発射する発射タイミングを指示する信号を生成することと、前記レーザ光が測距対象物で反射して戻ってきた反射光におけるパルスを受光したタイミングを示すカウントコードのカウントを、前記処理周期の切り替わり時に継続して行うことと、前記処理周期の開始から前記発射タイミングを遅延させる時間を示す発射遅延値を、前記処理周期ごとに異ならせて指示することとを含む。

【0009】

本開示の一側面においては、所定の処理周期ごとに繰り返して、レーザ光のパルスを発射する発射タイミングを指示する信号が生成され、レーザ光が測距対象物で反射して戻ってきた反射光におけるパルスを受光したタイミングを示すカウントコードのカウントが、処理周期の切り替わり時に継続して行われ、処理周期の開始から発射タイミングを遅延させる時間を示す発射遅延値が、処理周期ごとに異ならせて指示される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本技術を適用した測定装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

【図2】処理周期およびパルスの発射タイミングを説明する図である。

【図3】測距処理の処理例を説明するフローチャートである。

【図4】測距レンジ時間の外で検出された反射光のパルスに起因するゴーストの発生を抑制する効果を説明する図である。

【図5】１回の処理周期内で、パルスの発射回数が２回以上となるレーザ光を用いて測距処理を行うことができることによる効果を説明する図である。

【図6】DNLが測定精度に与える影響がキャンセルされることによる効果を説明する図である。

【図7】上位ビットと下位ビットとを分ける構成で、DNLが測定精度に与える影響がキャンセルされる効果を説明する図である。

【図8】処理周期に同期した外乱電波によるノイズの影響について説明する図である。

【図9】処理周期に同期した外乱電波によるノイズの影響を抑制する効果について説明する図である。

【図10】処理周期の全域にわたってパルスの発射タイミングが変更されない場合について説明する図である。

【図11】カウントコードの最大値を変えることによる効果について説明する図である。

【図12】測距レンジ時間をシフトすることができる効果を説明する図である。

【図13】ランプ波形の変形例を示す図である。

【図14】処理周期ごとに等間隔で発射遅延値がずらされる処理例について説明する図である。

【図15】レーザ照射タイミングの制御方法とTOF結果の処理方法について説明する図である。

【図16】処理周期ごとに所定のパターンで発射遅延値がずらされる処理について説明するフローチャートである。

【図17】処理周期ごとに所定のパターンで発射遅延値をずらした場合におけるDNLが測定精度に与える影響がキャンセルされることによる効果について説明する図である。

【図18】レンジ外ToFの影響によるゴーストヒストグラムの形状を説明する第１の例を示す図である。

【図19】レンジ外ToFの影響によるゴーストヒストグラムの形状を説明する第２の例を示す図である。

【図20】本技術を適用したコンピュータの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0012】

＜測定装置の構成例＞
図１は、本技術を適用した測定装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

【0013】

図１に示す測定装置１１は、例えば、測距対象物に向かってパルス状のレーザ光を出力してから、そのレーザ光が測距対象物で反射して戻ってくる反射光のパルスを受光するまでの時間を測定することで、測距対象物との距離を測定する。なお、図１では、パルスが４つのレーザ光を測距対象物に対して出力しても、測距対象物との間が遠距離である場合には、破線で示す３つのパルスは戻らずに、反射光として１つのパルスが戻ってくる程度であることを表している。

【0014】

図１に示すように、測定装置１１は、発射タイミング信号生成部１２、レーザドライバ１３、受光素子１４、TDC１５、タイミング指示部１６、演算部１７、ヒストグラム生成部１８、および距離算出部１９を備えて構成される。また、TDC１５は、カウンタ２１およびラッチ２２を有している。例えば、測定装置１１では、各ブロックが完全に同期している場合には、各ブロックで同期して処理周期を開始することができる。または、測定装置１１では、各ブロックが完全に同期していない場合には、処理周期の開始を知らせる信号が、破線の矢印で示すようにTDC１５から発射タイミング信号生成部１２およびタイミング指示部１６に供給される。

【0015】

発射タイミング信号生成部１２は、測定装置１１から出力されるレーザ光によるパルスを発射する発射タイミングを指示するＴｘパルス信号を生成して、レーザドライバ１３に供給する。このとき、発射タイミング信号生成部１２は、タイミング指示部１６から供給される発射遅延値に従って、処理周期を開始するタイミングから発射タイミングを遅延させることができる。

【0016】

レーザドライバ１３は、発射タイミング信号生成部１２から供給されるＴｘパルス信号に従って、図示しないレーザ発光素子を駆動し、発射タイミングに基づいてパルス状となるレーザ光を出力させる。

【0017】

受光素子１４は、例えば、SPAD（single photon avalanche diode）であり、パルス状のレーザ光が測距対象物で反射して戻ってきた反射光を受光して、その反射光の波形を示すＲｘパルス信号を、TDC１５のラッチ２２に供給する。

【0018】

TDC（Time-to-Digital Conversion）１５は、測定装置１１から出力されたレーザ光が、測距対象物で反射して戻ってくるまでの時間をディジタル値に変換する。即ち、カウンタ２１が、処理周期の開始に合わせてカウントコードのカウントアップを開始し、ラッチ２２が、受光素子１４から供給されるＲｘパルス信号が示すパルスのタイミングでカウンタ２１からカウントコードを取り込んで出力する。

【0019】

タイミング指示部１６は、処理周期の開始からパルスの発射タイミングを遅らせる時間を示す発射遅延値を、発射タイミング信号生成部１２および演算部１７に供給して、測定装置１１からパルスを発射する発射タイミングを指示する。そして、タイミング指示部１６は、処理周期ごとに、発射遅延値を変更することができる。これにより、測定装置１１では、処理周期ごとに、処理周期の開始から異なる発射タイミングでパルスが発射されることになる。

【0020】

ここで、以下、本実施の形態では、タイミング指示部１６により指示される発射遅延値に従って、パルスを発射させる発射タイミングを処理周期ごとに変更することを、パルスモジュレーションと称する。

【0021】

演算部１７は、TDC１５のラッチ２２から供給されるカウントコードから、タイミング指示部１６から供給される発射遅延値を減算する演算を行い、その演算により算出された値をToF値としてヒストグラム生成部１８に供給する。即ち、測定装置１１では、処理周期の開始から発射遅延値に従って遅れた発射タイミングでパルスが発射されるように、パルス状のレーザ光が出力される。そのため、演算部１７が、受光素子１４が反射光のパルスを受光したタイミングを示すカウントコードから発射遅延値を減算することで、レーザ光が測距対象物との間を往復する飛行時間に対応するToF値を求めることができる。

【0022】

ヒストグラム生成部１８は、演算部１７によって算出されたToF値のヒストグラムを生成する。例えば、測定装置１１では、複数の処理周期が繰り返して行われ、ヒストグラム生成部１８は、処理周期が繰り返された分の複数のToF値を用いてヒストグラムを生成する。そして、ヒストグラム生成部１８は、ある１つのToF値がピークを示していることが特定されるようなヒストグラムが生成されると、そのピークを示すToF値を距離算出部１９に供給する。

【0023】

距離算出部１９は、ヒストグラム生成部１８から供給されるToF値を用い、光の速度に基づいて測距対象物との距離を算出する。

【0024】

ここで、図２を参照して、測定装置１１における処理周期、および、パルスの発射タイミングについて説明する。

【0025】

図２に示すTDC RAMPは、TDC１５のカウンタ２１がカウントするカウントコードを可視化したランプ波形を表しており、カウンタ２１は、処理周期ごとに、カウントコード０からカウントアップを繰り返して行う。そして、測定装置１１では、TDC RAMPで示されるように、カウンタ２１は、処理周期が開始したタイミングから遅延することなく（０レイテンシで）、カウントアップを開始する。

【0026】

従って、測定装置１１では、処理周期の切り替わり時にTDC RAMPが停止することがなく、カウンタ２１によるカウントが継続して行われ、カウントコードは０にリセットされるがカウントが停止することはない。これにより、測定装置１１では、ある処理周期においてパルスが出力されたタイミングで開始される測距レンジ時間（ToF range）を、次の処理周期に重複させることが可能となる。なお、測距レンジは、測距対象物との間の距離を測距の対象としたときに、その距離が含まれる一定の距離幅を表しており、測距レンジとの間で光が往復する飛行時間の幅を、以下、測距レンジ時間と称する。

【0027】

また、測定装置１１では、処理周期を開始するタイミングでパルスが発射されるのではなく、処理周期の開始から発射遅延値DLYに従って遅れた発射タイミングでパルスが発射される。このため、測定装置１１では、演算部１７が、反射光のパルスを検出したタイミングにおけるカウントコードから、発射遅延値DLYを減算する演算によって、測距対象物との距離を光が往復する時間に対応するToF値を求めることができる。

【0028】

さらに、測定装置１１では、タイミング指示部１６は、上述したようなパルスモジュレーションを行うことで、処理周期ごとに異なる発射遅延値DLYを発射タイミング信号生成部１２に供給する。即ち、図２に示すように、発射遅延値DLY1および発射遅延値DLY2が異なっており、処理周期ごとに、処理周期の開始からパルスが発射されるまでの間隔が一定とならないように調整される。

【0029】

以上のように構成される測定装置１１は、処理周期の切り替わり時にカウンタ２１によるカウントが継続して行われ、発射遅延値に従ってパルスを発射させる発射タイミングを処理周期ごとに異なるものとすることができる。これにより、測定装置１１は、後述するように、測距レンジ時間を重複させたときに生じるゴースト（誤測距）の影響を分散させることができる。従って、測定装置１１は、従来のように、例えば、測距レンジ時間を重複させることができず、パルスモジュレーション用のオーバヘッド時間を設けるような構成よりも、より短時間で測距対象物との距離を測定することができる。

【0030】

＜測距処理の処理例＞
図３に示すフローチャートを参照して、測定装置１１において実行される測距処理について説明する。

【0031】

例えば、測距処理を開始するように制御が行われると１回目の処理周期が開始され、ステップＳ１１において、カウンタ２１は、カウントコードのカウントアップを開始する。

【0032】

ステップＳ１２において、タイミング指示部１６は、処理周期の開始からパルスの発射タイミングを遅らせる時間を示す発射遅延値を、発射タイミング信号生成部１２および演算部１７に供給する。

【0033】

ステップＳ１３において、発射タイミング信号生成部１２は、ステップＳ１２でタイミング指示部１６から供給される発射遅延値に従って処理周期開始から遅延した発射タイミングでパルスの発射を指示するＴｘパルス信号をレーザドライバ１３に供給する。これにより、レーザドライバ１３は、図示しないレーザ発光素子を駆動し、Ｔｘパルス信号が示す発射タイミングに従ってパルスを発射するパルス状のレーザ光を出力させる。

【0034】

ステップＳ１４において、受光素子１４は、ステップＳ１３で出力されたパルス状のレーザ光の反射光を受光し、その反射光の波形を示すＲｘパルス信号をラッチ２２に供給する。これにより、ラッチ２２は、受光素子１４から供給されるＲｘパルス信号が示すパルスのタイミングでカウンタ２１からカウントコードを取り込み、演算部１７に供給する。

【0035】

ステップＳ１５において、演算部１７は、ステップＳ１４でラッチ２２から供給されるカウントコードから、ステップＳ１２でタイミング指示部１６から供給される発射遅延値を減算する演算を行うことでToF値を求め、ヒストグラム生成部１８に供給する。

【0036】

ステップＳ１６において、ヒストグラム生成部１８は、繰り返して行われるステップＳ１５で演算部１７から供給される複数のToF値を用いてヒストグラムを生成する。

【0037】

ステップＳ１７において、ヒストグラム生成部１８は、直前のステップＳ１６で生成したヒストグラムにおいてToF値のピークが特定されたか否か、例えば、所定のToF値においてピークを示すようなヒストグラムが生成されたか否かを判定する。

【0038】

ステップＳ１７において、ヒストグラム生成部１８が、直前のステップＳ１６で生成したヒストグラムにおいてToF値のピークが特定されていないと判定した場合、処理はステップＳ１１に戻る。このとき、カウンタ２１がカウントコードの最大値までカウントアップを行って、その次にカウントするタイミングでカウントコードを０にリセットして、以下同様に、２回目以降の処理周期が繰り返して行われる。

【0039】

一方、ステップＳ１７において、ヒストグラム生成部１８が、直前のステップＳ１６で生成したヒストグラムにおいてToF値のピークが特定されたと判定した場合、処理はステップＳ１８に進む。即ち、所定のToF値においてピークを示すようなヒストグラムが生成されるまで、処理周期が繰り返される。

【0040】

ステップＳ１８において、ヒストグラム生成部１８は、ヒストグラムにおいてピークとして特定されたToF値を距離算出部１９に供給する。そして、距離算出部１９が、そのToF値を用いて測距対象物との距離を算出した後、処理は終了される。

【0041】

以上のような測定処理により測定装置１１は、より短時間で高精度に測距対象物との距離を測定することができる。

【0042】

例えば、測定装置１１は、パルスモジュレーションを行うことによって、図４を参照して後述するように、測距対象物との距離に従った真のToF値とは異なるToF値（以下、ゴーストのToF値と称する）が求められることによる悪影響を抑制することができる。これにより、測距対象物との距離の測定に必要な時間を短縮することができる。

【0043】

また、測定装置１１は、処理周期の切り替わり時にカウンタ２１によるカウントを継続して行うことによって、測距レンジ時間を重複して設定することが可能となり、図５を参照して後述するように、１回の処理周期内で、パルスの発射回数が２回以上となるレーザ光を用いて測距処理を行うことができる。これにより、より多くのToF値を短時間で求めることができ、より早くヒストグラムにおけるピークを特定することができる。

【0044】

また、測定装置１１は、パルスモジュレーションを行うことによって、図６および図７を参照して後述するように、DNLが測定精度に与える影響がキャンセルされることになり、より測定精度の向上を図ることができる。

【0045】

また、測定装置１１は、パルスモジュレーションを行うことによって、図８乃至図１１を参照して後述するように、処理周期に同期した外乱電波によるノイズの影響を抑制することができ、より測定精度の向上を図ることができる。

【0046】

また、測定装置１１は、処理周期の切り替わり時にカウンタ２１によるカウントを継続して行うことによって、処理周期を跨いで測距レンジ時間を設定することが可能となり、図１２を参照して後述するように、測距レンジ時間をシフトすることができる。

【0047】

＜測距処理の効果＞
図４乃至図１２を参照して、上述したような測定装置１１の測距処理により得られる効果について説明する。

【0048】

図４は、測定装置１１において、測距レンジ時間の外で検出された反射光のパルスに起因するゴーストのToF値の発生を抑制する効果について説明する図である。

【0049】

図４には、循環するように繰り返される処理周期＃１乃至＃３が示されている。そして、それぞれの処理周期が開始するタイミングからカウンタ２１によるカウントアップが開始され、１回の処理周期では、カウントコード０からカウントコード１００までがカウントされる。また、１回の処理周期に対応する時間に一致するように、即ち、カウンタ２１によってカウントコード１００をカウントするのに要する時間に一致するように、測距レンジ時間が設定される。

【0050】

そして、測定装置１１は、上述したように、発射遅延値に従ってパルスを発射させる発射タイミングを処理周期ごとに変更するパルスモジュレーションを行うように構成されている。従って、図４に示す例では、処理周期＃１では、処理周期開始から発射遅延値２０でパルスが発射され、処理周期＃２では、処理周期開始から発射遅延値１０でパルスが発射され、処理周期＃３では、処理周期開始から発射遅延値３０でパルスが発射されている。

【0051】

これに応じ、処理周期＃１の発射遅延値２０で発射されたパルスに応じた測距レンジ時間は、処理周期＃１のカウントコード２０から処理周期＃２のカウントコード２０までとなる。また、処理周期＃２の発射遅延値１０で発射されたパルスに応じた測距レンジ時間は、処理周期＃２のカウントコード１０から処理周期＃３のカウントコード１０までとなる。このとき、処理周期＃１の発射遅延値２０で発射されたパルスに応じた測距レンジ時間と、処理周期＃２の発射遅延値１０で発射されたパルスに応じた測距レンジ時間とは、処理周期＃２のカウントコード１０からカウントコード２０までの間で重複することになる。

【0052】

まず、図４に示されるTDC１５から出力されるカウントコードのケース１（TDCout case1）について説明する。例えば、ケース１では、処理周期＃１においてカウントコード２５が出力され、処理周期＃２においてカウントコード１５が出力され、処理周期＃３においてカウントコード３５が出力されている。

【0053】

従って、処理周期＃１のカウントコード２５で検出された反射光が、処理周期＃１の発射遅延値２０で発射されたパルスが反射したものであるとした場合、カウントコード２５から発射遅延値２０を減算してToF値５が求められる。同様に、処理周期＃２のカウントコード１５で検出された反射光が、処理周期＃２の発射遅延値１０で発射されたパルスが反射したものであるとした場合、カウントコード１５から発射遅延値１０を減算してToF値５が求められる。さらに、処理周期＃３のカウントコード３５で検出された反射光が、処理周期＃３の発射遅延値３０で発射されたパルスが反射したものであるとした場合、カウントコード３５から発射遅延値３０を減算してToF値５が求められる。

【0054】

その後、同様の処理周期が繰り返して行われ、それらの処理周期で求められるToF値のヒストグラムを生成すると、ToF値５がピークを示すことになる。

【0055】

ところで、処理周期＃２のカウントコード１５で検出された反射光は、処理周期＃１の発射遅延値２０で発射されたパルスに応じた測距レンジ時間と、処理周期＃２の発射遅延値１０で発射されたパルスに応じた測距レンジ時間とが重複した範囲となっている。そのため、どちらの測距レンジ時間を適用するべきか判別することはできない。

【0056】

例えば、処理周期＃１の発射遅延値２０で発射されたパルスに対する測距レンジ時間を適用した場合、処理周期＃２におけるカウントコード１５は、処理周期＃１の開始からカウントを継続するとカウントコード１１５に対応し、処理周期＃１の発射遅延値２０を減算してToF値９５が求められる。

【0057】

しかしながら、測定装置１１では、上述したようなパルスモジュレーションが行われるため、ゴーストのToF値９５は、真のToF値５のように一定の値を示すことはなく、処理周期ごとに発射遅延値を変更するのに応じて散らばって分散される。なお、このとき、ノイズについての変化はない。

【0058】

このように、測定装置１１では、ゴーストのToF値が散らばることによって、ゴーストのToF値が求められることによる悪影響を抑制することができ、より短時間で真のToF値がピークを示すヒストグラムを生成することができる。従って、測定装置１１は、測距対象物との距離の測定に必要な時間を短縮することができる。

【0059】

また、図４に示されるTDC１５から出力されるカウントコードのケース２（TDCout case2）について説明する。例えば、ケース２では、処理周期＃１においてカウントコードが出力されず、処理周期＃２においてカウントコード６０が出力され、処理周期＃３においてカウントコード５０が出力されている。

【0060】

従って、処理周期＃２のカウントコード６０で検出された反射光が、処理周期＃１の発射遅延値２０で発射されたパルスが反射したものであるとした場合、処理周期＃２のカウントコード６０（処理周期＃１の開始からカウントコード１６０）から発射遅延値２０を減算してToF値１４０が求められる。同様に、処理周期＃３のカウントコード５０で検出された反射光が、処理周期＃２の発射遅延値１０で発射されたパルスが反射したものであるとした場合、処理周期＃３のカウントコード５０（処理周期＃２の開始からカウントコード１５０）から発射遅延値１０を減算してToF値１４０が求められる。

【0061】

その後、同様の処理周期が繰り返して行われ、それらの処理周期で求められるToF値のヒストグラムを生成すると、ToF値１４０がピークを示すことになる。

【0062】

ところで、処理周期＃２のカウントコード６０で検出された反射光が、処理周期＃２の発射遅延値１０で発射されたパルスが反射したものであるとした場合、処理周期＃２のカウントコード６０から発射遅延値１０を減算してToF値５０が求められる。同様に、処理周期＃３のカウントコード５０で検出された反射光が、処理周期＃３の発射遅延値３０で発射されたパルスが反射したものであるとした場合、処理周期＃３のカウントコード５０から発射遅延値３０を減算してToF値２０が求められる。しかしながら、これらのToF値５０およびToF値２０は、上述したようなパルスモジュレーションが行われ、処理周期ごとに発射遅延値が変更するのに伴って散らばってしまい、一定のToF値を取ることはない。即ち、これらのToF値５０およびToF値２０は、ゴーストのToF値であると判断することができる。

【0063】

このように、測定装置１１では、ゴーストのToF値が散らばることによって、ゴーストのToF値が求められることによる悪影響を抑制することができ、より短時間で真のToF値がピークを示すヒストグラムを生成することができる。従って、測定装置１１は、測距対象物との距離の測定に必要な時間を短縮することができる。

【0064】

また、測定装置１１では、１回の処理周期に対応する時間に一致するように測距レンジ時間を設定することができ、例えば、１回の処理周期に対応する時間を測距レンジ時間より長く設定する（例えば、オーバヘッド時間を設ける）必要がある構成と比較して、より短時間で測距を行うことができる。

【0065】

また、図５を参照して、測定装置１１において、１回の処理周期内で、パルスの発射回数が２回以上となるレーザ光を用いて測距処理を行うことができることによる効果について説明する。

【0066】

例えば、通常、１回の処理周期内で、パルスの発射回数が１回となるレーザ光が出力される。これに対し、測定装置１１では、測距レンジ時間を重複して設定することが可能であり、１回の処理周期内で、パルスの発射回数が２回以上となるレーザ光を出力することができる。

【0067】

図５には、１回の処理周期内で、パルスの発射回数が４回となるレーザ光の一例が示されている。また、それぞれパルスの発射タイミングから、処理周期に対応する時間（１００カウント）の測距レンジ時間が設定されている。

【0068】

また、図５に示す例では、処理周期＃１において、発射遅延値２０で１回目のパルスが発射され、発射遅延値２５で２回目のパルスが発射され、発射遅延値３０で３回目のパルスが発射され、発射遅延値３５で４回目のパルスが発射されている。同様に、処理周期＃２において、発射遅延値１０で１回目のパルスが発射され、発射遅延値２０で２回目のパルスが発射され、発射遅延値６９で３回目のパルスが発射され、発射遅延値７７で４回目のパルスが発射されている。また、処理周期＃３において、発射遅延値７で１回目のパルスが発射され、発射遅延値１５で２回目のパルスが発射され、発射遅延値２２で３回目のパルスが発射され、発射遅延値２７で４回目のパルスが発射されている。

【0069】

これに対し、反射光のパルスは、処理周期＃１のカウントコード８０、カウントコード８５、カウントコード９０、およびカウントコード９５で検出されている。同様に、反射光のパルスは、処理周期＃２のカウントコード７０、およびカウントコード８０で検出されている。また、反射光のパルスは、処理周期＃３のカウントコード２９、カウントコード３７、カウントコード６７、カウントコード７５、およびカウントコード８２で検出されている。

【0070】

そして、測定装置１１では、反射光のパルスが検出されるカウントコードごとに、そのカウントコードが含まれる複数の測距レンジ時間が開始されるタイミングである発射遅延値それぞれを、そのカウントコードから減算してToF値を求める演算が行われる。

【0071】

例えば、処理周期＃１のカウントコード８０で検出された反射光のパルスについては、処理周期＃１のカウントコード８０は、４つの測距レンジ時間に含まれている。そこで、処理周期＃１のカウントコード８０が含まれる４つの測距レンジ時間が開始されるタイミングである発射遅延値（２０，２５，３０，３５）を、処理周期＃１のカウントコード８０から減算して、ToF値６０、ToF値５５、ToF値５０、およびToF値４５が求められる。

【0072】

また、処理周期＃２のカウントコード７０で検出された反射光のパルスについては、処理周期＃２のカウントコード７０は、３つの測距レンジ時間に含まれている。そこで、処理周期＃２のカウントコード７０が含まれる３つの測距レンジ時間が開始されるタイミングである発射遅延値（１０，２０，６９）を、処理周期＃２のカウントコード７０から減算して、ToF値６０、ToF値５０、およびToF値１が求められる。

【0073】

また、処理周期＃３のカウントコード２９で検出された反射光のパルスについては、処理周期＃３のカウントコード２９は、６つの測距レンジ時間に含まれている。そこで、処理周期＃３のカウントコード２９が含まれる６つの測距レンジ時間が開始されるタイミングである発射遅延値（処理周期＃２の６９，７７、処理周期＃３の７，１５，２２，２７）を、処理周期＃３のカウントコード２９（または、処理周期＃２で対応するカウントコード１２９）から減算して、ToF値２２、ToF値１４、ToF値７、ToF値２、ToF値６０、およびToF値５２が求められる。

【0074】

また、処理周期＃３のカウントコード７５で検出された反射光のパルスについては、処理周期＃３のカウントコード７５は、５つの測距レンジ時間に含まれている。そこで、処理周期＃３のカウントコード７５が含まれる５つの測距レンジ時間が開始されるタイミングである発射遅延値（処理周期＃２の７７、処理周期＃３の７，１５，２２，２７）を、処理周期＃３のカウントコード７５（または、処理周期＃２で対応するカウントコード１７５）から減算して、ToF値６８、ToF値６０、ToF値５３、ToF値４８、およびToF値９８が求められる。

【0075】

このように、反射光のパルスが検出されるカウントコードごとに、そのカウントコードが含まれる複数の測距レンジ時間が開始されるタイミングである発射遅延値それぞれを、そのカウントコードから減算して求められるToF値には、真のToF値６０が含まれている。また、真のToF値６０以外のToF値は、処理周期ごとに発射遅延値を変更するのに応じて散らばって分散される。従って、このような演算により求められる全てのToF値から生成されるヒストグラムにおいて、真のToF値６０がピークを示すことになる。

【0076】

従って、測定装置１１では、１回の処理周期で、パルスの発射回数が２回以上となるレーザ光を出力しても、それぞれのパルスが検出されたカウントコードから既知の発射遅延値を減算する演算を行うことでToF値を求めることができる。これにより、測定装置１１は、より多くのToF値を短時間で求めてヒストグラムにおけるピークを特定することができるので、測距処理に必要な時間の短縮を図ることができる。

【0077】

図６を参照して、測定装置１１において、DNLが測定精度に与える影響がキャンセルされることによる効果について説明する。

【0078】

図６には、５個のフリップフロップ回路を有して構成され、３２値のカウントコードを出力するカウンタ２１の構成例が示されている。また、図６には、カウンタ２１から出力されるカウントコードを表す波形、並びに、１カウントごとのDNLおよびINL（Integral Non-Linearity）の成分が示されている。図示するように、DNLおよびINLの成分は、処理周期ごとに、同一のカウントコードでは同じ大きさとなっている。

【0079】

そして、上述したように、測定装置１１では、処理周期ごとに異なる発射遅延値に従って、処理周期開始から遅れたタイミング（発光ToF）でパルスが発射される。従って、反射光のパルスが検出されるタイミング（図６では、白抜きの矢印の先端が示すタイミング）も、処理周期ごとに異なるものとなり、それぞれのタイミングにおいてラッチ２２に取り込まれるカウントコードも異なるものとなる。その結果、処理周期ごとのカウントコードに含まれるDNLの成分も異なるものとなることより、DNLが測距精度に与える影響をキャンセルすることができる。

【0080】

例えば、従来のように、処理周期が開始するタイミングでパルスが発射される場合には、反射光のパルスが検出されるタイミングは処理周期に関わらず同一となり、そのタイミングでラッチ２２に取り込まれるカウントコードも同じものとなる。そのため、従来、処理周期ごとのカウントコードに含まれるDNLの成分が、直接的に、測距精度に影響を与えることになっていた。

【0081】

これに対し、測定装置１１では、測定周期ごとのカウントコードに含まれるDNLの成分が異なるものとなり、それらの成分が平均化されることになるため、DNLが直接的に測定精度に与える影響がキャンセルされることになる。従って、測定装置１１は、より測定精度の向上を図ることができる。

【0082】

さらに、図７に示すように、上位ビットと下位ビットとを分ける構成にすることで、より確実に、DNLが測定精度に与える影響のキャンセルすることができる。

【0083】

図７には、図６に示したカウントコードを表す波形に加えて、上位桁の１ビットのカウンタが設けられた例が示されている。即ち、３２値のカウントコード（下位ビット）に、上位の１ビットを加えることで６４値のカウントコードを表現することができる。

【0084】

例えば、カウンタの遷移位置がDNLの周期に影響するため、この上位桁を遷移位置とは無関係に構成することによって、６４値の処理周期内で３２値のDNLサイクルが２周期現れることになる。例えば、上位桁は、冗長ビットを持たせることや、ラッチ２２での直接カウントなどによって構成することができる。

【0085】

このように、６４値の処理周期内で３２値についてパルスモジュレーションを行うと、DNLの平均化を実現することができ、より確実に、DNLが測定精度に与える影響がキャンセルされる。従って、測定装置１１は、さらなる測定精度の向上を図ることができる。

【0086】

図８乃至図１１を参照して、処理周期に同期した外乱電波によるノイズの影響を抑制することによる効果について説明する。

【0087】

例えば、図８に示すように、外乱電波が処理周期に同期（外乱電波の周波数ｆ＝１／処理周期）している場合、その外乱電波を定在波としてカウントが変調してしまい、外乱電波によるノイズの影響によってヒストグラムに疑似ピークが発生することがある。従って、この場合、パルスモジュレーションを行わずに処理周期ごとに一定の発射タイミングでパルスを発射していると、反射波のパルスを受信したタイミングを示すカウントコードのピークよりも、疑似ピークが高くなるような影響を受けることがある。

【0088】

これに対し、図９の左側に示すように、パルスモジュレーションによって処理周期ごとに異なる発射タイミングでパルスを発射すると、それぞれの発射タイミングに従って、測距レンジ時間が異なるタイミングで開始されることになる。このため、外乱電波が処理周期に同期している場合でも、測距レンジ時間ごとに、外乱電波によるノイズの影響によってヒストグラムに発生する疑似ピークにズレが発生することになる。

【0089】

従って、処理周期の全域にわたってパルスの発射タイミングを変更させる全域パルスモジュレーションを行い、異なる測距レンジ時間のヒストグラムを足し合わせることによって、図９の右側に示すように、外乱電波の影響を完全に平均化して疑似ピークを消失させることができる。つまり、レーザ光が測距対象物で反射した反射波のパルスを受信したタイミングを示すカウントコードだけがピークとして残ることになる。

【0090】

例えば、測定装置１１では、処理周期に同期した外乱電波がある場合には、その外乱電波による電磁誘導を介してタイミング指示部１６を起動し、処理周期ごとに異なる発射タイミングでパルスを発射させるパルスモジュレーションが行われるようにしてもよい。

【0091】

なお、全域パルスモジュレーションが行われない場合には、外乱電波の影響は完全には平均化されないことになる。即ち、図１０に示すように、処理周期の全域にわたってパルスの発射タイミングを変更させずに、パルスの発射タイミングを変更させる範囲（LTのmodulation範囲）が処理周期より狭い場合には、それぞれのパルスを起点に、パルスの発射タイミングを変更させる範囲での積分（移動平均）による平均化が行われることになる。従って、外乱電波の影響を完全に平均化して、疑似ピークを消失させるためには、全域パルスモジュレーションを行うことが望ましい。

【0092】

また、全域パルスモジュレーションを行うことができない場合には、図１１に示すように、任意の処理周期においてカウンタ２１がカウントするカウントコードの最大値を変えることで、処理周期と同期する外乱電波の影響を抑制することができる。即ち、カウンタ２１がカウントするカウントコードの最大値を変えるのに伴って処理周期のタイミングが変更されることになり、処理周期の位相を外乱電波からズレさせることによって、外乱電波の影響が抑制されることになる。なお、この場合、図１１に示すように処理周期が長くなるようにカウントコードの最大値を変えてもいいし、逆に、処理周期が短くなるようにカウントコードの最大値を変えてもよい。

【0093】

このように、測定装置１１は、処理周期に同期した外乱電波によるノイズの影響を抑制することができ、反射波のパルスを受信したタイミングを示すカウントコードがピークとなるようなヒストグラムを正確に生成することができる。これにより、測定装置１１は、より測定精度の向上を図ることができる。

【0094】

図１２は、どの発射タイミングを起点とするかによって測距レンジ時間をシフトすることができる効果を説明する図である。

【0095】

図１２には、図４と同様に、循環するように繰り返される処理周期＃１乃至＃３が示されている。そして、処理周期＃１では、処理周期開始から発射遅延値２０でパルスが発射され、処理周期＃２では、処理周期開始から発射遅延値１０でパルスが発射され、処理周期＃３では、処理周期開始から発射遅延値３０でパルスが発射されている。また、処理周期＃１においてカウントコードが出力されず、処理周期＃２においてカウントコード６０が出力され、処理周期＃３においてカウントコード５０が出力されている。

【0096】

このとき、処理周期＃２のカウントコード６０で検出された反射光のパルスについて、処理周期＃２の発射遅延値１０を起点とするとToF値５０が求められる。また、処理周期＃３のカウントコード５０で検出された反射光のパルスについて、処理周期＃３の発射遅延値３０を起点とするとToF値２０が求められる。従って、このような発射タイミングを起点とすると、これらのToF値５０およびToF値２０は、ゴーストであると判断することができる。

【0097】

一方、処理周期＃２のカウントコード６０で検出された反射光のパルスについて、処理周期＃１の発射遅延値２０を起点とするとToF値１４０が求められる。また、処理周期＃３のカウントコード５０で検出された反射光のパルスについて、処理周期＃２の発射遅延値１０を起点とするとToF値１４０が求められる。従って、このような発射タイミングを起点とすると、一定のToF値を得られるため、このToF値１４０が求められるような発射タイミングを起点として測距レンジ時間をシフトすることができる。

【0098】

このように、測定装置１１は、一定のToF値が求められるような測距レンジ時間の起点とする発射タイミングに、測距レンジ時間をシフトすることができる。

【0099】

以上のように、測定装置１１は、図４乃至図１２を参照して説明したように、より短時間で高精度に測距対象物との距離を測定することができる。

【0100】

なお、本実施の形態では、図１３のＡに示すように、１処理周期ごとにカウントアップを繰り返すようなランプ波形を用いて説明を行ったが、これ以外にカウントを停止することなく循環するランプ波形を用いてもよい。

【0101】

例えば、図１３のＢに示すように、１処理周期ごとにカウントダウンを繰り返すようなランプ波形や、図１３のＣに示すように、カウントアップの処理周期とカウントダウンの処理周期とが交互になるようなランプ波形などを用いることができる。また、図１３のＤに示すように、全ての処理周期の間ではカウントは停止せずに、ある処理周期の間にカウントの停止区間が存在するようなランプ波形を用いてもよい。また、図１３のＥに示すようなマルチスロープのランプ波形（図１３のＥに示す例では、２つの波形を組み合わせることで休みなく循環するランプ波形）を用いてもよい。

【0102】

＜所定のパターンの発射遅延値＞
上述したように、測定装置１１は、パルスモジュレーションを行うことによって処理周期ごとに発射遅延値を異ならせることができ、例えば、発射遅延値がランダムとなるように設定することができる。または、測定装置１１は、処理周期ごとに所定のパターンで発射遅延値がずらされるように設定してもよい。

【0103】

そこで、図１４乃至図１９を参照して、処理周期ごとに所定のパターンで発射遅延値がずらされる処理例について説明する。

【0104】

図１４には、前処理周期に対して発光タイミングを等間隔（所定のパターン）でずらした発射タイミングで４つのパルスが発射される一例が示されている。

【0105】

このように、発光タイミングを等間隔でずらすことで、前処理周期での発光に起因するレンジ外ToF（測距レンジ時間の外で検出された反射光のパルスに起因するゴーストのToF値）は、ヒストグラムを生成すると等間隔にずれて積算されることになる。従って、測定装置１１では、その等間隔（所定のパターン）に基づいたヒストグラム処理を行うことで、レンジ外ToFの形状を予測して、フィルタリングなどを施すことができる。

【0106】

図１５を参照して、レーザ照射タイミングの制御方法とTOF結果の処理方法について説明する。

【0107】

図１５には、発射遅延値DLY1と発射遅延値DLY2とで交互に変化させるパターンの一例が示されている。即ち、タイミング指示部１６は、発射遅延値DLY1と発射遅延値DLY2とが交互になるパターンでパルスの発光タイミングをずらすように、発射タイミング信号生成部１２に発射遅延値を供給する。そして、演算部１７は、TDC１５のラッチ２２から供給されるカウントコードから、タイミング指示部１６から供給される発射遅延値DLY1と発射遅延値DLY2とを交互に減算する演算を行い、その演算により算出されたToF値をヒストグラム生成部１８に供給する。

【0108】

このようなパターンに従って、ヒストグラム生成部１８により生成されるヒストグラムは、レンジ外ToFに応じて図示するような２つのピークが発生する。即ち、レンジ内であれば、ヒストグラム形状には１つのピークが発生するのに対し、レンジ外であれば、２つのピークが発生することになる。なお、図１５の下側には、より実際に近いヒストグラム形状が示されている。

【0109】

そして、ここで示す例では、ヒストグラム生成部１８は、発射遅延値の２倍の２ピークはレンジ外ToFによるヒストグラム形状と予測することができ、その予測に基づいてレンジ外ToFのヒストグラムを抽出することができる。

【0110】

さらに、測定装置１１では、ヒストグラム生成部１８は、レンジ外ToFのヒストグラムに対する演算処理を行うことができる。例えば、ヒストグラム生成部１８は、レンジ外ToFによるヒストグラム形状の重心を別に求める演算処理や、レンジ外ToFに起因する部分を除去する演算処理、レンジ外ToFによるヒストグラム形状の重心を操作する演算処理（例えば、非ROIへ重心を移動する操作などなど）を行うことができる。もちろん、ヒストグラム生成部１８は、これら以外の演算処理を採用してもよい。

【0111】

図１６は、処理周期ごとに所定のパターンで発射遅延値がずらされる処理について説明するフローチャートである。

【0112】

ステップＳ２１において、タイミング指示部１６は、パルスの発光タイミングを所定のパターン（例えば、図１５に示したような交互のパターン）で変化させるような発射遅延値を発射タイミング信号生成部１２に供給する。これにより、発射タイミング信号生成部１２は、発射遅延値に従って、処理周期を開始するタイミングから遅延した発射タイミングを変化させたＴｘパルス信号を生成し、レーザドライバ１３は、Ｔｘパルス信号に従ってパルス状のレーザ光を出力する。

【0113】

ステップＳ２２において、ヒストグラム生成部１８は、演算部１７から供給されるToF値のヒストグラムを生成する際に、パルスの発光タイミングを変化させた所定のパターンに基づいて、レンジ外ToFのヒストグラム形状（例えば、図１５に示したような２つのピーク）を予測する。

【0114】

ステップＳ２３において、ヒストグラム生成部１８は、ステップＳ２２で予測したレンジ外ToFのヒストグラム形状から、レンジ外ToFのヒストグラムを抽出（フィルタリング）する。

【0115】

ステップＳ２４において、ヒストグラム生成部１８は、ステップＳ２３で抽出したレンジ外ToFのヒストグラムに対して、上述したような各種の演算処理を行い、その後、処理は終了される。

【0116】

図１７は、上述の図６と同様に、処理周期ごとに所定のパターンで発射遅延値をずらした場合におけるDNLが測定精度に与える影響がキャンセルされることによる効果について説明する図である。

【0117】

図１７に示すように、同じDNLおよびINLが繰り返し現れ、繰返し周期でINL＝０となる。そして、パルスモジュレーションを行うことによって、同じToF値が、TDC１５から出力される異なるカウントコードから取得される。即ち、同じToF値を取得するのに、異なるDNLをもつTDC１５の出力の影響を分散することができる。

【0118】

なお、図１７では、カウンタ２１のエッジ間の時間差がLSBであり、時間誤差がDNLである。また、下位カウンタの繰り返し周期（32 LSB）でINLは０であり、パルスの発射タイミングに応じて３２通りのDNL平均は０になる。このように、DNLを平均化するために発射タイミングを変化させることが必要であり、発射タイミングの発射遅延値を所定パターンでずらすことで、レンジ外ToFの影響によるゴーストヒストグラムの形状を極力、変化させないようにすることができる。

【0119】

ここで、図１８および図１９を参照して、レーザ照射タイミングの遅延およびDNLの関係と、レンジ外ToFの影響によるゴーストヒストグラムの形状とについて説明する。なお、図１８および図１９では、説明の簡易化のために５binの平均化（図１７では32binの平均化）が図示されている。

【0120】

図１８には、10から14まで１処理周期ごとに１ずつ増加した後に14から10まで１処理周期ごとに１ずつ減少するようなパターンで発射遅延値がずらされる第１の例が示されている。

【0121】

このようなパターンで発射遅延値をずらした場合、レンジ外ToFの照射Ｎ回目とＮ＋１回目との差、レンジ外ToFの照射Ｎ＋１回目とＮ＋２回目との差、レンジ外ToFの照射Ｎ＋２回目とＮ＋３回目との差、および、レンジ外ToFの照射Ｎ＋３回目とＮ＋４回目との差は、それぞれ－１となる。また、レンジ外ToFの照射Ｎ＋４回目とＮ＋５回目との差は、０となる。さらに、レンジ外ToFの照射Ｎ＋５回目とＮ＋６回目との差、レンジ外ToFの照射Ｎ＋６回目とＮ＋７回目との差、レンジ外ToFの照射Ｎ＋７回目とＮ＋８回目との差、および、レンジ外ToFの照射Ｎ＋８回目とＮ＋９回目との差は、それぞれ＋１となる。

【0122】

従って、図示するように、－１および＋１の２つのピークが発生し、レンジ外ToFの中央値である０で低くなるようなヒストグラム形状となる。なお、発射遅延値を変化させなかった場合には、破線で示すようなピークのヒストグラム形状となる。

【0123】

図１９には、10から14まで３処理周期ごとに１ずつ増加した後に14から10まで３処理周期ごとに１ずつ減少するようなパターンで発射遅延値がずらされる第２の例が示されている。

【0124】

このようなパターンで発射遅延値をずらした場合、レンジ外ToFの照射Ｎ＋２回目とＮ＋３回目との差、レンジ外ToFの照射Ｎ＋５回目とＮ＋６回目との差、レンジ外ToFの照射Ｎ＋８回目とＮ＋９回目との差、および、レンジ外ToFの照射Ｎ＋１１回目とＮ＋１２回目との差は、それぞれ－１となる。また、レンジ外ToFの照射Ｎ＋１８回目とＮ＋１９回目との差、レンジ外ToFの照射Ｎ＋２１回目とＮ＋２２回目との差、レンジ外ToFの照射Ｎ＋２４回目とＮ＋２５回目との差、および、レンジ外ToFの照射Ｎ＋２７回目とＮ＋２８回目との差は、それぞれ＋１となる。そして、それ以外では、０となる。

【0125】

従って、図示するように、発射遅延値を変化させる頻度が小さくなると特定のToF値の頻度が高くなるようなヒストグラム形状となる。なお、発射遅延値を変化させなかった場合には、破線で示すようなピークのヒストグラム形状となる。即ち、発射遅延値を変化させる頻度によって、レンジ外ToFの中央値である０の高さの増減をコントロールすることができる。

【0126】

このように、発射タイミングの発射遅延値を所定パターンでずらすことで、レンジ外ToFの影響によるゴーストヒストグラムの形状を極力、変化させないようにすることができる。例えば、発射タイミングの発射遅延値をランダムにずらした場合には分散されるため、このようなヒストグラム形状とならない。

【0127】

＜コンピュータの構成例＞
次に、上述した一連の処理（測定方法）は、ハードウェアにより行うこともできるし、ソフトウェアにより行うこともできる。一連の処理をソフトウェアによって行う場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、汎用のコンピュータ等にインストールされる。

【0128】

図２０は、上述した一連の処理を実行するプログラムがインストールされるコンピュータの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

【0129】

プログラムは、コンピュータに内蔵されている記録媒体としてのハードディスク１０５やROM１０３に予め記録しておくことができる。

【0130】

あるいはまた、プログラムは、ドライブ１０９によって駆動されるリムーバブル記録媒体１１１に格納（記録）しておくことができる。このようなリムーバブル記録媒体１１１は、いわゆるパッケージソフトウェアとして提供することができる。ここで、リムーバブル記録媒体１１１としては、例えば、フレキシブルディスク、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)，MO(Magneto Optical)ディスク，DVD(Digital Versatile Disc)、磁気ディスク、半導体メモリ等がある。

【0131】

なお、プログラムは、上述したようなリムーバブル記録媒体１１１からコンピュータにインストールする他、通信網や放送網を介して、コンピュータにダウンロードし、内蔵するハードディスク１０５にインストールすることができる。すなわち、プログラムは、例えば、ダウンロードサイトから、ディジタル衛星放送用の人工衛星を介して、コンピュータに無線で転送したり、LAN(Local Area Network)、インターネットといったネットワークを介して、コンピュータに有線で転送することができる。

【0132】

コンピュータは、CPU(Central Processing Unit)１０２を内蔵しており、CPU１０２には、バス１０１を介して、入出力インタフェース１１０が接続されている。

【0133】

CPU１０２は、入出力インタフェース１１０を介して、ユーザによって、入力部１０７が操作等されることにより指令が入力されると、それに従って、ROM(Read Only Memory)１０３に格納されているプログラムを実行する。あるいは、CPU１０２は、ハードディスク１０５に格納されたプログラムを、RAM(Random Access Memory)１０４にロードして実行する。

【0134】

これにより、CPU１０２は、上述したフローチャートにしたがった処理、あるいは上述したブロック図の構成により行われる処理を行う。そして、CPU１０２は、その処理結果を、必要に応じて、例えば、入出力インタフェース１１０を介して、出力部１０６から出力、あるいは、通信部１０８から送信、さらには、ハードディスク１０５に記録等させる。

【0135】

なお、入力部１０７は、キーボードや、マウス、マイク等で構成される。また、出力部１０６は、LCD(Liquid Crystal Display)やスピーカ等で構成される。

【0136】

ここで、本明細書において、コンピュータがプログラムに従って行う処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に行われる必要はない。すなわち、コンピュータがプログラムに従って行う処理は、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含む。

【0137】

また、プログラムは、１のコンピュータ（プロセッサ）により処理されるものであっても良いし、複数のコンピュータによって分散処理されるものであっても良い。さらに、プログラムは、遠方のコンピュータに転送されて実行されるものであっても良い。

【0138】

さらに、本明細書において、システムとは、複数の構成要素（装置、モジュール（部品）等）の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、１つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている１つの装置は、いずれも、システムである。

【0139】

また、例えば、１つの装置（または処理部）として説明した構成を分割し、複数の装置（または処理部）として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成をまとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部を他の装置（または他の処理部）の構成に含めるようにしてもよい。

【0140】

また、例えば、本技術は、１つの機能を、ネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。

【0141】

また、例えば、上述したプログラムは、任意の装置において実行することができる。その場合、その装置が、必要な機能（機能ブロック等）を有し、必要な情報を得ることができるようにすればよい。

【0142】

また、例えば、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。換言するに、１つのステップに含まれる複数の処理を、複数のステップの処理として実行することもできる。逆に、複数のステップとして説明した処理を１つのステップとしてまとめて実行することもできる。

【0143】

なお、コンピュータが実行するプログラムは、プログラムを記述するステップの処理が、本明細書で説明する順序に沿って時系列に実行されるようにしても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで個別に実行されるようにしても良い。つまり、矛盾が生じない限り、各ステップの処理が上述した順序と異なる順序で実行されるようにしてもよい。さらに、このプログラムを記述するステップの処理が、他のプログラムの処理と並列に実行されるようにしても良いし、他のプログラムの処理と組み合わせて実行されるようにしても良い。

【0144】

なお、本明細書において複数説明した本技術は、矛盾が生じない限り、それぞれ独立に単体で実施することができる。もちろん、任意の複数の本技術を併用して実施することもできる。例えば、いずれかの実施の形態において説明した本技術の一部または全部を、他の実施の形態において説明した本技術の一部または全部と組み合わせて実施することもできる。また、上述した任意の本技術の一部または全部を、上述していない他の技術と併用して実施することもできる。

【0145】

＜構成の組み合わせ例＞
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
所定の処理周期ごとに繰り返して、レーザ光のパルスを発射する発射タイミングを指示する信号を生成する発射タイミング信号生成部と、
前記レーザ光が測距対象物で反射して戻ってきた反射光におけるパルスを受光したタイミングを示すカウントコードのカウントを、前記処理周期の切り替わり時に継続して行うカウンタと、
前記処理周期の開始から前記発射タイミングを遅延させる時間を示す発射遅延値を、前記処理周期ごとに異ならせて前記発射タイミング信号生成部に指示するタイミング指示部と
を備える測定装置。
（２）
前記反射光におけるパルスを受光したタイミングを示す前記カウントコードから、前記タイミング指示部により指示される前記発射遅延値を減算して、前記測距対象物との間で光が往復する飛行時間を測定した値に対応する測定値を演算する演算部を
さらに備える上記（１）に記載の測定装置。
（３）
前記処理周期が繰り返して行われるたびに前記演算部により求められる前記測定値のヒストグラムを生成し、そのヒストグラムにおいてピークを示す前記測定値を特定するまで、前記処理周期を繰り返して行わせるヒストグラム生成部
をさらに備える上記（２）に記載の測定装置。
（４）
前記測距対象物との間の距離を測距の対象としたときに、その距離が含まれる一定の距離幅を表す測距レンジとの間で光が往復する飛行時間の幅である測距レンジ時間を前記処理周期の時間と一致させ、前記処理周期の開始より遅延させた前記発射タイミングから前記測距レンジ時間を開始させる
上記（２）に記載の測定装置。
（５）
前記発射タイミング信号生成部は、１回の前記処理周期内で、パルスの発射回数が２回以上となる前記レーザ光を出力させ、
前記演算部は、前記反射光のパルスが検出される前記カウントコードごとに、そのカウントコードが含まれる複数の前記測距レンジ時間が開始されるタイミングである前記発射遅延値それぞれを、そのカウントコードから減算して前記測定値を求める演算を行う
上記（４）に記載の測定装置。
（６）
前記カウンタがカウントするカウントコードを下位ビットとし、前記カウンタによるカウントとは分けて上位ビットをカウントする構成を設ける
上記（１）から（５）までのいずれかに記載の測定装置。
（７）
前記タイミング指示部は、前記処理周期の全域にわたって前記レーザ光によるパルスの発射タイミングを変更させる
上記（１）から（６）までのいずれかに記載の測定装置。
（８）
前記カウンタは、任意の前記処理周期において前記カウントコードの最大値を変えることで、その処理周期の長さを変更する
上記（１）から（７）までのいずれかに記載の測定装置。
（９）
一定の前記測定値が求められる前記測距レンジ時間の起点とする前記発射タイミングに、前記測距レンジ時間がシフトされる
上記（４）に記載の測定装置。
（１０）
前記タイミング指示部は、前記処理周期ごとにランダムに変化するように前記発射遅延値を変更する
上記（３）に記載の測定装置。
（１１）
前記タイミング指示部は、前記処理周期ごとに所定のパターンで変化するように前記発射遅延値を変更する
上記（３）に記載の測定装置。
（１２）
前記測距対象物との間の距離を測距の対象としたときに、その距離が含まれる一定の距離幅を表す測距レンジとの間で光が往復する飛行時間の幅を測距レンジ時間とし、
前記ヒストグラム生成部は、前記発射遅延値が変化する所定のパターンに基づいて、前記測距レンジ時間の外で検出された反射光のパルスに起因するゴーストの測定値のヒストグラム形状を予測し、前記ゴーストの測定値のヒストグラム形状を抽出する
上記（１１）に記載の測定装置。
（１３）
前記ヒストグラム生成部は、前記ゴーストの測定値のヒストグラム形状に対する所定の演算処理を行う
上記（１２）に記載の測定装置。
（１４）
測定装置が、
所定の処理周期ごとに繰り返して、レーザ光のパルスを発射する発射タイミングを指示する信号を生成することと、
前記レーザ光が測距対象物で反射して戻ってきた反射光におけるパルスを受光したタイミングを示すカウントコードのカウントを、前記処理周期の切り替わり時に継続して行うことと、
前記処理周期の開始から前記発射タイミングを遅延させる時間を示す発射遅延値を、前記処理周期ごとに異ならせて指示することと
を含む測定方法。
（１５）
測定装置のコンピュータに、
所定の処理周期ごとに繰り返して、レーザ光のパルスを発射する発射タイミングを指示する信号を生成することと、
前記レーザ光が測距対象物で反射して戻ってきた反射光におけるパルスを受光したタイミングを示すカウントコードのカウントを、前記処理周期の切り替わり時に継続して行うことと、
前記処理周期の開始から前記発射タイミングを遅延させる時間を示す発射遅延値を、前記処理周期ごとに異ならせて指示することと
を含む測定処理を実行させるためのプログラム。

【0146】

なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。

【符号の説明】

【0147】

１１ 測定装置， １２ 発射タイミング信号生成部， １３ レーザドライバ， １４ 受光素子， １５ TDC， １６ タイミング指示部， １７ 演算部， １８ ヒストグラム生成部， １９ 距離算出部， ２１ カウンタ， ２２ ラッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】