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(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】2024-01-19
(45)【発行日】2024-01-29
(54)【発明の名称】距離計測装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20240122BHJP
G01S 7/4863 20200101ALI20240122BHJP
G01S 17/10 20200101ALI20240122BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20240122BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 A
G01S7/4863
G01S17/10
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2020157625
(22)【出願日】2020-09-18
(65)【公開番号】P2022051249
(43)【公開日】2022-03-31
【審査請求日】2022-11-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】317011920
【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】久保田 寛
(72)【発明者】
【氏名】松本 展
【審査官】梶田 真也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１２２６７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１９１１２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５３７６８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－２０８５９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１０７４４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１４４１８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１８４５４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２４９９９８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１４６０６７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／１１０４１５（ＷＯ，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
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光信号を出射する光源を含み、前記光信号の出射方向を変えてスキャンさせる投光部と、第１基板の上に２次元に配置された複数の第１画素を含む第１センサと、前記投光部から出射された前記光信号の反射光を前記第１センサに導く第１光学系と、を含む第１受光部と、
前記第１基板と異なる第２基板の上に２次元に配置された複数の第２画素を含む第２センサと、前記反射光を前記第２センサに導く第２光学系とを含む第２受光部と、
前記光源が前記光信号を出射した第１時刻と、前記第１センサが前記反射光を検出した第２時刻とを用いて第１距離値を算出し、前記第１時刻と、前記第２センサが前記反射光を検出した第３時刻とを用いて第２距離値を算出する計測部と、
前記光源に前記光信号を間欠的に出射させ、前記光信号を用いたスキャンを実行し、前記第１センサの前記複数の第１画素のうち第１受光領域に含まれる少なくとも１つの第１画素から受光結果を出力するよう設定し、前記第２センサの前記複数の第２画素のうち第２受光領域に含まれる少なくとも１つの第２画素から受光結果を出力するよう設定し、前記光信号の出射方向に応じて、前記第１受光領域の位置と前記第２受光領域の位置とを決定する制御部と、
を備え、
前記第１光学系の焦点距離が、前記第２光学系の焦点距離よりも長い、
距離計測装置。
【請求項2】
前記第１光学系の絞り値が、前記第２光学系の絞り値よりも小さい、請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項3】
前記計測部が、前記第１距離値と前記第２距離値との両方が第１閾値を上回った場合に、前記光信号に関連付けられた測距結果として前記第１距離値を出力する、請求項１又は請求項２に記載の距離計測装置。
【請求項4】
前記計測部が、前記第１距離値と前記第２距離値との両方が第２閾値を下回った場合に、前記光信号に関連付けられた測距結果として前記第２距離値を出力する、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項5】
前記計測部が、前記第１センサが前記反射光を検出できず且つ前記第２センサが前記反射光を検出できた場合に、前記第１距離値の値を前記第２距離値にする、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項6】
前記投光部は、前記光信号の出射方向を変えるように構成されたミラーをさらに含み、
前記ミラーが第１の状態である場合に、前記光源から出射された前記光信号の照射面の全てが前記ミラーの反射面に含まれ、前記ミラーが第２の状態である場合に、前記光源から出射された前記光信号の照射面の一部が前記ミラーから外れる、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項7】
前記スキャンにおいて、間欠的に出射される複数の前記光信号は、第１光信号と第２光信号とを含み、前記第２光信号の出射位置は、前記第１光信号の出射位置と隣り合い、前記計測部が、
前記第１光信号の第１反射光を前記第１センサが検出した結果に基づいて第３距離値を算出し、前記第１反射光を前記第２センサが検出した結果に基づいて第４距離値を算出し、
前記第２光信号の第２反射光を前記第１センサが検出した結果に基づいて第５距離値を算出し、前記第２反射光を前記第２センサが検出した結果に基づいて第６距離値を算出し、
前記第５距離値と前記第３距離値との差に基づいて前記第３距離値の第１信頼度を算出し、
前記第６距離値と前記第４距離値との差に基づいて前記第４距離値の第２信頼度を算出し、
前記第１信頼度と前記第２信頼度とに基づいて前記第１光信号に対応する距離値の信頼度を決定する、
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項8】
前記計測部が、前記第３距離値と前記第４距離値とが略等しい場合に、前記第１光信号に対応する前記距離値の信頼度を加算する、請求項７に記載の距離計測装置。
【請求項9】
前記計測部が、前記第３距離値と前記第４距離値とのそれぞれが第３閾値を下回る場合に、前記第１信頼度を減算する、請求項７に記載の距離計測装置。
【請求項10】
前記制御部が、前記スキャンにより得られた前記第１センサの受光結果と前記第２センサの受光結果とに基づいて、前記スキャンの後のスキャンにおけるスキャン位置を変更する、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項11】
前記制御部が、前記スキャンにより得られた前記第１センサの受光結果と前記第２センサの受光結果とに基づいて、前記スキャンの後のスキャンにおける前記第１受光領域の位置と前記第２受光領域の位置とを変更する、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項12】
前記制御部は、前記第２受光領域に含まれた複数の第２画素のそれぞれの出力に基づいて算出された複数の距離データと前記第１距離値とを比較し、前記複数の距離データのうち前記第１距離値と略同じ数値を有する距離データに関連付けられた第２画素の位置が、前記第２受光領域の中央に近づくように前記変更を実行する、請求項１１に記載の距離計測装置。
【請求項13】
前記制御部は、前記第１受光領域に含まれた複数の第１画素のそれぞれの出力に基づいて算出された第１光量分布と、前記第２受光領域に含まれた複数の第２画素のそれぞれの出力に基づいて算出された第２光量分布とを比較し、前記第１光量分布と前記第２光量分布との相関が大きくなるように前記変更を実行する、請求項１１に記載の距離計測装置。
【請求項14】
前記制御部は、前記第１受光領域に含まれた複数の第１画素のそれぞれの出力に基づいて算出された第１速度分布と、前記第２受光領域に含まれた複数の第２画素のそれぞれの出力に基づいて算出された第２速度分布とを比較し、前記第１速度分布と前記第２速度分布との相関が大きくなるように前記変更を実行する、請求項１１に記載の距離計測装置。
【請求項15】
前記スキャンの経路は、望遠部と、前記望遠部を挟む第１及び第２広角部とを含み、前記望遠部は、前記第１受光部の視野角に含まれ、
前記望遠部と前記第１及び第２広角部とは、前記第２受光部の視野角に含まれ、
前記望遠部のスキャン時に前記光信号が出射される間隔が、前記第１及び第２広角部のスキャン時に前記光信号が出射される間隔よりも短い、
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項16】
前記スキャンの経路は、望遠部と、前記望遠部を挟む第１及び第２広角部とを含み、前記望遠部は、前記第１受光部の視野角に含まれ、
前記望遠部と前記第１及び第２広角部とは、前記第２受光部の視野角に含まれ、
前記第１及び第２広角部のスキャン時の前記光信号のパルス幅が、前記望遠部のスキャン時の前記光信号のパルス幅よりも短い、
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項17】
前記第１画素のサイズが、前記第２画素のサイズよりも小さい、請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項18】
前記第１画素が、少なくとも１つの第１アバランシェフォトダイオードを含み、前記第２画素が、少なくとも１つの第２アバランシェフォトダイオードを含み、
前記第２アバランシェフォトダイオードのサイズが、前記第１アバランシェフォトダイオードのサイズよりも小さい、
請求項１乃至請求項１７のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項19】
前記光源が、第１方向に並んだ複数のレーザダイオードを含み、前記複数のレーザダイオードは、第１の周期において順に光信号を出射する少なくとも１つの第１レーザダイオードと、前記第１の周期以上長い第２の周期において順に光信号を出射する少なくとも１つの第２レーザダイオードとを含み、
前記制御部は、前記第１の周期において前記少なくとも１つの第１レーザダイオードにより順に出射される前記複数の光信号に合わせて前記第１センサに前記第１受光領域を設定し、前記第２の周期において前記少なくとも１つの第２レーザダイオードにより順に出射される前記複数の光信号に合わせて前記第２センサに前記第２受光領域を設定する、
請求項１乃至請求項１８のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
実施形態は、距離計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）と呼ばれる距離計測装置が知られている。ＬｉＤＡＲは、レーザ光を対象物に照射し、対象物から反射された反射光の強度をセンサ（光検出器）によって検出する。そして、ＬｉＤＡＲは、センサから出力される光強度信号に基づいて、ＬｉＤＡＲから対象物までの距離を計測する。ＬｉＤＡＲで使用されるセンサは多々有るが、今後有望なものとして、２次元に配列された複数のシリコンフォトマルチプライヤを備える二次元センサ（２Ｄセンサ）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１９－１８４５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
距離計測装置における近距離における計測範囲を拡大し、遠距離の計測性能を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態の距離計測装置は、投光部と、第１受光部と、第２受光部と、計測部と、制御部とを含む。投光部は、光信号を出射する光源と、光信号を反射するミラーとを含む。第１受光部は、第１センサと第１光学系とを含む。第１センサは、第１基板の上に２次元に配置された複数の第１画素を含む。第１光学系は、投光部から出射された光信号の反射光を第１センサに導く。第２受光部は、第２センサと第２光学系とを含む。第２センサは、第１基板と異なる第２基板の上に２次元に配置された複数の第２画素を含む。第２光学系は、反射光を第２センサに導く第２光学系を含む。計測部は、光源が光信号を出射した第１時刻と、第１センサが反射光を検出した第２時刻とを用いて第１距離値を算出し、第１時刻と、第２センサが反射光を検出した第３時刻とを用いて第２距離値を算出する。制御部は、光源に光信号を間欠的に出射させ、ミラーを制御することによって光信号を用いたスキャンを実行する。制御部は、複数の第１画素のうち少なくとも１つの第１画素を選択的にオンさせた第１受光領域を第１センサに設定する。制御部は、複数の第２画素のうち少なくとも１つの第２画素を選択的にオンさせた第２受光領域を第２センサに設定する。制御部は、光信号が出射された時のミラーの状態に応じて、第１受光領域の位置と第２受光領域の位置とを決定する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１実施形態に係る距離計測装置の全体構成の一例を示す概略図。
【図2】第１実施形態に係る距離計測装置の測距方法の概要を示す概略図。
【図3】第１実施形態に係る距離計測装置の備える出射部及び受光部の構成の一例を示す概略図。
【図4】第１実施形態に係る距離計測装置における光検出器の平面レイアウトの一例を示す平面図。
【図5】第１実施形態に係る距離計測装置におけるＳＰＡＤユニットの回路構成の一例を示す回路図。
【図6】第１実施形態に係る距離計測装置におけるアバランシェフォトダイオードの構造の一例と単一光子アバランシェダイオードの動作原理とを示す概略図。
【図7】第１実施形態に係る距離計測装置における光検出器の受光領域に設定されたアクティブ領域の一例を示す平面図。
【図8】第１実施形態に係る距離計測装置における光検出器の出力部の構成の一例を示すブロック図。
【図9】第１実施形態に係る距離計測装置における計測部の構成の一例を示すブロック図。
【図10】第１実施形態に係る距離計測装置における受光部の受光結果の一例を示すタイムチャート。
【図11】第１実施形態に係る距離計測装置における計測部の積算処理の一例を示すタイムチャート。
【図12】第１実施形態に係る距離計測装置における出射部のスキャン方法の一例を示すテーブル。
【図13】第１実施形態に係る距離計測装置における出射部のスキャン方法の一例を示す模式図。
【図14】第１実施形態に係る距離計測装置における受光部の動作の一例を示す概略図。
【図15】第１実施形態に係る距離計測装置における受光領域と光検出器に照射される反射光との一例を示す概略図。
【図16】第１実施形態に係る距離計測装置における受光領域と光検出器に照射される反射光との一例を示す概略図。
【図17】第１実施形態に係る距離計測装置における受光領域と光検出器に照射される反射光との一例を示す概略図。
【図18】第１実施形態の第１変形例に係る距離計測装置における出射部のスキャン方法の一例を示す模式図。
【図19】第１実施形態の第２変形例に係る距離計測装置における出射部のスキャン方法の一例を示す模式図。
【図20】第２実施形態に係る距離計測装置における計測部の構成の一例を示すブロック図。
【図21】第２実施形態に係る距離計測装置のスキャン領域内で信頼度の算出に使用される領域の一例を示す概略図。
【図22】第２実施形態に係る距離計測装置の第１平均化アルゴリズムに基づく信頼度の算出フローの一例を示す概略図。
【図23】第２実施形態に係る距離計測装置の第２平均化アルゴリズムに基づく信頼度の算出フローの一例を示す概略図。
【図24】第２実施形態に係る距離計測装置の計測動作の一例を示すフローチャート。
【図25】第２実施形態の第１変形例に係る距離計測装置の計測動作の一例を示すフローチャート。
【図26】第２実施形態の第２変形例に係る距離計測装置の計測動作の一例を示すフローチャート。
【図27】第３実施形態に係る距離計測装置の調整動作の一例を示すフローチャート。
【図28】第３実施形態に係る距離計測装置の調整動作の具体例を示す概略図。
【図29】第３実施形態の第１変形例に係る距離計測装置の調整動作の一例を示すフローチャート。
【図30】第３実施形態の第１変形例に係る距離計測装置の調整動作の具体例を示す概略図。
【図31】第３実施形態の第２変形例に係る距離計測装置の調整動作の一例を示すフローチャート。
【図32】第３実施形態に第２変形例に係る距離計測装置の調整動作の具体例を示す概略図。
【図33】第３実施形態の第３変形例に係る距離計測装置の調整動作の一例を示すフローチャート。
【図34】第３実施形態に第３変形例に係る距離計測装置の調整動作の具体例を示す概略図。
【図35】第３実施形態の第４変形例に係る距離計測装置の調整動作の一例を示すフローチャート。
【図36】第３実施形態に第４変形例に係る距離計測装置の調整動作の具体例を示す概略図。
【図37】第４実施形態に係る距離計測装置におけるミラーの構成の一例を示す概略図。
【図38】第５実施形態に係る距離計測装置における出射部のスキャン方法の一例を示すタイムチャート。
【図39】第５実施形態の変形例に係る距離計測装置における出射部のスキャン方法の一例を示す概略図。
【図40】光検出ユニットの第１構成例における２つの光検出器の画素の構成の一例を示す平面図。
【図41】光検出ユニットの第２構成例における２つの光検出器の画素の構成の一例を示す平面図。
【図42】光検出ユニットの第３構成例における２つの光検出ユニットの構成の一例を示す概略図。
【図43】光検出ユニットの第４構成例における２つの光検出ユニットの構成の一例を示す概略図。
【図44】光検出ユニットの第５構成例における２つの光検出ユニットの構成の一例を示す概略図。
【図45】光検出ユニットの第６構成例における２つの光検出ユニットの構成の一例を示す概略図。
【図46】光検出ユニットの第６構成例における２つの光検出ユニットの構成の一例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、実施形態について図面を参照して説明する。各実施形態は、発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示している。図面は模式的又は概念的なものであり、各図面の寸法及び比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。図面に示された“Ｘ方向”及び“Ｙ方向”は、互いに交差する方向に対応している。本発明の技術思想は、構成要素の形状、構造、配置等によって特定されるものではない。尚、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付す。参照符号を構成する文字の後の数字は、同じ文字を含んだ参照符号によって参照され、且つ同様の構成を有する要素同士を区別するために使用される。
【0008】
［１］第１実施形態
第１実施形態に係る距離計測装置１は、例えば当該距離計測装置１と対象物ＴＧと間の距離を計測することが可能なＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）の一種である。以下に、第１実施形態に係る距離計測装置１について説明する。
第１実施形態に係る距離計測装置１は、例えば当該距離計測装置１と対象物ＴＧと間の距離を計測することが可能なＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）の一種である。以下に、第１実施形態に係る距離計測装置１について説明する。
【0009】
［１－１］構成
［１－１－１］距離計測装置１の全体構成
図１は、第１実施形態に係る距離計測装置１の全体構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、本例では、距離計測装置１の前方に、測距の対象物ＴＧとして車両が配置されている。そして、第１実施形態に係る距離計測装置１は、制御部１０、出射部２０、受光部３０、及び計測部４０を備えている。
［１－１－１］距離計測装置１の全体構成
図１は、第１実施形態に係る距離計測装置１の全体構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、本例では、距離計測装置１の前方に、測距の対象物ＴＧとして車両が配置されている。そして、第１実施形態に係る距離計測装置１は、制御部１０、出射部２０、受光部３０、及び計測部４０を備えている。
【0010】
制御部１０は、距離計測装置１の全体の動作を制御する。制御部１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、発振器を含んでいる（図示せず）。ＲＯＭは、距離計測装置１の動作に使用されるプログラム等を記憶している。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って、出射部２０、受光部３０、及び計測部４０を制御する。ＲＡＭは、ＣＰＵの作業領域として使用される。発振器は、間欠的なパルス信号の生成に使用される。制御部１０は、様々なデータ処理や、演算処理を実行することも可能である。
【0011】
出射部２０は、レーザ光を間欠的に生成及び出射する。生成及び出射されたレーザ光は、対象物ＴＧに照射され、距離計測装置１と対象物ＴＧとの間の距離の計測に使用される。本明細書では、出射部２０から出射されたレーザ光のことを、“出射光Ｌ１”と呼ぶ。対象物ＴＧによって反射された出射光Ｌ１のことを、“反射光Ｌ２”と呼ぶ。尚、出射部２０は、投光部と呼ばれても良い。
【0012】
受光部３０は、距離計測装置１に入射した光を検出して、受光結果を計測部４０に転送する。言い換えると、受光部３０は、距離計測装置１に入射した光を電気信号に変換して、変換した電気信号を計測部４０に転送する。受光部３０は、距離計測装置１に間欠的に入射する反射光Ｌ２の検出に使用される。
【0013】
計測部４０は、受光部３０から転送された受光結果に基づいて、受光部３０が反射光Ｌ２を検出した時刻を計測する。そして、計測部４０は、出射部２０から出射光Ｌ１が出射された時刻と、受光部３０が反射光Ｌ２を検出した時刻とに基づいて、距離計測装置１と対象物ＴＧとの間の距離を計測する。出射部２０から出射光Ｌ１が出射された時刻は、例えば制御部１０から通知される。
【0014】
図２は、第１実施形態に係る距離計測装置１の測距方法の概要を示す概略図である。入力電圧の波形は、出射部２０に含まれた光源に供給される電圧の時間変化を示している。受光結果の波形は、受光部３０が検出した光に基づいた電気信号の強度の時間変化を示している。図２に示すように、出射部２０の光源にパルス信号が供給されると、パルス信号の立ち上がりに基づいて出射光Ｌ１が生成及び出射される。そして、当該出射光Ｌ１が対象物ＴＧに照射され、受光部３０が、対象物ＴＧから反射した反射光Ｌ２を検出する。
【0015】
計測部４０は、出射部２０から出射光Ｌ１が出射された出射時刻Ｔ１と、受光部３０が反射光Ｌ２を検出した受光時刻Ｔ２との差に基づいて、出射光Ｌ１の飛行時間（ＴｏＦ：Time of Flight）を算出する。そして、計測部４０は、出射光Ｌ１の飛行時間とレーザ光の速度とに基づいて、距離計測装置１と対象物ＴＧとの間の距離を計測（測距）する。このような距離計測装置１の測距方法は、“ＴｏＦ方式”とも呼ばれる。計測部４０は、距離計測装置１が出射及び受光する出射光Ｌ１及び反射光Ｌ２の組毎に、測距結果を出力する。
【0016】
尚、計測部４０は、少なくとも出射光Ｌ１の出射に関する時間に基づいて出射時刻Ｔ１を決定し、反射光Ｌ２の受光に関する時間に基づいて受光時刻Ｔ２を決定していれば良い。例えば、計測部４０は、出射時刻Ｔ１及び受光時刻Ｔ２を、信号の立ち上がり時間に基づいて決定しても良いし、信号のピーク時刻に基づいて決定しても良い。制御部１０は、出射部２０、受光部３０、及び計測部４０毎に設けられても良い。計測部４０の処理が制御部１０によって実行されても良い。距離計測装置１は、計測部４０の測距結果に基づいた画像を生成する画像処理部を有していても良い。このような画像は、距離計測装置１を搭載した車両等の制御プログラムによって参照される。
【0017】
［１－１－２］出射部２０の構成
図３は、第１実施形態に係る距離計測装置１の備える出射部２０及び受光部３０の構成の一例を示す概略図である。図３に示すように、第１実施形態における出射部２０は、駆動回路２１及び２２、光源２３、光学系２４、及びミラー２５を含む。
図３は、第１実施形態に係る距離計測装置１の備える出射部２０及び受光部３０の構成の一例を示す概略図である。図３に示すように、第１実施形態における出射部２０は、駆動回路２１及び２２、光源２３、光学系２４、及びミラー２５を含む。
【0018】
駆動回路２１は、制御部１０の発振器から入力されたパルス信号に応じて駆動電流を生成する。そして、駆動回路２１は、生成した駆動電流を光源２３に供給する。つまり、駆動回路２１は、光源２３の電流供給源として機能する。
【0019】
駆動回路２２は、制御部１０による制御に応じて駆動電流を生成する。そして、駆動回路２２は、生成した駆動電流をミラー２５に供給する。つまり、駆動回路２２は、ミラー２５の電源回路として機能する。
【0020】
光源２３は、レーザダイオード等のレーザ光源である。光源２３は、駆動回路２１から供給された間欠的な駆動電流（パルス信号）に基づいて、レーザ光（出射光Ｌ１）を間欠的に出射する。光源２３により出射されたレーザ光は、光学系２４に入射する。
【0021】
光学系２４は、複数のレンズや光学素子を含み得る。光学系２４は、光源２３により出射される出射光Ｌ１の光路上に配置される。例えば、光学系２４は、入射した出射光Ｌ１をコリメートして、コリメートした出射光Ｌ１をミラー２５に導光する。光学系２４は、ビームシェイパや、ビームスプリッタ等を含んでいても良い。
【0022】
ミラー２５は、駆動回路２２から供給される駆動電流に基づいて駆動し、当該ミラー２５に入射した出射光Ｌ１を反射する。例えば、ミラー２５の反射面は、互いに交差する２つの軸を中心として回転或いは揺動可能に構成される。ミラー２５によって反射された出射光Ｌ１が、距離計測装置１の外部の対象物ＴＧに照射される。
【0023】
第１実施形態に係る距離計測装置１において、制御部１０は、ミラー２５を制御して出射光Ｌ１の出射方向を変更することによって、測距したい領域をスキャンする。出射部２０は、レーザ光を用いたスキャンをすることが可能な構成を有していれば良く、その他の構成であっても良い。例えば、出射部２０は、ミラー２５によって反射されたレーザ光の光路上に配置された光学系をさらに備えていても良い。
【0024】
本明細書では、距離計測装置１によって測距される領域のことを、“スキャン領域ＳＡ”と呼ぶ。距離計測装置１は、スキャン領域ＳＡ内で複数点の計測動作を実行し、様々な対象物ＴＧとの距離を計測する。また、１回のスキャンに対応する複数点の測距結果の組のことを“フレーム”と呼ぶ。距離計測装置１は、スキャンを連続的に実行することによって、距離計測装置１の前方の対象物ＴＧとの距離を逐次取得することが出来る。
【0025】
［１－１－３］受光部３０の構成
引き続き図３を参照して、第１実施形態における受光部３０の構成について説明する。図３に示すように、第１実施形態における受光部３０は、２つの光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２を含む。光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれは、距離計測装置１に入射した反射光Ｌ２を検出する。光検出ユニットＰＵ１は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１Ａ、光学系３２Ａ、及び光検出器３３Ａを含む。光検出ユニットＰＵ２は、ＢＰＦ３１Ｂ、光学系３２Ｂ、及び光検出器３３Ｂを含む。
引き続き図３を参照して、第１実施形態における受光部３０の構成について説明する。図３に示すように、第１実施形態における受光部３０は、２つの光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２を含む。光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれは、距離計測装置１に入射した反射光Ｌ２を検出する。光検出ユニットＰＵ１は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１Ａ、光学系３２Ａ、及び光検出器３３Ａを含む。光検出ユニットＰＵ２は、ＢＰＦ３１Ｂ、光学系３２Ｂ、及び光検出器３３Ｂを含む。
【0026】
ＢＰＦ３１Ａ及び３１Ｂのそれぞれは、当該ＢＰＦを通過する光の特定の周波数帯を通過させるフィルタである。距離計測装置１に入射した反射光Ｌ２は、ＢＰＦ３１Ａを通過して光学系３２Ａに入射し、ＢＰＦ３１Ｂを通過して光学系３２Ｂに入射する。ＢＰＦ３１Ａ及び３１Ｂのそれぞれの設計は、同じであっても良いし、異なっていても良い。
【0027】
光学系３２Ａは、複数のレンズを含み得る。光学系３２Ａは、ＢＰＦ３１Ａを通過した反射光Ｌ２を光検出器３３Ａに集める。光学系３２Ａの設計は、遠距離の対象物ＴＧに対して最適化される。例えば、光学系３２Ａの焦点距離が、遠距離（無限遠）に設計される。本明細書では、光学系３２Ａが望遠レンズと類似した設計を有する。このため、光検出ユニットＰＵ１のことを、“望遠側の光検出ユニットＰＵ”とも呼ぶ。
【0028】
光学系３２Ｂは、複数のレンズを含み得る。光学系３２Ｂは、ＢＰＦ３１Ｂを通過した反射光Ｌ２を光検出器３３Ｂに集める。光学系３２Ｂの設計は、近距離の対象物ＴＧに対して最適化される。例えば、光学系３２Ｂの焦点距離は、光学系３２Ａよりも近距離に設計され、光学系３２Ｂの視野角は、光学系３２Ａよりも広く設計される。本明細書では、光学系３２Ｂが広角レンズと類似した設計を有する。このため、光検出ユニットＰＵ２のことを、“広角側の光検出ユニットＰＵ”とも呼ぶ。
【0029】
光検出器３３Ａ及び３３Ｂのそれぞれは、例えば、半導体を用いた光電子増倍素子を含み、当該光検出器３３に入射した光を電気信号に変換する。光検出器３３Ａ及び３３Ｂの受光結果は、計測部４０に出力される。光検出器３３Ａは、ＢＰＦ３１Ａ及び光学系３２Ａを通過した反射光Ｌ２を検出する。光検出器３３Ｂは、ＢＰＦ３１Ｂ及び光学系３２Ｂを通過した反射光Ｌ２を検出する。光検出器３３Ａ及び３３Ｂのそれぞれの設計は、同じであっても良いし、異なっていても良い。
【0030】
第１実施形態に係る距離計測装置１において、受光部３０の光学系３２Ａ及び３２Ｂのそれぞれの光軸は、出射部２０の光学系２４の光軸と異なっている。つまり、距離計測装置１は、出射部２０及び受光部３０の間で非同軸の光学系を有している。尚、受光部３０は、互いに異なる距離に最適化された少なくとも２つの光検出ユニットＰＵを備えていれば良く、その他の構成であっても良い。
【0031】
（光検出器３３の構成）
図４は、第１実施形態に係る距離計測装置１における光検出器３３の平面レイアウトの一例を示す平面図である。図４に示すように、第１実施形態における光検出器３３は、２Ｄセンサであり、受光領域ＤＡを含む。
図４は、第１実施形態に係る距離計測装置１における光検出器３３の平面レイアウトの一例を示す平面図である。図４に示すように、第１実施形態における光検出器３３は、２Ｄセンサであり、受光領域ＤＡを含む。
【0032】
受光領域ＤＡは、距離計測装置１に入射した光の検出に使用される領域である。受光領域ＤＡは、複数の画素ＰＸを含む。画素ＰＸは、光検出器３３から出力される受光結果の最小単位に対応している。複数の画素ＰＸは、例えば、半導体基板の上に２次元に配置される、言い換えると、複数の画素ＰＸは、半導体基板の上に、ＸＹ平面に沿ったマトリクス状に配置される。ＸＹ平面は、Ｘ方向とＹ方向とによって形成される平面であり、光検出器３３の受光領域ＤＡが形成される基板の表面と平行である。複数の画素ＰＸのそれぞれには、Ｘ方向に対応する座標と、Ｙ方向に対応する座標とが割り当てられる。
【0033】
複数の画素ＰＸの各々は、少なくとも１つのＳＰＡＤユニットＳＵを含む。ＳＰＡＤユニットＳＵは、光電子増倍素子を含む。光電子増倍素子としては、例えば、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ：Single-Photon Avalanche Diode）が使用される。画素ＰＸが複数のＳＰＡＤユニットＳＵを含む場合、複数のＳＰＡＤユニットＳＵは、例えばＸＹ平面に沿ったマトリクス状に配置される。複数のＳＰＡＤを含む画素ＰＸは、シリコン光増倍素子（ＳｉＰＭ：Silicon Photomultiplier）とも呼ばれる。
【0034】
尚、光検出器３３Ａの受光領域ＤＡの大きさ（センササイズ）と、光検出器３３Ｂの受光領域ＤＡの大きさ（センササイズ）とは、同じであっても良いし、異なっていても良い。光検出器３３に含まれた画素ＰＸの数と、画素ＰＸに含まれたＳＰＡＤユニットＳＵの数とのそれぞれは、任意の数に設計され得る。画素ＰＸの形状とＳＰＡＤユニットＳＵの形状とのそれぞれは、任意の形状に設計され得る。画素ＰＸの形状とＳＰＡＤユニットＳＵの形状とのそれぞれは、単一の形状で設けられていなくても良い。画素ＰＸにおいて、Ｘ方向に並んだＳＰＡＤユニットＳＵの数と、Ｙ方向に並んだＳＰＡＤユニットＳＵの数とは、異なっていても良い。画素ＰＸの形状は、画素ＰＸに含まれたＳＰＡＤユニットＳＵの数や配置等に応じて設計され得る。
【0035】
（ＳＰＡＤユニットＳＵの回路構成）
図５は、第１実施形態に係る距離計測装置１におけるＳＰＡＤユニットＳＵの回路構成の一例を示す回路図である。図５に示すように、第１実施形態におけるＳＰＡＤユニットＳＵは、少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤ及びクエンチ抵抗Ｒｑの組と、高電圧ノードＮｈｖと、低電圧ノードＮｌｖと、Ｐ型トランジスタＴｏｕｔとを含む。アバランシェフォトダイオードＡＰＤ及びクエンチ抵抗Ｒｑの組の数は、ＳＰＡＤユニットＳＵが含むＳＰＡＤの数に対応している。
図５は、第１実施形態に係る距離計測装置１におけるＳＰＡＤユニットＳＵの回路構成の一例を示す回路図である。図５に示すように、第１実施形態におけるＳＰＡＤユニットＳＵは、少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤ及びクエンチ抵抗Ｒｑの組と、高電圧ノードＮｈｖと、低電圧ノードＮｌｖと、Ｐ型トランジスタＴｏｕｔとを含む。アバランシェフォトダイオードＡＰＤ及びクエンチ抵抗Ｒｑの組の数は、ＳＰＡＤユニットＳＵが含むＳＰＡＤの数に対応している。
【0036】
アバランシェフォトダイオードＡＰＤ及びクエンチ抵抗Ｒｑの組は、高電圧ノードＮｈｖと低電圧ノードＮｌｖとの間に直列に接続される。具体的には、アバランシェフォトダイオードＡＰＤのアノードが、低電圧ノードＮｌｖに接続される。アバランシェフォトダイオードＡＰＤのカソードが、クエンチ抵抗Ｒｑの一端に接続される。クエンチ抵抗Ｒｑの他端が、高電圧ノードＮｈｖに接続される。距離計測装置１の計測動作において、高電圧ノードＮｈｖに印加される電圧は、低電圧ノードＮｌｖに印加される電圧よりも高い。つまり、アバランシェフォトダイオードＡＰＤには、逆バイアスが印加される。
【0037】
高電圧ノードＮｈｖは、ＳＰＡＤユニットＳＵの出力ノードに対応している。高電圧ノードＮｈｖには、Ｐ型トランジスタＴｏｕｔのドレインが接続される。Ｐ型トランジスタＴｏｕｔのゲートには、制御信号Ｓｏｕｔが入力される。制御信号Ｓｏｕｔの電圧が“Ｌ”レベルである場合、Ｐ型トランジスタＴｏｕｔのソースから、高電圧ノードＮｈｖの電圧に基づいた出力信号ＩＯＵＴが出力される。出力信号ＩＯＵＴは、ＳＰＡＤユニットＳＵの受光結果に対応している。制御信号Ｓｏｕｔの電圧が“Ｈ”レベルである場合、Ｐ型トランジスタＴｏｕｔが、ＳＰＡＤユニットＳＵによる受光結果の出力を遮断する。制御部１０は、複数の画素ＰＸ毎に、制御信号Ｓｏｕｔを制御することが出来る。
【0038】
尚、ＳＰＡＤユニットＳＵは、その他の回路構成であっても良い。例えば、高電圧ノードＮｈｖにＮ型トランジスタのドレインを接続し、そのゲートに制御信号Ｓｏｕｔを接続し、そのソースを適当な低い電位に接続しても良い。そして、Ｐ型トランジスタＴｏｕｔによる出力信号ＩＯＵＴの出力が遮断されている場合に、当該Ｎ型トランジスタを介して電流が排出されても良い。例えば、クエンチ抵抗Ｒｑが、トランジスタに置き換えられても良い。クエンチ抵抗Ｒｑと異なるクエンチ用のトランジスタが、高電圧ノードＮｈｖに接続されても良い。高電圧ノードＮｈｖ（出力ノード）の配置は、アバランシェフォトダイオードＡＰＤによる受光結果を出力可能であれば、その他の配置であっても良い。Ｐ型トランジスタＴｏｕｔは、直列に接続された複数のトランジスタによって構成されても良い。トランジスタＴｏｕｔは、Ｎ型トランジスタであっても良い。トランジスタＴｏｕｔは、出力信号ＩＯＵＴを選択的に出力可能であれば、その他のスイッチ素子であっても良い。画素ＰＸが複数のＳＰＡＤユニットＳＵを有する場合、当該画素ＰＸの出力信号は、例えば、その画素ＰＸに属するＳＰＡＤユニットＳＵの出力信号ＩＯＵＴの合計に対応する。
【0039】
（アバランシェフォトダイオードＡＰＤの構造）
図６は、第１実施形態に係る距離計測装置１におけるアバランシェフォトダイオードＡＰＤの構造の一例と単一光子アバランシェダイオードＳＰＡＤの動作原理とを示す概略図である。図６に示すように、第１実施形態におけるアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、基板５０、Ｐ型半導体層５１及び５２、及びＮ型半導体層５３を含む。
図６は、第１実施形態に係る距離計測装置１におけるアバランシェフォトダイオードＡＰＤの構造の一例と単一光子アバランシェダイオードＳＰＡＤの動作原理とを示す概略図である。図６に示すように、第１実施形態におけるアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、基板５０、Ｐ型半導体層５１及び５２、及びＮ型半導体層５３を含む。
【0040】
基板５０は、例えばＰ型の半導体基板である。基板５０の上に、Ｐ型半導体層５１、Ｐ型半導体層５２、及びＮ型半導体層５３が、この順番に積層されている。例えば、Ｐ型半導体層５１は、Ｐ型半導体層５２よりも厚く形成される。Ｐ型半導体層５２にドープされたＰ型不純物の濃度は、Ｐ型半導体層５１にドープされたＰ型不純物の濃度よりも高い。Ｐ型半導体層５２とＮ型半導体層５３との接触部分には、ＰＮ接合が形成される。これにより、Ｐ型半導体層５２及びＮ型半導体層５３が、アバランシェフォトダイオードＡＰＤのアノード及びカソードとしてそれぞれ使用される。
【0041】
第１実施形態におけるアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、ガイガーモードで使用される。そして、当該アバランシェフォトダイオードＡＰＤを用いたＳＰＡＤは、フォトン単位の光を検出して、電気信号に変換する。以下に、図６に示されたアバランシェフォトダイオードＡＰＤを用いたＳＰＡＤの動作原理について説明する。本例では、基板５０側が、ＳＰＡＤユニットＳＵの低電圧ノードＮｌｖに対応している。Ｎ型半導体層５３側が、ＳＰＡＤユニットＳＵの高電圧ノードＮｈｖに対応している。
【0042】
アバランシェフォトダイオードＡＰＤに高い逆バイアスが印加されると、Ｐ型半導体層５２とＮ型半導体層５３との間に強い電界が発生する（図６（１））。すると、Ｐ型半導体層５２とＮ型半導体層５３とのＰＮ接合部分からＰ型半導体層５１の領域に亘って、空乏層が形成される（図６（２））。このとき、アバランシェフォトダイオードＡＰＤが、光を検出可能な状態（以下、アクティブ状態と呼ぶ）になる。アクティブ状態のアバランシェフォトダイオードＡＰＤに光が照射されると、光エネルギーの一部が空乏層に到達する（図６（３））。すると、空乏層に、電子と正孔の対、すなわちキャリアが発生する（図６（４））。空乏層に発生したキャリアは、ＰＮ接合の近傍の強い電界によりドリフトする（図６（５））。具体的には、発生したキャリアのうち正孔が、基板５０側に向かって加速され、発生したキャリアのうち電子が、Ｎ型半導体層５３側に向かって加速される。
【0043】
Ｎ型半導体層５３側に向かって加速された電子は、ＰＮ接合の近傍の強い電界の下で、原子と衝突する。すると、原子に衝突した電子が、当該原子をイオン化させて、新たな電子と正孔の対を発生させる。このような電子と正孔の対の発生は、アバランシェフォトダイオードＡＰＤに印加された逆バイアスの電圧が、アバランシェフォトダイオードＡＰＤのブレークダウン電圧を超えている場合に繰り返される（図６（６）アバランシェ降伏）。アバランシェ降伏が発生すると、アバランシェフォトダイオードＡＰＤが放電する（図６（７）ガイガー放電）。
【0044】
アバランシェフォトダイオードＡＰＤから出力された電流は、例えばクエンチ抵抗Ｒｑに流れる。すると、ＳＰＡＤユニットＳＵの出力ノードにおいて、電圧降下が発生する（図６（８）クエンチング）。クエンチングによって、アバランシェフォトダイオードＡＰＤに印加された逆バイアスの電圧がブレークダウン電圧未満になると、ガイガー放電が停止する。それから、アバランシェフォトダイオードＡＰＤに対するリカバリ電流が流入され、ＰＮ接合における容量の充電が行われる。ガイガー放電が止まった暫く後に、アバランシェフォトダイオードＡＰＤが、光を検出可能な状態に戻る。
【0045】
尚、ＳＰＡＤユニットＳＵが含むアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、その他の構造であっても良い。例えば、Ｐ型半導体層５２が省略されても良い。Ｐ型半導体層５１、Ｐ型半導体層５２、及びＮ型半導体層５３のそれぞれの厚さは、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの設計に応じて変更され得る。アバランシェフォトダイオードＡＰＤのＰＮ接合は、基板５０と基板５０の上の半導体層との接触部分に形成されても良い。アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、図６に示されたＰ型半導体層とＮ型半導体層とが入れ替えられた構造を有していても良い。
【0046】
（光検出器３３のアクティブ領域ＡＡ）
第１実施形態に係る距離計測装置１に入射する反射光Ｌ２は、例えば、出射光Ｌ１のスキャン位置と光学系３２の設計とに基づいて、受光領域ＤＡの一部に照射される。そして、制御部１０は、各画素ＰＸに含まれたＳＰＡＤユニットＳＵを、反射光Ｌ２の照射位置に基づいて、アクティブ状態又は非アクティブ状態にする。
第１実施形態に係る距離計測装置１に入射する反射光Ｌ２は、例えば、出射光Ｌ１のスキャン位置と光学系３２の設計とに基づいて、受光領域ＤＡの一部に照射される。そして、制御部１０は、各画素ＰＸに含まれたＳＰＡＤユニットＳＵを、反射光Ｌ２の照射位置に基づいて、アクティブ状態又は非アクティブ状態にする。
【0047】
尚、本明細書では、光を検出可能な状態に制御されたＳＰＡＤユニットＳＵを含む画素ＰＸのことを、オン状態の画素ＰＸと呼ぶ。光を検出不可能な状態に制御されたＳＰＡＤユニットＳＵを含む画素ＰＸのことを、オフ状態の画素ＰＸと呼ぶ。制御部１０が、受光領域ＤＡに設定する少なくとも１つのオン状態の画素ＰＸを含む領域のことを、“アクティブ領域ＡＡ”と呼ぶ。
【0048】
図７は、第１実施形態に係る距離計測装置１における光検出器３３の受光領域ＤＡに設定されたアクティブ領域ＡＡの一例を示す平面図である。図７に示すように、距離計測装置１の計測動作において、制御部１０は、出射光Ｌ１毎に、受光領域ＤＡのＸ座標Ｃｘ及びＹ座標Ｃｙを、光検出器３３に通知する。そして、光検出器３３が、制御部１０によって指定されたＸ座標Ｃｘ及びＹ座標Ｃｙに基づいて、受光領域ＤＡ内にアクティブ領域ＡＡを設定する。
【0049】
Ｘ座標Ｃｘ及びＹ座標Ｃｙは、例えば、当該出射光Ｌ１が出射されたタイミングのミラー２５の傾きに関連付けられ、アクティブ領域ＡＡの左上の画素ＰＸの座標を示している。アクティブ領域ＡＡは、例えば、Ｘ座標Ｃｘ及びＹ座標Ｃｙを基準として、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ４画素及び３画素の広がりを有する領域に設定される。言い換えると、本例では、アクティブ領域ＡＡが、４×３画素を含む矩形領域に設定される。このように、受光領域ＤＡ内にアクティブ領域ＡＡが設定されると、反射光Ｌ２が照射されると推測される領域の画素ＰＸのみが、受光結果を出力する。
【0050】
これにより、アクティブ領域ＡＡ外の画素ＰＸからのノイズが、光検出器３３の受光結果から除去され、受光結果のＳ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio）が高くなる。また、アクティブ領域ＡＡ外の画素ＰＸに対する電圧の印加が適宜省略されるため、光検出器３３の消費電力が抑制される。尚、アクティブ領域ＡＡの位置は、少なくとも制御部１０によって指定された座標に基づいて設定されていれば良い。アクティブ領域ＡＡの形状は、制御部１０によって指定された座標に応じて変更されても良い。
【0051】
（光検出器３３の出力部）
図８は、第１実施形態に係る距離計測装置１における光検出器３３の出力部の構成の一例を示すブロック図である。図８に示すように、第１実施形態に係る距離計測装置１において、光検出器３３は、アクティブ領域ＡＡ内の複数の画素ＰＸから取得された受光結果（出力信号ＩＯＵＴ）を計測部４０に転送する前に、当該出力信号ＩＯＵＴに対して所定の信号処理を実行する出力部を有する。例えば、光検出器３３の出力部は、スイッチ部ＳＷ及び信号処理部ＳＰを含む。
図８は、第１実施形態に係る距離計測装置１における光検出器３３の出力部の構成の一例を示すブロック図である。図８に示すように、第１実施形態に係る距離計測装置１において、光検出器３３は、アクティブ領域ＡＡ内の複数の画素ＰＸから取得された受光結果（出力信号ＩＯＵＴ）を計測部４０に転送する前に、当該出力信号ＩＯＵＴに対して所定の信号処理を実行する出力部を有する。例えば、光検出器３３の出力部は、スイッチ部ＳＷ及び信号処理部ＳＰを含む。
【0052】
スイッチ部ＳＷは、複数のスイッチ回路を含む。スイッチ部ＳＷは、アクティブ領域ＡＡの位置を示すＸ座標Ｃｘ及びＹ座標Ｃｙに基づいて、複数のスイッチ回路を適宜繋ぎ替える。このようなスイッチ部ＳＷによって、光検出器３３において画素ＰＸの出力に使用される信号線の本数が、削減され得る。また、スイッチ部ＳＷは、受光領域ＤＡから出力された複数の出力信号ＩＯＵＴの順序を整列する。例えば、受光領域ＤＡからアクティブ領域ＡＡ内の１２個の画素ＰＸに対応する出力信号ＩＯＵＴａ１～１２が出力される場合、スイッチ部ＳＷは、入力された出力信号ＩＯＵＴａ１～１２を整列して、整列された出力信号ＩＯＵＴｂ１～１２を信号処理部ＳＰに出力する。アクティブ領域ＡＡ内の各画素ＰＸの出力順番は、例えば図８の下部に示された順番に変更される。
【0053】
信号処理部ＳＰは、スイッチ部ＳＷから入力された複数の出力信号ＩＯＵＴを用いて、様々な信号処理を実行する。信号処理部ＳＰは、例えば増幅回路のようなアナログ回路、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、時間－デジタル変換器（ＴＤＣ）、加算器のようなロジック回路を含み得る。例えば、信号処理部ＳＰは、入力された出力信号ＩＯＵＴｂ１～１２のそれぞれにアナログ－デジタル変換を実行して、光検出器３３の受光結果に基づくデジタル信号を生成する。そして、信号処理部ＳＰは、受光結果に基づくデジタル信号を、計測部４０に転送する。このように、スイッチ部ＳＷによって整列された出力信号ＩＯＵＴｂ１～１２が入力されることによって、信号処理部ＳＰは、アクティブ領域ＡＡ内における相対的な位置に関する順番を変更せずに、信号処理を実行することが出来る。
【0054】
尚、受光領域ＤＡ、スイッチ部ＳＷ、及び信号処理部ＳＰは、互いに異なる基板上に形成されても良い。スイッチ部ＳＷと信号処理部ＳＰとは、一体で設けられても良い。信号処理部ＳＰは、ＡＤＣとＴＤＣとの両方を含んでいても良い。信号処理部ＳＰがＡＤＣ及びＴＤＣを含む場合に、アクティブ領域ＡＡ内の複数の画素ＰＸが、ＡＤＣによってデジタル信号に変換される画素ＰＸのグループと、ＴＤＣによってデジタル信号に変換される画素ＰＸのグループとに分類されても良い。アクティブ領域ＡＡ内の画素ＰＸの出力信号は、アクティブ領域ＡＡ内の画素の配置に応じて統合されても良い。
【0055】
［１－１－４］計測部４０の構成
図９は、第１実施形態に係る距離計測装置１における計測部４０の構成の一例を示すブロック図である。図９に示すように、第１実施形態における計測部４０は、例えば、取得部４１、積算部４２、及び距離計測部４３を含む。
図９は、第１実施形態に係る距離計測装置１における計測部４０の構成の一例を示すブロック図である。図９に示すように、第１実施形態における計測部４０は、例えば、取得部４１、積算部４２、及び距離計測部４３を含む。
【0056】
取得部４１は、測距に関するデータを制御部１０及び受光部３０から取得し、取得したデータを一時的に記憶する。具体的には、取得部４１は、制御部１０から出射光Ｌ１の出射時刻Ｔ１に関するデータを取得し、受光部３０から光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれの受光結果に関するデータを取得する。そして、取得部４１は、出射時刻Ｔ１に関するデータを距離計測部４３に転送し、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれの受光結果に関するデータを積算部４２に転送する。
【0057】
積算部４２は、受光結果に関するデータの積算処理を実行する。具体的には、積算部４２は、光検出ユニットＰＵ１から転送された複数の画素ＰＸの受光結果を積算することによって第１積算データを生成し、光検出ユニットＰＵ２から転送された複数の画素ＰＸの受光結果を積算することによって第２積算データを生成する。そして、積算部４２は、第１積算データと第２積算データとのそれぞれを距離計測部４３に転送する。
【0058】
距離計測部４３は、取得部４１及び積算部４２から転送されたデータに基づいて、距離を計測する。具体的には、距離計測部４３は、積算部４２から転送された第１及び第２積算データに基づいて、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれにおける反射光Ｌ２の受光時刻Ｔ２を算出する。そして、距離計測部４３は、出射時刻Ｔ１と光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれの受光時刻Ｔ２とを用いて、光検出ユニットＰＵ毎に、ＴｏＦ方式に基づいた距離を計測する。計測結果は、例えば画像処理部に転送される。計測結果は、制御部１０によって参照されても良い。
【0059】
［１－２］動作
［１－２－１］計測動作の概要
図１０は、第１実施形態に係る距離計測装置１における受光部３０の受光結果の一例を示すタイムチャートである。図１０のタイムチャートの縦軸は、画素ＰＸの出力信号に基づく輝度を示している。図１０に示すように、距離計測装置１が出射光Ｌ１毎に実行する計測動作の各々は、例えば、サンプリング期間及びブランキング期間を含む。
［１－２－１］計測動作の概要
図１０は、第１実施形態に係る距離計測装置１における受光部３０の受光結果の一例を示すタイムチャートである。図１０のタイムチャートの縦軸は、画素ＰＸの出力信号に基づく輝度を示している。図１０に示すように、距離計測装置１が出射光Ｌ１毎に実行する計測動作の各々は、例えば、サンプリング期間及びブランキング期間を含む。
【0060】
サンプリング期間は、光検出器３３の信号処理部ＳＰが受光結果に対する信号処理を実行する期間である。サンプリング期間において、信号処理部ＳＰは、受光領域ＤＡから出力された電気信号を、所定のサンプリング間隔でデジタル信号に変換する。本例では、時刻ｔ０～ｔ３２がサンプリング期間に対応し、信号処理部ＳＰが、時刻ｔ１～ｔ３２のそれぞれにおいて、受光領域ＤＡから出力された電気信号をデジタル信号に変換する。尚、サンプリング期間やサンプリング間隔の長さは、任意の長さに設定され得る。
【0061】
ブランキング期間は、現在の出射光Ｌ１に対するサンプリング期間と、次の出射光Ｌ１に対するサンプリング期間との間に設定された期間である。ブランキング期間では、例えば信号処理部ＳＰによる信号処理が省略される。本例では、時刻ｔ３２～ｔ３３が、ブランキング期間に対応している。距離計測装置１の計測動作において、ブランキング期間は適宜省略されても良い。また、出射光Ｌ１毎に設定されるアクティブ領域ＡＡの位置が重なっていない場合に、連続した出射光Ｌ１のサンプリング期間が重なっていても良い。
【0062】
図１１は、第１実施形態に係る距離計測装置１における計測部４０の積算処理の一例を示すタイムチャートである。図１１に示された２つのタイムチャートの縦軸は、受光結果に基づいたデジタル信号の輝度を示している。図１１（１）は、アクティブ領域ＡＡ内の各画素ＰＸの出力（受光結果）の一例を示している。図１１（２）は、アクティブ領域ＡＡ内の複数の画素ＰＸの出力の積算結果の一例を示している。
【0063】
図１１（１）に示すように、各画素ＰＸの出力は、反射光Ｌ２に基づくピーク部分と、ノイズとを含む。距離計測装置１には、何らかの物体により散乱された太陽光等の環境光が入射することがあり、環境光が、受光結果にランダムなノイズとして表れる。つまり、ノイズの発生箇所は、画素ＰＸ毎にばらついている。一方で、反射光Ｌ２に基づくピーク部分は、通常、ノイズよりも高い輝度を有している。画素ＰＸ毎の出力は、ダイナミックレンジが狭いため、ノイズと反射光Ｌ２によるピーク部分との差異は小さい。
【0064】
図１１（２）に示すように、アクティブ領域ＡＡ内の複数の画素ＰＸの出力に対して積算処理が実行されると、各出力の特徴的な部分が強調される。具体的には、対象物ＴＧからの反射光Ｌ２が、ほぼ同じタイミングでサンプリングされる。このため、反射光Ｌ２が検出された部分の信号の強度が、積算処理によって増加する。一方で、ランダムなノイズは、再現性がない。つまり、ランダムなノイズは、積算処理によって強調され辛い。
【0065】
これにより、積算処理を介した受光結果では、ランダムなノイズが、対象物ＴＧからの反射光Ｌ２に対して相対的に低減される。言い換えると、反射光Ｌ２の受光結果におけるデジタル信号のＳ／Ｎ比が、積算処理によって改善される。そして、距離計測部４３は、Ｓ／Ｎ比が改善されたデジタル信号に基づいて、反射光Ｌ２の受光時刻Ｔ２を計測する。その結果、距離計測装置１は、受光時刻Ｔ２の計測精度を向上させることが出来る。
【0066】
［１－２－２］スキャン方法
図１２は、第１実施形態に係る距離計測装置１における距離計測装置１のスキャン方法の一例を示すテーブルである。図１２に示されたテーブルは、スキャン方法の名称とスキャン方法の具体例との３種類の組み合わせを示している。図１２において、符号“Ｌ１”は、関連付けられたスキャン方法における出射光Ｌ１の形状及び出射タイミングを示している。“スキャン位置”の矢印は、スキャン領域ＳＡ内で、複数の出射光Ｌ１が順に照射される経路を模式的に示している。“左方向”及び“右方向”は、紙面上の左方向及び右方向をそれぞれ示している。
図１２は、第１実施形態に係る距離計測装置１における距離計測装置１のスキャン方法の一例を示すテーブルである。図１２に示されたテーブルは、スキャン方法の名称とスキャン方法の具体例との３種類の組み合わせを示している。図１２において、符号“Ｌ１”は、関連付けられたスキャン方法における出射光Ｌ１の形状及び出射タイミングを示している。“スキャン位置”の矢印は、スキャン領域ＳＡ内で、複数の出射光Ｌ１が順に照射される経路を模式的に示している。“左方向”及び“右方向”は、紙面上の左方向及び右方向をそれぞれ示している。
【0067】
図１２（１）に示されたスキャン方法では、例えばドット状の照射面を有する出射光Ｌ１が使用される。そして、距離計測装置１は、左右方向のスキャンを繰り返し実行する。具体的には、距離計測装置１が、右方向にスキャンした後に、折り返して左方向にスキャンして、再び右方向にスキャンした後に、再び折り返して左方向にスキャンする。このようなスキャン方法は、“ラスタスキャン”と呼ばれている。ラスタスキャンを実現する手段としては、ミラー２５として、例えば２軸のミラーを使用すること等が考えられる。
【0068】
図１２（２）に示されたスキャン方法では、縦方向に細長い形状の照射面を有する出射光Ｌ１が使用される。この場合、出射部２０が、例えばコリメータレンズ及びシリンドリカルレンズを有している。そして、距離計測装置１が、縦一列に複数の画素ＰＸを同時に照射して、右方向にスキャンする。このようなスキャン方法は、“マルチチャネルスキャン”と呼ばれている。マルチチャネルスキャンを実現する手段としては、ミラー２５として、ポリゴンミラー、回転ミラーや１軸のＭＥＭＳミラーを使用することが考えられる。マルチチャネルスキャンは、ミラー２５を使用せずに、距離計測装置１自身を回転させることによって実現されても良い。マルチチャネルスキャンは、一度のレーザ出射で複数の画素ＰＸを同時に照射することができる。このため、マルチチャネルスキャンが使用されることによって、ラスタスキャンよりも、高解像及び／或いは高フレームレートが可能とされる。
【0069】
図１２（３）に示されたスキャン方法では、縦方向に細長い形状の照射面を有する出射光Ｌ１が使用される。この場合、出射部２０が、例えば異方性のある非球面コリメータレンズを有している。そして、距離計測装置１が、縦一列に複数の画素を同時に照射して、右方向にスキャンした後に、垂直位置がずらされたスキャンを繰り返し実行する。このようなスキャン方法は、“マルチチャネルラスタスキャン”と呼ばれている。マルチチャネルラスタスキャンを実現する手段としては、ミラー２５として、異なるチルト角を有するポリゴンミラー、回転ミラー及び２軸のミラー等を使用すること等が考えられる。マルチチャネルラスタスキャンを実現する別の手段としては、図１３に示された構成が考えられる。
【0070】
図１３は、第１実施形態に係る距離計測装置１における出射部２０のスキャン方法の一例を示す模式図である。図１３（ａ）に示すように、本例では、光源２３が、マルチチャネルレーザーダイオードＭＣＬＤを含み、光学系２４が、コリメータレンズＣＬ及びシリンドリカルレンズＳＬを含む。例えば、マルチチャネルレーザダイオードＭＣＬＤは、１方向（縦方向）に並んだレーザダイオードＬＤ１～ＬＤ４を含む。レーザダイオードＬＤ１～ＬＤ４は、独立に制御され得る。レーザダイオードＬＤ１～ＬＤ４のそれぞれから出射されたレーザ光は、コリメータレンズＣＬ及びシリンドリカルレンズＳＬを順に通過する。
【0071】
そして、制御部１０は、マルチチャネルラスタスキャン時に、レーザダイオードＬＤ１～ＬＤ４を順次点灯させる。言い換えると、制御部１０が、複数チャネルレーザダイオードＭＣＬＤのチャネルを順次変えつつ点灯させる。具体的には、図１３（ｂ）に示すように、制御部１０は、時間ｔ１～ｔ４に、それぞれレーザダイオードＬＤ１～ＬＤ４を点灯させる。そして、制御部は、マルチチャネルラスタスキャンにおいて、時間ｔ１～ｔ４と同様の制御を繰り返す。このようなマルチチャネルラスタスキャンも、一度のレーザ出射で複数の画素ＰＸを同時に照射できるため、ラスタスキャンよりも、高解像及び／或いは高フレームレートが可能となる。逆に、ある程度の高解像及び高フレームレートを得るためには、ラスタスキャン或いはマルチチャネルラスタスキャンが使用されることが好ましい。
【0072】
以上で説明されたスキャン方法は、あくまで一例である。図１２（１）～（３）に示されたスキャン方法は、機械的な方法に対応している。距離計測装置１は、別のスキャン方法として、ＯＰＡ方法（Optical Phased Array）を使用しても良い。１回のスキャンにおける直線経路の数やスキャン方向は、その他の設定であっても良い。第１実施形態に係る距離計測装置１による動作及び効果は、出射光Ｌ１のスキャン方法に依存しない。このため、第１実施形態に係る距離計測装置１は、機械的な方法とＯＰＡ方法とのいずれを用いて、スキャンを実行しても良い。以下では、複数チャネルのレーザダイオードを用いたマルチチャネルラスタを使用する場合について説明する。
【0073】
図１４は、第１実施形態に係る距離計測装置１における受光部３０の動作の一例を示す概略図である。図１４は、出射部２０に含まれた光源２３、光学系２４、及びミラー２５と、受光部３０に含まれた光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２とを簡略化して示している。
【0074】
図１４の左側に示すように、出射部２０は、ミラー２５の角度を変更して出射光Ｌ１を出射することによって、所望の領域をスキャン（走査）する。簡潔に述べると、出射部２０では、光源２３から出射された出射光Ｌ１が、光学系２４を通過してミラー２５に照射される。そして、ミラー２５に照射された出射光Ｌ１が、ミラー２５の角度に応じた方向に反射される。制御部１０は、間欠的に出射される出射光Ｌ１毎に入射角が変わるように、ミラー２５を制御する。
【0075】
図１４の右側に示すように、受光部３０では、図示が省略された対象物ＴＧからの反射光Ｌ２が、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれに入射する。
【0076】
望遠側の光検出ユニットＰＵ１に入射した反射光Ｌ２は、ＢＰＦ３１Ａ及び光学系３２Ａを通過して、光検出器３３Ａの受光領域ＤＡに照射される。光検出器３３Ａの受光領域ＤＡに設定されるアクティブ領域ＡＡは、ミラー２５の状態と同期して、受光領域ＤＡ内を移動（すなわち走査）する。光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡの位置は、光学系３２Ａの設計と出射部２０のスキャン位置とに応じて設定される。これにより、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡが、反射光Ｌ２を受光可能な位置に適宜設定される。
【0077】
広角側の光検出ユニットＰＵ２に入射した反射光Ｌ２は、ＢＰＦ３１Ｂ及び光学系３２Ｂを通過して、光検出器３３Ｂの受光領域ＤＡに照射される。光検出器３３Ｂの受光領域ＤＡに設定されるアクティブ領域ＡＡは、ミラー２５の状態と同期して、受光領域ＤＡ内を移動（すなわち走査）する。光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡの位置は、光学系３２Ｂの設計と出射部２０のスキャン位置とに応じて設定される。これにより、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡが、反射光Ｌ２を受光可能な位置に適宜設定される。
【0078】
望遠側の光検出ユニットＰＵ１におけるアクティブ領域ＡＡのスキャン設定と、広角側の光検出ユニットＰＵ２におけるアクティブ領域ＡＡのスキャン設定とは、同じであっても良いし、異なっていても良い。アクティブ領域ＡＡのスキャン設定は、少なくとも、関連付けられた光学系３２に合わせて設定されていれば良い。
【0079】
［１－２－３］計測動作の具体例
各受光領域ＤＡに照射される反射光Ｌ２の形状及び位置は、出射光Ｌ１が照射された対象物ＴＧの位置に応じて変化し得る。以下に、図１５、図１６及び図１７を用いて、距離計測装置１が対象物ＴＧから受ける反射光Ｌ２の状態のバリエーションと、当該状態に対応した計測動作の一例とについて説明する。図１５、図１６及び図１７のそれぞれは、第１実施形態に係る距離計測装置１における受光領域ＤＡと光検出器３３に照射される反射光Ｌ２との一例を示す概略図である。
各受光領域ＤＡに照射される反射光Ｌ２の形状及び位置は、出射光Ｌ１が照射された対象物ＴＧの位置に応じて変化し得る。以下に、図１５、図１６及び図１７を用いて、距離計測装置１が対象物ＴＧから受ける反射光Ｌ２の状態のバリエーションと、当該状態に対応した計測動作の一例とについて説明する。図１５、図１６及び図１７のそれぞれは、第１実施形態に係る距離計測装置１における受光領域ＤＡと光検出器３３に照射される反射光Ｌ２との一例を示す概略図である。
【0080】
図１５は、距離計測装置１が遠距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２を受けた状態に対応している。図１５に示すように、遠距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２は、望遠側の光検出器３３Ａにおいてフォーカスが合った状態になり、広角側の光検出器３３Ｂにおいてフォーカスが外れた状態（デフォーカス状態）になる。デフォーカスが発生すると、受光領域ＤＡに対する反射光Ｌ２の照射領域が広がる。デフォーカス状態における単位面積当たりの光強度は、フォーカスが合っている場合よりも低くなる。
【0081】
この状態では、望遠側の光検出器３３Ａと、広角側の光検出器３３Ｂとの両方で、反射光Ｌ２が検出され得る。しかしながら、広角側の光検出器３３Ｂでは、デフォーカスが発生していることから、反射光Ｌ２に対応する光強度のピークの検出精度が低下する。このため、受光部３０が遠距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２を受けた場合、望遠側の光検出器３３Ａの受光結果に基づいた測距結果の信頼性が、広角側の光検出器３３Ｂの受光結果に基づいた測距結果の信頼性よりも高くなる。例えば、距離計測装置１は、望遠側の光検出器３３Ａと広角側の光検出器３３Ｂとのそれぞれで所定の距離よりも遠い測距結果が計測された場合に、望遠側の光検出器３３Ａに対応する測距結果を優先しても良い。
【0082】
図１６は、距離計測装置１が近距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２を受けた状態に対応している。図１６に示すように、近距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２は、広角側の光検出器３３Ｂにおいてフォーカスが合った状態になり、望遠側の光検出器３３Ａにおいてデフォーカス状態になる。
【0083】
この状態では、望遠側の光検出器３３Ａと、広角側の光検出器３３Ｂとの両方で、反射光Ｌ２が検出され得る。しかしながら、望遠側の光検出器３３Ａでは、デフォーカスが発生していることから、反射光Ｌ２に対応する光強度のピークの検出精度が低下する。このため、受光部３０が近距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２を受けた場合、広角側の光検出器３３Ｂの受光結果に基づいた測距結果の信頼性が、望遠側の光検出器３３Ａの受光結果に基づいた測距結果の信頼性よりも高くなる。例えば、距離計測装置１は、望遠側の光検出器３３Ａと広角側の光検出器３３Ｂとのそれぞれで所定の距離よりも近い測距結果が計測された場合に、広角側の光検出器３３Ｂに対応する測距結果を優先しても良い。
【0084】
図１７は、距離計測装置１が至近距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２を受けた状態に対応している。図１７に示すように、至近距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２は、広角側の光検出器３３Ｂにおいてフォーカスが合った状態になり、望遠側の光検出器３３Ａにおいてデフォーカス状態になる。また、受光部３０が至近距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２を受光する場合、非同軸の光学系により生じる視差が大きくなる傾向がある。広角側の光検出器３３Ｂでは、近距離の対象物ＴＧに最適化された光学系３２Ｂが使用されるため、視差が抑制される。一方で、望遠側の光検出器３３Ａでは、遠距離の対象物ＴＧに最適化された光学系３２Ａが使用されるため、視差が大きくなる。
【0085】
この状態では、広角側の光検出器３３Ｂでは、反射光Ｌ２がアクティブ領域ＡＡに照射される。一方で、望遠側の光検出器３３Ａでは、反射光Ｌ２が受光領域ＤＡを外れることがある。このとき、距離計測装置１は、望遠側の光検出器３３Ａにおいて反射光Ｌ２に対応する光強度のピークが検出できない。しかしながら、距離計測装置１は、広角側の光検出器３３Ｂにおいて、反射光Ｌ２に対応する光強度のピークを検出し得る。このような場合に、距離計測装置１は、広角側の光検出器３３Ｂに対応する測距結果を、望遠側の光検出器３３Ａに対応する測距結果に追加しても良い。言い換えると、距離計測装置１は、一方の光検出器３３において測距結果が得られなかった場合に、他方の光検出器３３における測距結果を、一方の光検出器３３における測距結果として取り扱っても良い。
【0086】
［１－３］第１実施形態の効果
以上で説明された第１実施形態に係る距離計測装置１に依れば、至近距離から遠距離に亘って、信頼度の高い測距結果を得ることが出来る。以下に、第１実施形態の効果の詳細について、距離計測装置の課題と併せて説明する。２Ｄセンサを用いた距離計測装置は、例えば以下に示された（ａ）～（ｄ）の課題を有している。
以上で説明された第１実施形態に係る距離計測装置１に依れば、至近距離から遠距離に亘って、信頼度の高い測距結果を得ることが出来る。以下に、第１実施形態の効果の詳細について、距離計測装置の課題と併せて説明する。２Ｄセンサを用いた距離計測装置は、例えば以下に示された（ａ）～（ｄ）の課題を有している。
【0087】
（ａ）従来の２Ｄセンサを用いた距離計測装置では、遠距離に位置する対象の測距と、水平方向視野（ＦｏＶ：Field of View）ＦｏＶＨを広くすることを両立することが難しかった。長距離物体の測距のためには、受光光学系の有効口径Ｄを大きくする必要が有る（例えば、≧20mm）。しかし、有効口径Ｄと水平方向視野ＦｏＶＨとの間には、トレードオフ関係がある。水平方向センササイズをDAX”、受光光学系のＦ値を“fn”とすると、このトレードオフ関係は、“FoVH ≒ DAX / (D * fn) [rad]”となる。DAXには、製造上或いはコスト制約により、許容できる大きさに限度がある（例えば、≦20mm）。また、Ｆ値fnも、通常あまり小さくすることが出来ない（例えば、fn≧1.4）。従って、例えば“FoVH ≦ ~1/1.4[rad] ≒ 41°”であり、且つ有効口径が“D≧20mm”の場合に、水平方向視野ＦｏＶＨは、これ以上大きくならない。逆に、ＦｏＶＨを大きくすると、有効口径Ｄを大きくすることが出来ず、長距離の測距が難しくなる。
【0088】
さらに、遠距離に位置する物体は、小さく見えるため、水平角度分解能ＡｏＶＨを小さくする必要がある（例えば、≦0.05°）。水平方向画素サイズを“PX”とすると、ＦｏＶＨは、“FoVH = AoVH * DAX /PX”となる。水平方向画素サイズ“PX”には、現状、十分な“PX”のダイナミックレンジを得るために、あまり小さくは出来ない（例えば、≧30um）。この理由により、例えば、“FoVH ≦ ~33°”という制約が生じ得る。
【0089】
尚、反射光Ｌ２を受ける光学系の焦点距離fは、水平方向角度分解能ＡｏＶＨと水平方向画素サイズ“ＰＸ”との間に、“PX= f * tan(AoVH)”の関係がある。また、効口径Ｄは、焦点距離fとF値fnについて、“f = D * fn”の関係がある。これらから、“PX = D * fn * tan(AoVH)”が導出され、この式と“FoVH = AoVH * DAX /PX”から、“FoVH = AoVH * DAX / (D * fn * tan(AoVH)) ≒ DAX / (D * fn) [rad]” という、前述の式が導出される（“tan(AoVH) ≒ AoVH”の近似は、ＡｏＶＨが小さい場合に成立する）。
【0090】
車両の進行方向に対する測距は、角度分解能が細かく、且つ遠距離の対象物ＴＧを検出できることが好ましい。一方で、距離計測装置のコストを抑制するためには、１つの距離計測装置で十分なＦｏＶＨが確保されることが好ましい。
【0091】
（ｂ）反射光Ｌ２を受ける光学系の焦点距離が無限遠に設定された場合、強いデフォーカスが、近距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２を受けた際に生じ得る。このような強いデフォーカスが発生すると、対象物ＴＧからの反射光が、複数の画素ＰＸに対して同時に入射し得る。マルチチャネルスキャン或いはマルチチャネルラスタスキャンの場合は、複数画素を同時に測距するが、そのうちの１点（甲とする）の反射光の輝度値が、他（乙とする）と比べ高いことがよくある。画素の距離計測は、一般に、その時系列輝度データにおいて、輝度の最も高いものに基づいてなされる。このため、画素乙の距離が、画素甲の位置からの反射光に基づいてなされ、誤測距が発生し、画素甲とほぼ同じ値となり得る。すると、縦方向について、複数の画素の距離値がほぼ等しくなり、平坦な測距結果が出力されて解像感が低下する場合がある。この場合、距離計測装置は、画素乙の受光結果のピークの検出が困難になり、正確な受光時刻Ｔ２が分からなくなる。つまり、デフォーカスの発生は、ＴｏＦによる計測において、誤測距と解像度の低下の原因になり得る。
【0092】
（ｃ）反射光Ｌ２を受ける光学系は、反射光Ｌ２の光エネルギーの取り込み量を多くするために、明るく設計されることが好ましい。しかしながら、光学系の絞り値（Ｆ値）が小さく設計された場合、近距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２においてデフォーカスが発生し、近距離の対象物ＴＧの測距精度が低下するおそれがある。一方で、光学系のＦ値が大きく設計された場合、反射光Ｌ２の光量が不足することによって、遠距離の対象物ＴＧの測距が困難になるおそれがある。このように、反射光Ｌ２を受ける光学系は、遠距離と近距離との両方の測距において高い信頼性を確保することが困難である。
【0093】
（ｄ）距離計測装置のコストは、レーザ光の出射部及び受光部を非同軸の光学系で設計し、且つ２Ｄセンサを使用することによって、同軸光学系と比べミラーのサイズを小さく出来るため、抑制することが出来る。しかし、非同軸の光学系は、対象物ＴＧの位置に応じた反射光Ｌ２の視差を有している。非同軸の光学系における視差は、対象物ＴＧとの距離が近くなるほど大きくなる傾向を有する。このため、距離計測装置は、大きな視差が発生した場合に、反射光Ｌ２が受光領域を外れることによって、対象物ＴＧの検出が出来なくなるおそれがある。この問題は、視差の方向の視野角ＦｏＶが小さい場合に著しく、ＦｏＶを大きくすることにより改善できるが、（ａ）に示した通り、長距離測距を行うためには視野角を大きくすることは出来ない。これに対して、視差を考慮したセンササイズや受光領域が設定されることが好ましいが、このような対処は、光検出器のコストや消費電力の増大に繋がり、さらに距離がある程度以上近い場合は、対処自体が困難になる。
【0094】
以上で説明された課題（ａ）～（ｄ）に対して、第１実施形態に係る距離計測装置１は、１つの投光系を含む出射部２０と、互いに異なる対象物ＴＧの測距に最適化された複数の光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２を含む受光部３０とを備えている。第１実施形態に係る距離計測装置１では、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２との両方が、共通の出射部２０から出射された出射光Ｌ１に基づく反射光Ｌ２を受ける。そして、距離計測装置１は、光検出ユニットＰＵ１の受光結果に基づいた測距と、光検出ユニットＰＵ２の受光結果に基づいた測距とをそれぞれ実行する。
【0095】
より具体的には、光検出ユニットＰＵ１は、遠距離の対象物ＴＧの測距に最適化された光学系３２Ａと、出射部２０のスキャンに合わせてアクティブ領域ＡＡの位置を変更することが可能な光検出器３３Ａとを備えている。光学系３２Ａ及び光検出器３３Ａの組は、望遠側の対象物ＴＧの測距を想定して、狭いＦｏＶと大きな有効口径Ｄを有するように設計される。一方で、光検出ユニットＰＵ２は、近距離の対象物ＴＧの測距に最適化された光学系３２Ｂと、出射部２０のスキャンに合わせてアクティブ領域ＡＡの位置を変更することが可能な光検出器３３Ｂとを備えている。光学系３２Ｂ及び光検出器３３Ｂの組は、広角側の対象物ＴＧの測距を想定して、広いＦｏＶを有するように設計される。一般に、車の様に走行する観測系では、走行方向に近い狭い水平視野角に対して長距離の測距が必要であり、その外の方向については、長距離測距の必要性が相対的に低い。光学系３２Ａ及び光検出器３３Ａの組は、走行方向に近い狭い視野角に対して長距離の測距機能を提供し、光学系３２Ｂ及び光検出器３３Ｂの組は、その外の方向について広角の測距機能を提供している。つまり、第１実施形態に係る距離計測装置１は、水平方向について、課題（ａ）を解決している。
【0096】
共通の投光系が使用されるため、狭いＦｏＶを有する光検出ユニットＰＵ１の角度分解能は、広いＦｏＶを有する光検出ユニットＰＵ２の角度分解能よりも高くなる（小さくなる）。また、望遠側の光検出ユニットＰＵ１の光学系３２Ａは、焦点距離が大きく、且つＦ値が小さく設計され得る。このため、光検出ユニットＰＵ１は、遠距離の対象物ＴＧの計測精度を向上させることが出来る。一方で、広角側の光検出ユニットＰＵ２の光学系３２Ｂは、ＦｏＶが広く、且つ視差が小さく設計され得る。これにより、第１実施形態に係る距離計測装置１は、課題（ｄ）の問題に対処している。また、光検出ユニットＰＵ２の光学系３２Ｂは、焦点距離が小さく、且つＦ値が大きく設計され得る。これにより、光検出ユニットＰＵ２は、近距離の対象物ＴＧのデフォーカスを小さくすることが出来、デフォーカスに起因した誤測距或いは解像度の問題を軽減している。これにより、第１実施形態に係る距離計測装置１は、課題（ｂ）の問題に対処している。また、望遠側の光検出ユニットＰＵ１の光学系３２Ａは、Ｆ値が小さく設計され、光検出ユニットＰＵ２の光学系３２Ｂは、Ｆ値が大きく設計され得る。これにより、第１実施形態に係る距離計測装置１は、課題（ｃ）の問題に対処している。
【0097】
さらに、第１実施形態に係る距離計測装置１は、望遠側の光検出ユニットＰＵ１においてデフォーカスの影響による課題（ｂ）の問題が発生した場合にも、広角側の光検出ユニットＰＵ２による測距結果によって、光検出ユニットＰＵ１の測距結果を補完することが出来る。言い換えると、第１実施形態に係る距離計測装置１は、デフォーカスによって生じた他の画素ＰＸによる誤った測距結果の採用を回避することが出来る。そして、距離計測装置１は、光検出ユニットＰＵ１の測距結果と、光検出ユニットＰＵ２の測距結果との間で、対象物ＴＧの距離に応じて互いの測距結果を補完することも出来る。
【0098】
以上で説明されたように、第１実施形態に係る距離計測装置１は、望遠側に要求される細かい分解能と、広角側に要求される広い視野角とを両立することが出来、且つ至近距離から遠距離に亘って、信頼度の高い測距結果を得ることが出来る。また、第１実施形態に係る距離計測装置１は、複数の光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２に対して共通の出射部２０を使用するため、距離計測装置１のコストが削減され得る。
【0099】
尚、第１実施形態に係る距離計測装置１は、光検出ユニットＰＵ１の測距結果と光検出ユニットＰＵ２の測距結果とを１つに纏めて出力しても良い。言い換えると、距離計測装置１は、スキャン領域ＳＡ内の１回のスキャンに基づく光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の測距結果を、所定の条件に基づいて統合して出力しても良い。例えば、距離計測装置１は、後述される信頼度に基づいて、当該フレームの計測動作における測距結果を光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のいずれかの測距結果から選択することが出来る。
【0100】
［１－３］第１実施形態の変形例
第１実施形態に係る距離計測装置１は、種々の変形が可能である。以下に、第１実施形態の第１及び第２変形例について、第１実施形態と異なる点を説明する。
第１実施形態に係る距離計測装置１は、種々の変形が可能である。以下に、第１実施形態の第１及び第２変形例について、第１実施形態と異なる点を説明する。
【0101】
（第１実施形態の第１変形例）
図１８は、第１実施形態の第１変形例に係る距離計測装置１Ａにおける出射部２０のスキャン方法の一例を示す模式図である。第１実施形態の第１変形例では、第１実施形態と同じく、複数チャネルのレーザダイオードが縦に配置されたマルチチャネルラスタの走査が実行される。しかし、第１実施形態の第１変形例では、図１８（ｂ）に示された時間ｔ１と時間ｔ４に示した通り、一度に複数のチャネルが点灯される場合がある。
図１８は、第１実施形態の第１変形例に係る距離計測装置１Ａにおける出射部２０のスキャン方法の一例を示す模式図である。第１実施形態の第１変形例では、第１実施形態と同じく、複数チャネルのレーザダイオードが縦に配置されたマルチチャネルラスタの走査が実行される。しかし、第１実施形態の第１変形例では、図１８（ｂ）に示された時間ｔ１と時間ｔ４に示した通り、一度に複数のチャネルが点灯される場合がある。
【0102】
ここで、第１実施形態の第１変形例における制御部１０は、時間ｔ１～ｔ４の各々の状態で、縦位置は変えずに、水平方向（レーザダイオードＬＤ１～ＬＤ４が並んだ方向と交差する方向）に位置を変えて走査を実行する。例えば、制御部１０は、距離計測装置１のスキャン領域の左から右に向かって走査を行う。そして、制御部１０は、水平方向の１回の走査が完了したら、次の時間の状態で、水平方向に位置を変えて走査を実行する。具体的には、制御部１０は、時間ｔ１の状態で水平方向に走査し、時刻ｔ１の状態の走査が完了した後に、時間ｔ２の状態で水平方向に走査する。同様に、制御部１０は、時間ｔ３及びｔ４のそれぞれの状態の走査を順に実行し、時間ｔ４の走査が完了したら、時刻ｔ１の状態に戻して、同様の走査を実行する。
【0103】
例えば、１つチャネル（レーザダイオードＬＤ）の出射は、４度の垂直出射角を有する。図１８（ｂ）で太線のハッチングで示されたレーザダイオードＬＤ２及びＬＤ３によるレーザ出射は、時間ｔ１と時間ｔ２との組と、時間ｔ３と時間ｔ４との組にて１つの周期をなしている。具体的には、時間ｔ１及びｔ３に、レーザダイオードＬＤ３がレーザ光を出射し、時間ｔ２及びｔ４に、レーザダイオードＬＤ２がレーザ光を出射する。レーザダイオードＬＤ２及びＬＤ３の組による垂直出射角は、例えば８度となる。この垂直出射角８度が、望遠側の垂直視野角ＦｏＶＶ（ＶＡ１）に対応し、上述した１つの周期（例えば、時刻ｔ１～ｔ２）が望遠側のフレームレートに対応する。
【0104】
一方、図１８（ｂ）で細線のハッチングで示されたレーザダイオードＬＤの出射は、別の周期をなしている。具体的には、時間ｔ１～ｔ４で１つの周期が形成され、時刻ｔ１～ｔ４にそれぞれレーザダイオードＬＤ１～ＬＤ４がレーザ光を出射する。すなわち、時刻ｔ２におけるレーザダイオードＬＤ２のレーザ光の出射は、望遠側と広角側との両方で利用される。レーザダイオードＬＤ１～ＬＤ４の組による垂直出射角は、例えば１６度となる。この垂直出射角１６度が広角側の垂直視野角ＦｏＶＶ（ＶＡ２）に対応し、上述した時刻ｔ１～ｔ４の周期が広角側のフレームレートに対応する。広角側の垂直視野角は、望遠側の垂直視野角の２倍であり、望遠側のフレームレートは、広角側のフレームレートの２倍となっている。そして、望遠側の光検出ユニットＰＵ１は、その垂直視野角が、対応する垂直出射角に合うように調整される。また、広角側の光検出ユニットＰＵ２は、その垂直視野角が、対応する垂直出射角に合うように調整される。
【0105】
尚、第１実施形態の第１変形例において、マルチチャネルレーザダイオードＭＣＬＤは、第１の周期（望遠側のフレームレート）において順に光信号を出射する少なくとも１つの第１レーザダイオードＬＤと、第１の周期よりも長い第２の周期（広角側のフレームレート）において、順に光信号を出射する少なくとも１つの第２レーザダイオードとを含む。第１レーザダイオードと第２レーザダイオードとの一部は、重複していてもよい。また、制御部１０は、第１の周期において少なくとも１つの第１レーザダイオードにより順に出射される複数の光信号に合わせて光検出器３３Ａに第１受光領域（アクティブ領域ＡＡ）を設定し、第２の周期において少なくとも１つの第２レーザダイオードにより順に出射される複数の光信号に合わせて光検出器３３Ｂに第２受光領域（アクティブ領域ＡＡ）を設定する。
【0106】
次に、第１実施形態の第１変形例の効果について述べる。垂直方向の走査が異なるチルト角を有するポリゴンミラーで行われる場合、望遠側と広角側の垂直視野角ＦｏＶＶは、チルト角により決まっているため、同じにならざるを得ない。光検出ユニットＰＵ１とＰＵ２が等方的な光学系を有する場合、光検出ユニットＰＵ１のセンサの垂直サイズは、例えば、２倍の縦横比を有する必要があり、大きくなる。例えば、望遠側の焦点距離が広角側の２倍であり、広角側の視野角が望遠側のそれの２倍である場合、光検出ユニットＰＵ１のセンサの水平サイズは、光検出ユニットＰＵ２のセンサの水平サイズと等しくなる。そして、光検出ユニットＰＵ１のセンサの垂直サイズは、光検出ユニットＰＵ２のセンサの垂直サイズの２倍になってしまい、光検出ユニットＰＵ１のセンサのコストが大きくなる。光検出ユニットＰＵ１或いはＰＵ２が異方性のある光学系を有することで、このセンサのコストを低減することは可能である。しかし、異方性の実現のために、シリンドリカルレンズを追加するなどの対処が必要となり、そちらのコストに加えて光検出ユニットのサイズが増大し、組立の工数が増大する。異なるチルト角を有するポリゴンミラーに関わらず、ミラーにより垂直走査をする方法（例えば２軸のミラー）全般にて、同じ問題が発生する。
【0107】
それに対して、第１実施形態の第１変形例では、望遠側と広角側の垂直視野角ＦｏＶＶを独立に設定することが可能である。例えば、広角側の垂直視野角を、望遠側の２倍にすることにより、光検出ユニットの光学系が等方的であっても、望遠側の光検出ユニットＰＵ１のセンサの垂直サイズを、広角側の光検出ユニットＰＵ２のセンサの垂直サイズと等しくすることができ、コストと装置のサイズを小さく抑えることが出来る。また、望遠側の視野角の中では（走行方向に近い方向では）、対象物が想定的に速く移動するが、望遠側のフレームレートが高いために、距離計測装置１Ａは、短時間で対象物を捕捉できるという長所も有する。尚、図１８では、レーザのチャネル（レーザダイオードＬＤ）の数を４個としたが、それに特定されず、チャネルの数はもっと多くても、少なくても良い。また、望遠側の走査するチャネル数は、図１８では２個であるが、望遠側の走査に使用されるチャネルの数は２個よりも多くても良いし、１個（走査しない）でも良い。
【0108】
また、第１実施形態の第１変形例の場合では、ミラーによる垂直走査が必要なく、例えば、ポリゴンミラーのチルト構造や、２軸のミラーが必要でなくなる。チルト構造は、ポリゴンミラーの製造コストを大きくし、それを提供するサプライヤの数も限られることから、高価である。２軸のＭＥＭＳミラーは、特に、車載応用では、製造が難しい。第１実施形態の第１変形例は、この様な、コストと部品調達の問題を解決し得る。非同軸光学系では、同軸光学系よりも、ミラーの様な走査系に厳しい走査精度が求められるため、垂直走査の必要ないことは、これら部品の調達の問題を大きく緩和し得る。
【0109】
（第１実施形態の第２変形例）
図１９は、第１実施形態の第２変形例に係る距離計測装置１Ｂにおける出射部２０のスキャン方法の一例を示す模式図である。第１実施形態の第２変形例では、第１実施形態と同じく、複数チャネルのレーザダイオードが縦に配置されたマルチチャネルラスタの走査が実行される。図１９に示すように、第１実施形態の第２変形例では、出射部の光源２３と光学系２４を、望遠側と広角側に対応して、２つ有する。具体的には、マルチチャネルレーザダイオードＭＣＬＤのうちレーザダイオードＬＤ２が、縦方向に並んだ複数のレーザダイオードＬＤ２ａ、ＬＤ２ｂ、ＬＤ２ｃ及びＬＤ２ｄにより構成されている。そして、レーザダイオードＬＤ１～ＬＤ４の組が、広角側に対応して使用され、レーザダイオードＬＤ２ａ～ＬＤ２ｄの組が、望遠側に対応して使用される。
図１９は、第１実施形態の第２変形例に係る距離計測装置１Ｂにおける出射部２０のスキャン方法の一例を示す模式図である。第１実施形態の第２変形例では、第１実施形態と同じく、複数チャネルのレーザダイオードが縦に配置されたマルチチャネルラスタの走査が実行される。図１９に示すように、第１実施形態の第２変形例では、出射部の光源２３と光学系２４を、望遠側と広角側に対応して、２つ有する。具体的には、マルチチャネルレーザダイオードＭＣＬＤのうちレーザダイオードＬＤ２が、縦方向に並んだ複数のレーザダイオードＬＤ２ａ、ＬＤ２ｂ、ＬＤ２ｃ及びＬＤ２ｄにより構成されている。そして、レーザダイオードＬＤ１～ＬＤ４の組が、広角側に対応して使用され、レーザダイオードＬＤ２ａ～ＬＤ２ｄの組が、望遠側に対応して使用される。
【0110】
そして、例えば、望遠側の各チャネル（レーザダイオードＬＤ２ａ～ＬＤ２ｄ）の垂直出射角を１度、広角側の各チャネル（レーザダイオードＬＤ１～ＬＤ４）の垂直出射角を４度とする。さらに、広角側の下から１個目のチャネル（レーザダイオードＬＤ２）の出射角と、望遠側の全垂直出射角（レーザダイオードＬＤ２ａ～ＬＤ２ｄ）とが合うように設計される。図１９の黒印が望遠側の垂直走査を表し、細線のハッチングが広角側の走査を表す。ここで、時間ｔ２においては、望遠側のチャネル（レーザダイオードＬＤ２ａ～ＬＤ２ｄ）が全て点灯し、広角側の垂直視野角をカバーしている。第１実施形態の第２変形例では、望遠側と広角側のフレームレートは同じである。尚、全ての時間帯において、広角側の下から２個目のチャネル（レーザダイオードＬＤ２ｂ）が、点灯されても良い。
【0111】
次に、第１実施形態の第２変形例の効果について述べる。まず、第１実施形態の第２変形例に係る距離計測装置１Ｂは、第１実施形態の第１変形例と比べて、望遠側の各チャネルの垂直視野角を小さく、例えば、４分の１にすることが出来る。従って、第１実施形態の第２変形例では、第１実施形態の第１変形例に対して、光学的なノイズＮが４分の１にされ得、光学的ＳＮが２分の１にされ得る。更に、第１実施形態の第２変形例では、広角側の下から２個目のチャネルが点灯されることにより、望遠側の信号Ｓを、例えば１／４だけ大きくすることが出来、先の効果と合わせて、光学的ＳＮが５分の２にされ得る。これらのことは、望遠側の測距距離や測距精度が大きく改善することを意味する。
【0112】
また、第１実施形態の第２変形例では、第１実施形態の第１変形例と比べて、望遠側の全体垂直視野角を小さく、例えば、２分の１にすることが出来る。この望遠側の全体垂直視野角は、例えば、広角側の垂直視野角の４分の１に相当する。光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２が等方的な光学系を有し、且つ、同じセンササイズを有する場合、第１実施形態の第２変型例は、広角側の水平視野角も望遠側に比べて大きく、例えば、４倍にすることが出来る。従って、第１実施形態の第２変形例は、望遠側における長距離性能を高めるか、或いは、広角側のＦｏＶを大きくすることが出来、第１実施形態の効果をより顕著にすることが出来る。尚、第１実施形態の距離計測装置１にて、サイズとコストにおいて重きをなす、ポリゴンミラーなどの走査系は、望遠側と広角側にて共通であり、サイズとコストにおける長所を有している。
【0113】
［２］第２実施形態
第２実施形態に係る距離計測装置２は、第１実施形態に係る距離計測装置１と異なる計測部４０を備える。第２実施形態に係る距離計測装置２のその他の構成は、第１実施形態に係る距離計測装置１と同様である。そして、第２実施形態に係る距離計測装置２は、信頼度に基づいて、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれの測距結果を確定させる。ここで、信頼度は、複数ある測距結果から選択をする場合に、その選択を決める数値である。例えば、測距結果を２つ選ぶ場合に、信頼度の最も大きいもの２つが選択される。以下に、第２実施形態に係る距離計測装置２について、第１実施形態に係る距離計測装置１と異なる点を説明する。
第２実施形態に係る距離計測装置２は、第１実施形態に係る距離計測装置１と異なる計測部４０を備える。第２実施形態に係る距離計測装置２のその他の構成は、第１実施形態に係る距離計測装置１と同様である。そして、第２実施形態に係る距離計測装置２は、信頼度に基づいて、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれの測距結果を確定させる。ここで、信頼度は、複数ある測距結果から選択をする場合に、その選択を決める数値である。例えば、測距結果を２つ選ぶ場合に、信頼度の最も大きいもの２つが選択される。以下に、第２実施形態に係る距離計測装置２について、第１実施形態に係る距離計測装置１と異なる点を説明する。
【0114】
平均化処理を行わない場合の、信頼度の例は、測距データの輝度そのものである（これを“Ｒ０”と呼ぶ）。例えば、輝度とは、ＡＤ変換後の時系列データのピーク位置で、対象物からの反射光の到着時刻を測距する場合、そのピークの高さである。この輝度Ｒ０は、平均化処理を行わない場合、信号Ｓの大きさを表しており、その結果の確からしさを示している。尚、単純な輝度には、環境光によるノイズＮも上乗せされている。このため、環境光の平均値を求め、輝度から環境光の平均値を差し引いたものが、信頼度の指標として、より正しいものとなる。従って、正確には、単純な輝度マイナス環境光の平均値を、輝度Ｒ０とする。
【0115】
平均化処理を行う場合は、その画素の輝度Ｒ０は、正しく確からしさを表さない。それは、平均化により、他の画素の輝度データも加算されているからである。そこで、加算される他の画素の輝度も考慮した、信頼度の簡易な求め方について、以下に詳述する。
【0116】
［２－１］計測部４０の構成
図２０は、第２実施形態に係る距離計測装置２における計測部４０の構成の一例を示すブロック図である。図２０に示すように、第２実施形態における計測部４０は、例えば、取得部４１、積算部４２、距離計測部４３、及び信頼度生成部４４を含む。つまり、第２実施形態に係る計測部４０は、第１実施形態における計測部４０に、信頼度生成部４４が追加された構成を有する。
図２０は、第２実施形態に係る距離計測装置２における計測部４０の構成の一例を示すブロック図である。図２０に示すように、第２実施形態における計測部４０は、例えば、取得部４１、積算部４２、距離計測部４３、及び信頼度生成部４４を含む。つまり、第２実施形態に係る計測部４０は、第１実施形態における計測部４０に、信頼度生成部４４が追加された構成を有する。
【0117】
信頼度生成部４４は、積算部４２から転送された積算結果を記憶する。そして、信頼度生成部４４は、第１照射方向に照射された出射光Ｌ１の反射光Ｌ２に基づく積算データの確からしさに基づいて、積算データの重み値を生成、或いは取得する。本明細書では、“重み値”が、信頼度に対応している。
【0118】
また、積算部４２は、第１積算データと、第２積算データとを距離計測部４３に転送する。距離計測部４３は、第１積算データに、重み付けされた第２積算データを累積させることによって、第３積算データを取得する。そして、距離計測部４３が、第３積算データに基づいて算出した受光時刻Ｔ２と、取得部４１から受け取った出射時刻Ｔ１と、信頼度生成部４４の生成した信頼度を用いて、光検出ユニットＰＵ毎に、対象物ＴＧとの距離を計測する。
【0119】
［２－２］平均化の方法、信頼度の算出方法及び使用方法
以下に、第２実施形態に係る距離計測装置２における信頼度の算出方法及び使用方法について説明する。尚、以下に説明される信頼度の算出方法及び使用方法は、あくまで一例である。距離計測装置２は、何らかのアルゴリズムに基づいて信頼度を算出し、算出した信頼度を活用していれば良い。
以下に、第２実施形態に係る距離計測装置２における信頼度の算出方法及び使用方法について説明する。尚、以下に説明される信頼度の算出方法及び使用方法は、あくまで一例である。距離計測装置２は、何らかのアルゴリズムに基づいて信頼度を算出し、算出した信頼度を活用していれば良い。
【0120】
［２－２－１］平均化および信頼度の算出に使用される領域
図２１は、第２実施形態に係る距離計測装置２のスキャン領域ＳＡ内で信頼度の算出に使用される領域の一例を示す概略図である。図２１に示すように、スキャン領域ＳＡは、領域ＡＲ～ＩＲを含んでいる。領域ＡＲ～ＩＲのそれぞれは、出射光Ｌ１が照射される領域に対応している。以下では、出射光Ｌ１が照射されることにより１つの測距結果が得られる領域のことを、“測定点”とも呼ぶ。
図２１は、第２実施形態に係る距離計測装置２のスキャン領域ＳＡ内で信頼度の算出に使用される領域の一例を示す概略図である。図２１に示すように、スキャン領域ＳＡは、領域ＡＲ～ＩＲを含んでいる。領域ＡＲ～ＩＲのそれぞれは、出射光Ｌ１が照射される領域に対応している。以下では、出射光Ｌ１が照射されることにより１つの測距結果が得られる領域のことを、“測定点”とも呼ぶ。
【0121】
また、スキャン領域ＳＡに、位置の異なる対象物ＴＧ１及びＴＧ２が含まれている。具体的には、領域ＡＲ、ＢＲ、ＣＲ、ＥＲ、ＦＲ及びＩＲが、対象物ＴＧ１を主に含んでいる。領域ＤＲ、ＧＲ及びＨＲが、対象物ＴＧ２を主に含んでいる。例えば、ラスタスキャンが実行される場合、領域ＡＲ～ＩＲは、互いに異なる出射光Ｌ１によって照射される。マルチチャネルスキャンが実行される場合、縦に並んだ複数の領域（例えば領域ＡＲ、ＤＲ及びＧＲ）が、１回の出射光Ｌ１で同時に照射される。
【0122】
領域ＥＲからの反射光Ｌ２の受光結果に対して平均化及び信頼度生成がなされる場合、領域ＥＲには、積算を実行する対象として、例えば領域ＡＲ、ＢＲ、ＣＲ、ＤＲ、ＦＲ、ＧＲ、ＨＲ及びＩＲが関連付けられる。この場合、距離計測部４３が、領域ＥＲに対応する積算データに、重み付けされた領域ＡＲ、ＢＲ、ＣＲ、ＤＲ、ＦＲ、ＧＲ、ＨＲ及びＩＲのそれぞれの積算データを累積する。
【0123】
本例では、領域ＥＲから取得される積算データとの類似性が、領域ＡＲ、ＢＲ、ＣＲ、ＥＲ及びＩＲのそれぞれの積算データにおいて高く、領域ＤＲ、ＧＲ及びＨＲのそれぞれから取得される積算データにおいて低い。この場合、信頼度生成部４４は、領域ＥＲから取得される積算データに、領域ＡＲ、ＢＲ、ＣＲ、ＥＲ及びＩＲのそれぞれから取得される積算データの重み付けを大きくして、領域ＤＲ、ＧＲ及びＨＲのそれぞれから取得される積算データの重み付けを小さくする。そして、距離計測部４３が、領域ＥＲから取得される積算データに、領域内の他の領域から取得される積算データを、その重みが閾値を超えている場合に累積する。
【0124】
［２－２－２］平均化と信頼度推定
平均化アルゴリズムは、信号の強度と背景光情報とを使用してターゲットの反射データを認識することによって、積算データを選択的に蓄積する。以下に、平均化アルゴリズムに基づく平均化と、その後の信頼度の算出フローの一例について説明する。
平均化アルゴリズムは、信号の強度と背景光情報とを使用してターゲットの反射データを認識することによって、積算データを選択的に蓄積する。以下に、平均化アルゴリズムに基づく平均化と、その後の信頼度の算出フローの一例について説明する。
【0125】
図２２は、第２実施形態に係る距離計測装置２の平均化と信頼度の算出フローの一例を示す概略図である。図２２に示すように、受光部３０が反射光Ｌ２を受けると、信号処理部ＳＰがＡＤ変換を実行する（Ｓ１０）。ＡＤ変換により得られたデジタルデータは計測部４０に転送され、積算部４２が測定点毎の積算データを出力する。そして、信頼度生成部４４が、平均化アルゴリズムに基づいた平均化処理を実行する（Ｓ１１）。
【0126】
平均化アルゴリズムにおいて、積算部４２は、現在のフレームの積算データから、ピークの候補を抽出する。本例では、積算部４２が、現在のフレームの累積結果の出力候補として、２つのピークＰ１及びＰ２を選択している。そして、信頼度生成部４４は、平均化アルゴリズムを介した積算データに対して、後述するＲ２に基づく信頼度Ｒ２を算出する（Ｓ１２）。それから、距離計測部４３は、積算データに付加された信頼度Ｒ２に基づいて、出力候補のピークを選択、或いは棄却する（Ｓ１３）。
【0127】
信頼度に関連する数式について、以下に説明する。
【0128】
【数1】
【0129】
数式（１）は、閾値ｋを用いて、２点の距離データが同じか否かを決める関数である。“ｉ”は、測距するターゲットの測定点の識別子（ＩＤ）を示している。“ｊ”は、領域内のターゲット以外の測定点のＩＤを示している。ｐ（ｉ，ｊ）は、例えば、距離値Ｄｉと距離値Ｄｊとの距離が“ｋ”以内であれば“１”を示し、“ｋ”より大きければ“０”を示す。距離値Ｄｉは、ターゲットの測定点の測距結果に対応している。距離値Ｄｊは、クラスタ内のターゲット以外の測定点の測距結果に対応している。“ｋ”は、０を超える数値であり、例えば２メートルである。
【0130】
【数2】
【0131】
数式（２）は、クラスタのサイズを示す関数である。Ｎｉは、ターゲットの測定点から所定範囲Ａ内の測定点のうち、ターゲットの測定点の距離値Ｄｉとの差が所定の“ｋ”以内である距離値Ｄｊを有する測定点の数を示している。
【0132】
【数3】
【0133】
数式（３）は、信頼度Ｒ２を与える関数である。信頼度Ｒ２ｉは、ターゲットの測定点から所定範囲Ａ内の他の測定点のうち、ターゲットの測定点と距離の等しいと考えられる測定点の、信号値Ｌｊの２乗平均に基づく値である。信号値Ｌｊは、ターゲットの測定点の距離値Ｄｉとの差が閾値ｋ以内である距離値Ｄｊを有する測定点に対応している。
【0134】
以上で説明された数式（１）～（３）に基づいて、信頼度生成部４４は、ターゲットの測定点における信頼度Ｒ２を算出する。本例では、ピークＰ１の信頼度Ｒ２が“１２２”になり、ピークＰ２の信頼度Ｒ２が“１０１”になっている。この場合、距離計測部４３は、信頼度Ｒ２がピークＰ２よりも高いピークＰ１を、受光時刻Ｔ２の計測に採用する。第２実施形態に係る距離計測装置２は、このような信頼度Ｒ２を、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれの受光結果に対して算出し得る。
【0135】
［２－２－３］フレーム間平均化アルゴリズム
フレーム間平均化アルゴリズムは、前のフレームで測定された距離と動きに応じて検索ウインドウを定義して、現在のフレームのウインドウ内で検出された戻り値（ピーク）から追加の出力候補を選択する。そして、フレーム間平均化アルゴリズムでは、前のフレームからの情報を含めるように拡張された信頼度Ｒ３に従ってピークが選択される。以下に、フレーム間平均化アルゴリズムに基づく信頼度の算出フローの一例について説明する。
フレーム間平均化アルゴリズムは、前のフレームで測定された距離と動きに応じて検索ウインドウを定義して、現在のフレームのウインドウ内で検出された戻り値（ピーク）から追加の出力候補を選択する。そして、フレーム間平均化アルゴリズムでは、前のフレームからの情報を含めるように拡張された信頼度Ｒ３に従ってピークが選択される。以下に、フレーム間平均化アルゴリズムに基づく信頼度の算出フローの一例について説明する。
【0136】
図２３は、第２実施形態に係る距離計測装置２のフレーム間平均化アルゴリズムに基づく信頼度の算出フローの一例を示す概略図である。図２３に示すように、受光部３０が反射光Ｌ２を受けると、信号処理部ＳＰがＡＤ変換を実行する（Ｓ２０）。ＡＤ変換により得られたデジタルデータは計測部４０に転送され、積算部４２が、複数フレーム分の測定点毎の積算データを記憶する。そして、信頼度生成部４４が、フレーム間平均化アルゴリズムに基づいた平均化処理を実行する（Ｓ２１）。
【0137】
フレーム間平均化アルゴリズムにおいて、距離計測部４３は、現在のフレームの積算データで、先の平均化アルゴリズムと同様に、ピークの候補を抽出する。本例では、距離計測部４３が、現在のフレームの累積結果の出力候補として２つのピークＰ１及びＰ２を選択している。さらに、距離計測部４３は、前のフレームで検出されたピークに基づいて検索ウインドウＷ１～Ｗ３を定義する。
【0138】
例えば、距離計測部４３は、現在のフレームにおいて、検索ウインドウＷ１～Ｗ３内で検出されたピークＰ３及びＰ４を追加する。それから、信頼度生成部４４は、フレーム間平均化アルゴリズムを介した積算データに対して、後述するＲ３に基づく信頼度を算出する（Ｓ２２）。その後、距離計測部４３は、積算データに付与された信頼度と閾値に基づいて、距離データを選択・棄却する（Ｓ２３）。
【0139】
フレーム間平均化アルゴリズムに関連する数式について、以下に説明する。
【0140】
【数4】
【0141】
数式（４）は、信頼度Ｒ３を算出するための関数である。“ｉ”は、ターゲットの測定点のＩＤを示している。“ａ”は、現在のフレームにおいて抽出されたピークのＩＤを示している。Ｒ２i,a
2は、第１平均化アルゴリズムにおける信頼度Ｒ２に対応している。つまり、Ｒ２i,a
2は、現在のフレームの測距結果が信頼性に与える純粋な重み値を示している。ＲＰi,a
2は、前のフレームの測距結果に基づいて追加された重み値を示している。
【0142】
【数5】
【0143】
数式（５）は、２つの距離値が同じであるかどうかを判断するための関数である。“ｋｓ（Ｄ１）”は、フレーム間平均化アルゴリズムにおける閾値に対応しており、Ｄ１の関数である。Ｐｓ（Ｄ１，Ｄ２）は、例えば、距離値Ｄ１と距離値Ｄ２との距離が“ｋｓ（Ｄ１）”以内であれば“１”を示し、“ｋｓ（Ｄ１）”より大きければ“０”を示す。
【0144】
【数6】
【0145】
数式（６）は、フレーム間平均化アルゴリズムにおける信頼度Ｒ２を算出するための関数である。“Ｎ”は、現在のフレームのＩＤを示している。つまり、“Ｎ－１”は、１つ前のフレームのＩＤを示し、“Ｎ－２”は、２つ前のフレームのＩＤを示している。“Ｓｓ（ｊ）”は、現在のフレームにおいて抽出されたピークのセットを示している。“ｂ”は、１つ前のフレームにおいて抽出されたピークのＩＤを示している。
【0146】
つまり、Ｌ（ｊ，ｂ，Ｎ）は、現在のフレームにおける、１つ前のフレームで抽出されたピークのＩＤの輝度を示している。“Ｄ（ｉ，ａ，Ｎ）”は、現在のフレームにおいて抽出されたピークのうちターゲットの測定点に対応する距離値を示している。“Ｄ（ｊ，ｂ，Ｎ）”は、現在のフレームにおいて抽出されたピークのうち１つ前のフレームにおいて信頼度の高いピークの距離値を示している。
【0147】
【数7】
【0148】
数式（７）は、検索ウインドウを定義するための関数である。検索ウインドウは、連続した２つのフレームで取得された距離値の変化量ΔＤによって決定される。例えば、ΔＤは、前のフレームと２つ前のフレームとの距離値の差を表している。つまり、ΔＤは、対象物ＴＧの動き（速度）を表している。速度が小さいほど、検索ウインドウが狭くなり、環境光の影響が抑制される。
【0149】
【数8】
【0150】
数式（８）は、検索ウインドウの設定条件を示す関数である。ｋｓ（Ｄ１）は、ターゲットの測定点における距離値に基づいて算出された閾値である。Ｃ１×ΔＤ２は、領域内の他の測定点における距離値が、所定の定数Ｃ１で倍された数値である。
【0151】
【数9】
【0152】
数式（９）は、前のフレームの測距結果に基づいて追加される重み値を算出するための関数である。“Ｂ”は、１つ前のフレームにおける領域内の複数の測定点を示している。ｂ’は、２つ前のフレームにおいて抽出された信頼度の高いピークのＩＤを示している。つまり、“Ｄ（ｊ，ｂ'，Ｎ－２）”は、２つ前のフレームにおいて、抽出されたピークのうち信頼度の高いピークの距離値を示している。
【0153】
以上で説明された数式（４）～（９）に基づいて、信頼度生成部４４は、ターゲットの測定点における信頼度Ｒ３を算出する。本例では、ピークＰ１～Ｐ４の信頼度Ｒ３が、それぞれ“１２２”、“１０１”、“１２０”、及び“１５６”になっている。この場合、距離計測部４３は、信頼度Ｒ２が他のピークよりも高いピークＰ４を、受光時刻Ｔ２の計測に採用する。第２実施形態に係る距離計測装置２は、このような信頼度Ｒ３を、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれの受光結果に対して算出し得る。
【0154】
［２－２－４］信頼度を用いた計測動作
図２４は、第２実施形態に係る距離計測装置２の計測動作の一例を示すフローチャートである。図２４に示すように、第２実施形態に係る距離計測装置２は、連続的なスキャン（計測動作）を実行する（開始）。
図２４は、第２実施形態に係る距離計測装置２の計測動作の一例を示すフローチャートである。図２４に示すように、第２実施形態に係る距離計測装置２は、連続的なスキャン（計測動作）を実行する（開始）。
【0155】
計測動作が開始すると、信頼度生成部４４は、ターゲットの測定点における光検出器３３Ａの信頼度ＲＡと、光検出器３３Ｂの信頼度ＲＢとを算出する（Ｓ３０）。信頼度ＲＡは、光検出器３３Ａによる受光結果に基づいて算出される信頼度である。信頼度ＲＢは、光検出器３３Ｂによる受光結果に基づいて算出される信頼度である。
【0156】
次に、信頼度生成部４４は、ターゲットの測定点で、“Ｒｘ＝ＲＡ＋ＲＢ×Ｃ２”を算出する（Ｓ３１）。Ｒｘは、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２で統合された信頼度である。Ｃ２は、所定の定数である。言い換えると、信頼度生成部４４は、光検出ユニットＰＵ１の信頼度ＲＡに対して、光検出ユニットＰＵ２の信頼度ＲＢを定数倍して加算する。
【0157】
それから、距離計測部４３が、算出された信頼度Ｒｘに基づいて、ターゲットの測距結果を確定させる（Ｓ３２）。例えば、距離計測部４３は、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれの積算データにから抽出された複数のピークから、信頼度Ｒｘが最も高いピークを採用する。そして、距離計測部４３は、採用したピークに基づいて受光時刻Ｔ２を計測し、測距結果を確定させる。
【0158】
尚、本例で使用される定数Ｃ２は、光検出ユニットＰＵ１の設計と、光検出ユニットＰＵ２の設計とに応じて設定される。例えば、光検出ユニットＰＵ１よりも光検出ユニットＰＵ２の信頼度の方が高い場合には、定数Ｃ２が１を超えた数値に設定される。また、近距離の対象物ＴＧの検出が、遠距離の対象物ＴＧの検出よりも重要である場合には、広角側の光検出ユニットＰＵ２の信頼度による重み付けが大きくなるように、定数Ｃ２が大きな数値に設定される。
【0159】
［２－３］第２実施形態の効果
以上で説明されたように、第２実施形態に係る距離計測装置２は、受光結果から得られる積算データに信頼度を付与する。そして、距離計測装置２は、信頼度に基づいて測距結果を確定させる。信頼度が使用されることによって、望遠側と広角側から得られる複数の距離データの中から、定量的に正しくＳ／Ｎが配慮され、データが選択・棄却される。
以上で説明されたように、第２実施形態に係る距離計測装置２は、受光結果から得られる積算データに信頼度を付与する。そして、距離計測装置２は、信頼度に基づいて測距結果を確定させる。信頼度が使用されることによって、望遠側と広角側から得られる複数の距離データの中から、定量的に正しくＳ／Ｎが配慮され、データが選択・棄却される。
【0160】
その結果、第２実施形態に係る距離計測装置２は、受光時刻Ｔ２の計測に誤ったピークを選択することを抑制することが出来る。従って、距離計測装置２は、測距の成功率を高め、測距精度を向上させることが出来る。また、遠距離の対象物ＴＧの測距は、環境光等のノイズの影響が大きい。このため、距離計測装置２は、信頼度に基づいた測距により、測距可能な距離を伸ばすことも出来る。
【0161】
また、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の間に、例えば、増幅率の違いの様なパラメタの違いがある場合に、それらの出力データの輝度データをそのまま比較できない場合がある。しかし、その場合、本実施形態の定数Ｃ２が用いられることにより、輝度の補正がなされ、正しく比較できるようになる。その結果、距離計測装置２は、信頼度の比較も可能になる。これにより、距離計測装置２は、測距成功率を高める等、測距性能を改善することが出来る。
【0162】
さらに、第２実施形態に係る距離計測装置２は、光検出ユニットＰＵ１に対応する測距結果と、光検出ユニットＰＵ２に対応する測距結果とを、それぞれの信頼度に基づいて統合し得る。これにより、第２実施形態に係る距離計測装置２は、第１実施形態よりも取り扱うデータ量を減らすことが出来る。例えば、データ量の削減は、距離計測装置２が備えるＲＡＭ等の容量を削減することが出来、距離計測装置２のコスト削減に有効である。また、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２で測距結果が統合されることは、距離計測装置２の測距結果を取り扱う装置に対する負荷を抑制することも出来る。
【0163】
［２－４］第２実施形態の変形例
第２実施形態に係る距離計測装置２は、種々の変形が可能である。以下に、第２実施形態の第１及び第２変形例について、第２実施形態と異なる点を説明する。
第２実施形態に係る距離計測装置２は、種々の変形が可能である。以下に、第２実施形態の第１及び第２変形例について、第２実施形態と異なる点を説明する。
【0164】
（第２実施形態の第１変形例）
図２５は、第２実施形態の第１変形例に係る距離計測装置２Ａの計測動作の一例を示すフローチャートである。図２５に示すように、第２実施形態の第１変形例に係る距離計測装置２Ａは、連続的な計測動作を実行する（開始）。
図２５は、第２実施形態の第１変形例に係る距離計測装置２Ａの計測動作の一例を示すフローチャートである。図２５に示すように、第２実施形態の第１変形例に係る距離計測装置２Ａは、連続的な計測動作を実行する（開始）。
【0165】
計測動作が開始すると、信頼度生成部４４が、ターゲットの測定点における光検出器３３Ａの信頼度ＲＡと、光検出器３３Ｂの信頼度ＲＢとを算出する（Ｓ３０）。次に、距離計測部４３が、各測定点における距離を算出する（Ｓ４０）。そして、距離計測部４３が、光検出器３３Ａ及び３３Ｂで略同一の距離データが含まれている場合に、それらの信頼度を加算する（Ｓ４１）。それから、距離計測部４３が、加算された信頼度に基づいて、測距結果を確定させる（Ｓ４２）。距離計測装置２Ａは、これらの処理が完了すると（終了）、続く測定点において、同様の処理を実行する。
【0166】
光検出器３３Ａ及び３３Ｂのそれぞれで同じ誤検出をする可能性は低く、光検出器３３Ａ及び３３Ｂで略同一の距離データが計測されることは、正確な測距結果を示している可能性が高い。そこで、第２実施形態に係る第１変形例に係る距離計測装置２Ａは、暫定的に計測された測距データに基づいて、距離データの信頼度を更新する。例えば、第２実施形態に係る第１変形例に係る距離計測装置２Ａは、距離の近いデータを同一とみなして、それらの信頼度を加算する。
【0167】
これにより、第２実施形態の第１変形例に係る距離計測装置２Ａは、測距結果の信頼性を向上させることが出来る。尚、第２実施形態の第１変形例において、信頼度の加算は、平均化アルゴリズム及びフレーム間平均化アルゴリズムの使用時に実行されても良い。
【0168】
（第２実施形態の第２変形例）
図２６は、第２実施形態の第２変形例に係る距離計測装置２Ｂの計測動作の一例を示すフローチャートである。図２６に示すように、第２実施形態の第２変形例に係る距離計測装置２Ｂは、連続的な計測動作を実行する（開始）。
図２６は、第２実施形態の第２変形例に係る距離計測装置２Ｂの計測動作の一例を示すフローチャートである。図２６に示すように、第２実施形態の第２変形例に係る距離計測装置２Ｂは、連続的な計測動作を実行する（開始）。
【0169】
計測動作が開始すると、信頼度生成部４４が、ターゲットの測定点における光検出器３３Ａの信頼度ＲＡと、光検出器３３Ｂの信頼度ＲＢとを算出する（Ｓ３０）。次に、距離計測部４３が、各測定点における距離を算出する（Ｓ５０）。
【0170】
そして、距離計測部４３が、算出された測距データが近距離に該当するか否かを確認する（Ｓ５１）。近距離に該当する場合（Ｓ５１、ＹＥＳ）、距離計測部４３が、望遠側の光検出器３３Ａの信頼度ＲＡに、１より小さい定数Ｃ２を乗算するか、或いは定数を減算して（Ｓ５２）、Ｓ５３の処理に移行する。一方で、近距離に該当しない場合（Ｓ５１、ＮＯ）、距離計測部４３は、Ｓ５２の処理を実行することなく、Ｓ５３の処理に移行する。このように、信頼度ＲＡは、測距結果に基づいて更新され得る。Ｓ５３の処理では、距離計測部４３が、適宜更新された信頼度に基づいて、測距結果を確定させる（Ｓ５３）。距離計測装置２Ｂは、これらの処理が完了すると（終了）、続く測定点において、同様の処理を実行する。
【0171】
光検出器３３Ａ及び３３Ｂのいずれかで近距離の測距結果が得られた場合、望遠側の光検出ユニットＰＵ１では、デフォーカスが発生している場合がある。つまり、このような場合に、光検出ユニットＰＵ１による測距結果の確からしさが、光検出ユニットＰＵ２による測距結果よりも相対的に低くなる。
【0172】
そこで、第２実施形態に係る第２変形例に係る距離計測装置２Ｂは、暫定的に計測された測距データに基づいて、距離データの信頼度を更新する。例えば、距離計測装置２Ｂは、近距離の測距データが得られた場合に、望遠側の光検出ユニットＰＵ１による測距データの信頼度を下げる。そして、更新された信頼度に基づいて、望遠側の光検出ユニットＰＵ１の測距データと広角側の光検出ユニットＰＵ２の測距データとの統合を実行する。
【0173】
これにより、距離計測装置２Ｂは、近距離の対象物ＴＧに対する測距結果の信頼性を向上させることが出来る。尚、第２実施形態の第２変形例において、信頼度の更新は、平均化アルゴリズムの使用時に実行されても良い。
【0174】
［３］第３実施形態
第３実施形態に係る距離計測装置３は、第１実施形態に係る距離計測装置１と同様の構成を備える。そして、第３実施形態に係る距離計測装置３は、受光結果に基づいて、アクティブ領域ＡＡの位置を調整する。以下に、第３実施形態に係る距離計測装置３について、第１実施形態に係る距離計測装置１と異なる点を説明する。
第３実施形態に係る距離計測装置３は、第１実施形態に係る距離計測装置１と同様の構成を備える。そして、第３実施形態に係る距離計測装置３は、受光結果に基づいて、アクティブ領域ＡＡの位置を調整する。以下に、第３実施形態に係る距離計測装置３について、第１実施形態に係る距離計測装置１と異なる点を説明する。
【0175】
［３－１］距離計測装置３の調整動作
図２７は、第３実施形態に係る距離計測装置３の調整動作の一例を示すフローチャートである。図２７に示すように、第３実施形態に係る距離計測装置３は、連続的なスキャン（計測動作）を実行している際に、定期的に調整動作を実行する（開始）。
図２７は、第３実施形態に係る距離計測装置３の調整動作の一例を示すフローチャートである。図２７に示すように、第３実施形態に係る距離計測装置３は、連続的なスキャン（計測動作）を実行している際に、定期的に調整動作を実行する（開始）。
【0176】
調整動作が開始すると、距離計測部４３が、各測定点における光検出器３３Ａの測定結果を算出する（Ｓ６０）。また、距離計測部４３が、光検出器３３Ｂの測距結果を算出し、光検出器３３Ｂの測距結果を画素ＰＸ単位で確認する（Ｓ６１）。そして、制御部１０が、光検出器３３Ａ及び３３Ｂで略同一の距離データが含まれているか否かを確認する（Ｓ６２）。Ｓ６２における距離データの確認では、例えば同じフレーム内且つ同じ出射光Ｌ１に基づいた測距結果が使用される。
【0177】
略同一の距離データが含まれている場合（Ｓ６２、ＹＥＳ）、制御部１０が、略同一の距離データが検出された座標に基づいて、これ以降のスキャンで設定される光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡの位置を調整する。一方で、略同一の距離データが含まれていない場合（Ｓ６２、ＮＯ）、又はＳ６３の処理が完了した場合に、距離計測装置３は、調整動作を終了する（終了）。尚、調整動作が実行されるトリガーは、その他の設定であっても良い。例えば、距離計測装置３は、起動時に調整動作を実行しても良いし、他の機器からの指示に基づいて調整動作を実行しても良い。
【0178】
図２８は、第３実施形態に係る距離計測装置３の調整動作の具体例を示す概略図である。図２８に示すように、光検出ユニットＰＵ１の光検出器３３Ａに設定されたアクティブ領域ＡＡでは、距離値Ｄ１が計測されている。一方で、光検出ユニットＰＵ２の光検出器３３Ｂに設定されたアクティブ領域ＡＡでは、Ｘ方向に並んだ画素ＰＸ１、ＰＸ２及びＰＸ３に対応して、それぞれ距離値Ｄ１、Ｄ２及びＤ３が計測されている。つまり、光検出器３３Ｂの画素ＰＸ１で計測された距離が、光検出器３３Ａで計測された距離と一致している。この場合、制御部１０は、次のフレームのスキャン時に、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡを、画素ＰＸ１側にスライドさせる。
【0179】
言い換えると、第３実施形態に係る距離計測装置３の調整動作では、制御部１０が、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡに含まれた複数の画素ＰＸのそれぞれの出力に基づいて算出された複数の距離データと、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡの出力に基づいて算出された距離値とを比較する。そして、制御部１０が、光検出器３３Ｂに対応する複数の距離データのうち光検出器３３Ｂの距離値と略同じ数値を有する距離データに関連付けられた画素ＰＸの位置が、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡの中央に近づくように、その後のスキャンにおける光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡの位置を調整する。
【0180】
以上で説明された調整動作では、その考え方を判り易くするために、処理内容が簡単化されている。実際の調整動作は、以下のように実行され得る。
【0181】
光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の受光位置は、各々、定まった周期的走査を行う。周期的走査とは、例えば、出射系が回転ミラーの場合は定速移動であり、出射系がＭＥＭＳのようなデバイスである場合は正弦関数に基づく移動である。調整されるべきパラメタは、その時間オフセットである。また、動作を安定させるためには、急峻な調整は望ましくない。このため、長時間の観測の結果に基づいて、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の受光位置の修正が加えられる。例えば、上述されたような画素ＰＸ単位の確認を計測の度に行うことを１フレーム続けて、光検出ユニットＰＵ２の画素ＰＸ１が一致し、且つ画素ＰＸ２が一致しない数がカウントされる。その数が、所定の閾値以上の場合に、初めて、時間オフセットが１画素分小さく設定される。尚、後述する第３実施形態の変形例においても同様に、実際には、長時間の観測の結果、所定の閾値を超えた場合に修正が実行されるが、その説明は省略することとする。
【0182】
［３－２］第３実施形態の効果
以上で説明されたように、第３実施形態に係る距離計測装置３は、光検出器３３Ｂにおけるアクティブ領域ＡＡの位置を、光検出器３３Ａで検出された測距結果との相関が大きくなるように調整する。これにより、第３実施形態に係る距離計測装置３では、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡに含まれる画素ＰＸと、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡに含まれる画素ＰＸとの対応関係が、定期的に校正される。
以上で説明されたように、第３実施形態に係る距離計測装置３は、光検出器３３Ｂにおけるアクティブ領域ＡＡの位置を、光検出器３３Ａで検出された測距結果との相関が大きくなるように調整する。これにより、第３実施形態に係る距離計測装置３では、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡに含まれる画素ＰＸと、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡに含まれる画素ＰＸとの対応関係が、定期的に校正される。
【0183】
これにより、第３実施形態に係る距離計測装置３は、光検出ユニットＰＵ１における反射光Ｌ２の受光精度と、光検出ユニットＰＵ２における反射光Ｌ２の受光精度とのそれぞれを向上させることが出来、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれの出力に基づく測距結果を近づけることが出来る。その結果、第３実施形態に係る距離計測装置３は、光検出ユニットＰＵ１における測距結果と、光検出ユニットＰＵ２における測距結果とを１つのデータとして取り扱うことが可能となる。つまり、距離計測装置３は、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の測距結果の統合を容易にすることが出来る。言い換えると、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２が常に同じ方向を向き、画素の対応関係が取れている。このため、距離計測装置３は、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の両方の結果を保存することなく、リアルタイムで処理すること（例えば、加算や比較、さらには時系列積算）が可能である。また、距離計測装置３は、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれの測距結果を互いに補完することが出来る。
【0184】
［３－３］第３実施形態の変形例
第３実施形態に係る距離計測装置３は、種々の変形が可能である。以下に、第３実施形態の第１～第４変形例について、第３実施形態と異なる点を説明する。尚、以下の説明において、“左右”は、Ｘ方向に沿った一方側及び他方側にそれぞれ対応している。“上下”は、Ｙ方向に沿った一方側及び他方側にそれぞれ対応している。
第３実施形態に係る距離計測装置３は、種々の変形が可能である。以下に、第３実施形態の第１～第４変形例について、第３実施形態と異なる点を説明する。尚、以下の説明において、“左右”は、Ｘ方向に沿った一方側及び他方側にそれぞれ対応している。“上下”は、Ｙ方向に沿った一方側及び他方側にそれぞれ対応している。
【0185】
（第３実施形態の第１変形例）
図２９は、第３実施形態の第１変形例に係る距離計測装置３Ａの調整動作の一例を示すフローチャートである。図２９に示すように、第３実施形態の第１変形例に係る距離計測装置３Ａは、例えば連続的なスキャン（計測動作）を実行している際に、定期的に調整動作を実行する（開始）。
図２９は、第３実施形態の第１変形例に係る距離計測装置３Ａの調整動作の一例を示すフローチャートである。図２９に示すように、第３実施形態の第１変形例に係る距離計測装置３Ａは、例えば連続的なスキャン（計測動作）を実行している際に、定期的に調整動作を実行する（開始）。
【0186】
調整動作が開始すると、制御部１０が、各測定点における光検出器３３Ａ及び３３Ｂのそれぞれのアクティブ領域ＡＡ内の測定結果を画素ＰＸ単位で確認する（Ｓ７０）。そして、制御部１０が、光検出器３３Ａ及び３３Ｂのそれぞれのアクティブ領域ＡＡで、左右の光量差が所定の閾値よりも大きいか否かを確認する（Ｓ７１）。Ｓ７１の処理では、例えば、アクティブ領域ＡＡ内で左側に設けられた画素ＰＸにおける光量と、アクティブ領域ＡＡ内で右側に設けられた画素ＰＸにおける光量とが比較される。
【0187】
左右の光量差が所定の閾値以下である場合（Ｓ７１、ＮＯ）、制御部１０は、調整動作を終了する（終了）。一方で、左右の光量差が所定の閾値よりも大きい場合（Ｓ７１、ＹＥＳ）、制御部１０が、左右で光量が大きい方向に、これ以降のスキャンで設定される出射部２０のスキャン位置を調整する。Ｓ７２の処理が完了すると、距離計測装置３Ａは、調整動作を終了する（終了）。尚、スキャン位置が変更されるタイミングは、少なくとも調整動作の後であれば良い。
【0188】
図３０は、第３実施形態の第１変形例に係る距離計測装置３Ａの調整動作の具体例を示す概略図である。図３０（１）は、調整動作の前に各受光領域ＤＡに入射する反射光Ｌ２とアクティブ領域ＡＡの位置とを示している。図３０（２）は、調整動作の後に各受光領域ＤＡに入射する反射光Ｌ２とアクティブ領域ＡＡの位置とを示している。
【0189】
図３０（１）に示すように、調整動作の前では、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡに照射される反射光Ｌ２と、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡに照射される反射光Ｌ２とのそれぞれが、紙面の右側にずれている。この場合、アクティブ領域ＡＡは、紙面の右側において受ける光量が多く、紙面の左側において受ける光量が少なくなる。
【0190】
図３０（２）に示すように、第３実施形態の第１変形例における調整動作の後では、例えば出射部２０のミラー２５の角度が調整されることによって、反射光Ｌ２の入射位置が調整される。本例では、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡに照射される反射光Ｌ２と、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡに照射される反射光Ｌ２とのそれぞれが、調整動作の前と比べて、紙面の左側にずれている。その結果、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡにおける反射光Ｌ２の左右の光量が均一になり、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡにおける反射光Ｌ２の左右の光量が均一になっている。
【0191】
これにより、第３実施形態の第１変形例に係る距離計測装置３Ａは、反射光Ｌ２をアクティブ領域ＡＡの中央付近で受けることが出来、反射光Ｌ２の受光精度を向上させることが出来る。従って、距離計測装置３Ａは、測距結果の信頼性を向上させることが出来る。
【0192】
尚、第３実施形態の第１変形例では、スキャン位置の調整量が、左右の光量差の大きさに応じて変更されても良い。また、出射部２０のスキャン位置が、上下の光量差に基づいて調整されても良い。この場合、距離計測装置３Ａの制御部１０が、上下の光量差と所定の閾値とを比較し、上下で光量が大きい方向に、出射部２０のスキャン位置を調整する。制御部１０は、スキャン位置の上下の位置調整と、スキャン位置の左右の位置調整とを纏めて実行しても良いし、個別に実行しても良い。
【0193】
（第３実施形態の第２変形例）
図３１は、第３実施形態の第２変形例に係る距離計測装置３Ｂの調整動作の一例を示すフローチャートである。図３１に示すように、第３実施形態の第２変形例に係る距離計測装置３Ｂは、例えば連続的なスキャン（計測動作）を実行している際に、定期的に調整動作を実行する（開始）。第３実施形態の第２変形例における調整動作は、第３実施形態の第１変形例でＳ７２の処理がＳ７３に置き換えられた構成を有している。
図３１は、第３実施形態の第２変形例に係る距離計測装置３Ｂの調整動作の一例を示すフローチャートである。図３１に示すように、第３実施形態の第２変形例に係る距離計測装置３Ｂは、例えば連続的なスキャン（計測動作）を実行している際に、定期的に調整動作を実行する（開始）。第３実施形態の第２変形例における調整動作は、第３実施形態の第１変形例でＳ７２の処理がＳ７３に置き換えられた構成を有している。
【0194】
つまり、左右の光量差が所定の閾値よりも大きい場合（Ｓ７１、ＹＥＳ）、距離計測装置３Ｂは、Ｓ７２の処理を実行する。Ｓ７２の処理では、制御部１０が、左右で光量が大きい方向に、光検出器３３Ａ及び３３Ｂのそれぞれのアクティブ領域ＡＡの位置を調整する。距離計測装置３Ｂは、左右の光量差が所定の閾値以下である場合（Ｓ７１、ＮＯ）、又はＳ７３の処理が完了した場合に、調整動作を終了する（終了）。
【0195】
図３２は、第３実施形態に第２変形例に係る距離計測装置３Ｂの調整動作の具体例を示す概略図である。図３２に示すように、図３２（１）は、調整動作の前に各受光領域ＤＡに入射する反射光Ｌ２とアクティブ領域ＡＡの位置とを示している。図３２（２）は、調整動作の後に各受光領域ＤＡに入射する反射光Ｌ２とアクティブ領域ＡＡの位置とを示している。
【0196】
図３２（１）に示すように、調整動作の前では、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡに照射される反射光Ｌ２と、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡに照射される反射光Ｌ２とのそれぞれが、紙面の右側にずれている。この場合、アクティブ領域ＡＡは、紙面の右側において受ける光量が多く、紙面の左側において受ける光量が少なくなる。
【0197】
図３２（２）に示すように、第３実施形態の第２変形例における調整動作の後では、制御部１０によって、光検出器３３Ａ及び３３Ｂのそれぞれのアクティブ領域ＡＡの位置が調整される。本例では、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡの位置と、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡの位置とのそれぞれが、調整動作の前と比べて、紙面の右側にずれている。その結果、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡにおける反射光Ｌ２の左右の光量が均一になり、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡにおける反射光Ｌ２の左右の光量が均一になっている。
【0198】
これにより、第３実施形態の第２変形例に係る距離計測装置３Ｂは、反射光Ｌ２をアクティブ領域ＡＡの中央付近で受けることが出来、反射光Ｌ２の受光精度を向上させることが出来る。つまり、距離計測装置３Ｂは、測距結果の信頼性を向上させることが出来る。
【0199】
尚、第３実施形態の第２変形例では、アクティブ領域ＡＡの位置の調整量が、左右の光量差の大きさに応じて変更されても良い。また、光検出器３３Ａ及び３３Ｂのそれぞれのアクティブ領域ＡＡの位置が、上下の光量差に基づいて調整されても良い。この場合、距離計測装置３Ｂの制御部１０が、上下の光量差と所定の閾値とを比較し、上下で光量が大きい方向に、光検出器３３Ａ及び３３Ｂのそれぞれのアクティブ領域ＡＡの位置を調整する。制御部１０は、アクティブ領域ＡＡの上下の位置調整と、アクティブ領域ＡＡの左右の位置調整とを纏めて実行しても良いし、個別に実行しても良い。
【0200】
（第３実施形態の第３変形例）
図３３は、第３実施形態の第３変形例に係る距離計測装置３Ｃの調整動作の一例を示すフローチャートである。図３３に示すように、第３実施形態の第３変形例に係る距離計測装置３Ｃは、例えば連続的なスキャン（計測動作）を実行している際に、定期的に調整動作を実行する（開始）。
図３３は、第３実施形態の第３変形例に係る距離計測装置３Ｃの調整動作の一例を示すフローチャートである。図３３に示すように、第３実施形態の第３変形例に係る距離計測装置３Ｃは、例えば連続的なスキャン（計測動作）を実行している際に、定期的に調整動作を実行する（開始）。
【0201】
調整動作が開始すると、制御部１０が、各測定点における光検出器３３Ａ及び３３Ｂのそれぞれの光量の分布を算出する（Ｓ８０）。そして、制御部１０が、算出された光量の分布の相関を確認する（Ｓ８１）。Ｓ８１の処理では、例えば、アクティブ領域ＡＡ内の中心を通過し且つＸ方向に並んだ画素ＰＸの光量の分布が確認される。そして、制御部１０が、光検出器３３Ａにおける画素ＰＸの光量の分布と、光検出器３３Ｂにおける画素ＰＸの光量の分布との相関を確認する。
【0202】
光検出器３３Ａ及び３３Ｂの光量の分布の相関が所定の値よりも大きい場合（Ｓ８３、ＮＯ）、距離計測装置３Ｃは、調整動作を終了する（終了）。一方で、光検出器３３Ａ及び３３Ｂの光量の分布の相関が所定の値以下である場合（Ｓ８２、ＹＥＳ）、制御部１０が、光検出器３３Ａ及び３３Ｂの間で光量の分布の相関が大きくなるように、これ以降のスキャンで設定される光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡの位置を調整する（Ｓ８３）。Ｓ８３の処理が完了すると、距離計測装置３Ｃは、調整動作を終了する（終了）。
【0203】
図３４は、第３実施形態に第３変形例に係る距離計測装置３Ｃの調整動作の具体例を示す概略図である。図３４は、光検出器３３Ａ及び３３Ｂの概略図と、各アクティブ領域ＡＡの測距結果に基づく光量の分布の一例とを示している。
【0204】
図３４に示すように、第３実施形態の第３変形例において、制御部１０は、例えばＸ方向に沿って、アクティブ領域ＡＡ内の光量の分布を算出する。本例では、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡにおける光量の分布が、画素ＰＸ２にピークを有し、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡにおける光量の分布が、画素ＰＸ３にピークを有している。この場合、制御部１０は、次のフレームのスキャン時に、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡを画素ＰＸ１側にスライドさせる。
【0205】
これにより、第３実施形態の第３変形例に係る距離計測装置３Ｃは、反射光Ｌ２をアクティブ領域ＡＡの中央付近で受けることが出来、反射光Ｌ２の受光精度を向上させることが出来る。つまり、距離計測装置３Ｃは、測距結果の信頼性を向上させることが出来る。尚、第３実施形態の第３変形例において、光量の分布の相関の算出には、様々な関数が使用され得る。第３実施形態の第３変形例では、Ｙ方向に沿った光量の分布の相関が確認されても良く、アクティブ領域ＡＡの位置がＹ方向に沿って調整されても良い。
【0206】
（第３実施形態の第４変形例）
図３５は、第３実施形態の第４変形例に係る距離計測装置３Ｄの調整動作の一例を示すフローチャートである。図３５に示すように、第３実施形態の第４変形例に係る距離計測装置３Ｄは、例えば連続的なスキャン（計測動作）を実行している際に、定期的に調整動作を実行する（開始）。
図３５は、第３実施形態の第４変形例に係る距離計測装置３Ｄの調整動作の一例を示すフローチャートである。図３５に示すように、第３実施形態の第４変形例に係る距離計測装置３Ｄは、例えば連続的なスキャン（計測動作）を実行している際に、定期的に調整動作を実行する（開始）。
【0207】
調整動作が開始すると、制御部１０が、各測定点における光検出器３３Ａ及び３３Ｂのそれぞれの速度の分布を算出する（Ｓ９０）。そして、制御部１０が、算出された速度の分布の相関を確認する（Ｓ９１）。Ｓ９１の処理では、例えば、アクティブ領域ＡＡ内の中心を通過し且つＸ方向に並んだ画素ＰＸで検出された物体の速度の分布が確認される。そして、制御部１０が、光検出器３３Ａにおける画素ＰＸの速度の分布と、光検出器３３Ｂにおける画素ＰＸの速度の分布との相関を確認する。
【0208】
光検出器３３Ａ及び３３Ｂの速度の分布の相関が所定の値よりも大きい場合（Ｓ９２、ＮＯ）、距離計測装置３Ｄは、調整動作を終了する（終了）。一方で、光検出器３３Ａ及び３３Ｂの速度の分布の相関が所定の値以下である場合（Ｓ９２、ＹＥＳ）、制御部１０が、光検出器３３Ａ及び３３Ｂの間で速度の分布の相関が大きくなるように、これ以降のスキャンで設定される光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡの位置を調整する（Ｓ９３）。Ｓ９３の処理が完了すると、距離計測装置３Ｄは、調整動作を終了する（終了）。
【0209】
図３６は、第３実施形態に第４変形例に係る距離計測装置３Ｄの調整動作の具体例を示す概略図である。図３６は、光検出器３３Ａ及び３３Ｂの概略図と、各アクティブ領域ＡＡの測距結果に基づく速度の分布の一例とを示している。
【0210】
図３６に示すように、第３実施形態の第４変形例において、制御部１０は、例えばＸ方向に沿って、アクティブ領域ＡＡ内の速度の分布を算出する。本例では、光検出器３３Ａのアクティブ領域ＡＡにおける速度の分布が、画素ＰＸ２にピークを有し、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡにおける速度の分布が、画素ＰＸ３にピークを有している。この場合、制御部１０は、次のフレームのスキャン時に、光検出器３３Ｂのアクティブ領域ＡＡを画素ＰＸ１側にスライドさせる。
【0211】
これにより、第３実施形態の第４変形例に係る距離計測装置３Ｄは、反射光Ｌ２をアクティブ領域ＡＡの中央付近で受けることが出来、反射光Ｌ２の受光精度を向上させることが出来る。つまり、距離計測装置３Ｄは、測距結果の信頼性を向上させることが出来る。尚、第３実施形態の第４変形例において、速度の分布の相関の算出には、様々な関数が使用され得る。第３実施形態の第４変形例では、Ｙ方向に沿った速度の分布の相関が確認されても良く、アクティブ領域ＡＡの位置がＹ方向に沿って調整されても良い。
【0212】
尚、距離計測装置３では、出射光Ｌ１のスキャンに基づくアクティブ領域ＡＡの位置の変化が、時刻の関数（例えば、線形や正弦波）としてプログラミングされる。第３実施形態及び第３実施形態の各変形例で説明された調整動作は、このアクティブ領域ＡＡの微調整に関する。距離計測装置３では、複数の光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２でＦｏＶが異なるため、反射光Ｌ２の受光位置が受光領域ＤＡから外れる場合がある。この場合、距離計測装置３は、調整動作（アクティブ領域ＡＡの調整機能）を停止しても良い。
【0213】
［４］第４実施形態
第４実施形態に係る距離計測装置４は、第１実施形態に係る距離計測装置１におけるミラー２５の構成例に関する。以下に、第４実施形態に係る距離計測装置４について、第１実施形態に係る距離計測装置１と異なる点を説明する。
第４実施形態に係る距離計測装置４は、第１実施形態に係る距離計測装置１におけるミラー２５の構成例に関する。以下に、第４実施形態に係る距離計測装置４について、第１実施形態に係る距離計測装置１と異なる点を説明する。
【0214】
［４－１］ミラー２５の構成
図３７は、第４実施形態に係る距離計測装置４におけるミラー２５の構成の一例を示す概略図である。図３７（１）及び（２）は、ミラー２５に対するレーザ光の入射角が互いに異なる状態を示している。第４実施形態におけるミラー２５は、レーザ光（出射光Ｌ１）の入射角度に応じて、出射光Ｌ１の一部を反射しない構成を有する。
図３７は、第４実施形態に係る距離計測装置４におけるミラー２５の構成の一例を示す概略図である。図３７（１）及び（２）は、ミラー２５に対するレーザ光の入射角が互いに異なる状態を示している。第４実施形態におけるミラー２５は、レーザ光（出射光Ｌ１）の入射角度に応じて、出射光Ｌ１の一部を反射しない構成を有する。
【0215】
図３７（１）は、ミラー２５に対するレーザ光の入射角が小さい場合に対応している。図３７（１）に示すように、ミラー２５に対する出射光Ｌ１の入射角が小さい場合、出射光Ｌ１の照射部ＩＰの全てが、ミラー２５の反射領域内に含まれている。この場合、ミラー２５が、光エネルギーの損失を最小限にした状態で、出射光Ｌ１を所定の方向に反射する。
【0216】
図３７（２）は、ミラー２５に対するレーザ光の入射角が、図３７（１）よりも大きい場合に対応している。一方で、図３７（２）に示すように、ミラー２５に対する出射光Ｌ１の入射角が大きい場合、出射光Ｌ１の照射部ＩＰの一部が、ミラー２５の反射領域から外れている。この場合、ミラー２５が、光エネルギーの一部を損失させた状態で、出射光Ｌ１を所定の方向に反射する。
【0217】
そして、第４実施形態に係る距離計測装置４では、ミラー２５に対する出射光Ｌ１の入射角が小さい状態が、望遠側の対象物ＴＧの測距に関連付けられる。ミラー２５に対する出射光Ｌ１の入射角が大きい状態が、広角側の対象物ＴＧの測距に関連付けられる。つまり、望遠側の対象物ＴＧの測距では、出射光Ｌ１の光エネルギーの損失が抑制される。広角側の対象物ＴＧの測距では、出射光Ｌ１の光エネルギーの一部が損失した状態になる。第４実施形態に係る距離計測装置４のその他の構成及び動作は、第１実施形態に係る距離計測装置１と同様である。
【0218】
［４－２］第４実施形態の効果
対象物ＴＧの測距に必要な出射光Ｌ１の光エネルギーは、距離に応じて変化する。例えば、対象物ＴＧとの距離が長くなるほど、出射光Ｌ１の光エネルギーが減衰する。このため、計測可能な距離を長くするためには、出射部２０による出射光Ｌ１の出力が、可能な範囲で大きく設計されることが好ましい。
対象物ＴＧの測距に必要な出射光Ｌ１の光エネルギーは、距離に応じて変化する。例えば、対象物ＴＧとの距離が長くなるほど、出射光Ｌ１の光エネルギーが減衰する。このため、計測可能な距離を長くするためには、出射部２０による出射光Ｌ１の出力が、可能な範囲で大きく設計されることが好ましい。
【0219】
また、距離計測装置が車両に搭載される場合、スキャン領域ＳＡは、遠距離の測距が必要な望遠側の領域と、近距離の測距で十分な広角側の領域とを含んでいる。望遠側の領域に対応するスキャンは、例えば、ミラー２５に対する出射光Ｌ１の入射角が小さい状態を使用する。広角側の領域に対応するスキャンは、例えば、ミラー２５に対する出射光Ｌ１の入射角が大きい状態を使用する。
【0220】
これに対して、第４実施形態に係る距離計測装置４は、小さい面積のミラー２５を備えている。第４実施形態におけるミラー２５のサイズは、望遠側の測距時における出射光Ｌ１がミラー２５の反射面に照射される範囲に合わせて設計される。具体的には、第４実施形態におけるミラー２５の反射面が、望遠側の測距時において、出射光Ｌ１の照射面を全て含むように設計される。一方で、第４実施形態におけるミラー２５では、出射光Ｌ１の入射角度に応じて、出射光Ｌ１の照射面の一部が前記ミラー２５の反射面からはみ出す場合がある。
【0221】
第４実施形態に係る距離計測装置４では、望遠側の測距時に、ミラー２５の反射に伴う出射光Ｌ１の損失が抑制され、遠距離の測距が可能となる。一方で、広角側の測距時に、出射光Ｌ１の一部がミラー２５に照射されず、出射光Ｌ１の光エネルギーの損失が発生する。しかしながら、広角側は、計測が必要な距離が望遠側よりも短いため、測距に必要な出射光Ｌ１のエネルギーが望遠側よりも小さい。このため、距離計測装置４は、出射光Ｌ１の損失が発生した場合にも、広角側における近距離の対象物ＴＧを問題なく計測することが出来る。
【0222】
また、第４実施形態に係る距離計測装置４は、ミラー２５に対する入射角を、広範囲で利用する。このため、第４実施形態に係る距離計測装置４は、ミラー２５の回転に伴うブランキング期間を小さくすることが出来る。尚、制御部１０は、望遠側の測距時のスキャン速度が、広角側の測距時のスキャン速度よりも遅くなるようにミラー２５を制御しても良い。これにより、距離計測装置４は、望遠側の測距時における角度分解能を向上させることが出来、距離計測装置４における測距結果の信頼性を向上させることが出来る。
【0223】
［５］第５実施形態
第５実施形態に係る距離計測装置５は、第１実施形態に係る距離計測装置１と同様の構成を備える。そして、第５実施形態に係る距離計測装置５は、第１実施形態と異なるスキャン方法を使用する。以下に、第５実施形態に係る距離計測装置５について、第１実施形態に係る距離計測装置１と異なる点を説明する。
第５実施形態に係る距離計測装置５は、第１実施形態に係る距離計測装置１と同様の構成を備える。そして、第５実施形態に係る距離計測装置５は、第１実施形態と異なるスキャン方法を使用する。以下に、第５実施形態に係る距離計測装置５について、第１実施形態に係る距離計測装置１と異なる点を説明する。
【0224】
［５－１］出射部２０の動作
図３８は、第５実施形態に係る距離計測装置５における出射部２０のスキャン方法の一例を示すタイムチャートである。図３８において、チャートの縦軸は、光源２３に対する出力パワーを示している。広角部ＷＰ１、望遠部ＴＰ、及び広角部ＷＰ２の組は、スキャン領域ＳＡの左端から右端に向かった一回のスキャン領域に含まれている。
図３８は、第５実施形態に係る距離計測装置５における出射部２０のスキャン方法の一例を示すタイムチャートである。図３８において、チャートの縦軸は、光源２３に対する出力パワーを示している。広角部ＷＰ１、望遠部ＴＰ、及び広角部ＷＰ２の組は、スキャン領域ＳＡの左端から右端に向かった一回のスキャン領域に含まれている。
【0225】
尚、本例では、望遠側の光検出ユニットＰＵ１のＦｏＶが望遠部ＴＰに合わせて設計され、光検出ユニットＰＵ１の焦点距離が、遠距離の測距に最適化される。広角側の光検出ユニットＰＵ２のＦｏＶが、広角部ＷＰ１、望遠部ＴＰ、及び広角部ＷＰ２に合わせて設計され、光検出ユニットＰＵ２の焦点距離が、近距離の測距に最適化される。
【0226】
図３８に示すように、制御部１０は、広角部ＷＰ１及びＷＰ２にそれぞれ対応する２つの期間で、光源２３に対して、広い間隔でパルス信号を間欠的に入力している。一方で、制御部１０は、望遠部ＴＰに対応する期間で、光源２３に対して、狭い間隔でパルス信号を間欠的に入力している。つまり、出射光Ｌ１の出射間隔は、広角部ＷＰ１及びＷＰ２では粗く、望遠部ＴＰでは密である。このように、第５実施形態に係る距離計測装置５は、出射光Ｌ１の出射間隔を、スキャン位置（スキャン角度）に従って変化させる。
【0227】
［５－２］第５実施形態の効果
非同軸の光学系と２Ｄセンサとを利用した距離計測装置では、出射光Ｌ１毎の測距時間の重なりが許容される。そこで、第５実施形態に係る距離計測装置５は、出射光Ｌ１の出射間隔を変更することによって、スキャン位置毎に必要な測距解像度を実現する。
非同軸の光学系と２Ｄセンサとを利用した距離計測装置では、出射光Ｌ１毎の測距時間の重なりが許容される。そこで、第５実施形態に係る距離計測装置５は、出射光Ｌ１の出射間隔を変更することによって、スキャン位置毎に必要な測距解像度を実現する。
【0228】
例えば、距離計測装置１が車載される場合、前方の対象物ＴＧが、狭い範囲且つ高解像度で検出することが好ましい。一方で、スキャン領域ＳＡ内で、路面から外れる領域における解像度は、前方よりも低くても十分である場合がある。また、計測動作で処理することが可能な単位時間当たりの出射光Ｌ１の数には、レーザのdutyの様に上限値に対する、制約が存在する。
【0229】
そこで、第５実施形態に係る距離計測装置５は、望遠部ＴＰにおける出射光Ｌ１の数を、広角部ＷＰ１及びＷＰ２における出射光Ｌ１の数よりも多く設定する。このように、望遠部ＴＰにおける出射光Ｌ１の数を増やすことによって、距離計測装置５は、望遠部ＴＰにおける角度分解能を小さくすることが出来る。また、広角部ＷＰ１及びＷＰ２におけるパルス間隔を大きくすることによって、距離計測装置５は、出射光Ｌ１の処理数の制約を守りつつ、望遠部ＴＰの角度分解能を高めることが出来る。
【0230】
また、望遠部ＴＰにおいて、複数の出射の結果が平均化されることにより、Ｓ／Ｎ比が向上し、測距可能距離や距離精度が改善され得る。さらに、距離計測装置５は、第２実施形態にて説明した平均化アルゴリズム（SAT: Smart Accumulation Technique）を用いた場合に、解像度を低減することなく、測距可能距離を改善することが出来る。
【0231】
［５－３］第５実施形態の変形例
第５実施形態に係る距離計測装置５は、種々の変形が可能である。以下に、第５実施形態の変形例について、第５実施形態と異なる点を説明する。
第５実施形態に係る距離計測装置５は、種々の変形が可能である。以下に、第５実施形態の変形例について、第５実施形態と異なる点を説明する。
【0232】
図３９は、第５実施形態の変形例に係る距離計測装置５Ａにおける出射部２０のスキャン方法の一例を示す概略図である。図３９に示すように、第５実施形態の変形例に係る距離計測装置５Ａは、広角部ＷＰ１及びＷＰ２におけるパルス幅を、望遠部ＴＰにおけるパルス幅よりも細く設定する。出射光Ｌ１のパルス幅は、太くなるほど、出射光Ｌ１のエネルギーが大きくなる。このため、太いパルス幅に基づく出射光Ｌ１は、遠距離の対象物ＴＧの測距に好ましい。一方で、出射光Ｌ１のパルス幅が太い場合、測距における時間的ジッタが大きくなる。また、光検出器３３の受光結果が飽和し易くなる。
【0233】
このため、第５実施形態の変形例に係る距離計測装置５Ａは、広角部ＷＰ１及びＷＰ２における出射光Ｌ１の光エネルギーを、望遠部ＴＰにおける出射光Ｌ１の光エネルギーよりも小さくする。これにより、第５実施形態の変形例に係る距離計測装置５Ａは、広角側の対象物ＴＧの測距において、近距離の測距におけるジッタを減少させ、近距離の計測精度を向上させることが出来る。また、距離計測装置５Ａは、受光結果の飽和を抑制することが出来、その点においても、距離精度を改善することが出来る。
【0234】
［６］光検出ユニットＰＵの構成例
第１実施形態で説明された光検出ユニットＰＵの構成は、その他の構成であっても良い。以下に、光検出ユニットＰＵのその他の構成例について説明する。
第１実施形態で説明された光検出ユニットＰＵの構成は、その他の構成であっても良い。以下に、光検出ユニットＰＵのその他の構成例について説明する。
【0235】
例えば、ＢＰＦ３１Ａ及び３１Ｂは、光検出器３３Ａ及び３３Ｂに入射する反射光Ｌ２の周波数を最適化するために、異なる特性を有していても良い。例えば、ＢＰＦ３１Ａ及び３１Ｂのそれぞれの周波数帯域は、距離計測装置１の使用温度に基づいて、高く又は低く設計されても良い。これにより、距離計測装置１は、温度変化に対して強い特性を有することが出来る。また、ＢＰＦ３１Ａ及び３１Ｂのそれぞれの周波数帯域は、ダイナミックレンジを拡大するために、広く又は狭く設計されても良い。これにより、光検出器３３Ａ及び３３Ｂの受光結果の飽和を抑制することが出来る。
【0236】
光検出器３３Ａの大きさ及び形状と、光検出器３３Ｂの大きさ及び形状とは、異なっていても良い。言い換えると、光検出ユニットＰＵ１で使用されるセンサのサイズ及び形状と、光検出ユニットＰＵ２で使用されるセンサのサイズ及び形状とは、異なっていても良い。距離計測装置１は、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の間で異なるサイズのセンサを使用することによって、光検出ユニットＰＵ１による測距結果の解像度と、光検出ユニットＰＵ２による測距結果の解像度とを最適化することが出来る。
【0237】
以下に、図面を参照して、光検出ユニットＰＵの第１～第７構成例について、第１実施形態で説明された光検出ユニットＰＵと異なる点を説明する。
【0238】
（第１構成例）
図４０は、光検出ユニットＰＵの第１構成例における２つの光検出器３３Ａ及び３３Ｂの画素ＰＸの構成の一例を示す平面図である。図４０に示すように、光検出器３３Ａが、４つのＳＰＡＤユニットＳＵを含む画素ＰＸａを備えている。光検出器３３Ｂが、９つのＳＰＡＤユニットＳＵを含む画素ＰＸａを備えている。
図４０は、光検出ユニットＰＵの第１構成例における２つの光検出器３３Ａ及び３３Ｂの画素ＰＸの構成の一例を示す平面図である。図４０に示すように、光検出器３３Ａが、４つのＳＰＡＤユニットＳＵを含む画素ＰＸａを備えている。光検出器３３Ｂが、９つのＳＰＡＤユニットＳＵを含む画素ＰＸａを備えている。
【0239】
このように、光検出器３３Ａが含む１つの画素ＰＸの大きさと、光検出器３３Ｂが含む１つの画素ＰＸの大きさとが、異なっていても良い。言い換えると、光検出器３３Ａ内の画素ＰＸが含むＳＰＡＤユニットＳＵの数と、光検出器３３Ｂ内の画素ＰＸが含むＳＰＡＤユニットＳＵの数とが、異なっていても良い。尚、画素ＰＸａが含むＳＰＡＤユニットＳＵの数と、画素ＰＸｂが含むＳＰＡＤユニットＳＵの数とのそれぞれは、光学系３２Ａ及び３２Ｂの設計に応じて適宜設計され得る。
【0240】
例えば、距離計測装置１が車両に搭載される場合、近距離の対象物ＴＧの測距が、遠距離の対象物ＴＧの測距よりも高精度であることが好ましい。この場合、画素ＰＸｂが含むＳＰＡＤユニットＳＵの数が、画素ＰＸａが含むＳＰＡＤユニットＳＵよりも多くなるように設計される。これにより、広角側の光検出器３３Ｂのダイナミックレンジが、望遠側の光検出器３３Ａのダイナミックレンジよりも広くなる。その結果、光検出ユニットＰＵの第１構成例は、近距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２を受ける際の受光結果の飽和を抑制することが出来、近距離の計測精度を向上させることが出来る。
【0241】
（第２構成例）
図４１は、光検出ユニットＰＵの第２構成例における２つの光検出器３３Ａ及び３３Ｂの画素ＰＸの構成の一例を示す平面図である。図４１に示すように、画素ＰＸａが、４つのＳＰＡＤユニットＳＵａを含み、画素ＰＸｂが９つのＳＰＡＤユニットＳＵｂを含んでいる。合計の面積は、４つのＳＰＡＤユニットＳＵａの組と、４つのＳＰＡＤユニットＳＵｂの組とで、略等しい。つまり、ＳＰＡＤユニットＳＵａのサイズが、ＳＰＡＤユニットＳＵｂのサイズよりも大きい。この例では、光検出器３３Ｂのダイナミックレンジは、光検出器３３Ａのダイナミックレンジよりも高い。一方、光検出器３３Ａの感度（ＰＤＥ：Photon Detection Efficiency）は、光検出器３３Ｂの感度（ＰＤＥ）よりも若干高い。
図４１は、光検出ユニットＰＵの第２構成例における２つの光検出器３３Ａ及び３３Ｂの画素ＰＸの構成の一例を示す平面図である。図４１に示すように、画素ＰＸａが、４つのＳＰＡＤユニットＳＵａを含み、画素ＰＸｂが９つのＳＰＡＤユニットＳＵｂを含んでいる。合計の面積は、４つのＳＰＡＤユニットＳＵａの組と、４つのＳＰＡＤユニットＳＵｂの組とで、略等しい。つまり、ＳＰＡＤユニットＳＵａのサイズが、ＳＰＡＤユニットＳＵｂのサイズよりも大きい。この例では、光検出器３３Ｂのダイナミックレンジは、光検出器３３Ａのダイナミックレンジよりも高い。一方、光検出器３３Ａの感度（ＰＤＥ：Photon Detection Efficiency）は、光検出器３３Ｂの感度（ＰＤＥ）よりも若干高い。
【0242】
このように、光検出器３３Ａが含む１つのＳＰＡＤの大きさと、光検出器３３Ｂが含む１つのＳＰＡＤの大きさとが、異なっていても良い。言い換えると、光検出器３３Ａ内の画素ＰＸａが含むＳＰＡＤユニットＳＵａのサイズと、光検出器３３Ｂ内の画素ＰＸｂが含むＳＰＡＤユニットＳＵｂのサイズとが、異なっていても良い。尚、光検出器３３Ａの画素ＰＸａと画素ＰＸｂとは、同じサイズであっても良いし、異なるサイズであっても良い。ＳＰＡＤユニットＳＵａのサイズと、ＳＰＡＤユニットＳＵｂのサイズとのそれぞれは、光学系３２Ａ及び３２Ｂの設計に応じて適宜設計され得る。
【0243】
光検出ユニットＰＵの第２構成例は、第１構成例と同様に、光検出器３３毎のダイナミックレンジを最適化することが出来る。その結果、光検出ユニットＰＵの第２構成例は、近距離の対象物ＴＧからの反射光Ｌ２を受ける際の受光結果の飽和を抑制することが出来、近距離の計測精度を向上させることが出来る。その一方で、光検出ユニットＰＵの第２構成例は、感度の高さにより、より遠距離の測距も同時に可能となる。
【0244】
（第３構成例）
図４２は、光検出ユニットＰＵの第３構成例における２つの光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の構成の一例を示す概略図である。図４２に示すように、広角側の光検出ユニットＰＵ２の光軸が、望遠側の光検出ユニットＰＵ１の光軸よりも、投光系方向に角度“θ”だけ傾いて設けられている。投光系方向は、受光部３０から出射部２０に向かう方向に対応している。非同軸の光学系に基づく視差は、近距離の対象について、“θ”の傾きに応じて小さくなる。
図４２は、光検出ユニットＰＵの第３構成例における２つの光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の構成の一例を示す概略図である。図４２に示すように、広角側の光検出ユニットＰＵ２の光軸が、望遠側の光検出ユニットＰＵ１の光軸よりも、投光系方向に角度“θ”だけ傾いて設けられている。投光系方向は、受光部３０から出射部２０に向かう方向に対応している。非同軸の光学系に基づく視差は、近距離の対象について、“θ”の傾きに応じて小さくなる。
【0245】
このように、光検出ユニットＰＵ１の光軸の傾きと、光検出ユニットＰＵ２の光軸の傾きとは、異なっていても良い。光検出ユニットＰＵの第３構成例は、光軸の傾きによって、視差を緩和することが出来る。その結果、光検出ユニットＰＵの第３構成例は、近距離の対象物ＴＧの検出確率及び計測精度を向上させることが出来る。
【0246】
（第４構成例）
図４３は、光検出ユニットＰＵの第４構成例における２つの光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の構成の一例を示す概略図である。図４３に示すように、望遠側の光検出ユニットＰＵ１の光学系３２Ａが、移動可能な４つのレンズを備えている。広角側の光検出ユニットＰＵ２の光学系３２Ｂが、移動可能な２つのレンズを備えている。
図４３は、光検出ユニットＰＵの第４構成例における２つの光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の構成の一例を示す概略図である。図４３に示すように、望遠側の光検出ユニットＰＵ１の光学系３２Ａが、移動可能な４つのレンズを備えている。広角側の光検出ユニットＰＵ２の光学系３２Ｂが、移動可能な２つのレンズを備えている。
【0247】
このように、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれは、光学ズームを備えていても良い。尚、光学系３２Ａ及び３２Ｂのそれぞれが備えるレンズの枚数は、その他の枚数であっても良い。各光学系３２では、凹レンズや凸レンズ等、複数種類のレンズが組み合わせられても良い。焦点距離が長く設定された光検出ユニットＰＵは、測距可能な距離を長くすることが出来る。焦点距離が短く設定された光検出ユニットＰＵは、視差を小さくすることが出来る。光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のそれぞれの光学ズームは、状況に応じて制御され得る。
【0248】
例えば、距離計測装置１が車載される場合、制御部１０は、車両の速度の増加と共に、焦点距離を長く且つＦｏＶを狭く設定することによって、前方の車両（対象物ＴＧ）の検出精度を向上させることが出来る。また、制御部１０は、車両の速度の減少と共に、焦点距離を短く且つＦｏＶを広く設定することによって、車両の近くの人物等の検出精度を向上させることが出来る。このように、光検出ユニットＰＵの第４構成例は、シーン毎に最適な焦点距離が設定され得るため、距離計測装置１の信頼性を向上させることが出来る。
【0249】
（第５構成例）
図４４は、光検出ユニットＰＵの第５構成例における２つの光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の構成の一例を示す概略図である。図４４に示すように、光検出ユニットＰＵ１の光学系３２Ａが、シリンドリカルレンズＳＬ１及びＳＬ２を含んでいる。また、出射部２０のミラー２５がチルト付きのポリゴンミラーであり、２次元のスキャンが想定されている。このように、光検出ユニットＰＵ毎に、レンズの異方性が変更されても良い。
図４４は、光検出ユニットＰＵの第５構成例における２つの光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の構成の一例を示す概略図である。図４４に示すように、光検出ユニットＰＵ１の光学系３２Ａが、シリンドリカルレンズＳＬ１及びＳＬ２を含んでいる。また、出射部２０のミラー２５がチルト付きのポリゴンミラーであり、２次元のスキャンが想定されている。このように、光検出ユニットＰＵ毎に、レンズの異方性が変更されても良い。
【0250】
例えば、望遠側の光検出ユニットＰＵ１の水平視野角（Ｘ方向におけるＦｏＶ）が、広角側の光検出ユニットＰＵ２の水平視野角の１／６であり、且つＸ方向のサイズが光検出器３３Ａ及び３３Ｂで同じであるものと仮定する。本仮定で、等方的な光学系３２Ａ及び３２Ｂが使用された場合、望遠側の光検出ユニットＰＵ１の光検出器３３Ａの垂直側のセンササイズ（Ｙ方向のセンササイズ）が、広角側の光検出ユニットＰＵ２の光検出器３３Ｂの垂直側のセンササイズの６倍になる。
【0251】
これに対して、光検出ユニットＰＵの第５構成例では、光学系３２Ａが、垂直に狭いサイズで結像するように、シリンドリカルレンズＳＬ１及びＳＬ２を含んでいる。シリンドリカルレンズＳＬ１及びＳＬ２は、それぞれ凹形状及び凸形状を有している。これにより、センサの垂直方向（例えばＹ方向）のＦｏＶが、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の間で同様になるように調整される。その結果、光検出ユニットＰＵの第５構成例は、光検出器３３Ｂのセンササイズを小さくすることが出来る。すなわち、光検出ユニットＰＵの第５構成例は、光検出器３３Ａ及び３３Ｂのサイズを最適化することが出来る。
【0252】
ところで、ここに記した垂直方向におけるＦｏＶ、或いはセンササイズの問題は、第１実施形態の第１変形例に記した、複数チャネルのレーザダイオードを縦に配置したマルチチャネルラスタの走査方法によっても対処される。第５構成例は、上述された問題に対する、第１実施形態の第１変形例とは別の解決方法である。これら２つの方法は組合わせてもよく、望遠側と広角側のＦｏＶが更に大きく変えられてもよい。
【0253】
（第６構成例）
図４５及び図４６のそれぞれは、光検出ユニットＰＵの第６構成例における２つの光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の構成の一例を示す概略図である。図４５に示すように、光学系３２Ａ及び３２Ｂが、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の間で一体に設けられたレンズを含んでいる。このようなレンズは、例えばプラスチックなどで形成される。そして、光検出器３３Ａ及び３３Ｂとの間には、遮光部が設けられる。遮光部は、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の間の、光の入射を抑制する。これにより、光検出ユニットＰＵの第６構成例は、受光部３０のコストを抑制することが出来る。
図４５及び図４６のそれぞれは、光検出ユニットＰＵの第６構成例における２つの光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の構成の一例を示す概略図である。図４５に示すように、光学系３２Ａ及び３２Ｂが、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の間で一体に設けられたレンズを含んでいる。このようなレンズは、例えばプラスチックなどで形成される。そして、光検出器３３Ａ及び３３Ｂとの間には、遮光部が設けられる。遮光部は、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２の間の、光の入射を抑制する。これにより、光検出ユニットＰＵの第６構成例は、受光部３０のコストを抑制することが出来る。
【0254】
図４６に示すように、光検出ユニットＰＵの第６構成例と、第５構成例とが、組み合わされても良い。言い換えると、光検出ユニットＰＵの第６構成例において、光検出ユニットＰＵ１及びＰＵ２のいずれかが、異方性の光学系を有していても良い。本例では、広角側の光検出ユニットＰＵ２の光学系３２Ｂに、シリンドリカルレンズＳＬ１（例えば凸型）及びＳＬ２（例えば凹型）が追加されている。その結果、光検出ユニットＰＵの第６構成例と第５構成例との組み合わせは、光検出器３３Ａ及び３３Ｂのサイズを最適化することが出来る。
【0255】
［７］その他
上記実施形態では、制御部１０が、出射光Ｌ１の出射時刻Ｔ１を計測部４０に通知する場合について例示したが、これに限定されない。出射時刻Ｔ１は、出射光Ｌ１が出射部２０内で分光され、分光された出射光Ｌ１が受光部３０に設けられたセンサによって検出された時刻に基づいて設定されても良い。この場合、出射時刻Ｔ１は、受光部３０から計測部４０に通知される。
上記実施形態では、制御部１０が、出射光Ｌ１の出射時刻Ｔ１を計測部４０に通知する場合について例示したが、これに限定されない。出射時刻Ｔ１は、出射光Ｌ１が出射部２０内で分光され、分光された出射光Ｌ１が受光部３０に設けられたセンサによって検出された時刻に基づいて設定されても良い。この場合、出射時刻Ｔ１は、受光部３０から計測部４０に通知される。
【0256】
上記実施形態及び変形例は、組み合わせることが可能である。例えば、第２実施形態は、第３～第５実施形態とのいずれとも組み合わされ得る。第３実施形態は、第４及び第５実施形態のいずれとも組み合わされ得る。さらに、３つ以上の実施形態が組み合わされても良い。複数の実施形態が組み合わされた距離計測装置１は、組み合わされた実施形態のそれぞれの効果を得ることが出来る。
【0257】
第１実施形態において、受光部３０が、互いに異なる距離に最適化された３つ以上の光検出ユニットＰＵを備えていても良い。受光部３０が３つ以上の光検出ユニットＰＵを備える場合、例えば、１つ目の光検出ユニットＰＵが遠距離に最適化され、２つ目の光検出ユニットＰＵが近距離に最適化され、３つ目の光検出ユニットＰＵが至近距離に最適化される。これにより、距離計測装置１は、視差やデフォーカスが発生しやすい至近距離～近距離の計測精度を向上させることが出来る。３つ以上の光検出ユニットＰＵを備える場合においても、距離計測装置１は、第２～第５実施形態や、光検出ユニットＰＵの各構成例のそれぞれと組み合わされ得る。
【0258】
距離計測装置１の各構成の分類は、その他の分類であっても良い。計測部４０は、上記実施形態で説明された動作を実現することが可能であれば、その他の分類であっても良い。制御部１０に含まれたＣＰＵは、その他の回路であっても良い。例えば、ＣＰＵの替わりに、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等が使用されても良い。また、各実施形態において説明された処理のそれぞれは、専用のハードウェアによって実現されても良い。ソフトウェアにより実行される処理と、ハードウェアによって実行される処理とが混在していても良いし、どちらか一方のみであっても良い。各実施形態において、動作の説明に用いたフローチャートでは、処理の順番が可能な範囲で入れ替えられても良いし、その他の処理が追加されても良い。
【0259】
本明細書において“アクティブ領域ＡＡ”は、受光領域と呼ばれても良い。制御部１０の制御に基づきパルス信号が入力された光源２３が出射する出射光Ｌ１が、パルス信号と呼ばれても良い。“パルス幅”は、例えば、対象のパルス信号の半値幅で算出される。“出射部２０”は、“投光部”と呼ばれても良い。
【0260】
本明細書において、“光検出器３３の受光結果”は、反射光Ｌ２の受光結果を含むデジタル信号と呼ばれても良い。“デジタル信号の底部”は、当該デジタル信号に含まれたフロアノイズのことを示している。“底部の値”は、例えば、１回の計測時間における輝度の時間平均値である。“１回の計測時間”は、１回のサンプリング期間に対応している。“底部から突出している部分の値”は、例えば、反射光Ｌ２の受光結果を含むデジタル信号のうち反射光Ｌ２の受光結果に対応する突出部の輝度のことを示している。“信号のピーク”は、受光結果を含むデジタル信号の底部からの突出部において、最も高い輝度の部分のことを示している。
【0261】
本明細書において“Ｈ”レベルの電圧は、ゲートに当該電圧が印加されたＮ型のトランジスタがオン状態になり、ゲートに当該電圧が印加されたＰ型のトランジスタがオフ状態になる電圧である。“Ｌ”レベルの電圧は、ゲートに当該電圧が印加されたＮ型のトランジスタがオフ状態になり、ゲートに当該電圧が印加されたＰ型のトランジスタがオン状態になる電圧である。
【0262】
本明細書において“接続”とは、電気的に接続されている事を示し、例えば間に別の素子を介することを除外しない。また、明細書において“オン状態”とは、対応するトランジスタのゲートに当該トランジスタの閾値電圧以上の電圧が印加されていることを示している。“オフ状態”とは、対応するトランジスタのゲートに当該トランジスタの閾値電圧未満の電圧が印加されていることを示し、例えばトランジスタのリーク電流のような微少な電流が流れることを除外しない。
【0263】
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、変更を行うことが出来る。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共に、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。
【符号の説明】
【0264】
１～５…距離計測装置、１０…制御部、２０…出射部、２１…駆動回路、２２…駆動回路、２３…光源、２４…光学系、２５…ミラー、３０…受光部、３１…バンドパスフィルタ、３２…光学系、３３…光検出器、４０…計測部、４１…取得部、４２…積算部、４３…距離計測部、４４…信頼度生成部、５０…基板、５１…Ｐ型半導体層、５２…Ｐ型半導体層、５３…Ｎ型半導体層、ＩＯＵＴ…出力信号、Ｌ１…出射光、Ｌ２…反射光、ＰＵ…光検出ユニット、ＰＸ…画素、ＳＬ…シリンドリカルレンズ、Ｔ１…出射時刻、Ｔ２…受光時刻
【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】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
