特許 7425702 距離計測装置、及び距離計測方法

(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】2024-01-23

(45)【発行日】2024-01-31

(54)【発明の名称】距離計測装置、及び距離計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/4865 20200101AFI20240124BHJP

   G01S 7/487 20060101ALI20240124BHJP

   G01S 17/10 20200101ALI20240124BHJP

【ＦＩ】

G01S7/4865

G01S7/487

G01S17/10

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020156727

(22)【出願日】2020-09-17

(65)【公開番号】P2022050239

(43)【公開日】2022-03-30

【審査請求日】2022-11-02

(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】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100125151

【弁理士】

【氏名又は名称】新畠 弘之

(72)【発明者】

【氏名】久保田 寛

(72)【発明者】

【氏名】松本 展

(72)【発明者】

【氏名】片桐 久晶

【審査官】山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０２６２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１７７３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４４０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７３２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５７４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８４５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４６２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２９４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０４２９９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０５２９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１９１９６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００３６９１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０９８４６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１３８８７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－１７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

受光光学系を介して受光したレーザ光の反射光を電気信号に変換する複数の画素を有するセンサと、
前記複数の画素がそれぞれ出力する電気信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングしたデジタル信号を複数の時系列輝度信号として生成する信号生成部と、
前記複数の時系列輝度信号のうちの積算範囲における複数の時系列輝度信号を平均化し、平均化時系列輝度信号を生成する平均化処理部と、
前記レーザ光を照射していない第1期間、及び前記複数の画素がそれぞれ出力する電気信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングして前記デジタル信号を生成する際のブランキング期間のいずれかにデジタル化されたデジタル信号に基づき、環境光の強さに対応するフロアノイズを算出し、前記フロアノイズを前記平均化時系列輝度信号から低減し第２時系列輝度信号を生成するノイズ低減部と、
前記第２時系列輝度信号の値が閾値に達する立ち上り時間と、前記閾値に達した後に前記閾値未満に立ち下がる立ち下り時間とを検出する検出部と、
前記立ち上り時間及び前記立ち下り時間を、重み付け処理したピークタイミングと、前記レーザ光の照射タイミングとの時間差と、に基づいて、対象物までの距離を計測する距離計測部と、
を備え、
前記検出部は、前記第1期間、及び前記ブランキング期間のいずれかでの前記デジタル信号の最大値が大きくなるに従い値が大きくなる前記閾値を設定する、距離計測装置。

【請求項2】

前記フロアノイズは、前記第1期間、及び前記ブランキング期間のいずれかにデジタル化されたデジタル信号の平均値であり、
前記検出部は、前記デジタル信号の最大値から前記平均値を減じた値を前記閾値として設定する、請求項１に記載の距離計測装置。

【請求項3】

前記平均化処理部は、前記積算範囲における複数の時系列輝度信号の環境光の強さに対応するフロアノイズのレベル、及びピーク位置の少なくとも一方の相関に基づき、相関の小さい時系列輝度信号を積算せずに、前記平均化を実行するする、請求項１に記載の距離計測装置。

【請求項4】

前記積算範囲における複数の時系列輝度信号のそれぞれは、異なる方向に照射されたレーザ光に対応する、請求項１に記載の距離計測装置。

【請求項5】

前記第２時系列輝度信号が前記閾値を超えたタイミングの輝度信号の値と、前記タイミングよりもデジタル信号化する際の１サンプリング間隔分の時間が前の輝度信号の値と、前記１サンプリング間隔分の時間と、を用いた補間処理により、より高精度な立ち上り時間を生成する補間処理部を更に備え、
前記距離計測部は、前記補間処理部が生成した立ち上り時間を用いて距離を計測する、請求項１に記載の距離計測装置。

【請求項6】

前記検出部は、前記閾値に応じて、前記立ち上り時間、及び前記立ち下り時間を補正する、請求項１に記載の距離計測装置。

【請求項7】

前記検出部は、前記第２時系列輝度信号に対して、ピークの検出を行い、前記ピークよりも前の時間に対応する前記立ち上り時間を検出し、前記ピークよりも後の時間に対応する前記立ち下り時間を検出する、請求項１に記載の距離計測装置。

【請求項8】

前記検出部は、前記ピーク検出、前記ピーク検出に対応する前記立ち上り時間、及び前記ピーク検出に対応する前記立ち下り時間の内の少なくとも２つの情報のくみ合わせを、複数出力する、請求項７に記載の距離計測装置。

【請求項9】

前記立ち上り時間、及び前記立ち下り時間に対して前記重み付け処理をして前記ピークタイミングを生成する重み付け処理部を更に備える、請求項１に記載の距離計測装置。

【請求項10】

前記時系列輝度信号のピークの信頼度生成する信頼度生成部を更に備え、
前記ピークに対応する記立ち上り時間、及び前記立ち下り時間と、信頼度とを関連付ける、請求項９に記載の距離計測装置。

【請求項11】

前記レーザ光の照射方向を変更しながら計測対象物に照射する照射光学系と、
前記照射光学系が照射した前記レーザ光の反射光を受光する受光光学系と、
前記センサが出力する電気信号を前記デジタル信号に変換するＡＤ変換器と、を更に備える、請求項１に記載の距離計測装置。

【請求項12】

前記センサは、シリコンフォトマルチプライヤにより構成される、請求項１に記載の距離計測装置。

【請求項13】

受光光学系を介して受光したレーザ光の反射光を電気信号に変換する複数の画素を有するセンサを用いた距離計測方法であって、
前記複数の画素がそれぞれ出力する電気信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングしたデジタル信号を複数の時系列輝度信号として生成する信号生成工程と、
前記複数の時系列輝度信号のうちの積算範囲における複数の時系列輝度信号を平均化し、平均化時系列輝度信号を生成する平均化処理工程と、
前記レーザ光を照射していない第1期間、及び前記複数の画素がそれぞれ出力する電気信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングして前記デジタル信号を生成する際のブランキング期間のいずれかにデジタル化されたデジタル信号に基づき、環境光の強さに対応するフロアノイズを算出し、前記フロアノイズを前記平均化時系列輝度信号から低減し第２時系列輝度信号を生成するノイズ低減工程と、
前記第２時系列輝度信号の値が閾値に達する立ち上り時間と、前記閾値に達した後に前記閾値未満に立ち下がる立ち下り時間とを検出する検出工程と、
前記立ち上り時間及び前記立ち下り時間を、重み付け処理したピークタイミングと、前記レーザ光の照射タイミングとの時間差と、に基づいて、対象物までの距離を計測する距離計測工程と、
を備え、
前記検出工程は、前記第1期間、及び前記ブランキング期間のいずれかでの前記デジタル信号の最大値が大きくなるに従い値が大きくなる前記閾値を設定する、距離計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、距離計測装置及び距離計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）と称される距離計測装置が知られている。この距離計測装置では、レーザ光を計測対象物に照射し、計測対象物により反射された反射光の強度をセンサ出力に基づき時系列な計測信号に変換する。これにより、レーザ光の発光の時点と、反射光がセンサに受信された時点との時間差に基づき、計測対象物までの距離が計測される。

【0003】

ところが、センサへの単位時間あたりの入力フォトン数が増加すると、時系列輝度信号が飽和する場合が多々発生し、計測精度が低下する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１４５３５号公報

【文献】特開２０１９－１８４５４５号公報

【文献】米国特許第１０７３９４５６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、時系列輝度信号が飽和しても安定的に距離計測が可能な距離計測装置及び距離計測方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態に係る距離計測装置は、平均化処理部と、検出部と、距離計測部と、を備える。平均化処理部は、レーザ光の反射光をデジタル化したデジタル信号を平均化し、時系列輝度信号を生成する。検出部は、時系列輝度信号が閾値に達する立ち上り時間を検出する。距離計測部は、立ち上り時間とレーザ光の照射タイミングとの時間差とに基づいて、対象物までの距離を計測する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態に係る運転支援システムの概略的な全体構成を示す図。

【図2】第１実施形態に係る距離計測装置の構成例を示す図。

【図3】１フレームにおける光源の出射パターンを模式的に示している図。

【図4】１フレームにおけるレーザ光の計測対象物上の照射位置を拡大して示す模式図。

【図5】図４と照射順が異なる計測対象物上の照射位置を拡大して示す模式図。

【図6】一次元状のレーザ光源を用いて縦一列を同時に照射した例を示す図。

【図7A】一次元状のレーザ光源を用いて、水平行別に縦一列を同時に照射した例を示す図。

【図7B】ポリゴンミラーの例を示す図。

【図8】照射範囲の部分領域に計測対象が存在する例を示す図。

【図9】現フレームの時系列輝度信号の一例を示す図。

【図10】信号処理部の構成を示すブロック図。

【図11】時分割積算部の処理例を説明する図。

【図12A】立上り検出部及び補間処理部の処理例を説明する図。

【図12B】本実施形態に係る距離計測装置の処理例を示すフローチャート。

【図13】第２実施形態に係る信号処理部の構成を示すブロック図。

【図14】検出部の構成例を示すブロック図。

【図15】フロアノイズが比較的大きい場合の、減算の効果を、模式的に示す図。

【図16】ピークパターンフィルタをかけた場合の処理結果例を示す図。

【図17】ピークパターンフィルタの例を示す図。

【図18】立ち上り時間、及び立ち下り時間の一例を示す図。

【図19】底部演算部が生成した時系列輝度信号を示す図。

【図20】最大値より、平均値を減算した結果である閾値を模式的に示した図。

【図21】第３実施形態に係る距離計測装置の構成を示す図。

【図22】偶数回及び奇数回の出射タイミングと、その時系列輝度信号時の重ね合わせについて、模式的に示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施形態に係る距離計測装置及び距離計測方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

【0009】

（第１実施形態）
本実施形態に係る距離計測装置は、レーザ光の反射光をデジタル化したデジタル信号に基づく時系列輝度信号が第１閾値に達する立ち上り時間を検出することにより、センサ出力が飽和しても反射光が対象物から戻ってくるタイミングをより安定して検出しようとしたものである。より詳しく、以下に説明する。

【0010】

図１は、本実施形態に係る運転支援システムの概略的な全体構成を示す図である。図１に示すように運転支援システム１は、距離画像に基づく運転支援を行う。運転支援システム１は、距離計測システム２と、運転支援装置５００と、音声装置５０２と、制動装置５０４と、表示装置５０６とを、を備えて構成されている。距離計測システム２は、計測対象１０の距離画像、速度画像を生成するものであり、距離計測装置５と、計測情報処理装置４００とを備える。

【0011】

距離計測装置５は、走査方式及びＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いて、計測対象１０までの距離、相対速度を計測する。より具体的には、この距離計測装置５は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００とを備えて構成されている。

【0012】

出射部１００は、レーザ光Ｌ１を間欠的に出射する。光学機構系２００は、出射部１００が出射するレーザ光Ｌ１を計測対象１０に照射するとともに、計測対象１０上で反射されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を計測部３００に入射させる。ここで、レーザ光とは、位相および周波数が揃った光を意味する。また、反射光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１による散乱光のうちの所定方向の光を意味する。

【0013】

計測部３００は、光学機構系２００を介して受光した反射光Ｌ２に基づき、計測対象１０までの距離を計測する。すなわち、この計測部３００は、出射部１００がレーザ光Ｌ１を計測対象１０に照射した時点と、反射光Ｌ２が計測された時点との時間差に基づき、計測対象１０までの距離を計測する。また、計測部３００は、計測対象１０までの単位時間あたりの距離変動に基づき相対速度を計測する。なお、相対速度から距離計測装置５の速度を減じると速度になる。すなわち、距離計測装置５が停止している場合には、相対速度は速度である。このため、本実施形態では相対速度、速度、距離値の差分値などを速度に関する値と呼ぶ場合がある。

【0014】

計測情報処理装置４００は、ノイズの低減処理を行い、計測対象１０上の複数の測定点までの距離に基づき距離画像データ、相対速度データを出力する。計測情報処理装置４００の一部または全ては、距離計測装置５の筐体内に組み込んでもよい。

【0015】

運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に応じて車両の運転を支援する。運転支援装置５００には、音声装置５０２、制動装置５０４、表示装置５０６などが接続されている。

【0016】

音声装置５０２は、例えばスピーカであり、車両内の運転席から聴講可能な位置に配置されている。運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に基づき、例えば音声装置５０２に「対象物まで５メートルです」などの音声を発生させる。これにより、例えば運転士の注意力が低下している場合にも、音声を聴講することで、運転士の注意を喚起させることが可能となる。

【0017】

制動装置５０４は、例えば補助ブレーキである。運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に基づき、例えば対象物が所定の距離、例えば３メートルまで近接した場合に、制動装置５０４に車両を制動させる。

【0018】

表示装置５０６は、例えば液晶モニタである。運転支援装置５００は、計測情報処理装置４００の出力信号に基づき、表示装置５０６に画像を表示する。これにより、例えば逆光時などでも、表示装置５０６に表示される画像を参照することで、外部情報をより正確に把握可能となる。

【0019】

次に、図２に基づき、本実施形態に係る距離計測装置５の出射部１００、光学機構系２００、および計測部３００のより詳細な構成例を説明する。図２は、第１の実施形態に係る距離計測装置５の構成例を示す図である。図２に示すように、距離計測装置５は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００と、計測情報処理装置４００と、を備えて構成されている。ここでは、散乱光Ｌ３の内、所定の方向の散乱光を反射光Ｌ２と呼ぶこととする。図２に記載のブロック図は、信号例であり、順序、配線はこれに限定されない。

【0020】

出射部１００は、光源１１と、発振器１１ａと、第１駆動回路１１ｂと、制御部１６と、第２駆動回路１６ａとを、有する。

【0021】

光学機構系２００は、照射光学系２０２と、受光光学系２０４とを有する。照射光学系２０２は、レンズ１２と、第１光学素子１３と、レンズ１３ａ、ミラー（反射デバイス）１５とを有する。

【0022】

受光光学系２０４は、第２光学素子１４と、ミラー１５とを有する。すなわち、これら照射光学系２０２、及び受光光学系２０４は、ミラー１５を共有している。

【0023】

計測部３００は、光検出器１７と、センサ１８と、レンズ１８ａと、第１増幅器１９と、第１距離計測部３００ａとを有する。なお、光を走査する既存方法として、ここではミラー１５を用いているが、ミラー１５を用いる他に、距離計測装置５を回転させる方法（以下、回転方法と呼ぶ）がある。また、別の走査する既存方法として、ＯＰＡ方法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）がある。本実施形態は、光を走査する方法に依存しないため、回転方法やＯＰＡ方法により光を走査してもよい。

【0024】

出射部１００の発振器１１ａは、制御部１６の制御に基づき、パルス信号を生成する。第１駆動回路１１ｂは、発振器１１ａの生成したパルス信号に基づいて光源１１を駆動する。光源１１は、例えばレーザダイオードなどのレーザ光源であり、第１駆動回路１１ｂによる駆動に応じてレーザ光Ｌ１を間欠的に発光する。

【0025】

次に、図３に基づき１フレームにおける光源１１の出射パターンを説明する。ここで、フレームとは、周期的に繰り返されるレーザ光Ｌ１の出射の組み合わせを意味する。図３は、１フレームにおける光源１１の出射パターンを模式的に示している図である。図３において、横軸は時刻を示し、縦線は光源１１の出射タイミングを示している。上側の図は、下側の図における部分拡大図である。この図３に示すように光源１１は、例えばＴ＝数マイクロ秒～数十マイクロ秒の間隔で、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を間欠的に繰り返し発光する。ここで、ｎ番目に発光されるレーザ光Ｌ１をＬ１（ｎ）と表記する。Ｎは、１フレームにおける計測対象１０を測定するために照射するレーザ光Ｌ１（ｎ）の照射回数を示している。１フレーム分の照射が終了すると、次フレーム分の照射をＬ１（０）から開始する。

【0026】

図２に示すように、照射光学系２０２の光軸Ｏ１上には、光源１１、レンズ１２、第１光学素子１３、第２光学素子１４、及びミラー１５がこの順番に配置されている。これにより、レンズ１２は、間欠的に出射されるレーザ光Ｌ１をコリメートして、第１光学素子１３に導光する。

【0027】

第１光学素子１３は、レーザ光Ｌ１を透過させると共に、レーザ光Ｌ１の一部を光軸Ｏ３に沿って光検出器１７に入射させる。第１光学素子１３は、例えばビームスプリッタである。

【0028】

第２光学素子１４は、第１光学素子１３を透過したレーザ光Ｌ１を更に透過して、レーザ光Ｌ１をミラー１５に入射させる。第２光学素子１４は、例えばハーフミラーである。

【0029】

ミラー１５は、光源１１から間欠的に出射されるレーザ光Ｌ１を反射する反射面１５ａを有する。反射面１５ａは、例えば、互いに交差する２つの回動軸線ＲＡ１、ＲＡ２を中心として回動可能となっている。これにより、ミラー１５は、レーザ光Ｌ１の照射方向を周期的に変更する。

【0030】

制御部１６は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有し、反射面１５ａの傾斜角度を連続的に変更させる制御を第２駆動回路１６ａに対して行う。第２駆動回路１６ａは、制御部１６から供給された駆動信号に従って、ミラー１５を駆動する。すなわち、制御部１６は、第２駆動回路１６ａを制御して、レーザ光Ｌ１の照射方向を変更させる。

【0031】

次に、図４に基づき、１フレームにおけるレーザ光Ｌ１の照射方向について説明する。図４は、１フレームにおけるレーザ光Ｌ１の計測対象１０上の照射位置を拡大して示す模式図である。この図４に示すように、反射面１５ａ（図２）は、レーザ光Ｌ１ごとに照射方向を変更して計測対象１０上のほぼ平行な複数の直線経路Ｐ１～Ｐｍ（ｍは２以上の自然数）に沿って、離散的に照射させる。このように、本実施形態に係る距離計測装置５は、各フレームｆ（ｍ）（０≦ｍ＜Ｍ）ごとにレーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射方向Ｏ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を変更しつつ、計測対象１０に向けて１回ずつ照射する。ここで、レーザ光Ｌ１（ｎ）の照射方向をＯ（ｎ）で表記する。すなわち、本実施形態に係る距離計測装置５では、レーザ光Ｌ１（ｎ）は、照射方向Ｏ（ｎ）に一回照射される。照射方向Ｏ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）は各フレームで同一であるため、ｍフレーム目の照射方向Ｏ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）とｍ－１フレーム目の照射方向Ｏ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）とは一致する。

【0032】

次に、図５乃至図７に基づき、図４と異なるレーザ光Ｌ１の照射例を説明する。
図５は、図４と照射順が異なる計測対象１０上の照射位置を拡大して示す模式図である。図６は、縦に光が拡がる出射光学系を用いて縦一列の方向を同時に照射した例を示す図である。
図７Ａは、縦に光が拡がる出射光学系を用いて、水平行別に縦一列を同時に照射した例を示す図である。

【0033】

このように、本実施形態に係るレーザ光Ｌ１（ｎ）は図４、５に示す様に一点ずつ順次照射しても良いが、これに限定されず、複数点を同時に照射してもよい。例えば、図６、或いは図７に示す様に、一次元状のレーザ光源を用いて縦一列を同時に照射してもよい。ここでは、説明を容易にするため、計測対象１０を平板状として図８に模式的に図示しているが、実際の計測では、計測対象１０は、例えば自動車などである。

【0034】

図７Ａの様な走査をする手段としては、例えば、図７Ｂで示す異なるチルト角を有するポリゴンミラーがある。図７Ｂは、例えばミラー１５（図２）の位置に配置されるポリゴンミラー７００の例を示す図である。図７Ｂの照射面７０１は、各面毎にチルト角が異なる。これにより、ポリゴンミラー７００が回転することにより、照射されるレーザ光の照射方向は垂直方向に変わる。なお、図７Ｂのポリゴンミラーでは、ミラー上において、出射光の当たる場所と、受光面が分離されており（分離光学系）、図２の第２光学素子１４を設けなくともよい。
また、図７Ａの様な走査をする別の手段として回転ミラー、及び２軸のＭＥＭＳなどがある。以上の走査方法はメカニカルなものであるが、別の走査する既存方法として、ＯＰＡ方法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）がある。本実施形態は、光を走査する方法に依存しないため、メカニカルな方法とＯＰＡ方法のどちらにより光を走査してもよい。

【0035】

次に、図８に基づき、１フレームにおけるレーザ光Ｌ１（ｎ）の照射範囲に計測対象１０と他の反射物が存在する例を説明する。
図８は、照射範囲の部分領域に計測対象１０が存在する例を示す図である。図８に示すように、計測対象１０が遠方に存在する場合には、計測対象１０はレーザ光Ｌ１の照射範囲の部分領域に存在する。計測対象１０の範囲外には、例えば建物１０ａ、他の自動車１０ｂ、人、道路、空などが存在する。このため、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）が照射される反射対象物が異なると、その計測距離も異なる。

【0036】

図２に示すように、受光光学系２０４の光軸Ｏ２上には、反射光Ｌ２が入射する順に、ミラー１５の反射面１５ａ、第２光学素子１４、レンズ１８ａ、センサ１８が配置されている。ここで、光軸Ｏ１とは、レンズ１２の中心位置を通過するレンズ１２の焦点軸である。光軸Ｏ２とは、レンズ１８ａの中心位置を通過するレンズ１８ａの焦点軸である。

【0037】

反射面１５ａは、計測対象１０上で散乱された散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２に沿って進む反射光Ｌ２を第２光学素子１４に入射させる。第２光学素子１４は、反射面１５ａで反射された反射光Ｌ２の進行方向を変えて、光軸Ｏ２に沿って計測部３００のレンズ１８ａに入射させる。レンズ１８ａは、光軸Ｏ２に沿って入射した反射光Ｌ２をセンサ１８に集光させる。

【0038】

一方で、散乱光Ｌ３のうちレーザ光Ｌ１と異なる方向に反射された光の進行方向は、受光光学系２０４の光軸Ｏ２からずれている。このため、散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２と異なる方向に反射された光は、仮に受光光学系２０４内に入射しても、センサ１８の入射面からずれた位置に入射される。これに対して、何らかの物体により散乱された太陽光などの環境光の中には、光軸Ｏ２に沿って進行する光があり、これらの光は、ランダムにセンサ１８の入射面に入射して、ランダムなノイズとなる。

【0039】

なお、図２においては、明確化のためにレーザ光Ｌ１と反射光Ｌ２の光路を分けて図示しているが、実際にはこれらは重なっていてもよい。また、レーザ光Ｌ１の光束の中心の光路を光軸Ｏ１として図示している。同様に、反射光Ｌ２の、光束の中心の光路を光軸Ｏ２として図示している。

【0040】

このセンサ１８は、例えば、フォトマルチプライヤ（ＳｉＰＭ：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）により構成される。フォトマルチプライヤは、シングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）を複数集積したフォトンカウンティングデバイスである。フォトマルチプライヤは、フォトンカウンティングレベルの微弱光を検出することが可能である。ここで、ＳｉＰＭのダイナミックレンジは、画素当たり集積されたＳＰＡＤの数（ＳＰＡＤ数／画素）に拠る。ＳｉＰＭは、例えばＡＰＤと比べて、検出する能力、つまり感度が高いという長所があるが、ダイナミックレンジが小さいという短所もある。ＳｉＰＭには、縦一例、つまり１次元に集積された１Ｄ ＳｉＰＭや、縦横２次元に集積された２Ｄ ＳＩＰＭがある。２Ｄ ＳＩＰＭの場合、サイズに関する制約のために、ＳＰＡＤ数／画素が少なくなり、特に、ダイナミックレンジが小さくなる場合が多くなる。

【0041】

より具体的には、センサ１８は、受光光学系２０４を介して受光した反射光Ｌ２を電気信号に変換する。このセンサ１８の受光素子は、ガイガーモードのアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄ）と、クエンチ抵抗とを有するＳＰＡＤを、複数並列に接続したものである。

【0042】

アバランシェフォトダイオードは、アバランシェ増倍と呼ばれる現象を利用して受光感度を上昇させた受光素子である。ガイガーモードで使用されるアバランシェフォトダイオードは、一般にクエンチング素子（後述）と共に使用されて単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ： Ｓｉｎｇｌｅ－Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）とよばれ、シリコンを材料としたものは、例えば２００ｎｍ～１０００ｎｍまでの波長の光に感度を有する。

【0043】

本実施形態に係るセンサ１８は、シリコンフォトマルチプライヤにより構成されるが、これに限定されない。例えば、センサ１８を、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、アバランシェダイオード（ＡＢＤ：ａｖａｌａｎｃｈｅ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｄｉｏｄｅ）、化合物半導体を材料としたフォトマルチプライヤなどを複数配置して構成してもよい。フォトダイオードは、例えば光検出器として働く半導体により構成される。アバランシェダイオードは、特定の逆電圧にてアバランシェ降伏を起こすことにより、受光感度を上げたダイオードである。

【0044】

図２に示すように、１距離計測部３００は、レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を信号化した計測信号をアナログデジタル変換した時系列輝度信号Ｂに基づき計測対象１０までの距離を計測する。この距離計測部３００は、信号生成部２０と、信号処理部２２と、出力インターフェース２３とを有する。

【0045】

信号生成部２０は、センサ１８が出力する電気信号を所定のサンプリング間隔で時系列輝度信号に変換する。この信号生成部２０は、増幅器２１ａと、ＡＤ変換器２１ｂと、を有する。増幅器２１ａは、例えば反射光Ｌ２に基づく電気信号を増幅する。より具体的には、増幅器２１ａとしては、センサ１８の電流信号を、電圧信号に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）などが用いられる。

【0046】

ＡＤ変換器２１ｂ（ＡＤＣ： Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）は、増幅器２１ａが増幅した計測信号を複数のサンプリングタイミングにおいてサンプリングして、レーザ光Ｌ１の照射方向に対応するデジタルの時系列輝度信号に変換する。すなわち、ＡＤ変換器２１ｂは、増幅器２１ａが増幅した計測信号をサンプリングする。このように、反射光Ｌ２に基づく電気信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングしたデジタル信号を時系列輝度信号と呼ぶこととする。すなわち、時系列輝度信号は、反射光Ｌ２の時間的変化を所定のサンプリング間隔でサンプリングして得た値の系列である。

【0047】

次に、図９に基づき、現フレームｆ（ｍ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔ３２）の一例を説明する。図９は、現フレームｆ（ｍ）の時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔ３２）の一例を示す図である。すなわち、信号生成部２０（図２）による計測信号のサンプリング値の一例を示す図である。図９の横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸は時系列輝度信号Ｂ（ｍ）のサンプリング値、すなわち輝度値を示している。

【0048】

例えば、サンプリングタイミングｔ０～ｔ３２にブランキング時間を加えたものは、レーザ光Ｌ１（ｎ）が照射されてから次のレーザ光Ｌ１（ｎ＋１）が照射されるまでの経過時間Ｔ（図３）に対応する。図中のピークが反射光Ｌ２に基づくサンプリング値であり、例えばピークの最大値を示すサンプリングタイミングＴＬ２が計測対象１０までの距離の２倍に対応する。なお、ピークとは、時間経過に対して値が変化する時系列信号の上に凸な領域毎の最大値を示す点を意味する。すなわち、上に凸な領域が複数存在する場合には、ピークも複数存在する。例えば時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔ３２）の上に凸な領域毎の最大値を示す点を意味する。

【0049】

より具体的には、距離＝光速×（サンプリングタイミングＴＬ２－光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出したタイミング）／２なる式で距離が求められる。ここで、サンプリングタイミングは、レーザ光Ｌ１の発光開始時刻からの経過時間である。

【0050】

ここで、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ、ｘ、ｙ）のｍ（０≦ｍ＜Ｍ）はフレームｆの番号を示し、座標（ｘ、ｙ）は、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射方向に基づき定められる座標を示している。すなわち、座標（ｘ、ｙ）は、現フレームｆ（ｍ）の距離画像、速度画像を生成した際の座標に対応する。より具体的には、図８に示すように、Ｌ１（０）に対応する座標（０、０）を原点とし、水平方向へのＬ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射数をＨＮとする。また、関数［β］を、β以下の最大の整数を示す関数とする。この場合、ｘ＝ｎ－［ｎ÷ＨＮ］×ＨＮであり、ｙ＝［ｎ÷ＨＮ］である。なお、図示したサンプリングタイミングの数やサンプリングを行う時間範囲は一例であり、サンプリングタイミングの数やサンプリングを行う時間範囲を変更してもよい。また、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ、ｘ、ｙ）は、近接する座標の輝度信号を積算して使用しても良い。例えば、２×２、３×３、５×５の座標範囲の輝度信号を積算しても良い。このような、２×２、３×３、５×５の座標範囲の輝度信号を積算する処理は、平均化と呼ばれる場合がある。ここで、積算とは、座標（ｘ、ｙ）の近辺・隣接した座標（例えば、座標ｘ＋１、ｙ＋１）の時系列輝度情報を、座標（ｘ、ｙ）のそれに加え合わせて最終的な時系列輝度情報を求める技術である。これによりＳ／Ｎを向上させる技術である。つまり、最終的な時系列輝度情報には、近辺・隣接した座標の時系列輝度情報も含まれ得る。更に言えば、単純化のために、本実施系値に係る時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｔ、ｘ、ｙ）と時系列輝度信号Ｂ（ｍ－１、ｔ、ｘ、ｙ）の座標（ｘ、ｙ）は同一であるとして説明するが、前者の座標はその近辺・隣接した座標であってもよい。

【0051】

信号処理部２２は、例えば、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含んだロジック回路で構成され、光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出するタイミングと、センサ１８が反射光Ｌ２を検出するタイミングとの時間差に基づき、距離を計測する。信号処理部２２の詳細は、後述する。

【0052】

出力インターフェース２３は、距離計測部３００内の各構成と接続され、信号を計測情報処理装置４００などの外部装置に出力する。

【0053】

ここで、図１０に基づき信号処理部２２の詳細な構成を説明する。図１０は、信号処理部２２の構成を示すブロック図である。信号処理部２２は、ＡＤ変換器２１ｂの出力信号である時系列輝度信号の平均化（時分割積算）を行い、その結果に基づき、立ち上りタイミングの検出を行うことにより、測定対象１０からの距離を求める。

【0054】

信号処理部２２は、時分割積算部２２０と、立上り検出部２２２と、補間処理部２２４と、計測処理部２２６とを備える。

【0055】

図１０を参照しつつ、図１１に基づき時分割積算部２２０の処理例を説明する。時分割積算部２２０は、時系列輝度信号の時分割積算を行う。また、時分割積算部２２０は、不図示のバッファを有し、時系列輝度信号を記憶可能に構成される。なお、本実施形態に係る時分割積算部２２０が平均化処理部に対応する。

【0056】

図１１は、時分割積算部２２０の処理例を説明する図である。図１１の（Ａ）図は、現フレームの時系列輝度信号Ｂ（ｍ，ｔ，ｘ，ｙ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を示す図である。縦軸は輝度信号の値を示し、横軸はサンプリングタイミングを示す。ｋは自然数であり、例えばｔｋ＝ｔ３２である。。ここで、ｍ（０≦ｍ＜Ｍ）はフレームｆの番号を示し、上述のように、座標（ｘ、ｙ）は、レーザ光Ｌ１（ｍ）（０≦ｍ＜Ｍ）の照射方向に基づき定められる座標を示している。

【0057】

（Ｂ）図は同一フレーム内の上側の行に対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ，ｘ，（ｙ＋１））（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を示す図である。縦軸は輝度信号の値を示し、横軸はサンプリングタイミングを示す

【0058】

（Ｃ）図は、現フレームの時系列輝度信号号Ｂ（ｍ，ｔ，ｘ，ｙ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）と、上側の行に対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ，ｘ，（ｙ＋１））（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）の平均値Ｂ２（ｍ、ｔ）＝（（Ｂ（ｍ，ｔ，ｘ，ｙ）＋Ｂ（ｍ，ｔ，ｘ，ｙ＋１））／２（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を示す図である。縦軸は輝度信号の値を示し、横軸はサンプリングタイミングを示す。図１１に示すように、ノイズはランダムに発生し、対象物１０からの反射光の信号はほぼ同じタイミングで計測される。これにより、時系列輝度信号Ｂ２（ｍ，ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）のＳ／Ｎ比が改善される。換言すると、時分割積算部２２０の積算処理は、センサ１８のダイナミックレンジを拡大することと同等の処理効果を有する。

【0059】

なお、（Ｂ）図では、上側の行に対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ，ｘ，（ｙ＋１））（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を積算したが、下側の行に対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ，ｘ，（ｙ－１））（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を積算してもよい。或いは、上側の行に対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ，ｘ，（ｙ＋１））（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）と下側の行に対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ，ｘ，（ｙ－１））（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）とを積算してもよい。

【0060】

図１１の例では、同一フレームｆの時系列輝度信号Ｂを積算し平均化したが、これに限定されない。例えば、現フレームの時系列輝度信号号Ｂ（ｍ，ｔ，ｘ，ｙ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）と、前フレームの時系列輝度信号号Ｂ（ｍ－１，ｔ，ｘ，ｙ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）と、を積算して、平均値Ｂ２（ｍ，ｔ，ｘ，ｙ）＝（（Ｂ（ｍ，ｔ，ｘ，ｙ）＋Ｂ（ｍ－１，ｔ，ｘ，ｙ））／２（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）として算出してもよい。この場合も、ノイズはランダムに発生し、対象物１０からの反射光の信号はほぼ同じタイミングで計測される。これにより、平均値Ｂ２（ｍ，ｔ，ｘ，ｙ）のＳ／Ｎ比が改善される。なお、ランダムノイズの影響がより低い場合には、時分割積算部２２０の処理を省略してもよい。

【0061】

立上り検出部２２２は、時系列輝度信号の平均値Ｂ２（ｍ，ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）の立ち上りタイミングを検出する。補間処理部２２４は、立上り検出部２２２が検出した立ち上りタイミングと、ＡＤ変換器２１ｂのサンプリング間隔に基づき、より正確な立ち上りタイミングを得るための補間処理を行う。

【0062】

ここで、図１２Ａに基づき、立上り検出部２２２及び補間処理部２２４の処理例を説明する。図１２Ａは、立上り検出部２２２及び補間処理部２２４の処理例を説明する図である。

【0063】

図１２Ａの縦軸は時系列輝度信号の平均値Ｂ２（ｍ，ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）の値を示し、横軸はサンプリングタイミングを示す。立上り検出部２２２は、時分割積算部２２０の処理した時系列輝度信号Ｂ２（ｍ，ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）の立ち上りを求める。より詳細には、ノイズレベルよりも上に設定された閾値ＳｔｈをＢ２（ｍ，ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）が超えるタイミングを求める。図１２に示すように、Ｂ２（ｍ，ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）では、Ｂ２（ｍ、ｔｎ－１）は閾値Ｓｔｈ未満であるが、Ｂ２（ｍ、ｔｎ）では、閾値Ｓｔｈ以上である。このような場合、立上り検出部２２２は、ｔｎを立ち上りタイミングとして検出する。

【0064】

補間処理部２２４は、時系列輝度信号Ｂ２（ｍ、ｔ）が閾値Ｓｔｈを超えたタイミングＴｒを（１）式を用いてより正確に演算する。Δｔは、ＡＤ変換器２１ｂのサンプリング間隔である。なお、補間処理部２２４の補間には、３点以上を用いた直線回帰や、２次の補間を用いてもよい。

【数1】

これにより、時系列輝度信号Ｂ２（ｍ、ｔ）（ｔ０≦ｔ＜ｔｋ）の立ち上りタイミングＴｒをより正確に求めることが可能となる。環境光などが多い場合には、時系列輝度信号Ｂ２（ｍ、ｔ）（ｔ０≦ｔ＜ｔｋ））のピークは、飽和するに従いなだらかとなる。このため、ピーク位置を光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出するタイミングとするとピークの形状により、ずれが生じる恐れがある。これに対して、時系列輝度信号Ｂ２（ｍ、ｔ）（ｔ０≦ｔ＜ｔ３２）の立ち上りは、ずれがより少なく安定している。これにより、たち上りタイミングＴｒを光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出するタイミングとすると、時系列輝度信号Ｂ２（ｍ、ｔ）（ｔ０≦ｔ＜ｔｋ）のピークの形状変化の影響を低減でき、計測処理が安定する。

【0065】

計測処理部２２６は、補間処理部２２４が演算した立ち上りタイミングＴｒを用いて対象物１０までの距離を演算する。すなわち、計測処理部２２６では、距離＝光速×（立ち上りのタイミングＴｒ－光検出器１７（図２参照）がレーザ光Ｌ１を検出したタイミング）／２なる式で距離が求められる。すなわち、立ち上りのタイミングＴｒは、レーザ光Ｌ１の発光開始時刻からの経過時間に対応する。

【0066】

図１２Ｂは、本実施形態に係る距離計測装置５の処理例を示すフローチャートである、ここでは、時系列輝度信号Ｂ（ｔ）（ｔ０≦ｔ＜ｔ３２）がＡＤ変換器２１ｂから出力された後の処理を説明する。

【0067】

時分割積算部２２０は、現フレームのＢ（ｍ，ｔ，ｘ，ｙ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を取得する（ステップＳ１００）。続けて時分割積算部２２０は、バッフアに記憶する上側の行に対応する時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ，ｘ，（ｙ＋１））（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）と時系列輝度信号Ｂ（ｍ，ｔ，ｘ，ｙ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）とを加算平均し、時系列輝度信号Ｂ２（ｍ、ｔ，ｘ，ｙ））（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を生成する（ステップＳ１０２）。

【0068】

次に、立上り検出部２２２は、時系列輝度信号Ｂ２（ｍ、ｔ，ｘ，ｙ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）が閾値Ｓｔｈを超えるタイミングｔｎを立ち上りタイミングとして検出する（ステップＳ１０４）。

【0069】

次に、補間処理部２２４が、タイミングｔｎに基づき、時系列輝度信号Ｂ２（ｍ、ｔ，ｘ，ｙ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）が閾値Ｓｔｈを超えたタイミングＴｒを（２）式を用いて、時間分解能の高い、精度のある距離結果を導出する（ステップＳ１０６）。
そして、計測処理部２２６は、補間処理部２２４が演算した立ち上りタイミングＴｒを用いて対象物１０までの距離を演算する（ステップＳ１０８）。このように、時分割積算部２２０の平均化によりパイルアップ（ｐｉｌｅｕｐ）が緩和され、Ｓ／Ｎが改善される。さらに、パイルアップしても、安定的に立ち上りタイミングを検出でるので、測距成功率が改善される。

【0070】

以上のように本実施形態によれば、立上り検出部２２２が、ＡＤ変換器２１ｂの出力信号を時分割積算した時系列輝度信号Ｂ２（ｍ、ｘ、ｙ）の立ち上りのタイミングｔｎを検出し、計測処理部２２６が、立ち上りのタイミングｔｎに基づき距離を演算することとした。時系列輝度信号Ｂ２（ｍ、ｘ、ｙ）の立ち上りのタイミングＴｎは、ＡＤ変換器２１ｂの出力信号の信号が飽和・パイルアップ（ｐｉｌｅｕｐ）する場合にも、安定してずれが少ないので、環境光などが多い場合でも、より精度良く対象物１０までの距離を演算できる。 立ち上り時刻に検出については、例えば、図１３のＴＤＣ（Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２４０の様に、アナログ信号を入力として、ＴＤＣにより立ち上り時点を検出する方法がある。ここで、立ち上り時点を求めるには、立ち上りを検出する閾値を設定する必要があるが、ノイズによる誤検出を防ぐためには、その閾値を十分に高く設定しなければならない。しかし、ＳｉＰＭセンサの様にダイナミックレンジの大きくない場合、閾値がダイナミックレンジを超えてしまい、ＴＤＣによる立ち上り時点の検出が困難になる。更に、ＴＤＣを用いる場合、入力のアナログ信号を平均化することは困難であり、ダイナミックレンジを拡大することは難しい。これに対して、本実施形態では、アナログ信号をデジタル信号に変換した後に、平均化を行うことにより、このダイナミックレンジが不足する問題を解決している。また、平均化によるＳＮの改善のため、ＴＤＣと異なり、長距離（＞２０ｍ）に位置する対象に対しても、測距測定が可能である。このように、パイルアップ（ｐｉｌｅｕｐ）の問題を回避しつつ、測距成功率が向上し、測距精度が改善される。

【0071】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る運転支援システム１は、環境光によるフロアノイズを減算することにより、ノイズの影響をより低減する。また、立ち下りのタイミングも考慮して、距離演算が可能である。以下では、第１実施形態に係る運転支援システム１と相違する点について説明する。

【0072】

図１３及び図１４に基づき、第２実施形態に係る信号処理部２２の構成を説明する。図１３は、第２実施形態に係る信号処理部２２の構成を示すブロック図である。なお、図１３及び図１４に記載のブロック図は、信号例であり、順序、配線はこれに限定されない。

【0073】

図１３に示すように、第２実施形態に係る信号処理部２２は、ＦＩＲ処理部２２８と、底部演算部２３０と、検出部２３２と、重み付け処理部２３６と、信頼度生成部２３８と、ＴＤＣ処理部２４０と、ＳＡＴ処理部２５０とを、更に備える点で、第１実施形態に係る信号処理部２２と相違する。底部演算部２３０は、フロアレベル算出部２３０ａ、減算部２３０ｂ、及び記憶部２３０ｃを有する。

【0074】

図１４は、検出部２３２の構成例を示すブロック図である。図１４に示すように、検出部２３２は、立上がり検出部２２２と、立下がり検出部２３２ａ、及びピーク検出部２３２ｂを有する。立上がり検出部２２２は、第１実施形態に係る信号処理部２２の立上がり検出部２２２と同等の構成である。

【0075】

ＦＩＲ処理部２２８は、時分割積算部２２０が生成した時系列信号Ｂ２にＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタをかける。ＦＩＲ処理部２２８は、時系列信号Ｂ２を平滑化するフィルタ形である。平滑化する作用があれば、そのフィルタ形には限定されない。なお、本実施形態に係るＦＩＲ処理部２２８が平均化処理部の別の例に対応する。

【0076】

図１３に基づき、底部演算部２３０の処理例を説明する。フロアレベル算出部２３０ａは、環境光の強さを検出する。フロアレベル算出部２３０ａは、例えば、１回の計測の間の輝度値を全て積算し、その積算結果を積算回数で除算することによりフロアレベルを算出する。本実施形態では、環境光による時系列輝度信号をフロアレベル、フロアノイズ、あるいは底部と呼ぶことがある。また、積算の期間として、計測時間のうち、測距をしている期間を除く期間としてもよい。或いは、ブランキング期間を積算の期間としてもよい。これにより、レーザからの反射光である信号を除いて、環境光だけの寄与をフロアノイズとして抽出できる。こように、フロアレベル算出部は、フロアレベルの平均値を算出している。なお、本実施形態に係る底部演算部２３０がノイズ低減部に対応する。

【0077】

減算部２３０ｂは、輝度信号Ｂ２（ｔｎ）から、フロアレベルの平均値を減算する。図１５は、フロアノイズが比較的大きい場合の、減算の効果を、模式的に示した図である。縦軸は輝度値を示し、横軸はサンプリングタイミングを示す。図１５に示す様に、単純積算された輝度信号Ｂ２（ｔｎ）は、ゼロからの値を表すのに対して、減算された第２輝度信号Ｓ（ｔｎ）は、フロアノイズの平均値からの値を示す。

【0078】

立ち上り時点を求めるには、立ち上りを検出する閾値を設定する必要がある。ノイズによる誤検出を防ぐためには、その閾値を十分に高く設定しなければならず、センサのダイナミックレンジを大きく出来ない場合、閾値がダイナミックレンジを超えてしまい、立ち上り時点の検出は困難になる。一方、ピーク時点を検出する方法では、センサへの単位時間あたりの入力フォトン数が増加すると、時系列輝度信号が飽和する場合が多々発生し、計測精度が低下する。これに対して、第２輝度信号Ｓ（ｔｎ）は、不要なノイズ源である環境光の影響が除去されている。

【0079】

底部演算部２３０は、また、次（ｔｎ＋１）に備えて、記憶部２３０ｃが、今の値Ｓ（ｎ）を記憶しておく。ここで、記憶部２３０ｃはバッファとして機能し、今の第２輝度信号Ｓ（ｔｎ）の記憶と、１つ前の第２輝度信号Ｓ（ｔｎ－１）の出力を同時に行うことが可能である。

【0080】

続いて、検出部２３２の立上り検出部２２２は、記憶部２３０ｃから一つ前の第２輝度信号信号Ｓ（ｔｎ－１）を、また、減算器から第２輝度信号Ｓ（ｔｎ）の値を入力し、立ち上りにおいては、Ｓ（ｔｎ－１）＜閾値＜Ｓ（ｔｎ）を満たしているかを判別する。ここで、閾値は、立ち上り検出のために与えられている、パラメタであり、不図示の記憶装置（レジスタ等）に格納されている。上述のように、第２輝度信号Ｓ（ｔｎ）は、不要なノイズ源である環境光の影響が除去されているので、輝度信号Ｂ２（ｔｎ）のより正しい信号の値、すなわちフロアノイズを除去した信号を表している。このため、計測に第２輝度信号Ｓ（ｔｎ）を用いることにより、センサ１８のダイナミックレンジを大きく出来ない場合でも、ノイズが閾値を超える確率をより抑制することが可能となる。

【0081】

検出部２３２の立下り検出部２３２ａは、立ち上り処理を行った後に、Ｓ（ｔｎ）＜閾値＜Ｓ（ｔｎ－１） を満たしているかを判別することにより、立ち下りを検出する。この立ち下りにおける、判別処理は、２つの入力信号を反転するだけのハードウェアにより実現される。このため、立上り検出部２２２は、立下り検出部２３２ａをハードウェアとして兼ねることが可能であり、ハードウェアの小型化が可能となる。

【0082】

検出部２３２の立上り検出部２２２と、補間処理部２２４は、第１実施形態と同様の処理を第２時系列輝度信号Ｓ（ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）に対して行い、立ち上りタイミングＴｒを演算することが可能である。この場合、ノイズが低減され、より正確に立ち上りタイミングを検出できる。

【0083】

立下がり検出部２３２ａは、記憶部から一つ前の信号Ｓ（ｔｎ－１）を、また、減算器からＳ（ｔｎ）の値を入力し、Ｓ（ｔｎ）＜閾値＜Ｓ（ｔｎ－１） を満たしているかを判別することにより立ち下りを求める。そして、補間処理部２２４は、立ち上り検出と同様の補間処理を（２）式にしたがいＳ（ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）に対して行い、立ち下りタイミングＴｄを演算することが可能である。この場合も、フロアノイズが低減されているので、より正確に立ち下りタイミングＴｄを検出できる。

【数2】

【0084】

ピーク（突出部）の時刻は、時系列輝度信号Ｂ（ｔ）を入力として、ＦＩＲフィルタにより、求めることが可能である。ここで、図１６、図１７に基づき、ＦＩＲピーク検出（ピークパターンフィルタ）をかけた場合のピークパターン検出処理を説明する。図１６は、ピークパターンフィルタをかけた場合の処理結果例を示す図である。横軸は時間であり、縦軸は輝度値に対応する。図１７は、ピークパターンフィルタの例を示す図である。横軸はタップであり、縦軸は係数に対応する。図１６に示すように、オリジナル時系列輝度信号Ｂ２（ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）をラインＬ１５で示し、ピークパターンフィルタをかけた場合の処理後時系列輝度信号Ｂ５（ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）をラインＬ１７で示す。ＦＩＲは、時系列輝度信号と、ピークパターンとの相関を表す値を、タップ数に相当する時間を費やして求め、出力する。従って、概ねピークパターンフィルタのタップ数に等しい遅延、正確には、タップ数と係数により決められる所定の遅延が生じる。このため、ピークタイミングＴｐを演算する際には、この遅延を考慮する。

【0085】

ピーク検出部２３２ｂは、ピークパターンフィルタ演算により生成されたピークパターンフィルタの処理後時系列輝度信号Ｂ５（ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）のピークタイミングＴｐを求める。ピーク検出部２３２ｂは、ＳＡＴ処理部２５０を搭載している場合は、図１３に示すＳＡＴ処理部２５０においても処理される。ＳＡＴ処理部２５０は、時分割積算部と同じく、時分割積算の処置の一つであるが、より高機能なものである。ＳＡＴ処理部２５０については後述するが、積算対象の隣接画素との間で、フロアレベルの類似性と、突出部の類似性に基づく判別処理を行い、類似と判別された隣接画素の、時系列輝度信号のみを時分割積算する。ＳＡＴ処理部２５０は、極大値を求める処理により、ピーク（突出部）の時刻を求めることが出来る。

【0086】

図１８は、検出部２３２による計測信号の立ち上り時間Ｔｒ１ａ、Ｔｒ２ｂ、及び立ち下り時間Ｔｄ１ａ、Ｔｄ２ｂの一例を簡略化して示した図である。図１８の横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸は輝度値を示す。ここでは、受光量の大きさが異なる２種類の信号を図示している。計測信号が閾値Ｓｔｈに達する立ち上り時間Ｔｒ１ａ、Ｔｒ２ｂと、閾値Ｓｔｈに達した後に計測信号が低下して閾値Ｓｔｈに達する立ち下り時間Ｔｄ１ａ、Ｔｄ２ｂとをそれぞれ２種類の計測信号に対して示している。

【0087】

重み付け処理部２３６は、（３）式にしたがい、立ち上りタイミングＴｒに第１重み係数Ｗｒで重み付けした第１時間、及び立ち下りタイミングＴｄに第２重み係数Ｗｄで重み付けした第２時間に基づくタイミングと、を新たなピークタイミングＴＰとして演算する。重みＷｒとＷｄの値は、予め設定されたテーブルを参照する。すなわち、測定環境に応じて、重み付け処理部２３６は、重みＷｒとＷｄの値を変更可能である。

【数3】

【0088】

計測処理部２２６は、重み付け処理部２３６が演算したピークタイミングＴＰを用いて対象物１０までの距離を演算する。すなわち、計測処理部２２６では、距離＝光速×（ピークタイミングＴＰ－光検出器１７（図２参照）がレーザ光Ｌ１を検出したタイミング）／２なる式で距離が求められる。ここで、ピークタイミングＴＰは、レーザ光Ｌ１の発光開始時刻からの経過時間に対応する。時系列輝度信号Ｂ２の立ち上りのタイミングＴｒ１ａ、Ｔｒ２ｂ、及び立ち下りタイミングＴｄ１ａ、Ｔｄ２ｂは、図２０の上側の線で示した様に、ＡＤ変換器２１ｂの出力信号の信号が飽和する場合にも、安定しているので、立ち上りのタイミングＴｒ１ａ、Ｔｒ２ｂに対して第１重み係数Ｗｒで重み付けした第１時間、及び立ち下りタイミングＴｄ１ａ、Ｔｄ２ｂに第２重み係数Ｗｄで重みづけして平均した値はほぼ同じ値であるＴＰ１ｂとなる。これから分かるように、ピーク（例えば、図２０のｔｐ１ａとｔｐ１ｂ）は、飽和すなわちパイルアップ（ｐｉｌｅ－ｕｐ）が著しい場合にずれてしまう。これに対して、ピークタイミングＴＰを用いると、パイルアップ（ｐｉｌｅ－ｕｐ）が著しい場合でもより安定して対象物１０までの距離を演算できる。また、測定環境に応じて、重み付け処理部２３６は、重みＷｒとＷｄの値を変更させることにより、より測定環境に適した重みＷｒとＷｄによりピークタイミングＴＰを演算でき、測定距離の演算精度がより向上する。

【0089】

ここで、図１９を用いて信頼度生成部２３８と距離決定部の処理例を説明する。図１９は、底部演算部が生成した時系列輝度信号Ｓ（ｔ、ｘｐ、ｙｐ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を示す図である。縦軸は輝度信号の値を示し、横軸は、サンプリングタイミングを示す。ここで座標（ｘｐ、ｙｐ）は、レーザ光Ｌ２の照射位置に対応する座標（図８参照）である。検出部２３２による計測信号の立ち上り時間Ｔｒ、Ｔｒａ、Ｔｒｂ、及び立ち下り時間Ｔｄ、Ｔｄａ、Ｔｄｂを示している。ピークタイミングＴｐａ，Ｔｐｂは、それぞれ、信頼度生成部２３８による信頼度が１番目に高いピークと、信頼度が２番目に高いピークを示している。

【0090】

信頼度生成部２３８は、ピーク検出部２３２ｂが検出したピークタイミングに対応するピーク毎の信頼度を演算する。信頼度の演算には、例えば特許文献２に開示される信頼度を用いることが可能である。例えば、この信頼度は、座標（ｘｐ、ｙｐ）の周辺に照射されたレーザ光Ｌ２に対応する時系列輝度信号Ｓ（ｔ、ｘ、ｙ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）（ｘｐ－Ａ≦ｘ≦ｘｐ＋Ａ、ｙｐ－Ａ≦ｙ≦ｙｐ＋Ａ）の平均化の後のピーク値の確からしさを表しており、確からしいもの程、信頼度が高くなる。例えば、図１９に示すように、時系列輝度信号Ｓ（ｔ、ｘ、ｙ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）（ｘｐ－Ａ≦ｘ≦ｘｐ＋Ａ、ｙｐ－Ａ≦ｙ≦ｙｐ＋Ａ）のそれぞれにおいて、Ｔｐａで示したピークと、Ｔｐｂで示したピークの信頼度が、それぞれ１番目と、２番目とに高かい場合である。

【0091】

計測処理部２２６（図１０参照）は、まず、信頼度に基づいて、数あるピークの中からＴｐａで示したピークと、Ｔｐｂで示したピークを選定する。続いて、補間処理部２２４（あるいは、その結果を保存している不図示の記憶装置）から、立ち上り時刻ｐ個、および、立ち下り時刻ｐ個を入力する。ここで、ｐ個は補間処理部２２の記憶している、立ち上り時刻と立ち下り時刻のデータの個数を表す。そして、Ｔｒａ＜Ｔｐａ＜Ｔｄａ 及びＴｒｂ＜Ｔｐｂ＜Ｔｄｂの関係を満たす、Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｄａ、及びＴｄｂを選択する。そして、前述の様に、ＴｒａとＴｄａ、及びＴｒｂとＴｄｂを重み平均して得られる、ＴＰａとＴＰｂを距離値の候補として出力する。ここで、出力する距離データの個数は２個であるとしたが、この数は、幾つであっても構わない。

【0092】

検出部２３２は、信頼度を用いて情報を限定して外部に出力しても良い。例えば、検出部２３２は、信頼度が１番目に高いピークと、信頼度が２番目に高いピークに対応する、立ち上り時間Ｔｒａ、Ｔｒｂ、立ち下り時間Ｔｄａ、Ｔｄｂ、及びピークタイミングＴｐａ，Ｔｐｂの情報を外部に出力することが可能である。また、ピーク検出部２３２ｂは、後段の補間処理部２２４、重み付け処理部２３６に、立ち上り時間Ｔｒａ、Ｔｒｂ、立ち下り時間Ｔｄａ、Ｔｄｂ、及びピークタイミングＴｐａ，Ｔｐｂの情報のみを出力してもよい、これにより処理速度がより速くなる。また、検出部２３２は、信頼度生成部２３８が生成したピークの信頼度と、このピークに対応する立ち上り時間Ｔｒａ、及び立ち下り時間Ｔｄａとを関連付けて出力してもよい。同様に、検出部２３２は、信頼度生成部２３８が生成したピークの信頼度と、このピークに対応する立ち上り時間Ｔｒｂ、及び立ち下り時間Ｔｄｂとを関連付けて出力してもよい。

【0093】

前述の様に、検出部２３２は、ピークタイミングＴｐａに最も時間的に近い立ち上り時間Ｔｒを立ち上り時間Ｔｒａとし、ピークタイミングＴｐａに最も時間的に近い立ち下り時間Ｔｄを立ち下り時間Ｔｄａとしている。同様に検出部２３２は、ピークタイミングＴｐｂに最も時間的に近い立ち上り時間Ｔｒを立ち上り時間Ｔｒｂとし、ピークタイミングＴｐｂに最も時間的に近い立ち下り時間Ｔｄを立ち下り時間Ｔｄｂとしている。これにより、立ち上り時間Ｔｒａ、Ｔｒｂと立ち下り時間Ｔｄａ、Ｔｄｂとの選択精度がより向上する。このように、信頼度を用いることにより、測定精度がより向上すると共に、立ち上りと立ち下り時間を用いることにより、飽和すなわちｐｉｌｅ－ｕｐの影響を除去することが出来るなお、本実施形態では、時系列信号からフロアノイズの平均値を減算し、それと閾値との大小関係により、立ち上り時刻を検出している。そうではなく、閾値にフロアノイズの平均値を加算し、時系列信号とこの加算値との大小関係により、立ち上り時刻を検出することでも良い。

【0094】

ＴＤＣ処理部２４０は、例えば時間デジタル変換器（ＴＤＣ：Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を有する。時間デジタル変換器は、レーザ光Ｌ１が出射されてから第２閾値Ｓｔｈ２を超える立ち上りタイミングＴｄｃｕｐを計測する。すなわち、ＴＤＣ処理部２５０は、レーザ光の反射光を信号化した時系列輝度信号が第２閾値Ｓｔｈに達する立上がりタイミングＴｄｃｕｐを取得する 計測処理部２２６は、ＴＤＣ処理部２５０が生成した立上がりタイミングＴｄｃｕｐを用いて対象物１０までの距離を演算する。すなわち、計測処理部２２６では、距離＝光速×（立上がりタイミングＴｄｃｕｐ－光検出器１７（図２参照）がレーザ光Ｌ１を検出したタイミング）／２なる式で距離が求められる。

【0095】

ＴＤＣ処理部２４０は、対象までの距離が長い場合は、測定精度が低下するが、対象までの距離が短い場合は、より精度の高い結果を返すことが出来る。つまり、短距離用の計測装置として、使用することが可能である。

【0096】

以上説明したように、本実施形態によれば、時分割積算部２２により生成した、時系列輝度信号Ｂ２（ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）から、底部演算部２３０が、環境光ノイズであるフロアノイズを低減し、第２時系列輝度信号Ｓ（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を生成することした。これにより、時分割積算部２２によりダイナミックレンジを拡大した時系列輝度信号Ｂ２（ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）に対し、底部演算部２３０がダイナミックレンジを縮小する成分であるフロアノイズを低減した第２時系列輝度信号Ｓ（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を生成することが可能となる。このため、環境光などにより時系列信号Ｂ（ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）が飽和する場合にも、第２時系列輝度信号Ｓ（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を用いることにより、飽和の影響を抑制でき、より安定した距離計測が可能となる。

【0097】

更に、環境光などにより時系列信号Ｂ（ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）が飽和し、ピークの山頂部が潰れてしまった場合においても、ピークではなく、立ち上りや立ち下りを検出することにより、安定的に測距が可能である。この場合、第２時系列輝度信号Ｓ（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を用いることにより、飽和の影響をより抑制した状態で立ち上りや立ち下りを検出することができ、立ち上りや立ち下りの検出精度がより向上する。これにより、ＳｉＰＭの弱点である、パイルアップ（ｐｉｌｅ－ｕｐ）の影響を抑制でき、ＳｉＰＭにより適した測距方法を構築できる。このように、一般に、立ち上りと立ち下り時刻の検出では、環境光に基づくフロアノイズの影響を受ける。しかし、本実施形態では、第２時系列輝度信号Ｓ（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を用いることにより、環境光に基づくフロアノイズを指し引いているため、環境光の影響を受け難く、安定した測距が可能である。また、ピークに基づいた信頼度も用いていることにより、より確からしく、より成功率の高い測距が可能となる。

【0098】

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態の変形例に係る運転支援システム１では、立ち上り、および立ち下りを検出するための閾値を、フロアノイズに基づいて求め、フロアノイズの影響を更に軽減する。図１３に示すフロアレベル算出部２３０ａが、その平均値だけでなく、その最大値も更に検出できる点で第２実施形態に係る運転支援システム１と相違する。以下では、第２実施形態に係る運転支援システム１と相違する点を説明する。

【0099】

図２０は、フロアノイズの最大値より、平均値を減算し閾値を求める例を説明する模式図である。図２０の一点鎖線は、フロアノイズの平均値を表し、点線はフロアノイズの最大値を表す。この図２０の一点鎖線と点線の距離が、閾値に相当する。より具体的には、検出部２３２は、例えば、１回の計測時間のうち、測距をしている期間を除く、あるいは、ブランキング期間についての、最大値を求める。それにより、レーザからの反射光である信号を除いて、環境光だけの最大値を検出できる。そして、検出部２３２は、その最大値より、平均値を減算した結果を閾値Ｓｔｈｎとする。図２０が示す様に、フロアノイズは、点線を超えることはなく、ノイズを誤って計測してしまう恐れがない。更に、検出部２３２は、例えば（４）式を用いて、求められた立ち上りの時刻Ｔｒに対して、閾値Ｓｔｈの大きさに比例した補正値Ｃｓｔｈ（ｋｒ×Ｓｔｈｎ）を加えて立ち上り時刻の補正結果Ｃｔｒを算出する。

【数4】

【0100】

また、検出部２３２は、求められた立ち下りの時刻に対しても、同様に、閾値Ｓｔｈｎの大きさに比例した補正値Ｃｓｔｈ（ｋｒ×Ｓｔｈｎ）を加えて、立ち下り時刻の補正結果Ｃｔｄを算出する。

【0101】

以上説明したように、第２実施形態の変形例に係る運転支援システム１では、検出部２３２は、閾値Ｓｔｈｎを環境光の大きさに従って動的に生成することとした。また、第２時系列輝度信号Ｓ（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）について、閾値Ｓｔｈｎが大きくなれば、（４）式に示すように立ち上り時刻を遅延させたく補正結果Ｃｔｒとして算出する。この補正により、この閾値Ｓｔｈｎの変化による、立ち上り時刻のばらつきが抑えられ、より精度が向上する。なお、この閾値Ｓｔｈｎは、フロアレベルの平均値を含んでいないため、補正値Ｓｔｈｎが過大になることはない。

【0102】

（第３実施形態）
第３実施形態に係る運転支援システム１は、第１および２実施形態における時分割積算部２２０を、ＳＡＴ処理部２５０に置換えたものである。ＳＡＴ処理部２５０は、隣接する照射方向に照射して得られた輝度信号の類似性に基づき、積算することによりノイズを低減する。以下では、第１実施形態に係る運転支援システム１と相違する点にいて説明する。

【0103】

第３実施形態に係る運転支援システム１では、第１照射方向及び第２照射方向にレーザ光を間欠的に複数回発光する光源を用いて、直近に光源から第１方向に照射されたレーザ光に対応する第１デジタル信号と、複数回分の複数の第２デジタル信号との類似性に基づいて、複数の第２デジタル信号の重み値を生成する。そして、直近に光源から第１方向に照射されたレーザ光に対応する第１デジタル信号に、重み値で複数の第２デジタル信号を重み付けした第３デジタル信号を時系列輝度信号Ｂ１（ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）として生成する。なお、本実施形態に係るＳＡＴ処理部２５０が平均化処理部に対応する。

【0104】

図２１は、第３実施形態に係る距離計測装置５の構成を模式的に示す図である。ＳＡＴ処理部２５０は、バッフア２５２と、積算ゲート２５４と、検出補間部２５６と、第１実施形態と同等の処理機能を有する時分割積算部２２０とを有する。ＳＡＴ処理部２５０では、積算範囲に有る隣接画素の、フロアレベルと突出部（時系列輝度信号のピーク）の大きさを求め、その相関に基づき、隣接画素の時系列信号を積算するか否かを決める。

【0105】

時系列信号を積算するか判らないため、一旦それを記憶しておく必要があり、積算範囲の隣接画素の分だけ、その記憶場所である輝度のバッファ２５２を有している。前述の相関の大きさは、隣接画素の方向にある対象が、当該画素の対象と同じであるか否かを表している。同じ対象からの反射光は信号であり、違う対象からの反射光はノイズである。相関の小さい隣接画素の時系列信号を積算しないことは、ノイズの可能性の高いものを排除することであり、ＳＮ比の改善につながる。

【0106】

図２１に示すように、まず、ＡＤ変換して生成した時系列信号は、前述の通り、輝度のバッファ２５２に保存される。１回の計測終了後、検出補間部２５６が、輝度のバッファ２５２から入力を行い、そのフロアレベルの平均値と、ピークの値複数個を、積算範囲の画素全てについて求める。その後、底部の値の類似性を求める底部類似部２５８が、隣接画素とのフロアレベル値の類似性の高さを判別する。また、突出部の類似性を求める突出類似部２６０が、隣接画素とのピークの値の類似性の高さを判別する。そして、積載ゲート２５４が、類似性の高いと判断された隣接画素の、時系列信号を、選択的に時分割積算部２２０に送り、時分割積算部２２０が時分割積算する。そして、検出補間部２５６は、時分割積算の結果に対して、もう一度フロアレベルを検出して、その結果を時分割積算から減算しつつ、一つ前の結果と閾値の大小関係に基づいて、立ち上りと立ち下りを検出し、補間を行う。ここで、検出補間部２５６の処理は、第２実施形態の底部演算部２３０、検出部２３２、及び補間処理部２２４と同等の処理である。

【0107】

本実施形態では、ＳＡＴ処理部２５０の適用により、突出部の類似性を求める突出類似部２６０が、隣接画素とのピークの値の類似性の高さを判別し、ノイズの可能性の高い画素の信号を積算しておらず、時系列輝度信号Ｂ１（ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）のＳＮ比がより高くなる。従って、その時系列輝度信号Ｂ１（ｔ）（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ）を測定に用いることにより、よりノイズが少なく、より精度の高い距離測定を行うことが可能となる。また、環境光が強い場合、ＳＡＴ処理部２５０における底部類似部２５８が、隣接画素とのフロアレベル値の類似性の高さを判別し、フロアノイズの可能性の高い画素の信号を積算しておらず、環境光に基づく時系列信号（フロアノイズ）を排除しているため、信号値の飽和、すなわちパイルアップ（ｐｉｌｅ－ｕｐ）を抑制でき、よりロバストに測距することが可能となる。さらにまた、通常、平均化を行うことにより、空間解像度が低下するが、ＳＡＴ処理部２５０を使う場合、積載ゲート２５４が、類似性の高いと判断された隣接画素の時系列信号を、選択的に時分割積算部２２０に送り、時分割積算部２２０が時分割積算するので、解像度の低下が抑制される。従って、解像度を維持したまま、測距成功率や距離精度の様な測距性能を改善することができる。

【0108】

（第４実施形態）
第４実施形態に係る運転支援システム１は、出射部１００が、出射の度に、そのタイミングを変えることが可能である。以下では、第２実施形態に係る運転支援システム１と相違する点について説明する。

【0109】

より具体的には、出射部１００（図２参照）は、例えば、偶数回（２ｎ、ｎは整数）の出射と奇数回の出射（２ｎ＋１）について、前者の出射タイミングを、ＡＤ変換器２１ｂ（図２参照）のサンプリング時間の半分だけ早める。そして、信号処理部２２は、偶数回（２ｎ）と奇数回（２ｎ＋１）の時系列信号を、交互に並べる様に、重ね合わせる。

【0110】

図２２は、偶数回（２ｎ、ｎは整数）の出射と奇数回の出射（２ｎ＋１）タイミングと、その時系列輝度信号時の重ね合わせについて、模式的に示す図である。左図は、出射部１００の出射タイミングｎ～ｎ＋３を示している。右図は、出射タイミングｎ～ｎ＋３に対オする時系列輝度信号示している。縦軸は輝度値であり、横軸はサンプリングタイミングである。図２２では、説明を簡単にするために、ノイズは省略されている。

【0111】

上述のように、偶数回（２ｎ）の出射部１００の出射タイミングは、サンプリング時間の半分だけ、出射部１００の出射タイミングを奇数回の出射（２ｎ＋１）の出射部１００の出射タイミングよりも早くしている。このため、ＡＤ変換器２１ｂでサンプリングして生成される時系列信号は、偶数回（２ｎ）の時系列信号と奇数回（２ｎ＋１）の時系列信号とで、サンプリング時間の半分だけずれている。

【0112】

このため、ずれを無くして、出射部１００の出射タイミングに合わせて偶数回（２ｎ）の時系列信号と奇数回（２ｎ＋１）の時系列信号とを加算すると、データ数は２倍となり、サンプリング間隔はＡＤ変換器２１ｂのサンプリング間隔の半分と同等になる。この重ね合せした結果は、機能的には、サンプリング時間Δｔの半分である（Δｔ／２）のＡＤ変換器２１ｂのサンプリングと一致する。そして、データ数の２倍となった、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ））（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ×２）に対して、第２実施形態と同様に、平均化処理を行い、立ち上り時刻と立ち下り時刻を求めて、対象までの距離を求める。

【0113】

一般に、ＡＤ変換器２１ｂの時間分解能は、ＴＤＣの時間分解能に劣る。補間処理２２４により、立ち上り時刻などの桁は大きくなり、精度は改善するが、色々な要因により、精度の改善には限界があり、ＴＤＣによる時間分解能の精度よりは劣ってしう。このように、ＡＤ変換器２１ｂの時間分解能を、その消費電力やサイズを増やすことなく向上させることは、容易でない。しかし、本実施形態の方法ならば、ＡＤ変換器２１ｂの時間分解能を向上させることなく、見かけ上、サンプリング時間が半分の結果を得ることが出来、距離精度を改善することが出来る。

【0114】

このように、本実施形態によれば、出射部１００が出射のタイミングを変えることにより、ＡＤ変換器２１ｂの時間分解能を見かけ上の倍とすることが可能である。これにより、データ数の２倍となった、時系列輝度信号Ｂ（ｍ、ｔ））（ｔ０≦ｔ≦ｔｋ×２）を用いることが可能となり、距離測定の精度をより高くすることができる。

【0115】

以上、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することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、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】

【0116】

１：距離計測装置、１０：計測対象物、２２：信号処理部、２２０：時分割積算部、２２８：第１ＦＩＲ処理部、２３０：底部演算部、２３２：検出部、２２４：補間処理部、２３６：重み付け処理部、２５０：ＳＡＴ処理部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】