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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】2025-05-07
(45)【発行日】2025-05-15
(54)【発明の名称】測距装置および測距方法
(51)【国際特許分類】
G01S 7/487 20060101AFI20250508BHJP
【ＦＩ】
G01S7/487
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021114260
(22)【出願日】2021-07-09
(65)【公開番号】P2023010254
(43)【公開日】2023-01-20
【審査請求日】2024-03-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【氏名又は名称】矢作 和行
(74)【代理人】
【識別番号】100121991
【弁理士】
【氏名又は名称】野々部 泰平
(74)【代理人】
【識別番号】100145595
【弁理士】
【氏名又は名称】久保 貴則
(72)【発明者】
【氏名】吉田 智成
【審査官】藤脇 昌也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１９７４２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２０－５０５５８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５１－０４１９９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００５／０２５４３５４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００５／０１７９５８５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１
１７／００ － １７／９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象領域に向けて光を照射して、前記対象領域に在る対象物体（１０１）までの距離を測定する測距装置（１００）であって、前記対象領域に向けて光を照射する発光部（１１）を制御する発光制御部（２３）と、
前記対象領域からの光を検出する受光部（１２）が得た検出情報を取得する検出情報取得部（２４）と、
前記検出情報を用いて前記対象物体までの距離を算出する距離算出部（２６）と、
前記検出情報を用いてマルチパスの有無を判断するマルチパス判断部（２７）と、を含み、
前記発光制御部は、単位測定時間当たりに、異なる発光強度および異なる発光時間であり、かつ異なる波形形状を有する２つの光パルスを前記発光部が照射するように制御し、
前記距離算出部は、複数の前記光パルスが前記対象物体で反射することで発生する少なくとも１つの応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出し、
前記マルチパス判断部は、複数の前記応答パルスを受光した順番と複数の前記光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の前記応答パルスと前記光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較して、マルチパスの有無を判断し、
前記検出情報は、前記応答パルスの検出時間、前記応答パルスの受光強度、および前記応答パルスの信号雑音比に基づいて前記検出情報を分類するための情報であって、少なくとも前記マルチパス判断部によって判断されたマルチパスの有無を分類するフラグ情報を含み、
前記距離算出部は、
前記検出情報に含まれる前記応答パルスの数が３個であり、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、１番目に検出した前記応答パルスと２番目に検出した前記応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合と、前記設定値より大きい場合とで、異なる前記フラグ情報を出力し、
前記検出情報に含まれる前記応答パルスの数が３個であり、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、１番目に検出した前記応答パルスと２番目に検出した前記応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合、前記設定値より大きい場合よりも、前記対象領域の外に在る範囲外対象物体までの距離が近いと判断する測距装置。
【請求項2】
対象領域に向けて光を照射して、前記対象領域に在る対象物体（１０１）までの距離を測定する測距装置（１００）であって、前記対象領域に向けて光を照射する発光部（１１）を制御する発光制御部（２３）と、
前記対象領域からの光を検出する受光部（１２）が得た検出情報を取得する検出情報取得部（２４）と、
前記検出情報を用いて前記対象物体までの距離を算出する距離算出部（２６）と、
前記検出情報を用いてマルチパスの有無を判断するマルチパス判断部（２７）と、を含み、
前記発光制御部は、単位測定時間当たりに、異なる発光強度および異なる発光時間であり、かつ異なる波形形状を有する２つの光パルスを前記発光部が照射するように制御し、
前記距離算出部は、複数の前記光パルスが前記対象物体で反射することで発生する少なくとも１つの応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出し、
前記マルチパス判断部は、複数の前記応答パルスを受光した順番と複数の前記光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の前記応答パルスと前記光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較して、マルチパスの有無を判断し、
前記検出情報は、前記応答パルスの検出時間、前記応答パルスの受光強度、および前記応答パルスの信号雑音比に基づいて前記検出情報を分類するための情報であって、少なくとも前記マルチパス判断部によって判断されたマルチパスの有無を分類するフラグ情報を含み、
前記距離算出部は、
前記検出情報に含まれる前記応答パルスの数が４個であり、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、１番目に検出した前記応答パルスと２番目に検出した前記応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合と、前記設定値より大きい場合とで、異なる前記フラグ情報を出力し、
前記検出情報に含まれる前記応答パルスの数が４個であり、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、１番目に検出した前記応答パルスと２番目に検出した前記応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合、前記設定値より大きい場合よりも、前記対象領域の外に在る範囲外対象物体までの距離が近いと判断する測距装置。
【請求項3】
前記マルチパス判断部は、前記発光部が前記単位測定時間当たりに照射する前記光パルスの数よりも、前記単位測定時間当たりに検出された前記検出情報に含まれる前記応答パルスの数が多い場合に、マルチパス有りと判断する請求項１または２に記載の測距装置。
【請求項4】
前記マルチパス判断部は、前記検出情報に含まれる前記応答パルスの数が２個以上であり、かつ２番目の前記光パルスの波形形状と２番目の前記応答パルスの波形形状とが異なる場合には、マルチパス有りと判断する請求項１～３のいずれか１つに記載の測距装置。
【請求項5】
前記発光制御部は、前記単位測定時間当たりに、異なる発光強度であり、かつ異なる波形形状を有する複数の前記光パルスを前記発光部が照射するように制御し、前記マルチパス判断部は、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、前記受光部の検出上限未満にピーク値を有する前記応答パルスを用いてマルチパスの有無を判断する請求項１～４のいずれか１つに記載の測距装置。
【請求項6】
前記マルチパス判断部は、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、信号雑音比が所定の信頼値以上の前記応答パルスのみを前記光パルスとの比較の対象とする請求項１～５のいずれか１つに記載の測距装置。【請求項7】
対象領域に在る対象物体（１０１）までの距離を測定するための測距方法あって、少なくとも１つのプロセッサ（２２）によって実行される処理に、
単位測定時間当たりに、異なる発光強度および異なる発光時間であり、かつ異なる波形形状を有する２つの光パルスを発光部（１１）が前記対象領域に向けて照射するように制御すること、
前記対象領域からの光を検出する受光部（１２）が得た検出情報を取得すること、
前記検出情報に含まれる前記光パルスが前記対象物体で反射することで発生する少なくとも１つの応答パルスの検出タイミングを用いて前記対象物体までの距離を算出すること、
複数の前記応答パルスを受光した順番と複数の前記光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の前記応答パルスと前記光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較してマルチパスの有無を判断すること、を含み、
前記検出情報は、前記応答パルスの検出時間、前記応答パルスの受光強度、および前記応答パルスの信号雑音比に基づいて前記検出情報を分類するための情報であって、少なくとも判断されたマルチパスの有無を分類するフラグ情報を含み、
少なくとも１つのプロセッサ（２２）によって実行される処理に、さらに、
前記検出情報に含まれる前記応答パルスの数が３個であり、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、１番目に検出した前記応答パルスと２番目に検出した前記応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合と、前記設定値より大きい場合とで、異なる前記フラグ情報を出力すること、
前記検出情報に含まれる前記応答パルスの数が３個であり、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、１番目に検出した前記応答パルスと２番目に検出した前記応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合、前記設定値より大きい場合よりも、前記対象領域の外に在る範囲外対象物体までの距離が近いと判断ことを含む測距方法。
【請求項8】
対象領域に在る対象物体（１０１）までの距離を測定するための測距方法あって、少なくとも１つのプロセッサ（２２）によって実行される処理に、
単位測定時間当たりに、異なる発光強度および異なる発光時間であり、かつ異なる波形形状を有する２つの光パルスを発光部（１１）が前記対象領域に向けて照射するように制御すること、
前記対象領域からの光を検出する受光部（１２）が得た検出情報を取得すること、
前記検出情報に含まれる前記光パルスが前記対象物体で反射することで発生する少なくとも１つの応答パルスの検出タイミングを用いて前記対象物体までの距離を算出すること、
複数の前記応答パルスを受光した順番と複数の前記光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の前記応答パルスと前記光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較してマルチパスの有無を判断すること、を含み、
前記検出情報は、前記応答パルスの検出時間、前記応答パルスの受光強度、および前記応答パルスの信号雑音比に基づいて前記検出情報を分類するための情報であって、少なくとも判断されたマルチパスの有無を分類するフラグ情報を含み、
少なくとも１つのプロセッサ（２２）によって実行される処理に、さらに、
前記検出情報に含まれる前記応答パルスの数が４個であり、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、１番目に検出した前記応答パルスと２番目に検出した前記応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合と、前記設定値より大きい場合とで、異なる前記フラグ情報を出力すること、
前記検出情報に含まれる前記応答パルスの数が４個であり、前記検出情報に含まれる複数の前記応答パルスのうち、１番目に検出した前記応答パルスと２番目に検出した前記応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合、前記設定値より大きい場合よりも、前記対象領域の外に在る範囲外対象物体までの距離が近いと判断することを含む測距方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この明細書における開示は、対象物体までの距離を測定する測距装置および測距方法に関する。
【背景技術】
【0002】
測距装置として、光パルスを使用し、光パルスの飛行時間（ＴＯＦ）に基づいて対象物体までの距離を測定する技術がある。具体的には、測距装置の光源から出射された光の一部が対象物体で反射されて測距装置の検出器に戻るので、光パルスの出射から検出器が検出するまでの時間に基づいて、対象物体までの距離が推定される（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－１７３２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述の特許文献１に記載の測距装置では、たとえば光源と対象物体との最短経路の付近に他の反射物体がある場合、光源からの光が反射物体を経由して対象物体に至る迂回経路と、光源から直接対象物体に至る最短経路との異なる経路が発生し、いわゆるマルチパスが発生する。光源から複数の同じ光パルスを出射する場合、マルチパスが無い通常の場合は、複数の応答パルスが発生する。また光源から複数の同じ光パルスを出射する場合、マルチパスがある場合は、同様に複数の応答パルスが発生する。
【0005】
このようにマルチパスの有無に関わらず応答パルスが複数発生するので、単純な応答パルスの数だけではマルチパスの有無を判断することが困難である。そしてマルチパスの有無が不明であると、検出した応答パルスが迂回経路の応答パルスである場合には、距離を誤って測定するおそれがあり、距離の測定精度が低下するという問題がある。
【0006】
そこで、開示される目的は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、マルチパスの有無を判断して、測定精度に優れる測距装置および測距方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【0008】
ここに開示された測距装置は、対象領域に向けて光を照射して、対象領域に在る対象物体（１０１）までの距離を測定する測距装置（１００）であって、対象領域に向けて光を照射する発光部（１１）を制御する発光制御部（２３）と、対象領域からの光を検出する受光部（１２）が得た検出情報を取得する検出情報取得部（２４）と、検出情報を用いて対象物体までの距離を算出する距離算出部（２６）と、検出情報を用いてマルチパスの有無を判断するマルチパス判断部（２７）と、を含み、発光制御部は、単位測定時間当たりに、異なる発光強度および異なる発光時間であり、かつ複数の異なる波形形状を有する２つの光パルスを発光部が照射するように制御し、距離算出部は、複数の光パルスが対象物体で反射することで発生する少なくとも１つの応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出し、マルチパス判断部は、複数の応答パルスを受光した順番と複数の光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の応答パルスと光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較して、マルチパスの有無を判断し、検出情報は、応答パルスの検出時間、応答パルスの受光強度、および応答パルスの信号雑音比に基づいて検出情報を分類するための情報であって、少なくともマルチパス判断部によって判断されたマルチパスの有無を分類するフラグ情報を含み、距離算出部は、検出情報に含まれる応答パルスの数が３個であり、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、１番目に検出した応答パルスと２番目に検出した応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合と、設定値より大きい場合とで、異なるフラグ情報を出力し、検出情報に含まれる応答パルスの数が３個であり、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、１番目に検出した応答パルスと２番目に検出した応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合、設定値より大きい場合よりも、対象領域の外に在る範囲外対象物体までの距離が近いと判断する測距装置である。
また、ここに開示された測距装置は、対象領域に向けて光を照射して、対象領域に在る対象物体（１０１）までの距離を測定する測距装置（１００）であって、対象領域に向けて光を照射する発光部（１１）を制御する発光制御部（２３）と、対象領域からの光を検出する受光部（１２）が得た検出情報を取得する検出情報取得部（２４）と、検出情報を用いて対象物体までの距離を算出する距離算出部（２６）と、検出情報を用いてマルチパスの有無を判断するマルチパス判断部（２７）と、を含み、発光制御部は、単位測定時間当たりに、異なる発光強度および異なる発光時間であり、かつ複数の異なる波形形状を有する２つの光パルスを発光部が照射するように制御し、距離算出部は、複数の光パルスが対象物体で反射することで発生する少なくとも１つの応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出し、マルチパス判断部は、複数の応答パルスを受光した順番と複数の光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の応答パルスと光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較して、マルチパスの有無を判断し、検出情報は、応答パルスの検出時間、応答パルスの受光強度、および応答パルスの信号雑音比に基づいて検出情報を分類するための情報であって、少なくともマルチパス判断部によって判断されたマルチパスの有無を分類するフラグ情報を含み、距離算出部は、検出情報に含まれる応答パルスの数が４個であり、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、１番目に検出した応答パルスと２番目に検出した応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合と、設定値より大きい場合とで、異なるフラグ情報を出力し、検出情報に含まれる応答パルスの数が４個であり、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、１番目に検出した応答パルスと２番目に検出した応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合、設定値より大きい場合よりも、対象領域の外に在る範囲外対象物体までの距離が近いと判断する測距装置である。
また、ここに開示された測距装置は、対象領域に向けて光を照射して、対象領域に在る対象物体（１０１）までの距離を測定する測距装置（１００）であって、対象領域に向けて光を照射する発光部（１１）を制御する発光制御部（２３）と、対象領域からの光を検出する受光部（１２）が得た検出情報を取得する検出情報取得部（２４）と、検出情報を用いて対象物体までの距離を算出する距離算出部（２６）と、検出情報を用いてマルチパスの有無を判断するマルチパス判断部（２７）と、を含み、発光制御部は、単位測定時間当たりに、異なる発光強度および異なる発光時間であり、かつ複数の異なる波形形状を有する２つの光パルスを発光部が照射するように制御し、距離算出部は、複数の光パルスが対象物体で反射することで発生する少なくとも１つの応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出し、マルチパス判断部は、複数の応答パルスを受光した順番と複数の光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の応答パルスと光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較して、マルチパスの有無を判断し、検出情報は、応答パルスの検出時間、応答パルスの受光強度、および応答パルスの信号雑音比に基づいて検出情報を分類するための情報であって、少なくともマルチパス判断部によって判断されたマルチパスの有無を分類するフラグ情報を含み、距離算出部は、検出情報に含まれる応答パルスの数が４個であり、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、１番目に検出した応答パルスと２番目に検出した応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合と、設定値より大きい場合とで、異なるフラグ情報を出力し、検出情報に含まれる応答パルスの数が４個であり、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、１番目に検出した応答パルスと２番目に検出した応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合、設定値より大きい場合よりも、対象領域の外に在る範囲外対象物体までの距離が近いと判断する測距装置である。
【0009】
ここに開示された測距方法は、対象領域に在る対象物体（１０１）までの距離を測定するための測距方法あって、少なくとも１つのプロセッサ（２２）によって実行される処理に、単位測定時間当たりに、異なる発光強度および異なる発光時間であり、かつ複数の異なる波形形状を有する２つの光パルスを発光部（１１）が対象領域に向けて照射するように制御すること、対象領域からの光を検出する受光部（１２）が得た検出情報を取得すること、検出情報に含まれる光パルスが対象物体で反射することで発生する少なくとも１つの応答パルスの検出タイミングを用いて対象物体までの距離を算出すること、複数の応答パルスを受光した順番と複数の光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の応答パルスと光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較してマルチパスの有無を判断すること、を含み、検出情報は、応答パルスの検出時間、応答パルスの受光強度、および応答パルスの信号雑音比に基づいて検出情報を分類するための情報であって、少なくとも判断されたマルチパスの有無を分類するフラグ情報を含み、少なくとも１つのプロセッサ（２２）によって実行される処理に、さらに、検出情報に含まれる応答パルスの数が３個であり、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、１番目に検出した応答パルスと２番目に検出した応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合と、設定値より大きい場合とで、異なるフラグ情報を出力すること、検出情報に含まれる応答パルスの数が３個であり、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、１番目に検出した応答パルスと２番目に検出した応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合、設定値より大きい場合よりも、対象領域の外に在る範囲外対象物体までの距離が近いと判断ことを含む測距方法である。
さらに、ここに開示された測距方法は、対象領域に在る対象物体（１０１）までの距離を測定するための測距方法あって、少なくとも１つのプロセッサ（２２）によって実行される処理に、単位測定時間当たりに、異なる発光強度および異なる発光時間であり、かつ複数の異なる波形形状を有する２つの光パルスを発光部（１１）が対象領域に向けて照射するように制御すること、対象領域からの光を検出する受光部（１２）が得た検出情報を取得すること、検出情報に含まれる光パルスが対象物体で反射することで発生する少なくとも１つの応答パルスの検出タイミングを用いて対象物体までの距離を算出すること、複数の応答パルスを受光した順番と複数の光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の応答パルスと光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較してマルチパスの有無を判断すること、を含み、検出情報は、応答パルスの検出時間、応答パルスの受光強度、および応答パルスの信号雑音比に基づいて検出情報を分類するための情報であって、少なくとも判断されたマルチパスの有無を分類するフラグ情報を含み、少なくとも１つのプロセッサ（２２）によって実行される処理に、さらに、検出情報に含まれる応答パルスの数が４個であり、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、１番目に検出した応答パルスと２番目に検出した応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合と、設定値より大きい場合とで、異なるフラグ情報を出力すること、検出情報に含まれる応答パルスの数が４個であり、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、１番目に検出した応答パルスと２番目に検出した応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合、設定値より大きい場合よりも、対象領域の外に在る範囲外対象物体までの距離が近いと判断することを含む測距方法である。
さらに、ここに開示された測距方法は、対象領域に在る対象物体（１０１）までの距離を測定するための測距方法あって、少なくとも１つのプロセッサ（２２）によって実行される処理に、単位測定時間当たりに、異なる発光強度および異なる発光時間であり、かつ複数の異なる波形形状を有する２つの光パルスを発光部（１１）が対象領域に向けて照射するように制御すること、対象領域からの光を検出する受光部（１２）が得た検出情報を取得すること、検出情報に含まれる光パルスが対象物体で反射することで発生する少なくとも１つの応答パルスの検出タイミングを用いて対象物体までの距離を算出すること、複数の応答パルスを受光した順番と複数の光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の応答パルスと光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較してマルチパスの有無を判断すること、を含み、検出情報は、応答パルスの検出時間、応答パルスの受光強度、および応答パルスの信号雑音比に基づいて検出情報を分類するための情報であって、少なくとも判断されたマルチパスの有無を分類するフラグ情報を含み、少なくとも１つのプロセッサ（２２）によって実行される処理に、さらに、検出情報に含まれる応答パルスの数が４個であり、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、１番目に検出した応答パルスと２番目に検出した応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合と、設定値より大きい場合とで、異なるフラグ情報を出力すること、検出情報に含まれる応答パルスの数が４個であり、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、１番目に検出した応答パルスと２番目に検出した応答パルスとの検出時間の間隔が所定の設定値以下の場合、設定値より大きい場合よりも、対象領域の外に在る範囲外対象物体までの距離が近いと判断することを含む測距方法である。
【0010】
このような測距装置および測距方法に従えば、光パルスは単位測定時間当たりに複数の異なる波形形状および異なる発光時間を有するので、対象物体からの反射があれば、受光部によって応答パルスを得ることができる。したがって検出情報に含まれる応答パルスの検出タイミングを用いて、距離を算出することができる。またマルチパス判断部は、同じ順番の応答パルスと光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較して、マルチパスの有無を判断する。マルチパスが無い場合には、光パルスと応答パルスとの同じ順位の波形形状は類似するので、マルチパスの有無、また迂回経路の応答パルスはどれかを判断することができる。したがって検出情報に含まれる最短経路の応答パルスによって距離を測定することができるので、測定精度に優れる測距装置および測距方法を実現することができる。
【0011】
なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態の測距装置１００を示すブロック図
【図2】信号処理装置２０の機能ブロックを示す図。
【図3】第１実施例の出射光を示す図。
【図4】発光シーケンスを説明する図。
【図5】応答パルスを示す図。
【図6】飽和した応答パルスを示す図。
【図7】応答パルスの他の例を示す図。
【図8】信号処理装置２０の処理を示すフローチャート。
【図9】マルチパスの検出処理を示す図。
【図10】マルチパスが発生する要因の一例を説明する図
【図11】マルチパスの判断処理を示すフローチャート。
【図12】有効エコー数１のときに応答波形を示す図。
【図13】有効エコー数２のときの処理を示すフローチャート。
【図14】有効エコー数２のときに応答波形を示す図。
【図15】有効エコー数３のときの処理を示すフローチャート。
【図16】有効エコー数３のときに応答波形を示す図。
【図17】有効エコー数４のときの処理を示すフローチャート。
【図18】有効エコー数４のときに応答波形を示す図。
【図19】第２実施形態のマルチパスの判断処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照しながら本開示を実施するための形態を、複数の形態を用いて説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【0014】
（第１実施形態）
本開示の第１実施形態に関して、図１～図１８を用いて説明する。本実施形態の測距装置１００は、対象領域に向けて光を照射して、対象領域に在る対象物体１０１までの距離を測定する。測距装置１００は、図１に示すように、光学センサ１０および信号処理装置２０を含んで構成される。本実施形態の測距装置１００は、車両に搭載されて、車両の周囲の対象物体１０１までの距離を測定する。
本開示の第１実施形態に関して、図１～図１８を用いて説明する。本実施形態の測距装置１００は、対象領域に向けて光を照射して、対象領域に在る対象物体１０１までの距離を測定する。測距装置１００は、図１に示すように、光学センサ１０および信号処理装置２０を含んで構成される。本実施形態の測距装置１００は、車両に搭載されて、車両の周囲の対象物体１０１までの距離を測定する。
【0015】
測距装置１００は、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging / Laser Imaging Detection and Ranging）装置とも呼ばれる。測距装置１００は、光の照射に対する反射点からの反射光を検出することで、反射点までの距離を測定する。測距装置１００は、例えば高度運転支援機能および自動運転機能の少なくとも一方を備える車両に搭載される。測距装置１００は、車内ＬＡＮを通じて、車載ＥＣＵ３０と通信可能に接続されている。車載ＥＣＵ３０は、測距装置１００の測定結果を高度運転支援および自動運転などの処理に利用する電子制御装置である。
【0016】
光学センサ１０は、光の照射および反射光の検出を行う。光学センサ１０は、光源からの光の射出時刻と反射光の到来時刻との時間差を計測することで光の飛行時間（Time of Flight）を測定する。光学センサ１０は、発光部１１、受光部１２、および制御回路１３を備えている。
【0017】
発光部１１は、対象領域に向けて光を照射する。発光部１１は、車両の外界へ向かうレーザ光を照射する光源であり、たとえばレーザ素子によって実現される。発光部１１は、制御回路１３による制御に基づき、レーザ光を断続的なパルスビーム状に照射する。発光部１１は、レーザ光の照射タイミングに合わせて、可動光学部材によってレーザ光を走査させる。
【0018】
受光部１２は、対象領域からの光を検出する。受光部１２は、車両の周辺からの光を検出する構成であり、複数の受光素子を有している。受光素子は、発光部１１によるレーザ光照射に対する対象物体１０１からの反射光を含んだ光を検出する撮像素子である。対象物体１０１は、一例として、車両の周辺の地物である。なお、以下において、このレーザ光照射に対する対象物体１０１からの反射光を、単に「反射光」と表記する。
【0019】
受光素子は、例えば、発光部１１にて照射されるレーザ光の波長付近に対する感度が高く設定されている。受光素子は、一次元方向または二次元方向にアレイ状に配列されている。受光素子の数は、画素数に対応する。受光素子には、一例として、シングルフォトンアバランシェフォトダイオード（Single Photon Avalanche Diode，以下、ＳＰＡＤ）が採用される。ＳＰＡＤは、１つ以上の光子が入射すると、アバランシェ倍増による電子倍増動作により、１つの電気パルスを生成する。ＳＰＡＤは、ＡＤ変換回路を介さずに、デジタル信号である電気パルスを出力できる。
【0020】
制御回路１３は、レーザ光を走査する照射機能、反射光を検出する反射光検出機能を実行する。照射機能において、制御回路１３は、発光部１１でのレーザ光の照射および走査を制御する。反射光検出機能において、制御回路１３は、受光部１２の受光素子が出力した電気パルスの読み出しを行う。
【0021】
具体的には、制御回路１３は、レーザ光の照射に伴って、受光素子の複数の走査ラインごとに順次露光および走査する。これにより、制御回路１３は、個々の受光素子から出力された露光時間内における時刻毎の電気パルス数を検出データとして取得する。そして制御回路１３は、レーザ光の照射時刻からの経過時間と、検出データが示す露光時間内における各検出信号の検出時刻とを関連付けた検出情報を生成する。制御回路１３は、生成した検出情報を信号処理装置２０に出力する。
【0022】
信号処理装置２０は、光学センサ１０からの検出情報に基づいて、対象物体１０１の点群画像を生成する。信号処理装置２０は、制御装置であって、図１に示すように、メモリ２１およびプロセッサ２２を、少なくとも１つずつ含んで構成されるコンピュータである。メモリ２１は、コンピュータにより読み取り可能なプログラムおよびデータを非一時的に格納又は記憶する。メモリ２１は、例えば半導体メモリ、磁気媒体および光学媒体等のうち少なくとも一種類の非遷移的実体的記憶媒体（non-transitory tangible storage medium）によって実現される。メモリ２１は、後述の測距プログラムおよび画像処理プログラム等、プロセッサ２２によって実行される種々のプログラムを格納している。
【0023】
プロセッサ２２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）およびＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Computer）－ＣＰＵ等のうち少なくとも一種類を、コアとして含む。プロセッサ２２は、たとえばメモリ２１に記憶された測距プログラムに含まれる複数の命令を実行する。信号処理装置２０は、測距プログラムを実行することで、対象領域に在る対象物体１０１までの距離を測定する測距方法を実現する。また信号処理装置２０は、画像処理プログラムを実行することで、光学センサ１０の検出結果から対象物体１０１の点群画像を生成する画像処理を実行する。信号処理装置２０では、複数のプログラムおよび複数の命令をプロセッサ２２に実行させることで、複数の機能部が構築される。具体的に、信号処理装置２０は、図２に示すように機能部として、発光制御部２３、距離算出部２６、検出情報取得部２４、マルチパス判断部２７および画像生成部２５を有する。
【0024】
発光制御部２３は、発光部１１を制御する。発光制御部２３は、光学センサ１０に動作指令に与える。制御回路１３は、動作指令に基づいて、発光部１１を制御する。発光制御部２３は、発光部１１が発光する単位測定時間当たりの光パルスの数、波形形状、および発光強度を制御する。発光部１１が発光する光パルスについては、後述する。
【0025】
検出情報取得部２４は、受光部１２が得た検出情報を取得する。検出情報取得部２４は、新しく取得した検出情報について、検出された反射波の波形情報が有効か否かを判定する。例えば、検出情報取得部２４は、波形のＳ／Ｎ比の大きさ、波形の振幅等に基づいて、波形情報が有効か否かを判断する。波形情報が有効ではないと判定した場合、検出情報取得部２４は、取得した検出情報を棄却する。検出情報取得部２４は、制御サイクルごとに全ての画素について、検出情報を取得する。検出情報取得部２４は、取得した各検出情報を距離算出部２６へと逐次提供する。
【0026】
距離算出部２６は、検出情報を用いて対象物体１０１までの距離を算出する。距離算出部２６は、光パルスが対象物体１０１で反射することで発生する複数の応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出する。距離算出部２６は、具体的には、反射点までの距離を算出する。反射点は、レーザ光照射に対して対象物体１０１にて反射した点である。反射点は、反射光の出射点とも言える。距離算出部２６は、算出した反射点までの距離値を画像生成部２５に逐次提供する。
【0027】
画像生成部２５は、距離算出部２６が算出した反射点までの距離値を、三次元の座標情報に変換する。画像生成部２５は、光学系の焦点距離、受光素子の数、および受光素子の大きさ等に基づいて、三次元座標値に距離値を変換する。三次元座標値は、測距装置１００を中心とした座標系である。画像生成部２５は、全ての距離値について三次元座標系に変換し、各受光素子が対応する反射点の座標情報を含む点群画像を生成する。
【0028】
次に、発光部１１が出射する光パルスに関して、図３および図４を用いて説明する。図３の第１実施例にて示すように、出射光は、単位測定時間当たりに発光強度および波形形状が互いに異なり、かつ発光時間が互いに異なる、複数、本実施形態では２つの光パルスを有する点に特徴を有する。単位測定時間は、１つのヒストグラムの生成時間である。単位測定時間は、光を出射してから反射光を受光するために設定される時間である。単位測定時間は、たとえば測距上限に基づいて設定される。第１実施例では、前段の光パルスの発光強度が、後段の光パルスの発光強度をよりも大きい。また前段の光パルスと後段の光パルスとは、発光時間が重複しておらず、時間的にずれている。以下、前段の光パルスを第１出射パルス４１、後段の光パルスを第２出射パルス４２と言うことがある。また第１実施例では、第１出射パルス４１と第２出射パルス４２とは、波形形状が異なる点にも特徴を有する。第２出射パルス４２は、第１出射パルス４１よりも偏平な形状を有し、左右非対称である。これに対して、第１比較例では、単位測定時間当たりに１つの光パルスだけである。
【0029】
また図４に示すように、発光時間は各画素に割り当てられる。そして全画素において、同じ発光パターンとなるように発光制御される。発光パターンは、単位測定時間当たりの光パルスの数、光パルスの発光強度および光パルスの波形形状の組み合わせである。したがって、たとえばある第１画素ｐ用の期間と、別の第２画素ｐ＋１用の期間において、それぞれ同じ発光パターンとなるように制御される。前述のように１ヒストグラムの生成時間内に２つの光パルスを有し、その発光を、複数回、たとえばＮ回行う。
【0030】
次に、反射光の応答パルスに関して、図５～図７を用いて説明する。前述のように出射光が２つの光パルスを有するので、理想的な条件では、反射光も図５に示すように、２つの応答パルスを有する。以下、前段の応答パルスを第１応答パルス４３、後段の応答パルスを第２応答パルス４４と言うことがある。
【0031】
図５～図７では、縦軸は応答パワーを示す。応答パワーは、光強度に対応する。本実施形態では、受光素子はＳＰＡＤであるので、応答パワーは応答数に対応する。受光部１２は、光の粒子である光子１個以上が画素に入射すると、あたかも雪崩のような増倍によって1個の大きな電気パルス信号を出力するＳＰＡＤを画素ごとに並べた構造を有する。光子１個から多くの電子に増倍させることができるので、光子１個から検出することができ、出力した電気パルス信号の数が応答数となる。
【0032】
距離を検出する場合には、各応答パルスのピーク値の検出時刻を用いることが望ましい。出射光の各光パルスのピーク値と、各応答パルスのピーク値との時間差によって、距離を高精度に算出することができるからである。図４に示すように、サンプリングによってピーク値を求める。制御回路１３は、各サンプリングにおいて、各受光素子から出力された電気パルス数をカウントする。そして制御回路１３は、サンプリング毎の電気パルス数を記録したヒストグラムを生成する。ヒストグラムの各階級は、発光部１１の出射時刻からサンプリング毎の経過時間である光の飛行時間（Time of Flight，ＴＯＦ）を示している。したがってサンプリング周波数がＴＯＦ測定の時間分解能に相当する。
【0033】
サンプリングによってピーク値が検出できた場合は、図５に示すように、ピーク値を用いて距離を算出する。また図６に示すように、第１応答パルス４３では飽和しているので、ピーク値が高精度に検出できないので、第２応答パルス４４のピーク値を用いて距離を算出する。
【0034】
図６に示すような飽和は、各受光素子の受光強度に関する上限値を意味する。各受光素子がＳＰＡＤである場合、各受光素子におけるＳＰＡＤの応答数に応じた受光強度が取得される。仮に、飽和した第１応答パルス４３で距離を算出する場合は、たとえば最大応答数のときのサンプリング時刻をピーク値とみなして、距離を算出する。
【0035】
また図７は、出射光は、１ヒストグラムの生成時間内に２つの光パルスを有し、その発光を、Ｎ＝１回行った場合の応答パルスの一例である。Ｎ＝１の場合、飽和する最大応答数は、図６の場合よりも小さくなる。そしてＮ＝１の場合であっても応答パワーにはピーク値または飽和が発生するので、Ｎ＝１であっても距離を算出することができる。
【0036】
次に、飽和の判定方法に関して説明する。飽和しているか否かは、サンプリング値を用いて判断することができる。たとえば（１）所定のＫ１個以上の最大応答数がある場合、（２）所定のＫ２個以上の最大応答数があり、かつ半値幅が所定のＴ１［ｎｓ］以上である場合、および（３）Ｋ３個以上の最大応答数があり、かつ裾幅が所定のＴ２［ｎｓ］以上である場合に飽和と判断する。（１）～（３）の判定条件は、個別に用いてもよく、これらを組み合わせて判断してもよい。またＫ１、Ｋ２およびＫ３の値は、それぞれ異なっていてもよく、同じであってもよい。またＴ１およびＴ２の値も、異なっていてもよく、同じであってもよい。これらの値は、たとえば事前の実験およびシミュレーションによって決定される。
【0037】
また反射光の応答パルスが、雑音が少ない適切な波形であるかどうか判断するために、距離算出部２６は第１応答パルス４３および第２応答パルス４４の信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）を算出する。そして算出した信号雑音比（以下、単にＳＮということがある）が所定の条件を満たす場合には、雑音が少ない適切な波形であるとする。ＳＮは、大きくなるにつれて、雑音が少ないと判断することができる。ＳＮは、次式（１）～（４）によって算出することができる。
【0038】
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【0039】
次に、距離算出部２６の具体的な処理に関して説明する。図８のフローチャートは、測距装置１００が電源投入状態において、距離算出部２６が短時間に繰り返し実行する測距プログラムの処理である。図８では、第１応答パルス４３をエコーＡと称し、第２応答パルス４４をエコーＢと称する。
【0040】
ステップＳ１では、エコーＡが飽和しているか否かを判断し、飽和している場合には、ステップＳ２に移り、飽和していない場合には、ステップＳ１０に移る。ステップＳ２では、エコーＢが飽和しているか否かを判断し、飽和している場合には、ステップＳ３に移り、飽和していない場合には、ステップＳ５に移る。飽和の判定には、前述した飽和の判定方法を用いる。
【0041】
ステップＳ３では、エコーＡおよびエコーＢが共に飽和しているので、エコーＡおよびエコーＢを用いて距離を算出し、ステップＳ４に移る。両方の応答パルスが飽和しているので、各応答パルスにて距離を算出して、平均などによって距離を算出する。ステップＳ４では、第１フラグを付与して、本フローを終了する。フラグについては後述する。
【0042】
ステップＳ５では、エコーＢのＳＮがしきい値以上であるか否かを判断し、しきい値以上である場合には、ステップＳ６に移り、しきい値以上でない場合には、ステップＳ８に移る。ステップＳ８では、エコーＢは飽和しておらず、ＳＮにおける信頼度も高いので、エコーＢを用いて距離を算出し、ステップＳ７に移る。ステップＳ７では、第２フラグを付与して、本フローを終了する。
【0043】
ステップＳ８では、エコーＢは飽和していないが、ＳＮにおける信頼度が低いので、飽和したエコーＡを用いて距離を算出し、ステップＳ９に移る。ステップＳ９では、第３フラグを付与して、本フローを終了する。
【0044】
ステップＳ１０では、エコーＡが飽和していないので、エコーＢのＳＮがしきい値以上であるか否かを判断し、しきい値以上である場合には、ステップＳ１１に移り、しきい値以上でない場合には、ステップＳ１３に移る。ステップＳ１１では、エコーＡおよびエコーＢは飽和しておらず、エコーＢのＳＮにおける信頼度も高いので、エコーＡおよびエコーＢを用いて距離を算出し、ステップＳ１２に移る。第１出射パルス４１の方が、発光強度が大きいので、第１出射パルス４１に基づくエコーＡが飽和していない場合は、第２出射パルス４２に基づくエコーＢは飽和していないと推定している。ステップＳ１２では、第４フラグを付与して、本フローを終了する。
【0045】
ステップＳ１３では、エコーＡが飽和していないが、エコーＢのＳＮがしきい値以上でないので、エコーＡのＳＮがしきい値以上であるか否かを判断し、しきい値以上である場合には、ステップＳ１４に移り、しきい値以上でない場合には、ステップＳ１６に移る。ステップＳ１４では、エコーＡおよびエコーＢは飽和していないが、エコーＢのＳＮにおける信頼度が低く、エコーＡのＳＮにおける信頼度が高いので、エコーＡだけを用いて距離を算出し、ステップＳ１５に移る。ステップＳ１５では、第５フラグを付与して、本フローを終了する。
【0046】
ステップＳ１６では、エコーＡおよびエコーＢは飽和していないが、エコーＡおよびエコーＢのＳＮにおける信頼度が低いので、対象物体１０１が無いと判断し、ステップＳ１７に移る。ステップＳ１７では、第６フラグを付与して、本フローを終了する。
【0047】
このようにエコーＡおよびエコーＢの飽和の有無、エコーＡおよびエコーＢのＳＮによる信頼度の有無に応じて、６つの距離算出パターンに分けられる。またそれぞれのパターンにおいて、異なるフラグが付与される。
【0048】
第１フラグから第６フラグは、エコーＡおよびエコーＢに関する応答パルス情報である。応答パルス情報は、各エコーの検出タイミング、受光強度およびＳＮなど情報を含む。本実施形態では、応答パルス情報は、６つフラグによって示されている。第１フラグから第６フラグは、対象物体１０１からの反射強度の大まかなクラス分け情報として後段処理で使用するために付与される。第１フラグから第６フラグの順番で、反射強度が弱くなる。たとえば、第１フラグでは、エコーＡおよびエコーＢが飽和しているので、反射強度が最も強く、対象物体１０１が高輝度物体である可能性が高いので、飽和したエコーＡおよびエコーＢを用いて距離を算出している。
【0049】
図８に示すように、距離算出部２６は、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、受光部１２の検出上限未満にピーク値を有する応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出する。検出上限未満にピーク値を有する応答パルスとは、飽和していない応答パルスと同義である。具体的には、図８のステップＳ６、ステップＳ１１およびステップＳ１４に示すように、エコーＡおよびエコーＢが飽和していない場合には、飽和していない応答パルスを用いて距離を算出する。距離の測定精度を向上するためである。
【0050】
また図８に示すように、距離算出部２６は、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、受光部１２の検出上限未満にピーク値を有する応答パルスであり、かつ信号雑音比が所定の信頼値よりも大きい応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出する。具体的には、図８のステップＳ６、ステップＳ１１およびステップＳ１４に示すように、ＳＮがしきい値以上の場合に距離を算出する。ノイズが少ない応答パルスを用いて、距離の測定精度を向上するためである。
【0051】
さらに図８に示すように、距離算出部２６は、検出情報に含まれる複数の応答パルスのうち、受光部１２の検出上限未満にピーク値を有する応答パルスがない場合には、検出情報に含まれる全ての応答パルスの検出タイミングを用いて距離を算出する。具体的には、図８のステップＳ３に示すように、エコーＡおよびエコーＢが飽和しているので、エコーＡおよびエコーＢを用いて距離を算出する。飽和しているエコーでは、検出精度は低下するが、２つのエコーを用いることで、検出精度の低下を抑制することができる。
【0052】
次に応答パルスの形状に関して説明する。図９に示すように、第１実施例の出射光は、第１出射パルス４１と第２出射パルス４２の形状が異なり、第２比較例の出射光は、第１出射パルス４１と第２出射パルス４２の形状が相似形である。換言すると、発光制御部２３は、単位測定時間当たりに複数の異なる発光強度であり、かつ同じ波形形状を有する光パルスを発光部１１が照射するように制御する。ここで同じ波形形状には、相似形も含む。
【0053】
第１実施例および第２比較例では、シングルパスであれば、反射光は出射光と同じ形状となる。これに対してマルチパスの場合は、図９に示すように、第１実施例では反射光と出射光が異なる。具体的には、マルチパス判断部２７は、検出情報に含まれる複数の応答パルスと、発光部１１が照射した複数の光パルスとを、時系列順に波形形状についてそれぞれ比較する。時系列順とは、具体的には、複数の応答パルスを受光した順番と複数の光パルスを照射した順番とを用いて、同じ順番の応答パルスと光パルスとの波形形状についてそれぞれ比較する。したがって１番目に照射した光パルスと１番目に受光した応答パルスの波形形状について比較し、２番目に照射した光パルスと２番目に受光した応答パルスの波形形状について比較する。そしてマルチパス判断部２７は、マルチパスの有無を判断する。第１実施例では、マルチパスの場合、第１出射パルス４１と第１応答パルス４３の波形形状は同じであり、第２出射パルス４２と第２応答パルス４４の波形形状は異なる。第２比較例では、マルチパスの場合、第１出射パルス４１と第１応答パルス４３の波形形状は同じであり、さらに第２出射パルス４２と第２応答パルス４４の波形形状も同じである。
【0054】
したがってマルチパス判断部２７は、マルチパスであるか否かを第１実施例の出射光によって判断することができる。これはマルチパスの場合、破線で示す迂回経路５２の反射光では、経路長が長いので、受光部１２に到達するのが遅れて、実線で示す最短経路５１の第２応答パルス４４よりも、破線で示す迂回経路５２の第１応答パルス４３ａが早く到達する場合があるからである。
【0055】
次に、マルチパス判断部２７の波形の類似判定に関して説明する。マルチパス判断部２７は、２つのパルスの波形形状が同じであるか否かは、たとえば（１）パルスの面積（総和）の差分がある値の範囲内、（２）パルスの面積（総和）の比がある値の範囲内、（３）パルスのピーク高さの差がある値の範囲内、（４）パルス幅の差がある値の範囲内、（５）パルスの裾幅の差がある値の範囲内の場合に同じと判定する。したがって波形が同じとは、完全同一に限るものではなく、一定の類似する範囲も含む。（１）～（５）の類似判定条件は、個別に用いてもよく、これらを組み合わせて判断してもよい。
【0056】
図１０は、マルチパスが発生する要因の一例を説明する図である。図１０に示すように、後方の車両が測距装置１００を搭載しており、前方の車両に向けて光を照射した場合、経路上に水溜まりがあるときには、水溜まりにて反射する迂回経路５２が発生する。水溜まりは、対象領域の外に位置するので範囲外物体１０３である。このような迂回経路５２に起因して、応答パルスに影響がある。図１０に示すようなマルチパスが発生した場合、前述のようにマルチパスであることが判断できれば、マルチパスに関する情報と距離情報とを出力することができる。これによって他の制御装置は、マルチパスに関する情報、および前方車両までの距離情報から、濡れた路面であることを推定する推定精度を向上することができる。
【0057】
マルチパスの他に応答パルスに影響を与える他の要因として、たとえば内部反射がある。しかし、内部反射によるエコー（クラッタ）は、発生する可能性がマルチパスの発生より低いか、または内部反射によるエコーは別途除去することができる。したがってマルチパスの有無を検出する方が内部反射のエコーへの対応よりも重要である。またマルチパスとして、最短経路５１と迂回経路５２の２個の経路が発生することが多く、３個以上の経路が発生する可能性は低い。したがって発生するマルチパスは２個と仮定し、マルチパスの有無を判断する。
【0058】
次に、有効エコー数が１個から４個の場合に関して、それぞれ説明する。有効エコー数とは、検出情報に含まれる応答パルスの内、飽和しておらず、かつ雑音が少ない適切な波形を有する応答パルスの数である。第１実施例のように２個の光パルスを出射した場合、通常の最短経路５１における応答パルスが２個となり、迂回経路５２における応答パルスが２個となる場合が、応答パルスが最大に検出した場合である。したがって本実施形態では、最大の有効エコー数は４個となる。
【0059】
図１１を用いて、有効エコー数に応じた処理に関して説明する。図１１に示すフローチャートは、有効エコー数のカウント後、マルチパス判断部２７によって実行される。ステップＳ２１では、有効エコー数が０個であるか否かを判断し、０個の場合はステップＳ２２に移り、０個でない場合は、ステップＳ２４に移る。ステップＳ２２では、有効エコー数が０個であるので、対象物体１０１が無しと判断し、ステップＳ２３に移る。
【0060】
ステップＳ２４では、有効エコー数が１個であるか否かを判断し、１個の場合はステップＳ２５に移り、１個でない場合は、ステップＳ２６に移る。ステップＳ２５では、有効エコー数が１個であるので、マルチパス無しと判断し、ステップＳ２３に移る。
【0061】
図１１は有効エコー数が１個の場合の波形の一例である。図１２に示すように、有効エコー数が１個の場合は、第１応答パルス４３のみであり、第２応答パルス４４がない場合である。この場合は、対象物体１０１が遠いためか、第２応答パルス４４が返ってきていないので、マルチパスは無しと判断することができる。
【0062】
ステップＳ２６では、有効エコー数が２個であるか否かを判断し、２個の場合はステップＳ２７に移り、２個でない場合は、ステップＳ２８に移る。ステップＳ２７では、有効エコー数が２個であるので、後述する有効エコー数２の処理を実行し、ステップＳ２３に移る。
【0063】
ステップＳ２８では、有効エコー数が３個であるか否かを判断し、３個の場合はステップＳ２９に移り、３個でない場合は、ステップＳ２１０に移る。ステップＳ２９では、有効エコー数が３個であるので、後述する有効エコー数３の処理を実行し、ステップＳ２３に移る。
【0064】
ステップＳ２１０では、有効エコー数が４個であるか否かを判断し、４個の場合はステップＳ２１１に移り、４個でない場合は、ステップＳ２１２に移る。ステップＳ２１１では、有効エコー数が４個であるので、後述する有効エコー数４の処理を実行し、ステップＳ２３に移る。ステップＳ２１２では、有効エコー数が５個以上であるので、エラーと判断し、ステップＳ２３に移る。
【0065】
ステップＳ２３では、各フラグを付与し、本フローを終了する。各フラグとは、ステップＳ２３に至る処理で設定されたマルチパスフラグ、または物体無し、マルチパス無しおよびエラーなどの判断結果に対応するフラグである。これによって各ケースにおいて、異なるフラグが設定される。したがってフラグを参照することで、マルチパスの判断処理における判断材料を他の装置に出力することができる。またフラグとすることで、情報量を抑制することができる。換言すると、予め各フラグに対応するフラグ情報が設定されているので、フラグを指定することで、対応付けられているフラグ情報を他の装置が参照することができる。
【0066】
次に有効エコー数に対応する処理に関して図１３～図１８を用いて説明する。図１４、図１６および図１８では、迂回経路５２の応答パルスを破線で示している。また図１３、図１５および図１７では、第１出射パルス４１をテンプレＡ、第２出射パルス４２をテンプレＢ、到達時間が早い応答パルスをエコーＡ、到達時間が遅い応答パルスをエコーＢと表記している。また図１３～図１８では、マルチパスフラグをＭフラグと記載している。マルチパスフラグは、マルチパスがある場合に、マルチパスに関する情報を出力するために設定するフラグである。本実施形態では、マルチパスフラグは、予め第１マルチパスフラグから第７マルチパスフラグが設定されている。マルチパスに関する情報とは、たとえば有効エコー数、および波形の類似度、応答パルスの強度、応答パルスの到達時間である。
【0067】
まず、有効エコー数が２個の場合の処理に関して説明する。図１３に示す処理は、図１１のステップＳ２７に移ると開始される。ステップＳ３１では、複数の応答パルスと複数の出射パルスとを、時系列順に波形形状についてそれぞれ比較して、ステップＳ３２に移る。
【0068】
ステップＳ３２では、エコーＢとテンプレＢとが類似しているか否かを判断し、類似している場合は、ステップＳ３３に移り、類似していない場合は、ステップＳ３４に移る。類似しているか否かは、前述の波形の類似判定によって判断される。
【0069】
ステップＳ３３では、エコーＢとテンプレＢとが類似しているので、マルチパス無しと判断し、本フローを終了する。図１４は有効エコー数が２個の場合の波形の一例である。図１２に示すように、有効エコー数が２個の場合は、マルチパスがある場合と、マルチパスがない場合とがある。マルチパスがない場合は、第２出射パルス４２と第２応答パルス４４との波形形状は同じである。
【0070】
ステップＳ３４では、エコーＢとテンプレＡとが類似しているか否かを判断し、類似している場合は、ステップＳ３５に移り、類似していない場合は、ステップＳ３６に移る。ステップＳ３３では、エコーＢとテンプレＡとが類似しているので、マルチパス有りと判断し、第１マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。ステップＳ３６では、マルチパス有りと判断し、第２マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。
【0071】
図１４に示すように、マルチパスがある場合は、第２出射パルス４２と第２応答パルス４４との波形形状とは異なる。図１２の第１マルチパスフラグの場合は、第２応答パルス４４が第１出射パルス４１と類似形状であるので、第２応答パルス４４は迂回経路５２の応答パルスと判断する。図１２の第２マルチパスフラグの場合は、第２応答パルス４４が第１出射パルス４１と非類似形状であるので、第２応答パルス４４は迂回経路５２の応答パルスと判断する。第１マルチパスフラグの場合は、たとえば対象物体１０１が低反射物体であり、マルチパスに発生に寄与する範囲外物体１０３も低反射物の場合である。第２マルチパスフラグの場合は、たとえば対象物体１０１が通常の反射物体であり、マルチパスに発生に寄与する範囲外物体１０３も低反射物の場合である。このような範囲外物体１０３の位置および反射率によって、マルチパスにおける応答パルスの検出タイミングが異なる。
【0072】
次に、有効エコー数が３個の場合の処理に関して説明する。図１５に示す処理は、図１１のステップＳ２９に移ると開始される。ステップＳ４１では、複数の応答パルスと複数の出射パルスとを、時系列順に波形形状についてそれぞれ比較して、ステップＳ４２に移る。
【0073】
ステップＳ４２では、エコーＡとエコーＢの時間間隔が所定の設定値Ｔ３以下であるか否かを判断し、設定値Ｔ３以下である場合は、ステップＳ４３に移り、設定値Ｔ３以下でない場合は、ステップＳ４４に移る。設定値Ｔ３は、有効エコー数が３個の場合に、範囲外物体１０３が近いか否かを判断するための値である。設定値Ｔ３は、事前の実験またはシミュレーションによって設定され、第１出射パルス４１と第２出射パルス４２との時間間隔よりも小さく設定される。ステップＳ４３では、エコーＡとエコーＢとの時間間隔が設定値Ｔ３以下であるので、マルチパス有りと判断し、第３マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。
【0074】
ステップＳ４４では、エコーＢとテンプレＢとが類似しているか否かを判断し、類似している場合は、ステップＳ４５に移り、類似していない場合は、ステップＳ４６に移る。ステップＳ４３では、エコーＢとテンプレＢとが類似しているので、マルチパス有りと判断し、第４マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。ステップＳ４６では、マルチパス有りと判断し、第５マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。
【0075】
図１６に示すように、有効エコー数が３個の場合は、３パターンにわかれ、全てマルチパスがある場合となる。有効エコー数が３個であると、出射した光パルスの数よりも多いので、マルチパス有りと判断している。そして図１６の第３マルチパスフラグの場合は、最短経路５１の第１応答パルス４３と第２応答パルス４４が検出され、迂回経路５２の第１応答パルス４３ａが検出された場合である。そして最短経路５１の第１応答パルス４３、迂回経路５２の第１応答パルス４３ａ、および最短経路５１の第２応答パルス４４の順に検出されている。この場合は、範囲外物体１０３が近いと判断する要因となる。
【0076】
また図１６の第４マルチパスフラグの場合は、最短経路５１の第２応答パルス４４と迂回経路５２の第１応答パルス４３ａとが重畳した場合である。そして、最短経路５１の第１応答パルス４３、重畳パルス、迂回経路５２の第２応答パルス４４ａの順に検出されている。この場合は、範囲外物体１０３が第３マルチパスフラグの場合よりは遠いと判断する要因となる。
【0077】
さらに図１６の第５マルチパスフラグの場合は、最短経路５１の第１応答パルス４３と第２応答パルス４４が検出され、迂回経路５２の第１応答パルス４３ａが検出された場合である。そして最短経路５１の第１応答パルス４３、最短経路５１の第２応答パルス４４、および迂回経路５２の第１応答パルス４３ａの順に検出されている。この場合は、範囲外物体１０３が第４マルチパスフラグよりは遠いと判断する要因となる。
【0078】
次に、有効エコー数が４個の場合の処理に関して説明する。図１７に示す処理は、図１１のステップＳ２１１に移ると開始される。ステップＳ５１では、複数の応答パルスと複数の出射パルスとを、時系列順に波形形状についてそれぞれ比較して、ステップＳ５２に移る。
【0079】
ステップＳ５２では、エコーＡとエコーＢの時間間隔が所定の設定値Ｔ４以下であるか否かを判断し、設定値Ｔ４以下である場合は、ステップＳ５３に移り、設定値Ｔ４以下でない場合は、ステップＳ５４に移る。設定値Ｔ３は、有効エコー数が４個の場合に、範囲外物体１０３が近いか否かを判断するための値である。設定値Ｔ４は、事前の実験またはシミュレーションによって設定され、第１出射パルス４１と第２出射パルス４２との時間間隔よりも小さく設定される。
【0080】
ステップＳ５３では、エコーＡとエコーＢとの時間間隔が設定値Ｔ４以下であるので、マルチパス有りと判断し、第６マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。ステップＳ５４では、エコーＡとエコーＢとの時間間隔が設定値Ｔ４以下でないので、マルチパス有りと判断し、第７マルチパスフラグを設定し、本フローを終了する。
【0081】
図１８に示すように、有効エコー数が４個の場合は、２パターンにわかれ、全てマルチパスがある場合となる。そして図１８の第６マルチパスフラグの場合は、最短経路５１の第１応答パルス４３と第２応答パルス４４が検出され、迂回経路５２の第１応答パルス４３ａと第２応答パルス４４ａが検出された場合である。そして最短経路５１の第１応答パルス４３、迂回経路５２の第１応答パルス４３ａ、最短経路５１の第２応答パルス４４、および迂回経路５２の第２応答パルス４４ａの順に検出されている。この場合は、範囲外物体１０３が近いと判断する要因となる。
【0082】
また図１８の第７マルチパスフラグの場合は、同様に、最短経路５１の第１応答パルス４３と第２応答パルス４４が検出され、迂回経路５２の第１応答パルス４３ａと第２応答パルス４４ａが検出された場合である。そして最短経路５１の第１応答パルス４３、最短経路５１の第２応答パルス４４、迂回経路５２の第１応答パルス４３ａ、および迂回経路５２の第２応答パルス４４ａの順に検出されている。この場合は、範囲外物体１０３が第６マルチパスフラグよりは遠いと判断する要因となる。
【0083】
以上説明したように本実施形態の測距装置１００および測距方法に従えば、光パルスは単位測定時間当たりに複数の異なる波形形状を有するので、対象物体１０１からの反射があれば、受光部１２によって複数の応答パルスを得ることができる。したがって検出情報に含まれる複数の応答パルスの検出タイミングを用いて、距離を算出することができる。またマルチパス判断部２７は、複数の応答パルスと複数の光パルスとを、時系列順に波形形状についてそれぞれ比較して、マルチパスの有無を判断する。マルチパスが無い場合には、光パルスと応答パルスとの時系列順の波形形状は類似するので、マルチパスの有無、また迂回経路５２の応答パルスはどれかを判断することができる。したがって最短経路５１の応答パルスによって距離を測定することができるので、測定精度に優れる測距装置１００および測距方法を実現することができる。
【0084】
また本実施形態では、マルチパス判断部２７は、発光部１１が単位測定時間当たりに照射する光パルスの数よりも、検出情報に含まれる応答パルスの数が多い場合に、マルチパス有りと判断する。図１１などで説明したように、たとえば出射パルスが２個の場合は、応答パルスの数が３個以上の場合は、マルチパス有りと判断する。マルチパスがない場合は、応答パルスは２個以下になるはずだからである。これによって、波形形状の類似可否とあわせて、マルチパスの有無を判断することができる。
【0085】
さらに本実施形態では、マルチパス判断部２７は、応答パルスの数が２個以上であり、かつ２番目の光パルスの波形形状と２番目の応答パルスの波形形状とが異なる場合には、マルチパス有りと判断する。図９などで説明したように、第１出射パルス４１と第２出射パルス４２の波形形状が異なるので、２番目の応答パルスの波形形状でマルチパスの有無を判断することができる。
【0086】
また本実施形態では、マルチパス判断部２７は、複数の応答パルスのうち、受光部１２の検出上限未満にピーク値を有する応答パルスを用いてマルチパスの有無を判断する。ピーク値を有する応答パルスによって、波形形状を比較するので、高精度にマルチパスの有無を判断することができる。
【0087】
さらに本実施形態では、マルチパス判断部２７は、複数の応答パルスのうち、信号雑音比が所定の信頼値以上の応答パルスのみを光パルスとの比較の対象とする。これによってＳＮが信頼値よりも高く信頼性が高い応答パルスによって、波形形状を比較するので、高精度にマルチパスの有無を判断することができる。
【0088】
また本実施形態では、測距方法は、単位測定時間当たりに複数の異なる波形形状を有する光パルスを発光部１１が対象領域に向けて照射するように制御すること、対象領域からの光を検出する受光部１２が得た検出情報を取得すること、検出情報に含まれる光パルスが対象物体１０１で反射することで発生する少なくとも１つの応答パルスの検出タイミングを用いて対象物体１０１までの距離を算出すること、検出情報に含まれる複数の応答パルスと、発光部１１が照射した複数の波形形状とを、時系列順に波形形状についてそれぞれ比較してマルチパスの有無を判断することを含む。これによって前述のように高精度に距離を算出することができる。
【0089】
（第２実施形態）
次に、本開示の第２実施形態に関して、図１９を用いて説明する。本実施形態では、マルチパスの有無を判断する処理に特徴を有する。図１９を用いて、本実施形態の有効エコー数に応じた処理に関して説明する。図１９に示すフローチャートは、有効エコー数のカウント後、マルチパス判断部２７によって実行される。
次に、本開示の第２実施形態に関して、図１９を用いて説明する。本実施形態では、マルチパスの有無を判断する処理に特徴を有する。図１９を用いて、本実施形態の有効エコー数に応じた処理に関して説明する。図１９に示すフローチャートは、有効エコー数のカウント後、マルチパス判断部２７によって実行される。
【0090】
ステップＳ６１では、有効エコー数が０個であるか否かを判断し、０個の場合はステップＳ６２に移り、０個でない場合は、ステップＳ６４に移る。ステップＳ６２では、有効エコー数が０個であるので、対象物体１０１が無しと判断し、ステップＳ６３に移る。
【0091】
ステップＳ６４では、有効エコー数が１個であるか否かを判断し、１個の場合はステップＳ６５に移り、１個でない場合は、ステップＳ６６に移る。ステップＳ６５では、有効エコー数が１個であるので、マルチパス無しと判断し、ステップＳ６３に移る。
【0092】
ステップＳ６６では、有効エコー数が２個であるか否かを判断し、２個の場合はステップＳ６７に移り、２個でない場合は、ステップＳ６１０に移る。ステップＳ６７では、エコーＢとテンプレＢとが類似しているか否かを判断し、類似している場合は、ステップＳ６８に移り、類似していない場合は、ステップＳ６９に移る。
【0093】
ステップＳ６８では、エコーＢとテンプレＢとが類似しているので、マルチパス無しと判断し、ステップＳ６３に移る。ステップＳ６９では、エコーＢとテンプレＢとが類似していないので、マルチパス有りと判断し、ステップＳ６３に移る。ステップＳ６１０では、有効エコー数が３個以上であるので、マルチパス有りと判断し、ステップＳ６３に移る。
【0094】
ステップＳ６３では、各フラグを付与し、本フローを終了する。本実施形態の各フラグとは、ステップＳ６３に至る処理で設定されたフラグ、または物体無し、マルチパス無し、マルチパス有り、および有効エコー数に対応するフラグである。
【0095】
このように本実施形態では、有効エコー数と波形形状の類否判断によって、５つのケースに分類している。前述の図１１に示すフローチャートでは、サブルーチンの処理も含めると１１個のケースに分類しているに対して、本実施形態では５つケースに分類しているので処理を簡素化することができる。
【0096】
したがって本実施形態では、第１実施形態よりも簡素な処理で、マルチパスの有無を判断することができる。これによって処理を高速化、および処理による負担を軽減することができる。
【0097】
（その他の実施形態）
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【0098】
前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本開示の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本開示の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【0099】
前述の第１実施形態では、出射光の光パルスは大小の２つであったが、２つに限るものではなく、３つ以上であってもよい。また出射光の光パルスの発光強度は同じであってもよい。また受光部１２は、ＳＰＡＤを用いた構成であったが、ＳＰＡＤに限るものではなく、ＣＭＯＳセンサなど他のイメージセンサであってもよい。
【0100】
前述の第１実施形態において、信号処理装置２０によって実現されていた機能は、前述のものとは異なるハードウェアおよびソフトウェア、またはこれらの組み合わせによって実現してもよい。信号処理装置２０は、たとえば他の制御装置と通信し、他の制御装置が処理の一部または全部を実行してもよい。信号処理装置２０が電子回路によって実現される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって実現することができる。具体的には、信号処理装置２０は、車両の自己位置を推定するロケータのＥＣＵであってもよい。信号処理装置２０は、車両の高度運転支援または自動運転を制御するＥＣＵであってもよい。信号処理装置２０は、車両と外界との間の通信を制御するＥＣＵであってもよい。
【0101】
また信号処理装置２０は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＮＰＵ（Neural network Processing Unit）及び他の専用機能を備えたＩＰコア等をさらに含む構成であってよい。こうした信号処理装置２０は、プリント基板に個別に実装された構成であってもよく、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）及びＦＰＧＡ等に実装された構成であってもよい。
【0102】
前述の第１実施形態では、測距装置１００は車両で用いられているが、車両に搭載された状態に限定されるものではなく、少なくとも一部が車両に搭載されていなくてもよい。
【符号の説明】
【0103】
１０…光学センサ １１…発光部 １２…受光部 １３…制御回路 １４…画素
２０…信号処理装置 ２１…メモリ ２２…プロセッサ ２３…発光制御部
２４…検出情報取得部 ２５…画像生成部 ２６…距離算出部
２７…マルチパス判断部 ３０…車載ＥＣＵ ４１…第１出射パルス
４２…第２出射パルス ４３…第１応答パルス ４４…第２応答パルス
５１…最短経路 ５２…迂回経路 １００…測距装置 １０１…対象物体
１０３…範囲外物体
２０…信号処理装置 ２１…メモリ ２２…プロセッサ ２３…発光制御部
２４…検出情報取得部 ２５…画像生成部 ２６…距離算出部
２７…マルチパス判断部 ３０…車載ＥＣＵ ４１…第１出射パルス
４２…第２出射パルス ４３…第１応答パルス ４４…第２応答パルス
５１…最短経路 ５２…迂回経路 １００…測距装置 １０１…対象物体
１０３…範囲外物体
【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】