(57)【要約】  主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列を投光する投光部と、基準パルス組列が測定対象物により反射された反射パルス組列を受光する受光部と、基準パルス組列に対応する反射パルス組列を識別する識別部と、基準パルス組列と該基準パルス組列に対応する反射パルス組列との遅延時間差に基づいて、測定対象物までの距離を算出する算出部とを備え、投光部は、異なるパルス間隔を有する複数の基準パルス組列を投光するように構成された測距装置である。
2017134707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列を投光する投光部と、  前記基準パルス組列が測定対象物により反射された反射パルス組列を受光する受光部と、  前記基準パルス組列に対応する前記反射パルス組列を識別する識別部と、  前記基準パルス組列と該基準パルス組列に対応する反射パルス組列との遅延時間差に基づいて、前記測定対象物までの距離を算出する算出部と  を備え、  前記投光部は、異なるパルス間隔を有する複数の前記基準パルス組列を投光するように構成された  測距装置。
【請求項２】
前記投光部から投光された基準パルス組列を受光する他の受光部を備える  請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記受光部が反射パルス組列を受光したタイミングを取得する第１計時部と、  前記他の受光部が基準パルス組列を受光したタイミングを取得する第２計時部とを備える  請求項２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記パルス間隔が記憶される記憶部を備え、  前記識別部は、前記記憶部に記憶されているパルス間隔を参照して前記基準パルス組列に対応する前記反射パルス組列を識別する  請求項１に記載の測距装置。
【請求項５】
前記パルス間隔が可変とされた  請求項１に記載の測距装置。
【請求項６】
前記算出部により算出された距離にエラーが含まれているか否かを検出するエラー検出部を備える  請求項１に記載の測距装置。
【請求項７】
前記エラー検出部によりエラーが検出された場合に、前記投光部は、複数の前記基準パルス組列におけるパルス間隔を変更する  請求項６に記載の測距装置。
【請求項８】
前記投光部から前記識別部に対して、少なくとも前記パルス間隔を示す情報が供給されるように構成された  請求項１に記載の測距装置。
【請求項９】
投光部が、主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列を投光し、  受光部が、前記基準パルス組列が測定対象物により反射された反射パルス組列を受光し、  識別部が、前記基準パルス組列に対応する前記反射パルス組列を識別し、  算出部が、前記基準パルス組列と該基準パルス組列に対応する反射パルス組列との遅延時間差に基づいて、前記測定対象物までの距離を算出し、  前記投光部は、異なるパルス間隔を有する複数の前記基準パルス組列を投光する  測距方法。
【請求項１０】
主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列が測定対象物により反射された反射パルス組列を受光する受光部と、  異なるパルス間隔を有する複数の前記基準パルス組列のうち、所定の基準パルス組列に対応する反射パルス組列を識別する識別部と  を備える信号処理装置。
【請求項１１】
前記基準パルス組列と該基準パルス組列に対応する反射パルス組列との遅延時間差に基づいて、前記測定対象物までの距離を算出する算出部を備える  請求項１０に記載の信号処理装置。
【請求項１２】
光学的な測距を行うためのパルス光を投光する投光装置であって、  主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列を投光するように構成され、且つ、異なるパルス間隔を有する複数の前記基準パルス組列を投光するように構成された投光部を備える  投光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本開示は、測距装置、測距方法、信号処理装置および投光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  測定対象物に対して光パルスを照射し、その反射光が戻るまでの時間を測定することにより測定対象物までの距離を計測する測距装置が提案されている（例えば、特許文献１参照のこと）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５１６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  このような測距装置の分野では、誤った距離が算出されることを防止し、より高精度に距離を算出することが望まれている。【０００５】  したがって、本開示は、より高精度に距離を測定することが可能な測定装置、測距方法、信号処理装置および投光装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上述の課題を解決するために、本開示は、例えば、  主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列を投光する投光部と、  基準パルス組列が測定対象物により反射された反射パルス組列を受光する受光部と、  基準パルス組列に対応する反射パルス組列を識別する識別部と、  基準パルス組列と該基準パルス組列に対応する反射パルス組列との遅延時間差に基づいて、測定対象物までの距離を算出する算出部と  を備え、  投光部は、異なるパルス間隔を有する複数の基準パルス組列を投光するように構成された  測距装置である。【０００７】  本開示は、例えば、  投光部が、主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列を投光し、  受光部が、基準パルス組列が測定対象物により反射された反射パルス組列を受光し、  識別部が、基準パルス組列に対応する反射パルス組列を識別し、  算出部が、基準パルス組列と該基準パルス組列に対応する反射パルス組列との遅延時間差に基づいて、測定対象物までの距離を算出し、  投光部は、異なるパルス間隔を有する複数の基準パルス組列を投光する  測距方法である。【０００８】  本開示は、例えば、  主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列が測定対象物により反射された反射パルス組列を受光する受光部と、  異なるパルス間隔を有する複数の基準パルス組列のうち、所定の基準パルス組列に対応する反射パルス組列を識別する識別部と  を備える信号処理装置である。【０００９】  本開示は、例えば、  光学的な測距を行うためのパルス光を投光する投光装置であって、  主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列を投光するように構成され、且つ、異なるパルス間隔を有する複数の基準パルス組列を投光するように構成された投光部を備える  投光装置である。
【発明の効果】
【００１０】  本開示の少なくとも一の実施形態によれば、より高精度に距離を測定することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、例示された効果により本開示の内容が限定して解釈されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態に係る測距装置の構成例を説明するためのブロック図である。
【図２】図２は、パルス光のプロファイルの一例を示す図である。
【図３】図３Ａ乃至図３Ｃは、第１実施形態に係る測距装置の動作例等を説明するための図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る測距装置の変形例を説明するためのブロック図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る測距装置の変形例を説明するためのブロック図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る測距装置の構成例を説明するためのブロック図である。
【図７】図７は、測距結果に生じうるエラーの一例を説明するための図である。
【図８】図８は、測距結果に生じうるエラーの一例を説明するための図である。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは、第３実施形態に係る測距装置の構成例等を説明するための図である。
【図１０】図１０Ａおよび図１０Ｂは、第３実施形態に係る測距装置の変形例等を説明するための図である。
【図１１】図１１は、変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下、本開示の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。＜１．第１実施形態＞＜２．第２実施形態＞＜３．第３実施形態＞＜４．変形例＞  以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
【００１３】「一般的な測距装置について」  本開示の実施形態の説明に先立ち、一般的な測距装置について説明する。なお、本明細書では、例えば、光学的な方法により測距がなされる装置を例にした説明がなされる。
【００１４】  一般的な測距装置では、距離を測定する対象である測定対象物に対して基準パルス光が照射され、その反射パルス光が受光されるまでに要する飛行時間(TOF: Time OF Flight)の計測がなされる。測距誤差の低減や静止物の多点測距、動体物に対する測距の目的のため、測距装置においては、パルス光が繰り返されて投光され測距が繰り返されて行われる。
【００１５】  基準パルス光は測定対象物に対して繰り返し照射され、各基準パルス光に対応し起源を同じくする反射パルス光が受光されるまでに要する時間Δｔ（ｓ（秒））が順次計測される。測定対象物までの距離によって反射パルス光の受光までに要する時間Δｔは変化し、測定対象物までの距離が大きくなるほど時間Δｔは大きくなる。
【００１６】  ここで測定対象物までの距離をＬ（ｍ（メートル））とすると、反射パルス光は投光源から測定対象物までの２Ｌの距離を進むことになる。これに要する時間Δｔは、基準パルス光が照射された時間（以下、基準時間と適宜称する）からの差分として、光速ｃ（ｍ／ｓ）を用いて、２Ｌ／ｃと表現することができる。よって、正確なΔｔを得ることができれば、ｃ×Δｔ／２により正確なＬを求めることができる。
【００１７】  一方で、基準パルス光が出力される繰り返しの周波数をｆ（Ｈｚ（ヘルツ））とすると、その周期は１／ｆ（ｓ）となる。２Ｌ／ｃ＜１／ｆの関係が成り立つ場合、すなわち、反射パルス光の受光時間が、基準パルス光が出力される繰り返しの周期よりも小さい場合には、測距は問題なく順次行われる。
【００１８】  また、２Ｌ／ｃ＞１／ｆの関係が成り立つ場合、すなわち、反射パルス光の受光時間が、基準パルス光が出力される繰り返しの周期よりも大きい場合でも、基準パルス光および反射パルス光を検出した順番にカウントし、同一番号のパルス光同士を対応付け、そのパルス光同士の間隔Δｔを求めることで距離を適切に算出ことが可能である。しかしながら、測距対象物までの距離が急に変化する等の場合には、検出される反射パルス光の順番が入れ替わる場合ある。例えば、基準パルス光ＳＰ１、ＳＰ２が順に出射なされたとする。そして、所定位置にある測距対象物に対して基準パルス光ＳＰ１が照射され、その反射光として反射パルス光ＲＰ１が戻り、所定位置より近い位置に動いた測距対象物に対して基準パルス光ＳＰ２が照射され、その反射光として反射パルス光ＲＰ２が戻ったとする。反射パルス光ＲＰ１が戻るまでに要する時間は反射パルス光ＲＰ２が戻るまでの時間より要するので、反射パルス光ＲＰ２が先に検出される場合がある。すなわち、検出される反射パルスの順番が入れ替わってしまうため、基準パルス光と当該基準パルス光に対応する反射パルス光との正確な対応付けが困難となり、正確なΔｔを得ることができない。結果として、適切な測距を行うことが不可能となり、誤った測距結果（誤測距）が誘発されるおそれがある。これらの理由から、一般的な測距装置では測定対象物までの距離（測距レンジ）は、基準パルス光が出力される繰り返しの周期ｆにより制限されてしまう。以上の点を踏まえ、本開示の実施形態等について説明する。
【００１９】＜１．第１実施形態＞「測距装置の構成例」  図１は、本開示の第１実施形態に係る測距装置（測距装置１）の構成例を説明するためのブロック図である。測距装置１は、例えば、投光部の一例である投光ユニット５と、第１計測ユニット１０と、第２計測ユニット２０と、識別部３０と、算出部４０と、記憶部の一例であるルックアップテーブル５０とを備えている。
【００２０】  投光ユニット５は、例えば、投光部５ａと制御部５ｂとを備えている。投光部５ａは、例えば、半導体レーザと半導体レーザを駆動するレーザダイオードドライバとを備えている。レーザダイオードドライバからパルス電流が間欠的に注入されることで半導体レーザからパルス光が出射される。一例として、半導体レーザに半値幅１．５ｎｓ（ナノ秒）の電流パルスを注入した時に得られるパルス光のプロファイルが図２に示されている。これは半値幅１５０ｐｓ（ピコ秒）程度のパルス光であり、注入した電流パルスの半値幅よりも十分に小さいパルス光である。
【００２１】  制御部５ｂは、投光部５ａにおけるレーザダイオードドライバが電流注入するタイミングを管理する。これにより投光ユニット５からは、任意の時間間隔をもつ基準パルス組列が測定対象物ＭＴに投光（照射）される。例えば、投光部５ａを半導体レーザとレーザダイオードドライバで構成した場合には、任意の時間間隔ｔｉでレーザダイオードドライバを動作させることにより、パルス間隔ｔｉのパルス組列を形成することができる。ただし、本例における電流パルス幅は１．５ｎｓであるからｔｉ＞１．５ｎｓになる。なお、パルス組列（基準パルス組列および反射パルス組列）の詳細については後述する。
【００２２】  第１計測ユニット１０は、例えば、第１受光部１０１と第１計時部１０２とを備えている。第１受光部１０１は、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオード、シングルフォトンアバランシェダイオードなどの受光素子であり、受光素子に入力される入力光の強度に応じて当該受光素子から出力される出力信号(以下、受光信号と適宜称する)の強度も変化する素子である。第１受光部１０１は、投光ユニット５から投光された基準パルス組列が測定対象物ＭＴにより反射された反射パルス組列を受光するように構成されている。
【００２３】  第１計時部１０２は、第１受光部１０１が反射パルス組列における個々のパルスを受光したタイミングを取得する。例えば、第１計時部１０２は、所定の検出閾値をもつコンパレータ等の２値化回路を使用して受光信号のレベル(信号強度)が閾値を超えたタイミングを、第１受光部１０１が反射パルス組列における個々のパルスを受光したタイミングとして取得する。このような第１計時部１０２としては、ＴＤＣ(Time Digital Converter)を例示することができる。もちろん、第１計時部１０２は、ＴＤＣに限定されることはない。例えば、所定の波形の減衰波形と、当該所定の波形を遅延反転させた波形とを足し合わせてゼロクロス点を検出するＣＦＤ(Constant Fraction Discriminator)等が使用されてもよい。
【００２４】  第２計測ユニット２０は、例えば、第２受光部２０１と第２計時部２０２とを備えている。第２受光部２０１は、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオード、シングルフォトンアバランシェダイオードなどの受光素子であり、受光素子に入力される入力光の強度に応じて当該受光素子から出力される受光信号の強度も変化する素子である。なお、第２受光部２０１は、第１受光部１０１と同じ受光素子でもよいし異なる受光素子であってもよい。第２受光部２０１は、投光ユニット５から投光された基準パルス組列がビームスプリッタＢＳにより反射された基準パルス組列を受光するように構成されている。
【００２５】  第２計時部２０２は、第２受光部２０１が基準パルス組列における個々のパルスを受光したタイミングを取得する。例えば、第２計時部２０２は、所定の検出閾値をもつコンパレータ等の２値化回路を使用して受光信号のレベルが閾値を超えたタイミングを、第２受光部２０１が基準パルス組列における個々のパルスを受光したタイミングとして取得する。このような第２計時部２０２としては、上述したＴＤＣやＣＦＤ等を例示することができる。
【００２６】  なお、第１計測ユニット１０および第２計測ユニット２０のそれぞれの構成は、適宜、変更可能である。例えば、第１計測ユニット１０に、第１受光部１０１から出力される受信信号を電流信号から電圧信号に変換する変換部や、受光信号のレベルを増幅する増幅部が設けられてもよい。
【００２７】  識別部３０は、マイクロコンピュータやＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等から構成されている。識別部３０は、第１、第２計測ユニット１０、２０により取得される基準パルス組列および反射パルス組列における個々のパルスを受光したタイミングに基づいて、当該基準パルス組列に対応する反射パルス組列を識別する。
【００２８】  算出部４０は、マイクロコンピュータやＦＰＧＡ等から構成されている。算出部４０は、基準パルス組列と、当該基準パルス組列に対応する反射パルス組列との遅延時間差に基づいて、測定対象物ＭＴまでの距離を算出する。なお、距離を算出する処理は、後述する１フレーム単位等、適宜なタイミングで行うことが可能である。
【００２９】  ルックアップテーブル５０は、基準パルス組列におけるパルス間隔を記憶する。ルックアップテーブル５０は識別部３０と接続されており、識別部３０がルックアップテーブル５０に記憶（格納）されている情報を参照できるように構成されている。
【００３０】「測距装置の動作例」  次に、図３Ａ乃至図３Ｃを参照して、測距装置１の動作例について説明する。始めに、基準パルス組列、反射パルス組列、パルス間隔についてそれぞれ説明する。投光ユニット５は、基準パルス組列を測定対象物ＭＴに投光する。図３Ａに示すように、基準パルス組列は、複数のパルスから成る。なお、図では、個々のパルスが幅を有する棒状のもので模式的に示されている。以下の説明では、パルス組列における先頭のパルスを主パルスと称し、先頭以外のパルスを副パルスと称する。
【００３１】  例えば、基準パルス組列ＳＰ１は、主パルスＳＰ１ａと副パルスＳＰ１ｂとの組みから成る。また、基準パルス組列ＳＰ２は、主パルスＳＰ２ａと副パルスＳＰ２ｂとの組みから成り、基準パルス組列ＳＰ３は、主パルスＳＰ３ａと副パルスＳＰ３ｂとの組みから成る。図では３つの基準パルス組列が示されているが、これに限定されるものではなく任意の数（例えば、後述するパルス間隔が１００通りの１００個）の基準パルス組列を使用することが可能である。例えば、この任意の数の基準パルス組列を１フレームとし、１フレーム目の基準パルス組列が投光された後、次のフレーム（２フレーム目）の基準パルス組列が所定の繰り返しの周期でもって投光されるようになされる。なお、以下の説明において、個々の基準パルス組列を区別する必要がない場合には、基準パルス組列ＳＰと略称する。
【００３２】  パルス間隔は、主パルスと副パルスとの時間間隔により規定される。この例では、基準パルス組列ＳＰ１のパルス間隔は主パルスＳＰ１ａと副パルスＳＰ１ｂとの時間間隔であるｔ１であり、基準パルス組列ＳＰ２のパルス間隔は主パルスＳＰ２ａと副パルスＳＰ２ｂとの時間間隔であるｔ２であり、基準パルス組列ＳＰ３のパルス間隔は主パルスＳＰ３ａと副パルスＳＰ３ｂとの時間間隔であるｔ３である。本実施形態では、これらのパルス間隔ｔ１、ｔ２およびｔ３は、異なる値（例えば、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）に設定されている。
【００３３】  基準パルス組列ＳＰが測定対象物ＭＴで反射された反射パルス組列も主パルスと副パルスとの組から成る。例えば、基準パルス組列ＳＰ１が測定対象物ＭＴで反射された反射パルス組列ＲＰ１は、主パルスＲＰ１ａと副パルスＲＰ１ｂとの組みから成る。基準パルス組列ＳＰ２が測定対象物ＭＴで反射された反射パルス組列ＲＰ２は、主パルスＲＰ２ａと副パルスＲＰ２ｂとの組みから成る。基準パルス組列ＳＰ３が測定対象物ＭＴで反射された反射パルス組列ＲＰ３は、主パルスＲＰ３ａと副パルスＲＰ３ｂとの組みから成る。図では３つの反射パルス組列が示されているが、通常は、基準パルス組列の数に対応する数の反射パルス組列が存在することになる。なお、個々の反射パルス組列を区別する必要がない場合には、反射パルス組列ＲＰと略称する。
【００３４】  次に、測距装置１の動作例について説明する。始めに、投光ユニット５から基準パルス組列ＳＰが測定対象物ＭＴに投光される。具体的には、制御部５ｂの制御にしたがって投光部５ａのレーザダイオードドライバが駆動し、投光部５ａから所定のパルス間隔を有する基準パルス組列ＳＰが投光される。なお、投光ユニット５は、例えば、一定の周期Ｔで基準パルス組列ＳＰを出射する。投光ユニット５から投光された基準パルス組列ＳＰは、ビームスプリッタＢＳで分岐され、一方が測定対象物ＭＴにより反射された後、反射パルス組列ＲＰとして第１受光部１０１により受光され、他方が第２受光部２０１により受光される。
【００３５】  続く動作の説明では、理解を容易とするために２つのケース（ケース１，ケース２）に分けて説明する。ケース１は、測定対象物ＭＴが比較的近い位置にある場合等であり、周期Ｔ内、すなわち、次の基準パルス組列ＳＰが投光されるまでの間に反射パルス組列ＲＰが受光されるケースである。ケース２は、所定の基準パルス組列ＳＰ（例えば、基準パルス組列ＳＰ２）を使用して測距される対象物のみが遠方にある場合等であり、周期Ｔ内、すなわち、次の基準パルス組列ＳＰが投光されるまでの間に反射パルス組列ＲＰが受光されないケースである。
【００３６】  始めにケース１について説明する。基準パルス組列ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３を受光することに応じて第２受光部２０１から受光信号が出力される。第２計時部２０２は、基準パルス組列ＳＰの主パルスおよび副パルスをそれぞれ受光したタイミングを取得し、取得したタイミングを識別部３０に出力する。具体的には、第２計時部２０２は、基準パルス組列ＳＰ１の主パルスＳＰ１ａおよび副パルスＳＰ１ｂをそれぞれ受光したタイミングｔｓ１、ｔｓ１'を取得し、取得したタイミングを識別部３０に出力する。また、第２計時部２０２は、基準パルス組列ＳＰ２の主パルスＳＰ２ａおよび副パルスＳＰ２ｂをそれぞれ受光したタイミングｔｓ２、ｔｓ２'を取得し、取得したタイミングを識別部３０に出力する。さらに、第２計時部２０２は、基準パルス組列ＳＰ３の主パルスＳＰ３ａおよび副パルスＳＰ３ｂをそれぞれ受光したタイミングｔｓ３、ｔｓ３'を取得し、取得したタイミングを識別部３０に出力する。
【００３７】  一方、反射パルス組列ＲＰを受光した第１受光部１０１から受光信号が出力される。第１計時部１０２は、反射パルス組列ＲＰの主パルスおよび副パルスをそれぞれ受光したタイミングを取得し、取得したタイミングを識別部３０に出力する。具体的には、第１計時部１０２は、反射パルス組列ＲＰ１の主パルスＲＰ１ａおよび副パルスＲＰ１ｂをそれぞれ受光したタイミングｔｒ１、ｔｒ１'を取得し、取得したタイミングを識別部３０に出力する。また、第１計時部１０２は、反射パルス組列ＲＰ２の主パルスＲＰ２ａおよび副パルスＲＰ２ｂをそれぞれ受光したタイミングｔｒ２、ｔｒ２'を取得し、取得したタイミングを識別部３０に出力する。さらに、第１計時部１０２は、反射パルス組列ＲＰ３の主パルスＲＰ３ａおよび副パルスＲＰ３ｂをそれぞれ受光したタイミングｔｒ３、ｔｒ３'を取得し、取得したタイミングを識別部３０に出力する。
【００３８】  ある基準パルス組列ＳＰのパルス間隔と、当該基準パルス組列ＳＰに対応する反射パルス組列ＲＰのパルス間隔とは等しい、または許容範囲の誤差を含む程度に略等しいので、下記の式（１）〜（３）が成り立つ。ｔｓ１'−ｔｓ１＝ｔｒ１'−ｔｒ１＝ｔ１  ・・・（１）ｔｓ２'−ｔｓ２＝ｔｒ２'−ｔｒ２＝ｔ２  ・・・（２）ｔｓ３'−ｔｓ３＝ｔｒ３'−ｔｒ３＝ｔ３  ・・・（３）
【００３９】  識別部３０は、ルックアップテーブル５０を参照し、ルックアップテーブル５０に記憶されているパルス間隔ｔ１、ｔ２、ｔ３を読み出す。そして、識別部３０は、基準パルス組列ＳＰにおける受光タイミングの差分を算出し、ルックアップテーブル５０から読み出したパルス間隔を有する基準パルス組列を識別する。例えば、パルス間隔ｔ１を有する基準パルス組列は基準パルス組列ＳＰ１の１組しか存在しないことから、当該基準パルス組列が基準パルス組列ＳＰ１であると識別する。
【００４０】  さらに、識別部３０は、反射パルス組列ＲＰにおける受光タイミングの差分を算出し、ルックアップテーブル５０から読み出したパルス間隔を有する反射パルス組列を識別する。例えば、パルス間隔ｔ１を有する反射パルス組列は反射パルス組列ＲＰ１の１組しか存在しないことから、当該反射パルス組列が反射パルス組列ＲＰ１であると識別する。そして、識別部３０は、当該反射パルス組列ＲＰ１が基準パルス組列ＳＰ１に対応するパルス組列であると識別する。
【００４１】  続いて、識別部３０は、基準パルス組列ＳＰ１と基準パルス組列ＳＰ１に対応する反射パルス組列ＲＰ１との遅延時間差Δｔ１（投光ユニット５から投光された基準パルス組列ＳＰ１の飛行時間）を求める。遅延時間差Δｔ１は、例えば基準パルス組列ＳＰ１における主パルスＳＰ１ａを受光したタイミングｔｓ１と、反射パルス組列ＲＰ１における主パルスＲＰ１ａを受光したタイミングｔｒ１との差分により求めることができる。互いの副パルスを受光したタイミングの差分により求めてもよい。そして、識別部３０は、求めた遅延時間差Δｔ１を算出部４０に出力する。
【００４２】  算出部４０は、遅延時間差Δｔ１に基づいて測定対象物ＭＴまでの距離を算出する。算出部４０は、例えば、遅延時間差Δｔ１に光速を乗算し、その結果を２で除算することにより測定対象物ＭＴまでの距離を算出する。算出された測定対象物ＭＴまでの距離までが算出部４０から出力され、アプリケーションに応じた使用がなされる。
【００４３】  次に、ケース２について説明する。ケース２についても同様の処理が行われる。なお、上述したケース１に関する説明と重複する説明については、概略的な説明に留める。
【００４４】  第２計測ユニット２０により基準パルス組列ＳＰにおける主パルスおよび副パルスを受光したタイミングが取得される。さらに、第１計測ユニット１０により反射パルス組列ＲＰにおける主パルスおよび副パルスを受光したタイミングが取得される。第１、第２計測ユニット１０、２０は取得したタイミングを識別部３０に出力する。
【００４５】  識別部３０は、ルックアップテーブル５０から読み出したパルス間隔ｔ１、ｔ２、ｔ３を有する基準パルス組列を識別する。例えば、識別部３０は、第１、第２計測ユニットから供給される各タイミングの差分を計測ユニット毎にすべて求め、それらの差分とパルス間隔ｔ１、ｔ２、ｔ３との間でマッチング処理を行う。なお、基準パルス組列ＳＰについては、時間的に前に受光される一対のパルスを基準パルス組列ＳＰ１と識別し、次に受光される一対のパルスを基準パルス組列ＳＰ２と識別してもよく、マッチング処理は、反射パルス組列ＲＰに対してのみ行われるようにしてもよい。
【００４６】  図３Ｃに示すように、マッチング処理によりパルス間隔がｔ２である反射パルス組列が反射パルス組列ＲＰ２であると識別される。これにより、反射パルス組列ＲＰ２とこれに対応する基準パルス組列ＳＰ２とが識別可能となり、反射パルス組列ＲＰ２に対する基準時間（この例では、基準パルス組列ＳＰ２の主パルスＳＰ２ａが受光されたタイミングであるｔｓ２）が識別可能となる。このため、識別部３０は、基準時間に対する遅延時間差Δｔ２を正確に求めることが可能となる。すなわち、反射パルス組列ＲＰの受光時間が、基準パルス組列ＳＰが出力される繰り返しの周期よりも大きい場合でも適切な遅延時間差Δｔ２を得ることができるので、後段における算出部４０にて、基準パルス組列ＳＰ２を使用して測距された測定対象物ＭＴまでの距離を適切に算出することができる。
【００４７】  なお、測定対象物ＭＴが動体物の場合、主パルスが照射されてから副パルスが照射されるまでの間に、測定対象物がその位置を変化させると、主パルスと副パルスの時間間隔は必ずしも一定に保たれない。このような場合においては、パルス組列の時間間隔は動体物の移動時間（速度）に比べて十分に小さく設定しなければならない。しかしながら、動体物の位置情報を取得するためには、動体物の移動時間（速度）に比べて十分に速い繰り返し周波数ｆ（Ｈｚ）で測距を行う必要があり、この時、主パルスと副パルスの時間間隔をその繰り返し周期１／ｆ（ｓ）内で設定するなどすれば、その誤差はほとんど無視できる。
【００４８】  以上、第１実施形態について説明した。第１実施形態によれば、測定対象物ＭＴまでの距離による制限なく、投光ユニット５からパルス組列を投光する繰り返しの周波数を高めることができる。また、１点測距においては、統計的にはＮ回の測定を行うことで、その標準誤差は√Ｎ分の１（１／√Ｎ）にすることができ飛躍的に高精度な測距が可能になる。また、投光ユニット５に走査系を設けた多点測定においては、投光ユニット５からパルス組列を投光する繰り返しの周波数を高めることができるので、高密度・高精細な２次元測距を実現することが可能となる。また、測定対象物ＭＴの距離に応じて別々のシステムを準備することが不要となる。また、大きい距離ダイナミックレンジを持つ（距離深度の大きい）対象物に対する測距が可能となる。
【００４９】「第１実施形態の変形例」  第１実施形態は、以下に例示する変形が可能である。図４は、変形例に係る測距装置１ａの構成例を示す。測距装置１ａにおいて、識別部３０と投光ユニット５における制御部５ｂとが接続されていてもよい。そして、識別部３０により読み出されたパルス間隔ｔ１等が制御部５ｂに供給される構成でもよい。そして、制御部５ｂが、識別部３０から供給されたパルス間隔ｔ１等を有する基準パルス組列ＳＰ１等が投光されるように投光部５ａを制御するようにしてもよい。
【００５０】  図５は、他の変形例に係る測距装置１ｂの構成例を示す。測距装置１ｂにおいて、パルス間隔が記述されたルックアップテーブル５０が投光ユニット５に備えられる構成でもよい。そして、ルックアップテーブル５０に記憶されているパルス間隔を制御部５ｂが読み出すことが可能な構成でもよい。制御部５ｂが、ルックアップテーブル５０から読み出したパルス間隔ｔ１等を有する基準パルス組列ＳＰ１等が投光されるように投光部５ａを制御する。また、制御部５ｂが識別部３０に対して、ルックアップテーブル５０から読み出したパルス間隔ｔ１等を供給する。図４、５に示す構成でも第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５１】＜２．第２実施形態＞  次に、第２実施形態について説明する。なお、以下の説明において同一の名称、符号については、特に断らない限り同一もしくは同質の部材を示しており、重複する説明を適宜省略する。また、第１実施形態で説明した事項は、特に断らない限り第２実施形態に適用することができる。
【００５２】  図６は、本開示の第２実施形態に係る測距装置（測距装置２）の構成例を説明するためのブロック図である。測距装置２は、測距装置１と異なる点として、例えば、エラー検出部６０を備えている。エラー検出部６０は、投光ユニット５における制御部５ｂと、算出部４０とにそれぞれ接続されている。エラー検出部６０は、算出部４０により算出された距離に閾値以上のばらつき（ずれ）が生じた場合に距離算出の結果にエラーが生じていると判断し、判断結果を制御部５ｂにフィードバックする。
【００５３】  図７は、算出部４０により算出された距離に生じ得るエラーの例を説明するための図である。図７に示す例は、１００通りのパルス間隔ｔ１、ｔ２・・ｔ１００を有する１００個の基準パルス組列ＳＰ１、ＳＰ２・・ＳＰ１００を１フレーム単位とし、このフレーム単位で基準パルス組列ＳＰを測定対象物ＭＴに投光する例である。
【００５４】  図７に示すように、識別部３０により反射パルス組列ＲＰ２のパルス間隔がｔ２と適切に判断されたとする。しかしながら、何らかの原因（例えば、測定対象物ＭＴまでの距離が測距可能な測距レンジを超える場合等）に、例えば反射パルス組列ＲＰ９８のパルス間隔もｔ２と判断されてしまったとする。すなわち、パルス間隔がｔ２である基準パルス組列ＳＰ２に対応する反射パルス組列ＲＰが２つある（反射パルス組列ＲＰ２，ＲＰ９８）と識別部３０が判断してしまう。
【００５５】  識別部３０の判断結果に応じて、遅延時間差を求める。反射パルス組列ＲＰ２に対する基準時間はｔｓ２であり、ｔｓ２に対してΔｔ２が求められる。反射パルス組列ＲＰ９８に対する基準時間は本来ｔｓ９８となるべきところ、上述したように、ｔｓ９８よりも時間的に前のｔｓ２が基準時間であると判断されてしまう。このため、Δｔ９８が適切な値に比べて大きくなってしまう。
【００５６】  算出部４０は、Δｔ９８に光速を乗算し、乗算結果を２で除算することにより測定対象物ＭＴまでの距離を算出する。Δｔ９８の値が大きくなるため、距離算出処理により得られる本来の適切な距離よりも大きく算出されてしまうおそれがある。
【００５７】  図８は、算出部４０で実行される処理により得られる距離を模式的に示したグラフである。図８のグラフにおいて横軸はΔｔの値を示し、縦軸はΔｔを使用して算出される距離Ｄを示している。通常、算出される距離は一定の閾値（例えば、測距レンジ）の範囲内に収まる。しかしながら、上述したΔｔ９８を使用して算出される距離は閾値の範囲内を超えたものとなり得る。このような結果が算出部４０による距離算出処理で得られた場合には、エラー検出部６０は距離算出結果にエラーがあると判断し、判断結果を制御部５ｂにフィードバックする。
【００５８】  エラーが検出された場合に、制御部５ｂは、次のフレームにおけるパルス間隔を変更し、変更後のパルス間隔に基づく基準パルス組列ＳＰが投光されるように投光部５ａを制御する。さらに、制御部５ｂは、変更後のパルス間隔を識別部３０に出力し、ルックアップテーブル５０に記憶されているパルス間隔を変更後のパルス間隔に書き換えるように識別部３０に指示する。これにより、次のフレームにおける基準パルス組列ＳＰを使用した距離算出処理において、誤検出が発生する確率を低減することができる。なお、全てのパルス間隔を変更してもよいし、エラーが発生したパルス間隔（上述した例ではパルス間隔ｔ９８）のみを変更してもよい。また、ルックアップテーブル５０を書き換えずに、識別部３０が制御部５ｂから供給された変更後のパルス間隔を保持（記憶）するようにしてもよい。
【００５９】＜３．第３実施形態＞  次に、第３実施形態について説明する。なお、以下の説明において同一の名称、符号については、特に断らない限り同一もしくは同質の部材を示しており、重複する説明を適宜省略する。また、第１、第２実施形態で説明した事項は、特に断らない限り第３実施形態に適用することができる。
【００６０】  図９Ａは、本開示の第３実施形態に係る測距装置（測距装置３）の構成例を説明するためのブロック図である。測距装置３は１つの計測ユニット７０のみを備え、２つの計測ユニットを備えていない点が上述した第１、第２実施形態における測距装置１、２と異なる点である。
【００６１】  測距装置３は、制御部５ｂと識別部３０とが接続され通信が可能とされた構成を有している。この構成により、制御部５ｂは、基準パルス組列ＳＰを投光したタイミング（上述したｔｓ１、ｔｓ１'、ｔｓ２、ｔｓ２'等）および基準パルス組列におけるパルス間隔（上述したｔ１、ｔ２等）を識別部３０に供給可能とされている。
【００６２】  計測ユニット７０は、例えば、受光部７０１と計時部７０２とを備えている。受光部７０１は、第１受光部１０１と同様に、投光ユニット５から投光された基準パルス組列が測定対象物ＭＴにより反射された反射パルス組列を受光する受光素子である。また、計時部７０２は、第１計時部１０２と同様に、受光部７０１が反射パルス組列における個々のパルスを受光したタイミングを取得する。
【００６３】  図９Ｂは、受光部７０１により受光される反射パルス組列ＲＰおよび反射パルス組列ＲＰを構成する主パルスおよび副パルスを受光したタイミングの一例を示す図である。
【００６４】  測距装置３の動作例について説明する。投光ユニット５から投光された基準パルス組列ＳＰが測定対象物ＭＴで反射された反射パルス組列ＲＰが受光部７０１により受光される。そして、計時部７０２により反射パルス組列ＲＰを受光したタイミング（ｔｒ１、ｔｒ１'等）が判断され、その判断結果が識別部３０に出力される。
【００６５】  識別部３０は、受光した反射パルス組列ＲＰにおける各パルス間のパルス間隔を求め、制御部５ｂから供給されるパルス間隔と一致するパルス組列を識別し、個々の反射パルス組列ＲＰを識別する。例えば、パルス間隔がｔ２となる一対のパルスを反射パルス組列ＲＰ２と識別する。そして、識別部３０は、識別した反射パルス組列ＲＰの受光タイミングと、制御部５ｂから供給される投光タイミングとから遅延時間差Δｔを求める。例えば、反射パルス組列ＲＰ２の場合には、投光タイミングであるｔｓ２と反射パルス組列ＲＰ２の主パルスを受光したタイミングであるｔｒ２との差分を求めることによりΔｔ２を求める。識別部３０は求めた遅延時間差Δｔを算出部４０に出力する。そして、算出部４０は、Δｔに光速を乗算し、乗算結果を２で除算することにより測定対象物ＭＴまでの距離を算出する。
【００６６】  第３実施形態は、以下に例示する変形が可能である。図１０Ａは、測距装置３の変形例（測距装置３ａ）に係る構成例を示すブロック図である。測距装置３ａは、ビームスプリッタＢＳを備えており、投光ユニット５から投光された基準パルス組列ＳＰが受光部７０１に受光されるように構成されている。また、制御部５ｂから識別部３０に対して少なくともパルス間隔（上述したｔ１、ｔ２等）が供給可能とされている。
【００６７】  図１０Ｂは、受光部７０１により受光される基準パルス組列ＳＰおよび反射パルス組列ＲＰを示す図であり、且つ、基準パルス組列ＳＰおよび反射パルス組列ＲＰのそれぞれを構成する主パルスおよび副パルスを受光したタイミングの一例を示す図である。なお、図１０Ｂに示される基準パルス組列ＳＰおよび反射パルス組列ＲＰは一例であり、必ずしも図示された順序で受光されるとは限らない。
【００６８】  測距装置３ａの動作例について説明する。投光ユニット５から投光された基準パルス組列ＳＰおよび基準パルス組列ＳＰが測定対象物ＭＴに反射された反射パルス組列ＲＰが受光部７０１により受光される。そして、計時部７０２により、基準パルス組列ＳＰおよび反射パルス組列ＲＰのそれぞれを構成する主パルスおよび副パルスを受光したタイミング（ｔｓ１、ｔｓ１'、ｔｒ１、ｔｒ１'等）が判断され、その判断結果が識別部３０に出力される。
【００６９】  識別部３０は、例えば、受光した全てのパルス間のパルス間隔を求め、制御部５ｂから供給されるパルス間隔と一致するパルス組列を識別し、個々の基準パルス組列ＳＰおよび反射パルス組列ＲＰを識別する。例えば、パルス間隔がｔ２となる一対のパルスを識別し、そのうち、時間的に前に受光した一対のパルス組列を基準パルス組列ＳＰ２、時間的に後に受光した一対のパルス組列を反射パルス組列ＲＰ２とそれぞれ識別する。そして、識別部３０は、識別結果に基づいて、基準パルス組列ＳＰとこれに対応する反射パルス組列ＲＰとの遅延時間差Δｔを求める。例えば、基準パルス組列ＳＰの主パルスを受光したタイミングと、基準パルス組列ＳＰに対応する反射パルス組列ＲＰの主パルスを受光したタイミングとの差分を遅延時間差Δｔとして求める。識別部３０は求めた遅延時間差Δｔを算出部４０に出力する。そして、算出部４０は、Δｔに光速を乗算し、乗算結果を２で除算することにより測定対象物ＭＴまでの距離を算出する。以上説明したように、少なくとも１つの計測ユニットを備える構成によっても本開示を実現することができる。
【００７０】＜４．変形例＞  以上、本開示の複数の実施形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。以下、変形例について説明する。
【００７１】  上述した実施形態では、一定の周期（一定の繰り返しの周波数）で、投光ユニット５が基準パルス組列ＳＰを投光する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１１に示すように、異なる周期Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３等（異なる繰り返しの周波数）で、投光ユニット５から基準パルス組列ＳＰが投光されるようにしてもよい。
【００７２】  上述した実施形態において、エラーの有無に関わらずパルス間隔が可変とされてもよい。例えば、パルス間隔が所定のアルゴリズムにより変化されるようにしてもよいし、全くランダムな乱数により決定されるようにしてもよい。これにより、算出される距離にエラーが生じてしまう確率を未然に低減させることができる。なお、パルス間隔は、測定対象物ＭＴまでの距離に応じて適切に決定されることが好ましい。
【００７３】  上述した実施形態では、基準パルス組列に１つの副パルスが含まれる例を説明したが、２つ以上の副パルスが含まれるようにしてもよい。例えば、基準パルス組列が３つのパルス（１つの主パルスおよび２つの副パルス）を含んでいてもよく、この場合、識別部３０は、主パルスと１番目の副パルスとのパルス間隔および主パルスと２番目の副パルスとのパルス間隔を使用して、基準パルス組列に対応する反射パルス組列を識別するようにしてもよい。これにより、基準パルス組列に対応する反射パルス組列をより正確に識別することが可能となる。
【００７４】  誤差等を考慮して、識別処理に用いるパルス間隔ｔを設定してもよい。例えば、パルス間隔ｔ１を有する基準パルス組列ＳＰ１に対応する反射パルス組列ＲＰ１を識別する際に、ｔ１±ｐ（ｐは誤差を考慮して適切に設定された値）のパルス間隔を有する一対のパルスを、基準パルス組列ＳＰ１に対応する反射パルス組列ＲＰ１と識別するようにしてもよい。
【００７５】  上述した実施形態において説明した処理（例えば、識別部３０によるマッチング処理）は、反射パルス組列ＲＰが、投光ユニット５から投光される基準パルス組列ＳＰの周期より後に受光された場合に限り行われるようにしてもよい。
【００７６】  図８を使用して説明したエラーか否かの判定は、上述した実施形態における方法に限定されるものではない。例えば、図８における前後数点のデータと比較したり、若しくは、前フレームにおけるデータと比較し、比較結果に応じてエラーか否かを判定する処理が行われるようにしてもよい。
【００７７】  本開示は、例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。また、本開示は、装置、方法、複数の装置からなるシステム等により実現することができ、複数の実施形態および変形例で説明した事項は、技術的な矛盾が生じない限り相互に組み合わせることができる。
【００７８】  例えば、第３実施形態において、測距装置３または測距装置３ａが、エラー検出部を備える構成でもよい。そして、識別部３０による処理の結果、同じパルス間隔が２つまたはそれ以上識別された場合には、エラーが生じているものと判断してパルス間隔を変更するようにしてもよい。
【００７９】  上述した各実施形態において、構成間の電気的な接続関係は、ケーブル等を使用した有線による接続でもよく、所定の通信規格に基づく無線通信でもよい。
【００８０】  本開示の測距装置単体の他にも測距装置が組み込まれる機器（例えば、プロジェクタ装置、ゲーム機器、撮像装置等の各種の電子機器や、歩行者や障害物等までの距離を検知し、距離に応じてブレーキを作動させる安全装置、このような安全装置が使用され得る自動車、電車、飛行機、ヘリコプター、小型飛行体等の移動体、ロボット、防犯装置等）にも適用可能である。
【００８１】  本開示は、測距装置に限らず、測距装置の構成要素であって、本開示の作用効果を奏するのに資する構成により実現することも可能である。例えば、本開示は、反射パルス組列を受光する構成および識別部を含む信号処理装置により実現することもできるし、さらに、算出部を含む信号処理装置により実現することもできる。また、本開示は、投光ユニットを含む投光装置として実現することも可能である。
【００８２】  なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。（１）  主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列を投光する投光部と、  前記基準パルス組列が測定対象物により反射された反射パルス組列を受光する受光部と、  前記基準パルス組列に対応する前記反射パルス組列を識別する識別部と、  前記基準パルス組列と該基準パルス組列に対応する反射パルス組列との遅延時間差に基づいて、前記測定対象物までの距離を算出する算出部と  を備え、  前記投光部は、異なるパルス間隔を有する複数の前記基準パルス組列を投光するように構成された  測距装置。（２）  前記投光部から投光された基準パルス組列を受光する他の受光部を備える  （１）に記載の測距装置。（３）  前記受光部が反射パルス組列を受光したタイミングを取得する第１計時部と、  前記他の受光部が基準パルス組列を受光したタイミングを取得する第２計時部とを備える  （２）に記載の測距装置。（４）  前記パルス間隔が記憶される記憶部を備え、  前記識別部は、前記記憶部に記憶されているパルス間隔を参照して前記基準パルス組列に対応する前記反射パルス組列を識別する  （１）乃至（３）のいずれかに記載の測距装置。（５）  前記パルス間隔が可変とされた  （１）乃至（４）のいずれかに記載の測距装置。（６）  前記算出部により算出された距離にエラーが含まれているか否かを検出するエラー検出部を備える  （１）乃至（５）のいずれかに記載の測距装置。（７）  前記エラー検出部によりエラーが検出された場合に、前記投光部は、複数の前記基準パルス組列におけるパルス間隔を変更する  （６）に記載の測距装置。（８）  前記投光部から前記識別部に対して、少なくとも前記パルス間隔を示す情報が供給されるように構成された  （１）乃至（７）のいずれかに記載の測距装置。（９）  投光部が、主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列を投光し、  受光部が、前記基準パルス組列が測定対象物により反射された反射パルス組列を受光し、  識別部が、前記基準パルス組列に対応する前記反射パルス組列を識別し、  算出部が、前記基準パルス組列と該基準パルス組列に対応する反射パルス組列との遅延時間差に基づいて、前記測定対象物までの距離を算出し、  前記投光部は、異なるパルス間隔を有する複数の前記基準パルス組列を投光する  測距方法。（１０）  主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列が測定対象物により反射された反射パルス組列を受光する受光部と、  異なるパルス間隔を有する複数の前記基準パルス組列のうち、所定の基準パルス組列に対応する反射パルス組列を識別する識別部と  を備える信号処理装置。（１１）  前記基準パルス組列と該基準パルス組列に対応する反射パルス組列との遅延時間差に基づいて、前記測定対象物までの距離を算出する算出部を備える  （１０）に記載の信号処理装置。（１２）  光学的な測距を行うためのパルス光を投光する投光装置であって、  主パルスと少なくとも１つ以上の副パルスとから成る基準パルス組列を投光するように構成され、且つ、異なるパルス間隔を有する複数の前記基準パルス組列を投光するように構成された投光部を備える  投光装置。
【符号の説明】
【００８３】１，１ａ，１ｂ，２，３，３ａ・・・測距装置５・・・投光ユニット１０・・・第１計測ユニット２０・・・第２計測ユニット３０・・・識別部４０・・・算出部５０・・・ルックアップテーブル６０・・・エラー検出部７０・・・計測ユニット１０１・・・・第１受光部１０２・・・第１計時部２０１・・・第２受光部２０２・・・第２計時部７０１・・・受光部７０２・・・計時部ＳＰ・・・基準パルス組列ＲＰ・・・反射パルス組列ＭＴ・・・測定対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2017134707.tif 000015
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