(57)【要約】ライダ１は、走査部５５から照射された射出光Ｌｏが対象物によって反射された戻り光Ｌｒを受信するＡＰＤ４１と、ＤＳＰ１６とを備える。ＤＳＰ１６は、ＡＰＤ４１からの出力信号に基づいて、太陽光が対象物によって反射されＡＰＤ４１によって受信される背景光量に関する情報を推定するショット雑音推定部７７と、推定された背景光量に関する情報に基づいて、ＡＰＤ４１のゲインＭを制御するためのＡＰＤ４１への印加電圧を決定する電圧制御部７８とを備える。
2019004144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射部から照射された電磁波が対象物によって反射された反射電磁波を受信する受信部と、
前記受信部からの出力信号に基づいて、背景光量を推定する推定部と、
推定された前記背景光量に関する情報に基づいて、前記受光部を制御する制御部と、
を備える受信装置。
【請求項２】
前記受光部は、フォトダイオードを含み、
前記制御部は、前記フォトダイオードの利得を制御する請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記背景光量に関する情報から信号対雑音比が所定値となる前記受光部への印加電圧を定めるテーブルを参照し、前記受光部への印加電圧を決定する請求項１または２に記載の受信装置。
【請求項４】
前記テーブルは、前記背景光量に関する情報から信号対雑音比が前記所定値となる前記受光部の利得を定める第１テーブルと、前記受光部の各利得を得るための前記受光部への印加電圧を定める第２テーブルとを含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の受信装置。
【請求項５】
前記推定部は、前記反射電磁波を受信する期間より前の期間での前記受信部からの出力信号に基づいて、前記背景光量を推定する請求項１〜４のいずれか一項に記載の受信装置。
【請求項６】
前記推定部は、第１のタイミングにおける前記受信部の出力信号と、第２のタイミングにおける前記受信部の出力信号と、に基づいて背景光量を推定する請求項１〜５のいずれか一項に記載の受信装置。
【請求項７】
前記推定部は、前記照射部の照射方向ごとの前記受光部の出力信号が得られるセグメント期間ごとに、前記背景光量を推定し、
前記制御部は、前記セグメント期間ごとに前記受光部の利得を制御する請求項１〜５のいずれか一項に記載の受信装置。
【請求項８】
前記推定部は、前記背景光量に起因して増加したショット雑音を前記背景光量に関する情報として推定し、
前記制御部は、前記ショット雑音に基づいて、前記受光部を制御する請求項１〜７のいずれか一項に記載の受信装置。
【請求項９】
前記推定部は、前記背景光量に起因して増加した直流成分を推定し、
前記制御部は、前記直流成分と、前記直流成分の推定に用いた前記出力信号が出力された時の前記受光部の利得とに基づき、前記受光部を制御する請求項１〜８のいずれか一項に記載の受信装置。
【請求項１０】
照射部から照射された電磁波が対象物によって反射された反射電磁波を受信する受信部を有する受信装置が実行する制御方法であって、
前記受信部からの出力信号に基づいて、背景光量を推定する推定工程と、
推定された前記背景光量に関する情報に基づいて、前記受光部を制御する制御工程と、
を有する制御方法。
【請求項１１】
照射部から照射された電磁波が対象物によって反射された反射電磁波を受信する受信部を有する受信装置のコンピュータが実行するプログラムであって、
前記受信部からの出力信号に基づいて、背景光量を推定する推定部と、
推定された前記背景光量に関する情報に基づいて、前記受光部を制御する制御部
として前記コンピュータを機能させるプログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザなどの電磁波を利用した測距技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光を利用した測距装置として、パルス光を測定対象物に対して射出し、測定対象物で反射したパルス光の受光タイミングに基づいて測定対象物までの距離を測定するように構成されたものが広く利用されている。このような測距装置では、外乱となる強い太陽光が測定対象物で反射されて受光素子へ入射することがある。そして、遠距離測定の場合、測定対象物で反射されて受光素子へ入射する測距用のパルス光は極めて微弱となるため、太陽光等の強い外乱光によって、測定値のばらつきが大きくなったり、測定不能になったりするという問題があった。この問題に関連し、特許文献１には、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）のバイアス電圧を与える逆電圧回路と、太陽光等による外乱光に応じてＡＰＤの出力の信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が最大になるように逆電圧回路の出力電圧を制御する演算制御部とを備える測距装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８６６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の測距装置では、外乱光を推定するためにＡＰＤとは別に照度計が必要となり、製造コストの増加等が生じるといった課題がある。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、外乱光の影響を勘案して最適なＳＮＲを得るように受光部を制御することが可能な受信装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項に記載の発明は、受信装置であって、照射部から照射された電磁波が対象物によって反射された反射電磁波を受信する受信部と、前記受信部からの出力信号に基づいて、背景光量を推定する推定部と、推定された前記背景光量に関する情報に基づいて、前記受光部を制御する制御部と、を備える。【０００７】
請求項に記載の発明は、照射部から照射された電磁波が対象物によって反射された反射電磁波を受信する受信部を有する受信装置が実行する制御方法であって、前記受信部からの出力信号に基づいて、背景光量を推定する推定工程と、推定された前記背景光量に関する情報に基づいて、前記受光部を制御する制御工程と、を有する。【０００８】
また、請求項に記載の発明は、照射部から照射された電磁波が対象物によって反射された反射電磁波を受信する受信部を有する受信装置のコンピュータが実行するプログラムであって、前記受信部からの出力信号に基づいて、背景光量を推定する推定部と、推定された前記背景光量に関する情報に基づいて、前記受光部を制御する制御部として前記コンピュータを機能させる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例に係るライダの全体構成を示す。
【図２】トランスミッタ及びレシーバの構成を示す。
【図３】走査光学部の構成を示す。
【図４】同期制御部が生成する制御信号のレジスタ設定例を示す。
【図５】同期制御部が生成する制御信号の時間的関係を示す。
【図６】ＡＤＣ出力信号とゲートの関係を示すグラフである。
【図７】プリトリガー区間を設けた場合のパルストリガ信号、受信セグメント信号、ＡＤゲート信号の各波形を示す。
【図８】ロータリーエンコーダのパルス列の時間的関係及び定常状態でのエンコーダパルスとセグメントスロットの時間関係を示す。
【図９】暗基準反射体の配置を概略的に示した図である。
【図１０】第１実施例においてＤＳＰの行う信号処理のブロックダイアグラムを示す。
【図１１】ショット雑音推定部が行う信号処理のブロックダイアグラムを示す。
【図１２】受信する背景光量が異なる場合のＳＮＲとＡＰＤのゲインとの関係を示す。
【図１３】推定した背景光量とＡＰＤへの印加電圧との関係を示した図である。
【図１４】第２実施例においてＤＳＰの行う信号処理のブロックダイアグラムを示す。
【図１５】ＤＣ推定部の行う信号処理のブロックダイアグラムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の好適な実施形態によれば、受信装置は、照射部から照射された電磁波が対象物によって反射された反射電磁波を受信する受信部と、前記受信部からの出力信号に基づいて、背景光量を推定する推定部と、推定された前記背景光量に関する情報に基づいて、前記受光部を制御する制御部と、を備える。ここで、推定部が推定する背景光量とは、背景光の光量を直接的に示すものに限定されず、その背景光量を間接的に導き出すことが可能なものを含む。また、背景光は、太陽光や周囲に配置された蛍光灯やランプ等の光が対象物等によって反射され受信部によって受信される光が含まれる。また、背景光は、受信部が受信する電磁波のうち、照射部から照射された電磁波が対象物によって反射された反射電磁波以外の電磁波等が含まれる。受信装置は、この態様により、受光部が受信する背景光量を勘案し、最適なＳＮＲを得るように受光部を好適に制御することができる。
【００１１】
上記受信装置の一態様では、前記受光部は、フォトダイオードを含み、前記制御部は、前記フォトダイオードの利得を制御する。この態様により、受信装置は、ＳＮＲを最大化するように背景光量に応じてフォトダイオードの利得を制御し、フォトダイオードの受光感度を向上させることができる。
【００１２】
上記受信装置の他の一態様では、前記制御部は、前記背景光量に関する情報から信号対雑音比が所定値となる前記受光部への印加電圧を定めるテーブルを参照し、前記受光部への印加電圧を決定する。この態様により、受信装置は、高ＳＮＲとなるように受光部への印加電圧を決定することができる。
【００１３】
上記受信装置の他の一態様では、前記テーブルは、前記背景光量に関する情報から信号対雑音比が所定値となる前記受光部の利得を定める第１テーブルと、前記受光部の各利得を得るための前記受光部への印加電圧を定める第２テーブルとを含む。この態様によれば、受信装置は、推定した背景光量に関する情報から信号対雑音比が最大となる受光部の利得を求め、さらに当該利得を得るための受光部への印加電圧を好適に決定することができる。
【００１４】
上記受信装置の他の一態様では、前記推定部は、前記反射電磁波を受信する期間より前の期間での前記受信部からの出力信号に基づいて、前記背景光量を推定する。この態様により、受信装置は、反射電磁波の影響がない受信部からの出力信号に基づいて、背景光量を好適に推定することができる。
【００１５】
上記受信装置の他の一態様では、前記推定部は、第１のタイミングにおける前記受信部の出力信号と、第２のタイミングにおける前記受信部の出力信号と、に基づいて背景光量を推定する。この態様により、受信装置は、異なるタイミングで得られた受光部の出力信号に基づき、背景光量を的確に推定することができる。
【００１６】
上記受信装置の他の一態様では、前記推定部は、前記照射部の照射方向ごとの前記受光部の出力信号が得られるセグメント期間ごとに、前記背景光量を推定し、前記制御部は、前記セグメント期間ごとに前記受光部の利得を制御する。この態様により、受信装置は、セグメント期間ごとに背景光量を推定し、セグメントごとにＳＮＲが最大となるように受光部を好適に制御することができる。
【００１７】
上記受信装置の他の一態様では、前記推定部は、前記背景光量に起因して増加したショット雑音を前記背景光量に関する情報として推定し、前記制御部は、前記ショット雑音に基づいて、前記受光部を制御する。この態様により、受信装置は、背景光量を勘案して受光部を好適に制御することができる。
【００１８】
上記受信装置の他の一態様では、前記推定部は、前記背景光量に起因して増加した直流成分を推定し、前記制御部は、前記直流成分と、前記直流成分の推定に用いた前記出力信号が出力された時の前記受光部の利得とに基づき、前記受光部を制御する。この態様によっても、受信装置は、背景光量を勘案して受光部を好適に制御することができる。
【００１９】
本発明の他の好適な実施形態では、照射部から照射された電磁波が対象物によって反射された反射電磁波を受信する受信部を有する受信装置が実行する制御方法であって、前記受信部からの出力信号に基づいて、背景光量を推定する推定工程と、推定された前記背景光量に関する情報に基づいて、前記受光部を制御する制御工程と、を有する。受信装置は、この制御方法を実行することで、受光部が受信する背景光量を勘案し、最適なＳＮＲを得るように受光部を好適に制御することができる。
【００２０】
本発明の他の好適な実施形態では、照射部から照射された電磁波が対象物によって反射された反射電磁波を受信する受信部を有する受信装置のコンピュータが実行するプログラムであって、前記受信部からの出力信号に基づいて、背景光量を推定する推定部と、推定された前記背景光量に関する情報に基づいて、前記受光部を制御する制御部として前記コンピュータを機能させる。コンピュータは、このプログラムを実行することで、受光部が受信する背景光量を勘案し、最適なＳＮＲを得るように受光部を好適に制御することができる。好適には、上記プログラムは、記憶媒体に記憶される。
【実施例】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。【００２２】
＜基本説明＞
まず、実施例に係るライダの基本的な構成について説明する。【００２３】
（１）全体構成
図１は、実施例に係るライダの全体構成を示す。ライダ１は、繰り返し射出される光パルスの射出方向（以下、「走査方向」という。）を適切に制御することにより周辺空間を走査し、その戻り光を観測することにより、周辺に存在する物体に関する情報（例えば距離やその存在確率あるいは反射率など）を把握する。具体的に、ライダ１は、光パルス（以下、「射出光Ｌｏ」と呼ぶ。）を射出し、外部の物体（ターゲット）により反射された光パルス（以下、「戻り光Ｌｒ」と呼ぶ。）を受光することにより、物体に関する情報を生成する。ライダ１は、本発明における「受信装置」の一例である。【００２４】
図１に示すように、ライダ１は、大別して、システムＣＰＵ５と、ＡＳＩＣ１０と、トランスミッタ３０と、レシーバ４０と、走査光学部５０とを備える。トランスミッタ３０は、ＡＳＩＣ１０から供給されるパルストリガ信号「ＰＴ」に応じて幅５ｎｓｅｃ程度のレーザ光パルスを繰り返し出力する。トランスミッタ３０から出力された光パルスは走査光学部５０に導かれる。【００２５】
走査光学部５０は、トランスミッタ３０が出力する光パルスを、適切な方向に射出するとともに、この射出光が空間中の物体に出会って反射あるいは散乱されることにより戻ってきた戻り光Ｌｒを集光してレシーバ４０に導く。また、本実施例では、走査光学部５０には、特定の走査方向の射出光Ｌｏを吸収する暗基準反射体７が設けられている。走査光学部５０は、本発明における「照射部」の一例である。レシーバ４０は、戻り光Ｌｒの強度に比例した信号をＡＳＩＣ１０に出力する。レシーバ４０は、本発明における「受信部」の一例である。【００２６】
ＡＳＩＣ１０は、レシーバ４０の出力信号を解析することにより、走査空間中の物体に関するパラメータ、例えばその距離を推測して出力する。また、ＡＳＩＣ１０は、適切な走査がなされるように、走査光学部５０を制御する。更にＡＳＩＣ１０はトランスミッタ３０とレシーバ４０に対して夫々が必要とする高電圧を供給する。【００２７】
システムＣＰＵ５は、少なくとも、通信インターフェースを通じてＡＳＩＣ１０の初期設定、監視、制御を行う。その他の機能は、アプリケーションに応じて異なる。最も単純なライダの場合には、システムＣＰＵ５は、ＡＳＩＣ１０が出力するターゲット情報「ＴＩ」を適切なフォーマットに変換して出力するのみである。システムＣＰＵ５は、例えば、ターゲット情報ＴＩを汎用性の高い点群フォーマットに変換した後、ＵＳＢインターフェースを通じて出力する。【００２８】
（２）トランスミッタ
トランスミッタ３０は、ＡＳＩＣ１０から供給されるパルストリガ信号ＰＴに応じて、幅５ｎｓｅｃ程度の光パルスを出力する。トランスミッタ３０の構成を図２（Ａ）に示す。トランスミッタ３０は、充電抵抗３１と、ドライバ回路３２と、キャパシタ３３と、充電ダイオード３４と、レーザダイオード（ＬＤ）３５と、ＣＭＯＳスイッチ３６とを備える。【００２９】
ＡＳＩＣ１０から入力されるパルストリガ信号ＰＴは、ドライバ回路３２を介してＣＭＯＳなどのスイッチ３６を駆動する。ドライバ回路３２は、スイッチ３６を高速駆動するために挿入されている。パルストリガ信号ＰＴの非アサート期間ではスイッチ３６は開いており、トランスミッタ３０内のキャパシタ３３がＡＳＩＣ１０から供給される高電圧ＶＴＸで充電される。一方、パルストリガ信号ＰＴのアサート期間では、スイッチ３６は閉じ、キャパシタ３３に充電されていた電荷がＬＤ３５を通じて放電される。この結果、ＬＤ３５から光パルスが出力される。【００３０】
（３）レシーバ
レシーバ４０は、物体からの戻り光Ｌｒの強度に比例した電圧信号を出力する。一般的に、ＡＰＤなどの光検出素子は電流出力であるため、レシーバ４０はこの電流を電圧に変換（Ｉ／Ｖ変換）して出力する。レシーバ４０の構成を図２（Ｂ）に示す。レシーバ４０は、ＡＰＤ４１と、Ｉ／Ｖ変換部４２と、抵抗４５と、キャパシタ４６と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４７とを備える。Ｉ／Ｖ変換部４２は、帰還抵抗４３と、オペアンプ４４とを備える。【００３１】
本実施例では、光検出素子としてＡＰＤ４１が使用されている。ＡＰＤ４１には、ＡＳＩＣ１０から供給される高電圧ＶＲＸが逆バイアスとして印加されており、物体からの戻り光Ｌｒに比例した検出電流が流れる。ＡＰＤ４１の降伏電圧に近い逆バイアスを印加することにより、高いアバランチゲインを得ることができ、微弱な戻り光も検出することが可能となる。以後では、ＡＰＤ４１のゲインを「ゲインＭ」とも呼ぶ。最終段のＬＰＦ４７は、ＡＳＩＣ１０内のＡＤＣ２０によるサンプリングに先立って、信号の帯域幅を制限する目的で設置されている。本実施例では、ＡＤＣ２０のサンプリング周波数は５１２ＭＨｚであり、ＬＰＦ４７の遮断周波数は２５０ＭＨｚ程度となっている。【００３２】
（４）走査光学部
走査光学部５０は、トランスミッタ３０から入力される光パルスを射出光Ｌｏとして適切な方向に射出するとともに、この射出光Ｌｏが空間中の物体に出会って反射あるいは散乱されることにより戻ってきた戻り光Ｌｒをレシーバ４０に導く。走査光学部５０の構成例を図３に示す。走査光学部５０は、回転ミラー６１と、コリメータレンズ６２と、集光レンズ６４と、光学フィルタ６５と、同軸ミラー６６と、ロータリーエンコーダ６７とを備える。【００３３】
トランスミッタ３０のＬＤ３５から出力された光パルスは、コリメータレンズ６２に入射する。コリメータレンズ６２は、レーザ光を適切な発散角度に（一般的には０〜１°程度に）コリメートする。コリメータレンズ６２からの射出光は小型の同軸ミラー６６により鉛直下方に反射され、回転ミラー６１の回転軸（中心）に入射する。回転ミラー６１は、鉛直上方より入射するレーザ光を水平方向に反射して、走査空間に射出する。回転ミラー６１はモータ５４の回転部に取り付けられており、回転ミラー６１によって反射されたレーザ光はモータ５４の回転に伴って射出光Ｌｏとして水平平面を走査する。【００３４】
走査空間に存在する物体により反射あるいは散乱されることでライダ１に戻ってきた戻り光Ｌｒは、回転ミラー６１により鉛直上方向に反射され、光学フィルタ６５に入射する。光学フィルタ６５には、戻り光Ｌｒに加えて、物体が太陽等により照らされていることによって生じる背景光も入射する。光学フィルタ６５は、こうした背景光を選択的に排除するために設置されている。具体的には、光学フィルタ６５は、射出光Ｌｏの波長（本実施例では９０５ｎｍ）の前後±１０ｎｍ程度の成分のみを選択的に通過せしめる。光学フィルタ６５の通過帯域が広い場合には、多くの背景光が後続段のレシーバ４０に入光することになる。この結果、レシーバ４０内のＡＰＤ４１の出力には大きなＤＣ電流成分が現れることとなり、このＤＣ成分に起因するショット雑音（背景光ショット雑音）の影響によりＳＮが劣化することとなり、好ましくない。しかしながら、通過帯域が過度に狭い場合には、射出光自体も抑圧されることになり、好ましくない。集光レンズ６４は、光学フィルタ６５を通過した光を集光して、レシーバ４０のＡＰＤ４１へと導く。【００３５】
モータ５４には、走査方向を検出するために、ロータリーエンコーダ６７が取り付けられている。ロータリーエンコーダ６７は、モータ回転部に取り付けられた回転盤６８と、モータベースに取り付けられたコード検出器６９とを備える。回転盤６８の外周にはモータ５４の回転角度を表すスリットが刻まれており、コード検出器６９はこれを読み取り出力する。なお、ロータリーエンコーダ６７の具体的仕様、及びその出力に基づくモータ制御については、後述する。【００３６】
以上の構成では、コリメータレンズ６２が図１に示す送信光学系５１を構成し、回転ミラー６１が図１に示す走査部５５を構成し、光学フィルタ６５と集光レンズ６４が図１に示す受信光学系５２を構成し、ロータリーエンコーダ６７が図１における走査方向検出部５３を構成している。【００３７】
（５）ＡＳＩＣ
ＡＳＩＣ１０は、射出光パルスのタイミング制御、ＡＰＤ出力信号のＡＤ変換などを行う。また、ＡＳＩＣ１０は、ＡＤ変換出力に対して適切な信号処理を施すことにより、物体に関するパラメータ（距離、戻り光強度など）の推定を行い、その推定結果を外部に出力する。図１に示すように、ＡＳＩＣ１０は、レジスタ部１１と、クロック生成部１２と、同期制御部１３と、ゲート抽出部１４と、受信セグメントメモリ１５と、ＤＳＰ１６と、トランスミッタ用高電圧生成部（ＴＸＨＶ）１７と、レシーバ用高電圧生成部（ＲＸＨＶ）１８と、プリアンプ１９と、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）２０と、走査制御部２１とを備える。【００３８】
レジスタ部１１には、外部プロセッサであるシステムＣＰＵ５との通信用のレジスタが配置されている。レジスタ部１１に設けられるレジスタは、外部からの参照のみが可能なＲレジスタと、外部から設定が可能なＷレジスタとに大別される。Ｒレジスタは、主にＡＳＩＣ内部のステイタス値を保持しており、システムＣＰＵ５はこれらの値を通信インターフェースを通じて読み取ることで、ＡＳＩＣ１０の内部ステイタスを監視できる。一方、Ｗレジスタは、ＡＳＩＣ１０の内部で参照される各種パラメータ値を保持する。これらの各種パラメータ値は、通信インターフェースを通じてシステムＣＰＵ５から設定できる。なお、通信用レジスタは、フリップフロップにより実現してもよく、ＲＡＭとして実現してもよい。【００３９】
クロック生成部１２は、システムクロック「ＳＣＫ」を生成し、ＡＳＩＣ１０内の各ブロックに供給する。ＡＳＩＣ１０の多くのブロックは、システムクロックＳＣＫに同期して動作する。本実施例ではシステムクロックＳＣＫの周波数は５１２ＭＨｚとする。システムクロックＳＣＫは、外部より入力されるリファレンスクロック「ＲＣＫ」に同期するように、ＰＬＬで生成される。通常、リファレンスクロックＲＣＫの発生源には水晶発振器が用いられる。【００４０】
ＴＸＨＶ１７は、トランスミッタ３０が必要とするＤＣ高電圧（１００Ｖ程度）を生成する。この高電圧は、ＤＣＤＣコンバータ回路によって、低電圧（５Ｖ〜１５Ｖ程度）を昇圧することによって生成される。【００４１】
ＲＸＨＶ１８は、ＤＳＰ１６から供給されるレシーバ４０への印加電圧に関する制御信号「ＶＣ」に基づいて、レシーバ４０が必要とするＤＣ高電圧を生成する。この高電圧は、ＤＣＤＣコンバータ回路によって、低電圧（５Ｖ〜１５Ｖ程度）を昇圧することによって生成される。【００４２】
同期制御部１３は、各種の制御信号を生成し出力する。本実施例における同期制御部１３は、２つの制御信号、即ち、パルストリガ信号ＰＴとＡＤゲート信号「ＧＴ」を出力する。これらの制御信号の設定例を図４に示し、それらの時間的関係を図５に示す。図５に示すように、これらの制御信号は所定の間隔で分割された時間区間（セグメントスロット）に同期して生成される。セグメントスロットの時間区間幅（セグメント周期）は「ｎＳｅｇ」で設定可能である。本実施例では、特記ない範囲において、「ｎＳｅｇ＝８１９２」に設定されているものとする。【００４３】
パルストリガ信号ＰＴは、ＡＳＩＣ１０の外部に設けられたトランスミッタ３０に供給される。トランスミッタ３０は、パルストリガ信号ＰＴに応じて光パルスを出力する。パルストリガ信号ＰＴについては、セグメントスロット始点に対する遅延「ｄＴｒｇ」とパルス幅「ｗＴｒｇ」を設定可能である。なお、パルス幅ｗＴｒｇは、狭すぎるとトランスミッタ３０が反応しないため、トランスミッタ３０のトリガ応答仕様に鑑みて決定される。【００４４】
ＡＤゲート信号ＧＴは、ゲート抽出部１４に供給される。後述するように、ゲート抽出部１４は、ＡＤＣ２０から入力されるＡＤＣ出力信号のうち、ＡＤゲート信号ＧＴのアサート区間のみを抽出して受信セグメントメモリ１５に格納する。ＡＤゲート信号ＧＴについては、セグメントスロット始点に対する遅延時間「ｄＧａｔｅ」とゲート幅「ｗＧａｔｅ」を設定可能である。【００４５】
プリアンプ１９は、ＡＳＩＣ１０の外部に設置されたレシーバ４０から入力されるアナログ電圧信号を電圧増幅し、後続のＡＤＣ２０に供給する。なお、プリアンプ１９の電圧ゲインはＷレジスタにより設定可能である。【００４６】
ＡＤＣ２０は、プリアンプ１９の出力信号をＡＤ変換してデジタル系列に変換する。本実施例においては、ＡＤＣ２０のサンプリングクロックとしてシステムクロックＳＣＫが使用されており、ＡＤＣ２０の入力信号は５１２ＭＨｚでサンプリングされる。【００４７】
ゲート抽出部１４は、ＡＤＣ２０から入力されるＡＤＣ出力信号のうち、ＡＤゲート信号ＧＴのアサート区間のみを抽出して受信セグメントメモリ１５に格納する。ゲート抽出部１４により抽出された区間信号を以下「受信セグメント信号ＲＳ」と呼ぶ。即ち、受信セグメント信号ＲＳは、ベクター長がゲート幅ｗＧａｔｅに等しい実数ベクトルである。    【００４８】
ここで、ＡＤＣ出力信号と受信セグメントとの関係、及びゲート位置の設定について説明する。図６（Ａ）はセグメントスロットを示している。図６（Ｂ）に示すように、パルストリガ信号ＰＴはセグメントスロット始点に対してｄＴｒｇだけ遅れてアサートされる。図６の例では「ｄＴｒｇ＝０」であるので、パルストリガ信号ＰＴはセグメントスロット始点でアサートされる。図６（Ｃ）は、ライダの走査原点に物体が置かれている場合のＡＤＣ出力信号（受信セグメント信号ＲＳ）を示している。即ち、図６（Ｃ）は、ターゲット距離（動径Ｒ）が０ｍの場合の受信セグメント信号ＲＳを例示している。図示のように、「Ｒ＝０ｍ」の場合であっても、受信パルスの立ち上がりは、パルストリガ信号の立ち上がりよりシステム遅延ＤＳＹＳだけ遅れて観測される。なお、システム遅延ＤＳＹＳの発生要因としては、トランスミッタ３０内のＬＤドライバ回路の電気的遅延、送信光学系５１での光学的遅延、受信光学系５２での光学的遅延、レシーバ４０での電気的遅延、ＡＤＣ２０での変換遅延などが考えられる。【００４９】
図６（Ｄ）は、物体が動径Ｒに置かれている場合の受信セグメント信号ＲＳを例示している。この場合には、図６（Ｃ）と比べて、走査原点から物体までの光の往復時間だけ、遅延が増加することになる。この増加した遅延が、いわゆる「ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）遅延」である。このＴＯＦ遅延をＤサンプルとするならば、動径Ｒは下記の式で算出できる。【００５０】
【数１】
2019004144.tif 000003
図６（Ｆ）は、「ｄＧａｔｅ＝０」の場合のＡＤゲート信号ＧＴを例示するものである。前述したとおり、ゲート抽出部１４は、ＡＤＣ出力信号から、ＡＤゲート信号ＧＴのアサート区間のみを抽出する。後述するＤＳＰ１６は、この抽出区間のみに基づいて、物体に関するパラメータ推定を行う。したがって、ＴＯＦ遅延時間が大きい場合には、物体からの戻りパルス成分がゲートからはみ出してしまい正当なパラメータ推定が行えない。正当なパラメータ推定が行われるためにはＴＯＦ遅延時間Ｄが次式を満たしていることが必要となる。【００５１】
【数２】
2019004144.tif 000004
ここで「ＬＩＲ」はシステムの総合インパルス応答の長さであり、「ＤＭＡＸ」は正当なパラメータ推定が可能な最大ＴＯＦ遅延時間として定義される。図６（Ｅ）は、ＴＯＦ遅延時間がこの最大ＴＯＦ遅延時間に等しい場合の受信セグメント信号ＲＳを例示している。【００５２】
なお、図６の例に代えて、ゲート遅延ｄＧａｔｅがシステム遅延時間に等しく設定されてもよい。このように設定することで、より遠い距離の物体まで、正当なパラメータ推定が可能となる。【００５３】
また、本実施例では、セグメントスロット始点に対する遅延ｄＴｒｇを０より大きい所定値に設定することで、ＡＤゲート信号ＧＴがアサートされてからパルストリガ信号ＰＴがアサートされるまでの期間（「プリトリガー区間Ｔｐ」とも呼ぶ。）を設ける。図７（Ａ）〜（Ｄ）は、遅延ｄＴｒｇを「１２８」に設定した場合のパルストリガ信号ＰＴ、受信セグメント信号ＲＳ、ＡＤゲート信号ＧＴを例示した図である。そして、後述するように、ライダ１は、プリトリガー区間Ｔｐに得られた受信セグメント信号ＲＳに基づき、太陽光が物体によって反射されてレシーバ４０により受光された背景光量（「受信背景光量」とも呼ぶ。）を推定する。【００５４】
走査制御部２１は、ＡＳＩＣ１０の外部に設置されたロータリーエンコーダ６７の出力を監視し、これに基づいてモータ５４の回転を制御する。具体的には、走査制御部２１は、走査光学部５０のロータリーエンコーダ６７（走査方向検出部５３）から出力される走査方向情報ＳＤＩに基づいて、トルク制御信号ＴＣをモータ５４に供給する。本実施例におけるロータリーエンコーダ６７は、Ａ相とＺ相の２つのパルス列（以下、「エンコーダパルス」と呼ぶ。）を出力する。両パルス列の時間関係を図８（Ａ）に示す。図示のように、Ａ相については、モータ５４の回転１°毎に１パルスが生成出力される。従って、モータ５４の１回転毎に３６０のＡ相エンコーダパルスが生成出力されることになる。一方、Ｚ相については、モータ５４の１回転につき１パルスが、所定の回転角に対応して、生成出力される。【００５５】
走査制御部２１は、エンコーダパルスの立ち上がり時刻をシステムクロックＳＣＫのカウンタ値として計測し、これが所望の値となるようにモータ５４のトルクを制御する。即ち、走査制御部２１は、エンコーダパルスとセグメントスロットが所望の時間関係となるようにモータ５４をＰＬＬ制御する。定常状態でのエンコーダパルスとセグメントスロットの時間関係を図８（Ｂ）に示す。図８（Ｂ）の例では、１フレームは１８００のセグメントから構成され、１フレームでモータ５４は１回転している。【００５６】
（６）ＤＳＰ
ＤＳＰ１６は、受信セグメントメモリ１５から受信セグメント「ｙｆｒｍ，ｓｅｇ」を順次的に読み出して、これに対して処理を行う。ここで、「ｆｒｍ」はフレームインデックス、「ｓｅｇ」はセグメントインデックスである。以下、誤解の恐れのない範囲でこれらインデックスの表記を省略する。受信セグメントｙはベクター長ｗＧａｔｅの実数ベクトルであり、次式で表される。【００５７】
【数３】
2019004144.tif 000005
ＤＳＰ１６の詳細な構成については後述する。ＤＳＰ１６は、本発明における「推定部」、「制御部」、及び本発明におけるプログラムを実行する「コンピュータ」の一例である。【００５８】
（７）暗基準反射体
ライダ１は、特定の走査方向の射出光Ｌｏを吸収する暗基準反射体７を備え、ＤＳＰ１６は、暗基準反射体７に入射する走査方向に対応する受信セグメントｙを、受信背景光量を推定する際の基準となるＡＰＤ４１の出力信号として取得する。【００５９】
図９（Ａ）は、暗基準反射体７の配置を概略的に示した図である。図９（Ａ）では、暗基準反射体７は、走査部５５等を収容する略円筒状のライダ１の筺体２５付近に配置されている。【００６０】
ここで、暗基準反射体７は、走査部５５により走査される３６０度の射出光Ｌｏの照射方向のうち、ライダ１が対象物を検出する対象とする方向以外の方向である検出対象外方向（矢印Ａ１参照）に設けられている。図９（Ａ）の例では、暗基準反射体７は、角度「θａ」（例えば６０度）分の射出光Ｌｏが照射されるライダ１の後方の筺体２５の壁面に存在している。この場合、暗基準反射体７は、例えば、射出光Ｌｏ及び戻り光Ｌｒを透過させる筺体２５の透明カバーの内側に設けられる。他の例では、暗基準反射体７は、上述の筺体２５の透明カバーのうち射出光Ｌｏを吸収するように加工（例えば黒塗り）された部分であってもよい。以後では、走査部５５による１回分の走査が行われる期間（即ち１つのフレーム期間）内において、暗基準反射体７に照射された射出光ＬｏをＡＰＤ４１が受光する期間を「暗基準期間Ｔｄ」とも呼ぶ。暗基準期間Ｔｄは、暗基準反射体７に射出光Ｌｏが照射される各走査角度に対応する複数のセグメント期間を含む。また、１つのフレーム期間において、ライダ１が対象物を検出する対象とする方向に射出光Ｌｏを照射する期間（即ち暗基準反射体７に射出光Ｌｏが照射されない期間）を「ターゲット期間Ｔｔ」とも呼ぶ。暗基準反射体７に射出光Ｌｏが照射される走査角度に関する情報（例えばセグメントインデックス等）は、ＤＳＰ１６が参照できるようにＷレジスタ等に予め記憶される。【００６１】
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の例において、暗基準反射体７が配置される方向に射出光Ｌｏが射出された状態を示す。暗基準反射体７は、射出光Ｌｏが入射した場合、射出光Ｌｏの少なくとも一部を吸収する。なお、暗基準反射体７が射出光Ｌｏを完全に吸収する素材である場合には、戻り光Ｌｒは発生しない。【００６２】
ここで、暗基準反射体７は、例えば、非常に低い反射率の素材により射出光Ｌｏの反射面が形成される。他の例では、暗基準反射体７は、多重反射構造を有し、各反射構造の内面（反射面）がそれぞれ低反射率となるビームダンパ等であってもよい。【００６３】
＜ＡＰＤゲインの制御＞
次に、受信背景光量に基づくＡＰＤ４１のゲインＭの制御方法について説明する。概略的には、ＤＳＰ１６は、プリトリガー区間に得られた受信セグメントｙに基づき受信背景光量に関する情報を推定し、その推定結果に基づき所定のテーブルを参照することで、ＳＮＲが最大となる印加電圧を指示する制御信号ＶＣを生成する。以下では、上記処理を実現するＤＳＰ１６の第１実施例及び第２実施例についてそれぞれ説明する。【００６４】
（第１実施例）
図１０は、第１実施例に係るＤＳＰ１６等が実行する信号処理のブロックダイアグラムを示す。図１０に示すように、第１実施例に係るＤＳＰ１６は、受信フィルタ７３と、ピーク検出部７４と、判定部７５と、フォーマッタ７６と、ショット雑音推定部７７と、電圧制御部７８と、ＲＯＭ７９とを備える。【００６５】
レシーバ４０は、図２（Ｂ）に示した構成を有し、キャパシタ４６により直流（ＤＣ）成分が除かれたＡＰＤ４１の出力信号がＡＤＣ２０（ここではＡＣ結合のＡＤＣ）に供給され、ＡＤＣ２０の出力信号に基づく受信セグメントｙが受信フィルタ７３及びショット雑音推定部７７に供給される。【００６６】
受信フィルタ７３は、受信セグメントｙに対して、所定のインパルス応答「ｈ」を畳み込んで（巡回畳みこみ）、フィルタードセグメント「ｚ」を算出する。受信フィルタ部７３のインパルス応答ｈは、Ｗレジスタで設定可能であり、例えばフィルタ出力でのＳＮＲが大きくなるように予めシステムＣＰＵ５によって設定される。なお、受信フィルタ７１の巡回畳み込み演算は、ＤＦＴを用いて周波数領域で実現されてもよい。こうすることで、演算量を大幅に削減できる。この場合、インパルス応答ｈをＷレジスタで設定可能とする代わりに、インパルス応答ｈを予めＤＦＴ演算して周波数応答「Ｈ」を求めて、周波数応答Ｈを設定可能にしておくとよい。【００６７】
ピーク検出部７４は、フィルタードセグメントｚ内で振幅が最大となる点、即ちピーク点を検出し、当該ピーク点の遅延「Ｄ」と振幅「Ａ」を出力する。判定部７５は、振幅Ａが所定の閾値「ｔＤｅｔ」より大きい点のみを選択的にフォーマッタ７６に送る。フォーマッタ７６は、遅延Ｄと振幅Ａ、及び当該セグメントのフレームインデックスｆｒｍ、セグメントインデックスｓｅｇを、適切なフォーマットに変換し、ターゲット情報ＴＩとしてシステムＣＰＵ５に出力する。【００６８】
ショット雑音推定部７７は、受信背景光量により増加したショット雑音を推定する。ショット雑音推定部７７は、暗基準期間Ｔｄでのプリトリガー区間Ｔｐに得られた受信セグメントｙと、ターゲット期間Ｔｔでのプリトリガー区間に得られた受信セグメントｙとの分散の差分（「分散差ｂｖａｒ」とも呼ぶ。）を、受信背景光量により増加したショット雑音として算出する。そして、ショット雑音推定部７７は、分散差ｂｖａｒを電圧制御部７８へ供給する。なお、セグメントごとに受信背景光量は異なるため、好適には、ショット雑音推定部７７は、セグメントごとに分散差ｂｖａｒを算出する。【００６９】
電圧制御部７８は、分散差ｂｖａｒに基づき、ＲＸＨＶ１８に送信する制御信号ＶＣを生成する。ここで、電圧制御部７８は、ＲＯＭ７９に記憶された印加電圧設定テーブルＴＢを参照し、分散差ｂｖａｒからレシーバ４０への印加電圧を定め、当該印加電圧を指示する制御信号ＶＣを生成する。印加電圧設定テーブルＴＢについては後述する。【００７０】
次に、ショット雑音推定部７７が実行する処理の詳細について説明する。【００７１】
図１１は、ショット雑音推定部７７のブロックダイアグラムを示す。図１１に示すように、ショット雑音推定部７７は、スイッチ８１〜８４と、第１分散算出部９１と、第２分散算出部９２と、演算部９３とを備える。【００７２】
スイッチ８１は、暗基準期間Ｔｄ内のみオンとなるように制御されたスイッチであり、スイッチ８２は、プリトリガー区間Ｔｐ内のみオンとなるように制御されたスイッチである。従って、第１分散算出部９１には、暗基準期間Ｔｄ内のプリトリガー区間Ｔｐに生成された受信セグメントｙが供給される。そして、第１分散算出部９１は、以下の式に基づき、背景光を実質的に受信しない暗基準期間Ｔｄの少なくとも１セグメントを対象として分散「ｄｖａｒ」を算出する。【００７３】
【数４】
2019004144.tif 000006
なお、第１分散算出部９１は、暗基準期間Ｔｄに含まれる複数セグメントを対象として分散ｄｖａｒを算出してもよい。また、第１分散算出部９１は、複数フレームを対象として分散差ｄｖａｒを算出してもよい。【００７４】
スイッチ８３は、ターゲット期間Ｔｔ内のみオンとなるように制御されたスイッチであり、スイッチ８４は、プリトリガー区間Ｔｐ内のみオンとなるように制御されたスイッチである。従って、第２分散算出部９２には、ターゲット期間Ｔｔ内のプリトリガー区間Ｔｐに生成された受信セグメントｙが供給される。そして、第２分散算出部９２は、以下の式に基づき、戻り光Ｌｒと共に背景光を受信するターゲット期間Ｔｔでの分散「ｔｖａｒ」をセグメントごとに算出する。【００７５】
【数５】
2019004144.tif 000007
演算部９３は、第２分散算出部９２が算出した分散ｔｖａｒに対し、分散ｄｖａｒを減じることで、分散差ｂｖａｒを算出する。ここで、第１分散算出部９１が算出する分散ｄｖａｒは、受信背景光量に起因したショット雑音の増加が生じていない受信セグメントｙに基づく分散であり、第２分散算出部９２が算出する分散ｔｖａｒは、受信背景光量に起因したショット雑音の増加が生じた受信セグメントｙに基づく分散である。よって、演算部９３は、受信背景光量に起因したショット雑音の増加分に相当する分散差ｂｖａｒを好適に算出することができる。【００７６】
なお、ショット雑音推定部７７は、プリトリガー区間Ｔｐにおける受信セグメントｙに基づき分散差ｂｖａｒを算出するのに代えて、プリトリガー区間Ｔｐ以外の戻り光Ｌｒが発生しない区間（即ち信号光によるショット雑音が生じない区間）における受信セグメントｙに基づき分散差ｂｖａｒを算出してもよい。【００７７】
次に、ＲＯＭ７９が記憶する印加電圧設定テーブルＴＢについて、図１２及び図１３を参照して説明する。【００７８】
図１２（Ａ）は、受信背景光量が比較的弱い場合のＳＮＲとゲインＭとの関係を示し、図１２（Ｂ）は、受信背景光量が比較的強い場合のＳＮＲとゲインＭとの関係を示す。図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ゲインＭを上げていくと、最初ＳＮＲは上がっていき、ある時最大となり、その後下がっていく。また、受信背景光量に応じてＳＮＲとゲインＭとの関係が変化し、ＳＮＲが最大となるＡＰＤ４１のゲインＭ（「最適ゲインＭｏｐｔ」とも呼ぶ。）は受信背景光量に応じて異なる。以上を勘案し、ライダ１は、印加電圧設定テーブルＴＢをＲＯＭ７９に予め記憶して参照することで、推定した受信背景光量から最適ゲインＭｏｐｔとなるＡＰＤ４１のゲインＭを得るためのＡＰＤ４１の印加電圧を好適に取得する。【００７９】
図１３は、ライダ１が印加電圧設定テーブルＴＢとして記憶する受信背景光量とＡＰＤ４１への印加電圧との関係を示したグラフである。具体的には、図１３（Ａ）は、分散差ｂｖａｒに相当する受信背景光量と、最適ゲインＭｏｐｔとの関係を概略的に示したグラフであり、図１３（Ｂ）は、ＡＰＤ４１のゲインＭとＡＰＤ４１への印加電圧との関係を概略的に示したグラフである。【００８０】
電圧制御部７８は、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示される関係を規定した印加電圧設定テーブルＴＢを参照することで、受信背景光量を表す分散差ｂｖａｒからレシーバ４０への印加電圧を指示する制御信号ＶＣを生成する。具体的には、電圧制御部７８は、図１３（Ａ）に示される関係に基づき、受信背景光量を表す分散差ｂｖａｒから最適ゲインＭｏｐｔとなるゲインＭを特定し、さらに図１３（Ｂ）に示される関係に基づき、特定したゲインＭを実現するためのＡＰＤ４１への印加電圧を特定する。【００８１】
なお、ＲＯＭ７９には、図１３（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれに対応する１組のテーブルが印加電圧設定テーブルＴＢとして記憶されていてもよく、推定した受信背景光量に対して最適ゲインＭｏｐｔを実現するＡＰＤ４１への印加電圧を規定する１つのテーブルが印加電圧設定テーブルＴＢとして記憶されていてもよい。また、印加電圧設定テーブルＴＢの測定は、例えばライダ１の開発工程又は製造工程において実施され、開発工程において実施される場合には、複数のライダ１を対象とした測定値の代表値が印加電圧設定テーブルＴＢに記録され、製造工程において実施される場合には、ライダ１の個体の夫々で測定した値が各ライダ１の印加電圧設定テーブルＴＢに記録される。【００８２】
また、電圧制御部７８は、ライダ１と周辺環境との相対位置の変化度合いに応じてＡＰＤ４１のゲインＭの制御方法を決定してもよい。例えば、電圧制御部７８は、ライダ１とライダ１の周辺環境が共に静止している場合、即ちライダ１と周辺環境との相対位置関係が変化しない場合には、セグメントごとにＡＰＤ４１のゲインＭが最適ゲインＭｏｐｔとなるようにＡＰＤ４１への印加電圧を調整する。具体的には、電圧制御部７８は、前回フレームの同セグメントの受信セグメントｙを用いて推定した受信背景光量に基づき、セグメントごとにＡＰＤ４１への印加電圧を指示する制御信号ＶＣを生成し、ＲＸＨＶ１８へ供給する。同様に、電圧制御部７８は、周辺環境が静止し、ライダ１の移動速度が低い場合、即ち、即ちライダ１と周辺環境との相対位置関係が急激に変化しない場合、ライダ１と周辺環境との相対位置関係が変化しない場合と同様に、セグメントごとにＡＰＤ４１のゲインＭの制御を行う。この場合、電圧制御部７８は、前回フレームの同セグメントの受信セグメントｙを用いて推定した受信背景光量に基づいて、ＡＰＤ４１のゲインＭが最適ゲインＭｏｐｔになるように追従しながらセグメントごとにＡＰＤ４１への印加電圧を調整する。【００８３】
一方、ライダ１と周辺環境との相対位置関係が急激に変化する場合、電圧制御部７８は、セグメントごとのＡＰＤ４１のゲインＭの制御を行わない。この場合、第１の例では、電圧制御部７８は、フレーム毎の平均の受信背景光量に基づき、ＡＰＤ４１のゲインＭをフレームごとに制御する。この場合、電圧制御部７８は、推定したセグメントごとの分散差ｂｖａｒをフレームごとに平均し、算出した平均に基づき印加電圧設定テーブルＴＢを参照してＡＰＤへの印加電圧を決定する。第２の例では、電圧制御部７８は、フレーム毎の最大もしくは最小の受信背景光量に基づき、ＡＰＤ４１のゲインＭをフレームごとに制御する。第３の例では、複数フレーム（例えば直前の８フレーム）毎の推定受信背景光量の平均又は最大値、最小値に基づき、ＡＰＤ４１のゲインＭをフレームごとに制御する。第４の例では、電圧制御部７８は、１つのフレーム期間内に算出した推定受信背景光量の平均をさらにＩＩＲフィルタ等によりフレーム方向に（即ち異なるフレームインデックス間で）平均化した値に基づき、ＡＰＤ４１のゲインＭをフレームごとに制御する。【００８４】
この場合、ライダ１は、移動速度を検出するセンサの出力に基づき、セグメントごとにＡＰＤ４１のゲインＭの制御を行うか否かを決定してもよい。例えば、ライダ１は、上述のセンサの検出速度が所定速度以下の場合には、セグメントごとにＡＰＤ４１のゲインＭの制御を行い、検出速度が所定速度より高い場合には、ＡＰＤ４１のゲインＭをフレームごとに制御する。後述の第２実施例でも同様に、電圧制御部７８は、ライダ１と周辺環境との相対位置の変化度合いに応じてＡＰＤ４１のゲインＭの制御方法を決定してもよい。【００８５】
（第２実施例）
図１４は、第２実施例に係るＤＳＰ１６等が実行する信号処理のブロックダイアグラムを示す。図１４に示すように、第２実施例に係るＤＳＰ１６は、受信フィルタ７３と、ピーク検出部７４と、判定部７５と、フォーマッタ７６と、ＤＣ推定部７７Ａと、電圧制御部７８と、ＲＯＭ７９とを備える。以後では、第１実施例と同様の構成要素については適宜同一の符号を付し、その説明を省略する。【００８６】
レシーバ４０Ａは、図２（Ｂ）及び図１０に示したレシーバ４０からキャパシタ４６が除外された構成を有する。これにより、直流（ＤＣ）成分を含んだＡＰＤ４１の出力信号がレシーバ４０ＡからＡＤＣ２０Ａ（ここではＤＣ結合のＡＤＣ）に供給され、ＡＤＣ２０Ａの出力信号に基づく受信セグメントｙが受信フィルタ７３及びＤＣ推定部７７Ａに供給される。【００８７】
ＤＣ推定部７７Ａは、受信背景光量の直流成分（「推定受信背景光量ｂＤｃ」とも呼ぶ。）を算出し、算出した推定受信背景光量ｂＤｃを電圧制御部７８へ供給する。【００８８】
図１５は、ＤＣ推定部７７Ａのブロックダイアグラムを示す。図１５に示すように、ＤＣ推定部７７Ａは、スイッチ８５〜８８と、第１平均算出部９４と、第２平均算出部９５と、演算部９６とを備える。【００８９】
スイッチ８５は、暗基準期間Ｔｄ内のみオンとなるように制御されたスイッチであり、スイッチ８６は、プリトリガー区間Ｔｐ内のみオンとなるように制御されたスイッチである。従って、第１平均算出部９４には、暗基準期間Ｔｄ内のプリトリガー区間Ｔｐに生成された受信セグメントｙが供給される。そして、第１平均算出部９４は、以下の式に基づき、暗基準期間Ｔｄ内のプリトリガー区間Ｔｐの少なくとも１セグメント分の受信セグメントｙを対象として、受信セグメントｙの直流成分に相当する平均「ｄＤＣ」を算出する。【００９０】
【数６】
2019004144.tif 000008
また、スイッチ８７は、ターゲット期間Ｔｔ内のみオンとなるように制御されたスイッチであり、スイッチ８８は、プリトリガー区間Ｔｐ内のみオンとなるように制御されたスイッチである。従って、第２平均算出部９５には、ターゲット期間Ｔｔ内のプリトリガー区間Ｔｐに生成された受信セグメントｙが供給される。そして、第２平均算出部９５は、以下の式に基づき、ターゲット期間Ｔｔ内のプリトリガー区間Ｔｐに生成された受信セグメントｙの直流成分に相当する平均「ｔＤＣ」をセグメントごとに算出する。【００９１】
【数７】
2019004144.tif 000009
演算部９６は、第２平均算出部９５が算出した平均ｔＤＣに対して平均ｄＤＣを減じることで、推定受信背景光量ｂＤｃを算出する。ここで、第２平均算出部９５が算出する平均ｄＤｃは、受信背景光量の影響がない受信セグメントｙに基づき算出された直流成分であり、第２平均算出部９５が算出する平均ｔＤｃは、受信背景光量の影響を受けた受信セグメントｙに基づき算出された直流成分である。よって、演算部９３は、平均ｄＤｃと平均ｔＤｃとに基づき、レシーバ４０が受信した受信背景光量に相当する推定受信背景光量ｂＤｃを好適に算出することができる。【００９２】
再び図１４を参照し、第２実施例に係るＤＳＰ１６について説明する。電圧制御部７８は、ＤＣ推定部７７Ａから供給される推定受信背景光量ｂＤｃと、推定受信背景光量ｂＤｃの算出に用いた受信セグメントｙの生成時におけるＡＰＤ４１のゲインＭと、ＲＯＭ７９に記憶された印加電圧設定テーブルＴＢとに基づき、ＡＰＤ４１への印加電圧を決定し、当該印加電圧を指示する制御信号ＶＣを生成する。ここで、推定受信背景光量ｂＤｃは、推定に用いた受信セグメントｙの生成時におけるＡＰＤ４１のゲインＭに依存するため、電圧制御部７８は、ＡＰＤ４１のゲインＭを取得し、取得したＡＰＤ４１のゲインＭに応じてＡＰＤ４１への印加電圧を決定する。この場合、例えば、電圧制御部７８は、取得したＡＰＤ４１のゲインＭにより推定受信背景光量ｂＤｃの正規化を行い、正規化後の推定受信背景光量ｂＤｃに基づき、印加電圧設定テーブルＴＢを参照してＡＰＤ４１への印加電圧を決定する。【００９３】
以上説明したように、ライダ１は、走査部５５から照射された射出光Ｌｏが対象物によって反射された戻り光Ｌｒを受信するＡＰＤ４１と、ＤＳＰ１６とを備える。ＤＳＰ１６は、ＡＰＤ４１からの出力信号に基づいて、太陽光が対象物によって反射されＡＰＤ４１によって受信される受信背景光量に関する情報を推定するショット雑音推定部７７又はＤＣ推定部７７Ａと、推定された受信背景光量に関する情報に基づいて、ＡＰＤ４１のゲインＭを制御するためのＡＰＤ４１への印加電圧を決定する電圧制御部７８とを備える。これにより、ライダ１は、ＳＮＲを最大化するようにＡＰＤ４１のゲインＭを好適に調整することができる。【００９４】
＜変形例＞
受信背景光量を推定する構成は、図１０及び図１４等に示される構成に限定されない。これに代えて、ライダ１は、メインの受信系統となるレシーバ４０とは別系統の背景光観測系を備えてもよい。【００９５】
この場合、第１の例では、レシーバ４０とは別系統の背景光観測系には、メインの受信系統となるレシーバ４０のＡＰＤ４１よりも走査が先になる別のＡＰＤと走査機構が設けられ、ライダ１は、当該ＡＰＤの出力信号に基づき受信背景光量を推定する。また、第２の例では、ライダ１は、広角のカメラを備え、当該カメラが出力する画像に基づき受信背景光量を推定する。この場合、ライダ１は、カメラが出力する画像の画素毎に得られた情報(例えば、輝度)をセグメント毎の受信背景光量に変換する。このように、ライダ１は、レシーバ４０とは別系統の背景光観測系に基づいて、受信背景光量を好適に推定することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１  ライダ
５  システムＣＰＵ
７  暗基準反射体
１０  ＡＳＩＣ
３０  トランスミッタ
４０  レシーバ
５０  走査光学部
【図１】
2019004144.tif 000010
【図２】
2019004144.tif 000011
【図３】
2019004144.tif 000012
【図４】
2019004144.tif 000013
【図５】
2019004144.tif 000014
【図６】
2019004144.tif 000015
【図７】
2019004144.tif 000016
【図８】
2019004144.tif 000017
【図９】
2019004144.tif 000018
【図１０】
2019004144.tif 000019
【図１１】
2019004144.tif 000020
【図１２】
2019004144.tif 000021
【図１３】
2019004144.tif 000022
【図１４】
2019004144.tif 000023
【図１５】
2019004144.tif 000024
【国際調査報告】
2019004144.tif 000025
2019004144.tif 000026
2019004144.tif 000027
2019004144.tif 000028