(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
探査波の発射から反射波の受信までの時間である前記探査波の飛行時間を計測する計測装置（１，１００）であって、
前記探査波を発射し、前記反射波を受信する送受信手段（１０，２０）と、
記憶手段（５１，５５）と、
前記送受信手段による受信信号のサンプリングデータを生成して前記記憶手段に記憶させる標本化手段（３１，３５，４１，４５，１３０，１３１，１３５）であって、第一のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化した前記サンプリングデータを、第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させる第一の処理手段（４１，１３１）と、前記第一のサンプリング周波数よりも低い第二のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化した前記サンプリングデータを、第二の信号データとして前記記憶手段に記憶させる第二の処理手段（４５，１３５）と、を備える標本化手段と、
前記第一及び前記第二の信号データに基づき、前記飛行時間を計測する計測手段（６０，Ｓ１９０，Ｓ２００，Ｓ２２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０）と、
前記飛行時間の計測値に基づき、前記第一の信号データに対応する前記受信信号のサンプリング期間を決定する決定手段（６０，Ｓ１２０〜Ｓ１７０，Ｓ２５０）と、
を備え、
前記第一の処理手段は、前記第二の処理手段と並列に動作し、前記決定手段により決定された前記サンプリング期間に対応する、前記探査波の発射時点を基準とした特定期間の前記受信信号の前記サンプリングデータを選択的に、前記第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させ、
前記第二の処理手段は、前記特定期間を含む前記特定期間より広い期間の前記受信信号の前記サンプリングデータを前記第二の信号データとして前記記憶手段に記憶させ、
前記計測手段は、前記第一の信号データに基づき算出される前記飛行時間、及び、前記第二の信号データに基づき算出される前記飛行時間の一方を、前記飛行時間の計測値として選択すること
を特徴とする計測装置。
【請求項２】
探査波の発射から反射波の受信までの時間である前記探査波の飛行時間を計測する計測装置（１，１００）であって、
前記探査波を発射し、前記反射波を受信する送受信手段（１０，２０）と、
記憶手段（５１，５５）と、
前記送受信手段による受信信号のサンプリングデータを生成して前記記憶手段に記憶させる標本化手段（３１，３５，４１，４５，１３０，１３１，１３５）であって、第一のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化した前記サンプリングデータを、第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させる第一の処理手段（４１，１３１）と、前記第一のサンプリング周波数よりも低い第二のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化した前記サンプリングデータを、第二の信号データとして前記記憶手段に記憶させる第二の処理手段（４５，１３５）と、を備える標本化手段と、
前記第一及び前記第二の信号データに基づき、前記飛行時間を計測する計測手段（６０，Ｓ１９０，Ｓ２００，Ｓ２２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０）と、
前記飛行時間の計測値に基づき、前記第一の信号データに対応する前記受信信号のサンプリング期間を決定する決定手段（６０，Ｓ１２０〜Ｓ１７０，Ｓ２５０）と、
を備え、
前記第一の処理手段は、前記決定手段により決定された前記サンプリング期間に対応する、前記探査波の発射時点を基準とした特定期間の前記受信信号の前記サンプリングデータを選択的に、前記第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させ、
前記計測手段は、前記第一及び前記第二の信号データに基づき、前記飛行時間の計測値を算出するが、前記第一及び前記第二の信号データの夫々が示す前記飛行時間の差が基準以上である状況では、前記第一及び前記第二の信号データの内、前記第二の信号データを選択的に用いて前記飛行時間の計測値を算出すること
を特徴とする計測装置。
【請求項３】
探査波の発射から反射波の受信までの時間である前記探査波の飛行時間を計測する計測装置（１，１００）であって、
前記探査波を発射し、前記反射波を受信する送受信手段（１０，２０）と、
記憶手段（５１，５５）と、
前記送受信手段による受信信号のサンプリングデータを生成して前記記憶手段に記憶させる標本化手段（３１，３５，４１，４５，１３０，１３１，１３５）であって、第一のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化した前記サンプリングデータを、第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させる第一の処理手段（４１，１３１）と、前記第一のサンプリング周波数よりも低い第二のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化した前記サンプリングデータを、第二の信号データとして前記記憶手段に記憶させる第二の処理手段（４５，１３５）と、を備える標本化手段と、
前記第一及び前記第二の信号データに基づき、前記飛行時間を計測する計測手段（６０，Ｓ１９０，Ｓ２００，Ｓ２２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０）と、
前記飛行時間の計測値に基づき、前記第一の信号データに対応する前記受信信号のサンプリング期間を決定する決定手段（６０，Ｓ１２０〜Ｓ１７０，Ｓ２５０）と、
を備え、
前記第一の処理手段は、前記決定手段により決定された前記サンプリング期間に対応する、前記探査波の発射時点を基準とした特定期間の前記受信信号の前記サンプリングデータを選択的に、前記第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させ、
前記計測手段は、前記第一の信号データに基づき前記飛行時間の第一候補を算出する一方、前記第二の信号データに基づき前記飛行時間の第二候補を算出し、前記第一候補と前記第二候補との差が基準未満である場合には、前記第一候補を前記飛行時間の計測値として選択する一方、前記差が前記基準以上である場合には、前記第二候補を前記飛行時間の計測値として選択すること
を特徴とする計測装置。
【請求項４】
探査波の発射から反射波の受信までの時間である前記探査波の飛行時間を計測する計測装置（１，１００）であって、
前記探査波を発射し、前記反射波を受信する送受信手段（１０，２０）と、
記憶手段（５１，５５）と、
前記送受信手段による受信信号のサンプリングデータを生成して前記記憶手段に記憶させる標本化手段（３１，３５，４１，４５，１３０，１３１，１３５）であって、第一のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化した前記サンプリングデータを、第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させる第一の処理手段（４１，１３１）と、前記第一のサンプリング周波数よりも低い第二のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化した前記サンプリングデータを、第二の信号データとして前記記憶手段に記憶させる第二の処理手段（４５，１３５）と、を備える標本化手段と、
前記第一及び前記第二の信号データに基づき、前記飛行時間を計測する計測手段（６０，Ｓ１９０，Ｓ２００，Ｓ２２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０）と、
前記飛行時間の計測値に基づき、前記第一の信号データに対応する前記受信信号のサンプリング期間を決定する決定手段（６０，Ｓ１２０〜Ｓ１７０，Ｓ２５０）と、
を備え、
前記標本化手段は、前記第一のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化して、対応するサンプリングデータを出力する回路（１３０）を備え、
前記第一の処理手段（１３１，４１）は、前記決定手段により決定された前記サンプリング期間に対応する、前記探査波の発射時点を基準とした特定期間の前記受信信号の前記サンプリングデータを選択的に、前記第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させる構成にされ、前記第一の信号データを、前記回路が出力する前記サンプリングデータから前記特定期間に対応するデータ部位を抽出することによって生成し、
前記第二の処理手段（１３５，４５）は、前記第二の信号データを、前記回路が出力する前記サンプリングデータを間引きすることによって生成すること
を特徴とする計測装置（１００）。
【請求項５】
前記決定手段は、前記飛行時間の計測値に基づき、次回計測時に発射する前記探査波に対応する前記反射波が前記送受信手段により受信されると推定される時刻を含むように前記サンプリング期間を決定すること
を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の計測装置。
【請求項６】
前記第一の処理手段は、前記特定期間の前記受信信号を前記第一のサンプリング周波数で標本化した前記サンプリングデータであって、前記探査波の複数回に亘る発射動作の夫々で得られた前記サンプリングデータが示す前記探査波の発射時点を基準とした各時刻の受信強度を時刻毎に累積したデータを、前記第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させ、
前記第二の処理手段は、前記受信信号を前記第二のサンプリング周波数で標本化した前記サンプリングデータであって、前記探査波の複数回に亘る発射動作の夫々で得られた前記サンプリングデータが示す前記探査波の発射時点を基準とした各時刻の受信強度を時刻毎に累積したデータを、前記第二の信号データとして前記記憶手段に記憶させ、
前記計測手段は、前記複数回の発射動作が終了する毎に、前記第一及び前記第二の信号データの夫々が示す各時刻の受信強度を参照して、前記飛行時間を計測すること
を特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項記載の計測装置。
【請求項７】
探査波の発射から反射波の受信までの時間である前記探査波の飛行時間を計測する計測装置（１，１００）であって、
前記探査波を発射し、前記反射波を受信する送受信手段（１０，２０）と、
記憶手段（５１，５５）と、
前記送受信手段による受信信号のサンプリングデータを生成して前記記憶手段に記憶させる標本化手段（３１，３５，４１，４５，１３０，１３１，１３５）であって、第一のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化した前記サンプリングデータを、第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させる第一の処理手段（４１，１３１）と、前記第一のサンプリング周波数よりも低い第二のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化した前記サンプリングデータを、第二の信号データとして前記記憶手段に記憶させる第二の処理手段（４５，１３５）と、を備える標本化手段と、
前記第一及び前記第二の信号データに基づき、前記飛行時間を計測する計測手段（６０，Ｓ１９０，Ｓ２００，Ｓ２２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０）と、
前記飛行時間の計測値に基づき、前記第一の信号データに対応する前記受信信号のサンプリング期間を決定する決定手段（６０，Ｓ１２０〜Ｓ１７０，Ｓ２５０）と、
を備え、
前記第一の処理手段は、前記決定手段により決定された前記サンプリング期間に対応する、前記探査波の発射時点を基準とした特定期間の前記受信信号を前記第一のサンプリング周波数で標本化した前記サンプリングデータであって、前記探査波の複数回に亘る発射動作の夫々で得られた前記サンプリングデータが示す前記探査波の発射時点を基準とした各時刻の受信強度を時刻毎に累積したデータを、前記第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させる構成にされ、
前記第二の処理手段は、前記受信信号を前記第二のサンプリング周波数で標本化した前記サンプリングデータであって、前記探査波の複数回に亘る発射動作の夫々で得られた前記サンプリングデータが示す前記探査波の発射時点を基準とした各時刻の受信強度を時刻毎に累積したデータを、前記第二の信号データとして前記記憶手段に記憶させ、前記複数回に亘る発射動作の開始から終了までの各回の前記発射動作毎に、初回から今回までの前記発射動作の夫々で得られた前記サンプリングデータが示す前記探査波の発射時点を基準とした各時刻の受信強度を時刻毎に累積したデータを、中間データとして生成する構成にされ、
前記計測手段は、前記複数回の発射動作が終了する毎に、前記第一及び前記第二の信号データの夫々が示す各時刻の受信強度を参照して、前記飛行時間を計測し、前記複数回に亘る発射動作が実行される期間の所定時点で、前記中間データが示す各時刻の受信強度に基づき、前記反射波の受信を検知することができた場合には、その受信時刻を含むように前記サンプリング期間を修正し、
前記第一の処理手段は、前記複数回に亘る発射動作が実行される期間において前記サンプリング期間が修正された場合には、前記修正された前記サンプリング期間に対応する前記受信信号を前記第一のサンプリング周波数で標本化した前記サンプリングデータであって、前記所定時点以降において実行される残りの前記発射動作の夫々で得られた前記サンプリングデータが示す前記探査波の発射時点を基準とした各時刻の受信強度を時刻毎に累積したデータを、前記第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させること
を特徴とする計測装置。
【請求項８】
前記計測手段は、前記所定時点で前記反射波の受信を検知することができた場合には、前記中間データを、完成した前記第二の信号データと見做して前記第二の処理手段の動作を停止させること
を特徴とする請求項７記載の計測装置。
【請求項９】
前記送受信手段は、前記探査波として光パルスを発射し、前記光パルスの反射光が到来する前方視野を分割して定義される画素毎に、前記反射光を受信する構成にされ、
前記第一及び前記第二の処理手段は、前記画素毎に、前記送受信手段による当該画素の受信信号に基づき生成した前記第一及び前記第二の信号データを前記記憶手段に記憶させ、
前記計測手段は、前記画素毎に、当該画素の前記第一及び前記第二の信号データに基づき、前記光パルスの前記飛行時間を計測し、
前記決定手段は、前記画素毎に得られる前記飛行時間の計測値に基づき、前記画素毎に、前記サンプリング期間を決定すること
を特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項記載の計測装置。
【請求項１０】
探査波の発射から反射波の受信までの時間である前記探査波の飛行時間を計測する計測装置（１，１００）であって、
前記探査波を発射し、前記反射波を受信する送受信手段（１０，２０）と、
記憶手段（５１，５５）と、
前記送受信手段による受信信号のサンプリングデータを生成して前記記憶手段に記憶させる標本化手段（３１，３５，４１，４５，１３０，１３１，１３５）であって、第一のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化した前記サンプリングデータを、第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させる第一の処理手段（４１，１３１）と、前記第一のサンプリング周波数よりも低い第二のサンプリング周波数で前記受信信号を標本化した前記サンプリングデータを、第二の信号データとして前記記憶手段に記憶させる第二の処理手段（４５，１３５）と、を備える標本化手段と、
前記第一及び前記第二の信号データに基づき、前記飛行時間を計測する計測手段（６０，Ｓ１９０，Ｓ２００，Ｓ２２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０）と、
前記飛行時間の計測値に基づき、前記第一の信号データに対応する前記受信信号のサンプリング期間を決定する決定手段（６０，Ｓ１２０〜Ｓ１７０，Ｓ２５０）と、
を備え、
前記第一の処理手段は、前記決定手段により決定された前記サンプリング期間に対応する、前記探査波の発射時点を基準とした特定期間の前記受信信号の前記サンプリングデータを選択的に、前記第一の信号データとして前記記憶手段に記憶させる構成にされ、
前記送受信手段は、前記探査波として光パルスを発射し、前記光パルスの反射光が到来する前方視野を分割して定義される画素毎に、前記反射光を受信する構成にされ、
前記第一及び前記第二の処理手段は、前記画素毎に、前記送受信手段による当該画素の受信信号に基づき生成した前記第一及び前記第二の信号データを前記記憶手段に記憶させる構成にされ、
前記計測手段は、前記画素毎に、当該画素の前記第一及び前記第二の信号データに基づき、前記光パルスの前記飛行時間を計測し、
前記決定手段は、前記画素毎の前記飛行時間の計測値に基づき、前記光パルスを反射する前方物体の夫々の動きを予測し、前記前方物体の夫々に関する画素間の前記動きの予測結果に基づき、前記前方物体の夫々を反射する前記光パルスの受信信号に対応するサンプリングデータが前記第一の信号データとして前記記憶手段に記憶されるように、前記画素毎の前記サンプリング期間を決定すること
を特徴とする計測装置。
【請求項１１】
前記決定手段は、複数の前記前方物体が重なることが予測される画素に関しては、この画素の前記サンプリング期間を、互いに重なる前記前方物体の内、最も手前に位置する前記前方物体を反射する前記光パルスの受信信号に対応するサンプリングデータが前記第一の信号データとして前記記憶手段に記憶されるように決定すること
を特徴とする請求項１０記載の計測装置。
【請求項１２】
前記決定手段は、前記前方物体の存在が予測されていない画素における前記第一の処理手段の動作を禁止すること
を特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の計測装置。
【請求項１３】
前記計測手段は、前記飛行時間の計測値に基づき、前記探査波を反射した前方物体までの距離の計測値を出力すること
を特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、探査波の飛行時間を計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、探査波を発射し、その反射波の受信までの時間である探査波の飛行時間を計測することにより、前方物体までの距離を計測する計測装置が知られている。探査波としては、例えば、パルス型の光信号である光パルスが用いられる。
【０００３】
この他、粒子の飛行時間を計測することにより、試料の質量スペクトルを求める質量分析装置が知られている（特許文献１参照）。質量分析装置では、観測対象の信号を標本化（サンプリング）してメモリに格納するが、メモリ容量を抑えるために、予め定められた時間領域の信号を選択的に標本化してメモリに格納する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−４２２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、飛行時間を用いて前方物体までの距離を計測する計測装置によれば、高精度な距離計測のために、反射波の受信信号を高いサンプリング周波数で標本化する必要がある。しかしながら、全受信信号を高いサンプリング周波数で標本化すれば、データ蓄積のためのメモリ容量が増大する。
【０００６】
このため、車載装置の分野では、反射波の受信信号を低いサンプリング周波数で標本化する一方、飛行時間の短い近距離の前方物体からの反射波の受信信号を選択的に高いサンプリング周波数で標本化することが行われている。
【０００７】
しかしながら、この手法では、遠方の前方物体までの距離を高精度に計測することはできない。また、車両前方に位置する物体までの距離を計測する装置では、人や車両等の動体が自由に存在するため、質量分析装置のように、標本化する対象の時間領域を固定領域に定めつつ、前方物体までの距離を、遠近に関係なく高精度に計測することは難しい。
【０００８】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、前方物体から反射した探査波の飛行時間を、前方物体の遠近に関係なく高精度に計測可能で、且つ、計測のために記憶すべきデータ量を抑制可能な技術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】
【０００９】
本発明は、探査波の発射から反射波の受信までの時間である探査波の飛行時間を計測する計測装置であって、送受信手段と、記憶手段と、標本化手段と、計測手段と、決定手段とを備える。送受信手段は、探査波を発射し、反射波を受信する。
【００１０】
標本化手段は、送受信手段による受信信号のサンプリングデータを生成して記憶手段に記憶させる。この標本化手段は、第一の処理手段及び第二の処理手段を備える。第一の処理手段は、第一のサンプリング周波数で受信信号を標本化したサンプリングデータを、第一の信号データとして記憶手段に記憶させる。一方、第二の処理手段は、第一のサンプリング周波数よりも低い第二のサンプリング周波数で受信信号を標本化したサンプリングデータを、第二の信号データとして記憶手段に記憶させる。
【００１１】
計測手段は、これら第一及び第二の信号データに基づき、飛行時間を計測する。決定手段は、この飛行時間の計測値に基づき、第一の信号データに対応する受信信号のサンプリング期間を決定する。
【００１２】
第一の処理手段は、決定手段により決定されたサンプリング期間に対応する、探査波の発射時点を基準とした特定期間の受信信号のサンプリングデータを選択的に、上記第一の信号データとして記憶手段に記憶させる。
【００１３】
本発明の計測装置によれば、高いサンプリング周波数で受信信号を標本化する第一の処理手段のサンプリング期間を限定することで、記憶手段に記憶される第一の信号データのデータ量を抑える。そして、サンプリング期間の決定には、決定前に得られた飛行時間の計測値を用いる。
【００１４】
従って、この計測装置によれば、探査波が発射される前方領域の内、前方物体が存在する可能性が高い領域に限定して、この領域からの反射波の受信信号に対応するサンプリングデータを、第一の信号データとして記憶手段に記憶させることができる。よって、本発明によれば、前方物体から反射した探査波の飛行時間を、前方物体の遠近に関係なく高精度に計測可能で、且つ、計測のために記憶すべきデータ量を抑制することができる。
【００１５】
付言すると、計測手段は、飛行時間の計測値に基づき、探査波を反射した前方物体までの距離の計測値を出力する構成にすることができる。この計測手段を備える計測装置によれば、前方物体までの距離に関して高精度な計測値を出力することができる。
【００１６】
また、計測手段は、第一及び第二の信号データの夫々が示す飛行時間の差が基準以上である状況では、第一及び第二の信号データの内、第二の信号データを選択的に用いて飛行時間の計測値を算出する構成にすることができる。
【００１７】
具体的に、計測手段は、第一の信号データに基づき飛行時間の第一候補を算出する一方、第二の信号データに基づき飛行時間の第二候補を算出し、第一候補と第二候補との差が基準未満である場合には、第一候補を飛行時間の計測値として選択する一方、差が基準以上である場合には、第二候補を飛行時間の計測値として選択する構成にされ得る。
【００１８】
このようにして飛行時間を計測すれば、決定手段により決定されたサンプリング期間が適切でないときでも、第一の信号データに影響されて、計測手段が飛行時間の計測値として適切ではない値を算出するのを抑制できる。
【００１９】
この他、送受信手段は、探査波として光パルスを発射し、光パルスの反射光が到来する前方視野を分割して定義される画素毎に、反射光を受信する構成にされ得る。この場合、第一及び第二の処理手段は、画素毎に、送受信手段による当該画素の受信信号に基づき生成した第一及び第二の信号データを記憶手段に記憶させることができる。また、計測手段は、画素毎に、当該画素の第一及び第二の信号データに基づき、光パルスの飛行時間を計測する構成にされ得る。この他、決定手段は、画素毎に得られる飛行時間の計測値に基づき、画素毎にサンプリング期間を決定する構成にされ得る。
【００２０】
この計測装置によれば、前方領域において横方向に空間的に広がって位置する前方物体の夫々から反射した光パルスの飛行時間を夫々高精度に計測することができる。
また、この計測装置における決定手段は、画素毎の飛行時間の計測値に基づき、光パルスを反射する前方物体の夫々の動きを予測する構成にされ得る。また、決定手段は、前方物体の夫々に関する（例えば画素間の）動きの予測結果に基づき、画素毎のサンプリング期間を、前方物体の夫々を反射する光パルスの受信信号に対応するサンプリングデータが第一の信号データとして記憶手段に記憶されるように決定する構成にされ得る。
【００２１】
この計測装置によれば、例えば前方物体が画素間を移動することも加味して、適切に画素毎のサンプリング期間を決定することができる。このため、前方物体の夫々に対する光パルスの飛行時間の計測を一層高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】計測装置の構成を表すブロック図である。
【図２】第一／第二処理ユニットによる第一／第二信号データの生成動作を説明した図である。
【図３】第二信号データ（上段）／第一信号データ（下段）に関する説明図である。
【図４】低精度の計測領域（破線）及び高精度の計測領域（太線）を表す図である。
【図５】サンプリング期間の切替例（第一例）を説明した図である。
【図６】サンプリング期間の切替例（第二例）を説明した図である。
【図７】サンプリング期間の切替例（第三例）を説明した図である。
【図８】制御ユニットが実行する距離計測処理を表すフローチャートである。
【図９】制御ユニットが実行する低精度計測処理を表すフローチャートである。
【図１０】制御ユニットが実行する高精度計測処理を表すフローチャートである。
【図１１】変形例の計測装置の構成を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明の実施例について、図面と共に説明する。
本実施例の計測装置１は、車両３（図４参照）に搭載される。この計測装置１は、自車両３の前方に対し、パルス型の光信号である光パルスを発射し、その光パルスの反射光を受信する。計測装置１は、この光パルスの発射から反射光の受信までの時間である光パルスの飛行時間を計測することによって、前方物体５までの距離を計測する。
【００２４】
この計測装置１は、図１に示すように、発光ユニット１０と、受光ユニット２０と、第一変換器３１と、第二変換器３５と、第一処理ユニット４１と、第二処理ユニット４５と、第一メモリ５１と、第二メモリ５５と、制御ユニット６０と、インタフェース７０とを備える。
【００２５】
発光ユニット１０は、光パルスを自車両３の前方に向けて発射する。詳述すれば、発光ユニット１０は、制御ユニット６０からの命令を受けて、距離計測処理の開始毎に、光パルスを規定回数（Ｎ回）発射する。以下では、規定回数Ｎとして、Ｎ＝１０回を一例に挙げるが、規定回数Ｎは、例えば発射する光パルスの強度に応じて適宜定めることができる。
【００２６】
受光ユニット２０は、発光ユニット１０により発射された光パルスが前方物体５に反射して戻ってくる反射光を受信するための画素毎の受光素子（図示せず）を備える。この受光ユニット２０は、反射光が到来する前方視野を分割して定義される画素毎に上記受光素子を備える。各受光素子は、反射光を含む入射光の受信信号を、第一変換器３１及び第二変換器３５に入力する。これら受光素子（画素）毎の受信信号は、受光素子に対する入射光の強度に対応した値を示す。
【００２７】
第一変換器３１は、アナログ／ディジタル変換器であり、受光ユニット２０から入力される各画素の受信信号を標本化（サンプリング）して、画素毎のサンプリングデータを生成する。各画素のサンプリングデータは、その画素に対する入射光の受信強度を表す。第一変換器３１は、画素毎に、予め定められた第一サンプリング周波数ｆ１で受信信号を標本化し、受信信号に対応するサンプリングデータを第一処理ユニット４１に入力する。
【００２８】
第二変換器３５も、第一変換器３１と同様、アナログ／ディジタル変換器として構成される。第二変換器３５は、受光ユニット２０から入力される各画素の受信信号を、第二サンプリング周波数ｆ２で標本化して、画素毎のサンプリングデータを生成し、これを第二処理ユニット４５に入力する。
【００２９】
但し、第二サンプリング周波数ｆ２は、第一サンプリング周波数ｆ１よりも十分に低い。これにより、第一変換器３１では、第二変換器３５によるサンプリングデータよりも解像度の高い（換言すれば時間分解能の高い）サンプリングデータが生成される。
【００３０】
詳述すると、第二変換器３５は、光パルスの発射毎に、この発射と同時に発光ユニット１０から入力されるトリガ信号に基づき、光パルスの発射時点から規定時間が経過するまでの期間、画素毎の受信信号を標本化する。第二変換器３５は、この標本化によって、当該期間に受光ユニット２０が受信した各画素の受信信号を標本化した画素毎のサンプリングデータを第二処理ユニット４５に入力する。この規定時間は、距離計測可能な最も遠方の地点で光パルスが反射した場合の、光パルスの発射時点から反射光の受信が完了するまでの所要時間に対応する。以下では、第二変換器３５が、光パルスの発射毎に受信信号を標本化する上記期間のことを標準計測期間とも表現する。
【００３１】
一方、第一変換器３１は、受光ユニット２０から入力される各画素の受信信号を上記標準計測期間の内の予め設定されたサンプリング期間に限って標本化する。第一変換器３１は、この標本化によって、上記サンプリング期間に対応する特定期間の受信信号を標本化したサンプリングデータを第一処理ユニット４１に入力する。サンプリング期間は、光パルスの発射時点を原点とする時間軸上で定められる。このサンプリング期間は、過去の距離計測結果に基づいて、制御ユニット６０により画素毎に個別に設定される。
【００３２】
詳述すると、第一変換器３１は、光パルスの発射毎に、この発射と同時に発光ユニット１０から入力されるトリガ信号に基づき、当該光パルスの発射を検知し、この発射時点を基準として、予めサンプリング期間として設定された特定期間の受信信号を選択的に標本化する。そして、この特定期間のサンプリングデータを選択的に、第一処理ユニット４１に入力する。
【００３３】
この他、第一処理ユニット４１は、距離計測処理の開始毎に、発光ユニット１０が実行するＮ回に亘る光パルスの発射動作の夫々に対して第一変換器３１から入力されるサンプリングデータを画素毎に統合する。第一処理ユニット４１は、このようにして生成した画素毎の統合データを、画素毎の第一信号データとして第一メモリ５１に記憶させる。
【００３４】
具体的に、第一処理ユニット４１は、１回目の発射動作に応じて第一変換器３１からサンプリングデータが入力されると、このサンプリングデータを、第一信号データに対応する中間データとして第一メモリ５１に記憶させる。２回目以降の各回の発射動作の終了毎には、この発射動作に応じて第一変換器３１から入力されるサンプリングデータが示す各時刻の受信強度と、第一メモリ５１が記憶する中間データが示す各時刻の受信強度とを、同一時刻毎に加算するようにして、中間データが示す各時刻の受信強度を更新する。ここで言う時刻は、光パルスの発射時点を原点とした時間軸上の時刻を示す。即ち、同一時刻の受信強度を加算する動作は、光パルスの発射時点からの経過時間が同じ時点での受信強度を加算する動作に対応する。
【００３５】
このようにして、第一処理ユニット４１は、図２に示すように、Ｎ回に亘る各回の発射動作毎に、初回から今回までの発射動作の夫々で得られたサンプリングデータが示す各時刻の受信強度を時刻毎に累積したデータを、中間データとして生成する。そして、Ｎ回目までの発射動作に対応する受信強度の累積を完了すると、その累積が完了した中間データを、第一信号データとして第一メモリ５１に記憶させる。
【００３６】
第二処理ユニット４５も、第一処理ユニット４１と同様の原理で、距離計測処理の開始毎に、発光ユニット１０が実行するＮ回に亘る光パルスの発射動作の夫々に対して第二変換器３５から入力されるサンプリングデータを、画素毎に統合する。そして、この画素毎の統合データを、画素毎の第二信号データとして第二メモリ５５に記憶させる。
【００３７】
即ち、第二処理ユニット４５は、Ｎ回に亘る各回の発射動作毎に、初回から今回までの発射動作の夫々で第二変換器３５から得られたサンプリングデータが示す各時刻の受信強度を時刻毎に累積したデータを、中間データとして生成する。そして、Ｎ回目までの発射動作に対応する受信強度の累積を完了すると、その累積が完了した中間データを、第二信号データとして第二メモリ５５に記憶させる。
【００３８】
図３上段には、第二メモリ５５に記憶される第二信号データの一例を示す。同様に、図３下段には、第一メモリ５１に記憶される第一信号データの一例を示す。図３上段からも理解できるように、画素毎の第二信号データは、第二サンプリング周波数ｆ２に対応する周期１／ｆ２の時間単位毎に、該当画素に対する入射光の受信強度を表す。この第二信号データは、標準計測期間における受信強度を上記時間単位で表す。
【００３９】
一方、画素毎の第一信号データは、第一サンプリング周波数ｆ１に対応する周期１／ｆ１の時間単位毎に、該当画素に対する入射光の受信強度を表す。具体的には、第一信号データは、標準計測期間内の特定期間における受信強度を上記時間単位で表す。図３下段に示す例によれば、第一信号データが受信強度の情報を有するサンプリング期間の時間長は、周期１／ｆ２に一致する。時間長は、別例として、周期１／ｆ２の所定倍（例えば２倍や３倍）に定めることができる。但し、サンプリング期間の時間長は、第二サンプリング周波数ｆ２に関係なく任意に定められ得る。
【００４０】
制御ユニット６０は、画素毎に、第一メモリ５１が記憶する当該画素の第一信号データ及び第二メモリ５５が記憶する当該画素の第二信号データに基づき、この画素に対する光パルスの飛行時間を計測する。制御ユニット６０は、この画素毎の飛行時間の計測値ＴＦに基づいて、自車両前方の距離画像データを生成し、この距離画像データを、インタフェース７０を通じて外部装置に出力する。距離画像データは、自車両３の前方物体５までの距離を、画素毎に表すデータである。
【００４１】
具体的に、制御ユニット６０は、画素毎に、この画素の第一信号データ及び第二信号データを用いて、次のように飛行時間の計測値ＴＦを算出する。即ち、制御ユニット６０は、対応する画素の第一信号データにおいて、受信強度が最大値を示す時刻を検出する。検出する時刻は、受信強度が最大である区間の中心時刻である。そして、この時刻における受信強度が閾値以上である場合には、この時刻を反射光の受信時刻と見做して、光パルスの発射から受信までの経過時間ＴＦ１を、飛行時間の計測値の候補に決定する。
【００４２】
一方、制御ユニット６０は、対応する画素の第二信号データにおいて、受信強度が最大値を示す時刻を検出する。そして、この時刻における受信強度が閾値以上である場合には、この時刻を反射光の受信時刻と見做して、光パルスの発射から受信までの経過時間ＴＦ２を、飛行時間の計測値の候補に決定する。
【００４３】
制御ユニット６０は、この時間ＴＦ１と時間ＴＦ２との誤差が、予め定められた基準値未満である場合、時間ＴＦ１を、飛行時間の計測値ＴＦとして選択し、誤差が基準値以上である場合、時間ＴＦ２を、飛行時間の計測値ＴＦとして選択する。ここで時間ＴＦ２を選択するのは、標準計測期間内の特定期間の受信信号に基づく時間ＴＦ１は、飛行時間としての信頼度が時間ＴＦ２よりも低いためである。
【００４４】
制御ユニット６０は、このような選択によって画素毎の計測値ＴＦを算出する。更に、制御ユニット６０は、画素毎に、該当画素の計測値ＴＦを用いて、この画素に写る前方物体５、即ち、この画素に入射した光パルスの反射元までの距離Ｄを算出する。制御ユニット６０は、計測値ＴＦを光パルスの伝播速度Ｖの１／２と掛け算して、計測値ＴＦに対応する前方物体５までの距離Ｄ＝Ｖ・ＴＦ／２を算出することができる。
【００４５】
制御ユニット６０は、このように算出した各画素の距離Ｄを記述した距離画像データを、インタフェース７０を通じて外部装置に出力する。外部装置としては、例えば、自車両３の運転支援を行う電子制御装置、前方車両に対する自車両３の追従制御を行う電子制御装置、及び、自車両３のブレーキ制御を行う電子制御装置を一例に挙げることができる。
【００４６】
また、制御ユニット６０は、生成した最新の距離画像データを含む、これまでの距離画像データの時間変化に基づき、距離画像データに写る前方物体５の動きを、カルマンフィルタ等の周知技術を用いて予測する。そして、次の距離計測時点での前方物体５の予測位置に応じて、第一変換器３１に設定する各画素のサンプリング期間を決定する。具体的には、仮に予測が正しい場合に前方物体５の夫々を反射する光パルスの受信信号に対応するサンプリングデータが第一信号データとして第一メモリ５１に記憶されるように、画素毎に個別のサンプリング期間を、第一変換器３１に対して設定する。
【００４７】
このようにして制御ユニット６０は、第二信号データに基づいて前方物体５までの距離を計測可能な前方領域（図４において破線で囲まれる領域Ｒ１）の内、前方物体５が存在すると予測される領域（図４において太線で囲まれる領域Ｒ２）で反射する光パルスの受信信号が選択的に、高いサンプリング周波数ｆ１で標本化され、対応する第一信号データが第一メモリ５１に記憶されるようにする。図４〜図７において一点鎖線で示す矢印は、光パルスの伝播方向を概略的に表すものである。
【００４８】
高いサンプリング周波数ｆ１を用いた受信信号の標本化は、サンプリングデータの量を増大させるが、本実施例によれば、このようなサンプリングデータの生成を、前方物体５が存在すると予測される限られた領域に対して行う。従って、本実施例によれば、サンプリングデータの量を抑えて、前方物体５から反射した光パルスの飛行時間を、前方物体５の遠近に関係なく高精度に計測することができる。
【００４９】
続いて、サンプリング期間の設定規則を、サンプリング期間の設定により標本化される受信信号に対応する光パルスの反射領域Ｒ２を示した図５〜図７を用いて説明する。
図５は、前方物体５が、同図左領域に示す位置から同図右領域に示す位置に移動する場合において、距離計測処理の実行毎に設定するサンプリング期間の変化を、そのサンプリング期間において標本化される受信信号の反射領域Ｒ２を太線で囲むことによって示したものである。同図左領域において実線で示す矢印は、前方物体５の移動方向を示す。図６及び図７においても同様の規則で、前方物体５、サンプリング期間に対応する領域Ｒ２、及び、矢印を示す。
【００５０】
図５に示すように、光パルスの伝播方向に沿って前方物体５が動いていると予測される場合、制御ユニット６０は、距離計測処理の実行毎に、この前方物体５の動きに追従して同一画素のサンプリング期間を変更するように、該当画素のサンプリング期間を第一変換器３１に設定する。
【００５１】
図６に示すように、光パルスの伝播方向とは交差する方向に沿って前方物体５が動くと予測される場合、制御ユニット６０は、次のようにサンプリング期間を設定する。即ち、制御ユニット６０は、上記動きの予測結果に従って前方物体５が写る画素が切り替わることを認識し、距離計測処理の開始時に、前方物体５の移動先に対応する画素のサンプリング期間を、この前方物体５に反射する光パルスの受信信号が標本化されるように設定する。制御ユニット６０は、前方物体５の画素間移動によって、前方物体５が写らなくなる画素のサンプリング期間に関しては、これを第一変換器３１に設定せずに、この画素の受信信号に対するサンプリング動作を実行しないように、第一変換器３１に対して命令する。
【００５２】
尚、前方物体５の位置や形状は、光パルスが反射する計測装置側の面（反射面）に関してしか基本的に特定することができない。従って、制御ユニット６０は、例えば、各画素のサンプリング期間を、それまでの距離計測結果から予測される前方物体５の反射面の位置を基準に、この反射面を含む当該反射面の周辺領域を反射する受信信号が標本化されるように、設定する。
【００５３】
この他、図７に示すように、光パルスの伝播経路上に前方物体５が存在する画素に関して、その前方物体５より前に別の前方物体５が現れると予測される場合、制御ユニット６０は、次のように、注目すべき前方物体５を選別し、この前方物体５の予測位置に基づいて、当該画素のサンプリング期間を設定する。
【００５４】
即ち、制御ユニット６０は、上記動きの予測結果に従って、この画素に対応する光パルスの伝播経路において、最も手前（計測装置側）に位置すると予測される前方物体５を特定する。そして、この画素に対応する光パルスの伝播経路上において互いに重なる前方物体５の内、最も手前に位置する前方物体５に注目し、この前方物体５を反射する光パルスの受信信号に対応するサンプリングデータが第一信号データとして第一メモリ５１に記憶されるように、この画素のサンプリング期間を設定する。
【００５５】
このようにサンプリング期間を設定するのは、光パルスの伝播経路において、最も手前に位置する前方物体５の背後に位置する前方物体５に対しては、発光ユニット１０から発射される光パルスが届かず、この前方物体５からの反射光が受光ユニット２０において受信されることは基本的にないためである。
【００５６】
制御ユニット６０は、このようにして、画素毎に、その画素に対応する光パルスの伝播経路において、最も近くに位置する（最も計測装置側に位置する）と予測される前方物体５の位置に対応したサンプリング期間を設定する。また、前方物体５が存在しないと予測される画素に関しては、その画素の受信信号のサンプリング動作を行わないように第一変換器３１に対して命令する。前方物体５が存在しないと予測される画素に関して、サンプリング動作を行わないことによっては、計測装置１の消費電力を抑えることができる。
【００５７】
続いて、制御ユニット６０が実行する距離計測処理の詳細を、図８〜図１１を用いて説明する。例えば、制御ユニット６０は、マイクロコンピュータを備えた構成にされ、図８〜図１１に示すフローチャートに従う処理を、マイクロコンピュータによるプログラムの実行により実現する。プログラムは、例えば、制御ユニット６０の内蔵メモリ（図示せず）に記憶される。別例として、制御ユニット６０は、専用のハードウェア回路により、これらの処理を実現する構成にされる。
【００５８】
制御ユニット６０は、計測装置１の起動後、図８に示す距離計測処理を周期的に繰り返し実行することにより、上述した距離画像データを周期的に生成及び出力する。
距離計測処理を開始すると、制御ユニット６０は、距離計測処理の実行が初回であるか否かを判断する（Ｓ１１０）。そして、初回であると判断すると（Ｓ１１０でＹｅｓ）、Ｓ２１０に移行して、規定回数Ｎ＝１０回分の光パルスの発射動作を開始するように、発光ユニット１０に命令する一方、図９に示す低精度計測処理を実行する（Ｓ２２０）。
【００５９】
低精度計測処理を開始すると、制御ユニット６０は、全ての画素に関して、第二変換器３５が光パルスの発射毎に標準計測期間のサンプリングデータを生成し、第二処理ユニット４５が、そのサンプリングデータに基づく中間データ及び第二信号データを生成し、第二メモリ５５に格納するように、第二変換器３５及び第二処理ユニット４５に対して命令する（Ｓ３１０）。この命令により、全ての画素に関して、第二変換器３５は、画素毎にサンプリングデータを生成し、第二処理ユニット４５は、画素毎に中間データ及び第二信号データを生成して第二メモリ５５に格納する。
【００６０】
上記命令後、制御ユニット６０は、合計１０回の発射動作の内、１回目から５回目までの発射動作が完了し、これら各回の標準計測期間の受信強度を累積した画素毎の上記中間データが第二処理ユニット４５により生成されるまで待機する（Ｓ３２０）。
【００６１】
そして、上記中間データが生成されると（Ｓ３２０でＹｅｓ）、制御ユニット６０は、全画素に関して、画素毎に、この画素の中間データに基づき、この画素における反射光の受信有無を判定する（Ｓ３３０）。具体的に、制御ユニット６０は、画素毎に、この画素の中間データが示す各時刻の受信強度を参照して、次の処理を行う。即ち、制御ユニット６０は、該当画素の中間データにおいて、受信強度が最大値を示す時点を検出する。この最大値が上記閾値未満である場合、反射光を受信していないと判定し、この最大値が上記閾値以上である場合、反射光を受信したと判定する。これにより反射光の受信を検知する。
【００６２】
そして、反射光を受信したと判定した画素である受信判定画素に関して、今回の距離計測処理が終了するまでの残りの期間における第二変換器３５による該当画素のサンプリングデータの生成動作及び第二処理ユニット４５による該当画素の中間データの更新動作を終了するように、第二変換器３５及び第二処理ユニット４５に命令する（Ｓ３４０）。
【００６３】
その後、制御ユニット６０は、残りの発射動作が完了し、１回目から１０回目までの各回の標準計測期間の受信強度を累積した画素毎の第二信号データが第二処理ユニット４５により生成されるまで待機する（Ｓ３５０）。
【００６４】
そして、画素毎の第二信号データが生成されて第二メモリ５５に格納されると（Ｓ３５０でＹｅｓ）、画素毎に、この画素の第二信号データに基づいて、光パルスの飛行時間の候補とされる上記時間ＴＦ２（図３参照）を算出する（Ｓ３６０）。尚、受信判定画素の夫々に対しては、Ｓ３４０で中間データの更新動作を終了させるまでに生成された中間データ、即ち、１回目から５回目までの受信強度が累積されたデータを、完成した第二信号データと取り扱って、上記時間ＴＦ２を算出する。
【００６５】
但し、第二信号データにおいて受信強度の最大値が閾値未満である画素に対しては、反射光が受信されなかったと見做して、時間ＴＦ２を算出しない。その後、制御ユニット６０は、当該低精度計測処理を終了し、Ｓ２３０に移行する。Ｓ２３０では、上記低精度計測処理で時間ＴＦ２が算出された画素に関して、画素毎に、当該画素の時間ＴＦ２を、この画素に対する光パルスの飛行時間の計測値ＴＦとして確定し、この画素に写る前方物体５までの距離Ｄ＝Ｖ・ＴＦ／２を算出する。
【００６６】
その後、制御ユニット６０は、Ｓ２４０に移行し、Ｓ２３０で算出された各画素の距離Ｄを記述した上記距離画像データを生成し、これを、インタフェース７０を通じて外部装置に出力する。距離画像データは、例えば、Ｓ２３０で距離Ｄが算出されていない画素の領域が、空欄、又は、予め定められた最大値が記述されたデータとして構成される。
【００６７】
更に、制御ユニット６０は、この距離画像データを解析して、周知の技法で、距離画像データに写る前方物体５の認識処理を行う（Ｓ２５０）。ここで実行する物体認識処理では、同一の前方物体５が写る画素群を識別することにより、距離画像データに写る前方物体５の夫々を認識し、更には、この前方物体５が動体及び静止物体のいずれであるかを認識する。物体認識処理では、過去の距離計測結果（距離画像データ）を加味して、前方物体５が動体及び静止物体のいずれであるかを識別することができる。認識された前方物体５は、例えばカルマンフィルタ等の予測器を用いて、その動きが予測される。制御ユニット６０は、このような物体認識処理を実行すると、当該距離計測処理を一旦終了する。
【００６８】
この他、制御ユニット６０は、Ｓ１１０において距離計測処理の実行が初回ではないと判断すると、Ｓ１２０に移行する。Ｓ１２０では、前回の物体認識処理で認識された各前方物体５の今回の光パルス発射時点での位置を予測する。例えば、制御ユニット６０は、前回の物体認識処理（Ｓ２５０）において、距離画像データに基づき特定された各前方物体５の位置、及び、それ以前の距離計測で得られた当該前方物体５の位置の時系列データを予測器に入力して、各前方物体５の光パルス発射時点での位置を予測する。
【００６９】
そして、距離計測可能な前方領域（図４において破線で囲まれる領域Ｒ１）に存在することが予測される前方物体５の夫々を、注目物体に設定する（Ｓ１３０）。但し、Ｓ１３０で設定した注目物体の内、他の注目物体の背後に隠れる前方物体５については、これを、注目物体から外す処理を行う（Ｓ１４０）。ここで背後に隠れる前方物体５とは、図７に示されるように、光パルスの伝播経路上において、他の注目物体の後ろに位置することが予測される前方物体５のことである。
【００７０】
更に、制御ユニット６０は、残りの注目物体の内、自車両３から近い位置に存在することが予測される前方物体５を、注目物体から外す処理を行う（Ｓ１５０）。ここでは、例えば、自車両３から所定の距離範囲内に存在すると予測される前方物体５を、注目物体から外す。
【００７１】
Ｓ１５０において、近距離の前方物体５を注目物体から外すのは、前方物体５が近距離に位置する画素では、第一処理ユニット４１によって１０パルス分の光パルスの受信強度を累積しなくても、途中からの受光強度の累積によって、飛行時間の計測に十分な受光強度を示す第一信号データを生成することができるためである。
【００７２】
本実施例では、前方物体５が近距離に位置することが予測される画素については、１回目から１０回目までの光パルスの発射動作のうち、５回目までの光パルスの発射動作が終了するまでは、第一変換器３１及び第一処理ユニット４１による受信信号の標本化及び第一信号データの生成動作を行わないようにする。
【００７３】
換言すれば、第二処理ユニット４５により生成された中間データに基づき、前方物体５が位置する受信判定画素が特定された後（Ｓ３３０）、６回目以降の光パルスの発射動作から、第一変換器３１及び第一処理ユニット４１による受信信号の標本化及び第一信号データの生成動作を行う（図１０に示すＳ４４０）。これによって、本実施例では、効率的且つ正確に、前方物体５が近距離に位置する画素に対応する時間ＴＦ１を計測する。
【００７４】
Ｓ１５０での処理を終えると、制御ユニット６０は、各注目物体の予測位置に対応した画素を注目画素に設定する（Ｓ１６０）。但し、Ｓ１６０では、注目画素が一つも設定されない場合が有り得る。
【００７５】
その後、制御ユニット６０は、注目画素毎に、第一変換器３１に対して設定するサンプリング期間を決定する（Ｓ１７０）。即ち、制御ユニット６０は、注目画素毎に、この画素に写ると予測される注目物体の予測位置に基づいて、この注目物体を反射する光パルスの受信信号に対応するサンプリングデータが第一信号データとして第一メモリ５１に記憶されるように、この画素のサンプリング期間を決定する。サンプリング期間は、予測（推定）される反射光の受信時刻を中心とする所定時間長の期間に決定することができる。
【００７６】
このようにして各注目画素のサンプリング期間を決定すると、制御ユニット６０は、Ｓ１８０に移行し、規定回数Ｎ＝１０回分の光パルスの発射動作を開始するように、発光ユニット１０に命令する一方（Ｓ１８０）、図９に示す低精度計測処理及び図１０に示す高精度計測処理を夫々実行する（Ｓ１９０）。
【００７７】
高精度計測処理を開始すると、制御ユニット６０は、Ｓ１７０で決定した各注目画素のサンプリング期間を、第一変換器３１に対して設定する。更に、注目画素の夫々に対して、第一変換器３１が光パルスの発射毎にサンプリング期間の受信信号に基づくサンプリングデータを生成し、第一処理ユニット４１が第一信号データを生成して、第一メモリ５１に格納するように、第一変換器３１及び第一処理ユニット４１に命令する（Ｓ４１０）。注目画素以外の画素に対しては上記命令の対象から外すことにより、間接的には、注目画素以外の各画素の受信信号のサンプリング動作及び第一信号データの生成動作を行わないように第一変換器３１及び第一処理ユニット４１に対して命令する。
【００７８】
その後、制御ユニット６０は、１回目から５回目までの光パルスの発射動作が完了し、それによって低精度計測処理のＳ３３０が終了するまで待機する（Ｓ４２０）。この低精度計測処理のＳ３３０が終了すると（Ｓ４２０でＹｅｓ）、制御ユニット６０は、Ｓ３３０で反射光を受信したと判定された受信判定画素の夫々のサンプリング期間を、修正する（Ｓ４３０）。
【００７９】
具体的に、制御ユニット６０は、受信判定画素毎に、第二メモリ５５が記憶する当該画素の中間データを参照して、光パルスの受信時刻を検出する。そして、この光パルスの受信時刻を基準に、第一変換器３１に設定されたサンプリング期間を修正する。例えば、この受信時刻を中心とする所定時間長の期間に、該当画素のサンプリング期間を修正する。サンプリング期間を修正するタイミングは、５回目の発射動作に対応する受信信号の標本化が終了し、６回目の光パルスの発射動作が開始される前のタイミングである。
【００８０】
付言すると、ここでサンプリング期間を「修正する」対象の受信判定画素の一群には、Ｓ１６０で注目画素に設定されている画素と、それ以外の画素とが含まれる。注目画素に設定されていない受信判定画素に関しては、実質的には修正するのではなく、サンプリング期間を、上記検出した受信時刻に基づいて、新規に第一変換器３１に対して設定する。
【００８１】
その後、制御ユニット６０は、受信判定画素の夫々に対して、第一変換器３１が光パルスの発射毎に、上記修正されたサンプリング期間の受信信号に基づくサンプリングデータを生成し、第一処理ユニット４１が第一信号データを生成して、第一メモリ５１に格納するように、第一変換器３１及び第一処理ユニット４１に命令する。併せて、第一メモリ５１が記憶する受信判定画素の中間データを一旦消去するように命令する（Ｓ４４０）。
【００８２】
この命令によって、受信判定画素の夫々に関しては、その後、第一メモリ５１に、第一信号データとして、残りの発射動作である６回目から１０回目の発射動作の夫々で得られたサンプリングデータが示す各時刻の受信強度が時刻毎に累積されたデータが記憶される。一方、受信判定画素に該当しない注目画素に関しては、第一メモリ５１に、第一信号データとして、１回目から１０回目の発射動作の夫々で得られたサンプリングデータが示す各時刻の受信強度が時刻毎に累積されたデータが記憶される。
【００８３】
制御ユニット６０は、残りの６回目から１０回目の発射動作が完了し、受信判定画素及びそれ以外の注目画素に関しての画素毎の上記第一信号データが生成されると（Ｓ４５０でＹｅｓ）、Ｓ４６０に移行する。
【００８４】
Ｓ４６０において、制御ユニット６０は、受信判定画素及びそれ以外の注目画素に関して、画素毎に、この画素の第一信号データに基づいて、光パルスの飛行時間の候補とされる上記時間ＴＦ１（図３参照）を算出する。但し、第一信号データにおいて受信強度の最大値が閾値未満である画素に対しては、反射光が受信されなかったと見做して、時間ＴＦ１を算出しない。
【００８５】
制御ユニット６０は、このようにしてＳ１９０で開始した低精度計測処理及び高精度計測処理を終了すると、Ｓ２００に移行する。Ｓ２００において、制御ユニット６０は、上記高精度計測処理で時間ＴＦ１が算出された画素に関して、画素毎に、次の処理を実行する。即ち、当該画素の時間ＴＦ１と、上記低精度計測処理で算出された同一画素の時間ＴＦ２とを比較し、時間ＴＦ１と時間ＴＦ２との誤差Ｅ＝｜ＴＦ１−ＴＦ２｜が基準値Ｅ０未満であるか否かを判断する。そして、誤差Ｅが基準値Ｅ０未満である場合には、この画素に対する飛行時間の計測値ＴＦを、時間ＴＦ１に確定する。一方、誤差Ｅが基準値Ｅ０以上である場合、制御ユニット６０は、この画素に対する飛行時間の計測値ＴＦを、この画素の時間ＴＦ２に確定する。
【００８６】
この他、制御ユニット６０は、時間ＴＦ１が算出されず上記低精度計測処理で時間ＴＦ２が算出された画素に関しては、画素毎に、この画素に対応する飛行時間の計測値ＴＦを、この画素の時間ＴＦ２に確定する。更に、制御ユニット６０は、上記飛行時間の計測値ＴＦを確定した画素に関し、画素毎に、この画素に写る前方物体５までの距離Ｄ＝Ｖ・ＴＦ／２を算出する。
【００８７】
その後、制御ユニット６０は、Ｓ２４０に移行し、Ｓ２００で算出された各画素の距離Ｄを記述した上記距離画像データを生成し、これを、インタフェース７０を通じて外部装置に出力する。距離画像データは、例えば、Ｓ２００で距離Ｄが算出されていない画素の領域が、空欄、又は、予め定められた最大値が記述された構成にされる。制御ユニット６０は、更に、この距離画像データを用いた物体認識処理を実行し（Ｓ２５０）、当該距離計測処理を一旦終了する。
【００８８】
以上、本実施例の計測装置１の構成について説明したが、本実施例の計測装置１によれば、高いサンプリング周波数ｆ１で受信信号を標本化する第一変換器３１のサンプリング期間を、標準計測期間の一部に限定することで、第一処理ユニット４１が生成して第一メモリ５１に格納する第一信号データのデータ量を抑える。そして、サンプリング期間の決定には、決定前に得られた飛行時間の計測値ＴＦに基づき予測した前方物体５の位置を用いる。
【００８９】
従って、本実施例の計測装置１によれば、距離計測可能な前方領域Ｒ１の内、前方物体５が存在する可能性が高い領域Ｒ２に限定して、この領域Ｒ２からの反射光の受信強度を選択的に表す第一信号データを第一メモリ５１に記憶させることができる。換言すれば、第一メモリ５１に記憶すべきデータ量を抑えつつ、前方物体５から反射した光パルスの飛行時間を、前方物体５の遠近に関係なく高精度に計測することができる。よって、本実施例によれば、低容量のメモリを用いつつ、高精度に距離計測可能な計測装置１を製造することができる。
【００９０】
付言すると、本実施例によれば、第一変換器３１のサンプリング期間を適切に限定するために、第二サンプリング周波数ｆ２でも受信信号を標本化して、このサンプリングデータに基づき、距離計測範囲（領域Ｒ１）に存在する前方物体５を検出する。一方、第一信号データに基づいて算出した飛行時間の候補（時間ＴＦ１）と、第二信号データに基づいて算出した飛行時間の候補（時間ＴＦ２）の差が、基準以上である状況では、第一信号データに基づく時間ＴＦ１を採用せずに、信頼度の高い時間ＴＦ２を、正式な飛行時間の計測値ＴＦとして採用する。従って、本実施例によれば、サンプリング期間の不適切な設定やサンプリング期間に発生した強いノイズ等が、後のサンプリング期間の設定に影響を与えるのを抑えることができ、誤りの少ない高精度な距離画像データを生成することができる。
【００９１】
また、本実施例によれば、第一処理ユニット４１及び第二処理ユニット４５が、光パルスの複数回に亘る発射動作の夫々で得られたサンプリングデータが示す各時刻の受信強度を時刻毎に累積したデータを、第一信号データ及び第二信号データとして第一メモリ５１及び第二メモリ５５に記憶させる。そして、この第一信号データ及び第二信号データに基づき、飛行時間の計測値ＴＦを算出する。従って、単一パルスで飛行時間の計測値ＴＦを算出するよりも、ノイズの影響を抑えて、高精度に飛行時間を計測することができる。
【００９２】
この他、本実施例では、光パルスの複数回に亘る発射動作によって得られた受信強度の情報を参照して飛行時間を計測する際には、反射点が近いか遠いかによって処理を切り替えるようにした。
【００９３】
具体的には、各回の発射動作に対応する受信強度を累積する際に生成される中間データを、発射回数が半分（５回）に到達した時点で参照して、その時点で、反射点が近く受信強度が十分に大きい場合には、反射光の受信時刻を検出する一方、受信時刻に基づいて、サンプリング期間を修正するようにした。そして、後半の発射動作に関しては、その修正後サンプリング期間に基づいて第一信号データを生成するようにした。
【００９４】
従って、本実施例によれば、標準計測期間内の一部期間のみでサンプリングデータを生成するように第一変換器３１を動作させても、近距離の前方物体５までの距離については、基本的に失敗なく高精度に計測することができる。即ち、近距離の前方物体５に関しては、位置の予測ミスにより、高精度な距離計測が不能になるのを抑えることができる。
【００９５】
また、本実施例によれば、前方物体５の存在が予測されていない画素に対する第一変換器３１及び第一処理ユニット４１の動作を禁止したり、発射回数が半分（５回）に到達した時点での上記判定により反射光の受信が検知された画素に対する第二変換器３５及び第二処理ユニット４５の動作を終了させたりする。従って、計測装置１の消費電力を抑えることができる。
【００９６】
この他、本実施例によれば、サンプリング期間の決定に際して、この時点までに得られた距離画像データ、換言すれば画素毎の飛行時間の計測値ＴＦに基づき、周知の予測技術を用いて、前方物体５の挙動を予測し、サンプリング期間を、画素毎に、その画素に写る前方物体５の予測位置に対応する期間に決定する。
【００９７】
具体的には、前方物体５が画素間を移動する挙動を加味して、サンプリング期間を決定する。更に、複数の前方物体５が重なることが予測される画素に関しては、この画素のサンプリング期間を、互いに重なる前方物体５の内、最も手前に位置する前方物体５を基準に決定する。従って、前方物体５が自由に動く人や自動車のような動体であるときにも、適切にサンプリング期間を決定することができる。
【００９８】
このようなサンプリング期間の決定は、特に、一つの動体が一つの静止物体の影に隠れる場合に有効である。本実施例によれば、静止物体が写る画素に関して、静止物体の後方領域を反射点とする光パルスの受信期間を除外するように、サンプリング期間を決定する。動体同士の重なりは短時間で解消されるが、一方の前方物体５が静止物体であるときには、前方物体５同士が重なった状態が長く続く可能性がある。従って、上述した手法でのサンプリング期間の決定は、前方物体５までの高精度な距離計測に特に有効である。
【００９９】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
上記実施例では、サンプリング周波数ｆ１，ｆ２毎にアナログ／ディジタル変換器を設けたが、アナログ／ディジタル変換器は、例えば一つのみ設けられてもよい。アナログ／ディジタル変換器を一つのみ設けた変形例の計測装置１００の構成を図１１に示す。
【０１００】
変形例の計測装置１００は、第一変換器３１及び第二変換器３５に代えて、一つの共通変換器１３０と、抽出ユニット１３１と、間引きユニット１３５とを備える。変形例の計測装置１００は、その他の点で上記実施例の計測装置１と同様の構成を有する。従って、以下では、変形例の計測装置１００の説明として、共通変換器１３０、抽出ユニット１３１及び間引きユニット１３５の構成を選択的に説明する。
【０１０１】
共通変換器１３０は、アナログ／ディジタル変換器であり、受光ユニット２０から入力される各画素の受信信号を標本化して、画素毎のサンプリングデータを生成する。この共通変換器１３０は、第一変換器３１と同様に、画素毎に、予め定められた第一サンプリング周波数ｆ１で受信信号を標本化する。共通変換器１３０は、この受信信号に対応するサンプリングデータを抽出ユニット１３１及び間引きユニット１３５の両者に入力する。
【０１０２】
抽出ユニット１３１は、共通変換器１３０が出力するサンプリングデータから制御ユニット６０により設定されたサンプリング期間に対応するデータ部位を抽出して、この抽出データを第一処理ユニット４１に入力する。抽出データは、第一変換器３１が第一処理ユニット４１に入力するサンプリングデータと実質同一である。第一処理ユニット４１は、この抽出データを用いて上記実施例と同様に、第一信号データを生成する。
【０１０３】
一方、間引きユニット１３５は、所謂ダウンサンプリング回路であり、共通変換器１３０が出力するサンプリングデータに対する間引き処理することにより、間引きデータとして、仮想的にサンプリング周波数が第二サンプリング周波数ｆ２であるサンプリングデータを生成する。そして、この間引きデータを第二処理ユニット４５に入力する。間引きデータは、第二変換器３５が第二処理ユニット４５に入力するサンプリングデータと実質同一である。間引きデータは、例えば、共通変換器１３０から入力される時間１／ｆ１毎に一つの受信信号の標本値を、時間１／ｆ２間隔で抜き出し、抜き出し対象以外の値を破棄することにより生成することができる。第二処理ユニット４５は、この間引きデータを用いて上記実施例と同様に、第二信号データを生成する。
【０１０４】
変形例の計測装置１００によれば、サンプリング周波数ｆ１，ｆ２毎にアナログ／ディジタル変換器を設けなくても済むといった利点がある。
この他、上記実施例の計測装置１では、第一変換器３１にサンプリング期間を設定して、第一変換器３１が受信信号を標本化する期間を限定したが、第一変換器３１が、標準計測期間の受信信号を標本化してサンプリングデータを生成し、第一処理ユニット４１が、第一変換器３１から入力されるサンプリングデータの内、サンプリング期間に対応するデータを選択的に用いて、第一信号データを生成するように、計測装置１は構成されてもよい。この構成は、例えば、計測装置１が備える第一変換器３１と第一処理ユニット４１との間に、変形例の計測装置１００が備える抽出ユニット１３１を設けること、又は、第一処理ユニット４１に抽出ユニット１３１としての機能を設けることによって実現することができる。
【０１０５】
また、上記実施例では、第一信号データ及び第二信号データを、夫々別のメモリ（第一メモリ５１及び第二メモリ５５）に格納したが、第一信号データ及び第二信号データを、第一メモリ５１及び第二メモリ５５に代わる一つの共通メモリに格納するように、計測装置１，１００は、構成されてもよい。
【０１０６】
この他、上記実施例によれば、初回の距離計測処理において高精度計測処理が実行されないが、計測装置１は、初回の距離計測処理においても、デフォルトのサンプリング期間を用いて高精度計測処理を実行する構成にされてもよい。
【０１０７】
最後に、用語間の対応関係について説明する。発光ユニット１０及び受光ユニット２０は、送受信手段の一例に対応し、第一メモリ５１及び第二メモリ５５は、記憶手段の一例に対応する。また、第一変換器３１、第二変換器３５、第一処理ユニット４１及び第二処理ユニット４５（又は、共通変換器１３０、抽出ユニット１３１、間引きユニット１３５、第一処理ユニット４１及び第二処理ユニット４５）は、標本化手段の一例に対応する。特に、第一処理ユニット４１（及び抽出ユニット１３１）は、第一の処理手段の一例に対応し、第二処理ユニット４５（及び間引きユニット１３５）は、第二の処理手段の一例に対応する。
【０１０８】
また、制御ユニット６０が実行するＳ１９０，Ｓ２００，Ｓ２２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０によって実現される機能は、計測手段によって実現される機能の一例に対応し、制御ユニット６０が実行するＳ１２０〜Ｓ１７０，Ｓ２５０によって実現される機能は、決定手段によって実現される機能の一例に対応する。
【符号の説明】
【０１０９】
１，１００…計測装置、３…車両、５…前方物体、１０…発光ユニット、２０…受光ユニット、３１…第一変換器、３５…第二変換器、４１…第一処理ユニット、４５…第二処理ユニット、５１…第一メモリ、５５…第二メモリ、６０…制御ユニット、７０…インタフェース、１３０…共通変換器、１３１…抽出ユニット、１３５…間引きユニット、Ｒ１，Ｒ２…領域。
【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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