(57)【要約】【課題】ノイズの影響を低減させ、安定的に距離計測が可能な距離計測装置を提供する。【解決手段】本実施形態に係る距離計測装置は、重み値生成部と、累積信号生成部と、距離計測部と、を備える。重み値生成部は、第１照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第１デジタル信号と、第１照射方向とは異なる第２照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第２デジタル信号と、の類似性に基づいて、第２デジタル信号の重み値を生成する。累積信号生成部は、第１デジタル信号に、重み値で第２デジタル信号を重み付けした信号を累積させて第３デジタル信号を生成する。距離計測部は、レーザ光の照射タイミングと、第３デジタル信号中のピーク位置のタイミングとの時間差に基づいて、対象物までの距離を計測する。【選択図】図２
2019052978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第１デジタル信号と、前記第１照射方向とは異なる第２照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第２デジタル信号との類似性に基づいて、前記第２デジタル信号の重み値を生成する重み値生成部と、
前記第１デジタル信号に、前記重み値で前記第２デジタル信号を重み付けした信号を累積させて第３デジタル信号を生成する累積信号生成部と、
前記レーザ光の照射タイミングと、前記第３デジタル信号中のピーク位置のタイミングとの時間差に基づいて、対象物までの距離を計測する距離計測部と、
を備える、距離計測装置。
【請求項２】
前記重み値生成部は、前記第１照射方向に間欠的に照射されたレーザ光の反射光をそれぞれデジタル化した複数の前記第１デジタル信号を所定期間内に累積した第１累積値を求める第１累積値演算部と、
前記第２照射方向に間欠的に照射されたレーザ光の反射光をそれぞれデジタル化した複数の前記第２デジタル信号を前記所定期間内に累積した第２累積値を求める第２累積値演算部と、
前記第１累積値と前記第２累積値との比率を求める第１比率演算部と、を有し、
前記重み値生成部は、前記比率に基づいて、前記第２デジタル信号の重み値を生成する、請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項３】
前記重み値生成部は、前記第１デジタル信号の所定期間内におけるＳ／Ｎを表す信号を第１演算値として演算し、前記第２デジタル信号の所定期間内におけるＳ／Ｎを表す信号を第２演算値として演算し、前記第１演算値と前記第２演算値の比率に基づいて、前記第２デジタル信号の重み値を生成する、請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項４】
前記重み値生成部は、前記第１デジタル信号の信号振幅が最大または最小となる第１ピーク値を検出する第１ピーク値検出部と、
前記第２デジタル信号の信号振幅が最大または最小となる第２ピーク値を検出する第２ピーク値検出部と、
前記第１ピーク値と前記第２ピーク値との比率を求める第２比率演算部と、を有し、
前記重み値生成部は、前記比率に基づいて、前記第２デジタル信号の重み値を生成する、請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項５】
前記重み値生成部は、前記第１照射方向に間欠的に照射されたレーザ光の反射光をそれぞれデジタル化した複数の前記第１デジタル信号を所定期間内に累積した第１累積値を求める第１累積値演算部と、
前記第２照射方向に間欠的に照射されたレーザ光の反射光をそれぞれデジタル化した複数の前記第２デジタル信号を前記所定期間内に累積した第２累積値を求める第１累積値演算部と、
前記第１累積値と前記第２累積値との第１比率を求める第１比率演算部と、
前記第１デジタル信号の信号振幅が最大または最小となる第１ピーク値を検出する第１ピーク値検出部と、
前記第２デジタル信号の信号振幅が最大または最小となる第２ピーク値を検出する第２ピーク値検出部と、
前記第１ピーク値と前記第２ピーク値との第２比率を求める第２比率演算部と、を有し、
前記重み値生成部は、前記第１比率及び前記第２比率に基づいて、前記第２デジタル信号の重み値を生成する、請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項６】
前記第１照射方向及び前記第２照射方向に同時にレーザ光を間欠的に複数回発光する光源を備え、
前記重み値生成部は、直近に前記光源から前記第１照射方向に照射されたレーザ光に対応する第１デジタル信号と、前記複数回分の複数の前記第２デジタル信号との類似性に基づいて、前記複数の第２デジタル信号の前記重み値を生成し、
前記累積信号生成部は、直近に前記光源から前記第１照射方向に照射されたレーザ光に対応する第１デジタル信号に、前記重み値で前記複数の第２デジタル信号を重み付けした信号を累積させて前記第３デジタル信号を生成する、請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項７】
前記レーザ光の照射方向を変更しながら計測対象物に照射する照射光学系と
前記照射光学系が照射した前記レーザ光の反射光を受光する受光光学系と、
前記受光光学系を介して受光した反射光を電気信号に変換するセンサと、
前記センサが出力する電気信号を所定のサンプリング間隔でデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部が変換した前記デジタル信号を前記照射方向にそれぞれ対応させて記憶する記憶部と、を更に備え、
前記重み値生成部は、前記記憶部に記憶された前記第１デジタル信号と、前記記憶部に記憶された前記第２デジタル信号と、の類似性を示す第１評価値に基づき前記重み値を生成する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項８】
前記重み値生成部は、前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号との類似性が高くなるにしたがい前記重み値をより大きくする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項９】
前記重み値生成部は、前記比率が１よりも大きくなる、又は１よりも小さくなるにしたがい、前記重み値をより小さくする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項１０】
前記第２照射方向は、前記第１照射方向を基準とする複数の照射方向であり、
前記重み値生成部は、前記複数の照射方向にそれぞれ対応する前記複数の第２デジタル信号の重み値を取得し、
前記累積信号生成部は、前記複数の第２デジタル信号のそれぞれを対応する前記重み値に基づき累積する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項１１】
前記距離計測部は、前記第３デジタル信号の信号値におけるピーク位置のタイミングに基づいて、時間範囲を設定し、前記時間範囲内で前記第１デジタル信号におけるピーク位置を検出し、検出されたピーク位置に基づき、前記距離を計測する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の距離計測装置。
【請求項１２】
前記センサは、複数のアバランシェフォトダイオードを有する請求項７に記載の距離計測装置。
【請求項１３】
前記光源は、複数の前記レーザ光を発光する光源ユニットを有する、請求項６に記載の距離計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、距離計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging Laser Imaging Detection and Ranging）と称される距離計測装置が知られている。この距離計測装置では、レーザ光を計測対象物に照射し、計測対象物により反射された反射光の強度をセンサ出力に基づき時系列なデジタル信号に変換する。これにより、レーザ光の発光の時点と、デジタル信号の信号値のピークに対応する時点との時間差に基づき、計測対象物までの距離が計測される。センサには、物体により散乱された太陽光などの環境光も入射され、ランダムに発生するノイズとなってしまう。このようなランダムに発生するノイズのデジタル信号における低減処理として、複数のデジタル信号を累積する方法が一般的に知られている。
【０００３】
距離計測装置を車などの移動体に搭載する場合には、一測定点へのレーザ光の照射回数が制限されてしまう場合がある。このような場合、隣接した方向に照射したレーザ光に基づく複数のデジタル信号を累積して、ノイズの低減処理が行われる。ところが、計測対象物と異なる物体からの反射光に基づくデジタル信号を累積してしまうと、累積したデジタル信号のＳ／Ｎ比を低下させ、計測精度を低下させてしまう恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１５００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、ノイズの影響を低減させ、安定的に距離計測が可能な距離計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係る距離計測装置は、重み値生成部と、累積信号生成部と、距離計測部と、を備える。重み値生成部は、第１照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第１デジタル信号と、第１照射方向とは異なる第２照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第２デジタル信号と、の類似性に基づいて、第２デジタル信号の重み値を生成する。累積信号生成部は、第１デジタル信号に、重み値で第２デジタル信号を重み付けした信号を累積させて第３デジタル信号を生成する。距離計測部は、レーザ光の照射タイミングと、第３デジタル信号中のピーク位置のタイミングとの時間差に基づいて、対象物までの距離を計測する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係る距離計測装置の概略的な全体構成を示す図。
【図２】第１実施形態に係る距離計測装置の構成例を示す図。
【図３】光源の出射パターンを模式的に示している図。
【図４】レーザ光それぞれの計測対象物上の照射位置を拡大して示す模式図。
【図５】ＡＤ変換部による電気信号のサンプリング値の一例を示す図。
【図６】計測処理部の詳細な構成を示すブロック図。
【図７】基準となるレーザ光と、隣接する第２照射方向に照射されたレーザ光を模式的に示す図。
【図８】（Ａ）と（Ｂ）は図７で示した反射光に基づき得られたデジタル信号を模式的に示す図。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図８で示したデジタル信号の所定時間内の累積値の例を示す図。
【図１０】図８で示したデジタル信号に基づき得られたデジタル信号のピーク値を示す模式図。
【図１１】累積処理部の詳細な構成を示すブロック図。
【図１２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は類似性の高い第２デジタル信号を重み付き累積した場合を模式的に示す図。
【図１３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は類似性の低い第２デジタル信号を重み付き累積した場合を模式的に示す図。
【図１４】第１実施形態による距離計測装置の処理動作を説明するフローチャート。
【図１５】図１４におけるステップ１１６の処理内容を説明するフローチャート。
【図１６】図１４におけるステップ１１６の処理に、ピーク値を用いる場合の処理について説明するフローチャート。
【図１７】図１４におけるステップ１１６の処理に、累積値とピーク値とを用いる場合について説明するフローチャート。
【図１８】第２実施形態に係る距離計測装置１の概略の構成を示す図。
【図１９】複数の受光素子がマトリクス状に配置されたセンサの構成例を示す図。
【図２０】累積ゲートを模式的に示す図。
【図２１】累積した第３デジタル信号と、累積する前の第１デジタル信号を示している図。
【図２２】第２実施形態による距離計測装置の処理動作を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態に係る距離計測装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る距離計測装置１の概略的な全体構成を示す図である。この図１に示すように距離計測装置１は、走査方式及びＴＯＦ（Time Of Flight）方式を用いて、計測対象物１０の距離画像を生成する。より具体的には、この距離計測装置１は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００と、画像処理部４００と、を備えて構成されている。
【００１０】
出射部１００は、レーザ光Ｌ１を間欠的に出射する。光学機構系２００は、出射部１００が出射するレーザ光Ｌ１を計測対象物１０に照射するとともに、計測対象物１０上で反射されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２を計測部３００に入射させる。ここで、レーザ光とは、位相および周波数が揃った光を意味する。
【００１１】
計測部３００は、光学機構系２００を介して受光した反射光Ｌ２に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。すなわち、この計測部３００は、出射部１００がレーザ光Ｌ１を計測対象物１０に照射した時点と、反射光Ｌ２が計測された時点との時間差に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。
【００１２】
画像処理部４００は、ノイズの除去、歪み補正、及び補間処理を行い、計測対象物１０上の複数の測定点までの距離に基づき最終的な距離画像データを出力する。画像処理部４００は、距離計測装置１の筐体内に組み込んでもよい。
【００１３】
次に、図２に基づき、第１実施形態に係る距離計測装置１の出射部１００、光学機構系２００、および計測部３００のより詳細な構成例を説明する。図２は、第１の実施形態に係る距離計測装置１の構成例を示す図である。図２に示すように、距離計測装置１は、出射部１００と、光学機構系２００と、計測部３００と、画像処理部４００と、を備えて構成されている。ここでは、散乱光Ｌ３の内、所定の方向の散乱光を反射光Ｌ２と呼ぶこととする。
【００１４】
出射部１００は、光源１１と、発振器１１ａと、第１駆動回路１１ｂと、制御部１６と、第２駆動回路１６ａとを、有する。
【００１５】
光学機構系２００は、照射光学系２０２と、受光光学系２０４とを有する。照射光学系２０２は、レンズ１２と、第１光学素子１３と、レンズ１３ａ、ミラー（反射デバイス）１５とを有する。
【００１６】
受光光学系２０４は、第２光学素子１４と、ミラー１５とを有する。すなわち、これら照射光学系２０２、及び受光光学系２０４は、ミラー１５を共有している。
【００１７】
計測部３００は、光検出器１７、センサ１８と、レンズ１８ａと、第１増幅器１９と、ＡＤ変換部２０と、記憶部２１と、計測処理部２２と、を有する。なお、光を走査する既存方法としては、距離計測装置１を回転させる方法（以下、回転方法と呼ぶ）がある。また、別の走査する既存方法として、ＯＰＡ方法（Optical Phased array）がある。本実施形態は、光を走査する方法に依存しないため、回転方法やＯＰＡ方法により光を走査してもよい。
【００１８】
出射部１００の発振器１１ａは、制御部１６の制御に基づき、パルス信号を生成する。第１駆動回路１１ｂは、発振器１１ａの生成したパルス信号に基づいて光源１１を駆動する。光源１１は、例えばレーザダイオードなどのレーザ光源であり、第１駆動回路１１ｂによる駆動に応じてレーザ光Ｌ１を間欠的に発光する。
【００１９】
図３は、光源１１の出射パターンを模式的に示している図である。図３において、横軸は時刻を示し、縦線は光源１１の出射タイミングを示している。下側の図は、上側の図における部分拡大図である。この図３に示すように光源１１は、例えばＴ＝数マイクロ秒〜数十マイクロ秒の間隔で、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を間欠的に繰り返し発光する。ここで、ｎ番目に発光されるレーザ光Ｌ１をＬ１（ｎ）と表記する。Ｎは、計測対象物１０を測定するために照射するレーザ光Ｌ１（ｎ）の照射回数を示している。
【００２０】
図２に示すように、照射光学系２０２の光軸Ｏ１上には、光源１１、レンズ１２、第１光学素子１３、第２光学素子１４、及びミラー１５がこの順番に配置されている。これにより、レンズ１２は、間欠的に出射されるレーザ光Ｌ１をコリメートして、第１光学素子１３に導光する。
【００２１】
第１光学素子１３は、レーザ光Ｌ１を透過させると共に、レーザ光Ｌ１の一部を光軸Ｏ３に沿って光検出器１７に入射させる。第１光学素子１３は、例えばビームスプリッタである。
【００２２】
第２光学素子１４は、第１光学素子１３を透過したレーザ光Ｌ１を更に透過して、レーザ光Ｌ１をミラー１５に入射させる。第２光学素子１４は、例えばハーフミラーである。
【００２３】
ミラー１５は、光源１１から間欠的に出射されるレーザ光Ｌ１を反射する反射面１５ａを有する。反射面１５ａは、例えば、互いに交差する２つの回動軸線ＲＡ１、ＲＡ２を中心として回動可能となっている。これにより、ミラー１５は、レーザ光Ｌ１の照射方向を周期的に変更する。
【００２４】
制御部１６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、反射面１５ａの傾斜角度を連続的に変更させる制御を第２駆動回路１６ａに対して行う。第２駆動回路１６ａは、制御部１６から供給された駆動信号に従って、ミラー１５を駆動する。すなわち、制御部１６は、第２駆動回路１６ａを制御して、レーザ光Ｌ１の照射方向を変更させる。
【００２５】
図４は、レーザ光Ｌ１の計測対象物１０上の照射位置を拡大して示す模式図である。この図４に示すように、反射面１５ａは、レーザ光Ｌ１毎に照射方向を変更して計測対象物１０上のほぼ平行な複数の直線経路Ｐ１〜Ｐｍ（ｍは２以上の自然数）に沿って、離散的に照射させる。このように、本実施形態に係る距離計測装置１は、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の照射方向Ｏ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を変更しつつ、計測対象物１０に向けて１回ずつ照射する。ここで、レーザ光Ｌ１（ｎ）の照射方向をＯ（ｎ）で表記する。すなわち、本実施形態に係る距離計測装置１では、レーザ光Ｌ１（ｎ）は、照射方向Ｏ（ｎ）に一回照射される。
【００２６】
レーザ光Ｌ１（ｎ）とＬ１（ｎ＋１）との計測対象物１０上の照射位置の間隔は、レーザ光Ｌ１間の照射間隔Ｔ＝数マイクロ秒〜数十マイクロ秒（図３）に対応している。このように、各直線経路Ｐ１〜Ｐｍ上に照射方向の異なるレーザ光Ｌ１が離散的に照射される。なお、直線経路の数や走査方向は特に限定されない。
【００２７】
図２に示すように、受光光学系２０４の光軸Ｏ２上には、反射光Ｌ２が入射する順に、ミラー１５の反射面１５ａ、第２光学素子１４、レンズ１８ａ、センサ１８が配置されている。ここで、光軸Ｏ１とは、レンズ１２の中心位置を通過するレンズ１２の焦点軸である。光軸Ｏ２とは、レンズ１８ａの中心位置を通過するレンズ１８ａの焦点軸である。
【００２８】
反射面１５ａは、計測対象物１０上で散乱された散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２に沿って進む反射光Ｌ２を第２光学素子１４に入射させる。第２光学素子１４は、反射面１５ａで反射された反射光Ｌ２の進行方向を変えて、光軸Ｏ２に沿って計測部３００のレンズ１８ａに入射させる。レンズ１８ａは、光軸Ｏ２に沿って入射した反射光Ｌ２をセンサ１８にコリメートさせる。
【００２９】
一方で、散乱光Ｌ３のうちレーザ光Ｌ１と異なる方向に反射された光の進行方向は、受光光学系２０４の光軸Ｏ２からずれている。このため、散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２と異なる方向に反射された光は、仮に受光光学系２０４内に入射しても、受光光学系２０４が配置されている筐体内の黒体などに吸収されるか、センサ１８の入射面からずれた位置に入射される。これに対して、何らかの物体により散乱された太陽光などの環境光の中には、光軸Ｏ２に沿って進行する光があり、これらの光は、ランダムにセンサ１８の入射面に入射して、ランダムなノイズとなる。
【００３０】
なお、図２においては、明確化のためにレーザ光Ｌ１と反射光Ｌ２の光路を分けて図示しているが、実際にはこれらは重なっている。また、レーザ光Ｌ１の光束の中心の光路を光軸Ｏ１として図示している。同様に、反射光Ｌ２の、光束の中心の光路を光軸Ｏ２として図示している。
【００３１】
センサ１８は、レンズ１８ａから入射する反射光Ｌ２を検出する。このセンサ１８は、受光光学系２０４を介して受光した反射光Ｌ２を電気信号に変換する。
【００３２】
ＡＤ変換部２０は、センサ１８が出力する電気信号を所定のサンプリング間隔でデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部２０は、例えば反射光Ｌ２に基づく電気信号を増幅する増幅器とＡＤ変換器（ADC: Analog to Digital Convertor）で構成され、増幅器がセンサ１８の電気信号を増幅し、ＡＤ変換器が増幅した電気信号を複数のサンプリングタイミングにおいてサンプリングして、レーザ光Ｌ１の照射方向に対応するデジタル信号に変換する。
【００３３】
図５は、ＡＤ変換部２０による電気信号のサンプリング値の一例を示す図である。図５の横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸はサンプリング値（輝度）、すなわちデジタル信号の値を示す。サンプリングタイミングは、距離に対応する。例えば、サンプリングタイミングｔ０〜ｔ３２は、レーザ光Ｌ１が照射されてから次のレーザ光Ｌ１が照射されるまでの経過時間Ｔ（図３）に対応する。図中のピークが反射光Ｌ２に基づくサンプリング値であり、このピークを示すサンプリングタイミングＴＬ２が計測対象物１０までの距離の２倍に対応する。
【００３４】
より具体的には、距離＝光速×（サンプリングタイミングＴＬ２−光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出したタイミング）／２なる式で距離が求められる。ここで、サンプリングタイミングは、レーザ光Ｌ１の発光開始時刻からの経過時間であり、光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出したタイミングは、レーザ光Ｌ１の発光開始時刻である。
【００３５】
なお、図示したサンプリングタイミングの数やサンプリングを行う時間範囲は一例であり、サンプリングタイミングの数やサンプリングを行う時間範囲を変更してもよい。
【００３６】
図２に示すように、記憶部２１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。制御部１６は、レーザ光Ｌ１が照射されたタイミングにおけるミラー１５の照射方向の情報と、レーザ光Ｌ１のデジタル信号を対応させて時系列に記憶部２１に記憶させる。すなわち、記憶部２１は、ＡＤ変換部２０が変換した第１デジタル信号をレーザ光Ｌ１の照射方向毎にそれぞれ対応させて時系列に記憶している。
【００３７】
計測処理部２２は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）であり、光検出器１７がレーザ光Ｌ１を検出するタイミングと、センサ１８が反射光Ｌ２を検出するタイミングとの時間差に基づき、距離を計測する。
【００３８】
図６は、計測処理部２２の詳細な構成を示すブロック図であり、図６に基づき、計測処理部２２の詳細な構成を説明する。図６に示すように、この計測処理部２２は、累積処理部２２０と、距離計測部２２４とを有する。
【００３９】
累積処理部２２０は、記憶部２１に記憶されたレーザ光Ｌ１毎のデジタル信号のＳ／Ｎ比を改善した計測用のデジタル信号を得る処理を行う。累積処理部２２０は、重み値生成部２２０Ａと、累積信号生成部２２０Ｂとを有する。
【００４０】
重み値生成部２２０Ａは、記憶部２１に記憶された、第１照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２をデジタル化した第１デジタル信号と、第１照射方向とは異なる第２照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２をデジタル化した第２デジタル信号と、の類似性に基づいて、第２デジタル信号の重み値を生成する。
【００４１】
累積信号生成部２２０Ｂは、第１デジタル信号に、重み値生成部２２０Ａにより生成された重み値で第２デジタル信号を重み付けした信号を累積させて計測用のデジタル信号（第３デジタル信号）を生成する。重み値生成部２２０Ａ及び累積信号生成部２２０Ｂの詳細な処理は後述する。
【００４２】
距離計測部２２４は、Ｓ／Ｎ比の改善された時系列な第３デジタル信号に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。より具体的には。レーザ光Ｌ１の照射に基づく時点と、第３デジタル信号の信号値のピーク位置に基づく時点との時間差に基づき、計測対象物１０までの距離を計測する。距離計測部２２４は、レーザ光Ｌ１毎、つまり照射方向毎の距離情報を含む信号Ｄ１（図２）を画像処理部４００に供給する。
【００４３】
ここで、図７に基づき、基準となるレーザ光Ｌ１（ｎ）の第１照射方向と第１照射方向とは異なる第２照射方向の関係について説明する。
【００４４】
図７は、基準となるレーザ光Ｌ１（ｎ）と、第２照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍａ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｂ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｃ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｄ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｆ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｇ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｈ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｉ）を模式的に示している。ここでは、基準となるレーザ光Ｌ１（ｎ）の照射方向を第１照射方向とよび、第１照射方向と異なる照射方向を第２照射方向とよぶこととする。
【００４５】
第２照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１の照射順を示すｎ＋ｍａ、ｎ＋ｍｂ、ｎ＋ｍｃは（０≦ｎ≦Ｎ）の中の連続する自然数である。Ｎは、上述したように、計測対象物１０を測定するために照射するレーザ光Ｌ１（ｎ）の照射回数を示している。同様に、ｎ＋ｍｄ、ｎ、ｎ＋ｍｆも連続する自然数であり、ｎ＋ｍｇ、ｎ＋ｍｈ、ｎ＋ｍｉも連続する自然数である。図４に示すように、複数の直線経路Ｐ１〜Ｐｍ（ｍは２以上の自然数）の一つの直線経路上の測定点の数をＬ＝Ｎ／ｍとすると、ｎ＋ｍｄ＝ｎ＋ｍａ＋Ｌ、ｎ＋ｍｇ＝ｎ＋ｍｄ＋Ｌなる関係がある。
【００４６】
第２照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍａ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｂ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｃ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｆ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｉ）の進行先には、同一の計測対象物１０があり、第２照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍｄ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｇ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｈ）の進行先には、計測対象物１０よりも手前に計測対象物１０と異なる物体がある例を説明する。すなわち、基準となるレーザ光Ｌ１（ｎ）が照射された計測対象物１０上の測定点がＥであり、レーザ光Ｌ１（ｎ）に隣接する第２照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍａ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｂ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｃ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｆ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｉ）が照射された計測対象物１０上の測定点がＡ、Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｉである。一方で、レーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍｄ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｇ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｈ）が照射された計測対象物１０と異なる物体上の測定点がＤ、Ｇ、Ｈである。これらの測定点は同一平面上にはないが、図７中では、測定点を模式的に同一平面上に投影させて表示している。
【００４７】
このように、ｍａ〜ｍｉは、直線経路上の測定点の数Ｌにより変更されるので、説明を簡単にするため、本実施形態においては、レーザ光Ｌ１（ｎ）に隣接する照射方向に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍａ）〜Ｌ１（ｎ＋ｍｉ）をＬ１（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））により表記することとする。すなわち、ｎを中心とした第２照射方向の照射順をｎ＋ｍ（Ｚ）で表記する。Ｚは自然数であり、Ｍは、第１照射方向に隣接する第２照射方向の数を示している。例えば、図７では、隣接する照射方向の数がＭ＝８であるので、隣接する第２照射方向をＬ１（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦７））で表記する。これにより、ｍａ＝ｍ（０）、ｍｂ＝ｍ（１）、ｍｃ＝ｍ（２）、ｍｄ＝ｍ（３）、ｍｆ＝ｍ（４）、ｍｇ＝ｍ（５）、ｍｈ＝ｍ（６）、ｍｉ＝ｍ（７）で表すことができる。なお、Ｍは任意の数である。
【００４８】
以下の説明では、第１照射方向のレーザ光Ｌ１（ｎ）の反射光Ｌ２（ｎ）に基づく第１デジタル信号をＤ（ｎ）で表記する。また、レーザ光Ｌ１（ｎ）に隣接する第２照射方向のレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））の反射光をＬ２（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））で表記し、第２照射方向のレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））の照射方向をＯ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））で表記し、反射光Ｌ２（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））に基づく第２デジタル信号をＤ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））で表記する。また、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）における所定期間ＴＡの累積値を第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）で表記し、第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））における所定期間ＴＡの累積値を第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））で表記する。ｔは、サンプリングタイミングを示している。
【００４９】
次に図７を参照にしつつ、図８に基づき第１デジタル信号と第２デジタル信号の特性を説明する。図８は、図７で示したレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍａ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｂ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｃ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｄ）、Ｌ１（ｎ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｆ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｇ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｈ）、Ｌ１（ｎ＋ｍｉ）の反射光に基づき得られたデジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩを模式的に示す図である。すなわち、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）を第１デジタル信号ＤＥで示し、第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））、（０≦Ｚ≦７）のそれぞれを第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩで示している。
【００５０】
図８（Ａ）は、同一の計測対象物１０上から反射した反射光に基づき得られたデジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＥ、ＤＦ、ＤＩを模式的に示し、図８（Ｂ）は、計測対象物１０と異なる物体から反射した反射光に基づき得られたデジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨを模式的に示している。縦軸は信号値（輝度値）であり、横軸は、サンプリングタイミングである。
【００５１】
図８（Ａ）に示すように、計測対象物１０上から反射された反射光Ｌ２に基づき得られた第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＦ、ＤＩは、第１デジタル信号ＤＥと類似する傾向が見られる。一方で、図８（Ｂ）に示すように、計測対象物１０と異なる物体から反射した反射光に基づき得られた第２デジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨは、第１デジタル信号ＤＥとの類似性が低くなる傾向が見られる。
【００５２】
次に図７及び図８を参照にしつつ図９に基づき、デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩの所定時間ＴＡ内の累積値について説明する。図９は、図８で示したデジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩの所定時間ＴＡ内の累積値の例を示す図である。図９は、例えば日中の測定結果であり、太陽光などの環境光の影響を受けている例である。縦軸は信号値（輝度値）であり、横軸は、サンプリングタイミングである。
【００５３】
図９（Ａ）は、第１デジタル信号ＤＥに基づく第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）を示している図である。矢印の時間範囲ＴＡが累積を行う時間範囲を示している。図９（Ａ）中の第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）は、この時間範囲ＴＡを順に０からサンプリングの終了時まで移動させながら第１デジタル信号ＤＥの累積を行った結果を示している。
【００５４】
図９（Ｂ）は、第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＦ、ＤＩに基づく第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（Ｚ＝０、１、２、４、７）を示し、図９（Ｃ）は、第２デジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨに基づく第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（Ｚ＝３、５、６）を示している。第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）、及び第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）の詳細は後述する。
【００５５】
図９（Ｄ）は、重み値に基づき、第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩを第１デジタル信号ＤＥに累積することにより得られた第３デジタル信号の例を示している。
【００５６】
図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この所定時間ＴＡ内の第１デジタル信号ＤＥを累積した第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）は、第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＦ、ＤＩをそれぞれ時間範囲ＴＡ内で累積した第２累積値第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（Ｚ＝０、１、２、４、７）とほぼ同じ値を示す傾向が見られる。一方で、図９（Ｃ）に示すように、第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）は、第２デジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨをそれぞれ所定時間ＴＡ内で累積した第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（Ｚ＝３、５、６）とは、異なる値を示す傾向が見られる。これは、異なる反射対象物により反射される環境光などの強度が、対象物毎に異なることが影響しているためと考えられている。例えば、測定点Ｄ、Ｇ、Ｈの方が測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｉよりも近距離であったり、反射係数の高い物体であったりすると所定時間ＴＡ内のデジタル信号の累積値は高くなる傾向がある。
【００５７】
次に図７及び図８を参照にしつつ図１０に基づき、デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩのピーク値について説明する。図１０は、図８で示したデジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥ、ＤＦ、ＤＧ、ＤＨ、ＤＩに基づき得られたデジタル信号のピーク値を示す模式図である。横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸は信号値を示す。図１０は、例えば夜間の測定結果であり、太陽光などの環境光の影響が低減されている例である。
【００５８】
図１０（Ａ）は、第１デジタル信号ＤＥに基づく第１ピーク値を示し、図１０（Ｂ）は、第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＦ、ＤＩに基づく第２ピーク値を示し、図１０（Ｃ）は、第２デジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨに基づくピーク値を示し、図１０（Ｄ）は、重み値に基づき累積した第３デジタル信号を示している。ここで、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）に基づくピーク値を第１ピーク値とよび、第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））、（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））に基づくピーク値を第２ピーク値とよぶこととする。
【００５９】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１デジタル信号ＤＥの第１ピーク値は、同一の計測対象物１０から反射された反射光に基づく第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＦ、ＤＩの第２ピーク値とは、同じ値を示す傾向が見られる。一方で、図１０（Ｂ）に示すように、第１デジタル信号ＤＥの第１ピーク値と、異なる計測対象物１０から反射された反射光に基づく第２デジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨの第２ピーク値とは、異なる値を示す傾向が見られる。
【００６０】
図１０（Ｄ）に示すように、類似性の高い第２デジタル信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＦ、ＤＩの重み値を大きくし、類似性の低い第２デジタル信号ＤＤ、ＤＧ、ＤＨの重み値を小さくして、第１デジタル信号ＤＥに累積すれば、第３デジタル信号ＡｄのＳ／Ｎ比を改善させることが可能となる。特に、夜間の測定においてより測定精度を上げることが可能となる。
【００６１】
次に図７、図９及び１０を参照にしつつ、図１１に基づき、重み値生成部２２０Ａの詳細な構成を説明する。図１１は、重み値生成部２２０Ａの詳細な構成を示すブロック図である。図１１に示すように、重み値生成部２２０Ａは、第１累積値演算部２２００と、第２累積値演算部２２０２と、第１比率演算部２２０４と、第１ピーク値検出部２２０６と、第２ピーク値検出部２２０８と、第２比率演算部２２１０と、を有している。
【００６２】
第１累積値演算部２２００は、図９（Ａ）に示すように、第１照射方向に間欠的に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ）の反射光Ｌ２（ｎ）をそれぞれデジタル化した複数の第１デジタル信号Ｄ（ｎ）（ｔ）を所定期間ＴＡ内で累積した第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）を求める。例えば、第１累積値演算部２２００は、（１）式にしたがい第１累積値Ａｔ（ｎ）を求める。ここでは、Ｄ（ｎ）をサンプリングタイミングｔの関数Ｄ（ｎ）（ｔ）で表記する。
【００６３】
【数１】
2019052978.tif 000003
Ｋ１は、任意の定数であり、ｎは、０≦ｎ＜Ｎの間の自然数である。
【００６４】
第２累積値演算部２２０２は、図９（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第２照射方向に間欠的に照射されたレーザ光Ｌ１（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））の反射光をそれぞれデジタル化した複数の第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））を所定期間ＴＡ内に累積した第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））を求める。第２累積値演算部２２０２は、（２）式にしたがい第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）を求める。ここでは、第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））をサンプリングタイミングｔの関数Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）で表記する。上述のようにＺは０≦Ｚ≦（Ｍ−１）の範囲の自然数であり、Ｍは、第１照射方向に隣接する第２照射方向の数を示している。
【００６５】
【数２】
2019052978.tif 000004
【００６６】
第１比率演算部２２０４は、第１累積値演算部２２００が累積した第１累積値Ａｔ（ｎ）（ｔ）と第２累積値演算部２２０２が累積した第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（ｔ）（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））との第１比率Ｒ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を求める。第１比率演算部２２０４は、（１）、（２）式のｔに任意の固定時間Ｔを代入し、（３）式にしたがい、第１比率Ｒ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を演算する。すなわち、本実施形態に係る第１比率演算部２２０４では、第１比率Ｒ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））の演算に任意の固定時間Ｔの間に測定されたデジタル信号の累積値を用いている。ここで、単なる比率でなく、オフセット・最小値処理を入れることも可能で、その場合（３−２）式となる。
【００６７】
【数３】
2019052978.tif 000005
【数３−２】
2019052978.tif 000006
【００６８】
第１ピーク値検出部２２０６は、例えば図１０（Ａ）に示すように第１デジタル信号Ｄ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）の信号振幅が最大または最小となる第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）を検出する。ここでは、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）の第１ピーク値をＰｅａｋ（ｎ）で表記する。
【００６９】
同様に、第２ピーク値検出部２２０８は、例えば図１０（Ｂ）、（Ｃ）に示すように第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））の信号振幅が最大または最小となる第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦ｎ＜Ｎ）を検出する。ここで、Ｚは隣接する第２照射方向の数を示している。また、第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））の第２ピーク値をＰｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））により表記する。
【００７０】
第２比率演算部２２１０は、第１ピーク値検出部２２０６が検出した第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と、第２ピーク値検出部２２０８が検出した第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を求める。より具体的には第２比率演算部２２１０は（４）式にしたがい第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を求める。ここで、単なる比率でなく、オフセット、最小値処理を入れることも可能で、その場合（４−２）式となる。
【数４】
2019052978.tif 000007
【数４−２】
2019052978.tif 000008
【００７１】
図６に示すように、重み値生成部２２０Ａは、これらの第１比率Ｒ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））、第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））のいずれかに基づき、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得する。
重み値生成部２２０Ａは、例えば（５）式に示すように、第１比率Ｒ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））と第一累積値Ａに基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と第２デジタル信号（ｎ＋ｍ（Ｚ））との間の類似性を示す第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得する。
【数５】
2019052978.tif 000009
【００７２】
ここで、関数Ｆ１（ｘ）は、例えばｘが１のとき、最大値を示し、ｘの値が１から乖離するにしたがい値が小さくなる非線形な関数である。これにより、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、第１累積値と第２累積値との比率が１のとき、最も高い値を示し、１から乖離するにしたがい値が小さくなる。また、（５）式で示すように、累積値を用いた第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、累積値を用いるため、ランダムなノイズの影響を受けにくいので、太陽光などの環境光の影響を受けやすい日中の計測処理に適している。
【００７３】
また、重み値生成部２２０Ａは、例えば（６）式に示すように、第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））と第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）に基づき、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得してもよい。
【数６】
2019052978.tif 000010
【００７４】
すなわち、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との比率が１のとき、最も高い値を示し、１から乖離するにしたがい値が小さくなる。また、（６）式で示すように、ピーク値を用いた第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、ピーク値の測定精度がより上がる、環境光のない夜間の計測処理に適している。
【００７５】
なお、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との類似性を示す値であれば、第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との第２比率Ｒ２（ｎ、（ｎ＋ｍ（Ｚ））に限定されない。例えば、第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との差分値の絶対値と第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）との比率を第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））としてもよい。この場合、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との差分値の絶対値と第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）との比率が０のとき、最も高い値を示し、０より大きくなるにしたがい値が小さくなる。
【００７６】
また、重み値生成部２２０Ａは、第１比率Ｒ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））と、第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））とに基づき、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得してもよい。この場合、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、第１比率Ｒ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））および第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））の双方が共に１に近ければ、最も高い値を示し、いずれか一方の比率が１よりも大きくなる、又は１よりも小さくなるにしたがい、値がより低下する。このように、積算値及びピーク値を用いた第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、昼夜間のいずれの時間帯の計測処理にも適している。
【００７７】
重み値生成部２２０Ａは、例えば（７）乃至（９）式で示すように、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））に基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との間の重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を生成する。すなわち、（７）式は、第１比率Ｒ１（ｎ、（ｎ＋ｍ（Ｚ））を用いて重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を生成する場合を示し、（８）式は、第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を用いて重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を生成する場合を示し、（９）式は、第１比率Ｒ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））と第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））とを用いて重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を生成する場合を示している。
【数７】
2019052978.tif 000011
【数８】
2019052978.tif 000012
【数９】
2019052978.tif 000013
【００７８】
なお、（３）式又は（３−２）式により第１比率Ｒ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を演算する際に、累積値の代わりにデジタル信号のＳ／Ｎを表す信号である標準偏差、分散、振幅値、平均値からの差の絶対値の積算などを用いてもよい。すなわち、重み値生成部２２０Ａは、第１デジタル信号所定期間内におけるＳ／Ｎを表す信号である標準偏差、分散、振幅値、及び、平均値からの差の絶対値の積算値の内のいずれか一つを第１演算値として演算し、第２デジタル信号所定期間内におけるＳ／Ｎを表す信号である標準偏差、分散、振幅値、及び、平均値からの差の絶対値の積算値の内のいずれか一つを第２演算値として演算し、第１演算値と第２演算値の比率に基づいて、第２デジタル信号の重み値を生成してもよい。
【００７９】
ここで、関数Ｆ２（ｘ）は、例えばＸの単調増加関数であり、最大値が例えば１．０であり、最小値が０である。Ｆ３（ｘ１、ｘ２）は、第１比率Ｒ１（ｎ、（ｎ＋ｍ（Ｚ））と、第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））との２値関数であり、第１比率Ｒ１（ｎ、（ｎ＋ｍ（Ｚ））と、第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））との双方が共に１に近ければ、その値がより大きくなり、いずれか一方の比率が１よりも大きくなる、又は１よりも小さくなるにしたがい、その値がより小さくなる関数である。このように、重み値生成部２２０Ａは、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と類似性の高い第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））の重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））をより大きな値として生成する。
【００８０】
また、重み値生成部２２０Ａは、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））の取得に用いた第１比率Ｒ１（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））又は、第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））が所定の範囲を超える場合に、重み値を０にする。すなわち、重み値が０となった第２デジタル信号は累積されない。これにより、特性の相違が大きなデジタル信号の影響を抑制できる。なお、本実施形態に係る第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））は、所定の時間範囲の累積値の比率、ピーク値の比率などに基づき取得されるが、これらに限定されず、デジタル信号間の類似性を示す数値であればよい。なお、第１、第２のデジタル信号の類似性を示す第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））などを別の計算部やCPUで処理をしてもよい。
【００８１】
累積信号生成部２２０Ｂは、以下の式（６）に示すように、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）に、重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））で第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））を重み付けした信号を累積させて第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を生成する。上述のように、Ｍは、第１照射方向に隣接する第２照射方向の数を示している。
【数１０】
2019052978.tif 000014
【００８２】
まず、図１２に基づき、第１デジタル信号との類似性の高い第２デジタル信号を累積した第３デジタル信号について説明する。図１２は、第１デジタル信号ＤＥと第２デジタル信号ＤＡ（図８）とを重み付き累積をした場合を模式的に示す図である。
【００８３】
図１２（Ａ）は、計測対象物１０の反射光Ｌ２に基づき得られた第１デジタル信号ＤＥを模式的に示し、図１２（Ｂ）は、計測対象物１０の反射光Ｌ２に基づき得られた第２デジタル信号ＤＡを模式的に示す。図１２（Ｃ）は、第１デジタル信号ＤＥと第２デジタル信号ＤＡとを重み付き累積した第３デジタル信号を模式的に示す。ここでの第１デジタル信号ＤＥと第２デジタル信号ＤＡの類似性が高いので、重み値は例えば最大値１．０に近い値が付与されている。
【００８４】
図１２（Ｃ）に示すように、計測対象物１０からの反射光Ｌ２は、ほぼ同じサンプリングタイミングでサンプリングされるので、累積することで信号の強度が増加する。一方で、太陽光や、乱反射された光などのランダムなノイズは再現性がないため、累積により計測対象物１０からの反射光Ｌ２と比較して相対的に低減される。
【００８５】
次に、図１３に基づき第１デジタル信号に類似性の低い第２デジタル信号を累積した第３デジタル信号について説明する。図１３は、第１デジタル信号ＤＥに第２デジタル信号ＤＤ（図８）を重み付き累積した場合を模式的に示す図である。図１３（Ａ）は、計測対象物１０の反射光に基づき得られた第１デジタル信号ＤＥを模式的に示し、図１３（Ｂ）は、計測対象物１０と異なる物体から反射した反射光に基づき得られた第２デジタル信号ＤＤを模式的に示す。第１デジタル信号ＤＥと第２デジタル信号ＤＤとの類似性は低いので、重み値は例えば最小値０に近い値が付与されている。
【００８６】
図１３（Ｃ）は、第２デジタル信号ＤＤに対して０に近づけた重み値を乗算して、第１デジタル信号ＤＥに累積した結果を模式的に示す。図１１（Ｃ）に示すように、重み値生成部２２０Ａは、第１デジタル信号ＤＥと類似性の低い第２デジタル信号ＤＤの重み値をより小さくするので、第３デジタル信号のＳ／Ｎ比の低下を回避できる。
【００８７】
以上が本実施形態に係る構成の説明であるが、以下に本実施形態に係る距離計測装置１の動作例を詳細に説明する。
【００８８】
図１４は、第１実施形態による距離計測装置１の処理動作を説明するフローチャートであり、図１４に基づき、距離計測装置１における全体の処理動作を説明する。
【００８９】
まず、出射部１００内の制御部１６は、ｎに０を設定し、第２駆動回路１６ａを制御してミラー１５の位置を照射方向Ｏ（ｎ）に向けて変更する（ステップＳ１００、Ｓ１０２）。
【００９０】
次に、制御部１６は、発振器１１ａ及び第１駆動回路１１ｂを制御してレーザ光Ｌ１（ｎ）を発光させる（ステップＳ１０４）。
【００９１】
次に、受光光学系の光軸Ｏ２に沿って進行する反射光Ｌ２（ｎ）は、ミラー１５、第２光学素子１４、及びレンズ１８ａを介してセンサ１８に受光され、電気信号に変換される（ステップＳ１０６）。
【００９２】
次に、ＡＤ変換部２０は、反射光Ｌ２（ｎ）に対応する電気信号のサンプリングを行い、制御部１６は、照射方向Ｏ（ｎ）に対応させたデジタル信号Ｄ（ｎ）を時系列に記憶部２１に記憶させる（ステップＳ１０８）。
【００９３】
次に、制御部１６は、ｎがＮ以下であるか否かを判定し（ステップＳ１１０）、ｎがＮ以下である場合（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、ｎに１を追加し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０２からの処理を繰り返す。
【００９４】
一方で、ｎがＮより大きくなった場合（ステップＳ１１０のＮＯ）、計測処理部２２は、
ｎに０を設定し、記憶部２１に記憶されるデジタル信号Ｄ（ｎ）の第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を取得する（ステップＳ１１４、Ｓ１１６）。
【００９５】
次に、計測処理部２２は、第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）に基づく照射方向Ｏ（ｎ）における計測対象物１０までの距離Ｄｉｓ（ｎ）を計測し、画像処理部４００に供給する（ステップＳ１１８）。
【００９６】
次に、計測処理部２２は、ｎがＮ以下であるか否かを判定し（ステップＳ１２０）、ｎがＮ以下の場合（ステップＳ１２０のＹＥＳ）、ｎに１を追加し（ステップＳ１２２）、（ステップＳ１１６）からの処理を繰り返す。
【００９７】
一方で、ｎがＮより大きくなった場合（ステップＳ１２０のＮＯ）、画像処理部４００は、距離Ｄｉｓ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）に基づき、２次元の距離画像を生成し（ステップＳ１２４）、距離計測装置１における全体の処理動作を終了する。
【００９８】
このように、まず、距離計測装置１は、レーザ光Ｌ１（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）のデジタル信号Ｄ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）のサンプリングを行う。その後に、デジタル信号Ｄ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）の重み付き累積値である第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）を取得しつつ、Ａｄ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）に基づく距離Ｄｉｓ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）を計測する。そして、画像処理装置４００は、距離Ｄｉｓ（ｎ）（０≦ｎ≦Ｎ）に基づく２次元の距離画像を生成する。
【００９９】
次に、図１５に基づき、図１４におけるステップ１１６の処理内容を詳細に説明する。図１５は、図１４におけるステップ１１６の処理内容を説明するフローチャートである。ここでは、日中の計測により適した第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）の取得例を説明する。また、Ｚは自然数であり、Ｍは、第１照射方向に隣接する第２照射方向の数を示している。
【０１００】
まず、重み値生成部２２０Ａの第１累積値演算部２２００は、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）における所定期間ＴＡの第１累積値Ａｔ（ｎ）を演算し、Ｚに０を設定する（ステップＳ２００、Ｓ２０２）。
【０１０１】
次に、第２累積値演算部２２０２は、第２照射方向Ｏ（ｎ＋ｍ（Ｚ））に対応する第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））における所定期間の第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））を演算する（ステップＳ２０４）。
【０１０２】
次に、第１比率演算部２２０４は、第１累積値Ａｔ（ｎ）と第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との比率Ｒ１（ｎ、（ｎ＋ｍ（Ｚ））を演算する（ステップＳ２０６）。
【０１０３】
次に、重み値生成部２２０Ａは、この比率に基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））の類似性を示す第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得する（ステップＳ２０８）。
【０１０４】
そして、重み値生成部２２０Ａは、この第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））に基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））の重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得し、記憶部２１に記憶させる（ステップＳ２１０）。
【０１０５】
次に、重み値生成部２２０Ａは、ＺがＭ−１と等しいか否かを判定し（ステップＳ２１２）、ＺがＭ−１と等しくない場合（ステップＳ２１２のＮＯ）、Ｚに１を追加してステップＳ２０４からの処理を繰り返す。
【０１０６】
一方で、ＺがＭ−１と等しい場合（ステップＳ２１２のＹＥＳ）、累積信号生成部２２０Ｂは、記憶部２１から読み込んだ重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１））に基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）に、重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））（１≦ｍ≦（Ｍ−１））で重みを付けた第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（１≦ｍ≦Ｍ）のそれぞれを累積した第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を演算し、（ステップＳ２１６）。Ｓ１１６の処理を終了する。
【０１０７】
このように、第１累積値Ａｔ（ｎ）と第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との比率を演算しつつ、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））に基づくＷ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得する。そして、重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））（１≦ｍ≦Ｍ）を取得した後に、第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を演算する。
【０１０８】
次に、図１６に基づき、図１４におけるステップ１１６の内容を詳細に説明する。図１６は、ステップ１１６の処理に、ピーク値を用いる場合の処理について説明するフローチャートである。ここでは、夜間の計測により適した第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）の取得例を説明する。
【０１０９】
まず、重み値生成部２２０Ａの第１ピーク値検出部２２０６は、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）の第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）を検出し、Ｚに０を設定する（ステップＳ３００、Ｓ３０２）。
【０１１０】
次に、第２ピーク値検出部２２０８は、第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））における第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））を検出する（ステップＳ３０４）。
【０１１１】
次に、第２比率演算部２２１０は、第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ）））を演算する（ステップＳ３０６）。
【０１１２】
次に、重み値生成部２２０Ａは、この第２比率Ｒ２（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ）））に基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））の類似性を示す第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得する（ステップＳ３０８）。
【０１１３】
そして、重み値生成部２２０Ａは、この第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））に基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））の重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得し、記憶部２１に記憶させる（ステップＳ３１０）。
【０１１４】
次に、重み値生成部２２０Ａは、ＺがＭ−１と等しいか否かを判定し（ステップＳ３１２）、ＺがＭ−１と等しくない場合（ステップＳ３１２のＮＯ）、Ｚに１を追加して、ステップＳ３０２からの処理を繰り返す。
【０１１５】
一方で、ＺがＭ−１と等しい場合（ステップＳ３１２のＹＥＳ）、累積信号生成部２２０Ｂは、記憶部２１から読み込んだ重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１）に基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）に、重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））（１≦ｍ≦（Ｍ−１））で重みを付けた第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（１≦ｍ≦Ｍ）のそれぞれを累積した第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を演算し（ステップＳ３１６）、ステップ１１６の処理を終了する。
【０１１６】
このように、第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との比率を演算しつつ、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））に基づくＷ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得する。そして、重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））（１≦ｍ≦Ｍ）を取得した後に、第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を演算する。
【０１１７】
次に、図１７に基づき、図１４におけるステップ１１６の内容を詳細に説明する。図１７は、図１４におけるステップ１１６の処理に、累積値とピーク値とを用いる場合について説明するフローチャートである。ここでは、日中及び夜間の計測に適した第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）の取得例を説明する。また、図１５又は図１６に記載される処理と同等の処理には、同一の番号を付して説明を省略する。
【０１１８】
重み値生成部２２０Ａは、第１累積値Ａｔ（ｎ）と第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との第１比率と、第１ピーク値Ｌ１ｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｌ１ｋ（ｎ＋ｍ）との第２比率に基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ）の類似性を示す第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得する（ステップＳ４０２）。
【０１１９】
そして、重み値生成部２２０Ａは、この評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））に基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）と第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））の重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得し、記憶部２１に記憶させる（ステップＳ４０４）。
【０１２０】
次に、重み値生成部２２０Ａは、Ｚ＝Ｍ−１であるか否かを判定し（ステップＳ４０６）、Ｚ＝Ｍ−１でない場合（ステップＳ４０６のＮＯ）、ステップＳ４００からの処理を繰り返す。
【０１２１】
一方で、全ての重み値が取得された場合（ステップＳ４０６のＹＥＳ）、累積信号生成部２２０Ｂは、記憶部２１から読み込んだ重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））（０≦Ｚ≦（Ｍ−１）に基づき、第１デジタル信号Ｄ（ｎ）に、重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））（１≦ｍ≦（Ｍ−１））で重みを付けた第２デジタル信号Ｄ（ｎ＋ｍ（Ｚ））（１≦ｍ≦Ｍ）のそれぞれを累積した第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を演算する（ステップＳ４１０）。
【０１２２】
このように、第１累積値Ａｔ（ｎ）と第２累積値Ａｔ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との第１比率Ｒ１（ｎ、（ｎ＋ｍ（Ｚ））、および第１ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ）と第２ピーク値Ｐｅａｋ（ｎ＋ｍ（Ｚ））との第２比率Ｒ２（ｎ、（ｎ＋ｍ（Ｚ））を演算しつつ、第１評価値Ｅｖ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））に基づく重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））を取得する。そして、重み値Ｗ（ｎ、ｎ＋ｍ（Ｚ））（１≦ｍ≦Ｍ）を取得した後に、第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を演算する。
【０１２３】
以上のように本実施形態に係る距離計測装置１によれば、第１照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第１デジタル信号と、第１照射方向とは異なる第２照射方向に照射されたレーザ光の反射光をデジタル化した第２デジタル信号と、の類似性に基づいて、第２デジタル信号の重み値を生成する。重み値生成部２２０Ａは、これにより、類似性が高い場合には、第２デジタル信号の重みを増すことができる。重み付けされた第２デジタル信号を第１デジタル信号に累積させて第３デジタル信号を生成することで、第３デジタル信号中のピーク位置のタイミングとレーザ光の照射タイミングとの時間差に基づいて、対象物までの距離をノイズに影響されることなく精度よく、かつ安定的に計測できる。
（第２実施形態）
【０１２４】
第２の実施形態は、第１の実施形態よりも広い範囲をレーザ光で照射し、この範囲からの反射光をセンサ１８で受光する処理を複数回繰り返して、センサ１８内の特定画素の受光量を補正してノイズの影響を低減させるものである。
【０１２５】
より具体的には、第２の実施形態では、第１照射方向及び第２照射方向に同時にレーザ光を間欠的に複数回発光する光源を用いて、直近に光源から第１方向に照射されたレーザ光に対応する第１デジタル信号と、複数回分の複数の第２デジタル信号との類似性に基づいて、複数の第２デジタル信号の重み値を生成する。そして、直近に光源から第１方向に照射されたレーザ光に対応する第１デジタル信号に、重み値で複数の第２デジタル信号を重み付けした信号を累積させて第３デジタル信号を生成する。
【０１２６】
図１８は、第２実施形態に係る距離計測装置１の概略の構成を示す図である。この図１８に示すように、センサ１８が二次元の受光素子で構成されることで、図２に示す距離計測装置１と相違する。また、同一の照射方向に第１実施形態に係るレーザ光Ｌ１よりも照射角の広いレーザ光Ｌ１を間欠的に複数回照射可能であることで第１実施形態に係る距離計測装置１と相違する。第１実施形態に係る距離計測装置１同等の構成には同一の番号を付し、説明を省略する。なお、図１８では、光学機構系２００の記載を省略している。
【０１２７】
図１９は、複数の受光素子がマトリクス状に配置されたセンサ１８の構成例を示す図であり、まず、図２を参照にしつつ図１９に基づきセンサ１８の構成を説明する。
【０１２８】
図１９に示すように、センサ１８は、ＳＰＡＤＣで示すセンサ１８の中心部に配置される受光素子と、ＳＰＡＤｉで示すＳＰＡＤＣの周辺に配置される複数の受光素とを有している。図１９の例では、センサ１８の受光面上のＳＰＡＤＣの周囲に８個のＳＰＡＤｉが配置されている。なお、ＳＰＡＤＣの周囲に存在するＳＰＡＤｉの数は任意である。これらの受光素子は、例えばＳＰＡＤセルであり、ＳＰＡＤ（SPAD: Single-Photon Avalanche Diode）とＳＰＡＤに接続される電気要素（例えば、抵抗、コンデンサ、半導体など）により構成されている。このような、ＳＰＡＤセルは、ＳＰＡＤをガイガーモードで使用するセルであり、ガイガー放電により１万倍を超える利得を有する。なお、１行あたり３個のＳＰＡＤセルが配列されているが、ＳＰＡＤセルの数はこれに限定されない。
【０１２９】
図２に示すよう、本実施形態に係るレンズ１２の位置は、第１実施形態におけるレンズ１２の位置よりも光源１１により近づけて配置されている。これにより、本実施形態に係るレーザ光Ｌ１は、第１実施形態に係るレーザ光Ｌ１よりも大きな照射角を有している。すなわち、本実施形態に係るレーザ光Ｌ１のビーム口径は、第１実施形態に係るレーザ光Ｌ１のビーム口径よりも大きく、複数の照射方向を照射することができる。なお、光源１１は、複数のレーザ光を発光する光源ユニットを有してもよい。
【０１３０】
本実施形態による距離計測装置１では、レーザ光Ｌ１のうち光軸Ｏ１の中心方向を進行する光を第１照射方向と呼び、光軸Ｏ１の中心方向以外の方向を進行する光を第２照射方向と呼ぶ。
【０１３１】
光軸Ｏ１の中心方向を進行するレーザ光Ｌ１は、対象物で反射された後、光軸Ｏ２の中心方向（第１照射方向）を進行して、センサ１８の受光面上のＳＰＡＤＣに入射される。また、光軸Ｏ１の中心方向以外で光軸Ｏ１に沿った方向（第２照射方向）を進行するレーザ光Ｌ１は、対象物で反射された後、光軸Ｏ２の中心方向以外で光軸Ｏ２に平行な方向を進行して、センサ１８の受光面上のＳＰＡＤＣ以外のＳＰＡＤｉに入射される。
【０１３２】
また、散乱光Ｌ３のうち光軸Ｏ２と異なる方向に反射された光の進行方向は、受光光学系２０４の光軸Ｏ２からずれているので、仮に受光光学系２０４内に入射しても、受光光学系２０４が配置されている筐体内の黒体などに吸収されるか、センサ１８の受光面に入射しない。
【０１３３】
図１８に示すように、本実施形態に係るＡＤ変換部２０は、例えば電気信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）２０ＡとＡＤ変換器２０Ｂで構成され、増幅器２０ＡがＳＰＡＤＣ及びＳＰＡＤｉのそれぞれが出力する電気信号を増幅し、ＡＤ変換器が２０Ｂ増幅した電気信号それぞれをサンプリングして、複数のデジタル信号に変換する。ここで、ＳＰＡＤＣが出力した電気信号をサンプリングしたデジタル信号を第１デジタル信号とよび、ＳＰＡＤｉのそれぞれに対応するデジタル信号を第２デジタル信号とよぶこととする。
【０１３４】
記憶部２１は、ＳＰＡＤＣ及びＳＰＡＤｉのそれぞれに対応するバッファ１とバッファ２とを有している。バッファ１は、レーザ光Ｌ１の１回目の照射により得られたデジタル信号をＳＰＡＤＣ及びＳＰＡＤｉのそれぞれに対応させて保存している。同様に、バッファ２は、レーザ光Ｌ１の２回目の照射により得られたデジタル信号をＳＰＡＤＣ及びＳＰＡＤｉそれぞれに対応させて保存している。本実施形態では、直近に出射部１００から第１方向に照射されたレーザ光に対応する第１デジタル信号を基準デジタル信号と呼ぶこととする。すなわち、基準デジタル信号は、バッファ２の中のＳＰＡＤＣに対応するバッファに保存されている。なお、バッフアの数は２に限定されず、照射回数ｍに応じて変更してもよい。例えば、同一の照射方向にレーザ光Ｌ１をｍ回照射する場合には、バッファの数をｍにする。
【０１３５】
図１９は、累積ゲート２２２Ａを模式的に示す図である。ここでは、説明を簡単にするためＡＤ変換部２０と記憶部２１とを省略して記載している。複数の累積ゲート２２２Ａのそれぞれは、ＳＰＡＤＣ及びＳＰＡＤｉのそれぞれに対応する。
【０１３６】
ここで、Ｅで示すＳＰＡＤセルがＳＰＡＤＣに対応し、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉで示すＳＰＡＤセルがＳＰＡＤｉに対応する。
【０１３７】
複数の累積ゲート２２２Ａのそれぞれは、基準デジタル信号に、バッファ１に記憶される第２デジタル信号を累積する際の重み値を取得する。この重み値は、基準デジタル信号と、バッファ１に記憶される第２デジタル信号との類似性を示す第１評価値に基づき取得される。
【０１３８】
同様に、複数の累積ゲート２２２Ａのそれぞれは、基準デジタル信号に、バッファ２に記憶される第２デジタル信号とを累積する際の重み値を取得する。この重み値は、基準デジタル信号と、バッファ２に記憶される第２デジタル信号との類似性を示す第１評価値に基づき取得される。
【０１３９】
この場合、第１実施形態と同様に、所定時間ＴＡ内の第１デジタル信号を累積した第１累積値と、この所定時間に対応する時間ＴＡ内の第２デジタル信号を累積した第２累積値とに少なくとも基づき、第１評価値を取得する。
【０１４０】
また、第１実施形態と同様に、第１評価値に、第１デジタル信号のピークの位置に基づく第１ピーク値と、第２デジタル信号のピークの位置に基づく第２ピーク値とを用いてもよい。
【０１４１】
また、基準デジタル信号に対応する累積ゲート２２２Ａは、基準デジタル信号と、バッファ１に記憶される第１デジタル信号との類似性を示す第２評価値に基づき重み値を取得する。第２評価値は、第１評価値と異なる評価値であり、例えば相関値を用いる。すなわち、この累積ゲート２２２Ａは、基準デジタル信号と、バッファ１に記憶され第１デジタル信号と、を累積する際の重み値を第２評価値に基づき取得する。
【０１４２】
累積処理部２２０は、基準デジタル信号に対して、バッファ１に記憶される第２デジタル信号に重み値をそれぞれ乗算して累積し、更にバッファ２に記憶される第２デジタル信号に重み値をそれぞれ乗算して累積し、更に、バッファ１に記憶され第１デジタル信号に重み値を乗算して累積して、第３デジタル信号を得る。
【０１４３】
補間部２２６は、例えばＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを用いてデジタル累積信号の補間処理を行う。より具体的には、ＳＰＡＤセルが１つのフォトンを受光した場合の応答波形は、一般に定型の理想応答波形となるので、このＦＩＲフィルタは、デジタル累積信号の波形を理想応答波形に近づけるように補間処理を行う。
【０１４４】
図２１は、時分割累積した第３デジタル信号と、時分割累積する前の第１デジタル信号を示している図である。上側の図は、第３デジタル信号であり、横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸は第３デジタル信号の値を示している。下側の図は、第１デジタル検出信号であり、横軸はサンプリングタイミングを示し、縦軸は第１デジタル検出信号の信号値を示している。
【０１４５】
距離計測部２２４では、１回目の処理を第１実施形態に係る距離計測部２２４と同様に、例えば図２１の上図に示す第３デジタル信号のピーク位置を検出する。
【０１４６】
次に、距離計測部２２４では、累積前の基準デジタル信号からピーク位置を再度検出する。この場合、１回目の処理で求めたピーク位置に基づき時間範囲が限定された基準デジタル信号を用いる。すなわち、計測処理部３２０は、第３デジタル信号におけるピーク位置に対応する第１時点に基づき、時間範囲が限定された累積前の基準デジタル信号を取得する。そして、計測処理部３２０は、時間範囲が限定された累積前の基準デジタル信号におけるピークに対応する第２時点を用いて、計測対象物１０の距離を計測する。
【０１４７】
このようにピーク位置を第３デジタル信号に基づき求めるため、ノイズの影響を低減でき、累積前の基準デジタル信号に基づきピーク位置を再度検出するので、計測精度をより上げることが可能となる。
【０１４８】
図２２は、第２実施形態による距離計測装置１の処理動作を説明するフローチャートであり、図２２に基づき、距離計測装置１における全体の処理動作を説明する。
【０１４９】
まず、出射部１００内の制御部１６は、ｎに０を設定し、第２駆動回路１６ａを制御してミラー１５の位置を照射方向Ｏ（ｎ）に向けて変更する（ステップＳ５００、Ｓ５０２）。
【０１５０】
次に、制御部１６は、発振器１１ａ及び第１駆動回路１１ｂを制御して１回目のレーザ光Ｌ１（ｎ）を発光させる（ステップＳ５０４）。
【０１５１】
次に、ＡＤ変換部２０は、反射光Ｌ２（ｎ）に応じてセンサ１８のＳＰＡＤセルそれぞれが出力した電気信号のサンプリングを行い第１デジタル信号Ｄ１ｃ（ｎ）、及び第２デジタル信号Ｄ１ｉ（ｎ）（０≦ｉ≦Ｍ−２）をバッファ１に記憶させる（ステップＳ５０６、５０８）。ここでは、第１デジタル信号をＤ１ｃ（ｎ）で表記し、バッファ１に記憶される第２デジタル信号をＤ１ｉ（ｎ）（０≦ｉ≦Ｍ−２）で表記する。Ｍは、センサ１８が有する受光素子の数を示し、Ｍは例えば８である。
【０１５２】
次に、制御部１６は、発振器１１ａ及び第１駆動回路１１ｂを制御して２回目のレーザ光Ｌ１（ｎ）を発光させる（ステップＳ５１０）。
【０１５３】
次に、ＡＤ変換部２０は、反射光Ｌ２（ｎ）に応じてセンサ１８のＳＰＡＤセルそれぞれが出力した電気信号のサンプリングを行い第１デジタル信号Ｄ２ｃ（ｎ）、及び第２デジタル信号Ｄ２ｉ（ｎ）（０≦ｉ≦Ｍ−２）をバッファ２に記憶させる（ステップＳ５１２、５１４）。ここでは、バッファ２に記憶された第１デジタル信号すなわち、基準デジタル信号をＤ２ｃ（ｎ）で表記し、バッファ２に記憶された第２デジタル信号をＤ２ｉ（ｎ）（０≦ｉ≦Ｍ−２）で表記する。
【０１５４】
次に、重み値生成部２２０Ａ内の累積ゲート２２２Ａのそれぞれは、対応するバッフア１及び２内のデジタル信号に対応する第２評価値Ｅｖ２（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ１ｃ（ｎ））、第１評価値Ｅｖ１１（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ１ｉ（ｎ））（０≦ｉ≦Ｍ−２）、Ｅｖ１２（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ２ｉ（ｎ））（０≦ｉ≦Ｍ−２）を取得する（ステップＳ５１５）。ここでは、バッファ１に記憶される第１デジタル信号Ｄ１ｃ（ｎ）と、バッファ２に記憶される基準デジタル信号Ｄ２ｃ（ｎ）との類似性を示す第２評価値を第２評価値Ｅｖ２（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ２ｃ（ｎ））で表記し、基準デジタル信号Ｄ２ｃ（ｎ）とバッファ１に記憶される第２デジタル信号をＤ１ｉ（ｎ）（０≦ｉ≦Ｍ−２）との類似性を示す第１評価値をＥｖ１１（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ１ｉ（ｎ））（０≦ｉ≦Ｍ−２）で表記し、基準デジタル信号Ｄ２ｃ（ｎ）とバッファ２に記憶される第２デジタル信号をＤ２ｉ（ｎ）（０≦ｉ≦Ｍ−２）との類似性を示す第１評価値をＥｖ１２（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ２ｉ（ｎ））（０≦ｉ≦Ｍ−２）で表記する。
【０１５５】
次に、累積ゲート２２２Ａのそれぞれは、重み値Ｗ（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ１ｃ（ｎ））、重み値Ｗ１（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ２ｉ（ｎ））（０≦ｉ≦Ｍ−２）、重み値Ｗ２（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ２ｉ（ｎ））（０≦ｉ≦Ｍ−２）を取得する（ステップＳ５１６）。ここでは、基準デジタル信号Ｄ２ｃ（ｎ）とバッファ１に記憶される第１デジタル信号Ｄ１ｃ（ｎ）との間の重み値をＷ（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ１ｃ（ｎ））で表記し、基準デジタル信号Ｄ２ｃ（ｎ）とバッファ１に記憶される第２デジタル信号をＤ１ｉ（ｎ）（０≦ｉ≦Ｍ−２）との間の重み値を重み値Ｗ１（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ１ｉ（ｎ））（（０≦ｉ≦Ｍ−２）で表記し、基準デジタル信号Ｄ２ｃ（ｎ）とバッファ２に記憶される第２デジタル信号をＤ２ｉ（ｎ）（０≦ｉ≦Ｍ−２）との間の重み値を重み値Ｗ２（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ２ｉ（ｎ））（（０≦ｉ≦Ｍ−２）で表記する。
【０１５６】
次に、累積信号生成部２２０Ｂは、累積ゲート２２２Ａのそれぞれが取得した重み値に基づき、バッフア１及び２内のデジタル信号を累積した第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を取得する（ステップＳ５１８）。
【０１５７】
次に、距離計測部２２４は、補間部２２６が補間処理をした第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）のピーク位置に基づき時間範囲を限定する（ステップＳ５２０）。
【０１５８】
次に、距離計測部２２４は、時間範囲の限定された基準デジタル信号Ｄ２ｃ（ｎ）に基づき距離Ｄｉｓ（ｎ）を計測し、画像処理部４００に供給する（ステップＳ５２０）。距離計測部２２４は、ｎがＮ以下であるか否かを判定し（ステップＳ５２４）、ｎがＮ以下である場合（ステップＳ５２４のＹＥＳ）、ｎに１を追加し（ステップＳ５２８）、ステップＳ５０２からの処理を繰り返す。
【０１５９】
一方で、ｎがＮより大きくなった場合（ステップＳ５２４のＮＯ）、画像処理部４００は、距離Ｄｉｓ（ｎ）（０≦ｎ＜Ｎ）に基づき、２次元の距離画像を生成し（ステップＳ５２６）、距離計測装置１における1枚分の２次元の距離画像を生成する処理動作を終了する。
【０１６０】
このように、累積ゲート２２２Ａは、同一測定点に対する２回の照射が終わった後に、第２評価値Ｅｖ２（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ１ｃ（ｎ））、第１評価値Ｅｖ１１（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ１ｉ（ｎ））（（０≦ｉ≦Ｍ−２）、および第１評価値Ｅｖ１２（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ２ｉ（ｎ））（（０≦ｉ≦Ｍ−２）と、重み値Ｗ（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ１ｃ（ｎ））、重み値Ｗ１（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ１ｉ（ｎ））（（０≦ｉ≦Ｍ−２）、および重み値Ｗ２（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ２ｉ（ｎ））（（０≦ｉ≦Ｍ−２）とを取得する。その後に、これらの重み値Ｗ（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ１ｃ（ｎ））、重み値Ｗ１（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ１ｉ（ｎ））（（０≦ｉ≦Ｍ−２）、および重み値Ｗ２（Ｄ２ｃ（ｎ）、Ｄ２ｉ（ｎ））（（０≦ｉ≦Ｍ−２）を用いて累積処理部２２０は、第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）を累積処理する。そして、距離計測部２２４は、補間部２２６が補間処理をした第３デジタル信号Ａｄ（ｎ）に基づき距離を計測する。
【０１６１】
以上のように本実施形態に係る距離計測装置１によれば、第１照射方向及び第２照射方向に同時にレーザ光を間欠的に複数回発光する光源１１を用いて、直近に光源１１から第１方向に照射されたレーザ光に対応する第１デジタル信号と、複数回分の複数の第２デジタル信号との類似性に基づいて、複数の第２デジタル信号の重み値を生成する。これにより、複数の第２デジタル信号に含まれるノイズを低減できる。そして、複数の第２デジタル信号を重み付けした信号を第１デジタル信号に累積させて第３デジタル信号を生成するため、第３デジタル信号を用いて対象物までの距離を精度よく、かつ安定的に計測できる。
【０１６２】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１６３】
１：距離計測装置、１０：計測対象物、１１：光源、１５：ミラー、１８：センサ、２０：ＡＤ変換部、２１：記憶部、２０２：照射光学系、２０４：受光光学系、２２０：累積処理部、２２０Ａ：重み値生成部、２２０Ｂ：累積信号生成部、２２４：距離計測部
【図１】
2019052978.tif 000015
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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