(57)【要約】  測距対象への照射光を出射してから測距対象からの反射光を受光するまでの時間に基づいて、測距対象までの距離を測距する測距装置は、測距対象に照射光を出射する投光部と、反射光を受光する受光部と、投光部が測距対象に照射光を出射してから受光部が反射光を受光するまでの時間に基づいて測距対象までの距離を計測する距離計測部とを備え、距離計測部は、照射光の出射に関する基準信号の基準波形と受光した反射光に基づく受光信号の波形とに基づいて、積分波形を算出し、積分波形に基づいて、投光部が測距対象に照射光を出射してから受光部が反射光を受光するまでの時間を特定し、特定された反射光を受光するまでの時間に基づいて、測距対象までの距離を算出する。
2015098469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測距対象への照射光を出射してから前記測距対象からの反射光を受光するまでの時間に基づいて、前記測距対象までの距離を測距する測距装置であって、
前記測距対象に前記照射光を出射する投光部と、
前記反射光を受光して前記反射光に基づく受光信号に変換する受光部と、
前記投光部が前記測距対象に照射光を出射してから前記受光部が前記反射光を受光するまでの時間に基づいて前記測距対象までの距離を計測する距離計測部と、
を備え、
前記距離計測部は、
前記照射光の出射に関する基準信号の基準波形と前記受光信号の波形とに基づいて、積分波形を算出し、
前記積分波形に基づいて、前記投光部が前記測距対象に照射光を出射してから前記受光部が前記反射光を受光するまでの時間を特定し、
特定された前記反射光を受光するまでの時間に基づいて、前記測距対象までの距離を算出することを特徴とする、測距装置。
【請求項２】
前記積分波形は、
前記受光信号をｓ（ｔ）、前記基準波形の信号をｒ（ｔ）、前記基準波形の信号と前記反射光の信号との積分範囲をＴとすると、
【数１】
2015098469.tif 000007
により算出する、請求項１記載の測距装置。
【請求項３】
前記投光部の近傍に前記照射光を受光する第２受光部をさらに備え、
前記基準波形は、前記第２受光部が受光した信号の波形である、請求項１または２記載の測距装置。
【請求項４】
前記距離計測部は、
前記基準波形と前記受光信号の波形とを所定の取得間隔で離散的に取得し、
前記離散的に取得された前記基準波形と前記受光信号の波形とによって離散化された前記積分波形を算出し、
前記離散化された積分波形を所定の近似式により補完して前記測距対象までの距離を算出する、請求項１乃至３のいずれかに記載の測距装置。
【請求項５】
前記近似式は、前記積分波形の最大値と前記最大値とは異なる任意の２点の値とを通過する２次曲線で与えられる、請求項４記載の測距装置。
【請求項６】
前記取得間隔は、１ナノ秒以上５ナノ秒以下である、請求項４または５記載の測距装置。
【請求項７】
前記基準波形は、前記第２受光部が所定の回数だけ受光した信号を平均した波形である、請求項３乃至６のいずれかに記載の測距装置。
【請求項８】
前記距離計測部は、所定の回数だけ取得された前記受光信号を平均した第２受光信号を生成し、前記第２受光信号に基づいて前記積分波形を算出する、請求項１乃至７のいずれかに記載の測距装置。
【請求項９】
前記距離計測部は、前記基準信号及び前記受光信号のそれぞれの最大値及び最小値が所定の値となるように規格化して前記積分波形を算出する、請求項１乃至８のいずれかに記載の測距装置。
【請求項１０】
前記投光部は、前記照射光の出射前に所定の強度を有する光を出射し、
前記距離計測部は、前記光の反射光の強度に基づいて、前記照射光の強度または受光部のゲインを調整する、請求項１乃至９のいずれかに記載の測距装置。
【請求項１１】
前記投光部から出射された照射光を走査するレーザビーム走査部をさらに備える、請求項１乃至１０のいずれかに記載の測距装置。
【請求項１２】
前記受光部は、複数の受光素子により構成される、請求項１１のいずれかに記載の測距装置。
【請求項１３】
前記複数の受光素子は、前記レーザビーム走査部による走査方向に対応する方向に並置されている、請求項１２記載の測距装置。
【請求項１４】
前記複数の受光素子は、前記レーザビーム走査部による走査方向と異なる方向に並置されている、請求項１２記載の測距装置。
【請求項１５】
測距対象までの距離を測距する測距装置を有してなる電子機器であって、
前記測距装置は、請求項１乃至１４のいずれかに記載の測距装置であることを特徴とする、電子機器。
【請求項１６】
測距対象への照射光を出射してから前記測距対象からの反射光を受光するまでの時間に基づいて、前記測距対象までの距離を測距する測距方法であって、
前記測距対象に前記照射光を出射するステップと、
前記反射光を受光するステップと、
前記照射光の基準波形と受光した反射光に基づく受光信号の波形とに基づいて、積分波形を算出するステップと、
前記積分波形に基づいて、前記測距対象に照射光を出射してから前記反射光を受光するまでの時間を特定するステップと、
特定された前記反射光を受光するまでの時間に基づいて、前記測距対象までの距離を算出するステップと、
を実行することを特徴とする、測距方法。
【請求項１７】
測距対象への照射光を出射してから前記測距対象からの反射光を受光するまでの時間に基づいて、前記測距対象までの距離を測距する処理をコンピュータに実行させる測距プログラムであって、
前記測距対象に前記照射光を出射するステップと、
前記反射光を受光するステップと、
前記照射光の基準波形と受光した反射光に基づく受光信号の波形とに基づいて、積分波形を算出するステップと、
前記積分波形に基づいて、前記測距対象に照射光を出射してから前記反射光を受光するまでの時間を特定するステップと、
特定された前記反射光を受光するまでの時間に基づいて、前記測距対象までの距離を算出するステップと、
を含む処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、測距プログラム。
【請求項１８】
請求項１７記載の前記測距プログラムを格納したことを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距装置と、測距装置を有する電子機器と、測距方法と、測距プログラムとに関するものである。本発明は、測距プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体にも関する。
【背景技術】
【０００２】
測距対象への照射光の出射時から反射光の到達時までの時間差に基づいて測距対象との距離を測定するＴＯＦ（Time Of Flight）法を利用する測距装置が、車両、船舶、鉄道等の安全装置やＦＡ（Factory Automation）分野などで用いられている。【０００３】
ＴＯＦ法を利用する測距装置は、照射光を測距対象に出射する光源と、測距対象から反射された反射光を受光して電圧信号に変換するフォトダイオード等の受光素子及び反射光を受光素子に導くレンズ等の光学部品とを備えた受光部とを備える。【０００４】
しかし、従来のＴＯＦ法を利用する測距装置では、反射光を受光して電気信号に変換して得られるた受光信号の強度が一定ではないため、測距精度を高めることは難しい。【０００５】
図１は、ＴＯＦ法を利用する測距装置における反射光の信号強度の相違とコンパレータ閾値との関係とを示す模式図である。図１中、縦軸は受光信号の強度を任意単位で示し、横軸は時間を任意単位で示す。図１に示すように、測距装置における受光信号のうち、例えば至近位置に配置されたリフレクタなどの高反射物体からの受光信号ｓ１の強度は、高反射物体により極めて強くなり、受光素子の検出限界を超えることがあり得る。この場合には、受光素子により検出される受光信号ｓ１は受信信号の飽和レベルｓｓを超えてしまい飽和する。【０００６】
一方、遠方に存在する測距対象からの受光信号ｓ２や、反射率の低い材質で形成された測距対象からの受光信号ｓ３は、至近位置に配置された高反射物体からの受光信号ｓ１に比べて非常に小さい。この場合に、受光信号ｓ１〜ｓ３を時間信号に変換するコンパレータの閾値ｓｔｈを固定値として設定すると、閾値ｓｔｈに達する時間ｔ１，ｔ２，ｔ３は受光信号の強度に依存する。【０００７】
図１に示すように、受光信号ｓ１〜ｓ３の強度が小さいほど受光信号ｓ１〜ｓ３の強度が閾値ｓｔｈを上回る時期が遅れる。ここで、一般的なパルス光を用いてＴＯＦ法を利用する測距装置のレーザの発光パルス幅は、例えば数１０ｎｓ程度である。【０００８】
したがって、受光信号ｓ１〜ｓ３の強度によっては、同じ時間に反射光が受光素子に到達した場合であっても、反射光の到達時間に１０ｎｓ以上の誤差が生じる。この誤差は、距離に換算すると１．５ｍ以上の測定誤差に相当する。【０００９】
測距装置における測定精度を向上させる方法としては、例えば受光信号の強度の値をアンプのゲインにフィードバックすることで、信号強度を一定値に近づける方法が知られている。【００１０】
また、測距装置における測定精度を向上させる他の方法としては、例えば受光信号のピーク値をピークホールド回路等によって測定して、そのピーク値に応じて時間補正を行う方法が知られている。【００１１】
しかしながら、信号強度の値をアンプのゲインにフィードバックする方法では、信号強度を常に一致させることは困難であるため、測定誤差を解消することは難しい。【００１２】
また、ピーク値に応じて時間補正を行う方法では、動作環境等の変動に応じて受光信号の波形が変化する可能性があるため、あらかじめ設定された時間補正値によって計測誤差を補正しても計測誤差を解消することは難しい。【００１３】
さらに、測距装置において、受光信号アンプにより信号増幅の際にショット雑音成分や回路雑音成分等が付与されるため、一定以上の電気雑音成分が発生することが避けられない。【００１４】
図２は、ＴＯＦ法を利用する測距装置における反射光にノイズを含む場合の受光信号とコンパレータ閾値との関係とを示す模式図である。図２中、縦軸は受光信号ｓ０の強度を任意単位で示し、横軸は時間を任意単位で示し、破線ｓｎはノイズレベルを示す。また、図２では、円で囲まれた領域の受光信号ｓ０の部分を、下部に拡大して示す。図２に示すように、一般的にコンパレータの閾値ｓｔｈは反射光の入力がない状態における雑音レベルｓｎの数倍程度の強度に設定されるが、受光した反射光の受光信号ｓ０には本来の光パルス波形にランダムなノイズ成分が付加されている。【００１５】
このため、従来の測距装置では、一定の閾値ｓｔｈにより時間検出を行った場合には、ノイズ成分によりランダムな検出時間差Δｔが発生してしまう。ノイズの影響は、特に反射光の信号強度ｓ０が低い場合に顕著に現れる。【００１６】
以上のように、従来のＴＯＦ法を利用する測距方法とその測距方法を実行する測距装置では、反射光の信号強度が変動することと、アンプにより受光した信号にノイズが付加されることとにより、高精度に測距することが困難であった。【００１７】
なお、高精度に測距するための測距装置としては、増幅回路の出力を積分する積分処理部を備え、積分処理部の出力に基づいて距離を補正する距離補正部を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【００１８】
また、高精度に測距するための測距装置の別の例としては、照射信号の波形と受光信号の波形とが一致したとき照射信号と受光信号との相関が最大となるため、この相関に基づいて物体までの距離を演算するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。【００１９】
しかしながら、特許文献１にて提案されている技術では、反射光の立ち上り特性に着目して到達時の検出タイミングを算出しているため、検出タイミングが反射光の信号強度に依存してしまう。【００２０】
また、特許文献１にて提案されている技術では、反射光の立ち上り時間の検出方法として、信号波形の微分波形を利用しているため、受光信号に含まれるノイズの影響を増加させてしまう。つまり、特許文献１にて提案されている技術では、特にノイズ成分を多く含む微小な受光信号に対して測定精度を高めることが難しい。【００２１】
また、特許文献２にて提案されている技術では、前述のように受光信号にアンプによるノイズ成分が含まれる場合には、照射信号の波形と受光信号の波形とが一致することがないため、測距することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００８−０７０２７０号公報
【特許文献２】特開２００４−１５７０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、高精度に測距することができる測距装置を提供することを１つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の一観点によれば、測距対象への照射光を出射してから測距対象からの反射光を受光するまでの時間に基づいて、測距対象までの距離を測距する測距装置は、測距対象に照射光を出射する投光部と、反射光を受光する受光部と、投光部が測距対象に照射光を出射してから受光部が反射光を受光するまでの時間に基づいて測距対象までの距離を計測する距離計測部とを備え、距離計測部は、照射光の出射に関する基準信号の基準波形と受光部が受光した反射光の波形とに基づいて、積分波形を算出し、積分波形に基づいて、投光部が測距対象に照射光を出射してから受光部が反射光を受光するまでの時間を特定し、特定された反射光を受光するまでの時間に基づいて、測距対象までの距離を算出する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、高精度に測距することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＴＯＦ法を利用する測距装置における反射光の信号強度の相違とコンパレータ閾値との関係とを示す模式図である。
【図２】ＴＯＦ法を利用する測距装置における反射光にノイズを含む場合の受光信号とコンパレータ閾値との関係とを示す模式図である。
【図３】本発明に係る測距装置の一つの実施の形態を示すブロック図である。
【図４】図３の測距装置の（ａ）基準信号波形と（ｂ）受光信号波形と（ｃ）積分波形との例を示す模式図である。
【図５】上記測距装置による測距原理を説明する模式図である。
【図６】図３の測距装置の（ａ）基準信号波形と（ｂ）受光信号波形と（ｃ）積分波形との別の例を示す模式図である。
【図７】本発明に係る測距装置の別の実施の形態を示すブロック図である。
【図８】図７の測距装置の（ａ）基準信号波形と（ｂ）受光信号波形と（ｃ）積分波形との例を示す模式図である。
【図９】図７の測距装置の（ａ）基準信号波形と（ｂ）受光信号波形と（ｃ）積分波形との別の例を示す模式図である。
【図１０】図７の測距装置の（ａ）基準信号波形と（ｂ）受光信号波形と（ｃ）積分波形とのさらに別の例を示す模式図である。
【図１１】積分波形のピーク値推定処理の概念を説明する模式図である。
【図１２】上記積分波形のピーク値推定処理による計測精度を説明する模式図である。
【図１３】本発明に係る測距装置のさらに別の実施の形態を示すブロック図である。
【図１４】図１３の測距装置における調整用信号と距離測定用信号とを示す模式図である。
【図１５】図１３の測距装置による測距方法を説明するフローチャートである。
【図１６】コンピュータシステムの一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る測距装置と、電子機器と、測距方法と、測距プログラムと、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
＜測距装置（１）＞
まず、本発明に係る測距装置の一つの実施の形態について説明する。
【００２９】
図３は、本発明に係る測距装置の一つの実施の形態を示すブロック図である。図３に示すように、本実施の形態に係る測距装置１００は、投光部１１０と、受光部１２０と、距離計測部１３０とを有する。測距装置１００は、本発明に係る測距方法の一つの実施の形態を実行する装置である。
【００３０】
なお、本実施の形態に係る測距装置は、プロセッサ、汎用コンピュータ、車載用コンピュータなどの情報処理装置に、本発明の測距プログラムの一つの実施の形態を実行させることにより、実現することができる。測距プログラムは、本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体の一つの実施の形態に格納されていても良い。なお、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、光記録媒体、半導体記憶装置などの非一時的な（non-transitory）記録媒体により形成可能である。
【００３１】
測距装置１００において、投光部１１０と受光部１２０とは、近接して配置され、互いの光軸は実質的に同軸関係に配置される。
【００３２】
投光部１１０は、光源１１１と、光源駆動回路１１２と、投光レンズ１１３とを備える。
【００３３】
光源１１１は、レーザ測距を行うための照射光を出射することができ、例えば赤外光を発光する半導体レーザダイオードで形成可能である。
【００３４】
光源駆動回路１１２は、照射光がパルス状の発光波形を持つ変調光（パルス光）として連続して出射されるように光源１１１を駆動制御する。
【００３５】
投光レンズ１１３は、光源１１１から出射された照射光を透過する。透過された照射光は、所定の広がり角を有する光ビームとなり不図示の測距対象に照射される。
【００３６】
受光部１２０は、受光素子１２１と、受光信号アンプ１２２と、受光レンズ１２３とを備える。
【００３７】
受光素子１２１は、照射光のうち測距対象によって反射された光（以下「反射光」とも言う）を受光して電気信号（以下「受光信号」とも言う）に変換するフォトダイオードなどで形成可能である。
【００３８】
受光信号アンプ１２２は、受光素子１２１により変換された受光信号を増幅する。
【００３９】
受光レンズ１２３は、測距装置１００に到達した反射光を受光素子１２１に導く。反射光は、反射点において一様な方向に散乱されるが、測距装置１００から出射された照射光と等しい光路を経て測距装置１００に戻る光成分のみが受光レンズ１２３を介して受光素子１２１に導かれる。
【００４０】
距離計測部１３０は、電源部１３１と、出力強度設定部１３２と、駆動トリガ部１３３と、基準信号保持メモリ１３４と、積分演算部１３５と、距離演算部１３６と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ：Analog-to-Digital）変換部１３７と、受光信号保持メモリ１３８とを備える。
【００４１】
電源部１３１は、光源１１１を駆動する直流電圧を出力する。光源１１１を駆動する電流信号の強度は直流電圧によって制御されるため、光源１１１の発光強度は、電源部１３１が与える直流電圧によって制御される。
【００４２】
出力強度設定部１３２は、電源部１３１の直流電圧の出力強度を制御する回路である。
【００４３】
駆動トリガ部１３３は、所定の時間間隔で光源駆動回路１１２を制御するデジタル信号としてトリガ信号を出力する。つまり、光源駆動回路１１２は、電源部１３１が出力する直流電圧と駆動トリガ部１３３が出力するトリガ信号とが入力されることで、所定のパルス幅及びパルス波形をもつ電流信号を光源１１１に出力して、光源１１１を駆動制御する。
【００４４】
なお、一般的にレーザ光を用いる測距装置において、レーザ光のパルス幅は数ナノ秒（ｎｓ）から数１０ｎｓであり、発光ピーク強度は数Ｗから１００Ｗ程度である。
【００４５】
基準信号保持メモリ１３４は、基準信号の波形（または、基準波形）を記憶する。ここで、基準信号とは、照射光の出射に関する信号であって、例えば照射光の信号をモデル化した信号や光源１１１から出射されて測距対象によって反射されていない照射光の受光信号など、後述する反射光の受光信号との積分演算に用いる信号である。
【００４６】
積分演算部１３５は、駆動トリガ部１３３からのトリガ信号の入力に応じて、積分波形ｆ（ｔ）を生成し、積分波形のピーク値（または、最大値）を取得する。積分演算部１３５は、基準信号保持メモリ１３４からの基準信号の波形データｒ（ｔ）と受光信号保持メモリ１３８からの受光信号の波形データｓ（ｔ）とに基づいて、以下の式（１）の演算により積分波形ｆ（ｔ）を生成する。
【００４７】
【数１】
2015098469.tif 000003
上記の式（１）において、Ｔは基準信号と受光信号との積分範囲を表す。ここで、Ｔは、受光信号と基準信号の時間差に比べて十分大きな値に設定すればよい。一般的に、レーザパルスは周期的に発光されるため、Ｔはパルス発光間隔以下の値になる。
【００４８】
また、Ｔは、積分演算部１３５の演算負荷を考慮すると小さいほうが好ましいため、測距する距離とレーザパルスの振幅とに応じて適切な値に設定する。例えば、距離測定範囲が最大６０ｍの測距装置の場合には、基準信号と受光信号の時間差が最大４００ｎｓ、レーザ発光パルス振幅が３０ｎｓ程度である。この場合には、Ｔ＝５００ｎｓ程度に設定するのが好適である。
【００４９】
なお、上記の式（１）の演算処理は、例えば高速フーリエ変換を利用することによって計算負荷を著しく軽減することができる。
【００５０】
Ａ／Ｄ変換部１３７は、受光信号アンプ１２２から出力される受光信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
【００５１】
受光信号保持メモリ１３８は、Ａ／Ｄ変換部１３７によりデジタル信号に変換された受光信号を記憶する。受光信号保持メモリ１３８には、Ａ／Ｄ変換部１３７から受光信号が出力される毎に一時的に受光信号が保存される。
【００５２】
図４は、図３の測距装置の基準信号波形と受光信号波形と積分波形との例を示す模式図である。図４において、（ａ）は基準信号の波形、（ｂ）は受光信号の波形、（ｃ）は積分波形を示し、横軸は時間を示す。
【００５３】
図４（ａ）に示す基準信号の波形は、光源１１１から出射される照射光の発光プロファイルに等しく、時間０秒でパルス波形が立ち上がるように設定した。また、基準信号の波形のパルス幅は、１５ｎｓと仮定した。
【００５４】
図４（ｂ）に示す受光信号の波形は、基準信号から５０ｎｓ遅れて立ち上がる波形を仮定した。
【００５５】
ここで、照射光の波形について説明する。従来のＴＯＦ法を利用する測距方法においては、受光信号の波形がコンパレータの閾値に到達する時間をパルス到達時間として用いるため、立ち上がりが急峻な波形であることが望ましい。
【００５６】
しかしながら、急峻な波形を有する受光信号を再現性が高く電気信号に変換するためには、受光素子及び受光信号アンプの周波数帯域を広くすることが好ましいが、帯域を広げるほど電気ノイズは増加する。
【００５７】
したがって、微小な強度の受光信号を検出することを重視する場合には、受光部１２０により受光することができる周波数帯域を制限することが望ましい。このため、微小な強度の受光信号を検出することを重視する場合には、立ち上がりが急峻な波形を照射光の波形に用いることは不適当である。
【００５８】
また、ＴＯＦ法を利用する測距方法において、光源１１１に印加される電流量がピーク時に数１０Ａに達するため、照射光の波形を微細に制御することは、一般的に困難である。
【００５９】
一方、測距装置１００は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すような立ち上がり時間が長い照射光の波形を用いた場合であっても、光源１１１の波形に影響されることなく高精度な測距を行うことができる。
【００６０】
図４（ｃ）に示す積分波形は、基準信号の波形と受光信号の波形とを式（１）に代入して計算した結果である。図４（ｃ）に示すように、積分波形は、時間＝５０ｎｓにおいて明確なピーク値（最大値）を取る。
【００６１】
図５は、測距装置１００による測距原理を説明する模式図である。図５において、（ａ）はトリガ信号、（ｂ）は照射光の信号、（ｃ）は受光信号、（ｄ）は受光時間信号を示し、横軸は時間を示す。
【００６２】
図５に示すように、計測時間差Ｔ１は、積分演算部１３５の処理により算出された、トリガ信号が出力されてから積分波形がピーク値を取る（即ち、受光時間信号が出力される）までの時間である。また、投受光時間差ＴＯは、投光部１１０が測距対象に照射光を出射してから受光部１２０が反射光を受光するまでの時間である。
【００６３】
距離演算部１３６は、Ｔ１とあらかじめキャリブレーション工程等において測定された既知の補正値ΔＴとから、Ｔ０を求める。
【００６４】
そして、距離演算部１３６は、求めたＴＯと光速ｃとから、以下の式（２）により測距対象までの距離Ｌを計算する。
【００６５】
【数２】
2015098469.tif 000004
ここで、Ｔ１について、例えばサンプリング時間間隔を短くした場合には、単純に積分波形が最大となる時間を採用することができる。また、Ｔ１について、サンプリング時間間隔を長くした場合には、波形データの補完やピーク近傍での重心位置を算出するなどの手法を用いて値を推定することができる。
【００６６】
以上の説明において、基準信号と受光信号とが互いに等しい強度を持つように設定して積分波形を算出したが、仮に受光信号の強度が変化した場合であっても、積分波形のピーク値が最大となる時間は変化しない。このため、測距装置１００によれば、測距対象までの距離を高精度に算出することができる。
【００６７】
図６は、図３の測距装置の基準信号波形と受光信号波形と積分波形との別の例を示す模式図である。図６は、基準信号の強度に対して、測距対象からの反射光の強度が極めて大きく、受光信号が飽和した場合を示す。図６において、（ａ）は基準信号の波形、（ｂ）は受光信号の波形、（ｃ）は積分波形を示し、横軸は時間を示す。
【００６８】
図６（ｂ）に示すように、受光信号は、波形のピーク強度が飽和値の１０倍となる場合を仮定した。
【００６９】
図６（ｃ）に示すように、基準信号の波形と受光信号の波形とが大きく異なるにも関わらず、上記の式（１）を用いて積分演算部１３５が算出した積分波形は、時間Ｔ１＝５０ｎｓにおいてピーク値を取る。
【００７０】
以上説明したように、本実施の形態に係る測距装置１００によれば、受光信号の強度が大きく変化するなどの場合であっても、高精度に測距することができる。
【００７１】
＜測距装置（２）＞
次に、本発明に係る測距装置の別の実施の形態について、先に説明した実施の形態の測距装置１００との相違点を中心に説明する。
【００７２】
図７は、本発明に係る測距装置の別の実施の形態を示すブロック図である。図７に示すように、測距装置２００は、受光部２２０の構成と、距離計測部２３０の構成とが、測距装置１００と相違する。
【００７３】
受光部２２０は、受光素子２２１と受光信号アンプ２２２とを含む第２受光部を備える点が、先に説明した受光部１２０と相違する。第２受光部は、投光部１１０から照射された照射光を基準信号として取得する。
【００７４】
受光素子２２１は、光源１１１から出射されて測距対象によって反射されていない照射光の一部の光成分を電気信号に変換するフォトダイオードなどで形成可能ある。
【００７５】
受光信号アンプ２２２は、受光素子２２１により変換された受光信号を増幅する。増幅された受光信号は、基準信号として距離計測部２３０に出力される。
【００７６】
一般的に、レーザ光源のパルスピーク強度は数１０Ｗと極めて大きいため、第２受光部は、受光素子２２１により１μＷ程度の光量を受光することができれば基準信号を生成することができる。
【００７７】
つまり、第２受光部は、受光素子２２１を光源１１１の近傍に配置することにより、光源１１１から周辺に拡散される光成分を取得することができる。
【００７８】
なお、第２受光部について、必要に応じてレンズ、ミラー、光ファイバ等の不図示の光学素子を用いて受光素子２２１に光源１１１の光成分の一部を導くようにしてもよい。
【００７９】
距離計測部２３０は、Ａ／Ｄ変換部２３１と、信号処理部２３３，２３６とを備える点が、先に説明した距離計測部１３０と相違する。また、距離計測部２３０は、Ａ／Ｄ変換部２３１と、信号処理部２３３，２３６とを備えることにより、基準信号保持メモリ２３２と、積分演算部２３５との動作が、先に説明した距離計測部１３０と相違する。
【００８０】
Ａ／Ｄ変換部２３１は、受光信号アンプ２２２から出力される基準信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
【００８１】
基準信号保持メモリ２３２は、Ａ／Ｄ変換部２３１が変換した基準信号の波形を記憶する。
【００８２】
ここで、基準信号保持メモリ２３２に記憶される基準信号は、光源１１１のパルス発光ごとに基準信号を更新してもよいし、距離計測部２３０の処理負荷を軽減するためにパルス発光周期よりも長い任意の時間間隔を設定して更新してもよい。
【００８３】
また、基準信号保持メモリ２３２に記憶される基準信号には、後述するように受光素子２２１で取得した複数の照射光の波形を平均して得られる波形の信号を用いてもよい。複数の照射光の波形を平均した波形を基準信号として採用することにより、測距装置２００は、基準信号に起因するランダムノイズを抑制することができる。
【００８４】
信号処理部２３３は、基準信号保持メモリ２３２に記憶された基準信号に対して、後述する平均処理や規格化処理などを行う。
【００８５】
信号処理部２３６は、受光信号保持メモリ１３８に記憶された受光信号に対して、後述する平均処理や規格化処理などを行う。
【００８６】
積分演算部２３５は、駆動トリガ部１３３からのトリガ信号の入力に応じて、上述の式（１）に基づいて積分波形ｆ（ｔ）を生成し、積分波形のピーク値を取得する。
【００８７】
距離演算部１３６は、上述の通りＴ１とあらかじめキャリブレーション工程等において測定された既知の補正値ΔＴとからＴ０を求め、ＴＯと光速ｃとから、上述の式（１）により測距対象までの距離Ｌを計算する。
【００８８】
測距装置２００による処理について、ランダムノイズを多く含む微弱な受光信号を例に説明する。
【００８９】
図８は、図７の測距装置の基準信号波形と受光信号波形と積分波形との例を示す模式図である。図８において、（ａ）は基準信号の波形、（ｂ）は受光信号の波形、（ｃ）は積分波形を示し、横軸は時間を示す。図８（ａ）は、先に説明した基準信号の波形と同様の波形である。
【００９０】
図８（ｂ）に示す受光信号は、信号の強度に対してランダムに発生するピーク値の強度に相当するノイズ成分を含む。このような受光信号について、従来の測距装置のようにコンパレータの閾値を用いて信号到達時間を検出した場合には、ランダムノイズの影響により信号到達時間に１０ｎｓ程度の検出時間誤差が発生する可能性がある。
【００９１】
一方、図８（ｃ）に示す測距装置２００により算出した積分波形では、図８（ｂ）のように大きなランダムノイズ成分を含んだ受光信号に基づく場合であっても、算出された積分波形が明確なピーク値からピーク時間を特定することができる。
【００９２】
＜信号処理部による平均処理＞
次に、信号処理部２３３，２３６が行う平均処理について説明する。
【００９３】
信号処理部２３３，２３６が行う平均処理は、受光信号に含まれるノイズの影響を軽減するために、信号処理部２３３が複数の受光信号の波形から受光信号の波形とは異なる第２受光信号の波形（平均波形）を生成する。ここで、平均波形は、複数の受光信号の波形の平均値から波形を算出する、複数の受光信号の波形の加算値を取るなどの方法により算出することができる。
【００９４】
図９は、図７の測距装置の基準信号波形と受光信号波形と積分波形との別の例を示す模式図である。図９において、（ａ）は基準信号の波形、（ｂ）は受光信号の波形、（ｃ）は積分波形を示し、横軸は時間を示す。図９（ａ）は、先に説明した基準信号の波形と同様の波形であるが、信号処理部２３３により生成された平均波形に基づくものである。
【００９５】
図９（ｂ）は、上述のノイズ成分を含む受光信号を１０回取得して生成した平均波形である。図９（ｂ）に示すように、平均波形では、図８（ｂ）に示したノイズ成分を含む受光信号と比較してノイズレベルは減少している。
【００９６】
平均波形を基準信号の波形または受光信号の波形とすることで、測距装置２００は、図９（ｃ）に示すように、信号時間差に相当する時間において非常に明確なピークをもつ積分波形を得ることができる。
【００９７】
＜信号処理部が行う規格化処理＞
次に、信号処理部２３３，２３６が行う規格化処理について説明する。
【００９８】
信号処理部２３３，２３６が行う規格化処理は、基準信号または受光信号の最大値及び最小値を、それぞれ所定の最大値（例えば１．０）及び最小値（例えば０）に規格化する。積分演算部２３５は、規格化した後の基準信号または受光信号を用いて積分波形を算出する。
【００９９】
ここで、規格化処理を行う一つの理由は、信号が存在しない時間帯にノイズ等によりオフセット成分が負荷された場合に、積分演算により信号が存在しない時間帯での積分値が大きくなることで、相対的にピーク値が不明瞭になることを防止するためである。また、規格化処理を行う一つの理由は、受光信号保持メモリ１３８のオーバーフローを防止するためである。
【０１００】
測距装置２００は、第２受光部により光源１１１から出射される光成分を基準信号として用いることにより、基準信号の波形と受光信号の波形とをほぼ一致する程度に近づけることができる。
【０１０１】
＜積分波形のピーク時間推定処理＞
次に、測距装置２００が、基準信号と受光信号とを所定のサンプリング間隔（または、取得間隔）により離散的に取得した値に基づいて、所定の近似式により補完してピーク時間を推定する、積分波形のピーク時間推定処理を行う場合について説明する。
【０１０２】
一般的に、精度のよい測距処理を実施するためには、上述した積分波形のピーク時間を正確に検出することが好ましい。例えば、０．１ｍ以下の距離精度が求められる場合には、ピーク時間の検出誤差は０．６６ｎｓ以下にすることが好ましい。
【０１０３】
このような高精度な測距を行うには、高速処理が可能なＡ／Ｄ変換器を用いて、短いサンプリング間隔（高いサンプリングレート）でデータを取得して積分波形を算出することが好ましい。
【０１０４】
そこで、測距装置２００において、サンプリングレートを低くしても高精度な測距を行うためにピーク時間推定処理を行う。
【０１０５】
図１０は、図７の測距装置の基準信号波形と受光信号波形と積分波形とのさらに別の例を示す模式図である。図１０において、（ａ）は基準信号の波形、（ｂ）は受光信号の波形、（ｃ）は積分波形を示し、横軸は時間を示す。
【０１０６】
図１０（ａ）の基準信号と図１０（ｂ）の受光信号は、サンプリング間隔を２ｎｓとして、離散的に取得されている。
【０１０７】
また、図１０（ｃ）の積分波形は、上述の離散的に取得された基準信号と受光信号とから積分波形を求めた結果であり、基準信号と受光信号のサンプリング間隔と同様に２ｎｓ間隔で積分値が得られている。
【０１０８】
単純に離散化された積分波形における数値のうち、最大値を取った時間から信号時間差Ｔ１を算出すると、サンプリング間隔から±１ｎｓの時間計測誤差が生じる可能性がある。この時間計測誤差は、距離に換算すると±０．１５ｍの測定誤差に相当する。
【０１０９】
ここで、離散化された積分波形を用いて測定精度を向上するためには、離散化した積分波形のデータ間を補完することが有効である。このとき、積分波形の形状、特にピーク付近の波形が既知の場合には、その形状を関数式で表現して最小２乗法等の既知の手法を用いて離散化されたデータ間を任意の数式により近似することで、ピーク時間を推定することができる。
【０１１０】
本実施の形態では、より簡便に、ピーク時間の１点とその近傍の２点との合計３点のデータからピーク時間を推定することができる。
【０１１１】
図１１は、積分波形のピーク値推定処理の概念を説明する模式図である。図１１中、縦軸は相関値を任意単位で示し、横軸は時間を任意単位で示す。図１１に示すように、離散化された積分波形において、サンプリング時間Ｔｓの間隔で得られる積分波形の最大値をＦｍ、積分波形が最大値のときの時刻をｔｍとする。
【０１１２】
また、時刻ｔｍより時間Ｔｓだけ前の時刻ｔｍ−１における積分波形の値をＦｍ−１、時刻ｔｍより時間Ｔｓだけ後の時刻ｔｍ＋１における積分波形の値をＦｍ＋１とする。
【０１１３】
最大値Ｆｍ及びその前後の値Ｆｍ−１，Ｆｍ＋１の３点を通る２次曲線を以下の式（３）で表す。
【０１１４】
【数３】
2015098469.tif 000005
上記の式（３）から３点を通過する２次曲線を求めると、上記の式（２）が最大となる時間Ｔ０は、以下の式（４）から求めることができる。
【０１１５】
【数４】
2015098469.tif 000006
図１２は、積分波形のピーク値推定処理による計測精度を説明する模式図である。図１２中、縦磁気は検出時間誤差を示し、横軸は反射パルス到達時間を示す。図１２において、上述のピーク時間推定処理により、基準信号と受光信号との時間差計測精度を算出している。
【０１１６】
図１２において、受光信号強度の立ち上がり時間を横軸にとり、立ち上がり時間を５０ｎｓから０．１ｎｓずつ変化させる。また、図１２において、得られた積分波形から式（４）を用いて積分波形のピーク値を推定したときの立ち上がり時間との時間差を、検出時間誤差として縦軸にとる。
【０１１７】
そして、図１２において、サンプリング間隔をパラメータとして０．２ｎｓ，１ｎｓ，２ｎｓ，５ｎｓと変化させて、サンプリング間隔と計測精度との関係を求めた。
【０１１８】
図１２に示すように、例えばサンプリング間隔が２ｎｓ以下の場合には、検出時間誤差は最大で４０ｐｓ以下であるため、測定距離に換算すると誤差が６ｍｍ以下の高精度な測距を行うことができる。
【０１１９】
また、サンプリング間隔が５ｎｓであっても、検出時間誤差は２００ｐｓ以下であるため、測定距離に換算すると３０ｍｍ以下の距離精度で測距を行うことができる。このような距離精度は、例えば車載用のレーダ装置などの電子機器として使用する上で十分な精度である。
【０１２０】
以上の結果により、積分波形のピーク値推定処理において、サンプリング間隔は、１ｎｓ以上５ｎｓ以下であることが望ましいことが確認された。
【０１２１】
以上説明したように、測距装置２００によれば、ノイズ成分を含む受光信号や微小な受光信号であっても、平均処理により容易に積分波形のピーク時間を特定することができるため、高精度に測距することができる。
【０１２２】
また、測距装置２００によれば、離散化した値のうちの３点のデータ及びサンプリング間隔を用いて、積分波形のピーク時間を容易に特定することができるため、高精度に測距することができる。
【０１２３】
また、測距装置２００によれば、測距装置２００の周囲環境の変動や光源１１１の経年変化等により照射光の波形が変化した場合であっても、規格化処理によりその変化に応じて基準信号が更新されるため、高精度に測距することができる。
【０１２４】
＜測距装置（３）＞
次に、本発明に係る測距装置のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態の測距装置２００との相違点を中心に説明する。
【０１２５】
図１３は、本発明に係る測距装置のさらに別の実施の形態を示すブロック図である。図１３に示すように、本実施の形態に係る測距装置３００は、距離計測部３３０にピークホールド部３３１と、フィードバック部３３２と、アンプゲイン制御部３３３と、ゲイン設定部３３４とを有する点が、先に説明した測距装置２００と相違する。
【０１２６】
ピークホールド部３３１は、受光信号アンプ１２２から出力された調整用信号の受光信号の最大値を保持する。
【０１２７】
フィードバック部３３２は、ピークホールド部３３１が保持する調整用信号の受光信号の強度を、出力強度設定部１３２とゲイン設定部３３４とにフィードバックする。フィードバック部３３２により受光信号の強度がフィードバックされることで、ゲイン設定部３３４は、受光信号アンプ１２２のゲインをアンプゲイン制御部３３３に設定する。
【０１２８】
アンプゲイン制御部３３３は、設定した受光信号アンプ１２２のゲインにより、受光信号アンプ１２２を制御する。
【０１２９】
また、フィードバック部３３２により受光信号の強度がフィードバックされることで、出力強度設定部１３２は、電源部１３１の出力強度を受光信号の強度に基づいて制御する。
【０１３０】
電源部１３１は、出力強度設定部１３２によりフィードバック制御された出力強度により、光源１１１を駆動する直流電圧を出力する。
【０１３１】
図１４は、図１３の測距装置３００における調整用信号と測距用信号とを示す模式図である。図１４中、縦軸は光源発光信号を任意単位で示し、横軸は時間を任意単位で示す。図１４に示すように、測距装置３００は、実際に測距対象までの距離を測定する照射光の出射前に、光源１１１のプレ発光を行い、調整用信号Ａｓを出力する。なお、図１４中、Ｔｐはパルス発光間隔を示し、Ａｍは距離測定用信号を示す。
【０１３２】
フィードバック部３３２は、ピークホールド部３３１が保持するプレ発光の反射信号強度の測定結果を出力強度設定部１３２とゲイン設定部３３４にフィードバックして、距離測定時の光源１１１の発光強度や受光信号アンプ１２２のアンプゲインを調整する。
【０１３３】
フィードバック処理を追加することにより、測距装置３００は、測距対象までの距離や測距対象の反射率が様々に変化する場合であっても、受光信号の波形をほぼ一定にすることができる。
【０１３４】
特に、測距装置３００の至近に存在する物体や反射率の極めて大きな物体が測距対象となる場合において、フィードバック処理を追加することにより、受光信号の飽和を抑制することで、積分波形を利用して高精度に測距することができる。
【０１３５】
また、測距装置３００は、フィードバック処理に加えて上述した平均処理や規格化処理を実行することにより、さらに高精度に測距することができる。
【０１３６】
＜測距装置（４）＞
次に、本発明に係る測距装置のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態の測距装置との相違点を中心に説明する。
【０１３７】
本実施の形態に係る測距装置は、受光素子１２１，２２１の受光面を分割することにより検出領域を分割して、それぞれの領域について測距対象との距離を測定する。ここで、受光素子１２１，２２１の受光面は、照射光を出射する方向に直交しかつ照射光を走査する方向（走査方向）に対応する方向または異なる方向に並置されている。
【０１３８】
受光素子１２１，２２１の受光面を走査方向に対応する方向で複数に分割して配置することにより、本実施の形態に係る測距装置によれば、複数の受光面により走査方向において測距対象の位置を特定した上で測距対象の距離を同時に算出することができる。
【０１３９】
また、受光素子１２１，２２１の受光面を走査方向とは異なる方向で複数に分割して配置することにより、本実施の形態に係る測距装置によれば、複数の受光面により配置方向において測距対象の位置を特定した上で測距対象の距離を同時に算出することができる。
【０１４０】
＜測距装置（５）＞
次に、本発明に係る測距装置のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態の測距装置との相違点を中心に説明する。
【０１４１】
本実施の形態に係る測距装置は、例えば投光レンズ１１３の出射方向側に照射光を水平方向に走査するレーザビーム走査部として、不図示の光スキャナを設ける。ここで、光スキャナとしては、ポリゴンミラーやガルバノミラーなどを用いることができる。
【０１４２】
光スキャナによって照射光を走査することにより、本実施の形態に係る測距装置によれば、水平方向の広範囲な領域において高精度に測距することができる。
【０１４３】
＜測距装置（６）＞
次に、本発明に係る測距装置のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態の測距装置との相違点を中心に説明する。
【０１４４】
本実施の形態に係る測距装置は、光スキャナに代えて、投光レンズ１１３をピエゾモータなどの駆動手段により揺動させて、光源１１１の発光軸と投光レンズ１１３の光軸とを互いに変化させることにより照射光を走査する。
【０１４５】
このように照射する領域を異ならせて照射光を走査することで、本実施の形態に係る測距装置によれば、広い検出領域に対して高精度に測距することができる。
【０１４６】
＜電子機器＞
次に、本発明に係る電子機器の一つの実施の形態について説明する。
【０１４７】
本実施の形態に係る電子機器は、測距対象までの距離を測距する測距装置を有する、例えば車両、船舶、鉄道等の安全装置やＦＡ（Factory Automation）分野の物体検出装置であっても良い。
【０１４８】
ここで、電子機器が有する測距装置は、先に説明したいずれかの実施の形態に係る測距装置である。
【０１４９】
以上説明したように、本実施の形態に係る電子機器によれば、いずれかの実施の形態に係る測距装置を有するため、受光信号の強度が大きく変化する場合などであっても、高精度に測距することができる。
【０１５０】
＜測距方法＞
次に、以上説明したいずれかの実施の形態に係る測距装置による測距方法について、測距装置３００の処理を例に説明する。
【０１５１】
図１５は、図１３の測距装置３００による測距方法を説明するフローチャートである。図１５に示すフローチャートは、測距装置３００により実行される本発明に係る測距方法の実施の形態を示す。
【０１５２】
まず、測距装置３００は、光源１１１をプレ発光させて調整用信号を出力することにより、受光信号アンプ１２２のゲインや光源１１１の発光強度を調整する（Ｓ１０１）。
【０１５３】
次いで、測距装置３００は、駆動トリガ部１３３によりトリガ信号を生成する（Ｓ１０２）。
【０１５４】
次いで、測距装置３００は、トリガ信号のタイミングに合わせて、光源駆動回路１１２を駆動して光源１１１から距離測定用のレーザパルス光を発生させる（Ｓ１０３）。
【０１５５】
次いで、受光素子２２１は、光源１１１の近傍反射光を受光して、基準信号となる信号を受光する。測距装置３００は、受光した信号を、受光信号アンプ２２２とＡ／Ｄ変換部２３１とを介して基準信号保持メモリ２３２に、基準信号として保存する（Ｓ１０４）。
【０１５６】
次いで、受光素子１２１は、測距対象からの反射光を、受光信号として受光する。測距装置３００は、受光信号を、Ａ／Ｄ変換部１３７を介して受光信号保持メモリ１３８に保存する（Ｓ１０５）。
【０１５７】
なお、不図示の信号処理部により複数の受光信号を平均化して平均波形を生成する場合には、測距装置３００は、その平均化の回数（Ｎ回）だけトリガ信号を送信したか否かを判断する（Ｓ１０６）。Ｎ回トリガ信号を送信していない場合には（Ｓ１０６：Ｎｏ）、測距装置３００は、Ｓ１０２以降の処理を繰り返す。
【０１５８】
Ｎ回トリガ信号を送信している場合には（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、測距装置３００は、信号処理部により基準信号の規格化処理を行う（Ｓ１０７）。また、測距装置３００は、信号処理部により受光信号の規格化処理を行う（Ｓ１０８）。
【０１５９】
次いで、測距装置３００は、積分演算部２３５により基準信号と受光信号とに基づいて上記の式（１）を用いて積分波形を算出する（Ｓ１０９）。
【０１６０】
次いで、測距装置３００は、距離演算部１３６により積分波形からピーク時間を特定または推定する（Ｓ１１０）。
【０１６１】
次いで、測距装置３００は、このピーク時間を上記の式（２）に基づいて距離に変換して測距対象との距離Ｌを得て（Ｓ１１１）、距離Ｌを含む測距結果を出力する（Ｓ１１２）。
【０１６２】
測距装置３００は、以上の測距方法の処理を１サイクルとして、所定のフレームレートについて処理を繰り返すことで、測距装置３００の前方に存在し得る物体まで距離を継続して高精度に測距することができる。
【０１６３】
図１６は、コンピュータシステムの一例を示すブロック図である。図１６に示すコンピュータシステム５００は、コンピュータまたはプロセッサの一例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１と、記憶部５０２と、インタフェース５０３とを有する。ＣＰＵ５０１、記憶部５０２及びインタフェース５０３は、互いにバスなどの接続手段により接続されている。ＣＰＵ５０１はコンピュータシステム５００全体の制御を司る。記憶部５０２は、ＣＰＵ５０１が実行する測距プログラムなどのプログラム、プログラムで用いるパラメータ及びプログラムが実行した計算処理などの中間結果のデータ、測距結果のデータなどの各種データを格納する。記憶部５０２は、非一時的な（non-transitory）コンピュータ読み取り可能な記録媒体を形成可能である。コンピュータシステム５００は、インタフェース５０３を介して例えば 投光部１１０、 受光部１２０などの外部装置と接続可能である。
【０１６４】
本出願は、２０１３年１２月２７日に日本国特許庁に出願された特願２０１３−２７０９３１に基づくものであり、その出願を優先権主張するものであり、その出願の全ての内容を参照することにより包含するものである。
【符号の説明】
【０１６５】
１００ 測距装置
１１０ 投光部
１２０ 受光部
１３０ 距離計測部
１１１ 光源
１１２ 光源駆動回路
１１３ 投光レンズ
１２１ 受光素子
１２２ 受光信号アンプ
１２３ 受光レンズ
１３１ 電源部
１３２ 出力強度設定部
１３３ 駆動トリガ部
１３４ 基準信号保持メモリ
１３５ 積分演算部
１３６ 距離演算部
１３７ Ａ／Ｄ変換部
１３８ 受光信号保持メモリ
２２１ 受光素子
２２２ 受光信号アンプ
２３３ 信号処理部
２３６ 信号処理部
３３１ ピークホールド部
３３２ フィードバック部
３３３ アンプゲイン制御部
３３４ ゲイン設定部
【図１】
2015098469.tif 000008
【図２】
2015098469.tif 000009
【図３】
2015098469.tif 000010
【図４】
2015098469.tif 000011
【図５】
2015098469.tif 000012
【図６】
2015098469.tif 000013
【図７】
2015098469.tif 000014
【図８】
2015098469.tif 000015
【図９】
2015098469.tif 000016
【図１０】
2015098469.tif 000017
【図１１】
2015098469.tif 000018
【図１２】
2015098469.tif 000019
【図１３】
2015098469.tif 000020
【図１４】
2015098469.tif 000021
【図１５】
2015098469.tif 000022
【図１６】
2015098469.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月22日(2015.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測距対象への照射光を出射してから前記測距対象からの反射光を受光するまでの時間に基づいて、前記測距対象までの距離を測距する測距装置であって、
前記測距対象に前記照射光を出射する投光部と、
前記反射光を受光して前記反射光に基づく受光信号に変換する第１受光部と、
前記投光部の近傍に配置され、前記照射光を受光して前記照射光に基づく基準信号に変換する、前記第１の受光部とは異なる第２受光部と、
前記投光部が前記測距対象に前記照射光を出射してから前記第１受光部が前記反射光を受光するまでの時間に基づいて前記測距対象までの前記距離を計測する距離計測部と、
を備え、
前記距離計測部は、
前記基準信号の基準波形と前記受光信号の波形とに基づいて、積分波形を算出し、
前記積分波形に基づいて、前記投光部が前記測距対象に前記照射光を出射してから前記第１受光部が前記反射光を受光するまでの時間を特定し、
特定された前記反射光を受光するまでの前記時間に基づいて、前記測距対象までの前記距離を算出することを特徴とする、測距装置。
【請求項２】
前記積分波形は、
前記受光信号をｓ（ｔ）、前記基準波形の信号をｒ（ｔ）、前記基準波形の信号と前記反射光の信号との積分範囲をＴとすると、
【数１】
2015098469.tif 000024
により算出する、請求項１記載の測距装置。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記距離計測部は、
前記基準波形と前記受光信号の波形とを所定の取得間隔で離散的に取得し、
前記離散的に取得された前記基準波形と前記受光信号の波形とによって離散化された前記積分波形を算出し、
前記離散化された積分波形を所定の近似式により補完して前記測距対象までの前記距離を算出する、請求項１又は２記載の測距装置。
【請求項５】
前記近似式は、前記積分波形の最大値と前記最大値とは異なる任意の２点の値とを通過する２次曲線で与えられる、請求項４記載の測距装置。
【請求項６】
前記取得間隔は、１ナノ秒以上５ナノ秒以下である、請求項４または５記載の測距装置。
【請求項７】
前記基準波形は、前記第２受光部が所定の回数だけ受光した信号を平均した波形である、請求項４乃至６のいずれかに記載の測距装置。
【請求項８】
前記距離計測部は、所定の回数だけ取得された前記受光信号を平均した第２受光信号を生成し、前記第２受光信号に基づいて前記積分波形を算出する、請求項１，２，４乃至７のいずれかに記載の測距装置。
【請求項９】
前記距離計測部は、前記基準信号及び前記受光信号のそれぞれの最大値及び最小値が所定の値となるように規格化して前記積分波形を算出する、請求項１，２，４乃至８のいずれかに記載の測距装置。
【請求項１０】
前記投光部は、前記照射光の出射前に所定の強度を有する光を出射し、
前記距離計測部は、前記反射光の強度に基づいて、前記照射光の強度または前記第１受光部のゲインを調整する、請求項１，２，４乃至９のいずれかに記載の測距装置。
【請求項１１】
前記投光部から出射された前記照射光を走査するレーザビーム走査部をさらに備える、請求項１，２，４乃至１０のいずれかに記載の測距装置。
【請求項１２】
前記第１受光部は、複数の受光素子により構成される、請求項１１のいずれかに記載の測距装置。
【請求項１３】
前記複数の受光素子は、前記レーザビーム走査部による走査方向に対応する方向に並置されている、請求項１２記載の測距装置。
【請求項１４】
前記複数の受光素子は、前記レーザビーム走査部による前記走査方向と異なる方向に並置されている、請求項１２記載の測距装置。
【請求項１５】
測距対象までの距離を測距する測距装置を有してなる電子機器であって、
前記測距装置は、請求項１，２，４乃至１４のいずれかに記載の測距装置であることを特徴とする、電子機器。
【請求項１６】
測距対象への照射光を出射してから前記測距対象からの反射光を受光するまでの時間に基づいて、前記測距対象までの距離を測距する測距方法であって、
前記測距対象に前記照射光を投光部により出射するステップと、
前記反射光を第１受光部により受光するステップと、
前記照射光を前記投光部の近傍に配置され前記第１の受光部とは異なる第２受光部により受光するステップと、
前記第２受光部が受光した前記照射光に基づく基準波形と前記第１受光部が受光した前記反射光に基づく受光信号の波形とに基づいて、積分波形を算出するステップと、
前記積分波形に基づいて、前記測距対象に前記照射光を前記投光部により出射してから前記反射光を前記第１受光部により受光するまでの時間を特定するステップと、
特定された前記反射光を受光するまでの前記時間に基づいて、前記測距対象までの前記距離を算出するステップと、
を実行することを特徴とする、測距方法。
【請求項１７】
測距対象への照射光を出射してから前記測距対象からの反射光を受光するまでの時間に基づいて、前記測距対象までの距離を測距する処理をコンピュータに実行させる測距プログラムであって、
前記測距対象に前記照射光を投光部により出射するステップと、
前記反射光を第１受光部により受光するステップと、
前記照射光を前記投光部の近傍に配置され前記第１受光部とは異なる第２受光部により受光するステップと、
前記第２受光部が受光した前記照射光に基づく基準波形と前記第２受光部が受光した前記反射光に基づく受光信号の波形とに基づいて、積分波形を算出するステップと、
前記積分波形に基づいて、前記測距対象に前記照射光を前記投光部により出射してから前記反射光を前記第１受光部により受光するまでの時間を特定するステップと、
特定された前記反射光を受光するまでの前記時間に基づいて、前記測距対象までの前記距離を算出するステップと、
を含む処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、測距プログラム。
【請求項１８】
請求項１７記載の前記測距プログラムを格納したことを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【国際調査報告】
2015098469.tif 000025
2015098469.tif 000026
2015098469.tif 000027
2015098469.tif 000028