JP7363606B2 - 光測距装置 - Google Patents

Description

本開示は、光測距装置に関する。

特許文献１には、車両前方に光ビームを照射し、反射光を受光することにより車両前方に存在する障害物を検出するレーダ装置が開示されている。このレーダ装置は、発光部から発光した光ビームをポリゴンミラーで反射させて、窓を通して外部に照射している。

特開２０１４－２９３１７号広報

発光部から発光した光ビームの一部が、窓で反射し、さらに、ポリゴンミラーで反射して窓を透過して本来の照射方向と異なる方向を照射する場合がある。この本来の照射方向と異なる方向を照射する光ビームは弱いが、その照射先に反射率の高い高反射率物体が存在すると、光ビームが高反射率物体に当たって返ってくる反射光を受光部で検出してしまう。その結果、本来の照射方向には物体が存在しないにも拘らず物体が存在すると、誤認識する恐れがあった。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

本開示の一形態によれば、光測距装置（１０）が提供される。この光測距装置は、ケース（６０）に収納された、光軸が平行な複数の発光部（２０ａ、２０ｂ）と、前記複数の発光部が発光した複数の照射光を反射するミラー（２６）と前記ミラーで反射した前記複数の照射光を外部に透過する窓（２８）とを含む光学系（２５）を備え、前記ミラーの角度を変えることで、予め定められた走査範囲内を前記複数の照射光により走査するスキャナ（２２）と、前記スキャナにより前記走査範囲を前記複数の照射光により走査する際、前記走査範囲に存在する物標に反射した反射光を、前記ケース内で検出する受光部（３０）と、前記複数の発光部による前記複数の照射光の発光と物標からの反射光の前記受光部による検出とを用いて、前記物標までの距離を算出する距離算出部（４８）と、前記複数の発光部の発光と前記スキャナの動作とを制御する制御部であって、前記複数の発光部の１つからの照射光を、前記スキャナによって、前記走査範囲内の１つの照射方向に射出した際に、前記１つの照射方向とは異なる方向から前記受光部に戻った反射光が検出される場合、前記１つの照射方向とは異なる方向から前記受光部に戻った反射光に対応する発光部の発光を一時的に停止する制御部（５０）と、を備える。この形態によれば、照射方向とは異なる方向から受光部に戻った反射光が検出される場合、反射光に対応する発光部の発光を一時的に停止するので、１つの照射方向とは異なる方向に高反射率の物標が存在しても、この高反射率の物標に照射光が当たらないので、多重反射光に起因する高反射率の物標が照射方向に存在するとの誤認識を抑制できる。

光測距装置が搭載された、車両を示す説明図である。 光測距装置の構成を示す説明図である。 測定部の構成を示す説明図である。 ヒストグラムの例を示す説明図である。 ミラーの角度が第１角度の時の照射光と反射光を示す。 ミラーの角度θが第２角度の時の照射光と反射光を示す。 照射光の走査範囲と、ミラーの回転範囲の関係を簡単に示す説明図である。 制御部が実行する発光部の発光制御、及びミラーの回転制御のフローチャートである。 ミラーの回転角θと、第１発光部、第２発光部の発光と、物標の認識の関係を示す説明図である。 ミラーの回転角が４５°未満のときの、照射光の間隔と、ミラーの有効径と、ミラーの表面の中心と窓との間隔と、ゴーストの発生との関係を示す説明図である。 ミラーの回転角が４５°よりも大きいときの、照射光の間隔と、ミラーの有効径と、ミラーの表面の中心と窓との間隔と、ゴーストの発生との関係を示す説明図である。 第３実施形態における第１発光部、第２発光部の発光シーケンスを示す説明図である。 第１発光部、第２発光部の両方を発光したときと、第２発光部のみを発光したときの受光部３０の受光強度を示すグラフである。

・第１実施形態：
図１に示すように、光測距装置１０は、車両１００に搭載されており、対象物である物標２００までの距離Ｌを測定する。具体的には、光測距装置１０は、走査範囲内に発光ビームＩＬを発光する。走査範囲内に物標２００が存在すれば、発光ビームＩＬが物標２００に当たり、物標２００から反射光ＲＬが返ってくる。光測距装置１０は、発光ビームＩＬを発光してから物標２００に当たって返ってくる反射光ＲＬを受光するまでの時間ＴＯＦを用いて物標２００までの距離Ｌを測定する。ｃを光速とすると、Ｌ＝ｃ・ＴＯＦ／２である。

図２に示すように、光測距装置１０は、発光部２０と、スキャナ２２と、受光部３０と、測定部４０と、制御部５０とを備える。本実施形態では、発光部２０は、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの２つの発光部を有する。第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂは、例えば半導体レーザダイオードで構成されており、光軸が平行である。第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂは、制御部５０からの指示を受けて、互いに平行な照射光ＩＬＡ、ＩＬＢをスキャナ２２のミラー２６に向けて発光する。照射光ＩＬＡ、ＩＬＢは、例えば、パルスレーザ光である。

スキャナ２２は、モータ２４と光学系２５とを備える。光学系２５は、ミラー２６と、窓２８とを備える。ミラー２６は、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂから発光された照射光ＩＬＡ、ＩＬＢを、照射光ＩＬＡ１、ＩＬＢ１として窓２８に向けて反射する。窓２８は、ミラー２６で反射して生じた照射光ＩＬＡ１、ＩＬＢ１を窓２８の外部に透過する。本実施形態では、物標２００に当たるまでの光を「照射光」と呼び、物標２００で反射して返ってくる光を「反射光」と呼ぶ。モータ２４は、制御部５０から指示を受けて、ミラー２６を回転させる。照射光ＩＬＡ、ＩＬＢがミラー２６に当たる角度が変わるので、照射光ＩＬＡ１、ＩＬＢ１の向きも変わる。ミラー２６を徐々に回転させれば、照射光ＩＬＡ１、ＩＬＢ１により、予め定められた走査範囲内を走査できる。すなわち、スキャナ２２は、制御部５０から指示を受けて、予め定められた走査範囲内を複数の照射光ＩＬＡ１、ＩＬＢ１を用いて走査する。本実施形態では、モータ２４を用いてミラー２６の角度を変えているが、強制・共振型ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）を有し、強制・共振型ＭＥＭＳを駆動することで、ミラー２６の角度を変えても良い。また、モータ２４の代わりに、ロータリーソレノイドを用いても良い。

制御部５０は、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂにおける発光と、スキャナ２２の動作を制御する。具体的には、制御部５０は、スキャナ２２の走査を制御し、このとき、ミラー２６の角度を検出し、この検出結果に基づいて、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂからの照射光ＩＬＡ、ＩＬＢの発光を制御する。制御部５０は、複数の発光部２０ａ、２０ｂの１つからの照射光を、スキャナ２２によって、走査範囲内の１つの照射方向に射出した際に、１つの照射方向とは異なる方向から受光部３０に戻った反射光が検出されるミラー２６の回転角及び対応する発光部２０ａ、２０ｂを予め保持する記憶部５２を有する。

受光部３０は、ｎ×ｍ（ｎ、ｍは、２以上の自然数）の二次元に配列された受光素子アレイ３４とデコーダ３６を備える。受光素子アレイ３４は、複数の受光素子３２を二次元行列状に配列することで構成されている。受光素子３２は、シングルフォトンアバランシフォトダイオード（ＳＰＡＤ：Single Photon Avalanche Diode）で構成されており、受光素子アレイ３４は、ＳＰＡＤアレイである。受光素子３２は、その受光面に反射光等の光が入射すると、検出信号を出力する。受光素子３２の構成については、後述する。

デコーダ３６は、受光素子３２を選択するための回路である。デコーダ３６は、受光素子アレイ３４を構成する複数の受光素子３２により構成される行列の列毎に設けられた選択制御線ＣＬを備える。選択制御線ＣＬは、対応する列に配置されている受光素子３２の全てに接続される。デコーダ３６は、選択制御線ＣＬに選択制御電圧を印加することにより、受光素子３２は、列単位で選択される。列単位で選択された受光素子３２のデータは、それぞれの行に設けられたデータ線ＤＬに出力される。

測定部４０は、第１発光部２０ａ、２０ｂがパルスレーザ光を照射した時刻Ｌｔと、受光部３０が反射光を検出した時刻との差に基づいて、物標２００までの距離を計測する処理を行う。測定部４０は、受光素子アレイ３４の行毎に設けられているデータ線ＤＬに接続されている。測定部４０の構成とデータ処理についての詳細は後述する。

図３に示すように、受光素子３２は、アバランシェフォトダイオード３２ｄと、クエンチング抵抗器３２ｒと、インバータ回路３２ｉを含む周知の回路によって構成されている。より具体的には、受光素子３２は、電源と接地ラインとの間に直列にクエンチング抵抗器３２ｒとアバランシェフォトダイオード３２ｄとが接続され、その接続点にインバータ回路３２ｉの入力側が接続されることにより構成されている。クエンチング抵抗器３２ｒは電源側に接続され、アバランシェフォトダイオード３２ｄは、逆バイアスとなるように接地ライン側に接続されている。受光素子３２は、ガイガーモードで動作し、物体２００から反射された反射光（１つ以上のフォトン）が入射されると、その反射光が入射したことを示すパルス信号を一定の確率でデータ線ＤＬに出力する。

測定部４０は、加算部４２と、ヒストグラム生成部４４と、ピーク検出部４６と、距離算出部４８と、を備える。

加算部４２は、受光部３０に含まれる複数の受光素子３２から略同時に出力されたパルス信号の数を加算して加算値を求める。加算部４２は、求めた加算値をヒストグラム生成部４４に出力する。加算部４２は、予め定められた期間ごとに１個の受光素子３２から出力されたパルス信号の数を加算して加算値を求める構成としてもよい。

ヒストグラム生成部４４は、加算部４２から出力された加算値に基づきヒストグラムを生成する。図４に、ヒストグラムの例を示す。ヒストグラムの階級（横軸）は、第１発光部２０ａ、２０ｂから光が照射された時刻Ｌｔから反射光が受光されるまでの光の飛行時間を示している。この時間のことを、ＴＯＦ（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）ともいう。ヒストグラムの度数（縦軸）は、加算部４２によって算出された加算値であり、物標２００から反射してきた反射光ＲＬの強度を示している。ヒストグラム生成部４４は、第１発光部２０ａ、２０ｂから照射されるパルスレーザ光の周期に同期した記録タイミングに従って、加算部４２から出力された加算値を予め定められた時間間隔ごとに記録することによってヒストグラムを生成する。第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂによって光が照射される範囲に物標２００が存在すれば、その物標２００からの反射光ＲＬＡ、ＲＬＢが入射する時刻に対応する階級の度数が大きくなる。つまり、ヒストグラムにおいて大きな度数を有する階級が存在すれば、その階級に対応する時刻に基づいて、物標２００までの距離を算出することができる。このように、距離算出部は、複数の第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの発光のタイミングＬｔからの経過時間に沿った検出結果を重ね合わせたヒストグラムを用いて物標２００までの距離を算出する。なお、１つのヒストグラムを生成するにあたり、光を複数回照射して度数を積算してもよい。こうすることにより、ＳＮ比を向上させることができる。

ピーク検出部４６は、ヒストグラムからピークを検出する。本実施形態において、ピークとは、予め定めた閾値ＴＬを超える度数を有する階級のことをいう。距離算出部４８は、ピークに対応する時刻ｔｐから、ＴＯＦを取得し、物標２００までの距離を算出する。

以上、光測距装置１０の概略について説明したが、本実施形態では、光源として２つの発光部２０ａ、２０ｂを備える。この２つの発光部２０ａ、２０ｂを用いた光測距装置１０について、以下に説明する。

図５は、ミラー２６の角度θが第１角度θ１の時の照射光と反射光を示す説明図である。第１発光部２０ａと、第２発光部２０ｂと、ミラー２６と、受光部３０は、ケース６０に収納されている。ケース６０の１つの面には、窓２８が設けられている。ミラー２６は、中心２６ｏ周りに回転可能である。ミラー２６の角度θは、第１発光部２０ａあるいは第２発光部２０ｂの光軸とミラー２６の表面２６ｓとの為す角度である。なお、照射光ＩＬＡと照射光ＩＬＢは、平行である。照射光ＩＬＡと照射光ＩＬＢは、ミラー２６の表面２６ｓで反射してそれぞれ照射光ＩＬＡ１と、照射光ＩＬＢ１になる。照射光ＩＬＡ１と、照射光ＩＬＢ１は、窓２８を透過し、目的の照射方向を照射する。

照射光ＩＬＡ１と、照射光ＩＬＢ１は、窓２８を通過すると共に、それぞれその一部は、窓２８で反射し、それぞれ照射光ＩＬＡ２と照射光ＩＬＢ２となる。図５に示す例では、照射光ＩＬＡ２は、さらに、ミラー２６の表面２６ｓで反射して照射光ＩＬＡ３となり、窓２８を透過し、目的の照射方向と異なる方向を照射する。照射光ＩＬＢ２は、ケース６０の内側で反射を繰り返し、吸収され、減衰していく。

図５の例では、照射光ＩＬＡ３の照射方向に高反射率物体である物標２０２が存在しているケースを想定している。照射光ＩＬＡ３が物標２０２に当たったときの反射光ＲＬＡ３は、窓２８を透過し、ミラー２６の表面２６ｓで反射し、窓２８で反射し、ミラー２６の表面２６ｓで反射て受光部３０に当たり、検知される。この場合、照射光ＩＬＡ１の本来の照射方向に物標が存在しなくても、あたかも物標２０２が本来の照射方向に存在するように誤検知される。この誤検知したものを「ゴースト２０２ｇ」と呼ぶ。

図６は、ミラー２６の角度θが第２角度θ２の時の照射光と反射光を示す。図５の場合と同様に、照射光ＩＬＡと照射光ＩＬＢは、ミラー２６の表面２６ｓで反射してそれぞれ照射光ＩＬＡ１と、照射光ＩＬＢ１になる。照射光ＩＬＡ１と、照射光ＩＬＢ１は、窓２８を透過し、目的の照射方向を照射する。

また、照射光ＩＬＡ１と、照射光ＩＬＢ１は、窓２８を通過すると共に、それぞれその一部は、窓２８で反射し、それぞれ照射光ＩＬＡ２と照射光ＩＬＢ２となる。図６に示す例では、照射光ＩＬＡ２は、さらに、ミラー２６の表面２６ｓで反射して照射光ＩＬＡ３となるが、窓２８を透過せず、ケース６０の内側で反射を繰り返し、吸収され、減衰していく。一方、照射光ＩＬＢ２は、さらに、ミラー２６の表面２６ｓで反射して照射光ＩＬＢ３となり、窓２８を透過し、目的の照射方向と異なる方向を照射する。

図６の例では、照射光ＩＬＢ３の照射方向に高反射率物体である物標２０４が存在している。照射光ＩＬＢ３が物標２０４に当たったときの反射光ＲＬＢ３は、窓２８を透過し、ミラー２６の表面２６ｓで反射し、窓２８で反射し、ミラー２６の表面２６ｓで反射て受光部３０に当たり、検知される。この場合、照射光ＩＬＢ１の本来の照射方向に物標が存在しなくても、あたかも物標２０４が本来の照射方向に存在するように誤検知される。すなわち、ゴースト２０４ｇを検知する。

図７は、照射光ＩＬ１の走査範囲（－θ～＋θ）と、ミラー２６の回転範囲（θｓｔからθｅｎ）の関係を簡単に示す説明図である。なお、本実施形態では、上述したように、発光部２０は、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの２つあるため、照射光も、ＩＬＡ、ＩＬＢの２つがあるが、図７では、説明を簡単にするために、１つの照射光ＩＬとして説明する。照射光ＩＬ１の走査範囲を、０を中心として角度－φから＋φの範囲とすると、スキャンの開始時、すなわちミラー２６の回転角θがθｓｔのときには、２＊θｓｔ＋φ＝９０°を満たすので、θｓｔ＝（９０－φ）／２である。また、スキャンの終了時、すなわちミラー２６の回転角θがθｅｎのときには、２＊θｅｎ＝φ＋９０°を満たすので、θｅｎ＝（φ＋９０°）／２である。このように、照射光ＩＬ１の走査範囲（－φ～＋φ）を決めることで、ミラー２６の回転範囲（θｓｔからθｅｎ）を決定できる。例えば、照射光ＩＬ１の走査範囲を－３０°～＋３０°とすると、ミラー２６の回転範囲は、３０°から６０°となる。なお、ミラー２６の回転角θを４５°とすると、照射光ＩＬ１は、０°の方向に照射される。

図８は、制御部５０が実行する第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの発光制御、及びミラー２６の回転制御のフローチャートである。ステップＳ１００では、制御部５０は、ミラー２６の回転角θが初期値θｓｔとなるようミラー２６の回転角θを設定する。ステップＳ１１０では、制御部５０は、ミラー２６の回転角θを取得する。ミラー２６の回転角θは、例えば、ミラー２６を回転させるモータ２４に接続されたエンコーダを用いて取得可能である。モータ２４は、ミラー２６を３６０°回転させるのではなく、回転角θｓｔから後述する回転角θｅｎまで反復回転させる。

ステップＳ１２０では、制御部５０は、ミラー２６の回転角θがθａよりも大きく、かつ、θｂ未満であるかを判断する。ミラー２６の回転角θがθａよりも大きく、かつ、θｂ未満である場合には、制御部５０は処理をステップＳ１３０に移行する。ミラー２６の回転角θがθａよりも大きく、かつ、θｂ未満である場合には、図５で説明したように、照射光ＩＬＡ３が目的の照射方向と異なる方向を照射する。そして、照射光ＩＬＡ３の照射方向に高反射率物体である物標２０２が存在している場合には、照射光ＩＬＡ３が物標２０２に当たったときの反射光ＲＬＡ３も強いため、照射光ＩＬＡ１の本来の照射方向に物標２０２が存在しなくても、あたかも物標２０２が本来の照射方向に存在するように、ゴースト２０２ｇを誤検知する可能性がある。そのため、ステップＳ１３０では、制御部５０は、第２発光部２０ｂのみ発光させる。ミラー２６の回転角θがθａ以下、あるいは、θｂ以上の場合には、制御部５０は処理をステップＳ１４０に移行する。

ステップＳ１４０では、制御部５０は、ミラー２６の回転角θがθｃよりも大きく、かつ、θｄ未満であるかを判断する。なお、θｃは、θｂよりも大きな値である。ミラー２６の回転角θがθｃよりも大きく、かつ、θｄ未満である場合には、制御部５０は処理をステップＳ１５０に移行する。ミラー２６の回転角θがθｃよりも大きく、かつ、θｄ未満である場合には、図６で説明したように、照射光ＩＬＢ３が目的の照射方向と異なる方向を照射する。そして、照射光ＩＬＢ３の照射方向に高反射率物体である物標２０４が存在している場合には、照射光ＩＬＢ３が物標２０４に当たったときの反射光ＲＬＢ３も強いため、照射光ＩＬＢ１の本来の照射方向に物標２０４が存在しなくても、あたかも物標２０４が本来の照射方向に存在するようにゴースト２０４ｇを誤検知する可能性がある。そのため、ステップＳ１５０では、制御部５０は、第１発光部２０ａのみ発光させる。ミラー２６の回転角θがθｃ以下、あるいは、θｄ以上の場合には、制御部５０は処理をステップＳ１６０に移行し、第１発光部２０ａ及び第２発光部２０ｂの両方を発光させる。

ステップＳ１７０では、制御部５０は、ミラー２６をΔθだけ回転させる。ステップＳ１８０では、制御部５０は、ミラー２６の回転角θが、θｅｄ以上であるか否かを判断する。ミラー２６の回転角θがθｅｄ以上である場合には、制御部５０は、処理をステップＳ１９０に移行し、回転角θが、ミラー２６の回転角θがθｅｄ未満である場合には、制御部５０は、処理をステップＳ１１０に移行し、ステップＳ１１０以降の処理を繰り返す。ステップＳ１９０では、制御部５０は、処理を終了するか否かを判断する。例えば、車両１００のスイッチがオフにされた場合には、制御部５０は、処理を終了する。制御部５０は、処理を終了しない場合には、処理をステップＳ１００に移行し、ステップＳ１００以降の処理を繰り返す。

図９は、ミラー２６の回転角θと、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの発光と、物標の認識と、の関係を示す説明図である。第１サイクルでは、制御部５０は、ミラー２６の回転角がθｓｔからθｅｎまでの全区間において、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの両方を発光させる。この場合、ミラー２６の回転角θと物標の認識とは、以下の関係にある。
（１）θｓｔ≦θ≦θａ：物標を認識せず。
（２）θａ＜θ＜θｂ：物標を認識。
（３）θｂ≦θ≦θｃ：物標を認識せず。
（４）θｃ＜θ＜θｄ：物標を認識。
（５）θｄ≦θ≦θｅｎ：物標を認識せず。
この物標を認識したとき、照射方向に存在する物標からの反射光か、照射方向とは異なる方向に存在する物標からの反射光による認識、すなわち、ゴーストの認識かが不明である。

第２サイクルでは、制御部５０は、ミラー２６の回転角θに応じて、図８に示したフローチャートに従って第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂを以下のように発光させる。この結果、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂは、以下のように発光する。すなわち、
（６）θｓｔ≦θ≦θａ：第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの両方を発光する。
（７）θａ＜θ＜θｂ：第１発光部２０ａを発光せず、第２発光部２０ｂを発光する。
（８）θｂ≦θ≦θｃ：第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの両方を発光する。
（９）θｃ＜θ＜θｄ：第１発光部２０ａを発光し、第２発光部２０ｂを発光せず。
（１０）θｄ≦θ≦θｅｎ：第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの両方を発光する。
この場合、ミラー２６の回転角θがθｓｔからθｅｎの範囲のどの値であっても、反射光を認識しない。したがって、第１サイクルでは、θａ＜θ＜θｂでは、第１発光部２０ａからの照射光が本来の照射方向とは異なる方向に照射され、異なる方向からの反射光を認識した、すなわち、ゴーストを認識したものと考えられる。また、第１サイクルでは、θｃ＜θ＜θｄでは、第２発光部２０ｂからの照射光が本来の照射方向とは異なる方向に照射され、異なる方向からの反射光を認識した、すなわち、ゴーストを認識したものと考えられる。

このように、第１サイクルでの受光部３０が受光した反射光で物標を認識し、ゴーストが生じたか否か疑わしい場合、制御部５０は次の第２サイクルで、ゴーストが生じたか否か疑わしい回転角で第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂのうちの一方の発光を停止する。このとき、発光を停止したときにゴーストが消えた場合には、第１サイクルにおいて、認識した物標は、ゴーストによるものと判断できる。制御部５０は、このゴーストが発生した発光部と、回転角とを対応づけて記憶部５２に格納する。このようにすれば、次のサイクルの距離測定において、当該方向で検出された物標がゴーストによるものか否かを見分けることができる。ゴーストが発生しないミラー２６の回転角と対応する発光部２０ａ、２０ｂは対応関係を予め記憶部５２に保持しておくことで、制御部５０が動的に該当する発光部２０ａ、２０ｂの動作及び停止を切り替えることが可能である。

なお、図９では、第２サイクルにおいて、θａ＜θ＜θｂにおいて第１発光部２０ａを発光せず、θｃ＜θ＜θｄにおいて第２発光部２０ｂを発光していないが、第２サイクルにおいて第１発光部２０ａを発光せず、第３サイクルにおいて第２発光部２０ｂを発光しないようにしてもよい。認識した反射光がゴーストによるものか否かを確実に認識できる。

以上説明したように、第１実施形態によれば、制御部５０は、複数の発光部である第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの１つからの照射光ＩＬＡ１、ＩＬＢ１を、スキャナ２２によって、走査範囲内の１つの照射方向に射出する。このとき、制御部５０は、照射方向とは異なる方向から受光部３０に戻った反射光ＲＬＡ３またはＲＬＢ３が検出された場合、照射光に対応する発光部の発光を、照射方向において一時的に停止する。上記の検出は、得られた照射方向の物標が予め登録された人物や物体の形状と乖離する等の認識アルゴリズムにより、該当方向においてゴーストの確率が一定以上存在すると判定された場合に実行される。光軸が平行にされた複数の発光部である第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂからの照射光ＩＬＡ１、ＩＬＢ１は、スキャナ２２により同じ照射方向に存在する物標に照射される。このとき、前記判定によりゴーストが存在し得る照射方向にも照射光を照射する発光部を一時的に停止するので、１つの照射方向とは異なる方向、すなわちゴーストが発生し得る照射方向に高反射率の物標が存在しても、この高反射率の物標に照射光が当たらない。その結果、ゴーストが発生せず、高反射率の物標が照射方向に存在するとの誤認識を抑制できる。前記ゴーストが存在し得ると判定されたタイミングから、発光部の1つを一時的に停止して距離測定するまでの期間が十分長い場合、該当のゴースト対象とされた物標が車両の移動等により異なる照射方向に出現することを予測し、該当照射方向の発光部の1つを一時的に停止してもよい。

上記形態において、ミラー２６の回転角θが、
θａ未満である場合、
θｂ以上であり、かつ、θｃ以下である場合、
θｄ以上の場合、
のいずれかである場合には、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの両方を発光している。一般に、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの両方を発光することで、光量を２倍にでき、ＳＮ比を向上できる。なお、照射光ＩＬＡ３、ＩＬＢ３の照射方向に高反射率物体が存在しなければ、ゴーストは発生し難い。すなわち、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの両方を発光する期間を長くすることで、ＳＮ比の向上と、ゴーストの発生の抑制の両立が可能となる。

・第２実施形態：
図１０は、ミラー２６の回転角θが４５°未満のときの、照射光ＩＬＡ、ＩＬＢの間隔ｌａｂと、ミラー２６の有効径ｌｍと、ミラー２６の表面２６ｓの中心と窓２８との間隔ｄｍｗと、ゴーストの発生との関係を示す説明図である。照射光ＩＬＡ２がミラーの端部Ｐ１に当たるときのミラー２６の表面２６ｓの中心と窓２８との間隔をｄｍｗ１とする。ミラーの回転角θが４５°未満のとき、間隔ｄｍｗがｄｍｗ１よりも短いと、一点破線で示すように、照射光ＩＬＡ１が窓２８で反射して生じた照射光ＩＬＡ２がミラー２８に当たる。一方、間隔ｄｍｗがｄｍｗ１よりもが長いと、破線で示すように、照射光ＩＬＡ１が窓２８で反射して生じた照射光ＩＬＡ２がミラー２８に当たらない。したがって、間隔ｄｍｗをｄｍｗ１より長くすれば、ゴーストは、発生しない。

次に、ミラー２６の有効径ｌｍと、間隔ｄｍｗと、をどのように決めるかを考える。ミラー２６の有効径ｌｍは、ミラー２６の角度θが照射光ＩＬＡ、ＩＬＢに対して最も浅いθｓｔのときに、照射光ＩＬＡ、ＩＬＢがいずれもミラー２６に当たる必要があるため、ｌｍは、
ｌｍ≧ｌａｂ／ｓｉｎθｓｔ
を満たすように決定することができる。

図１０に示すようにミラー２６の端部を点Ｐ１、Ｐ４とし、ミラー２６の中点を点Ｐｃとする。また、照射光ＩＬＡ１が窓２８の当たった位置から、照射光ＩＬＡ１と照射光ＩＬＡ２が為す角を２等分する線を引き、その線がミラー２６に当たった位置を点Ｐ２とする。照射光ＩＬＡがミラーに当たる位置を点Ｐ３とする。距離ｌｍ１は、点Ｐ１と点Ｐ２の距離、距離ｌｍ２は、点Ｐ２と点Ｐ３の距離、距離ｌｍ３は、点Ｐ３と点Ｐ４の距離である。またｌｍ４は、点Ｐｃと点Ｐ３の距離である。距離ｌｍ１からｌｍ３は以下のように表される。
ｌｍ１＝[ｄｍｗ１－（ｌｍ／２）＊ｓｉｎθ]＊ｔａｎφ
ｌｍ２＝[ｄｍｗ１＋（ｌａｂ／２）]＊ｔａｎφ
ｌｍ３＝（ｌｍ＊ｃｏｓθ）／２－ｌｍ４
ここで、ｌｍ４＝（ｌａｂ／２）／ｔａｎθ
であるので、ｌｍ３は、
ｌｍ３＝[（ｌｍ－ｌａｂ／ｓｉｎθ）＊ｃｏｓθ]／２
と示される。

図１０からわかるように、ミラー２６の回転角θが４５°に近づくほど、照射光ＩＬＡ３と窓２８の為す角φ２が大きくなる。許容できるφ２を定め、φ２に対応する回転角θ１を求め、θ１＜４５°の範囲で距離ｄｍｗを、
ｌｍ１＋ｌｍ２＋ｌｍ３＝ｌｍ＊ｃｏｓθ１
を満たすｄｍｗ１よりも大きくすればよい。すなわち、
[ｄｍｗ１－（ｌｍ／２）＊ｓｉｎθ１]＊ｔａｎφ＋[ｄｍｗ１＋（ｌａｂ／２）]＊ｔａｎφ＋＝[（ｌｍ－ｌａｂ／ｓｉｎθ１）＊ｃｏｓθ１]／２＝ｌｍ＊ｃｏｓθ１
を満たすｄｍｗ１よりも大きくすれば、照射光ＩＬＡ２は、ミラー２６に当たらす、ゴーストも発生しない。なお、φ＝９０－２θ１である。

図１１は、ミラー２６の回転角θが４５°よりも大きいときの、照射光ＩＬＡ、ＩＬＢの間隔ｌａｂと、ミラー２６の有効径ｌｍと、ミラー２６の表面２６ｓの中心と窓２８との間隔ｄｍｗと、ゴーストの発生との関係を示す説明図である。照射光ＩＬＢ２がミラーの端部Ｐ５に当たるときのミラー２６の表面２６ｓの中心と窓２８との間隔をｄｍｗ２とする。ミラーの回転角θが４５°よりも大きいとき、間隔ｄｍｗがｄｍｗ２より短いと、一点破線で示すように、照射光ＩＬＢ１が窓２８で反射して生じた照射光ＩＬＢ２がミラー２８に当たる。一方、間隔ｄｍｗがｄｍｗ２よりもが長いと、破線で示すように、照射光ＩＬＢ１が窓２８で反射して生じた照射光ＩＬＢ２がミラー２８に当たらない。図１１において、図１０と同様に点Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、及びｌｍ５、ｌｍ６、ｌｍ７を定めると、ｌｍ５、ｌｍ６、ｌｍ７は以下のように表される。
ｌｍ５＝[ｄｍｗ＋（ｌｍ／２）＊ｓｉｎθ]＊ｔａｎφ
ｌｍ６＝（ｄｍｗ－（ｌａｂ／２）＊ｔａｎφ
ｌｍ７＝[（ｌｍ－ｌａｂ／ｓｉｎθ）＊ｃｏｓθ]／２
ここで、θ＞４５°の範囲で、距離ｄｍｗを、
ｌｍ５＋ｌｍ６＋ｌｍ７＝ｌｍ＊ｃｏｓθ
を満たすｄｍｗ２よりも大きくすれば、照射光ＩＬＢ２は、ミラー２６に当たらす、ゴーストも発生しない。なお、θ＞４５°の場合、照射光ＩＬＢ２がミラー２６に当たっても、照射光ＩＬＢ３は、窓２８から遠ざかる方向に反射する。従って、照射光ＩＢＬ３が物標に当たることはないが、照射光ＩＢＬ３がさらにケース６０内の物に当たって生じる反射光が物標に当たることを考慮したものである。

距離ｄｍｗが、図１０で求めたｄｍｗ１と、図１１で求めたｄｍｗ２のうちの大きい方よりも大きい値であれば、スキャンの全範囲でゴーストの発生が抑制される。

以上、第２実施形態によれば、走査範囲内（－φからφ）の同一の照射方向において、複数の発光部である第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂからの２以上の照射光ＩＬＡ、ＩＬＢに対応して、照射方向とは異なる方向から受光部３０に戻る２以上の反射光が検出されないように、ミラー２６の有効径ｌｍと、ミラー２６と窓２８の間隔ｄｍｗと、を採用した光学系２５が配置されているので、照射光ＲＬＡ３、ＲＬＢ３によるゴーストの発生を抑制できる。

なお、第２実施形態で説明した光学系２５は、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂからの２以上の照射光ＩＬＡ、ＩＬＢの向きを窓２８と平行とし、ミラー２６で４５°反射させる方向を中心として－φから＋φの範囲でスキャンする場合を例にとって説明した。照射光ＩＬＡ、ＩＬＢの向きが異なる場合においても、同様の考え方でミラー２６の有効径ｌｍと、ミラー２６と窓２８の間隔ｄｍｗを求めることが可能である。

・第３実施形態：
第３実施形態のハード構成は、第１実施形態と同じであるが、スキャン及び第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの発光の仕方が異なっている。具体的には、制御部５０は、スキャナ２２による複数の照射光ＩＬＡ１、ＩＬＢ１を１つの照射方向（θ）への射出するときに、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂを複数回発光させ、複数回の発光には、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂに一方を単独で発光させる第１の場合と、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの両方を同時に発光させる第２の場合とを含んでいる。

図１２は、第３実施形態における第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの発光シーケンスを示す説明図である。図１２に示す例では、制御部５０は、ミラー２６の回転角θをθ１１として、時刻ｔ１において、第２発光部２０ｂのみを発光し、時刻ｔ２において、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの両方を発光する。次いで、制御部５０は、ミラー２６の回転角θをθ１２として、時刻ｔ３において、第２発光部２０ｂのみを発光し、時刻ｔ４において、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの両方を発光する。

図１３は、ミラー２６の回転角θがθ１１の時の受光部３０の受光強度を示すグラフである。図１３では、第１発光部２０ａのみを照射した場合を参考に図示している。図１３の横軸は、光測距装置１０と物標までの距離である。第２発光部２０ｂのみを発光した場合には、距離ｄ１のところに１つの受光強度のピークが現れる。一方、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの両方を発光した場合には、距離ｄ１のところに加え、距離ｄ２のところにもう一つのピークが現れている。両者を比較すると、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの両方を発光した場合における距離ｄ１のところのピークは、所望とする方向に照射光ＩＬＡ１、ＩＬＢ１を向けたときにおける物標２００からの反射光ＲＬＡ１、ＲＬＢ１に起因するものであると判断できる。一方、距離ｄ１のところのピークは、所望とする方向と異なる方向に照射された照射光ＲＬＡ３が光反射率の物標２０２に当たり、その反射光ＲＬＡ３に起因するピーク、すなわちゴーストと判断できる。距離演算部４８は、これらの受光部３０の検出結果を比較することで、照射方向から受光部３０に戻る反射光ＲＬＡ１、ＲＬＢ１と照射方向とは異なる方向から受光部３０に戻る反射光ＲＬＡ３とを判別し、物標２００までの距離の算出を行なうことができる。

以上、第３実施形態によれば、制御部５０は、スキャナ２２による複数の照射光の１つの照射方向への射出において、複数の発光部である第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂを複数回発光させ、複数回の発光には、複数の発光部のうちの１つを単独で発光させる第１の場合と、第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂのうちの２つ以上を同時に発光させる第２の場合とを含んでおり、距離演算部４８は、第１の場合の受光部３０の検出結果と、第２の場合の受光部３０の検出結果とを比較して、照射方向から受光部３０に戻る反射光ＲＬＡ１、ＲＬＢ１と照射方向とは異なる方向から受光部３０に戻る反射光ＲＬＡ３とを判別し、第２の場合の検出結果を用いて、物標２００までの距離の算出を行なうことができる。

第３実施形態において、上記説明では、制御部５０は、第１の場合には、第１発光部２０ａを発光せず、第２発光部２０ｂを発光しているが、第１の場合に、第１発光部２０ａを発光し、第２発光部２０ｂを発光しないようにしてもよい。

第３実施形態において、図１４では、ゴースト（物標２０２）に対応する距離ｄ２は、物標２００に対応する距離ｄ１よりも長くなっているが、距離ｄ１、ｄ２は、光測距装置と、物標２００、２０２との距離に依存するので、距離ｄ２が距離ｄ１より短くなる場合もある。

上記各実施形態では、受光部３０としてＳＰＡＤを用い、距離算出部４８は、発光部である第１発光部２０ａ、第２発光部２０ｂの発光のタイミングからの経過時間に沿った検出結果を重ね合わせたヒストグラムを用いて距離を検出しているが、ＳＰＡＤ以外の受光部であってもよい。例えば、発光における位相と受光における位相との位相差を用いて、距離を検出してもよい。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…光測距装置、２０…発光部、２０ａ…第１発光部、２０ｂ…第２発光部、２２…スキャナ、２４…モータ、２５…光学系、２６…ミラー、２６ｏ…ミラーの中心、２６ｓ…ミラーの表面、２８…窓、２８ａ、２８ｅ…窓の端部、２８ｂ…位置、２８ｃ…窓の中央、２８ｄ…位置、３０…受光部、３２…受光素子、３２ｄ…アバランシェフォトダイオード、３２ｉ…インバータ回路、３２ｒ…クエンチング抵抗器、３４…受光素子アレイ、３６…デコーダ、４０…測定部、４２…加算部、４４…ヒストグラム生成部、４６…ピーク検出部、４８…距離算出部、５０…制御部、６０…ケース、１００…車両、２００、２０２、２０４…物標、２０２ｇ、２０４ｇ…ゴースト

Claims (7)

1. 光測距装置（１０）であって、
   ケース（６０）に収納された、光軸が平行な複数の発光部（２０ａ、２０ｂ）と、
   前記複数の発光部が発光した複数の照射光を反射するミラー（２６）と前記ミラーで反射した前記複数の照射光を外部に透過する窓（２８）とを含む光学系（２５）を備え、前記ミラーの角度を変えることで、予め定められた走査範囲内を前記複数の照射光により走査するスキャナ（２２）と、
   前記スキャナにより前記走査範囲を前記複数の照射光により走査する際、前記走査範囲に存在する物標に反射した反射光を、前記ケース内で検出する受光部（３０）と、
   前記複数の発光部による前記複数の照射光の発光と物標からの反射光の前記受光部による検出とを用いて、前記物標までの距離を算出する距離算出部（４８）と、
   前記複数の発光部の発光と前記スキャナの動作とを制御する制御部であって、前記複数の発光部の１つからの照射光を、前記スキャナによって、前記走査範囲内の１つの照射方向に射出した際に、前記１つの照射方向とは異なる方向から前記受光部に戻った反射光が検出されるミラー角度において、前記１つの照射方向とは異なる方向から前記受光部に戻った反射光に対応する発光部の発光を一時的に停止する制御部（５０）と、
   を備える光測距装置。
2. 前記走査範囲内の同一の照射方向において、前記複数の発光部からの２以上の照射光に対応して、前記１つの照射方向とは異なる方向から前記受光部に戻る２以上の反射光が検出されないように、前記光学系が配置されている、請求項１記載の光測距装置。
3. 前記制御部は、前記スキャナによる前記複数の照射光の前記１つの照射方向においては、
   前記１つの照射方向とは異なる方向から前記受光部に戻った反射光が検出された発光部を停止し、
   前記１つの照射方向とは異なる方向から前記受光部に戻った反射光が検出されなかった発光部を動作させる、
   請求項１または請求項２に記載の光測距装置。
4. 前記制御部は、前記スキャナによる前記複数の照射光の前記１つの照射方向への射出において、前記複数の発光部を複数回発光させ、前記複数回の発光には、前記複数の発光部のうちの１つを単独で発光させる第１の場合と、前記複数の発光部のうちの２つ以上を同時に発光させる第２の場合とを含み、
   前記距離算出部は、前記第１の場合の前記受光部の検出結果と、前記第２の場合の前記受光部の検出結果とを比較して、前記１つの照射方向から前記受光部に戻る反射光と前記１つの照射方向とは異なる方向から前記受光部に戻る反射光とを判別し、前記第２の場合の検出結果を用いて、前記物標までの距離の算出を行なう、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光測距装置。
5. 前記距離算出部は、前記複数の発光部による発光から前記受光部による検出までの経過時間から、前記物標までの距離を算出する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光測距装置。
6. 前記受光部は、ＳＰＡＤであり、
   前記距離算出部は、前記複数の発光部の発光のタイミングからの経過時間に沿った検出結果を重ね合わせたヒストグラムを用いて前記物標までの距離を算出する、
   請求項５記載の光測距装置。
7. 前記制御部は、前記複数の発光部の１つからの照射光を、前記スキャナによって、前記走査範囲内の１つの照射方向に射出した際に、前記１つの照射方向とは異なる方向から前記受光部に戻った反射光が検出されるミラーの回転角及び対応する発光部を予め保持する記憶部（５２）を有する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光測距装置。

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