CN110412600A - 光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明实现一种能够进行长距离测量且成本降低了的非机械扫描式光雷达装置。该光雷达装置(100)包括点状光照射部(110)和受光系统(140)，该受光系统(140)至少具有成像光学元件(151)和带有受光部(154)的距离传感器(153)，利用像光学元件(151)将对象视野(10)投影到受光部(154)上，所述距离传感器对应于点状光(1)的扫描，在受光部(154)的局部设定活性化区域(5)，使用来自活性化区域(5)的信号测量到对象物(3)的距离。

Description

光雷达装置

技术领域

本发明涉及测量到对象物的距离的光雷达装置。

背景技术

三维图片是在普通照片这样的二维图片的基础上还包含到视野内的对象物距离信息的概念，近年来，作为汽车或机器人等的周边识别用被广泛应用。作为高精度的距离信息的计测方法，一种计测照射激光后使激光从对象物反射而返回为止的飞行时间(Time-of-flight：ToF)的方法正在普及。

作为朝向视野照射激光的方法，包括使照射大致平行准直并在狭小范围内的激光束(点波束)的光发射部与受光装置一体旋转的旋转式(参照专利文献1、2)或通过反射镜等扫描点波束的扫描式(专利文献3)，在整个视野中大致均匀地使激光束扩散照射的一并照射式(专利文献4)。

一并照射式由于不需要机械机构而容易小型化，但与扫描式相比，对象物上的激光强度减弱。因此，若到对象物的距离增大则信号强度减弱，距离测量精度下降。

另一方面，在将激光束整形为线状并仅在一个方向上进行扫描的情况下(参照专利文献3)，与一并照射相比光照射强度提高，但并不充分。实际上，在以测量到50m至200m这样的远处为目的的装置中，开发了很多在对象物中容易获得强光束强度的旋转式或点波束扫描式。

与此相对，近年来，对于实现高帧率和高分辨率的装置，使用多个激光源和一一对应的多个受光元件的旋转式(参照专利文献1、2)被使用最多。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开WO2008/008970号(2008年1月17日公开)

专利文献2：国际公开WO2011/146523号(2011年11月24日公开)

专利文献3：日本特开2011-021980(2011年2月3日公开)

专利文献4：日本特开2016-161438(2016年9月5日公开)

发明内容

本发明所要解决的技术问题

但是，在上述以往的光雷达装置中，由于以下原因存在无法在使最大测量距离减小的同时实现成本降低了的光雷达装置的课题。

即，在使用多个激光源和一一对应的多个受光元件的旋转式光雷达装置中，需要机械的旋转机构，因此难以确保长期可靠性和实现小型化。

作为其改进对策，开发了利用MEMS反射镜、光学相位配置天线元件(OpticalPhased Array Antenna Device)、液晶偏向光栅等进行激光斑扫描的非机械扫描式。但是，在这种非机械扫描式的激光发射部小且沿放射光路反向受光的情况下，聚光效率低，最大测量距离无法增大。

本发明的一方案是鉴于上述以往问题点提出的，其目的在于，在非机械扫描式光雷达装置中，实现在不减小最大测量距离的同时成本降低了的光雷达装置。

解决问题的方案

为了解决上述课题，本发明一方案的光雷达装置包括：点状光照射部，其将点状光以扫描的方式向对象视野内照射；以及受光系统，其接受所述点状光的由位于所述对象视野内的对象物反射的反射光，在该光雷达装置中，所述受光系统至少包括成像光学元件和具有受光部的距离传感器，利用所述成像光学元件将所述对象视野向所述受光部投影，所述距离传感器对应于所述点状光的扫描，在所述受光部的局部设定活性化区域，使用来自所述活性化区域的信号测量到所述对象物的距离。

发明效果

根据本发明的一方案，能够在非机械扫描式光雷达装置中，实现不减小最大测量距离而成本降低了的光雷达装置。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的光雷达装置的构成的示意图。

图2是表示本发明第一实施方式的光雷达装置的光路的示意图。

图3是表示本发明第一实施方式的光雷达装置的受光部的示意图。

图4是表示本发明第一实施方式的距离传感器的构成的示意图。

图5是表示本发明第一实施方式的构成受光部的SPAD的构成的示意图。

图6是表示本发明第一实施方式的构成受光部的SPAD阵列的构成的示意图。

图7是表示本发明第一实施方式的光雷达装置的设置流程的示意图。

图8是表示本发明第一实施方式的受光部的不良SPAD排除工序的示意图。

图9是表示本发明第一实施方式的选择受光部的活性化的列、行的工序的示意图。

图10是表示本发明第一实施方式中的活性化区域的图。

图11是表示本发明第一实施方式的光雷达装置中的测量结果的图。

图12是表示本发明第二实施方式的构成受光部的SPAD阵列的构成的示意图。

图13是表示本发明第二实施方式的构成受光部的SPAD的构成的示意图。

图14是表示本发明第二实施方式的受光部的不良SPAD排除工序的示意图。

图15是表示本发明第二实施方式的选择受光部的活性化的SPAD的工序的示意图。

图16是表示本发明第二实施方式中的活性化区域的图。

图17是表示本发明第三实施方式的光雷达装置的受光部的示意图。

图18是表示本发明第三实施方式的距离传感器的构成的示意图。

具体实施方式

根据图1至图18说明本发明的实施方式。以下，为了便于说明，存在对具有与已在特定实施方式中说明的构成相同功能的构成标注同一附图标记，省略其说明的情况。

〔第一实施方式〕

(光雷达装置)

根据图1至图11，说明本发明第一实施方式的光雷达装置100的构成。以下使用以光雷达装置100的前方方向为Y轴、以纸面垂直方向为Z轴的右手坐标系进行说明。如图1和图2所示，光雷达装置100由向对象物3照射点状光1的点状光照射部110和接受来自对象视野10内的对象物3的反射光2的受光系统140构成。

(点状光照射部)

点状光照射部110包括发光元件121、驱动电路120(包含电源)，准直透镜122和扫描部123。发光元件121是发出点状光的部件。驱动电路120(包含电源)是对发光元件121进行脉冲驱动的部件。准直透镜122是将发光元件121发出的点状光整形为点状的部件。扫描部123通过使点状的点状光1沿X方向、Z方向进行二维扫描，照射垂直照射角θv、水平照射角θh的整个对象视野10。通常X方向为水平方向、Z方向为垂直方向，但不限定于此。

另外，将点状光照射部110照射的点状光1朝向X方向、Z方向的偏角设为θx、θz。在对象视野10的中心与Y轴平行的情况下，-θh/2≤θx≤θh/2、-θv/2≤θz≤θv/2。在需要对所照射的点状光1进行区分的情况下，记为B(s，t)。其中，s和t为0≤s≤Sm、0≤t≤Tm的整数，在X方向上，朝向对象视野10，从左侧起依次从0偏转到Sm，在Z方向上，自下而上从0偏转到Tm。Sm及Tm的具体值并非对本实施方式加以限定。

在X方向、Z方向均使用等间隔Δθx、Δθz的情况下，点状光1的θx、θz如下表示。这是点状光1的扫描方式的一例，但并不限定于此。

θx＝-θh/2+Δθx·s(Δθx·Sm＝θh)

θz＝-θv/2+Δθz·t(Δθz·Tm＝θv)

将从光雷达装置100到对象物3的距离设为L，将点状光1在对象物3上的照射区域4的直径设为点状光1的直径能够利用发光元件121实际发光的发光区域的大小P(近场观察的发光区域的最大直径)，发光元件121的发散角η、准直透镜122的焦距fc，按照下述方式表示。但是，在这里，认为由扫描部123引起的点状光1的发散变化能够忽略。

光雷达装置100附近的点状光1的直径：

点状光1的在从光雷达装置100到远处距离L的对象物3上的照射区域4的直径：

括弧内是作为一例示出fc＝20mm、η＝10度、P＝200μm、L＝100m时的值的数字。

(发光元件)

发光元件121发出的光需在不减小强度的同时到达远处，优选尽可能小。在远处，由于的第一项是主要的，因此优选P较小、焦距fc较长。需要说明的是，所谓在远处，是指2式的第二项与第一项相比足够小的情况，在这里认为是满足的情况(第二项小于第一项的1/10，即使忽略第二项，误差也为10％左右)。在上述例子中L＞3.7m。

若焦距fc较长，则变大(参照1式)，射入扫描部123的点状光的直径变大。其结果是，必须增大扫描部123，导致成本升高。为了避免这一情况，优选减小η，也可以在发光元件121与准直透镜122之间配置用于抑制点状光发散的其他光学元件(普通的透镜、棒状透镜等)。需要说明的是，若增大fc，则光雷达装置100附近的点状光1的口径变大，因此单位面积的光强度降低，容易满足与激光的安全性相关的等级1条件。其结果是，有时能够通过提高点状光的峰值功率而测量到更远处。

在作为发光元件121使用端面发光激光器芯片的情况下，端面发光激光器芯片的发光区域在与发光层平行的平行方向上较长，在垂直方向上较短，P为与发光层平行的平行方向的长度，通常大致与脊部(ridge)宽度相同。将与发光层垂直的垂直方向上的发光区域的大小设为U，发光区域的纵横比P/U为P/U>>1。在该情况下，远处的照射区域4为细长的椭圆状形状。另一方面，在作为发光元件121使用面发光激光器芯片的情况下，在面发光激光器芯片中，发光区域包含多个激光器发光单元的情况很多。因此，发光区域的大小P不是表示各激光器发光单元的发光部大小的光圈的尺寸，而是多个激光发光单元整体的最大直径。在面发光激光器芯片中通常是P/U～1。在该情况下，远处的照射区域4为大致圆形。为了感测远距离的对象物3，需要增大点状光1的峰值功率。若以相同功率进行比较，则与面发光激光器相比，通常端面发光激光器的发光区域较小。因此，在本构成这样的光雷达装置100中，端面发光激光器能够使远处的对象物3上的照射区域4更小，因此能够实现更高分辨率的测量，优选作为发光元件121。另外，在搭载于汽车等的情况下，提高水平方向的空间解像度很重要，因优选使照射区域4的长轴方向朝向铅直方向。因此，优选将端面发光激光器的活性层面沿铅直方向配置。

发光元件121是以半值宽度为1nsec至几百nsec左右的脉冲宽度发光的元件。脉冲的峰值功率为几W到几百W。发光波长能够根据用途来决定，但优选为波长700nm至1500nm左右的红外线。由于肉眼不可见，因此具有不会造成妨碍且波长越长针对动物眼睛的安全性越高的优点。此外，波长越长，背景光强度也越低，特别是从940nm到950nm附近的波长在由空气中的水分进行的太阳光吸收的作用下强度降低，因此优选。另一方面，若波长为1000nm以下，则具有能够将价格便宜的硅元件用于受光部的优点。在硅元件中，波长越短量子效率越高，因此考虑所述背景，最优选从900nm到950nm附近。

发光元件121优选发光峰值波长的温度变化小，虽在图1中未示出，但为了抑制发光峰值波长的温度变化，也可以增加进行发光元件121的温度控制的温度控制电路。

(驱动电路)

驱动电路120在规定的定时向发光元件121通入规定的电流，使发光元件121发出点状光。发光定时根据来自控制部160的信号决定。电流量可以是可变的，也可以通过控制部160控制。决定点状光发光时间的电流的时间变化也如此。点状光1的发光强度在对象视野内通常是均匀的，但光强度强的位置的检测灵敏度高，因此在对象视野10内存在需要特别关注的位置的情况下，也可以在其附近使强度提高。例如，可以仅在面向道路前方的部分使驱动电流增加而检测对象物3到更远处。

(扫描部)

扫描部123也可以是电流镜或其他机械反射镜扫描式，但优选使用基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)反射镜元件、光学相位配置天线元件、液晶偏向光栅等的非机械扫描方式。具有容易通过改善光雷达装置100的耐碰撞性来提高长期可靠性并实现小型化的优点。关于扫描部的具体构成，由于是已公知的技术，因此不做详细说明。以下以MEMS反射镜元件为例进行说明。MEMS反射镜元件例如是电磁式，通过利用控制部160控制流通的电流量来变更反射镜的偏角。在静电式或压电式中，能够通过利用控制部160对施加的电压进行控制来变更反射镜的偏角。控制部160以能够检测来自点状光1照射的对象物3的信号的方式，对反射镜的偏角和受光系统140进行同步控制。扫描部123对于其他方式也相同。在MEMS反射镜元件中，只要反射镜面平坦，点状光1的发散不会增加。

(受光系统)

受光系统140至少包含距离传感器153、成像光学元件151、光学带通滤波器152、控制部160和受光系统电源141。距离传感器153通过飞行时间测量来计测到对象物的距离。控制部160对距离传感器153或点状光照射部110进行控制，与外部系统400进行通信，通过受光系统电源141向受光系统140供给电源。

点状光1利用扫描部123扫描对象视野10，但受光系统140物理固定于光雷达装置100，并不会对应于点状光1的扫描而移动。因此，来自对象视野10的反射光2对应于扫描而通过成像光学元件151投影到受光部154的不同位置。

(成像光学元件)

成像光学元件151也能够由反射镜构成，但通常是透镜，因此以下说明透镜的情况。将成像光学元件151的焦距设为fd，将F值设为F。成像光学元件151的有效开口直径为fd/F。为了针对整个对象视野10进行距离测量，需利用成像光学元件151将整个对象视野10投影到受光部154上。若将对象视野10投影到受光部154上的大小设为Ix、Iz，则存在以下的关系。

Ix＝2·fd·tan(θh/2)

Iz＝2·fd·tan(θv/2)

例如，在fd＝24mm、θh＝24度、θv＝12度的情况下、Ix＝10.2mm，Iz＝5.0mm。受光部154优选在X、Z方向上分别大于Ix、Iz(关于受光部154的优选大小如后所述)。

在受光部154上聚光的反射光2的强度与成像光学元件151的有效开口部的面积成比例，因此与有效开口直径fd/F的平方成比例。为了增大测量距离，需要使来自远处的反射光2有效聚光，优选F值较小。在上述例子中，若F＝1.2，则有效开口直径为20mm，与大小为几mm左右的MEMS反射镜相比，成像光学元件151的有效开口面积较大，大致为两位数。通常，非机械扫描式扫描部123的光发射面是几mm左右，不限于MEMS反射镜，在非机械扫描式的扫描部123中是同样的结果。因此，与经由扫描部123直接接受反射光2的情况相比，通过使用成像光学元件151，能够大幅度提高检测灵敏度。

通过成像光学元件151将照射区域4投影到受光部154上的投影区域4A的直径以下式表示。

括弧内的数值为η＝10度、fc＝20mm、P＝0.2mm、L＝100m、fd＝24mm情况下的值。在远处，由于的第二项能够忽略，因此即，关于远处的对象物，无论距离L多大，为由发光元件121的发光区域的大小P、成像光学元件151与准直透镜122的焦距的比(fd/fc)决定的恒定值。因此，在焦距fd、fc没有显著差异的情况下，可以认为大致为P阶。

在光雷达装置100中，扫描部123的中心光轴、成像光学元件151的光轴不重合，隔开一定的距离配置。在这里，说明二者在X轴方向上分离D的情况。如图2所示，在通过扫描而点状光1a、1b、1c移动至照射区域4a、4b、4c时，在成像光学元件151的作用下，投影到受光部154上的投影区域4A的位置也在受光部154上移动至投影区域4Aa、4Ab、4Ac。点状光B(s，t)遇到位于距离L地点的对象物3，其反射光2投影到受光部154上的投影区域4A的中心坐标如图3所示，以下式表示。需要说明的是，受光部154的中心与成像光学元件151的光轴一致。

x＝-fd·tanθx-D·fd/L (4式)

z＝-fd·tanθz (5式)

在这里，4式的第二项(W表示)在短距离时为无法忽略的大小。例如，若D＝20mm、fd＝24mm，则当L＝10m时，W＝48μm，L＝2m时为240μm，成为与由3式表示的同阶的大小。即，如图2所示，即使照射相同的点状光1a(B(s，t))，来自距离L不同的对象物3a和3d的反射光2a和2d也会在受光部154上的不同位置形成投影区域4Aa和4Ad。

若点状光B(s，t)扫描，则投影区域4A在受光部154内移动。为了始终对来自水平照射角θh、垂直照射角θv的反射光2进行检测，受光部154的大小必须为下述大小以上。

X方向：

Z方向：

Lmin为最短测量距离。Ix、Iz表示投影区域4A的中心通过扫描而移动的范围，表示投影区域4A的最大尺寸，D·fd/Lmin表示最短距离的投影区域4A的位置偏移。2·Rx和2·Rz是用于对光雷达装置100的组装误差进行修正的余裕。即，在扫描部123的扫描中心轴与成像光学元件151的光轴的组装误差在X方向上为±Rx、在Z方向上为±Rz的情况下，受光部154在X方向上增大2·Rx、在Z方向上增大2·Rz，必须具有余裕。

因此，优选受光部154在将扫描部123与成像光学元件151连结的线的方向上的大小，比对象视野10通过成像光学元件151投影的大小Ix，大位于最短距离的对象物上的照射区域的投影区域的大小和扫描部123与成像光学元件151的光轴间的距离乘以成像光学元件151的焦距与最短距离的比值(D·fd/Lmin)的量，进一步优选加入组装误差。受光部154在垂直于连结扫描部123与成像光学元件151的线的垂直方向上的大小，优选比对象视野10通过成像光学元件151投影的大小Iz大位于最短距离的对象物上的照射区域的投影区域的大小 进一步优选加入组装误差。

(活性化区域)

受光部154的全部面积远大于投影区域4A的面积，因此若受光部154整体被活性化，则还会对射入投影区域4A以外部分的光进行检测。所谓射入投影区域4A以外部分的光，是来自照射区域4以外的背景光的反射光，是噪声。因此，为了提高SN比，需仅使受光部154内的与投影区域4A重叠的部分活性化。相对于投影区域4A，将受光部154内的活性化的区域称为活性化区域5。如图3所示，优选活性化区域5包含在投影区域4A中，或者活性化区域5小于投影区域4A。

(光学带通滤波器)

光学带通滤波器152优选设置在受光部154的前面。使点状光1的波长为透过带的中心波长，通过增加具有几nm到几十nm波长的透过带宽的光学带通滤波器152，能够削减反射光2内由于与点状光1不同的背景光产生的成分，提高SN比。也可以组装到成像光学元件151中或放置在其前面。也可以配置在距离传感器153的封装内。

(距离传感器)

将光雷达装置100中的距离传感器153的构成示出在图4中。受光部154由以n行m列的阵列状配置的SPAD(i，j)(SPAD：Single Photon Avalanche Diode：单光子雪崩光电二极管)构成。其详细内容如后所述，在本实施方式中，各SPAD(i，j)以行单位、列单位选择。换言之，活性化区域5以阵列状的行和列单位设定。受光部154配合点状光1的扫描，仅使与投影区域4A重合的活性化区域5内的SPAD(i，j)活性化，从而能够始终以必要最低限的SPAD(i，j)覆盖投影区域4A。因此，能够避免接受不需要的背景光，保持高SN比，能够增大最大测量距离。注意，尽管第一实施方式中的受光部154包括SPAD阵列，但是受光部154可以包括一些其它光检测元件的阵列。例如，光检测元件可以是雪崩光电二极管。构成受光部154的光检测元件不限于特定种类。

在本构成中，通过使用在Si基板上形成的SPAD(i，j)，能够容易地制造大规模的阵列。距离传感器153可以采用单一芯片构成，也可以由多个芯片构成。例如，也可以将受光部154形成在第一晶片上，将其他部分形成在第二晶片上，通过将二者贴合来构成距离传感器153。另外，也可以将受光部154的光电二极管部分形成在化合物半导体基板上，晶体管Tr或脉冲输出电路96与其他电路一起设置在另一Si基板上，将二者贴合而使之发挥作用。这种构成能够应用于将Si制光电二极管无法检测的1070nm以上波长的红外线作为点状光1使用的情况。

另外，优选活性化区域5内的SPAD(i，j)的数量尽可能多，至少优选为50个以上，更加优选100个以上。一个SPAD在一次受光后，在Daedtime期间(10nsec至100nsec)内无法进行其他光接受，因此，希望在Daedtime期间内，一个SPAD受光的平均光子数量少于一个。因此，与配置少量大面积的SPAD相比，配置大量小面积的SPAD能够提高光检测效率，并提高距离测量精度。

(行选择电路及列选择电路)

距离传感器153作为活性化区域5所包含的行及列的电路，具有列选择电路91及行选择电路90。SPAD(i，j)通过列选择线Cj与列选择电路91连接，通过行选择线Ri与行选择电路90连接。能够仅测量与活性化了的列选择线Cj和行选择线Ri相连的SPAD(i，j)，感测所射入的光子，而其他SPAD(i，j)由于不进行感测，因此对测量完全不起作用。因此，能够避免感测多余的背景光。SPAD(i，j)通过列信号线Ocj与列计数器CTj连接。列计数器CTj是将在所连接的SPAD(i，j)感测到光子时产生的脉冲数相加的二进制计数器，在测量期间内输出j列的SPAD感测到的光子数的和Nj。列计数器CT1至CTm与总和电路92连接，总和电路92的输出与距离计测单元93连接。若测量期间结束，则各列计数器CTj的输出被总和电路92读取。总和电路92计算各CTj的输出Nj的总和ΣNj＝N1+N2+…Nm，将结果向距离计测单元93输出。每当进行该读取时，列计数器CT1至CTm和总和电路92被重置。

从点状光1的发光起每隔一定时间ΔT重复上述动作，在距离计测单元93中按时间序列蓄积各时间段的ΣNj。若将第l个(l为0至lm的整数)ΣNj设为N(l)，则从脉冲发光起，N(l)为在经过时间T＝ΔT·l到ΔT之间受光部154检测到的光子数。Tmx＝ΔT·lm为最长飞行时间，Tmx·c/2(c：光速)为可测量的最大距离。距离计测单元93根据所记录的N(l)计算飞行时间。关于计算方法如后所述。

在本构成中，按列设有列计数器CTj，但也可以每多个列设置一个二进制计数器。需要说明的是，在将很多列的输出以一个二进制计数器计数的情况下，发生漏数的可能性很高，因此，必须构成为对应于各列的计数量将脉冲的漏数抑制为最小限。

在上述说明中，作为列计数器CTj，即通过检测光子而按时间序列计数活性化区域5产生的脉冲信号的电路，选择二进制计数器的理由在于，能够以相对简单的电路构成，在采用集成电路构成时，能够以很小的面积进行计数并实现进行乘法运算的功能。另外，由于是简单的逻辑电路，因此容易获得较宽的动作余裕且设计容易。二进制计数器具有以上优点，但脉冲信号的计数电路未必是多个二进制计数器。

以上的进行距离传感器153的多种功能的执行及其定时控制的控制电路94包含于距离传感器153。控制电路94也可以包含CPU单元、RAM、非易失性存储器等。注意，由于第一实施方式使用飞行时间测量来测量距离，因此光雷达装置100被配置为点状光1，并且距离传感器153具有测量ToF的功能。然而，在使用频率调制来测量距离的情况下，光雷达装置100发出的光是强度恒定并且波长连续变化的光，因此光雷达装置100发出的光不仅限于简单的光脉冲。

(SPAD)

SPAD(i，j)如图5所示包括光电二极管PD、晶体管Tr、脉冲输出电路96。通过行选择线Ri向光电二极管PD供给电源。Tr的栅电极与列选择线Cj连接，Ri与电源连接，仅Cj被设定为导通的SPAD(i，j)变为光子检测模式，被活性化。在本实施例中为非活动淬熄方式，晶体管Tr的导通电阻兼用作淬熄用电阻。在活动淬熄的情况下为其他电路构成。脉冲输出电路96是在PD检测到光子的情况下，将一定时间宽度的脉冲输出至OCj的电路。另外，在图5中，晶体管Tr配置在PD的GND侧，但也可以配置在PD与高电压电源之间。Tr也不限定于NMOS，也可以是PMOS。

行选择电路90例如如图6所示，包括将SPAD的电源VSPAD与各行选择线Ri连接的开关S1至Sn、对开关Si进行控制的电路。行选择电路可以是任意组合，能够使开关Si导通。列选择电路91也同样地包括使任意列信号线Cj活性化的开关及其控制电路。在图5的SPAD(i，j)的电路中，晶体管Tr由NMOS-FET构成，因此在Cj被设定为H电平时，SPAD(i，j)被活性化。

(第一选择例)

按照图7至9所示的流程，说明针对位于一定距离处的某个试验体进行应活性化的SPAD(i，j)选择的情况。如前所述，由于受光部154上的投影区域4A的位置在远距离和短距离处不同，因此也可以在短距离和远距离处进行应活性化SPAD(i，j)的选择，使二者的总和区域为活性化区域。但是，若要覆盖短距离处的整个投影区域4A，则活性化区域变宽，存在在远距离处背景光噪声增加，最大测量距离变短的情况。因此，活性化区域5的设定需根据是否重视使最大测量距离增大或以何种程度重视短距离处的对象部的测量精度等原因而最优化。

图7示出整体流程，图8、图9示出其详细内容。组装光雷达装置100(步骤F1)，实施发光元件的发光测试(步骤F2)、受光系统的测试(步骤F3)及不良SPAD的确定(步骤F4)。需要说明的是，步骤F1至F4工序的顺序也可以不同。另外，步骤F1至F4可以通过组装装置及检查装置自动进行，也可以使用操作者的手动作业半自动行进行。后述的流程所包含的各步骤也相同。

在步骤F2中，测试点状光照射部是否按照规格发出点状光1。在步骤F3中，除了各SPAD的检测特性以外，距离传感器153测试其他电路是否正常动作。

(SPAD的特性评价)

在步骤F4中，主要评价暗时的SPAD特性。详细内容如图8所示。在该评价中，应注意使光不进入受光部154。

·首先，用户组装光雷达装置100(步骤F401)，将电源接通(步骤F402)。G(1)至G(m)为一位存储器，G(j)＝0则表示j列能够使用，G(j)＝1则表示无法使用。如后所述，G(j)收容在存储器95中。

·接下来，在光雷达装置100中，在初始状态下，全部G(j)设定为0，将表示选择行的i设定为1(步骤F403)。

·接下来，通过行选择电路90使Si导通(步骤F404)。

步骤F405至F412为依次对列1至m进行测试的循环。

·首先，在步骤F405中，通过列选择电路91选择列1。

·接下来，在步骤F406、F407中，若G(j)＝0，则通过列选择电路91使列选择线Cj活性化。

·接下来，在步骤F408至F411中，通过上述处理使SPAD(i，j)活性化，将暗时的脉冲输出与CTj相乘。然后，在光雷达装置100中，判定乘积值DCj是大于还是小于额定值。在大的情况下SPAD(i，j)无法使用，因此设定为G(j)＝1。若小则没有问题，因此将选择列编号j加1，跳转至F406。当新的列编号j不大于m时，如步骤F412所示。

·若通过步骤F405至F412的循环对i行的全部列进行测试，则接下来，在步骤F413至F414中，选择行i加1并转入下一行，因此转入步骤F404。在i大于n的时刻，通过步骤F413的分支结束测试。

在本构成中，在列j中存在即使一个暗计数超过规定数量的SPAD(i，j)(换言之不良SPAD)的情况下，设定为不使用整个j列。这一连串流程由控制电路94控制。若存在暗计数超过规定数量的SPAD，则该列的信号数增加，因此可能无法与基于反射光2的射入的信号区分开。因此，暗计数的测试步骤F4必须在步骤F5之前完成。通过像这样处理，能够排除无法感测的SPAD，因此能够避免光雷达装置100的受光部154的受光量变化，提高检测精度。

并且，这里所说的不良SPAD(不良部)，是指初始具有缺陷，即使变为原本的能够活性化状态也不会成为能够感测所射入的光子的状态的受光检测元件(SPAD)。

(活性化区域的选择)

接下来，根据图9说明与点状光B(s，t)对应的选择活性化区域5的步骤F5。关于各s、t的组，确定Xa(s，t)，Xb(s，t)，Za(s，t)，Zb(s，t)。在这里，Xa(s，t)≤j≤Xb(s，t)的j列及Za(s，t)≤i≤Zb(s，t)的i行成为点状光B(s，t)照射时的活性化区域5。换言之，距离传感器153将活性化区域5按扫描方向(每个点状光B(s，t))设定为一个区域。

·首先，用户将光雷达装置100的电源接通(步骤F501)，然后针对各s、t执行以下的流程。注意，优选地，该步骤在暗时执行，使得除了光雷达装置100发出的光之外的光不会入射在受光部154上。

·然后，在步骤F504至F507中，基于步骤F4的结果得到的G(j)，仅对满足G(j)＝0的j列，由列选择电路91使Cj活性化。换言之，活性化区域5不包含不良部。行选择电路90将全部开关Si设为导通。在该状态下，向试验体照射点状光B(s，t)，接受反射光2。此时，由活性化了的j列的列计数器CTj记录基于反射光2的光子检测数。

在步骤F508至F517中，通过列选择电路91读取CTj的结果，选择计数为额定值以上的列。由此，能够排除反射光2未到达的列。

·首先，在步骤F508中，初始设定为j＝1、Xa(s，t)＝0。

·接下来，在步骤F509中，仅选择通过步骤F4的测试的j列。

·接下来，在步骤F510中，读取CTj的计数Nj。

·接下来，在步骤F511中，在Nj小于额定值的情况下，在接下来的F512中，接受Xa(s，t)是否为0的判定。在是的情况下，由于尚未到达应活性化的列，因此进入F515，转入下一列。在否的情况下，视为在到达应活性化的列后再次到达非应活性化的列，因此在F517中设定Xb(s，t)，转入F520。在F511中，在Nj大于额定值的情况下，在接下来的F513中，接受Xa(s，t)是否为0的判定。在是的情况下，由于认为是首次到达应活性化的列，因此在F514中设定为Xa(s，t)＝j，经过F515进入下一列。在否的情况下，由于视为位于活性化区域5内，因此经过F515进入下一列。在F515中将选择列编号j加1且选择列编号j为m以下的情况(F516)下，跳转至F509。按照这种方式，暗计数没有超过规定数量，确定为能够感测反射光2的列的范围为从j＝Xa(s，t)到j＝Xb(s，t)。

接下来，说明属于活性化区域5的行的选择。

·首先，在步骤F520中，通过行选择电路90在初始设定中设定选择行i＝1、Za(s，t)＝0。

·接下来，在步骤F521中，仅使基于通过列选择电路91在之前的测试中得到的G(j)，Xa(s，t)，Xb(s，t)满足G(j)＝0、Xa(s，t)≤j≤Xb(s，t)的列活性化。

在步骤F522至F533的循环中，针对每一行照射点状光B(s，t)，测试能否接受其反射光2。

·首先，在步骤F522至F524中，仅使通过行选择电路90选择的i行开关Si导通，向试验体照射点状光B(s，t)，接受反射光2。

·接下来，在步骤F525中，读取各列的列计数器CTj的乘积值Nj，通过总和电路92计算ΣNj。

·接下来，在步骤F526中判定ΣNj是大于还是小于额定值。在ΣNj小于额定值的情况下，在下一F527中，接受Za(s，t)是否为0的判定。在是的情况下，由于尚未到达应活性化的行，因此进入F530而进入下一行。在否的情况下，在到达应活性化的行后，由于视为再次到达非应活性化的行，因此在F533中，设定Xb(s，t)，进入F534。在F526中ΣNj为额定值以上的情况下，在接下来的F528中，接受Za(s，t)是否为0的判定。在是的情况下，认为是首次到达应活性化的行，因此在F529中设定为Za(s，t)＝i，经过F530进入下一行。在否的情况下，由于视为在活性化区域5内，因此经由F530进入下一行。在F530中，选择行编号i加1，在选择行编号i为n以下的情况下(F531)跳转至F522。按照这种方式，确定能够感测反射光2的行的范围为从i＝Za(s，t)到i＝Zb(s，t)。

在上述构成中，针对每个点状光B(s，t)确定Xa(s，t)、Xb(s，t)、Za(s，t)、Zb(s，t)，但也可以针对行s设定共用的Za(s)、Zb(s)，或同样地针对列t设定共用的Xa(t)、Xb(t)。扫描部123和受光部154若预先充分平行地安装，则能够实现这种简化，缩短设定时间。

按照这种方式，通过选择满足G(j)＝0且Xa(s，t)≤j≤Xb(s，t)、Za(s，t)≤i≤Zb(s，t)的行和列，从而能够选择与点状光B(s，t)的投影区域4A重合的活性化区域5。G(j)、Xa(s，t)、Xb(s，t)、Za(s，t)、Zb(s，t)存储在存储器95中。换言之，距离传感器预先存储有所述活性化区域。在扫描部123发出点状光B(s，t)的情况下，距离传感器153读取上述参数，选择相应的行及列，仅将活性化区域5内的SPAD设定为测量模式。这种同步控制通过控制部160进行。

(基于距离计测单元的飞行时间确定方法的一例)

接下来，说明基于距离计测单元93的飞行时间(ToF)的确定方法的一例。针对一次点状光B(s，t)的发光，将从点状光B(s，t)的发光在每个1×ΔT处计测到的反射光2的测量值N(l)(l＝0、1、……mm)存储在距离计测单元93中，其中，ΔT是一段时间。在这里，ΔT设定为点状光B(s，t)的脉冲宽度的一半。将N(l)的一例示出在图11中。N(l)的大部分是基于背景光的信号，超过基于背景光的信号电平Nb的信号为点状光1的来自对象物3的反射光。但是，测量值N(l)如图11所示按照泊松分布，因此波动很大，需要注意背景光信号电平Nb的确定。Nb按照下述方式确定。首先求算N(l)的平均值＜N＞。在泊松分布中，分散与平均值的平方根相同，因此Nb能够设为＜N＞+α·√＜N＞。α为3至5左右的常数，在图11的例子中，＜N＞＝4.0，最大值14与α＝5对应。另一方面，例如α＝3则Nb＝11，无法排除信号数12以上的两个点。但是，点状光1的反射光2的信号强度较弱，即使针对信号强度只有12的对象物3，也能够识别为对象物。因此，在希望即使包含一些噪声也宽范围地检测可能的对象物和尽可能排除可能的噪声而希望仅可靠地检测作为对象物的物体的情况下，只要变更α的值即可。按照这种方式，距离计测单元93具有从所存储的一连串N(l)中确定背景光电平Nb、提取超过Nb的信号作为对象物并求算其飞行时间的功能。在上述说明中说明了一次点状发光，但而对多次点状发光的测量进行乘法运算并将其结果设为N(l)的情况也相同。

需要说明的是，飞行时间的测量方法不限定于上述方法。从来自活性化区域5的脉冲输出求算飞行时间的方法还有其他方法，也能够使用这些方法。例如，也可以对来自活性化区域5的脉冲输出进行AD转换，根据其时间变化求算ToF。或者对脉冲输出进行Time-to-degital转换而形成柱状图，根据其形状求算ToF。

(控制部160及受光系统电源141)

这些部分能够应用公知技术，因此不予赘述。

(实施例及效果的说明)

在以下的构成中对效果进行了检验。发光元件121的发光波长为905nm，峰值功率为31W，脉冲宽度为6nsec。端面发光激光器芯片的发光区域的大小为P＝200μm、U＝10μm。将近场光的发散角度设为X方向10度、Z方向25度。准直透镜122的焦距为20mm(fc)。从准直透镜122射出的点状光的发散角为Z轴方向±0.014度、X方向±0.286度。因此，采用θh＝24度、θv＝12度、Δθz＝Δθx＝0.6度，Sm＝40、Tm＝20。

距离传感器153的受光部154在10.82mm×5.4mm的区域中排列有772行×1547列、总数为119万个的7μm角的SPAD。在6式、7式中，Ix＝10.2mm、Iz＝5.0mm、Lmin＝2m、fd＝24mm、D＝20mm、Rx＝50μm、Rz＝50μm。

每个SPAD的光电二极管的光检测部形成为直径4.5μm的圆形，量子效率为15％。作为光学带通滤波器152，使用透过带中心波长905nm、透过带宽45nm的干涉滤光片。

在光雷达装置100组装后，进行图7的F1至F4的工序。每个受光部154具有19个(平均)暗计数大的SPAD，不使用包含这些SPAD的列。占全部列的1.2％，作为受光部154的功能来说没有问题。

(第一实施例)

接下来，在与光雷达装置100相距20m的点，将白色的壁部设为对象物，在s＝0至40、t＝0至20的范围内照射点状光B(s，t)，关于各s、t的组合进行图9所示的列、行的选择工序。并且，优选试验体的设置位置为尽可能远。若可能，优选接近最大测量距离。由此能够在最大测量距离附近确定有效的活性化区域5。上述工序在暗处进行。

其结果是，平均为Zb-Za＝5、Xb-Xa＝46。即，作为活性化区域5，有效的平均SPAD数为5×46＝230个。将平均测量数据例示出在图10中。活性化区域远小于检测到反射光信号的区域。示出将受光量的平均值以峰值归一化的分布。在确定活性化区域5时，不仅考虑20m处的强度分布，还考虑了以下两点。(1)在20m处，与对象物位于无限远的情况相比，投影区域4A的中心向左侧偏移24μm(20·24/20E3)左右，因此使活性化区域5向右侧增加三个区段(相当21μm)。(2)在最小测量距离2m处，投影区域4A的中心向左偏移216μm(20·24/2E3-20·24/20E3)，而活性化区域5的X轴方向长度没有与之相应地增加。由于在投影区域4A增大44μm(3.7·24/2E3)的基础上，活性化区域5的X轴方向长度为322μm(46×7μm)，因此即使是最小测量距离，也能够以上述活性化区域5确保一定的受光区域。在短距离处反射光强度较强，因此活性化区域5不需要覆盖整个投影区域4A。相反，若使活性化区域5增大，则在远距离的对象物的测量时，仅接受背景光的SPAD(i，j)增加，SN比降低，最大测量距离不会增长。

(第二实施例)

将所述试验体放置在与光雷达装置100相距200m的位置，将飞行时间测量的结果示出在图11中。测量在7月的晴朗日进行，背景光非常强。基于背景光的光子计数最大为14个、平均为4.0个。在200m的距离处，也能够利用最大背景光信号获得足够大的信号。在重复测量中，来自试验体的信号平均为26.7个、最多36个、最少16个。因此，作为本构成中的最大测量距离大致可以是200m。另外，在2m的最短距离处也能够顺利地检测对象物。

按照以上方式，在本构成中，利用非机械式扫描系统对点波束进行二维扫描，利用成像光学元件使反射光在距离传感器的受光部成像，在这种光雷达装置中，针对每个点波束确定受光部内的活性化区域，与光束扫描同步地选择受光部内的活性化区域。

由此，通过始终仅使点状光1的反射光2到达的受光部活性化，能够实现高SN比、最大测量距离长的光雷达装置。另外，能够放宽光雷达装置的组装精度要求，提高生产效率，降低组装成本。

〔第二实施方式〕

本实施方式的距离传感器153的构成与第一实施方式不同，其他与第一实施方式相同。

(距离传感器153a)

本构成中的距离传感器153a与距离传感器153同样地具有图4的构成，而SPADa(i，j)及其阵列构成特别是行选择部90a的构成不同。本实施例的阵列构成如图12所示，SPADa(i，j)与电源线VSPAD、行选择线Ri、列选择线Cj、列信号线OCj连接。SPADa(i，j)如图13所示，在包括光电二极管PD、晶体管Tr、脉冲输出电路96这一点上与第一实施方式(图5的SPAD(i，j))相同。主要区别在于将光电二极管PD设为检测模式的晶体管Tr的栅电极的控制方法。

在第一实施方式中通过列选择线Cj直接控制，而在本构成的SPADa(i，j)中，晶体管Tr的栅电极与存储电路M(i，j)相连，利用存储电路M(i，j)的状态进行控制。在第一实施方式中，各SPAD(i，j)以行单位、列单位进行选择，而在本构成中，能够使用存储电路M(i，j)单独选择各SPAD。因此，与第一实施方式相比，能够实现精细的活性化区域5a的设定。在第一实施方式中，SPAD的电源通过行选择线Ri供给，但在本实施例中，通过电源线VSPAD向各SPAD供给电源。对作为使SPAD活性化的开关的晶体管Tr进行控制的存储电路M(i，j)由行选择线Ri和列选择线Cj控制。存储电路M(i，j)具有一位存储器来至少存储晶体管Tr的导通或截止即可。以下考虑存储电路M(i，j)在H状态时使晶体管Tr导通，而在L状态时截止。所述存储电路M(i，j)的存储器为普通的SRAM，在点状光B(s，j)发光前，对应于活性化区域5a完成向存储电路M(i，j)的写入。向各存储元件M(i，j)的写入经由行选择线Ri和列选择线Cj进行。例如，针对某个点状光，在ToF测量结束的时刻，M(i，j)全部被重置为L状态，在点状光B(s，j)发光前，若行选择线Ri活性化时的列选择线Cj处于H状态，则M(i，j)变为H状态，若非如此维持L状态即可。因此，行选择电路90及列选择电路91只要具有普通的解码电路功能即可。按照以上方式，虽然选择性地使SPADa(i，j)活性化的方法不同，但仅使与投影区域4A重合的SPADa(i，j)活性化这一点与距离传感器153相同，能够针对每个点状光B(s，t)设定与投影区域4A对应的活性化区域5a。

活性化区域5a的设定按照图7的整体流程，但在本实施例子中，活性化区域5a的设定针对每个SPADa(i，j)进行。换言之，针对每个SPAD设定活性化区域。因此，步骤F5的内容改变。不良SPAD的排除工序按照图14所示的流程进行，活性化区域5a的设定按照图15所示的流程进行。

(与步骤F4相当的暗时SPAD特性评价)

图14是与F4相当的暗时SPAD特性评价。在该评价中，应注意使光不进入受光部154。

·首先，用户组装光雷达装置100a(步骤Fa401)，将电源接通(步骤Fa402)。K(i，j)是一位存储器，若K(i，j)＝0则表示SPADa(i，j)能够使用，若K(i，j)＝1则表示无法使用。另外，K(i，j)收容在存储器95中。

·接下来，在光雷达装置100a中，在初始状态下表示选择行的i被设定为1(步骤Fa403)。

·接下来，通过行选择电路90使行选择线Ri活性化(步骤Fa404)。

步骤Fa405至Fa412为依次对列1至m进行测试的循环。

·首先，在步骤Fa405中，通过列选择电路91选择列1。

·接下来，在步骤Fa406至Fa414中，通过列选择电路91使列选择线Cj活性化(Fa406)。由此，SPADa(i，j)被活性化，暗时的脉冲输出与CTj相乘(Fa407)，判定乘积值DCj是大于还是小于额定值(Fa408)。在大的情况下SPADa(i，j)无法使用，因此设定为K(i，j)＝1(Fa409)。若小则没有问题，因此设定为K(i，j)＝0(Fa410)。选择列编号j加1(Fa411)，跳转至Fa406。若通过Fa404至Fa412的循环针对i行进行全部列的测试，则选择行i加1(Fa413)，为了转入下一行而跳转至Fa404。在i大于n的时刻，通过Fa414的分支结束测试。

在本构成中，由于能够筛选仅暗计数多的SPADa(i，j)，因此与无法使用整列的第一实施方式相比，能够抑制不良SPAD的影响。以上这样的一连串流程由控制电路94控制。

(活性化区域的设定)

基于图15说明设定活性化区域5a的流程F5。试验体等的配置和测量条件与第一实施方式相同。为了设定与点状光B(s，t)对应的活性化区域5a而使用参数Q(i，j，s，t)。例如，若Q(i，j，s，t)＝1，则表示在点状光B(s，t)中，SPADa(i，j)包含在活性化区域5a中，若Q(i，j，s，t)＝0，则表示未包含。

·首先，用户接通光雷达装置100a的电源(步骤F701)，针对全部s、t的组合执行以下的工序。注意，优选地，该步骤在暗时执行，使得除光雷达装置100a发出的光之外的光不会入射到受光部154上。

·然后，在步骤F704至F706中，在初始状态下表示选择行的i被设定为1(F704)，设定为j＝1(F705)，此外，设定Q(i，j，s，t)＝1(F706)，针对全部j进行受光量的核查。

·然后，基于步骤F4的结果得到的K(i，j)，关于K(i，j)＝1的j列的SPADa(i，j)，由于具有暗计数不良，因此不进行受光量的核查，跳转至F713，设定为Q(i，j，s，t)＝0。在K(i，j)＝0的情况下，利用行选择电路90和列选择电路91使行选择线Ri和列选择线Cj活性化(F708)。在该状态下，向试验体照射点状光B(s，t)(F709)，接受反射光2(F710)。在此时活性化了的j列的列计数器CTj中记录基于反射光2的光子检测数。

·接下来，在步骤F711中读取CTj的计数Lj，由于在F712中在Lj小于额定值的情况下不属于活性化区域5a，因此设为Q(i，j，s，t)＝0(F713)。由此能够排除反射光2未到达的SPADa(i，j)。

·接下来，在步骤F714中使j加1(F714)，在选择列编号j小于m的情况下(F715)，跳转至F706。按照这种方式，选择暗计数的未超过规定数量且能够感测反射光2的列，将其结果记录在Q(i，j，s，t)中。

·接下来，若全部j列的核查结束，则行编号i加1(F716)，仅i＜n跳转至F705。按照这种方式，测量全部SPADa(i，j)的受光量，仅选出以规格确定的值以上的受光量的某个SPADa(i，j)。Q(i，j，s，t)蓄积在存储器95中，在点状光B(s，t)发光之前写入存储电路M(i，j)。

通过上述步骤，针对最大受光量，仅将表示大致30％以上受光量的SPADa(i，j)指定为活性化区域5a。活性化区域5a所包含的SPAD的平均数为187个。通过仅选择受光量多的部位来将活性化区域5a限定得较小，因此通过仅选择信号量多的SPAD，能够抑制背景光信号的增加，有效检测点状光的反射光，因此能够实现与第一实施方式相同的最大测量距离。

需要说明的是，也可以是，在希望削减用于存储全点状光B(s，t)的活性化区域5a的图案的存储器的情况下，仅将点状光1位于对象视野10中心情况下的活性区域图案蓄积在存储器中，关于其他扫描方向，使所述活性区域图案的中心按照下式移动。

x＝-fd·tanθx

z＝-fd·tanθz

(实施例及效果的说明)

利用与第一实施式的构成类似的构成检验效果。仅说明区别。首先，在发光元件121的正前方配置棒状透镜，将发散角抑制为10度，在光雷达装置100a的附近，点状光1b的截面形状接近圆形。其结果是，投影区域4A的Z轴方向扩张减小。

在组装了光雷达装置100a后，进行图7的F1至F4的工序。图14所示的不良SPAD排除工序的结果为，暗计数较大的SPAD为每受光部154有20个(平均)，不使用这些SPAD。不良SPAD占总SPAD的0.0017％(＝20/(772*1547))，作为受光部154的功能没有问题。

(第三实施例)

接下来，在与光雷达装置100a相距20m的点，以白色的壁部为对象物，在s＝0至40、t＝0至20的范围内照射点状光B(s，t)，针对各s、t的组合进行图15所示的列、行的选择工序。将平均受光结果例示出在图16中。填充部分是相对于峰值强度具有30％以上强度的SPAD(i，j)。与此相对，活性化区域5a为黑色框线的内部。向右侧扩大而不使左侧扩大的理由与实施方式1相同。活性化区域5所包含的平均SPAD数为108个。

在本构成中也获得了与第一实施方式同样的效果。

〔第三实施方式〕

本实施方式的距离传感器153b的构成与第一实施方式不同，其他与第一实施方式相同。

(距离传感器153b)

本构成中的距离传感器153b具有图18的构成。如图18所示，在本实施方式中，受光部的活性化区域被分割为两个。即，相互不重合的适合于远距离测量的活性化区域5f和适合于近距离测量的活性化区域5n，对应于各点状光B(s，t)而设定。换言之，适合于远距离测量的活性化区域5f和适合于近距离测量的活性化区域5n对应于扫描方向而设定。规定活性化区域的参数Q(i，j，s，t)设定两组。例如，记为Q(i，j，s，t，u)，通过u＝f或n来区分活性化区域5f和5n。点状光B(s，t)的活性化区域5f与5n相互不重合。即，不会出现Q(i，j，s，t，f)＝Q(i，j，s，t，n)＝1。

与设置两个活性化区域相对应，优选距离测量系统也设置两个。换言之，距离传感器153b具有与多个活性化区域5f、5n一一对应的多个距离测量系统(由总和电路92b和距离计测单元93b构成的ToFf及由总和电路92c和距离计测单元93c构成的另一ToFn)。即，如图18所示，总和电路92b和距离计测单元93b基于来自活性化区域5f的信号求算飞行时间，总和电路92c和距离计测单元93c基于来自活性化区域5n的信号求算飞行时间。

对来自活性化区域5n的信号进行处理的距离测量系统ToFn(总和电路92c和距离计测单元93c)由于对到对象物3的距离较近的情况进行测量，因此优选更精密地进行距离测量。因此，优选提高时间分辨率，即，优选使ΔT更小。若到对象物3的距离较近，则反射光2的强度也较高，因此即使减小ΔT，信号强度也不会显著减弱。

对来自活性化区域5f的信号进行处理的距离测量系统ToFf(总和电路92b和距离计测单元93b)由于测量到对象物3的距离较长的情况，因此反射光2的强度减弱。因此，捕捉对象物3为最优先课题，即使牺牲了一定的距离分辨率(即，时间分辨率)也要提高检测灵敏度。即，优选通过增大ΔT来改进SN比。按照这种方式，通过在ToFn和ToFf中改变时间分辨率，能够在短距离处提高距离分辨率，同时通过使远处的对象物也容易被捕捉而增大最大测量距离。关于ToFn与ToFf的区别，不仅是时间分辨率，也可以是改变灵敏度这样的其他变更。例如，能够通过改变对SPADc(i，j)的晶体管Tr施加的栅极电压，使ToFn的灵敏度低于ToFf，从而抑制由反射光2的强度增大产生的信号超溢。

(效果的说明)

通过使两个活性化区域和两个距离测量系统并排移动，从而无论是在对象物位于远处还是位于附近的情况下，均能够实现高精度的距离测量。特别是，通过将远距离与短距离的信号处理分开，使各自的距离测量算法最优，从而能够提高测量表现。

(活性化区域5f与5n的关系)

将受光部154上的活性化区域5f与5n的关系示出在图17及18中。在这里，示出为了提高水平方向的分辨率而成为椭圆状的情况，即，将端面发光激光器元件的活性层与Z轴平行配置，使照射区域4及投影区域4A沿Z轴方向伸长。因此，如图17所示，活性化区域5f与5n沿其短边方向彼此相邻。另外，对光雷达装置100b附近的点状光1被整形为大致圆形的情况进行处理。如图17所示，来自位于最大测量距离Lmax的对象物3f的反射光2f投影为投影区域4Af。其直径和中心坐标如下表示。 和分别表示长径的长度(Z轴方向)和短径的长度(X轴方向)。

zf＝-fd·tanθz(根据5式)

另一方面，来自位于最小测量距离Lmin的对象物3n的反射光2n投影为投影区域4An，其直径和中心坐标如下表示。

xn＝-fd·tanθx-D·fd/Lmin(根据4式)

zn＝-fd·tanθz(根据5式)

即，相对于投影区域4Af，投影区域4An向X轴负方向(相对于受光系统140，点状光照射部110所在方向的相反方向)偏移D·fd/Lmin，直径增大若对象物3从最大测量距离Lmax移动至最小测量距离Lmin，则投影区域4A的中心从投影区域4Af的中心移动至投影区域4An的中心。移动距离大致为D·fd/Lmin。投影区域4A的直径增大

活性化区域5f与5n相互不重合。活性化区域5f必须与投影区域4Af重合，活性化区域5n必须与投影区域4An重合。因此，将二者切换的边界的距离设为Lb，设定为活性化区域5f覆盖从Lmax到Lb为止的的投影区域4A，活性化区域5n覆盖从Lb到Lmin为止的投影区域4A。活性化区域5f和5n的X轴方向的长度ΔXf和ΔXn大致以下式表示。

ΔXf＝α·U·fd/fc+D·fd/Lb (8式)

ΔXn＝α·U·fd/fc+D·fd/Lmin-D·fd/Lb (9式)

其中，α为1至3左右的常数。投影区域4A的大小为半值宽度，活性化区域大于投影区域4A的半值宽度，因此是用于对二者的差进行修正的常数。实际的活性化区域5f与5n的宽度需与SPAD(i，j)的大小的整数倍一致，因此ΔXf和ΔXn的值调整为SPAD(i，j)尺寸的整数倍。α的值由投影区域4A的光强度分布或SPAD(i，j)的大小决定，在这里设为α＝1.75。作为Lb，例如针对最大测量距离Lmax，设定受光强度提高一阶的距离Lb＝Lmax/√10。在Lmax＝100m、Lmin＝1m、U＝10μm、fd＝24mm、fc＝20mm、D＝20mm的情况下，Lb＝31.6m、ΔXf＝35μm、ΔXn＝483μm。

活性化区域5f和5n的Z轴方向的长度ΔZf和ΔZn只要是至少能够覆盖的长度即可。通过使ΔZn更大，能够使受光量增加，但若变为较短距离，无需为了增加受光量而按照上述方式处理。

(活性化区域5f和5n的设定方法的一例)

以下说明活性化区域5f和5n的设定方法的一例。首先，将试验体放置在最大测量距离，照射点状光B(s，t)，按照在第二实施方式中说明的方法确定活性化区域5p。然后，将试验体放置在距离Lb，同样地确定活性化区域5q。然后，将试验体放置在距离Lmin，同样地确定活性化区域5r。然后，作为活性化区域5f按照包含整个活性化区域5p并包含直到活性化区域5q中央的方式设定。活性化区域5n按照包含从活性化区域5q的中央到活性化区域5r中央的方式设定。

该方法需针对每个点状光B(s，t)进行三次试验，因此耗费时间。为了缩短设定时间，例如也可以仅测量活性化区域5q，以其中心为基准，在X轴正侧设定活性化区域5f，在X轴负侧设定活性化区域5n。各自的X轴方向的宽度也可以由使用8式和9式的计算值决定。另外，Z轴方向的长度也可以与活性化区域5q相同。

控制电路94优选具有根据通过活性化区域5f和5n测量到的飞行时间Tf和Tn来确定作为距离传感器153b的输出的处理步骤。例如，若2·Lmax/c≥Tf≥2·Lb/c则输出Tf。若2·Lmin/c≤Tn≤2·Lb/c则输出Tn。若Tf＞2·Lmax/c或Tn＜2·Lmin/c则无法测量。问题在于2·Lmax/c≥Tf≥2·Lb/c且2·Lmin/c≤Tn≤2·Lb/c的情况。这种情况会出现在附近有透明物体且远处也有其他物体的情况下。可以输出Tf和Tn双方，或者关注较近的对象物而仅输出Tn。另一方面，认为在Tf与Tn为较接近的值的情况下，虽然捕捉相同的对象物但会因测量误差而得出不同的结果，因此也可以关注对象物较近的可能而输出Tn。

按照这种方式，作为远处用的活性化区域5f，选择对于位于最大测量距离的对象物3f而言最适合的区域，从而能够增大最大测量距离。为了提高X轴方向的解像度，在使投影区域4A的短径方向与X轴一致的情况下，投影区域4A的由到对象物3的距离引起的移动距离远大于短径的长度，因此若要以一个活性化区域覆盖全部测量距离，则需要非常大的活性区域。其结果是，与远距离处的投影区域4Af不重合的活性化区域的面积非常大，背景光受光量增加而SN比降低，最大测量距离减小。根据本构成，能够避免这种课题，增大最大测量距离。

在本构成中，说明了具有活性化区域的情况，但同样地，也可以扩展至具有三个或四个活性化区域的情况。虽然用于求算距离的电路增加，但针对各活性区域负责的距离带最优化，因此也能够提高距离的测量精度，增大最大测量距离。

注意，尽管第三实施方式描述了使用距离传感器的ToF测量方法的光雷达装置100b，但是使用频率调制距离测量等的另一距离测量来构造如其他第三实施方式的多距离测量系统并不困难。具有光雷达装置100b的多个活性化区域的距离传感器153b可以使用除ToF测量之外的其他距离测量方法。

〔总结〕

本发明第一方案的光雷达装置(100)包括：点状光照射部(110)，其将点状光(1)以扫描方式向对象视野(10)内照射；以及受光系统(140)，其接受点状光(1)的由位于对象视野(10)内的对象物(3)反射的反射光(2)，受光系统(140)至少包括成像光学元件(151)和具有受光部(154)的距离传感器(153)，利用成像光学元件(151)将对象视野(10)投影到受光部(154)，距离传感器(153)对应于点状光(1)的扫描而在受光部(140)的局部设定活性化区域(5)，使用来自活性化区域(5)的信号测量到对象物(3)的距离。

根据上述构成，能够在非机械扫描式光雷达装置中实现不减小最大测量距离而成本降低了的光雷达装置。

本发明第二方案的光雷达装置(100)也可以是，在上述第一方案的基础上，点状光照射部(110)将点状光(1)以二维扫描的方式向对象视野(10)内照射。

根据上述构成，能够可靠地照射整个对象视野(10)。

本发明第三方案的光雷达装置(100)也可以是，在上述第一或第二方案的基础上，点状光照射部(110)具有非机械扫描部(123)。

根据上述构成，由于不需要机械机构就能够照射对象视野，因此有利于光雷达装置的小型化和成本降低。

本发明第四方案的光雷达装置(100)也可以是，在上述第一至第三方案中任一方案的基础上，距离传感器(153)针对每个扫描方向将活性化区域(5)设定为一个区域。

根据上述构成，能够恰当地设定希望的活性化区域。

本发明第五方案的光雷达装置(100)也可以是，在上述第一至第四方案中任一方案的基础上，距离传感器(153)针对各扫描方向设定多个活性化区域(5)，多个活性化区域(5)相互不重合。

根据上述构成，通过具有多个活性化区域，无论是在对象物位于远处还是位于附近的情况下，均能够进行高精度的飞行时间测量。

本发明第六方案的光雷达装置(100)也可以是，在上述第五方案的基础上，距离传感器(153)具有与多个活性化区域(5)一一对应的多个距离测量系统。

根据上述构成，通过具有多个距离测量系统，从而无论是在对象物位于远处还是位于附近的情况下，均能够实现高精度的飞行时间测量。

本发明第七方案的光雷达装置(100)也可以是，在上述第五或第六方案的基础上，根据距离传感器(153)设定的多个活性化区域(5)至少包含远距离用和近距离用两种。

根据上述构成，通过分割为远距离和短距离的信号处理，从而能够使各自的飞行时间测量算法最优化，提高测量表现。

本发明第八方案的光雷达装置(100)也可以是，在上述第一至第七方案中任一方案的基础上，距离传感器(153)预先存储有活性化区域(5)。

根据上述构成，能够仅测量希望的活性化区域内的光检测元件。

本发明第九方案的光雷达装置(100)也可以是，在上述第一至第八方案中任一方案的基础上，活性化区域(5)不包含不良部。

根据上述构成，通过将无法感测的受光检测元件排除，能够避免受光量变化，提高检测精度。

本发明第十方案的光雷达装置(100)也可以是，在上述第一至第九方案中任一方案的基础上，受光部(154)由以阵列状配置的光检测元件构成。

根据上述构成，受光部能够始终以所需最低限的光检测元件覆盖投影区域。

本发明第十一方案的光雷达装置(100)也可以是，在上述第十方案的基础上，活性化区域(5)以所述阵列状的行和列单位设定。

根据上述构成，能够更高精度地选择各光检测元件。

本发明第十二方案的光雷达装置(100)也可以是，在上述第十方案的基础上，活性化区域(5)针对每个所述光检测元件设定。

根据上述构成，能够更高精度地选择各光检测元件。

本发明第十三方案的光雷达装置(100)也可以是，在上述第十至第十二方案中任一方案的基础上，距离传感器(153)具有对来自所述SPAD的脉冲输出进行加算的二进制计数器。

根据上述构成，能够利用二进制计数器恰当地对来自SPAD的脉冲输出进行加算。

应知本次公开的实施方式及实施例在各方面均为例示，并非作出限制。本发明的范围由而权利要求书表示而并非上述说明，旨在包含与权利要求书等同含义及范围内的全部变更。

附图标记说明

1、1a、1b、1c 点状光

2、2a、2b、2c、2d 反射光

3、3a、3b、3c、3d 对象物

4、4a、4b、4c、4d 照射区域

4A、4Aa、4Ab、4Ac、4Ad、4An、4Af 投影区域

5、5a、5n、5f 活性化区域

10 对象视野

90 行选择部

91 列选择部

92、92b、92c 总和电路

93、93b、93c 距离计测单元

94 控制电路

95 存储器

100、100a、100b 光雷达装置

110 点状光照射部

120 驱动电路

121 发光元件

122 准直透镜

123 扫描部

141 受光系统电源

151 成像光学元件

152 光学带通滤波器

153、153a、153b 距离传感器

154 受光部

160 控制电路

400 外部系统

Claims (18)

1.一种光雷达装置，包括：点状光照射部，其将点状光以扫描的方式向对象视野内照射；以及

受光系统，其接受所述点状光的由位于所述对象视野内的对象物反射的反射光，

所述光雷达装置的特征性在于，

所述受光系统至少包括：

成像光学元件；以及

距离传感器，其具有受光部，

利用所述成像光学元件将所述对象视野投影到所述受光部上，

所述距离传感器对应于所述点状光的扫描，在所述受光部的局部设定活性化区域，

使用来自所述活性化区域的信号测量到所述对象物的距离。

2.根据权利要求1所述的光雷达装置，其特征在于，

所述点状光照射部将所述点状光以二维扫描的方式向所述对象视野内照射。

3.根据权利要求1或2所述的光雷达装置，其特征在于，

所述点状光照射部具有非机械扫描部。

4.根据权利要求1或2所述的光雷达装置，其特征在于，

所述距离传感器针对每个扫描方向将所述活性化区域设定为一个区域。

5.根据权利要求1或2所述的光雷达装置，其特征在于，

所述距离传感器在各扫描方向上设定多个所述活性化区域，所述多个活性化区域相互不重合。

6.根据权利要求5所述的光雷达装置，其特征在于，

所述距离传感器具有与所述多个活性化区域一一对应的多个距离测量系统。

7.根据权利要求5所述的光雷达装置，其特征在于，

通过所述距离传感器设定的所述多个活性化区域至少包含远距离用和近距离用两种。

8.根据权利要求5所述的光雷达装置，其特征在于，

所述多个活性化区域沿着其短边方向彼此相邻。

9.根据权利要求1所述的光雷达装置，其特征在于，

所述距离传感器预先存储有所述活性化区域。

10.根据权利要求1所述的光雷达装置，其特征在于，

所述活性化区域不包含不良部。

11.根据权利要求1所述的光雷达装置，其特征在于，

所述受光部由以阵列状配置的光检测元件构成。

12.根据权利要求10所述的光雷达装置，其特征在于，

所述活性化区域以所述阵列状的行和列单位设定。

13.根据权利要求10所述的光雷达装置，其特征在于，

所述活性化区域针对每个所述光检测元件设定。

14.根据权利要求10所述的光雷达装置，其特征在于，

所述光检测元件为SPAD。

15.根据权利要求10所述的光雷达装置，其特征在于，

所述距离传感器具有对来自所述SPAD的脉冲输出进行加算的二进制计数器。

16.根据权利要求1所述的光雷达装置，其特征在于，

在所述点状光照射部和所述受光系统彼此对准的方向上的所述受光部的尺寸大于在所述受光部上的对象视野的尺寸至少为(i)在所述光雷达装置的最短测量距离处对应于物体上的照射区域的投影区域的尺寸和(ii)D·f/Lmin的总和，其中D表示所述点状光照射部和所述受光系统之间的距离，fd表示所述成像光学元件的焦距，Lmin表示最短测量距离。

17.根据权利要求1所述的光雷达装置，其特征在于，

在所述点状光照射部和所述受光系统彼此对准的方向上的所述受光部的尺寸大于在所述受光部上的对象视野的尺寸至少为在所述光雷达装置的最短测量距离处对应于物体上的照射区域的投影区域的尺寸。

18.根据权利要求1所述的光雷达装置，其特征在于，

所述活性化区域包含在所述受光部上与光对应的对象的投影区域中。