CN112219131A - 光学测距装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学测距装置及其方法。在规定的时机驱动光源，并使来自光源(35)的光向空间的规定范围进行照射，通过受光元件(50)检测与照射的光对应的反射光。SPAD运算部(100)对与该反射光对应的检测信号进行处理，并提取与来自对象的反射光对应的峰值信号。此时，根据从照射部(30)进行的光源(35)的驱动到峰值信号的输出为止的时间，测定直到对象的距离。此时，根据峰值信号的状态，变更直到对象为止的距离测定的性能。由此，光学检测直到对象为止的距离时的灵敏度变得适当。

Description

光学测距装置及其方法

相关申请的交叉引用

本申请基于2018年6月6日在日本申请的专利申请第2018-108321号，并享有其优先权的利益，该专利申请的全部内容通过参照而引入本申请说明书中。

技术领域

本公开涉及光学测定距离的技术。

背景技术

近年来，关于车辆的驾驶，为了避免碰撞、自动驾驶等，而要求高速地测定直到对象物的距离的技术。作为这样的光学测定距离的技术之一，存在照射激光等，并测量直到该光的反射光返回来为止的时间，由此测定距离的技术(以下，将“测定距离”简称为“测距”)。在反射光的检测中，要求较高的响应性与优良的检测能力，因此作为受光元件，大多使用雪崩光电二极管(APD)、PIN光电二极管。

若向APD入射反射光(光子)，则生成电子·空穴对，电子与空穴分别在高电场被加速，依次引起碰撞电离而生成新的电子·空穴对(雪崩现象)。这样，APD能够放大光子的入射，因此在像远处的对象物那样反射光的强度变小的情况下，大多使用APD。APD的工作模式包括在低于击穿电压的反向偏置电压下工作的线型模式与在高于击穿电压的反向偏置电压下工作的盖革模式。在线型模式下，从高电解区出现并消失的电子·空穴对的数量比所生成的电子·空穴对的数量大，从而电子·空穴对的崩解自然停止。因此，来自APD的输出电流与入射光量大致成比例。

另一方面，在盖革模式下，即使是单一光子的入射也能够引起雪崩现象，因此能够进一步提高检测灵敏度。往往将在这种盖革模式下工作的APD称为单光子雪崩二极管(SPAD：Single Photon Avalanche Diode)。在使用SPAD的高速测距装置中，例如，如日本特开2014-77658号公报所示，朝向对象照射激光等光，利用SPAD以高灵敏度检测其反射光。通过测量从激光的照射到检测出反射光为止的时间，能够检测直到对象的距离。将该时间称为Time Of Flight(TOF)。

在这样的光学测距技术中，准备将SPAD等受光元件排列成二维阵列的受光面，向该受光面上入射朝向对象照射的激光等的反射光。入射光的强度、S/N比等根据进行测距的条件而大幅变化。即、反射光的动态范围相当宽。因此，因情况不同，而存在导致射出照射光的激光元件、接收反射光的受光元件的能力(例如光输出、灵敏度等)与测距所要求的性能相比过度或不足的问题。

性能的过度或不足不仅给测距的精度带来影响，还给激光元件的寿命、检测时间的长短带来影响。例如，若为了从远方的对象物也能够得到充分的反射光强度而预先提高来自激光元件的照射光的照射强度，则激光元件的寿命与照射强度较低的情况相比通常变短。或者，若欲在一次的测距中的S/N比很低的状态下高精度地进行测距而增加受光次数，则S/N比得到改善，但导致测距所需的时间变长。

发明内容

本公开能够作为以下方式来实现。

本公开的光学测距装置检测直到对象的距离。该光学测距装置具备：照射部，其在规定的时机驱动光源，并使来自上述光源的光向空间的规定范围进行照射；受光部，其具备检测与上述照射的光对应的反射光的受光元件，并输出与上述检测出的上述反射光对应的检测信号；信号处理部，其处理上述检测信号，并提取与来自上述对象的反射光对应的峰值信号；测定部(110、112)，其根据从上述照射部进行的上述光源的驱动到上述提取出的上述峰值信号为止的时间，测定直到上述对象的距离；以及调整部，其根据上述信号处理部输出的上述峰值信号的状态，将对直到上述对象为止的距离测定的性能进行变更的调整信号输出至上述照射部、上述受光部以及上述信号处理部中的至少一个。

根据该光学测距装置，调整部根据对受光部输出的检测信号进行处理而得到的峰值信号的状态，将对直到对象为止的距离测定的性能进行变更的调整信号输出至照射部、受光部以及信号处理部中的至少一个，因此能够根据检测信号的状态变更距离测定的性能。因此，能够将距离测定的性能设定为所希望的状态。此外，本公开的内容也能够作为光学测距方法来实施。

附图说明

图1是表示第一实施方式的光学测距装置的简要结构的简要结构图。

图2是示意性地示出第一实施方式的光学测距装置的光学系统的说明图。

图3是以第一实施方式的光学测距装置的SPAD运算部为中心的功能模块图。

图4是表示第一实施方式的受光元件检测出的检测信号的处理的说明图。

图5A是表示通过第一次的照射而得到的直方图的一个例子的说明图。

图5B是表示通过直到第二次的照射为止而得到的直方图的一个例子的说明图。

图5C是表示通过直到第三次的照射为止而得到的直方图的一个例子的说明图。

图6A是表示距离测定时的累计直方图的一个例子的说明图。

图6B是表示与作为噪声的干扰光对应的累计直方图的一个例子的说明图。

图7是表示第一实施方式的光学测距装置中的灵敏度调整处理程序的流程图。

图8是表示峰值强度图像的一个例子的说明图。

图9是表示第一实施方式中的灵敏度设定处理程序的流程图。

图10是表示受光模块内的检测像素与休止像素的一个例子的说明图。

图11是表示受光模块内的检测像素与休止像素的另一个例子的说明图。

图12是表示受光模块内的检测像素与休止像素的另一个例子的说明图。

图13是表示第二实施方式中的灵敏度设定处理程序的流程图。

图14是表示分割为多个区域的一个例子的说明图。

图15是表示分割为多个区域的另一个例子的说明图。

图16是表示分割为多个区域的另一个例子的说明图。

图17表示反射光被反射镜反射并进入受光部的状况的说明图。

图18是例示反射镜在规定的时机旋转，而不使反射光进入受光部的结构的说明图。

具体实施方式

A.第一实施方式：

(1)整体的简要结构：

如图1、图2所示，第一实施方式的光学测距装置20构成为具备：朝向进行距离的测定的对象照射激光并接收其反射光的光学系统30、排列多个受光元件50而成的受光阵列40、使用来自受光阵列40的输出进行测距运算的SPAD运算部100、及对上述光学系统30、受光阵列40、SPAD运算部100进行控制的控制部80。作为成为测距的对象的对象物，在车载光学测距装置20的情况下，假设为其他车辆、行人、障碍物等各种对象物。在图1中，将它们表示为附图标记OBJ1～OBJ3，在图2中集中表示为附图标记OBJ。

第一实施方式的光学系统30包括照射测距用的光的照射部，具备：输出激光的激光元件35、反射该激光并变更方向的反射镜31、使反射镜31旋转的马达34、将来自对象物OBJ的反射光聚光并引导到受光阵列40上的透镜36等。从激光元件35射出的光在图2中由单线描绘，但实际上沿着反射镜31的旋转轴方向(以下，为了方便而称为纵向)以角度θ扩展。反射镜31通过马达34而高速旋转，因此从激光元件35射出的激光与反射镜31的旋转角度对应地改变行进方向，其结果，相对于与马达34的旋转轴垂直的方向(以下，为了方便而称为水平方向)，以激光扩展的宽度进行扫描。反射镜31是仅在单面形成反射面的表面反射镜，原理上，能够在上述水平方向上进行180度的扫描，但由于光学系统30被收纳在壳体(未图示)内，因此受到激光的出口的宽度的限制，从而能够对规定范围进行扫描。能够扫描到的空间的规定范围是如上由光学系统30的结构规定的范围。此外，在马达34内置有用于检测旋转的原点位置的未图示的原点检测传感器，控制部80能够根据检测出马达34的原点位置的时机与马达34的转速，知晓正在扫描的空间的规定范围内的当前的扫描位置。

被反射镜31反射而向进行测距的范围照射的激光SL若被对象物OBJ反射，则通常在对象物OBJ的表面发生漫反射，因此其一部分返回到入射的方向。返回到照射光的方向的反射光朝向与照射光相反的方向，被反射镜31反射而向透镜36入射，并被透镜36聚光而到达受光阵列40上，从而形成与照射的激光的宽度及纵向的扩展对应的形状的像RS。该像RS在受光阵列40上的位置由光学系统30的对准规定。

从激光元件35发出的光在光学测距装置20与对象物OBJ之间往复，但由于激光的往复时间极短，因此视为即使在反射光返回到反射镜31的时刻，反射镜31的旋转角度也不变化。因此，如图1所示，被对象物OBJ反射的光在与从激光元件35到对象物OBJ的光路同轴的路径上反向行进而返回。因此，往往将这样的光学系统30称为同轴光学系统。

如图2所示，在受光阵列40纵横排列有多个受光元件50。将排列有受光元件50的范围称为受光区域。如后所述，来自各受光元件50的信号被处理为图像，因此往往将受光元件50称为形成与受光阵列40对应的大小的图像的像素。

使用图3～图6B，对SPAD运算部100的反射光检测的构造进行说明。受光阵列40排列有H×V像素大小的受光元件50，在其上形成有基于反射光的像RS。该像RS是来自利用激光进行扫描的区域的反射光，反射镜31旋转，因此来自扫描对象区域的一端到另一端的范围的反射光与依次到达的光对应。并且，如果在特定的扫描位置考虑，则来自较近的位置的对象物OBJ的反射光到达受光元件50的时间比来自远方的对象物OBJ的反射光到达受光元件50的时间快。因此，在特定的扫描位置，根据直到检测反射光为止的时间的长短，能够知晓直到存在于该扫描位置的对象物OBJ的距离。

受光元件50使用雪崩二极管，其结构虽如后所述，但若接受反射光，则输出脉冲信号。受光元件50输出的脉冲信号被输入到SPAD运算部100。SPAD运算部100相当于信号处理部以及测定部，根据从激光元件35的发光到脉冲信号的接收为止的时间，测定直到对象物OBJ的距离。欲通过受光阵列40检测的反射光处理为入射到H×V像素大小的受光元件50的全部的光，但反射光也可以仅入射到由光学系统30的设定规定的特定范围。

各受光元件50的等效电路示于图4。如图所示，各受光元件50在电源Vcc与接地线之间串联连接淬灭电阻器Rq与雪崩二极管Da，将其连接点的电压输入作为逻辑运算元件之一的反转元件INV，转换为电压电平反转的数字信号。反转元件INV的输出与“与”电路SW的一方的输入连接，因此若另一方的输入成为高电平H，则保持原样地输出到外部。“与”电路SW的另一方的输入的状态能够根据选择信号SC进行切换。选择信号SC用于指定读出来自受光阵列40的哪个受光元件50的信号，因此往往称为地址信号。此外，当在线型模式下使用雪崩二极管Da，并将其输出保持模拟信号的状态不变地处理的情况等下，只要使用模拟开关来代替“与”电路SW即可。

若光没有入射到受光元件50，则雪崩二极管Da保持为非导通状态。因此，反转元件INV的输入侧保持为经由淬灭电阻器Rq被上拉的状态，即保持为高电平H。因此，反转元件INV的输出保持为低电平L。若光从外部入射到各受光元件50，则雪崩二极管Da通过入射的光(光子)而成为通电状态。其结果，经由淬灭电阻器Rq流过较大的电流，从而反转元件INV的输入侧暂时成为低电平L，反转元件INV的输出反转为高电平H。经由淬灭电阻器Rq流过较大的电流的结果，施加于雪崩二极管Da的电压降低，因此向雪崩二极管Da的电力供给停止，从而雪崩二极管Da恢复为非导通状态。其结果，反转元件INV的输出信号也反转而返回低电平L。结果，若光(光子)入射到各受光元件50，则反转元件INV在极短时间内输出成为高电平的脉冲信号。因此，若与各受光元件50接收光的时机一致地，使地址信号SC成为高电平H，则“与”电路SW的输出信号，即来自各受光元件50的输出信号Sout反映雪崩二极管Da的状态。

以上说明的各受光元件50构成为以盖革模式进行工作，因此作为反射光，仅一个光子入射就能够对其进行检测，但返回到光学系统30的反射镜31方向的光限于在对象物OBJ的表面漫反射的光的极少一部分。因此，即使在激光进行的扫描的方向上存在对象物OBJ，相对于从激光元件35射出的1个脉冲也未必检测到反射光。因此，受光元件50进行的反射光的检测是随机的。SPAD运算部100使用来自仅能随机地检测反射光的受光元件50的输出信号Sout，实施统计处理来检测反射光。

如图4所示，第一实施方式的受光阵列40将纵横排列H×V个的受光元件50按照7×7的受光元件50汇总为受光模块60。各模块内的受光元件50的数量只要为多个，则多少都可以。另外，纵横的排列数只要至少一方为多个即可。

来自属于受光阵列40的各受光模块60的受光元件50的输出信号Sout被输入SPAD运算部100。如图3所示，SPAD运算部100具备模块内加法器103、直方图生成器104、N次加法器106、峰值检测器108、距离运算器110以及图像生成器112。

模块内加法器103仅设置受光阵列40中的受光模块60的数量，在本实施方式中，来自7×7个的受光元件50的输出信号Sout被输入对应的模块内加法器103。各模块内加法器103将接收到的来自多个受光元件50的输出信号Sout相加。模块内加法器103相加而得的结果被输入直方图生成器104，进一步在N次加法器106中被相加。直方图生成器104每当激光元件35的一次照射，便生成与各模块对应的直方图。N次加法器106将直方图生成器104生成的直方图相加N次，并将相加结果存储于直方图存储器。

该直方图的一个例子示于图5A～图5C。图5A对应于来自激光元件35的一次照射，通过模块内加法器103将来自一个受光模块60内的多个受光元件50的输出信号相加，并表示为直方图。来自一个受光模块60所包含的7×7的受光元件50的输出信号Sout在时间轴上的某个时机被检测出。该时机是在各受光元件50中检测出入射到受光模块60的反射光的时机，虽将与生成反射光的对象物OBJ的位置对应的时机设为峰值，但受到噪声等的影响会产生偏差。

在本实施方式中，进行N次这样的直方图的生成，并通过N次加法器106将它们相加。图5B表示进行了第二次的照射与受光的结果得到的直方图，图5C表示进行了第三次的照射与受光的结果得到的直方图。这样，将叠加的直方图称为累计直方图Dsum。若使N次的检测结果叠加，则干扰光引起的脉冲信号随机产生，与此相对，基于来自特定的部位的反射光的脉冲信号在特定的时机产生，因此在累计直方图Dsum出现峰值。累计直方图Dsum的一个例子示于图6A。在图6A中，使N次的检测结果叠加的结果，明确在时间tof存在峰值PK。该峰值PK的大小存在适当的范围。在图6A中，示出了适当范围的上限值TH与下限值TL。将上限值TH与下限值TL的差分表示为ΔT。关于将峰值PK的累计直方图Dsum保持在适当范围的控制，之后详细说明。

另外，根据图6A，能够理解即使在该峰值PK以外的时机，也生成累计直方图Dsum。该峰值PK以外的直方图是检测出干扰光等噪声的结果。图6B例示了在光学测距装置20的前方完全不存在对象物OBJ，而无法得到峰值PK的情况下的直方图生成器104的检测状况。能够求出此时的累计直方图Dsum的平均值，即噪声Dsum平均值。关于噪声Dsum平均值的利用，也在之后详细说明。

虽也可能产生在一次的检测中无法检测出光子的情况，但通过将相对于N次激光脉冲的照射的反射光峰值的检测叠加，即通过实施求出累计直方图Dsum这样的统计处理，能够明确地检测出来自对象物OBJ的反射光。如图6A所示，从激光元件35的发光脉冲到峰值为止的时间tn是从激光元件35照射的光到对象物OBJ往复所需的时间，因此根据该时间tn能够知晓直到对象物OBJ的距离。峰值检测器108通过读取作为N次加法器106相加的结果的累计直方图Dsum，而提取各个受光模块60的峰值，并将其作为峰值信号进行输出。以上说明的模块内加法器103、直方图生成器104、N次加法器106以及峰值检测器108作为信号处理部发挥功能。

峰值检测器108提取出的峰值信号被输出到距离运算器110。距离运算器110使用峰值信号的时间tn检测直到对象物OBJ的距离D。图像生成器112使用距离运算器110的运算结果生成峰值强度图像Ipk与距离图像Id。距离运算器110以及图像生成器112作为测定部发挥功能。

图像生成器112将生成的峰值强度图像Ipk与距离图像Id输出到外部。峰值强度图像Ipk是绘制峰值检测器108在光学系统30扫描的规定范围内检测出的峰值的大小(强度)而成的图像，图像生成器112输出与该峰值强度图像Ipk对应的图像信号。峰值强度图像Ipk被输出到控制部80。另外，距离图像Id是绘制距离运算器110在光学系统30扫描的规定范围内求出的距离D而成的图像，图像生成器112将与该距离图像Id对应的图像信号输出到外部。外部的设备使用该距离图像Id，明确直到车辆前方的对象物OBJ的距离，从而利用于回避障碍物等的控制。

对从SPAD运算部100接收峰值强度图像Ipk的控制部80进行说明。控制部80具备：担负整体的处理的CPU81、存储CPU81所执行的程序、运算用的数据或者运算结果等的存储器82、在与外部之间进行信号的输入输出的输入输出部90等。CPU81、存储器82、输入输出部90等通过总线相互连接，而自由地交换数据。输入输出部90作为输入信号，而输入来自图像生成器112的峰值强度图像Ipk。另外，输入输出部90输出相对于N次加法器106的调整信号CT1、相对于模块内加法器103的调整信号CT2、相对于受光阵列40的灵敏度调整信号SS1以及SS2、相对于激光元件35的输出调整信号LP等的输出信号。

其中，调整信号CT1是提供N次加法器106中的相加次数N的信号。控制部80通过后述的处理，求出峰值PK进入上限值TH与下限值TL之间那样的N次加法器106中的适当的相加次数N，并通过调整信号CT1将其指示给N次加法器106。另外，控制部80通过灵敏度调整信号SS1调整受光阵列40中的受光元件50的灵敏度，并且通过输出调整信号LP调整激光元件35的输出强度。另外，控制部80通过调整信号CT2调整在模块内加法器103中相加的像素数、或者通过灵敏度调整信号SS2调整在受光模块60内检测反射光的受光元件50的数量。这5种信号可以仅使用任一种，也可以使用任意两种的组合，还可以将这五种全部使用。或者也能够与其他信号组合。

(2)灵敏度调整处理：

根据以上说明的硬件结构，使用图7对光学测距装置20执行的灵敏度调整处理进行说明。若光学测距装置20被启动，则进行必要的初始化处理后，进行测距，并且反复执行图7所示的灵敏度调整处理程序。测距通过接下来的动作而进行：使激光元件35发光，通过受光阵列40的受光元件50检测来自对象的反射光，基于直到检测出的时间，求出直到对象的距离。进行该测距的处理，并且执行图7所示的灵敏度调整处理程序。若该灵敏度调整处理程序被启动，则首先进行图像位置的指定(步骤S100B)。图像位置的指定是指定从驱动光学系统30对规定的空间进行扫描由此得到的峰值强度图像Ipk读出的读出位置。图8示出了峰值强度图像Ipk的一个例子。处理从峰值强度图像Ipk的最前头(图示左上)开始依次进行。图像位置的指定在图8的例子中，首先从左上的图像位置G11沿纵向(从车辆观察为垂直方向)前进到G21、G31…，若纵向的指定完成，则沿横向(从车辆观察为水平方向)移动，从图像位置G12再次重复。

若进行图像位置的指定，则接着进行从图像生成器112读取峰值强度图像Ipk的读取处理(步骤S200)与灵敏度检测处理(步骤S300)，然后，进行针对全部图像位置的处理是否已完成的判断(步骤S100E)。若针对全部图像位置的处理未完成，则返回到步骤S100B重复处理。因此，在针对全部图像位置的处理完成之前，重复上述的步骤S200与S300。

第一实施方式中的峰值强度图像Ipk读取处理(步骤S200)是从图像生成器112输出的峰值强度图像Ipk读取被指定的图像位置的数据的处理，灵敏度检测处理(步骤S300)是基于该数据求出包含光学系统30与SPAD运算部100的总的灵敏度的处理。具体而言，包含光学系统30与SPAD运算部100的总的灵敏度能够基于图6A所示的峰值PK的累计直方图Dsum的值、图6B所示的噪声的累计直方图Dsum的平均值而决定。

灵敏度能够进行各种定义，但例如，能够将欲取出的信号的灵敏度设为信号本身的大小即S值，并如下式1那样进行定义。

S值＝(Spk+Npk)-Nav…式1

这里，(Spk+Npk)相当于图6A所示的峰值PK的累计直方图Dsum。Spk是峰值中的真正的累计直方图，Npk是峰值中的噪声成分的累计直方图。将两者相加是因为，即使是图6A所示的峰值PK，也包含噪声成分。另外，如图6B所示，式1中的Nav是噪声的累计直方图Dsum的平均值。通过式1，能够求出欲取出的信号的大小S。

或者，也能够如下式2那样进行定义。

S/N值＝{(Spk+Npk)-Nav}/√(Nav)…式2

S/N值不是信号的强度本身，而是表示相对于噪声具有何种程度的差异。作为灵敏度，能够使用这样的S值或S/N值等。因此，通过针对全部图像位置的峰值强度图像Ipk的读取处理(步骤S200)与灵敏度检测处理(步骤S300)，如上所述求出全部图像位置G11、G21、…Gmn的灵敏度，并将其存储于存储器82。使用这样求出的灵敏度，接着进行灵敏度设定处理(步骤S400)。

使用图9的流程图，对灵敏度设定处理(步骤S400)详细地进行说明。在灵敏度设定处理中，首先，进行读出在步骤S200中求出并存储于存储器82的灵敏度，而计算平均灵敏度的处理(步骤S410)。判断这样求出的平均灵敏度是过度、适当、还是不足(步骤S420)。如图6A所示，灵敏度过度意味着成为累计直方图Dsum超过上限值TH的灵敏度。另外，灵敏度适当意味着成为累计直方图Dsum处于上限值TH与下限值TL之间的灵敏度。如图6A所示，灵敏度不足意味着成为累计直方图Dsum小于下限值TL的灵敏度。

因此，在灵敏度过度的情况下，进行降低灵敏度的处理(步骤S440)，另一方面，在灵敏度不足的情况下，进行提高灵敏度的处理(步骤S450)。关于灵敏度的降低、提高处理，之后集中进行说明。在结束了上述的灵敏度设定处理程序后，暂时结束图7所示的灵敏度调整处理程序。

在第一实施方式中，灵敏度提高处理(步骤S450)、灵敏度降低处理(步骤S440)能够使用控制部80输出到激光元件35的输出调整信号LP、输出到受光阵列40的灵敏度调整信号SS1、SS2、以及输出到SPAD运算部100的调整信号CT1、CT2中的至少一个信号来实现。调整信号CT1被输出到N次加法器106，调整信号CT2被输出到模块内加法器103。控制部80可以输出这些所有的信号，也可以将任意一个或任意多个信号组合并输出。

[1]根据输出调整信号LP，增加或减少激光元件35的输出。激光元件35的输出能够通过对施加于激光元件35的电压或电流进行增减，而容易地增加或减少。若激光元件35的输出增减，则反射光的强度增减，因此能够提高或降低从光学系统30到SPAD运算部100的总的灵敏度。此外，激光元件35的输出也能够根据发光时间而增减。激光元件35的发光时间能够根据施加于激光元件35的驱动脉冲的宽度而增减。

在通过激光元件35的输出的增减来适当地设定灵敏度的情况下，在检测灵敏度不足的情况下，将其提高到适当的水平，从而能够扩大测距的范围，并且提高测距精度。另外，在检测灵敏度过度的情况下，减少激光元件35的输出，因此能够抑制激光元件35的温度上升，并且能够延长激光元件35的寿命。鉴于这些因素，能够提高激光元件35的耐久性、可靠性。结果，能够提高光学测距装置20整体的耐久性、可靠性。

[2]根据灵敏度调整信号SS1，提高或降低受光阵列40的各受光元件50的检测灵敏度。如图4所示，在本实施方式中，作为各受光元件50使用雪崩二极管Da，因此对经由淬灭电阻器Rq施加于该雪崩二极管Da的电压进行增减，由此能够提高或降低各受光元件50的灵敏度。

在设定各受光元件50的检测灵敏度的情况下，若检测灵敏度不足，则将其提高到适当的水平，从而能够扩大测距的范围，并且提高测距精度。另外，在检测灵敏度过度的情况下，降低施加于各受光元件50的雪崩二极管Da等的电压，因此能够抑制各受光元件50的温度上升，并且能够延长雪崩二极管Da等的寿命。鉴于这些因素，能够提高各受光元件50进而受光阵列40的耐久性、可靠性。结果，能够提高光学测距装置20整体的耐久性、可靠性。

[3]在利用了灵敏度调整信号SS2的灵敏度调整方法中，增加或减少受光阵列40的各受光模块60内的检测像素数。在各受光模块60内存在7×7＝49个受光元件50。在默认情况下，其中，如图10所示，使用每隔一个来交错配置的25个受光元件50，求出累计直方图Dsum。在图10中，画有阴影线的像素是不进行反射光的检测的休止像素。若各受光模块60的检测灵敏度不足，则控制部80根据灵敏度调整信号SS2减少各受光模块60内的休止像素的数量，增加检测像素的数量。例如，若检测像素处于图10所示的默认状态，则如图11所示，能够进行将检测像素的比例提高到33/49这样的应对。

另一方面，若检测灵敏度过度，则根据灵敏度调整信号SS2，减少检测像素的数量，增加休止像素的数量。例如，在图11所示的例子中，若形成更换了休止像素与检测像素的状态，则检测像素的比例成为16/33。当然，灵敏度的提高、降低也可以在1个像素单位中进行。另外，在增减检测像素的数量的情况下，可以将检测像素(从而休止像素)的配置决定为对称性良好且各受光模块60整体平衡良好的配置，也可以是仅从端部依次增减检测像素的决定方法。图12示出了从端部起使用检测像素的例子。在图12的例子中，检测像素的比例为16/49。为了使检测像素休止，只要将施加于作为各受光元件50而使用的雪崩二极管Da的电压设为0值即可。

如上所述，若通过使用灵敏度调整信号SS2增减各受光模块60内的检测像素的数量来设定灵敏度，则能够将相加所需的时间保持为恒定。另外，在灵敏度过度的情况下，若减少检测像素的数量，则不仅能够减少功率消耗，还能够延长雪崩二极管Da等的寿命。鉴于这些因素，能够提高各受光元件50进而受光阵列40的耐久性、可靠性。结果，能够提高光学测距装置20整体的耐久性、可靠性。

[4]根据调整信号CT1，增加或减少N次加法器106中的相加次数。如图5A～图5C以及图6A所例示的那样，峰值PK是通过使相同位置处的反射光的检测叠加N次而求出的，因此通过增减该叠加的次数N，结果能够增减从光学系统30到SPAD运算部100的总的灵敏度。此外，在变更叠加次数N的情况下，可以通过使光学系统30保持工作的状态不变，而仅增减叠加的次数N来进行应对，但若产生与叠加无关的期间，则也可以通过在该期间使光学系统30休止来进行应对。使光学系统30停止能够通过使激光元件35的发光休止、或者将施加于雪崩二极管Da的电压设为0值等来实现。

在通过叠加次数N的增减来适当地设定灵敏度的情况下，在检测灵敏度不足的情况下，以将该检测灵敏度提高到适当的水平的方式增加叠加次数N，从而能够扩大测距的范围，并且提高测距精度。另外，在检测灵敏度过度的情况下，减少叠加次数N，因此在该期间也能够使激光元件35、受光元件50休止。其结果，能够抑制激光元件35、受光元件50的温度上升，并且能够延长激光元件35、雪崩二极管Da的寿命。鉴于这些因素，能够提高激光元件35、受光元件50的耐久性、可靠性。结果，能够提高光学测距装置20整体的耐久性、可靠性。

[5]在利用了调整信号CT2的灵敏度调整方法中，增加或减少模块内加法器103中的相加对象的像素(受光元件50)的数量。在基于上述的灵敏度调整信号SS2的灵敏度的设定中，变更了在受光阵列40的各受光模块60中检测反射光的检测像素的数量，但也可以使进行反射光的检测的检测像素，即受光元件50的数量相同，而变更在模块内加法器103中成为相加的对象的受光元件50的数量。如图10～图12所例示的那样，成为相加的对象的受光元件50只要适当地决定即可。

在以上说明的第一实施方式中，能够进行使用了光学系统30以及SPAD运算部100的测距，同时能够基于峰值强度图像Ipk判定检测的灵敏度，并以灵敏度进入适当的范围的方式进行调整。如上所述，灵敏度的设定能够通过使用了输出调整信号LP的激光元件35的输出增减、使用了灵敏度调整信号SS1的各受光元件50的检测灵敏度的增减、使用了调整信号CT1的N次加法器106中的叠加次数N的增减中的至少一个来进行。其结果，不仅能够适当地设定灵敏度，扩大测距的范围，并且提高测距精度，还能够提高光学测距装置20整体的耐久性、可靠性。

另外，灵敏度的设定能够利用使各受光模块60包含多个各受光元件50而进行。即，也能够通过使用了灵敏度调整信号SS2的各受光模块60内检测反射光的受光元件50的数量的增减、使用了调整信号CT2的模块内加法器103中形成加法对象的检测像素数的增减中的至少一个来进行。其结果，不仅能够适当地设定灵敏度，扩大测距的范围，并且提高测距精度，还能够提高光学测距装置20整体的耐久性、可靠性。

B.第二实施方式：

对第二实施方式进行说明。第二实施方式使用与第一实施方式同样的硬件结构，如图13所示，灵敏度设定处理程序(图7：步骤S400)的内容不同。在图13所示的第二实施方式的灵敏度设定处理中，与第一实施方式的灵敏度设定处理(图9)相同的部分标注相同的附图标记，省略其详细的说明。

若开始图13所示的灵敏度设定处理程序，则首先进行区域分割处理(步骤S405)。区域分割处理是将通过光学系统30的扫描求出的峰值强度图像Ipk分割为多个区域的处理。在第一实施方式中，求出峰值强度图像Ipk整体的平均灵敏度(图9：步骤S410)，在第二实施方式中，针对每个区域求出平均灵敏度。因此，将峰值强度图像Ipk预先分割为多个区域。

在图14、图15、图16中例示了区域分割。图14表示将峰值强度图像Ipk沿水平方向分割为多个区域J1、J2、…Jm的情况。图15将区域分割为比扫描的范围的垂直方向中心略靠下方且除了水平方向的两端之外的区域CD与除此以外的区域。此外，在图15中，区域SA是与空对应的区域。根据是在峰值强度图像Ipk中完全不能获得峰值的区域，并且是扫描范围的上方的区域，所以能够判断是与空对应的区域SA。图16表示将峰值强度图像Ipk分割为两侧的两端区域LA、RA与被该两端区域LA、RA夹持且为扫描范围的下方2/3左右的中心区域CA的情况。中心区域CA为扫描范围的下方2/3左右是为了除去与空对应的区域SA。

在如上将扫描范围分割为几个区域后(步骤S405)，计算每个区域的平均灵敏度(步骤S412)。然后，指定分割出的区域中的一个(步骤S415B)，重复与第一实施方式相同的处理，即步骤S420、S440、S450，直到针对全部区域的处理完成(步骤S415E)。步骤S420、S440、S450的处理与第一实施方式中的处理相同。步骤S450的灵敏度提高处理、步骤S440的灵敏度降低处理的内容也与第一实施方式相同。

根据以上说明的第二实施方式，针对每个区域计算平均灵敏度，若灵敏度过高则降低灵敏度，若灵敏度过低则提高灵敏度。因此，能够针对每个区域而将灵敏度设定在适当的范围内。其结果，特别是，由于不使灵敏度形成过度，所以能够抑制激光元件35等的耐久性的降低，并且能够针对必要的区域进行设定为较高的灵敏度这样的应对。例如，如图14所示，在将区域沿水平方向分割为多个的情况下，能够针对水平方向的每个区域设定灵敏度。因此，若车辆行进方向的中央区域需要较高的灵敏度，则将外侧区域的灵敏度抑制得较低，从而容易相对地提高中央附近的区域的灵敏度。相反，在欲重点检测从车辆周围的突然出现等的情况下，只要提高外侧区域的灵敏度即可。

另外，在如图15那样分割区域的情况下，使用在扫描范围中被认为重要的区域CD的平均灵敏度来调整整体的灵敏度。这样，能够抑制用于计算灵敏度的运算量。另外，只要检测出与空对应的区域SA，并将其从平均灵敏度的运算中除去，则不会发生平均灵敏度被运算为比实际低的情况。

在如图16那样分割区域的情况下，具有适当地保持从车辆的行进方向来看较重要的中央区域与从检测从左右的突然出现这一点来看较重要的两端的区域的灵敏度的优点。当然，也可以根据车辆的行进状况，设定为例如在像高速公路那样难以设想人、自行车从左右突然出现的场所提高中央区域CA的灵敏度，在住宅区、街上提高两端的区域LA、RA的灵敏度。

C.其他的实施方式：

在第一实施方式中，也可以在根据调整信号CT1减少相加次数N，来设置不检测脉冲的时机时，使反射镜31旋转，而不使反射光入射到受光阵列40。图17、图18示意性地示出了该状况。图17表示反射光始终入射到受光阵列40的情况。在该例子中，在设置有窗32的壳体38收纳有反射镜31、透镜36、受光阵列40等，从窗32进入的反射光被反射镜31反射，而入射到受光阵列40。

在图18所示的结构中，在该壳体38的内壁设置有吸光材料39。在不检测脉冲的时机，使反射镜31旋转，而使从窗32进入的反射光不反射到受光阵列40一侧，而反射到设置有吸光材料39的内壁侧。这样，能够避免反射光入射到受光阵列40而使雪崩二极管Da等进行工作。因此，若采用这种结构，则即使不特别使激光元件35、受光阵列40停止、休止，也不会在不检测脉冲的时机，使受光阵列40的受光元件50不必要地工作。因此，能够延长受光元件50，即雪崩二极管Da的寿命、或者抑制可靠性随着使用时间的增加而降低。

在第一实施方式中，构成为构成各受光模块60的受光元件50的数量形成恒定，通过增减其中的检测像素数来调整灵敏度，但也可以构成为动态地变更构成模块的受光元件50的数量。在该情况下，将来自受光元件50的输出信号Sout暂时存储于存储器，并设定从存储器读出的读出地址，由此能够在表观上变更构成各受光模块60的受光元件50的数量。当然，也可以使用数字信号处理器(DSP)等动态地增减各受光模块60的受光元件50的数量。

在上述实施方式中，在受光阵列40设置了包含多个受光元件50的受光模块60，但受光模块60所具备的受光元件50的数量也可以是一个。该情况与不存在受光模块60的情况相同。在受光模块60所包含的受光元件50为一个的情况下，不需要模块内加法器103以及直方图生成器104。在该情况下，只要使激光元件35进行多次(例如N次)照射，并通过N次加法器106将其结果相加而求出累计直方图即可。

上述实施方式的受光元件可以是随机地输出与反射光相应的信号那样的元件，例如PIN二极管、SPAD等，也能够使用输出与反射光所对应的信号的强度相应的信号的CCD、CMOS型的传感器。

在上述实施方式中，光学测距装置20搭载于汽车，但也可以搭载于其他移动体，例如无人机等飞机或船舶、机器人等。在搭载于移动体的情况下，能够用于移动体的避免碰撞等驾驶辅助、自动驾驶等中的直到对象物的距离的测定。当然，也能够利用于进行直到移动体的周边的物体的距离的测定。例如，也能够用于地表的起伏的详细数据的取得等。

本公开并不局限于上述实施方式，能够在不偏离其主旨的范围内由各种结构实现。例如，为了解决上述课题的一部分或全部、或者为了实现上述效果的一部分或全部，与发明内容一栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，只要不说明该技术特征在本说明书中是必需的，则能够适当地删除。例如，在上述实施方式中由硬件实现的结构的一部分能够由软件实现。另外，由软件实现的结构的至少一部分也能够通过分立的电路结构来实现。

另外，在本公开中，光学测距装置检测直到对象的距离，上述光学测距装置具备：照射部，其在规定的时机驱动光源，并使来自上述光源的光向空间的规定范围进行照射；受光部，其具备检测与上述照射的光对应的反射光的受光元件，并输出与上述检测出的上述反射光对应的检测信号；信号处理部，其处理上述检测信号，并提取与来自上述对象的反射光对应的峰值信号；测定部，其根据从上述照射部进行的上述光源的驱动到上述提取出的上述峰值信号为止的时间，测定直到上述对象的距离；以及调整部，其根据上述受光部输出的上述检测信号的状态，将对直到上述对象为止的距离测定的性能进行变更的调整信号输出至上述照射部、上述受光部以及上述信号处理部中的至少一个，除了能够作为光学测距方法实施之外，还能够作为以下的应用例进行实施。

在上述的光学测距装置中，也可以构成为：上述受光部具备多个受光元件；上述信号处理部通过使上述受光元件的输出叠加，而将具备与上述反射光对应的峰值的信号输出为上述峰值信号；上述调整部通过将上述峰值与预先决定的阈值进行比较，来进行上述输出的上述调整信号的设定。该光学测距装置能够一次进行多个受光元件的输出的叠加，因此能够缩短测距所需的时间。另外，通过使受光元件的输出叠加，并输出具备峰值的信号，因此能够容易进行信号相对于噪声的辨别。

在这样的光学测距装置中，也可以构成为：上述照射部在一次的测距中进行多次上述照射；上述信号处理部通过将相对于上述多次照射的来自上述受光元件的多次的输出相加，而进行上述受光元件的输出的叠加。这样，仅使用相同的受光元件进行叠加即可，从而能够简化硬件结构。

这里，上述调整部也可以将上述调整信号作为对上述叠加的次数进行变更的信号输出至上述信号处理部。通过变更叠加的次数，能够容易地变更距离测定的性能。若增多叠加的次数，则能够提高检测精度，若减少叠加的次数，则能够使运算变得容易。

这里，上述受光部也可以具备将集合了多个上述受光元件的受光模块排列多个而成的结构，上述调整部将上述调整信号作为对将上述输出相加的受光元件的数量进行变更的信号输出至上述信号处理部或上述受光部。通过变更将输出相加的受光元件的数量，能够容易地变更距离测定的性能。为了变更受光元件的数量，可以变更受光部中的、多个受光元件中休止的受光元件的数量，也可以变更在将来自受光元件的信号相加时成为相加的对象的受光元件的数量。若增多相加的受光元件的数量，则能够提高检测精度，若减少相加的受光元件的数量，则能够使运算变得容易。

在上述的光学测距装置中，也可以构成为：上述调整部将上述调整信号作为增减上述光源的输出的信号(LP)输出至上述照射部。若增加光源的输出，则能够增强检测信号而容易地进行检测，若减少光源的输出，则能够延长光源的寿命。此外，上述调整部也可以将上述调整信号作为增减上述受光部的受光灵敏度的信号(SS1)进行输出。若提高受光灵敏度，则实现检测精度的提高，若降低受光灵敏度，则通常能够延长受光部的寿命。也可以在上述受光部输出的上述检测信号的状态与反射光的强度偏离预先决定的上下限值的范围的情况及S/N比偏离预先决定的上下限值的范围的情况中的至少任一方对应的情况下，上述调整部输出上述调整信号。

在上述的光学测距装置中，也可以构成为：关于将被照射来自上述光源的光的上述空间的规定范围划分的多个区域的每一个，上述受光部输出上述检测信号；关于上述多个区域的每一个，上述信号处理部输出上述峰值信号；上述调整部根据上述多个区域的每一个的上述峰值信号的状态决定上述调整信号，并与上述多个区域的每一个对应地输出上述调整信号。这样，能够针对划分出的每个区域决定调整信号，从而能够针对每个区域变更测距的性能。

在上述的光学测距装置中，也可以构成为：关于将被照射来自上述光源的光的上述空间的规定范围划分的多个区域中的至少一个，上述受光部输出上述检测信号；上述信号处理部与上述输出的检测信号对应地输出上述峰值信号；上述调整部根据上述峰值信号的状态决定上述调整信号，并输出上述调整信号。这样，只要针对多个区域中的至少一个求出检测信号即可，能够简化结构。

Claims (10)

1.一种光学测距装置，其检测直到对象的距离，所述光学测距装置(20)的特征在于，具备：

照射部(30)，其在规定的时机驱动光源(35)，并使来自所述光源的光向空间的规定范围进行照射；

受光部(40)，其具备检测与所述照射的光对应的反射光的受光元件(50)，并输出与所述检测出的所述反射光对应的检测信号；

信号处理部(103、104、106、108)，其处理所述检测信号，并提取与来自所述对象的反射光对应的峰值信号；

测定部(110、112)，其根据从所述照射部进行的所述光源的驱动到所述提取出的所述峰值信号为止的时间，测定直到所述对象的距离；以及

调整部(80)，其根据所述信号处理部输出的所述峰值信号的状态，将对直到所述对象为止的距离测定的性能进行变更的调整信号输出至所述照射部、所述受光部以及所述信号处理部中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的光学测距装置，其特征在于，

所述受光部具备多个受光元件，

所述信号处理部通过使所述受光元件的输出叠加，而将具备与所述反射光对应的峰值的信号输出为所述峰值信号，

所述调整部通过将所述峰值与预先决定的阈值进行比较，来进行所述输出的所述调整信号的设定。

3.根据权利要求2所述的光学测距装置，其特征在于，

所述照射部在一次的测距中进行多次所述照射，

所述信号处理部通过将相对于所述多次照射的来自所述受光元件的多次的输出相加，而进行所述受光元件的输出的叠加，

所述调整部将所述调整信号作为对所述叠加的次数进行变更的信号(CT1)输出至所述信号处理部。

4.根据权利要求2或3所述的光学测距装置，其特征在于，

所述受光部具备将集合了多个所述受光元件的受光模块(60)排列多个而成的结构，

所述调整部将所述调整信号作为对将所述输出相加的受光元件的数量进行变更的信号(CT2或SS2)输出至所述信号处理部或所述受光部。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的光学测距装置，其特征在于，

所述调整部将所述调整信号作为增减所述光源的输出的信号(LP)输出至所述照射部。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的光学测距装置，其特征在于，

所述调整部将所述调整信号作为增减所述受光部的受光灵敏度的信号(SS1)进行输出。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的光学测距装置，其特征在于，

在所述受光部输出的所述检测信号的状态与反射光的强度偏离预先决定的上下限值的范围的情况及S/N比偏离预先决定的上下限值的范围的情况中的至少任一方对应的情况下，所述调整部输出所述调整信号。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的光学测距装置，其特征在于，

关于将被照射来自所述光源的光的所述空间的规定范围划分的多个区域的每一个，所述受光部输出所述检测信号，

关于所述多个区域的每一个，所述信号处理部输出所述峰值信号，

所述调整部根据所述多个区域的每一个的所述峰值信号的状态决定所述调整信号，并与所述多个区域的每一个对应地输出所述调整信号。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的光学测距装置，其特征在于，

关于将被照射来自所述光源的光的所述空间的规定范围划分的多个区域中的至少一个，所述受光部输出所述检测信号，

所述信号处理部与所述输出的检测信号对应地输出所述峰值信号，

所述调整部根据所述峰值信号的状态决定所述调整信号，并输出所述调整信号。

10.一种光学测距方法，其检测直到对象的距离，所述光学测距方法的特征在于，

在规定的时机驱动光源，并使来自所述光源的光向空间的规定范围进行照射，

具备检测与所述照射的光对应的反射光的受光元件，输出与所述检测出的所述反射光对应的检测信号(步骤S200)，

处理所述检测信号，并提取与来自所述对象的反射光对应的峰值信号，

根据从所述光源的驱动到所述受光元件的所述峰值信号的输出为止的时间，测定直到所述对象的距离，

根据所述检测信号的状态，对直到所述对象为止的距离测定的性能进行变更(步骤S300、S400)。

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