JP2020153886A - 光学装置および光測距装置ならびにそれらの方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置内部から外部にパルス光を射出して反射光を検出する光学装置では、射出光の異方向反射光による誤検出が生じ得る。【解決手段】光学装置２０において、発光部４０を収容した装置内部から外部にパルス光を射出し、パルス光に対応した反射光を検出可能な複数の受光回路６８からの出力を重ね合わせた結果に従って、対象物からの反射光の検出を行なう。このとき、複数の受光回路のうちの少なくとも一部の受光回路については、重ね合わせから除外される待機時間を個別に設定する。【選択図】図５

Description

本開示は、光を用いた対象物の検出技術に関する。

レーザ光などのパルス光を照射して、対象物からの反射光を受光部で検出し、照射から受光までの戻り時間（ＴＯＦ）を計測することで、対象物までの距離を測定する光測距の技術が知られている。こうした光測距装置では、光源から測定用のレーザ光などが、装置内部で不慮の反射を生じ、その散乱光、いわゆる迷光が受光部に戻って、誤検出を生じさせることがある。このため、装置内部での迷光の影響がある時間での測距を行なわない、という装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許第６２８５１６８号

上記特許発明は、迷光の影響を除去できる優れたものであるが、発光能力が高くなると、内部の迷光の影響を除いても、なお、不十分な場合がある。発明者は、こうした課題が、装置の内部からパルス光を外部に射出して、対象物の存否の検出や、対象物までの距離などを検出する光学装置一般において存在することを見いだした。

本開示は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

本開示の一例として、発光と受光とを行なう光学装置が手供される。この光学装置（２０）、装置内部に収容され、パルス光を射出する発光部（４０）と、前記パルス光に対応した反射光を検出可能な複数の受光回路（６８）を含み、前記各受光回路からの出力を重ね合わせた結果に応じて、対象物（ＯＢＪ）からの反射光の検出を行なう受光部（６０）と、複数の受光回路のうちの少なくとも一部の受光回路については、重ね合わせから除外される待機時間（Ｔｃ）を個別に設定する設定部（１１２）と、を備える。

この光学装置によれば、光学装置から射出される光がカバーや筐体といった何らかの部材に反射して受光部に入射する異方向反射光が生じた場合、その影響を、待機時間を用いて重ね合わせから除外することができる。この結果、異方向反射光による誤検出を抑制することができる。

第１実施形態の光学測距装置の概略構成図。 光学系において異方向反射光が受光部に入射する様子を例示する説明図。 受光素子を構成するＳＰＡＤ回路の構成を示す説明図。 ＳＰＡＤ演算部の内部構成を示すブロック図。 待機時間の役割を説明する説明図。 測定位置と動作タイミングテーブルとの一例を示す説明図。 他の測定位置と動作タイミングテーブルとの一例を示す説明図。 他の測定位置と動作タイミングテーブルとの一例を示す説明図。 動作タイミングテーブル生成処理を示すフローチャート。 第１実施形態における測距処理ルーチンを示すフローチャート。 物体検出・測距処理を示すフローチャート。 待機時間とヒストグラムの補正と閾値との関係を示す説明図。 ＳＰＡＤ回路を複数個まとめて扱う場合を例示する説明図。 ＳＰＡＤ回路の他の構成例を示すブロック図。

Ａ．第１実施形態：
（Ａ１）装置構成：
第１実施形態の光学装置である光測距装置２０は、距離を光学的に測距するものであり、図１に示すように、測距する対象物である物体ＯＢＪ１に対して測距のための光を投射し、反射光を受ける光学系３０および光学系３０を駆動し、また光学系３０から得られた信号を処理するＳＰＡＤ演算部１００を備える。光学系３０は、レーザ光を射出する発光部４０と、発光部４０からのレーザ光を測距する所定の範囲に射出して走査する走査部５０と、レーザ光を走査した範囲からの反射光を受光する受光部６０とを備える。

光学系３０の詳細を図２に示す。図示するように、発光部４０は、測距用のレーザ光を射出する半導体レーザ素子（以下、単にレーザ素子とも言う）４１、レーザ素子４１の駆動回路を組み込んだ回路基板４３、レーザ素子４１から射出されたレーザ光を平行光にするコリメートレンズ４５を備える。レーザ素子４１は、いわゆる短パルスレーザを発振可能なレーザダイオードであり、レーザ光のパルス幅は、５ｎｓｅｃ程度である。５ｎｓｅｃの短パルスを用いることで、測距の分解能を高めることができる。

走査部５０は、コリメートレンズ４５により平行光とされたレーザ光を反射する表面反射鏡５１、この表面反射鏡５１を回転軸５４により回転可能に保持するホルダ５３、回転軸５４を回転駆動するロータリソレノイド５５を備える。ロータリソレノイド５５は、外部からの制御信号Ｓｍを受けて、所定の角度範囲（以下、画角範囲という）内で正転および逆転を繰り返す。この結果、回転軸５４、延いては表面反射鏡５１もこの範囲で回動する。結果的にコリメートレンズ４５を介してレーザ素子４１から入射したレーザ光は、図示横方向（Ｈ方向）に所定の画角範囲で走査される。ロータリソレノイド５５は、図示しないエンコーダを内蔵しており、その回転角度を、出力可能である。従って、表面反射鏡５１の回転角度をエンコーダの出力として読取ることにより、走査位置を取得することができる。

表面反射鏡５１を所定範囲内で駆動することにより、発光部４０が射出されたレーザ光は、横方向（Ｈ方向）に走査される。レーザ素子４１は、Ｈ方向に対して、これに直交する方向（以下、Ｖ方向という）に長い形状を備えている。上述した走査部５０の表面反射鏡５１を含む光学系３０は、筐体３２内に収納されており、物体ＯＢＪ１に向けて射出される光および物体ＯＢＪ１からの反射光は、筐体３２に設けられたカバー３１を通過する。物体ＯＢＪ１に向けて射出され、物体ＯＢＪ１から反射してくる光を図２では、符号ＲＬ１として示した。

光学系３０は、レーザ光のＶ方向高さと、走査部５０によるＨ方向の角度範囲とで規定される領域で、測距を行なうことができる。光測距装置２０から、この領域に向けて出力されるレーザ光は、人や車などの物体ＯＢＪがあると、その表面で乱反射し、その一部は、走査部５０の表面反射鏡５１方向に戻ってくる。この反射光は、表面反射鏡５１で反射し、受光部６０の受光レンズ６１に入射し、受光レンズ６１で集光されて、受光アレイ６５に入射する。

カバー３１は、レーザ光を透過する素材（ガラスやプラスチック等）で形成されているが、カバー３１の屈折率が大気の屈折率とは相違することもあり、表面反射鏡５１の角度によりカバー３１の特定の位置に入射したレーザ光の一部が、このカバー３１により反射する場合がある。カバー３１に反射した光は、筐体３２内に戻り、筐体３２内に存在する表面反射鏡５１に反射して、再びカバー３１を介して外部に射出される場合が有り得る。この光（以下、異方向反射光という）を、図２では、符号ＤＲとして示した。この異方向反射光ＤＲが射出する方向に、他の物体ＯＢＪ２が存在すると、この物体ＯＢＪ２からの反射光ＲＬ２の一部は走査部５０の表面反射鏡５１の方向に戻り、表面反射鏡５１で反射した光の一部は、受光部６０に入射する場合が有り得る。物体ＯＢＪ２がリフレクタなどの再帰性反射をするものだと、反射光ＲＬ２の強度は強くなる場合がある。

受光部６０の受光アレイ６５の構成を模式的に図３に示した。受光アレイ６５は、反射光のＶ方向に配列された複数の受光素子６６から構成されている。各受光素子６６は、７×７のＳＰＡＤ回路６８から構成されている。ＳＰＡＤ回路６８は、高い応答性と優れた検出能力とを実現するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられる。ＡＰＤに反射光（フォトン）が入射すると、電子・正孔対が生成され、電子と正孔が各々高電界で加速され、次々と衝突電離を引き起こして新たな電子・正孔対が生成される（アバランシェ現象）。このように、ＡＰＤはフォトンの入射を増幅することができることから、遠くの物体のように反射光の強度が小さくなる場合には、ＡＰＤが用いられることが多い。ＡＰＤの動作モードには、降伏電圧未満の逆バイアス電圧で動作させるリニアモードと、降伏電圧以上の逆バイアス電圧で動作させるガイガモードとがある。リニアモードでは、生成される電子・正孔対よりも高電解領域から出て消滅する電子・正孔対の数が大きく、電子・正孔対の崩壊は自然に止まる。このため、ＡＰＤからの出力電流は、入射光量にほぼ比例する。

他方、ガイガモードでは、単一フォトンの入射でもアバランシェ現象を起こすことができるため、検出感度を更に高めることができる。こうしたガイガモードで動作されるＡＰＤを、シングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）と呼ぶことがある。

各ＳＰＡＤ回路６８は、図３の等価回路を示すように、電源Ｖｃｃと接地ラインとの間に直列にクエンチ抵抗器ＲｑとアバランシェダイオードＤａを接続し、その接続点の電圧を論理演算素子の一つである反転素子ＩＮＶに入力し、電圧レベルの反転したデジタル信号に変換している。反転素子ＩＮＶの出力は、アンド回路ＳＷの一方の入力に接続されているから、他方の入力がハイレベルＨになっていれば、外部にそのまま出力される。アンド回路ＳＷの他方の入力の状態は、選択信号ＳＣにより切り換えることができる。選択信号ＳＣは、受光アレイ６５のどのＳＰＡＤ回路６８からの信号を読み出すかを指定するのに用いられることから、アドレス信号と呼ぶことがある。なお、アバランシェダイオードＤａをリニアモードで用い、その出力をアナログ信号のまま扱う場合などには、アンド回路ＳＷに代えて、アナログスイッチを用いればよい。また、アバランシェダイオードＤａに代えて、ＰＩＮフォトダイオードを用いることも可能である。

ＳＰＡＤ回路６８に光が入射していなければ、アバランシェダイオードＤａは、非導通状態に保たれる。このため、反転素子ＩＮＶの入力側は、クエンチ抵抗器Ｒｑを介してプルアップされた状態、つまりハイレベルＨに保たれている。従って、反転素子ＩＮＶの出力はロウレベルＬに保たれる。各ＳＰＡＤ回路６８に外部から光が入射すると、アバランシェダイオードＤａは、入射した光（フォトン）により通電状態となる。この結果、クエンチ抵抗器Ｒｑを介して大きな電流が流れ、反転素子ＩＮＶの入力側は一旦ロウレベルＬとなり、反転素子ＩＮＶの出力はハイレベルＨに反転する。クエンチ抵抗器Ｒｑを介して大きな電流が流れた結果、アバランシェダイオードＤａに印加される電圧は低下するから、アバランシェダイオードＤａへの電力供給は止り、アバランシェダイオードＤａは、非導通状態に復する。この結果、反転素子ＩＮＶの出力信号も反転してロウレベルＬに戻る。結果的に、反転素子ＩＮＶは、各ＳＰＡＤ回路６８に光（フォトン）が入射すると、ごく短時間、ハイレベルとなるパルス信号を出力することになる。そこで、各ＳＰＡＤ回路６８が光を受光するタイミングに合わせて、アドレス信号ＳＣをハイレベルＨにすれば、アンド回路ＳＷの出力信号、つまり各ＳＰＡＤ回路６８からの出力信号Ｓout は、アバランシェダイオードＤａの状態を反映したデジタル信号となる。

各ＳＰＡＤ回路６８の出力Ｓout は、レーザ素子４１が発光し、その光が走査範囲に存在する物体ＯＢＪに反射して戻ってくることで生じる。従って、図４に示したように、発光部４０が駆動されてレーザ光（以下、照射光バルスという）が出力されてから、物体ＯＢＪによって反射した反射光バルスが受光部６０の各ＳＰＡＤ回路６８により検出されるまでの時間ＴＦを計ることにより、対象までの距離を検出できる。物体ＯＢＪは、光測距装置２０の近くから遠くまで、様々な位置に存在し得る。

ＳＰＡＤ回路６８は、以上説明したように、反射光を受けると、パルス信号を出力する。ＳＰＡＤ回路６８が出力するパルス信号は、測距部に相当するＳＰＡＤ演算部１００に入力される。ＳＰＡＤ演算部１００は、レーザ素子４１を発光させて外部の空間を走査しつつ、レーザ素子４１が照射光パルスを出力した時点から受光部６０の受光アレイ６５が反射光バルスを受け取るまでの時間から、物体ＯＢＪまでの距離を演算する。ＳＰＡＤ演算部１００は、周知のＣＰＵやメモリを備え、予め用意されたプログラムを実行することで、測距に必要な処理を行なう。具体的には、ＳＰＡＤ演算部１００は、全体の制御を行なう制御部１１０の他、加算部１２０、ヒストグラム生成部１３０、ピーク検出部１４０、距離演算部１５０等を備える。制御部１１０は、後述する動作タイミングテーブル１１２を備える。

加算部１２０は、受光部６０を構成する受光素子６６に含まれるＳＰＡＤ回路６８出力を加算する回路である。ＳＰＡＤ回路６８は、本実施例では、７×７個設けられており、反射光パルスが受光部６０を構成する一つの受光素子６６に反射光が入射すると、最大７×７個の素子が動作する。もとより、ＳＰＡＤの数や配列は、７×７個以外、例えば５×９個など、種々の構成が可能である。

加算部１２０が加算した反射光パルスをヒストグラム生成部１３０が受け取る。ヒストグラム生成部１３０は、加算部１２０の加算結果を更に複数回足し合せて、時間軸上における反射光パルスの検出回数を累積して時間軸上における検出パルス数の分布、つまりヒストグラムを生成する。受光素子６６を構成する複数のＳＰＡＤ回路６８が検出する信号には、外乱光などによるノイズも含まれるが、複数個の照射光パルスに対する各ＳＰＡＤ回路６８からの信号を足し合せると、反射光パルスに対応する信号は累積され、ノイズに対応する信号は累積されないので、反射光パルスに対応する信号が明確になる。いわゆるＳ／Ｎ比が高くなる。そこで、ヒストグラム生成部１３０からのヒストグラムを解析して、ピーク検出部１４０が信号のピークを検出する。信号のピークは、測距の対象となっている物体ＯＢＪからの反射光パルスに他ならない。こうしてピークが検出されると、距離演算部１５０は、照射光パルスから、反射光パルスのピークまでの時間ＴＦを検出することで、物体までの距離Ｄを検出する。検出され距離Ｄは、外部に、例えば光測距装置２０が自動運転車両に搭載されていれば、自動運転装置などに出力される。もとより、ドローンや自動車、船舶などの移動体の他、固定された測距装置として用いることも可能である。

制御部１１０は、発光部４０の回路基板４３に対してレーザ素子４１の発光タイミングを決定する指令信号ＳＬや、いずれのＳＰＡＤ回路６８をアクティブにするかを決定するアドレス信号ＳＣの他、ヒストグラム生成部１３０に対するヒストグラムの生成タイミングやヒストグラムの補正を指示する信号Ｓｔや、ピーク検出部１４０に対するピーク検出の閾値Ｔｎを切換える信号Ｓｐや、走査部５０のロータリソレノイド５５に対する駆動信号Ｓｍ等を出力する。制御部１１０が予め定めたタイミングでこれらの信号を出力することにより、ＳＰＡＤ演算部１００は、所定の範囲に存在する物体ＯＢＪを、その物体ＯＢＪまでの距離Ｄと共に検出する。

（Ａ２）動作タイミングテーブルの構築：
動作タイミングテーブル１１２の意義とその構築の方法について説明する。図２において説明した様に、カバー３１での反射したレーザ光が更に表面反射鏡５１により反射して、外部に射出されることにより、本来の検出対象とは異なる物体を検出することがあり得る。図５は、発光部４０からのレーザ光が、カバー３１を介して、所定の走査範囲に射出される場合を模式的に示している。図５において、表面反射鏡５１は、その一部を模式的に示したが、実際には、発光部４０らのレーザ光は５１に反射してから、所定の走査範囲に向けて射出される。走査範囲１７０の位置Ａや位置Ｂに射出されたレーザ光は、物体ＯＢＪが存在すれば、その反射光が、受光部６０に戻ってくる。この正常な反射光は、受光素子６６の一つに入射する。この様子を、図５の受光素子６６上では、右下がりのハッチング領域として示した。

他方、例えば位置Ｃに対してレーザ光が射出されたとき、レーザ光の一部がカバー３１により反射し、更に表面反射鏡５１や筐体３２等に反射して、外部に射出する場合がある。射出した位置に何らかの物体があれば、その物体からの反射光は、その位置によっては、受光部６０に入射する。こうした例を、図５において符号ＬＳとして示した。この異方向反射によって、受光素子６６に反射光が入射する様子を、図５では、左下がりに太い実線でハッチングされたＳＰＡＤ回路６８として示した。なお、カバー３１の他の位置で反射するレーザ光があっても、例えば符号ＬＲとして示したように、表面反射鏡５１に反射することなく、つまり外部に射出することがなく、従って、受光部６０に入射することもないケースもあり得る。

こうした異方向反射による反射光が受光素子６６に入射しないように、カバー３１や表面反射鏡５１の配置などを設計することが望ましいが、筐体３２の小型化を図り、広い走査範囲１７０を実現するといった種々の要請の中で、異方向反射光の影響を完全に取り除くことは困難な場合がある。こうした場合を想定して、本実施形態では以下の処理を行なう。

異方向反射光がＳＰＡＤ回路６８に入射するのは、照光パルスが射出された直後など、発光部４０の発光から間もない時間である。これは、異方向反射光が、カバー３１による反射光が更に表面反射鏡５１や筐体３２で反射して、外部に射出する光であり、正常な照射パルスと比べると光量が小さいことによっている。従って、図５の下段に示したように、異方向反射がない場合には、照光パルスの出力直後から受光部６０の各受光素子６６の全ＳＰＡＤ回路６８を動作させ、他方、異方向反射がある場合には、異方向反射光が入射するＳＰＡＤ回路６８については、照光パルスの出力から待機時間Ｔｃだけ待ってから、動作させる。こうすることで、異方向反射光による誤検出を防止することができる。

図６に、この待機時間Ｔｃを記憶する動作タイミングテーブルの一例を示す。例えば、測定位置Ａにおいては、ハッチングされた円内に正常な反射光が入射し、異方向反射が存在しないとする。この場合には、待機時間Ｔｃは、必要ないため、動作タイミングテーブルには、全てのＳＰＡＤ回路６８に対応して値０が記憶される。他方、測定位置Ｂにおいて、異方向反射が存在し、受光素子６６の１つにおいて、図示左側のグレイに塗りつぶしたＳＰＡＤ回路６８に、照光パルスの発光タイミングから時間Ｂの間、異方向反射光による出力が生じるとすれば、動作タイミングテーブルの対応する位置には、待機時間Ｔｃとして値Ｂが記憶され、動作タイミングテーブルの他の位置には、値０が記憶される。異方向反射光は、測定位置により、どのＳＰＡＤ回路６８に入射するかは異なり、例えば測定位置Ｃでは、受光素子６６の図示右側に、照光パルスの発光タイミングから時間Ｃの間、異方向反射光が入射するとする。この場合、異方向反射光が入射するＳＰＡＤ回路６８に対応する動作タイミングテーブルの位置には、待機時間Ｔｃとして、値Ｃが記憶され、他の位置には、値０が記憶される。こうした待機時間Ｔｃは、測定方位毎に記憶してもよいし、同じ測定方位において受光素子（画素）毎に待機時間を設定してもよい。あるいは、同じ測定方位において待機時間を複数記憶しておき、条件によって待機時間を切換えるように構成しても良い。

図９に、こうした動作タイミングテーブルを生成する処理を示した。この処理は光測距装置２０を組み立てた後で行なわれる。この処理を開始すると、まず光学系３０の走査部５０を動作させ、発光部４０からの照光パルスの走査（スキャン）を開始する（ステップＳ１００ｓ）。特定の測定位置において、発光部４０によるレーザ光の発光動作と、受光部６０による受光動作とを行なう（ステップＳ１１０）。その上で、誤検出をしている受光素子６６を特定し（ステップＳ１２０）、誤検出をしている受光素子６６について、受光素子６６を構成する各ＳＰＡＤ回路６８毎の待機時間Ｔｃを決定する（ステップＳ１３０）。カバー３１により異方向反射光が生じている場合、その方向に物体を配置し、物体からの反射光が受光部６０に戻ってくるかを検証し、異方向反射光が受光部６０に戻る位置関係にある場合、各ＳＰＡＤ回路６８について、待機時間Ｔｃを測定し、その時間を対応する動作タイミングテーブルに記憶させる（ステップＳ１４０）。

上記の処理を、スキャン終了まで繰り返す（ステップＳ１００ｅ）。この結果、各スキャン位置毎に異方向反射光の有無や待機時間Ｔｃは異なるので、動作タイミングテーブルは、各スキャン位置、つまり測定位置毎に生成される。生成された動作タイミングテーブルは、ＳＰＡＤ演算部１００の制御部１１０の動作タイミングテーブル１１２として不揮発的に格納される。こうして、動作タイミングテーブル１１２の構築が完了する。

（Ａ３）測距処理：
次に、光測距装置２０が物体ＯＢＪまでの距離を測定する際の処理について説明する。ＳＰＡＤ演算部１００は、図１０の測距処理ルーチンに示すように、測距処理を開始、つまり走査部５０のスキャンを開始すると（ステップＳ２００ｓ）、まず測定位置を取得する処理を行なう（ステップＳ２１０）。測定位置とは、走査部５０によるスキャンの位置、換言すれば、表面反射鏡５１の回転角度である。表面反射鏡５１の回転角度は、走査部５０のロータリソレノイド５５に内蔵されたエンコーダから取得可能である。

測定位置を取得すると、次に、動作タイミングテーブル１１２から、その位置の各受光素子６６のＳＰＡＤ回路６８毎の待機時間Ｔｃを読み出し（ステップＳ２２０）、指令信号ＳＬを出力して発光部４０に発光を指示する（ステップＳ２２０）。この指令信号ＳＬを受けて、発光部４０はレーザ素子４１を発光させる。

レーザ素子４１が発光し、照光パルスが出力されると、ステップＳ１１０は、動作タイミングテーブル１１２から読み出した待機時間Ｔｃによりアドレス信号ＳＣを出力し、レーザ素子４１の発光から待機時間Ｔｃが経過した後に、各ＳＰＡＤ回路６８からの出力をオン、つまりアクティブにする（ステップＳ２４０）。結果的に、各ＳＰＡＤ回路６８は、待機時間Ｔｃが値０でなければ、動作タイミングテーブル１１２に記憶された待機時間Ｔｃの間、その出力Ｓout が、用いられることがない。図４に即して言えば、各ＳＰＡＤ回路６８の出力Ｓout は、待機時間Ｔｃの間、加算部１２０による加算から除外され、ヒストグラム生成部１３０による信号の重ね合わせからも除外される。この処理の詳細は、図１１を用いて後述する。

複数のＳＰＡＤ回路６８からなる各受光素子６６を備える受光アレイ６５の受光結果から、照光パルスを出力した範囲における物体ＯＢＪの検出と測距の処理を行なう（ステップＳ２５０）。以上の処理を、所定範囲のスキャンが終了するまで、繰り返す（ステップＳ２００ｅ）。つまり、走査部５０のロータリソレノイド５５を回転させ、各測定位置において、測定位置毎に動作タイミングテーブル１１２から読み出した各ＳＰＡＤ回路６８毎の待機時間Ｔｃを用いて、ＳＰＡＤ回路６８を動作ざせる。この結果、図５、図７などに示したように、カバー３１による反射によって生じた異方向反射光による誤検出を抑制することができる。図７、図８を例にとれば、位置Ｂや位置Ｃで生じることがある異方向反射光による誤検出を、動作タイミングテーブル１１２に記憶した待機時間Ｔｃを用いて、抑制することができる。

こうした異方向反射光による誤検出を抑制した上で行なわれるステップＳ２５０の処理、つまり物体検出・測距処理の詳細について、図１１を用いて説明する。図４に示したように、測距において、発光部４０による発光と受光部６０による受光が行なわれると、各ＳＰＡＤ回路６８からの出力が加算部１２０により加算され、更にヒストグラム生成部１３０により各受光素子６６毎に、時間軸上で反射光を検出した頻度を累積したヒストグラムが生成される。物体検出・測距処理では、このヒストグラムＴＴの生成がなされると（ステップＳ２５１）、ＳＰＡＤ回路６８において反射光パルスを検出すべき範囲のうちの一部が待機時間Ｔｃ内に含まれているものが存在するかを判断する（ステップＳ２５２）。

図６から図８を用いて説明したように、カバー３１による反射に起因して、走査範囲外の物体からの光が受光部６０に入射している場合、この反射光の入射による影響を除くために待機時間Ｔｃが、受光部６０を構成するＳＰＡＤ回路６８の一部に設定される場合がある。この場合、ヒストグラムを生成しても、待機時間Ｔｃに含まれている部分は、ＳＰＡＤ回路６８が、信号ＳＣにより停止されているから、累積される検出信号の数が、待機時間Ｔｃ内では少ないことになる。

そこで、待機時間Ｔｃ内でなければ（ステップＳ２５２：「ＮＯ」）、物体検出の閾値Ｔｎとして、低閾値ＴＬを設定し（ステップＳ２５３）、他方、待機時間Ｔｃ内であれば、待機時間Ｔｃ内のヒストグラムを補正した上で（ステップＳ２５４）、物体検出の閾値Ｔｎとして、低閾値ＴＬより大きな高閾値ＴＨを設定する（ステップＳ２５５）。この様子を図１２に示した。図１２は、発光パルスから待機時間Ｔｃの間は、ＳＰＡＤ回路６８の数が全数Ｍに対してＮ個少ない場合を示している。

補正前のヒストグラムでは、ノイズや実際の正しい物体検出のピークなどが存在しても、その差は小さく、また物体検出のピークが、閾値Ｔｎに足りない場合があり得る。これはヒストグラムを生成するＳＰＡＤ回路６８の数が少なく、ピークが低いためである。本実施形態では、待機時間Ｔｃ内であれば、ヒストグラムを補正する（ステップＳ２５４）。ヒストグラムの補正は、例えば、生成したヒストグラムに対して、待機時間Ｔｃ内については、Ｍ／（Ｍ−Ｎ）を乗じるような処理が考えられる。待機時間Ｔｃが存在することで、待機時間Ｔｃの間、反射光を受光しなかったＳＰＡＤ回路６８の数の分だけヒストグラムを見かけ上大きくするのである。本実施形態では、その上で待機時間Ｔｃ内か外かにより、閾値Ｔｎを、低閾値ＴＬか、低閾値ＴＬより大きい高閾値ＴＨかに設定している。

この結果、次にヒストグラムＴＴが閾値Ｔｎ以上か否かを判断すると（ステップＳ２５６）、図１２に示したように、待機時間Ｔｃ内では、ヒストグラムＴＴは高閾値ＴＨと比較して物体を検出し、待機時間Ｔｃ外では、ヒストグラムＴＴは低閾値ＴＬと比較して物体を検出することになる。いずれの場合でも、ヒストグラムＴＴが閾値Ｔｎを越えていれば、物体があると判断して、物体を検出し、ピークまでの時間ＴＦから、物体までの距離を測距する（ステップＳ２５７）。他方、ヒストグラムＴＴが閾値Ｔｎを越えていなければ、物体は非検出とする（ステップＳ２５８）。このピーク検出の処理は、実際には、ピーク検出部１４０により行なわれる。

図１２に示したように、ヒストグラムＴＴを補正することで、ノイズ成分も増幅されるが、これに合わせて、閾値Ｔｎも高められる。こうすることで、補正前のヒストグラムＴＴでは検出できなかった待機時間Ｔｃ内の物体によるピークを検出できる可能性を高めることができ、しかもノイズ成分を誤って物体として検出してしまう可能性を抑制できる。この結果、カバー３１になどによる反射の結果生じる走査位置以外の物体からの反射光を誤って検出してしまうという可能性を低減できる。こうした異方向反射光による誤検出は、カバー３１による反射に限らず、筐体３２内の種々の部材による反射などによっても生じ得る。もとより、光測距装置２０の走査部５０やカバー３１，筐体３２などを設計する際に、こうした誤反射による影響を除いておくことは行なわれるが、誤反射を完全に除くための工数は膨大なものになる可能性がある。誤反射を除く設計をした上で、実際に生じる僅かな誤反射に対して、こうした待機時間Ｔｃの測定と動作タイミングテーブル１１２への登録を行なって、その影響を除くものとすれば、限られた工数で製品を開発することが可能となる。

Ｂ．第２実施形態：
次に、第２実施形態については説明する。第２実施形態の光測距装置２０は、第１実施形態の光測距装置２０とほぼ同一のハードウェア構成、ソフトウェア構成を備えるが、受光素子６６Ａの構成と、動作タイミングテーブル１１２Ａの内容が異なる。第２実施形態の２０では、受光素子６６Ａは、図１３に示したように、９×９個のＳＰＡＤ回路６８から構成されている。第１実施形態では、ここのＳＰＡＤ回路６８毎に待機時間Ｔｃを測定し、これを動作タイミングテーブル１１２に記憶したが、第２実施形態では、９×９個のＳＰＡＤ回路６８を、３×３のＳＰＡＤ回路６８からなる９個のミニピクセル６９に分け、各ミニピクセル６９毎に待機時間Ｔｃを定め、これを動作タイミングテーブル１１２Ａに記憶している。グループとして扱えるミニピクセル毎の待機時間Ｔｃは、ミニピクセルに含まれるＳＰＡＤ回路６９の待機時間Ｔｃのうちの最大値でも良いし、平均値でもよい。あるいは中央値や最頻値など、統計的に扱える値であってもよい。平均値や最頻値などを用いる場合は、所定の余裕度を見て、平均値や最頻値などに所定の係数（１より大）を乗じて、待機時間Ｔｃして記憶してもよい。

こうすることで、第２実施形態の光測距装置２０では、第１実施形態の光測距装置２０とほぼ同様の作用効果を奏する上、待機時間Ｔｃを記憶する容量を９個に低減することができる。一般に、元のＱ個のＳＰＡＤ回路６８を、Ｒ個ずつのミニピクセル６９とすれば、動作タイミングテーブル１１２Ａのために必要なメモリ容量は、Ｑ／Ｒに低減できる。この実施形態では、ミニピクセルは、９×９のように縦横同数の矩形としたが、この形状に限る必要はなく、複数の受光回路をまとめたグループとして扱えるのであれば、どのような形状でもよい。場合によっては、各グループの大きさや形状は相違しても良い。

Ｃ．その他の実施形態：
（１）上記実施形態では、ヒストグラムＴＴを待機時間Ｔｃの存在により補正する際、待機時間Ｔｃ内に対応する部分だけ補正したが、全体を補正しても良い。この場合には、閾値Ｔｎは、待機時間Ｔｃによらず同一としても良い。また、ヒストグラムＴＴを補正する代わりに、待機時間Ｔｃ内について、閾値Ｔｎを小さくする補正を行なっても良い。また、ヒストグラムＴＴの補正は、得られたヒストグラムＴＴを停止していたＳＰＡＤ回路６８の割合に応じて増加するものとしたが、ヒストグラムを生成する際に、１つの反射光による検出結果を順次加算する際の重み付けを変更するようにしてもよい。このようにすれば、各ＳＰＡＤ回路６８毎の待機時間Ｔｃが相違する場合、つまり補正する範囲が時間毎に変化する場合でも容易に対応することができる。更に、上記実施形態では、測距の範囲を走査部５０により所定の方向に走査する範囲としたが、走査部を備えず、測距装置を向けた方向に存在する物体までの距離を測定する装置であっても差し支えない。なお、物体からの反射光が存在するか否かは、閾値Ｔｎとの比較することによって検出するものに限る必要はなく、例えば各受光素子６６が、入射する光の強度に応じたアナログ信号を出力するものであれば、その波形から、反射光を検出するようにしてもよい。

（２）こうした光学装置において、前記受光部は、前記待機時間中で、前記重ね合わせから除外される受光回路の割合に応じて、前記重ね合わせの際の重み付け、および前記閾値のうちの少なくとも一方を補償するものとしてもよい。こうすれば、受光回路の一例であるＳＰＡＤ回路６８などの出力Ｓout が除外されたことによる出力の低下を補正することができる。

（３）こうした光学装置において、前記複数の受光回路は、受光回路の配置に応じて複数のグループに編成されており、前記設定部は、前記待機時間を、前記グループ毎に設定するものとしてもよい。こうすれば、グループに編成した分だけ、待機時間Ｔｃを記憶する動作タイミングテーブル１１２の容量を低減することができる。

（４）こうした光学装置において、前記受光部は、前記複数の受光回路に入射する光に応じた信号を出力する信号出力部と、前記各受光回路から出力される前記信号の重ね合わせを、前記各受光回路に対して設定された前記待機時間の間、禁止する禁止部とを備える構成としてもよい。こうすれば、ＳＰＡＤ回路６８などの受光回路から信号が出力されないので、待機時間Ｔｃ中の信号を用いて重ね合わせをすることがない。もとより、各受光回路からの出力は制限せず、加算部１２０での加算を禁止する構成や、ヒストグラム生成部１３０でのヒストグラムの生成時に、待機時間Ｔｃからの信号に対応するデータを除いてヒストグラムを生成するようにすることも可能である。あるいは、待機時間Ｔｃの間、ＳＰＡＤ回路６８の動作を直接止めても差し支えない。例えば、ＳＰＡＤ回路６８を、図１４に示すように、アバランシェダイオードＤａと逆バイアス電圧制御回路ＲＶＣとを、電源ラインに直列に接続し、アバランシェダイオードＤａに加える逆バイアス電圧を制御可能とし、待機時間Ｔｃの間、逆バイアス制御信号Ｖbiasをオフとして、アバランシェダイオードＤａに逆バイアス電圧を印加しないようにしてもよい。こうすれば、待機時間Ｔｃ間の消費電力の低減を図ることも可能である。

（５）こうした光学装置において、前記禁止部は、前記待機時間の間、前記受光回路の動作を停止するようにすることも差し支えない。受光回路の動作を禁止するには、例えば図３に示した回路例の他、アバランシェダイオードＤａに電流が流れないように回路を切換える構成など、種々の対応をとることができる。

（６）こうした光学装置において、前記禁止部は、前記待機時間の間、前記信号出力部から出力される前記信号を、前記重ね合わせに対してマスクするものとしてもよい。こうすれば、簡易な構成で、重ね合わせを禁止することができる。

（７）こうした光学装置において、更に前記発光部からのパルス光を、装置外部の所定範囲に亘って、走査する走査部を備え、前記設定部は、前記待機時間を、前記走査部による前記走査の位置により設定するものとしてもよい。走査は、一次元方向であっても良いし、二次元的に行なっても良い。

（８）こうした光学装置において、前記設定部は、前記走査の位置に対応付けて前記待機時間を記憶した待機時間テーブルを備え、前記走査の位置に応じて、前記待機時間テーブルを参照することにより、前記待機時間を定めるものとしてもよい。待機時間テーブルに変えて、ハードウェアにより、重ね合わせを禁止するようにしてもよい。

（９）こうした光学装置において、前記待機時間テーブルは、前記パルス光の一部が、前記走査に伴って当該光学装置の内部で生じる非所望の反射により当該光学装置外部の前記走査の位置とは異なる非所望の位置に向けて射出され、前記非所望の位置に射出された前記パルス光による反射光が入射する位置の前記受光回路について、前記走査の位置に対応付けて、前記待機時間を記憶しているものとしてよい。こうすれば、走査位置とは異なる位置からの反射光の影響を抑制することができる。

（１０）こうした光学装置において、前記複数の受光回路のうち、一部の受光回路についての前記待機時間が、他の受光回路についての前記待機時間と異なるようにしてもよい。こうすれば、受光素子毎に待機時間を設定でき、光学装置の性能の低下を抑制することができる。

（１１）こうした光学装置において、前記待機時間は、前記発光部による前記パルス光の射出のタイミングから、前記重ね合わせを開始する検出開始タイミングまでの間としてよい。

（１２）本開示は、対象物からの反射光の検出方法としても実施できる。この検出方法は、発光部を収容した装置内部から外部にパルス光を射出し、前記パルス光に対応した反射光を検出可能な複数の受光回路からの出力を重ね合わせた結果を、所定の閾値と比較することにより、前記対象物からの反射光の検出を行ない、前記複数の受光回路のうちの少なくとも一部の受光回路については、前記重ね合わせから除外される待機時間を個別に設定するものとすればよい。こうすることで、受光回路毎に、その出力の重ね合わせを制御できる。

（１３）上記の光学装置の構成に、前記パルス光の走査の位置と、前記パルス光の射出から前記反射光の検出までの時間とにより、前記走査の位置における前記対象物までの距離を求める算出部を備えることにより、光測距装置を構成しても良い。こうすれば、慮外の反射光の影響を抑制し、光測距の精度を高めることができる。

（１４）同様に、こうした光測距装置に対応する光測距方法としても、本開示を実施することができる。

（１５）上記各実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよい。ソフトウェアによって実現されていた構成の少なくとも一部は、ディスクリートな回路構成により実現することも可能である。また、本開示の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、データパケットを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。

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、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する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。

ＯＢＪ，ＯＢＪ１，ＯＢＪ２ 物体、Ｒｑ クエンチ抵抗器、ＳＷ アンド回路、Ｔｃ 待機時間、２０ 光測距装置、３０ 光学系、３１ カバー、３２ 筐体、４０ 発光部、４１ レーザ素子、４３ 回路基板、４５ コリメートレンズ、５０ 走査部、５１ 表面反射鏡、５３ ホルダ、５４ 回転軸、５５ ロータリソレノイド、６０ 受光部、６１ 受光レンズ、６５ 受光アレイ、６６ 受光素子、６６Ａ 受光素子、６８ ＳＰＡＤ回路、６９ ミニピクセル、１００ ＳＰＡＤ演算部、１１０ 制御部、１１２ 動作タイミングテーブル、１１２Ａ 動作タイミングテーブル、１２０ 加算部、１３０ ヒストグラム生成部、１４０ ピーク検出部、１５０ 距離演算部、１７０ 走査範囲

Claims (15)

1. 発光と受光とを行なう光学装置（２０）であって、
   装置内部に収容され、パルス光を射出する発光部（４０）と、
   前記パルス光に対応した反射光を検出可能な複数の受光回路（６８）を含み、前記各受光回路からの出力を重ね合わせた結果に従って、対象物からの反射光の検出を行なう受光部（６０）と、
   前記複数の受光回路のうちの少なくとも一部の受光回路については、前記重ね合わせから除外される待機時間を個別に設定する設定部（１１０）と、
   を備える光学装置。
2. 前記受光部は、前記反射光の検出を、前記重ね合わせた結果を所定の閾値と比較することにより行なう請求項１記載の光学装置。
3. 前記受光部は、前記待機時間中に、前記重ね合わせから除外される受光回路の割合に応じて、前記重ね合わせの際の重み付け、および前記閾値のうちの少なくとも一方を補償する請求項２に記載の光学装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の光学装置であって、
   前記複数の受光回路は、受光回路の配置に応じて複数のグループ（６９）に編成されており、
   前記設定部は、前記待機時間を、前記グループ毎に設定する
   光学装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学装置であって、
   前記受光部は、
   前記複数の受光回路に入射する光に応じた信号を出力する信号出力部（ＩＮＶ）と、
   前記各受光回路から出力される前記信号の重ね合わせを、前記各受光回路に対して設定された前記待機時間の間、禁止する禁止部（ＳＷ，ＲＶＣ）と
   を備える光学装置。
6. 請求項５に記載の光学装置であって、
   前記禁止部は、前記待機時間の間、前記受光回路の動作を停止する
   光学装置。
7. 請求項５に記載の光学装置であって、
   前記禁止部は、前記待機時間の間、前記信号出力部から出力される前記信号を、前記重ね合わせに対してマスクする
   光学装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光学装置であって、更に
   前記発光部からのパルス光を、装置外部の所定範囲に亘って、走査する走査部（５０）を備え、
   前記設定部は、前記待機時間を、前記走査部による前記走査の位置により設定する
   光学装置。
9. 請求項８記載の光学装置であって、
   前記設定部は、前記走査の位置に対応付けて前記待機時間を記憶した待機時間テーブル（１１２）を備え、前記走査の位置に応じて、前記待機時間テーブルを参照することにより、前記待機時間を定める光学装置。
10. 請求項９に記載の光学装置であって、
    前記待機時間テーブルは、前記パルス光の一部が、前記走査に伴って当該光学装置の内部で生じる非所望の反射により当該光学装置外部の前記走査の位置とは異なる非所望の位置に向けて射出され、前記非所望の位置に射出された前記パルス光による反射光が入射する位置の前記受光回路について、前記走査の位置に対応付けて、前記待機時間を記憶している
    光学装置。
11. 前記複数の受光回路のうち、一部の受光回路についての前記待機時間が、他の受光回路についての前記待機時間と異なる請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の光学装置。
12. 前記待機時間は、前記発光部による前記パルス光の射出のタイミングから、前記重ね合わせを開始する検出開始タイミングまでの間である請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の光学装置。
13. 対象物からの反射光の検出方法であって、
    発光部を収容した装置内部から外部にパルス光を射出し（Ｓ２３０）、
    前記パルス光に対応した反射光を検出可能な複数の受光回路からの出力を重ね合わせた結果に従って、前記対象物からの反射光の検出を行ない（Ｓ２５０）、
    前記複数の受光回路のうちの少なくとも一部の受光回路については、前記重ね合わせから除外される待機時間を個別に設定する（Ｓ２４０））
    光の検出方法。
14. 光を外部に照射して、対象物までの距離を測定する光測距装置であって、
    当該光測距装置内部に収容され、パルス光を射出する発光部と、
    前記発光部からのパルス光を、当該光測距装置外部の所定範囲に亘って、走査する走査部と、
    前記パルス光に対応した反射光を検出可能な複数の受光回路を含み、前記各受光回路からの出力を重ね合わせた結果に従って、前記対象物からの反射光の検出を行なう受光部と、
    前記パルス光の走査の位置と、前記パルス光の射出から前記反射光の検出までの時間とにより、前記走査の位置における前記対象物までの距離を求める算出部（１５０）と、
    を備え、
    前記受光部は、
    前記複数の受光回路のうちの少なくとも一部の受光回路については、前記重ね合わせから除外される待機時間を、前記走査部による前記走査の位置により設定する
    光測距装置。
15. 光を外部に照射して、対象物までの距離を測定する測距方法であって、
    発光部を収容した装置内部から外部にパルス光を射出し、
    前記パルス光を、装置外部の所定範囲に亘って走査し、
    前記パルス光に対応した反射光を検出可能な複数の受光回路からの出力を重ね合わせた結果に従って、前記対象物からの反射光を検出し、
    前記パルス光の走査の位置と、前記パルス光の射出から前記反射光の検出までの時間とにより、前記走査の位置における前記対象物までの距離を求め、
    前記複数の受光回路のうちの少なくとも一部の受光回路については、前記重ね合わせから除外される待機時間を、前記走査の位置により設定する
    測距方法。

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