JP7275701B2 - 測距装置および測距装置における異常判定方法 - Google Patents

Description

本開示はレーザ光を用いる測距装置における異常判定技術に関する。

レーザ光を用いて物体を検出する光学的な測距装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。

特開２０１２－６００１２号公報 特開２０１６－１７６７５０号公報

しかしながら、従来の測距装置においては、測距装置における受光部や発光部のずれや、光学系への汚れ付着に起因するＳ／Ｎの低下といった測距装置の異常の自己判定や異常の判定精度の向上について十分な検討がなされていなかった。

したがって、測距装置において受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常の自己判定を行うことが求められている。

本開示は、以下の態様として実現することが可能である。

第１の態様は、測距装置を提供する。第１の態様に係る測距装置は、入射光を受光するための複数の受光領域を有し、各前記受光領域を単位として前記入射光の受光を実行する受光部と、前記各受光領域に対応して排他的に検出光の照射を前記測距装置の外部に向けて実行する発光部と、前記検出光の照射に応じて前記受光部により前記入射光を受光する際に、前記複数の受光領域のうち、排他的な前記検出光の照射に対応する受光対象領域における入射光強度の特性と排他的な前記検出光の照射に対応しない受光非対象領域における入射光強度の特性との相違に応じて前記測距装置受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常判定を行う異常判定部と、を備える。

第１の態様に係る測距装置によれば、測距装置において受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常の自己判定を行うことができる。

第２の態様は、測距装置における異常判定方法を提供する。第２の態様に係る測距装置における異常判定方法は、複数の受光領域を有する受光部における各前記受光領域を単位として排他的に検出光の照射を前記測距装置の外部に向けて実行し、前記検出光の照射に応じて前記受光部により前記入射光の受光を実行する際に、前記複数の受光領域のうち、排他的な前記検出光の照射に対応する受光対象領域における入射光強度の特性と排他的な前記検出光の照射に対応しない受光非対象領域における入射光強度の特性との相違に応じて前記測距装置受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常判定を実行すること、を備える。

第２の態様に係る測距装置における異常判定方法によれば、測距装置において受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常の自己判定を行うことができる。なお、本開示は、測距装置における異常判定プログラムまたは当該プログラムを記録するコンピュータ読み取り可能記録媒体としても実現可能である。

第１の実施形態に係る測距装置の概略構成を示す説明図。 第１の実施形態に係る測距装置の制御部の機能的構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る測距装置が備える受光素子アレイを模式的に示すと共に各受光領域におけるヒストグラムを例示する説明図。 第１の実施形態に係る測距装置が備える発光素子を模式的に示す説明図。 第１の実施形態に係る測距装置における受光処理と発光処理のタイミングの一例を示す説明図。 第１の実施形態に係る測距装置によって実行される異常判定処理フローを示すフローチャート。 受光素子アレイにおける受光態様を例示する説明図。 第２の実施形態に係る測距装置によって実行される異常判定処理フローを示すフローチャート。 第３の実施形態に係る測距装置によって実行される異常判定処理フローを示すフローチャート。 その他の実施形態における受光素子アレイを模式的に示す説明図。

本開示に係る測距装置および測距装置における異常判定方法について、実施形態に基づいて以下説明する。

第１の実施形態：
図１に示すように、第１の実施形態に係る測距装置１００は、制御部１０、発光部２０、受光部３０および電動駆動部４０を備える。測距装置１００は、例えば、車両に搭載され、車両周囲の物体を検出するために用いられる。測距装置１００は、予め定められた走査角範囲を有しており、走査角範囲を複数の角度に分割した単位走査角を単位として発光部２０による検出光の照射および受光部３０による反射光の受光を実行することによって走査角範囲全体の測距が実現される。単位走査角は、測距装置１００の分解能または測距装置１００により得られる測距結果の解像度を規定し、単位走査角が小さくなるに連れて分解能および解像度は高くなる。なお、以下では、単位走査角を走査列とも呼び、区別するためにＮ走査列、Ｎ＋１走査列といった符号を付すことがある。物体の検出結果は、例えば、駆動力制御、制動支援、操舵支援といった運転支援の判定パラメータとして用いられる。測距装置１００は、少なくとも制御部１０、発光部２０および受光部３０を備えていれば良い。測距装置１００は、例えば、Ｌｉｄａｒ（Light Detection and Ranging）であり、電動駆動部４０によって回転駆動される走査機構３５、発光部２０から照射されるレーザ光を透過し、入射光を反射するハーフミラー３６を備えている。本実施形態において発光部２０または受光部３０には、発光または受光の光路を形成する、走査機構３５、ハーフミラー３６が少なくとも含まれても良く、また、測距装置１００が備えるカバーガラス３７や図示しないレンズが含まれても良い。この場合、発光系または受光系と呼ぶこともできる。

制御部１０は、演算部としての中央処理装置（ＣＰＵ）１１、記憶部としてのメモリ１２、入出力部としての入出力インタフェース１３および図示しないクロック発生器を備えている。ＣＰＵ１１、メモリ１２、入出力インタフェース１３およびクロック発生器は内部バス１４を介して双方向に通信可能に接続されている。メモリ１２は、受光対象領域における入射光強度の特性と受光非対象領域における入射光強度の特性との相違に応じて測距装置１００受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常を判定するための異常判定処理プログラムＰ１を不揮発的且つ読み出し専用に格納するメモリ、例えばＲＯＭと、ＣＰＵ１１による読み書きが可能なメモリ、例えばＲＡＭとを含んでいる。メモリ１２のうち読み書き可能なメモリまたは領域には、受光部３０が備える複数の受光領域の各受光領域毎に生成されたヒストグラムを格納する領域別ヒストグラム格納領域１２ａが備えられている。ＣＰＵ１１、すなわち、制御部１０は、メモリ１２に格納されている異常判定処理プログラムＰ１を読み書き可能なメモリに展開して実行することによって異常判定部として機能する。なお、ＣＰＵ１１は、単体のＣＰＵであっても良く、各プログラムを実行する複数のＣＰＵであっても良く、あるいは、複数のプログラムを同時実行可能なマルチタスクタイプのＣＰＵであっても良い。また、異常判定処理プログラムＰ１が異常判定のためだけに実行されている場合、メモリ１２には、測距処理を実行するための測距プログラムが格納されていても良く、ＣＰＵ１１が測距プログラムを実行することによってＣＰＵ１１は、測距制御部として機能し、測距装置１００は、対象物標と測距装置１００との間の距離を算出する。

入出力インタフェース１３には、発光制御部２１、受光制御部３１および電動機ドライバ４１がそれぞれ制御信号線を介して接続されている。発光制御部２１に対しては発光制御信号が送信され、受光制御部３１からは入射光強度信号が受信され、電動機ドライバ４１に対しては回転速度指示信号が送信される。

受光部３０は、狭義には、受光制御部３１および受光素子アレイ３２を備える。受光素子アレイ３２は、複数の受光素子が縦横方向に配列されている平板状の光センサであり、例えば、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）、その他のフォトダイオードが各受光素子を構成する。なお、受光処理の最小単位として受光画素の用語が用いられることがあり、この場合、各受光画素は、単一の受光素子または複数の受光素子によって構成され、受光素子アレイ３２は複数の受光画素を備えるということができる。受光素子アレイ３２は、複数の受光領域に分割されておいる。受光領域は、発光部２０から照射される検出光の反射光を受光する測距処理において、受光制御部３１が受光処理を実行する受光領域の単位、すなわち、受光素子群または受光画素群の単位であり、本実施形態においては、受光素子アレイ３２は、番号により識別される、例えば、図３に示すように４つの受光領域Ｒａ１～Ｒａ４に分割され、各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４は８つの受光画素３２１によって構成されている。図５に示すように、受光制御部３１は、単位走査角毎、すなわち、走査列を単位として、各受光領域に入射された入射光量または入射光強度に応じた入射光強度信号を出力する受光処理を実行する。図５において符号ｆは、各走査列に対する発光部２０による発光が１回の場合における受光処理の実行を示し、符号ｆ＋ｐは、各走査列に対する発光部２０による発光が複数回、図５の例では４回の場合における受光処理の実行を示している。一般的に、受光素子アレイ３２の画素が複数の受光素子によって構成されている場合には、１回の発光および各受光素子の検出値を加算する受光処理によって入射光強度信号が生成され、受光素子アレイ３２の画素が単一の受光素子または少ない受光素子で構成されている場合には、複数回の発光および加算を伴わない複数回の受光処理によって入射光強度信号が生成され、Ｓ／Ｎの向上が図られる。受光処理は、具体的には、受光制御部３１は、各受光領域を単位として、走査列毎に、各受光領域を構成する各受光画素が入射光量に応じて発生させる電流、または、電流から変換された電圧を加算して入射光強度信号として制御部１０へ出力する。あるいは、各受光画素を構成する受光素子が受光する光子の合計個数に応じた入射光強度信号が制御部１０へ出力されるということができる。

発光部２０は、狭義には、発光制御部２１および発光素子２２を備え、単位走査角毎に検出光を照射する。発光素子２２は、例えば、例えば、赤外レーザダイオードであり、検出光として赤外レーザ光を出射する。発光部２０は、図４に示すように、発光素子ＬＤ１～ＬＤ４を備えており、各発光素子ＬＤ１～ＬＤ４は、受光領域Ｒａ１～Ｒａ４に対応付けられている。発光制御部２１は、入出力インタフェース１３を介して制御部１０から単位走査角毎に入力される４つの発光素子ＬＤ１～ＬＤ４の排他的な発光を指示する発光制御信号に応じて、図５に示すように、パルス駆動波形の駆動信号によって発光素子ＬＤ１～ＬＤ４を排他的に駆動して、各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４に対応する赤外レーザ光の発光を実行する。すなわち、発光部２０と受光部３０とは、単位走査角を単位として一の発光素子により排他的に照射された検出光の照射領域あるいは走査領域と一の受光領域とが対応付けられるように光学的に構成されており、一の照射領域に存在する物標からの反射光は対応付けられている一の受光領域に入射される。また、受光制御部３１による各受光領域を単位とする受光処理は、対応付けられている一の発光素子により排他的に検出光が照射されるタイミングで実行される処理である。なお、図４においては、説明を簡単にするため各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４に応じた４つのＬＤ１～ＬＤ４が備えられた発光部２０が例示されているが、発光素子２２は１つでも良く、この場合、図４におけるＬＤ１～ＬＤ４の符号は、単一の発光素子２２の排他的な発光タイミングを概念的に示す。発光素子２２が複数備えられている場合には、例えば、走査機構３５は、垂直方向へ走査を省略して水平方向の走査を実現すればよく、発光素子２２が単一の場合には、走査機構３５は水平方向に加えて垂直方向への走査を実現する。

電動駆動部４０は、電動機ドライバ４１および電動機４２を備える。電動機ドライバ４１は、制御部１０からの回転速度指示信号を受けて電動機４２に対する印加電圧を変更して電動機４２の回転速度を制御する。電動機４２は、例えば、ブラシレスモータ、ブラシモータである。電動機４２の出力軸の先端部には、走査機構３５が取り付けられている。走査機構３５は、発光素子２２から出射された検出光を水平方向に走査させる反射体、すなわち、鏡体であり、電動機４２によって回転駆動されることによって水平方向への走査が実現される。走査機構３５は、例えば、１２０度、１８０度といった走査角範囲で検出光の走査および反射光の受光を実現する。走査機構３５はさらに、水平方向に代えて、あるいは、水平方向に加えて垂直方向への走査を実現しても良い。水平方向および垂直方向への走査を実現するために、走査機構３５は、多面鏡体、例えば、ポリゴンミラーであっても良く、あるいは、垂直方向へ揺動される機構を備える単面鏡体、あるいは、垂直方向へ揺動される別の単面鏡体を備えていても良い。

発光部２０から照射された検出光は、ハーフミラー３６を透過し、走査機構３５を介して、単位走査角を単位として水平方向の予め定められた走査範囲、すなわち、回転角にわたり走査される。検出光が物標によって反射された反射光は、検出光と同一の光経路を通り、ハーフミラー３６によって反射され単位走査角毎に受光部３０に入射される。測距処理が実行される単位操作角、すなわち、走査列はＮ、Ｎ＋１といったように順次インクリメントされ、この結果、全走査列の受光結果を合成することによって所望の走査範囲にわたる測距処理、すなわち、物体を検出するための走査が可能となる。なお、本実施形態においては、各発光素子ＬＤ１～ＬＤ４からの排他的な検出光の照射に対応する各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４に対して反射光が入射される。したがって、受光領域Ｒａ１～Ｒａ４は、排他的な検出光の照射に対応する受光対象領域と、排他的な検出光の照射に対応しない受光非対象領域とに区別される。なお、受光対象領域は、検出光の反射光が入射されるべき受光領域、受光非対象領域は、検出光の反射光が入射されるべきでない受光領域ということもできる。発光部２０および受光部３０は走査機構３５と共に電動機４２によって回転されても良く、走査機構３５とは別体であり、電動機４２によって回転されなくても良い。さらに、走査機構３５が備えられることなく、アレイ状に配置された複数の発光素子２２および受光素子アレイ３２とを備え、レーザ光を外界に対して直接照射し、反射光を直接受光する構成を備えていても良い。

図６を参照して、測距装置１００、より具体的には、制御部１０によって実行される異常判定処理について説明する。図６に示す処理フローは、例えば、測距装置１００が起動された後、予め定められた間隔、例えば、数msec単位で繰り返し実行される。測距装置１００が車両に搭載されている場合には、車両のシステムが起動された後、システムが終了されるまでの期間、あるいは、測距装置１００の作動スイッチがオンされている期間、予め定められた間隔、例えば、数msec単位で繰り返し実行されてもよく、車両のシステムの起動時または終了時といった任意のタイミングで予め定められた回数だけ実行されて良い。

ＣＰＵ１１は、カウンタｎを初期化、すなわちｎ＝１とする（ステップＳ１００）。ＣＰＵ１１は、発光部２０に対して発光素子ＬＤｎを発光させるための発光制御信号を出力する（ステップＳ１０２）。ＣＰＵ１１は、受光部３０に対して各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４において入射光の受光処理を同時に実行させるための受光制御信号を出力する（ステップＳ１０４）。ＣＰＵ１１は、受光部３０から入力される検出信号、すなわち、入射光強度信号を用いて、図３に示すような、各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４について入射光強度の特性を示すヒストグラムを生成して、メモリ１２の領域別ヒストグラム格納領域１２ａに格納する。生成されるヒストグラムは、入射光強度を縦軸に、検出光を照射してから入射光が入射するまでの入射の時間ｔ[μｓ]を横軸に有しており、単位走査角における、入射の時間に対する入射光強度を示している。したがって、入射光強度の波形Ｗのピーク値は、物標の存在可能性を示し、時間ｔを用いて測距装置１００と物標との間の距離[ｍ]が算出され得る。図３では、Ｎ列において、ｎ＝１の場合における各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４についてのヒストグラムが例示されており、各ヒストグラムは各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４における入射光強度の信号波形Ｗａ１～Ｗａ４を示している。ｎ＝１の場合、発光素子ＬＤ１が発光し、受光領域Ｒａ１が受光対象領域となり、Ｒａ２～Ｒａ４が受光非対象領域となる。本実施形態において、受光素子アレイ３２は複数の受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を備えているので、受光対象領域および受光非対象領域において同時に受光処理を実行することができる。なお、図３に示されているように、Ｎ－１走査列、Ｎ＋１走査列についても同様にヒストグラムが生成される。

ＣＰＵ１１は、受光対象領域Ｒａｎに対する物標検出処理を実行する（ステップＳ１０６）。具体的には、ＣＰＵ１１は、生成したヒストグラムを用いて、受光対象領域Ｒａｎにおける入射光強度のピーク値ＩＬｐを取得し、ピーク値ＩＬｐが生じている時間ｔを用いて物標までの距離を算出する、測距処理を実行する。ＣＰＵ１１は、受光対象領域Ｒａｎにおける入射光強度のピーク値ＩＬｐが物標の存在の有無を判定するために予め定められている物標判定値ＩＬｒより大きいか否か、すなわち、ＩＬｐ＞ＩＬｒであるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。受光素子アレイ３２に入射する入射光には、検出光が物標において反射した反射光の他に、太陽光や街路灯といった環境光に起因する外乱光が含まれている。そこで、外乱光に起因する入射光であるか、反射光に起因する入射光であるかを判別するために物標判定値ＩＬｒが用いられ、物標を含む受光対象領域と受光非対象領域の相関関係を判定することにより異常判定の精度の向上が図られる。また、外乱光が多い場合には、入射光強度のピーク値ＩＬｐも小さくなり、受光結果の信頼度も低いので異常判定を行わない。図３の例では、受光対象領域Ｒａ１の入射光強度の信号波形Ｗａ１のピーク値ＩＬｐは、物標判定値ＩＬｒより大きく、受光対象領域Ｒａ１には物標が含まれていることが判定される。

ＣＰＵ１１は、ＩＬｐ＞ＩＬｒであると判定すると（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、メモリ１２の領域別ヒストグラム格納領域１２ａに格納されている各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を用いて、受光対象領域における入射光強度の特性と受光非対象領域における入射光強度の特性との相違に応じた受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常判定を実行する。ＣＰＵ１１は、受光対象領域と受光非対象領域における入射光強度の特性が相関関係を有するか否かを判定する。相関関係は、時間に対する入射光強度の波形の類似度であり、あるいは、時間に対する入射光強度の波形におけるピーク発生時期の近似度である。本処理フローにおいては、ＣＰＵ１１は、相関関係を示す指標として類似度Ｓを算出する（ステップＳ１１０）。類似度Ｓは０～１の値を取り、値が大きいほど、受光対象領域と受光非対象領域における入射光強度の特性は相関関係を有するということができる。ｎ＝１の場合、受光対象領域は受光領域Ｒａ１であり、受光非対象領域は受光領域Ｒａ２～Ｒａ４。入射光強度の特性は、例えば、波高値、ヒストグラム、ヒストグラムの平均値としての輝度値であり、ヒストグラムが用いられる場合には、波形Ｗの複数の時間サンプリング点における入射光強度の離散値、またはピークの発生時期が用いられる。また、輝度値の中央値、平均値、分散値といった統計値であっても良い。類似度は、例えば、波形Ｗの複数の時間サンプリング点における入射光強度の離散値が用いられる場合には、既知のコサイン類似度、クラスター分析といった手法により求められる。類似度Ｓに代えて、ピークの発生時期、すなわち、時間ｔの近似度が用いられても良く、類似度Ｓの場合と同様に、予め定められた判定近似度よりも大きいか否かが判定されれば良い。後者の統計値を用いる場合には、例えば、各値の差分が予め定められた範囲に含まれている場合に類似と判断され、予め定められた範囲を超える場合に非類似と判断される。

ＣＰＵ１１は、算出した類似度Ｓが判定類似度Ｓｒよりも大きい受光非対象領域、すなわち、Ｓ＞Ｓｒとなる受光非対象領域を計数して合計値Ｔを求める（ステップＳ１１２）。判定類似度Ｓｒは、受光系に異常がなければ受光対象領域のヒストグラムに類似すべきでない受光非対象領域を判別するための判定値であり、例えば、０．５～１である。図３の例では、例えば、受光非対象領域Ｒａ２がＳ＞Ｓｒとなる受光非対象領域として計数され、受光非対象領域Ｒａ３、Ｒａ４はＳ＞Ｓｒとなる受光非対象領域として計数されない。なお、ＣＰＵ１１は、Ｓ＞Ｓｒ１となる受光非対象領域の最大番号ｎｍａｘおよび最小番号ｎｍｉｎをメモリ１２に格納しておいても良い。ＣＰＵ１１は、合計値Ｔが異常判定値Ｔｒよりも大きいか否か、すなわち、Ｔ＞Ｔｒであるか否かを判定する（ステップＳ１１４）。外乱光の影響によって算出された類似度Ｓの精度あるいは信頼度が低下することを考慮し、本実施形態においては、類似度Ｓが判定類似度Ｓｒよりも高い受光非対象領域の合計値を用いて異常判定の精度の向上が図られる。測距装置１００の受光部および発光部の少なくともいずれか一方に異常が発生していない場合には、受光非対象領域においては物標からの反射光は入射されないので、本実施形態において、異常判定値Ｔｒは１であっても良く、あるいは、外乱光要素を考慮して２または３であっても良い。

ＣＰＵ１１は、Ｔ＞Ｔｒであると判定すると（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）、測距装置１００の受光部および発光部の少なくともいずれか一方、例えば、発光素子２２、受光素子アレイ３２、カバーガラス３７、走査機構３５に異常が発生していると判定し（ステップＳ１１６）、ステップＳ１１８に移行する。ＣＰＵ１１は、Ｔ＞Ｔｒでないと判定すると（ステップＳ１１４：Ｎｏ）、測距装置１００の受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常判定を行うことなく、ステップＳ１１８に移行する。なお、ＣＰＵ１１は、異常の発生を判定した際に、運転者に対して測距装置の異常を報知しても良い。また、ＣＰＵ１１は、メモリ１２に対して異常発生ログを記録しても良く、例えば、合計値Ｔを異常の程度を示す指標として記録し、また、メモリ１２に格納されている受光対象領域に対する受光非対象領域の最大番号ｎｍａｘおよび最小番号ｎｍｉｎを用いて、Ｓ＞Ｓｒとなる受光非対象領域のうち、受光対象領域から最も遠い受光非対象領域を異常の程度を示す指標として記録しても良い。この場合、合計値Ｔが大きいほど、受光非対象領域が遠いほど、異常の程度は大きくなる。

ステップＳ１０８において、ＣＰＵ１１は、ＩＬｐ＞ＩＬｒでない、すなわち、ＩＬｐ≦ＩＬｒあると判定すると（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、ステップＳ１１８に移行する。すなわち、受光対象領域Ｒａｎに物標が存在しない場合には、物標検出に関わる受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常判定を実行する意味はないので、ＣＰＵ１１は、類似度判定を実行することなくステップＳ１１８に移行する。

ステップＳ１１８において、ＣＰＵ１１は、全ての受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を受光対象領域とする処理が終えたか、すなわち、ｎ＝Ｎであるか否かを判定する。ここで、Ｎは受光素子アレイ３２が有する受光領域の数であり、本実施形態においてはＮ＝４である。ＣＰＵ１１は、ｎ＝Ｎであると判定すると（ステップＳ１１８：Ｙｅｓ）、全ての受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を受光対象領域とする処理が終えられたと判定して、本処理ルーチンを終了する。ＣＰＵ１１は、ｎ＝Ｎでないと判定すると（ステップＳ１１８：Ｎｏ）、対象とする受光領域を変更するために、ｎをインクリメントして（ステップＳ１２０）、ステップＳ１０２に移行する。

ｎ＝２、３、４にインクリメントされると、ｎ＝１の場合と同様にして、発光素子ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４および受光領域Ｒａ２、Ｒａ３、Ｒａ４を受光対象領域としてステップＳ１０２～Ｓ１０８が実行される。ＣＰＵ１１は、ｎ＝Ｎであると判定すると（ステップＳ１１８：Ｙｅｓ）、全ての受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を受光対象領域とする処理が終えられたと判定し、本処理ルーチンを終了する。

以上説明した第１の実施形態に係る測距装置１００によれば、受光対象領域における入射光強度の特性と受光非対象領域における入射光強度の特性の相違に応じて測距装置１００の受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常が判定される。したがって、測距装置１００において受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常の自己判定を行うことができると共に、測距装置１００における受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常の判定精度を向上させることができる。より具体的には、第１の実施形態に係る測距装置１００によれば、受光素子アレイ３２が有する複数の受光領域Ｒａ１～Ｒａ４における受光対象領域と受光非対象領域とにおけるヒストグラムの類似度に応じて、測距装置１００におけるカバーガラス３７の汚れや受光部および発光部の少なくともいずれか一方におけるずれといった異常を判定することができる。また、第１の実施形態に係る測距装置１００によれば、測距装置１００に備えられている受光素子アレイ３２を用いて受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常を判定することができる。

第１の実施形態においては、受光対象領域が受光素子アレイ３２の端部の受光領域Ｒａ１、Ｒａ４であるか非端部の受光領域Ｒａ２、Ｒａ３であるかを考慮することなく、受光対象領域と相関する受光非対象領域を計数していた。図７に示すように、受光素子アレイ３２の非端部の受光領域Ｒａ３に関する異常、例えば、受光位置ずれは、受光領域Ｒａ２およびＲａ４においてそれぞれＥｄ２として検出され得る。これに対して、受光素子アレイ３２の端部の受光領域Ｒａ１に関する異常は、受光領域Ｒａ２においてＥｄ２として検出される一方で、異常Ｅｄ１は検出され得ない。すなわち、端部の受光領域Ｒａ１と相関を有する受光領域を正しく計数できないことがある。そこで、端部の受光領域Ｒａ１、Ｒａ４については、受光対象領域と相関する受光非対象領域の数を２倍または１を加算して計数しても良い。この場合には、受光系における異常の判定精度を更に向上させることができる。

第１の実施形態においては、４つの発光素子ＬＤ１～ＬＤ４を備える発光部２０および４つの受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を備える受光素子アレイ３２を例にとって説明したが、発光素子ＬＤまたは発光領域と受光領域の数は一致しなくても良く、４つ未満でも５つ以上であっても良い。また、受光領域の数は受光画素の数以下であっても良く、照射領域または発光領域の数は発光素子の数以下であっても良い。

第２の実施形態：
第１の実施形態における異常判定処理では、測距装置１００の受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常が判定された。これに対して、第２の実施形態における異常判定処理では、受光部および発光部のいずれに関する異常であるかが判定される。なお、第２の実施形態に係る測距装置の構成は、第１の実施形態に係る測距装置１００の構成と同様であるから同一の符号を付して説明を省略する。

図８を参照して、測距装置１００、より具体的には、制御部１０によって実行される第２の実施形態に係る異常判定処理について説明する。図８に示す処理フローは、図６に示す処理フローと同様にして実行される。なお、図６に示す処理フローと同様の処理ステップについては同一のステップ番号を付して説明を省略する。

ＣＰＵ１１は、カウンタｎを初期化、すなわちｎ＝１とする（ステップＳ１００）。ＣＰＵ１１は、発光部２０に対して発光素子ＬＤｎを発光させるための発光制御信号を出力する（Ｓ１０２）。ＣＰＵ１１は、受光部３０における各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４において入射光の受光処理を実行させ、入射光強度信号を用いて各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４についてのヒストグラムを生成して、メモリ１２の領域別ヒストグラム格納領域１２ａに格納する（ステップＳ１０４）。

ＣＰＵ１１は、受光対象領域Ｒａｎに対する物標検出処理を実行する（ステップＳ１０６）。具体的には、ＣＰＵ１１は、生成したヒストグラムを用いて、受光対象領域Ｒａｎにおける入射光強度のピーク値ＩＬｐを取得する。ＣＰＵ１１は、メモリ１２の領域別ヒストグラム格納領域１２ａに格納されている各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を用いて、受光対象領域と受光非対象領域における入射光強度の特性の類似度Ｓを算出する（ステップＳ１１０）。

ＣＰＵ１１は、受光対象領域Ｒａｎにおける入射光強度のピーク値ＩＬｐが物標の存在の有無を判定するために予め定められている物標判定値ＩＬｒより大きいか否か、すなわち、ＩＬｐ＞ＩＬｒであるか否かを判定する（ステップＳ１１１）。

ＣＰＵ１１は、ＩＬｐ＞ＩＬｒであると判定すると（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、算出した類似度Ｓが第１判定類似度Ｓｒ１よりも大きい受光非対象領域、すなわち、Ｓ＞Ｓｒ１となる受光非対象領域を計数して合計値Ｔを求める（ステップＳ１１２）。ＣＰＵ１１は、合計値Ｔが第１異常判定値Ｔｒ１よりも大きいか否か、すなわち、Ｔ＞Ｔｒ１であるか否かを判定する（ステップＳ１１４）。ＣＰＵ１１は、Ｔ＞Ｔｒ１であると判定すると（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）、測距装置１００の受光部、具体的には、受光素子アレイ３２、走査機構３５、ハーフミラー３６、カバーガラス３７といった受光系に異常が発生していると判定し（ステップＳ１１７）、ステップＳ１１８に移行する。ＣＰＵ１１は、Ｔ＞Ｔｒ１でないと判定すると（ステップＳ１１４：Ｎｏ）、測距装置１００の異常判定を行うことなく、ステップＳ１１８に移行する。

ステップＳ１１１において、ＣＰＵ１１は、ＩＬｐ＞ＩＬｒでない場合（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、受光対象領域Ｒａｎには物標は存在しないと判定し、算出した類似度Ｓの絶対値が第２判定類似度Ｓｒ２よりも小さい受光非対象領域、すなわち、｜Ｓ｜＜Ｓｒ２となる受光非対象領域を計数して合計値Ｔを求める（ステップＳ１２２）。受光対象領域Ｒａｎに物標が存在しない場合には、受光非対象領域においても物標は検出されないはずであり、受光対象領域および受光非対象領域における入射光強度の特性の類似度Ｓは近似しなければならない。そこで、第２判定類似度Ｓｒ２は、受光対象領域の類似度に近似しない受光非対象領域、すなわち、物標に対応する入射光強度のピーク値を有する受光非対象領域を判定するために用いられる。第２判定類似度Ｓｒ２は、例えば、０～０．４の値である。ＣＰＵ１１は、合計値Ｔが第２の異常判定値Ｔｒ２よりも大きいか否か、すなわち、Ｔ＞Ｔｒ２であるか否かを判定する（ステップＳ１２４）。受光対象領域に物標が存在しない、すなわち、検出されない場合には、検出光に対応しない受光非対象領域においても物標は検出されるべきではないので、第２の異常判定値Ｔｒ２は、例えば、０である。ＣＰＵ１１は、Ｔ＞Ｔｒ２であると判定すると（ステップＳ１２４：Ｙｅｓ）、測距装置１００の発光部、具体的には、発光素子２２、走査機構３５、ハーフミラー３６、カバーガラス３７といった発光系に異常が発生していると判定し（ステップＳ１２６）、ステップＳ１１８に移行する。ＣＰＵ１１は、Ｔ＞Ｔｒ２でないと判定すると（ステップＳ１２４：Ｎｏ）、測距装置１００の異常判定を行うことなく、ステップＳ１１８に移行する。

ステップＳ１１８において、ＣＰＵ１１は、全ての受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を受光対象領域とする処理が終えたか、すなわち、ｎ＝Ｎであるか否かを判定する。ここで、Ｎは受光素子アレイ３２が有する受光領域の数であり、本実施形態においてはＮ＝４である。ＣＰＵ１１は、ｎ＝Ｎであると判定すると（ステップＳ１１８：Ｙｅｓ）、全ての受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を受光対象領域とする処理が終えられたと判定して、本処理ルーチンを終了する。ＣＰＵ１１は、ｎ＝Ｎでないと判定すると（ステップＳ１１８：Ｎｏ）、対象とする受光領域を変更するために、ｎをインクリメントして（ステップＳ１２０）、ステップＳ１０２に移行する。

ｎ＝２、３、４にインクリメントされると、ｎ＝１の場合と同様にして、発光素子ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４および受光対象領域Ｒａ２、Ｒａ３、Ｒａ３を対象としてステップＳ１０２以降が実行される。ＣＰＵ１１は、ｎ＝Ｎであると判定すると（ステップＳ１１８：Ｙｅｓ）、全ての受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を受光対象領域とする処理が終えられたと判定し、本処理ルーチンを終了する。

以上説明した第２の実施形態に係る測距装置１００によれば、第１の実施形態に係る測距装置１００により得られる利点に加えて、測距装置１００における異常が受光部における異常であるか、発光部における異常であるかを判別することができる。したがって、測距装置１００における受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常の判定精度を更に向上させることができる。

図９を参照して、測距装置１００、より具体的には、制御部１０によって実行される第３の実施形態に係る異常判定処理について説明する。図９に示す処理フローは、図６に示す処理フローと同様にして実行される。なお、図６または図８に示す処理フローと同様の処理ステップについては同一のステップ番号を付して説明を省略する。

ＣＰＵ１１は、カウンタｎを初期化、すなわちｎ＝１とする（ステップＳ１００）。ＣＰＵ１１は、発光部２０に対して発光素子ＬＤｎを発光させるための発光制御信号を出力する（Ｓ１０２）。ＣＰＵ１１は、受光部３０における各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４において入射光の受光処理を実行させ、入射光強度信号を用いて各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４についてのヒストグラムを生成して、メモリ１２の領域別ヒストグラム格納領域１２ａに格納する（ステップＳ１０４）。

ＣＰＵ１１は、受光対象領域Ｒａｎに対する物標検出処理を実行する（ステップＳ１０６）。具体的には、ＣＰＵ１１は、生成したヒストグラムを用いて、受光対象領域Ｒａｎにおける入射光強度のピーク値ＩＬｐを取得する。

ＣＰＵ１１は、受光対象領域Ｒａｎにおける入射光強度のピーク値ＩＬｐが物標の存在の有無を判定するために予め定められている物標判定値ＩＬｒより大きいか否か、すなわち、ＩＬｐ＞ＩＬｒであるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ＣＰＵ１１は、ＩＬｐ＞ＩＬｒであると判定すると（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１８に移行する。

ＣＰＵ１１は、ＩＬｐ＞ＩＬｒでない場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、受光対象領域Ｒａｎには物標は存在しないと判定し、メモリ１２の領域別ヒストグラム格納領域１２ａに格納されている各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を用いて、受光対象領域と受光非対象領域における入射光強度の特性の類似度Ｓを算出する（ステップＳ１１０）。ＣＰＵ１０１は、算出した類似度Ｓの絶対値が第２判定類似度Ｓｒ２よりも小さい受光非対象領域、すなわち、｜Ｓ｜＜Ｓｒ２となる受光非対象領域を計数して合計値Ｔを求める（ステップＳ１２２）。受光対象領域Ｒａｎに物標が存在しない場合には、受光非対象領域においても物標は検出されないはずであり、受光対象領域および受光非対象領域における入射光強度の特性の類似度Ｓは近似しなければならない。ＣＰＵ１１は、合計値Ｔが第２の異常判定値Ｔｒ２よりも大きいか否か、すなわち、Ｔ＞Ｔｒ２であるか否かを判定する（ステップＳ１２４）。受光対象領域に物標が存在しない、すなわち、検出されない場合には、検出光に対応しない受光非対象領域においても物標は検出されるべきではないので、第２の異常判定値Ｔｒ２は、例えば、０である。ＣＰＵ１１は、Ｔ＞Ｔｒ２であると判定すると（ステップＳ１２４：Ｙｅｓ）、測距装置１００の受光部および発光部の少なくともいずれか一方に異常が発生していると判定し（ステップＳ１２５）、ステップＳ１１８に移行する。ＣＰＵ１１は、Ｔ＞Ｔｒ２でないと判定すると（ステップＳ１２４：Ｎｏ）、測距装置１００の異常判定を行うことなく、ステップＳ１１８に移行する。

ステップＳ１１８において、ＣＰＵ１１は、全ての受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を受光対象領域とする処理が終えたか、すなわち、ｎ＝Ｎであるか否かを判定する。ここで、Ｎは受光素子アレイ３２が有する受光領域の数であり、本実施形態においてはＮ＝４である。ＣＰＵ１１は、ｎ＝Ｎであると判定すると（ステップＳ１１８：Ｙｅｓ）、全ての受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を受光対象領域とする処理が終えられたと判定して、本処理ルーチンを終了する。ＣＰＵ１１は、ｎ＝Ｎでないと判定すると（ステップＳ１１８：Ｎｏ）、対象とする受光領域を変更するために、ｎをインクリメントして（ステップＳ１２０）、ステップＳ１０２に移行する。

ｎ＝２、３、４にインクリメントされると、ｎ＝１の場合と同様にして、発光素子ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４および受光対象領域Ｒａ２、Ｒａ３、Ｒａ３を対象としてステップＳ１０２以降が実行される。ＣＰＵ１１は、ｎ＝Ｎであると判定すると（ステップＳ１１８：Ｙｅｓ）、全ての受光領域Ｒａ１～Ｒａ４を受光対象領域とする処理が終えられたと判定し、本処理ルーチンを終了する。

以上説明した第３の実施形態に係る測距装置１００によれば、第１の実施形態に係る測距装置１００と同様に、測距装置１００における受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常を自己判定することができると共に、測距装置１００における受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常の判定精度を向上させることができる。

その他の実施形態：
（１）上記各実施形態においては、図３に示すように、走査列に対応する受光素子アレイ３２を備える受光部３０が用いられた。これに対して、図１０に示すように、例えば、Ｎ－２走査列～Ｎ＋２走査列に対応する受光素子アレイ３２を備える受光部３０が用いられても良い。この場合には、受光処理時間に余裕を持たせることができる。また、上記各実施形態においては、走査機構３５の走査方向として、水平方向を例にとって説明し、受光素子アレイ３２は垂直方向に複数の受光領域を備えている。これに対して、走査機構３５による走査方向が垂直方向である場合には、受光素子アレイ３２は水平方向に複数の受光領域を備えても良い。

（２）上記各実施形態において、受光対象領域と全ての受光非対象領域との間の類似度Ｓが判定類似度Ｓｒ、Ｓｒ１よりも高い場合、すなわち、全ての受光領域の間に相関関係が成立する場合には、発光部２０による検出光の発光強度を低下させて、再度、異常判定処理が実行されても良い。全ての受光領域において入射光強度の特性が相関関係を有する場合、強反射物体、例えば、リフレクタからの反射光が外乱光として受光部３０に入射されている可能性がある。そこで、検出光の発光強度を低減させることによって、リフレクタからの反射光の強度を低減し、リフレクタからの反射光に対する物標からの反射光のＳ／Ｎを向上させても良い。

（３）上記各実施形態において、受光対象領域と全ての受光非対象領域との間の類似度Ｓが判定される際、クラッタ部分を除いたヒストグラムを用いて類似度Ｓが判定されても良い。ここで、クラッタとは、カバーガラス３７に検出光が反射し、ヒストグラムにおいて、時間ｔ＝０、すなわち測距距離が０ｍの距離を含む開始部分または先頭部分にピークが発生する現象である。この場合には、ノイズであるピークの影響を排除または低減して、類似度Ｓの判定精度を向上させることができる。

（４）上記各実施形態においては、異常判定処理において、受光対象領域に対する物標の検出処理、すなわち測距処理が実行されているが、物標の検出処理は実行されなくても良い。すなわち、物標の検出処理と異常判定処理とは別々に実行されても良い。この場合、異常判定処理の実行頻度は物標の検出処理よりも低くても良い。また、受光部３０の各受光領域Ｒａ１～Ｒａ４における入射光の受光処理は、発光部２０による発光タイミングを跨がない限り同時でなくても良い。さらに、異常判定処理に際しては、各受光領域Ｒａに関する入射光強度の特性の取得または生成と、受光対象領域に関する入射光強度の特性と受光非対象領域に関する入射光強度の特性の相違に応じて異常が判定されれば良い。受光対象領域における入射光強度のピーク値ＩＬｐが物標判定値ＩＬｒより大きいか否かの判定、受光対象領域と相関関係を有する受光非対象領域の合計値が異常判定値Ｔｒよりも大きいか否かの判定は、いずれも異常判定の精度を向上させるために実行されれば良い。

（５）上記各実施形態においては、制御部１０がプログラムを実行することによって、ソフトウェア的に異常判定処理を含む各種処理を実行する制御部が実現されているが、予めプログラムされた集積回路またはディスクリート回路によってハードウェア的に実現されても良い。すなわち、上記各実施形態における制御部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つまたは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部およびその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部およびその手法は、一つまたは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本開示について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定するものではない。本開示は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本開示にはその等価物が含まれる。たとえば、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、変形例中の技術的特徴は、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…制御部、１１…ＣＰＵ、１２…メモリ、１３…入出力インタフェース、２０…発光部、３０…受光部、１００…測距装置。

Claims (9)

1. 測距装置（１００）であって、
   入射光を受光するための複数の受光領域を有し、各前記受光領域を単位として前記入射光の受光を実行する受光部（３０）と、
   前記各受光領域に対応して排他的に検出光の照射を前記測距装置の外部に向けて実行する発光部（２０）と、
   前記検出光の照射に応じて前記受光部により前記入射光を受光する際に、前記複数の受光領域のうち、排他的な前記検出光の照射に対応する受光対象領域における入射光強度の特性と排他的な前記検出光の照射に対応しない受光非対象領域における入射光強度の特性との相違に応じて前記測距装置の受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常判定を行う異常判定部（１０）と、
   を備える測距装置。
2. 請求項１に記載の測距装置において、
   前記異常判定部は、前記複数の受光領域で前記入射光の受光を同時に実行する際に、前記受光対象領域と前記受光非対象領域とにおける前記入射光強度の特性の相違に応じた異常判定を行う、測距装置。
3. 請求項１または２に記載の測距装置において、
   前記異常判定部は、前記受光対象領域と前記受光非対象領域とにおける前記入射光強度の特性が相関関係を有する場合に、前記測距装置に異常が発生していると判定する、測距装置。
4. 請求項３に記載の測距装置において、
   前記相関関係は、時間に対する前記入射光強度の波形の類似度であり、
   前記異常判定部は、前記類似度が予め定められた判定類似度よりも大きい場合に、前記測距装置に異常が発生していると判定する、測距装置。
5. 請求項３に記載の測距装置において、
   前記相関関係は、時間に対する前記入射光強度の波形におけるピーク発生時期の近似度であり、
   前記異常判定部は、前記近似度が予め定められた判定近似度よりも大きい場合に、前記測距装置に異常が発生していると判定する、測距装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の測距装置において、
   前記異常判定部は、前記受光対象領域に対して前記検出光の反射光が入射された場合に、前記異常判定を行う、測距装置。
7. 請求項３から５のいずれか一項に記載の測距装置において、
   前記異常判定部は、前記受光対象領域に対して前記検出光の反射光が入射されず、前記相関関係を有しない受光非対象領域の数が予め定められた第２の異常判定値よりも大きい場合に前記測距装置に異常が発生していると判定する、測距装置。
8. 請求項３から５のいずれか一項に記載の測距装置において、
   前記異常判定部は、前記受光対象領域に対して前記検出光の反射光が入射され、前記相関関係を有する受光非対象領域の数が予め定められた異常判定値よりも大きい場合に受光部の異常を判定し、
   前記受光対象領域に対して前記検出光の反射光が入射されず、前記相関関係を有しない受光非対象領域の数が予め定められた第２の異常判定値よりも大きい場合に発光部の異常を判定する、測距装置。
9. 測距装置（１００）における異常判定方法であって、
   複数の受光領域を有する受光部（３０）における各前記受光領域を単位として排他的に検出光の照射を前記測距装置の外部に向けて実行し、
   前記検出光の照射に応じて前記受光部により入射光の受光を実行する際に、前記複数の受光領域のうち、排他的な前記検出光の照射に対応する受光対象領域における入射光強度の特性と排他的な前記検出光の照射に対応しない受光非対象領域における入射光強度の特性との相違に応じて前記測距装置の受光部および発光部の少なくともいずれか一方に関する異常判定を実行すること、
   を備える測距装置における異常判定方法。

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