JP7828341B2 - 光検出装置及び測距システム - Google Patents

Description

本開示は、光検出装置及び測距システムに関する。

自動運転技術が注目されている。自動運転技術では、車両の周囲に位置する物体までの距離を正確かつ迅速に計測する必要がある。距離計測の一手法として、複数の受光素子がアレイ状に配置された受光素子アレイの受光範囲を複数の領域に分けて、領域ごとに最適な演算係数を設定して、物体までの距離を算出する手法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０２０－１１８５６７号公報

特許文献１の測距システムは、複数の領域のそれぞれごとに、距離計測のための処理回路を備えており、構成が複雑になる。特に、車両の周囲に位置する物体を精度よく検出するには、受光素子アレイに含まれる受光素子の数を増やす必要がある。受光素子アレイに含まれる受光素子の数が増えると、処理の迅速化の観点から受光範囲を分割する領域の数を増やす必要がある。受光範囲を分割した領域の数が増えると、距離計測のための処理回路の数が増えてしまう。
車載用のデバイスは、機能安全が重要であり、測距システム内の各処理回路の故障診断を行う仕組みを備えているのが本来望ましい。しかしながら、上述した特許文献１には、測距システムの故障診断について何ら記載されていない。
そこで、本開示では、効率的に故障診断及び故障検出を行うことができる光検出装置及び測距システムを提供するものである。

上記の課題を解決するために、本開示によれば、複数の受光領域を有し、各受光領域内に配置される複数の受光素子を有するアレイ部と、
前記複数の受光領域のそれぞれに含まれる１つ以上の前記受光素子を含む画素ごとに、前記画素内の前記受光素子が光を受光した回数及び受光タイミングに関するヒストグラムを生成する演算部と、
前記演算部内の故障を検出する故障検出部と、を備える、光検出装置が提供される。

前記演算部は、
前記複数の受光領域のそれぞれに含まれる前記複数の受光素子の出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして、前記複数の受光素子が光を受光したことを示す検出信号を画素ごとに出力するサンプリング回路と、
画素ごとに前記検出信号の数を加算した画素値を生成する加算回路と、
前記加算回路で生成された前記画素値に基づいて、前記複数の受光領域のそれぞれにおける画素ごとの前記ヒストグラムを生成するヒストグラム生成回路と、を有し、
前記故障検出部は、前記サンプリング回路、前記加算回路、及び前記ヒストグラム生成回路の少なくとも一つの故障を検出してもよい。

前記演算部は、
前記ヒストグラム生成回路で生成された前記ヒストグラムに含まれるノイズ成分を除去するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路でノイズ成分を除去した後のヒストグラムに基づいて、光を投光してから、前記光が物体で反射されて前記アレイ部で受光されるまでの時間差を検出して前記物体までの距離を計測するエコー検出回路と、を有し、
前記故障検出部は、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路の少なくとも一つの故障を検出してもよい。

前記演算部は、前記複数の受光領域のそれぞれに対応する複数の領域演算部を有し、
前記複数の領域演算部のそれぞれは、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路を含み、
前記故障検出部は、前記複数の領域演算部のそれぞれごとに、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路の故障を検出してもよい。

前記故障検出部は、前記複数の領域演算部のうち、２つの前記領域演算部に同一のテストパターン信号を入力し、前記２つの領域演算部の出力信号が同一でなければ、前記２つの領域演算部のうちいずれか一方が故障したと判断してもよい。

前記故障検出部は、
前記２つの領域演算部の入力ノード又は内部ノードに前記テストパターン信号を入力するか否かを選択する２つのセレクタと、
前記２つの前記セレクタが前記テストパターン信号の入力を選択したときに、前記２つの領域演算部の出力信号同士を比較する比較器と、を有してもよい。

前記故障検出部は、前記２つのセレクタが前記テストパターン信号の入力を選択したときに、前記２つの領域演算部の出力信号の符号化データを生成する２つの符号化部を有し、
前記比較器は、２つの前記符号化部で生成された２つの前記符号化データ同士を比較してもよい。

前記演算部は、２個以上の偶数個の前記領域演算部を有し、
前記故障検出部は、前記偶数個の領域演算部を２つずつの組に分けて、各組の前記２つの領域演算部に同一の前記テストパターン信号を入力し、前記２つの領域演算部の出力信号が同一でなければ、前記２つの領域演算部のうちいずれか一方が故障したと判断してもよい。

前記演算部は、３個以上の奇数個の前記領域演算部を有し、
前記故障検出部は、前記奇数個の領域演算部のうち、一部の前記領域演算部を重複して用いて、２つずつの複数の組に分けて、各組の前記２つの領域演算部に前記同一のテストパターン信号を入力し、前記２つの領域演算部の出力信号が同一でなければ、前記２つの領域演算部のうちいずれか一方が故障したと判断してもよい。

前記演算部は、３個以上の前記複数の領域演算部を有し、
前記故障検出部は、前記複数の領域演算部に同一のテストパターン信号を入力し、前記複数の領域演算部のうち、一部の領域演算部の出力信号が、前記一部の領域演算部よりも数が多い残りの領域演算部の出力信号と異なるか否かにより、前記一部の領域演算部が故障を起こしたと判断してもよい。

前記複数の領域演算部のそれぞれは、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路を含む、縦続接続された複数段の処理回路を有し、
前記比較器は、前記複数の領域演算部のそれぞれごとに、前記セレクタの後段側に縦続接続された２段以上の前記処理回路の出力ノードのそれぞれに接続される複数の比較部を有し、
前記複数の比較部のそれぞれは、前記２つの領域演算部におけるそれぞれ異なる段の前記処理回路の出力ノードの出力信号同士を比較してもよい。

前記演算部は、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路を含む、縦続接続された複数段の処理回路を有し、
前記複数段の処理回路のうち、２つ以上の前記処理回路の入力側にそれぞれ異なる前記セレクタが接続されて、それぞれの前記セレクタにて前記テストパターン信号を選択可能であり、
それぞれの前記セレクタが接続される処理回路の後段側に、それぞれの前記セレクタに対応づけて前記比較器が配置されてもよい。

前記アレイ部の画素数は、前記演算部が前記ヒストグラムの生成を行う画素数よりも多く、
前記サンプリング回路は、前記アレイ部の画素ごとに前記検出信号を出力し、
前記加算回路は、前記アレイ部の画素数よりも少ない画素数の画素ごとの前記画素値を生成し、
前記セレクタは、前記サンプリング回路と前記加算回路との間に配置されて、通常動作時には前記サンプリング回路から出力された検出信号を時間調整して前記加算回路に入力し、故障診断時には前記テストパターン信号を前記加算回路に入力してもよい。

前記アレイ部の画素数は、前記演算部が前記ヒストグラムの生成を行う画素数よりも多く、
前記サンプリング回路は、前記アレイ部の画素ごとに前記検出信号を出力し、
前記加算回路は、前記アレイ部の画素ごとの前記画素値を生成し、
前記ヒストグラム生成回路は、前記アレイ部の画素数よりも少ない画素数の画素ごとの前記ヒストグラムを生成し、
前記セレクタは、前記加算回路と前記ヒストグラム生成回路との間に配置されて、通常動作時には前記加算回路で生成された前記画素値を時間調整して前記ヒストグラム生成回路に入力し、故障診断時には前記テストパターン信号を前記ヒストグラム生成回路に入力してもよい。

前記複数の領域演算部のそれぞれは、通常動作時の演算処理に用いられる第１演算係数と、故障診断時の演算処理に用いられる第２演算係数とを記憶する演算係数記憶部を有し、
前記第１演算係数と前記第２演算係数とのいずれか一方を選択して、前記複数段の処理回路に供給する制御を行うとともに、前記セレクタの選択切替を行う制御部をさらに備えてもよい。

前記複数の領域演算部のそれぞれは、通常動作時の演算処理に用いられる第１演算係数を記憶する第１演算係数記憶部を有し、
故障診断時の演算処理に用いられる第２演算係数を記憶する第２演算係数記憶部と、
通常動作時には前記第１演算係数を前記複数段の処理回路に供給する制御を行い、故障診断時には前記第２演算係数を前記複数段の処理回路に供給する制御を行い、かつ前記セレクタの選択切替を行う制御部と、をさらに備えてもよい。

前記アレイ部が受光した光に基づいて前記ヒストグラムを生成する通常動作期間と、前記アレイ部の受光動作を停止させた状態で、前記テストパターン信号に基づいて前記演算部の故障検出を行う故障診断期間とに分けて、前記アレイ部及び前記演算部を制御するタイミング制御部を備えてもよい。

前記アレイ部が受光した光に基づいて前記演算部内の各処理回路が処理を行う期間の合間に、前記演算部の入力ノード又は内部ノードに前記テストパターン信号を入力して前記演算部から故障診断用の信号を出力する制御を行うタイミング制御部を備えてもよい。

時系列のランダムなパターンを含む前記テストパターン信号を生成するパターン生成器を備え、
前記複数の領域演算部には、同一の前記テストパターン信号が供給されてもよい。

本開示によれば、上述した光検出装置と、
前記物体に前記光を投光する投光部と、を備える、測距システムが提供される。

ＴｏＦセンサの概略構成例を示すブロック図。 本開示に係るＴｏＦセンサの光学系を説明するための図。 本開示に係る受光部の概略構成例を示すブロック図。 本開示に係るＳＰＡＤアレイの概略構成例を示す模式図。 本開示に係るＳＰＡＤ画素の概略構成例を示す回路図。 ＴｏＦセンサにより取得される深度画像の一例を示す図。 図７における第１領域を担当するＳＰＡＤ領域から得られたフレーム画像に基づいて生成されるヒストグラムの一例を示す図。 図７における第４領域を担当するＳＰＡＤ領域から得られたフレーム画像に基づいて生成されるヒストグラムの一例を示す図。 比較例に係る演算部の概略構成例を示すブロック図。 演算部の概略構成例を示すブロック図。 演算係数の例を示す図。 演算部の概略構成例を示すブロック図。 ＴｏＦセンサにおける受光部及び演算部の積層構造例を示す図。 受光チップにおける受光面の平面レイアウトの一例を示す図。 回路チップにおける受光チップ側の面の平面レイアウト例を示す図。 第１の実施形態に係る光検出装置のブロック図。 第２の実施形態に係る光検出装置のブロック図。 第３の実施形態に係る光検出装置のブロック図。 第４の実施形態に係る光検出装置のブロック図。 第５の実施形態に係る光検出装置のブロック図。 第６の実施形態に係る光検出装置のブロック図。 図２１の一変形例に係る光検出装置のブロック図。 第７の実施形態に係る光検出装置のブロック図。 図２３の一変形例に係る光検出装置のブロック図。 第８の実施形態に係る光検出装置のブロック図。 図２５Ａのレジスタブロックの内部構成を示すブロック図。 第９の実施形態に係る光検出装置のブロック図。 領域演算部のそれぞれごとに設けられるレジスタブロックの内部構成を示すブロック図。 第１０の実施形態に係る光検出装置の動作タイミング図。 第１１の実施形態に係る光検出装置の動作タイミング図。 第１２の実施形態に係る光検出装置のブロック図。 第１３の実施形態に係る光検出装置のブロック図。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図。

以下、図面を参照して、光検出装置及び測距システムの実施形態について説明する。以下では、光検出装置及び測距システムの主要な構成部分を中心に説明するが、光検出装置及び測距システムには、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。

（測距システム：ＴｏＦセンサ）
図１は、本開示に係る光検出装置１０を備えた測距システムとしてのＴｏＦセンサの概略構成例を示すブロック図である。図１に示すように、ＴｏＦセンサ１は、制御部１１と、発光部１３と、受光部１４と、演算部１５と、外部出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１９とを備えている。受光部１４と演算部１５は光検出装置１０を構成している。

制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの情報処理装置で構成され、ＴｏＦセンサ１の各部を制御する。

外部出力Ｉ／Ｆ１９は、例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）や有線ＬＡＮの他、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した通信ネットワークを介して外部のホスト８０と通信を確立するための通信アダプタであってよい。

ここで、ホスト８０は、例えば、ＴｏＦセンサ１が自動車等に実装される場合には、自動車等に搭載されているＥＣＵ（Engine Control Unit）などであってよい。また、ＴｏＦセンサ１が家庭内ペットロボットなどの自律移動ロボットやロボット掃除機や無人航空機や追従運搬ロボットなどの自律移動体に搭載されている場合には、ホスト８０は、その自律移動体を制御する制御装置等であってよい。

発光部１３は、例えば、１つ又は複数の半導体レーザダイオードを光源として備えており、所定時間幅のパルス状のレーザ光Ｌ１を所定周期（発光周期ともいう）で出射する。また、発光部１３は、例えば、１ＭＨｚ（メガヘルツ）の周期で、１ｎｓ（ナノ秒）の時間幅のレーザ光Ｌ１を出射する。発光部１３から出射したレーザ光Ｌ１は、例えば、測距範囲内に物体９０が存在する場合には、この物体９０で反射されて、反射光Ｌ２として、受光部１４に入射される。

受光部１４は、その詳細については後述するが、例えば、２次元格子状に配列した複数のＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche photodiode）画素を備え、発光部１３の発光後にフォトンの入射を検出したＳＰＡＤ画素の数（以下、検出数という）に関する情報（例えば、後述における検出信号の数に相当）を出力する。受光部１４は、例えば、発光部１３の１回の発光に対し、所定のサンプリング周期でフォトンの入射を検出してその検出数を出力する。

演算部１５は、受光部１４から出力された検出数を複数のＳＰＡＤ画素（例えば、後述する１又は複数のマクロ画素に相当）ごとに集計し、その集計により得られた画素値に基づいて、横軸を飛行時間とし、縦軸を累積画素値としたヒストグラムを作成する。例えば、演算部１５は、発光部１３の１回の発光に対して所定のサンプリング周波数で検出数を集計して画素値を求めることを、発光部１３の複数回の発光に対して繰返し実行することで、横軸（ヒストグラムのビン）を飛行時間に相当するサンプリング周期とし、縦軸を各サンプリング周期で求められた画素値を累積することで得られた累積画素値としたヒストグラムを生成する。

また、演算部１５は、生成されたヒストグラムに対して所定のフィルタ処理を施した後、フィルタ処理後のヒストグラムから累積画素値がピークとなる際の飛行時間を特定する。そして、演算部１５は、特定した飛行時間に基づいて、ＴｏＦセンサ１又はこれを搭載するデバイスから測距範囲内に存在する物体９０までの距離を算出する。なお、演算部１５で算出された距離の情報は、例えば、外部出力Ｉ／Ｆ１９を介してホスト８０等に出力されてもよい。

（光学系）
図２は本開示に係るＴｏＦセンサの光学系を説明するための図である。なお、図２では、受光部１４の画角を水平方向に走査する、いわゆるスキャン型の光学系を例示するが、これに限定されず、例えば、受光部１４の画角が固定された、いわゆるフラッシュ型のＴｏＦセンサとすることも可能である。

図２に示すように、ＴｏＦセンサ１は、光学系として、光源１３１と、コリメータレンズ１３２と、ハーフミラー１３３と、ガルバノミラー１３５と、受光レンズ１４６と、ＳＰＡＤアレイ１４１とを備えている。光源１３１、コリメータレンズ１３２、ハーフミラー１３３及びガルバノミラー１３５は、例えば、図１における発光部１３に含まれる。また、受光レンズ１４６及びＳＰＡＤアレイ１４１は、例えば、図１における受光部１４に含まれる。

図２に示す構成において、光源１３１から出射したレーザ光Ｌ１は、コリメータレンズ１３２により、断面の強度スペクトルが垂直方向に長い矩形の平行光に変換され、その後、ハーフミラー１３３に入射する。ハーフミラー１３３は、入射したレーザ光Ｌ１の一部を反射する。ハーフミラー１３３で反射したレーザ光Ｌ１は、ガルバノミラー１３５に入射する。ガルバノミラー１３５は、例えば、制御部１１からの制御に基づいて動作する駆動部１３４により、所定の回転軸を振動中心として水平方向に振動する。これにより、ガルバノミラー１３５で反射したレーザ光Ｌ１の画角ＳＲが測距範囲ＡＲを水平方向に往復走査するように、レーザ光Ｌ１が水平走査される。なお、駆動部１３４には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）やマイクロモーター等を用いることができる。

ガルバノミラー１３５で反射したレーザ光Ｌ１は、測距範囲ＡＲ内に存在する物体９０で反射し、反射光Ｌ２としてガルバノミラー１３５に入射する。ガルバノミラー１３５に入射した反射光Ｌ２の一部は、ハーフミラー１３３を透過して受光レンズ１４６に入射し、それにより、ＳＰＡＤアレイ１４１における特定の使用ＳＰＡＤアレイ１４２に結像される。なお、使用ＳＰＡＤアレイ１４２は、ＳＰＡＤアレイ１４１の全体であってもよいし、一部であってもよい。

（受光部）
図３は本開示に係る受光部の概略構成例を示すブロック図である。図３に示すように、受光部１４は、ＳＰＡＤアレイ１４１と、タイミング制御回路１４３と、駆動回路１４４と、出力回路１４５とを備えている。

ＳＰＡＤアレイ１４１は、２次元格子状に配列する複数のＳＰＡＤ画素２０を備えている。複数のＳＰＡＤ画素２０に対しては、列ごとに画素駆動線ＬＤ（図面中の上下方向）が接続され、行ごとに出力信号線ＬＳ（図面中の左右方向）が接続される。画素駆動線ＬＤの一端は、駆動回路１４４の各列に対応した出力端に接続され、出力信号線ＬＳの一端は、出力回路１４５の各行に対応した入力端に接続される。

図３では、ＳＰＡＤアレイ１４１の全部又は一部を使用して、反射光Ｌ２を検出する。ＳＰＡＤアレイ１４１における使用する領域（使用ＳＰＡＤアレイ１４２）は、レーザ光Ｌ１全体が反射光Ｌ２として反射された場合には、ＳＰＡＤアレイ１４１に結像される反射光Ｌ２の像は、垂直方向に長い矩形になりうる。ただし、これに限定されず、ＳＰＡＤアレイ１４１に結像される反射光Ｌ２の像よりも大きな領域や小さな領域など、種々変形されてよい。

駆動回路１４４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどを含み、ＳＰＡＤアレイ１４１の各ＳＰＡＤ画素２０を、全画素同時や列単位等で駆動する。そこで、駆動回路１４４は、少なくとも、ＳＰＡＤアレイ１４１内の選択列における各ＳＰＡＤ画素２０に、後述するクエンチ電圧Ｖ＿ＱＣＨを印加する回路と、選択列における各ＳＰＡＤ画素２０に、後述する選択制御電圧Ｖ＿ＳＥＬを印加する回路とを含む。そして、駆動回路１４４は、読出し対象の列に対応する画素駆動線ＬＤに選択制御電圧Ｖ＿ＳＥＬを印加することで、フォトンの入射を検出するために用いるＳＰＡＤ画素２０を列単位で選択する。

駆動回路１４４によって選択走査された列の各ＳＰＡＤ画素２０から出力される信号（検出信号という）Ｖ＿ＯＵＴは、出力信号線ＬＳの各々を通して出力回路１４５に入力される。出力回路１４５は、各ＳＰＡＤ画素２０から出力された検出信号Ｖ＿ＯＵＴを、後述する演算部１５に入力する。

タイミング制御回路１４３は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等を含み、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、駆動回路１４４及び出力回路１４５を制御する。

（ＳＰＡＤアレイ）
図４は本開示に係るＳＰＡＤアレイの概略構成例を示す模式図である。図４に示すように、使用ＳＰＡＤアレイ１４２は、例えば、複数のＳＰＡＤ画素２０が２次元格子状に配列した構成を備えている。複数のＳＰＡＤ画素２０は、行及び／又は列方向に配列する所定数ずつのＳＰＡＤ画素２０で構成された複数のマクロ画素３０にグループ化されている。各マクロ画素３０の最外周に位置するＳＰＡＤ画素２０の外側の縁を結んだ領域の形状は、所定の形状（例えば、矩形）をなしている。

使用ＳＰＡＤアレイ１４２は、例えば、垂直方向（列方向に相当）に配列する複数のマクロ画素３０で構成されている。本開示では、使用ＳＰＡＤアレイ１４２は、例えば、垂直方向に複数の領域（以下、ＳＰＡＤ領域という）に分割されている。図４に示す例では、使用ＳＰＡＤアレイ１４２が４つのＳＰＡＤ領域１４２－１～１４２－４に分割されている。最下に位置するＳＰＡＤ領域１４２－１は、例えば、使用ＳＰＡＤアレイ１４２の画角ＳＲにおける最下の１／４領域に相当し、その上のＳＰＡＤ領域１４２－２は、例えば、画角ＳＲにおける下から２番目の１／４領域に相当し、その上のＳＰＡＤ領域１４２－３は、例えば、画角ＳＲにおける下から３番目の１／４領域に相当し、最上のＳＰＡＤ領域１４２－４は、例えば、画角ＳＲにおける最上の１／４領域に相当する。

（ＳＰＡＤ画素）
図５は本開示に係るＳＰＡＤ画素２０の概略構成例を示す回路図である。図５に示すように、ＳＰＡＤ画素２０は、受光素子としてのフォトダイオード２１と、フォトダイオード２１にフォトンが入射したことを検出する読出し回路２２とを備えている。フォトダイオード２１は、そのアノードとカソードとの間に降伏電圧（ブレークダウン電圧）以上の逆バイアス電圧Ｖ＿ＳＰＡＤが印加されている状態でフォトンが入射すると、アバランシェ電流を発生する。

読出し回路２２は、クエンチ抵抗２３と、デジタル変換器２５と、インバータ２６と、バッファ２７と、選択トランジスタ２４とを備えている。クエンチ抵抗２３は、例えば、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorで、以下、ＮＭＯＳトランジスタという）で構成され、そのドレインがフォトダイオード２１のアノードに接続され、そのソースが選択トランジスタ２４を介して接地されている。また、クエンチ抵抗２３を構成するＮＭＯＳトランジスタのゲートには、当該ＮＭＯＳトランジスタをクエンチ抵抗として作用させるために予め設定されているクエンチ電圧Ｖ＿ＱＣＨが、駆動回路１４４から画素駆動線ＬＤを介して印加される。

図５のフォトダイオード２１はＳＰＡＤである。ＳＰＡＤは、そのアノードとカソードとの間に降伏電圧（ブレークダウン電圧）以上の逆バイアス電圧が印加されるとガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードであり、１つのフォトンの入射を検出可能である。

デジタル変換器２５は、抵抗２５１とＮＭＯＳトランジスタ２５２とを備えている。ＮＭＯＳトランジスタ２５２は、そのドレインが抵抗２５１を介して電源電圧ＶＤＤに接続され、そのソースが接地されている。また、ＮＭＯＳトランジスタ２５２のゲートには、フォトダイオード２１のアノードとクエンチ抵抗２３との接続ノードＮ１の電圧が印加される。

インバータ２６は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴ（以下、ＰＭＯＳトランジスタという）２６１とＮＭＯＳトランジスタ２６２とを備えている。ＰＭＯＳトランジスタ２６１は、そのドレインが電源電圧ＶＤＤに接続され、そのソースがＮＭＯＳトランジスタ２６２のドレインに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ２６２は、そのドレインがＰＭＯＳトランジスタ２６１のソースに接続され、そのソースが接地されている。ＰＭＯＳトランジスタ２６１のゲート及びＮＭＯＳトランジスタ２６２のゲートには、それぞれ抵抗２５１とＮＭＯＳトランジスタ２５２のドレインとの接続ノードＮ２の電圧が印加される。インバータ２６の出力は、バッファ２７に入力される。

バッファ２７は、インピーダンス変換のための回路であり、インバータ２６から出力信号を入力すると、その入力した出力信号をインピーダンス変換し、検出信号Ｖ＿ＯＵＴとして出力する。

選択トランジスタ２４は、例えば、ＮＭＯＳトランジスタであり、そのドレインがクエンチ抵抗２３を構成するＮＭＯＳトランジスタのソースに接続され、そのソースが接地されている。選択トランジスタ２４は、駆動回路１４４に接続されており、選択トランジスタ２４のゲートに駆動回路１４４からの選択制御電圧Ｖ＿ＳＥＬが画素駆動線ＬＤを介して印加されると、オフ状態からオン状態に変化する。

（ＳＰＡＤ画素の概略動作例）
図５に例示した読出し回路２２は、例えば、以下のように動作する。すなわち、まず、駆動回路１４４から選択トランジスタ２４に選択制御電圧Ｖ＿ＳＥＬが印加されて選択トランジスタ２４がオン状態となっている期間、フォトダイオード２１には降伏電圧（ブレークダウン電圧）以上の逆バイアス電圧Ｖ＿ＳＰＡＤが印加される。これにより、フォトダイオード２１の動作が許容される。

一方、駆動回路１４４から選択トランジスタ２４に選択制御電圧Ｖ＿ＳＥＬが印加されておらず、選択トランジスタ２４がオフ状態となっている期間は、逆バイアス電圧Ｖ＿ＳＰＡＤがフォトダイオード２１に印加されないことから、フォトダイオード２１の動作が禁止される。

選択トランジスタ２４がオン状態であるときにフォトダイオード２１にフォトンが入射すると、フォトダイオード２１においてアバランシェ電流が発生する。それにより、クエンチ抵抗２３にアバランシェ電流が流れ、接続ノードＮ１の電圧が上昇する。接続ノードＮ１の電圧がＮＭＯＳトランジスタ２５２のオン電圧よりも高くなると、ＮＭＯＳトランジスタ２５２がオン状態になり、接続ノードＮ２の電圧が電源電圧ＶＤＤから０Ｖに変化する。そして、接続ノードＮ２の電圧が電源電圧ＶＤＤから０Ｖに変化すると、ＰＭＯＳトランジスタ２６１がオフ状態からオン状態に変化すると共にＮＭＯＳトランジスタ２６２がオン状態からオフ状態に変化し、接続ノードＮ３の電圧が０Ｖから電源電圧ＶＤＤに変化する。その結果、バッファ２７からハイレベルの検出信号Ｖ＿ＯＵＴが出力される。

その後、接続ノードＮ１の電圧が上昇し続けると、フォトダイオード２１のアノードとカソードとの間に印加されている電圧が降伏電圧よりも小さくなり、それにより、アバランシェ電流が止まって、接続ノードＮ１の電圧が低下する。そして、接続ノードＮ１の電圧がＮＭＯＳトランジスタ２５２のオン電圧よりも低くなると、ＮＭＯＳトランジスタ２５２がオフ状態になり、バッファ２７からの検出信号Ｖ＿ＯＵＴの出力が停止する（ローレベル）。

このように、読出し回路２２は、フォトダイオード２１にフォトンが入射してアバランシェ電流が発生し、これによりＮＭＯＳトランジスタ２５２がオン状態になったタイミングから、アバランシェ電流が止まってＮＭＯＳトランジスタ２５２がオフ状態になるタイミングまでの期間、ハイレベルの検出信号Ｖ＿ＯＵＴを出力する。出力された検出信号Ｖ＿ＯＵＴは、出力回路１４５を介して、演算部１５に入力される。

（深度画像）
図６は、本開示に係るＴｏＦセンサにより取得される深度画像の一例を示す図であって、車両の前方へ向けた状態で設置されたＴｏＦセンサ１により取得される深度画像の一例を示す図である。図６に示すように、本開示では、レーザ光Ｌ１を横方向に一回走査する度に、測距範囲ＡＲに相当する深度画像５０が、測距範囲ＡＲ内に存在する物体までの深度情報として取得される。したがって、図４に例示したように、縦長の使用ＳＰＡＤアレイ１４２を縦方向に４分割した場合、深度画像５０は、縦方向に並ぶ４つの領域５０－１～５０－４に分割することができる。なお、第１領域５０－１は、ＳＰＡＤ領域１４２－１で取得された深度画像であり、第２領域５０－２は、ＳＰＡＤ領域１４２－２で取得された深度画像であり、第３領域５０－３は、ＳＰＡＤ領域１４２－３で取得された深度画像であり、第４領域５０－４は、ＳＰＡＤ領域１４２－４で取得された深度画像である。

最下に位置する第１領域５０－１は、例えば、ＴｏＦセンサ１が搭載された車両の足元付近の深度画像である。したがって、第１領域５０－１には、例えば、路面や白線や縁石など、車両から近距離に存在する物体が含まれる可能性が高い。

最上に位置する第４領域５０－４は、例えば、車両の上方付近の深度画像である。したがって、第４領域５０－４には、例えば、標識や看板など、車両から遠距離に存在する物体が含まれる可能性が高い。

第２領域５０－２は、例えば、車両の前方下方の深度画像である。したがって、第２領域５０－２には、例えば、車間の狭い先行車両や路面など、近距離と遠距離との中間の距離の物体が含まれる可能性が高い。

第３領域５０－３は、例えば、車両の前方上方の深度画像である。したがって、第３領域５０－３には、例えば、車間の開いた先行車両や信号機等の路上工作物など、近距離と遠距離との中間の距離であって第２領域５０－２に含まれる可能性の高い物体よりも遠距離に存在する物体が含まれる可能性が高い。

なお、水平線Ｈ１は、第２領域５０－２に含まれてもよいし、第３領域５０－３に含まれてもよい。また、これらに限定されず、第１又は第４領域５０－１又は５０－４に含まれてもよいし、いずれの領域５０－１～５０－４にも含まれていなくてもよい。

また、ある領域（画角）の深度画像を取得するためのレーザ光Ｌ１の一度又は複数回の発光に対しては、図６において破線で示されている、使用ＳＰＡＤアレイ１４２の画角に相当する領域のフレーム画像が取得される。したがって、使用ＳＰＡＤアレイ１４２を縦方向に４分割した場合では、ある領域（画角）の深度画像を取得するためのレーザ光Ｌ１の一度又は複数回の発光に対して、ＳＰＡＤ領域１４２－１の画角に対応するフレーム画像５１－１と、ＳＰＡＤ領域１４２－２の画角に対応するフレーム画像５１－２と、ＳＰＡＤ領域１４２－３の画角に対応するフレーム画像５１－３と、ＳＰＡＤ領域１４２－４の画角に対応するフレーム画像５１－４とが取得される。なお、フレーム画像５１－１～５１－４は、レーザ光Ｌ１の横方向への走査に併せて横方向へスライドする。

（ヒストグラム）
ここで、最下に位置する第１領域５０－１と最上に位置する第４領域５０－４とに着目すると、一般的に、第１領域５０－１に相当するデバイスの足元付近に存在する物体はデバイスの近傍に位置し、第４領域５０－４に相当するデバイスの上方付近に存在する物体はデバイスの遠方に位置する。したがって、図７に示すように、第１領域５０－１を担当するＳＰＡＤ領域１４２－１から得られたフレーム画像５１－１に基づいて生成されるヒストグラムＧ１では、早い飛行時間で累積画素値がピークとなる一方、図８に示すように、第４領域５０－４を担当するＳＰＡＤ領域１４２－４から得られたフレーム画像５１－４に基づいて生成されるヒストグラムＧ４では、遅い飛行時間で累積画素値がピークとなる。

（演算係数を共通化した場合の課題）
そのため、図９に示すように、ＳＰＡＤ領域１４２－１～１４２－４それぞれから得られたフレーム画像５１－１～５１－４に対し、共通の演算部９１５及び共通の演算係数９１６を用いて物体までの距離を算出する演算処理を実行した場合、それぞれの測距結果９１７－１～９１７－４が最適な演算係数を用いて算出されているとは限られず、それにより、測距精度が低下してしまう可能性が存在する。

（本開示に係る演算処理）
そこで本開示では、図１０に示すように、演算部１５を４つのＳＰＡＤ領域１４２－１～１４２－４それぞれに対して一対一となるように４つの領域演算部１５－１～１５－４に分割し、それぞれの領域演算部１５－１～１５－４に対して、個別の演算係数１６－１～１６－４を設定する。

このような構成とすることで、領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれごとに、物体までの予測される距離に応じた個別の演算係数１６－１～１６－４を設定することが可能となるため、それぞれの測距結果１７－１～１７－４を最適な演算係数を用いて算出することが可能となる。それにより、測距範囲ＡＲ内に近距離の物体と遠距離の物体とが存在する場合でも、測距精度が低下することを低減することが可能となる。

例えば、物体が近距離に存在し易いＳＰＡＤ領域１４２－１に対応する領域演算部１５－１に対しては、演算係数１６－１として、検出された光から反射光Ｌ２の成分を抽出するための閾値として高い閾値Ｓｔｈ１（図７参照）を設定するとともに、低周波のノイズ成分を除去するフィルタ係数を設定する一方、物体が遠距離に存在し易いＳＰＡＤ領域１４２－４に対応する領域演算部１５－４に対しては、演算係数１６－４として、閾値として低い閾値Ｓｔｈ４（図８参照）を設定するとともに、高周波のノイズ成分を除去するフィルタ係数を設定することが可能となる。

また、領域演算部１５－２及び１５－３に対しても同様に、第２領域５０－２及び第３領域５０－３それぞれで予測される物体までの距離に応じて最適な演算係数１６－２及び１６－３を設定することが可能となる。

（演算係数の例）
本開示に係る領域演算部１５－１～１５－４に設定される演算係数１６－１～１６－４としては、例えば、図１１に例示するように、上述した、検出された光から反射光Ｌ２の成分を抽出するための閾値（以下、エコー閾値という）と、ノイズ成分を除去するためのフィルタ係数（以下、単にフィルタ係数という）との他に、取得する深度画像の解像度（以下、単に解像度という）や、使用ＳＰＡＤアレイ１４２から深度画像を読み出すフレームレート（以下、単にフレームレートという）や、ヒストグラムの出力範囲（時間帯）（以下、（以下、ヒストグラム出力範囲という）などを例示することができる。

エコー閾値は、上述したように、ＳＰＡＤ画素２０で検出された光から反射光Ｌ２の成分を抽出するための閾値であり、図１１に例示するように、例えば、物体が近距離に存在する可能性の高い第１領域５０－１ほど高く、物体が遠距離に存在する可能性の高い第４領域５０－４ほど低い値に設定されてよい。

フィルタ係数は、上述したように、作成されたヒストグラムからノイズ成分を除去するためのフィルタ係数であり、図１１に例示するように、例えば、第１領域５０－１ほど低周波成分をカットするフィルタ係数が設定され、第４領域５０－４ほど高周波成分をカットするフィルタ係数が設定されてよい。

解像度は、上述したように、例えば、１つの画素を構成するマクロ画素３０の数を変更することで、変更することができる。この解像度は、図１１に例示するように、例えば、第１領域５０－１ほど高く、第４領域５０－４ほど低い値に設定されてよい。解像度を低くすることで、１画素のダイナミックレンジを広げることが可能となるため、遠距離の物体で反射した弱い反射光Ｌ２を検出することが可能となる。一方、解像度を高くすることで、よりきめ細やかな深度画像を取得することが可能となるため、測距精度を高めることが可能となる。

フレームレートは、例えば、後述するヒストグラム回路１５２が作成するヒストグラムのビン数及び発光部１３の発光周期を変更することで、変更することができる。例えば、ヒストグラムのビン数を１／２とし、発光部１３の発光周期を２倍とすることで、フレームレートを２倍にすることができる。このフレームレートは、図１１に例示するように、例えば、第１領域５０－１ほど高く、第４領域５０－４ほど低い値に設定されてよい。フレームレートを高くすることで、より高サイクルで物体までの距離を測定することが可能となるため、物体に対する反応を迅速に開始することが可能となる。一方、フレームレートを低くすることで、データ処理量を削減することが可能となるため、処理時間の短縮や消費電力の削減を達成することができる。

ヒストグラム出力範囲は、例えば、作成したヒストグラムのうちの出力する範囲（時間帯）を変更することで、変更することができる。例えば、近距離に位置する物体までの距離を算出する場合には、ヒストグラムにおける前の時間帯を出力することで、出力帯域を削減することが可能となる。一方、遠距離に位置する物体までの距離を算出する場合には、ヒストグラムにおける後の時間帯を出力することで、同様に、出力帯域を削減することが可能となる。このヒストグラムの出力範囲は、図１１に例示するように、例えば、第１領域５０－１ほどヒストグラムにおける前の時間帯とし、第４領域５０－４ほど後の時間帯とされてよい。ヒストグラムの出力範囲を絞り込むことで、データ処理量を削減することが可能となるため、処理時間の短縮や消費電力の削減を達成することができる。

ただし、上述した演算係数は、単なる例に過ぎず、種々追加・変更することが可能である。例えば、ヒストグラムから外乱光によるノイズを引算する際の値や、サンプリング周波数などを、演算係数に含めることも可能である。

（演算部の概略構成例）
図１２は、本開示に係る演算部の概略構成例を示すブロック図である。図１２に示すように、各領域演算部１５－１～１５－４は、サンプリング回路１５０と、ＳＰＡＤ加算回路１５１と、ヒストグラム回路１５２と、フィルタ回路１５３と、エコー検出回路１５４と、レジスタブロック１５５とを備えている。

レジスタブロック１５５は、例えば、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等で構成されたメモリ領域であり、対応する領域演算部に属するサンプリング回路１５０、ＳＰＡＤ加算回路１５１、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３及びエコー検出回路１５４それぞれが実行する演算処理において使用する個別の演算係数を格納する。

サンプリング回路１５０は、例えば、対応する領域演算部のレジスタブロック１５５に格納されている演算係数のうちの解像度に従って、ＳＰＡＤアレイ１４１から出力回路１４５を介して出力された信号Ｖ＿ＯＵＴのパルス波形を、ＳＰＡＤ加算回路１５１の動作クロックに応じた時間幅のパルス波形の検出信号に変換して出力する。

ＳＰＡＤ加算回路１５１は、対応するマクロ画素３０からサンプリング周期ごとに入力された検出信号Ｖ＿ＯＵＴをカウントすることで、フォトンの入射が検出されたＳＰＡＤ画素２０の個数（検出数）をサンプリング周期ごとに計数し、この計数値をマクロ画素３０の画素値として出力する。

ここで、サンプリング周期とは、発光部１３がレーザ光Ｌ１を出射してから受光部１４でフォトンの入射が検出されるまでの時間（飛行時間）を計測する周期である。このサンプリング周期には、発光部１３の発光周期よりも短い周期が設定される。例えば、サンプリング周期をより短くすることで、より高い時間分解能で、発光部１３から出射して物体９０で反射したフォトンの飛行時間を算出することが可能となる。これは、サンプリング周波数をより高くすることで、より高い測距分解能で物体９０までの距離を算出することが可能となることを意味している。

例えば、発光部１３がレーザ光Ｌ１を出射して、このレーザ光Ｌ１が物体９０で反射し、この反射光Ｌ２が受光部１４に入射するまでの飛行時間をｔとすると、光速Ｃが一定（Ｃ≒３００，０００，０００ｍ（メートル）／ｓ（秒）であることから、物体９０までの距離Ｌは、以下の式（１）ように算出することができる。
Ｌ＝Ｃ×ｔ／２ （１）

そこで、サンプリング周波数を１ＧＨｚとすると、サンプリング周期は１ｎｓ（ナノ秒）となる。その場合、１つのサンプリング周期は、１５ｃｍ（センチメートル）に相当する。これは、サンプリング周波数を１ＧＨｚとした場合の測距分解能が１５ｃｍであることを示している。また、サンプリング周波数を２倍の２ＧＨｚとすると、サンプリング周期は０．５ｎｓ（ナノ秒）となるため、１つのサンプリング周期は、７．５ｃｍ（センチメートル）に相当する。これは、サンプリング周波数を２倍とした場合、測距分解能を１／２にすることができることを示している。このように、サンプリング周波数を高くしてサンプリング周期を短くすることで、より精度良く、物体９０までの距離を算出することが可能となる。

ヒストグラム回路１５２は、例えば、対応する領域演算部のレジスタブロック１５５に格納されている演算係数のうちのフレームレート及び／又はヒストグラムの作成範囲に従って、サンプリング回路１５０で同期して算出された画素ごとの画素値を、当該画素のヒストグラムにおけるサンプリング周期に対応したビン、言い換えれば、飛行時間に対応したビンの値に加算することで、画素ごとのヒストグラム（例えば、図７又は図８参照）を作成する。

フィルタ回路１５３は、例えば、対応する領域演算部のレジスタブロック１５５に格納されている演算係数のうちのノイズカットのフィルタ係数に従って、ヒストグラム回路１５２で作成されたヒストグラムに対してフィルタ処理を実行することで、フィルタ係数に応じた周波数帯のノイズを除去する。

エコー検出回路１５４は、例えば、対応する領域演算部のレジスタブロック１５５に格納されている演算係数のうちのエコー閾値に従って、ノイズ除去後のヒストグラムから反射光Ｌ２の成分を抽出し、抽出した反射光Ｌ２の成分において、累積画素値がピークとなるビン番号（飛行時間）から、各画素に写された物体までの距離を算出する。

以上のようにして算出された物体までの距離で構成されたフレーム画像５１－１～５１－４は、例えば、制御部１１や外部出力Ｉ／Ｆ１９を介してホスト８０へ入力されてよい。

（受光部及び演算部のチップ構成例）
図１３は、本開示に係るＴｏＦセンサにおける受光部及び演算部の積層構造例を示す図である。図１３に示すように、受光部１４及び演算部１５は、受光チップ１０１と回路チップ１０２とが上下に貼り合わされた貼合せチップ１００の構造を備える。受光チップ１０１は、例えば、受光部１４のＳＰＡＤ画素２０におけるフォトダイオード２１が配列するＳＰＡＤアレイ１４１を備える半導体チップであり、回路チップ１０２は、例えば、受光部１４におけるＳＰＡＤ画素２０のフォトダイオード２１以外の構成及び図１における演算部１５が配置された半導体チップである。

受光チップ１０１と回路チップ１０２との接合には、例えば、それぞれの接合面を平坦化して両者を電子間力で貼り合わせる、いわゆる直接接合を用いることができる。ただし、これに限定されず、例えば、互いの接合面に形成された銅（Ｃｕ）製の電極パッド同士をボンディングする、いわゆるＣｕ－Ｃｕ接合や、その他、バンプ接合などを用いることも可能である。

また、受光チップ１０１と回路チップ１０２とは、例えば、半導体基板を貫通するＴＳＶ（Through-Silicon Via）などの接続部を介して電気的に接続される。ＴＳＶを用いた接続には、例えば、受光チップ１０１に設けられたＴＳＶと受光チップ１０１から回路チップ１０２にかけて設けられたＴＳＶとの２つのＴＳＶをチップ外表で接続する、いわゆるツインＴＳＶ方式や、受光チップ１０１から回路チップ１０２まで貫通するＴＳＶで両者を接続する、いわゆるシェアードＴＳＶ方式などを採用することができる。

ただし、受光チップ１０１と回路チップ１０２との接合にＣｕ－Ｃｕ接合やバンプ接合を用いた場合には、Ｃｕ－Ｃｕ接合部やバンプ接合部を介して両者が電気的に接続される。

なお、図１３に示す貼合せチップ１００には、受光部１４及び演算部１５に限られず、発光部１３や制御部１１やその他の部が含まれていてもよい。

（各チップの平面レイアウト例）
図１４は、受光チップ１０１における受光面の平面レイアウトの一例を示す図である。図１４に示すように、受光チップ１０１の受光面における有効画素領域１２０には、複数のフォトダイオード２１が２次元格子状に配列した構成を備える。使用ＳＰＡＤアレイ１４２に属するＳＰＡＤ画素２０のフォトダイオード２１は、有効画素領域１２０の一部のフォトダイオード２１であってよいし、全部のフォトダイオード２１であってもよい。

図１５は、回路チップ１０２における受光チップ１０１側の面の平面レイアウト例を示す図である。図１５に示すように、回路チップ１０２における使用ＳＰＡＤアレイ１４２の領域と対応する領域には、ＳＰＡＤ画素２０における読出し回路２２が２次元格子状に配列する読出し回路領域２２Ａが配置されている。また、読出し回路領域２２Ａに隣接する領域には、４つの領域演算部１５－１～１５－４が並列に配置されている。

各領域演算部１５－１～１５－４では、読出し回路領域２２Ａに近い領域から順に、サンプリング回路１５０、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３及びエコー検出回路１５４が配置されている。このように、読出し回路２２から出力された検出信号に対して処理を実行する順に配置することで、読出しから出力までの配線長を短くすることが可能となるため、信号遅延などを低減することが可能となる。

また、サンプリング回路１５０、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３及びエコー検出回路１５４の並びに対して並行するように、レジスタブロック１５５が配置されている。このように、サンプリング回路１５０、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３及びエコー検出回路１５４に対して近接するようにレジスタブロック１５５を配置することで、レジスタブロック１５５から各回路への信号線の引回しを簡素化することが可能となる。

さらに、以上のように、演算部１５を４つの領域演算部１５－１～１５－４に分割することで、個々の領域演算部の回路設計が容易化するとともに、１つの領域演算部の回路パターンを他の３つの領域演算部に使い回すことが可能となるため、回路設計に要する手間や時間を大幅に短縮することが可能となるというメリットも得られる。

図１～図１５に示す光検出装置１０及び測距システムでは、使用ＳＰＡＤアレイ１４２の画角を複数の領域（フレーム画像５１－１～５１－４に相当）に分割し、領域ごとに独立した演算係数を設定することが可能となるため、それぞれの領域に存在する可能性の高い物体までの距離に応じて領域ごとに最適な演算係数を設定することが可能となる。それにより、それぞれの領域で最適な演算係数を用いて物体までの距離を算出すことが可能となるため、例えば、測距範囲ＡＲ内に近距離の物体と遠距離の物体とが存在する場合でも、測距精度が低下することを低減することが可能となる。

また、各領域に対する領域演算部１５－１～１５－４を同じ回路パターンとすることが可能となるため、回路設計に要する手間や時間を大幅に短縮することも可能となる。

さらに、例えば、一部の領域に対しては測距処理を行なわない場合には、該当する演算部（領域演算部１５－１～１５－４の何れか）に対する電力供給を停止することが可能となるため、状況に応じて消費電力を削減できるというメリットも存在する。

なお、図１～図１５に示す光検出装置１０及び測距システム１では、使用ＳＰＡＤアレイ１４２の画角ＳＲを水平方向へ往復走査する場合を例示したが、これに限定されず、使用ＳＰＡＤアレイ１４２の長手方向を水平方向とし、使用ＳＰＡＤアレイ１４２の画角ＳＲを垂直方向へ往復走査するように構成することも可能である。

図１～図１５に示す光検出装置１０及び測距システム１は、図１２に示すように、複数の領域演算部１５－１～１５－４を有し、各領域演算部１５－１～１５－４はサンプリング回路１５０、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３、及びエコー検出回路１５４を有しており、内部構成が複雑であるにもかかわらず、故障診断機能を備えていない。このため、測距システム１内の一部の回路が故障しても、その故障を迅速に検出することができず、機能安全の観点で不十分である。

そこで、以下に説明する光検出装置１０及び測距システム１は、故障診断機能を備えていることを特徴とする。具体的には、本開示による光検出装置１０は、ＳＰＡＤアレイ（アレイ部）１４１と演算部１５を備える他に、故障検出部４を備えている。ＳＰＡＤアレイは、図１に示すＳＰＡＤアレイと同様であり、複数の受光領域を有し、各受光領域内に複数の受光素子（フォトダイオード２１）が配置されている。演算部１５は、複数の受光領域のそれぞれに含まれる１つ以上の受光素子２１を含む画素ごとに、画素内の受光素子２１が光を受光した回数及び受光タイミングに関するヒストグラムを生成する。故障検出部４は、演算部１５内の故障を検出する。故障検出部４の具体的な構成には複数の候補が考えられるため、以下、順に説明する。

（第１の実施形態）
図１６は第１の実施形態に係る光検出装置１０のブロック図である。図１６の光検出装置１０は、図１２と同様に、４つの領域１４２－１～１４２－４に分割されるＳＰＡＤアレイ１４１と、演算部１５と、故障検出部４と、制御部５と、外部出力インタフェース部（以下、外部出力Ｉ／Ｆ）１９と、エラー出力Ｉ／Ｆ７とを備えている。以下では、ＳＰＡＤアレイ１４１内の４つの分割領域を、ＳＰＡＤアレイ領域０～３（１４２－１～１４２－４）と呼ぶ。

演算部１５は、ＳＰＡＤアレイ領域０～３（１４２－１～１４２－４）に対応する４つの領域演算部１５－１～１５－４とを有する。４つの領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれは、サンプリング回路１５０と、ＳＰＡＤ加算回路１５１と、ヒストグラム回路１５２と、フィルタ回路１５３と、エコー検出回路１５４と、レジスタブロック３３との少なくとも一部の回路を有する。領域演算部１５－１～１５－４内の各回路は、図１２に示したものと同様の動作を行う。各領域演算部１５－１～１５－４の出力信号は、外部出力Ｉ／Ｆ１９を介して外部に出力される。レジスタブロック３３は、対応する領域演算部１５－１～１５－４内の各処理回路が演算処理を行うのに最適な演算係数を記憶する。

サンプリング回路１５０は、複数の受光領域のそれぞれに含まれる複数の受光素子２１の出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして、複数の受光素子２１が光を受光したことを示す検出信号を画素ごとに出力する。ＳＰＡＤ加算回路１５１は、画素（マクロ画素３０）ごとに検出信号の数を加算した画素値を生成する。ヒストグラム回路１５２は、ＳＰＡＤ加算回路１５１で生成された画素値に基づいて、複数の受光領域のそれぞれにおける画素ごとのヒストグラムを生成する。フィルタ回路１５３は、ヒストグラム回路１５２で生成されたヒストグラムに含まれるノイズ成分を除去する。エコー検出回路１５４は、フィルタ回路１５３でノイズ成分を除去した後のヒストグラムに基づいて、光を投光してから、光が物体で反射されてアレイ部で受光されるまでの時間差を検出して物体までの距離を計測する。

故障検出部４は、４つの領域演算部１５－１～１５－４のうち、２つの領域演算部に同一のテストパターンを入力し、２つの領域演算部の出力信号が同一でなければ、２つの領域演算部のうちいずれか一方が故障したと判断する。

故障検出部４は、４つの領域演算部１５－１～１５－４に対応する４つのセレクタ８及び４つのパターン生成器（ＰＧ）９と、２つの比較器３１とを有する。

各パターン生成器９は、故障診断時にテストパターン信号を生成する。故障検出部４内の４つのパターン生成器９は、それぞれテストパターン信号を生成する。生成されたテストパターン信号は、対応するセレクタ８に入力される。各パターン生成器９は、時間に応じてテストパターン信号を変化させる。例えば、各パターン生成器９は、時間に応じてランダムにパターンが変化するテストパターン信号を生成する。各パターン生成器９は、疑似乱数によってテストパターン信号を生成してもよい。各比較器３１に対応する２つのパターン生成器９は、同じようにパターン系列が変化するテストパターン信号を生成する。

各セレクタ８は、サンプリング回路１５０でサンプリングされた検出信号と、パターン生成器９で生成されたテストパターン信号とのいずれか一方を選択して、対応するＳＰＡＤ加算回路１５１に入力する。各セレクタ８は、通常動作時にはサンプリング回路１５０でサンプリングされた検出信号を選択し、故障診断時にはテストパターン信号を選択する。

故障診断時には、例えば、各ＳＰＡＤ加算回路１５１に同一のテストパターン信号が入力され、かつ各レジスタブロック３３が各領域演算部１５－１～１５－４に同一の演算係数を設定する。このため、ＳＰＡＤ加算回路１５１、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３およびエコー検出回路１５４は、ＳＰＡＤ加算回路１５１に入力されたテストパターン信号に基づいて各処理を行う。

故障検出部４は、４つの領域演算部１５－１～１５－４に対して２つの比較器３１を有する。各比較器３１は、故障診断時に、互いに異なる２つの領域演算部の出力信号同士を比較する。故障診断時に、各ＳＰＡＤ加算回路１５１に同一のテストパターン信号が入力され、かつ各レジスタブロック３３が各領域演算部１５－１～１５－４に同一の演算係数が設定することにより、各ＳＰＡＤ加算回路１５１、各ヒストグラム回路１５２、各フィルタ回路１５３および各エコー検出回路１５４が正常に動作している場合には、各エコー検出回路１５４の出力信号は同一になる。よって、各比較器３１は、比較結果が一致したことを示す信号を出力する。

故障診断時に比較器３１に入力される２つの領域演算部のうち、１つの領域演算部内の少なくとも一部の回路が故障した場合は、これら２つの領域演算部の出力信号同士が一致しなくなり、比較器３１は、比較結果が一致しないことを示す信号を出力する。これにより、この比較器３１に入力される２つの領域演算部のうちいずれか一方が故障したと判断することができる。

比較器３１から出力される比較結果信号は、例えばエラー出力Ｉ／Ｆ７や外部出力Ｉ／Ｆ１９を介して外部に出力される。比較器３１から出力される比較結果信号にて、演算部１５内のいずれかの領域演算部１５－１～１５－４が故障したことを検出することができる。

制御部５は、セレクタ８の切替を行う。具体的には、制御部５は、通常動作時には、サンプリング回路１５０から出力された検出信号をセレクタ８に選択させ、故障診断時には、パターン生成器９から出力されたテストパターン信号をセレクタ８に選択させる。

エラー出力Ｉ／Ｆ７は、故障が検出されたことを報知する。なお、エラー出力Ｉ／Ｆ７を省略して、外部出力Ｉ／Ｆ１９にて、故障が検出されたことを報知してもよい。故障が検出された場合には、例えば、エラー出力Ｉ／Ｆ７や外部出力Ｉ／Ｆ１９からの出力信号にて、不図示のホストプロセッサに対して割り込みをかけるようにしてもよい。あるいは、ホストプロセッサが、エラー出力Ｉ／Ｆ７、外部出力Ｉ／Ｆ１９、及び各種レジスタの値を定期的にポーリングして故障を検出するようにしてもよい。あるいは、外部出力Ｉ／Ｆ１９から出力される所定のフォーマット（例えば、ＭＩＰＩ：Mobile Industry Processor Interface、Ｉ２Ｃ：Inter-Integrated Circuits、ＳＰＩ：Serial Peripheral Interfaceなど）のデータに、故障検出結果の有無の情報を付加してもよい。

このように、第１の実施形態に係る光検出装置１０は、演算部１５内の４つの領域演算部１５－１～１５－４の出力信号のうち２つずつを互いに異なる比較器３１に入力し、故障診断時には、各領域演算部１５－１～１５－４に同一のテストパターン信号を入力する。これにより、一部の領域演算部内の少なくとも一部の回路が故障すると、故障した回路を有する領域演算部の出力信号が入力される比較器３１にて不一致が検出される。これにより、いずれかの比較器３１にて不一致が検出されたか否かにより、演算部１５内の４つの領域演算部１５－１～１５－４のいずれかが故障したか否かを検出できる。

図１６の光検出装置１０では、演算部１５内の４つの領域演算部１５－１～１５－４のいずれかが故障したことはわかるが、どの領域演算部が故障したのかを特定することはできない。そこで、故障した領域演算部を特定するための他の仕組みを設けてもよい。例えば、一つの比較器３１で比較結果の不一致が検出された場合、その比較器３１に接続されている２つの領域演算部内のヒストグラム回路１５２内の不図示のメモリと、エコー検出回路１５４内の不図示のメモリに、何らかのデータを書き込んで、書き込んだデータが正常に読み出せるか否かのベリファイ処理を行ってもよい。これにより、メモリが故障した領域演算部を特定することができる。

図１６では、ＳＰＡＤアレイ領域０～３（１４２－１～１４２－４）と、４つのサンプリング回路１５０と、４つの領域演算部１５－１～１５－４を有する演算部１５とを設ける例を示したが、ＳＰＡＤアレイ領域の数は必ずしも４つである必要はない。ｎ（ｎは２以上の整数）個のＳＰＡＤアレイ領域が存在する場合には、ｎ個のサンプリング回路１５０と、ｎ個の領域演算部１５－１～１５－４を有する演算部１５と、ｎ個のパターン生成器９と、ｎ個のセレクタ８とが設けられる。ｎが偶数の場合には、ｎ／２個の比較器３１が設けられる。以降に説明する各実施形態においても、ｎの値は任意であるが、後述する実施形態によっては、奇数であったり、偶数であったりする。

（第２の実施形態）
図１７は第２の実施形態に係る光検出装置１０のブロック図である。以下では、図１６の光検出装置１０との相違点を中心に説明する。

図１７の光検出装置１０は、図１６と同様の構成の演算部１５を備えている。図１７の故障検出部４は、図１６の故障検出部４の内部構成に加えて、符号化部３２を有する。すなわち、図１７の故障検出部４は、４つの領域演算部１５－１～１５－４に対応する４つのセレクタ８及び４つのパターン生成器９と、２つの比較器３１と、符号化部３２とを有する。

符号化部３２は、故障診断時に、対応する領域演算部１５－１～１５－４の出力信号の符号化データを生成する。符号化データは、例えばＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）信号である。本願図面では、符号化部３２をＣＲＣ３２と表記する。ＣＲＣ信号は、領域演算部１５－１～１５－４の出力信号をデータ圧縮して生成される。例えば、省電力化を目的に、故障診断時に領域演算部を同時に動作させない場合に各領域演算部の出力結果を保存し、比較する領域演算部同士の演算が完了した後に両者の出力を比較する場合がある。その際、領域演算部１５－１～１５－４の出力信号自体を保存するよりも、保存するビット数を削減できる。よって、領域演算部１５－１～１５－４の出力結果を保存する際のコストを削減できる。

符号化部３２は、本実施形態に係る光検出装置１０を備える測距システム１が通信用途で符号化部３２を既に搭載している場合には、その符号化部３２を流用してＣＲＣ信号を生成でき、新たに符号化部３２を設ける必要がない。

図１７の比較器３１は、２つの符号化部３２で生成された２つのＣＲＣ同士を比較する。上述したように、ＣＲＣ信号のビット数は領域演算部１５－１～１５－４の出力信号のビット数よりも少ないため、比較器３１の内部構成をより簡略化できる。

このように、第２の実施形態に係る光検出装置１０では、各領域演算部１５－１～１５－４の出力信号を符号化した符号化データ同士を比較するため、各領域演算部１５－１～１５－４の出力信号同士を比較するよりも、比較器３１の構成を簡略化でき、かつ領域演算部１５－１～１５－４の出力結果を保存する際のビット数を削減できる。

（第３の実施形態）
上述した第１及び第２の実施形態では、演算部１５内に偶数個の領域演算部１５－１～１５－４が設けられており、故障検出部４は、偶数個の領域演算部１５－１～１５－４を２つずつの組に分けて、各組の２つの領域演算部に同一のテストパターン信号を入力し、２つの領域演算部の出力信号が同一でなければ、２つの領域演算部のうちいずれか一方が故障したと判断している。これに対して、以下に説明する第３の実施形態は、演算部１５内に奇数個の領域演算部１５－１～１５－３が設けられている場合を示している。なお、奇数個とは、３つに限られず、５つ以上の奇数個でもよい。

図１８は第３の実施形態に係る光検出装置１０のブロック図である。図１８の光検出装置１０は、ＳＰＡＤアレイ領域０～２と、３つの領域演算部１５－１～１５－３を有する演算部１５と、故障検出部４とを備えている。

故障検出部４は、３つのパターン生成器９と、３つのセレクタ８と、２つの比較器３１とを有する。各比較器３１は、３つの領域演算部１５－１～１５－３のうち２つの領域演算部の出力信号同士を比較する。３つの領域演算部１５－１～１５－３のうち、１つの領域演算部の出力信号は、２つの比較器３１の双方に入力される。残りの２つの領域演算部の出力信号は、２つの比較器３１のいずれか一方に入力される。これにより、２つの比較器３１は、１つの領域演算部の出力信号を重複して用いて、２つの領域演算部の出力信号同士を比較する。

２つの比較器３１の少なくとも一方で、比較結果の不一致が検出されると、演算部１５内のいずれかの領域演算部が故障したと判断することができる。

なお、図１８の光検出装置１０に図１７と同様に、各領域演算部１５－１～１５－３の出力信号を符号化する複数の符号化部３２を設けて、複数の符号化データを比較器３１に入力してもよい。

このように、第３の実施形態では、演算部１５内に奇数個の領域演算部１５－１～１５－３が設けられているが、一部の領域演算部の出力信号を重複して複数の比較器３１に入力することで、演算部１５内のすべての領域演算部１５－１～１５－３を２つずつの組に分けて、２つの領域演算部の出力信号同士を各比較器３１で比較することができ、第１及び第２の実施形態と同様に、演算部１５内のいずれかの領域演算部１５－１～１５－３が故障したことを検出できる。

（第４の実施形態）
上述した第１～第３の実施形態に係る光検出装置１０では、演算部１５内のいずれかの領域演算部が故障したことはわかっても、どの領域演算部が故障したかを故障検出部４で特定することはできず、特定するには、上述したように故障検出部４に加えて、ベリファイ手段などが必要となる。以下に説明する第４の実施形態に係る光検出装置１０は、故障した領域演算部を故障検出部４で特定できるようにしたものである。

図１９は第４の実施形態に係る光検出装置１０のブロック図である。以下では、図１６の光検出装置１０との相違点を中心に説明する。図１９の光検出装置１０は、ＳＰＡＤアレイ領域０～２と、３つの領域演算部１５－１～１５－３を有する演算部１５と、故障検出部４とを備えている。

故障検出部４は、３つの領域演算部１５－１～１５－３に対応する３つのパターン生成器９及び３つのセレクタ８と、１つの比較器３１とを有する。比較器３１には、３つの領域演算部１５－１～１５－３の出力信号が入力され、これら３つの出力信号同士を比較する。そして、３つの出力信号のうち、１つの出力信号が残り２つの出力信号と異なる場合には、その１つの出力信号を出力した領域演算部が故障したと特定することができる。

このように、比較器３１は、入力された３つの出力信号同士を比較して、多数決により、故障した領域演算部を特定することができる。

図１９では、３つの領域演算部１５－１～１５－３の出力信号を比較器３１に入力しているが、４つ以上の領域演算部の出力信号を比較器３１に入力し、多数決により故障した領域演算部を特定することも可能である。例えば、４つの領域演算部１５－１～１５－４の出力信号が比較器３１に入力された場合、そのうちの１つの出力信号が残りの３つの出力信号と異なる場合には、その１つの出力信号を出力した領域演算部が故障したと特定することができる。

なお、図１９の光検出装置１０に図１７と同様に、各領域演算部１５－１～１５－３の出力信号を符号化する複数の符号化部３２を設けて、複数の符号化データを比較器３１に入力してもよい。

このように、第４の実施形態では、比較器３１に３つ以上の領域演算部の出力信号を入力して出力信号同士を比較し、多数決により、故障した領域演算部を特定するため、簡易な構成で故障箇所を特定することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、領域演算部１５－１～１５－４内の複数段の処理回路を個別に誤り診断するものである。

図２０は第５の実施形態に係る光検出装置１０のブロック図である。図２０の光検出装置１０は、故障検出部４の内部構成が図１６の故障検出部４とは異なっている。図２０の故障検出部４は、４つの領域演算部１５－１～１５－４に対応する４つのパターン生成器９及び４つのセレクタ８を有する他に、各領域演算部１５－１～１５－４内の複数段の処理回路の出力信号が入力される複数の比較器３１（第１～第４比較器３１－１～３１－４）を有する。ここで、処理回路とは、領域演算部１５－１～１５－４内のサンプリング回路１５０、ＳＰＡＤ加算回路１５１、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３、及びエコー検出回路１５４である。

図２０の例では、４つの領域演算部１５－１～１５－４内の４つのＳＰＡＤ加算回路１５１の出力信号を２つずつ組にして２つの第１比較器３１－１に入力し、出力信号同士が一致しなければ、いずれかのＳＰＡＤ加算回路１５１が故障したことを検出する。同様に、４つの領域演算部１５－１～１５－４内の４つのヒストグラム回路１５２の出力信号を２つずつ組にして２つの第２比較器３１－２に入力し、出力信号同士が一致しなければ、いずれかのヒストグラム回路１５２が故障したことを検出する。同様に、４つの領域演算部１５－１～１５－４内の４つのフィルタ回路１５３の出力信号を２つずつ組にして２つの第３比較器３１－３に入力し、出力信号同士が一致しなければ、いずれかのフィルタ回路１５３が故障したことを検出する。同様に、４つの領域演算部１５－１～１５－４内の４つのエコー検出回路１５４の出力信号を２つずつ組にして２つの第４比較器３１－４に入力し、出力信号同士が一致しなければ、いずれかのエコー検出回路１５４が故障したことを検出する。

図２０の故障検出部４は、合計８つの比較器３１（第１～第４比較器３１－１～３１－４が２個ずつ）を有しており、各比較器３１にて、各領域演算部１５－１～１５－４内のどの処理回路で故障が起きたかを検出することができる。各比較器３１の出力信号は、例えばエラー出力Ｉ／Ｆ７又は外部出力Ｉ／Ｆ１９を介して外部に出力される。

図２０の故障検出部４は、各領域演算部１５－１～１５－４内の各処理回路の出力信号を二つずつ第１～第４比較器３１－１～３１－４に入力しているが、図１９と同様に、各処理回路の出力信号を三つ以上ずつ比較器３１に入力して、多数決により、どの処理回路が故障したかを特定できるようにしてもよい。

また、図１７と同様に、各処理回路の出力信号を符号化した符号化データを比較器３１に入力してもよい。

このように、第５の実施形態では、複数の領域演算部１５－１～１５－４内の各段の処理回路の出力信号同士を対応する比較器３１（第１～第４比較器３１－１～３１－４）で比較するようにしたため、領域演算部１５－１～１５－４内のどの処理回路が故障したかを検出することができる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態では、サンプリング回路１５０と演算回路内の複数箇所にテストパターン信号を入力して、複数箇所で故障検出を行うものである。

図２１は第６の実施形態に係る光検出装置１０のブロック図である。図２１の光検出装置１０は、故障検出部４の内部構成が図１６の故障検出部４とは異なっている。図２１の故障検出部４は、ＳＰＡＤアレイ領域０～３（１４２－１～１４２－４）と４つのサンプリング回路１５０の間に配置される４つの第１パターン生成器９－１及び４つの第１セレクタ８－１と、４つのＳＰＡＤ加算器の出力信号が２つずつ組にして入力される２つの第１比較器３１－１と、４つのＳＰＡＤ加算器と４つのヒストグラム回路１５２との間に配置される４つの第２パターン生成器９－２及び４つの第２セレクタ８－２と、４つのエコー検出回路１５４の出力信号が２つずつ組にして入力される２つの第２比較器３１－２とを備えている。

４つの第１パターン生成器９－１及び４つの第１セレクタ８－１と、２つの第１比較器３１－１とは、テストモード時に、４つのサンプリング回路１５０と４つのＳＰＡＤ加算回路１５１の故障を検出するために用いられる。２つの第１比較器３１－１の少なくとも一方で出力信号同士の不一致が検出されると、４つのサンプリング回路１５０と４つのＳＰＡＤ加算回路１５１のいずれかが故障したことが検出される。４つの第１パターン生成器９－１で生成される４つのテストパターンは、疑似乱数等により生成されるランダムなパターンであり、２つの第１比較器３１－１のそれぞれに対応する２つのテストパターンは同じようにパターン系列が変化するパターンである。

４つの第２パターン生成器９－２及び４つの第２セレクタ８－２と、２つの第２比較器３１－２とは、テストモード時に、４つのヒストグラム回路１５２と、４つのフィルタ回路１５３と、４つのエコー検出回路１５４とのいずれかが故障したことを検出するために用いられる。２つの第２比較器３１－２の少なくとも一方で出力信号同士の不一致が検出されると、４つのヒストグラム回路１５２と、４つのフィルタ回路１５３と、４つのエコー検出回路１５４のいずれかが故障したことが検出される。４つの第２パターン生成器９－２で生成される４つのテストパターンは、疑似乱数等により生成されるランダムなパターンであり、２つの第２比較器３１－２のそれぞれに対応する２つのテストパターンは同じようにパターン系列が変化するパターンである。

制御部５は、故障診断時に、第１故障診断モードと第２故障診断モードのいずれかを選択する。制御部５にて第１故障診断モードが選択されると、第１セレクタ８－１は第１テストパターンを選択してサンプリング回路１５０に入力する。この場合、第１テストパターンに基づいて、サンプリング回路１５０とＳＰＡＤ加算回路１５１の処理が順次行われ、４つのＳＰＡＤ加算回路１５１の出力信号が２つずつ組にして２つの第１比較器３１－１に入力される。これにより、２つの第１比較器３１－１は、第１故障診断モードの選択時には、４つのサンプリング回路１５０、又は４つのＳＰＡＤ加算回路１５１のいずれかが故障したことを検出できる。

制御部５にて第２故障診断モードが選択されると、第２セレクタ８－２は第２テストパターンを選択してヒストグラム回路１５２に入力する。この場合、第２テストパターンに基づいて、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３、及びエコー検出回路１５４の処理が順次行われ、４つのエコー検出回路１５４の出力信号が２つずつ組にして２つの第２比較器３１－２に入力される。これにより、２つの第２比較器３１－２は、第２故障診断モードの選択時には、４つのヒストグラム回路１５２、４つのフィルタ回路１５３、又は４つのエコー検出回路１５４のいずれかが故障したことを検出できる。

図２２は図２１の一変形例に係る光検出装置１０のブロック図である。図２２は、図２１とは異なる場所に２つの第１比較器３１－１が設けられている。図２２における２つの第１比較器３１－１には、ヒストグラム回路１５２の出力信号が２つずつ組にして入力されている。

制御部５は、故障診断時に、第１故障診断モードと第２故障診断モードのいずれかを選択する。制御部５にて第１故障診断モードが選択されると、第１セレクタ８－１は第１テストパターンを選択してサンプリング回路１５０に入力する。この場合、第１テストパターンに基づいて、サンプリング回路１５０、ＳＰＡＤ加算回路１５１、及びヒストグラム回路１５２の処理が順次行われ、４つのヒストグラム回路１５２の出力信号が２つずつ組にして２つの第１比較器３１－１に入力される。これにより、２つの第１比較器３１－１は、第１故障診断モードの選択時には、４つのサンプリング回路１５０、４つのＳＰＡＤ加算回路１５１、又は４つのヒストグラム回路１５２のいずれかが故障したことを検出できる。

制御部５にて第２故障診断モードが選択されると、第２セレクタ８－２は第２テストパターンを選択してヒストグラム回路１５２に入力する。この場合、第２テストパターンに基づいて、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３、及びエコー検出回路１５４の処理が順次行われ、４つのエコー検出回路１５４の出力信号が２つずつ組にして２つの第２比較器３１－２に入力される。これにより、２つの第２比較器３１－２は、第２故障診断モードの選択時には、４つのヒストグラム回路１５２、４つのフィルタ回路１５３、又は４つのエコー検出回路１５４のいずれかが故障したことを検出できる。

図２１及び図２２の光検出装置１０においても、３つ以上の出力信号を一つの第１比較器３１－１又は第２比較器３１－２に入力して、多数決により、故障した処理回路を特定してもよい。

また、図１７と同様に、各処理回路の出力信号を符号化した符号化データを比較器３１に入力してもよい。

このように、第６の実施形態では、光検出装置１０内の複数箇所にテストパターンを入力するとともに、各領域演算部１５－１～１５－４内の複数段の処理回路のうち、それぞれ異なる段の処理回路の出力信号を別個の比較器３１に入力するため、光検出装置１０内のどこで故障が起きたかを特定しやすくなる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態に係る光検出装置１０は、ＳＰＡＤアレイ１４１内の画素数が演算部１５で処理可能な画素数よりも多い場合を示している。

図２３は第７の実施形態に係る光検出装置１０のブロック図である。図２３の光検出装置１０は、ＳＰＡＤアレイ１４１と、サンプリング回路１５０と、セレクタ８と、カラムシフト数設定レジスタ３４と、４つの領域演算部１５－１～１５－４を有する演算部１５と、故障検出部４とを備えている。故障検出部４は、パターン生成器９と、２つの比較器３１とを有する。

本実施形態では、ＳＰＡＤアレイ１４１内の画素数が、演算部１５で処理可能な画素数よりも多いことを想定しており、ＳＰＡＤアレイ１４１内のカラム方向の画素群ごとに演算部１５で距離計測処理を行うものである。

サンプリング回路１５０は、ＳＰＡＤアレイ１４１内の画素数に応じた数の検出信号を出力する。サンプリング回路１５０から出力された検出信号は、通常動作時には、カラムシフト数設定レジスタ３４に設定されたカラム数だけシフトされて、セレクタ８から出力される。このように、ＳＰＡＤアレイ１４１内の一部のカラム内の各画素に対応する検出信号がセレクタ８で選択されて、演算部１５に供給される。

セレクタ８は、サンプリング回路１５０と４つのＳＰＡＤ加算器との間に配置されている。セレクタ８は、通常動作時には、サンプリング回路１５０から出力された検出信号を、上述したようにカラムシフトさせた後に各ＳＰＡＤ加算回路１５１に供給する。

一方、セレクタ８は、故障診断時には、カラムごとにシフトさせる動作（以下、カラムシフトと呼ぶ）を行うことなく、パターン生成器９で生成されたテストパターン信号を選択して、演算部１５内の各ＳＰＡＤ加算回路１５１に供給する。

演算部１５は、図１６と同様に、４つの領域演算部１５－１～１５－４を有し、各領域演算部１５－１～１５－４は、ＳＰＡＤ加算回路１５１と、ヒストグラム回路１５２と、フィルタ回路１５３と、エコー検出回路１５４とを有する。４つのエコー検出回路１５４の出力信号は、２つずつ組にして、２つの比較器３１に入力される。比較器３１の比較動作は図１６と同様である。

図２４は図２３の一変形例に係る光検出装置１０のブロック図である。図２４の光検出装置１０におけるＳＰＡＤ加算回路１５１は、ＳＰＡＤアレイ１４１内の全画素についての画素値を検出する。ＳＰＡＤ加算回路１５１の後段側のヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３、及びエコー検出回路１５４は、ＳＰＡＤアレイ１４１内の画素数よりも少ない画素数を処理可能である。

ＳＰＡＤ加算回路１５１から出力された画素値は、カラムシフトされた後に、各ヒストグラム回路１５２に入力される。

図２４の光検出装置１０内の４つのセレクタ８は、４つのＳＰＡＤ加算回路１５１と、４つのヒストグラム回路１５２の間に配置されている。各セレクタ８は、通常動作時には、上述したように、各ＳＰＡＤ加算回路１５１から出力された画素値を、カラムシフトさせた後に、対応するヒストグラム処理部に供給する。一方、各セレクタ８は、故障診断時には、パターン生成器９で生成されたテストパターン信号を選択して、対応するヒストグラム回路１５２に入力する。

図２３及び図２４の光検出装置１０においても、３つ以上の出力信号を一つの第１比較器３１－１又は第２比較器３１－２に入力して、多数決により、故障した処理回路を特定してもよい。

また、図１７と同様に、各処理回路の出力信号を符号化した符号化データを比較器３１に入力してもよい。

このように、第７の実施形態に係る光検出装置１０は、ＳＰＡＤアレイ１４１の画素数が演算部１５内の各処理回路の画素数よりも多い場合でも、故障診断時には、テストパターン信号を各処理回路に入力して、故障診断を行うことができる。

（第８の実施形態）
第８の実施形態は、各領域演算部１５－１～１５－４内の各処理回路が演算処理を行う際に用いる演算係数を記憶するレジスタブロック３３が故障診断用の演算係数を記憶するものである。

図２５Ａは第８の実施形態に係る光検出装置１０のブロック図である。図２５Ａは図１７の光検出装置１０に類似する構成を備えている。具体的には、図２５Ａの故障検出部４は、図１７の光検出装置１０と同様に、４つの領域演算部１５－１～１５－４に対応する４つのパターン生成器９、４つのセレクタ８、及び４つの符号化部（ＣＲＣ）３２と、２つの比較器３１とを有する。この他、図２５Ａの光検出装置１０は、制御部５を備えている。制御部５は、通常動作時又は故障診断時の切替時に、セレクタ８の切替と、レジスタブロック３３内の演算係数の切替とを行う。符号化部３２は、エコー検出回路１５４の出力信号を符号化した符号化データを生成する。符号化データは、例えばＣＲＣ信号である。なお、符号化部３２は、ＣＲＣ信号以外の符号化データを生成してもよい。

図２５Ｂはレジスタブロック（演算係数記憶部）３３の内部構成を示すブロック図である。図２５Ｂに示すように、レジスタブロック３３は、通常動作用の演算係数（第１演算係数）を記憶する第１レジスタ３５と、故障診断時の演算係数（第２演算係数）を記憶する第２レジスタ３６と、制御部５からの制御信号に基づいて第１レジスタ３５に記憶された演算係数と第２レジスタ３６に記憶された演算係数とのいずれか一方を選択するセレクタ３７とを有する。

レジスタブロック３３は領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれごとに設けられ、各レジスタブロック３３に第２レジスタ３６が設けられるため、領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれごとに、故障診断時の演算係数を個別に設定できる。

なお、第８の実施形態に係る光検出装置１０は、上述した第１～第７の実施形態に係る光検出装置１０と組み合わせることができるため、光検出装置１０内のレジスタブロック３３と制御部５以外の構成は、第２～第７の実施形態に係る光検出装置１０と同じであってもよい。

図２５Ａの光検出装置１０においても、３つ以上の出力信号を一つの第１比較器３１－１又は第２比較器３１－２に入力して、多数決により、故障した処理回路を特定してもよい。

また、図１７と同様に、各処理回路の出力信号を符号化した符号化データを比較器３１に入力してもよい。

このように、第８の実施形態では、通常動作用の演算係数と故障診断用の演算係数とをレジスタブロック３３に記憶し、制御部５からの指示で、いずれかの演算係数を選択して、各領域演算部１５－１～１５－４に供給する。これにより、故障診断時に適した演算係数を各領域演算部１５－１～１５－４に設定した上で、テストパターンを入力して故障診断を行うことができる。また、第８の実施形態では、通常動作時だけでなく、故障診断時においても、領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれごとに、個別の演算係数を設定できる。

（第９の実施形態）
故障診断時には、複数の領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれに同様のパターン系列で変化するテストパターン信号を入力することを想定している。このため、故障診断時に各領域演算部１５－１～１５－４に設定する演算係数は同一にしても問題が起きないと考えられる。そこで、以下に説明する第９の実施形態では、故障診断時には、複数の領域演算部１５－１～１５－４に同一の演算係数を設定するようにしたものである。

図２６Ａは第９の実施形態に係る光検出装置１０のブロック図、図２６Ｂは領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれごとに設けられるレジスタブロック３３の内部構成を示すブロック図である。以下では、図２５Ａ及び図２５Ｂに示す光検出装置１０との相違点を中心に説明する。

図２６Ｂに示すレジスタブロック３３の内部構成は、図２５Ｂに示すレジスタブロック３３とは異なっている。図２６Ｂに示すレジスタブロック３３は、通常動作用の演算係数を記憶する通常動作用レジスタ（第１演算係数記憶部）３８と、セレクタ３９とを有する。

また、第９の実施形態に係る光検出装置１０は、領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれごとのレジスタブロック３３とは別個に、故障診断用レジスタブロック（第２演算係数記憶部）４０を備えている。故障診断用レジスタブロック４０は、複数の領域演算部１５－１～１５－４に対して一つ設けられている。

制御部５は、通常動作時と故障診断時で、領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれごとのレジスタブロック３３内のセレクタ３９の選択を制御する。これにより、セレクタ３９は、通常動作時には、通常動作用レジスタ３８に記憶された演算係数を選択し、故障診断時には、故障診断用レジスタブロック４０に記憶された演算係数を選択する。

図２６Ａの光検出装置１０においても、３つ以上の出力信号を一つの第１比較器３１－１又は第２比較器３１－２に入力して、多数決により、故障した処理回路を特定してもよい。

また、図１７と同様に、各処理回路の出力信号を符号化した符号化データを比較器３１に入力してもよい。

このように、第９の実施形態による光検出装置１０では、故障診断時には、複数の領域演算部１５－１～１５－４で共通の演算係数を設定した上でテストパターン信号を入力するため、領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれごとに設けられるレジスタブロック３３の内部構成を簡略化できる。

（第１０の実施形態）
第１０の実施形態に係る光検出装置１０は、通常動作期間と故障診断期間とを完全に切り分けるものである。第１０の実施形態に係る光検出装置１０は、上述した第１～第９の実施形態に係る光検出装置１０と組み合わせて実施することができるため、第１～第９の実施形態のいずれかに係る光検出装置１０に準じた内部構成を備えている。

図２７は第１０の実施形態に係る光検出装置１０の動作タイミング図である。図示のように、起動処理期間と距離計測を行う通常動作期間の合間のブランキング期間に、故障診断期間が設けられている。故障診断期間には、光検出装置１０での距離計測のための処理を停止する。すなわち、故障診断期間には、ＳＰＡＤアレイ１４１による受光動作とサンプリング回路１５０によるサンプリング動作を停止し、演算部１５内の各領域演算部１５－１～１５－４は、パターン生成器９で生成されたテストパターン信号に基づいて、各処理回路を動作させる。

図２７の期間制御は、例えば制御部（タイミング制御部）５にて行われる。第１０の実施形態に係る制御部５は、ＳＰＡＤアレイ１４１が受光した光に基づいてヒストグラムを生成する通常動作期間と、ＳＰＡＤアレイ１４１の受光動作を停止させた状態で、テストパターン信号に基づいて演算部１５の故障検出を行う故障診断期間とに分けて、ＳＰＡＤアレイ１４１及び演算部１５を制御する。

このように、第１０の実施形態では、通常動作期間での処理動作を停止した状態で故障診断を行うため、通常動作期間内の処理動作に影響されることなく、各領域演算部１５－１～１５－４の故障診断を行うことができる。

（第１１の実施形態）
第１１の実施形態に係る光検出装置１０は、ＳＰＡＤアレイ１４１が光を受光して、次の光を受光するまでの間に、故障診断を行うものである。第１１の実施形態に係る光検出装置１０は、上述した第１～９の実施形態に係る光検出装置１０と組み合わせて実施することができるため、光検出装置１０の内部構成は、第１～第９の実施形態のいずれかに係る光検出装置１０に準じたものである。

図２８は第１１の実施形態に係る光検出装置１０の動作タイミング図である。測距システム１内の発光部は、所定期間ごとに間歇的にレーザ光を発光する。よって、ＳＰＡＤアレイ１４１は、発光部の発光タイミングに合わせて、間歇的に物体からの反射光を受光する。反射光を受光するタイミングは、物体までの距離により変動するため、ＳＰＡＤアレイ１４１が光を受光して距離計測を行う期間（以下、センサデータ処理期間と呼ぶ）は、所定の時間幅を有する。ＳＰＡＤアレイ１４１は、発光部が間歇的に光を発光するタイミングに合わせて、複数のセンサデータ処理期間を有し、個々のセンサデータ処理期間の合間には、ＳＰＡＤアレイ１４１が光を受光しない期間（以下、非受光期間又はテストデータ処理期間と呼ぶ）が存在する。そこで、第１１の実施形態では、非受光期間（テストデータ処理期間）内に故障診断を行う。

図２８は、ヒストグラム回路１５２がヒストグラム生成処理を行うセンサデータ処理期間と、フィルタ回路１５３がノイズ除去処理を行うセンサデータ処理期間と、エコー検出回路１５４が距離計測を行うセンサデータ処理期間とを示している。ヒストグラム回路１５２の処理が終わった後にフィルタ回路１５３の処理が行われ、その後にエコー検出回路１５４の処理が行われるため、通常動作時のヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３、及びエコー検出回路１５４の処理は時間的にシフトされて行われる。第１１の実施形態では、これらの処理の合間に、故障診断用のテストパターンを入力して、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３、及びエコー検出回路１５４で、順にテストパターンの処理を行う。

図２８の期間制御は、例えば制御部（タイミング制御部）５にて行われる。第１１の実施形態に係る制御部５は、ＳＰＡＤアレイ１４１が受光した光に基づいて演算部１５内の各処理回路が処理を行う期間の合間に、演算部１５の入力ノード又は内部ノードにテストパターン信号を入力して演算部１５から故障診断用の信号を出力する制御を行う。

第１１の実施形態によれば、通常動作のパイプライン処理を止めることなく、そのパイプライン処理の合間に故障診断を行うため、距離計測の精度及び迅速性を損なうことなく、演算部１５の故障診断及び故障検出を行うことができる。

（第１～第１１の実施形態の作用効果）
第１～第１１の実施形態では、物理的に冗長な回路を設けずに故障診断及び故障検出を行えるため、光検出装置１０の回路規模を大きくせず、かつ消費電力を増やさずに、故障診断及び故障検出を行うことができる。

また、第１～第１１の実施形態では、テストパターン信号を入力したときの出力信号と、予め用意した出力期待値との比較を行わないため、出力期待値を記憶するための記憶部が不要になる。

さらに、第１～第１１の実施形態では、光検出装置１０のブロック構成をほとんど変更せずに故障検出部４を付加できるため、内部構成が異なる種々の光検出装置１０に対して、後付けで故障検出部４を付加することも可能となる。

また、第１～第１１の実施形態では、光検出回路内の各処理回路を二重化せずに、二重化した場合と同等の故障検出率を得ることができる。

このように、第１～第１１の実施形態による光検出装置１０は、上述した種々の技術的効果を有するが、ヒストグラム回路１５２やエコー検出回路１５４を含む光検出装置１０において、故障検出機能を備えた光検出装置１０は、従来存在しないことから、下記のような構成も考えられる。

（第１２の実施形態）
図２９は第１２の実施形態に係る光検出装置１０のブロック図である。図２９の光検出装置１０は、演算部１５内の各領域演算部１５－１～１５－４の内部構成を二重化したものである。より具体的には、図２９の光検出装置１０は、領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれごとに故障検出部４を有し、故障検出部４には、領域演算部１５－１～１５－４と同じ構成の処理回路が含まれている。すなわち、領域演算部１５－１～１５－４内のＳＰＡＤ加算回路１５１、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３、及びエコー検出回路１５４は、故障検出部４にも設けられている。以下では、領域演算部１５－１～１５－４内のＳＰＡＤ加算回路１５１、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３、及びエコー検出回路１５４を第１領域演算部１５－１～１５－４と呼び、故障検出部４内のＳＰＡＤ加算回路１５１、ヒストグラム回路１５２、フィルタ回路１５３、及びエコー検出回路１５４を第２領域演算部１５－１～１５－４と呼ぶ。故障検出部４内の第２領域演算部１５－１～１５－４内の各処理回路には、対応するレジスタブロック３３から故障診断時の演算係数が設定される。

領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれごとに設けられる比較器３１は、対応する第１領域演算部１５－１～１５－４の出力信号と、対応する第２領域演算部１５－１～１５－４の出力信号とを比較して、比較結果信号を出力する。比較結果信号は、第１領域演算部１５－１～１５－４と第２領域演算部１５－１～１５－４のどちらかが故障したか否かを示す信号である。４つの領域演算部１５－１～１５－４に対応する４つの比較器３１から出力された比較結果信号は、エラー出力Ｉ／Ｆ７を介して外部に出力される。

故障検出部４内の第２領域演算部１５－１～１５－４には、第１領域演算部１５－１～１５－４と同様に、サンプリング回路１５０から出力された検出信号が入力される。このため、テストパターンを用いることなく、通常動作期間中にサンプリング回路１５０から出力された検出信号を用いて、常時、比較器３１にて故障検出を行うことができる。

第１２の実施形態に係る光検出装置１０は、演算部１５内の複数の領域演算部１５－１～１５－４の内部構成を二重化しているため、光検出装置１０の回路規模が大きくなるとう問題はあるが、テストパターン信号を外部から入力せずに、通常動作期間中に継続して比較器３１で故障検出を行うことができる。

（第１３の実施形態）
図３０は第１３の実施形態に係る光検出装置１０のブロック図である。以下では、図１６の光検出装置１０との相違点を中心に説明する。

図３０の光検出装置１０は、演算部１５内の領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれごとに、パターン生成器９と、セレクタ８と、期待値出力回路４１と、比較器３１とを有する。期待値出力回路４１は、パターン生成器９で生成されたテストパターン信号を領域演算部１５－１～１５－４内のＳＰＡＤ加算回路１５１に入力したときに領域演算部１５－１～１５－４から出力される想定出力信号を示す期待値を予め記憶する。

故障診断時には、各セレクタ８は、テストパターン信号を選択してＳＰＡＤ加算回路１５１に入力する。各領域演算部１５－１～１５－４は、テストパターン信号を順に処理して、最終段であるエコー検出回路１５４の出力信号は、比較器３１に入力される。比較器３１は、エコー検出回路１５４の出力信号と、期待値出力回路４１から出力された期待値とを比較して、不一致であれば、対応する領域演算部１５－１～１５－４が故障したと判断する。

このように、第１３の実施形態に係る光検出装置１０は、領域演算部１５－１～１５－４のそれぞれごとに、期待値出力回路４１を有するため、回路規模が大きくなる。その一方で、各領域演算部１５－１～１５－４の出力信号と期待値とを比較器３１で比較するため、期待値と不一致であれば、対応する領域演算部１５－１～１５－４が故障したことを特定できる。

＜＜応用例＞＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。

図３１は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図３１に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。

各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図３１では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。

駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock Brake System）又はＥＳＣ（Electronic Stability Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。

駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。

ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。

バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。

車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time Of Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。

環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。

ここで、図３２は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。

なお、図３２には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。

車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。

図３１に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。

また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。

車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。

統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。

記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。

汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global System of Mobile communications）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Long Term Evolution）若しくはＬＴＥ－Ａ（LTE－Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer To Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine Type Communication）端末）と接続してもよい。

専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless Access in Vehicle Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle to Vehicle）通信、路車間（Vehicle to Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle to Home）の通信及び歩車間（Vehicle to Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。

測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。

ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。

車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface、又はＭＨＬ（Mobile High-definition Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。

車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。

統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。

マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。

音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図３１の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。

なお、図３１に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。

なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）複数の受光領域を有し、各受光領域内に配置される複数の受光素子を有するアレイ部と、
前記複数の受光領域のそれぞれに含まれる１つ以上の前記受光素子を含む画素ごとに、前記画素内の前記受光素子が光を受光した回数及び受光タイミングに関するヒストグラムを生成する演算部と、
前記演算部内の故障を検出する故障検出部と、を備える、光検出装置。
（２）前記演算部は、
前記複数の受光領域のそれぞれに含まれる前記複数の受光素子の出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして、前記複数の受光素子が光を受光したことを示す検出信号を画素ごとに出力するサンプリング回路と、
画素ごとに前記検出信号の数を加算した画素値を生成する加算回路と、
前記加算回路で生成された前記画素値に基づいて、前記複数の受光領域のそれぞれにおける画素ごとの前記ヒストグラムを生成するヒストグラム生成回路と、を有し、
前記故障検出部は、前記サンプリング回路、前記加算回路、及び前記ヒストグラム生成回路の少なくとも一つの故障を検出する、（１）に記載の光検出装置。
（３）前記演算部は、
前記ヒストグラム生成回路で生成された前記ヒストグラムに含まれるノイズ成分を除去するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路でノイズ成分を除去した後のヒストグラムに基づいて、光を投光してから、前記光が物体で反射されて前記アレイ部で受光されるまでの時間差を検出して前記物体までの距離を計測するエコー検出回路と、を有し、
前記故障検出部は、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路の少なくとも一つの故障を検出する、（２）に記載の光検出装置。
（４）前記演算部は、前記複数の受光領域のそれぞれに対応する複数の領域演算部を有し、
前記複数の領域演算部のそれぞれは、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路を含み、
前記故障検出部は、前記複数の領域演算部のそれぞれごとに、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路の故障を検出する、（３）に記載の光検出装置。
（５）前記故障検出部は、前記複数の領域演算部のうち、２つの前記領域演算部に同一のテストパターン信号を入力し、前記２つの領域演算部の出力信号が同一でなければ、前記２つの領域演算部のうちいずれか一方が故障したと判断する、（４）に記載の光検出装置。
（６）前記故障検出部は、
前記２つの領域演算部の入力ノード又は内部ノードに前記テストパターン信号を入力するか否かを選択する２つのセレクタと、
前記２つの前記セレクタが前記テストパターン信号の入力を選択したときに、前記２つの領域演算部の出力信号同士を比較する比較器と、を有する、（５）に記載の光検出装置。
（７）前記故障検出部は、前記２つのセレクタが前記テストパターン信号の入力を選択したときに、前記２つの領域演算部の出力信号の符号化データを生成する２つの符号化部を有し、
前記比較器は、２つの前記符号化部で生成された２つの前記符号化データ同士を比較する、（６）に記載の光検出装置。
（８）前記演算部は、２個以上の偶数個の前記領域演算部を有し、
前記故障検出部は、前記偶数個の領域演算部を２つずつの組に分けて、各組の前記２つの領域演算部に同一の前記テストパターン信号を入力し、前記２つの領域演算部の出力信号が同一でなければ、前記２つの領域演算部のうちいずれか一方が故障したと判断する、（５）乃至（７）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（９）前記演算部は、３個以上の奇数個の前記領域演算部を有し、
前記故障検出部は、前記奇数個の領域演算部のうち、一部の前記領域演算部を重複して用いて、２つずつの複数の組に分けて、各組の前記２つの領域演算部に前記同一のテストパターン信号を入力し、前記２つの領域演算部の出力信号が同一でなければ、前記２つの領域演算部のうちいずれか一方が故障したと判断する、（５）乃至（７）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（１０）前記演算部は、３個以上の前記複数の領域演算部を有し、
前記故障検出部は、前記複数の領域演算部に前記同一のテストパターン信号を入力し、前記複数の領域演算部のうち、一部の領域演算部の出力信号が、前記一部の領域演算部よりも数が多い残りの領域演算部の出力信号と異なるか否かにより、前記一部の領域演算部が故障を起こしたと判断する、（４）に記載の光検出装置。
（１１）前記複数の領域演算部のそれぞれは、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路を含む、縦続接続された複数段の処理回路を有し、
前記比較器は、前記複数の領域演算部のそれぞれごとに、前記セレクタの後段側に縦続接続された２段以上の前記処理回路の出力ノードのそれぞれに接続される複数の比較部を有し、
前記複数の比較部のそれぞれは、前記２つの領域演算部におけるそれぞれ異なる段の前記処理回路の出力ノードの出力信号同士を比較する、（６）又は（７）に記載の光検出装置。
（１２）前記演算部は、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路を含む、縦続接続された複数段の処理回路を有し、
前記複数段の処理回路のうち、２つ以上の前記処理回路の入力側にそれぞれ異なる前記セレクタが接続されて、それぞれの前記セレクタにて前記テストパターン信号を選択可能であり、
それぞれの前記セレクタが接続される処理回路の後段側に、それぞれの前記セレクタに対応づけて前記比較器が配置される、（６）又は（７）に記載の光検出装置。
（１３）前記アレイ部の画素数は、前記演算部が前記ヒストグラムの生成を行う画素数よりも多く、
前記サンプリング回路は、前記アレイ部の画素ごとに前記検出信号を出力し、
前記加算回路は、前記アレイ部の画素数よりも少ない画素数の画素ごとの前記画素値を生成し、
前記セレクタは、前記サンプリング回路と前記加算回路との間に配置されて、通常動作時には前記サンプリング回路から出力された検出信号を時間調整して前記加算回路に入力し、故障診断時には前記テストパターン信号を前記加算回路に入力する、（６）又は（７）に記載の光検出装置。
（１４）前記アレイ部の画素数は、前記演算部が前記ヒストグラムの生成を行う画素数よりも多く、
前記サンプリング回路は、前記アレイ部の画素ごとに前記検出信号を出力し、
前記加算回路は、前記アレイ部の画素ごとの前記画素値を生成し、
前記ヒストグラム生成回路は、前記アレイ部の画素数よりも少ない画素数の画素ごとの前記ヒストグラムを生成し、
前記セレクタは、前記加算回路と前記ヒストグラム生成回路との間に配置されて、通常動作時には前記加算回路で生成された前記画素値を時間調整して前記ヒストグラム生成回路に入力し、故障診断時には前記テストパターン信号を前記ヒストグラム生成回路に入力する、（６）又は（７）に記載の光検出装置。
（１５）前記複数の領域演算部のそれぞれは、通常動作時の演算処理に用いられる第１演算係数と、故障診断時の演算処理に用いられる第２演算係数とを記憶する演算係数記憶部を有し、
前記第１演算係数と前記第２演算係数とのいずれか一方を選択して、前記複数段の処理回路に供給する制御を行うとともに、前記セレクタの選択切替を行う制御部をさらに備える、（１２）に記載の光検出装置。
（１６）前記複数の領域演算部のそれぞれは、通常動作時の演算処理に用いられる第１演算係数を記憶する第１演算係数記憶部を有し、
故障診断時の演算処理に用いられる第２演算係数を記憶する第２演算係数記憶部と、
通常動作時には前記第１演算係数を前記複数段の処理回路に供給する制御を行い、故障診断時には前記第２演算係数を前記複数段の処理回路に供給する制御を行い、かつ前記セレクタの選択切替を行う制御部と、をさらに備える、（１２）に記載の光検出装置。
（１７）前記アレイ部が受光した光に基づいて前記ヒストグラムを生成する通常動作期間と、前記アレイ部の受光動作を停止させた状態で、前記テストパターン信号に基づいて前記演算部の故障検出を行う故障診断期間とに分けて、前記アレイ部及び前記演算部を制御するタイミング制御部を備える、（５）乃至（１６）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（１８）前記アレイ部が受光した光に基づいて前記演算部内の各処理回路が処理を行う期間の合間に、前記演算部の入力ノード又は内部ノードに前記テストパターン信号を入力して前記演算部から故障診断用の信号を出力する制御を行うタイミング制御部を備える、（５）乃至（１６）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（１９）時系列のランダムなパターンを含む前記テストパターン信号を生成するパターン生成器を備え、
前記複数の領域演算部には、同一の前記テストパターン信号が供給される、（５）乃至（１８）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（２０）（３）乃至（１９）のいずれか一項に記載の光検出装置と、
前記物体に前記光を投光する投光部と、を備える、を測距システム。

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１ 測距システム、４ 故障検出部、５ 制御部、８ セレクタ、８－１ 第１セレクタ、８－２ 第２セレクタ、９ パターン生成器、９－１ 第１パターン生成器、９－２ 第２パターン生成器、１０ 光検出装置、１１ 制御部、１３ 発光部、１４ 受光部、１５ 演算部、１５－１ 領域演算部、１５－２ 領域演算部、１５－３ 領域演算部、１５－４ 領域演算部、１９ 外部出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）、２０ ＳＰＡＤ画素、２１ 受光素子、２１ フォトダイオード、２２ 回路、２２Ａ 回路領域、２３ クエンチ抵抗、２４ 選択トランジスタ、２５ デジタル変換器、２６ インバータ、２７ バッファ、３０ マクロ画素、３１ 比較器、３２ 符号化部、３３ レジスタブロック、３４ カラムシフト数設定レジスタ、３５ 第１レジスタ、３６ 第２レジスタ、３７ セレクタ、３８ 通常動作用レジスタ、３９ セレクタ、４０ 故障診断用レジスタブロック、４１ 期待値出力回路、５０ 深度画像、８０ ホスト、９０ 物体、１００ チップ、１０１ 受光チップ、１０２ 回路チップ、１２０ 有効画素領域、１３１ 光源、１３２ コリメータレンズ、１３３ ハーフミラー、１３４ 駆動部、１３５ ガルバノミラー、１４１ ＳＰＡＤアレイ、１４２ 使用ＳＰＡＤアレイ、１４３ タイミング制御回路、１４４ 駆動回路、１４５ 出力回路、１４６ 受光レンズ、１５０ サンプリング回路、１５１ ＳＰＡＤ加算回路、１５２ ヒストグラム回路、１５３ フィルタ回路、１５４ エコー検出回路、１５５ レジスタブロック、２５１ 抵抗、９１５ 演算部、９１６ 演算係数

Claims (16)

1. 複数の受光領域を有し、各受光領域内に配置される複数の受光素子を有するアレイ部と、
   前記複数の受光領域のそれぞれに含まれる１つ以上の前記受光素子を含む画素ごとに、前記画素内の前記受光素子が光を受光した回数及び受光タイミングに関するヒストグラムを生成する演算部と、
   前記演算部内の故障を検出する故障検出部と、を備え、
   前記演算部は、
   前記複数の受光領域のそれぞれに含まれる前記複数の受光素子の出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして、前記複数の受光素子が光を受光したことを示す検出信号を画素ごとに出力するサンプリング回路と、
   画素ごとに前記検出信号の数を加算した画素値を生成する加算回路と、
   前記加算回路で生成された前記画素値に基づいて、前記複数の受光領域のそれぞれにおける画素ごとの前記ヒストグラムを生成するヒストグラム生成回路と、
   前記ヒストグラム生成回路で生成された前記ヒストグラムに含まれるノイズ成分を除去するフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路でノイズ成分を除去した後のヒストグラムに基づいて、光を投光してから、前記光が物体で反射されて前記アレイ部で受光されるまでの時間差を検出して前記物体までの距離を計測するエコー検出回路と、
   前記複数の受光領域のそれぞれに対応する複数の領域演算部と、を有し、
   前記複数の領域演算部のそれぞれは、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路を含み、
   前記故障検出部は、前記複数の領域演算部のそれぞれごとに、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路の故障を検出し、
   前記故障検出部は、前記複数の領域演算部のうち、２つの前記領域演算部に同一のテストパターン信号を入力し、前記２つの領域演算部の出力信号が同一でなければ、前記２つの領域演算部のうちいずれか一方が故障したと判断する、
   光検出装置。
2. 前記故障検出部は、
   前記２つの領域演算部の入力ノード又は内部ノードに前記テストパターン信号を入力するか否かを選択する２つのセレクタと、
   前記２つのセレクタが前記テストパターン信号の入力を選択したときに、前記２つの領域演算部の出力信号同士を比較する比較器と、を有する、
   請求項１に記載の光検出装置。
3. 前記故障検出部は、前記２つのセレクタが前記テストパターン信号の入力を選択したときに、前記２つの領域演算部の出力信号の符号化データを生成する２つの符号化部を有し、
   前記比較器は、２つの前記符号化部で生成された２つの前記符号化データ同士を比較する、
   請求項２に記載の光検出装置。
4. 前記演算部は、２個以上の偶数個の前記領域演算部を有し、
   前記故障検出部は、前記偶数個の領域演算部を２つずつの組に分けて、各組の前記２つの領域演算部に同一の前記テストパターン信号を入力し、前記２つの領域演算部の出力信号が同一でなければ、前記２つの領域演算部のうちいずれか一方が故障したと判断する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光検出装置。
5. 前記演算部は、３個以上の奇数個の前記領域演算部を有し、
   前記故障検出部は、前記奇数個の領域演算部のうち、一部の前記領域演算部を重複して用いて、２つずつの複数の組に分けて、各組の前記２つの領域演算部に前記同一のテストパターン信号を入力し、前記２つの領域演算部の出力信号が同一でなければ、前記２つの領域演算部のうちいずれか一方が故障したと判断する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光検出装置。
6. 複数の受光領域を有し、各受光領域内に配置される複数の受光素子を有するアレイ部と、
   前記複数の受光領域のそれぞれに含まれる１つ以上の前記受光素子を含む画素ごとに、前記画素内の前記受光素子が光を受光した回数及び受光タイミングに関するヒストグラムを生成する演算部と、
   前記演算部内の故障を検出する故障検出部と、を備え、
   前記演算部は、
   前記複数の受光領域のそれぞれに含まれる前記複数の受光素子の出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして、前記複数の受光素子が光を受光したことを示す検出信号を画素ごとに出力するサンプリング回路と、
   画素ごとに前記検出信号の数を加算した画素値を生成する加算回路と、
   前記加算回路で生成された前記画素値に基づいて、前記複数の受光領域のそれぞれにおける画素ごとの前記ヒストグラムを生成するヒストグラム生成回路と、
   前記ヒストグラム生成回路で生成された前記ヒストグラムに含まれるノイズ成分を除去するフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路でノイズ成分を除去した後のヒストグラムに基づいて、光を投光してから、前記光が物体で反射されて前記アレイ部で受光されるまでの時間差を検出して前記物体までの距離を計測するエコー検出回路と、
   前記複数の受光領域のそれぞれに対応する複数の領域演算部と、を有し、
   前記複数の領域演算部のそれぞれは、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路を含み、
   前記故障検出部は、前記複数の領域演算部のそれぞれごとに、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路の故障を検出し、
   前記演算部は、３個以上の前記複数の領域演算部を有し、
   前記故障検出部は、前記複数の領域演算部に同一のテストパターン信号を入力し、前記複数の領域演算部のうち、一部の領域演算部の出力信号が、前記一部の領域演算部よりも数が多い残りの領域演算部の出力信号と異なるか否かにより、前記一部の領域演算部が故障を起こしたと判断する、
   光検出装置。
7. 前記複数の領域演算部のそれぞれは、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路を含む、縦続接続された複数段の処理回路を有し、
   前記比較器は、前記複数の領域演算部のそれぞれごとに、前記セレクタの後段側に縦続接続された２段以上の前記処理回路の出力ノードのそれぞれに接続される複数の比較部を有し、
   前記複数の比較部のそれぞれは、前記２つの領域演算部におけるそれぞれ異なる段の前記処理回路の出力ノードの出力信号同士を比較する、
   請求項２又は３に記載の光検出装置。
8. 前記演算部は、前記サンプリング回路、前記加算回路、前記ヒストグラム生成回路、前記フィルタ回路、及び前記エコー検出回路のうち少なくとも一部の回路を含む、縦続接続された複数段の処理回路を有し、
   前記複数段の処理回路のうち、２つ以上の前記処理回路の入力側にそれぞれ異なる前記セレクタが接続されて、それぞれの前記セレクタにて前記テストパターン信号を選択可能であり、
   それぞれの前記セレクタが接続される処理回路の後段側に、それぞれの前記セレクタに対応づけて前記比較器が配置される、
   請求項２又は３に記載の光検出装置。
9. 前記アレイ部の画素数は、前記演算部が前記ヒストグラムの生成を行う画素数よりも多く、
   前記サンプリング回路は、前記アレイ部の画素ごとに前記検出信号を出力し、
   前記加算回路は、前記アレイ部の画素数よりも少ない画素数の画素ごとの前記画素値を生成し、
   前記セレクタは、前記サンプリング回路と前記加算回路との間に配置されて、通常動作時には前記サンプリング回路から出力された検出信号を時間調整して前記加算回路に入力し、故障診断時には前記テストパターン信号を前記加算回路に入力する、
   請求項２又は３に記載の光検出装置。
10. 前記アレイ部の画素数は、前記演算部が前記ヒストグラムの生成を行う画素数よりも多く、
    前記サンプリング回路は、前記アレイ部の画素ごとに前記検出信号を出力し、
    前記加算回路は、前記アレイ部の画素ごとの前記画素値を生成し、
    前記ヒストグラム生成回路は、前記アレイ部の画素数よりも少ない画素数の画素ごとの前記ヒストグラムを生成し、
    前記セレクタは、前記加算回路と前記ヒストグラム生成回路との間に配置されて、通常動作時には前記加算回路で生成された前記画素値を時間調整して前記ヒストグラム生成回路に入力し、故障診断時には前記テストパターン信号を前記ヒストグラム生成回路に入力する、
    請求項２又は３に記載の光検出装置。
11. 前記複数の領域演算部のそれぞれは、通常動作時の演算処理に用いられる第１演算係数と、故障診断時の演算処理に用いられる第２演算係数とを記憶する演算係数記憶部を有し、
    前記第１演算係数と前記第２演算係数とのいずれか一方を選択して、前記複数段の処理回路に供給する制御を行うとともに、前記セレクタの選択切替を行う制御部をさらに備える、
    請求項８に記載の光検出装置。
12. 前記複数の領域演算部のそれぞれは、通常動作時の演算処理に用いられる第１演算係数を記憶する第１演算係数記憶部を有し、
    故障診断時の演算処理に用いられる第２演算係数を記憶する第２演算係数記憶部と、
    通常動作時には前記第１演算係数を前記複数段の処理回路に供給する制御を行い、故障診断時には前記第２演算係数を前記複数段の処理回路に供給する制御を行い、かつ前記セレクタの選択切替を行う制御部と、をさらに備える、
    請求項８に記載の光検出装置。
13. 前記アレイ部が受光した光に基づいて前記ヒストグラムを生成する通常動作期間と、前記アレイ部の受光動作を停止させた状態で、前記テストパターン信号に基づいて前記演算部の故障検出を行う故障診断期間とに分けて、前記アレイ部及び前記演算部を制御するタイミング制御部を備える、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光検出装置。
14. 前記アレイ部が受光した光に基づいて前記演算部内の各処理回路が処理を行う期間の合間に、前記演算部の入力ノード又は内部ノードに前記テストパターン信号を入力して前記演算部から故障診断用の信号を出力する制御を行うタイミング制御部を備える、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光検出装置。
15. 時系列のランダムなパターンを含む前記テストパターン信号を生成するパターン生成器を備え、
    前記複数の領域演算部には、同一の前記テストパターン信号が供給される、
    請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光検出装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光検出装置と、
    前記物体に前記光を投光する投光部と、を備える、
    測距システム。