WO2019031441A1 - 受光素子アレイ、光検出装置、運転支援システム、及び自動運転システム - Google Patents

受光素子アレイ、光検出装置、運転支援システム、及び自動運転システム Download PDF

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WO2019031441A1
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light receiving
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木村　俊介
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株式会社デンソー
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    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors

Definitions

  • the present disclosure relates to a light receiving element array used for distance measurement and imaging, a light detecting device using the light receiving element array, and various systems using the light detecting device.
  • Various sensors are mounted on the vehicle in order to obtain various information used for driving assistance and the like for the driver.
  • a sensor is known that generates a distance image using an optical time-of-flight measurement method (that is, TOF: Time Of Flight) that measures the time until light is emitted and the reflected light is received.
  • TOF Time Of Flight
  • This type of sensor needs to detect various objects such as falling objects on the road, vehicles traveling ahead, pedestrians, etc.
  • the distance to the object to be detected also varies from short distance to long distance It is. Therefore, the light receiving element is required to have a wide dynamic range.
  • Patent Document 1 in a light receiving element array configured by arranging a plurality of photodiodes, combining photodiodes with different sensitivities realized by making the size and the like of the light receiving surface different.
  • a light receiving element array includes one or more unit element blocks. Each of the unit element blocks has a plurality of types of light receiving elements having different element structures.
  • a plurality of types of light receiving elements having different characteristics such as sensitivity are combined due to different element structures, so that a wide dynamic range can be realized without changing the size of each light receiving element.
  • a light detection device includes a light emitting unit, a light receiving element array, and a distance measuring unit.
  • the light emitting unit emits light toward a preset detection area.
  • the light receiving element array includes one or more unit element blocks that receive light coming from the detection region, and each of the unit element blocks is a first element that is a photodiode having an electron multiplying function, and an electron multiplying function And a second element which is a photodiode having no
  • the distance measuring unit measures the distance using a detection signal read from the light receiving element array.
  • the dynamic range can be expanded in the direction in which the sensitivity increases, without changing the size of each light receiving element, as compared to the case where light receiving elements having different sensitivities are realized only with the photodiodes. .
  • the ability to measure distance can be improved.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a reading unit.
  • FIG. 7 is a timing chart showing the operation of the reading unit realized by the control of the drive control unit. It is an explanatory view showing a waveform and sampling timing of a detection signal which is an object of AD conversion. It is a flowchart of intensity control processing. It is explanatory drawing which shows the other example of arrangement
  • FIG. 13 is a timing chart showing the operation of the reading unit in the second embodiment. It is explanatory drawing which shows the light emission part in 3rd Embodiment. It is a circuit diagram showing a unit circuit in a 3rd embodiment. It is a block diagram which shows the example of a connection of the unit circuit shown in FIG. It is a circuit diagram showing a unit circuit in a 4th embodiment. FIG. 18 is a timing chart showing the operation of the reading unit in the fourth embodiment. It is a flow chart of mode setting processing in a 5th embodiment. It is explanatory drawing which shows the relationship between an operation mode and a scanning direction. It is a circuit diagram showing the modification of a unit circuit. It is a circuit diagram showing the modification of a unit circuit.
  • the light detection device 1 may also include a light emitting unit 10, a scanning unit 20, an information acquisition unit 40, and a control unit 50.
  • the light receiving unit 30 may be configured as a one-chip semiconductor integrated circuit.
  • the light emitting unit 10 may be included in this semiconductor integrated circuit.
  • the light emitting unit 10 includes, for example, a laser diode as a light emitting element.
  • the light emitting unit 10 repeatedly irradiates pulsed laser light (hereinafter, irradiation light) in accordance with a light emission trigger which is an instruction from the control unit 50.
  • the light emission intensity of the light emitting element is variably set in accordance with an instruction from the control unit 50. For the light emission intensity, for example, two types of settings of high output and low output are prepared.
  • the scanning unit 20 includes a mirror unit 21 and a drive unit 22.
  • the mirror portion 21 is formed in a plate shape, and both surfaces thereof are used as reflective surfaces.
  • the mirror unit 21 irradiates light in a direction according to the rotation angle of the mirror unit 21 by reflecting the irradiation light from the light emitting unit 10. Also, the mirror unit 21 reflects the reflected light from the target that has reflected the irradiation light, which comes from the direction according to the rotation angle of the mirror unit 21, and outputs the reflected light to the light receiving unit 30.
  • the drive unit 22 rotationally drives the mirror unit 21 in accordance with an instruction from the control unit 50.
  • the detection area having a preset angle range in the horizontal plane is scanned by the irradiation light emitted from the light emitting unit 10 via the mirror unit 21.
  • the horizontal plane here is a plane perpendicular to the rotation axis of the mirror unit 21.
  • the light receiving unit 30 includes a light receiving element array 31, a reading unit 32, a distance measuring unit 33, and an image generating unit 34.
  • the light receiving element array 31 includes one or more unit element blocks B as shown in FIG.
  • the unit element block B includes a first element E1 and a second element E2 having different element structures.
  • the first element E1 and the second element E2 are arranged along the element arrangement direction X set in advance.
  • the element arrangement direction X coincides with the vehicle width direction of the own vehicle which is the vehicle on which the device 1 is mounted, that is, the horizontal direction, and the element arrangement direction in the radiation plane of the first element E1
  • the vehicle is mounted on the vehicle such that the direction Y orthogonal to X coincides with the vehicle height direction of the vehicle, that is, the vertical direction.
  • unit element blocks B When a plurality of unit element blocks B are provided, they may be arranged one-dimensionally along either direction X or direction Y, or two-dimensionally arranged along both direction X and direction Y. May be The number and arrangement of the unit element blocks B are appropriately determined in accordance with the structure and positional relationship of the light emitting unit 10 and the scanning unit 20.
  • the first element E1 uses, for example, an avalanche photodiode which is a photodiode having an electron multiplying function.
  • the second element E2 is, for example, a normal photodiode such as a buried photodiode which is a photodiode having no electron multiplying function, or a PIN-photodiode.
  • the light receiving surface of each of the first element E1 and the second element E2 has a rectangular shape and the same size.
  • the first element E1 has high sensitivity characteristics as compared to the second element E2.
  • the distance measurement unit 33 receives the sampling data of the detection signals Sa and Sp read from the light receiving element array 31 input through the reading unit 32 and the light emission that the control unit 50 outputs to the light emission unit 10 Based on the trigger, the distance to the target reflected from the light emitting unit 10 is calculated.
  • An optical time of flight measurement method that is, TOF is used to calculate the distance.
  • TOF is an abbreviation of Time Of Flight.
  • the image generation unit 34 generates a captured image obtained by capturing an image of the detection area based on sampling data of the detection signal Sc indicating the charge amount accumulated during the preset shutter time input through the reading unit 32. .
  • each of the unit element blocks B includes a unit circuit 321 and an AD conversion unit 322.
  • the AD conversion unit 322 includes three amplifiers A1, A2 and A3 and three AD converters AD1, AD2 and AD3.
  • the AD conversion unit 322 amplifies the two detection signals Sa and Sp output from the unit circuit 321 with the amplifiers A1 and A2, respectively, performs analog-digital conversion with the AD converters AD1 and AD2, and outputs the result to the distance measurement unit 33.
  • Output The AD converter 322 amplifies the detection signal Sc output from the unit circuit 321 with the amplifier A3, performs analog-digital conversion with the AD converter AD3, and outputs the signal to the image generator.
  • the unit circuit 321 includes six transistors M1 to M6 and a constant current circuit CU.
  • the transistor M6 is provided in a path L1 from the cathode of the first element E1 to the amplifier A1, and conducts or blocks the path L1 in accordance with the control signal ⁇ ToF.
  • the transistor M1 is provided in the path L2 from the cathode of the second element E2 to the branch point P, and conducts or blocks the path L2 in accordance with the control signal ⁇ tx.
  • the transistors M2 and M5 are provided in series in a path L21 from the branch point P to the amplifier A2.
  • the transistor M2 conducts or cuts off the path L21 in accordance with the control signal ⁇ g.
  • the transistor M5 conducts or blocks the path L21 in accordance with the control signal ⁇ ToF.
  • the transistor M4 is connected between the transistor M2 and the transistor M5, and conducts or cuts off between the path L21 and the power supply line of the power supply voltage vdd according to the control signal ⁇ IS.
  • the transistor M3 is provided on a path L22 from the branch point P to the amplifier A3, and amplifies the signal Vg supplied via the path L2 to generate a signal Sc to be output to the amplifier A3.
  • the constant current circuit CU supplies a constant bias current Idc to the transistor M3. That is, the signal level of the detection signal Sc changes around the potential determined by the bias current Idc.
  • the information acquisition unit 40 performs the behavior of the vehicle and the behavior of the vehicle via various sensors mounted on the vehicle via an in-vehicle LAN or the like, or a wireless communication device that communicates with the outside of the vehicle. Get information about your surroundings.
  • the information acquired by the information acquisition unit 40 may include, for example, vehicle speed information indicating the speed of the vehicle, and traffic congestion information on the road on which the vehicle is traveling.
  • the control unit 50 includes a microcomputer having a CPU 50a and a semiconductor memory (hereinafter, memory 50b) such as, for example, a RAM or a ROM. Each function of the control unit 50 is realized by the CPU 50a executing a program stored in the non-transitional tangible recording medium.
  • the memory 50b corresponds to a non-transitional tangible storage medium storing a program. Also, by executing this program, a method corresponding to the program is executed.
  • the control unit 50 may include one microcomputer or a plurality of microcomputers. The method of realizing each function of the control unit 50 is not limited to software. Some or all of the functions of the control unit 50 may be realized using one or more hardware. For example, when the above function is implemented by an electronic circuit that is hardware, the electronic circuit may be implemented by a digital circuit, an analog circuit, or a combination thereof.
  • the control unit 50 includes a drive control unit 51, a mode setting unit 52, a target detection unit 53, and an intensity control unit 54 when expressed by function.
  • the mode setting unit 52 sets the operation mode of the light detection device 1 to either the distance measurement mode or the imaging mode.
  • the distance measurement mode is an operation mode in which the light detection device 1 is operated as LIDAR.
  • LIDAR is an abbreviation for Light detection and ranging.
  • the imaging mode is an operation mode for operating the light detection device 1 as a camera.
  • a period in which the operation mode is set to the distance measurement mode is referred to as a measurement period
  • a period in which the imaging mode is set is referred to as an imaging period.
  • the measurement period is set to a length equal to or longer than the time in which the light reciprocates a preset maximum detection distance.
  • the imaging period is set to be longer than or equal to the time required to operate the second element E2 as an imaging element and thereafter read out a signal from the imaging element.
  • the lengths of the measurement period and the imaging period may be the same or different.
  • the mode setting unit 52 switches the distance measurement mode and the imaging mode alternately at the timing when each setting period has elapsed.
  • the drive control unit 51 controls the operation of the light emitting unit 10, the scanning unit 20, and the light receiving unit 30 by generating various control signals according to each operation mode.
  • the drive control unit 51 operates the scanning unit 20 so that the distance measurement mode and the imaging mode are repeated M times each while the mirror unit 21 makes a half rotation.
  • the M-divided detection area is scanned in one pass, and both distance measurement and imaging are performed for each of the M-divided detection areas.
  • each of the M-divided detection regions is referred to as azimuth 1 to azimuth M.
  • the drive control unit 51 causes the light emitting unit 10 to emit a laser beam at the timing when the distance measurement mode is started. Further, in the drive control unit 51, the waveforms of the detection signals Sa and Sp from the first element E1 and the second element E2 that receive the reflected light from the target that has reflected the irradiation light are sampled at predetermined intervals, and the distance The light receiving unit 30 is controlled so as to be output to the measuring unit 33.
  • the drive control unit 51 causes the second element E2 to operate as an imaging element without irradiating the light emitting unit 10 with laser light. Then, a reference level which is a signal level when the accumulated charge of the imaging element is reset, and a signal level representing an amount of charge accumulated during the shutter time are sampled and output to the image generation unit 34.
  • the light receiving unit 30 is controlled.
  • the operation mode is the distance measurement mode
  • laser light is emitted at the beginning of the measurement period according to the light emission trigger, and the reflected light from the target located at a distance less than the maximum detection distance is received by the light receiving element array 31 within the measurement period.
  • Light is received.
  • the cathode potentials of the first element E1 and the second element E2 change according to the light reception intensity of the reflected light.
  • the transistors M1, M2, and M4 to M6 are on / off controlled by the control signals ⁇ tx, ⁇ g, ⁇ IS, and ⁇ ToF, but in the following, the description of the control signals is omitted, and the transistors resulting from the control are on / off.
  • the control signals ⁇ tx, ⁇ g, ⁇ IS, and ⁇ ToF are on / off.
  • the transistors M1, M2, M5 and M6 are set on and the transistor M4 is set off throughout the measurement period.
  • the path L1 from the first element E1 to the amplifier A1 becomes conductive, so that the detection signal Sa corresponding to the cathode potential Va of the first element E1 is output to the AD conversion unit 322.
  • the detection signal Sp corresponding to the cathode potential Vp of the second element E2 is output to the AD conversion unit 322.
  • the detection signals Sa and Sp are sampled at regular intervals throughout the measurement period. As a result, digital data representing the waveforms of the detection signals Sa and Sp are output to the distance measurement unit 33.
  • the operation mode is the imaging mode, as shown in FIG. 4, light is not emitted from the light emitting unit 10 during the imaging period, and the transistors M5 and M6 are set to be off throughout the imaging period.
  • the transistor M4 is set to on.
  • a detection signal Sc obtained by amplifying the potential of the branch point P by the transistor M3 is output to the AD conversion unit 322.
  • transistor M1 After switching from the distance measurement mode to the imaging mode, the transistor M1 is held on until time t1 and then turned off. Similarly, transistor M2 is held on until time t2, which is later than time t1, and then turned off.
  • the potential Vp of the cathode of the second element E2 and the potential Vg of the branch point P are reset by the power supply voltage vdd in a period until time t1 when all the transistors M1, M2 and M4 are set to on.
  • the transistor M1 is turned off at time t1, accumulation of charge according to the light reception intensity is started at the cathode of the second element E2.
  • the transistor M2 is held off until time t3, and then temporarily set on just before time t4. At this time, the potential at the branch point P is reset again.
  • the signal level of the detection signal Sc representing the reset potential Vg of the branch point P is sampled by the AD converter AD3 as a reference level.
  • the transistor M1 is temporarily set to on after being held off from time t1 to time t4.
  • the period from time t1 to time t4 is also referred to as a shutter period.
  • the transistor M1 is turned on at time t4
  • the charge accumulated at the cathode of the second element E2 is transferred to the branch point P, that is, the gate of the transistor M3.
  • the detection signal Sc has a signal level corresponding to the amount of charge accumulated by the second element E2 during the shutter period.
  • the signal level of the detection signal Sc at this time is sampled by the AD converter AD3 as a detection level.
  • the transistor M2 is set to ON at time t5, and the transistor M1 is set to ON at the end timing of the imaging period. Thereafter, the same processing is repeated while sequentially switching the scanning direction determined by the rotational position of the mirror unit 21, ie, the azimuth 1 to the azimuth M.
  • the distance measuring unit 33 extracts the light reception timing of the reflected light from the digital data representing the waveforms of the detection signals Sa and Sp output from the reading unit 32 during the measurement period, and from the irradiation timing in the light emitting unit 10 to the light reception timing The distance to the target that reflected the irradiation light is calculated based on the time of. Further, the distance measuring unit 33 generates a distance image by arranging the calculation results of the distances in association with the azimuth 1 to the azimuth M.
  • the distance measurement unit 33 determines whether or not the detection signal Sa from the first element E1 having high sensitivity is saturated, and if it is not saturated, the detection signal Sa is used. If it is saturated, the detection signal Sp may be used.
  • the image generation unit 34 calculates a pixel value by subtracting the reference level from the detection level based on the detection level and the reference level of the detection signal Sc output from the reading unit 32 during the imaging period. Furthermore, the image generation unit 34 generates a captured image by arranging the calculated pixel values in association with the azimuth 1 to the azimuth M.
  • the target detection unit 53 detects the detection area using the distance image and the captured image each time the distance measurement section 33 and the image generation section 34 generate the distance image and the captured image of the entire detection area. Detect the target present inside. In addition, the target detection unit 53 generates target information including the type and position of the target for each of the detected targets.
  • the intensity control unit 54 controls the light emission intensity of the light emitting unit 10 using the target information generated by the target detection unit 53.
  • the strength control process performed by the strength control unit 54 will be described with reference to FIG.
  • the present process is activated each time the target detection unit 53 generates target information.
  • the intensity control unit 54 acquires target information generated by the target detection unit 53 in S110.
  • the intensity control unit 54 determines whether or not a pedestrian is detected based on the type of the target included in the acquired target information. If the intensity control unit 54 makes a negative determination in S120, it shifts the process to S130, and if it makes a positive determination, it shifts the process to S140.
  • the intensity control unit 54 sets the light emission intensity to a high output, and ends the process.
  • the intensity control unit 54 sets the light emission intensity to a low output, and ends the process.
  • the unit element block B included in the light receiving element array 31 includes the first element E1 and the second element E2 having different sensitivities, and the first element E1 and the second element E2 Also use to make distance measurements. Therefore, according to the light detection device 1, a wide dynamic range can be realized for distance measurement.
  • the light detection device 1 APD and PD having different element structures are adopted as the first element E1 and the second element E2. Therefore, according to the light detection device 1, it is possible not only to realize a wider dynamic range without expanding the light receiving areas of the respective elements E1 and E2, but also to expand the dynamic range in the direction of enhancing the sensitivity by APD.
  • the distance measurement function i.e. LIDAR
  • the image generation function i.e. camera
  • the wide-angle LIDAR function and the wide-angle high-definition camera function can be realized by the light receiving element array 31 with a small number of light receiving elements.
  • the first element E1 and the second element E2 included in the unit element block B are disposed along the direction X coincident with the vehicle width direction, but the present disclosure is limited thereto is not.
  • the first element E1 and the second element E2 may be disposed along the direction Y which is coincident with the vehicle height direction.
  • scanning part 20 realizes scanning of irradiation light and catoptric light with a mechanical method
  • this indication is not limited to this.
  • scanning may be realized by an optical method, such as irradiation of a laser beam and reception of a reflected wave via a light deflection element 20a that can be controlled by voltage or current.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the unit element block Ba and the unit circuit 321 a and the control content of the drive control unit 51.
  • the unit element block Ba has a structure in which the second element E2 is replaced with four second elements E2a to E2d in the unit element block B in the first embodiment.
  • the second elements E2a to E2d all have the same size and a similar shape to the first element E1.
  • the second elements E2a to E2d have sizes that are substantially the same size as the first element E1 in a state in which the four elements are arranged in two rows and two columns.
  • an avalanche photodiode is used as the first element E1
  • a normal photodiode or PIN-photodiode is used as the second elements E2a to E2d.
  • the second elements E2a to E2d may be configured to be able to acquire a color image.
  • the unit circuit 321a will be described with reference to FIG.
  • the unit element block Ba includes four second elements E2a to E2d. However, in FIG. 10, the two second elements E2c and E2d are not shown in FIG.
  • the block Ba is described as having two second elements E2a and E2b.
  • the unit circuit 321a includes two transistors M1a and M1b instead of the transistor M1.
  • the transistor M1a is provided on the path L2a from the second element E2a to the branch point P, and conducts or cuts off the path L2a in accordance with the control signal ⁇ txa.
  • the transistor M1b is provided on a path L2b from the second element E2b to the branch point P, and turns on or off the path L2b in accordance with the control signal ⁇ txb.
  • the drive control unit 51 is the same as that of the first embodiment except that the transistor M1a is operated instead of the transistor M1 in the distance measurement mode. Not only the transistor M1a but also the transistors M1a and M2a may be controlled to operate at the same time.
  • the imaging period is divided into a first half and a second half, reading from the second element E2a is performed in the first half, and reading from the second element E2b is performed in the second half.
  • the transistor M2 is turned off at time t12 corresponding to the timing of time t2 shown in FIG. 4 after the start of the imaging period, and once in each of the first half and the second half of the imaging period, specifically, at time t13. And is temporarily turned on at the timing of t16. At this temporarily turned on timing, the gate of the transistor M2 is reset, and a detection signal Sc having a signal level (that is, a reference level) corresponding to the reset state is output to the AD conversion unit 322.
  • the transistor M1a After the transistor M1a is turned off at time t11, the transistor M1a is temporarily turned on at timing t14 immediately after the transistor M2 is temporarily turned on at time t13. As a result, the charge stored in the cathode of the second element E2a is transferred to the gate of the transistor M3 with the period from time t11 to t14 as the shutter period, and a detection signal having a signal level (ie, detection level) corresponding to the charge. Sc is output to the AD conversion unit 322.
  • the transistor M1b is turned off at time t11, and then turned on temporarily at timing t17 immediately after the transistor M2 is temporarily turned on at time t16.
  • the charge stored in the cathode of the second element E2b is transferred to the gate of the transistor M3 with the period from time t11 to t17 as the shutter period, and a detection signal having a signal level (that is, detection level) corresponding to the charge. Sc is output to the AD conversion unit 322.
  • the AD converter AD3 of the AD converter 322 samples a reference level in a state where the cathode of the second element E2a is reset at the first timing when the transistor M2 is temporarily turned on, that is, at the timing of time t13, Thereafter, at the timing of time t14 when the transistor M1a is temporarily turned on, the detection level representing the charge accumulated in the second element E2a is sampled.
  • the AD converter AD3 samples a reference level in a state in which the cathode of the second element E2b is reset at the second timing when the transistor M2 is temporarily turned on, that is, at the timing of time t16. At the timing of time t17 when the transistor M1b is temporarily turned on, the detection level representing the charge stored in the second element E2b is sampled.
  • the two second elements E2a and E2b are controlled by rolling shutter systems having different exposure timings. [2-5. effect] According to the second embodiment described above, the effects (1a) to (1d) of the first embodiment described above are exhibited, and further, the following effects are exhibited.
  • the unit element block Ba has four second elements E2a to E2d having a size of about 1 ⁇ 4 instead of the second element E2, and in the imaging mode, the plurality of Pixel values are read out from each of the two elements E2a to E2d. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to generate a higher definition captured image.
  • the transistor M1b is turned off at the timing of time t11 after the start of the imaging period, but may be turned off at the timing of time t15 shown in FIG.
  • the charge accumulated in the cathode of the second element E2b is transferred to the gate of the transistor M3 with the period from time t11 to t17 as the shutter period, and a detection signal having a signal level (ie, detection level) corresponding to the charge. Sc is output to the AD conversion unit 322. That is, the shutter periods of the plurality of second elements E1 and E2 can be made the same length.
  • the scanning unit 20 is omitted, and the configurations of the light emitting unit 10a, the light receiving element array 31, and the unit circuit 321b are different from those in the first embodiment.
  • the light emitting unit 10 a includes a plurality of light emitting elements 11, and each light emitting element 11 is provided with a lens 12.
  • Each lens 12 is set to emit light emitted from the light emitting element 11 in different directions.
  • M light emitting elements 11 and lenses 12 are provided.
  • Each lens 12 is associated with one of the detection regions divided into M, and is set such that the light emitted from each light emitting element 11 is emitted toward the corresponding divided detection region.
  • the light receiving element array 31 includes a plurality of unit element blocks B, and each unit element block is provided with a lens as in the light emitting unit 10 a.
  • M unit element blocks B and lenses are provided.
  • Each lens is respectively associated with any of the M divided detection areas, and is set such that only the reflected light coming from the corresponding divided detection area is incident on the unit element block B.
  • the transistor M7 is provided between the transistor M3 and the amplifier A3 that amplifies the detection signal Sci, and turns on or off the path L21 according to the control signal ⁇ seli.
  • i attached at the end of the code is an identifier for identifying a plurality of unit circuits 321 b due to the presence of a plurality of unit element blocks B, and the value of 1 to M Take
  • the detection signal Sci can be individually output from each of the plurality of unit circuits 321 b by using the control signal ⁇ seli. Therefore, as shown in FIG. 14, by connecting a plurality of unit circuits 321b, an amplifier and an AD converter for the detection signal Sci, that is, the amplifier A3 and the AD converter AD3 in FIG. You may share between them.
  • the imaging period is divided into the first half and the second half, the detection signal Sc1 for azimuth 1 is processed, and the detection signal Sc2 for azimuth 2 is processed in the second half. It may be configured to
  • the amplifier that processes the detection signal Sci and the AD converter can be shared among the plurality of unit circuits 321 b, so the circuit scale of the AD converter 322 can be suppressed.
  • the fourth embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the unit circuit 321 c and the control content of the drive control unit 51.
  • [4-2. Unit circuit] As shown in FIG. 15, in the unit circuit 321c, transistors M8 to M11, capacitors C1 and C2, and a constant current circuit CU1 are added to the unit circuit 321 shown in FIG.
  • the transistors M8 and M9 and the capacitors C1 and C2 correspond to the holding circuit.
  • the capacitors C1 and C2 are respectively connected between the path L21 and the ground between the transistor M3 and the amplifier A3 for amplifying the detection signal Sci.
  • a connection point between the capacitor C1 and the path L21 is referred to as a shift point P1
  • a connection point between the capacitor C2 and the path L21 is referred to as a shift point P2.
  • the transistor M8 is provided between the transistor M3 and the shift point P1, and turns on or off the path L22 in accordance with the control signal ⁇ shai.
  • the transistor M9 is provided between the shift point P1 and the shift point P2, and turns on or off the path L22 in accordance with the control signal ⁇ shbi.
  • the transistor M10 amplifies the signal level resi of the shift point P2 and outputs it as a detection signal Sci.
  • the transistor M11 is provided between the transistor M10 and the amplifier A3, and turns on or off the path L21 according to the signal ⁇ seli.
  • the constant current circuit CU1 supplies a bias current to the transistor M10.
  • the charge accumulated at the cathode of the second element E2 can be held in the capacitor C1 and the capacitor C2 by a bucket brigade method.
  • the transistors M1, M2, and M4 to M6 are on / off controlled in the same manner as in the first embodiment for all the unit circuits 321c. Thereby, the waveforms of the cathode potential Vpi of the second element E2 and the gate potential Vgi of the transistor M3 are similar.
  • the transistors M8 and M9 are also turned on, and the potentials of the shift points P1 and P2 are reset. After that, the transistor M9 is turned off just before time t4, like the transistor M2, and the transistor M8 is kept on until time t5.
  • the transistor M1 When the transistor M1 is temporarily turned on at the timing of time t4, the charge (i.e., the potential Vpi) accumulated at the cathode of the second element E2 is transferred to the gate of the transistor M3, and the signal level Vgi of the gate at that time is It is amplified by the transistor M3 and charged to the capacitor C1. Thereafter, at time t5, the transistor M8 is turned off, and the signal level corresponding to the charge accumulated by the second element E2 is stored in the capacitor C1.
  • the charge i.e., the potential Vpi
  • the same control is performed by the two unit circuits 321c, and thereafter, different control is performed.
  • the transistor M11 of the unit circuit 321c (hereinafter referred to as the first unit circuit) that processes the azimuth 1 is turned on.
  • the signal level res1 stored in the capacitor C2 is amplified by the transistor M10 and is output as the detection signal Sc1.
  • the signal level of the detection signal Sc1 is sampled by the AD converter as a reference level for the azimuth 1.
  • the transistor M11 is held on until time t7.
  • the transistors M8 and M9 of the first unit circuit are temporarily turned on at the timing of time t6, that is, the timing at which the imaging mode is switched to the distance measurement mode here. Then, in the first unit circuit, the signal level sig1 stored in the capacitor C1 is transferred to the capacitor C2, further amplified by the transistor M10, and output as the detection signal Sc1. The signal level of the detection signal Sc1 is sampled by the AD converter as a detection level for the azimuth 1.
  • the transistor M11 of the first unit circuit is turned off, and the transistor M11 of the unit circuit 321c (hereinafter referred to as a second unit circuit) that processes the azimuth 2 is turned on. Then, in the second unit circuit, the signal level res2 stored in the capacitor C2 is amplified by the transistor M10 and is output as the detection signal Sc2. The signal level of the detection signal Sc2 is sampled by the AD converter as a reference level for the azimuth 2. The transistor M11 is held on until time t9.
  • the transistors M8 and M9 of the second unit circuit are temporarily turned on.
  • the signal level sig2 stored in the capacitor C1 is transferred to the capacitor C2, further amplified by the transistor M10, and output as the detection signal Sc2.
  • the signal level of the detection signal Sc2 is sampled by the AD converter as a detection level for the azimuth 2.
  • the detection signal Sc can be read out at any timing without being restricted to the imaging period, so that the control can be performed freely.
  • the degree can be increased.
  • the fifth embodiment is different from the first embodiment in how to switch the operation mode by the mode setting unit 52.
  • Mode setting section The process performed by the mode setting unit 52 will be described using the flowchart shown in FIG.
  • the mode setting unit 52 acquires traffic jam information and information including the vehicle speed V via the information acquisition unit 40.
  • the mode setting unit 52 determines, based on the traffic congestion information acquired in S210, whether the road on which the vehicle is traveling is in traffic congestion. The determination as to whether the vehicle is in a traffic jam may be performed using the detection result of the target detection unit 53.
  • the mode setting unit 52 shifts the processing to S230 when the positive determination is made in S220, and shifts the processing to S240 when the negative determination is made.
  • the mode setting unit 52 sets the operation mode to the distance measurement mode, and executes scanning over the entire detection area. Thereby, from the distance measuring unit 33, a distance image representing the distance to the target present in the detection area is obtained.
  • the mode setting unit 52 determines, based on the information acquired in S210, whether the user is traveling in a city area. The mode setting unit 52 shifts the processing to S230 when the positive determination is made in S250, and ends the processing when the negative determination is made.
  • the determination as to whether or not the user is traveling in a city area may be made, for example, depending on whether the speed V is equal to or less than a preset threshold value Vth. In addition to the instantaneous velocity, it may be determined based on whether or not the state below the threshold value Vth continues for a predetermined period of time or more, in consideration of temporal changes in velocity and the like. Alternatively, the determination may be made using the detection result of the target detection unit 53.
  • the mode setting unit 52 sets the operation mode to the imaging mode, executes scanning over the entire detection area, and ends the processing. Thereby, from the image generation unit 34, a captured image obtained by capturing the detection area is obtained.
  • switching of the operation mode is performed each time scanning over the entire detection area is performed, that is, azimuth 1 to azimuth It is performed each time processing in the same operation mode is continuously performed for all orientations of M.
  • the imaging mode is repeated, and targets in a relatively short distance are mainly detected. If the vehicle is not in a traffic jam and traveling in a city area, the distance measurement mode and the imaging mode are alternately switched, and short distance targets and long distance targets are detected in a well-balanced manner. If it is not in the traffic jam or in the city area, it is estimated that the user is traveling on the expressway, only the distance measurement mode is repeated, and relatively distant targets are mainly detected.
  • unit circuit 321 d may be configured to individually control transistors M5 and M6 with different control signals ⁇ ToFa and ⁇ ToFb instead of the common control signal ⁇ ToF. Also, in this case, in the distance measurement mode, since the first element E1 and the second element E2 belonging to the same unit element block B can not be used simultaneously, one of them is selected and the process is executed.
  • one AD converter AD2 may be used including the detection signal Sc.
  • a transistor M12 is added to the unit circuit 321d shown in FIG. 19 in the unit circuit 321e.
  • the transistor M12 is provided downstream of the transistor M13, and turns on or off the path L22 in accordance with the control signal ⁇ IS. Then, one of the transistors M5, M6, and M12 may be controlled to be turned on.
  • the multiple functions of one component in the above embodiment may be realized by multiple components, or one function of one component may be realized by multiple components . Also, a plurality of functions possessed by a plurality of components may be realized by one component, or one function realized by a plurality of components may be realized by one component.
  • part of the configuration of the above embodiment may be omitted.
  • at least a part of the configuration of the above embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other above embodiment.
  • all the aspects contained in the technical thought specified from the wording described in the claim are an embodiment of this indication.
  • the present disclosure can be realized in various forms such as a system including the light receiving element array or the light detecting device as a component.
  • the light receiving element array or the light detection device may be applied as an object detection device to a driving support system or an automatic driving system.
  • the driving support system is, for example, a collision avoidance support, a lane keeping support, a sign recognition support, a lane based on information such as positions and moving speeds of various targets existing around the vehicle detected by the object detection device. It may be configured to realize at least one function of change support and light control.
  • the automatic driving system calculates, for example, a track on which the vehicle travels (that is, the position on the road, etc.), collision avoidance control, lane keeping control, lane change control, and lighting based on information from the object detection device. It may be configured to implement at least one function of control.

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Abstract

受光素子ブロックは、１つ以上の単位素子ブロック（Ｂ）を備える。単位素子ブロックのそれぞれは、素子構造が異なる複数種類の受光素子（Ｅ１、Ｅ２）を有する。

Description

受光素子アレイ、光検出装置、運転支援システム、及び自動運転システム 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１７年８月８日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１７－１５３４６２号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１７－１５３４６２号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
　本開示は、距離の測定および撮像に使用される受光素子アレイ、受光素子アレイを用いる光検出装置、及び光検出装置を用いる各種システムに関する。
　ドライバに対する運転支援等に使用される様々な情報を取得するために、車両には、様々なセンサが搭載される。その一つとして、光を照射しその反射光を受光するまでの時間を計測する光飛行時間計測法（即ち、ＴＯＦ：Time Of Flight）を利用して距離画像を生成するセンサが知られている。この種のセンサは、路上の落下物、前方を走行する車両、歩行者等、様々な物標を検出する必要があり、検出対象となる物標までの距離も、近距離から遠距離まで様々である。従って、受光素子は、広いダイナミックレンジを有することが要求される。
　これに対して、下記特許文献１には、複数のフォトダイオードを配列することで構成される受光素子アレイにおいて、受光面の大きさ等を異ならせることで実現した感度の異なるフォトダイオードを組み合わせることで、ダイナミックレンジを広げる技術が記載されている。
特開２０００－１２５２０９号公報
　しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載の従来技術からは、以下の課題が見出された。
　即ち、従来技術では、サイズが異なる同一特性のフォトダイオードを用いるため、フォトダイオードの素子サイズを小さくすることで、感度を低下させる方向にダイナミックレンジを拡大することは容易である。しかし、フォトダイオードの素子サイズを大きくすると、受光素子アレイが大型化するため、感度を向上させる方向にダイナミックレンジを拡大することが困難であった。
　本開示の１つの局面は、受光素子アレイを用いた計測において、距離のダイナミックレンジを拡大する技術を提供することにある。
　本開示の一態様である受光素子アレイは、１つ以上の単位素子ブロックを備える。単位素子ブロックのそれぞれは、素子構造が異なる複数種類の受光素子を有する。
　このような構成によれば、素子構造が異なることで感度等の特性が異なる複数種類の受光素子が組み合わされるため、個々の受光素子の大きさを変化させることなく広いダイナミックレンジを実現できる。
　本開示の一態様である光検出装置は、発光部と、受光素子アレイと、距離測定部と、を備える。
　発光部は、予め設定された検知領域に向けて光を照射する。受光素子アレイは、検知領域から到来する光を受光する１つ以上の単位素子ブロックを備え、単位素子ブロックのそれぞれは、電子増倍機能を有するフォトダイオードである第１素子、及び電子増倍機能を有さないフォトダイオードである第２素子を有する。距離測定部は、受光素子アレイから読み出される検出信号を用いて距離を測定する。
　このような構成によれば、フォトダイオードだけで感度の異なる受光素子を実現する場合と比較して、個々の受光素子の大きさを変化させることなく、感度が高くなる方向にダイナミックレンジを拡大できる。その結果、距離の計測能力を向上させることができる。
　なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
第１実施形態の光検出装置の構成を示すブロック図である。 受光素子アレイに含まれる単位素子ブロックの構造を示す説明図である。 読出部の構成を示す回路図である。 駆動制御部の制御によって実現される読出部の動作を示すタイミング図である。 ＡＤ変換の対象となる検出信号の波形およびサンプリングタイミングを示す説明図である。 強度制御処理のフローチャートである。 単位素子ブロックにおける第１素子及び第２素子の他の配置例を示す説明図である。 走査部の他の構成例を示す説明図である。 第２実施形態における単位素子ブロックの構造を示す説明図である。 第２実施形態における単位回路を示す回路図である。 第２実施形態における読出部の動作を示すタイミング図である。 第３実施形態における発光部を示す説明図である。 第３実施形態における単位回路を示す回路図である。 図１３に示す単位回路の接続例を示すブロック図である。 第４実施形態における単位回路を示す回路図である。 第４実施形態における読出部の動作を示すタイミング図である。 第５実施形態におけるモード設定処理のフローチャートである。 動作モードと走査方向との関係を示す説明図である。 単位回路の変形例を示す回路図である。 単位回路の変形例を示す回路図である。
　以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
　［１．第１実施形態］
　［１－１．構成］
　図１に示す光検出装置１は、受光部３０を備える。また、光検出装置１は、発光部１０と、走査部２０と、情報取得部４０と、制御部５０と、を備えてもよい。受光部３０は、ワンチップの半導体集積回路として構成されてもよい。この半導体集積回路には、発光部１０が含まれてもよい。
　［１－１－１．発光部］
　発光部１０は、発光素子として、例えばレーザダイオードを備える。発光部１０は、制御部５０からの指示である発光トリガに従って、パルス状のレーザ光（以下、照射光）を繰り返し照射する。発光素子の発光強度は、制御部５０からの指示に従って可変設定される。発光強度は、例えば、高出力と低出力の２種類の設定が用意される。
　［１－１－２．走査部］
　走査部２０は、ミラー部２１と、駆動部２２と、を備える。
　ミラー部２１は、板状に構成され、その両面が反射面として使用される。ミラー部２１は、発光部１０からの照射光を反射することで、ミラー部２１の回転角度に応じた方向に光を照射する。また、ミラー部２１は、ミラー部２１の回転角度に応じた方向から到来する、照射光を反射した物標からの反射光を反射して、受光部３０に出力する。
　駆動部２２は、制御部５０からの指示に従って、ミラー部２１を回転駆動する。これにより、水平面内において予め設定された角度範囲を有する検知領域が、発光部１０からミラー部２１を介して照射される照射光によって走査される。ここでの水平面は、ミラー部２１の回転軸に直交する面である。
　［１－１－３．受光部］
　受光部３０は、受光素子アレイ３１と、読出部３２と、距離測定部３３と、画像生成部３４と、を備える。
　受光素子アレイ３１は、図２に示すように、一つ以上の単位素子ブロックＢを備える。単位素子ブロックＢは、素子構造の異なる第１素子Ｅ１および第２素子Ｅ２を備える。第１素子Ｅ１および第２素子Ｅ２は、予め設定された素子配列方向Ｘに沿って配置される。受光素子アレイ３１は、当該装置１を搭載する車両である自車両の車幅方向、即ち水平方向に素子配列方向Ｘが一致し、第１素子Ｅ１及び第２素子Ｅ２の放射面において素子配列方向Ｘに直交する方向Ｙが自車両の車高方向、即ち上下方向に一致するように車両に搭載される。
　なお、単位素子ブロックＢを複数備える場合は、方向Ｘまたは方向Ｙのいずれかに沿って１次元的に配置されてもよいし、方向Ｘ及び方向Ｙの両方に沿って２次元的に配置されてもよい。単位素子ブロックＢの数や配置は、発光部１０及び走査部２０の構造や位置関係に応じて適宜決定される。
　第１素子Ｅ１は、例えば、電子増倍機能を有するフォトダイオードであるアバランシェフォトダイオードが用いられる。第２素子Ｅ２は、例えば、電子増倍機能を有さないフォトダイオードである埋め込みフォトダイオード等の通常のフォトダイオード、またはＰＩＮ－フォトダイオードが用いられる。第１素子Ｅ１および第２素子Ｅ２は、受光面が矩形状かつ同一サイズを有する。第１素子Ｅ１は、第２素子Ｅ２と比較して高感度な特性を有する。
　図１に戻り、距離測定部３３は、読出部３２を介して入力される受光素子アレイ３１から読み出される検出信号Ｓａ，Ｓｐのサンプリングデータと、制御部５０が発光部１０に対して出力する発光トリガと、に基づき、発光部１０からの照射光を反射した物標までの距離を算出する。距離の算出には、光飛行時間計測法、即ち、ＴＯＦが用いられる。ＴＯＦは、Time Of Flightの略である。
　画像生成部３４は、読出部３２を介して入力される予め設定されたシャッタ時間の間に蓄積された電荷量を示す検出信号Ｓｃのサンプリングデータに基づき、検知領域を撮像した撮像画像を生成する。
　読出部３２は、図３に示すように、単位素子ブロックＢのそれぞれが、単位回路３２１とＡＤ変換部３２２とを備える。
　ＡＤ変換部３２２は、３つの増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３と、３つのＡＤ変換器ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３と、を備える。ＡＤ変換部３２２は、単位回路３２１から出力される２つの検出信号Ｓａ，Ｓｐを、それぞれ増幅器Ａ１，Ａ２で増幅し、ＡＤ変換器ＡＤ１，ＡＤ２でアナログ－デジタル変換して、距離測定部３３に出力する。また、ＡＤ変換部３２２は、単位回路３２１から出力される検出信号Ｓｃを、増幅器Ａ３で増幅し、ＡＤ変換器ＡＤ３でアナログ－デジタル変換して、画像生成部３４に出力する。
　単位回路３２１は、６つのトランジスタＭ１～Ｍ６と、定電流回路ＣＵと、を備える。
　トランジスタＭ６は、第１素子Ｅ１のカソードから増幅器Ａ１に至る経路Ｌ１に設けられ、制御信号φＴｏＦに従って経路Ｌ１を導通または遮断する。
　トランジスタＭ１は、第２素子Ｅ２のカソードから分岐点Ｐに至る経路Ｌ２に設けられ、制御信号φｔｘに従って経路Ｌ２を導通または遮断する。
　トランジスタＭ２，Ｍ５は、分岐点Ｐから増幅器Ａ２に至る経路Ｌ２１に直列に設けられる。トランジスタＭ２は、制御信号φｇに従って経路Ｌ２１を導通または遮断する。トランジスタＭ５は、制御信号φＴｏＦに従って経路Ｌ２１を導通または遮断する。
　トランジスタＭ４は、トランジスタＭ２とトランジスタＭ５との間に接続され、経路Ｌ２１と電源電圧ｖｄｄの電源ラインとの間を、制御信号φＩＳに従って導通または遮断する。
　トランジスタＭ３は、分岐点Ｐから増幅器Ａ３に至る経路Ｌ２２に設けられ、経路Ｌ２を介して供給される信号Ｖｇを増幅することで、増幅器Ａ３に出力する信号Ｓｃを生成する。
　定電流回路ＣＵは、トランジスタＭ３に一定のバイアス電流Ｉｄｃを流す。つまり、検出信号Ｓｃの信号レベルは、バイアス電流Ｉｄｃによって決まる電位を中心に変化する。
　［１－１－４，情報取得部］
　図１に戻り、情報取得部４０は、車載ＬＡＮ等を介して車両に搭載された様々なセンサ、または車両外部との通信を行う無線通信機等を介して、自車の挙動及び自車の周囲の状況に関する情報を取得する。情報取得部４０が取得する情報には、例えば、自車の速度を表す車速情報、自車が走行中の道路に関する渋滞情報が含まれてもよい。
　［１－１－５．制御部］
　制御部５０は、ＣＰＵ５０ａと、例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリ（以下、メモリ５０ｂ）と、を有するマイクロコンピュータを備える。制御部５０の各機能は、ＣＰＵ５０ａが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ５０ｂが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部５０は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。制御部５０の各機能を実現する手法は、ソフトウェアに限るものではない。制御部５０の各機能の一部又は全部は、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は、デジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されてもよい。
　制御部５０は、機能別に表現した場合、駆動制御部５１と、モード設定部５２と、物標検出部５３と、強度制御部５４とを備える。
　モード設定部５２は、当該光検出装置１の動作モードを、距離測定モードまたは撮像モードのいずれかに設定する。距離測定モードは、光検出装置１をＬＩＤＡＲとして動作させる動作モードである。ＬＩＤＡＲは、Light detection and rangingの略である。撮像モードは、光検出装置１をカメラとして動作させる動作モードである。
　以下では、動作モードが距離測定モードに設定される期間を測定期間、撮像モードに設定される期間を撮像期間という。測定期間は、予め設定された最大検知距離を光が往復する時間以上の長さに設定される。撮像期間は、第２素子Ｅ２を撮像素子として動作させ、その後、撮像素子から信号を読み出すまでに要する時間以上に設定される。測定期間および撮像期間の長さは、同じでもよいし異なってもよい。
　モード設定部５２は、距離測定モードおよび撮像モードを、それぞれの設定期間が経過したタイミングで交互に切り替える。
　駆動制御部５１は、各動作モードに応じた様々な制御信号を生成することによって、発光部１０、走査部２０、及び受光部３０の動作を制御する。
　駆動制御部５１は、ミラー部２１が半回転する間に、距離測定モードと撮像モードとがＭ回ずつ繰り返されるように、走査部２０を動作させる。これにより、ミラー部２１が半回転する毎に、Ｍ分割された検知領域が一通り走査され、そのＭ分割された検知領域のそれぞれについて距離測定および撮像がいずれも実施される。以下では、Ｍ分割された検知領域のそれぞれを、方位１～方位Ｍと表記する。
　駆動制御部５１は、距離測定モードの場合、距離測定モードが開始されるタイミングで発光部１０にレーザ光を照射させる。また、駆動制御部５１は、照射光を反射した物標からの反射光を受光する第１素子Ｅ１および第２素子Ｅ２からの検出信号Ｓａ，Ｓｐの波形が、所定間隔でサンプリングされて、距離測定部３３に出力されるように受光部３０を制御する。
　駆動制御部５１は、撮像モードの場合、発光部１０にレーザ光を照射させることなく、第２素子Ｅ２を撮像素子として動作させる。そして、撮像素子の蓄積電荷をリセットした時の信号レベルである基準レベルと、シャッタ時間の間に蓄積された電荷量を表す信号レベルとがサンプリングされて、画像生成部３４に出力されるように受光部３０を制御する。
　ここで、駆動制御部５１が実行する制御の詳細を、図３及び図４を参照して説明する。
　動作モードが距離測定モードである場合、発光トリガに従って測定期間の先頭でレーザ光が照射され、最大検知距離以下の距離に位置する物標からの反射光が、測定期間内に受光素子アレイ３１にて受光される。このとき、反射光の受光強度に応じて第１素子Ｅ１及び第２素子Ｅ２のカソード電位が変化する。なお、トランジスタＭ１、Ｍ２、及びＭ４～Ｍ６は、制御信号φｔｘ、φｇ、φＩＳ、及びφＴｏＦによってオンオフ制御されるが、以下では、制御信号についての説明は省略し、制御の結果であるトランジスタのオンオフによって説明する。
　距離測定モードでは、測定期間の全体に渡って、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ５、及びＭ６はオンに設定され、トランジスタＭ４はオフに設定される。これにより、第１素子Ｅ１から増幅器Ａ１に至る経路Ｌ１が導通するため、第１素子Ｅ１のカソード電位Ｖａに応じた検出信号ＳａがＡＤ変換部３２２に出力される。また、第２素子Ｅ２から増幅器Ａ２に至る経路Ｌ２およびＬ２１が導通するため、第２素子Ｅ２のカソード電位Ｖｐに応じた検出信号Ｓｐが、ＡＤ変換部３２２に出力される。ＡＤ変換部３２２では、検出信号Ｓａ，Ｓｐは、図５に示すように、測定期間の全期間に渡って一定間隔でサンプリングされる。その結果、検出信号Ｓａ，Ｓｐの波形を表すデジタルデータが、距離測定部３３に出力される。
　動作モードが撮像モードである場合、図４に示すように、撮像期間中に発光部１０から光が照射されることはなく、撮像期間の全体に渡って、トランジスタＭ５，Ｍ６はオフに設定され、トランジスタＭ４はオンに設定される。撮像モードでは、分岐点Ｐの電位をトランジスタＭ３によって増幅した検出信号ＳｃがＡＤ変換部３２２に出力される。
　距離測定モードから撮像モードに切り替わった後、トランジスタＭ１は、時刻ｔ１までオンに保持され、その後オフされる。同様に、トランジスタＭ２は、時刻ｔ１より遅い時刻ｔ２までオンに保持され、その後オフされる。
　トランジスタＭ１，Ｍ２およびＭ４がいずれもオンに設定される時刻ｔ１までの期間は、第２素子Ｅ２のカソードの電位Ｖｐおよび分岐点Ｐの電位Ｖｇが、電源電圧ｖｄｄによってリセットされる。時刻ｔ１にてトランジスタＭ１がオフすると、第２素子Ｅ２のカソードに、受光強度に応じた電荷の蓄積が開始される。
　その後、トランジスタＭ２は、時刻ｔ３までオフに保持された後、時刻ｔ４の直前まで一時的にオンに設定される。この時、分岐点Ｐの電位は再度リセットされる。このリセットされた分岐点Ｐの電位Ｖｇを表す検出信号Ｓｃの信号レベルが、基準レベルとしてＡＤ変換器ＡＤ３によってサンプリングされる。
　トランジスタＭ１は、時刻ｔ１から時刻ｔ４までのオフに保持された後、一時的にオンに設定される。この時刻ｔ１から時刻ｔ４までの期間をシャッタ期間ともいう。トランジスタＭ１が、時刻ｔ４でオンすることにより、第２素子Ｅ２のカソードに蓄積された電荷が、分岐点Ｐ、即ち、トランジスタＭ３のゲートに転送される。その結果、検出信号Ｓｃは、シャッタ期間中に第２素子Ｅ２によって蓄積された電荷量に応じた信号レベルとなる。このときの検出信号Ｓｃの信号レベルが検出レベルとしてＡＤ変換器ＡＤ３によってサンプリングされる。
　その後、トランジスタＭ２は、時刻ｔ５でオンに設定され、トランジスタＭ１は、撮像期間の終了タイミングでオンに設定される。
　以下、ミラー部２１の回転位置によって決まる走査方向、即ち、方位１～方位Ｍが順次切り替わりながら、同様の処理が繰り返される。
　距離測定部３３は、測定期間中に読出部３２から出力される検出信号Ｓａ，Ｓｐの波形を表すデジタルデータから、反射光の受光タイミングを抽出し、発光部１０での照射タイミングから受光タイミングまでの時間に基づいて、照射光を反射した物標までの距離を算出する。更に、距離測定部３３は、距離の算出結果を、方位１～方位Ｍに対応づけて配列することによって距離画像を生成する。
　なお、距離測定部３３は、受光タイミングを抽出する際に、高感度である第１素子Ｅ１からの検出信号Ｓａが飽和しているか否かを判断し、飽和していなければ検出信号Ｓａを用い、飽和していれば検出信号Ｓｐを用いてもよい。
　画像生成部３４は、撮像期間中に読出部３２から出力される検出信号Ｓｃの検出レベルおよび基準レベルに基づき、検出レベルから基準レベルを減算することで画素値を算出する。更に、画像生成部３４は、算出された画素値を、方位１～方位Ｍと対応づけて配列することで撮像画像を生成する。
　図１に戻り、物標検出部５３は、距離測定部３３および画像生成部３４により検知領域全体の距離画像および撮像画像が生成される毎に、これら距離画像および撮像画像を用いて、検知領域内に存在する物標を検出する。また、物標検出部５３は、検出された物標のそれぞれについて、物標の種類および位置を含む物標情報を生成する。
　強度制御部５４は、物標検出部５３にて生成された物標情報を用いて、発光部１０での発光強度を制御する。強度制御部５４が実行する強度制御処理を、図６を用いて説明する。
　本処理は、物標検出部５３により、物標情報が生成される毎に起動する。
　本処理が開始されると、Ｓ１１０にて、強度制御部５４は、物標検出部５３が生成した物標情報を取得する。
　Ｓ１２０では、強度制御部５４は、取得した物標情報に含まれる物標の種類に基づき、歩行者が検出されたか否かを判定する。強度制御部５４は、Ｓ１２０にて否定判定した場合はＳ１３０に処理を移行し、肯定判定した場合はＳ１４０に処理を移行する。
　Ｓ１３０では、強度制御部５４は、発光強度を高出力に設定して、処理を終了する。
　Ｓ１４０では、強度制御部５４は、発光強度を低出力に設定して、処理を終了する。
　なお、Ｓ１３０又はＳ１４０にて発光強度の設定が変更されると、発光部１０の発光強度は、方位１についての距離測定モードが開始されるタイミングで変更される。
　［１－２．効果］
　以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
　（１ａ）光検出装置１は、受光素子アレイ３１に含まれる単位素子ブロックＢが、感度の異なる第１素子Ｅ１および第２素子Ｅ２を備え、これら第１素子Ｅ１と第２素子Ｅ２とをいずれも使用して、距離の測定を行う。従って、光検出装置１によれば、距離の計測について、広いダイナミックレンジを実現できる。
　しかも、光検出装置１では、第１素子Ｅ１および第２素子Ｅ２として素子構造の異なるＡＰＤとＰＤとが採用されている。従って、光検出装置１によれば、各素子Ｅ１及びＥ２の受光面積を広げることなく、より広いダイナミックレンジを実現できるだけでなく、ＡＰＤによって感度を高める方向にダイナミックレンジを広げることができる。
　（１ｂ）光検出装置１によれば、検知領域内に歩行者が存在するか否かによって発光部１０での発光強度が切り替わるため、歩行者に高出力のレーザ光が照射されることを抑制できる。
　（１ｃ）光検出装置１によれば、距離測定機能（即ち、ＬＩＤＡＲ）と画像生成機能（即ち、カメラ）とが単一の装置で実現されるため、両機能を実現する機器を別々に設ける場合と比較して、車両における機器の設置スペースを削減できる。
　（１ｄ）光検出装置１によれば、走査部２０を有するため、広角なＬＩＤＡＲ機能と広角で高精細なカメラ機能とを、受光素子数の少ない受光素子アレイ３１によって実現できる。
　［１－３．変形例］
　上記実施形態では、単位素子ブロックＢに含まれる第１素子Ｅ１及び第２素子Ｅ２が、車幅方向に一致させた方向Ｘに沿って配置されるが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、第１素子Ｅ１及び第２素子Ｅ２は、車高方向に一致させた方向Ｙに沿って配置されてもよい。
　上記実施形態では、走査部２０は、照射光及び反射光の走査を機械的の手法で実現されるが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、電圧又は電流によって制御可能な光偏向素子２０ａを介してレーザ光の照射及び反射波の受光を行う等、光学的な手法で走査が実現されてもよい。
　［２．第２実施形態］
　［２－１．第１実施形態との相違点］
　第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
　第２実施形態は、単位素子ブロックＢａおよび単位回路３２１ａの構成、並びに駆動制御部５１での制御内容が第１実施形態とは相違する。
　［２－２．単位素子ブロック］
　単位素子ブロックＢａは、図９に示すように、第１実施形態における単位素子ブロックＢにおいて、第２素子Ｅ２を４つの第２素子Ｅ２ａ～Ｅ２ｄに置き換えた構造を有する。
　第２素子Ｅ２ａ～Ｅ２ｄは、いずれも同一サイズ且つ第１素子Ｅ１と相似形状を有する。また、第２素子Ｅ２ａ～Ｅ２ｄは、これら４つの素子を２行２列に配列した状態で、第１素子Ｅ１とほぼ同一サイズとなる大きさを有する。
　第１実施形態の場合と同様に、第１素子Ｅ１は、例えば、アバランシェフォトダイオードが用いられ、第２素子Ｅ２ａ～Ｅ２ｄは、通常のフォトダイオード、またはＰＩＮ－フォトダイオードが用いられる。また、第２素子Ｅ２ａ～Ｅ２ｄにカラーフィルタを載せることで、第２素子Ｅ２ａ～Ｅ２ｄはカラー画像を取得できるように構成されてもよい。
　［２－３．単位回路］
　単位回路３２１ａについて、図１０を参照して説明する。なお、単位素子ブロックＢａは、４つの第２素子Ｅ２ａ～Ｅ２ｄを含んでいるが、図１０では、図面を見易くするために、２つの第２素子Ｅ２ｃ及びＥ２ｄについては図示を省略し、単位素子ブロックＢａは、２つの第２素子Ｅ２ａ及びＥ２ｂを有するとして説明する。
　図１０に示すように、単位回路３２１ａは、トランジスタＭ１の代わりに、二つのトランジスタＭ１ａおよびＭ１ｂを備える。
　トランジスタＭ１ａは、第２素子Ｅ２ａから分岐点Ｐに至る経路Ｌ２ａに設けられ、制御信号φｔｘａに従って経路Ｌ２ａを導通または遮断する。
　トランジスタＭ１ｂは、第２素子Ｅ２ｂから分岐点Ｐに至る経路Ｌ２ｂに設けられ、制御信号φｔｘｂに従って経路Ｌ２ｂを導通または遮断する。
　［２－４．駆動制御部］
　駆動制御部５１は、距離測定モードでは、トランジスタＭ１の代わりにトランジスタＭ１ａを動作させる以外は第１実施形態と同様である。なお、トランジスタＭ１ａだけでなく、トランジスタＭ１ａおよびＭ２ａを同時に動作させるように制御してもよい。
　撮像モードでは、図１１に示すように、撮像期間を前半と後半とに分け、前半では、第２素子Ｅ２ａからの読み出しを実行し、後半では、第２素子Ｅ２ｂからの読み出しを実行する。
　トランジスタＭ２は、撮像期間の開始後、図４に示した時刻ｔ２のタイミングに相当する時刻ｔ１２でオフされた後、撮像期間の前半及び後半のそれぞれにおいて１回ずつ、具体的には、時刻ｔ１３及びｔ１６のタイミングで一時的にオンされる。この一時的にオンされたタイミングで、トランジスタＭ２のゲートがリセットされ、そのリセットされた状態に応じた信号レベル（即ち、基準レベル）を有する検出信号ＳｃがＡＤ変換部３２２に出力される。
　トランジスタＭ１ａは、時刻ｔ１１でオフされた後、トランジスタＭ２が時刻ｔ１３にて一時的にオンされた直後の時刻ｔ１４のタイミングで一時的にオンされる。これにより、時刻ｔ１１～ｔ１４の期間をシャッタ期間として第２素子Ｅ２ａのカソードに蓄積された電荷がトランジスタＭ３のゲートに転送され、その電荷に応じた信号レベル（即ち、検出レベル）を有する検出信号ＳｃがＡＤ変換部３２２に出力される。
　トランジスタＭ１ｂは、時刻ｔ１１でオフされた後、トランジスタＭ２が時刻ｔ１６にて一時的にオンされた直後の時刻ｔ１７のタイミングで一時的にオンされる。これにより、時刻ｔ１１～ｔ１７の期間をシャッタ期間として第２素子Ｅ２ｂのカソードに蓄積された電荷がトランジスタＭ３のゲートに転送され、その電荷に応じた信号レベル（即ち、検出レベル）を有する検出信号ＳｃがＡＤ変換部３２２に出力される。
　ＡＤ変換部３２２のＡＤ変換器ＡＤ３は、トランジスタＭ２が一時的にオンする１回目のタイミング、即ち、時刻ｔ１３のタイミングで、第２素子Ｅ２ａのカソードがリセットされた状態の基準レベルをサンプリングし、その後、トランジスタＭ１ａが一時的にオンした時刻ｔ１４のタイミングで、第２素子Ｅ２ａに蓄積された電荷を表す検出レベルをサンプリングする。
　同様に、ＡＤ変換器ＡＤ３は、トランジスタＭ２が一時的にオンする２回目のタイミング、即ち、時刻ｔ１６のタイミングで、第２素子Ｅ２ｂのカソードがリセットされた状態の基準レベルをサンプリングし、その後、トランジスタＭ１ｂが一時的にオンした時刻ｔ１７のタイミングで、第２素子Ｅ２ｂに蓄積された電荷を表す検出レベルをサンプリングする。
　つまり、本実施形態では、二つの第２素子Ｅ２ａおよびＥ２ｂは、露光タイミングが異なるローリングシャッタ方式によって制御される。
　［２－５．効果］
　以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）～（１ｄ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
　（２ａ）本実施形態では、単位素子ブロックＢａが、第２素子Ｅ２の代わりに、略１／４の大きさを有する４つの第２素子Ｅ２ａ～Ｅ２ｄを有し、撮像モードでは、複数の第２素子Ｅ２ａ～Ｅ２ｄのそれぞれから画素値が読み出される。従って、本実施形態によれば、より高精細な撮像画像を生成できる。
　［２－６．変形例］
　上記実施形態では、撮像期間の開始後、トランジスタＭ１ｂが時刻ｔ１１のタイミングでオフされるが、図１１に示す時刻ｔ１５のタイミングでオフされてもよい。この場合、時刻ｔ１１～ｔ１７の期間をシャッタ期間として第２素子Ｅ２ｂのカソードに蓄積された電荷がトランジスタＭ３のゲートに転送され、その電荷に応じた信号レベル（即ち、検出レベル）を有する検出信号ＳｃがＡＤ変換部３２２に出力される。つまり、複数の第２素子Ｅ１及びＥ２のシャッタ期間を同じ長さにできる。
　［３．第３実施形態］
　［３－１．第１実施形態との相違点］
　第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
　第３実施形態は、走査部２０が省略されると共に、発光部１０ａ、受光素子アレイ３１および単位回路３２１ｂの構成が第１実施形態とは相違する。
　［３－２．発光部／受光素子アレイ］
　発光部１０ａは、図１２に示すように、複数の発光素子１１を備え、各発光素子１１には、それぞれレンズ１２が設けられる。各レンズ１２は、発光素子１１からの照射光を、それぞれ異なる方向に出射するように設定される。ここでは、Ｍ個の発光素子１１およびレンズ１２を備える。各レンズ１２は、それぞれがＭ分割された検知領域のいずれかに対応づけられ、各発光素子１１からの照射光が、対応する分割された検知領域に向けて照射されるように設定される。
　受光素子アレイ３１は、図示を省略するが、複数の単位素子ブロックＢを備え、各単位素子ブロックには、発光部１０ａと同様に、それぞれレンズが設けられる。ここでは、Ｍ個の単位素子ブロックＢおよびレンズを備える。各レンズは、それぞれ、Ｍ分割された検知領域のいずれかに対応づけられ、対応する分割された検知領域から到来する反射光のみが単位素子ブロックＢに入射されるように設定される。
　［３－３．単位回路］
　図１３に示すように、単位回路３２１ｂでは、図３に示した単位回路３２１に対して、トランジスタＭ７が追加される。
　トランジスタＭ７は、トランジスタＭ３と、検出信号Ｓｃｉを増幅する増幅器Ａ３との間に設けられ、制御信号φｓｅｌｉに応じて経路Ｌ２１を導通または遮断する。なお、図１３に示された符号において、符号の最後に付与されているｉは、単位素子ブロックＢが複数存在することによって、複数存在する単位回路３２１ｂを識別する識別子であり１～Ｍの値をとる。
　このような単位回路３２１ｂを用いた場合、制御信号φｓｅｌｉを用いることによって、複数の単位回路３２１ｂのそれぞれから検出信号Ｓｃｉを個別に出力させることができる。このため、図１４に示すように、複数の単位回路３２１ｂを接続することにより、検出信号Ｓｃｉに対する増幅器およびＡＤ変換器、即ち、図３における増幅器Ａ３およびＡＤ変換器ＡＤ３を、複数の単位回路３２１ｂ間で共用してもよい。
　また、この場合、図１１を用いて説明した場合と同様に、撮像期間を前半と後半とに分けて、方位１についての検出信号Ｓｃ１を処理し、後半では方位２についての検出信号Ｓｃ２を処理するように構成されてもよい。
　［３－４．効果］
　以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）～（１ｃ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
　（３ａ）第３実施形態によれば、複数の単位回路３２１ｂの間で、検出信号Ｓｃｉを処理する増幅器およびＡＤ変換器を共用させることができるため、ＡＤ変換部３２２の回路規模を抑制できる。
　（３ｂ）第３実施形態によれば、発光部１０ａおよび受光素子アレイ３１にレンズを設けることによって、機械的な手法による走査部２０を用いることなく走査が実現されるため、装置規模を抑制できる。
　［４．第４実施形態］
　［４－１．第１実施形態との相違点］
　第４実施形態は、基本的な構成は第３実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第３実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
　第４実施形態は、単位回路３２１ｃの構成、および駆動制御部５１での制御内容が第１実施形態とは相違する。
　［４－２．単位回路］
　図１５に示すように、単位回路３２１ｃでは、図３に示した単位回路３２１に対して、トランジスタＭ８～Ｍ１１、コンデンサＣ１，Ｃ２、定電流回路ＣＵ１が追加される。
　これらは、いずれもトランジスタＭ３以降の経路Ｌ２１に設けられる。また、これら追加された構成のうち、トランジスタＭ８，Ｍ９、及びにコンデンサＣ１，Ｃ２が、保持回路に相当する。
　コンデンサＣ１及びＣ２は、トランジスタＭ３と検出信号Ｓｃｉを増幅する増幅器Ａ３との間にて、経路Ｌ２１とグランドとの間にそれぞれ接続される。以下では、コンデンサＣ１と経路Ｌ２１との接続点をシフト点Ｐ１、コンデンサＣ２と経路Ｌ２１との接続点をシフト点Ｐ２という。
　トランジスタＭ８は、トランジスタＭ３とシフト点Ｐ１との間に設けられ、制御信号φｓｈａｉに従って、経路Ｌ２２を導通または遮断する。
　トランジスタＭ９は、シフト点Ｐ１とシフト点Ｐ２との間に設けられ、制御信号φｓｈｂｉに従って、経路Ｌ２２を導通または遮断する。
　トランジスタＭ１０は、シフト点Ｐ２の信号レベルｒｅｓｉを増幅し、検出信号Ｓｃｉとして出力する。
　トランジスタＭ１１は、トランジスタＭ１０と増幅器Ａ３との間に設けられ、信号φｓｅｌｉに従って、経路Ｌ２１を導通または遮断する。
　定電流回路ＣＵ１は、トランジスタＭ１０にバイアス電流を流す。
　このように構成された単位回路３２１ｃでは、第２素子Ｅ２のカソードに蓄積された電荷を、バケツリレー方式で、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２に保持できる。
　［４－３．駆動制御部］
　駆動制御部５１による制御内容について説明する。但し、単位回路３２１ｃは、図１４で示したように、検出信号Ｓｃｉを処理する増幅器およびＡＤ変換器を、二つの単位回路３２１ｃで共用するように接続されるものとする。
　撮像モードでは、トランジスタＭ１、Ｍ２、及びＭ４～Ｍ６は、いずれの単位回路３２１ｃも、第１実施形態の場合と同様にオンオフ制御される。これにより、第２素子Ｅ２のカソード電位ＶｐｉおよびトランジスタＭ３のゲート電位Ｖｇｉの波形も同様のものとなる。
　時刻ｔ３では、トランジスタＭ２と同時に、トランジスタＭ８及びＭ９もオンに設定され、シフト点Ｐ１及びＰ２の電位がリセットされる。その後、トランジスタＭ９は、トランジスタＭ２と同様に、時刻ｔ４の直前でオフされ、トランジスタＭ８は、時刻ｔ５までオンに保持される。
　時刻ｔ４のタイミングでトランジスタＭ１が一時的にオンすると、第２素子Ｅ２のカソードに蓄積された電荷（即ち、電位Ｖｐｉ）が、トランジスタＭ３のゲートに転送され、そのときのゲートの信号レベルＶｇｉがトランジスタＭ３で増幅され、コンデンサＣ１に充電される。その後、時刻ｔ５のタイミングで、トランジスタＭ８がオフすることで、第２素子Ｅ２により蓄積された電荷に応じた信号レベルがコンデンサＣ１に記憶される。
　ここまでは、二つの単位回路３２１ｃにて同一の制御が行われ、これ以降は、異なる制御が行われる。
　時刻ｔ５のタイミングで、方位１を処理する単位回路３２１ｃ（以下、第１単位回路）のトランジスタＭ１１がオンされる。すると第１単位回路では、コンデンサＣ２に記憶されている信号レベルｒｅｓ１がトランジスタＭ１０で増幅され、検出信号Ｓｃ１として出力される。この検出信号Ｓｃ１の信号レベルが、方位１についての基準レベルとしてＡＤ変換器によってサンプリングされる。トランジスタＭ１１は時刻ｔ７までオンに保持される。
　時刻ｔ６のタイミング、ここでは撮像モードから距離測定モードに切り替わるタイミングで、第１単位回路のトランジスタＭ８およびＭ９が一時的にオンされる。すると第１単位回路では、コンデンサＣ１に記憶されている信号レベルｓｉｇ１が、コンデンサＣ２に転送され、更に、トランジスタＭ１０で増幅され、検出信号Ｓｃ１として出力される。この検出信号Ｓｃ１の信号レベルが、方位１についての検出レベルとしてＡＤ変換器によってサンプリングされる。
　時刻ｔ７のタイミングで、第１単位回路のトランジスタＭ１１がオフされ、方位２を処理する単位回路３２１ｃ（以下、第２単位回路）のトランジスタＭ１１がオンされる。すると、第２単位回路では、コンデンサＣ２に記憶されている信号レベルｒｅｓ２がトランジスタＭ１０で増幅され、検出信号Ｓｃ２として出力される。この検出信号Ｓｃ２の信号レベルが、方位２についての基準レベルとしてＡＤ変換器によってサンプリングされる。トランジスタＭ１１は時刻ｔ９までオンに保持される。
　時刻ｔ８のタイミングで、第２単位回路のトランジスタＭ８およびＭ９が一時的にオンされる。このとき第２単位回路では、コンデンサＣ１に記憶されている信号レベルｓｉｇ２が、コンデンサＣ２に転送され、更に、トランジスタＭ１０で増幅され、検出信号Ｓｃ２として出力される。この検出信号Ｓｃ２の信号レベルが、方位２についての検出レベルとしてＡＤ変換器によってサンプリングされる。
　［４－４．効果］
　以上詳述した第４実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）～（１ｃ）、（３ａ）及び（３ｂ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
　（４ａ）第４実施形態では、コンデンサＣ２に基準レベル、コンデンサＣ１に検出レベルを記憶させるため、撮像期間に縛られることなく、任意のタイミングで検出信号Ｓｃを読み出すことができるため、制御の自由度を高めることができる。
　［第５実施形態］
　［５－１．第１実施形態との相違点］
　第５実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
　第５実施形態は、モード設定部５２による動作モードの切り替え方が第１実施形態とは相違する。
　［５－２．モード設定部］
　モード設定部５２が実行する処理を、図１７に示すフローチャートを用いて説明する。
　本処理は、繰り返し実行される。
　本処理が開始されると、Ｓ２１０にて、モード設定部５２は、情報取得部４０を介して、渋滞情報、および車速Ｖを含む情報を取得する。
　Ｓ２２０では、モード設定部５２は、Ｓ２１０で取得した渋滞情報に基づき、自車が走行中の道路が渋滞中であるか否かを判定する。なお、渋滞中であるか否かの判定は、物標検出部５３での検出結果を利用して行ってもよい。モード設定部５２は、Ｓ２２０にて肯定判定した場合はＳ２３０に処理を移行し、否定判定した場合はＳ２４０に処理を移行する。
　Ｓ２４０では、モード設定部５２は、動作モードを距離測定モードに設定して、検知領域の全体に渡る走査を実行する。これにより、距離測定部３３からは、検知領域に存在する物標との距離を表す距離画像が得られる。
　Ｓ２５０では、モード設定部５２は、Ｓ２１０で取得した情報に基づき、市街地を走行中であるか否かを判定する。モード設定部５２は、Ｓ２５０で肯定判定した場合はＳ２３０に処理を移行し、否定判定した場合は、処理を終了する。
　市街地を走行しているか否かの判定は、例えば、速度Ｖが予め設定された閾値Ｖth以下であるか否かによって行われてもよい。また、瞬時的な速度だけでなく、速度の時間変化等を考慮し、閾値Ｖth以下の状態が所定時間以上継続しているか否かによって判定されてもよい。また、物標検出部５３での検出結果を利用して判定されてもよい。
　Ｓ２３０では、モード設定部５２は、動作モードを撮像モードに設定して、検知領域の全体に渡る走査を実行して、処理を終了する。これにより、画像生成部３４からは、検知領域を撮像した撮像画像が得られる。
　このようなモード設定処理を実行することにより、本実施形態では、図１８に示すように、動作モードの切替は、検知領域の全体に渡る走査が実行される毎に、即ち、方位１～方位Ｍの全ての方位について、同じ動作モードでの処理が連続して実行される毎に行われる。
　そして、渋滞中であれば、撮像モードのみが繰り返され、比較的近距離の物標が重点的に検出される。渋滞中ではなく且つ市街地走行中であれば、距離測定モードと撮像モードとが交互に切り替えられ、近距離の物標及び遠距離の物標がバランスよく検出される。渋滞中でも市街地走行中でもなければ、高速道路を走行中であると推定し、距離測定モードのみが繰り返され、比較的遠距離の物標が重点的に検出される。
　なお、ここでは、状況によっては、一方の動作モードのみが繰り返される場合があるが、両動作モードが実行される割合を変化させてもよい。
　［５－３．効果］
　以上詳述した第５実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）～（１ｄ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
　（５ａ）第５実施形態によれば、状況に適した動作モードが適宜選択されるため、その状況下において必要な情報を効率よく検出できる。
　［６．他の実施形態］
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
　（６ａ）上記実施形態では、検出信号Ｓａのサンプリング及び検出信号Ｓｐのサンプリングに別々のＡＤ変換器ＡＤ１及びＡＤ２が用いられるが、図１９に示すように、両検出信号Ｓａ及びＳｐのサンプリングに、一つのＡＤ変換器ＡＤ２が用いられてもよい。但し、この場合、単位回路３２１ｄは、トランジスタＭ５およびＭ６を、共通の制御信号φＴｏＦの代わりに、異なる制御信号φＴｏＦａ及びφＴｏＦｂによって個別に制御するように構成されてもよい。また、この場合、距離測定モードにおいて、同一の単位素子ブロックＢに属する第１素子Ｅ１と第２素子Ｅ２とを同時に使用することができないため、いずれか一方を選択して処理が実行される。具体的には、第１素子Ｅ１を使用しているときに、検出信号Ｓａの飽和が検出されると、第２素子Ｅ２に切り替え、また、第２素子Ｅ２を使用しているときに、検出信号Ｓｐのピーク値が閾値以下であることが検出されると、第１素子Ｅ１に切り替えてもよい。
　（６ｂ）更に、図２０に示すように、検出信号Ｓｃも含めて一つのＡＤ変換器ＡＤ２を用いるようにしてもよい。この場合、単位回路３２１ｅには、図１９に示した単位回路３２１ｄに、トランジスタＭ１２を追加する。トランジスタＭ１２は、トランジスタＭ１３の後段に設けられ、制御信号φＩＳに従って経路Ｌ２２を導通または遮断する。そして、トランジスタＭ５、Ｍ６、及びＭ１２のいずれか一つがオンされるように制御されてもよい。
　（６ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
　（６ｄ）上述した受光素子アレイおよび光検出装置の他、当該受光素子アレイまたは光検出装置を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。例えば、当該受光素子アレイまたは光検出装置を物体検出装置として、運転支援システムまたは自動運転システムに適用することもできる。運転支援システムは、例えば、物体検出装置によって検出される自車両の周囲に存在する様々な物標の位置や移動速度などの情報に基づいて、衝突回避支援、車線維持支援、標識認識支援、車線変更支援、及び灯火制御のうち少なくとも１つの機能を実現するように構成されてもよい。自動運転システムは、物体検出装置からの情報に基づいて、例えば、自車両が走行する軌道（即ち、道路内での位置等）の算出、衝突回避制御、車線維持制御、車線変更制御、及び灯火制御のうち少なくとも１つの機能を実現するように構成されてもよい。

Claims (14)

  1. 　１つ以上の単位素子ブロック（Ｂ、Ｂａ）を備え、
    　前記単位素子ブロックのそれぞれは、素子構造が異なる複数種類の受光素子（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ２ａ～Ｅ２ｄ）を有する、
    　受光素子アレイ。
  2. 　請求項１に記載の受光素子アレイであって、
    　前記複数種類の受光素子には、電子増倍機能を有するフォトダイオードである第１素子（Ｅ１）、及び電子増倍機能を有さないフォトダイオードである第２素子（Ｅ２，Ｅ２ａ～Ｅ２ｄ）が含まれる、
    　受光素子アレイ。
  3. 　請求項２に記載の受光素子アレイであって、
    　前記第１素子と同一サイズの領域に、前記第２素子が複数設置される、
    　受光素子アレイ。
  4. 　予め設定された検知領域に向けて光を照射するように構成された発光部（１０）と、
    　前記検知領域から到来する光を受光する１つ以上の単位素子ブロック（Ｂ，Ｂａ）を備え、前記単位素子ブロックのそれぞれは、電子増倍機能を有するフォトダイオードである第１素子（Ｅ１）、及び電子増倍機能を有さないフォトダイオードである第２素子（Ｅ２，Ｅ２ａ～Ｅ２ｄ）を有する受光素子アレイ（３１）と、
    　前記受光素子アレイから読み出される検出信号を用いて距離を測定するように構成された距離測定部（３３）と、
    　を備える光検出装置。
  5. 　請求項４に記載の光検出装置であって、
    　前記距離測定部は、前記第１素子からの検出信号である第１信号が飽和しているか否かを判定し、飽和していなければ前記第１信号を用い、飽和していれば前記第２素子からの検出信号である第２信号を用いて、前記発光部からの照射光を反射した物標までの距離を求めるように構成された、
    　光検出装置。
  6. 　請求項４または請求項５に記載の光検出装置であって、
    　前記受光素子アレイに、到来方向の異なる光を順次入射させるように構成された走査部（２０）
    　を更に備える光検出装置。
  7. 　請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の光検出装置であって、
    　前記受光部からの検出信号を用いて、画像を生成するように構成された画像生成部（３４）と、
    　距離測定モード及び撮像モードのいずれかに動作モードを設定するように構成されたモード設定部（５２）と、
    　前記動作モードが前記距離測定モードに設定されている場合、前記第１素子及び前記第２素子のそれぞれが、受光強度に応じた検出信号を前記距離測定部に出力し、前記動作モードが前記撮像モードに設定されている場合、前記第２素子によって予め設定されたシャッタ期間中に蓄積された電荷量を表す検出信号を前記画像生成部に出力するように構成された読出部（３２，５１）と、
    　を更に備え、
    　前記発光部は、前記動作モードが距離測定モードである場合に動作するように構成された、光検出装置。
  8. 　請求項７に記載の光検出装置であって、
    　前記読出部は、前記撮像モードで動作する前記第２素子の検出信号を保持するように構成された保持回路（Ｍ８，Ｍ９，Ｃ１，Ｃ２）を更に備え、前記保持回路に保持された検出信号を前記画像生成部に出力するように構成された、
    　光検出装置。
  9. 　請求項７または請求項８に記載の光検出装置であって、
    　当該光検出装置は車両に搭載され、
    　前記車両の挙動および前記車両の周囲の状況のうち少なくも一方を表す情報を取得するように構成された情報取得部（４０）を更に備え、
    　前記モード設定部は、前記情報取得部により取得された情報に従って、前記動作モードを切り替えるように構成された、
    　光検出装置。
  10. 　請求項９に記載の光検出装置であって、
    　前記モード設定部は、前記情報取得部により取得された情報から、前記車両が高速道路を走行していると推定される場合、前記距離測定モードに設定される割合を高くするように構成された、
    　光検出装置。
  11. 　請求項９または請求項１０に記載の光検出装置であって、
    　前記モード設定部は、前記情報取得部により取得された情報から、走行中の道路が渋滞中であることが推定される場合、前記撮像モードに設定される割合を高くするように構成された、
    　光検出装置。
  12. 　請求項４から請求項１１のいずれか１項に記載の光検出装置であって、
    　前記検知領域内で検知された物標の種類を表す情報を取得し、取得された情報が歩行者の存在を示している場合に、前記発光部の発光強度を低下させるように構成された強度制御部（５４）と、
    　を更に備える光検出装置。
  13. 　請求項４から請求項１２のいずれか１項に記載の光検出装置を備えた運転支援システム。
  14. 　請求項４から請求項１２のいずれか１項に記載の光検出装置を備えた自動運転システム。
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