特許 7180398 光測距装置およびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-21

(45)【発行日】2022-11-30

(54)【発明の名称】光測距装置およびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/497 20060101AFI20221122BHJP

   G01S 17/894 20200101ALI20221122BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20221122BHJP

【ＦＩ】

G01S7/497

G01S17/894

G01C3/06 120Q

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019005734

(22)【出願日】2019-01-17

(65)【公開番号】P2020112528

(43)【公開日】2020-07-27

【審査請求日】2021-06-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林内 政人

【審査官】仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－３１９１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５５８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－８１２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１７５４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１０７７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／１２６９９１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８－７／５１

１７／００－１７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／００－３／３２

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光測距装置（１０）あって、
光源（２１）を駆動して、空間中に光を照射する照射部（２０）と、
前記空間中の物体からの反射光を検出する受光素子（３１１）を備える受光部（３０）と、
前記受光素子によって検出された反射光の強度を表す強度信号を出力する強度信号出力部（４１）と、
前記強度信号出力部から逐次出力される前記強度信号からピーク信号を検出し、前記照射部による光の照射から前記ピーク信号が検出されるまでの時間に応じて前記物体までの距離を測定する測定部（４０）と、
前記強度信号と基準値とを比較することによって、前記受光素子の故障を検知する故障検知部（６０）と、
を備え、
前記故障検知部は、前記強度信号出力部から出力された前記強度信号の最大値を複数回取得し、複数回取得した前記最大値が、予め定められた第１基準値以上にならない場合に、出力レベルが最小レベルに固着した受光素子が存在すると判断し、
前記故障検知部は、前記強度信号の最大値と、前記第１基準値との差分に基づき、故障した前記受光素子の数を推定する、
光測距装置。

【請求項2】

光測距装置（１０）あって、
光源（２１）を駆動して、空間中に光を照射する照射部（２０）と、
前記空間中の物体からの反射光を検出する受光素子（３１１）を備える受光部（３０）と、
前記受光素子によって検出された反射光の強度を表す強度信号を出力する強度信号出力部（４１）と、
前記強度信号出力部から逐次出力される前記強度信号からピーク信号を検出し、前記照射部による光の照射から前記ピーク信号が検出されるまでの時間に応じて前記物体までの距離を測定する測定部（４０）と、
前記強度信号と基準値とを比較することによって、前記受光素子の故障を検知する故障検知部（６０）と、
を備え、
前記故障検知部は、前記強度信号出力部から出力された前記強度信号の最小値を複数回取得し、複数回取得した前記最小値が、予め定められた第２基準値以下にならない場合に、出力レベルが最大レベルに固着した受光素子が存在すると判断する、
光測距装置。

【請求項3】

請求項２に記載の光測距装置であって、
前記故障検知部は、前記強度信号の最小値と、前記第２基準値との差分に基づき、故障した前記受光素子の数を推定する、光測距装置。

【請求項4】

請求項１または請求項３に記載の光測距装置であって、
前記強度信号出力部は、前記故障検知部によって推定された故障した前記受光素子の数に応じて、前記強度信号を補正する、光測距装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光測距装置であって、
前記故障検知部は、周囲の明るさに応じて、故障判定の信頼度を変化させる、光測距装置。

【請求項6】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光測距装置であって、
前記故障検知部は、周囲の明るさに応じて、前記基準値を変化させる、光測距装置。

【請求項7】

請求項２に記載の光測距装置であって、
前記受光部を遮光可能に構成された遮光機構（３５）を有し、
前記故障検知部は、前記遮光機構を用いて前記受光部を遮光した状態で、前記出力レベルが最大レベルに固着した受光素子が存在するか否かを判断する、光測距装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光測距装置であって、
前記故障検知部は、前記受光素子の故障を検知した場合に、エラー情報を出力する、光測距装置。

【請求項9】

光測距装置の制御方法であって、
光源を駆動して、空間中に光を照射し、
前記空間中の物体からの反射光を受光素子によって検出し、
前記受光素子によって検出された反射光の強度を表す強度信号を出力し、
逐次出力される前記強度信号からピーク信号を検出し、前記光の照射から前記ピーク信号が検出されるまでの時間に応じて前記物体までの距離を測定し、
前記強度信号と基準値とを比較することによって、前記受光素子の故障を検知し、
前記故障の検知では、出力された前記強度信号の最大値を複数回取得し、複数回取得した前記最大値が、予め定められた第１基準値以上にならない場合に、出力レベルが最小レベルに固着した受光素子が存在すると判断し、
前記故障の検知では、前記強度信号の最大値と、前記第１基準値との差分に基づき、故障した前記受光素子の数を推定する
制御方法。

【請求項10】

光測距装置の制御方法であって、
光源を駆動して、空間中に光を照射し、
前記空間中の物体からの反射光を受光素子によって検出し、
前記受光素子によって検出された反射光の強度を表す強度信号を出力し、
逐次出力される前記強度信号からピーク信号を検出し、前記光の照射から前記ピーク信号が検出されるまでの時間に応じて前記物体までの距離を測定し、
前記強度信号と基準値とを比較することによって、前記受光素子の故障を検知し、
前記故障の検知では、出力された前記強度信号の最小値を複数回取得し、複数回取得した前記最小値が、予め定められた第２基準値以下にならない場合に、出力レベルが最大レベルに固着した受光素子が存在すると判断する、
制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光測距装置およびその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光測距装置に関し、例えば、特許文献１には、受光素子としてＳＰＡＤ（シングルフォトンアバランシェフォトダイオード）を採用する装置が開示されている。この装置では、ＳＰＡＤアレイによって検出された反射光の強度に基づきヒストグラムを生成し、そのヒストグラムのピーク位置から光の飛行時間（ＴｏＦ：Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）を求め、その飛行時間に基づいて測定対象物までの距離を算出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－９１７６０号公報

【文献】特開２０１６－１７６７５０号公報

【文献】特許第５６４４２９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

経年劣化等で受光素子に故障が生じた場合、検出する反射光の信号強度が正確でなくなる。例えば、受光素子に故障が生じてその出力が最小レベル(例えば、ゼロ）に固着した場合には、十分な強度の反射光を受光しているにも関わらず、検出された反射光の信号強度が低くなる可能性がある。また、受光素子に故障が生じてその出力が最大レベル（例えば、１）に固着した場合には、弱い強度の反射光を受光しているにも関わらず、検出された反射光の信号強度が高くなる可能性がある。そのため、受光素子の故障を簡易な手法で検知可能な技術が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

本開示の一形態によれば、光測距装置（１０）が提供される。この光測距装置は、光源（２１）を駆動して、空間中に光を照射する照射部（２０）と、前記空間中の物体からの反射光を検出する受光素子（３１１）を備える受光部（３０）と、前記受光素子によって検出された反射光の強度を表す強度信号を出力する強度信号出力部（４１）と、前記強度信号出力部から逐次出力される前記強度信号からピーク信号を検出し、前記照射部による光の照射から前記ピーク信号が検出されるまでの時間に応じて前記物体までの距離を測定する測定部（４０）と、前記強度信号と基準値とを比較することによって、前記受光素子の故障を検知する故障検知部（６０）と、を備え、前記故障検知部は、前記強度信号出力部から出力された前記強度信号の最大値を複数回取得し、複数回取得した前記最大値が、予め定められた第１基準値以上にならない場合に、出力レベルが最小レベルに固着した受光素子が存在すると判断し、前記故障検知部は、前記強度信号の最大値と、前記第１基準値との差分に基づき、故障した前記受光素子の数を推定する。
本開示の他の形態によれば、光測距装置（１０）が提供される。この光測距装置は、光源（２１）を駆動して、空間中に光を照射する照射部（２０）と、前記空間中の物体からの反射光を検出する受光素子（３１１）を備える受光部（３０）と、前記受光素子によって検出された反射光の強度を表す強度信号を出力する強度信号出力部（４１）と、前記強度信号出力部から逐次出力される前記強度信号からピーク信号を検出し、前記照射部による光の照射から前記ピーク信号が検出されるまでの時間に応じて前記物体までの距離を測定する測定部（４０）と、前記強度信号と基準値とを比較することによって、前記受光素子の故障を検知する故障検知部（６０）と、を備え、前記故障検知部は、前記強度信号出力部から出力された前記強度信号の最小値を複数回取得し、複数回取得した前記最小値が、予め定められた第２基準値以下にならない場合に、出力レベルが最大レベルに固着した受光素子が存在すると判断する。

【0007】

これらの形態の光測距装置によれば、反射光の強度信号と基準値とを比較することによって、簡易な手法により受光素子の故障を検知することができる。

【0008】

本開示は、光測距装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、光測距装置の制御方法、光測距装置を搭載する車両等の形態で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】光測距装置の概略構成を示す図。

【図2】光測距装置の構成を示す図。

【図3】受光面の構成を示す図。

【図4】ヒストグラムの一例を示す図。

【図5】故障検知部が備える第１機能を説明する図。

【図6】故障検知部が備える第２機能を説明する図。

【図7】光測距装置の制御方法を示すフローチャート。

【図8】暗い環境におけるヒストグラムの信号レベルを示す図。

【図9】明るい環境におけるヒストグラムの信号レベルを示す図。

【図10】遮光機構を示す図。

【図11】遮光機構によって遮光された状態を示す図。

【図12】隣接画素の強度信号を用いて故障を判断する手法を示す第１の図。

【図13】隣接画素の強度信号を用いて故障を判断する手法を示す第２の図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

Ａ．第１実施形態：
図１に示すように、本開示における第１実施形態としての光測距装置１０は、筐体１５と、照射部２０と、受光部３０と、測定部４０と、を備える。照射部２０は、空間中の所定の測定範囲ＭＲに対して照射光ＩＬを射出する。本実施形態では、照射部２０は、照射光ＩＬを走査方向ＳＤに走査する。照射光ＩＬは、走査方向ＳＤに直交する方向が長手方向となる矩形状に形成される。受光部３０は、照射光ＩＬの照射に応じた測定範囲ＭＲを含む範囲から反射光を受光する。測定部４０は、受光部３０が受光した反射光の強度に応じて、測定範囲ＭＲ内に存在する物体までの距離を測定する。光測距装置１０は、例えば、車両に搭載され、障害物の検出や障害物までの距離を測定するために使用される。照射光ＩＬによって測定範囲ＭＲが全て走査される時間単位のことを、以下では、フレームという。

【0011】

図２には、光測距装置１０のより具体的な構成を示している。図２に示すように、光測距装置１０は、図１に示した照射部２０と受光部３０と測定部４０とに加えて、制御部５０を備えている。制御部５０は、ＣＰＵおよびメモリを備えるコンピュータとして構成されており、照射部２０、受光部３０、測定部４０を制御する。本実施形態の制御部５０は、故障検知部６０を備える。

【0012】

照射部２０は、光源２１を駆動して、空間中に光を照射する。光源２１は、半導体レーザダイオードにより構成されており、パルスレーザ光を照射光として照射する。光源２１から射出された照射光は、図示していない光学系によって図１に示した縦長の照射光ＩＬに形成される。照射部２０は、走査部２２を備えている。走査部２２は、回転軸２２１を中心にミラー２２２を回動させることよって、照射光ＩＬの一次元走査を測定範囲ＭＲに亘って行う。ミラー２２２は、例えば、ＭＥＭＳミラーによって構成される。ミラー２２２の回動は、制御部５０によって制御される。なお、本実施形態では、照射部２０の光源２１として半導体レーザを用いているが、固体レーザ等他の光源を用いてもよい。

【0013】

照射部２０によって照射された照射光は、測定範囲ＭＲ内の物体ＯＢによって反射される。物体ＯＢによって反射された反射光は、受光部３０によって受光される。

【0014】

図２および図３に示すように、受光部３０は、物体からの反射光が照射される受光面３２に複数の画素３１を二次元配列状に備えている。図３に示すように、各画素３１は、物体ＯＢからの反射光を検出する受光素子３１１を複数有する。本実施形態では、各画素３１は、受光素子３１１としてＳＰＡＤ（シングルフォトンアバランシェダイオード）を備える。本実施形態において、各画素３１は、横９個×縦５個の計４５個の受光素子３１１を有する。受光部３０の受光面３２は、例えば、画素３１が、縦方向に６４個、横方向に２５６個、配置されることにより構成される。受光素子３１１としてのＳＰＡＤは、光（フォトン）を入力すると、一定の確率で、光の入射を示すパルス状の信号を出力する。つまり、各ＳＰＡＤは、出力レベルとして、０（ローレベル）または１（ハイレベル）の信号を出力する。本実施形態では、各画素３１は、４５個のＳＰＡＤを備えているため、各画素３１は、受光した光の強度に応じて、０～４５個のパルス信号を出力する。

【0015】

受光部３０には、強度信号出力部４１が接続されている。強度信号出力部４１は、受光素子３１１によって検出された反射光の強度を表す強度信号を出力する回路である。強度信号出力部４１は、各画素３１に含まれる複数の受光素子３１１から略同時に出力されるパルス信号の数を画素毎に加算する。そして、その加算値を各画素３１において受光された反射光の強度を表す強度信号として出力する。本実施形態では、上記のとおり、各画素は４５個の受光素子３１１を備えているため、強度信号出力部４１からは、画素３１毎に、０～４５の値を有する強度信号が出力される。

【0016】

測定部４０は、強度信号出力部４１から逐次出力される強度信号からピーク信号を検出し、照射部２０による光の照射からピーク信号が検出されるまでの時間に応じて物体までの距離を測定する機能を備える。測定部４０は、この機能を実現するため、ヒストグラム生成部４２と、信号処理部４３と、距離演算部４４とを備えている。これらは、例えば、１または２以上の集積回路として構成される。なお、これらは、ＣＰＵがプログラムを実行することによってソフトウェア的に実現される機能部であってもよい。

【0017】

ヒストグラム生成部４２は、強度信号出力部４１から出力された強度信号に基づき、画素３１毎にヒストグラムを生成する回路である。図４には、ヒストグラムの例を示している。ヒストグラムの階級（横軸）は、照射部２０から照射光ＩＬが照射されてから反射光が画素３１によって受光されるまでの光の飛行時間を示している。以下、この時間のことを、ＴＯＦ（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）という。一方、ヒストグラムの度数（縦軸）は、強度信号出力部４１から出力された強度信号の値であり、物体から反射された光の強度を表している。ヒストグラム生成部４２は、強度信号出力部４１から出力された強度信号をＴＯＦ毎に記録することによってヒストグラムを生成する。測定範囲ＭＲに物体が存在する場合、その物体から光が反射され、その物体までの距離に応じたＴＯＦの階級に強度信号が記録される。

【0018】

信号処理部４３は、ヒストグラムの中で最も大きな度数となった階級の部分をピーク信号として検出する回路である。ピーク信号における度数のことを、以下では、ピーク値という。ヒストグラム中のピーク信号は、そのピーク信号に対応するＴＯＦに応じた位置（距離）に物体が存在することを表している。ピーク信号以外の信号は、外乱光の影響や、故障した受光素子３１１からの出力による信号である。なお、信号処理部４３は、予め定めた閾値以上となる度数の階級の部分をピーク信号として検出してもよい。

【0019】

距離演算部４４は、信号処理部４３によって検出されたピーク信号に対応するＴＯＦから距離値Ｄを求める回路である。ピーク信号に対応するＴＯＦを「Δｔ」、光速を「ｃ」、距離値を「Ｄ」とすると、距離演算部４４は、以下の式（１）により、距離値Ｄを算出する。距離演算部４４は、すべてのヒストグラム、すなわち、すべての画素３１について距離値Ｄを算出する。
Ｄ＝（ｃ×Δｔ）／２ ・・・（１）

【0020】

測定部４０によって測定された各画素３１の距離値Ｄは、フレーム単位で、光測距装置１０から車両のＥＣＵ等に出力される。車両のＥＣＵは、光測距装置１０から取得した画素３１毎の距離値を用いることで、測定範囲ＭＲ内における障害物の検出や障害物までの距離の測定を行うことができる。

【0021】

故障検知部６０は、画素３１毎に、強度信号出力部４１から出力された強度信号の値と、基準値とを比較することによって、各画素３１中の受光素子３１１の故障を検知する。本実施形態において、故障検知部６０は、制御部５０に含まれるＣＰＵが、メモリに記憶された所定のプログラムを実行することによって実現される。なお、故障検知部６０は、回路によって実現されてもよい。

【0022】

本実施形態の故障検知部６０は、各画素３１について、強度信号出力部４１から出力された強度信号の最大値（すなわち、ピーク値）を複数のフレームに亘って複数回取得し、複数回取得したそれらの最大値が、予め定められた第１基準値（図４参照）以上にならない場合に、出力レベルが最小レベルに固着した受光素子３１１が存在すると判断する機能を備える。以下、この機能を、第１機能という。強度信号の最大値を取得する回数は、任意であり、例えば、日中から夜間に至るまでの時間（１２～２４時間）に亘って取得される回数である。第１基準値は、例えば、画素３１の出力誤差や出力ばらつきを考慮して予め設定した強度信号の理論的な最大値である。

【0023】

また、本実施形態の故障検知部６０は、各画素３１について、強度信号出力部４１から出力された強度信号の最小値を複数のフレームに亘って複数回取得し、複数回取得したそれらの最小値が、予め定められた第２基準値以下にならない場合に、出力レベルが最大レベルに固着した受光素子３１１が存在すると判断する機能を備える。以下、この機能を第２機能という。強度信号の最小値を取得する回数は、任意であり、例えば、日中から夜間に至るまでの時間（１２～２４時間）に亘って取得される回数である。第２基準値は、例えば、画素３１の出力誤差や出力ばらつきを考慮して予め設定した強度信号の理論的な最小値である。

【0024】

本実施形態の故障検知部６０は、上述した第１機能及び第２機能の両方を備えているが、故障検知部６０は、これらのうち、いずれか一方のみを備えていてもよい。

【0025】

図５を用いて、上述した第１機能について説明する。故障検知部６０は、強度信号出力部４１から強度信号の最大値ｘ（ピーク値ｘ）を複数回受信し、受信した複数の強度信号のうち、一つ以上の強度信号が第１基準値以上になる場合、故障検知部６０は、画素３１は正常であると判断できる。これに対して、受信した複数の強度信号の全てが第１基準値以上にならない場合、故障検知部６０は、画素３１に、出力が０に固着された受光素子３１１が含まれており、故障が発生していると判断する。

【0026】

本実施形態の故障検知部６０は、強度信号の最大値と第１基準値との差分に基づいて故障した受光素子３１１の数を推定する機能を有している。各画素３１について強度信号出力部４１から出力される強度信号の値は、各画素３１に含まれる受光素子３１１の中で、出力が略同時に１になった受光素子３１１の数である。そのため、故障検知部６０は、例えば、第１基準値が４５の場合、複数回受信した強度信号の最大値のうちの最も大きな値が、４０であれば、５つの受光素子３１１の出力が０に固着しており故障していると推定できる。

【0027】

本実施形態の強度信号出力部４１は、故障検知部６０によって推定された故障した受光素子３１１の数に応じて、強度信号を補正する機能を有する。具体的には、画素３１に含まれる受光素子の数をＮ、そのうち故障した受光素子３１１の数をＭとし、以下の式（２）によってゲインＧを求め、そのゲインＧを強度信号出力部４１が出力する強度信号の値に掛けることによって、強度信号を補正する。ヒストグラム生成部４２は、このように補正された強度信号を用いてヒストグラムの生成を行う。なお、強度信号出力部４１は、故障検知部６０によって推定された受光素子３１１の故障数が変動する度に、ゲインＧの再算出を行う。ゲインＧの算出は、強度信号出力部４１ではなく、故障検知部６０が行ってもよい。

【0028】

Ｇ＝Ｎ／（Ｎ－Ｍ） ・・・（２）

【0029】

続いて、図６を用いて、上述した第２機能について説明する。故障検知部６０は、強度信号出力部４１から強度信号の最小値ｙを複数回受信し、受信した複数の強度信号のうち、一つでも第２基準値（図４参照）以下になる場合、故障検知部６０は、画素３１は正常であると判断できる。これに対して、受信した複数の受信強度が全て第２基準値以下にならない場合、故障検知部６０は、画素３１に、出力が１に固着された受光素子３１１が含まれており、故障が発生していると判断する。

【0030】

本実施形態の故障検知部６０は、強度信号の最小値と第２基準値との差分に基づいて故障した受光素子３１１の数を推定する機能を有している。各画素３１について強度信号出力部４１から出力される強度信号の値は、各画素３１に含まれる受光素子３１１の中で、出力が略同時に１になった受光素子３１１の数である。そのため、故障検知部６０は、例えば、第２基準値が０の場合、複数回受信した強度信号の最小値のうちの最も小さな値が、５であれば、５つの受光素子３１１の出力が１に固着しており故障していると推定できる。出力が１に固着した受光素子３１１が検出された場合においても、強度信号出力部４１は、故障した受光素子３１１の数に応じて、ゲインＧを算出し、強度信号を補正する。この場合のゲインＧは、例えば、以下の式（３）によって表される。

【0031】

Ｇ＝（Ｎ－Ｍ）／Ｎ ・・・（３）

【0032】

故障検知部６０は、受光素子３１１の故障を検知した場合、外部機器に対して、受光素子３１１の故障を検知したことを表すエラー情報を出力する。エラー情報には、例えば、故障した受光素子３１１を有する画素３１の座標、故障した受光素子３１１の数、故障した受光素子３１１のうちの、０固着の受光素子３１１の数と１固着の受光素子３１１の数の内訳、等の情報が含まれる。

【0033】

図７には、本実施形態の光測距装置１０の制御方法を、フローチャートを用いて簡易的に示している。本実施形態の光測距装置１０では、ステップＳ１０において、照射部２０により、光源２１が駆動され、空間中に光が照射される。ステップＳ２０では、受光素子３１１を備える受光部３０において、空間中の物体からの反射光が検出される。ステップＳ３０では、受光素子３１１によって検出された反射光の強度を表す強度信号が強度信号出力部４１から出力される。このとき、強度信号出力部４１は、故障検知部６０によって受光素子３１１の故障が検知されている場合には、受光素子３１１の故障数に応じてゲインＧを求め、そのゲインＧによって強度信号を補正する。ステップＳ４０では、逐次出力される強度信号からヒストグラム生成部４２によって生成されるヒストグラムを用いて信号処理部４３によってピーク信号が検出され、ステップＳ１０における光の照射から当該ステップＳ４０においてピーク信号が検出されるまでの時間に応じて距離演算部４４によって物体までの距離が算出される。ステップＳ５０では、ステップＳ４０において算出された距離値が外部機器に出力される。ステップＳ６０では、強度信号出力部４１から出力された強度信号の最大値および最小値に基づき、故障検知部６０によって、各画素３１に含まれる受光素子３１１の故障が検知される。検知された故障の情報は、エラーとして外部機器に出力される。図７に示した一連の処理は、１フレーム単位で光測距装置１０において繰り返し実行される。なお、図７に示した処理の流れは、簡易的に示した流れであり、処理の順番は適宜変更されてもよい。例えば、ステップＳ６０においける故障検知は、ステップＳ４０あるいはステップＳ５０における処理と並行して行われてもよい。

【0034】

以上で説明した本実施形態の光測距装置１０によれば、複数回取得した反射光の強度信号の最大値と第１基準値、あるいは、複数回取得した強度信号の最小値と第２基準値とを比較することによって、受光素子３１１の故障を検知できるので、簡易な手法で受光素子３１１の故障を検知することができる。また、本実施形態では、受光素子３１１の故障数を推定し、その推定結果に応じて、強度信号を補正するので、ヒストグラムからピーク信号を精度よく検知することができる。この結果、距離の測定精度を向上させることができる。更に、本実施形態では、故障を検出した場合に、エラー情報を出力するため、外部機器はそのエラー情報に基づき、適切な対処を行うことができる。例えば、外部機器は、エラー情報に基づき、光測距装置１０から出力された距離値を用いるか否か、車両を停止させるか否か、自動運転機能を解除するか否かなどを判断することができる。

【0035】

Ｂ．第２実施形態：
第２実施形態において、故障検知部６０は、周囲の明るさに応じて、故障判定の信頼度を変動させる。故障検知部６０は、例えば、現在時刻に基づき、昼夜を判別することによって周囲の明るさを判断可能である。また、故障検知部６０は、光測距装置１０あるいは車両に備えられた日射センサから、日射量の強さを表す信号を受信することによっても周囲の明るさを判断可能である。なお、周囲の明るさのことを、外乱光量ということもできる。故障検知部６０が車両に取り付けられている場合には、周囲の明るさは、車両の走行時間帯や車両の走行場所によっても変化する。そのため、周囲の明るさのことを、車両の走行状況と捉えることもできる。

【0036】

夜間あるいはトンネル内のように、周囲の明るさが暗い環境では、図８に示すように、ヒストグラムの全体の信号レベルは低下する。そのため、周囲の明るさが暗い環境では、強度信号の最大値が、第１基準値以上になる可能性が低い。従って、故障検知部６０は、受光素子３１１が故障したか否か、より具体的には、出力レベルが最小レベルに固着したか否かを判定することが困難になる。一方、昼間のように周囲の明るさが明るい環境では、図９に示すように、ヒストグラムの全体の信号レベルは高まる。そのため、周囲の明るさが明るい環境では、強度信号の最大値が、第１基準値以上になる可能性が高い。従って、故障検知部６０は、受光素子３１１が故障したか否か、より具体的には、出力レベルが最小レベルに固着したか否かを判定することが容易となる。

【0037】

そこで、本実施形態では、故障検知部６０は、受光素子３１１を故障と判定した場合に、その判定結果の信頼度を周囲の明るさに応じて変化させる。具体的には、故障検知部６０は、判定結果の信頼度をパーセンテージによって表し、そのパーセンテージをエラー情報によって出力する。例えば、故障検知部６０は、周囲の明るさが暗い場合に故障と判定した場合に、故障の可能性を、例えば、５０％としてエラーの出力を行う。また、故障検知部６０は、周囲の明るさが明るい場合に、故障と判定した場合に、故障の可能性を、例えば、１００％としてエラーの出力を行う。こうすることによって、エラー情報を取得した外部機器は、受光素子３１１の故障の可能性に応じた対処を行うことができる。なお、故障の可能性の値は、周囲の明るさに応じて変化させてもよい。具体的には、周囲の明るさが明るいほど、パーセンテージの値を大きくする。こうすることによって、周囲の明るさに応じて、最適な信頼度を出力することができる。

【0038】

なお、本実施形態では、周囲の明るさに応じて、故障判定の信頼度を変化させているが、故障検知部６０は、周囲の明るさに応じて、第１基準値を変化させてもよい。例えば、故障検知部６０は、周囲の明るさが暗い場合には、第１基準値を低くし、周囲の明るさが明るい場合には、第１基準値を高くする。このように、周囲の明るさに応じて第１基準値を変化させれば、周囲の明るさに応じて最適な第１基準値を動的に設定することができるので、故障判定を精度よく行うことができる。

【0039】

Ｃ．第３実施形態：
図１０に示すように、第３実施形態では、光測距装置１０は、受光部３０を遮光可能に構成された遮光機構３５を筐体１５内に備えている。遮光機構３５は、回転型ミラー３６と無反射材３７とを含む。回転型ミラー３６は、制御部５０（図２参照）によって駆動が制御される。制御部５０は、通常時には、図１０に示すように、筐体１５に設けられた窓１６を通じて入射した反射光を回転型ミラー３６によって受光部３０に導く。これに対して、制御部５０は、故障検知部６０が、出力レベルが１に固着した受光素子３１１を検出する場合には、図１１に示すように、回転型ミラー３６を回動させ、反射光を無反射材３７に導き、反射光が受光部３０に到達しないようにする。反射光が受光部３０に到達しない状態では、周囲の明るさの影響を最小限に抑制することができるので、出力レベルが１に固着した受光素子３１１が存在する場合には、強度信号出力部４１（図２参照）から出力される強度信号は、第２基準値よりも大きくなる可能性が高まる。そのため、出力レベルが１に固着した受光素子を精度よく検出することができる。なお、図１０および図１１には、光測距装置１０の一部の構成のみを簡略的に示している。

【0040】

Ｄ．第４実施形態：
第４実施形態において、故障検知部６０は、複数の画素３１の中の対象画素に隣接する画素３１における強度信号を基準値として用いて、対象画素における強度信号と比較することによって、対象画素に含まれる受光素子３１１の故障を検知する。

【0041】

具体的には、図１２に示すように、故障検知部６０は、対象画素Ｅにおける強度信号の最大値が、隣接画素Ｂ，Ｈ（または、画素Ｄ，Ｆ）の強度信号の最大値よりも、有意に小さい場合、対象画素Ｅの中に出力レベルが０に固着した受光素子が存在すると判定する。また、故障検知部６０は、図１３に示すように、対象画素Ｅにおける強度信号の最小値が、隣接画素Ｂ，Ｈ（または、画素Ｄ，Ｆ）の強度信号の最小値よりも有意に大きい場合、対象画素Ｅの中に出力レベルが１に固着した受光素子が存在すると判定する。

【0042】

正常な画素３１であれば、隣接した画素３１同士が出力する強度信号は、近い値になる可能性が高い。そのため、本実施形態のように、隣接画素の強度信号を基準値として用いることによっても、対象画素中の受光素子３１１の故障判定を行うことが可能である。

【0043】

本実施形態において、比較に用いる隣接画素は、対象画像に対して左右あるいは上下に隣接する２つの画素に限らず、上下左右に隣接する４つの画素であってもよい。また、対象画像を取り囲む８個の画素であってもよい。また、有意に小さい、あるいは、有意に大きいという判断基準は、例えば、複数の隣接画素の強度信号の最大値または最小値の平均値を基準値として求め、その基準値を所定の割合（例えば２０％）以上下回る信号強度である場合に、有意に小さいと判断することができ、また、その基準値を所定の割合（例えば２０％）以上上回る信号強度である場合に、有意に大きいと判断することができる。また、比較を行う対象画素の強度信号と、隣接画素の強度信号とは、それぞれ、各フレームにおいて取得された１つの値であってもよいし、複数フレームに亘って取得された複数の強度信号の平均値や最大値、最小値などの代表値であってもよい。なお、本実施形態においても、故障検知部６０は、対象画素における強度信号と、基準値として用いた隣接画素の強度信号の差分の値を、故障した受光素子３１１の数として推定することが可能である。

【0044】

Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ－１）上述した各実施形態において、光測距装置１０は、故障した受光素子３１１の数を推定する機能、故障した受光素子３１１の数に応じて強度信号を補正する機能、エラー情報を出力する機能、を全て備えていてもよいし、少なくとも一部または全部を備えていなくてもよい。

【0045】

（Ｅ－２）上述した各実施形態において、ヒストグラム生成部４２は、強度信号出力部４１から出力される強度信号を複数回積算することによってヒストグラムを生成してもよい。こうすることにより、ヒストグラムのＳＮ比を向上させることができる。具体的には、照射部２０は、空間中の同一位置に対して複数回、光を照射し、受光部３０は、同一の画素３１に対して、複数回反射光を受光する。そして、強度信号出力部４１は同一の画素３１について複数回強度信号を出力することにより、ヒストグラム生成部４２は、強度信号を複数回積算してヒストグラムを生成する。

【0046】

なお、このように強度信号を複数回積算してヒストグラムを生成する場合、故障検知部６０は、積算した強度信号（最大値または最小値）と、基準値（第１基準値または第２基準値）との差分の値を、積算回数に応じた１以上の所定の係数で除することにより、故障した受光素子３１１の数を推定することができる。

【0047】

（Ｅ－３）上記実施形態では、受光部３０に備えられた各画素３１は、受光素子３１１としてＳＰＡＤを備えている。これに対して、各画素３１は、受光素子３１１としてピンフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなど、ＳＰＡＤ以外の他の受光素子を備えていてもよい。この場合、その受光素子が、受光した反射光の強度に応じた無段階あるいは多段階のレベルの信号を出力可能であれば、ヒストグラムを生成することなく、その信号のレベルを用いて距離を測定することも可能である。

【0048】

（Ｅ－４）上記実施形態では、光測距装置１０は、投光における光軸と受光における光軸とが異なる異軸型の光学系を採用している。これに対して、光測距装置１０は、投光における光軸と受光における光軸とが一致する同軸型の光学系を採用してもよい。また、上記実施形態では、画素は、鉛直方向および水平方向に平面的に配列されているが、画素ＧＴは、所定の方向に１列に並んでいるものであってもよい。また、上記実施形態では、光測距装置１０は、走査方式として、短冊状の光を一方向に走査する１Ｄスキャン方式を採用しているが、点状の光を２次元方向に走査する２Ｄスキャン方式を採用してもよい。また、光測距装置１０は、光を走査せず、広範囲に光を照射するフラッシュ方式の装置であってもよい。

【0049】

（Ｅ－５）上記実施形態では、故障検知部６０によって受光素子３１１の故障が検知された場合に、上記式（２）あるいは式（３）によってゲインを求め、強度信号の値に掛けて補正を行っている。しかし、強度信号の補正方法はこれに限られない。例えば、受光素子３１１の故障数に応じた値を、単純に強度信号に加算あるいは強度信号から減算してもよい。具体的には、強度信号出力部４１は、出力が１に固着された受光素子３１１が検知された場合には、その受光素子３１１の数を強度信号から減算する。また、強度信号出力部４１は、出力が０に固着された受光素子３１１が検知された場合には、その受光素子３１１の数を強度信号に加算する。こうすることによっても、受光素子３１１の故障数に応じて強度信号を補正することが可能である。

【0050】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0051】

１０ 光測距装置、１５ 筐体、１６ 窓、２０ 照射部、２１ 光源、２２ 走査部、３０ 受光部、３１ 画素、３２ 受光面、３５ 遮光機構、３６ 回転型ミラー、３７ 無反射材、４０ 測定部、４１ 強度信号出力部、４２ ヒストグラム生成部、４３ 信号処理部、４４ 距離演算部、５０ 制御部、６０ 故障検知部、２２１ 回転軸、２２２ ミラー、３１１ 受光素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】