特許 7367339 光測距装置およびその方法

(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】2023-10-16

(45)【発行日】2023-10-24

(54)【発明の名称】光測距装置およびその方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/4865 20200101AFI20231017BHJP

   G01S 17/10 20200101ALI20231017BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20231017BHJP

【ＦＩ】

G01S7/4865

G01S17/10

G01C3/06 120Q

G01C3/06 140

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019094254

(22)【出願日】2019-05-20

(65)【公開番号】P2020190419

(43)【公開日】2020-11-26

【審査請求日】2022-03-07

(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】東 謙太

【審査官】梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０８１３０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１９４５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１９６５０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１０－００８１１９５（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００ － ７／５１

Ｇ０１Ｓ １３／００ － １３／９５

Ｇ０１Ｓ １７／００ － １７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／００ － ３／３２

Ｈ０４Ｎ ５／２２２－ ５／２５７

Ｈ０４Ｎ ５／３０ － ５／３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を用いて対象物までの距離を測定する光測距装置（２０）であって、
パルス光を、所定の範囲に射出する発光部（４０）と、
前記パルス光に対応した前記所定の範囲からの反射光を、検出を行なう画素（６６）に結像させる光学系（３０）と、
前記反射光をそれぞれ検出可能な複数の小画素（６９、ｓ１からｓ９）を、前記画素内に配列した受光部（６０）と、
前記複数の小画素による前記反射光の検出を制御して、前記対象物からの反射光を前記発光部による前記パルス光の射出からの経過時間として繰り返し検出する演算部（１００）と、
を備え、
前記演算部は、
少なくとも、前記複数の小画素のうちの一部の小画素が時間的な間隔をおいて繰り返す前記反射光の第１の検出と、他の前記小画素が時間的な間隔をおいて繰り返す前記反射光の第２の検出と、を行なう検出部（１２０）と、
前記検出部による前記第１の検出と前記第２の検出とを異なる位相で行なわせるタイミング制御部（１７０）と、
前記各小画素により前記時間的な間隔をおいて繰り返される前記第１の検出の結果および第２の検出の結果をそれぞれ加算して、各小画素毎のヒストグラムを生成するヒストグラム生成部（１３１－１３９）と、
前記時間的な間隔をおいて繰り返される前記第１の検出の結果と前記第２の検出の結果とから得られた前記ヒストグラムを重ね合わせた結果を用いて、前記所定の範囲に存在する対象物までの距離を含む前記対象物の空間上の位置を特定する特定部（１４０，１５０）と
を備えた光測距装置。

【請求項2】

請求項１に記載の光測距装置であって、
前記小画素は、光の入射を電気的な応答信号として個別に検出可能な複数の光検出回路（６８）を備え、
前記特定部は、前記小画素毎に、
前記時間的な間隔をおいた前記第１の検出および前記第２の検出のタイミングにおいて、前記小画素に含まれる前記光検出回路の応答信号の数を合算する加算部（１２１から１２９）と、
前記合算した前記応答信号の数を、少なくとも１回の測距分、記憶する記憶部（ｍ１からｍ９）と、
を備える光測距装置。

【請求項3】

前記光検出回路は、シングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）を用いた回路である請求項２記載の光測距装置。

【請求項4】

前記タイミング制御部は、前記複数の小画素毎に、前記第１の検出または前記第２の検出の位相を異ならせる、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載に光測距装置。

【請求項5】

前記タイミング制御部は、前記各小画素における前記時間的な間隔を一定とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光測距装置。

【請求項6】

前記タイミング制御部は、前記各小画素における前記第１の検出または前記第２の検出の前記時間的な間隔を変更可能である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光測距装置。

【請求項7】

前記時間的な間隔の変更に先立って、前記パルス光の射出と前記小画素を用いた前記時間的な間隔をおいた第１の検出および前記第２の検出とを行ない、当該検出の結果から、前記各小画素による前記第１の検出または前記第２の検出の時間的な間隔を決定する、請求項６記載の光測距装置。

【請求項8】

前記小画素による第１の検出の時間的な間隔および前記第２の検出の時間的な間隔は、前記発光部により射出される前記パルス光の幅よりも短い、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光測距装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光測距装置であって、
前記特定部は、
前記小画素による前記時間的な間隔をおいた前記第１の検出または前記第２の検出の結果に応じて、前記所定の範囲に存在する対象物を、第１の空間上の分解能かつ第１の時間軸上の分解能で検出する第１処理と、
前記第１の検出および前記第２の検出の位相が互いに異なる複数の小画素による時間的な間隔をおいた前記第１の検出および前記第２の検出の結果を重ね合わせた結果に応じて、前記所定の範囲に存在する前記対象物を、前記第１の空間上の分解能より低い第２の空間上の分解能かつ前記第１の時間軸上の分解能より高い第２の時間軸上の分解能で検出する第２処理と
を行なう、光測距装置。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光測距装置であって、
前記特定部は、前記第１の検出および前記第２の検出の位相が互いに異なる複数の小画素のうちの一部の小画素による時間的な間隔をおいた前記第１の検出および前記第２の検出の結果を重ね合わせた結果に応じて、前記所定の範囲に存在する前記対象物の空間上の位置を、前記画素を単位とする分解能より高い分解能で検出する
光測距装置。

【請求項11】

前記時間的な間隔をおいた前記第１の検出および前記第２の検出の結果を重ね合わせる前記一部の小画素の数は、変更可能である、請求項１０に記載の光測距装置。

【請求項12】

前記重ね合わせる小画素の数の変更に先立って、前記パルス光の射出と前記小画素を用いた前記時間的な間隔をおいた第１の検出または前記第２の検出とを行ない、当該第１の検出または前記第２の検出の結果から、前記重ね合わせる小画素の数を決定する、請求項１１に記載の光測距装置。

【請求項13】

光を用いて対象物までの距離を測定する光測距方法であって、
パルス光を、所定の範囲に射出し、
前記パルス光に対応した前記所定の範囲からの反射光を、検出を行なう画素であって、前記反射光をそれぞれ検出可能な複数の小画素が配列された前記画素に結像させ、
前記複数の小画素による前記反射光の検出を制御して、前記対象物からの反射光を前記パルス光の射出からの経過時間として繰り返し検出する際、
少なくとも、前記複数の小画素のうちの一部の小画素が時間的な間隔をおいて繰り返す前記反射光の第１の検出と、他の前記小画素が時間的な間隔をおいて繰り返す前記反射光の第２の検出と、を異なる位相で行なわせ、
前記各小画素により前記時間的な間隔をおいて繰り返される前記第１の検出の結果および第２の検出の結果をそれぞれ加算して、各小画素毎のヒストグラムを生成し、
前記時間的な間隔をおいて繰り返される前記第１の検出の結果と前記第２の検出の結果とから得られた前記ヒストグラムを重ね合わせた結果を用いて、前記所定の範囲に存在する対象物までの距離を含む前記対象物の空間上の位置を特定する
光測距方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光を用いた対象物の検出技術に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光などのパルス光を照射して、対象物からの反射光を受光部で検出し、照射から受光までの戻り時間（ＴＯＦ）を計測することで、対象物の存否の検出や対象物までの距離を測定する技術が知られている。こうした装置では、対象物を捉える分解能を高める工夫が種々行なわれている。分解能としては、対象物の空間上の位置を検出する際の分解能（以下、空間分解能ともいう）と、対象物までの距離に対応した戻り時間を計測する際の分解能（以下、時間分解能ともいう）との２つがある。前者を高めるためには、発光素子や受光素子の大きさを小さくすれば可能であり、例えば特許文献１では、受光素子の受光領域よりも小さな発光領域の発光素子を複数用意し、複数の発光素子を時分割で発光させることで、受光素子の分解能より高い分解能で距離画像を取得する構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１７６７２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献１記載の技術では、１回の測距において、小さな発光領域を有するレーザダイオードを時分割で発光させるので、測距に要する時間が長くなってしまい、結果的にフレームレートの低下を招いてしまう。他方、受光素子の内部を複数の小画素に分割し、小画素毎の検出を可能にする技術も想定できるが、空間分解能は高められるものの、そのままでは、時間分解能を高めることはできない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。即ち、本開示の光測距装置（２０）は、光を用いて対象物までの距離を測定するものであり、パルス光を、所定の範囲に射出する発光部（４０）と、前記パルス光に対応した前記所定の範囲からの反射光を、検出を行なう画素（６６）に結像させる光学系（３０）と、前記反射光をそれぞれ検出可能な複数の小画素（６９、ｓ１からｓ９）を、前記画素内に配列した受光部（６０）と、前記複数の小画素による前記反射光の検出を制御して、前記対象物からの反射光を前記発光部による前記パルス光の射出からの経過時間として繰り返し検出する演算部（１００）と、を備える。ここで、前記演算部は、少なくとも、前記複数の小画素のうちの一部の小画素が時間的な間隔をおいて繰り返す前記反射光の第１の検出と、他の前記小画素が時間的な間隔をおいて繰り返す前記反射光の第２の検出と、を行なう検出部（１２０）と、前記検出部による前記第１の検出と前記第２の検出とを異なる位相で行なわせるタイミング制御部（１７０）と、前記各小画素により前記時間的な間隔をおいて繰り返される前記第１の検出の結果および第２の検出の結果をそれぞれ加算して、各小画素毎のヒストグラムを生成するヒストグラム生成部（１３０）と、前記時間的な間隔をおいて繰り返される前記第１の検出の結果と前記第２の検出の結果とから得られた前記ヒストグラムを重ね合わせた結果を用いて、前記所定の範囲に存在する対象物までの距離を含む前記対象物の空間上の位置を特定する特定部（１４０，１５０）とを備える。

【0006】

この光測距装置によれば、複数の小画素のうちの少なくとも一部の小画素が時間的な間隔をおいて繰り返す反射光の第１の検出と、他の小画素が時間的な間隔をおいて繰り返す反射光の第２の検出とを、異なる位相で行なわせることができるので、各小画素により時間的な間隔をおいて繰り返される第１の検出の結果と前記第２の検出の結果とを重ね合わせることで、所定の範囲に存在する対象物までの距離を含む対象物の空間上の位置の特定において、小画素間の検出の位相差により時間軸上の分解能を、また複数の小画素の検出結果を用いることで、空間上の分解能を、それぞれ高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態の光測距装置の概略構成図。

【図2】光学系の詳細構成を示す説明図。

【図3】ＳＰＡＤ演算部の内部構成を示すブロック図。

【図4】受光回路を構成するＳＰＡＤ回路の一例を示す説明図。

【図5】各ＳＰＡＤ回路の検出結果を重ね合わせてピークを検出する様子を示す説明図。

【図6】加算部、ヒストグラム生成部、ピーク検出部の詳細構成を示すブロック図。

【図7】タイミング制御回路の内部構成と各加算器に出力されるタイミング制御信号とを示す説明図。

【図8】４つの小画素を例に取り、各小画素での検出の位相差を示す説明図。

【図9】測距の処理を示すフローチャート。

【図10】各ヒストグラム生成器が生成するヒストグラムの一例を示す説明図。

【図11】各ヒストグラム生成器が生成するヒストグラムの他の例を示す説明図。

【図12】第２実施形態におけるタイミング制御回路の内部構成と各加算器の出力されるタイミング制御信号とを示す説明図。

【図13】第２実施形態において各ＳＰＡＤ回路の検出結果を重ね合わせてピークを検出する様子を示す説明図。

【図14】他の測距処理として、各小画素における検出のタイミングの位相を２回目の動作において変更する様子を示す説明図。

【図15】２つの小画素の組み合わせの例を示す説明図。

【図16】２つの小画素の組み合わせの他の例を示す説明図。

【図17】４つの小画素の組み合わせの例を示す説明図。

【図18A】４×４個の小画素から３×３個の小画素を組み合わせる場合を示す説明図。

【図18B】４×４個の小画素から２×２個の小画素の組み合わせに変更する場合を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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

【0009】

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

【0010】

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

【0011】

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

【0012】

走査部５０は、レーザ光のＶ方向高さと、走査部５０によるＨ方向の角度範囲とで規定される所定範囲に、レーザ素子４１が出射するパルス光を走査させる。光測距装置２０から、この領域に向けて出力されるレーザ光は、人や車などの物体ＯＢＪ１があると、その表面で乱反射し、その一部は、走査部５０の表面反射鏡５１方向に戻ってくる。この反射光は、表面反射鏡５１で反射し、受光部６０の受光レンズ６１に入射する。受光レンズ６１で集光された反射光は、受光面を形成する受光アレイ６５に結像する。受光アレイ６５には、図４に示すように、反射光を検出する複数の受光素子６６が配列されている。

【0013】

受光部６０の受光アレイ６５からの出力信号は、図３に示したように、測距部に相当するＳＰＡＤ演算部１００に入力される。図３、図４を用いて、ＳＰＡＤ演算部１００の構成と働きについて説明する。ＳＰＡＤ演算部１００は、レーザ素子４１を発光させて外部の空間を走査しつつ、レーザ素子４１が照射パルスを出力した時点から受光部６０の受光アレイ６５が反射光バルスを受け取るまでの時間ＴＦから、物体ＯＢＪ１までの距離を演算する。ＳＰＡＤ演算部１００は、周知のＣＰＵやメモリを備え、予め用意されたプログラムを実行することで、測距に必要な処理を行なう。具体的には、ＳＰＡＤ演算部１００は、全体の制御を行なう制御部１１０の他、加算部１２０、ヒストグラム生成部１３０、ピーク検出部１４０、距離演算部１５０、タイミング制御回路１７０等を備える。

【0014】

図４に示すように、受光部６０の受光アレイ６５には、複数の受光素子６６が配列されている。各受光素子６６は、反射光の検出を行なう通常の単位であることから、以下の説明では、画素６６とも呼ぶ。各画素６６は、３×３個の小画素６９からなる。各小画素６９は、複数、ここでは３×３個のＳＰＡＤ回路６８から構成されている。図４に示したように、３×３個の小画素６９は、いずれも３×３個のＳＰＡＤ回路６８から構成されている点で同一の構成を有するが、画素６６内での配置が異なるので、各小画素６９を区別する必要がある場合には、左上の小画素６９から右下に向けて順に、小画素ｓ１、ｓ２・・・ｓ９と呼ぶ。画素６６を構成する小画素６９の数は、複数個であれば任意の数とし得るが、分解能の下限やＳ／Ｎ比の改善の効果等を考えると、４個（例えば２×２個）から１６個（例えば４×４個）程度が好ましい。

【0015】

加算部１２０は、受光部６０を構成する画素６６に含まれる小画素６９を構成するＳＰＡＤ回路６８の出力を加算する回路である。本実施形態では、受光部６０の受光アレイ６５は、図４に示すように、反射光のＶ方向に配列された複数の画素６６から構成されている。画素６６は、測距の際に、物体ＯＢＪ１を検出し、物体ＯＢＪ１までの距離を測定する際の単位である。他方、１つの画素６６は、３×３個の小画素６９からなり、各小画素６９は、個別にそのオン・オフを制御できる。つまり画素６６全体としては、本実施形態では、９個の小画素ｓ１からｓ９を個別に作動させることができる。

【0016】

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

【0017】

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

【0018】

各ＳＰＡＤ回路６８は、図４の等価回路に示すように、電源Ｖｃｃと接地ラインとの間に直列にアバランシェダイオードＤａとクエンチ抵抗器Ｒｑとを接続し、その接続点の電圧を論理演算素子の一つである反転素子ＩＮＶに入力し、電圧レベルが反転したデジタル信号に変換している。反転素子ＩＮＶの出力信号Ｓout は、外部にそのまま出力される。クエンチ抵抗器ＲｑはＦＥＴとして構成されており、選択信号ＳＣがアクティプとなっていれば、そのオン抵抗がクエンチ抵抗器Ｒｑとして働く。選択信号ＳＣがノンアクティブとなれば、クエンチ抵抗器Ｒｑはハイインピーダンス状態となるので、光がアバランシェダイオードＤａに入射しても、クエンチ電流は流れず、結果的にＳＰＡＤ回路６８は、動作しない。選択信号ＳＣは、小画素６９内の３×３個のＳＰＡＤ回路６８に対しては、一括して出力され、各画素６６のどの小画素６９からの信号を読み出すか読み出さないかを指定するのに用いられる。なお、アバランシェダイオードＤａをリニアモードで用い、その出力をアナログ信号のまま扱ってもよい。また、アバランシェダイオードＤａに代えて、ＰＩＮフォトダイオードを用いることも可能である。

【0019】

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

【0020】

小画素６９に含まれる３×３個のＳＰＡＤ回路６８の合計９個の出力信号Ｓout は、図４に、小画素６９の一つ分を示したように、加算部１２０内に用意されたブロック内加算器１２１に入力され、加算される。従って、加算部１２０には、９個のブロック内加算器１２１から１２９が備えられている。以下の説明では、ブロック内加算器は、単に「加算器」とも呼ぶ。各小画素６９内の９個のＳＰＡＤ回路６８の出力は、それぞれ、加算器１２１から１２９によりまとめられ、ヒストグラム生成部１３０に出力され、ヒストグラムの生成に用いられる。

【0021】

この様子を、図５に例示した。発光部４０のレーザ素子４１を発光させて、物体ＯＢＪ１からの反射光が受光部６０の受光面に配置された一つの画素に相当する画素６６に入射すると、各小画素６９は反射光を受け取ったタイミング（時間ＴＯＦのタイミング）でパルス信号を出力する。これを詳しくみると、図５左欄に示したように、小画素ｓ１からｓ９を構成する各ＳＰＡＤ回路６８のそれぞれは、外乱光（ノイズ）などの影響もあり、様々なタイミングで出力信号Ｓout を出力する。これが図５左欄のＳＰＡＤ＿１からＳＰＡＤ＿Ｎ（ここではＮ＝９）である。なお、図５における符号ｔは、時間を示す（他の図面でも同じ）。

【0022】

このＳＰＡＤ回路６８の各々が出力する出力信号Ｓout は、小画素ｓ１からｓ９の各々について、加算器１２１から１２９によって合算され、図５中央に示すように、ＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９が求められる。図示するように、各ＳＰＡＤ回路６８はノイズによる出力信号Ｓout も出力するが、レーザ素子４１が射出したパルス光に対する反射光に対応する戻り時間ＴＯＦの近傍では各ＳＰＡＤ回路６８は出力信号Ｓout を出力するから、これを合算したＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９では、戻り時間ＴＯＦにＳＰＡＤ応答数のピークが現れる。こうした各小画素ｓ１からｓ９に関して求められたＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９は、更に合算され画素６６に対するヒストグラムが求められる。これを図５の右欄に示した。

【0023】

同じ走査位置で複数回の測定を行なって、加算部１２０が小画素ｓ１、ｓ２・・・ｓ９について求めたＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９を、更にヒストグラム生成部１３０が重ね合わせると、図５右欄に例示するように、戻り時間ＴＯＦにピークを有するヒストグラムが生成される。小画素ｓ１、ｓ２・・・ｓ９についてＳＰＡＤ応答数を合算すると、時間ＴＯＦ近傍に、応答数のピークが形成される。ＳＰＡＤ回路６８の性質上、出力されるパルス信号には、ノイズも含まれる。ノイズは、太陽光などの外乱光によりランダムに発生する。ノイズによるパルス信号は、ランダムに発生するので、ＳＰＡＤ回路６８からの出力信号Ｓout を加算し、更に小画素ｓ１、ｓ２・・・ｓ９について求めたＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９を合算すると、ノイズはランダムに現れるのに対して、物体ＯＢＪ１からの反射光は戻り時間で検出されるから、特定の戻り時間にピークが得られる。つまり、反射光パルスに対応する信号は累積され、ノイズに対応する信号は累積されないので、反射光パルスに対応する信号が明確になる。いわゆるＳ／Ｎ比が高くなる。

【0024】

こうしてヒストグラム生成部１３０が画素に対するヒストグラムを生成すると、これを受けて、ピーク検出部１４０が信号のピークを検出する。信号のピークは、測距の対象となっている物体ＯＢＪ１からの反射光パルスに対応する戻り時間に生じる。こうしてピークが検出されると、距離演算部１５０は、照射光パルスから、反射光パルスのピークまでの時間ＴＯＦを測定することで、物体までの距離Ｄを検出する。検出された距離Ｄは、外部に、例えば光測距装置２０が自動運転車両に搭載されていれば、自動運転装置などに出力される。もとより、ドローンや自動車、船舶などの移動体の他、固定された測距装置として用いることも可能である。

【0025】

図３に示した制御部１１０は、発光部４０の回路基板４３に対してレーザ素子４１の発光タイミングを決定する指令信号ＳＬや、ＳＰＡＤ回路６８をアクティブにするかを決定する選択信号ＳＣの他、ヒストグラム生成部１３０に対するヒストグラムの生成タイミングやヒストグラムの補正を指示する信号Ｓｔや、ピーク検出部１４０に対するピーク検出の閾値Ｔｎを切換える信号Ｓｐや、走査部５０のロータリソレノイド５５に対する駆動信号Ｓｍ等を出力する。更に、制御部１１０に設けられたタイミング制御部１７０は、加算部１２０に対して、各小画素６９が加算を行なう位相を調整するタイミング制御信号Ｓａを出力する。制御部１１０が予め定めたタイミングでこれらの信号を出力することにより、ＳＰＡＤ演算部１００は、所定の範囲に存在する物体ＯＢＪ１を、その物体ＯＢＪ１までの距離Ｄと共に検出する特定部として働く。

【0026】

次に本実施形態における加算部１２０、ヒストグラム生成部１３０、ピーク検出部１４０の構成と、これら各部の動作タイミングを調整するタイミング制御部１７０の構成と働きについて順次説明する。図６に示すように、画素６６を構成する９つの小画素６９（ｓ１からｓ９）は、それぞれ加算部１２０を構成する加算器１２１から１２９に接続されている。加算器１２１から１２９の構成については、図４を用いて既に説明した。加算器１２１から１２９は、それぞれ小画素ｓ１からｓ９内に備えられた３×３個のＳＰＡＤ回路６８の出力、ＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９を演算し、出力する。

【0027】

加算器１２１から１２９が出力するＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９は、メモリｍ１からｍ９に入力され、メモリｍ１からｍ９に順次記憶される。メモリｍ１からｍ９に記憶されたＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９は、次段のヒストグラム生成部１３０に備えられたヒストグラム生成器１３１から１３９により所定のタイミングで読み取られる。

【0028】

ヒストグラム生成器１３１から１３９は、小画素６９による複数回の検出結果、つまり複数回のＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９を、それぞれ積算して、小画素ｓ１からｓ９毎のヒストグラムＴ１からＴ９を生成する。生成されたヒストグラムＴ１からＴ９は、ピーク検出部１４０のピーク検出器１４１から１４９のそれぞれと、合算ピーク検出器１６０とに入力される。各ピーク検出器１４１から１４９は、小画素ｓ１からｓ９についてそれぞれ生成されたヒストグラムＴ１からＴ９に基づき、そのピークの位置、時間軸上の戻り時間ＴＯＦを検出する。これは、小画素ｓ１からｓ９のそれぞれに対応する物体からの反射光の戻り時間である。また、合算ピーク検出器１６０は、全小画素ｓ１からｓ９について生成されたヒストグラムＴ１からＴ９を合算したヒストグラムＴＴに基づき、そのピークの位置、時間軸上の戻り時間ＴＯＦを検出する。これは、小画素ｓ１からｓ９からなる画素６６に対応する物体からの反射光の戻り時間である。

【0029】

以上説明した各加算器１２１から１２９、メモリｍ１からｍ９は、制御部１１０内のタイミング制御部１７０からのタイミング制御信号Ｓａにより定められるタイミングで動作し、ＳＰＡＤ回路６８からの信号の読取りと記憶を行なう。タイミング制御部１７０の構成とタイミング制御部１７０が出力するタイミング制御信号Ｓａについて説明する。

【0030】

タイミング制御部１７０は、図７に示すように、所定周波数のクロック信号ＣＬＫを出力する発振器（ＯＳＣ）１８０と、このクロック信号ＣＬＫを入力し、クロック信号ＣＬＫの位相を所定時間ずつ遅らせる８段のディレイ回路１７２から１７９を備える。発振器１８０が出力するクロック信号ＣＬＫは、基準のタイミング制御信号Ｓａとして、加算器１２１およびメモリｍ１のトリガ端子に入力される。タイミング制御信号Ｓａ１がトリガ端子に入力されると、加算器１２１は、そのタイミングでのＳＰＡＤ応答数Ａｓ１を出力し、メモリｍ１はこれを記憶する。この基準のタイミング制御信号Ｓａ１からディレイ回路１７２による遅れ時間ＤＬだけ位相が遅れたタイミング制御信号Ｓａ２は、加算器１２２およびメモリｍ２のトリガ端子に入力される。タイミング制御信号Ｓａ２がトリガ端子に入力されると、加算器１２２は、そのタイミングでのＳＰＡＤ応答数Ａｓ２を出力し、メモリｍ２はこれを記憶する。以下、同様に、一つずつ位相が遅れたタイミング制御信号Ｓａ３からＳａ９により、加算器１２３から１２９がＳＰＡＤ応答数Ａｓ３からＡｓ９をそれぞれ出力し、メモリｍ３からｍ９のそれぞれが、対応するＳＰＡＤ応答数Ａｓ３からＡｓ９を記憶する。図７では図示を省略しているが、各メモリｍ１からｍ９が記憶したＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９は、所望のタイミングで、後段のピーク検出部１４０に備えられたピーク検出器１４１から１４９および合算ピーク検出器１６０により読み取られる。

【0031】

こうした位相が少しずつ遅らされたタイミング制御信号によるＳＰＡＤ応答数の読取りの様子を図８に示した。図８では、理解の便を図って、ＳＰＡＤ回路６８を４つとしている。図８において、白丸「○」は、ＳＰＡＤ応答数が、タイミング制御信号Ｓａ１で求められることを示し、黒丸「●」は、タイミング制御信号Ｓａ１からディレイ時間ＤＬだけ位相が遅れたタイミング制御信号Ｓａ２で求められることを示す。また、白四角「□」は、ＳＰＡＤ応答数が、タイミング制御信号Ｓａ２からディレイ時間ＤＬだけ更に位相が遅れたタイミング制御信号Ｓａ３で求められることを示し、黒四角「■」は、タイミング制御信号Ｓａ３からディレイ時間ＤＬだけ位相が遅れたタイミング制御信号Ｓａ４で求められることを示す。

【0032】

図８の最上段に示したように、ＳＰＡＤ応答数は各タイミング制御信号Ｓａ１からＳａ４により繰り返し求められる。このうち、タイミング制御信号Ｓａ１により求められるＳＰＡＤ応答数Ａｓ１を２段目に、タイミング制御信号Ｓａ２により求められるＳＰＡＤ応答数Ａｓ２を３段目に、タイミング制御信号Ｓａ３により求められるＳＰＡＤ応答数Ａｓ３を４段目に、タイミング制御信号Ｓａ４により求められるＳＰＡＤ応答数Ａｓ４を５段目に、それぞれ示した。図８の最上段は、この４つのＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ４を合算したものに相当する。

【0033】

図８に例示した様に、各小画素ｓ１からｓ４により検出されるＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ４のサンプリングのタイミングは、ディレイ回路１７２の遅れ時間ＤＬだけ順次ずれる。図８に示した例では、発光部４０による発光の周期を丁度４等分するように遅れ時間ＤＬが設定されているので、各小画素ｓ１からｓ４によるＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ４の検出に重複は生じない。図１から図７に示した本実施形態では、小画素６９は３×３個設けられているので、実際の構成では、遅れ時間ＤＬは、発光部４０による発光パルスの発光周期を９等分するよう遅れ時間ＤＬは設定されている。つまり、小画素ｓ１からｓ９による検出の時間的な間隔は、発光部４０により射出されるパルス光の幅よりも短い。

【0034】

（Ａ２）測距処理の詳細：
以上説明したハードウェア構成を前提として、制御部１１０に備えられたＣＰＵが行なう制御について、図９を用いて説明する。図９に示した測距処理ルーチンは所定のインターバルで繰り返し実行される。この処理ルーチン開始すると、まず小画素ｓ１～ｓ９に関してステップＳ２１０からｓ２３０を所定回数繰り返す処理を行なう（ステップＳ２０１ｓ～Ｓ２０１ｅ）。

【0035】

この繰り返しの処理においては、まずタイミング制御を行なう（ステップＳ２１０）。タイミング制御とは、図７，図８を用いて示したように、測距において加算部１２０，ヒストグラム生成部１３０に出力するタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９を準備する処理である。本実施例では、各タイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９は、クロック信号ＣＬＫとディレイ回路１７２から１７９の出力として確定しているが、後述するように、各タイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９は任意に指定する場合がある。このため、タイミング制御処理（ステップＳ２１０）を行なうものとした。

【0036】

タイミングの制御を行なった後、制御部１１０は発光部４０に対して司令信号ＳＬを出力し、レーザ素子４１をパルス発光させる発光処理を行ない（ステップＳ２２０）、続けて受光処理を行なう（ステップＳ２３０）。ここで受光処理では、制御部１１０は、受光部６０に選択信号ＳＣを出力し、また加算部１２０にタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９を出力し、上述した加算器１２１から１２９によるＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９の演算および出力と、メモリｍ１からｍ９によるＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９の記憶とを行なう。

【0037】

上記の処理（ステップＳ２１０からＳ２３０）は、所定回数繰り返されるから、繰り返しの処理が終了すると、メモリｍ１からｍ９には、対応する小画素ｓ１からｓ９について、タイミング制御部１７０からのタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９に基づくＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９が、繰り返しの回数分記憶される。そこで、続くステップＳ２４０において、ヒストグラム生成部１３０の各ヒストグラム生成器１３１から１３９により、対応するメモリｍ１からｍ９に記憶された複数回分のＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９を合算し、それぞれのヒストグラムを生成する。

【0038】

こうして得られた各小画素ｓ１からｓ９についてのヒストグラムを用いて、続くステップＳ２５０において、画素および小画素に対する物体の検出・測距処理を行なう。この処理は、ピーク検出部１４０における各ピーク検出器１４１から１４９および合算ピーク検出器１６０によるピーク検出の処理に相当する。また、ステップＳ２５０では、後述するように、小画素６９を単位として検出および測距（第１処理）と、画素６６を単位とした検出および測距（第２処理）とを行なうことができる。この処理を終えると、測距処理ルーチンを終了する。

【0039】

ステップＳ２５０として示した画素および小画素に対する物体の検出・測距処理について説明する。ステップＳ２５０の処理が開始される時点では、ヒストグラム生成部１３０のヒストグラム生成器１３１から１３９は、メモリｍ１からｍ９に記憶された複数回分のＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９を合算したヒストグラムを生成している。小画素ｓ１からｓ９について得られたヒストグラムは、図８に示したように、ＳＰＡＤ応答数を検出したタイミングがそれぞれ異なる。

【0040】

この小画素ｓ１からｓ９に対応するヒストグラムＴ１からＴ９およびこれらのヒストグラムを合算した合算ヒストグラムＴＴを用いて、ピーク検出部１４０がピークを検出する。この様子を図１０に示した。ピーク検出部１４０の各ピーク検出器１４１から１４９および合算ピーク検出器１６０は、得られたヒストグラムＴ１からＴ９および合算ヒストグラムＴＴを閾値ｒ１からｒ９および閾値Ｒと比較することで、ピークの存在およびその時間軸上の位置（戻り時間）を検出する。このとき、閾値を上回るピークが存在しないヒストグラムも存在する。つまり、小画素ｓ１からｓ９が物体ＯＢＪ１を検出する際の空間上の空間分解能の限界として機能している。しかも、各小画素ｓ１からｓ９についてのＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９の検出は、同じタイミングではなく、図８に示したように、遅れ時間ＤＬずつずれたタイミングで行なわれている。この結果、ＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９をそれぞれ複数回重ね合わせて得られたヒストグラムＴ１からＴ９は、時間軸上の位置が相違することから、時間軸に関して、パルス発光の間隔より高い時間分解能を有していることになる。この結果、これらを更に合算した合算ヒストグラムＴＴは、図８最上段に示したように、高い時間軸上の分解能を有するものとなっている。

【0041】

例えば、図１０に示す例では、小画素ｓ１についてのヒストグラムＴ１は、時間ｔ１において閾値ｒ１を上回っており、ピークが検出される。他方、小画素ｓ９についてのヒストグラムＴ９は、いずれの時間でも閾値ｒ９を上回るピークは存在しない。更に、合算ヒストグラムＴＴは、時間ｔ１において、閾値Ｒを上回っている。この結果、距離演算部１５０は、少なくとも小画素ｓ１に対応する位置であって、戻り時間ｔ１の場所に、物体ＯＢＪ１が存在すると判断し、その位置と距離Ｄとを演算する。他方、小画素ｓ９には、物体ＯＢＪ１は存在しないと判断する。更に、小画素ｓ１からｓ９からなる画素６６全体としてみれば、画素６６に対応する位置であって、戻り時間ｔ１に対応する距離Ｄに物体ＯＢＪ１が存在すると判断する。なお、仮に小画素ｓ２についてのヒストグラムＴ２に、時間ｔ１直後の時間ｔ２にピークが検出されていれば、小画素ｓ２に対応する空間上の位置であって、かつ戻り時間ｔ２対応する距離に物体ＯＢＪ１が存在すると判断し、かつ合算ヒストグラムＴＴから、画素６６において、戻り時間ｔ１，ｔ２に対応する距離に物体ＯＢＪ１が存在すると判断する。つまり、少なくとも小画素ｓ１，ｓ２に跨がる大きさの物体ＯＢＪ１が戻り時間ｔ１，ｔ２近傍に存在すると判断できる。

【0042】

図１１に別の検出の様子を例示した。図１１に示した例では、小画素ｓ１についてのヒストグラムＴ１は、時間ｔ１において閾値ｒ１を上回っており、ピークが検出される。他方、小画素ｓ９についてのヒストグラムＴ９は、時間ｔ９において閾値ｒ９を上回っており、ピークが検出される。加えて、他の小画素ｓ２からｓ８ではピークが検出されなかったものとする。他方、合算ヒストグラムＴＴは、時間ｔ１，時間ｔ９においても閾値Ｒを下回っており、ピークが検出されていない。この場合は、小さな物体ＯＢＪ１，ＯＢＪ２が、小画素ｓ１，ｓ９に存在し、その物体までの距離は、戻り時間ｔ１，ｔ９のようにかなり異なるので、この場合は、小画素に対応する程度の大きさの物体が、異なる距離に存在していると判断できる。つまり、この実施形態のＳＰＡＤ演算部１００は、小画素ｓ１からｓ９による時間的な間隔をおいた検出の結果に応じて、所定範囲に存在する対象物を、第１の空間上の分解能かつ第１の時間軸上の分解能で検出する処理と、検出の位相が互いに異なる複数の小画素による時間的な間隔をおいた検出の結果を重ね合わせた結果に応じて、所定の範囲に存在する対象物ＯＢＪ１，ＯＢＪ２を、第１の空間上の分解能より低い第２の空間上の分解能かつ第１の時間軸上の分解能より高い第２の時間軸上の分解能で検出する処理とを行なうことかできる。

【0043】

以上説明したように、第１実施形態の光測距装置２０よれば、発光部４０による発光パルスの間隔よりも高い時間分解能、かつ画素６６より高い空間分解能で、物体の位置と距離とを検出できる。しかもそのために必要なメモリ容量は、画素６６単位で時間分解能を高めて検出した場合と同等以下に抑えられる。即ち、空間分解能を高めているにもかかわらず、図８の最上段に示した画素全体の検出を行なっている場合よりも記憶しておくデータ量を増やす必要がない。本実施形態では、タイミング制御部１７０からのタイミング制御信号Ｓａ１からＳｓ９を用いた検出を繰り返し、そのデータを全てメモリｍ１からｍ９に記憶しておき、その後、ヒストグラムの生成を行なったが、タイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９が出力される度に、前のサイクルで検出したＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９に、今回検出したＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９を加算してメモリｍ１からｍ９に記憶するようにすれば、更にメモリｍ１からｍ９の容量を低減することができる。この場合は、ヒストグラム生成部１３０は、メモリｍ１からｍ９に記憶された累積値を読み出すだけの構成とすることも可能である。

【0044】

Ｂ．第２実施形態：
次に第２実施形態について説明する。第２実施形態の光測距装置２０は、ＳＰＡＤ演算部１００を構成する制御部１１０Ａおよび加算部１２０Ａの構成が異なる点を除いて第１実施形態と同様の構成を備える。第２実施形態では、制御部１１０Ａと加算部１２０Ａとは、図１２に示す構成を備える。第２実施形態では、１１０Ａは、タイミング制御部１７０Ａとして、発振器１８０Ａとメモリセレクタ１９０とを備える。第２実施形態における発振器１８０Ａは、第１実施形態と比べるとその発振周波数は約９倍程度高い。この発振器１８０Ａから出力されるクロック信号ＣＬＫは、加算部１２０Ａに設けられた加算器１２１から１２９とメモリｍ１からｍ９に供給される。また、メモリセレクタ１９０からは、９つのタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９がメモリｍ１からｍ９に出力されている。このメモリセレクタ１９０によりタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９は、メモリセレクタ１９０から出力されるが、その出力タイミングは、第１実施形態での測距処理ルーチンで説明したステップＳ２１０のタイミング制御において、決定される。タイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９については、後で詳しく説明する。

【0045】

上記構成を有する第２実施形態の光測距装置２０では、加算部１２０Ａの加算器１２１から１２９には、高い周波数のクロック信号ＣＬＫが入力され、各加算器１２１から１２９は、図８最上段に示したように、各クロック信号ＣＬＫ毎にＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９を求める。ＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９は、図４に示したように、加算器１２１がハードウェアにより各ＳＰＡＤ回路６８の出力を加算して求めているので、その応答性は高い。従って、第１実施形態より高い周波数のクロック信号ＣＬＫに追従して、ＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９を求めることができる。

【0046】

他方、メモリｍ１からｍ９は、対応するタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９に応じて、それぞれ加算器１２１から１２９からのＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９の信号を記憶する。つまり、各加算器１２１から１２９は、図８最上段のように動作して、全てのタイミングでＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９を求めているが、メモリｍ１からｍ９は、図８の２段目以下に示したように、タイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９が出力される度に、そのタイミングで出力されているＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９を記憶する。

【0047】

従って、このタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９を第１実施形態とほぼ同じタイミング、つまりクロック信号ＣＬＫずつ遅れたタイミングで出力されるものとすれば、第１実施形態と同様に、発光部４０による発光パルスの間隔よりも高い時間分解能、かつ画素６６より高い空間分解能で、物体の位置と距離とを検出できる。しかもそのために必要なメモリ容量は、画素６６単位で時間分解能を高めて検出した場合と同等以下に抑えられる。即ち、空間分解能を高めているにもかかわらず、図８の最上段に示した画素全体の検出を行なっている場合よりも記憶しておくデータ量を増やす必要がないなど、第１実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。なお、こうした作用効果は、以下の第３実施形態を含む他の実施形態でも同様である。

【0048】

Ｃ．第３実施形態：
図１２に示したように、上述した第２実施形態で採用したハードウェアによれば、加算部１２０のメモリｍ１からｍ９に出力するタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９のタイミングは、メモリセレクタ１９０により自由に設定することができる。このため、例えば発光部４０により発光パルスの射出と受光部６０による受光処理とを複数回繰り返す場合（図９，ステップＳ２０１ｓからＳ２０１ｅ）、そのたびにメモリセレクタ１９０から出力するタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９を変更することも可能である。この例を第３実施形態として、以下に示す。

【0049】

例えば図１３に示すように、繰り返しの処理の度に、タイミング制御（ステップＳ２１０）において、メモリｍ１からｍ９に記憶するタイミングを入替えても良い。図１３では、理解の便を図って、図８と同様に、４つの小画素ｓ１からｓ４からのＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ４を扱うものとして図示している。この例では、メモリセレクタ１９０は、繰り返しの１回目では、小画素ｓ１からｓ４に対して、メモリｍ１からｍ４に記憶するタイミングがクロック信号ＣＬＫずつ遅れたタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ４を出力するので、結果的にメモリｍ１からｍ４に記憶されるＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ４は、図８に示したものと同じになる。各タイミングを示す白丸「○」、黒丸「●」、白四角「□」、黒四角「■」は、図８と同じである。これを、ＳＰＡＤ応答数Ａｓ１１からＡｓ４１として示した。ＳＰＡＤ応答数Ａｓｉｊの添え字は、前者ｉが小画素ｓ１からｓ４の番号を示し、後者ｊが繰り返し回数を示す。繰り返し２回目のＳＰＡＤ応答数Ａｓ１２からＡｓ４２は、図示するように、タイミング制御信号Ｓａ１からＳａ４は、繰り返し１回目と比べて、小画素について１つずつずれたものとなっている。繰り返し３回目、４回目は、更にタイミングを１つずつずらしたものになっている。

【0050】

図１３の右欄には、４回繰り返された場合、各回に検出されてメモリｍ１からｍ４に記憶されたＳＰＡＤ応答数を重ね合わせた重ね合わせ応答数Ａｔ１からＡｔ４を示した。これは、ヒストグラム生成部１３０の各ヒストグラム生成器１３１から１３４が生成するヒストグラムＴ１からＴ４に相当する。更にこれらを合算して合算ヒストグラムＴＴに相当する合算応答数Ａｔｔを求めることも可能である。これを図１３の再下段に示した。

【0051】

こうすれば、全ての小画素ｓ１からｓ９について、小画素ｓ１からｓ９の大きさに対応した高い空間分解能、かつクロック信号ＣＬＫに対応した高い時間分解能で、反射光のピークを検出することができる。しかも、メモリｍ１からｍ９の容量は第１，第２実施例から増加することがない。また、メモリセレクタ１９０から出力されるタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９は、ＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９の検出を繰り返す度に変更できるので、必ずしも図１３に示したように、サイクリックにタイミングを変更する必要はない。複数回繰り返す検出のうちの２回以上を同じタイミングとし、他を異なるタイミングとするといったことも可能である。

【0052】

Ｄ．第４実施形態：
同様に、メモリセレクタ１９０から出力されるタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ９が、ＳＰＡＤ応答数Ａｓ１からＡｓ９の検出を繰り返す度に変更できることを利用して、１回目の検出結果を用いて、２回目以降のタイミングを変更するといったことも可能である。この例を、第４実施形態として、以下に示す。図１４は、１回目の検出によって、２回目以降の検出のタイミングを変えて計測した例を示す。図１４も、図８、図１３と同様に、理解の便を図って、小画素ｓ１からｓ４に限って図示しているが、小画素ｓ１からｓ９に対して実施できることは当然である。

【0053】

図１４に示した例では、左欄は繰り返しの１回目の動作を示し、右欄は２回目以降の動作を示す。繰り返しの１回目の動作では、図８に示したのと同様に、小画素ｓ１からｓ４に対して、発光・受光のサイクルを４等分したタイミングでＳＰＡＤ応答数Ｂｓ１１からＢｓ４１が読込まれる。ＳＰＡＤ応答数Ｂｓｉｊの添え字ｉｊの意味は、図１３と同じである。

【0054】

１回目の動作が行なわれると、ＳＰＡＤ応答数Ｂｓ１からＢｓ４が合算され、合算ヒストグラムＢｔ１が求められる。この合算ヒストグラムＢｔ１を検出すると、反射光のピークの概略位置を知ることができる。そこで、１回目の動作で合算ヒストグラムＢｔ１を検出し、そのピークと思われる箇所の立ち上がりと立ち下がりの部分での検出が細かく行なえるように、タイミング制御信号Ｓａ１からＳａ４を調整する。具体的には、ピークを形成する波形の立ち上がりの部分Ｒａ１と立ち下がりの部分Ｒａ２でＳＰＡＤ応答数の検出がきめ細かく行なえるように、小画素ｓ１，ｓ２についてのタイミング制御信号Ｓａ１，Ｓａ２をそれぞれ僅かに遅らせ、小画素ｓ３についてのタイミング制御信号Ｓａ３を僅かに早め、小画素ｓ４についてのタイミング制御信号Ｓａ４をもとのままに維持する。こうすることで、各小画素ｓ１からｓ４についてのタイミング制御信号Ｓａ１からＳａ４を、ピークを形成する波形の立ち上がりの部分Ｒａ１と立ち下がりの部分Ｒａ２とに集めることができる。この結果、ピークを形成する波形の最も重要な部分の情報を細かく取得することができる。ピークを形成する波形の立ち上がりや立ち下がりの形状は、検出されている物体ＯＢＪ１が、金属やコンクリートなど輪郭の明確なものか、樹木や人体など輪郭の曖昧なものか、といった情報を知るのに役立てること等ができる。

【0055】

上記実施形態では、各小画素ｓ１からｓ４の検出の間隔は一定のまま、小画素毎にその検出の位相を進めたり遅めたりしたが、タイミング制御部１７０から出力するタイミング制御信号Ｓａを間隔を含めて自由に設定できるようにしてもよい。こうすれば、反射光パルスの立ち上がりや立ち下がりの検出精度を更に高めることができる。もとより、立ち上がり、立ち下がりだけでなく、反射光パルスのピーク近傍など、検出精度を高める場所は自由に設定して差し支えない。また、上記実施形態では、１回目の測定を用いて、２回目の測定の位相を調整したが、毎回の測定結果を利用して次回の測定の位相を調整するようにしてもよい。

【0056】

Ｅ．第５実施形態：
（１）以上いくつかの実施形態について説明したが、これ以外の形態も可能である。小画素ｓ１からｓ９からのＳＰＡＤ応答数の検出を、複数の小画素をまとめて行なうものを第５実施形態として示す。この場合には、図６に示した構成では、ヒストグラム生成部１３０のヒストグラム生成器が例えばメモリｍ１，ｍ２の内容を交互に読み出して合算すればよい。こうした複数の小画素のＳＰＡＤ応答数を合算する構成を図１５に示した。図１５に示した例では、縦に２つの並んだ小画素のＳＰＡＤ応答数をヒストグラム生成器が合算して、ヒストグラムを生成する。この場合の小画素ｓ１，ｓ５を合わせたＳＰＡＤ応答数の合算値として生成されるヒストグラムＴｕ１は、小画素ｓ１およびｓ４についてそれぞれ生成されるヒストグラムＴｓ１＋Ｔｓ４に一致する。複数の小画素を合わせたＳＰＡＤ応答数の合算値として生成されるヒストグラムを、以下、グループヒストグラムという。

【0057】

図１５に示した例では、各グループヒストグラムは以下の通りである。
Ｔｕ１：Ｔｓ１＋Ｔｓ４
Ｔｕ２：Ｔｓ２＋Ｔｓ５
Ｔｕ３：Ｔｓ３＋Ｔｓ６
Ｔｕ４：Ｔｓ４＋Ｔｓ７
Ｔｕ５：Ｔｓ５＋Ｔｓ８
Ｔｕ６：Ｔｓ６＋Ｔｓ９

【0058】

かかる構成を採用すれば、画素６６に対して縦に並んだ２つの小画素に対応する位置に跨がって存在する物体を精度良く検出することができる。

【0059】

（２）グループヒストグラムを求める場合の小画素のまとめ方は、図１５に示した例に限らず、図１６のように、小画素が横に隣接するようにしてもよい。この場合の各グループヒストグラムＴｖ１からＴｖ６と小画素について生成されるヒストグラムとは、以下の対応関係を備える。
Ｔｖ１：Ｔｓ１＋Ｔｓ２
Ｔｖ２：Ｔｓ２＋Ｔｓ３
Ｔｖ３：Ｔｓ４＋Ｔｓ５
Ｔｖ４：Ｔｓ５＋Ｔｓ６
Ｔｖ５：Ｔｓ７＋Ｔｓ８
Ｔｖ６：Ｔｓ８＋Ｔｓ９
この場合の物体の位置の検出と測距の手法は、上記実施形態で示したものと同様である。こうすれば、画素６６に対して横に並んだ２つの小画素６９に対応する位置に跨がって存在する物体を精度良く検出することができる。

【0060】

（３）小画素のヒストグラムＴｓは２つずつグループ化する場合に限られず、Ｍ個（Ｍ≧３）ずつグループ化してもよい。図１７は、４つずつグループ化した場合を例示する。この場合は、ヒストグラムＴｓ１～Ｔｓ９を４つずつ組み合わせ、グループヒストグラムＴｗを求める構成とした。具体的には、グループヒストグラムＴｗは、
Ｔｗ１＝Ｔｓ１＋Ｔｓ２＋Ｔｓ４＋Ｔｓ５
Ｔｗ２＝Ｔｓ２＋Ｔｓ３＋Ｔｓ５＋Ｔｓ６
Ｔｗ３＝Ｔｓ４＋Ｔｓ５＋Ｔｓ７＋Ｔｓ８
Ｔｗ４＝Ｔｓ５＋Ｔｓ６＋Ｔｓ８＋Ｔｓ９
として求める。グループヒストグラムＴｗを求め、物体を検出、測距する処理は、他の実施形態と同様である。

【0061】

このように、ＳＰＡＤ演算部１００は、検出の位相が互いに異なる複数の小画素ｓ１からｓ９のうちの一部の小画素による時間的な間隔をおいた検出の結果を重ね合わせた結果に応じて、前記の範囲に存在する前記対象物ＯＢＪ１の空間上の位置を、画素６６を単位とする分解能より高い分解能で検出することができる。

【0062】

Ｆ．第６実施形態：
こうした組み合わせる小画素の数や組み合わせを、測定の途中で変更する構成を、第６実施形態として示す。第６実施形態では、図１８Ａおよび図１８Ｂに例示するように、画素６６を構成する小画素が４×４個（合計１６個）あるような場合、グループ化を３×３個の小画素によって行なったり、あるいはグループ化を２×２個の小画素によって行なったりしてもよい。こうしたグループ化は、繰り返しの１回目の検出で、反射光の戻り時間が短く、物体ＯＢＪ１が近くにあると判断できる場合には、グループ化する小画素数を多くし、繰り返しの１回目の検出で、反射光の戻り時間が長く、物体ＯＢＪ１が遠くにあると判断できる場合には、グループ化する小画素数を少なくするといった対応が有用である。物体ＯＢＪ１が近くにあれば、物体ＯＢＪ１からの反射光は同時に複数の小画素に入る可能性が高く、物体ＯＢＪ１が遠くにあれば、物体ＯＢＪ１からの反射光が複数の小画素に入る可能性は低くなるからである。また、縦方向に細長い物体が存在する可能性が高いと判断された場合は、小画素の組み合わせを縦長になるようにし、横方向に細長い物体が存在する可能性が高いと判断された場合は、小画素の組み合わせを横長になるようにするなど、小画素の組み合わせを、測定の途中で変更するようにしてもよい。こうした組み合わせの数をビニング数と呼ぶことがある。

【0063】

こうすれば、物体ＯＢＪ１の距離に応じて、時間分解能を優先するか、空間分解能を優先するかを、ビニング数を変えることで、容易に切り替えることができる。グループ化する小画素数を増やせば、グループヒストグラムに含まれるＳＰＡＤ応答数が増えるので、ヒストグラムを生成する際の時間を短縮することができ、同じ位置での測距の回数を減らして、スキャン回数を増やすことも可能である。

【0064】

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

【0065】

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

【符号の説明】

【0066】

２０ 光測距装置、３０ 光学系、４０ 発光部、４１ レーザ素子、５０ 走査部、６０ 受光部、６６（画素） 受光素子、６８ ＳＰＡＤ回路、６９（ｓ１からｓ９） 小画素、１００ ＳＰＡＤ演算部、１１０ 制御部、１１４ メモリ、１２０ 加算部、１２１から１２９ ブロック内加算器、１３０ ヒストグラム生成部、１３１から１３９ ヒストグラム生成器、１４０ ピーク検出部、 １４１から１４９ ピーク検出器、１５０ 距離演算部、１６０ 合算ピーク検出器、１７０ タイミング制御回路、

【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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】