特許 7434115 光検出器及び距離計測装置

(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】2024-02-09

(45)【発行日】2024-02-20

(54)【発明の名称】光検出器及び距離計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/4863 20200101AFI20240213BHJP

   G01S 17/894 20200101ALI20240213BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20240213BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20240213BHJP

   H01L 31/107 20060101ALI20240213BHJP

【ＦＩ】

G01S7/4863

G01S17/894

G01C3/06 120Q

G01C3/06 140

H01L31/10 G

H01L31/10 B

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020149923

(22)【出願日】2020-09-07

(65)【公開番号】P2022044340

(43)【公開日】2022-03-17

【審査請求日】2022-11-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】久保田 寛

(72)【発明者】

【氏名】松本 展

【審査官】佐藤 宙子

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２０－５２６７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１８６８３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０８７７８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／００３２２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０７１９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／１６１８５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５３７６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９１１２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／００－ ３／３２

Ｈ０１Ｌ ３１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各々が少なくとも１つのセンサを含み、基板上の画素領域に互いに交差する第１方向及び第２方向に沿って２次元に配置された複数の画素と、
制御部と、
シフト回路と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１方向に沿った前記画素領域の第１座標情報に基づいて、前記画素領域内の第１部分画素領域に対応する前記複数の画素の第１サブセットをオン状態にし、
前記第１方向に沿った前記第１座標情報と異なる前記画素領域の第２座標情報に基づいて、前記画素領域内の第２部分画素領域に対応する前記複数の画素の第２サブセットをオン状態にする
ように構成され、
前記第１部分画素領域の前記第２方向に対する前記第１方向の第１傾きは、前記第２部分画素領域の前記第２方向に対する前記第１方向の第２傾きと異なり、
前記複数の画素は、
前記第２方向に沿って隣り合う第１画素及び第２画素と、
前記第２画素と前記第１方向に沿って隣り合う第３画素及び第４画素と、
を含み、
前記シフト回路は、
前記複数の画素の第１サブセットがオン状態となる場合、前記第２画素、前記第３画素、及び前記第４画素のうち、前記第１画素に対して前記第１傾きで並ぶ画素を前記第１画素に接続し、
前記複数の画素の第２サブセットがオン状態となる場合、前記第２画素、前記第３画素、及び前記第４画素のうち、前記第１画素に対して前記第２傾きで並ぶ画素を前記第１画素に接続する
ように構成された、
光検出器。

【請求項2】

前記複数の画素のうち、前記第２方向に沿って並ぶ画素の数は、前記第１方向に沿って並ぶ画素の数より多い、
請求項１記載の光検出器。

【請求項3】

制御部は、前記第１座標情報が、前記第１方向に沿った前記画素領域の座標情報の最大値又は最小値に近づくほど、前記第１傾きの絶対値を大きくするように構成された、
請求項１記載の光検出器。

【請求項4】

前記第１傾きの値は、正値、負値、及びゼロを含む、
請求項１記載の光検出器。

【請求項5】

前記シフト回路は、
前記第１画素の第１端に接続された第１端と、第１ノードに接続された第２端と、第１信号が供給される制御端と、を含む第１スイッチング素子と、
前記第１画素の第１端に接続された第１端と、第２ノードに接続された第２端と、前記第１信号の反転信号が供給される制御端と、を含む第２スイッチング素子と、
前記第１ノードに接続された第１端と、前記第２画素の第１端に接続された第２端と、第２信号が供給される制御端と、を含む第３スイッチング素子と、
前記第１ノードに接続された第１端と、前記第３画素の第１端に接続された第２端と、前記第２信号の反転信号が供給される制御端と、を含む第４スイッチング素子と、
前記第２ノードに接続された第１端と、前記第４画素の第１端に接続された第２端と、前記第２信号が供給される制御端と、を含む第５スイッチング素子と、
前記第２ノードに接続された第１端と、前記第２画素の第１端に接続された第２端と、前記第２信号の反転信号が供給される制御端と、を含む第６スイッチング素子と、
を含む、
請求項１記載の光検出器。

【請求項6】

前記シフト回路は、
前記第３スイッチング素子及び前記第６スイッチング素子と前記第２画素の第１端との間に接続された第１バッファ回路と、
前記第４スイッチング素子と前記第３画素の第１端との間に接続された第２バッファ回路と、
前記第５スイッチング素子と前記第４画素の第１端との間に接続された第３バッファ回路と、
を更に含む、
請求項５記載の光検出器。

【請求項7】

前記シフト回路は、前記第１信号が供給される第１入力端と、前記第２信号が入力される第２入力端と、前記第１画素の第２端に接続される出力端と、を含む論理和回路を更に含む、
請求項５記載の光検出器。

【請求項8】

前記複数の画素の第１サブセットは、前記第１方向に沿って隣り合う第５画素及び第６画素を含む、
請求項１記載の光検出器。

【請求項9】

前記少なくとも１つのセンサは、アノードが第１電源ノードに接続されたアバランシェフォトダイオードと、第１端が第２電源ノードに接続され、第２端が前記アバランシェフォトダイオードのカソードに接続されたクエンチ素子とを含み、
前記制御部は、前記センサをオンさせている時に、前記第１電源ノードに第１電圧を印加し、前記第２電源ノードに前記第１電圧よりも高い第２電圧を印加する、
請求項１記載の光検出器。

【請求項10】

前記制御部は、
前記複数の画素の第１サブセットと、前記第１部分画素領域と隣り合う周辺領域において前記第１方向又は前記第２方向に沿って並ぶ第５画素及び第６画素と、をオン状態にし、
前記第５画素からの第１データ、及び前記第６画素からの第２データを、同時に出力する
ように構成された、
請求項１記載の光検出器。

【請求項11】

前記制御部は、
前記画素領域にわたって前記第１部分画素領域を走査し、
前記第１部分画素領域が走査される所定の期間にわたって、前記第１データ及び前記第２データの各々を積算し、
前記積算された第１データと、前記積算された第２データとの大小関係に基づいて、前記複数の画素の第１サブセットの位置を補正する
ように構成された、
請求項１０記載の光検出器。

【請求項12】

光源と、
前記光源からの出射光を投光するように構成された出射光学系と、
前記出射光の反射光を受光するように構成された受光光学系と、
前記受光した反射光を検出するように構成され、各々が少なくとも１つのセンサを含み、基板上の画素領域に互いに交差する第１方向及び第２方向に沿って２次元に配置された複数の画素と、
制御部と、
シフト回路と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１方向に沿った前記画素領域の第１座標情報に基づいて、前記画素領域内の第１部分画素領域に対応する前記複数の画素の第１サブセットをオン状態にし、
前記第１方向に沿った前記第１座標情報と異なる前記画素領域の第２座標情報に基づいて、前記画素領域内の第２部分画素領域に対応する前記複数の画素の第２サブセットをオン状態にする
ように構成され、
前記第１座標情報及び前記第２座標情報は、前記出射光が投光される方向に応じて決定され、
前記第１部分画素領域の前記第２方向に対する前記第１方向の第１傾きは、前記第２部分画素領域の前記第２方向に対する前記第１方向の第２傾きと異なり、
前記複数の画素は、
前記第２方向に沿って隣り合う第１画素及び第２画素と、
前記第２画素と前記第１方向に沿って隣り合う第３画素及び第４画素と、
を含み、
前記シフト回路は、
前記複数の画素の第１サブセットがオン状態となる場合、前記第２画素、前記第３画素、及び前記第４画素のうち、前記第１画素に対して前記第１傾きで並ぶ画素を前記第１画素に接続し、
前記複数の画素の第２サブセットがオン状態となる場合、前記第２画素、前記第３画素、及び前記第４画素のうち、前記第１画素に対して前記第２傾きで並ぶ画素を前記第１画素に接続する
ように構成された、
距離計測装置。

【請求項13】

前記複数の画素の第１サブセットからの第１データ及び前記複数の画素の第２サブセットからの第２データに基づき、前記第１部分画素領域及び前記第２部分画素領域との間の第３データを生成するように構成された処理部を更に備えた、
請求項１２記載の距離計測装置。

【請求項14】

前記処理部は、前記第３データを用いることなく、前記第２データを用いて前記第１データを平均化するように構成された、
請求項１３記載の距離計測装置。

【請求項15】

前記処理部は、前記第３データを用いて、前記第１データを平均化するように構成された、
請求項１３記載の距離計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、光検出器及び距離計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）と呼ばれる距離計測装置が知られている。ＬＩＤＡＲは、レーザ光を対象物に照射し、対象物から反射された反射光の強度をセンサ（光検出器）によって検出する。そして、ＬＩＤＡＲは、センサから出力される光強度信号の時間変化に基づいて、ＬＩＤＡＲから対象物までの距離を計測する。ＬＩＤＡＲで使用されるセンサは多々有るが、今後有望なものとして、２次元に配列された複数のシリコンフォトマルチプライヤを備える二次元センサ（２Ｄセンサ）が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１９－５１８２００号公報

【文献】特開２０１８－３２８１０号公報

【文献】特開２０１８－１３４２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

受光パターンに生じる傾斜の変化を考慮して画素を選択する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の光検出器は、各々が少なくとも１つのセンサを含み、基板上の画素領域に互いに交差する第１方向及び第２方向に沿って２次元に配置された複数の画素と、制御部と、シフト回路と、を備える。上記制御部は、上記第１方向に沿った上記画素領域の第１座標情報に基づいて、上記画素領域内の第１部分画素領域に対応する上記複数の画素の第１サブセットをオン状態にし、上記第１方向に沿った上記第１座標情報と異なる上記画素領域の第２座標情報に基づいて、上記画素領域内の第２部分画素領域に対応する上記複数の画素の第２サブセットをオン状態にするように構成される。上記第１部分画素領域の上記第２方向に対する上記第１方向の第１傾きは、上記第２部分画素領域の上記第２方向に対する上記第１方向の第２傾きと異なる。上記複数の画素は、上記第２方向に沿って隣り合う第１画素及び第２画素と、上記第２画素と上記第１方向に沿って隣り合う第３画素及び第４画素と、を含む。上記シフト回路は、上記複数の画素の第１サブセットがオン状態となる場合、上記第２画素、上記第３画素、及び上記第４画素のうち、上記第１画素に対して上記第１傾きで並ぶ画素を上記第１画素に接続し、上記複数の画素の第２サブセットがオン状態となる場合、上記第２画素、上記第３画素、及び上記第４画素のうち、上記第１画素に対して上記第２傾きで並ぶ画素を上記第１画素に接続するように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態に係る距離計測装置の構成を説明するためのブロック図。

【図2】第１実施形態に係る光検出器の平面レイアウトを説明するための平面図。

【図3】第１実施形態に係る光検出器の構成を説明するための回路図。

【図4】第１実施形態に係るシフト回路の構成を説明するための回路図。

【図5】第１実施形態に係る画素の構成を説明するための回路図。

【図6】アバランシェフォトダイオードの構造の一例とＳＰＡＤの動作原理とを示す模式図。

【図7】第１実施形態に係る距離計測装置におけるレーザ光のスキャン方法と、受光領域との関係を説明するための模式図。

【図8】第１実施形態に係る距離計測装置における受光領域選択動作を説明するためのフローチャート。

【図9】第１実施形態に係る距離計測装置における受光領域選択動作に使用されるパラメタテーブルを説明するための概念図。

【図10】第１実施形態に係る距離計測装置における受光領域選択動作によって選択される受光領域を説明するための模式図。

【図11】第１実施形態の変形例に係る距離計測装置における受光領域選択動作によって選択される受光領域を説明するための模式図。

【図12】第２実施形態に係る光検出器の構成を説明するための回路図。

【図13】第２実施形態に係る光検出器内のシフト信号とロウ選択との関係を示すテーブルの概念図。

【図14】第３実施形態に係る距離計測装置の構成を説明するためのブロック図。

【図15】第３実施形態に係る距離計測装置のカラムシフトを考慮した場合における位置補正用画素の配置を説明するための模式図。

【図16】第３実施形態に係る距離計測装置のカラムシフトを考慮しない場合における位置補正用画素の配置を説明するための模式図。

【図17】第３実施形態に係る距離計測装置における選択画素補正動作を説明するためのフローチャート。

【図18】第３実施形態に係る距離計測装置における走査モデルの一例を説明するための模式図。

【図19】第３実施形態に係る距離測定装置におけるカラム方向時間オフセットと位置補正用評価値との関係を説明するためのダイアグラム。

【図20】第３実施形態に係る距離測定装置におけるカラム方向時間オフセットと位置補正用評価値との関係を説明するためのダイアグラム。

【図21】第３実施形態に係る距離計測装置において受光部に照射されるレーザ光の照射パターンを説明するための模式図。

【図22】第３実施形態に係る距離計測装置における受光領域選択動作で生成される位置補正用信号を示すテーブルの概念図。

【図23】第４実施形態に係る距離計測装置のデジタル処理部の構成を説明するためのブロック図。

【図24】第４実施形態に係る距離計測装置のデジタル処理部内で生成される傾き無視データのデータ構造を説明するための模式図。

【図25】第４実施形態に係る距離計測装置のデジタル処理部内で生成される傾きが考慮されたデータ構造を説明するための模式図。

【図26】第４実施形態の変形例に係る距離計測装置のデジタル処理部の構成を説明するためのブロック図。

【図27】第４実施形態の変形例に係る距離計測装置のデジタル処理部内で生成される傾きが考慮されたデータ構造を説明するための模式図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、共通する参照符号を付す。また、共通する参照符号を有する複数の構成要素を区別する場合、当該共通する参照符号に添え字を付して区別する。なお、複数の構成要素について特に区別を要さない場合、当該複数の構成要素には、共通する参照符号のみが付され、添え字は付さない。

【0008】

１．第１実施形態
第１実施形態に係る光検出器と、当該光検出器を備える距離計測装置と、について説明する。第１実施形態に係る距離計測装置は、例えば、レーザを使用して対象物との距離を測定するＬｉＤＡＲ（Light detection and ranging）であり、第１実施形態に係る光検出器は、例えば、半導体基板上に集積可能なフォトマルチプライヤ（Semiconductor photon-multiplier、特にＳｉＰＭ：Silicon photon-multiplier）である。

【0009】

１．１ 構成
第１実施形態に係る光検出器を備える距離計測装置の構成について説明する。

【0010】

１．１．１ 距離計測装置
図１は、第１実施形態に係る距離計測装置の構成を説明するためのブロック図である。

【0011】

図１に示すように、距離計測装置１は、対象物ＴＧとの間の距離を測定可能に構成される。距離計測装置１は、例えば、図示しない車載システムの一部に相当し得る。対象物ＴＧは、例えば、距離計測装置１が搭載された乗用車の前方、後方又は側方に存在する、他の乗用車、歩行者、及び障害物等の有形の物体である。

【0012】

距離計測装置１は、出射部１０、出射光学系２０、受光光学系３０、光検出器４０、受光領域制御部５０、及び計測処理部６０を備える。

【0013】

出射部１０は、距離計測装置１が対象物ＴＧとの間の距離の計測に用いるためのレーザ光Ｌ１を生成及び出射する。出射部１０は、例えば、出射制御部１１、ドライバ１２及び１３、並びに光源１４を含む。

【0014】

出射制御部１１は、例えば距離計測装置１の動作の基準となるクロックに基づき、出射トリガを生成する。出射トリガは、距離計測装置１から対象物ＴＧに向けて照射されるレーザ光Ｌ１の出射タイミングに対応するパルス信号を含み、例えば、ドライバ１２及び１３、受光領域制御部５０、並びに計測処理部６０に送出される。また、出射トリガは、クロックを介して、後述するスキャン位置と関連づけられ得る。

【0015】

ドライバ１２は、出射制御部１１からの出射トリガに応じて駆動電流を生成し、生成した駆動電流を光源１４に供給する。つまり、ドライバ１２は、光源１４の電流供給源として機能する。

【0016】

ドライバ１３は、出射制御部１１からの出射トリガに応じて駆動電流を生成し、生成した駆動電流を出射光学系２０内のミラー２２に供給する。つまり、ドライバ１３は、ミラー２２の電流供給源として機能する。

【0017】

光源１４は、レーザダイオード等のレーザ光源である。光源１４は、ドライバ１２から供給された駆動電流に基づいて、レーザ光Ｌ１を間欠的に発光（出射）する。レーザ光Ｌ１は、後述する出射光学系２０を介して対象物ＴＧに照射される。

【0018】

出射光学系２０は、光源１４から入射したレーザ光Ｌ１を対象物ＴＧに出射する。出射光学系２０は、例えば、レンズ２１及びミラー２２を含む。

【0019】

レンズ２１は、光源１４から出射されたレーザ光Ｌ１の光路上に配置される。レンズ２１は、当該レンズ２１を通過するレーザ光Ｌ１をコリメートして、ミラー２２に導光する。

【0020】

ミラー２２は、ドライバ１３から供給される駆動電流に基づいて駆動し、レンズ２１から入射したレーザ光Ｌ１を反射する。例えば、ミラー２２の反射面は、１つの軸、又は互いに交差する２つの軸を中心として回転可能に構成される。ミラー２２から反射されたレーザ光Ｌ１は、対象物ＴＧに向けて、距離計測装置１の外部に出射される。

【0021】

受光光学系３０は、例えば、レンズ３１を含む。

【0022】

レンズ３１は、対象物ＴＧから反射された反射光を集光して、集光した反射光を光検出器４０に導光する。つまり、レンズ３１は、距離計測装置１から照射されたレーザ光Ｌ１の反射光（レーザ光）Ｌ２を含む外部の光を光検出器４０に集める。

【0023】

なお、レーザ光Ｌ１及びＬ２は、距離計測装置１と対象物ＴＧとの間において互いに異なる光路を形成する。すなわち、距離計測装置１は、出射部１０から出射されるレーザ光Ｌ１の光軸と、光検出器４０が受光するレーザ光Ｌ２の光軸とが互いに異なる非同軸光学系を有する。

【0024】

光検出器４０は、ロウ及びカラムによって規定される２次元マトリクス状の画素領域に複数の画素が配置された受光部４１を含む。光検出器４０は、受光領域制御部５０から受けたアドレス信号及びシフト信号に基づき、受光部４１内の複数の画素の一部を、出射トリガ毎に、受光領域として選択する。

【0025】

受光部４１は、レンズ３１を介して入射した反射光Ｌ２を受光する。そして、受光部４１は、受光した反射光Ｌ２の光強度に基づいて電気信号（アナログ信号）を生成し、当該アナログ信号を画素単位で計測処理部６０に出力する。光検出器４０の詳細については後述する。

【0026】

受光領域制御部５０は、受光部４１が反射光Ｌ２を受光する際に選択される（オン状態となる）受光領域を制御する。受光領域制御部５０は、例えば、アドレス選択部５１及びシフト制御部５２を含む。

【0027】

アドレス選択部５１は、出射制御部１１から受ける出射トリガ、又は出射トリガと対応付けが可能な別の信号に基づき、受光部４１の受光領域に対応するアドレスを含むアドレス信号を生成する。アドレス信号は、受光部４１内に配置された複数の画素内の一群の画素を識別し得る信号であり、例えば、１又は複数のロウアドレス、及び１つのカラムアドレスを含む。アドレス選択部５１は、決定されたアドレスを含むアドレス信号をシフト制御部５２に送出する。

【0028】

シフト制御部５２は、アドレス選択部５１から受けたアドレス信号と、予め記憶されたパラメタテーブルに基づき、受光部４１内における受光領域の傾きを規定する情報を含むシフト信号を生成する。そして、アドレス選択部５１によって生成されたアドレス信号、及びシフト制御部５２によって生成されたシフト信号の組は、光検出器４０及び計測処理部６０に送出される。パラメタテーブルの詳細については、後述する。

【0029】

計測処理部６０は、光検出器４０から受けた画素単位のアナログ信号をデジタル信号に変換した後、当該デジタル信号に基づいて距離計測装置１と対象物ＴＧとの間の距離を計測する。具体的には、例えば、計測処理部６０は、ＡＦＥ（Analog front end）６１、及びデジタル処理部６２を含む。

【0030】

ＡＦＥ６１は、例えばトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ：Trans-impedance amplifier）、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ：Analog to digital convertor）、及び時間－デジタル変換器（ＴＤＣ：Time to digital convertor）等を含む。ＡＦＥ６１は、光検出器４０から入力されたアナログ信号を増幅した後、当該増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＦＥ６１は、生成したデジタル信号をデジタル処理部６２に送出する。

【0031】

デジタル処理部６２は、出射制御部１１から受けた出射トリガに基づき、レーザ光Ｌ１の出射タイミングを取得すると共に、ＡＦＥ６１から受けたデジタル信号に基づき、反射光Ｌ２の入射タイミングを取得する。デジタル処理部６２は、上述した出射タイミングと入射タイミングとに基づいて、レーザ光Ｌ１及び反射光Ｌ２の飛行時間を算出する。そして、デジタル処理部６２は、当該飛行時間とレーザ光の速度とに基づいて、距離計測装置１と対象物ＴＧとの間の距離を計測する。なお、反射光Ｌ２の入射タイミングは、例えば、デジタル信号の立ち上がり時間に基づいて決定されてもよいし、デジタル信号のピーク時刻に基づいて決定されてもよい。このような距離の計測方法は、ＴｏＦ（Time of flight）方式とも呼ばれる。

【0032】

デジタル処理部６２は、計測された距離計測データを後段の画像処理回路（図示せず）へと送出する。後段の画像処理回路は、例えば、当該距離計測データに基づき、距離計測装置１の計測対象の領域にわたって距離情報がマッピングされた画像データを生成する。生成された画像データは、例えば距離計測装置１を備える車両等の制御プログラムによって参照される。

【0033】

以上のような構成により、距離計測装置１は、非同軸光学系において、対象物ＴＧとの間の距離を計測することができる。

【0034】

１．１．２ 光検出器
次に、第１実施形態に係る光検出器の構成について説明する。
（平面レイアウト）
図２は、第１実施形態に係る光検出器の平面レイアウトの一例を示す。

【0035】

図２に示すように、受光部４１は、例えば、半導体基板上において、ロウ方向及びカラム方向に広がるマトリクス状に配置される複数の画素ＰＸを含む。複数の画素ＰＸは、カラム方向に対応づけられたカラムアドレスと、ロウ方向に対応づけられたロウアドレスと、によって位置が特定可能に配置される。

【0036】

図２の例では、受光部４１において、ロウ方向に沿ってｉ番目、かつカラム方向に沿ってｊ番目の画素ＰＸが、画素ＰＸ＜ｉ、ｊ＞として示される（０≦ｉ≦Ｍ、０≦ｊ≦Ｎ、Ｍ及びＮは任意の整数）。例えば、複数の画素ＰＸのうち、カラム方向に並ぶ画素の数Ｎは、ロウ方向に並ぶ画素の数Ｍより多い（Ｎ＞Ｍ）。以下では、説明の便宜上、ロウ方向に沿ってｉ番目に位置する複数の画素ＰＸ＜ｉ＞はロウアドレス＜ｉ＞に対応し、カラム方向に沿ってｊ番目に位置する複数の画素ＰＸ＜ｊ＞はカラムアドレス＜ｊ＞に対応するものとして説明する。

【0037】

複数の画素ＰＸの各々は、少なくとも１つの光電子増倍素子を含む。光電子増倍素子としては、例えば、単一光子アバランシェダイオード（Single-Photon Avalanche Diode）が使用される。以下では、単一光子アバランシェダイオードのことを“ＳＰＡＤ”とも呼ぶ。ＳＰＡＤの機能の詳細については後述する。画素ＰＸに複数のＳＰＡＤが設けられる場合、複数のＳＰＡＤは、例えば画素ＰＸ内においてロウ方向及びカラム方向に広がったマトリクス状に配置される。複数のＳＰＡＤを含む画素ＰＸは、シリコン光増倍素子（ＳｉＰＭ：Silicon Photomultiplier）とも呼ばれる。

【0038】

尚、光検出器４０に含まれる画素ＰＸとＳＰＡＤとのそれぞれの個数は、図２に示された個数に限定されず、任意の個数に設計され得る。画素ＰＸとＳＰＡＤとのそれぞれの平面形状は、必ずしも正方形でなくても良い。画素ＰＸの形状は、各画素ＰＸに含まれるＳＰＡＤの形状及び配置に応じて変化し得る。例えば、各画素ＰＸにおいて、ロウ方向に並ぶＳＰＡＤの個数と、カラム方向に並ぶＳＰＡＤの個数とは異なっていても良い。光検出器４０は、異なる形状の画素ＰＸを利用しても良い。ＳＰＡＤの形状は、その他の形状であっても良く、例えば長方形であっても良い。
（光検出器の回路構成）
次に、第１実施形態に係る光検出器の回路構成について説明する。

【0039】

図３は、第１実施形態に係る光検出器の構成を示す回路図である。図３では、受光部４１内の６つの画素ＰＸ＜ｍ，ｎ－１＞、ＰＸ＜ｍ，ｎ＞、ＰＸ＜ｍ，ｎ＋１＞、ＰＸ＜ｍ＋１，ｎ－１＞、ＰＸ＜ｍ＋１，ｎ＞、及びＰＸ＜ｍ＋１，ｎ＋１＞と、当該６つの画素ＰＸに接続され得る選択線群が示される（０≦ｍ≦Ｍ－１、１≦ｎ≦Ｎ－２）。

【0040】

図３に示すように、全ての画素ＰＸは、互いに異なる１つのロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ及び１つのカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌの組に対応づけられる。すなわち、任意の１つの画素ＰＸの第１端及び第２端はそれぞれ、対応するロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ及び対応するカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌに接続される。このため、１つのロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ及び１つのカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌの組を選択することにより、１つの画素ＰＸを選択することができる。

【0041】

より具体的には、ロウアドレス＜ｍ＞に対応づけられた複数の画素ＰＸ＜ｍ＞（…、ＰＸ＜ｍ，ｎ－１＞、ＰＸ＜ｍ，ｎ＞、ＰＸ＜ｍ，ｎ＋１＞、…）の各々の第１端は、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞に共通接続される。同様に、ロウアドレス＜ｍ＋１＞に対応づけられた複数の画素ＰＸ＜ｍ＋１＞（…、ＰＸ＜ｍ＋１，ｎ－１＞、ＰＸ＜ｍ＋１，ｎ＞、ＰＸ＜ｍ＋１，ｎ＋１＞、…）の各々の第１端は、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＋１＞に共通接続される。

【0042】

一方、複数の画素ＰＸ＜ｍ＞の第２端と、複数の画素ＰＸ＜ｍ＋１＞の第２端との間には、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞が設けられる。シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、複数の画素ＰＸ＜ｍ＋１＞の各々に接続されるカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを、複数の画素ＰＸ＜ｍ＞の各々に接続されるカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌに対して、カラム方向にシフトさせる機能を有する。より具体的には、例えば、画素ＰＸ＜ｍ，ｎ＞の第２端に接続されたノードＮ＜ｍ，ｎ＞は、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞を介することにより、画素ＰＸ＜ｍ＋１，ｎ－１＞の第２端に接続されたノードＮ＜ｍ＋１，ｎ－１＞、画素ＰＸ＜ｍ＋１，ｎ＞の第２端に接続されたノードＮ＜ｍ＋１，ｎ＞、及び画素ＰＸ＜ｍ＋１，ｎ＋１＞の第２端に接続されたノードＮ＜ｍ＋１，ｎ＋１＞から選択されるいずれか１つに接続することができる。

【0043】

以下では、説明の便宜上、ノードＮ＜ｍ，ｎ＞がノードＮ＜ｍ＋１，ｎ－１＞に接続される場合、「シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、カラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを左方向にシフトさせる」と言う。ノードＮ＜ｍ，ｎ＞がノードＮ＜ｍ＋１，ｎ＞に接続される場合、「シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、カラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌをシフトさせない」と言う。ノードＮ＜ｍ，ｎ＞がノードＮ＜ｍ＋１，ｎ＋１＞に接続される場合、「シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、カラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを右方向にシフトさせる」と言う。

【0044】

また、以下では、カラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを左方向又は右方向にシフトさせるシフト回路ＳＨの状態を“オン状態”と呼び、カラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌをシフトさせないシフト回路ＳＨの状態を“オフ状態”と呼ぶ。

【0045】

そして、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、全てのカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを、右方向にシフトさせる、左方向にシフトさせる、又はシフトさせないように構成される。具体的には、例えば、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、活性化された信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞及び活性化されない信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞を受けると、画素ＰＸ＜ｍ＞と画素ＰＸ＜ｍ＋１＞との間において、全てのカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを左方向にシフトさせるように構成される。シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、活性化されない信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞及び活性化された信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞を受けると、画素ＰＸ＜ｍ＞と画素ＰＸ＜ｍ＋１＞との間において、全てのカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを右方向にシフトさせるように構成される。また、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、いずれも活性化されない信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞及びｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞、又はいずれも活性化された信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞及びｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞を受けると、画素ＰＸ＜ｍ＞と画素ＰＸ＜ｍ＋１＞との間において、全てのカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌをシフトさせないように構成される。

【0046】

なお、信号が活性化された状態とは、信号が活性化されない状態の反転論理を示す。すなわち、活性化された信号が“Ｈ”レベルの場合、活性化されない信号は“Ｌ”レベルであり、活性化された信号が“Ｌ”レベルの場合、活性化されない信号は“Ｈ”レベルである。

【0047】

以上のように、シフト回路ＳＨがロウ方向に沿って並ぶ各画素ＰＸ間に設けられることにより、カラムアドレスの異なる複数の画素ＰＸを、同一のカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌに接続することができる。

【0048】

図４は、第１実施形態に係るシフト回路の構成を示す回路図である。図４では、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞のうち、図３に示した部分の具体的な回路構成が示される。以下では、説明の便宜上、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞のうち、ノードＮ＜ｍ，ｎ＞と、ノードＮ＜ｍ＋１，ｎ－１＞、Ｎ＜ｍ＋１，ｎ＞、及びＮ＜ｍ＋１，ｎ＋１＞との接続に関する部分の構成について主に説明する。

【0049】

図４に示すように、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、例えば、スイッチング素子ＳＷ＿Ｌ１＜ｎ＞、ＳＷ＿Ｌ２＜ｎ＞、ＳＷ＿Ｒ１＜ｎ－１＞、ＳＷ＿Ｒ１＜ｎ＞、ＳＷ＿Ｒ２＜ｎ－１＞、及びＳＷ＿Ｒ２＜ｎ＞、インバータＩＮＶ＿Ｌ及びＩＮＶ＿Ｒ、並びにバッファＢＵＦ＜ｎ－１＞、ＢＵＦ＜ｎ＞、及びＢＵＦ＜ｎ＋１＞を含む。

【0050】

スイッチング素子ＳＷ＿Ｌ１、ＳＷ＿Ｌ２、ＳＷ＿Ｒ１、及びＳＷ＿Ｒ２の各々は、例えば半導体基板上に形成されたＭＯＳ（Metal oxide semiconductor）トランジスタであるが、これに限らず、任意のスイッチング素子が適用可能である。ＭＯＳトランジスタが適用される場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ｌ１、ＳＷ＿Ｌ２、ＳＷ＿Ｒ１、及びＳＷ＿Ｒ２の各々は、ｐ型のＭＯＳトランジスタでもよく、ｎ型のＭＯＳトランジスタでもよく、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）トランジスタ（トランスファーゲート）でもよい。

【0051】

インバータＩＮＶ＿Ｌは、信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞が供給される入力端と、当該信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞の反転信号を出力する出力端と、を含む。スイッチング素子ＳＷ＿Ｌ１＜ｎ＞は、ノードＮ＜ｍ，ｎ＞に接続された第１端と、ノードＮ［ｎ－１］に接続された第２端と、信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞が供給される制御端と、を含む。スイッチング素子ＳＷ＿Ｌ２＜ｎ＞は、ノードＮ＜ｍ，ｎ＞に接続された第１端と、ノードＮ［ｎ］に接続された第２端と、インバータＩＮＶ＿Ｌの出力端に接続された制御端と、を含む。

【0052】

インバータＩＮＶ＿Ｒは、信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞が供給される入力端と、当該信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞の反転信号を出力する出力端と、を含む。スイッチング素子ＳＷ＿Ｒ１＜ｎ－１＞は、ノードＮ［ｎ－１］に接続された第１端と、バッファＢＵＦ＜ｎ－１＞の入力端に接続された第２端と、インバータＩＮＶ＿Ｒの出力端に接続された制御端と、を含む。スイッチング素子ＳＷ＿Ｒ２＜ｎ－１＞は、ノードＮ［ｎ－１］に接続された第１端と、バッファＢＵＦ＜ｎ＞の入力端に接続された第２端と、信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞が供給される制御端と、を含む。

【0053】

スイッチング素子ＳＷ＿Ｒ１＜ｎ＞は、ノードＮ［ｎ］に接続された第１端と、バッファＢＵＦ＜ｎ＞の入力端に接続された第２端と、インバータＩＮＶ＿Ｒの出力端に接続された制御端と、を含む。スイッチング素子ＳＷ＿Ｒ２＜ｎ＞は、ノードＮ［ｎ］に接続された第１端と、バッファＢＵＦ＜ｎ＋１＞の入力端に接続された第２端と、信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞が供給される制御端と、を含む。

【0054】

バッファＢＵＦ＜ｎ－１＞は、ノードＮ＜ｍ＋１，ｎ－１＞に接続された出力端を含む。バッファＢＵＦ＜ｎ＞は、ノードＮ＜ｍ＋１，ｎ＞に接続された出力端を含む。バッファＢＵＦ＜ｎ＋１＞は、ノードＮ＜ｍ＋１，ｎ＋１＞に接続された出力端を含む。

【0055】

以上のような構成により、図３に示したシフト回路ＳＨ＜ｍ＞が実現される。

【0056】

なお、バッファＢＵＦは、スイッチング素子ＳＷ＿Ｌ１、ＳＷ＿Ｌ２、ＳＷ＿Ｒ１、ＳＷ＿Ｒ２を経由することによって、カラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌに供給される信号に生じる電圧降下を、補償する機能を有する。このため、上記した機能を有する回路であればバッファＢＵＦに限らず適用可能である。例えば、バッファＢＵＦに代えて、インバータが設けられてもよい。

【0057】

バッファＢＵＦに代えてインバータが設けられる場合、カラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌに供給される信号は、シフト回路ＳＨを通過するたびに反転する。このため、偶数番目のロウアドレスを有する画素ＰＸと、奇数番目のロウアドレスを有する画素ＰＸとで、選択される際のカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌに供給される信号の極性が反転するように構成される。
（受光部の回路構成）
次に、第１実施形態に係る受光部の回路構成について説明する。

【0058】

図５は、第１実施形態に係る受光部の備える画素の回路構成の一例を示している。図５では、一例として、画素ＰＸ＜ｍ，ｎ＞の回路構成が示される。

【0059】

図５に示すように、画素ＰＸ＜ｍ，ｎ＞は、例えば、複数のＳＰＡＤ、並びにトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、及びＴｒ４を含む。複数のＳＰＡＤの各々は、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ及びクエンチ抵抗Ｒｑを含む。例えば、トランジスタＴｒ１及びＴｒ２はｎ型のＭＯＳトランジスタであり、トランジスタＴｒ３及びＴｒ４はｐ型のＭＯＳトランジスタである。

【0060】

複数のＳＰＡＤは、高電位ノードＮ０と低電位電源ノードＳＵＢとの間に並列接続される。そして、複数のＳＰＡＤの各々について、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ及びクエンチ抵抗Ｒｑは、高電位ノードＮ０と低電位電源ノードＳＵＢとの間に直列に接続される。具体的には、アバランシェフォトダイオードＡＰＤのアノードが、低電位電源ノードＳＵＢに接続される。アバランシェフォトダイオードＡＰＤのカソードは、クエンチ抵抗Ｒｑの一端に接続される。クエンチ抵抗Ｒｑの他端が、高電位ノードＮ０に接続される。

【0061】

距離計測装置１の距離計測動作において、高電位ノードＮ０の電位は、低電位電源ノードＳＵＢに印加される電圧よりも高い。つまり、距離計測動作において、逆バイアスが、アバランシェフォトダイオードＡＰＤに印加される。高電位ノードＮ０は、ＳＰＡＤに含まれるアバランシェフォトダイオードＡＰＤによる光検出結果の出力端に対応する。

【0062】

トランジスタＴｒ１は、ノードＮ０に接続された第１端と、電圧ＶＳＳが供給される第２端と、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞に接続された制御端と、を含む。トランジスタＴｒ２は、ノードＮ０に接続された第１端と、電圧ＶＳＳが供給される第２端と、カラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌ＜ｎ＞に接続された制御端と、を含む。電圧ＶＳＳは、高電位ノードＮ０より低く、低電位ノードＳＵＢより高い電圧であり、例えば－５Ｖである。なお、上記した電圧値は一例であり、接地電圧、例えば０Ｖであってもよい。

【0063】

トランジスタＴｒ３は、ノードＮ０に接続された第１端と、トランジスタＴｒ４の第１端に接続された第２端と、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞に接続された制御端と、を含む。トランジスタＴｒ４は、出力ノードＯＵＴ＜ｍ，ｎ＞に接続された第２端と、カラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌ＜ｎ＞に接続された制御端と、を含む。

【0064】

以上のように構成されることにより、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞及びカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌ＜ｎ＞がいずれも選択された場合に、画素ＰＸ＜ｍ，ｎ＞内の複数のＳＰＡＤにおける光検出結果に対応する出力信号ＩＯＵＴを、出力ノードＯＵＴ＜ｍ，ｎ＞に出力することができる。また、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞及びカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌ＜ｎ＞の少なくとも一方が選択されない場合には、出力信号ＩＯＵＴを出力ノードＯＵＴ＜ｍ，ｎ＞を介することなく、排出することができる。

【0065】

なお、画素ＰＸの回路構成は、以上で説明した構成に限定されない。例えば、クエンチ抵抗Ｒｑは、トランジスタに置き換えられても良い。高電位ノードＮ０には、クエンチ用のトランジスタがさらに接続されても良い。トランジスタＴｒ１～Ｔｒ４は、出力信号ＩＯＵＴを選択的に出力可能であれば、その他のスイッチング素子であっても良い。また、画素ＰＸは、リカバリのためのトランジスタを含む、アクティブクエンチのＳＰＡＤでもよい。ＳＰＡＤがアクティブクエンチの場合、通常、出力はデジタル信号となるが、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞及びカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌ＜ｎ＞はそれぞれ、出力に繋がるＮＡＮＤゲートの２つの入力のうちの１つに接続されてもよい。

【0066】

１．１．３ ＳＰＡＤ
以下に、図６を参照して、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの構成の一例と、ＳＰＡＤの動作原理とについて説明する。図６は、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの構造の一例とＳＰＡＤの動作原理との概略を示す。

【0067】

まず、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの構成について説明する。アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、例えば、基板９０、ｐ型半導体層９１、ｐ^＋型半導体層９２、及びｎ^＋型半導体層９３を含んでいる。

【0068】

基板９０は、例えばｐ型の半導体基板である。基板９０上に、ｐ型半導体層９１、ｐ^＋型半導体層９２、及びｎ^＋型半導体層９３が、この順番に積層されている。ｐ^＋型半導体層９２におけるｐ型不純物の濃度は、ｐ型半導体層９１におけるｐ型不純物の濃度よりも高い。ｎ^＋型半導体層９３は、ｎ型不純物がドープされた半導体層である。例えば、ｎ^＋型半導体層９３上には、図示が省略された電極が接続される。

【0069】

次に、ＳＰＡＤの動作原理について説明する。第１実施形態に係る距離計測装置１では、基板９０側が低電位電源ノードＳＵＢに対応し、ｎ^＋型半導体層９３が高電位側（カソード）に対応している。

【0070】

距離計測装置１の距離計測動作において、アバランシェフォトダイオードＡＰＤには、基板９０側に負の高い電圧が印加される。つまり、アバランシェフォトダイオードＡＰＤに高い逆バイアスが印加され、ｐ^＋型半導体層９２とｎ^＋型半導体層９３との間に強い電界が発生する（図６（１））。すると、ｐ^＋型半導体層９２とｎ^＋型半導体層９３との接合（すなわち、ＰＮ接合）領域の付近に、空乏層が形成される（図６（２））。距離計測動作では、この状態のアバランシェフォトダイオードＡＰＤが、光信号を検知可能な状態に対応している。

【0071】

そして、アバランシェフォトダイオードＡＰＤに光が照射されると、光のエネルギーの一部が空乏層に到達する（図６（３））。空乏層に光が照射されると、空乏層において電子と正孔の対、すなわちキャリアが発生する場合がある（図６（４））。空乏層に発生したキャリアは、アバランシェフォトダイオードＡＰＤに印加された逆バイアスの電界によりドリフトする（図６（５））。例えば、発生したキャリアのうち正孔は、基板９０側に向かって加速される。一方で、発生したキャリアのうち電子は、ｎ^＋型半導体層９３側に向かって加速される。

【0072】

ｎ^＋型半導体層９３側に向かって加速された電子は、ＰＮ接合の付近に発生した強い電界の下で、原子と衝突する。すると、原子に衝突した電子が、当該原子をイオン化させて、新たな電気と正孔の対を発生させる。アバランシェフォトダイオードＡＰＤに印加された逆バイアスの電圧が、アバランシェフォトダイオードＡＰＤのブレークダウン電圧を超えている場合、このような電子と正孔の対の発生が繰り返される。このような現象は、アバランシェ降伏と呼ばれている（図６（６））。

【0073】

アバランシェ降伏が発生すると、アバランシェフォトダイオードＡＰＤが放電する（図６（７））。ＳＰＡＤの場合、そのままでは放電が止まらない。このような放電は、ガイガー放電と呼ばれている。ガイガー放電が発生すると、ＳＰＡＤの出力ノードを通じて電流が流れる。これにより、ガイガー放電とその後のリカバリに関わる電気信号が、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ、すなわち１つのＳＰＡＤから出力される。

【0074】

また、アバランシェフォトダイオードＡＰＤから出力された電流は、例えばクエンチ抵抗Ｒｑに流れる。その結果、電圧降下が、ＳＰＡＤの出力ノードにおいて発生する（図６（８））。ＳＰＡＤにおけるこのような電圧降下は、クエンチングとも呼ばれる。電圧降下によって、アバランシェフォトダイオードＡＰＤに印加された逆バイアスの電圧がブレークダウン電圧未満になると、ガイガー放電が停止する。それから、アバランシェフォトダイオードＡＰＤのＰＮ接合における容量の充電がなされ、リカバリ電流が流れる。ガイガー放電が止まり、更にアバランシェ現象も終わって暫く後に、アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、次の光を検知することが可能な状態に戻る。

【0075】

以上のように、第１実施形態に係る距離計測装置１の備える受光部４１は、ガイガーモードで使用されるアバランシェフォトダイオードＡＰＤを有している。そして、これらのアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、光入射に応じてアバランシェ降伏を起こし、光検出結果に対応する電気信号を出力する。これにより、受光部４１は、フォトン単位の受光を検知して、電気信号に変換することが出来る。

【0076】

尚、ＳＰＡＤユニットＳＵに使用されるアバランシェフォトダイオードＡＰＤの構造は、以上で説明された構造に限定されない。例えば、ｐ^＋型半導体層９２は省略されても良い。ｐ型半導体層９１、ｐ^＋型半導体層９２、及びｎ^＋型半導体層９３のそれぞれの厚さは、適宜変更され得る。アバランシェフォトダイオードＡＰＤのＰＮ接合は、基板９０との境界近傍に形成されても良い。アバランシェフォトダイオードＡＰＤの構造において、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とが反転されて構成されても良い。

【0077】

１．２ 動作
次に、第１実施形態に係る距離計測装置の動作について説明する。

【0078】

１．２．１ スキャン動作
第１実施形態に係る距離計測装置におけるレーザ光のスキャン動作について図７を用いて説明する。図７では、対象物ＴＧに対して走査されるレーザ光Ｌ１の形状及び軌跡と、当該対象物ＴＧから反射して受光部４１に入射するレーザ光Ｌ２の形状及び軌跡と、の関係が模式的に示される。また、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）では、スキャン動作において、レーザ光Ｌ１が互いに異なる形状及び軌跡によって照射される場合が例示される。

【0079】

まず、レーザ光Ｌ１及びＬ２の形状及び軌跡について説明する。

【0080】

図７（Ａ）に示すように、スキャン動作において、距離計測装置１は、紙面上下方向（縦方向）に細長い形状の照射面を有するレーザ光源、コリメータレンズ、及びシリンドリカルレンズを用いて、レーザ光Ｌ１を対象物ＴＧの縦方向に沿った一連の部分に同時に照射する。これにより、１回の照射により、縦方向に複数の画素ＰＸの受光が可能になり、距離画像の解像度を高めることができる。そして、レーザ光Ｌ１を対象物ＴＧの縦方向に沿った一連の部分に同時に照射しつつ、当該レーザ光Ｌ１を紙面左右方向（横方向）にスライドさせ得る。このようなスキャン動作を実現する手段としては、例えば、ミラー２２に回転ミラーや１軸のミラーを使用することが考えられる。

【0081】

また、図７（Ｂ）に示すように、距離計測装置１は、縦方向に細長い形状の照射面を有するレーザ光源、コリメータレンズ、及びシリンドリカルレンズを用いて、レーザ光Ｌ１を対象物ＴＧの縦方向に沿った一連の部分に同時に照射しつつ、当該レーザ光Ｌ１を横方向にスライドさせる動作を、垂直方向に位置をずらして複数回繰り返し実行し得る。このようなスキャンを実現する手段としては、例えば、ミラー２２に異なるチルト角を有するポリゴンミラー、回転ミラー、及び２軸のミラー等を使用することが考えられる。

【0082】

上述したいずれの方法においても、レーザ光Ｌ１は、縦方向に細長い形状で対象物ＴＧに照射され、当該対象物ＴＧに反射したレーザ光Ｌ２も、縦方向に細長い形状で受光部４１に入射する。

【0083】

縦方向に細長い形状で対象物ＴＧに照射される場合、レーザ光Ｌ１の形状は、距離計測装置１に対するレーザ光Ｌ１の照射位置の出射角に応じて横方向に傾く。例えば、対象物ＴＧの中心において最も出射角が小さくなる場合、対象物ＴＧの横方向に沿った中心部から端部に近づくほど、照射されるレーザ光Ｌ１の形状の横方向への傾きが０から正又は負の大きな値となる。

【0084】

上述の通り、本実施形態に係る距離計測装置１は、非同軸光学系によって構成され、受光部は結像光学系を有する。これにより、対象物に反射したレーザ光Ｌ２は、横方向への傾きを保ったまま受光部４１に入射する（なお、方向は反転する）。このため、受光部４１において、レーザ光Ｌ２の形状は、受光部４１の端部に向かうほど横方向への傾きの絶対値が大きくなる。したがって、本実施形態に係る距離計測装置１では、受光部４１の端部に向かうほど傾きの絶対値が大きくなる。そして、レーザ光Ｌ２が入射する領域に対応する画素ＰＸを、過不足無く適切に選択することが求められる。

【0085】

なお、以下の説明では、レーザ光Ｌ２の形状の長軸方向は、受光部４１のロウ方向に対応し、レーザ光Ｌ２の形状の短軸方向（又はレーザ光Ｌ２が傾く方向）は、受光部４１のカラム方向に対応するものとする。

【0086】

１．２．２ 受光領域選択動作
次に、受光領域選択動作について説明する。受光領域選択動作は、スキャン動作によって受光部４１に入射したレーザ光Ｌ２を効率よく受光するために受光部４１内の一群の画素ＰＸをオン状態にする動作である。

【0087】

図８は、第１実施形態に係る距離測定装置における受光領域選択動作を示すフローチャートである。

【0088】

図８に示すように、ステップＳＴ１０において、受光領域制御部５０のアドレス選択部５１は、出射制御部１１から受けた出射トリガ、又は出射トリガと対応付けが可能な別の信号に基づき、アドレス信号を生成する。上述の通り、出射トリガは、クロックを介して、レーザ光Ｌ１の出射角に対応づけられるため、出射トリガは、受光部４１においてレーザ光Ｌ２が入射するカラムアドレスに更に関連づけられる。したがって、アドレス選択部５１は、出射トリガに基づいて、１つのカラムアドレス（及び１又は複数のロウアドレス）を決定することができる。アドレス選択部５１は、生成したアドレス信号をシフト制御部５２に送出すると共に、光検出器４０及び計測処理部６０に送出する。

【0089】

ステップＳＴ２０において、シフト制御部５２は、アドレス信号内のカラムアドレス及びパラメタテーブルに基づいて、シフト信号を生成する。シフト信号は、例えば、信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜０＞～ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜Ｍ＞、及びｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜０＞～ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜Ｍ＞を含む。シフト制御部５２は、生成したシフト信号を光検出器４０及び計測処理部６０に送出する。

【0090】

ステップＳＴ３０において、光検出器４０は、アドレス信号及びシフト信号に基づき、一群の画素ＰＸを同時にオン状態にする。具体的には、例えば、光検出器４０は、アドレス信号内の１又は複数のロウアドレスに対応する１又は複数のロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌを活性化させると共に、１つのカラムアドレスに対応する１つのカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを活性化させる。これにより、当該活性化された１又は複数のロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ及び１つのカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌに対応する一群の画素ＰＸが同時にオン状態となる。オン状態となった一群の画素ＰＸは、受光部４１に入射したレーザ光Ｌ２が成す受光形状をカバーするように選択される。

【0091】

以上のように動作することにより、受光領域選択動作が終了する。

【0092】

図９は、第１実施形態に係る距離計測装置における受光領域選択動作で使用されるパラメタテーブルを示す概念図である。

【0093】

図９に示すように、シフト制御部５２は、各々が「カラム下限」、「カラム上限」、「シフト方向」、「オフセット」、及び「シフト間隔」の５つの要素を含む複数のレコードを、パラメタテーブルとして予め記憶する。「カラム下限」及び「カラム上限」はそれぞれ、当該レコードが適用されるカラムアドレスの下限及び上限を示す。すなわち、シフト制御部５２は、アドレス選択部５１から受けたアドレス信号内のカラムアドレスが、「カラム下限」と「カラム上限」との間に位置するレコードを用いて、シフト信号を生成する。例えば、シフト制御部５２は、カラムアドレス＜４＞をアドレス選択部５１から受けると、「カラム下限」及び「カラム上限」がそれぞれ“０”及び“４”であるレコードを用いて、シフト信号を生成する。

【0094】

「シフト方向」は、シフト回路ＳＨを用いてカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌをシフトさせる方向を規定する。「シフト方向」が“左”及び“右”である場合、シフト制御部５２は、シフト回路ＳＨがカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌをそれぞれ左方向及び右方向にシフトさせるための信号を生成する。また、「シフト方向」が“－”である場合、シフト制御部５２は、シフト回路ＳＨによってカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌをシフトさせないための信号を生成する。

【0095】

「オフセット」は、ロウアドレスに沿って昇順に並ぶ複数のシフト回路ＳＨのうち、最初にオン状態にするシフト回路ＳＨのロウアドレスを規定する。すなわち、シフト制御部５２は、「オフセット」が“０”である場合、シフト回路ＳＨ＜０＞を最初にオン状態にする。シフト制御部５２は、「オフセット」が“１”である場合、シフト回路ＳＨ＜０＞はオフ状態とし、シフト回路ＳＨ＜１＞を最初にオン状態にする。また、シフト制御部５２は、「オフセット」が“－”である場合、全てのシフト回路ＳＨをオフ状態にする。

【0096】

「シフト間隔」は、オン状態となる２つのシフト回路ＳＨのロウ方向の間隔を規定する。すなわち、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞がオン状態の際、シフト制御部５２は、「シフト間隔」が“０”である場合、シフト回路ＳＨ＜ｍ＋１＞を次にオン状態にする。また、シフト制御部５２は、「シフト間隔」が“１”である場合、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞の次にシフト回路ＳＨ＜ｍ＋２＞をオン状態にする。また、シフト制御部５２は、「シフト間隔」が“－”である場合、全てのシフト回路ＳＨをオフ状態にする。

【0097】

以上のようなパラメタテーブルを参照することにより、シフト制御部５２は、１本のカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌに基づき、カラム方向に傾斜しつつロウ方向に並ぶ一群の画素ＰＸ（複数の画素のサブセット）を、受光領域（部分画素領域）として選択することができる。

【0098】

図１０は、第１実施形態に係る距離計測装置における受光領域選択動作によって選択される受光領域を示す模式図である。図１０では、一例として、アドレス選択部５１からカラムアドレス＜４＞、＜７＞、及び＜１３＞を受けた場合に、図９のパラメタテーブルに基づいて選択される受光領域が示される。

【0099】

図１０に示すように、シフト制御部５２は、カラムアドレスに応じて、異なる傾きを有する受光領域を選択することができる。当該受光領域選択動作について、以下に具体的に示す。

【0100】

まず、アドレス選択部５１からカラムアドレス＜４＞を受けた場合について説明する。

【0101】

シフト制御部５２は、パラメタテーブルを参照し、「カラム下限」及び「カラム上限」がそれぞれ“０”及び“４”のレコードを選択する。

【0102】

シフト制御部５２は、当該レコードの「オフセット」が“０”であるため、シフト回路ＳＨ＜０＞を最初にオン状態にすると判定する。また、シフト制御部５２は、「シフト間隔」が“０”であるため、オン状態にする２つのシフト回路ＳＨの間に、オフ状態のシフト回路ＳＨを設けない（すなわち、シフト回路ＳＨ＜１＞、ＳＨ＜２＞、…をオン状態にする）と判定する。

【0103】

シフト制御部５２は、当該レコードの「シフト方向」が“左”であるため、オン状態にすると判定したシフト回路ＳＨ＜０＞、ＳＨ＜１＞、ＳＨ＜２＞、…に供給する信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜０＞、＜１＞、＜２＞、…を活性化させると共に、信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜０＞、＜１＞、＜２＞、…を非活性とする。

【0104】

以上のように動作することにより、画素ＰＸ＜０，４＞、ＰＸ＜１，３＞、ＰＸ＜２，２＞、…を同時に選択することができる。

【0105】

次に、アドレス選択部５１からカラムアドレス＜７＞を受けた場合について説明する。

【0106】

シフト制御部５２は、パラメタテーブルを参照し、「カラム下限」及び「カラム上限」がそれぞれ“５”及び“１０”のレコードを選択する。

【0107】

シフト制御部５２は、当該レコードの「オフセット」が“１”であるため、シフト回路ＳＨ＜１＞を最初にオン状態にすると判定する。また、シフト制御部５２は、「シフト間隔」が“１”であるため、オン状態にする２つのシフト回路ＳＨの間に、オフ状態のシフト回路ＳＨを１つ設ける（すなわち、シフト回路ＳＨ＜３＞、ＳＨ＜５＞、…をオン状態にする）と判定する。

【0108】

シフト制御部５２は、当該レコードの「シフト方向」が“左”であるため、オン状態にすると判定したシフト回路ＳＨ＜１＞、ＳＨ＜３＞、ＳＨ＜５＞、…に供給する信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜１＞、＜３＞、＜５＞、…を活性化させると共に、信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜１＞、＜３＞、＜５＞、…を非活性とする。また、シフト制御部５２は、オフ状態にすると判定したシフト回路ＳＨ＜０＞、ＳＨ＜２＞、ＳＨ＜４＞、…に供給する信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜０＞、＜２＞、＜４＞、…、及び信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜０＞、＜２＞、＜４＞、…をいずれも非活性とする。

【0109】

以上のように動作することにより、画素ＰＸ＜０，７＞、ＰＸ＜１，７＞、ＰＸ＜２，６＞、ＰＸ＜３，６＞、ＰＸ＜４，５＞、ＰＸ＜５，５＞…を同時に選択することができる。

【0110】

次に、アドレス選択部５１からカラムアドレス＜１３＞を受けた場合について説明する。

【0111】

シフト制御部５２は、パラメタテーブルを参照し、「カラム下限」及び「カラム上限」がそれぞれ“１１”及び“１６”のレコードを選択する。

【0112】

シフト制御部５２は、当該レコードの「オフセット」が“２”であるため、シフト回路ＳＨ＜２＞を最初にオン状態にすると判定する。また、シフト制御部５２は、「シフト間隔」が“２”であるため、オン状態にする２つのシフト回路ＳＨの間に、オフ状態のシフト回路ＳＨを２つ設ける（すなわち、シフト回路ＳＨ＜５＞、ＳＨ＜８＞、…をオン状態にする）と判定する。

【0113】

シフト制御部５２は、当該レコードの「シフト方向」が“左”であるため、オン状態にすると判定したシフト回路ＳＨ＜２＞、ＳＨ＜５＞、ＳＨ＜８＞、…に供給する信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜２＞、＜５＞、＜８＞、…を活性化させると共に、信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜２＞、＜５＞、＜８＞、…を非活性とする。また、シフト制御部５２は、オフ状態にすると判定したシフト回路ＳＨ＜０＞、ＳＨ＜１＞、ＳＨ＜３＞、ＳＨ＜４＞、ＳＨ＜６＞、ＳＨ＜７＞…に供給する信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜０＞、＜１＞、＜３＞、＜４＞、＜６＞、＜７＞、…、及び信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜０＞、＜１＞、＜３＞、＜４＞、＜６＞、＜７＞、…をいずれも非活性とする。

【0114】

以上のように動作することにより、画素ＰＸ＜０，１３＞、ＰＸ＜１，１３＞、ＰＸ＜２，１３＞、ＰＸ＜３，１２＞、ＰＸ＜４，１２＞、ＰＸ＜５，１２＞、ＰＸ＜６，１１＞、ＰＸ＜７，１１＞、ＰＸ＜８，１１＞…を同時に選択することができる。

【0115】

なお、上述の例のうち、アドレス選択部５１からカラムアドレス＜７＞又はカラムアドレス＜１３＞を受ける例では、局所的にみると、隣り合う画素ＰＸ間でカラム方向が変化する場合と変化しない場合とが存在し、傾きが一定でないとも言える。本明細書では、例えば、選択される複数の画素ＰＸのサブセットのうち、ロウ方向に沿った両端の画素ＰＸを結ぶ直線の傾きを、当該複数の画素ＰＸのサブセットを含む部分画素領域の傾きと見なす。これにより、アドレス選択部５１からカラムアドレス＜７＞又は＜１３＞を受ける例における部分画素領域の傾きを一意に定めることができる。なお、当該傾きの定義方法はあくまで一例であり、部分画素領域の傾きが一意に定まるものであれば、任意の定義方法が適用可能である。

【0116】

１．３ 本実施形態に係る効果
第１実施形態によれば、距離計測装置１は、非同軸光学系を有し、ロウ方向に沿って並ぶ複数の画素ＰＸを同時にオン状態にして対象物ＴＧからの反射光Ｌ２を検出する。アドレス選択部５１は、出射トリガに基づいて、１又は複数のロウアドレス及び１つのカラムアドレスを含むアドレス信号を生成する。シフト制御部５２は、パラメタテーブルを参照することにより、アドレス選択部５１が選択するカラムアドレスに応じて、シフト回路ＳＨのシフト方向、オフセット、及びシフト間隔を制御する。これにより、オン状態となる画素ＰＸのカラムアドレスを、ロウ方向に沿って任意のタイミングでシフトさせることができる。このため、受光部４１に入射するレーザ光Ｌ２の形状の傾きがカラム位置によって変化する場合においても、活性化させるカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを増やすことなく、当該受光領域を含む一群の画素ＰＸを過不足なくオン状態にすることができる。したがって、受光パターンに生じる傾斜の変化を考慮しつつ、画素ＰＸを選択することができる。

【0117】

なお、シフト機能が無い受光方式の場合、活性化させるカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを増やして、傾いた受光領域全体をカバーする矩形領域をオン状態にする必要がある。例えば、活性化させるカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを１０倍増やしたとすると、ＳｉＰＭ ＬｉＤＡＲのＳＮ比は、光学的ノイズが支配的であるから、ノイズも１０倍増加する。このため、ＬｉＤＡＲのＳＮ比は、√１０≒３．１６倍悪化する。言い換えると、第１実施形態によれば、シフト機能が無い受光方式と比べ、ＳＮ比が√１０≒３．１６倍改善する。したがって、測距可能距離及び距離精度等の測距距離性能が、全般的に大きく改善することが期待される。

【0118】

補足すると、同軸光学系や分離光学系、回転型の距離計測装置では、本実施形態のような非同軸光学系と異なり、出射されたレーザ光Ｌ１と受光部４１に入射するレーザ光Ｌ２との間に形状の歪み、及び傾斜は発生しない。このように、受光パターンに傾斜が生じる現象は、非同軸光学系に特有の課題である。そして、受光パターンに生じる傾斜の大きさは、距離計測装置１と対象物ＴＧのレーザ光Ｌ１が反射する位置との間の出射角に依存する。このため、縦方向に長いレーザ光Ｌ１を対象物ＴＧに対して横方向にスライドさせながら照射するスキャン方法を適用する場合、受光部４１における受光領域の傾きは、カラム位置が受光部４１の端部に近いほど大きくなり得る。また、受光部４１における受光領域の傾きは、カラム位置が受光部４１の第１端と第２端とで、正負が変化し得る。

【0119】

第１実施形態によれば、シフト制御部５２は、カラムアドレスに応じてシフト方向、オフセット、及びシフト間隔を個別に設定可能なパラメタテーブルを予め記憶する。また、光検出器４０は、ロウ方向に沿って隣り合う画素ＰＸ間に、ロウアドレス毎に設けられた複数のシフト回路ＳＨを有する。これにより、シフト制御部５２は、パラメタテーブルに基づき、任意のロウアドレスに対応するシフト回路ＳＨを活性化させることができる。このため、選択するカラムアドレスに応じて、任意の傾きを有する受光領域を形成することができる。

【0120】

１．４ 変形例
上述の第１実施形態では、アドレス選択部５１が１つのカラムアドレス（例えばカラムアドレス＜ｎ＞）を選択する場合について説明したが、これに限られない。例えば、アドレス選択部５１は、当該１つのカラムアドレス＜ｎ＞に加えて、当該カラムアドレス＜ｎ＞と隣り合うカラムアドレス＜ｎ＋１＞又は＜ｎ－１＞を更に選択してもよい。

【0121】

図１１は、第１実施形態の変形例に係る距離計測装置における受光領域選択動作を説明するための模式図であり、第１実施形態における図１０に対応する。

【0122】

図１１に示すように、アドレス選択部５１は、カラムアドレス＜４＞を選択した場合、カラムアドレス＜４＞に加えてカラムアドレス＜３＞を更に選択してもよい。同様に、カラムアドレス＜７＞を選択した場合、カラムアドレス＜７＞に加えてカラムアドレス＜６＞を更に選択してもよい。カラムアドレス＜１３＞を選択した場合、カラムアドレス＜１３＞に加えてカラムアドレス＜１２＞を更に選択してもよい。

【0123】

なお、最適な選択カラム数は、カラム位置（アドレス）に依存して変わる。傾斜の少ない中央部では、選択カラム数は最小（例えば、１つ）でよいが、傾斜の大きい両端部では、選択カラム数を最大（例えば、２つ）とすべきである。当該変形例では、選択カラム数は、図９のレコードのデータとして追加され、カラム下限及びカラム上限のセット毎に指定される。

【0124】

以上のように動作することにより、受光部４１に入射するレーザ光Ｌ２がカラム方向に沿って複数の画素ＰＸにまたがる場合においても、出力信号ＩＯＵＴを効率的に集めることができる。

【0125】

また、光検出器４０は、アドレス信号及びシフト信号に基づき、第１実施形態に示した既存のロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ及びカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌのうち、選択するカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌの本数を増やすだけでよい。このため、新たな信号線を増やすことなく、出力信号ＩＯＵＴを効率的に集めることができる。

【0126】

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る距離計測装置について説明する。第１実施形態では、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌに供給される信号と、信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ及びｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔとが個別に生成される場合について説明した。第２実施形態は、信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ及びｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔに基づいて、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌに供給される信号を生成する点において、第１実施形態と異なる。以下では、第１実施形態と同等の構成及び動作についてはその説明を省略し、第１実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。

【0127】

２．１ 光検出器の回路構成
図１２は、第２実施形態に係る光検出器の構成を説明するための回路図であり、第１実施形態の図３に対応する。

【0128】

図１２に示すように、光検出器４０には、１つのロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌに対応して、１つの論理和回路ＯＲが設けられる。具体的には、論理和回路ＯＲ＜ｍ＞は、信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞が供給される第１入力端と、信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞が供給される第２入力端と、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞に接続された出力端と、を含む。同様に、論理和回路ＯＲ＜ｍ＋１＞は、信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＋１＞が供給される第１入力端と、信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＋１＞が供給される第２入力端と、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＋１＞に接続された出力端と、を含む。

【0129】

図１３は、第２実施形態に係る光検出器内のシフト信号とロウ選択との関係を示すテーブルである。

【0130】

図１３に示すように、論理和回路ＯＲ＜ｍ＞は、活性化されない（図１３では“Ｆａｌｓｅ”と記載）信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞及びｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞を受けると、活性化されない信号をロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞に出力する。これにより、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞に接続された複数の画素ＰＸ＜ｍ＞は、非選択状態となる。また、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、活性化されない信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞及びｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞を受けると、画素ＰＸ＜ｍ＞と画素ＰＸ＜ｍ＋１＞との間において、全てのカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌをシフトさせないように構成される。

【0131】

論理和回路ＯＲ＜ｍ＞は、活性化された（図１３では“Ｔｒｕｅ”と記載）信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞、及び活性化されないｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞を受けると、活性化された信号をロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞に出力する。これにより、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞に接続された複数の画素ＰＸ＜ｍ＞は、選択状態となる。また、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、活性化された信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞、及び活性化されないｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞を受けると、画素ＰＸ＜ｍ＞と画素ＰＸ＜ｍ＋１＞との間において、全てのカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを右方向にシフトさせるように構成される。

【0132】

論理和回路ＯＲ＜ｍ＞は、活性化されない信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞、及び活性化されたｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞を受けると、活性化された信号をロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞に出力する。これにより、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞に接続された複数の画素ＰＸ＜ｍ＞は、選択状態となる。また、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、活性化されない信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞、及び活性化されたｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞を受けると、画素ＰＸ＜ｍ＞と画素ＰＸ＜ｍ＋１＞との間において、全てのカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌを左方向にシフトさせるように構成される。

【0133】

論理和回路ＯＲ＜ｍ＞は、活性化された信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞及びｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞を受けると、活性化された信号をロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞に出力する。これにより、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌ＜ｍ＞に接続された複数の画素ＰＸ＜ｍ＞は、選択状態となる。また、シフト回路ＳＨ＜ｍ＞は、活性化された信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞及びｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ＜ｍ＞を受けると、画素ＰＸ＜ｍ＞と画素ＰＸ＜ｍ＋１＞との間において、全てのカラム選択線ｃｏｌ＿ｓｅｌをシフトさせないように構成される。

【0134】

以上のように構成されることにより、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌに供給される信号を、同一のロウアドレスに対応する信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ及びｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔに基づいて生成することができる。

【0135】

２．３ 本実施形態に係る効果
第２実施形態によれば、光検出器４０は、信号ｌｅｆｔ＿ｓｈｉｆｔ及び信号ｒｉｇｈｔ＿ｓｈｉｆｔが入力されロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌに接続された出力端を有する論理和回路ＯＲを含む。これにより、ロウ選択線ｒｏｗ＿ｓｅｌに供給される信号を個別に生成することなく、画素ＰＸをオン状態にすることができる。これにより、画素領域選択動作に使用する信号の数を削減することができる。このため、距離計測装置１の設計負荷の増加を抑制することができる。

【0136】

３． 第３実施形態
次に、第３実施形態に係る距離計測装置について説明する。第３実施形態は、画素領域選択動作において、選択される画素領域を補正するための位置補正用画素を更に選択する選択画素補正動作を実行する点において、第１実施形態及び第２実施形態と異なる。以下では、第１実施形態と同等の構成及び動作についてはその説明を省略し、第１実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。

【0137】

３．１ 距離計測装置の構成
図１４は、第３実施形態に係る距離計測装置の構成を示すブロック図であり、第１実施形態の図１に対応する。

【0138】

図１４に示すように、デジタル処理部６２は、受光部４１から出力された複数の画素ＰＸの出力信号に基づいて位置補正用信号を生成し、当該位置補正用信号をアドレス選択部５１及びシフト制御部５２に送出する。位置補正用信号は、受光部４１においてオン状態となる画素ＰＸの組合せを微修正（補正）するための信号である。

【0139】

アドレス選択部５１及びシフト制御部５２は、位置補正用信号を受けると、当該位置補正用信号に予め対応づけられた補正処理をアドレス信号及びシフト信号にそれぞれ施す。補正処理が施されたアドレス信号及びシフト信号は、光検出器４０及び計測処理部６０に送出される。補正処理の詳細については、後述する。

【0140】

なお、光検出器４０は、デジタル処理部６２において位置補正用信号を生成するために選択される位置補正用の画素を更にオン状態にしてもよい。以下の説明では、主に位置補正用信号を生成するための画素を、位置補正用画素と呼び、主に測距に使用される画素を、測距用画素と呼び、必要に応じて互いに区別する。なお、当該名称は便宜上のものであり、位置補正用画素が測距に使用されること、測距用画素が位置補正に使用されることを禁止するものではない。

【0141】

３．２ 位置補正用画素
図１５及び図１６は、第３実施形態に係る距離計測装置における位置補正用画素を示す模式図である。図１５及び図１６では、測距用画素に対する位置補正用画素の配置される位置の具体例が３つ示される。図１５及び図１６はそれぞれ、同一の３つの具体例について、カラム方向シフトが考慮された場合、及び考慮されない場合に対応する。なお、以降の説明では、説明を簡単にするため、カラム方向シフトが考慮されない図１６を用いて説明する。

【0142】

図１６（Ａ）の例では、測距用画素の中心のカラム位置において、当該測距用画素のロウ方向に沿った両端に位置する画素のペア（図１６（Ａ）における画素（ａ）及び（ｂ））が、ロウ方向の位置補正用画素として使用される。また、測距用画素の中心のロウ位置において、当該測距用画素のカラム方向に沿った両端に位置する画素のペア（図１６（Ａ）における画素（ｃ）及び（ｄ））が、カラム方向の位置補正用画素として使用される。なお、測距用画素の中心に位置する画素は、カラム方向及びロウ方向の各々の位置補正に使用され得る。このように、位置補正用画素は、必ずしも測距用画素の端部に位置する必要はないが、ロウ方向又はカラム方向に沿って、必ず複数個配置される。ここで、位置補正用画素の、測距用画素に対する相対位置は、測距用画素の絶対位置に依存せず、不変である。

【0143】

図１６（Ｂ）の例では、測距用画素を囲む４辺のうち、ロウ方向に沿った２辺に位置する画素群のペアが、ロウ方向の位置補正用画素として使用される。また、測距用画素を囲む４辺のうち、カラム方向に沿った２辺に位置する画素群のペアが、カラム方向の位置補正用画素として使用される。ロウ方向に沿って並ぶ２辺の画素群の各々のカラム方向の重心位置は等しくなり、カラム方向に沿って並ぶ２辺の画素群の各々のロウ方向の重心位置が、等しくなるように、画素群のペアが配置される。

【0144】

このように、複数の画素と複数の画素とがペアとなる場合、２つの画素群のうちの１つの画素群の出力は結合され、１つのデータとして出力されてもよい。これにより、画素数が１個の場合よりも出力値を大きくすることができ、後述する位置補正用評価値を得るための時間を短縮することができる。また、複数の画素を併用することによって、外部要因による各種ばらつきに対して出力が影響されにくくなり、より精度よくロバストに選択画素補正動作を実行し得る。

【0145】

図１６（Ｃ）の例では、測距用画素の４角の画素の外側、すなわち、測距用画素の左上、右上、左下、及び右下に位置する画素が、カラム方向及びロウ方向の各々の位置補正に使用される。具体的には、例えば、左上及び右上に位置する位置補正用画素の組の出力が加算されたデータと、左下及び右下に位置する位置補正用画素の組の出力が加算されたデータと、がロウ方向位置補正用画素のペアからの出力として使用される。また、例えば、左上及び左下に位置する位置補正用画素の組の出力が加算されたデータと、右上及び右下に位置する位置補正用画素の組の出力が加算されたデータと、がカラム方向位置補正用画素のペアからの出力として使用される。なお、当該出力を加算する処理は、結線による電流の結合で実現してもよい。

【0146】

以上、図１６に示したいずれの場合においても、カラム方向位置補正用画素のペアとなる１対の画素のロウ方向の位置は等しくなるように配置され、同時に（同じ画素群を選択するタイミングで）出力される。同様に、ロウ方向位置補正用画素のペアとなる１対の画素のカラム方向の位置は等しくなるように配置され、同時に出力される。

【0147】

３．３ 選択画素補正動作
次に、第３実施形態に係る距離計測装置における選択画素補正動作について説明する。

【0148】

３．３．１ フローチャート
まず、第３実施形態に係る距離計測装置における選択画素補正動作のフローについて説明する。図１７は、第３実施形態に係る距離計測装置における選択画素補正動作を説明するためのフローチャートである。

【0149】

図１７に示すように、ステップＳＴ４０において、光検出器４０は、受光系の走査（すなわち、光検出器４０における画素選択動作）をモデル化した走査モデルを選択する。

【0150】

ステップＳＴ５０乃至ＳＴ７０において、距離計測装置１は、ステップＳＴ４０において選択された走査モデルに基づいて、出射光学系２０の走査と、光検出器４０における画素選択動作とを同期させるためのパラメタの初期設定を行う。

【0151】

具体的には、ステップＳＴ５０において、距離計測装置１は、受光部４１において画素選択する範囲を規定するパラメタとして、カラム方向の振幅、ロウ方向の位置オフセット、及びロウ方向の間隔の初期設定を行う。

【0152】

ステップＳＴ６０において、距離計測装置１は、受光部４１において画素選択するタイミングを規定するパラメタとして、カラム方向の時間オフセットの初期設定を行う。なお、カラム方向の振幅は、カラム方向の時間オフセットと共に、ステップＳＴ６０において初期設定されてもよい。

【0153】

ステップＳＴ７０において、距離計測装置１は、受光部４１において選択する画素をシフトさせるための各種パラメタの初期設定を行う。

【0154】

ステップＳＴ８０において、距離計測装置１は、カラム方向の時間オフセット、ロウ方向の位置オフセット、及びロウ方向の間隔を微修正する。

【0155】

以上のように動作することにより、選択画素補正動作が終了する。

【0156】

以下に、図１７において示した各処理の詳細について順に説明する。

【0157】

３．３．２ 走査モデルの選択
光検出器４０において選択される画素領域を出射光学系２０の走査に同期させるにあたり、まず、出射光学系２０の走査方法に合った光検出器４０の走査モデルが選択される（ＳＴ４０）。

【0158】

例えば、出射光学系２０のミラー２２にポリゴンミラー又は回転ミラーが用いられる場合、並びに出射光学系２０が回転型で構成される場合（走査モデル１）、レーザ光Ｌ１の水平方向に沿った出射位置は、一次関数で近似され得る。このため、走査モデル１における光検出器４０のカラム方向の画素選択位置ｘは、時間ｔの関数として、以下の式（１）に表される。

【0159】

ｘ＝２ａ×（ｔ－φ）／（Ｔ－ΔＴ） （ただし、φ≦ｔ＜Ｔ－ΔＴ＋φ）…（１）
ａは、水平振幅の半値（以下、「振幅」とも呼ぶ）であり、φは時間ｔについてのカラム方向のオフセット（以下、「カラム方向時間オフセット」とも呼ぶ）、Ｔは周期、ΔＴはブランキングタイムである。振幅ａ、周期Ｔ、及びブランキングタイムΔＴは、走査速度ｖ＝２ａ／（Ｔ－ΔＴ）を用いて表現され得る。

【0160】

また、例えば、出射光学系２０のミラー２２にＭＥＭＳ（Micro electro mechanical systems）が用いられる場合（走査モデル２）、レーザ光Ｌ１の水平方向に沿った出射位置は、正弦関数で近似され得る。このため、走査モデル２における光検出器４０のカラム方向の画素選択位置ｘは、時間ｔの関数として、以下の式（３）に表される。

【0161】

ｘ＝ａ×ｓｉｎ（ωｔ－φ） …（３）
ωは、角速度であり、式（１）における周期Ｔに対応する。

【0162】

図１８は、第３実施形態に係る距離計測装置における走査モデルの一例を示す模式図である。図１８では、第１実施形態の図７（Ｂ）に示したスキャン動作が適用される場合におけるレーザ光Ｌ２の走査位置と、ロウ方向に関するパラメタとの関係が示される。

【0163】

いずれの走査モデルにおいても、光検出器４０は、図１８に示したように、上述したカラム方向の走査を、ロウ方向に沿った位置オフセットＲ０（以下、「ロウ方向位置オフセット」とも呼ぶ）から開始し、ロウ方向間隔ΔＲ毎にずらしながら行数ｎ回分だけ繰り返す。周期Ｔ及び行数ｎがユーザによって予め設定される場合、振幅ａ、カラム方向時間オフセットφ、ロウ方向位置オフセットＲ０、及びロウ方向間隔ΔＲが初期設定すべき独立なパラメタとなる。

【0164】

なお、上述の例では、説明を簡単にするために、走査モデルを関数表現としているが、これに限られない。例えば、走査モデルは、関数表現に限らず、上記したパラメタの組と、対応する値の組と、が互いに関連づけられたテーブル表現であってもよい。

【0165】

３．３．３ 振幅、ロウ方向位置オフセット、及びロウ方向間隔の初期設定
走査モデルが選択されると、続いて、振幅ａ、ロウ方向位置オフセットＲ０、及びロウ方向間隔ΔＲの初期設定が実行される（ＳＴ５０）。

【0166】

アドレス選択部５１は、光検出器４０内の選択画素を極めてゆっくり受光部４１全面にわたって走査させる。光検出器４０は、当該長い時間の間、選択される画素毎の受光量を積分させて出力する。出力結果に基づき、計測処理部６０は、受光部４１内においてレーザ光Ｌ２を受光し得る領域（フレーム）を、カラム方向とロウ方向の各々について判定する。

【0167】

当該判定結果に基づき、計測処理部６０は、カラム方向に関するパラメタである振幅ａと、ロウ方向に関するパラメタであるロウ方向位置オフセットＲ０及びロウ方向間隔ΔＲを決定する。決定された振幅ａ、ロウ方向位置オフセットＲ０、及びロウ方向間隔ΔＲは、受光領域制御部５０に設定される。

【0168】

３．３．４ カラム方向時間オフセットの初期設定
続いて、カラム方向時間オフセットφの初期設定が実行される（ＳＴ６０）。

【0169】

アドレス選択部５１は、ステップＳＴ５０において振幅ａ、ロウ方向位置オフセットＲ０、及びロウ方向間隔ΔＲが設定された状態で、カラム方向時間オフセットφを所定期間毎（例えば、１フレームの走査期間毎）に大きく変化させながら、光検出器４０内の選択画素を走査させる。光検出器４０は、位置補正用画素の受光量を積分させて出力する。計測処理部６０は、１フレームにわたって、対応する位置補正用画素の出力を積算する。例えば、計測処理部６０は、図１５（Ａ）における画素（ｃ）及び（ｄ）の各々の出力（輝度値）を、１フレームにわたって積算し、位置補正に使用する評価値（位置補正用評価値）を算出する。

【0170】

なお、計測処理部６０は、輝度の大きさだけでなく、測距可能な確率、測距データの信頼度に基づいて位置補正用評価値を算出してもよい。測距可能な確率を位置補正用評価値として用いる場合、計測処理部６０は、位置補正用画素の出力を用いた測距が成功したか否かを判定し、成功と判定された回数を、例えば、１フレームの走査に要する期間でカウント（又は積算）する。測距が成功したか否かは、例えば、位置補正用画素の輝度値又は信頼度が、所定の閾値より大きいか否か、に基づいて判定される。

【0171】

図１９及び図２０は、第３実施形態に係る距離測定装置におけるカラム方向時間オフセットと位置補正用評価値との関係を示すダイアグラムである。図１９では、カラム方向時間オフセットφの変化に対する、図１５（Ａ）で示した配置のカラム方向位置補正用画素（ｃ）及び（ｄ）について算出された位置補正用評価値の推移が、それぞれ線Ｌｃ及びＬｄとして示される。図２０（Ｂ１）～図２０（Ｂ３）では、特定のカラム方向時間オフセットφにおける位置補正用評価値が、カラム位置に沿った評価値の分布と共に示される。図２０（Ａ）は、図２０（Ｂ１）～図２０（Ｂ３）に示した評価値の分布と、カラム位置との対応関係を模式的に示す。

【0172】

図１９に示すように、線Ｌｃ及びＬｄはそれぞれ、互いに異なるカラム方向時間オフセットφｃ及びφｄにおいて、ピーク値をとる。これは、カラム方向位置補正用画素（ｃ）及び（ｄ）がそれぞれカラム方向時間オフセットφｃ及びφｄにおいて受光領域の中心付近に位置することを示す。すなわち、カラム方向時間オフセットφｃにおける線Ｌｃ及びＬｄはそれぞれ、図２０（Ｂ１）における左側の斜線部及び右側の斜線部に対応し、カラム方向時間オフセットφｄにおける線Ｌｃ及びＬｄはそれぞれ、図２０（Ｂ３）における左側の斜線部及び右側の斜線部に対応する。

【0173】

また、線Ｌｃ及びＬｄは、カラム方向時間オフセットφｃ及びφｄの間のオフセット値φ０において、交差する。これは、カラム方向時間オフセットφ０において、２つのカラム方向位置補正用画素（ｃ）及び（ｄ）の位置補正用評価値（例えば、輝度値や測距可能な確率）が等しくなり、当該２つのカラム方向位置補正用画素（ｃ）及び（ｄ）の間の画素（すなわち、測距用画素）において、位置補正用評価値が更に高くなることを示す。すなわち、カラム方向時間オフセットφ０における線Ｌｃ及びＬｄはそれぞれ、図２０（Ｂ２）における左側の斜線部及び右側の斜線部に対応する。

【0174】

このようなカラム方向時間オフセットφ０を初期値として設定することにより、カラム方向の受光領域に対する画素選択領域のずれを小さくすることが期待できる。

【0175】

なお、上述したカラム方向時間オフセットφの初期設定では、被写体（ターゲット）を必要とするが、車載用ＬｉＤＡＲの場合、定常的に路面（例えば、駐車場の地面）からの反射光を受光できるため、当該路面を被写体として利用することができる。路面を被写体として利用する場合、当該路面は視野の下半分にあるため、上述の１フレーム分の走査に要する期間でカウント（又は積算）できるデータは、１フレームのうちの下半分の領域となる。このため、計測処理部６０は、１フレームのうちの路面に対応する下半分の領域を走査する期間において、位置補正用画素からの出力を積算する。

【0176】

また、上述したカラム方向時間オフセットφの初期設定では、路面のうち、測距可能な確率の高い、比較的短距離の路面を利用することが望ましい。これにより、測距可能な確率の低い長距離の路面を被写体とする場合よりも、比較的短期間で初期設定を完了させることができる。

【0177】

３．３．５ シフトパラメタの初期設定
走査モデルの各種パラメタの初期値が決定された後、シフトパラメタの初期値が設定される（ＳＴ７０）。

【0178】

図２１は、第３実施形態に係る距離計測装置において受光部に照射されるレーザ光の照射パターンを示す模式図である。

【0179】

図２１に示すように、受光部４１に照射されるレーザ光Ｌ２の照射パターンは、ロウ方向に或る傾きを有しつつ、ロウ方向における中心の画素ＰＸ＿ｃｅｎｔｅｒについて、概ね２回対称である。ステップＳＴ６０までは、当該照射パターンの傾きがゼロであると仮定して、当該照射パターンの中心画素ＰＸ＿ｃｅｎｔｅｒの位置が概ね正しくなるように振幅ａ、及びカラム方向時間オフセットφ等のパラメタの初期値が算出されていることに注意する。

【0180】

上述の通り、シフト量は、カラム位置に依存するため、例えば、図９に示したようなテーブルが設定される。通常、シフト量は、光学系の設計時から大きく変化することはないため、当該設計時のシフトパラメタを固有値として使用することで、概ね最適な結果を得ることができる。

【0181】

なお、シフトパラメタは、設計時に定めされた所定のテーブルによらず、自動的に求めることもできる。例えば、あるカラム位置におけるシフトパラメタを決定する場合、当該シフトパラメタ決定対象のカラム位置における測距用画素からの出力値が用いられる。

【0182】

具体的には、例えば、シフト制御部５２は、シフトを考慮しない場合の測距用画素によって選択される領域を、中心の画素を固定しつつ左側に徐々にシフトさせる。計測処理部６０は、測距用画素をシフトさせる毎に出力を受け、当該測距用画素に関する評価値を算出する。続いて、シフトを考慮しない場合の測距用画素によって選択される領域を、中心の画素を固定しつつ右側に徐々にシフトさせる。計測処理部６０は、測距用画素をシフトさせる毎に出力を受け、当該測距用画素に関する評価値を算出する。ここでの評価値は、上述した位置補正用評価値と同様、輝度の大きさ、測距可能な確率、及び測距データの信頼度等が適用可能である。

【0183】

このようにして左右への複数回のシフトの各々について算出された評価値のうち、最大となる評価値を与える際の測距用画素の選択領域を規定するシフトパラメタが、当該シフトパラメタ決定対象のカラム位置におけるシフトパラメタとして適用される。そして、当該シフトパラメタの決定手法が、例えば、図９に示したテーブルの各行に対応するカラム位置について実行される。

【0184】

以上により、シフトパラメタが設定される。

【0185】

３．３．６ カラム方向時間オフセット、ロウ方向位置オフセット、及びロウ方向間隔の微修正
続いて、カラム方向時間オフセットφ、ロウ方向位置オフセットＲ０、及びロウ方向間隔ΔＲの微修正が実行される（ＳＴ８０）。

【0186】

カラム方向時間オフセットφの微修正処理では、カラム方向時間オフセットφを変化させる幅が微少となる点を除いて、カラム方向時間オフセットφの初期設定と同等の処理が実行される。具体的には、カラム方向時間オフセットφの微修正処理では、１画素分、又は１画素の数分の１から数十分の１に対応する幅で、カラム方向時間オフセットφを変化させる。

【0187】

図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ１）に示すように、画素（ｃ）の方が画素（ｄ）よりも位置補正用評価値が大きい場合、測距用画素が受光領域に対して紙面右側にずれていることが示唆される。このため、アドレス選択部５１は、例えば、１画素の５０分の１に相当する量だけ測距用画素及び位置補正用画素を紙面左側にずらすように、カラム方向時間オフセットφを微修正する。

【0188】

また、図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ３）に示すように、画素（ｄ）の方が画素（ｃ）よりも位置補正用評価値が大きい場合、測距用画素が受光領域に対して紙面左側にずれていることが示唆される。このため、アドレス選択部５１は、例えば、１画素の５０分の１に相当する量だけ測距用画素及び位置補正用画素を紙面右側にずらすように、カラム方向時間オフセットφを微修正する。

【0189】

アドレス選択部５１は、カラム方向時間オフセットφの微修正量が所定量を超えた場合（例えば、微修正量が小数点以下の値が１を超えた場合）、測距用画素及び位置補正用画素を実際に１画素移動させるように、アドレス信号を生成する。

【0190】

ロウ方向位置オフセットＲ０、及びロウ方向間隔ΔＲの微修正処理では、カラム方向時間オフセットφの微修正処理と同等の処理が実行される。

【0191】

すなわち、図２０（Ａ）の画素（ａ）の方が画素（ｂ）よりも位置補正用評価値が大きい場合、測距用画素が受光領域に対して紙面下側にずれていることが示唆される。このため、アドレス選択部５１は、例えば、１画素の５０分の１に相当する量だけ測距用画素及び位置補正用画素を紙面上側にずらすように、ロウ方向位置オフセットＲ０及びロウ方向間隔ΔＲを微修正する。

【0192】

また、図２０（Ａ）の画素（ｂ）の方が画素（ａ）よりも位置補正用評価値が大きい場合、測距用画素が受光領域に対して紙面上側にずれていることが示唆される。このため、アドレス選択部５１は、例えば、１画素の５０分の１に相当する量だけ測距用画素及び位置補正用画素を紙面下側にずらすように、ロウ方向位置オフセットＲ０及びロウ方向間隔ΔＲを微修正する。

【0193】

アドレス選択部５１は、ロウ方向位置オフセットＲ０及びロウ方向間隔ΔＲの微修正量が所定量を超えた場合（例えば、微修正量が小数点以下の値が１を超えた場合）、測距用画素及び位置補正用画素を実際に１画素移動させるように、アドレス信号を生成する。

【0194】

以上の方法により、光検出器４０において選択される画素の走査を、出射光学系２０から出射されるレーザ光Ｌ１の走査に対して精度よく自動追随させることができる。

【0195】

なお、上述したカラム方向時間オフセットφ、ロウ方向位置オフセットＲ０、及びロウ方向間隔ΔＲの微修正では、カラム方向時間オフセットφの初期設定と同様に、被写体を必要とする。このため、計測処理部６０は、１フレームのうちの路面に対応する下半分の領域を走査する期間において、位置補正用画素からの出力を積算する。

【0196】

一方、カラム方向時間オフセットφ、ロウ方向位置オフセットＲ０、及びロウ方向間隔ΔＲの微修正では、カラム方向時間オフセットφを大きく変化させる初期設定と異なり、比較的長距離の路面を利用することが望ましい。ところで、本実施形態の非同軸光学系においては、出射光学系２０からの出射光Ｌ１の光軸と、受光光学系Ｌ２への反射光Ｌ２の光軸とが異なるため、一般に、長距離からの反射光Ｌ２について、出射光Ｌ１の光軸の方向と反射光Ｌ２の光軸の方向とが一致するように調整される。しかしながら、短距離からの反射光Ｌ２に対しては、出射光Ｌ１の光軸の方向と反射光Ｌ２の光軸の方向との間に差（視差）が生じる。比較的長距離の路面を利用することにより、被写体からの反射光が受ける視差、そしてその影響を、短距離の路面を利用する場合よりも低減することができ、微修正の精度を高めることができる。

【0197】

図２２は、第３実施形態に係る距離計測装置における選択画素補正動作で生成される位置補正用信号の具体例を示すテーブルである。図２２の例では、図１５（Ｃ）に示した４角の位置補正用画素の出力値の大小関係に応じて生成される位置補正用信号が示す測距用画素領域の補正方向の一例が示される。

【0198】

図２２に示すように、左下画素の出力値が他の３角の画素の出力値よりも大きい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の下方の画素を左方向へシフトさせるように生成される。

【0199】

右下画素の出力値が他の３角の画素の出力値よりも大きい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の下方の画素を、右方向へシフトさせるように生成される。

【0200】

右下画素及び左下画素の出力値が他の２角の画素の出力値よりも小さい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の全ての画素を下方向へシフトさせるように生成される。

【0201】

左上画素の出力値が他の３角の画素の出力値よりも小さい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の上方の画素を左方向へシフトさせるように生成される。

【0202】

左上画素及び左下画素の出力値が他の２角の画素の出力値よりも小さい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の全ての画素を左方向へシフトさせるように生成される。

【0203】

左上画素及び右下画素の出力値が他の２角の画素の出力値よりも小さい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の上方の画素を左方向へシフトさせ、かつ下方の画素を右方向へシフトさせるように生成される。

【0204】

左上画素、右下画素、及び左下画素の出力値が他の１角の画素の出力値よりも小さい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の上方の画素を左方向へシフトさせ、かつ全ての画素を下方向へシフトさせるように生成される。

【0205】

右上画素の出力値が他の３角の画素の出力値よりも小さい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の上方の画素を右方向へシフトさせるように生成される。

【0206】

右上画素及び左下画素の出力値が他の２角の画素の出力値よりも小さい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の上方の画素を右方向へシフトさせ、かつ下方の画素を左方向へシフトさせるように生成される。

【0207】

右上画素及び右下画素の出力値が他の２角の画素の出力値よりも小さい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の全ての画素を右方向へシフトさせるように生成される。

【0208】

右上画素、右下画素、及び左下画素の出力値が他の１角の画素の出力値よりも小さい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の上方の画素を右方向へシフトさせ、かつ全ての画素を下方向へシフトさせるように生成される。

【0209】

右上画素及び左上画素の出力値が他の２角の画素の出力値よりも小さい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の全ての画素を上方向へシフトさせるように生成される。

【0210】

右上画素、左上画素、及び左下画素の出力値が他の１角の画素の出力値よりも小さい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の全ての画素を上方向へシフトさせ、かつ下方の画素を左方向へシフトさせるように生成される。

【0211】

右上画素、左上画素、及び右下画素の出力値が他の１角の画素の出力値よりも小さい場合、位置補正用信号は、測距用画素領域の全ての画素を上方向へシフトさせ、かつ下方の画素を右方向へシフトさせるように生成される。

【0212】

なお、図２２に示した補正方向はあくまで一例であり、位置補正用画素の出力値に応じて任意の設定を適用することができる。

【0213】

また、上述の通り、図１５（Ｃ）における左上画素及び右上画素の出力値の合計は、図１５（Ａ）における画素（ａ）の出力値に対応し得る。図１５（Ｃ）における左下画素及び右下画素の出力値の合計は、図１５（Ａ）における画素（ｂ）の出力値に対応し得る。図１５（Ｃ）における左上画素及び左下画素の出力値の合計は、図１５（Ａ）における画素（ｃ）の出力値に対応し得る。図１５（Ｃ）における右上画素及び右下画素の出力値の合計は、図１５（Ａ）における画素（ｄ）の出力値に対応し得る。このように、位置補正用画素を図１５（Ｃ）とは異なる場所に配置した場合（例えば、図１５（Ａ）に示した配置の場合）においても、図２２と同等の補正方向の表を作成することができる。

【0214】

３．３ 本実施形態に係る効果
第３実施形態によれば、距離計測装置１は、選択画素補正動作を、出射光学系２０の走査位置及び角度等に対するセンサ（図示せず）と当該センサの信号伝達系を必要とすることなく実行できる。このため、当該センサ及び信号伝達系を必要とする補正動作と比べて、コストを低減できる。

【0215】

また、上述の通り、第３実施形態に係る選択画素補正動作は、出射光学系２０の走査位置及び角度等に対するセンサを必要としない。このため、位置補正用信号と、当該センサの信号との対応ずれを考慮する必要がなく、より原理的に堅牢な補正動作を実現できる。また、出射光学系２０のセンサ等に依存しないため、受光系の独立性が高く、出射系と受光系とを自由に組み合わせることができるので、利便性が高めることができる。

【0216】

また、カラム方向用位置補正用画素は、同じロウ位置において複数配置され、ロウ方向用位置補正用画素は、同じカラム位置において複数配置される。当該カラム方向用位置補正用画素及びロウ方向用位置補正用画素は、同時に出力される。これにより、選択画素の走査によって照射位置がサンプリングタイミング毎に変化しても、サンプリングタイミング毎にカラム方向用位置補正用画素及びロウ方向用位置補正用画素の出力を全て得ることができる。

【0217】

３．４ 変形例
なお、上述の第３実施形態では、光検出器４０における選択画素の走査（受光系の走査）を出射光学系２０の走査に合わせる第１同期手法について説明したが、これに限られない。例えば、出射光学系２０の走査を受光系の走査に合わせる第２同期手法が適用されてもよいし、第１同期手法と第２同期手法とが適宜組み合わされてもよい。

【0218】

例えば、第２同期手法が適用される場合、カラム方向時間オフセットφの調整は、レーザ光Ｌ１の出射トリガに対するオフセット時間の調整に代替されることができる。カラム方向時間オフセットφに代えて出射トリガに対するオフセット時間を調整する場合、微修正処理における１画素の数十分の１程度の修正量は、例えば、出射トリガに対する最小のオフセット時間（具体的には、数ナノ秒）が設定され得る。出射トリガに対するオフセット時間は、カラム方向時間オフセットφよりも簡便に調整できる場合があるため、選択画素補正動作の負荷を軽減することができる。

【0219】

また、図１７のステップＳＴ５０に第２同期手法を適用することにより、受光部４１の受光面に合わせて、レーザ光Ｌ１の出射角（第１同期手法における振幅ａに相当）を決定することができ、反射光Ｌ２の照射が受光面からはみ出す、及び反射光Ｌ２が受光面の一部にしか当たらない、といった問題を回避できる。その結果、レーザ光Ｌ１の利用効率を高めること、又は受光部４１の受光面を有効に用いることができ、測距性能を高めることができる。一方、第１同期手法は、受光系だけで補正が完結しているため、系の独立性が高く、簡便である。このように、第１同期手法と第２同期手法共に長所があり、その両方を適用可能にして、場合により使い分け、組合せることが望ましい。

【0220】

４． 第４実施形態
次に、第４実施形態に係る距離計測装置について説明する。第４実施形態では、取得された画素ＰＸの出力信号のＳＮ比（Signal to noise ratio）を、近傍の画素ＰＸの出力信号を使用して改善する点において、第１実施形態乃至第３実施形態と異なる。以下の説明では、第１実施形態と同等の構成及び動作については説明を省略し、第１実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。

【0221】

４．１ デジタル処理部の構成
図２３は、第４実施形態に係る距離計測装置のデジタル処理部の構成を示すブロック図である。

【0222】

図２３に示すように、デジタル処理部６２には、受光部４１から出力された画素ＰＸ毎のアナログ信号が、ＡＦＥ６１によってデジタル変換されて入力される。デジタル処理部６２は、平均化部６５、傾き復元部６６、及び補間部６７を含む。

【0223】

なお、デジタル処理部６２に入力されるデジタルデータは、例えば、上述したような受光部４１に入射するレーザ光Ｌ２の傾きを無視したデータ構造を有する。傾きを無視したデータ構造は、例えば、レーザ光Ｌ１の出射順番と、データ順番と、に対応づけられた２次元のデータ空間を有する。傾きを無視したデータ構造の詳細については後述する。

【0224】

平均化部６５は、対象画素に対応するデジタル信号を、当該対象画素の近傍の画素に対応する複数のデジタル信号を使用して平均化する、又は積算する処理（以下、「平均化処理」とも呼ぶ）を実行する。平均化処理により、対象画素に対応するデジタル信号に含まれるノイズ成分を、信号成分に対して減少させることができる。

【0225】

具体的には、平均化部６５は、ＡＦＥ６１から入力された傾きを無視したデータ構造を有するデジタルデータ（傾き無視データ）に対して平均化処理を実行し、平均化処理後傾き無視データを生成する。平均化部６５は、生成した平均化処理後傾き無視データを傾き復元部６６に送出する。

【0226】

傾き復元部６６は、傾きを無視したデータ構造を有するデータを、傾きが考慮されたデータ構造を有するデータ（傾き復元済みデータ）へと変換する機能を有する。傾きが考慮されたデータ構造は、ロウ方向及びカラム方向に対応づけられた２次元のデータ空間を有する。すなわち、傾きが考慮されたデータ構造の２次元データ空間は、傾きを無視したデータ構造の２次元データ空間とは異なる。傾きが考慮されたデータ構造の詳細については後述する。

【0227】

傾き復元部６６は、平均化部６５から平均化処理後傾き無視データを受けると、当該データに基づき、平均化処理後傾き復元済みデータを生成する。傾き復元部６６は、生成した平均化処理後傾き復元済みデータを補間部６７に送出する。

【0228】

補間部６７は、傾き復元済みデータ内のデータ間の間隔が等間隔になるように、補間されたデータ（補間済みデータ）を生成する機能を有する。補間部６７は、傾き復元部６６から平均化処理後傾き復元済みデータを受けると、当該データに基づき、平均化処理後補間済みデータを生成する。補間部６７は、生成した平均化処理後補間済みデータを例えば外部の画像処理部へ送出する。

【0229】

４．２ 平均化処理
次に、平均化処理について、図２４を用いて説明する。

【0230】

図２４は、第４実施形態に係る距離計測装置のデジタル処理部内で生成される傾きを無視したデータ構造を示す模式図である。図２４では、図１０に示したパラメタテーブルに従って取得されたデータのうち、カラムアドレス＜７＞からカラムアドレス＜１３＞までに対応するデータが示される。図２４では、１つのデータＤ＜ｘ，ｙ＞が、対応する画素ＰＸのロウアドレス＜ｘ＞及びカラムアドレス＜ｙ＞を示す数字“ｘ，ｙ”を囲む四角として示される。

【0231】

図２４に示すように、傾きを無視したデータ構造は、例えば、出射されたレーザ光Ｌ１（すなわち、受光部４１に入射したレーザ光Ｌ２）に対応するデータ列が紙面上下方向に並び、当該データ列が出射されたレーザ光Ｌ１の順番に紙面左右方向に並ぶ。図２４の例では、紙面上下方向に並ぶデータ列内の各データに対応する画素ＰＸのロウアドレスが、紙面下方向に昇順となる場合が示される。

【0232】

例えば、カラムアドレス＜７＞に対応してオン状態となった受光領域によって取得されたデータ列のうち、データＤ＜１，７＞とデータＤ＜２，６＞とは、カラム方向にずれた位置のデータである。しかしながら、傾きを無視したデータ構造では、データ間のカラム方向のずれは、表現されない。

【0233】

平均化部６５は、当該傾きを無視したデータ構造において、平均化処理対象の画素ＰＸのデータに、近傍の画素ＰＸのデータを積算した後、平均化する。具体的には、例えば、データＤ＜３，８＞を平均化する場合、平均化部６５は、データＤ＜２，７＞、Ｄ＜２，８＞、Ｄ＜２，９＞、Ｄ＜３，７＞、Ｄ＜３，９＞、Ｄ＜４，６＞、Ｄ＜４，７＞、及びＤ＜４，８＞が使用され得る。

【0234】

４．３ 補間処理
次に、補間処理について、図２５を用いて説明する。

【0235】

図２５は、第４実施形態に係る距離計測装置のデジタル処理部内で生成される傾きが考慮されたデータ構造を示す模式図であり、図２４に対応する。

【0236】

図２５に示すように、傾きが考慮されたデータ構造は、受光部４１内の複数の画素ＰＸの２次元配置に対応したデータ構造を有するため、データ間のカラム方向のずれが表現される。したがって、カラムアドレスに応じてオン状態となる選択画素領域の傾きが変化することにより、データが存在しない領域（図２５における斜線部）が発生し得る。

【0237】

補間部６７は、このようなデータが存在しない領域を補間することにより、傾きが考慮されたデータ構造を有するデータの間隔を等間隔にすることができる。例えば、図２５において欠落したデータＤ＜２，１０＞は、データＤ＜２，９＞及びＤ＜２，１１＞の値と、カラムアドレスとによって線形補間される。なお、データの補間方法は上述の例に限らず、任意の手法が適用可能である。また、データが存在しない領域を残した方がよい場合は、補間処理を行わなくてもよい。

【0238】

４．４ 本実施形態に係る効果
第４実施形態によれば、平均化部６５は、受光部４１の出力データに対して、傾きを考慮する前に平均化処理を実行する。平均化処理後傾き無視データは、傾き復元部６６によって傾き復元済みデータに変換された後、補間部６７によって補間される。これにより、画像処理部に出力される距離計測データのＳＮ比を改善することができると共に、距離計測データのデータ構造を、レーザ光Ｌ１がスキャンした空間に対応させることができる。

【0239】

４．５ 変形例
なお、上述の第４実施形態では、傾き無視データに対して平均化処理を実行する場合について説明したが、これに限られない。例えば、平均化処理は、傾き復元済みデータに対して実行されてもよい。

【0240】

図２６は、第４実施形態の変形例に係る距離計測装置のデジタル処理部の構成を示すブロック図であり、図２３に対応する。

【0241】

図２６に示すように、傾き復元部６６は、ＡＦＥ６１からの傾き無視データを受けると、当該データに基づき、平均化処理前傾き復元済みデータを生成する。傾き復元部６６は、生成した平均化処理前傾き復元済みデータを補間部６７に送出する。

【0242】

補間部６７は、傾き復元部６６から平均化処理前傾き復元済みデータを受けると、当該データに基づき、平均化処理前補間済みデータを生成する。補間部６７は、生成した平均化処理前補間済みデータを平均化部６５に送出する。

【0243】

平均化部６５は、補間部６７から平均化処理前補間済みデータを受けると、当該データに対して平均化処理を実行し、平均化処理後補間済みデータを生成する。平均化部６５は、生成した平均化処理後補間済みデータを例えば外部の画像処理部へ送出する。

【0244】

図２７は、第４実施形態の変形例に係る距離計測装置のデジタル処理部内で生成される傾きが考慮されたデータ構造を示す模式図であり、図２５に対応する。

【0245】

図２７に示すように、図２５の場合と同様にデータＤ＜３，８＞を平均化する場合、平均化部６５は、データＤ＜２，７＞、Ｄ＜２，８＞、Ｄ＜２，９＞、Ｄ＜３，７＞、Ｄ＜３，９＞、Ｄ＜４，７＞、及びＤ＜４，８＞を使用するが、データＤ＜４，６＞を使用しない。また、平均化部６５は、データＤ＜３，８＞の平均化処理において、補間部６７によって生成されたデータＤ＜４，９＞を更に使用することができる。

【0246】

以上のような構成によれば、補間処理によって等間隔なデータを使用することにより、より精度良く平均化処理を実行できる。

【0247】

以上、説明を判り易くするため、巨大なメモリサイズを有する計算機にてソフトウェア処理をする場合の、逐次アルゴリズムとして記した。しかし、実際には、平均化の処理量は膨大で、現在のＰＣ（Personal computer）やＧＰＵ（Graphics processing unit）では処理が困難であり、専用ハードウェア（例えば、ＩＣ（Integrated circuit）又はＦＰＧＡ（Field programmable gate array））としての実装が必要である。一方、平均化には、１画素あたり、１つの時系列のサンプリングデータを必要とする。図２４や図２７に示したような、フレームに相当するサンプリングデータは、巨大なメモリサイズを必要とするため、専用ハードウェアとしての実装は現実的ではない。そこで、実際には、必要な直前数回分の出射されたレーザ光Ｌ１に対応するサンプリングデータのみを保持して、平均化処理が行われる。図２７に示された傾きの再現については、ロウ方向のシフト量の違いだけを求め（通常は最大で２画素）、当該違いの分だけ余分にサンプリングデータを保持し、積算のタイミングを当該違いの分だけ遅らせ、当該画素に対するシフト量だけずらした画素のサンプリングデータを積算することにより、並列処理可能なハードウェアとして実現される。

【0248】

５． その他
以上、種々の実施形態について説明したが、上述の第１実施形態乃至第４実施形態は、これに限られず、種々の変形が適宜適用可能である。

【0249】

例えば、上述の第１実施形態乃至第４実施形態では、シフト回路ＳＨが、ロウ方向に対するカラム方向の傾きをカラムアドレスに応じて変化させる場合について説明したが、これに限られない。例えば、シフト回路ＳＨは、カラム方向に対するロウ方向の傾きをロウアドレスに応じて変化させるように構成されてもよい。

【0250】

また、上述の第１実施形態乃至第４実施形態では、シフト制御部５２は、パラメタテーブルにおいて１つの「シフト間隔」を記憶する場合について説明したが、これに限られず、複数の「シフト間隔」を記憶していてもよい。これにより、シフト制御部５２は、受光部４１に入射するレーザ光Ｌ２の傾きにより合った形状の受光領域をオン状態にすることができる。

【0251】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0252】

１…距離計測装置、１０…出射部、１１…出射制御部、１２，１３…ドライバ、１４…光源、２０…出射光学系、２１，３１…レンズ、２２…ミラー、３０…受光光学系、４０…光検出器、４１…受光部、５０…受光領域制御部、５１…アドレス選択部、５２…シフト制御部、６０…計測処理部、６１…ＡＦＥ、６２…デジタル処理部、６５…平均化部、６６…傾き復元部、６７…補間部、９０…基板、９１…ｐ型半導体層、９２…ｐ^＋型半導体層、９３…ｎ^＋型半導体層。

【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18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】