(57)【要約】【課題】車載後も、光検出器の異常判断が可能な光学的測距装置を提供する。【解決手段】光学的測距装置１０は、受光した光量に応じた出力信号を出力する光検出器３０と、前記光検出器に外部の光を入射させる状態と、外部の光を前記光検出器に入射させない暗状態とに切り替える走査型スキャナ５０と、前記暗状態における前記光検出器から出力された出力信号と判定閾値とを用いて前記光検出器の劣化状態を判断する異常判定器７２と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的測距装置（１０）であって、
受光した光量に応じた出力信号を出力する光検出器（３０）と、
前記光検出器に外部の光を入射させる状態と、外部の光を前記光検出器に入射させない暗状態とに切り替え可能な走査型スキャナ（５０）と、
前記暗状態における前記光検出器から出力された出力信号と判定閾値とを用いて前記光検出器の劣化状態を判断する異常判定器（７２）と、
を備える、光学的測距装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学的測距装置であって、
前記異常判定器は、温度によって前記判定閾値を変更可能である、光学的測距装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学的測距装置であって、
前記光学的測距装置の始動時と停止時の少なくとも一方において、前記走査型スキャナは、前記暗状態に切り替え、前記異常判定器は前記光検出器の劣化状態を判断する、光学的測距装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光学的測距装置であって、
前記光検出器はＳＰＡＤである、光学的測距装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光学的測距装置であって、
前記出力信号はパルスであり、
さらに、前記パルスの数をカウントするパルスカウンタ（６０）を備える、光学的測距装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光学的測距装置であって、
前記光検出器は、２次元に配列された画素ユニットであって、ｎ個（ｎは、２以上の整数）の受光素子で構成された画素ユニットを有し、
前記異常判定器は、画素ユニットにおいてｎ個の受光素子のうちｍ個（ｍはｎより小さい自然数）の受光素子に異常がある場合、該画素ユニットを異常と判断する、光学的測距装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光学的測距装置であって
前記異常判定器は、異常のある画素ユニットが隣接している場合には、異常信号を出力するとともに、前記光検出器を停止させる、光学的測距装置。
【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学的測距装置であって、さらに、
光の強度を検出する光センサ（２６）を備え、
前記光センサが検出した光の強度が判定値よりも小さい場合に、前記走査型スキャナは、前記暗状態に切り替え可能である、光学的測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学的測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、対象物に光を発光し、反射光を受光するまでの光の飛行時間（ＴＯＦ）を用いて対象物までの距離を測定する光学的測距装置が開示されている。この光学的測距装置は、光検出器として、ガイガーモードで動作するＳＰＡＤ（シングル・フォトン・アバランシェ・ダイオード）を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１７６７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした光検出器では、ＳＰＡＤを構成する半導体の内部欠陥を起因として経時劣化が生じることが知られている。経時劣化が進行すると、光の受光とは無関係に流れる暗電流が増加し、距離を正しく測定できないなどの故障の要因になり得る。学的測距装置を車載する前の検査段階など、校正された試験環境では、光検出器の異常の有無を検査・判定する事は可能である。しかし、光学的測距装置が車載されると、例えば、屋外照明環境下では、外乱光などの光が光検出器に入射する。この外乱光の入射により電流を生じるが、暗電流との区別が難しい。そのため、光学的測距装置が車載された後では、光検出器の異常の有無を判定するのが困難であるという問題があった。そのため、光学的測距装置が車載された後であっても光検出器の異常の有無を容易に判定可能な技術が求められている。なお、この課題は、光検出器がＳＰＡＤで構成されている場合に限られず、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサで構成されている場合も同様に生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、光学的測距装置（１０）が提供される。この光学的測距装置は、受光した光量に応じた出力信号を出力する光検出器（３０）と、前記光検出器に外部の光を入射させる状態と、外部の光を前記光検出器に入射させない暗状態とに切り替える走査型スキャナ（５０）と、前記暗状態における前記光検出器から出力された出力信号と判定閾値とを用いて前記光検出器の劣化状態を判断する異常判定器（７２）と、を備える。この形態によれば、異常判定器は、走査型スキャナにより暗状態に切り替えられるので、光の影響を受けない状態で光検出器の異常の有無を判定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】車両と車両に搭載された光学的測距装置を示す説明図である。
【図２】光学的測距装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】第１暗状態を示す説明図である。
【図４】第２暗状態を示す説明図である。
【図５】光検出器の動作時間と暗状態の単位時間当たりのパルスの数を示す説明図である。
【図６】温度と判定閾値の関係を示す説明図である。
【図７】光検出器の構成を示す説明図である。
【図８】暗状態で異常判定器が実行する画素ユニットの異常の有無の判断フローチャートである。
【図９】図８のフローチャートを実行した結果の一例を示す説明図である。
【図１０】異常判定器が実行する光検出器を停止するか否かの判断フローチャートである。
【図１１】異常判定された画素ユニットが隣接する場合の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
・全体構成：
図１に示すように、光学的測距装置１０は、車両１００に搭載されており、対象物２００までの距離Ｌを測定する。具体的には、光学的測距装置１０は、発光ビームＩＬを対象物２００に発光してから、発光ビームＩＬが対象物２００に当たって返ってくる反射光ＲＬが受光するまでの時間ＴＯＦを用いて対象物２００までの距離Ｌを測定する。ｃを光速とすると、Ｌ＝ｃ・ＴＯＦ／２である。
【０００８】
図２に示すように、光学的測距装置１０は、ケース２０と、光検出器３０と、光源３５と、集光レンズ４０と、走査型スキャナ５０と、パルスカウンタ６０と、距離測定部７０と、温度センサ８０と、を備える。ケース２０は、光検出器３０を収納するケースであり、窓２２と、無反射材２４と、光センサ２６とを備える。走査型スキャナ５０は、反射ミラー５２と、ミラー駆動部５４とを備える。距離測定部７０は、異常判定器７２を備える。
【０００９】
ケース２０は、内部に、光検出器３０と、集光レンズ４０と、反射ミラー５２と、無反射材２４と、を収納している。ケース２０は、窓２２以外が開口していない構成を有しており、窓２２からのみ、光が内部に入射する。反射ミラー５２は、窓２２から入射した光である反射光ＲＬを光検出器３０の方向に反射する。集光レンズ４０は、光検出器３０と反射ミラー５２との間に配置されており、反射ミラー５２で反射した反射光ＲＬを光検出器３０に集光する。光検出器３０は、例えば、ＳＰＡＤ（シングル・フォトン・アバランシェ・ダイオード）で形成されており、受光した反射光ＲＬの光量に応じてパルスを発生する。パルスカウンタ６０は、このパルスの数をカウントする。距離測定部７０は、このパルスの数を用いて、対象物２００までの距離を算出する。具体的には、時間毎のパルスの数のヒストグラムを作成し、光源３５が発光ビームILを発光してからヒストグラムにおいてピークが生じた時までの時間をＴＯＦとし、このＴＯＦを用いて対象物２００までの距離を算出する。なお、本実施形態では、光源３５を光検出器３０と異軸としているが、同軸としても良い。同軸の場合には、光源３５は、ケース２０の内部に収納される。
【００１０】
・第１実施形態：
ＳＰＡＤは、光が当たらなくても、パルスや暗電流を発生させる。このパルスや暗電流は、例えば、ＳＰＡＤを構成する半導体の内部欠陥を起因としたＳＰＡＤの経時劣化により生じる。すなわち、ＳＰＡＤがより劣化すれば、パルスの数や暗電流が増加する。よって、ＳＰＡＤに光が当たらない暗状態を生じさせ、暗状態でのパルスの数や暗電流を測定することで、ＳＰＡＤ、すなわち、光検出器３０がどの程度劣化しているか否かを判断できる。
【００１１】
反射ミラー５２は、ミラー駆動部５４により駆動され、回転する。そのため、図３に示すように、ミラー駆動部５４は、反射ミラー５２を回転させ、入射光Ｌｉｎを窓２２の方向に反射させることで、入射光Ｌｉｎが光検出器３０に入射しない暗状態を作ることが可能である。この状態を「第１暗状態」と呼ぶ。入射光Ｌｉｎは、太陽光や、他の光源からの光が直接あるいは、他の物に反射して入射する光である。光源３５が発光ビームＩＬを発光している場合には、その反射光ＲＬも含む。したがって、異常判定器７２は、光源３５を発光させないことが好ましい。そうすれば、入射光Ｌｉｎに反射光ＲＬが加わらないからである。ただし、異常判定器７２は、光源３５を発光させても良い。反射光ＲＬは、反射ミラー５２により反射し、光検出器３０に入射し難いからである。
【００１２】
また、図４に示すように、ミラー駆動部５４は、反射ミラー５２を回転させ、入射光Ｌｉｎを無反射材２４の方向に反射させることで、入射光Ｌｉｎが光検出器３０に入射しない暗状態を作ることが可能である。無反射材２４は、反射ミラー５２で反射した入射光Ｌｉｎを、これ以上反射せずに吸収する。この状態を「第２暗状態」と呼ぶ。
【００１３】
図２から図４に示す異常判定器７２は、第１暗状態または第２暗状態のような暗状態において、単位時間当たりに生じるパルスの数が、判定閾値ｍ以上か否かを判断する。暗状態における単位時間当たりのパルスの数は、光検出器３０が劣化すると増加する。光検出器３０は、動作時間が増加すると、劣化する場合がある。従って、暗状態における単位時間当たりのパルスの数は、図５に示すように、光検出器３０の動作時間が増加すると、増加する。単位時間当たりのパルスの数が判定閾値を超えたときが、光検知器３０の異常発生時となる。なお、実際には、光検出器３０の動作時間に対してパルスの数が直線的に増加するわけではない。図５に示すグラフは、実際の動作時間とパルスの数をグラフ化したものではなく、わかりやすくするために、動作時間に対してパルスの数が直線的に増加するようなグラフとしたものである。
【００１４】
異常判定器７２は、パルスの数と判定閾値とを用いて判断した結果、光検出器３０に異常が発生したと判断すると、異常信号を出力する。この異常信号は、例えば、車両１００のインストルメントパネルに表示されてもよく、あるいは、音により出力されても良い。
【００１５】
以上、第１実施形態によれば、異常判定器７２は、走査型スキャナ５０を用いて、外部の光を光検出器３０に入射させない暗状態に切り替え、暗状態における単位時間当たりのパルスの数と判定閾値とを用いることで、光検出器３０の劣化状態を容易に判断できる。
【００１６】
上記第１実施形態では、光検出器３０としてＳＰＡＤを用い、異常判定器７２は、暗状態における光検出器３０から出力される出力信号であるパルスの数を用いて光検出器３０の異常、あるいは劣化状態を判断したが、光検出器３０としてＣＣＤやＭＯＳセンサ、フォトトランジスタ等を用いてもよい。この場合には、パルスの数の代わりに暗電流を用いても良い。なお、これらの効果は、後述する他の実施形態においても同様である。
【００１７】
・第２実施形態：
第２実施形態は、検出器３０の温度によって判定閾値ｍを変更できる実施形態である。図２から図４に示す温度センサ８０は、光検出器３０の温度を測定する。光検出器３０の温度が高くなると、パルスの数や暗電流が増加する。そのため、光検出器３０が劣化していなくても、温度が高い場合には、パルスの数や暗電流が増加し、劣化していると誤判断される可能性があるからである。そのため、異常判定器７２は、図６に示すように、光検出器３０の温度が高いほど判定閾値ｍが大きくなるように判定閾値を変更可能であってもよい。なお、本実施形態では、温度センサ８０が光検出器３０の温度を測定する構成を採用しているが、温度センサ８０の代わりに、外気温を測定する外気温センサを用いても良い。特に、車両１００の始動時には、外気温と光検出器３０の温度はほぼ同じと考えられるからである。なお、温度センサ８０を設けず、異常判定器７２が判定閾値ｍを変更しない構成であってもよい。また、判定閾値ｍを変更する代わりに、測定値を温度に応じて補正してもよい。
【００１８】
・第３実施形態：
第３実施形態は、ケース２０の外部の光の強度により、暗状態への切り替えの是非を判断したり、判定値ｍを変更したりする実施形態である。図２から図４に示す光センサ２６は、窓２２が設けられた面と同じ面に設けられており、光の強度を検知する。光センサ２６が検知する光は、外部からケース２０の内部に入射する光の強度とほぼ等しい。異常判定器７２は、ケース２０の外部の光の強度が判定値よりも弱い場合に、暗状態へ切り替えて、光検出器３０の異常を判断可能とする。ケース２０の外部の光の強度が判定値よりも弱い場合には、ケース２０の外部の光の一部が乱反射により光検出器３０に入射しても、この光により電流が流れ、パルスが生じ難いからである。なお、異常判定器７２は、ケース２０の外部の光の強度に応じて、判定閾値ｍを変更するように構成しても良い。ケース２０の外部の光の強度が弱くない場合でも光検出器３０の劣化の判断を容易にできる。
【００１９】
・第４実施形態：
第４実施形態は、光学的測距装置１０を始動し、あるいは停止するときの少なくとも一方で光検出器３０の異常の有無を判断する実施形態である。図２から図４に示すパワースイッチ９０は、車両１００を始動しまたは停止するためのパワースイッチである。パワースイッチ９０がオン・オフされるときには、同時に、光学的測距装置１０もオン・オフされる。車両１００を始動する始動時、停止する停止時には、車両１００は走行していないため、光学的測距装置１０で物体２００を検知する必要が無い。そのため、光学的測距装置１０を暗状態として、異常判定器７２が光検知器３０の劣化を判断する良いタイミングである。また、車両１００のパワースイッチ９０がオン・オフされる場合には、車庫に入庫している場合もあり、外部の光の強度を低くでき、光検出器３０の劣化を判断し易くできる場合がある。また、車両１００のパワースイッチ９０がオンされる時は、光検出器３０の温度は、外気温とほぼ同じである。そのため、光検出器３０の温度が安定した状態で、光検知器３０の劣化を判断できる場合がある。
【００２０】
・第５実施形態：
第５実施形態は、光検出器３０が複数の画素ユニット３２や受光素子３４を備える場合の実施形態である。図７に示すように、第５実施形態では、光検出器３０は、２次元に配列された画素ユニット３２を有し、各画素ユニット３２は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の受光素子３４を有している。
【００２１】
異常判定器７２は、走査型スキャナ５０を用いて、外部の光を光検出器３０に入射させない暗状態に切り替えた後、例えば、図８に示すフローチャートに従って、画素ユニット３２の異常を判定する。ステップＳ１０では、異常判定器７２は、変数ｉに１を代入し、変数Ｓｕｍにゼロを代入する。変数ｉは、光学素子３４の番号を示す変数であり、変数Ｓｕｍは、異常判定された光学素子３４の数を示す変数である。
【００２２】
ステップＳ２０では、異常判定器７２は、ｉ番目の光学素子３４の暗状態における単位時間当たりのパルスの数と判定閾値とを用いて、ｉ番目の光学素子３４に異常が生じているか否かを判断する。異常判定器７２は、異常が生じていれば処理をステップＳ３０に移行し、異常が生じていなければ処理をステップＳ６０に移行する。
【００２３】
ステップＳ３０では、異常判定器７２は、変数Ｓｕｍに１を加える。次のステップＳ４０では、異常判定器７２は、変数Ｓｕｍの値が判定値ｍ２以上となった否かを判断する。異常判定器７２は、変数Ｓｕｍの値が判定値ｍ２以上の場合には、ステップＳ５０に移行し、該画素ユニット３２を以上と判定する。一方、変数Ｓｕｍの値が判定値ｍ２未満の場合には、ステップＳ６０に移行する。
【００２４】
ステップＳ６０では、異常判定器７２は、変数ｉに１を加える。ステップＳ７０では、異常判定器７２は、変数ｉが画素ユニット３２に含まれる受光素子３４の数ｎよりも大きいか否かを判断する。変数ｉがｎよりも大きい場合には、異常判定器７２は、処理をステップＳ８０に移行し、該画素ユニット３２は正常と判断する。一方、変数ｉがｎ以下の場合には、異常判定器７２は、処理をステップＳ２０に移行する。
【００２５】
図９に示すように、各受光素子３４が判定されたと仮定する。この場合、異常判定器７２は、異常と判断された受光素子３４の数がｍ個（ｍはｎより小さい自然数）以上である場合に、そのｍ個の受光素子３４を有する画素ユニット３２を異常と判断する。ここで、ｍは、光学的測距装置１０の測距性能を保証可能な閾値として設定しておくことが好ましい。
【００２６】
以上、第５実施形態によれば、異常判定器７２は、２次元に配列された画素ユニット３２において、ｎ個の受光素子３４のうちｍ個（ｍはｎより小さい自然数）の受光素子３４に異常がある場合、該画素ユニットを異常と判断することができる。
【００２７】
・第６実施形態：
第６実施形態は、複数の画素ユニット３２に異常がある場合であって、その異常がある画素ユニット３２が隣接している場合に、光検出器３０を停止する実施形態である。図１０に示す光検出器３０の停止を判断するフローチャートについて説明する。ステップＳ１００では、異常判定器７２は、変数ｊに１を代入する。変数ｊは、画素ユニット３２の番号を示す変数である。
【００２８】
ステップＳ１１０では、異常判定器７２は、図９で説明したフローチャートに従ってｊ番目の画素ユニットに異常があるか否かを判断する。ｊ番目の画素ユニットに異常があった場合には、異常判定器７２は、処理をステップＳ１２０に移行し、異常が無かった場合には、処理をステップＳ１４０に移行する。
【００２９】
ステップＳ１２０では、異常判定器７２は、ｊ番目の画素ユニット３２に隣接する画素ユニット３２について、異常と判断されていたか否かを判断する。図１１に示すように、光検出器３０は、Ｕ１からＵ１６までの画素ユニット３２を含み、Ｕ１から順にＵ１６まで画素ユニット３２の異常の有無を判断する。
【００３０】
まず、異常と判断された画素ユニット３２が、ｘ方向に隣接する場合について説明する。ｊ番目の画素ユニット３２が例えばＵ３である場合、Ｕ３の画素ユニット３２が異常と判断されても、隣接するＵ４は、異常か否かが判断されていない画素ユニット３２である。そのため、ｊ番目の画素ユニット３２がＵ３である場合には、ステップＳ１１０がＹｅｓ、ステップＳ１２０がＮｏとなるので、異常判定器７２は、処理をステップＳ１４０に移行する。一方、ｊ番目の画素ユニット３２が例えばＵ４である場合、Ｕ４の画素ユニット３２が異常と判断され、隣接するＵ３はすでに異常と判断されている。そのため、ｊ番目の画素ユニット３２がＵ４である場合には、ステップＳ１１０がＹｅｓ、ステップＳ１２０もＹｅｓとなるので、異常判定器７２は、処理をステップＳ１３０に移行する。
【００３１】
異常と判断された画素ユニット３２が、ｙ方向に隣接する場合についても同様である。ｊ番目の画素ユニット３２が例えばＵ１０である場合、Ｕ１０の画素ユニット３２が異常と判断されても、隣接するＵ１４は、異常か否かが判断されていない画素ユニット３２である。そのため、ｊ番目の画素ユニット３２がＵ１０である場合には、ステップＳ１１０がＹｅｓ、ステップＳ１２０がＮｏとなるので、異常判定器７２は、処理をステップＳ１４０に移行する。一方、ｊ番目の画素ユニット３２が例えばＵ１４である場合、Ｕ１４の画素ユニット３２が異常と判断され、隣接するＵ１０はすでに異常と判断されている。そのため、ｊ番目の画素ユニット３２がＵ１４である場合には、ステップＳ１１０がＹｅｓ、ステップＳ１２０もＹｅｓとなるので、異常判定器７２は、処理をステップＳ１３０に移行し、光検出器３０を停止し、その旨を報知する。これは、隣接する画素ユニット３２に異常がある場合、小さな物体を検出できない可能性があるためである。ただし、異常判定器７２は、異常を報知することに留め、光検出器３０を停止しなくてもよい。また、異常判定器７２は、ｘ方向、ｙ方向だけでなく、ｘ、ｙ方向に対して４５度の方向で隣接している場合など、特定のパターンで生じた場合に、光検出器３０を停止してもよい。
【００３２】
ステップＳ１４０では、異常判定器７２は、変数ｊに１を加える。ステップＳ１５０では、異常判定器７２は、全ての画素ユニット３２の異常の有無を判断したか否かを判断し、全ての画素ユニット３２の異常の有無を、判断していない場合には、ステップＳ１１０に移行し、判断している場合には、処理を終了する。
【００３３】
以上、第６実施形態によれば、ｎ個の受光素子のうち、ｍ個の受光素子で異常が生じた時に、当該画素ユニット３２を異常と判断するので、ノイズ等による画素ユニット３２の異常判定を抑制できる。また、画素ユニット３２の異常が、特定のパターンで生じた場合に、光検出器３０を停止するので、小さな物体を検出できない可能性がある場合には、光検出器３０を停止し、その旨を警告できる。
【００３４】
上記実施形態では、画素ユニット３２に異常があったときに、隣接する画素ユニット３２にも異常があったか否かを判断しているが、全ての画素ユニット３２の異常の有無を検査して記憶装置に記録し、その後、隣接する画素ユニット３２同士に異常があるか否かを判断しても良い。ただし、図１０に示すフローチャートに従えば、画素ユニット３２に異常がある場合、全ての画素ユニット３２を検査する前に、光検出器３０を停止でき、検査時間を短くすることができる。
【００３５】
時間をおいて検査が実行される場合、過去の検査・判断時に異常と判断された画素ユニットについては、記憶装置に記録し、今回の検査・判断では異常とみなして検査・判断を省略しても良い。一旦異常と判断された画素ユニット３２は、劣化している可能性が高いからである。
【００３６】
上記各実施形態では、異常判定器７２は、暗状態における単位時間当たりのパルスの数と判定閾値とを用いて、光検出器３０の異常の有無を判断したが、暗状態における、光検出器３０の暗電流を用いて光検出器３０の異常の有無を判断してもよい。
【００３７】
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】
【００３８】
１０  光学的測距装置    ３０  光検出器    ５０  走査型スキャナ    ７２  異常判定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020143996.tif 000010
【図９】
2020143996.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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