(57)【要約】【課題】ＳＰＡＤを用いて光を検出する光測距装置において、ＳＰＡＤが光を検出したタイミングを精度よく推定できるようにする技術を提供する。【解決手段】上記の光測距装置１Ａにおいてピーク検出部４５は、応答しているＳＰＡＤの個数を表す応答数の時系列に沿った変化状態に基づいて仮のタイミングを認識し、仮のタイミングに応じて当該光測距装置１Ａが光を検出したタイミングを表す検出タイミングを認識するように構成される。応答時間補正部５６および光量補正部５７は、仮のタイミングと、対象物までの距離に対応する真のタイミングと、の時間差を表す補正時間を取得し、仮のタイミングに対して補正時間分だけ補正したタイミングを検出タイミングとするように構成される。【選択図】図１
2019007950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物までの光の往復時間から距離を計測する光測距装置（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）であって、
対象物を検知しようとする領域に光波を照射する照射部（３）と、
前記光波の反射波を含むフォトンの入射に応答するように構成された複数のＳＰＡＤ（４）と、
前記複数のＳＰＡＤ毎に、前記ＳＰＡＤが応答するとパルス信号を出力するように構成された複数の信号出力部（６、８）と、
前記パルス信号に基づいて、応答しているＳＰＡＤの個数を表す応答数を検出するように構成された応答数検出部（２０、４０）と、
前記応答数の時系列に沿った変化状態に基づいて前記変化状態が予め設定された条件を満たす仮のタイミングを認識し、前記仮のタイミングに応じて当該光測距装置が光を検出したタイミングを表す検出タイミングを認識するように構成されたタイミング認識部（４５）と、
前記仮のタイミングと、前記対象物までの距離に対応する真のタイミングと、の時間差を表す補正時間を取得し、前記仮のタイミングに対して前記補正時間分だけ補正したタイミングを前記検出タイミングとするように構成されたタイミング補正部（５６、５７）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、
前記タイミング認識部は、前記応答数が最大値を取るタイミングを前記仮のタイミングとして認識する
ように構成された光測距装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光測距装置であって、
当該光測距装置の受光環境に応じて前記補正時間を演算するように構成された補正演算部（５６、５７）、
をさらに備えた光測距装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光測距装置であって、
前記補正演算部は、当該光測距装置に入射される光の強さに応じて前記補正時間を演算する
ように構成された光測距装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の光測距装置であって、
前記補正演算部は、前記ＳＰＡＤの総数に対する応答率を加味して前記補正時間を演算する
ように構成された光測距装置。
【請求項６】
請求項３〜請求項５の何れか１項に記載の光測距装置であって、
前記補正演算部は、定常的に応答するＳＰＡＤの個数を表すオフセット値を加味して前記補正時間を演算する
ように構成された光測距装置。
【請求項７】
請求項３〜請求項６の何れか１項に記載の光測距装置であって、
前記補正演算部は、前記仮のタイミングでの前記応答数、および応答したＳＰＡＤが応答を継続する時間を表す応答継続時間、を加味して前記補正時間を演算する
ように構成された光測距装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光測距装置であって、
少なくとも１つのＳＰＡＤについて、該ＳＰＡＤが応答しているか否かを監視することにより該ＳＰＡＤについての前記応答継続時間を計測するように構成された応答計測部（５８）、
をさらに備え、
前記補正演算部は、前記応答計測部にて計測された応答継続時間を加味して前記補正時間を演算する
ように構成された光測距装置。
【請求項９】
請求項７に記載の光測距装置であって、
少なくとも１つのＳＰＡＤについて、該ＳＰＡＤの温度または該ＳＰＡＤの周囲の温度を取得するように構成された温度取得部（４８）、
をさらに備え、
前記補正演算部は、前記温度に応じて前記応答継続時間を演算し、該応答継続時間を加味して前記補正時間を演算する
ように構成された光測距装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の光測距装置であって、
前記タイミング認識部は、前記照射部が光波を照射する毎に前記応答数の時系列に沿った変化状態を認識し、各光波が照射されてからの時間毎に前記応答数を積算した積算変化状態に基づいて、前記仮のタイミングを認識する
ように構成された光測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、対象物までの光の往復時間から距離を計測する光測距装置であって、ＳＰＡＤを用いて光を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、クロックに同期して複数のＳＰＡＤの応答の有無を検出することでＳＰＡＤに入射される光を検出する技術が提案されている。下記の特許文献１の技術では、応答しているＳＰＡＤの数（以下、ＳＰＡＤの応答数）をクロックに同期して検出し、光の強さが強くなるにつれてＳＰＡＤの応答数が増加するように構成するものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０８１２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、複数のＳＰＡＤの内、応答状態にある個数が少ないほど、及び、ＳＰＡＤが応答している時間、すなわちＳＰＡＤがパルスを出力する時間、が長くなるほど、対象物までの距離に対応する真のタイミングに対して遅れる傾向がある。発明者の詳細な検討の結果、特許文献１の技術では、ＳＰＡＤの応答数から光を検出したタイミングを精度よく推定することが難しいという課題が見出された。
【０００５】
本開示の一側面は、ＳＰＡＤを用いて光を検出する光測距装置において、ＳＰＡＤが光を検出したタイミングを精度よく推定できるようにする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一側面の光測距装置（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）は、照射部（３）と、複数のＳＰＡＤ（４）と、複数の信号出力部（６、８）と、応答数検出部（２０、４０）と、タイミング認識部（４５）と、タイミング補正部（５６、５７）と、を備える。
【０００７】
照射部は、対象物を検知しようとする領域に光波を照射するように構成される。複数のＳＰＡＤは、光波の反射波を含むフォトンの入射に応答するように構成される。複数の信号出力部は、複数のＳＰＡＤ毎に、ＳＰＡＤが応答するとパルス信号を出力するように構成される。応答数検出部は、パルス信号に基づいて、応答しているＳＰＡＤの個数を表す応答数を検出するように構成される。
【０００８】
タイミング認識部は、応答数の時系列に沿った変化状態に基づいて仮のタイミングを認識し、仮のタイミングに応じて当該光測距装置が光を検出したタイミングを表す検出タイミングを認識するように構成される。タイミング補正部は、仮のタイミングと、対象物までの距離に対応する真のタイミングと、の時間差を表す補正時間を取得し、仮のタイミングに対して補正時間分だけ補正したタイミングを検出タイミングとするように構成される。
【０００９】
このような光測距装置によれば、仮のタイミングを補正時間で補正することによって得られたタイミングを検出タイミングとして認識するので、対象物までの距離に対応する真のタイミングと仮のタイミングとの時間差を補正することができる。よって、ＳＰＡＤが光を検出したタイミングを精度よく推定することができる。
【００１０】
なお、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の光測距装置の構成を示すブロック図である。
【図２】光測距装置の構成を表す説明図である。
【図３】第１実施形態において光測距装置モデルの作動例である。
【図４】受光量、レベル値の時間変化の一例を示すグラフである。
【図５】光が強い場合のＳＰＡＤの応答例を示す説明図である。
【図６】光が弱い場合のＳＰＡＤの応答例を示す説明図である。
【図７】光量による補正に用いるマップの一例を示すグラフである。
【図８】距離補正結果の効果の一例を示すグラフである。
【図９】外乱光が少ないときのオフセット値の一例を示すグラフである。
【図１０】外乱光が多いときのオフセット値の一例を示すグラフである。
【図１１】オフセット値および光量による補正に用いるマップの一例を示すグラフである。
【図１２】第３実施形態の光測距装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】応答継続時間による補正に用いるマップの一例を示すグラフである。
【図１４】第４実施形態の光測距装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】飽和度による補正に用いるマップの一例を示すグラフである。
【図１６】複数回の光波照射によるＳＰＡＤの応答数を積算する処理の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す光測距装置１Ａは、対象物までの光の往復時間から距離を計測する装置であって、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ）、特にＳＰＡＤを用いて光を検出する光検出器を備える。光測距装置１Ａは、例えば、レーザレーダ等の信号光を発し、光検出器を用いて信号光を射出したタイミングに対する反射光を受けたタイミングを認識することにより、対象物までの距離を認識する機能を有する。
【００１３】
なお、ＳＰＡＤは、Single Photon Avalanche Diode の略である。ＳＰＡＤは、逆バイアス電圧としてブレイクダウン電圧よりも高い電圧を印加することにより動作する。ＳＰＡＤはフォトンの入射によりブレイクダウンするため、この種の光検出器は、通常、ＳＰＡＤがブレイクダウンしたときの電圧変化を検出して、所定パルス幅のデジタルパルス（以下、パルス信号）を出力するよう構成される。
【００１４】
光測距装置１Ａは、図１に示すように、照射部３と、複数の受光部２と、複数のレベル検出回路２０と、を備える。また、光測距装置１Ａは、加算器４０、ピーク検出部４５、演算部５０Ａを備えてもよい。光測距装置１Ａのうちの、少なくとも複数の受光部２、複数のレベル検出回路２０は、光を検出する光検出器を構成する。本実施形態では、加算器４０およびピーク検出部４５の一部も、光検出器を構成する。
【００１５】
照射部３は、例えば、光源となるレーザダイオードを備え、この光源から測距の対象となる対象物を検知しようとする領域に対して光波を照射する。照射部３は、例えば１００ｍｓ毎等、後述するクロックに応じて設定された周期毎に光波を照射し、光検出器によって反射波を受光できるようにする。
【００１６】
複数の受光部２は、図２に示すように、縦・横方向に格子状に配置されることにより、光検出用の一つの画素を構成する受光部アレイ１０を構成している。それぞれの受光部２は、フォトンが入射されると、その応答としてパルス信号を出力するように構成される。それぞれの受光部２は、図２に示すように、ＳＰＡＤ４と、クエンチ抵抗６と、パルス出力部８とを備える。
【００１７】
ＳＰＡＤ４は、カソードが逆バイアス電圧ＶＢに接続され、アノードがクエンチ抵抗６およびパルス出力部８に接続される。クエンチ抵抗６は、ＳＰＡＤ４への通電経路に直列接続されている。
【００１８】
クエンチ抵抗６は、ＳＰＡＤ４に逆バイアス電圧ＶＢを印加すると共に、ＳＰＡＤ４にフォトンが入射してＳＰＡＤ４がブレイクダウンしたときに、ＳＰＡＤ４に流れる電流により電圧降下を発生して、ＳＰＡＤ４のガイガー放電を停止させるものである。なお、クエンチ抵抗６は、所定の抵抗値を有する抵抗素子、或いは、ゲート電圧にてオン抵抗を設定することのできるＭＯＳＦＥＴ、等にて構成される。
【００１９】
また、パルス出力部８は、ＳＰＡＤ４とクエンチ抵抗６との接続点に接続されている。パルス出力部８は、ＳＰＡＤ４がブレイクダウンしていないときに値１を出力する。また、パルス出力部８は、ＳＰＡＤ４がブレイクダウンして、クエンチ抵抗６に電流が流れ、クエンチ抵抗６の両端に閾値電圧以上の電圧が発生したときに、上述したパルス信号として、値０となるデジタルパルスを出力する。つまり、クエンチ抵抗６およびパルス出力部８は、複数のＳＰＡＤ４毎に、ＳＰＡＤ４が応答するとパルス信号を出力するように構成される。
【００２０】
それぞれのレベル検出回路２０は、受光部２毎に備えられており、受光部２によるパルス信号が得られているか、すなわちＳＰＡＤ４が応答しているかを検出する機能を有する。
レベル検出回路２０は、インバータ２１およびクロック同期部２２を備える。インバータ２１は、入力を反転して出力する論理回路における周知のインバータとして構成される。クロック同期部２２は、周期的なパルスであるクロック（ＣＬＫ）が入力され、クロックが入力される毎に、クロック入力時の入力信号値を出力するクロック同期回路として構成される。
【００２１】
ここでの入力信号値は、クロック同期部２２ではインバータ２１の出力である。また、クロック同期部２２は、例えば、Ｄフリップフロップ等として構成される。クロック同期部２２は、クロックが入力される毎にインバータ２１より入力された値を出力する。
【００２２】
加算器４０は、それぞれのレベル検出回路２０から出力されたパルスを加算して出力する周知の加算器である。加算器４０からの出力は、レベル値と表記する。レベル値は、パルス信号を出力している受光部２の個数を表す応答数、つまり、値０を出力している受光部２の個数を示すため、入射される光の強さを示す値ともいえる。
【００２３】
このように構成された受光部２からは、周囲の光量に応じた頻度でパルス信号が出力される。このため、受光部２に太陽光等の強い光が入射したときには、受光部２から単位時間当たりに出力されるパルス信号の数、つまり、パルスレートが著しく増加する。
【００２４】
ピーク検出部４５は、レベル値の時系列に沿った変化状態に基づいて求められる仮のタイミングを認識することで、当該光測距装置１Ａが光を検出したタイミングを表す検出タイミングを認識する。ただし、ここでの検出タイミングは、補正前の仮の検出タイミングである。
【００２５】
また、仮のタイミングとは、応答数の時系列に沿った変化状態に基づいて、この変化状態が予め設定された条件を満たすタイミングを表す。具体的に仮のタイミングとは、検出タイミングを得るための基準となるタイミングであり、例えば、ここでは、実際のレベル値が最大値となるタイミングを採用する。なお、仮のタイミングとしては、計算上のレベル値が最大値となるタイミング、レベル値が増加して所定の値となるタイミング等の所定の条件を満たす任意のタイミングを採用してもよい。
【００２６】
計算上のレベル値が最大値となるタイミングを採用する場合、このタイミングは、レベル値の増加時および減少時においてレベル値がそれぞれある特定値のときに、レベル値の変化率を接線の傾きとして表現し、複数の接線の交点となるタイミングとしてもよい。具体的には、横軸を時系列、縦軸をレベル値とした図４に示すようなグラフにおいて、レベル値が最大値の半分等の所定の値のときの複数の接線における交点を求めるとよい。
【００２７】
また、計算上のレベル値が最大値となるタイミングは、レベル値がそれぞれある特定値となる複数のタイミングに対して、これらの中央値となるタイミングであってもよい。ピーク検出部４５は、照射部３の作動状態、すなわち、光波の照射タイミングを取得する。そして、照射タイミングと仮のタイミングとの差に応じた信号を出力する。ピーク検出部４５からの出力は演算部５０Ａに入力される。
【００２８】
演算部５０Ａは、ＣＰＵ５１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ５２）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。演算部５０Ａの各種機能は、ＣＰＵ５１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ５２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。
【００２９】
また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、非遷移的実体的記録媒体とは、記録媒体のうちの電磁波を除く意味である。また、演算部５０Ａを構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。
【００３０】
［１−２．処理および作動］
演算部５０Ａは、ＣＰＵ５１がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、図１に示すように、応答時間補正部５６と、光量補正部５７と、を備える。演算部５０Ａを構成するこれらの要素を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部または全部の要素について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現してもよい。
【００３１】
ここで、ＳＰＡＤ４が４個である光測距装置モデルの作動例を図３に示す。レベル値は、応答しているＳＰＡＤ４の数が最大となるタイミングで最大値を示す。図３に示す例では、ＳＰＡＤ［３］が応答したときに、レベル値が４となり最大値となる。なお、図３では、受光部２をＳＰＡＤ［Ｎ］と表記する。ただし、Ｎは４つの受光部２のうちの１つを番号によって特定するための数字であり、０，１，２，３の何れかである。
【００３２】
ここで、本実施形態の光測距装置１Ａにおいて信号光による受光量、つまり、複数のＳＰＡＤ４に入射される光の量と、レベル値との関係は、例えば、図４に示すようになる。
図４を参照すると、信号光による受光量が増加すれば、レベル値が増加する。ただし、信号光による受光量が最大となる真のタイミングＰと、レベル値が最大となるタイミングＬとには、時間差ΔＴ１が生じる。このため、レベル値を用いて光を受けたタイミングを検出するには、時間差ΔＴ１分だけ補正することが好ましい。
【００３３】
なお、真のタイミングＰは、対象物までの距離に対応するタイミングであり、光測距装置１Ａに照射される光の量が最大となるタイミングが理想的であるが、この真のタイミングＰは、光測距装置１Ａで検出することはできないため、真のタイミングＰを利用する場合には、予め実験的に求められたタイミングを用いる。
【００３４】
本実施形態では、より正確な検出タイミングを認識するために、応答時間補正部５６および光量補正部５７の機能で、レベル値が最大となるタイミングＬが、信号光による受光量が最大となるタイミングＰに近づくように補正する。つまり、応答時間補正部５６および光量補正部５７としての機能では、仮のタイミング、ここでは応答数がピークとなるタイミングＬに対して、受光量がピークとなる真のタイミングＰとの時間差ΔＴ１を補正時間として演算し、このタイミングを、光を検出したタイミングとして認識する。
【００３５】
詳細には、応答時間補正部５６は、応答したＳＰＡＤ４が応答を継続する時間を表す応答継続時間の長さに対応する補正時間を用いて仮のタイミングを補正する。本実施形態では、応答継続時間に対応する補正時間として、予め設定された固定値を採用する。
【００３６】
光量補正部５７は、光測距装置１Ａの受光環境に応じて補正時間を演算するように構成される。以下の説明では、光量補正部５７がマップを用いて補正時間を演算する構成について説明するが、この構成に限らず、受光環境を示すパラメータを入力すると補正時間を返す数式を用いて補正時間を演算してもよい。
【００３７】
ここでの光量補正部５７は、受光環境のうちの光の強さに応じて補正時間を求める。光の強さとは、入射光量の大小を示す値であり、例えば、レベル値のピークの高さや、レベル値の変化率（例えば図４のレベル値のグラフにおける特定の点における接線の傾き）の大きさによって得ることができる。
【００３８】
光の強さが比較的強い場合には、図５に示すように、入射光量がピークとなるタイミングＡ１とレベル値が最大値ＬｍａｘとなるタイミングＡ２との時間差ΔＴＡが比較的小さくなる。光の強さが強い場合には、入射光量が多いため、比較的短時間で多くのＳＰＡＤ４が応答してしまい、入射光量がピークとなる頃には大多数のＳＰＡＤ４が応答してしまっているからである。
【００３９】
一方で、光の強さが弱い場合には、図６に示すように、入射光量がピークとなるタイミングＢ１とレベル値が最大値ＬｍａｘとなるタイミングＢ２との時間差ΔＴＢが時間差ΔＴＡに対して大きくなる。光の強さが弱い場合には、入射光量が少ないため、光量の増加に追従して徐々にＳＰＡＤ４が応答するからである。
【００４０】
図５に示す光が強い例では、光の検出初期である［Ａ］の期間に応答数が８増加し、光の強さがピークとなる［Ｂ］の期間および光の強さが弱くなる［Ｃ］の期間には、応答数が８よりも少ない４や３だけ増加している。図６に示す光が弱い例では、［Ａ］の期間に応答数が１増加し、［Ｂ］および［Ｃ］の期間には、応答数が１よりも多い３や４増加している。つまり、光が強い場合には、検出初期に多くのＳＰＡＤ４が応答し、その後の期間で応答数の増加が鈍化する。この結果、光が強い場合と光が弱い場合とでは、レベル値が最大値ＬｍａｘとなるタイミングＡ２、Ｂ２に差異が生じる。
【００４１】
そこで、本実施形態の光量補正部５７は、図７に示すようなマップに従って光の強さに応じた補正時間を求める。すなわち、レベル値の最大値Ｌｍａｘが大きくなるにつれて、補正量が減少するマップを採用する。レベル値の最大値Ｌｍａｘが大きくなると、入射光量がピークとなるタイミングより前にＳＰＡＤ４が飽和に近づき、本来のレベル値が最大値Ｌｍａｘとなるタイミングよりも、このタイミングが近距離側にずれるためである。
【００４２】
光量補正部５７は、光の強さに応じた補正時間と、応答時間補正部５６にて得られた応答継続時間に対応する補正時間とを加算した時間を、前述の時間差ΔＴ１として、レベル値が最大となるタイミングＬを受光量がピークとなる真のタイミングＰに近づけるように補正する。具体的には、レベル値が最大となるタイミングＬから時間差ΔＴ１を減算したタイミングを検出タイミングとして認識する。
【００４３】
このような応答時間補正部５６および光量補正部５７の機能によって、仮のタイミングがΔＴ１だけ補正されて真のタイミングになるので、照射タイミングと仮のタイミングとの差は、照射タイミングと真のタイミングとの差に補正される。
【００４４】
この結果、図８に示すように、レベル値のピークのみによって得られる物体までの距離を表す計算距離は、補正後距離となるように補正される。補正後距離は、概ね物体までの真の距離と概ね一致する。
【００４５】
［１−３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）上記の光測距装置１Ａは、複数のＳＰＡＤ４と、複数のクエンチ抵抗６およびパルス出力部８と、レベル検出回路２０と、加算器４０と、ピーク検出部４５と、応答時間補正部５６と、光量補正部５７と、を備える。
【００４６】
複数のＳＰＡＤ４は、フォトンの入射に応答するように構成される。複数のクエンチ抵抗６およびパルス出力部８は、複数のＳＰＡＤ４毎に、ＳＰＡＤ４が応答するとパルス信号を出力するように構成される。レベル検出回路２０および加算器４０は、パルス信号に基づいて、応答しているＳＰＡＤ４の個数を表す応答数を検出するように構成される。
【００４７】
ピーク検出部４５は、応答数の時系列に沿った変化状態に基づいて仮のタイミングを認識し、仮のタイミングに応じて当該光測距装置１Ａが光を検出したタイミングを表す検出タイミングを認識するように構成される。応答時間補正部５６および光量補正部５７は、仮のタイミングと、対象物までの距離に対応する真のタイミングと、の時間差を表す補正時間を取得し、仮のタイミングに対して補正時間分だけ補正したタイミングを検出タイミングとするように構成される。
【００４８】
このような光測距装置１Ａによれば、仮のタイミングを補正時間で補正することによって得られたタイミングを検出タイミングとして認識するので、対象物までの距離に対応する真のタイミングと仮のタイミングとの時間差を補正することができる。よって、ＳＰＡＤ４が光を検出したタイミングを精度よく推定することができる。
【００４９】
（１ｂ）上記の光測距装置１Ａにおいてピーク検出部４５は、応答数が最大値を取るタイミングを仮のタイミングとして認識するように構成される。
このような光測距装置１Ａによれば、応答数が最大値となったときを仮のタイミングとすればよいので、簡素な処理で仮のタイミングを認識することができる。
【００５０】
（１ｃ）上記の光測距装置１Ａにおいて光量補正部５７は、光測距装置１Ａの受光環境に応じて補正時間を演算するように構成される。
このような光測距装置１Ａによれば、光測距装置１Ａの受光環境に応じて補正時間を演算するので、受光環境が変化したときに、その変化に対応させることができる。よって、より精度よく検出タイミングを推定することができる。
【００５１】
（１ｄ）上記の光測距装置１Ａにおいて応答時間補正部５６は、仮のタイミングでの応答数、および応答したＳＰＡＤ４が応答を継続する時間を表す応答継続時間、を加味して補正時間を演算するように構成される。
【００５２】
このような光測距装置１Ａによれば、応答数と応答継続時間とを加味して補正時間を演算するので、光測距装置１Ａに対する光量やＳＰＡＤ４の特性を考慮する構成とすることができる。よって、より精度よく検出タイミングを推定することができる。
【００５３】
（１ｅ）上記の光測距装置１Ａにおいて光量補正部５７は、光測距装置１Ａに入射される光の強さに応じて補正時間を演算するように構成される。ＳＰＡＤ４は光の強さが強くなると、早期に飽和し、仮のタイミングが変化する傾向があるため、この傾向を用いて補正を行う。
【００５４】
このような光測距装置１Ａによれば、光測距装置１Ａに入射される光の強さに応じて補正時間を演算するので、仮のタイミングの変化に対応して補正時間を演算することができる。
よって、より精度よく検出タイミングを推定することができる。
【００５５】
（１ｆ）上記の光測距装置１Ａにおいてレベル検出回路２０は、予め設定された周期で入力されるクロックを受ける毎に、パルス信号を認識する機能を有するクロック同期回路として構成される。
【００５６】
このような光測距装置１Ａによれば、クロック同期回路というハードウェアでパルス信号を認識する機能を実現するので、ソフトウェアを用いる構成と比較して簡素な構成でパルス信号を認識することができる。
【００５７】
［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態以下は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
【００５８】
前述した第１実施形態では、レベル値の最大値を用いて補正時間を決定した。これに対し、第２実施形態の光測距装置１Ｂでは、レベル値の最大値に加えてレベル値のオフセット値を用いて補正時間を求める点で、第１実施形態と相違する。
【００５９】
［２−２．構成］
第２実施形態の光測距装置１Ｂにおいて、光量補正部５７は、図９および図１０に示すように、レベル値の最大値Ｌｍａｘに加えて、レベル値のオフセット値Ｌｏｆｆを演算する。レベル値のオフセット値Ｌｏｆｆとは、定常的に応答するＳＰＡＤ４の個数を表す。受光部２は、受光しようとする信号光以外にも、周囲の明るさに応じた光を外乱光として受光し、外乱光によって一部のＳＰＡＤ４が応答する。
【００６０】
光量補正部５７は、信号光が発せられない期間で応答するＳＰＡＤ４の個数の平均値や中央値等の任意の値を定常的に応答するＳＰＡＤ４の個数として認識し、この値をオフセット値Ｌｏｆｆとして認識する。
【００６１】
オフセット値Ｌｏｆｆは、外乱光の多さによって増減し、外乱光が少ない場合には、図９に示すように、オフセット値Ｌｏｆｆに対してレベル値の最大値Ｌｍａｘが大きくなる。一方で、外乱光が多い場合には、図１０に示すように、オフセット値Ｌｏｆｆに対してレベル値の最大値Ｌｍａｘが小さくなる。
【００６２】
光量補正部５７は、図１１に示すように、レベル値の最大値Ｌｍａｘに加えて、オフセット値Ｌｏｆｆも考慮したマップを用いて補正時間を設定してもよい。ここで、レベル値の最大値Ｌｍａｘに占めるオフセット値Ｌｏｆｆが大きくなると、入射光による応答が開始する以前からＳＰＡＤ４が飽和に近づいているため、より早い時間でピークとなりやすい。そのため光量補正部５７は、オフセット値Ｌｏｆｆが増加するにつれて、補正量が減少するマップを採用するとよい。
【００６３】
［２−３．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
【００６４】
（２ａ）上記の光測距装置１Ｂにおいて応答時間補正部５６、光量補正部５７は、定常的に応答するＳＰＡＤ４の個数を表すオフセット値を加味して補正時間を演算するように構成される。
【００６５】
このような光測距装置１Ｂによれば、オフセット値を加味することで外乱光を除く入射光の強さを認識することができる。そして、入射光の強さに応じて検出タイミングを補正することができる。
【００６６】
［３．第３実施形態］
［３−１．第１実施形態との相違点］
前述した第１実施形態では、応答継続時間の長さに応じて仮のタイミングを補正するための補正時間として固定値を採用した。これに対し、第３実施形態では、応答継続時間の長さに応じて補正時間を変動させる点で、第１実施形態と相違する。
【００６７】
［３−２．構成］
第３実施形態の光測距装置１Ｃにおいて、演算部５０Ｃは、ＣＰＵ５１がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、図１に示すように、応答時間演算部５８をさらに備える。
【００６８】
応答時間演算部５８の機能では、光測距装置１Ａの受光環境に応じて補正時間を演算するように構成される。ここで、ＳＰＡＤ４の応答継続時間が長くなるほど、前述の時間差ΔＴ１は大きくなる傾向がある。そこで、応答時間演算部５８の機能では、受光環境のうちのＳＰＡＤ４の応答継続時間に応じて補正時間を変動させる。
【００６９】
より詳細には、応答時間演算部５８の機能では、少なくとも１つのレベル検出回路２０からの信号を入力し、このレベル検出回路２０からパルス信号が出力されているか否かを監視する。そして、パルス信号が出力されてから出力されなくなるまでの時間を測定することによって監視対象のＳＰＡＤ４の応答継続時間を認識する。
【００７０】
また、応答時間演算部５８の機能では、図１３に示すようなマップを用いて、測定した応答継続時間の長さに応じた補正時間を設定する。図１３に示すマップでは、応答継続時間が長くなると、その分レベル値が最大値を取るタイミングが遠距離側にずれるため、応答継続時間が増加するにつれて補正量が増加するマップを採用する。
【００７１】
［３−３．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
【００７２】
（３ａ）上記の光測距装置１Ｃにおいて応答時間演算部５８は、少なくとも１つのＳＰＡＤ４について、該ＳＰＡＤ４が応答しているか否かを監視することにより該ＳＰＡＤ４についての応答継続時間を計測するように構成される。応答時間補正部５６および光量補正部５７は、応答時間演算部５８にて計測された応答継続時間を加味して補正時間を演算するように構成される。
【００７３】
このような光測距装置１Ｃによれば、応答継続時間を実際に計測し、この応答継続時間を用いて補正時間を求めるので、補正の精度を向上させることができる。よって、より精度よく検出タイミングを推定することができる。
【００７４】
［４．第４実施形態］
［４−１．第３実施形態との相違点］
前述した第３実施形態では、応答継続時間を実際に計測して補正時間を決定した。これに対し、第４実施形態では、応答継続時間を温度によって推定し、推定した応答継続時間を用いて補正時間を決定する点で、第３実施形態と相違する。なお、本実施形態で応答継続時間を温度によって推定するのは、ＳＰＡＤ４は温度変化に対応して応答継続時間が変化することが知られているからである。
【００７５】
［４−２．構成］
第４実施形態の光測距装置１Ｄは、図１４に示すように、ＳＰＡＤ温度検出部４８をさらに備える。ＳＰＡＤ温度検出部４８は、ＳＰＡＤ４の温度、或いはＳＰＡＤ４の周囲の温度を検出する周知の温度センサとして構成される。演算部５０Ｄの光量補正部５７としての機能では、ＳＰＡＤ温度検出部４８と応答継続時間との関係を特定するための、予め準備された関係式やマップを用いて、ＳＰＡＤ温度検出部４８に対応する応答継続時間を特定し、前述の図１３に示すマップを用いて補正時間を演算する。
【００７６】
［４−３．効果］
以上詳述した第４実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
【００７７】
（４ａ）上記の光測距装置１ＣにおいてＳＰＡＤ温度検出部４８は、少なくとも１つのＳＰＡＤ４について、該ＳＰＡＤ４の温度または該ＳＰＡＤ４の周囲の温度を取得するように構成される。応答時間補正部５６および光量補正部５７は、温度に応じて応答継続時間を演算し、応答継続時間を加味して補正時間を演算するように構成される。
【００７８】
このような光測距装置１Ｃによれば、ＳＰＡＤ４の温度またはその周囲の温度を取得し、温度に応じて応答継続時間を演算するので、補正の精度を向上させることができる。よって、より精度よく検出タイミングを推定することができる。
【００７９】
［５．第５実施形態］
［５−１．第１実施形態との相違点］
前述した第１実施形態では、ＳＰＡＤ２の応答数に応じて補正時間ΔＴ１を決定した。これに対し、第５実施形態では、ＳＰＡＤ２の飽和度に応じて補正時間ΔＴ１を決定する点で、第１実施形態と相違する。
【００８０】
［５−２．構成］
第５実施形態の光量補正部５７は、図１５に示すように、ＳＰＡＤ２の飽和度に応じて補正時間ΔＴ１を決定する。
【００８１】
ＳＰＡＤ２の飽和度とは、ＳＰＡＤ２の総数に対する応答したＳＰＡＤ２の個数の割合を示す。例えば、図５のタイミング［Ｃ］の例では、ＳＰＡＤ２の総数が１６個であり、応答したＳＰＡＤ２の数が１５個であるため、飽和度は約９４％である。
【００８２】
ＳＰＡＤ２の飽和度と補正時間との関係は、図１５のグラフに示すように、飽和度が高くなるにつれて、補正時間が小さくなるように設定される。このグラフでの傾向は、図７にて示すＳＰＡＤ２の応答数と補正時間との関係と概ね同様である。
【００８３】
［５−３．効果］
以上詳述した第５実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
【００８４】
（５ａ）第５実施形態の光量補正部５７は、ＳＰＡＤ２の総数に対する応答率を加味して補正時間を演算する。
このような構成によれば、入射光量のみでなく、ＳＰＡＤの個数に対する割合を加味するので、画素内のＳＰＡＤ個数が動的に変化するシステム、或いは異なるＳＰＡＤ個数の画素が混在するシステム等であっても、ＳＰＡＤの総数に応じて補正時間を変更することなく、同一の補正時間を採用することができる。
【００８５】
［６．第６実施形態］
［６−１．第１実施形態との相違点］
前述した第１実施形態では、１回限りの光波の照射で得られるＳＰＡＤ２の応答数に基づいて仮のタイミングを決定した。これに対し、第６実施形態では、複数回の光波の照射で得られるＳＰＡＤ２の応答数を積算し、この値に基づいて仮のタイミングを決定する点で、第１実施形態と相違する。
【００８６】
［６−２．構成］
第６実施形態のピーク検出部４５は、照射部３が光波を照射する毎に応答数の時系列に沿った変化状態を認識する。例えば、図１６に示すように、直近の照射を含む任意の回数分の光波の照射について、光波の照射時からの時間と応答数との関係を、変化状態を示すデータとして取得する。ここでは、過去３回分の変化状態を示すデータを取得する。
【００８７】
なお、過去における変化状態を示すデータは、任意のメモリに記録される。例えば、変化状態を示すデータは、演算部５０のメモリ５２に格納され、このメモリ５２から取得される。
【００８８】
ピーク検出部４５は、過去における変化状態を示すデータについて、各光波が照射されてからの時間毎に応答数を積算し、この積算後のデータである積算変化状態を得る。積算変化状態は、図１６の下から２図目に示すように、３回分の応答数が単純に積算されたものである。
【００８９】
続いて、ピーク検出部４５は、積算変化状態を積算回数、ここでは３回で除算し、この除算後の積算変化状態に基づいて、応答数、或いは飽和度からピークの位置を求め、前述のように仮のタイミングを認識する。
【００９０】
［６−３．効果］
以上詳述した第６実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
【００９１】
（６ａ）ピーク検出部４５は、照射部３が光波を照射する毎に応答数の時系列に沿った変化状態を認識し、各光波が照射されてからの時間毎に応答数を積算した積算変化状態に基づいて、仮のタイミングを認識する。
【００９２】
このような構成によれば、応答数を平滑化することができるので、ノイズ耐性を向上させることができる。
［７．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００９３】
（７ａ）上記実施形態では、補正時間を求める構成をソフトウェアの処理として実現し、ピーク検出部４５の構成をハードウェアとして実現したが、これに限定されるものではない。例えば、補正時間を求める構成、およびピーク検出部４５の構成は、ソフトウェアの処理として実現してもよいし、ハードウェアとして実現してもよいし、またこれらの組み合わせによって実現してもよい。
【００９４】
（７ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００９５】
（７ｃ）上述した光測距装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの他、当該光測距装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを構成要素とするシステム、当該光測距装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの一部の構成としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、光検出方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【００９６】
［８．実施形態の構成と本開示の構成との対応関係］
上記実施形態においてクエンチ抵抗６、パルス出力部８は本開示でいう信号出力部に相当し、上記実施形態においてレベル検出回路２０、加算器４０は本開示でいう応答数検出部に相当する。また、上記実施形態においてピーク検出部４５は本開示でいうタイミング認識部に相当し、上記実施形態においてＳＰＡＤ温度検出部４８は本開示でいう温度取得部に相当する。
【００９７】
また、上記実施形態において応答時間補正部５６、光量補正部５７は本開示でいうタイミング補正部、補正演算部に相当し、上記実施形態において応答時間演算部５８は本開示でいう応答計測部に相当する。また、上記実施形態においてレベル検出回路７０は本開示でいうクロック同期回路に相当する。
【符号の説明】
【００９８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…光測距装置、２…受光部、３…照射部、６…クエンチ抵抗、８…パルス出力部、１０…受光部アレイ、２０…レベル検出回路、２１…インバータ、２２…クロック同期部、４０…加算器、４５…ピーク検出部、４８…温度検出部、５０Ａ，５０Ｃ，５０Ｄ…演算部、５１…ＣＰＵ、５２…メモリ、５６…応答時間補正部、５７…光量補正部、５８…応答時間演算部、７０…レベル検出回路。
【図１】
2019007950.tif 000003
【図２】
2019007950.tif 000004
【図３】
2019007950.tif 000005
【図４】
2019007950.tif 000006
【図５】
2019007950.tif 000007
【図６】
2019007950.tif 000008
【図７】
2019007950.tif 000009
【図８】
2019007950.tif 000010
【図９】
2019007950.tif 000011
【図１０】
2019007950.tif 000012
【図１１】
2019007950.tif 000013
【図１２】
2019007950.tif 000014
【図１３】
2019007950.tif 000015
【図１４】
2019007950.tif 000016
【図１５】
2019007950.tif 000017
【図１６】
2019007950.tif 000018