(57)【要約】【課題】非機械的スキャン方式の、長距離測定可能かつコストが低減された光レーダ装置を実現する。【解決手段】パルス光照射部（１１０）と、少なくとも結像光学素子（１５１）と受光部（１５４）を有するＴｏＦセンサ（１５３）とを有する受光系（１４０）と、を備える光レーダ装置（１００）であって、結像光学素子（１５１）により対象視野（１０）が受光部（１５４）に投影され、前記ＴｏＦセンサは、パルス光（１）のスキャンに応じて、受光部（１５４）の一部に活性化領域（５）を設定し、活性化領域（５）からの信号を用いて対象物（３）までの距離を測定する。【選択図】図４
2019191126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象視野内に対して、パルス光をスキャンするように照射するパルス光照射部と、
前記対象視野に存在する対象物に反射される前記パルス光の反射光を受光する受光系とを備える光レーダ装置であって、
前記受光系は、
少なくとも結像光学素子と、
受光部を有するＴｏＦセンサと
を有し、
前記結像光学素子により前記対象視野が前記受光部に投影され、
前記ＴｏＦセンサは、
前記パルス光のスキャンに応じて、前記受光部の一部に活性化領域を設定し、
前記活性化領域からの信号を用いて前記対象物までの距離を測定する
ことを特徴とする光レーダ装置。
【請求項２】
前記パルス光照射部は、前記対象視野内に対して、前記パルス光を二次元的にスキャンするように照射する
ことを特徴とする請求項１に記載の光レーダ装置。
【請求項３】
前記パルス光照射部は、非機械的なスキャン部を有している
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光レーダ装置。
【請求項４】
前記ＴｏＦセンサは、前記活性化領域を、スキャン方向毎に、１領域に設定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光レーダ装置。
【請求項５】
前記ＴｏＦセンサは、前記活性化領域を、各スキャン方向に対して複数設定し、前記複数の活性化領域は互いに重複しない
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光レーダ装置。
【請求項６】
前記ＴｏＦセンサは、前記複数の活性化領域に一対一に対応する、複数のＴｏＦ測定系を有している
ことを特徴とする請求項５に記載の光レーダ装置。
【請求項７】
前記ＴｏＦセンサにより設定される前記複数の活性化領域は、少なくとも遠距離用と近距離用の２種類を含む
ことを特徴とする請求項５または６に記載の光レーダ装置。
【請求項８】
前記ＴｏＦセンサは前記活性化領域を予め記憶している
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光レーダ装置。
【請求項９】
前記活性化領域は不良部を含まない
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光レーダ装置。
【請求項１０】
前記受光部は、アレイ状に配置されたＳＰＡＤからなる
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光レーダ装置。
【請求項１１】
前記活性化領域は、前記アレイ状の行と列単位で設定される
ことを特徴とする請求項１０に記載の光レーダ装置。
【請求項１２】
前記活性化領域は、前記ＳＰＡＤ毎に設定される
ことを特徴とする請求項１０に記載の光レーダ装置。
【請求項１３】
前記ＴｏＦセンサは前記ＳＰＡＤからのパルス出力を加算するバイナリーカウンタを有している
ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の光レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物までの距離を測定する光レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元イメージは、通常の写真の様な２次元イメージに加えて、視野内の対象物までの距離情報も含めた概念であり、近年、自動車やロボット等の周辺認識用として応用が広がっている。高精度の距離情報の計測法としては、レーザ光を照射して、対象物からレーザ光が反射して戻って来るまでの飛行時間（Time-of-flight：ＴｏＦ）を計測する方法が普及しつつある。
【０００３】
視野に向けてレーザ光を照射する方法としては、ほぼ平行にコリメートしかつ狭い範囲に照射するレーザビーム（スポットビーム）と受光装置とを一体で回転させる回転式（特許文献１、２参照）や、スポットビームをミラー等によってスキャンするスキャンタイプ（特許文献３）と、視野全体にほぼ均一にレーザビームを広げて照射する一括照射タイプ（特許文献４）とが有る。
【０００４】
一括照射タイプは、機械的な機構が必要無いため、小型化し易いが、対象物でのレーザ光強度がスキャンタイプに比べて弱くなる。そのため、対象物までの距離が大きくなると、信号強度が弱くなり、距離測定精度が落ちる。
【０００５】
一方、レーザビームを線状に整形して、一方方向のみでスキャンする場合（特許文献３参照）には、一括照射に比べれば、光照射強度は改善するが、十分では無い。ただし、５０ｍ〜２００ｍと言った遠方まで測定することを目的とした装置では、対象物において強いビーム強度が得易いスポットビームのスキャンタイプが多く開発されている。
【０００６】
これに対して、近年では、複数のレーザ光源と、一対一に対応する複数の受光素子を用いる回転式（特許文献１、２参照）が最も多く利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／００８９７０号（２００８年１月１７日公開）
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１１／１４６５２３号（２０１１年１１月２４日公開）
【特許文献３】特開２０１１−２１９８０（２０１１年２月３日公開）
【特許文献４】特開２０１６−１６１４３８（２０１６年９月５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の光レーダ装置では、以下の理由によって、最大測定距離を落とさずに、コストが低減された光レーダ装置を実現することができないという課題がある。
【０００９】
すなわち、複数のレーザ光源と、一対一に対応する複数の受光素子を用いる回転式の光レーダ装置では、機械的な回転機構が必要であり、長期信頼性の確保や、小型化が難しい。
【００１０】
その改善策として、レーザスポット光のスキャンをＭＥＭＳミラー、光学位相配置アンテナ素子（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｄｅｖｉｃｅ）、液晶偏向グレーティング等で行う、非機械的スキャン方式が開発されている。しかし、この様な非機械的スキャン方式のレーザ光放出部は小さく、放射光路の逆を辿って受光する場合には、集光効率が低く、最大測定距離が伸ばせない。
【００１１】
本発明の一態様は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、非機械的スキャン方式の光レーダ装置において、最大測定距離を落とさずに、コストが低減された光レーダ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する為に、本発明の一態様に係る光レーダ装置は、対象視野内に対して、パルス光をスキャンするように照射するパルス光照射部と、前記対象視野に存在する対象物に反射される前記パルス光の反射光を受光する受光系とを備える光レーダ装置であって、前記受光系は少なくとも結像光学素子と、受光部を有するＴｏＦセンサとを有し、前記結像光学素子により前記対象視野が前記受光部に投影され、前記ＴｏＦセンサは、前記パルス光のスキャンに応じて、前記受光部の一部に活性化領域を設定し、前記活性化領域からの信号を用いて前記対象物までの距離を測定する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、非機械的スキャン方式の光レーダ装置において、最大測定距離を落とさずに、コストが低減された光レーダ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る光レーダ装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る光レーダ装置の光路を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る光レーダ装置の受光部を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るＴｏＦセンサの構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態１の受光部を構成するＳＰＡＤの構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態１の受光部を構成するＳＰＡＤアレイの構成を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る光レーダ装置のセットアップフローを示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態１に係る受光部の不良ＳＰＡＤ除外工程を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態１に係る受光部の活性化する列、行を選択する工程を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施形態１における活性化領域を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態１にかかる光レーダ装置における測定結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態２の受光部を構成するＳＰＡＤアレイの構成を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施形態２の受光部を構成するＳＰＡＤの構成を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施形態２に係る受光部の不良ＳＰＡＤ除外工程を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施形態２に係る受光部の活性化するＳＰＡＤを選択する工程を示す模式図である。
【図１６】本発明の実施形態２における活性化領域を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態３に係る光レーダ装置の受光部を示す模式図である。
【図１８】本発明の実施形態３に係るＴｏＦセンサの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について図１〜図１８に基づいて説明する。以下、説明の便宜上、特定の実施形態にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する場合がある。
【００１６】
〔実施形態１〕
（光レーダ装置）
図１〜図１１に基づき、本発明の実施形態１に係る光レーダ装置１００の構成について説明する。以下では光レーダ装置１００の前方方向をＹ軸、紙面垂直方向をＺ軸とする右手座標系を用いて説明する。図１に示すように、光レーダ装置１００は、対象物３にスポット状のパルス光１を照射するパルス光照射部１１０と、対象視野１０内の対象物３からの反射光２を受光する受光系１４０からなる。
【００１７】
（パルス光照射部）
パルス光照射部１１０は、発光素子１２１と、駆動回路１２０（電源を含む）と、コリメータレンズ１２２と、スキャン部１２３とを有している。発光素子１２１はパルス光を発するものである。駆動回路１２０（電源を含む）はパルス発光素子１２１をパルス駆動するものである。コリメータレンズ１２２はパルス発光素子１２１が発するパルス光をスポット状に整形するものである。スキャン部１２３はスポット状のパルス光１を、Ｘ方向、Ｚ方向に２次元的にスキャンすることで、垂直照射角θｖ、水平照射角θｈの対象視野１０全体を照射する為のものである。一般的にはＸ方向が水平方向、Ｚ方向が垂直方向であるが、それに限定されない。
【００１８】
また、パルス光照射部１１０が照射するパルス光１のＸ方向、Ｚ方向への振れ角をθｘ、θｚとする。対象視野１０の中心がＹ軸に平行である場合、―θｈ／２≦θｘ≦θｈ／２、―θｖ／２≦θｚ≦θｖ／２である。照射されるパルス光１を区別する必要がある場合は、Ｂ（ｓ，ｔ）と記すことにする。ここで、ｓとｔは、０≦ｓ≦Ｓｍ、０≦ｔ≦Ｔｍの整数であり、Ｘ方向では対象視野１０に向かって、左側から順に０からＳｍまで振られ、Ｚ方向では下から上に０からＴｍまで振られる。Ｓｍ及びＴｍの具体的な値は本実施形態を限定するものではない。
【００１９】
Ｘ方向、Ｚ方向共、等間隔のΔθｘ、Δθｚを用いる場合には、パルス光１のθｘ、θｚは、以下の様に表される。これはパルス光１のスキャン方式の一例であり、これに限定される物では無い。
【００２０】
θｘ＝―θｈ／２＋Δθｘ・ｓ  （Δθｘ・Ｓｍ＝θｈ）
θｚ＝―θｖ／２＋Δθｚ・ｔ  （Δθｚ・Ｔｍ＝θｖ）
光レーダ装置１００から、対象物３までの距離をＬ、パルス光１の対象物３上での照射領域４の径をφ（Ｌ）とする。パルス光１の径φ（Ｌ）は、パルス発光素子１２１が実際に光を発する発光領域の大きさＰ（ニアフィールドで見た発光領域の最大径）と、パルス発光素子１２１の発散角ηと、コリメータレンズ１２２の焦点距離ｆｃとによって、以下の様に記述できる。但し、ここでは、スキャン部１２３による、パルス光１の発散の変化は無視できると考える。
【００２１】
光レーダ装置１００の近傍でのパルス光１の径：
φ０＝Ｐ＋２・ｆｃ・ｔａｎ（η／２）（＝３．７ｍｍ）―（１式）
光レーダ装置１００から遠方の距離Ｌの対象物３上でのパルス光１の照射領域４の径：
φ（Ｌ）＝Ｐ・Ｌ／ｆｃ＋φ０（＝１００３．７ｍｍ）―（２式）
括弧内はｆｃ＝２０ｍｍ、η＝１０度、Ｐ＝２００μｍ、Ｌ＝１００ｍでの値を、一例として示した数字である。
【００２２】
（パルス発光素子）
パルス発光素子１２１の発する光は、遠方まで強度を落とさずに届く必要が有り、φ（Ｌ）は出来る限り小さいことが好ましい。遠方ではφ（Ｌ）の第１項が支配的である為、Ｐが小さく、焦点距離ｆｃが長いことが好ましい。尚、遠方であるとは、２式の第２項が第１項に比べて十分小さい場合であることから、ここではφ０・ｆｃ／Ｐ／Ｌ＜１／１０が満たされる場合（第２項が第１項の１／１０より小さく、第２項を無視しても誤差は１０％程度である）と考える。上記例では、Ｌ＞３．７ｍとなる。
【００２３】
焦点距離ｆｃが長いと、φ０が大きくなり（１式参照）、スキャン部１２３に入射するパルス光の径が大きくなる。その結果、スキャン部１２３を大きくせねばならず、コストアップ要因となる。これを回避する為には、ηを小さくすることが好ましく、パルス発光素子１２１とコリメータレンズ１２２の間に、パルス光の発散を抑える為の別の光学素子（通常のレンズ、ロッドレンズ等）を配置しても良い。尚、ｆｃを大きくすると、光レーダ装置１００の近傍におけるパルス光１の口径が大きくなる為、単位面積当たりの光強度が低減され、レーザ光の安全性に関わるクラス１条件を満足し易くなる。結果的に、パルス光のピークパワーを高くすることで、より遠方まで測定が可能となる場合がある。
【００２４】
パルス発光素子１２１として、端面発光レーザチップを使う場合には、端面発光レーザチップの発光領域は、発光層と平行方向に長く、垂直方向に短く、Ｐは発光層と平行方向の長さであり、通常、大凡リッジ幅に等しい。発光層と垂直方向の発光領域の大きさをＵとすると、発光領域のアスペクト比Ｐ／Ｕは、Ｐ／Ｕ＞＞１である。この場合、遠方での照射領域４は細長い楕円状の形状となる。一方、パルス発光素子１２１として面発光レーザチップを使う場合には、面発光レーザチップでは、発光領域が複数のレーザ発光ユニットを含む場合が多い。この為、各レーザ発光ユニットの発光部の大きさを表すアパーチャのサイズでは無く、複数のレーザ発光ユニット全体の最大径が、発光領域の大きさＰである。面発光レーザチップでは、通常、Ｐ／Ｕ〜１である。この場合には、遠方での照射領域４はほぼ円形となる。遠距離の対象物３を検知する為には、パルス光１のピークパワーを大きくする必要が有る。同じパワーで比較するなら、一般的には面発光レーザより端面発光レーザの方が発光領域は小さい。従って、本構成の様な光レーダ装置１００では、端面発光レーザの方が、遠方の対象物３上での照射領域４をより小さくできる為、より高分解能の測定が可能であり、パルス発光素子１２１として好ましい。また、自動車等に搭載する場合には、水平方向の空間解像度を高める事が重要である為、照射領域４の長軸方向を鉛直方向に向ける事が好ましい。その為に、端面発光レーザの活性層面を鉛直方向に配置する事が好ましい。
【００２５】
パルス発光素子１２１は、半値幅が１ｎｓｅｃから数百ｎｓｅｃ程度のパルス幅で発光する素子である。パルスのピークパワーは数Ｗから数百Ｗである。発光波長は用途によって決定できるが、波長７００ｎｍから１５００ｎｍ程度の赤外線で有ることが好ましい。人の目に見えない為、邪魔にならない上に、長波長程、動物の目に対する安全性が高いと言う利点がある。更に、波長が長い程、背景光強度も低下する、特に９４０ｎｍから９５０ｎｍ付近の波長は、空気中の水分による太陽光の吸収によって、強度が低下している為、好ましい。一方で、波長が１０００ｎｍ以下では、安価なシリコン素子を受光部に使用できると言う利点が有る。シリコン素子では、波長が短い程、量子効率が向上する為、前記の様な背景を考慮して、９００ｎｍから、９５０ｎｍ付近が最も好ましい。
【００２６】
パルス発光素子１２１は発光ピーク波長の温度変動少ないことが好ましく、図１には記載して無いが、発光ピーク波長の温度変動を抑制する為に、パルス発光素子１２１の温度制御を行う温度制御回路を加えても良い。
【００２７】
（駆動回路）
駆動回路１２０は所定のタイミングでパルス発光素子１２１に、所定の電流を流し、パルス発光素子１２１をパルス発光させる。発光タイミングは制御部１６０からの信号によって決定される。電流量は可変であっても良く、制御部１６０によって制御しても良い。パルス光の発光時間を決定する電流の時間変化も同様である。パルス光１の発光強度は、対象視野内において、一般的には均一であるが、光強度が強い場所の検出感度が高くなる為、対象視野１０内において、特に注視する必要が有る場所がある場合は、その付近において、強度を強くすることも可能である。例えば、道路の前方に当たる部分だけ、駆動電流を増やして、より遠方まで対象物３を検出すると言ったことが可能である。
【００２８】
（スキャン部）
スキャン部１２３は、ガルバノミラーや他の機械的ミラースキャン方式でも可能であるが、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical-System）ミラー素子、光学位相配置アンテナ素子、液晶偏向グレーティング等による非機械的スキャン方式を用いる事が好ましい。光レーダ装置１００の耐衝撃性を改善する事で長期信頼性を向上し、小型化が容易となると言う利点が有る。スキャン部の具体的な構成に関しては、既に公知の技術である為、詳細は記述しない。以下では、ＭＥＭＳミラー素子を例として説明する。ＭＥＭＳミラー素子は、例えば電磁式であり、制御部１６０により流す電流量を制御することで、ミラーの振れ角を変更する。静電式や圧電式では、制御部１６０により印加する電圧を制御することで、ミラーの振れ角を変更できる。制御部１６０は、パルス光１が照射された対象物３からの信号を検出できる様に、ミラーの振れ角と受光系１４０を同期制御する。スキャン部１２３が他の方式であっても同様である。ＭＥＭＳミラー素子では、ミラー面が平坦である限り、パルス光１の発散が大きくなることは無い。
【００２９】
（受光系）
受光系１４０は、少なくともＴｏＦセンサ１５３と、結像光学素子１５１と、光学バンドパスフィルター１５２と、制御部１６０と、受光系電源１４１とを含む。ＴｏＦセンサ１５３は飛行時間測定によって対象物までの距離を計測するものである。制御部１６０はＴｏＦセンサ１５３やパルス光照射部１１０を制御し、外部システム４００とコミュニケーションするものであり、受光系電源１４１により受光系１４０に電源を供給する。
【００３０】
パルス光１がスキャン部１２３によって、対象視野１０をスキャンされるが、受光系１４０は光レーダ装置１００に物理的に固定されており、パルス光１のスキャンに対応して動くわけでは無い。従って、対象視野１０からの反射光２は、スキャンに応じて、結像光学素子１５１によって、受光部１５４の異なる点に投影される。
【００３１】
（結像光学素子）
結像光学素子１５１は反射鏡でも構成できるが、一般的にはレンズである為、以下ではレンズの場合について説明する。結像光学素子１５１の焦点距離をｆｄ、Ｆ値をＦとする。結像光学素子１５１の有効開口径はｆｄ／Ｆとなる。対象視野１０の全体に対して、距離測定を行う為には、結像光学素子１５１によって、対象視野１０全体が受光部１５４上に投影されなければならない。対象視野１０が受光部１５４上に投影される大きさをＩｘ、Ｉｚとすると、以下の関係がある
Ｉｘ＝２・ｆｄ・ｔａｎ（θｈ／２）
Ｉｚ＝２・ｆｄ・ｔａｎ（θｖ／２）
例えば、ｆｄ＝２４ｍｍ、θｈ＝２４度、θｖ＝１２度の場合には、Ｉｘ＝１０．２ｍｍ、Ｉｚ＝５．０ｍｍである。受光部１５４はＸ，Ｚ方向にそれぞれ、Ｉｘ，Ｉｚより大きいことが好ましい（受光部１５４の好ましい大きさに関しては後述）。
【００３２】
受光部１５４上に集光される反射光２の強度は、結像光学素子１５１の有効開口部の面積に比例する為、有効開口径ｆｄ／Ｆの２乗に比例する。測定距離を伸ばす為には、遠方からの反射光２を有効に集光する必要があり、Ｆ値は小さいことが好ましい。上記例において、Ｆ＝１．２とすると、有効開口径が２０ｍｍとなり、大きさが数ｍｍ程度であるＭＥＭＳミラーに比べれば、結像光学素子１５１の有効開口面積は大凡２桁大きい。一般に非機械的スキャン方式のスキャン部１２３の光放出面は、数ｍｍ程度であり、ＭＥＭＳミラーに限らず、非機械的スキャン方式のスキャン部１２３では同様の結果となる。従って、スキャン部１２３を介して反射光２を直接受光する場合に比べ、結像光学素子１５１を用いることで検出感度を大幅に向上することが出来る。
【００３３】
結像光学素子１５１によって照射領域４が受光部１５４上に投影された投影領域４Ａの径は次式で表される。
【００３４】
Ｉφ（Ｌ）＝φ（Ｌ）／Ｌ・ｆｄ
＝Ｐ・ｆｄ／ｆｃ  ＋  φ０・ｆｄ／Ｌ−（３式）（＝０．２４ｍｍ）
括弧内の数値はη＝１０度、ｆｃ＝２０ｍｍ、Ｐ＝０．２ｍｍ、Ｌ＝１００ｍ、ｆｄ＝２４ｍｍの場合の値である。遠方では、Ｉφ（Ｌ）の第２項が無視できる為、Ｉφ（Ｌ）≒Ｐ・ｆｄ／ｆｃである。即ち、遠方の対象物に関しては、距離Ｌに関係無く、パルス発光素子１２１の発光領域の大きさＰと、結像光学素子１５１とコリメータレンズ１２２の焦点距離の比（ｆｄ／ｆｃ）で決まる一定値となる。従って、焦点距離ｆｄ、ｆｃが桁違い違わない場合は、Ｉφ（Ｌ）は大凡Ｐのオーダーだと考えることが出来る。
【００３５】
光レーダ装置１００では、スキャン部１２３の中心光軸と、結像光学素子１５１の光軸は重ねられず、一定の距離を置いて配置される。ここでは、両者がＸ軸方向にＤだけ離れている場合について説明する。図２に示す様に、スキャンによってパルス光１ａ，１ｂ，１ｃが照射領域４ａ、４ｂ、４ｃと動く時には、結像光学素子１５１によって、受光部１５４に投影される投影領域４Ａの位置も受光部１５４上で、投影領域４Ａａ、４Ａｂ，４Ａｃと動く。パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）が距離Ｌの地点にある対象物３に当たり、その反射光２が受光部１５４上に投影される投影領域４Ａの中心座標は、図３に示される様に、次式で表される。尚、受光部１５４の中心は、結像光学素子１５１の光軸と一致しているとする。
【００３６】
ｘ＝−ｆｄ・ｔａｎθｘ−Ｄ・ｆｄ／Ｌ−（４式）
ｚ＝−ｆｄ・ｔａｎθｚ−（５式）
ここで、４式の第２項は短距離では無視できない大きさである。例えば、Ｄ＝２０ｍｍ、ｆｄ＝２４ｍｍとすれば、Ｌ＝１０ｍでＷ＝４８μｍ、Ｌ＝２ｍでは、２４０μｍであり、３式で示されたＩφ（Ｌ）と同じオーダーの大きさとなる。即ち、図２に示す様に、同じパルス光１ａ（Ｂ（ｓ，ｔ））を照射しても、距離Ｌが異なる対象物３ａと３ｄからの反射光２ａと２ｄは、受光部１５４上では、異なる場所に投影領域４Ａａと４Ａｄを形成することとなる。
【００３７】
パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）がスキャンされると、投影領域４Ａは受光部１５４内を移動する。水平照射角θｈ、垂直照射角θｖからの反射光２を常に検出する為には、受光部１５４の大きさは、下記の大きさ以上でなければならない。
【００３８】
Ｘ方向：Ｉｘ＋Ｄ・ｆｄ／Ｌｍｉｎ＋Ｉφ（Ｌｍｉｎ）＋２・Ｒｘ−（６式）
Ｚ方向：Ｉｚ＋Ｉφ（Ｌｍｉｎ）＋２・Ｒｚ−（７式）
Ｌｍｉｎは最短測定距離である。Ｉｘ、Ｉｚはスキャンによって、投影領域４Ａの中心が動く範囲を表し、Ｉφ（Ｌｍｉｎ）は投影領域４Ａの最大サイズを表し、Ｄ・ｆｄ／Ｌｍｉｎは、最短距離での投影領域４Ａの位置ずれを表している。２・Ｒｘと２・Ｒｚは光レーダ装置１００の組立誤差を補正する為のマージンである。即ち、スキャン部１２３のスキャン中心軸と結像光学素子１５１の光軸の組立誤差が、Ｘ方向には±Ｒｘ、Ｚ方向には±Ｒｚである場合には、受光部１５４はＸ方向には２・Ｒｘ、Ｚ方向には２・Ｒｚだけ大きくして、マージンを持たせる必要がある。
【００３９】
従って、スキャン部１２３と結像光学素子１５１を結ぶ線の方向に対する受光部１５４の大きさは、対象視野１０が結像光学素子１５１によって投影される大きさＩｘより、最短距離にある対象物上の照射領域の投影領域の大きさ（Ｉφ（Ｌｍｉｎ））とスキャン部１２３と結像光学素子１５１の光軸間の距離に、結像光学素子１５１の焦点距離と最短距離の比を掛けた分（Ｄ・ｆｄ／Ｌｍｉｎ）だけ大きい事が好ましく、更に組立誤差分を加える事が好ましい。スキャン部１２３と結像光学素子１５１を結ぶ線に対して、垂直方向の受光部１５４の大きさは、対象視野１０が結像光学素子１５１によって投影される大きさＩｚより、最短距離にある対象物上の照射領域の投影領域の大きさ（Ｉφ（Ｌｍｉｎ））だけ大きい事が好ましく、更に組立誤差分を加える事が好ましい。
【００４０】
（活性化領域）
受光部１５４の全面積は、投影領域４Ａの面積に比べれば、遥かに大きい為、受光部１５４全体が活性化されていると、投影領域４Ａ以外の部分に入射する光も検出してしまう。投影領域４Ａ以外の部分に入射する光とは、照射領域４以外から来る、背景光の反射光であり、ノイズである。従って、ＳＮ比を高める為には、受光部１５４の内、投影領域４Ａと重なる部分のみを活性化しなければならない。投影領域４Ａに対して、受光部１５４内の活性化される領域を活性化領域５と呼ぶ。
【００４１】
（光学バンドパスフィルター）
光学バンドパスフィルター１５２は、受光部１５４の前面に設置されることが好ましい。パルス光１の波長を透過帯の中心波長として、数ｎｍから数十ｎｍの波長透過帯幅を持つ光学バンドパスフィルター１５２を加えることで、反射光２の内、パルス光１とは異なる背景光によって発生する成分を削減し、ＳＮ比を向上することが出来る。結像光学素子１５１に組み込んでも良いし、その前面に置いても良い。ＴｏＦセンサ１５３のパッケージ内に配置しても良い。
【００４２】
（ＴｏＦセンサ）
光レーダ装置１００におけるＴｏＦセンサ１５３の構成を図４に示す。受光部１５４は、ｎ行ｍ列のアレイ状に配置されたＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）（ＳＰＡＤ：Single Photon Avalanche Diode：単光子雪崩増倍フォトダイオード）からなる。その詳細は後述するが、本実施形態では、個々のＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）は行単位、列単位で選択される。換言すれば、活性化領域５は、アレイ状の行と列単位で設定される。受光部１５４はパルス光１のスキャンに合わせて、投影領域４Ａと重なる活性化領域５内のＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）のみを活性化することで、常に投影領域４Ａを必要最低限のＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）でカバーできる。従って、不要な背景光を受光すること無く、ＳＮ比を高く保つことができ、最大測定距離を伸ばすことが出来る。
【００４３】
本構成では、Ｓｉ基板上に形成したＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）を用いることで、大規模なアレイを容易に製造できる。ＴｏＦセンサ１５３は単一チップとして構成しても良いし、複数のチップで構成しても良い。例えば受光部１５４を第１のウエハ上に形成し、他の部分を第２のウエハ上に形成し、両者を貼り合せることで、ＴｏＦセンサ１５３を構成しても良い。また、受光部１５４のフォトダイオード部分を化合物半導体基板上に形成し、トランジスタＴｒやパルス出力回路９６は、他の回路と一緒に別のＳｉ基板上に設け、両者を貼合わせて機能させても良い。この様な構成は、Ｓｉ製のフォトダイオードでは検出できない１０７０ｎｍ以上の波長の赤外線をパルス光１として用いる場合に利用できる。
【００４４】
また、活性化領域５内のＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）の個数は、出来るだけ多いことが好ましく、少なくとも５０個以上が好ましく、１００個以上が更に好ましい。１個のＳＰＡＤは、１回の受光の後、Ｄａｅｄｔｉｍｅ期間（１０ｎｓｅｃ〜１００ｎｓｅｃ）には、別の受光が出来ない為、Ｄａｅｄｔｉｍｅ期間に１個のＳＰＡＤが受光する平均フォトン数は１個より小さいことが望ましい。従って、大面積のＳＰＡＤを少数配置するよりも、小面積のＳＰＡＤを多数配置する方が、光検出効率が高め、距離測定精度を高めることが出来る。
【００４５】
（行選択回路及び列選択回路）
ＴｏＦセンサ１５３は活性化領域５に含まれる行、及び列を選択する回路として、列選択回路９１及び行選択回路９０を有している。ＳＰＡＤ（ｉ、ｊ）は、列選択線Ｃｊによって、列選択回路９１と接続し、行選択線Ｒｉによって、行選択回路９２と接続している。活性化された列選択線Ｃｊと行選択線Ｒｉに繋がるＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）のみが測定可能となり、入射するフォトンを検知するが、他のＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）は検知しない為、測定には全く寄与しない。従って、余分な背景光を検知することが避けられる。ＳＰＡＤ（ｉ、ｊ）は列信号線ＯＣｊによって、列カウンタＣＴｊに接続されている。列カウンタＣＴｊは接続されたＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）がフォトンを検知した際に発生するパルス数を加算するバイナリーカウンタであり、測定期間にｊ列のＳＰＡＤが検知したフォト数の和Ｎｊを出力する。列カウンタＣＴ１〜ＣＴｍは総和回路９２に接続し、総和回路９２の出力はＴｏＦ計測ユニット９３に接続している。測定期間が終わると個々の列カウンタＣＴｊの出力が総和回路９２に読み出される。総和回路９２は各ＣＴｊの出力Ｎｊの総和ΣＮｊ＝Ｎ１＋Ｎ２＋・・・・Ｎｍを計算し、結果をＴｏＦ計測ユニット９３へ出力する。この読み出し毎に、列カウンタＣＴ１〜ＣＴｍと総和回路９２はリセットされる。
【００４６】
パルス光１の発光から一定時間ΔＴ毎に、上記動作が繰り返され、ＴｏＦ計測ユニット９３には、各時間帯のΣＮｊが時系列で蓄えられる。ｌ番目（ｌは０からｌｍまでの整数）のΣＮｊをＮ（ｌ）とすれば、Ｎ（ｌ）はパルス発光から、経過時間Ｔ＝ΔＴ・ｌからΔＴの間に、受光部１５４が検出したフォトン数となる。Ｔｍｘ＝ΔＴ・ｌｍは最長飛行時間であり、Ｔｍｘ・ｃ／２（ｃ：光速）が測定可能な最大距離となる。ＴｏＦ計測ユニット９３は記録されたＮ（ｌ）より、飛行時間を計算する。計算方法に関しては後述する。
【００４７】
本構成では、列毎に列カウンタＣＴｊを設けたが、複数の列毎にバイナリーカウンタを設けても良い。但し、多数の列の出力を１個のバイナリーカウンタで計数する場合には、数え落としが生じる可能性が高まる為、各列の計数量に応じて、パルスの数え落としを最小限に抑制する様に構成しなければならない。
【００４８】
上記説明において、活性化領域５がフォトンを検出する事で発するパルス信号を時系列で計数する回路である列カウンタＣＴｊとして、バイナリーカウンタを選択した理由は、比較的単純な回路で構成でき、集積回路として構成した際に、少ない面積で、計数し積算する機能を実現できるからである。また、単純なロジック回路である為、広い動作マージンが得易く、設計が容易であるからである。バイナリーカウンタにはこの様な利点があるが、パルス信号の計数回路は、必ずしも複数のバイナリーカウンタである必要はない。
【００４９】
以上の様なＴｏＦセンサ１５３の様々な機能の実行、及びそのタイミング制御を行う制御回路９４がＴｏＦセンサ１５３に含まれる。制御回路９４はＣＰＵユニットや、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を含んでいても良い。
【００５０】
（ＳＰＡＤ）
ＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）は図５に示す様に、フォトダイオードＰＤ、トランジスタＴｒ、パルス出力回路９６を含む。フォトダイオードＰＤへは、行選択線Ｒｉより電源が供給される。Ｔｒのゲート電極には列選択線Ｃｊが接続されており、Ｒｉが電源に接続し、ＣｊがＯＮに設定されたＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）のみが、フォトン検出モードとなり、活性化される。本実施例では非能動クエンチング方式であり、トランジスタＴｒのＯＮ抵抗がクエンチング用の抵抗を兼用している。能動クエンチングの場合は、別の回路構成となる。パルス出力回路９６は、ＰＤがフォトンを検出した場合に、一定時間幅のパルスをＯＣｊ上に出力する回路である。また図５では、トランジスタＴｒがＰＤのＧＮＤ側に配置しているが、ＰＤと高電圧電源の間に配置しても良い。ＴｒもＮＭＯＳに限定されず、ＰＭＯＳでも良い。
【００５１】
行選択回路９０は例えば、図６に示す様に、ＳＰＡＤの電源ＶＳＰＡＤを各行選択線Ｒｉへ接続するスイッチＳ１〜Ｓｎと、スイッチＳｉを制御する回路を含む。行選択回路は任意の組合せでスイッチＳｉをオンできる。列選択回路９１も同様に任意の列信号線Ｃｊを活性化するスイッチと、その制御回路を含んでいる。図５のＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）の回路では、トランジスタＴｒがＮＭＯＳ−ＦＥＴで構成されている為、ＣｊがＨレベルに設定された時、ＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）は活性化される。
【００５２】
（選択例１）
活性化すべきＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）の選択について、ある一定距離に置かれた試験体に対して行う場合について、図７〜９に示すフローに従って説明する。既に説明した様に、遠距離と短距離では、受光部１５４上での投影領域４Ａの位置が異なる為、短距離と遠距離に於いて、活性化すべきＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）の選択を行い、両者の和領域を活性化領域とすることも出来る。しかし、短距離での投影領域４Ａ全体をカバーしようとすると、活性化領域が広くなり、遠距離では背景光ノイズが増し、最大測定距離が短くなる場合が有る。従って、活性化領域５の設定は、最大測定距離を伸ばすことを重視するのか、短距離での対象部の測定精度をどの程度重視するか、等の要因に応じて、最適化しなければならない。
【００５３】
図７は全体フローを示し、図８、図９はその詳細を示す。光レーダ装置１００が組立てられ（ステップＦ１）、発光素子の発光テストステップＦ２、受光素子のテストステップＦ３及び不良ＳＰＡＤの特定ステップＦ４が実施される。尚、ステップＦ１〜Ｆ４の工程の順序は、異なっても構わない。また、ステップＦ１〜Ｆ４は、組み立て装置及び検査装置によって自動的に行われてもよいし、作業員の手作業を用いて半自動的に行われてもよい。後述するフローに含まれる各ステップついても同様である。
【００５４】
ステップＦ２ではパルス光照射部が仕様通りにパルス光１を発するか否かをテストする。ステップＦ３ではＴｏＦセンサ１５３が個々のＳＰＡＤの検出特性は別にして、他の回路が正常に動作するかをテストする。
【００５５】
（ＳＰＡＤの特性評価）
ステップＦ４では主に暗時のＳＰＡＤ特性を評価する。詳細は図８に示す。
・まずユーザにより光レーダ装置１００が組み立てられ（ステップＦ４０１）、電源が投入される（ステップＦ４０２）。Ｇ（１）〜Ｇ（ｍ）は１ビットのメモリであり、Ｇ（ｊ）＝０であれば、ｊ列は使用可能、Ｇ（ｊ）＝１であれば、使用不可を示す。後述のように、Ｇ（ｊ）はメモリ９５に格納される。
・次に光レーダ装置１００において、初期状態では全てのＧ（ｊ）が０に設定され、選択行を表すｉは１に設定される（ステップＦ４０３）。
・次に行選択回路９０によって、Ｓｉをオンとする（ステップＦ４０４）。
【００５６】
ステップＦ４０５からＦ４１０は、列１からｍを順次テストするループである。
・まずステップＦ４０５において列選択回路９１により列１を選択する。
・次にステップＦ４０６、Ｆ４０７において、Ｇ（ｊ）＝０であれば、列選択回路９１によって、列選択線Ｃｊが活性化される。
・次にステップＦ４０８からＦ４１１において、上記処理によりＳＰＡＤ（ｉ、ｊ）が活性化され、暗時のパルス出力がＣＴｊに積算される。そして光レーダ装置１００において、積算数ＤＣｊが仕様値より大きいか、小さいかが判定される。大きい場合には、ＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）は使用できない為、Ｇ（ｊ）＝１に設定される。小さければ問題無い為、選択列番号ｊに１を加算してＦ４０６へジャンプする。
・ステップＦ４０５からＦ４１１のループによって、ｉ行について、全ての列がテストされると、次にステップＦ４１２からＦ４１３において、選択行ｉに１を加算して、次の行に移る為に、ステップＦ４０４へジャンプする。ｉがｎより大きくなった時点で、ステップＦ４１３の分岐によって、テストが終了する。
【００５７】
本構成では、列ｊに１個でもダークカウント数が所定の数よりも多いＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）（換言すれば不良ＳＰＡＤ）がある場合は、ｊ列全体を使用しない様に設定している。この様な一連のフローは制御回路９４によって、コントロールされる。ダークカウント数が所定の数よりも多いＳＰＡＤが存在すると、該当する列の信号数が増加する為に、反射光２の入射による信号と区別できなくなる恐れがある。従って、ダークカウント数のテストステップＦ４はステップＦ５の前に完了する必要が有る。このようにすることにより、検知不能なＳＰＡＤを排除することができるため、光レーダ装置１００の受光部１５４の受光量の変動を回避して検出精度を向上することができる。
【００５８】
なお、ここでいう不良ＳＰＡＤ（不良部）とは、当初から欠陥を有し、本来の活性可能状態になっても、入射するフォトンを検知できる状態とならない不能な受光検出素子（ＳＰＡＤ）をいう。
【００５９】
（活性化領域の選択）
続いて、Ｂ（ｓ，ｔ）に対応する、活性化領域５を選択するステップＦ５について、図９を基に説明する。各ｓ、ｔの組について、Ｘａ（ｓ、ｔ）、Ｘｂ（ｓ、ｔ）、Ｚａ（ｓ、ｔ）、Ｚｂ（ｓ、ｔ）を決定する。ここで、Ｘａ（ｓ、ｔ）≦ｊ≦Ｘｂ（ｓ、ｔ）のｊ列、及び、Ｚａ（ｓ、ｔ）≦ｉ≦Ｚｂ（ｓ、ｔ）のｉ行が、Ｂ（ｓ，ｔ）照射時の活性化領域５となる。換言すると、ＴｏＦセンサ１５３は、活性化領域５を、スキャン方向毎（パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）毎）に、１領域に設定する。
・まずユーザにより光レーダ装置１００の電源を投入（ステップＦ５０１）後、各ｓ、ｔについて、以下のフローが実行される。
・そしてステップＦ５０４からＦ５０７において、ステップＦ４の結果得られたＧ（ｊ）を基に、Ｇ（ｊ）＝０を満たすｊ列についてのみ、列選択回路９１がＣｊを活性化する。換言すれば、活性化領域５は不良部を含まない。行選択回路９０は全てのスイッチＳｉをオンとする。この状態で、試験体にパルス光Ｂ（ｓ，ｔ）を照射し、反射光２を受光する。この時、活性化されたｊ列の列カウンタＣＴｊには、反射光２によるフォトン検出数が記録されている。
【００６０】
ステップＦ５０８からＦ５１７では、列選択回路９１によりＣＴｊの結果を読み出し、仕様値以上のカウント数が有った列を選択する。これにより反射光２が到達しない列を除外することが出来る。
・まずステップＦ５０８ではｊ＝１、Ｘａ（ｓ，ｔ）＝０に初期設定する。
・次にステップＦ５０９ではステップＦ４のテストをパスしたｊ列のみが選択される。
・次にステップＦ５１０ではＣＴｊのカウント数Ｎｊが読み出される。
・次にステップＦ５１１ではＮｊが仕様値より小さい場合には、次のＦ５１２において、Ｘａ（ｓ、ｔ）＝０か否かの判定を受ける。Ｙｅｓの場合は、まだまだ活性化すべき列に達していない為、Ｆ５１５に進み次の列へ進む。Ｎｏの場合には、活性化すべき列に達した後に、再度、活性化すべきでない列に達したと見做せる為、Ｆ５１７でＸｂ（ｓ，ｔ）を設定し、Ｆ５２０へ進む。Ｆ５１１ではＮｊが仕様値より大きい場合には、次のＦ５１３において、Ｘａ（ｓ、ｔ）＝０か否かの判定を受ける。Ｙｅｓの場合は初めて活性化すべき列に達したと考えられる為、Ｆ５１４でＸａ（ｓ、ｔ）＝ｊと設定し、Ｆ５１５を経て、次の列に進む。Ｎｏの場合は、活性化領域５内にあると見做せる為、Ｆ５１５を経て、次の列に進む。Ｆ５１５では選択列番号ｊに１を加えて、選択列番号ｊがｍ以下の場合（Ｆ５１６）には、Ｆ５０９へジャンプする。この様にして、ダークカウント数の所定の数よりも多いことが無く、反射光２を検知できる列の範囲がｊ＝Ｘａ（ｓ、ｔ）から、ｊ＝Ｘｂ（ｓ、ｔ）までと定められる。
【００６１】
ついで、活性化領域５に属する行の選択について説明する。
・まずステップＦ５２０において行選択回路９０により初期設定で選択行ｉ＝１、Ｚａ（ｓ，ｔ）＝０と設定する。
・次にステップＦ５２１において行選択回路９０によりこれまでのテストで得られたＧ（ｊ）、Ｘａ（ｓ、ｔ）、Ｘｂ（ｓ、ｔ）を基に、Ｇ（ｊ）＝０を満たし、Ｘａ（ｓ、ｔ）≦ｊ≦Ｘｂ（ｓ、ｔ）である列のみを活性化する。
【００６２】
ステップＦ５２２からＦ５３３のループに於いて、行毎にＢ（ｓ，ｔ）を照射し、その反射光２の受光可否をテストする。
・まずステップＦ５２２からＦ５２４において、行選択回路９０によって、選択されたｉ行のスイッチＳｉのみをオンし、試験体にパルス光Ｂ（ｓ，ｔ）を照射し、反射光２を受光する。
・次にステップＦ５２５において、各列の列カウンタＣＴｊの積算値Ｎｊを読み出し、総和回路９２によってΣＮｊを計算する。
・次にステップＦ５２６においてΣＮｊが仕様値より大きいか、小さいかを判定する。ΣＮｊが仕様値より小さい場合には、次のＦ５２７において、Ｚａ（ｓ，ｔ）＝０か否かの判定を受ける。Ｙｅｓの場合は、まだまだ活性化すべき行に達していない為、Ｆ５３０に進み次の行へ進む。Ｎｏの場合には、活性化すべき行に達した後に、活性化すべきでない行に、再度達した見做せる為、Ｆ５３３においてＸｂ（ｓ，ｔ）を設定し、Ｆ５３４へ進む。Ｆ５２６ではΣＮｊが仕様値以上である場合には、次のＦ５２８において、Ｚａ（ｓ，ｔ）＝０か否かの判定を受ける。Ｙｅｓの場合は初めて活性化すべき行に達したと考えられる為、Ｆ５２９でＺａ（ｓ，ｔ）＝ｉと設定し、Ｆ５３０を経て、次の行に進む。Ｎｏの場合は、活性化領域５内であると見做せる為、Ｆ５３０を介して、次の行に進む。Ｆ５３０では行択列番号ｉに１を加えて、選択行番号ｉがｎ以下の場合（Ｆ５３１）には、Ｆ５２２へジャンプする。この様にして、反射光２を検知できる行の範囲がｉ＝Ｚａ（ｓ，ｔ）から、ｉ＝Ｚｂ（ｓ，ｔ）までと定められる。
【００６３】
上記構成では、パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）毎に、Ｘａ（ｓ，ｔ）、Ｘｂ（ｓ，ｔ）、Ｚａ（ｓ，ｔ）、Ｚｂ（ｓ，ｔ）を決定したが、行ｓに対して共通のＺａ（ｓ）、Ｚｂ（ｓ）を設定しても良いし、同様に列ｔに対して、共通のＸａ（ｔ）、Ｘｂ（ｔ）を設定しても良い。スキャン部１２３と受光部１５４が、十分平行に取り付けられておれば、この様な簡略化が可能となり、設定時間を短縮することが出来る。
【００６４】
この様にして、Ｇ（ｊ）＝０、且つ、Ｘａ（ｓ、ｔ）≦ｊ≦Ｘｂ（ｓ、ｔ）、Ｚａ（ｓ、ｔ）≦ｉ≦Ｚｂ（ｓ、ｔ）を満たす行と列を選択することで、Ｂ（ｓ，ｔ）の投影領域４Ａと重なる活性化領域５を選択することが出来る。Ｇ（ｊ）、Ｘａ（ｓ、ｔ）、Ｘｂ（ｓ、ｔ）、Ｚａ（ｓ、ｔ）、Ｚｂ（ｓ、ｔ）はメモリ９５に記憶される。換言すれば、ＴｏＦセンサは前記活性化領域を予め記憶している。スキャン部１２３がパルス光Ｂ（ｓ，ｔ）を発する場合には、ＴｏＦセンサ１５３は上記パラメータを読み出し、該当する行および列を選択し、活性化領域５内のＳＰＡＤのみを測定モードに設定する。この様な同期制御は制御部１６０によって行われる。
【００６５】
（ＴｏＦ計測ユニットによる飛行時間の決定方法の一例）
次に、ＴｏＦ計測ユニット９３による飛行時間（ＴｏＦ）の決定方法の一例を説明する。１回のパルス光Ｂ（ｓ，ｔ）の発光に対して、パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）の発光から、ΔＴ毎に計測した反射光２の測定値Ｎ（０）、Ｎ（１）、・・・・Ｎ（ｌｍ）がＴｏＦ計測ユニット９３にメモリされる。ここで、ΔＴはパルス光Ｂ（ｓ，ｔ）のパルス幅の半分に設定されているとする。Ｎ（ｌ）の一例を図１１に示す。Ｎ（ｌ）の大半は背景光による信号であり、背景光による信号レベルＮｂを超えた信号が対象物３よりのパルス光１の反射光である。但し、測定値Ｎ（ｌ）は図１１に示される様に、ポアソン分布に従う為、バラツキが大きく、背景光の信号レベルＮｂを決定するには注意を要する。Ｎｂは次の様に決定される。Ｎ（ｌ）の平均値＜Ｎ＞をまず求める。ポアソン分布では分散が平均値の平方根に等しい為、Ｎｂは＜Ｎ＞＋α・√＜Ｎ＞とすることが出来る。αは３から５程度の定数であり、図１１の例では、＜Ｎ＞＝４．０であり、最大値１４はα＝５に対応する。一方で、例えばα＝３とすれば、Ｎｂ＝１１となり、信号数１２以上の２点が排除できない。しかし、パルス光１の反射光２の信号強度が弱く、信号強度が１２しかない対象物３に対しても、対象物と認識できる。従って、多少ノイズを拾っても、対象物の可能性が有る物を、幅広く検出しようとする場合と、ノイズの可能性が有るものは出来る限り排除し、確実に対処物である物だけを検出しようとする場合では、αの値を変更すれば良い。この様に、ＴｏＦ計測ユニット９３はメモリされた一連のＮ（ｌ）から、背景光レベルＮｂを決定し、Ｎｂを越える信号を対象物として抽出し、その飛行時間を求める機能を有する。上記説明では、１回のパルス発光について説明したが、複数回のパルス発光の測定を積算し、その結果をＮ（ｌ）とする場合も同様である。
【００６６】
尚、飛行時間の測定方法は上記方法に限定されない。活性化領域５よりのパルス出力から、飛行時間を求め方法は他にもあり、そう言った方法を用いることも出来る。例えば、活性化領域５からのパルス出力をＡＤ変換して、その時間変化からＴｏＦを求めることも出来る。或いは、パルス出力をＴｉｍｅ−ｔｏ−ｄｅｇｉｔａｌ変換して、ヒストグラムを形成し、その形状からＴｏＦを求めることも可能である。
【００６７】
（制御部１６０及び受光系電源１４１）
これらの部分に関しては、公知の技術が適用できる為、詳述しない。
【００６８】
（実施例及び効果の説明）
以下の構成で、効果を検証した。パルス発光素子１２１の発光波長９０５ｎｍ、ピークパワー３１Ｗ、パルス幅６ｎｓｅｃである。端面発光レーザチップの発光領域の大きさは、Ｐ＝２００μｍ、Ｕ＝１０μｍであった。ニアフィールドでの光の発散角度をＸ方向１０度、Ｚ方向共に２５度であった。コリメータレンズ１２２の焦点距離は２０ｍｍ（ｆｃ）である。コリメータレンズ１２２を出たパルス光の発散角は、Ｚ軸方向に±０．０１４度、Ｘ方向に±０．２８６度であった。そこで、θｈ＝２４度、θｖ＝１２度、Δθｚ＝Δθｘ＝０．６度として、Ｓｍ＝４０、Ｔｍ＝２０とした。
【００６９】
ＴｏＦセンサ１５３の受光部１５４は、１０．８２ｍｍ×５．４ｍｍの領域に、７μm角のＳＰＡＤを７７２行×１５４７列、総数１．１９百万個を配列している。６式、７式に於いて、Ｉｘ＝１０．２ｍｍ、Ｉｚ＝５．０ｍｍ、Ｌｍｉｎ＝２ｍ、ｆｄ＝２４ｍｍ、Ｄ＝２０ｍｍ、Ｒｘ＝５０μｍ、Ｒｚ＝５０μｍである。
【００７０】
ＳＰＡＤのフォトダイオードの受光部は直径４．５μｍの円形をしており、量子効率は１５％であった。光学バンドパスフィルター１５２として、透過帯中心波長９０５ｎｍ、透過帯幅４５ｎｍの干渉フィルターを用いた。
【００７１】
光レーダ装置１００を組み立てた後、図７のＦ１からＦ４の工程を行った。ダークカウント数が大きいＳＰＡＤは、受光部１５４当たり１９個（平均）あり、これらのＳＰＡＤを含む列は不使用とした。全列に対しては、１．２％であり、受光部１５４の機能としては問題無い。
【００７２】
（実施例１）
次に、光レーダ装置１００から、２０ｍ離れた点に、白色の壁を対象物として、パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）を、ｓ＝０〜４０、ｔ＝０〜２０の範囲で照射し、図９に示す列、行の選択工程を各ｓ、ｔの組合せについて行った。尚、試験体の設置位置は、出来る限り遠方であることが好ましい。可能で有れば、最大測定距離に近いことが好ましい。そうすることで、最大測定距離付近で有効な活性化領域５を特定できる。この工程は暗所で行う。
【００７３】
その結果、平均的には、Ｚｂ−Ｚａ＝５、Ｘｂ−Ｘａ＝４６であった。即ち、活性化領域５して有効な平均的なＳＰＡＤ数は５×４６＝２３０個であった。平均的な測定データ例を図１０に示す。受光量の平均値をピーク値で規格化した分布を示す。活性化領域５の決定に際しては、２０ｍでの強度分布だけでなく、次の２点も考慮した。（１）２０ｍ地点では、対象物が無限遠にある場合に比べて、投影領域４Ａの中心が、左側に２４μｍ（２０・２４／２０Ｅ３）程度左にシフトしている為、活性化領域５を右側に３コマ（２１μｍ相当）拡大した。（２）最小測定距離２ｍでは、投影領域４Ａの中心が、２１６μｍ（２０・２４／２Ｅ３―２０・２４／２０Ｅ３）左にシフトするが、これに対応する程、活性化領域５のＸ軸方向長さは拡大しない。投影領域４Ａは４４μｍ（３．７・２４／２Ｅ３）拡大する上、活性化領域５のＸ軸方向長さが３２２μｍ（４６×７μｍ）ある為、最小測定距離でも、上記活性化領域５で一定の受光領域を確保できる。短距離では反射光強度が強い為、活性化領域５が投影領域４Ａ全体をカバーする必要が無い。寧ろ、活性化領域５を拡大すると、遠距離の対象物の測定に際しては、背景光しか受光しないＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）が増え、ＳＮ比が低下し、最大測定距離が伸ばせない。
【００７４】
（実施例２）
前記試験体を光レーダ装置１００から２００ｍの位置に置き、飛行時間を測定した結果を図１１に示す。測定は７月の良く晴れた日に行ており、背景光は非常に強い。背景光によるフォトンカウント数は最大１４個、平均は４．０個であった。２００ｍの距離に於いても、最大背景光信号より、十分大きな信号が得られた。繰り返し測定では、試験体からの信号は、平均２６．７個、最大３６個、最少１６個であった。従って、本構成での最大測定距離として、大凡２００ｍが可能である。また、２ｍの最短距離でも、問題無く対象物を検出することが出来た。
【００７５】
以上の様に、本構成では、非機械式のスキャンシステムによって、スポットビームを２次元的にスキャンし、結像光学素子によって、反射光をＴｏＦセンサの受光部に結像する光レーダ装置に於いて、スポットビーム毎に受光部内の活性化領域を特定し、ビームスキャンと同期して、受光部内の活性化領域を選択する。
【００７６】
これにより、常にパルス光１の反射光２が到達する受光部のみを活性化することで、高いＳＮ比を実現し、長い最大測定距離を有する光レーダ装置を実現することが出来る。又、光レーダ装置の組み立て精度を緩和し、生産効率を高め、組立コストを下げることができる。
【００７７】
〔実施形態２〕
本実施形態は、実施形態１に対して、ＴｏＦセンサ１５３の構成が異なり、それ以外は実施形態１と同じである。
【００７８】
（ＴｏＦセンサ１５３ａ）
本構成におけるＴｏＦセンサ１５３ａは、ＴｏＦセンサ１５３と同様に、図４の構成を有しており、ＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）及びそのアレイ構成、特に行選択部９０ａの構成が異なる。本実施例のアレイ構成は図１２に示す様に、ＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）が電源線ＶＳＰＡＤ、行選択線Ｒｉ、列選択線Ｃｊ、列信号線ＯＣｊに接続されている。ＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）は図１３に示す様に、フォトダイオードＰＤ、トランジスタＴｒ、パルス出力回路９６を含む点において、実施形態１（図５のＳＰＡＤ（ｉ，ｊ））と同じである。大きな相違点は、フォトダイオードＰＤを検出モードにするトランジスタＴｒのゲート電極の制御法にある。
【００７９】
実施形態１では、列選択線Ｃｊによって直接制御していたのに対して、本構成のＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）では、トランジスタＴｒのゲート電極は記憶回路Ｍ（ｉ，ｊ）に繋がっており、記憶回路Ｍ（ｉ，ｊ）の状態によって制御される。実施形態１では、個々のＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）は行単位、列単位で選択されたが、本構成では記憶回路Ｍ（ｉ，ｊ）を使って、個々のＳＰＡＤを個別に選択することが出来る。従って、実施形態１より、きめ細かな活性化領域５ａの設定が可能となる。実施形態１では、ＳＰＡＤへの電源は、行選択線Ｒｉによって供給されていたが、本実施例では電源線ＶＳＰＡＤによって、各ＳＰＡＤに電源が供給される。ＳＰＡＤを活性化するスイッチであるトランジスタＴｒを制御する記憶回路Ｍ（ｉ，ｊ）が、行選択線Ｒｉと列選択線Ｃｊによって制御される。記憶回路Ｍ（ｉ，ｊ）は少なくとも、トランジスタＴｒのＯＮかＯＦＦを記憶すれば良く、１ビットのメモリが有れば良い。以下では、記憶回路Ｍ（ｉ，ｊ）がＨ状態の時、トランジスタＴｒがオンし、Ｌ状態の時にオフすると考える。前記記憶回路Ｍ（ｉ，ｊ）のメモリは、通常のＳＲＡＭであり、パルス光Ｂ（ｓ，ｊ）の前に、活性化領域５ａに対応して、記憶回路Ｍ（ｉ，ｊ）に書き込みが成される。各記憶素子Ｍ（ｉ，ｊ）への書き込みは、行選択線Ｒｉと列選択線Ｃｊを介して行われる。例えば、あるパルス光に対して、ＴｏＦ測定が終了した時点において、Ｍ（ｉ，ｊ）は全てＬ状態にリセットされ、パルス光Ｂ（ｓ，ｊ）発光の前に、行選択線Ｒｉが活性化された時の列選択線ＣｊがＨ状態であれば、Ｍ（ｉ，ｊ）がＨ状態となり、そうで無ければＬ状態を維持すれば良い。従って、行選択回路９０及び列選択回路９１は、通常のデコーダ回路の機能を有すれば良い。以上の様に、ＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）を選択的に活性化する方法が異なるが、投影領域４Ａと重なるＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）のみを、活性化する点は、ＴｏＦセンサ１５３と同じであり、全てのパルス光Ｂ（ｓ，ｔ）に対して、投影領域４Ａに対応する活性化領域５ａを設定することができる。
【００８０】
活性化領域５ａの設定は、図７の全体フローに従うが、本実施例では、活性化領域５ａの設定がＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）毎に行われる。換言すれば、活性化領域は、ＳＰＡＤ毎に設定される。その為、ステップＦ５の中身が変わる。不良ＳＰＡＤの除外工程は図１４、活性化領域５ａの設定は図１５に示すフローに従って行われる。
【００８１】
（ステップＦ４に相当する暗時ＳＰＡＤ特性評価）
図１４はＦ４に相当する暗時ＳＰＡＤ特性評価である。
・まずユーザにより光レーダ装置１００ａが組み立てられ（ステップＦａ４０１）、電源が投入される（ステップＦａ４０２）。Ｋ（ｉ，ｊ）は１ビットのメモリであり、Ｋ（ｉ，ｊ）＝０であれば、ＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）は使用可能、Ｋ（ｉ，ｊ）＝１であれば、使用不可を示す。また、Ｋ（ｉ、ｊ）ははメモリ９５に格納される。
・次に光レーダ装置１００ａにおいて、初期状態で選択行を表すｉは１に設定される（ステップＦａ４０３）。
・次に行選択回路９０によって、行選択線Ｒｉを活性化する（ステップＦａ４０４）。
【００８２】
ステップＦａ４０５からＦａ４１２は、列１からｍを順次テストするループである。
・まずステップＦａ４０５において列選択回路９１により列１を選択する。
・次にステップＦａ４０６からＦａ４１４において、列選択回路９１によって、列選択線Ｃｊが活性化される（Ｆａ４０６）。これによりＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）が活性化され、暗時のパルス出力がＣＴｊに積算される（Ｆａ４０７）、積算数ＤＣｊが仕様値より大きいか、小さいかが判定される（Ｆａ４０８）。大きい場合には、ＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）は使用できない為、Ｋ（ｉ，ｊ）＝１に設定される（Ｆａ４０９）。小さければ問題無い為、Ｋ（ｉ，ｊ）＝０に設定される（Ｆａ４１０）。選択列番号ｊに１を加算して（Ｆａ４１１）、Ｆａ４０６へジャンプする。Ｆａ４０４からＦａ４１２のループによって、ｉ行について、全ての列がテストされると、選択行ｉに１を加算して（Ｆａ４１３）、次の行に移る為に、Ｆａ４０４へジャンプする。ｉがｎより大きくなった時点で、Ｆａ４１４の分岐によって、テストが終了する。
【００８３】
本構成では、ダークカウント数が多いＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）のみを、選別できる為、列全体を使用不能にする実施形態１より、不良ＳＰＡＤの影響を抑えることが出来る。以上の様な一連のフローは制御回路９４によって、コントロールされる。
【００８４】
（活性化領域の設定）
活性化領域５ａを設定するフローＦ５について、図１５を基に説明する。試験体等の配置や測定条件は、実施形態１と同じである。パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）に対応する活性化領域５ａを設定する為にパラメータＱ（ｉ，ｊ，ｓ，ｔ）を用いる。例えば、Ｑ（ｉ，ｊ，ｓ，ｔ）＝１であれば、パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）において、ＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）は活性化領域５ａに含まれ、Ｑ（ｉ，ｊ，ｓ，ｔ）＝０であれば、含まれないことを示す。
・まずユーザにより光レーダ装置１００ａの電源を投入し（ステップＦ７０１）、以下の工程が全てのｓ、ｔの組合せについて、実行される。
・そしてステップＦ７０４からＦ７０６において、初期状態で選択行を表すｉは１に設定され（Ｆ７０４）、ｊ＝１に設定し（Ｆ７０５）、更にＱ（ｉ、ｊ、ｓ、ｔ）＝１に設定し（Ｆ７０６）、全てのｊについて、受光量のチェックを行う。
・そして、ステップＦ４の結果得られたＫ（ｉ，ｊ）を基に、Ｋ（ｉ，ｊ）＝１であるｊ列のＳＰＡＤｃについては、ダークカウント不良が有る為、受光量のチェックは行わず、Ｆ７１３へジャンプし、Ｑ（ｉ、ｊ、ｓ、ｔ）＝０に設定される。Ｋ（ｉ，ｊ）＝０の場合には、行選択回路９０と列選択回路９１により、行選択線Ｒｉと列選択線Ｃｊを活性化する（Ｆ７０８）。この状態で、試験体にパルス光Ｂ（ｓ，ｔ）を照射し（Ｆ７０９）、反射光２を受光する（Ｆ７１０）。この時活性化されたｊ列の列カウンタＣＴｊには、反射光２によるフォトン検出数が記録されている。
・次にステップＦ７１１ではＣＴｊのカウント数Ｌｊが読み出され、Ｆ７１２ではＬｊが仕様値より小さい場合には、活性化領域５ａに属さない為、Ｑ（ｉ、ｊ、ｓ、ｔ）＝０とする（Ｆ７１３）。これにより反射光２が到達しないＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）を除外することが出来る。
・次にステップＦ７１４でｊに１を加え（Ｆ７１４）、選択列番号ｊがｍ未満の場合（Ｆ７１５）には、Ｆ７０６へジャンプする。この様にして、ダークカウント数の所定の数よりも多いことが無く、反射光２を検知できる列が選択され、Ｑ（ｉ、ｊ、ｓ、ｔ）にその結果が記録される。
・次に全てのｊ列のチェックが終了すると、行番号ｉに１を加え（Ｆ７１６）、ｉ＜ｎである限り、Ｆ７０５へジャンプする。この様にして、全てのＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）の受光量が測定され、仕様で定められた値以上の受光量のあるＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）だけが選び出される。Ｑ（ｉ、ｊ、ｓ、ｔ）はメモリ９５に蓄えられ、Ｂ（ｓ，ｔ）が発光する前に、記憶回路Ｍ（ｉ，ｊ）に書き込まれる。
【００８５】
上記の手順によって、最大受光量に対して、大凡３０％以上の受光量を示すＳＰＡＤａ（ｉ，ｊ）のみを活性化領域５ａに指定した。活性化領域５ａに含まれるＳＰＡＤの平均数は１８７個であった。受光量の多い所だけを選択することで、活性化領域５ａを小さく限定している為、信号量が多いＳＰＡＤだけを選択することで、背景光信号の増加を抑えながら、パルス光の反射光を有効に検出できる為、第１実施形態と同等の最大測定距離を実現できた。
【００８６】
尚、全パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）の活性化領域５のパターンを記憶する為のメモリを削減したい場合には、パルス光１が対象視野１０の中心にある場合の活性領域パターンだけをメモリに蓄え、他のスキャン方向に対しては、前記活性領域パターンの中心を下記の式に従って動かしても良い。
【００８７】
ｘ＝−ｆｄ・ｔａｎθｘ
ｚ＝−ｆｄ・ｔａｎθｚ
（実施例及び効果の説明）
実施形態１の構成と類似の構成によって効果を検証した。相違点のみ記す。まず、パルス発光素子１２１の直ぐ前方にロッドレンズを配置し、発散角を１０度に抑え、光レーダ装置１００ａの直近では、パルス光１ｂの断面形状は円形に近付けた。その結果、投影領域４ＡのＺ軸方向の広がりが減少した。
【００８８】
光レーダ装置１００ａを組み立てた後、図７のＦ１からＦ４の工程を行った。図１４に示す不良ＳＰＡＤ除外工程の結果、ダークカウント数が大きいＳＰＡＤは、受光部１５４当たり２０個（平均）あり、これらのＳＰＡＤは不使用とした。全列に対しては、１．２％であり、受光部１５４の機能としては問題無い。
【００８９】
（実施例３）
次に、光レーダ装置１００ａから、２０ｍ離れた点に、白色の壁を対象物として、パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）を、ｓ＝０〜４０、ｔ＝０〜２０の範囲で照射し、図１５に示す列、行の選択工程を各ｓ、ｔの組合せについて行った。平均的な受光結果例を図１６に示す。ハッチングした部分が、ピーク強度に対して３０％以上の強度を有するＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）である。これに対して、活性化領域５は黒枠線の内部とした。右側に拡大し、左側を拡大しなかった理由は実施形態と１と同様である。活性化領域５に含まれる平均的なＳＰＡＤ数は１０８個であった。
【００９０】
本構成に於いても、実施形態１と同様の効果が得られた。
【００９１】
〔実施形態３〕
本実施形態は、実施形態１に対して、ＴｏＦセンサ１５３ｂの構成が異なり、それ以外は実施形態１と同じである。
【００９２】
（ＴｏＦセンサ１５３ｂ）
本構成におけるＴｏＦセンサ１５３ｂは、図１８の構成を有している。図１８に示すように、本実施形態では、受光部の活性化領域が２個に分割されている。即ち、互いに重ならない遠距離測定に適した活性化領域５ｆと、近距離測定に適した活性化領域５ｎとが各パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）に対応して設定される。換言すれば、遠距離測定に適した活性化領域５ｆと、近距離測定に適した活性化領域５ｎとがスキャン方向に応じて設定される。活性化領域を規定するパラメータＱ（ｉ、ｊ、ｓ、ｔ）が２組設定される。例えば、Ｑ（ｉ、ｊ、ｓ、ｔ、ｕ）と記し、ｕ＝ｆ又はｎによって、活性化領域５ｆと５ｎを区別する。パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）の活性化領域５ｆと５ｎは互いに重ならない。即ち、Ｑ（ｉ、ｊ、ｓ、ｔ、ｆ）＝Ｑ（ｉ、ｊ、ｓ、ｔ、ｎ）＝１となることは無い。
【００９３】
活性化領域を２個設けることに対応して、ＴｏＦ測定系も２系統設けることが好ましい。換言すれば、ＴｏＦセンサ１５３ｂは、複数の活性化領域５ｆ、５ｎに一対一に対応する、複数のＴｏＦ測定系（総和回路９２ｂとＴｏＦ計測ユニット９３ｂからなるＴｏＦｆ、および総和回路９２ｃとＴｏＦ計測ユニット９３ｃからなる他のＴｏＦｎ）を有している。即ち、図１８に示すように、総和回路９２ｂとＴｏＦ計測ユニット９３ｂは活性化領域５ｆからの信号を基に、飛行時間を求め、総和回路９２ｃとＴｏＦ計測ユニット９３ｃは活性化領域５ｎからの信号を基に、飛行時間を求める。
【００９４】
活性化領域５ｎからの信号を処理するＴｏＦ測定系ＴｏＦｎ（総和回路９２ｃとＴｏＦ計測ユニット９３ｃ）は対象物３までの距離が近い場合を測定する為、より精密に距離を測定する事が好ましい。従って、時間分解能を上げる事が好ましく、即ち、ΔＴをより小さくする事が好ましい。対象物３までの距離が近いと反射光２の強度も高い為、ΔＴを小さくしても、信号強度が著しく弱くなる事は無い。
【００９５】
活性化領域５ｆからの信号を処理するＴｏＦ測定系ＴｏＦｆ（総和回路９２ｂとＴｏＦ計測ユニット９３ｂ）は対象物３までの距離が長い場合を測定する為、反射光２の強度が弱くなる。従って、対象物３を捕える事が最優先課題であり、多少距離分解能（従って、時間分解能）を犠牲にしても、検出感度を上げる必要が有る。即ち、ΔＴを大きくする事で、ＳＮ比を改善する事が好ましい。この様に、ＴｏＦｎとＴｏＦｆで時間分解能を変える事で、短距離では距離分解能を高めながら、遠方の対象物も捕え易くする事で最大測定距離を伸ばす事が可能となる。ＴｏＦｎとＴｏＦｆの相違に関しては、時間分解能ばかりでなく、感度を変えると言った、他の変更も可能である。例えば、ＳＰＡＤｃ（ｉ，ｊ）のトランジスタＴｒに印加するゲート電圧を変える事で、ＴｏＦｎの感度をＴｏＦｆよりは下げる事で、反射光２強度の増加によって生じる信号のオーバーフローを抑制する事が出来る。
（効果の説明）
２個の活性化領域と２個のＴｏＦ測定系を並列して動かすことで、対象物が遠方にある場合も、近傍にある場合にも、高精度の飛行時間測定が可能となる。特に、遠距離と短距離の信号処理を分割することで、それぞれの飛行時間測定アルゴリズムを最適化することで、測定パフォーマンスを向上することが出来る。
【００９６】
（活性化領域５ｆと５ｎの関係）
受光部１５４上での活性化領域５ｆと５ｎの関係を図１７及び１８に示す。ここでは、水平方向の分解能を高める為に、端面発光レーザ素子の活性層をＺ軸と平行に配置し、照射領域４及び投影領域４ＡがＺ軸方向に伸びた楕円状になる場合を示している。また、光レーダ装置１００ｂの近傍でのパルス光１はほぼ円形に整形されている場合を扱っている。図１７に示す様に、最大測定距離Ｌｍａｘにある対象物３ｆからの反射光２ｆは、投影領域４Ａｆとして投影される。その径と中心座標は下記の様に表される。Ｉφｆ（Ｌ、ｚ）とＩφｆ（Ｌ、ｘ）は、それぞれ、長径の長さ（Ｚ軸方向）、短径の長さ（Ｘ軸方向）を表している。
【００９７】
Ｉφｆ（Ｌｍａｘ、ｚ）≒Ｐ・ｆｄ／ｆｃ−（３式より）
Ｉφｆ（Ｌｍａｘ、ｘ）≒Ｕ・ｆｄ／ｆｃ−（３式より）
ｘｆ≒−ｆｄ・ｔａｎθｘ−（４式より）
ｚｆ＝−ｆｄ・ｔａｎθｚ−（５式より）
一方、最小測定距離Ｌｍｉｎにある対象物３ｎからの反射光２ｎは、投影領域４Ａｎとして投影され、その径と中心座標は下記の様に表される。
【００９８】
Ｉφｎ（Ｌｍｉｎ、ｚ）＝Ｐ・ｆｄ／ｆｃ  ＋  φ０・ｆｄ／Ｌｍｉｎ−（３式より）
Ｉφｎ（Ｌｍｉｎ、ｘ）＝Ｕ・ｆｄ／ｆｃ  ＋  φ０・ｆｄ／Ｌｍｉｎ−（３式より）
ｘｎ＝−ｆｄ・ｔａｎθｘ−Ｄ・ｆｄ／Ｌｍｉｎ−（４式より）
ｚｎ＝−ｆｄ・ｔａｎθｚ−（５式より）
即ち、投影領域４Ａｆに対して、投影領域４ＡｎはＸ軸負方向（受光系１４０に対して、パルス光照射部１１０がある方向の反対方向）にＤ・ｆｄ／Ｌｍｉｎだけシフトし、径はφ０・ｆｄ／Ｌｍｉｎだけ大きくなっている。対象物３が最大測定距離Ｌｍａｘから最小測定距離Ｌｍｉｎまで動くとすると、投影領域４Ａの中心は、投影領域４Ａｆの中心から、投影領域４Ａｎの中心まで移動する。移動距離は、大凡、Ｄ・ｆｄ／Ｌｍｉｎである。投影領域４Ａの径は、φ０・ｆｄ／Ｌｍｉｎだけ拡大する。
【００９９】
活性化領域５ｆと５ｎは互いに重なってはならない。活性化領域５ｆは投影領域４Ａｆと重なり、活性化領域５ｎは投影領域４Ａｎと重ならねばならない。そこで両者が切替わる境界の距離をＬｂとして、活性化領域５ｆはＬｍａｘからＬｂまでの投影領域４Ａをカバーし、活性化領域５ｎはＬｂからＬｍｉｎまでの投影領域４Ａをカバーする様に設定する。活性化領域５ｆと５ｎのＸ軸方向の長さΔＸｆとΔＸｎは、大凡、以下の様に表される。
【０１００】
ΔＸｆ＝α・Ｕ・ｆｄ／ｆｃ＋Ｄ・ｆｄ／Ｌｂ−（８式）
ΔＸｎ＝α・Ｕ・ｆｄ／ｆｃ＋Ｄ・ｆｄ／Ｌｍｉｎ―Ｄ・ｆｄ／Ｌｂ−（９式）
ここでαは１から３程度の、定数である。投影領域４Ａの大きさは半値幅である為、活性化領域は投影領域４Ａの半値幅よりは大きくなる為、その差を補正する為の定数である。実際の活性化領域５ｆと５ｎの幅は、ＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）の大きさの整数倍に合せなければならない為、ΔＸｆとΔＸｎの値はＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）サイズの整数倍に調整される。αの値は、投影領域４Ａの光強度分布やＳＰＡＤ（ｉ，ｊ）の大きさによって決まるが、ここではα＝１．７５とする。Ｌｂとしては、例えば、最大測定距離Ｌｍａｘに対して、受光強度が１桁上がる距離Ｌｂ＝Ｌｍａｘ／√１０を設定する。Ｌｍａｘ＝１００ｍ、Ｌｍｉｎ＝１ｍ、Ｕ＝１０μｍ、ｆｄ＝２４ｍｍ、ｆｃ＝２０ｍｍ、Ｄ＝２０ｍｍの場合、Ｌｂ＝３１．６ｍ、ΔＸｆ＝３５μｍ、ΔＸｎ＝４８３μｍとなる。
【０１０１】
活性化領域５ｆと５ｎのＺ軸方向の長さΔＺｆとΔＺｎは、少なくともＩφｆ（Ｌｍａｘ、ｚ）をカバーできる長さであれば良い。ΔＺｎは更に大きくすることで、受光量を増やすことが出来るが、比較的短距離となって、受光量が増えている為に、必ずしもそこまでする必要はない。
【０１０２】
（活性化領域５ｆと５ｎの設定方法の一例）
活性化領域５ｆと５ｎの設定方法の一例を以下に説明する。まず最大測定距離に試験体を置き、パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）を照射し、実施形態２で述べた方法に従って、活性化領域５ｐを決定する。その後、距離Ｌｂに試験体を置き、同様に活性化領域５ｑを決定する。更にその後、距離Ｌｍｉｎに試験体を置き、同様に活性化領域５ｒを決定する。そして、活性化領域５ｆとしては、活性化領域５ｐ全体を含み、活性化領域５ｑの中央までを含む様に設定する。活性化領域５ｎは活性化領域５ｑの中央から、活性化領域５ｒの中央まで含む様に設定する。
【０１０３】
この方法は、パルス光Ｂ（ｓ，ｔ）毎に３回の試験をする必要が有る為、時間を要する。設定時間を短縮する為に、例えば、活性化領域５ｑだけを測定し、その中心を基準にして、Ｘ軸正側に活性化領域５ｆを設定し、Ｘ軸負側に活性化領域５ｎを設定することも出来る。それぞれのＸ軸方向の幅は８式と９式を用いた計算値から決定しても良い。またＺ軸方向の長さは、活性化領域５ｑと同じでも良い。
【０１０４】
制御回路９４は、活性化領域５ｆと５ｎより測定された飛行時間ＴｆとＴｎより、ＴｏＦセンサ１５３ｂとしての出力を決定する為の処理手順を有していることが好ましい。例えば、２・Ｌｍａｘ/ｃ≧Ｔｆ≧２・Ｌｂ/ｃなら、Ｔｆが出力される。２・Ｌｍｉｎ/ｃ≦Ｔｎ≦２・Ｌｂ/ｃなら、Ｔｎが出力される。Ｔｆ＞２・Ｌｍａｘ/ｃやＴｎ＜２・Ｌｍｉｎ/ｃなら測定不能である。問題は、２・Ｌｍａｘ/ｃ≧Ｔｆ≧２・Ｌｂ/ｃ、且つ、２・Ｌｍｉｎ/ｃ≦Ｔｎ≦２・Ｌｂ/ｃの場合である。この様な場合は、近傍に透明物体があり、遠方にも別の物体がある場合に生じることが在る。ＴｆとＴｎの両方を出力する、或いは、より近い対象物を重視して、Ｔｎだけを出力することも可能である。一方、ＴｆとＴｎが比較的近い値の場合には、同じ対象物を捕えながら、測定誤差によって異なる結果を出していると考えられる為、対象物が近い可能性を重視して、Ｔｎを出力することも出来る。
【０１０５】
この様に、遠方用の活性化領域５ｆとしては、最大測定距離にある対象物３ｆに対して最適な領域を選択することで、最大測定距離を伸ばすことが出来る。Ｘ軸方向の解像度を上げる為に、投影領域４Ａの短径方向をＸ軸に合せる場合には、対象物３までの距離による投影領域４Ａの移動距離が、短径の長さより遥かに大きい為、１個の活性化領域で全測定距離をカバーしようとすると、非常に大きな活性領域が必要となる。その結果、遠距離での投影領域４Ａｆとは重ならない活性化領域の面積が非常に大きくなり、背景光受光量が増えることでＳＮ比が低下し、最大測定距離が低下する。本構成に依れば、この様な課題を回避して、最大測定距離を拡大できる。
【０１０６】
本構成では、活性化領域を２個有する場合を説明したが、同様に活性化領域を３個或いは４個有する場合へ拡張することも可能である。飛行時間を求める為の回路が増えるが、それぞれの活性領域が担当する距離帯に対して、最適化する為、飛行時間の測定精度を向上し、最大測定距離を伸ばすことも可能である。
【０１０７】
〔まとめ〕
本発明の態様１における光レーダ装置（１００）は、対象視野（１０）内に対して、パルス光（１）をスキャンするように照射するパルス光照射部（１１０）と、対象視野（１０）に存在する対象物（３）に反射されるパルス光（１）の反射光（２）を受光する受光系（１４０）とを備える光レーダ装置（１００）であって、受光系（１４０）は、少なくとも結像光学素子（１５１）と、受光部（１５４）を有するＴｏＦセンサ（１５３）とを有し、結像光学素子（１５１）により対象視野（１０）が受光部（１５４）に投影され、ＴｏＦセンサ（１５３）は、パルス光（１）のスキャンに応じて、受光部（１４０）の一部に活性化領域（５）を設定し、活性化領域（５）からの信号を用いて対象物（３）までの距離を測定する。
【０１０８】
上記の構成によれば、非機械的スキャン方式の光レーダ装置において、最大測定距離を落とさずに、コストが低減された光レーダ装置を実現することができる。
【０１０９】
本発明の態様２における光レーダ装置（１００）は、上記態様１において、パルス光照射部（１１０）は、対象視野（１０）内に対して、パルス光（１）を二次元的にスキャンするように照射してもよい。
【０１１０】
上記の構成によれば、対象視野（１０）全体を確実に照射することができる。
【０１１１】
本発明の態様３における光レーダ装置（１００）は、上記態様１または２において、パルス光照射部（１１０）は、非機械的なスキャン部（１２３）を有していてもよい。
【０１１２】
上記の構成によれば、機械的な機構を要せずに対象視野を照射することができるため、光レーダ装置の小型化やコストダウンに有利である。
【０１１３】
本発明の態様４における光レーダ装置（１００）は、上記態様１から３のいずれか１項において、ＴｏＦセンサ（１５３）は、活性化領域（５）を、スキャン方向毎に、１領域に設定してもよい。
【０１１４】
上記の構成によれば、所望の活性化領域を好適に設定することができる。
【０１１５】
本発明の態様５における光レーダ装置（１００）は、上記態様１から４のいずれか１項において、ＴｏＦセンサ（１５３）は、活性化領域（５）を、各スキャン方向に対して複数設定し、複数の活性化領域（５）は互いに重複しない。
【０１１６】
上記の構成によれば、複数の活性化領域を有することによって、対象物が遠方にある場合も、近傍にある場合にも、高精度の飛行時間測定が可能となる。
【０１１７】
本発明の態様６における光レーダ装置（１００）は、上記態様５において、ＴｏＦセンサ（１５３）は、複数の活性化領域（５）に一対一に対応する、複数のＴｏＦ測定系を有していてもよい。
【０１１８】
上記の構成によれば、複数のＴｏＦ測定系を有することによって、対象物が遠方にある場合も、近傍にある場合にも、高精度の飛行時間測定が可能となる。
【０１１９】
本発明の態様７における光レーダ装置（１００）は、上記態様５または６において、ＴｏＦセンサ（１５３）により設定される複数の活性化領域（５）は、少なくとも遠距離用と近距離用の２種類を含んでもよい。
【０１２０】
上記の構成によれば、遠距離と短距離の信号処理を分割することで、それぞれの飛行時間測定アルゴリズムを最適化することで、測定パフォーマンスを向上することが出来る。
【０１２１】
本発明の態様８における光レーダ装置（１００）は、上記態様１から７のいずれか１項において、ＴｏＦセンサ（１５３）は活性化領域（５）を予め記憶していてもよい。
【０１２２】
上記の構成によれば、所望の活性化領域内のＳＰＡＤのみ測定することができる。
【０１２３】
本発明の態様９における光レーダ装置（１００）は、上記態様１から８のいずれか１項において、活性化領域（５）は不良部を含まない。
【０１２４】
上記の構成によれば、検知不能な受光検出素子を排除することにより、受光量の変動を回避して検出精度を向上することができる。
【０１２５】
本発明の態様１０における光レーダ装置（１００）は、上記態様１から９のいずれか１項において、受光部（１５４）は、アレイ状に配置されたＳＰＡＤからなっていてもよい。
【０１２６】
上記の構成によれば、受光部は常に投影領域を必要最低限のＳＰＡＤでカバーできる。
【０１２７】
本発明の態様１１における光レーダ装置（１００）は、上記態様１０において、活性化領域（５）は、前記アレイ状の行と列単位で設定されていてもよい。
【０１２８】
上記の構成によれば、個々のＳＰＡＤを精度よく選択することができる。
【０１２９】
本発明の態様１２における光レーダ装置（１００）は、上記態様１０において、活性化領域（５）は、前記ＳＰＡＤ毎に設定されていてもよい。
【０１３０】
上記の構成によれば、個々のＳＰＡＤをより精度よく選択することができる。
【０１３１】
本発明の態様１３における光レーダ装置（１００）は、上記態様１０から１２のいずれか１項において、ＴｏＦセンサ（１５３）は前記ＳＰＡＤからのパルス出力を加算するバイナリーカウンタを有していてもよい。
【０１３２】
上記の構成によれば、バイナリーカウンタによりＳＰＡＤからのパルス出力を好適に加算することができる。
【０１３３】
今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３４】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  パルス光
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  反射光
３，３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  対象物
４、４ａ、４ｂ、４ｃ，４ｄ  照射領域
４Ａ、４Ａａ、４Ａｂ、４Ａｃ、４Ａｄ、４Ａｎ，４Ａｆ  投影領域
５、５ａ、５ｎ、５ｆ  活性化領域
１０  対象視野
９０  行選択部
９１  列選択部
９２、９２ｂ、９２ｃ  総和回路
９３、９３ｂ、９３ｃ  ＴｏＦ計測ユニット
９４  制御回路
９５  メモリ
１００、１００ａ、１００ｂ  光レーダ装置
１１０  パルス光照明部
１２０  駆動回路
１２１  パルス発光素子
１２２  コリメータレンズ
１２３  スキャン部
１４１  受光系電源
１５１  結像光学素子
１５２  光学バンドパスフィルター
１５３  ＴｏＦセンサ
１５４  受光部
１６０  制御回路
４００  外部システム
【図１】
2019191126.tif 000003
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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