(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光系と、
前記投光系から投光され物体で反射もしくは散乱された光を受光する光検出器と、
前記光検出器の出力信号が入力され、該出力信号を閾値を基準に検出する信号検出手段と、
前記投光系の投光範囲の一部の領域へ光が投光されるときと他の一部の領域へ光が投光されるときとで前記閾値を異ならせる閾値可変手段と、を備え、
前記閾値は、少なくとも前記一部の領域におけるノイズと前記他の一部の領域におけるノイズとに基づいて設定されている物体検出装置。
【請求項２】
前記閾値は、少なくとも前記一部の領域における閾値とノイズとの比と、前記他の一部の領域における閾値とノイズとの比と、に応じて設定されていることを特徴とする請求項１に記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記投光範囲の中央領域に投光されたときよりも端部領域に投光されたときの方が光利用効率が低い、前記物体で反射された光を前記光検出器へ導く受光光学系を更に含み、
前記閾値は、前記中央領域へ光が投光されるときよりも前記端部領域へ光が投光されるときの方が低くなるように設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記投光系は、光源と、該光源からの光を前記投光範囲内で走査する走査手段とを含み、
前記走査手段による光の走査角度に応じて前記閾値が設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記投光系は、前記光源からの光を前記投光範囲の外側から前記走査手段に入射させる入射光学系を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記投光系は、前記投光範囲を複数の検出領域に分割して検出するための複数の発光素子を有する光源を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の物体検出装置。
【請求項７】
前記光検出器は、前記投光範囲を複数の検出領域に分割して検出するために複数設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の物体検出装置。
【請求項８】
前記複数の検出領域が前記複数の検出領域の全ての領域の数よりも少ない数の複数のグループにグループ分けされ、
前記閾値可変手段は、前記グループ間で前記閾値を異ならせることを特徴とする請求項６又は７に記載の物体検出装置。
【請求項９】
前記閾値可変手段は、
複数のパルスを含むパルス信号を生成する、前記パルスのデューティ比が可変なパルス信号生成回路と、
前記パルス信号を平滑化する平滑化手段と、
前記パルス信号のデューティ比を制御するデューティ比制御部と、を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の物体検出装置。
【請求項１０】
投光系と、
前記投光系から投光され物体で反射もしくは散乱された光を受光する受光素子を含む光検出器と、
前記光検出器の出力信号が入力され、該出力信号を閾値を基準に検出する信号検出手段と、を備え、
前記投光系の投光範囲の一部の領域へ光が投光されるときと他の一部の領域へ光が投光されるときとで前記光検出器の感度が異なり、
前記光検出器の感度は、少なくとも前記一部の領域におけるノイズと前記他の一部の領域におけるノイズとに基づいていることを特徴とする物体検出装置。
【請求項１１】
前記投光範囲の中央付近に投光されたときよりも端部付近に投光されたときの方が光利用効率が低い、前記物体で反射された光を前記光検出器へ導く受光光学系を更に備え、
前記感度は、前記中央付近へ光が投光されるときよりも前記端部付近へ光が投光されるときの方が高くなるように設定されることを特徴とする請求項１０に記載の物体検出装置。
【請求項１２】
前記投光系は、光源と、該光源からの光を前記投光範囲内で走査する走査手段とを含み、
前記走査手段の走査角度に応じて前記感度が設定されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の物体検出装置。
【請求項１３】
前記投光系は、前記光源からの光を前記投光範囲の外側から前記走査手段に入射させる入射光学系を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の物体検出装置。
【請求項１４】
前記投光系は、前記投光範囲を複数の検出領域に分割して検出するための複数の発光素子を有する光源を含むことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の物体検出装置。
【請求項１５】
前記光検出器は、前記投光範囲を複数の検出領域に分割して検出するために複数設けられ、
前記複数の光検出器のうち少なくとも２つの光検出器の受光素子の受光感度が異なることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の物体検出装置。
【請求項１６】
前記複数の検出領域が前記複数の検出領域の全ての領域の数よりも少ない数の複数のグループにグループ分けされ、
前記グループ間で前記感度が異なることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の物体検出装置。
【請求項１７】
前記光検出器は、前記受光素子の出力電流に基づく電圧信号を増幅させる、増幅率が可変な信号増幅部を更に含み、
前記信号増幅部の増幅率を制御して前記感度を変更する感度可変手段を更に備えることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の物体検出装置。
【請求項１８】
前記受光素子は、印加電圧に応じて受光感度が変化し、
前記印加電圧を制御して前記感度を変更する感度可変手段を更に備えることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の物体検出装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の物体検出装置と、
前記物体検出装置の出力に基づいて、物体の有無、物体の移動方向及び移動速度の少なくとも１つを含む移動情報を求める監視制御装置と、を備えるセンシング装置。
【請求項２０】
移動体と、
前記移動体に搭載される請求項１〜１８のいずれか一項に記載の物体検出装置と、を備える移動体装置。
【請求項２１】
移動体と、
前記移動体に搭載される請求項１９に記載のセンシング装置と、を備える移動体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体検出装置、センシング装置及び移動体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、投光範囲に投光し物体からの反射光や散乱光を受光して、物体の有無や、該物体までの距離等の物体に関する情報を検出する装置が知られている（例えば特許文献１〜６参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１〜６に開示されている装置では、投光範囲における検出距離の低下を抑制することに関して向上の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、投光系と、前記投光系から投光され物体で反射もしくは散乱された光を受光する光検出器と、前記光検出器の出力信号が入力され、該出力信号を閾値を基準に検出する信号検出手段と、前記投光系の投光範囲の一部の領域へ光が投光されるときと他の一部の領域へ光が投光されるときとで前記閾値を異ならせる閾値可変手段と、を備え、前記閾値は、少なくとも前記一部の領域におけるノイズと前記他の一部の領域におけるノイズとに基づいて設定されている物体検出装置である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、投光範囲における検出距離の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態に係る物体検出装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２（Ａ）は、投光光学系、同期系を説明するための図であり、図２（Ｂ）は、受光光学系を説明するための図であり、図２（Ｃ）は、ＬＤから反射ミラーまでの光の光路、及び反射ミラーから時間計測用ＰＤまでの光の光路を概略的に示す図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ光検出器の構成例（その１及びその２）を示す図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、それぞれ検出範囲を複数の検出領域に分割する例（その１〜その３）を説明するための図である。
【図５】光検出器１〜３からの受光信号波形を示す図である。
【図６】検出範囲の複数の検出領域を複数のグループにグループ分けする方法の一例を説明するための図である。
【図７】検出範囲の複数の検出領域を複数のグループにグループ分けした一例を示す図である。
【図８】図８（Ａ）は、検出範囲中央部に投光したときの受光光量について説明するための図であり、図８（Ｂ）は、検出範囲端部に投光したときの受光光量について説明するための図である。
【図９】閾値電圧可変手段による閾値電圧の設定方法を説明するための図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、検出感度を検出範囲全体で一定とした場合の光検出器１〜３からの受光信号波形を示す図であり、図１０（Ｂ）は、検出感度を検出範囲内で異ならせた場合の光検出器１〜３の受光信号波形を示す図である。
【図１１】検出範囲の複数の検出領域を複数のグループにグループ分けする方法の他の例を説明するための図である。
【図１２】検出範囲の複数の検出領域を複数のグループにグループ分けした他の例を示す図である。
【図１３】センシング装置を説明するための図である。
【図１４】変形例の物体検出装置の構成を示す図である。
【図１５】図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、それぞれショットノイズが大きい場合及び小さい場合の受光信号波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の一実施形態の物体検出装置１００について、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１には、物体検出装置１００の概略的構成がブロック図にて示されている。
【０００９】
物体検出装置１００は、物体（例えば先行車両、停車車両、構造物、歩行者等）の有無や、該物体までの距離等の物体情報を検出するレーザレーダである。物体検出装置１００は、一例として、移動体としての車両（例えば自動車）に搭載され、例えば自動車のバッテリ（蓄電池）から電力の供給を受ける。以下では、物体検出装置１００として、走査型のレーザレーダについて説明を進めるが、非走査型のレーザレーダとすることも可能である。
【００１０】
物体検出装置１００は、投光系１０、受光光学系３０、検出系４０、同期系５０、時間計測部４５、測定制御部４６、物体認識部４７などを備えている。
【００１１】
投光系１０は、光源としてのＬＤ１０（レーザダイオード）、ＬＤ駆動部１２、投光光学系２０を含む。
【００１２】
ＬＤ１０は、端面発光レーザとも呼ばれ、ＬＤ駆動部１２（ドライブ回路）により駆動され、レーザ光を射出する。ＬＤ駆動部１２は、測定制御部４６から出力されるＬＤ駆動信号（矩形パルス信号）を用いてＬＤ１０を点灯（発光）させる。ＬＤ駆動部１２は、一例として、ＬＤ１０に電流を供給可能に接続されたコンデンサ、該コンデンサとＬＤ１０との間の導通／非導通を切り替えるためのトランジスタ、該コンデンサを充電可能な充電手段等を含む。測定制御部４６は、自動車のＥＣＵ（エレクトリックコントロールユニット）からの測定制御信号（測定開始信号や測定停止信号）を受けて測定開始や測定停止を行う。
【００１３】
図２（Ａ）には、投光光学系２０、同期系５０が模式的に示されている。図２（Ｂ）には、受光光学系３０が模式的に示されている。以下では、図２（Ａ）等に示されるＺ軸方向を鉛直方向とするＸＹＺ３次元直交座標系を適宜用いて説明する。
【００１４】
投光光学系２０は、図２（Ａ）に示されるように、ＬＤ１０からの光の光路上に配置されたカップリングレンズ２２と、該カップリングレンズ２２を介した光の光路上に配置された反射ミラー２４と、該反射ミラー２４で反射された光の光路上に配置された偏向器としての回転ミラー２６と、を含む。ここでは、装置を小型化するために、カップリングレンズ２２と回転ミラー２６との間の光路上に反射ミラー２４を設けて光路を折り返している。
【００１５】
そこで、ＬＤ１０から出射された光は、カップリングレンズ２２により所定のビームプロファイルの光に整形された後、反射ミラー２４で反射され、回転ミラー２６でＺ軸周りに偏向される。
【００１６】
回転ミラー２６でＺ軸周りの所定の偏向範囲に偏向された光が投光光学系２０から投射された光、すなわち物体検出装置１００から投光された光である。
【００１７】
回転ミラー２６は、回転軸（Ｚ軸）周りに複数の反射面を有し、反射ミラー２４からの光を回転軸周りに回転しながら反射（偏向）することで該光により上記偏向範囲に対応する有効走査領域を水平な１軸方向（ここではＹ軸方向）に１次元走査する。ここでは、偏向範囲、有効走査領域は、物体検出装置１００の＋Ｘ側である。以下では、回転ミラー２６の回転方向を「ミラー回転方向」とも呼ぶ。また、本明細書では「有効走査領域」を「投光範囲」や「検出範囲」とも呼ぶ。
【００１８】
回転ミラー２６は、図２（Ａ）から分かるように、反射面を２面（対向する２つの面）有しているが、これに限らず、１面でも３面以上でも良い。また、少なくとも２つの反射面を設け、回転ミラーの回転軸に対して異なった角度で傾けて配置して、走査・検出する領域をＺ軸方向に切り替えることも可能である。
【００１９】
受光光学系３０は、図２（Ｂ）に示されるように、投光光学系２０から投射され有効走査領域内にある物体で反射（散乱）された光を反射する回転ミラー２６と、該回転ミラー２６からの光を反射する反射ミラー２４と、該反射ミラー２４からの光の光路上に配置され、該光を後述する時間計測用ＰＤ４２に結像させる結像光学系と、を含む。
【００２０】
図２（Ｃ）には、ＬＤから反射ミラー２４までの光路と、反射ミラー２４から時間計測用ＰＤ４２までの光路が示されている。
【００２１】
図２（Ｃ）から分かるように、投光光学系２０と受光光学系３０は、Ｚ軸方向に重なるように配置されており、回転ミラー２６と反射ミラー２４は、投光光学系２０と受光光学系３０で共通となっている。これにより、物体上におけるＬＤの照射範囲と時間計測用ＰＤ４２の受光可能範囲の相対的な位置ずれを小さくでき、安定した物体検出を実現できる。
【００２２】
そこで、投光光学系２０から投射され物体で反射（散乱）された光は、回転ミラー２６、反射ミラー２４を介して結像光学系に導かれ、該結像光学系により時間計測ＰＤ４２に集光する（図２（Ｂ）参照）。図２（Ｂ）では、装置を小型化するために、回転ミラー２６と結像光学系との間に反射ミラー２４を設けて光路を折り返している。ここでは、結像光学系は２枚のレンズ（結像レンズ）で構成されているが、１枚のレンズとしても良いし、３枚以上のレンズとしても良いし、ミラー光学系を用いても良い。
【００２３】
図１に戻り、検出系４０は、光検出器４３、二値化回路４４（コンパレータ）を含む。
【００２４】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、それぞれ光検出器４３の構成例である光検出器４３−１、４３−２が示されている。
【００２５】
光検出器４３は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、投光光学系２０から投射され有効走査領域内にある物体で反射もしくは散乱された光を受光光学系３０を介して受光する受光素子としての時間計測用ＰＤ４２（フォトダイオード）と、該時間計測用ＰＤ４２の出力電流を処理する処理回路と、を含む。
【００２６】
光検出器４３の処理回路は、時間計測用ＰＤ４２からの出力電流（電流値）を電圧信号（電圧値）に変換する電流電圧変換器６０ａ（例えばＴＩＡ：トランスインピーダンスアンプ）と、該電流電圧変換器からの電圧信号を増幅する信号増幅器６０ｂ（例えばＶＧＡ：高リニアリティアナログ可変利得アンプ）とを有する（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）。処理回路６０−２は、信号増幅器６０ｂの後段にハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を有する。
【００２７】
二値化回路４４は、光検出器４３の処理回路からのアナログの電圧信号（受光信号）を閾値電圧を基準に二値化し、その二値化信号（デジタル信号）を検出信号として時間計測部４５に出力する。
【００２８】
図１に戻り、同期系５０は、光検出器５３、二値化回路５６を含む。
【００２９】
光検出器５３は、図２（Ａ）及び図１に示されるように、ＬＤ１０から出射されカップリングレンズ２２を介して反射ミラー２４で反射された光であって回転ミラー２６で偏向され反射ミラー２４で再び反射された光の光路上に配置された同期レンズ５２と、該同期レンズ５２を介した光の光路上に配置された受光素子としての同期検知用ＰＤ５４と、該同期検知用ＰＤ５４の出力電流を処理する処理回路と、を含む。光検出器５３の処理回路は、光検出器４３の処理回路６０−１や処理回路６０−２と同様の構成を有している。
【００３０】
反射ミラー２４は、上記偏向範囲に対して回転ミラー２６の回転方向上流側に配置され、回転ミラー２６で上記偏向範囲の上流側に偏向された光が入射される。そして、回転ミラー２６で偏向され反射ミラー２４で反射された光が同期レンズ５２を介して同期検知用ＰＤ５４に入射される。このとき、光検出器５３では、同期検知用ＰＤ５４からの出力電流が処理回路に送られる。
【００３１】
なお、反射ミラー２４は、上記偏向範囲に対して回転ミラー２６の回転方向下流側に配置されても良い。そして、回転ミラー２６で偏向され反射ミラー２４で反射された光の光路上に同期系５０が配置されても良い。
【００３２】
回転ミラー２６の回転により、該回転ミラー２６の反射面で反射された光が同期検知用ＰＤ５４で受光される度に同期検知用ＰＤ５４から電流が出力される。すなわち、同期検知用ＰＤ５４からは定期的に電流が出力される。
【００３３】
このように回転ミラー２６からの光を同期検知用ＰＤ５４に照射するための同期点灯を行うことで、同期検知用ＰＤ５４での受光タイミングから、回転ミラー２６の回転タイミングを得ることが可能となる。
【００３４】
そこで、ＬＤ１０を同期点灯してから所定時間経過後にＬＤ１０をパルス点灯することで有効走査領域を光走査することができる。すなわち、同期検知用ＰＤ５４に光が照射されるタイミングの前後期間にＬＤ１０をパルス点灯することで有効走査領域を光走査することができる。
【００３５】
ここで、時間計測や同期検知に用いる受光素子としては、上述したＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）の他、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）、ガイガーモードＡＰＤであるＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｄｉｏｄｅ）等を用いることが可能である。ＡＰＤやＳＰＡＤは、ＰＤに対して感度が高いため、検出精度や検出距離の点で有利である。
【００３６】
二値化回路５６は、光検出器５３の処理回路からのアナログの電圧信号（出力電圧）を閾値電圧を基準に二値化し、その二値化信号（デジタル信号）を同期信号として測定制御部４６に出力する。
【００３７】
測定制御部４６は、二値化回路５６からの同期信号に基づいてＬＤ駆動信号を生成し、該ＬＤ駆動信号をＬＤ駆動部１２及び時間計測部４５に出力する。
【００３８】
すなわち、ＬＤ駆動信号は、同期信号に対して遅延した発光制御信号（周期的なパルス信号）である。
【００３９】
ＬＤ駆動信号がＬＤ駆動部１２に入力されると、ＬＤ駆動部１２からＬＤ１０に駆動電流が印加され、ＬＤ１０から発光パルスが出力される。なお、ＬＤ１０の安全性やＬＤ１０の耐久性の観点からＬＤ１０の発光のデューティが制限されるため、発光パルスはパルス幅が狭い方が望ましく、該パルス幅は、一般に１０ｎｓ〜数十ｎｓ程度に設定される。また、パルス間隔は一般に数十μ秒程度である。
【００４０】
時間計測部４５は、測定制御部４６からのＬＤ駆動信号の入力タイミングと二値化回路４４からの検出信号（二値化信号）の入力タイミングの時間差を、ＬＤでの発光タイミングと時間計測用ＰＤ４２での受光タイミングの時間差として求め、該時間差を時間計測結果として測定制御部４６に出力する。
【００４１】
測定制御部４６は、時間計測部４５からの時間計測結果を距離に変換することで物体までの往復距離を算出し、該往復距離の１／２を距離データとして物体認識部４７に出力する。
【００４２】
物体認識部４７は、測定制御部４６からの１走査もしくは複数の走査で取得した複数の距離データに基づいて、どこに物体があるかを認識し、その物体認識結果を測定制御部４６に出力する。測定制御部４６は、該物体認識結果をＥＣＵに転送する。
【００４３】
ＥＣＵは、転送された物体認識結果に基づいて、例えば自動車の操舵制御（例えばオートステアリング）、速度制御（例えばオートブレーキ）等を行う。
【００４４】
以下では、物体検出装置１００が走査型である場合のみならず、非走査型である場合も念頭に置いて説明を行う。なお、非走査型の物体検出装置では、例えば光源からの光を直接又はレンズを介して投光する。
【００４５】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）には、物体検出装置１００の検出範囲の分割例が示されている。物体検出装置１００の検出範囲は、図４(Ａ)のようにＺ軸方向から見て全体として略扇形となる場合や、図４（Ｂ）のようにＺ軸方向から見て全体として略長方形となる場合がある。以下では、検出範囲が略扇形となる場合に検出範囲を「検出角度範囲」とも呼ぶ。
【００４６】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のような検出範囲の水平方向の分割は、例えば少なくとも１つの発光素子からの光を拡散させて投光し物体からの反射光を複数の光検出器で受光することで、すなわち検出範囲を少なくとも受光側で分割して検出することで実現できる。図４（Ａ）では、検出範囲が水平方向に３つの検出領域１〜３に分割されている。
【００４７】
図４（Ｂ）のような検出範囲の水平方向の分割は、例えば複数の発光素子からの光を投光し物体からの反射光を少なくとも１つの光検出器で受光することで、すなわち検出範囲を少なくとも投光側で分割することで実現できる。図４（Ｂ）では、検出範囲が水平方向に４つの検出領域１〜４に分割されている。
【００４８】
また、例えば図４（Ｃ）のように検出範囲を鉛直方向に分割することもできる。この場合も、投光側及び受光側の少なくとも一方で検出範囲を分割することができる。図４（Ｃ）では、検出範囲が鉛直方向に６つの検出領域１〜６に分割されている。
【００４９】
また、検出範囲を水平方向と鉛直方向のいずれにも分割、すなわち検出範囲を２次元的に分割しても良い。図４では簡単のため検出領域数を３〜６という少ない数にしたが、実際には数十〜数千になる場合もある。
【００５０】
ところで、閾値電圧を基準に受光信号（光検出器の出力信号）を検出する方式では、ノイズによる誤検出を防ぐためにノイズに対して閾値電圧を十分大きくする必要があるが、大きくしすぎると検出距離が必要以上に短くなってしまう。
【００５１】
ショットノイズの強度分布は平均＝０の正規分布に従うので、ノイズが閾値電圧を超える確率（誤検出を起こす確率）の上限をシステムの仕様として決めると、誤検出確率が仕様に収まる範囲内で検出距離を最大(閾値を最小)にできる、理想的な閾値電圧／ノイズの標準偏差の値が決まる。
【００５２】
つまり、ノイズの標準偏差を算出すれば、理想的な閾値電圧が決まる。例えば誤検出確率を０．２％以下に抑えたい場合、正規分布の確率密度関数を考慮すると、閾値電圧≧３×ノイズの標準偏差とすれば良く、これを満たしつつ検出距離を最大にするためには、閾値電圧＝３×ノイズの標準偏差とすれば良い。例えばノイズの標準偏差が１０ｍＶであれば、閾値電圧＝３０ｍＶとするのが良い。
【００５３】
以上のような考察から、誤検出確率を高くさせずに検出距離を最大限大きくとるためには、閾値電圧／ノイズの標準偏差の値を変化させないことが重要である。
【００５４】
閾値電圧／ノイズの標準偏差の理想値は、許容される誤検出確率に依るが、誤検出防止と長距離検出の両立を考えると実用上、３以上１０以下の範囲が好適である。
【００５５】
［実施例１］
以下に、実施例１として、図４（Ａ）のように単一の発光素子から光を拡散させて射出し物体からの反射光を３つの光検出器で受光することにより、検出範囲を３分割する例を説明する。
【００５６】
ここでは、光検出器１が検出領域１に、光検出器２が検出領域２に、光検出器３が検出領域３に対応しているとし、光検出器１〜３に対する受光光学系の光利用効率をそれぞれη１、η２、η３、光検出器１〜３の受光信号を検出する基準となる閾値電圧をそれぞれＶｔｈ１、Ｖｔｈ２、Ｖｔｈ３、光検出器１〜３の受光信号のノイズの大きさをそれぞれσ１、σ２、σ３とする。
【００５７】
受光光学系では、各光検出器に光を導光する光学部材は、異なる部品で構成されていても良いし、共通の部品で構成されていても良い。
【００５８】
光検出器に入る外乱光の光量は光利用効率に比例し、ショットノイズの大きさは外乱光の光量の平方根に比例するので、σ１∝√η１、σ２∝√η２、σ３∝√η３となる。
【００５９】
以上から、閾値電圧とノイズの標準偏差の比を３つの領域で等しくするには、Ｖｔｈ２＝Ｖ０として、Ｖｔｈ１＝Ｖ０×√（η１／η２）、Ｖｔｈ３＝Ｖ０×√（η３／η２）のようにするのがノイズに対する閾値電圧の変化のさせ方としては最も理想的である。このとき、Ｖ０は検出領域２での閾値電圧／ノイズの標準偏差の値が理想的な値になるように決めているとする。これが図５に示されている。
【００６０】
ここで、重要なのは、「ノイズの標準偏差」の値はリアルタイムで測定しているわけではなく、予め想定される値を（実験的にでも計算によってでも）決めていることである。
【００６１】
つまり、ここでは「ノイズを観測して閾値にフィードバックを返す」といったことはしておらず、各検出領域に対応する閾値を設計時に決めている。
【００６２】
上記では最も理想的な場合について述べたが、ノイズの小さい検出領域ではノイズの大きい検出領域に比べて閾値電圧を低くするという関係を満たしていれば効果が得られるため、必ずしも図５のようにパラメータを設定する必要はなく、もっと粗くパラメータを設定しても効果は得られる。
【００６３】
また、受光信号に外乱光のＤＣ成分が重畳されるとパルス検出を正常に行うことが困難なので、通常は図３（Ｂ）に示されるように受光信号の生成経路にハイパスフィルタを入れることでＤＣ成分をカットする。図５にはＤＣ成分をカットした状態が示されている。
【００６４】
また、上記では受光光学系の光利用効率を用いて閾値を決定したが、もちろん、より実験的に、物体検出装置１００に一定強度の光を入れたときの各検出領域でのノイズの大きさを比較し、そのノイズの大きさから閾値電圧を決めても良い。
【００６５】
ところで、レーザ光を走査することによって検出範囲の複数領域を検知する方式では、走査方向の角度分解能を非常に高くすることができるため、検出範囲の分割数が数百から数千にまで及ぶ場合が考えられる。閾値電圧を異ならせる手段として閾値を離散的な値で変化させる方式を用いる場合、閾値電圧を検出領域と同じ数だけ用意しても良いが、実用上閾値をそこまで細かく調整してもあまり利点がなく、回路の不要な大型化を招いてしまうため却って不利である。
【００６６】
なぜなら、光利用効率が最大の検出領域（前者）の光利用効率と光利用効率が最小の検出領域（後者）の光利用効率の差は大きくても高々後者の光利用効率の１０倍程度であるため、前者の閾値と後者の閾値を前者の閾値の√１０倍程度異ならせることになるが、その間を数百分割すると閾値電圧の刻み幅は最大閾値の１％以下になり、回路定数のばらつきに埋もれてしまうからである。
【００６７】
そこで、この場合、複数の検出領域をより少数（ここでは７つとする）のグループにグループ分けし、各グループに対して閾値電圧を設定するのが現実的である。このときのグループ分けの方法と各グループの閾値電圧の決定方法を説明する。
【００６８】
ここでは、検出角度範囲を０°〜１２０°として、受光光学系の光利用効率ηの平方根の検出角度変化に対する変化が図６上図にグラフで表されている。図６の下図には、各グループに設定された閾値電圧（検出角毎の閾値電圧）がグラフで示されている。図６のグラフにおいて、破線は等間隔に引いてある。
【００６９】
グループ１、グループ２、・・・、グループ７の閾値電圧をそれぞれＶｔｈ１、Ｖｔｈ２、・・・、Ｖｔｈ７とした。
【００７０】
図６に示されるように、閾値電圧が変化する検出角を隣接する２つのグループの境界として複数の検出領域をグループ分けすることで、無理の無い効果的なグループ分け及び閾値電圧の決定ができる。
【００７１】
図７には、図６に示される複数の検出領域のグループ分けの様子が図示されている。図６では、光利用効率の平方根を基準に閾値電圧を決めたが、物体検出装置１００に一定強度の光を入れたときの各検出角でのノイズの大きさを、光利用効率の平方根の代わりに用いることもできる。
【００７２】
ここでは、複数の検出領域を７グループに分けたが、グループの数は検出領域の数よりも少なくければ７個より多くても少なくても良い。また、ここでは閾値電圧のステップ幅（変化幅）を一定としたが、一定でなくても良い。
【００７３】
また、閾値電圧を連続的（アナログ的）に変化させられる方式を用いても良い。この場合は、上述のように検出範囲を検出領域数よりも少ない数のグループに分割して閾値電圧を異ならせても良いし、受光光学系の検出領域毎の光利用効率に応じて変化させても良い。
【００７４】
受光素子又は発光素子又は両者を複数個設けることによって図４（Ａ）や図４（Ｂ）のように複数の検出領域の検知を行う場合、全検出領域に対して受光光学系の光利用効率ηをほぼ等しく設定しようとすると、レンズやミラーといった光学素子の有効径を大きくする必要があるため装置が大型化してしまう。
【００７５】
そこで、検出範囲端部の光利用効率を検出範囲中央部の光利用効率に比べて低くすることで光学素子の小型化ができ、検出範囲端部の閾値を検出範囲中央部に比べて低くすることで、誤検出確率が高くなるのを抑制しつつ、光学素子の小型化に伴う検出範囲端部における検出距離の低下を抑制することができる。
【００７６】
また、走査手段（例えば回転ミラー２６）に対して検出角度範囲外からレーザ光を入射させる構成は、検出範囲端部における検出距離を大きくすることにおいて不利であるが、複数の発光素子を用いた多レイヤー検知において有利である。
【００７７】
そのため、本発明の効果が強く発揮される。以下にその理由を説明する。なお、ここで言う「多レイヤー検知」とは、例えば図４（Ｃ）のように、検出範囲をＺ軸方向に複数の検出領域に分けて検知することを意味する。
【００７８】
走査手段（例えば回転ミラー２６）に対して検出角度範囲の外側からレーザ光を入射させる場合、検出範囲端部検知時に結像レンズでのケラレが生じるため、検出範囲端部の光利用効率が中央領域に比べて低くなる（図８（Ａ）及び図８（Ｂ）参照）。
【００７９】
これに対して、例えばＺ軸と鏡面のなす角が４５°の回転ミラーをＺ軸周りに回転させ、それに対してＺ軸に平行な光を入射して広角検知を行う場合、ビームのケラレは発生せず、原理的には光利用効率の走査角依存性はない。
【００８０】
また、複数の発光素子をＺ軸方向に並べ、各発光素子からの光を（Ｚ軸方向の）異なる検出領域に導光することによって多レイヤー検知を行う場合を考えると、走査手段に対して検出角度範囲の外側からレーザ光を入射させる場合は原理的には投光ビームや検出領域のねじれや曲がりはない。
【００８１】
これに対して、回転軸に対して４５°傾いた回転ミラーに対して回転軸に平行なビームを入射する構成の場合、複数の発光素子による多レイヤー検知を行うときに、検出領域のねじれが生じる。つまり、例えば、検出範囲中央部で検出レイヤー間（Ｚ軸方向の検出領域間）の重なりが無いようにした場合、検出範囲端部では検出領域がねじれて検出レイヤー間に重なりができてしまう。
【００８２】
以上の理由から、図８のような受光光学系の構成を有する場合に、検出範囲端部の閾値を検出範囲中央部の閾値よりも低く設定することで、検出範囲端部においても比較的長距離の検知が可能であり、かつ多レイヤー検知の際に検出領域のねじれがない、もしくは少ない物体検出装置を実現できる。
【００８３】
複数の発光素子を水平方向に１次元配列することで図４（Ａ）や図４（Ｂ）のように検出範囲を水平方向に複数の検出領域に分割して検知することが可能であり、複数の発光素子を垂直方向に１次元配列することで図４（Ｃ）のように検出範囲を垂直方向に複数の検出領域に分割して検知することが可能である。
【００８４】
また、複数の発光素子を２次元配列したり、１次元配列された複数の発光素子からの光を配列方向と垂直方向に走査することで、検出範囲を２次元的に分割して検知することも可能である。この場合、測距装置に用いる場合の高分解能検知や、３次元センサとしての用途に有利である。
【００８５】
検出範囲の分割を複数の発光素子を用いて投光側で行い、単一の受光素子で受光する場合、複数の発光素子を異なるタイミングで点灯させるため、受光素子と処理回路が実装された基板には１度に１つの受光信号しか入ってこず、受光信号にクロストークが含まれず精度良く物体検出を行うことができる。
【００８６】
これに対して、検出範囲の分割を複数の受光素子を用いて受光側で行い、単一の発光素子を用いる場合、複数の受光素子に光が同時に入ってきて、基板上で同時に受光信号が流れ、受光信号間のクロストークが発生することが懸念される。
【００８７】
検出範囲の分割を投光側と受光側の両方で行う場合についても、同じ領域数に分割することを前提とすれば、受光側だけで検出範囲の分割を行う場合よりも受光素子の数が少なくてすむため、受光信号間のクロストークが小さくなり物体検出に有利である。
【００８８】
ここで、物体検出装置１００において検出領域毎やグループ毎の閾値電圧の設定は、図９に示される閾値電圧可変手段２００によって行われる。
【００８９】
閾値電圧可変手段２００は、複数のパルスを含むパルス信号を生成する、該パルスのデューティ比を可変なパルス信号生成回路２００ａと、該パルス信号を平滑化する平滑化手段２００ｂと、該パルス信号のデューティ比を制御するデューティ比制御部２００ｃと、予め検出領域毎もしくはグループ毎に設定された閾値電圧に対応するディーティ比のテーブル（以下では「デューティ比テーブル」とも呼ぶ）が格納されたメモリ２００ｄと、を含む。ここでは、同期系５０からの同期信号がデューティ比制御部２００ｃに入力されるようになっている。
【００９０】
閾値電圧可変手段２００による検出領域に応じた閾値電圧の設定方法について図９を用いて説明する。先ず、デューティ比制御部２００ｃは、同期系５０からの同期信号に基づいてビームの走査位置を検出し、各検出領域もしくは各グループが走査されるときにデューティ比テーブルを参照し該検出領域もしくは該グループに対して設定されたデューティ比をパルス信号生成回路２００ａに送る。パルス信号生成回路２００ａは、デューティ比制御部２００ｃから受け取ったディーティ比のパルスを複数含むパルス信号を生成し平滑化手段２００ｂに送る。平滑化２００ｂは、パルス信号生成回路２００ａから受け取ったパルス信号を平滑化する。この平滑化されたパルス信号が閾値電圧として用いられる。このように、パルス信号生成回路２００ａで生成されるパルス信号のデューティ比を制御することで、検出領域間もしくはグループ間で閾値電圧を異ならせることができる。
【００９１】
平滑化されたパルス信号すなわち閾値電圧は、二値化回路４４としてのコンパレータの一方（−側）の入力端に入力される。コンパレータは、他方（＋側）の入力端に入力された受光信号と閾値電圧を比較し、受光信号が閾値電圧を横切るタイミングで二値化信号（検出信号）を出力する。
【００９２】
平滑化手段２００ｃとしては、例えば抵抗ＲとコンデンサＣを含むＲＣローパスフィルタ等の積分回路を用いることができる。パルス信号生成回路２００ａとしては、例えば集積回路の一つであるＦＰＧＡ（field-programmable  gate  array）を用いることができ、ＦＰＧＡは制御回路（例えば測定制御部４６）としても用いることができるため、不必要な回路の大型化を招くことがなく、また実現も容易である。もちろん、パルス信号生成回路２００ａとしてＦＰＧＡ以外の回路を用いても良い。
【００９３】
以上、走査型の物体検出装置１００における閾値電圧の設定方法について説明したが、非走査型の物体検出装置の場合も、閾値電圧可変手段として図９に示される構成を採用できる。
【００９４】
この際、複数（検出領域もしくはグループの数と同数）の発光素子（例えばＬＤ）を用いて検出範囲を投光側のみで分割する場合、各検出領域もしくは各グループに対応する発光素子が点灯するときに該検出領域に対して設定されたデューティ比のパルス信号を生成し平滑化することにより、検出領域に応じて閾値電圧を設定できる。
【００９５】
このとき、発光素子の数よりも少数（少なくとも１つ）の受光素子（例えばＰＤ）で受光する場合には、少なくとも２つの発光素子を異なるタイミングで点灯させる。この場合に、該発光素子の点灯トリガ信号を発光素子駆動回路に加えてデューティ比制御部２００ｃにも入力する必要がある。
【００９６】
一方、発光素子の数と同数の受光素子で受光する場合には、全発光素子を同時に点灯させることも可能である。なお、複数の受光素子を同一の発光素子に対応させる場合には、複数の受光素子に同時に光が入射するので、該受光素子毎に二値化回路を配備する必要がある。
【００９７】
また、複数の受光素子（例えばＰＤ）を用いて検出範囲を受光側で分割する場合であって単一の発光素子（例えばＬＤ）を用いる場合（光を拡散させる場合）には、該発光素子が点灯するときに各検出領域に対して設定されたデューティ比のパルス信号を生成し平滑化することにより、検出領域に応じて閾値電圧を設定できる。なお、複数の受光素子に同時に光が入射するので、該受光素子毎に二値化回路を配備する必要がある。
【００９８】
［実施例２］
実施例２を、上記実施例１と同様に、単一の発光素子から光を拡散させて射出し物体からの反射光を３つの光検出器で受光することにより、検出範囲を３分割する場合（図４（Ａ）参照）を例にとって説明する。
【００９９】
光検出器１、２、３の感度（以下では「検出感度」とも呼ぶ）をそれぞれＳ１、Ｓ２、Ｓ３とする。但し、各光検出器の感度には受光素子自体の感度と処理回路による信号の増幅率の両方が含まれている。
【０１００】
先に述べたとおりショットノイズの大きさは光利用効率の平方根に比例し、また光検出器の感度にも比例するので、σ１∝Ｓ１×√η１、σ２∝Ｓ２×√η２、σ３∝Ｓ３×√η３の関係が成り立つ。
【０１０１】
そこで、Ｓ１∝１／√η１、σ２∝１／√η２、σ３∝１／√η３ のようにし、閾値電圧は全検出領域で同一とすれば閾値電圧／ノイズの標準偏差の値が検出領域に依らず一定となり、誤検出確率が高くなるのを抑制しつつ検出距離を最大にするという点において最も効果的である。
【０１０２】
図１０（Ａ）には、光検出器の感度を全検出領域で一定とした場合の光検出器１、２、３からの受光信号の波形が示され、図１０（Ｂ）には、光検出器の感度を検出領域に応じて異ならせた場合の光検出器１、２、３からの受光信号の波形が示されている。
【０１０３】
光検出器の感度を検出領域に応じて変化させる方法としては、処理回路の信号増幅器６０ｂとして増幅率が可変なものを用いて増幅率を制御しても良いし、受光素子にＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）のように印加電圧に応じて受光感度が変化する素子を用いて印加電圧を制御しても良い。
【０１０４】
具体的には、物体検出装置１００において検出領域毎やグループ毎の検出感度の設定は、検出感度可変手段によって行われる。
【０１０５】
検出感度可変手段は、増幅率が可変な信号増幅器の増幅率を制御する増幅率制御部又は受光素子にＡＰＤを用いる場合に該ＡＰＤへの印加電圧を制御する印加電圧制御部を含む。そして、予め各検出領域もしくは各グループに対して設定された信号増幅器の増幅率又はＡＰＤへの印加電圧がテーブルとしてメモリに格納されている。
【０１０６】
検出感度可変手段による検出感度の設定方法について説明する。先ず、同期系５０からの同期信号に基づいてビームの走査位置を検出し、各検出領域もしくは各グループが走査されるときにテーブルを参照し、該検出領域もしくは該グループに対応する増幅率に信号増幅器の増幅率を設定するか、又は該検出領域もしくは該グループに対応する印加電圧にＡＰＤの印加電圧を設定する。結果として、検出領域間もしくはグループ間で検出感度を異ならせることができる。
【０１０７】
以上、走査型の物体検出装置１００における検出感度の設定方法について説明したが、非走査型の物体検出装置の場合も、検出感度可変手段として同様の構成を採用できる。
【０１０８】
この際、複数（検出領域もしくはグループの数と同数）の発光素子（例えばＬＤ）を用いて検出範囲を投光側で分割する場合、各検出領域もしくは各グループに対応する発光素子が点灯するときに該検出領域もしくは該グループに対応する増幅率に信号増幅器の増幅率を設定するか、又は該検出領域もしくは該グループに対応する印加電圧にＡＰＤへの印加電圧を設定する。結果として、検出領域間もしくはグループ間で検出感度を異ならせることができる。
【０１０９】
このとき、発光素子の数よりも少数（少なくとも１つ）の受光素子で受光する場合には、少なくとも２つの発光素子を異なるタイミングで点灯させる。この場合に、該発光素子の点灯トリガ信号を発光素子駆動回路に加えて検出感動可変手段にも入力する必要がある。
【０１１０】
一方、発光素子の数と同数の受光素子で受光する場合には、全発光素子を同時に点灯させることも可能である。なお、複数の受光素子を同一の発光素子に対応させる場合には、受光素子毎に二値化回路を配備する必要がある。
【０１１１】
また、複数の受光素子（例えばＰＤ）を用いて検出範囲を受光側で分割する場合であって単一の発光素子（例えばＬＤ）を用いる場合（光を拡散させる場合）には、該発光素子が点灯するときに各検出領域もしくは各グループに対応する増幅率に信号増幅器の増幅率を設定するか、又は各検出領域もしくは各グループに対応する印加電圧にＡＰＤへの印加電圧を設定することにより、検出領域もしくはグループに応じて検出感度を設定できる。なお、複数の受光素子に同時に光が入射するので、該受光素子毎に二値化回路を配備する必要がある。
【０１１２】
また、受光素子を複数設けて受光側で検出範囲を分割する場合には、複数の検出領域に対応する受光感度が異なる複数の受光素子を設けても良い。この場合、受光素子のみで検出感度を検出領域に応じて変化させることができので、検出感度可変手段が必要ない。
【０１１３】
上記では最も理想的な光検出器の感度設定の方法を述べたが、ノイズの小さい検出領域ではノイズの大きい検出領域に比べて光検出器の感度を高くするという関係を満たしていれば効果は得られるため、必ずしも図１０のようにパラメータを設定する必要は無く、もっと粗くパラメータを設定しても効果は得られる。
【０１１４】
ところで、レーザ光を走査することによって複数の検出領域を検知する方式では、走査方向の角度分解能を非常に高くすることができるため、検出範囲の分割数が数百から数千にまで及ぶ場合が考えられる。検出感度を異ならせる手段として検出感度を離散的な値で変化させる（信号増幅器の増幅率や受光素子の受光感度を、ステップ的に変更する）方式を用いる場合、検出感度を検出領域と同じ数だけ用意して検出感度と検出領域が一対一対応を取るようにしても良いが、実用上感度をそこまで細かく調整してもあまり利点が無く、回路の不要な大型化を招いてしまうだけである。
【０１１５】
なぜなら、光利用効率が最大の検出領域と光利用効率が最小の検出領域の光利用効率の差は大きくても高々１０倍程度であるため、感度は√１０倍程度異ならせることになるが、その間を数百分割すると受光感度の刻み幅は最大閾値の１%以下になり、回路定数のばらつきに埋もれてしまうからである。
【０１１６】
この場合も、複数（ここでは９個以上）の検出領域をより少数（ここでは８個）のグループにグループ分けし、各グループに対して検出感度を設定するのが現実的である。このときの効果的なグループの分けの方法と各グループの検出感度の決定方法の考え方は、実施例１に挙げた方法と同じである。以下、検出感度の決定方法について説明する。
【０１１７】
検出角度範囲を０°〜１２０°として、受光光学系の光利用効率の平方根の逆数の、検出角の変化に対する変化が、図１１上図にグラフで示されている。図１１下図には、各グループに設定された検出感度（検出角毎の検出感度）がグラフで示されている。図１１では、破線は等間隔に引いてある。
【０１１８】
ここでは、グループ１、グループ２、・・・、グループ８の検出感度をそれぞれＳ１、Ｓ２、・・・、Ｓ８とした。
【０１１９】
図１２には、図１１におけるグループ分けの様子が示されている。図１１に示されるように、検出感度が変化する検出角を隣接する２つのグループの境界として複数の検出領域をグループ分けすることで、無理の無い効果的なグループ分け及び検出感度の決定ができる。
【０１２０】
図１１では光利用効率の平方根の逆数を基準に検出感度を決めたが、物体検出装置に一定強度の光を入れたときの各検出角でのノイズの大きさを、光利用効率の平方根の逆数の代わりに用いることもできる。
【０１２１】
ここでは、複数の検出領域を８グループに分けたが、グループの数は検出領域の数よりも少なければ８個より多くても少なくても良い。
【０１２２】
また、ここでは検出感度のステップ幅（変化幅）を一定としたが、一定でなくても良い。また、閾値を連続的（アナログ的）に変化させられる方式を用いても良い。この場合、上述のように検出範囲を検出領域数よりも少ない数のグループに分割して検出感度を異ならせても良いし、検出領域やグループの光利用効率に応じて変化させても良い。
【０１２３】
前述したように、検出範囲端部の光利用効率を検出範囲中央部の光利用効率に比べて低くすることで光学素子の小型化ができる。その上で、検出範囲端部の検出感度を検出範囲中央部の検出感度よりも高くすることで、誤検出確率が高くなるのを抑制しつつ、光学素子の小型化に伴う検出範囲端部の検出距離の低下を抑制することができる。
【０１２４】
さらに、この構成は多レイヤー検知に有利である。この光学素子の構成と、検出感度の設定（検出範囲中央部に比べて検出範囲端部の方が検出感度が高くなるようにすること）を組み合わせることで、検出範囲端部においても比較的長距離の検知が可能であり、かつ多レイヤー検知の際に検出領域のねじれがない物体検出装置を実現できる。
【０１２５】
以上説明した本実施形態の物体検出装置１００は、第１の観点からすると、投光系１０と、該投光系１０から投光され物体で反射もしくは散乱された光を受光する光検出器４３と、該光検出器４３の受光信号（出力信号）が入力され、該受光信号を閾値電圧を基準に検出する二値化回路４４（信号検出手段）と、投光系１０の投光範囲（検出範囲）の一部の領域へ光が投光されるときと他の一部の領域へ光が投光されるときとで閾値電圧を異ならせる閾値電圧可変手段２００と、を備えている。
【０１２６】
この場合、例えば投光範囲の複数の領域の光利用効率に応じて領域間で閾値電圧を異ならせることで、受光信号に含まれるノイズに対して必要以上に閾値を高く設定してしまうことによる検出距離の低下を抑制できる。
【０１２７】
すなわち、投光範囲における検出距離の低下を抑制できる。
【０１２８】
また、例えば光利用効率の高い領域では外乱光が強くショットノイズが大きいため閾値電圧を高く設定することにより、検出距離の低下を抑制しつつ誤検出を抑制できる。例えば光利用効率の低い領域では外乱光が弱くショットノイズが小さいため閾値電圧を低く設定することにより、誤検出を抑制しつつ検出距離の低下を抑制できる。
【０１２９】
また、投光範囲の領域に応じた閾値の設定はシーケンス制御で決めておけば良いため、フィードバック制御等がいらず実現が容易である上、効果が確実に期待できる。
【０１３０】
また、物体検出装置１００は、投光範囲の中央領域に投光されたときよりも端部領域に投光されたときの方が光利用効率が低い、物体で反射された光を光検出器４３へ導く受光光学系３０を更に含み、閾値電圧は、投光範囲の中央領域へ光が投光されるときよりも端部領域へ光が投光されるときの方が低くなるように設定されることが好ましい。
【０１３１】
この場合、広角多レイヤー検知に有利な物体検出装置を実現できる。また、走査型の場合のみならず非走査型の場合でも、検出範囲端部の光利用効率を検出範囲中央部の光利用効率に比べて低くすることで、光学素子の有効径を縮小できるため装置の小型化が可能であり、かつ検出範囲端部の閾値を検出範囲中央部よりも低く設定することで小型化に伴う検出距離の低下を抑制できる。
【０１３２】
また、投光系１０は、光源（例えばＬＤ）と、該光源からの光を投光範囲内で走査する走査手段（例えば回転ミラー２６）とを含み、走査手段による光の走査角度に応じて閾値電圧が設定されることが好ましい。
【０１３３】
また、投光系１０は、光源からの光を投光範囲の外側から走査手段に入射させる入射光学系を更に含むことが好ましい。
【０１３４】
走査手段に対して投光範囲（走査角度範囲）の外側からビームを入射させる構成では、投光範囲の端部（走査角度範囲の端部）でケラレが生じるため、走査角度によって光利用効率が大きく変わる。そのため、本発明の効果が大きく出る。このような構成は複数の発光素子を鉛直方向に並べて鉛直方向に分解能を持たせる場合に特に有利になる。
【０１３５】
例えば回転ミラー(鏡面が鉛直方向に対して４５°の角度を成すもの)に対して、上方からビームを入射させる構成では、光利用効率の走査角依存性は小さい。ただし、この構成に対して複数の発光素子で鉛直方向の分解能を持たせようとすると、走査角度によって、鉛直方向に分かれた複数のビームがミラーの反射後に重なってしまうため、鉛直方向の多レイヤー検知が効果的にできない。
【０１３６】
また、投光系１０は、投光範囲を複数の検出領域に分割して検出するための複数の発光素子を有する光源を含むことが好ましい。
【０１３７】
この場合、複数の発光素子を用いて投光範囲を分割すると、複数の受光素子を用いて投光範囲を分割する場合に比べて受光素子の数が少なくて良いので、受光信号に含まれるクロストークが小さくなり検出精度が高くなる。
【０１３８】
また、光検出器４３は、投光範囲を複数の検出領域に分割して検出するために複数設けられていても良い。
【０１３９】
また、複数の検出領域が該検出領域の数よりも少ない数の複数のグループにグループ分けされ、閾値電圧可変手段２００は、グループ間で閾値電圧を異ならせることが好ましい。
【０１４０】
特に走査型の物体検出装置においては検出領域数が膨大な数(数百〜数千)になるが、少数のグループに分けて少数の離散的な閾値電圧を用いることで、回路の大型化を抑制し、かつ光利用効率の低い領域での検出距離を効果的に伸ばすことができる。
【０１４１】
また、閾値電圧可変手段２００は、複数のパルスを含むパルス信号を生成する、該パルスのデューティ比が可変なパルス信号生成回路２００ａと、パルス信号を平滑化する平滑化手段２００ｂと、パルス信号のデューティ比を制御するデューティ比制御部２００ｃと、を含む。
【０１４２】
平滑化手段２００ｂはＲＣローパスフィルタ等で容易に実現でき、デューティ可変なパルス信号生成回路として制御回路を用いれば良いので、閾値電圧を制御するために電圧可変な直流電源を用いる必要がなく、小型化とコスト面で有利である。
【０１４３】
なお、閾値電圧可変手段として、電圧可変な直流電源を用いても良い。
【０１４４】
また、本実施形態の物体検出装置１００は、第２の観点からすると、投光系１０と、該投光系１０から投光され物体で反射もしくは散乱された光を受光する受光素子（例えば時間計測用ＰＤ４２）を含む光検出器４３と、該光検出器４３の出力信号（受光信号）が入力され、該出力信号を閾値を基準に検出する二値化回路４４（信号検出手段）と、を備え、投光系１０の投光範囲の一部の領域へ光が投光されるときと他の一部の領域へ光が投光されるときとで光検出器４３の感度（検出感度）が異なる。
【０１４５】
この場合、例えば光検出器４３において受光素子の受光感度や信号増幅器の増幅率を領域毎に異ならせることで、閾値電圧とノイズレベルの関係を所望の関係に近づけることができる。すなわち、投光範囲における検出距離の低下を抑制できる。
【０１４６】
また、投光範囲の中央領域に投光されたときよりも端部領域に投光されたときの方が光利用効率が低い、物体で反射された光を光検出器４３へ導く受光光学系３０を更に備え、検出感度は、投光範囲の中央領域へ光が投光されるときよりも端部領域へ光が投光されるときの方が高くなるように設定されることが好ましい。
【０１４７】
この場合、広角多レイヤー検知に有利な物体検出装置を実現できる。また、走査型の場合のみならず非走査型の場合でも、検出範囲端部の光利用効率を検出範囲中央部の光利用効率に比べて短くすることで、光学素子の有効径を縮小できるため装置の小型化が可能であり、かつ検出範囲端部の検出感度を検出範囲中央部よりも低く設定することで小型化に伴う検出距離の低下を抑制できる。
【０１４８】
また、投光系１０は、光源（例えばＬＤ）と、該光源からの光を投光範囲内で走査する走査手段（例えば回転ミラー２６）とを含み、走査手段の走査角度に応じて検出感度が設定されることが好ましい。
【０１４９】
また、投光系１０は、光源からの光を投光範囲の外側から走査手段に入射させる入射光学系を更に含むことが好ましい。
【０１５０】
走査手段に対して投光範囲（走査角度範囲）の外側からビームを入射させる構成では、投光範囲の端部（走査角度範囲の端部）でケラレが生じるため、走査角度によって光利用効率が大きく変わる。そのため、本発明の効果が大きく出る。このような構成は複数の発光素子を鉛直方向に並べて鉛直方向に分解能を持たせる場合に特に有利になる。
【０１５１】
また、投光系１０は、投光範囲を複数の検出領域に分割して検出するための複数の発光素子を有する光源を含んでも良い。
【０１５２】
この場合、複数の発光素子を用いて投光範囲を分割すると、複数の受光素子を用いて投光範囲を分割する場合に比べて受光素子の数が少なくて良いので、受光信号に含まれるクロストークが小さくなり検出精度が高くなる。
【０１５３】
また、光検出器４３は、投光範囲を複数の検出領域に分割して検出するために複数設けられ、複数の光検出器４３のうち少なくとも２つの光検出器４３の受光素子の受光感度が異なっていても良い。
【０１５４】
この場合、受光素子のみで投光範囲の領域に応じて検出感度を設定できるため、検出感度を変更するための手段（検出感度可変手段）を必要としない。
【０１５５】
また、複数の検出領域が検出領域の数よりも少ない数の複数のグループにグループ分けされ、グループ間で検出感度が異なることが好ましい。
【０１５６】
特に走査型の物体検出装置においては検出領域数が膨大な数(数百〜数千)になるが、少数のグループに分けて少数の離散的な閾値電圧を用いることで、回路の大型化を抑制し、かつ光利用効率の低い領域での検出距離を効果的に伸ばすことができる。
【０１５７】
また、光検出器４３は、受光素子の出力電流に基づく電圧信号を増幅させる、増幅率が可変な信号増幅器６０ｂ（信号増幅部）を更に含み、物体検出装置１００は、信号増幅器６０ｂの増幅率を制御して検出感度を変更する検出感度可変手段（感度可変手段）を更に備えていても良い。
【０１５８】
また、光検出器４３の受光素子は、印加電圧に応じて受光感度が変化し、印加電圧を制御して検出感度を変更する検出感度可変手段（感度可変手段）を更に備えていても良い。
【０１５９】
また、物体検出装置１００は、光源での発光タイミングと光検出器４３での受光タイミングとに基づいて、物体までの距離を算出する、時間計測部４５及び測定制御部４６を含む演算手段を更に備えることが好ましい。この場合、投光範囲において物体までの距離を精度良く求めることができる。
【０１６０】
また、物体検出装置１００と、該物体検出装置１００が搭載される移動体と、を備える移動体装置によれば、投光範囲における検出距離の低下を抑制できるため、安全性に優れた移動体装置を提供できる。
【０１６１】
図１３には、物体検出装置１００を備えるセンシング装置１０００が示されている。センシング装置１０００は、移動体に搭載され、物体検出装置１００に加えて、該物体検出装置１００に電気的に接続された監視制御装置３００を備えている。物体検出装置１００は、車両のバンパー付近やバックミラーの近傍に取り付けられる。監視制御装置３００は、物体検出装置１００での検出結果に基づいて、物体の形状や大きさの推定、物体の位置情報の算出、移動情報の算出、物体の種類の認識等の処理を行って、危険の有無を判断する。そして、危険有りと判断した場合には、アラーム等の警報を発して移動体の操縦者に注意を促したり、ハンドルを切って危険を回避する指令を移動体の操舵制御部に出したり、制動をかけるための指令を移動体のＥＣＵに出す。なお、センシング装置１０００は、例えば車両のバッテリから電力の供給を受ける。
【０１６２】
なお、監視制御装置３００は、物体検出装置１００と一体的に設けられても良いし、物体検出装置１００とは別体に設けられても良い。また、監視制御装置３００は、ＥＣＵが行う制御の少なくとも一部を行っても良い。
【０１６３】
物体検出装置１００と、該物体検出装置１００の出力に基づいて、物体情報（物体の有無、物体の位置、物体の移動方向及び物体の移動速度の少なくとも１つ）を求める監視制御装置３００と、を備えるセンシング装置１０００によれば、物体情報を安定して精度良く取得することができる。
【０１６４】
また、センシング装置１０００は移動体に搭載され、監視制御装置３００は物体の位置情報及び移動情報の少なくとも一方に基づいて危険の有無を判断するため、例えば移動体の操縦制御系、速度制御系等に危険回避のための有効な情報を提供することができる。
【０１６５】
また、移動体と、該移動体に搭載される物体検出装置１００又は該移動体に搭載されるセンシング装置１０００と、を備える移動体装置によれば、衝突安全性に優れる。
【０１６６】
［変形例の物体検出装置］
図１４には、本発明の物体検出装置の変形例の概略構成が示されている。変形例の物体検出装置は、ＬＤ、投光光学系、ＬＤ駆動回路、受光光学系、受光素子（ＰＤやＡＰＤ）、波形処理回路、二値化回路を含んで構成されている。すなわち、本発明の物体検出装置において、時間計測部４５、測定制御部４６、物体認識部４７、同期系５０は、必須ではない。なお、同期系５０は、走査型の場合に必要であるが、非走査型の場合は不要である。
【０１６７】
また、変形例の物体検出装置も、上記実施形態の物体検出装置１００と同様に、検出領域に応じて閾値電圧や検出感度を設定するための構成として、例えば閾値電圧可変手段２００や検出感度可変手段や受光感度が異なる複数の受光素子を有している。
【０１６８】
また、上記実施形態では、光源として、ＬＤを用いているが、これに限られない。例えば、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）、有機ＥＬ素子、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の他の発光素子を用いても良い。
【０１６９】
また、処理回路は、電流電圧変換器のみで構成されても良いし、電流電圧変換器とハイパスフィルタとで構成されても良い。すなわち、処理回路において信号増幅器は必須でない。
【０１７０】
また、投光光学系は、カップリングレンズを有していなくても良いし、他のレンズを有していても良い。
【０１７１】
また、投光光学系、受光光学系は、反射ミラーを有していなくても良い。すなわち、ＬＤからの光を、光路を折り返さずに回転ミラーに入射させても良い。
【０１７２】
また、受光光学系は、結像レンズに代えて、他の光学素子（例えば集光ミラー）を有していても良い。
【０１７３】
また、偏向器として、回転ミラーに代えて、例えば、ポリゴンミラー（回転多面鏡）、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー等の他のミラーを用いても良い。
【０１７４】
また、同期系は、同期レンズを有していなくも良いし、他の光学素子（例えば集光ミラー）を有していても良い。
【０１７５】
また、上記実施形態では、物体検出装置が搭載される移動体として自動車を例にとって説明したが、該移動体は、自動車以外の車両、航空機、無人航空機、船舶、ロボット等であっても良い。
【０１７６】
また、以上の説明で用いた具体的な数値、形状などは、一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なことは言うまでもない。
【０１７７】
以上の説明から明らかなように、上記実施形態の物体検出装置１００、センシング装置１０００、移動体装置は、物体までの距離を測定する所謂Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法を用いる技術又はＴＯＦ法に用いられる技術であり、移動体におけるセンシングの他、モーションキャプチャ技術、測距計、３次元形状計測技術などの産業分野などで幅広く用いることができる。すなわち、本発明の物体検出装置、センシング装置は、必ずしも移動体に搭載されなくても良い。
【０１７８】
以下に、発明者が上記実施形態を発案するに至った思考プロセスを説明する。
【０１７９】
発光素子と受光素子と各駆動回路から構成され、発光素子からの発光ビームを測距対象物へ照射して、発光ビームの印加タイミングとその測距対象物からの反射光を受光素子により検知する受光信号間の時間差、位相遅れを信号処理部にて信号処理して検出することで、対象物までの往復の距離を測定するTime of Flight(TOF)法を用いた測距装置が、車両などのセンシングやモーションキャプチャ技術、測距計などの産業分野などで広く用いられている。
【０１８０】
その一例として航空機や鉄道、車載など広く使用されているレーザレーダがある。レーザレーダとしては様々なものが知られているが、例えば特許文献1〜4に開示されているように、光源から射出されたレーザ光を回転ミラーで走査し、物体で反射もしくは散乱された光を再度回転ミラーを介して光検出器で検出することで、所望の範囲の物体の有無やその物体までの距離を検出できる走査型レーザレーダがある。
【０１８１】
このように、レーザ光と、検出器で検出できる検出可能領域の両方を走査する走査型レーザレーダは、検出が必要な部分のみにレーザ光を集中できるので、検出精度や検出距離の点で有利であり、また、検出器で検出可能な領域も最小限にすることができるため、検出器のコスト的にも有利である。
【０１８２】
ただし、走査型レーザレーダにおいては通常、データの積算ができないため、走査型で無いレーザレーダと比較して検知エラーが起こりやすく、特に遠距離物体の検出においてその課題が顕著である。また、同様の理由により遠距離で高い距離検出精度を実現することが困難であるという課題がある。
【０１８３】
検知可能距離としては100mオーダーのものが求められており、一般的に100m先の物体から反射されて帰ってくる光量は数nW〜数十nW程度である。つまり、受光系としては数nWの受光信号をエラー無く検知できることが求められる。数nW程度の微弱光に対する受光信号は信号強度が小さいため、ランダムノイズの影響を受けやすく、距離計測精度や物体検出信頼性に課題が出る。
【０１８４】
上記ランダムノイズとしては、大きく分けて回路ノイズとショットノイズがあり、特に問題になるのはショットノイズである。回路ノイズは抵抗から生じる熱雑音や基板が放射ノイズを拾って生じるノイズであり、普通は数mV程度である。
【０１８５】
これに対してショットノイズは光量計測に伴う白色雑音であり、ショットノイズの大きさは光量の時間平均の平方根に比例し、感度が高いもしくは外乱光が強い場合には数十mV以上にもなり得るため、回路ノイズよりも問題になりやすい。ノイズの大きさが光量の時間平均の平方根に比例することから分かるように、ショットノイズはDC光検出の際にも白色雑音として生じる。
【０１８６】
閾値電圧を基準に受光信号を検出する方式では、ノイズによる誤検出を防ぐ為にショットノイズに比べて閾値電圧を十分高く設定する必要があるため、基本的に閾値電圧はショットノイズが最大となる状況を想定して決定される（図１５（Ａ）参照）。そのため、ショットノイズが比較的小さい場合においては閾値が過剰に大きく設定されてしまい、検知可能距離が必要以上に小さくなってしまう（図１５（Ｂ）参照）。(検出距離を大きくするために、閾値は誤検出の起こらない範囲で最小に設定することが望まれる。)
【０１８７】
このような課題を解決する方法として、例えば特許文献5に記載のように、レーザ送信前に閾値を超えた信号が有った場合に、受信信号の周波数特性からノイズの有無を判断する方法がある。しかしこの方法では、ADコンバータ及び振幅検出手段が必要であり、回路の大規模化及びコストアップにつながる。
【０１８８】
他に、特許文献6に記載のように、発光手段を一定期間休止させている間に、ノイズによる誤検出が起こらない範囲で最大限のレベルに受光信号増幅率を調整するという方法もある。しかしこの方法では休止期間を設ける必要があるためフレームレートに制限がある他、ノイズレベルが時間的に緩やかに変化している場合(e.g. 外光強度が緩やかに変化している場合)、増幅率が特定の値に収束しない可能性がある。また、可変ゲインアンプを用いるためコストアップにつながる。
【０１８９】
そこで、発明者は、回路の大規模化やコストアップを招くことなく、またフィードバック制御を用いずに確実に効果が期待できる方法で、光利用効率の低い領域においても長距離検知が可能な物体検出装置を実現すべく、上記実施形態を発案するに至った。
【符号の説明】
【０１９０】
１０…ＬＤ（光源、投光系の一部）、２０…投光光学系（投光系の一部）、２６…回転ミラー（走査手段）、４３…光検出器、４２…時間計測用ＰＤ（受光素子、光検出器の一部）、４４…二値化回路（信号検出手段）、１００…物体検出装置、２００…閾値電圧可変手段（閾値可変手段）、２００ａ…パルス信号生成回路、２００ｂ…平滑化手段、２００ｃ…デューティ比制御部、１０００…センシング装置。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１９１】
特許文献１：特開２０１１−１２８１１２号公報
特許文献２：特開２００９−０６３３３９号公報
特許文献３：特開２０１２−１０７９８４号公報
特許文献４：特開２００９−０６９００３号公報
特許文献５：特開２０１２−２２０４６６号公報
特許文献６：特許３６３５１５４号公報
【図１】
0006780308.tif 000002
【図２】
0006780308.tif 000003
【図３】
0006780308.tif 000004
【図４】
0006780308.tif 000005
【図５】
0006780308.tif 000006
【図６】
0006780308.tif 000007
【図７】
0006780308.tif 000008
【図８】
0006780308.tif 000009
【図９】
0006780308.tif 000010
【図１０】
0006780308.tif 000011
【図１１】
0006780308.tif 000012
【図１２】
0006780308.tif 000013
【図１３】
0006780308.tif 000014
【図１４】
0006780308.tif 000015
【図１５】
0006780308.tif 000016