(57)【要約】【課題】  投光され物体で反射されたパルス光の検出精度を改良できるパルス光検出装置を提供する。【解決手段】  パルス光検出回路１５０は、投光され物体で反射されたパルス光を検出するパルス光検出装置であって、パルス光が跨って入射される、出力端が互いに接続された複数の受光素子を含む受光素子アレイと、複数の受光素子から個別に出力された複数の電流信号に基づいて、パルス光の信号成分を抽出する信号処理部と、を備える。この場合、投光され物体で反射されたパルス光の検出精度を改良できる。【選択図】  図９
2017032552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光され物体で反射されたパルス光を検出するパルス光検出装置において、
前記パルス光が跨って入射される、出力端が互いに接続された複数の受光素子を含む受光素子アレイを備えることを特徴とするパルス光検出装置。
【請求項２】
前記複数の受光素子から個別に出力された複数の電流信号に基づいて、前記パルス光の信号成分を抽出する信号処理部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のパルス光検出装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記複数の電流信号が合成された合成電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部を含み、前記電圧信号から前記パルス光の電圧信号成分を抽出することを特徴とする請求項２に記載のパルス光検出装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、前記電流信号又は前記合成電流信号から直流成分を除去するハイパスフィルタを含むことを特徴とする請求項３に記載のパルス光検出装置。
【請求項５】
前記電流電圧変換部は、前記ハイパスフィルタの下段に接続されることを特徴とする請求項４に記載のパルス光検出装置。
【請求項６】
前記複数の受光素子の出力端の接続部と前記受光素子アレイは、パッケージに収容され、
前記接続部は、前記複数の電流信号を合成して前記合成電流信号として前記パッケージ外に出力することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のパルス光検出装置。
【請求項７】
前記受光素子は、電流増幅機能を持つ電流増幅型受光素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のパルス光検出装置。
【請求項８】
前記電流増幅型受光素子は、入射光量に対して出力される電流信号が略リニアに変化することを特徴とする請求項７に記載のパルス光検出装置。
【請求項９】
パルス光を射出する光源と、
前記光源からのパルス光を投光する光学系と、
前記光学系から投光され物体で反射されたパルス光を検出する請求項１〜８のいずれか一項に記載のパルス光検出装置と、を備える物体検出装置。
【請求項１０】
前記光学系は、前記光源からのパルス光を走査する偏向器を含むことを特徴とする請求項９に記載の物体検出装置。
【請求項１１】
前記パルス光検出装置の前記複数の受光素子は、前記偏向器による走査方向よりも該走査方向に直交する方向に多く配列されてい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】
前記光源は、半導体レーザを少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の物体検出装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２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１４】
移動体に搭載され、
前記監視制御装置は、前記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ことを特徴とする請求項１３に記載のセンシング装置。
【請求項１５】
移動体と、
前記移動体に搭載された請求項１４に記載のセンシング装置と、を備える移動体装置。
【請求項１６】
投光され物体で反射されたパルス光を検出するパルス光検出方法において、
前記パルス光を出力端が互いに接続された複数の受光素子で受光する工程を含むことを特徴とするパルス光検出方法。
【請求項１７】
前記複数の受光素子から個別に出力された複数の電流信号に基づいて、前記パルス光の信号成分を抽出する工程を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載のパルス光検出方法。
【請求項１８】
前記抽出する工程は、前記複数の電流信号が合成された合成電流信号を電圧信号に変換し、該電圧信号から前記パルス光の電圧信号成分を抽出するサブ工程を含むことを特徴とする請求項１７に記載のパルス光検出方法。
【請求項１９】
前記抽出する工程は、前記抽出するサブ工程に先立って、前記合成電流信号又は前記電流信号から直流成分を除去するサブ工程を含むことを特徴とする請求項１８に記載のパルス光検出方法。
【請求項２０】
投光され物体で反射されたパルス光を検出するパルス光検出装置であって、
前記パルス光が跨って入射される複数の受光素子を含む受光素子アレイと、
前記複数の受光素子から個別に出力された複数の電流信号を合成する電流合成部と、を備えるパルス光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光検出装置、物体検出装置、センシング装置、移動体装置及びパルス光検出方法に係り、更に詳しくは、投光され物体で反射されたパルス光を検出するパルス光検出装置、該パルス光検出装置を備える物体検出装置、該物体検出装置を備えるセンシング装置、該センシング装置を備える移動体装置及び投光され物体で反射されたパルス光を検出するパルス光検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、投光され物体で反射されたパルス光を検出する装置の開発が盛んに行われている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【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１〜５に開示されている従来の装置では、投光され物体で反射されたパルス光の検出精度について改良の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、投光され物体で反射されたパルス光を検出するパルス光検出装置において、前記パルス光が跨って入射される、出力端が互いに接続された複数の受光素子を含む受光素子アレイを備えることを特徴とするパルス光検出装置である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、投光され物体で反射されたパルス光の検出精度を改良できる。
【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】ＰＤ出力検出部の構成の一例を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、射出光パルスと反射光パルスを示す図であり、図４（Ｂ）は、２値化後の射出光パルスと反射光パルスを示す図である。
【図５】同期信号とＬＤ駆動信号を示す図である。
【図６】ＴＯＦ法を説明するための図である。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ太陽光が入るときと入らないときの受光信号波形を示す図である。
【図８】図８（Ａ）は、従来例の受光素子を示す図であり、図８（Ｂ）〜図８（Ｄ）は、本実施形態の実施例１〜３の受光素子を説明するための図である。
【図９】パルス光検出回路の構成を説明するための図である。
【図１０】比較例（１個の受光エリアの場合）と本実施形態（１０個のサブ受光エリアの場合）で抽出されたパルス光の電圧信号成分を示すグラフである。
【図１１】センシング装置について説明するための図である。
【図１２】パルス光検出回路において、受光素子アレイがパッケージに収容されている様子を示す図である。
【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１〜図１０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、一例として、移動体としての自動車に搭載され、光を出射し、物体（例えば先行車両、停車車両、障害物、歩行者等）からの反射光（散乱光）を受光して該物体までの距離を測定する走査型レーザレーダである。物体検出装置１００は、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。
【００１０】
物体検出装置１００は、図１に示されるように、光源としてのＬＤ（レーザダイオード）、ＬＤ駆動部１２、投光光学系２０、受光光学系３０、検出系４０、同期系５０、測定制御部４６、物体認識部４７などを備えている。
【００１１】
ＬＤは、端面発光レーザとも呼ばれ、ＬＤ駆動部１２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ＬＤを点灯（発光）させる。ＬＤ駆動部１２は、一例として、ＬＤ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ＬＤ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（エンジン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。
【００１２】
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。
【００１３】
投光光学系２０は、図２（Ａ）に示されるように、ＬＤ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。
【００１４】
そこで、ＬＤ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。
【００１５】
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から射出された光である。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
すなわち、ＬＤ、ＬＤ駆動部１２及び投光光学系２０を含んで、光により有効走査領域を走査する光走査系２００が構成されている（図１参照）。
【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】
検出系４０は、図２（Ｂ）及び図１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）された光を受光光学系３０を介して受光する時間計測用ＰＤ４２（フォトダイオード）と、該時間計測用ＰＤ４２の出力電流（電流信号）に基づく電圧信号である受光信号を検出するＰＤ出力検出部４４と、ＬＤ駆動信号の立ち上がりタイミングとＰＤ出力検出部４４での受光信号の検出タイミングとの時間差を計測する時間計測部４５と、を含む。
【００２３】
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。
【００２４】
同期系５０は、図２（Ａ）及び図１に示されるように、ＬＤ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同期検知用ＰＤ５４と、該同期検知用ＰＤ５４の出力信号を検出するＰＤ出力検出部５６と、を含む。
【００２５】
詳述すると、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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から信号が出力される。すなわち、同期検知用ＰＤ５４からは定期的に信号（同期信号）が出力されることになる（図５参照）。
【００２８】
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。
【００２９】
そこで、ＬＤを同期点灯してから所定時間経過後にＬＤ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ＬＤ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。
【００３０】
ここで、時間計測や同期検知に用いる光検出器としては、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。
【００３１】
図３には、検出系４０、同期系５０におけるＰＤ出力検出部の一例が示されている。ＰＤ出力検出部での動作としては、受光信号（電圧信号）の信号増幅及び受光信号のタイミング検出の２つの動作がある。受光信号の信号増幅についてはアンプなどの信号増幅器を用いてＰＤの出力電流を電圧に変換後増幅し、受光信号のタイミング検出についてはコンパレータなどの比較器を用いて、受光信号の一定出力（スレッシュレベル）以上となる立ち上り波形部を検出する。すなわち、ＰＤ出力検出部は、受光信号をコンパレータを用いて２値化した論理信号として得ることができる。
【００３２】
ＰＤ出力検出部５６は、同期検知用ＰＤ５４の受光信号（立ち上がり波形部）を検出すると同期信号（上記２値化した論理信号）を測定制御部４６に出力する。
【００３３】
測定制御部４６は、ＰＤ出力検出部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。
【００３４】
すなわち、ＬＤ駆動信号は、同期信号に対して遅延したパルス点灯信号（周期的なパルス信号）である（図５参照）。
【００３５】
ＰＤ出力検出部４４は、時間計測用ＰＤ４２の受光信号（立ち上がり波形部）を検出すると検出信号（矩形パルス信号）を時間計測部４５に出力する。
【００３６】
時間計測部４５は、測定制御部４６からのＬＤ駆動信号の立ち上がりタイミングとＰＤ出力検出部４４からの検出信号の立ち上がりタイミングとの時間差を求め、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。
【００３７】
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、該往復距離を距離データとして物体認識部４７に出力する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
ここで、ＬＤ駆動部１２は、回転ミラー２６によって有効走査領域が走査されるとき、ＬＤを駆動して、図４（Ａ）に示されるようなパルス光（以下では「射出光パルス」とも称する）を射出させる。そして、ＬＤから射出され物体で反射（散乱）されたパルス光（以下では「反射光パルス」とも称する）が時間計測用ＰＤ４２（図４（Ａ）では光検出器としてＰＤの代わりにＡＰＤを用いている）で検出される。
【００４１】
ＬＤが射出光パルスを射出してから、ＡＰＤで反射光パルスを検出するまでの時間ｔを計測することで、物体までの距離を算出することが可能である。時間計測に関しては、例えば、図４（Ｂ）に示されるように、射出光パルスをＰＤ等の光検出器で検出して２値化した矩形パルスとし、反射光パルスをＰＤ出力検出部で２値化した矩形パルスとし、両矩形パルスの立ち上がりタイミングの時間差ｔを時間計測回路で計測しても良いし、射出光パルス、反射光パルスの波形をＡ／Ｄ変換してデジタルデータに変換し、ＬＤの出力信号とＡＰＤの出力信号を相関演算することで、時間ｔを計測することも可能である。
【００４２】
以上の説明から分かるように、本実施形態では、時間計測の手法としていわゆるＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）法を用いている（図６参照）。すなわち、本実施形態では、先ず、光源としてのＬＤをパルス発光させる。このパルス光のパルス幅は、例えば数ｎｓ〜数１０ｎｓである。このパルス光が投光光学系２０を介して投光され、物体で反射・散乱されて戻ってきて、受光光学系３０を介して時間計測用ＰＤ４２に入射される。ＰＤ出力検出部４４において、時間計測用ＰＤ４２からの出力電流（電流信号）がＩ／Ｖ変換（電流電圧変換）された後増幅され、受光波形（受光信号）が得られ、この受光波形がスレッシュ電圧を上回ったときに、検出信号が出力される（図３参照）。
【００４３】
図６に示されるように、一般に、投光波形ではノイズが小さいが、物体からの反射・散乱された光は通常弱いため増幅器で大きく増幅する必要があり、そのため、受光波形にはノイズが載りやすい。
【００４４】
また、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）には、それぞれＰＤに太陽光が入るときと入らないときの受光信号波形が模式的に示されている。
【００４５】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）から分かるように、ＰＤに太陽光が入ると、ＤＣ成分（直流成分）が増大するだけでなく、ランダムノイズ（ショットノイズ）も増大する。ＤＣ成分については、ハイパスフィルタ等で除去できるが、ランダムノイズはハイパスフィルタ等では除去できない。
【００４６】
ランダムノイズの除去のため、受光波形をＡ／Ｄ変換（アナログデジタル変換）して、高速フーリエ変換などを利用する方法があるが、処理速度の点で実現が困難である。また、パルス波形を遅延回路で遅延させた信号を用いてランダムノイズを低減する方法もあるが、この方法では回路規模が大きくなってしまう。また、例えば２００ｍの距離を測ろうとすると遅延時間が1.33us程度と非常に大きくなる。さらに、遅延回路は一般に温度の影響を受けやすいため温度によって遅延量が変化してしまい、精度が低下してしまう。
【００４７】
そこで、発明者は、図８（Ｂ）〜図８（Ｄ）に示されるように、複数の受光素子（例えばＰＤやＡＰＤ）が配列された受光素子アレイを用い、反射光パルスを複数の受光素子が略同時に受光したときの各受光素子からの電流信号を合成することにより、このランダムノイズを効果的に低減できることを見出し、この技術思想を、以下に説明するように物体検出装置に導入した。
【００４８】
ランダムノイズ（ショットノイズ）はその性質上、受光素子が変われば、ノイズの出方が変化する。一方、物体からの信号光（反射光パルス）は、受光素子によって変化しない。そのため、複数の受光素子の出力電流（電流信号）を合成することで、信号光を低下させずに、ランダムノイズを低減できる。
【００４９】
また、１つの大きな受光エリア（受光素子）を、例えば４つの小さなサブ受光エリア（４つの小さな受光素子）に分けることを考える。太陽光がある状況でのパルス光を用いた物体検出装置における受光信号は、図７（Ｂ）に示されるように、太陽光成分に起因したＤＣ成分及びランダムノイズと、パルス光成分（パルス光の信号成分）が重畳した信号となる。
【００５０】
ここで、受光エリアが小さくなると、検出エリアも小さくなるため、太陽光成分、パルス光成分の両方とも小さくなり、Ｓ／Ｎ比的には、受光エリアが大きいときと比べて変化がない。ここで、小さな複数のサブ受光エリアからの信号（電流信号）を、ＤＣ成分をハイパスフィルタでカットしながら合成すると、ランダムノイズは複数のサブ受光エリア間で相関がないため合成してもほとんど増えないが、パルス光成分は受光エリアの数の分だけ増える。すなわち、Ｓ／Ｎが改善できる。
【００５１】
図９には、受光素子アレイの複数の受光素子からの電流信号を合成し、合成された電流信号（合成電流信号）を電圧信号として出力するパルス光検出回路１５０（パルス光検出装置）が示されている。
図１２には、パルス光検出回路１５０において、受光素子アレイがパッケージに収容されている様子が示されている。なお、受光素子アレイの受光素子の数は、図１２では１０個とされているが、以下の説明では４つとされているように、適宜変更可能である。
【００５２】
図９のパルス光検出回路１５０は、図１に示される物体検出装置１００に、時間計測用ＰＤ４２に代えて設けられる。
【００５３】
パルス光検出回路１５０は、出力電流（電流信号）が合成される４つの受光素子１〜４を含む受光素子アレイと、該受光素子アレイの下段に接続された、コンデンサＣ及び抵抗Ｒ１を含むハイパスフィルタと、該ハイパスフィルタの下段に接続されたオペアンプ及び抵抗Ｒ２を含む電流電圧変換部とを有している。
【００５４】
電流電圧変換部のオペアンプは、＋側の入力端が接地され、−側の入力端がハイパスフィルタの出力端及び抵抗Ｒ２の一端に接続され、出力端が抵抗Ｒ２の他端に接続されている。
【００５５】
このパルス光検出回路１５０は、４つの受光素子１〜４からの電流信号が合成されハイパスフィルタでＤＣ成分がカットされた合成電流信号を電流電圧変換して得られた電圧信号Ｖｏｕｔを、ＰＤ出力検出部４４に出力する回路である。
【００５６】
すなわち、パルス光検出回路１５０は、複数の受光素子からの電流信号を合成した後、合成された合成電流信号をハイパスフィルタを介してオペアンプに入力する構成とし、該オペアンプで合成電流信号を電圧信号に変換している。このように構成することで各電流信号に含まれているＤＣ成分をカットしつつ、さらにランダムノイズ成分を低減しながら、電圧信号に変換できる。つまり、パルス光検出回路１５０は、太陽光がある環境下において、パルス光を検出するのに最適な回路であり、太陽光があっても、微弱なパルス光を低ノイズで検出できる。
【００５７】
この場合、ＰＤ出力検出部４４は、パルス光検出回路１５０からの電圧信号Ｖｏｕｔを増幅する信号増幅器を必ずしも有していなくても良い。特に、パルス光検出回路１５０のオペアンプで合成電流信号に基づく電圧のゲインを十分に大きくできる場合には、ＰＤ出力検出部４４に信号増幅器を設ける必要がない。
【００５８】
なお、パルス光検出回路１５０において、ハイパスフィルタはオペアンプよりも前段に設けることが好ましい。そうすることで、合成電流信号にＤＣ成分が含まれていてもそのＤＣ成分によって出力信号（電圧信号Ｖｏｕｔ）のダイナミックレンジが低下することを抑制できる。
【００５９】
図１０に、シミュレーション結果が示されている。図１０のグラフにおいて、図８（Ａ）に示される従来例のような１つの大きな受光エリア（受光素子）からの信号だとランダムノイズが低減できず、信号に対して大きいが、受光エリアを小さな１０個のサブ受光エリア（小さな受光素子）に分け、ノイズに相関性がないとしたシミュレーション結果では、ノイズが良好に低減できていることがわかる。
【００６０】
ここで、受光素子を小さくすると、太陽光に起因するノイズは小さくなるが、素子固有のノイズは小さくならない。
【００６１】
そのため、上記のように、１つの大きな受光素子（受光エリア）を、複数の小さな受光素子（サブ受光エリア）に分けて、該複数の受光素子からの電流信号を合成して、太陽光の影響によるランダムノイズを低減してＳ／Ｎを向上させる方法が有効となるのは、太陽光に起因するノイズが、素子固有のノイズよりも十分大きなときである。
【００６２】
具体的には、受光素子が、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）に代表される電流増幅型の受光素子のときである。ＡＰＤでは信号光も増幅されるが太陽光成分も増幅してしまうという特徴があり、屋外で使いにくかったが、本発明を用いることで、信号光強度を高めつつ、アレイ化して太陽光の影響によるノイズを低減できるため、太陽光がある環境下でもＳ／Ｎを向上できるため、屋外でも使うことが可能となる。
【００６３】
なお、ＡＰＤは降伏電圧以下の電圧で使用するノーマルモードと、降伏電圧以上の電圧で使用するガイガーモードの２つがある。ガイガーモードでは、１つのフォトンのあり／なしを検出し、光量は測定できない。そのため、複数のサブ受光エリアからの信号を合成してもフォトン数が計測できるようになるだけであり、太陽光によってフォトンが検出されてしまうが、そのことをアレイ化しても低減することができず、結果的に、受光信号におけるＳ／Ｎを改善できない。
【００６４】
一方、ノーマルモードでは、入射光量に対して出力電流が略リニアに変化するため、太陽光は受光信号におけるベースレベル（ＤＣ成分）の増大とベースレベルにおけるランダムノイズとして振舞うため、上記のように複数のサブ受光エリアからの信号を合成することで、効果的にノイズを低減できる。
【００６５】
また、受光素子アレイの各受光素子からの電流信号は受光素子アレイが封入されているパッケージ内で合成させるのがよい。そうすることでパッケージから出てくる信号の本数を低減でき、小型なパッケージを使用することができる。また、受光素子に対してなるべく受光素子に近いところで合成することで、ノイズの発生を抑制できる。
【００６６】
以上、ＤＣ成分やランダムノイズに埋もれたパルス信号を検出するパルス光検出回路について説明した。このパルス光検出回路は、アプリケーションを問わず広く利用できるが、この回路が特に有用であるのが、図１を用いて説明した物体検出装置１００である。物体検出装置１００はパルス光を使用し、ＤＣ成分、ランダムノイズを発生させるものが太陽光であり、太陽光環境下で使用すると、信号光であるパルス成分がＤＣ成分、ランダムノイズに埋もれた信号が得られる。ここで、上記で説明した方法でＤＣ成分をカットし、ランダムノイズを低減することで、より小さなパルス光を検出できるようになる。このことは、より遠くの物体を検出できたり、雨等の悪天候の中でより安定して物体を検出できるようになるといったメリットをもたらす。
【００６７】
ところで、ノイズに埋もれた信号で距離計測を行うと、バラツキが増大したり、検出できたりできなかったりと不安定な状況になるが、それでも複数回計測して平均化したり統計処理したりすれば、上記で説明したことと同様に、より遠くの物体を検出できたり、雨等の悪天候の中でより安定して物体を検出できるようになる。
【００６８】
しかし、検出範囲を広くすることを目的として、偏向器を用いた走査型物体検出装置を用いて、上記の複数回計測することを考えると、偏向器で走査しているため、距離を計測する度毎に検出範囲がずれるため、上記のように複数回計測して平均化したり統計処理したりすることが困難になり、適用したとしても、効果的にノイズの影響を低減できない。
【００６９】
そこで、走査型物体検出装置である物体検出装置１００に、上記のパルス光検出回路１５０を適用することで、1回の計測（１回のパルス発光）で、ノイズの影響を効果的に低減して距離計測できるようになるため、走査型による広範囲計測と、ノイズ低減による検出距離拡大や悪天候対応を両立することができる。
【００７０】
走査型物体検出装置の場合、走査方向の解像度を上げやすく、そうすることで、検出物体の大きさ等を精度よく検出できる。また、走査方向と垂直な方向においては、範囲が広い方がよく、そうすることで物体検出装置を取り付けた車両等が上下方向（走査直交方向）に振動したとしても、検出対象物体が検出範囲から外れることなく安定して検出できる。このように、走査方向の解像度を上げ、副走査方向に広範囲に検出するためには、受光素子の形状（受光素子アレイの最外辺の形状）は、図８（Ｂ）に示される実施例１のように、主走査方向（図８のＹ方向）よりも副走査方向（図８のＺ方向）に長い形状とするのが良い。
【００７１】
また、受光素子、特に製造が難しいＡＰＤの作製について考えると、円形や正方形が作りやすく、直交する２方向の長さの比が大きくなればなるほど作りにくく、面内の感度バラツキや欠陥がでたり、部品間での特性ばらつきが発生しやすくなり、量産時に歩留まりが低下する恐れがある。
【００７２】
そのため、前述のように主走査方向よりも副走査方向に長い受光素子の形状は、量産時に歩留まり低下を起こしてしまう恐れがある。そこで、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）に示される実施例２、３のように、各受光素子（ＡＰＤ）の大きさはなるべく直交する２方向の長さの差がなくなるようにして、走査方向（図８のＹ方向）よりも該走査方向に直交する方向（図８のＺ方向）の方が配列数が多くなるように配列させることで、受光素子（ＡＰＤ）の作りやすさを向上させ、量産時における歩留まりの低下を抑止できる。
【００７３】
以上、受光素子アレイの構成について説明したが、要は、受光素子アレイは、光源からのパルス光が出力端が互いに接続された（出力電流が合成される）複数の受光素子に跨って（略同時に）入射される構成を有していれば良い。
【００７４】
図１１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。
【００７５】
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。
【００７６】
以上説明した本実施形態のパルス光検出回路１５０は、第１の観点からすると、投光され物体で反射されたパルス光を検出するパルス光検出装置において、パルス光が跨って入射される、出力端が互いに接続された複数の受光素子を含む受光素子アレイを備えている。
【００７７】
この場合、パルス光が跨って入射された複数の受光素子の電流信号を互いに重畳させることができるため、ノイズ成分を低減しつつパルス光の信号成分を増大させることができる。
【００７８】
この結果、投光され物体で反射されたパルス光の検出精度を改良できる。
【００７９】
詳述すると、例えば、受光素子に太陽光が入ると、ＤＣ成分とランダムノイズ（ショットノイズ）が発生してしまう。ＤＣ成分はハイパスフィルタで除去して、ランダムノイズについては、受光素子アレイからの電流信号を合成することで、信号光強度を確保しつつランダムノイズを低減できるため、太陽光があっても、微弱なパルス光を低ノイズで検出できる。
【００８０】
また、大きな受光素子を１つ設けるときと、複数の小さな受光素子をアレイ化して電流信号を合成するときを比較すると、受光素子を小さくすると検出範囲が小さくなるため、信号光も小さくなるが太陽光に起因するノイズも小さくなる。ここで、複数の小さな受光素子からの電流信号を合成すると、信号光強度を高めつつ、ランダムノイズは平均化して小さく抑えることができるため、信号光におけるＳ／Ｎを改善することができる。
【００８１】
また、パルス光検出回路１５０は、複数の受光素子から個別に出力された複数の電流信号に基づいて、パルス光の信号成分を抽出する信号処理部を更に備えているため、該信号成分を精度良く抽出することができる。
【００８２】
また、信号処理部は、複数の電流信号が合成された合成電流信号を電圧信号に変換するオペアンプ及び抵抗を含む電流電圧変換部を含み、該電圧信号からパルス光の電圧信号成分を抽出する。
【００８３】
この場合、パルス光を安定して精度良く検出することができる。
【００８４】
また、信号処理部は、合成電流信号から直流成分を除去するハイパスフィルタを含むため、直流成分を除去して、パルス光を更に精度良く検出することができる。
【００８５】
また、電流電圧変換部は、ハイパスフィルタの下段に接続されるため、合成電流信号にＤＣ成分が含まれていてもそのＤＣ成分によって出力信号（電圧信号Ｖｏｕｔ）のダイナミックレンジが低下することを抑止できる。
【００８６】
また、複数の受光素子の出力端の接続部と受光素子アレイがパッケージに収容され、複数の電流信号が接続部で合成され合成電流信号としてパッケージ外に配置された、信号処理部の一部に出力される場合には、パッケージから出てくる信号の本数を低減でき、小型なパッケージを使用することができる。また、受光素子に対してなるべく受光素子に近いところで合成することで、ノイズの発生を抑制できる。
【００８７】
ところで、受光素子アレイからの電流信号を合成することでランダムノイズを効果的に低減させるためには、太陽光に起因するノイズが素子固有のノイズよりも大きくなるように設定する必要があり、そのために好適なのは、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）に代表される電流増幅型受光素子である。電流増幅型受光素子を用いることで、信号光強度を高めつつ、アレイ化して太陽光の影響によるノイズを低減でき、Ｓ／Ｎが改善でき、従来は不得手であった屋外でも使用可能となる。
【００８８】
また、電流増幅型受光素子は、入射光量に対して出力される電流信号が略リニアに変化する。例えば、ＡＰＤをガイガーモードで用いると、ＤＣ光によってフォトンが検出されてしまい、アレイ化して合成してもノイズ低減ができない。他方、ノーマルモードでは、入射光量に対して出力電流が略リニアに変化するため、太陽光は受光信号におけるベースレベル（ＤＣ成分）の増大とベースレベルにおけるランダムノイズとして振舞うため、上記のように複数の受光エリア（受光素子）からの信号を合成することで、効果的にノイズを低減できる。
【００８９】
また、本実施形態の物体検出装置１００は、パルス光を射出するＬＤ（光源）と、該光源からのパルス光を投光する投光光学系と、該投光光学系から投光され物体で反射されたパルス光を検出するパルス光検出回路１５０と、を備えている。
【００９０】
この場合、上記で説明した方法でＤＣ成分をカットし、ランダムノイズを低減することで、より小さなパルス光を検出できるようになる。このことは、より遠くの物体を検出できたり、雨等の悪天候の中でより安定して物体を検出できるようになるといったメリットをもたらす。
【００９１】
また、投光光学系は、ＬＤからのパルス光を走査する回転ミラー２６（偏向器）を含む。
【００９２】
ところで、ノイズを低減する別の方法として、複数回距離を計測して平均化したり統計処理したりして検出性能を高める方法があるが、走査型物体検出装置では、偏向器によって走査されるため、計測の度毎に検出範囲がずれ、上記のように複数回計測して平均化したり統計処理したりすることが困難になる。そこで、本発明を用いることで、走査型物体検出装置による広範囲計測と、ノイズ低減による検出距離拡大や悪天候対応を両立することができる。
【００９３】
また、パルス光検出回路１５０の複数の受光素子は、回転ミラー２６による主走査方向よりも該主走査方向に直交する副走査方向に多く配列されている。
【００９４】
ここで、走査型物体検出装置では、走査方向の解像度を細かく、そして走査垂直方向には広い範囲を検出することが要求される。そのため、受光素子の形状（受光素子アレイの最外辺の形状）は主走査方向よりも副走査方向に長くすることが考えられる。一方向に長い受光素子は作りにくく、感度のムラや欠陥等が生じやすい。そのため、副走査方向の配列数を多くすることで、受光素子（例えばＡＰＤ）の形状を一方向に長い形状から、なるべく均等な方向に近づけることができる。
【００９５】
また、光源は、ＬＤを少なくとも１つ含むため、安定した出力のパルス光を投光することができる。
【００９６】
また、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取得することができる。
【００９７】
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。
【００９８】
また、センシング装置１０００と、該センシング装置１０００が搭載される移動体と、を備える移動体装置は、衝突安全性に優れる。
【００９９】
また、本実施形態のパルス光検出方法は、投光され物体で反射されたパルス光を検出するパルス光検出方法において、パルス光を出力端が互いに接続された複数の受光素子で受光する工程を含む。
【０１００】
この場合、パルス光が跨って入射された複数の受光素子の電流信号を互いに重畳させることができるため、ノイズ成分を低減しつつパルス光の信号成分を増大させることができる。
【０１０１】
この結果、投光され物体で反射されたパルス光の検出精度を改良できる。
【０１０２】
また、本実施形態のパルス光検出方法は、複数の受光素子から個別に出力された複数の電流信号に基づいてパルス光の信号成分を抽出する工程を更に含むため、該信号成分を精度良く抽出することができる。
【０１０３】
また、抽出する工程は、複数の電流信号が合成された合成電流信号を電圧信号に変換し、該電圧信号からパルス光の電圧信号成分を抽出するサブ工程を含むため、パルス光を安定して精度良く検出することができる。
【０１０４】
また、抽出する工程は、合成電流信号又は電流信号から直流成分を除去するサブ工程を含むため、パルス光を更に精度良く検出することができる。
【０１０５】
また、除去するサブ工程は、抽出するサブ工程よりも前に行われるため、電流信号にＤＣ成分が含まれていてもそのＤＣ成分によって出力信号（電圧信号Ｖｏｕｔ）のダイナミックレンジが低下することを抑止できる。
【０１０６】
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、投光され物体で反射されたパルス光を検出するパルス光検出装置であって、パルス光が跨って入射される複数の受光素子を含む受光素子アレイと、複数の受光素子から個別に出力された複数の電流信号を合成する電流合成部と、を備えている。
【０１０７】
この場合、パルス光が跨って入射された複数の受光素子の電流信号を互いに重畳させることができるため、ノイズ成分を低減しつつパルス光の信号成分を増大させることができる。この結果、投光され物体で反射されたパルス光の検出精度を改良できる。
【０１０８】
なお、上記実施形態の物体検出装置の構成は、適宜変更可能である。
【０１０９】
例えば、上記実施形態では、光源として、単一のＬＤを用いているが、これに限られない。例えば、複数のＬＤが１次元又は２次元に配列されたＬＤアレイ、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）、ＶＣＳＥＬが１次元又は２次元に配列されたＶＣＳＥＬアレイ、半導体レーザ以外のレーザ、レーザ以外の光源などを用いても良い。複数のＬＤが１次元配列されたＬＤアレイとしては、複数のＬＤが積層されたスタック型のＬＤアレイや複数のＬＤが横に並べられたＬＤアレイが挙げられる。例えば、半導体レーザとして、ＬＤをＶＣＳＥＬに代えれば、アレイ内の発光点の数をより多く設定することができる。
【０１１０】
また、上記実施形態では、ハイパスフィルタは、複数の受光素子の電流信号が合成された合成電流信号の信号経路に１つ設けられているが、これに代えて、各受光素子の出力端に１つずつ設けられても良い。すなわち、各受光素子の電流信号から直流成分を除去した後、該電流信号を合成しても良い。
【０１１１】
また、上記実施形態で説明した受光素子アレイにおける受光素子の種類、数、形状、大きさ、配列は、適宜変更可能である。
【０１１２】
また、パルス光検出回路は、ハイパスフィルタ及び電流電圧変換部の少なくとも一方を有していなくても良い。すなわち、パルス光検出回路は、受光素子アレイのみで構成されても良いし、受光素子アレイとハイパスフィルタとで構成されても良いし、受光素子アレイと電流電圧変換部とで構成されても良い。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
また、受光光学系は、受光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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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、船舶等であっても良い。
【０１１９】
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。
【０１２０】
以上の説明から明らかなように、上記実施形態のパルス光検出回路１５０、物体検出装置１００、センシング装置１０００、移動体装置、パルス光検出方法は、物体までの距離を測定する所謂Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法を用いた技術であり、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、本発明のパルス光検出装置や物体検出装置は、必ずしも移動体に搭載されなくても良い。
【０１２１】
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。
【０１２２】
走行中の車両の前方の物体の有無や、その物体までの距離を検出する車載装置として、レーザレーダがある。レーザレーダ用の光学系としては様々なものが知られているが、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。このように、レーザ光により、投光範囲と、検出器で検出できる検出可能範囲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。
【０１２３】
上記レーザレーダにおける距離計測には、いわゆるＴＯＦ法が用いられており、数ns〜数10nsのパルス光を物体に照射し、戻ってくるまでの時間を計測することで、物体までの距離を求めている。
【０１２４】
上記レーザレーダを外で使用するとき、太陽光に起因してノイズが発生する。太陽光はＤＣ光であり、太陽光がレーザレーダの受光系に入射すると、ＤＣレベルが変化すると共に、ランダムノイズ（ショットノイズ）が発生する。ＤＣ光成分によるＤＣレベル変化は、ハイパスフィルタ等を用いればカットできるが、ショットノイズはカットできない。また、太陽光が強く入射するほどショットノイズは大きくなってくるため、特に西日等の環境下では検出が難しくなる。
【０１２５】
上記ランダムノイズ（ショットノイズ）を低減する手法として、特許文献５に記載のように、パルス波形をA/D変換して、高速フーリエ変換などを利用する方法があるが、処理速度の点で実現が困難である。また、特許文献５に記載のように、パルス波形を遅延回路で遅延させた信号を用いてランダムノイズを低減する方法が知られているが、この方法では２００ｍの距離を測ろうとすると遅延時間が１ｕｓ程度と非常に大きく、回路的に実現しようとすると、回路規模が大きくなってしまうだけでなく、遅延回路は一般に温度の影響を受けやすく、温度によって遅延時間が変化してしまい、精度が低下してしまう。
【０１２６】
そこで、発明者は、以上のような問題に対処するために、上記実施形態を発案した。
【符号の説明】
【０１２７】
２０…投光光学系（光学系）、２６…回転ミラー（偏向器）、１００…物体検出装置、１５０…パルス光検出回路（パルス光検出装置）、３００…監視制御装置、１０００…センシング装置。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２８】
【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】特開平１０−１９７６２０号公報
【図１】
2017032552.tif 000003
【図２】
2017032552.tif 000004
【図３】
2017032552.tif 000005
【図４】
2017032552.tif 000006
【図５】
2017032552.tif 000007
【図６】
2017032552.tif 000008
【図７】
2017032552.tif 000009
【図８】
2017032552.tif 000010
【図９】
2017032552.tif 000011
【図１１】
2017032552.tif 000012
【図１２】
2017032552.tif 000013
【図１０】
2017032552.tif 000014