JP2018169384A - 光検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】光の飛翔時間の算出にヒストグラムを用いるレーザレーダにおいて、ヒストグラムを格納するメモリの容量を削減可能にする。【解決手段】照射部２から照射され、物体に反射した反射光を、受光アレイ部３１が受光する。トリガ部３２は、受光アレイ部３１から出力されているパルス信号の数がトリガ閾値ＴＨ以上である場合にトリガ信号ＴＧを出力する。計時部３３は、光を照射したタイミングから受光タイミングまでの時間を計測する。カウント部３４は、トリガ信号ＴＧに従ったタイミングでパルス信号の数である応答数をカウントし、トリガ閾値ＴＨに応じて設定されるバイアス値を応答数から減算した調整応答数を出力する。ヒストグラム生成部５２は、計時部３３の計時値とカウント部３４の調整応答数とに従ってヒストグラムを生成する。距離演算部５１は、ヒストグラムに基づいて物体までの距離を求める。【選択図】図１

Description

本開示は、到来する光を検出する技術に関する。

複数のＳＰＡＤを配列したＳＰＡＤアレイを用い、フォトンが入射された個々のＳＰＡＤから出力されるパルス信号の数（以下、応答数）をカウントすることで受光強度を検出する光検出器が知られている。ＳＰＡＤは、Single Photon Avalanche Diodeの略である。ＳＰＡＤは、ガイガーモードで動作し、単一フォトンの入射を検出できるアバランシェフォトダイオードである。

特許文献１には、光を照射した後、光検出器で検出される応答数がトリガ閾値以上である場合に反射光を受光したものとして、照射から受光までの光の飛翔時間（以下、ＴＯＦ）を計測し、その計測されたＴＯＦから光を反射した物体までの距離を求める技術が記載されている。ＴＯＦは、Time Of Flightの略である。また、ＳＰＡＤアレイに入射する外乱光等の影響を除去するために、ＴＯＦの計測を繰り返し実施して、計測時間毎に応答数を積算したヒストグラムを作成し、ヒストグラムの極大値から得られる時間を、距離の算出に用いることが行われている。

特開２０１４−８１２５４号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載の従来技術では、以下の課題が見出された。即ち、外乱光が強い場合、個々の計測で検出される応答数が増加するため、ヒストグラムでの積算値も大きくなる。この積算値のオーバーフローを防ぐには、積算値を記憶するメモリとして、データ領域のビット幅が十分に大きいもの、即ち、記憶容量の大きいものを用意する必要があった。

本開示は、光の飛翔時間の算出にヒストグラムを用いるレーザレーダにおいて、ヒストグラムを格納するメモリの容量を従来技術と比べて削減可能な技術を提供する。

本開示の一態様である光検出器は、受光アレイ部（３１）と、計時部（３３）と、カウント部（３４）と、メモリ（６）と、ヒストグラム生成部（５２）と、距離演算部（５１）とを備える。

受光アレイ部は、フォトンの入射に応答してパルス信号を出力するように構成された複数の受光部（８０c）を有し、照射部から照射され、物体に反射した反射光を受光して、複数の受光部からそれぞれ出力されるパルス信号を並列に出力する。計時部は、照射部が光を照射したタイミングからの経過時間を計測する。カウント部は、一定周期のタイミング毎に、複数の受光部のうちパルス信号を出力している受光部の数である応答数をカウントし、予め設定されるバイアス値を、応答数から減算または除算した調整応答数を出力する。メモリは、アドレスが計時部で計測される計時値に対応づけられている。ヒストグラム生成部は、計時部での計時値から特定されるメモリのアドレスに、該アドレスのデータとして、調整応答数を積算する処理を予め設定された積算回数だけ繰り返すことでヒストグラムを生成する。

このような構成によれば、ヒストグラムを生成する際に、応答数より小さな値となる調整応答数を積算するため、応答数をそのまま積算する場合と比較して、メモリの容量を削減できる。

なお、この欄及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。

第１実施形態のレーザレーダの構成を示すブロック図である。 計測された時間に対応づけて応答数を積算したヒストグラムを例示するグラフである。 カウント部の動作に関する説明図である。 第２実施形態のレーザレーダの構成を示すブロック図である。 外乱光モニタ部の構成を示すブロック図である。 トリガ閾値を外乱光の強弱に応じて変化させることによる効果を示す説明図である。 第３実施形態のレーザレーダの構成を示すブロック図である。 第１〜第３実施形態における受光部の構成を示す回路図である。 第４実施形態のレーザレーダの構成を示すブロック図である。 第４実施形態における受光部の構成を示す回路図である。

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］
本実施形態のレーザレーダ１は、車両に搭載され、車両の周辺に存在する各種物体を検出し、その物体に関する情報を生成する。レーザレーダ１は、図１に示すように、照射部２と、光検出部３と、パラメータ設定部４と、信号処理部５と、メモリ６とを備える。なお、光検出部３、信号処理部５、及びメモリ６が光検出器に相当する。光検出器には、照射部２及びパラメータ設定部４の少なくとも一方が含まれていてもよい。

照射部２は、パルス状のレーザ光を、予め設定された間隔で繰り返し照射すると共に、その照射タイミングを光検出部３に通知する。以下、レーザ光を照射する周期を、計測サイクルという。

光検出部３は、照射部２から照射されたレーザ光の反射光を受光し、照射から受光までに要した光の飛翔時間であるＴＯＦを表す時間情報Ｔｐ、および受光時の光量を表す光量情報Ｃｐを生成する。ＴＯＦは、Time Of Flightの略である。

光検出部３は、受光アレイ部３１と、トリガ部３２と、計時部３３と、カウント部３４とを備える。
受光アレイ部３１は、Ｍ個の受光部８０を有する。Ｍは２以上の整数である。各受光部８０は、ＳＰＡＤを備える。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ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードであり、単一フォトンの入射を検出できる。Ｍ個の受光部８０が一つずつ有する合計Ｍ個のＳＰＡＤは、２次元的に配列され受光面を形成する。

個々の受光部８０は、図８に示すように、ＳＰＡＤ８１と、クエンチ抵抗８２と、反転回路８３と、Ｄフリップフロップ回路（以下、ＤＦＦ回路）８４と、遅延回路８５とを備える。ＳＰＡＤ８１は、アノードが負電源に接続され、カソードがクエンチ抵抗８２を介して正電源に接続される。クエンチ抵抗８２は、ＳＰＡＤ８１に逆バイアス電圧を印加する。また、クエンチ抵抗８２は、ＳＰＡＤ８１にフォトンが入射してＳＰＡＤ８１がブレイクダウンしたときに、ＳＰＡＤ８１に流れる電流により発生する電圧降下によって、ＳＰＡＤ８１のガイガー放電を停止させる。なお、クエンチ抵抗８２には、所定の抵抗値を有する抵抗素子、或いは、ゲート電圧によってオン抵抗を設定可能なＭＯＳＦＥＴ等が用いられる。

ＳＰＡＤ８１のカソードには反転回路８３が接続される。ＳＰＡＤ８１がブレイクダウンしていない状態では、反転回路８３の入力はハイレベルである。ＳＰＡＤ８１がブレイクダウンした状態では、クエンチ抵抗８２に電流が流れることで、反転回路８３の入力はロウレベルに変化する。ＤＦＦ回路８４は、反転回路８３の出力がロウレベルからハイレベルに変化する立上がりエッジで出力がハイレベルに変化する。ＤＦＦ回路８４の出力は、遅延回路８３を介してラッチ回路８４のリセット端子に接続される。遅延回路８３は、ＤＦＦ回路８４の出力を、信号レベルを反転させ、かつ、予め設定された遅延時間τだけ遅延させてリセット端子に入力する。これにより、ＤＦＦ回路８４の出力は、ハイレベルに変化してから遅延時間τが経過すると、ＤＦＦ回路８４がリセットされることにより、ロウレベルに変化する。

つまり、受光部８０は、ＳＰＡＤ８１にフォトンが入射されると、これに応答して、パルス幅τを有するパルス信号Ｐを出力する。なお、パルス幅τは、同一のＳＰＡＤ８１に連続してフォトンが入力された場合に、これを個別に検出できるような長さに設定される。以下では、Ｍ個の受光部８０が出力する各パルス信号をＰ_１〜Ｐ_Ｍで表す。なお、パルス信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｍの出力は、並列に行われる。

トリガ部３２は、受光アレイ部３１から同時に出力されているパルス信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｍの数、即ち、フォトンに応答してパルス信号を出力している受光部８０の数が、閾値設定部４にて設定されたトリガ閾値ＴＨ以上である場合に、光の受光タイミングを表すトリガ信号ＴＧを出力する。

計時部３３は、いわゆるＴＤＣであり、照射部２から通知される照射タイミングからトリガ信号ＴＧが示す受光タイミングまでの時間を計測し時間情報Ｔｐとして出力する。ＴＤＣは、Time to Digital Converterの略である。

カウント部３４は、受光アレイ部３１から同時に出力されているパルス信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｍの数である応答数Ｃｘを、トリガ信号ＴＧに従ったタイミングでカウントし、その応答数Ｃｘからバイアス値Ｃｂを減算した結果である調整応答数を、受光した光信号の輝度を表す光量情報Ｃｐとして出力する。つまり、光量情報（即ち、調整応答数）Ｃｐは（１）式で表される。

Ｃｐ＝Ｃｘ−Ｃｂ （１）
トリガ信号ＴＧに従ったタイミングとは、トリガ信号ＴＧが出力されたタイミングであってもよいし、これを所定の遅延量だけ遅延させたタイミングであってもよい。バイアス値Ｃｂは、パラメータ設定部４にて設定される値である。 パラメータ設定部４は、トリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂを設定できる機械的なスイッチ、又はトリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂを電気的に書き込むことができるレジスタを有する。ここでは、トリガ閾値ＴＨのみが任意に設定される。つまり、トリガ閾値ＴＨが対象値に相当する。そして、バイアス値Ｃｂは、設定されたトリガ閾値ＴＨから１を減算した値に設定される。つまり、バイアス値Ｃｂは（２）式で表される。（２）式を（１）式に代入すると（３）式が得られる。

Ｃｂ＝ＴＨ−１ （２）
Ｃｐ＝Ｃｘ−ＴＨ＋１ （３）
トリガ閾値ＴＨは、０より大きい値であればよく、整数でもよいし整数でなくてもよい。また、パラメータ設定部４は、バイアス値Ｃｂのみが任意に設定され、トリガ閾値ＴＨは、設定されたバイアス値Ｃｂから算出されるように構成されてもよい。この場合、バイアス値Ｃｂが対象値に相当する。また、トリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂは、必ずしも（２）式に示す関係を満たすように連動して設定される必要はない。この場合、トリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂのいずれもが対象値に相当する。

メモリ６は、任意に読み書き可能なＲＡＭが用いられる。メモリ６のアドレスは、図２に示すように、計時部３３の時間ビンに対応づけられる。時間ビンとは、計時部３３の時間分解能で区切られた個々の時間領域をいう。メモリ６に格納されるデータのビット幅は、１回の計測で検出される応答数の期待値や、信号処理部５がヒストグラムを生成する際に積算を繰り返す回数である積算回数Ｘ等に応じて適宜設定される。積算回数Ｘは１以上であればよい。

信号処理部５は、情報生成部５１と、ヒストグラム生成部５２とを有する。
ヒストグラム生成部５２は、計測サイクル毎に動作し、光検出部３から出力される時間情報Ｔｐおよび光量情報Ｃｐに従って、メモリ６に記憶されたヒストグラムの内容を更新する。具体的には、時間情報Ｔｐに対応付けられたメモリ６のアドレスから、データを読み出し、読み出したデータに光量情報Ｃｐを加算した結果を、同じアドレスに書き込む。これにより、時間情報Ｔｐが示す時間ビンについて、光量情報Ｃｐの積算値が更新される。

情報生成部５１は、Ｘ回の計測サイクル毎、即ちヒストグラムが生成される毎に動作し、ヒストグラム生成部５２によって生成されたヒストグラムに基づき、光を反射した物体に関する情報を生成する。具体的には、ヒストグラムの極大値を輝度として抽出すると共に、抽出された極大値毎に、その極大値が得られるアドレスに対応した時間ビンを特定する。更に、これら抽出された輝度と時間ビン（即ち、ＴＯＦ）との組み合わせに基づいて、ヒストグラム上に極大値を発生させる原因となった各物体までの距離や、その物体の信頼度等を含む物体情報を生成する。生成された物体情報は、図示しない車載ＬＡＮを介して、該物体情報を利用する各種車載装置に提供される。

［１−２．動作］
カウント部３４は、図３に示すように、信号処理部５に出力する光量情報Ｃｐとして、応答数Ｃｘをそのまま用いるのではなく、バイアス値Ｃｂを減算した調整応答数を用いている。このため、ヒストグラムを生成する際に、各測定サイクルで積算される光量情報Ｃｐの大きさが抑制され、ひいては光量情報Ｃｐの最終的な積算値が抑制される。

［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）レーザレーダ１によれば、ヒストグラムにおける光量情報Ｃｐの最終的な積算値が抑制されるため、積算回数Ｘが同じであれば、従来技術と比較して、ヒストグラムを格納するメモリ６の容量を削減できる。また、メモリ６の容量が同じであれば、従来技術と比較して、積算回数Ｘを増加させ、検出精度を向上させることができる。

（１ｂ）レーザレーダ１によれば、パラメータ設定部４にてトリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂを任意に設定できるため、使用される環境に応じて適宜設定値を変化させることによって、上記積算値を、より効果的に抑制できる。

［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。

前述した第１実施形態では、トリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂは、パラメータ設定部４ａにて手動設定される。これに対し、第２実施形態では、自動的に可変設定される点で、第１実施形態と相違する。

本実施形態のレーザレーダ１ａは、図４に示すように、第１実施形態のレーザレーダ１に、外乱光モニタ部７が追加され、パラメータ設定部４ａが、外乱光モニタ部７での検出結果である外乱光情報Ｃｍに従って、トリガ閾値ＴＨを設定し、更に、上述の（１）式に従って、バイアス値Ｃｂを設定する。

外乱光モニタ部７は、図５に示すように、受光部７１とカウンタ７２とを備える。
受光部７１は、受光アレイ部３１を構成する受光部８０と同様の構成を有する。但し、受光部７１のＳＰＡＤは、受光アレイ部３１に含まれるＭ個のＳＰＡＤ８１が形成する受光面に隣接して配置される。

カウンタ７２は、光検出部３による計測が行われていないタイミングで受光部７１から出力されるパルス信号をカウントし、そのカウント結果に従って外乱光情報Ｃｍを生成して出力する。

パラメータ設定部４ａは、計測サイクル毎に、照射部２が光を照射する前に、外乱光モニタ部７から得られる外乱光情報Ｃｍに従って、トリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂを可変設定する。具体的には、外乱光情報Ｃｍが示す外乱光の光量が多いほど、トリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂを大きな値に設定する。パラメータ設定部４ａは、トリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂを、例えば、外乱光の平均レベル、または平均レベルに所定のマージンを加えた大きさに基づいて設定する。なお、外乱光とは、照射部２から照射され、物体に反射して光検出部３に入射する反射光以外の光をいう。

［２−２．動作］
レーザレーダ１ａによれば、外乱光が弱いときには、図６の上段に示すように、トリガ閾値ＴＨも小さな値に設定され、外乱光が強いときには、図６の下段に示すように、トリガ閾値ＴＨも大きな値に設定される。いずれの場合も、応答数Ｃｘのうち、外乱光の平均レベル程度に設定されるトリガ閾値ＴＨを超える分、即ち、応答数Ｃｘからバイアス値Ｃｂを減じた分のみが光量情報Ｃｐとして出力される。なお、図３及び図６では、減算結果である調整応答数Ｃpがゼロでクランプされる場合を例示しているが、これに限定されるものではない。

［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。

（２ａ）レーザレーダ１ａによれば、外乱光の状況が変化するような場合でも、検出精度を保持しつつ、ヒストグラムのオーバーフローを抑制できる。即ち、外乱光が最も強い状況に合わせてトリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂを大きな値に固定すると、反射強度の弱い物体や、遠方の物体からの反射光の検出精度が低下する。一方、外乱光が弱い状況に合わせてトリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂを小さな値に固定すると、ヒストグラムの積算値が多くなり、メモリ容量を大きくするか、積算回数を減らす必要がある。しかし、レーザレーダ１ａでは、これらの不都合をいずれも抑制できる。

（２ｂ）レーザレーダ１ａによれば、外乱光に応じてトリガ閾値ＴＨが設定され、そのトリガ閾値ＴＨに連動して設定されるバイアス値Ｃｂを用いて光量情報（即ち、調整応答数）Ｃｐを求めるため、光量情報Ｃｐは、外乱光に基づくノイズ成分が除去されたものとなる。また、レーダレーダ１ａによれば、このような光量情報Ｃｐを用いてヒストグラムが生成されるため、信号対雑音比の優れた信号光を抽出できる。

［３．第３実施形態］
［３−１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、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。

前述した第１実施形態では、トリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂは、パラメータ設定部４にて手動設定される。これに対し、第３実施形態では、トリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂが自動的に可変設定される点で、第１実施形態と相違する。また、第２実施形態とは、トリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂの設定を、ヒストグラムにおける輝度値の積算状況に応じて変化させる点で相違する。

本実施形態のレーザレーダ１ｂは、図７に示すように、第１実施形態のレーザレーダ１とは、カウント部３４ｂ、パラメータ設定部４ｂ、信号処理部５ｂの構成が異なる。
カウント部３４ｂは、カウント部３４の機能を実現する構成に加えて、最大値モニタ部３４１を備える。最大値モニタ部３４１は、受光アレイ部３１から出力される応答数Ｃｘを監視し、その最大値を予測応答数Ｂとして抽出する。予測応答数Ｂの抽出は、外部からの指示によって行ってもよいし、周期的に行ってもよいし、何らかの車載センサによって周囲環境の変化が検出された場合に行ってもよい。

信号処理部５ｂは、情報生成部５１、ヒストグラム生成部５２に加えて、余裕演算部５３を備える。
余裕演算部５３は、ヒストグラム生成部５２によって、ヒストグラムの更新が行われる毎に、メモリの余裕度を表す余裕値Ａを求める。図２に示すように、ヒストグラムの極大値の中で最大の値を有するものを抽出し、その値Ｐｍａｘとする。メモリを構成するデータ領域のビット幅に応じた格納可能なデータの上限値である積算上限値をＤｍａｘとする。余裕値Ａは、（３）式で求めてもよいし、（４）式で求めてもよい。但し、αは、ヒストグラムの生成完了までの残り積算回数を表す。図２中のＡは（３）式で求めた余裕値Ａを示す。

Ａ＝Ｄｍａｘ−Ｐｍａｘ （３）
Ａ＝（Ｄｍａｘ−Ｐｍａｘ）／α （４）
パラメータ設定部４ｂは、予測応答数Ｂおよび余裕値Ａに従い、その時点で設定されているトリガ閾値ＴＨと、Ａ−Ｂを比較して、いずれか大きい方をトリガ閾値ＴＨとして採用する。

パラメータ設定部４ｂは、Ａ，Ｂを用いたトリガ閾値ＴＨの可変設定を、残り積算回数αが所定値以下となった場合、または、余裕値Ａが所定値以下となった場合にだけ実行してもよい。

Ａ−Ｂとの比較の対象となるトリガ閾値ＴＨは、固定値であってもよいし、第２実施形態で示したように、状況に応じて設定される可変値であってもよい。また、パラメータ設定部４ｂは、トリガ閾値ＴＨの変わりに、バイアス値Ｃｂを上述の方法で設定し、設定したバイアス値Ｃｂから（１）式の関係等を用いてトリガ閾値ＴＨを設定するように構成されてもよい。

［３−２．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。

（３ａ）レーザレーダ１ｂでは、余裕値Ａに応じてトリガ閾値ＴＨ、ひいてはバイアス値Ｃｂが設定されるため、ヒストグラムにおいて、光量情報Ｃｐの積算値がオーバーフローすることを、より一層抑制できる。換言すれば、この機能を有することにより、より一層、メモリ容量の削減あるいは積算回数Ｘの増加による検出精度の向上を図ることができる。

［４．第４実施形態］
［４−１．第１実施形態との相違点］
第４実施形態は、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。

前述した第１実施形態では、トリガ信号ＴＧを生成し、トリガ信号ＴＧのタイミングで求められた光量情報Ｃｐのみを用いてヒストグラムが更新される。これに対し、第４実施形態では、クロックに同期させて光量情報Ｃｐを繰り返し生成し、その全ての光量情報Ｃｐを用いてヒストグラムが更新される点で、第１実施形態と相違する。

本実施形態のレーザレーダ１ｃは、図９に示すように、照射部２と、光検出部３ｃと、パラメータ設定部４ｃと、信号処理部５ｃと、メモリ６とを備える。
光検出部３ｃは、受光アレイ部３１ｃと、計時部３３ｃと、カウント部３４ｃとを備える。

受光アレイ部３１ｃは、Ｍ個の受光部８０ｃを有する。Ｍ個の受光部８０ｃのそれぞれがＳＰＡＤを有し、Ｍ個のＳＰＡＤが２次元的に配列された受光面を形成する点は、第１実施形態と同様である。

個々の受光部８０ｃは、図１０に示すように、ＳＰＡＤ８１と、クエンチ抵抗８２と、反転回路８３と、ＤＦＦ回路８４とを備える。つまり、受光部８０ｃは、第１実施形態の受光部８０と比較して、遅延回路８５が省略され、ＤＦＦ回路８４の接続状態が異なる。

ＤＦＦ回路８４は、反転回路８３の出力を、クロックＣＫの立ち上がりエッジのタイミングでラッチし、これをパルス信号Ｐとして出力する。また、ＤＦＦ回路８４は、リセット信号ＲＳによって出力がリセットされる。

つまり、受光部８０ｃは、ＳＰＡＤ８１にフォトンが入射されると、これに応答してパルス信号Ｐを出力する。このとき、反転回路８３が出力するパルス信号Ｐｒのパルス幅は、クエンチ抵抗８２に流れる電流により発生する電圧降下によって、ＳＰＡＤ８１のガイガー放電が停止するまで継続する。このパルス信号Ｐｒは、ＤＦＦ回路８４によりクロックＣＫに同期したパルス信号Ｐに変換される。つまり、ＤＦＦ回路８４が出力するパルス信号Ｐのパルス幅は、クロックＣＫによる量子化誤差分のずれを含む。

図９に戻り、計時部３３ｃは、クロックＣＫに従って動作する同期式カウンタを有する。計時部３３ｃは、照射部２から通知される照射タイミングによって、カウントを開始し、少なくとも光信号が最大検知距離を往復するのに要する時間の間、カウント動作を継続し、カウント値を時間情報Ｔｐとして出力する。つまり、時間情報Ｔｐは、クロックＣＫに同期して変化する。

カウント部３４ｃは、受光アレイ部３１ｃから同時に出力されるパルス信号Ｐ_１〜Ｐ_Ｍの数である応答数Ｃｘを、エンコーダ等を用いて常時求める。更に、カウント部３４ｃは、その応答数Ｃｘからバイアス値Ｃｂを減算した結果である調整応答数を、クロックＣＫのタイミング毎に繰り返し算出し、算出結果を、受光した光信号の輝度を表す光量情報Ｃｐとして出力する。つまり、光量情報Ｃｐは、時間情報Ｔｐと同様に、クロックＣＫに同期して変化する。

パラメータ設定部４ｃは、計測サイクル毎に、照射部２が光を照射する前に、信号処理部５ｃから出力される外乱光情報Ｃｍに従って、バイアス値Ｃｂを可変設定する。具体的には、パラメータ設定部４ｃは、第２実施形態のパラメータ設定部４ａと同様に、外乱光情報Ｃｍが示す外乱光の光量が多いほど、バイアス値Ｃｂを大きな値に設定する。

信号処理部５ｃは、情報生成部５１と、ヒストグラム生成部５２と、外乱光モニタ部５４とを備える。
ヒストグラム生成部５２は、第１実施形態と同様の動作ではあるが、時間情報Ｔｐ及び光量情報ＣｐがクロックＣＫに同期して変化するため、時間情報Ｔｐが変化する毎に、時間情報に対応するメモリ６のアドレスの記憶値を、光量情報Ｃｐを用いて更新する。

外乱光モニタ部５４は、情報生成部５１による情報生成が終了してから、次の測定サイクルが開始されるまでの間、つまり、照射部２による光の照射が行われない期間に、バイアス値をＣｂ＝０に設定した状態で、ヒストグラム生成部５２にヒストグラムを生成させる。更に、外乱光モニタ部５４は、生成されたヒストグラムそのもの、または、ヒストグラムから抽出した外乱光の平均レベル等を、外乱光情報Ｃｍとして出力する。

［４−２．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）及び第２実施形態の効果（２ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（４ａ）レーザレーサ１ｃによれば、クロックＣＫに同期したタイミングで常時、時間情報Ｔｐ及び光量情報Ｃｐを生成するため、トリガ信号ＴＧを生成する必要がなく、トリガ部３２を省略できるため、装置構成を簡略化できる。

（４ｂ）レーザレーダ１ｃによれば、計測に使用する受光アレイ部３１ｃを利用して、外乱光情報Ｃｍを生成するため、外乱光情報Ｃｍを生成するために新たなセンサを追加することなく、高機能化を実現できる。

［５．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。

（５ａ）上記実施形態では、光量情報（即ち、調整応答数）Ｃｐは、応答数Ｃｘからバイアス値Ｃｂを減算することで求めるが、これに限定されるものではない。例えば、光量情報Ｃｐは、応答数Ｃｘからバイアス値Ｃｂを除算することで求めてもよい。この場合、バイアス値Ｃｂとして、トリガ閾値ＴＨそのものを用いてもよい。但し、トリガ閾値ＴＨは、Ｃｐ＜Ｃｘ／ＴＨとなるように、１より大きな値に設定する必要がある。

（５ｂ）上記実施形態では、トリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂが、手動、外乱光情報Ｃｍ、余裕値Ａおよび予測応答数Ｂに基づいて設定されるが、これに限定されるものではない。例えば、現在の日時を表す日時情報、現在位置を表す位置情報、現在の進行方向を表す方位情報、現在位置の気象を表す気象情報などの情報を、ＧＰＳ装置や無線通信器等を介して取得し、これらの取得情報から推定された外乱光の光量に基づいて、トリガ閾値ＴＨ及びバイアス値Ｃｂは設定されてもよい。

（５ｃ）上記第２実施形態では、外乱光情報Ｃｍの生成に、光の物理量を計測する外乱光モニタ部７を用いるが、これに限定されるものではない。ここでいう外乱光は、自身が発する信号以外の応答を指し、外乱光情報Ｃｍは、この外乱光の大小がわかればよい。従って、外乱光モニタ部７の代わりに、あるいは外乱光モニタ部７に加えて、例えば、反射特性モニタ部を用いてもよい。反射特性モニタ部は、物体の反射特性、具体的には、反射率、反射強度分布、波長特性、偏向特性などを検出し、その検出結果から外乱光情報Ｃｍを生成する。

（５ｄ）上記第２実施形態では、外乱光モニタ部７は、単一の受光アレイ部３１に適用されるが、これに限定されるものではない。例えば、複数の画素によって受光面を形成し、各画素が複数のＳＰＡＤで構成される場合、画素毎に、光検出部３（即ち、受光アレイ部３１、トリガ部３２、計時部３３、カウント部３４）を設ける。そして、外乱光モニタ部７は、画素毎に外乱光を計測し、閾値設定部４ａは、画素毎に、トリガ閾値ＴＨを変化させるように構成してもよい。外乱光モニタ部７の代わりに反射特性モニタ部を用いる場合も同様である。

（５ｅ）上記第３実施形態では、予測応答数Ｂとして、観測された応答数Ｃｘの最大値を用いるがこれに限定されるものではない。例えば、光検出部３を構成する受光部３１１の数Ｍを予測応答数Ｂとして用いてもよい。また、トリガ閾値ＴＨ及び予測応答数Ｂは、過去のヒストグラムやトリガ閾値ＴＨ、バイアス値Ｃｂ、及び応答数Ｃｘの履歴に基づいて設定してもよい。この場合、例えば、前回計測した応答数を用いてもよいし、直近所定回の平均応答数や最大応答数、最頻応答数を用いてもよい。更に、トリガ閾値ＴＨ、バイアス値Ｃｂ、及び予測応答数Ｂは、過去のデータを解析し、異常値を取り除いたデータに基づいて設定してもよい。

（５ｆ）上記第１〜第３実施形態では、バイアス値Ｃｂが、パラメータ設定部にて設定されるが、バイアス値は、カウント部にて設定されてもよい。この場合、カウント部は、バイアス閾値ＴＨを取得して、取得したバイアス値ＴＨに基づいてバイアス値Ｃｂを算出すればよい。

（５ｇ）第４実施形態は、第１〜第３実施形態とは、光検出部の構成が異なるが、上記第４実施形態における外乱光モニタ部５４を、上記第１〜第３実施形態に適用したり、逆に、第２実施形態における外乱光モニタ部７、第３実施形態における最大値モニタ部３４１及び余裕演算部５３を、第４実施形態に適用したりしてもよい。

（５ｈ）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又は置換してもよい。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。

（５ｉ）上述したレーザレーダの他、当該レーザレーダを構成要素とするシステム、光量情報の積算方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…レーザレーダ、２…照射部、３…光検出部、４…閾値設定部、５…信号処理部、６…メモリ、７…外乱光モニタ部、３１…受光アレイ部、３２…トリガ部、３３…計時部、３４…カウント部、５１…情報生成部、５２…ヒストグラム生成部、８０…受光部。

Claims (23)

1. フォトンの入射に応答してパルス信号を出力するように構成された複数の受光部（８０c）を有し、照射部から照射され、物体に反射した反射光を受光して、前記複数の受光部からそれぞれ出力される前記パルス信号を並列に出力するように構成された受光アレイ部（３１）と、
   前記照射部が光を照射したタイミングからの経過時間を計測するように構成された計時部（３３）と、
   一定周期のタイミング毎に、前記複数の受光部のうち前記パルス信号を出力している受光部の数を応答数としてカウントし、予め設定されるバイアス値を、前記応答数から減算または除算した調整応答数を出力するように構成されたカウント部（３４）と、
   アドレスが前記計時部で計測される計時値に対応づけられたメモリ（６）と、
   前記計時部での計時値から特定される前記メモリのアドレスに、該アドレスのデータとして、前記調整応答数を積算する処理を予め設定された積算回数だけ繰り返すことでヒストグラムを生成するように構成されたヒストグラム生成部（５２）と、
   を備える光検出器。
2. フォトンの入射に応答してパルス信号を出力する複数の受光部（８０）を有し、照射部から照射され、物体に反射した反射光を受光して、前記複数の受光部からそれぞれ出力される前記パルス信号を並列に出力するように構成された受光アレイ部（３１）と、
   前記受光アレイ部から出力された前記パルス信号の合計数がトリガ閾値以上である場合に、前記受光アレイ部に入射された光信号の受光タイミングを表すトリガ信号を出力するように構成されたトリガ部（３２）と、
   前記照射部が光を照射したタイミングから前記受光タイミングまでの時間を計測するように構成された計時部（３３）と、
   前記トリガ信号に従ったタイミング毎に、前記複数の受光部のうち前記パルス信号を出力している受光部の数を応答数としてカウントし、予め設定されるバイアス値を、前記応答数から減算または除算した調整応答数を出力するように構成されたカウント部（３４）と、
   アドレスが前記計時部で計測される計時値に対応づけられたメモリ（６）と、
   前記計時部での計時値から特定される前記メモリのアドレスに、該アドレスのデータとして、前記調整応答数を積算する処理を予め設定された積算回数だけ繰り返すことでヒストグラムを生成するように構成されたヒストグラム生成部（５２）と、
   を備える光検出器。
3. 請求項１に記載の光検出器であって、
   前記バイアス値を対象値とし、該対象値を可変設定するように構成されたパラメータ設定部（４）を更に備える、
   光検出器。
4. 請求項２に記載の光検出器であって、
   前記トリガ閾値及び前記バイアス値のうち少なくとも一方を対象値とし、該対象値を可変設定するように構成されたパラメータ設定部（４）を更に備える、
   光検出器。
5. 請求項４に記載の光検出器であって、
   前記パラメータ設定部は、前記トリガ閾値を前記対象値とするように構成され、
   前記カウント部は、前記トリガ閾値から１減算した値を前記バイアス値とし、減算によって前記調整応答数を求めるように構成された、
   光検出器。
6. 請求項４に記載の光検出器であって、
   前記パラメータ設定部は、前記トリガ閾値及び前記バイアス値をいずれも前記対象値とし、前記バイアス値が前記トリガ閾値から１減算した値となるように、前記バイアス値と前記トリガ閾値とを連動させて設定するように構成され、
   前記カウント部は、減算によって前記調整応答数を求めるように構成された、
   光検出器。
7. 請求項３または請求項６に記載の光検出器であって、
   前記パラメータ設定部は、外乱光の光量を表す外乱光情報を取得し、前記外乱光情報が示す光量が大きいほど、前記対象値を大きな値に設定するように構成された、
   光検出器。
8. 請求項７に記載の光検出器であって、
   前記受光アレイ部に入射する外乱光を計測するように構成された外乱光モニタ部（７）を更に備え、
   前記パラメータ設定部は、前記外乱光モニタ部での計測値を前記外乱光情報として取得するように構成された、
   光検出器。
9. 請求項８に記載の光検出器であって、
   前記外乱光モニタ部は、前記カウント部のバイアス値をゼロに設定した状態で、前記照射部による照射を実施することなく前記ヒストグラム生成部にヒストグラムを生成させ、該ヒストグラムを、前記外乱光の計測結果とするように構成された、
   光検出器。
10. 請求項８または請求項９に記載の光検出器であって、
    前記反射光を受光する複数の画素を有し、
    前記画素毎に、少なくとも前記受光アレイ部及び前記カウント部が設けられ、
    前記外乱光モニタ部は、前記画素毎に前記外乱光を計測するように構成され、
    前記パラメータ設定部は、前記画素毎に、前記対象値を変化させるように構成された、
    光検出器。
11. 請求項３または請求項４に記載の光検出器であって、
    前記パラメータ設定部は、物体の反射量を表す反射特性情報を取得し、前記反射特性情報が示す反射量が大きいほど、前記対象値を大きな値に設定するように構成された、
    光検出器。
12. 請求項１１に記載の光検出器であって、
    前記受光アレイ部に入射する反射光のもととなる物体の反射特性を計測するように構成された反射特性モニタ部を更に備え、
    前記パラメータ設定部は、前記反射特性モニタ部での計測値を前記反射特性情報として取得するように構成された、
    光検出器。
13. 請求項１２に記載の光検出器であって、
    前記反射光を受光する複数の画素を有し、
    前記画素毎に、少なくとも前記受光アレイ部及び前記カウント部が設けられ、
    前記反射特性モニタ部は、前記画素毎に前記反射特性を計測するように構成され、
    前記パラメータ設定部は、前記画素毎に前記対象値を変化させるように構成された、
    光検出器。
14. 請求項３または請求項４に記載の光検出器であって、
    前記パラメータ設定部は、日時情報、地図情報、方位情報を用いて前記対象値を設定するように構成された、
    光検出器。
15. 請求項３または請求項４に記載の光検出器であって、
    前記パラメータ設定部は、該パラメータ設定部による過去の設定値を用いて前記対象値値を設定するように構成された、
    光検出器。
16. 請求項３または請求項４に記載の光検出器であって、
    前記パラメータ設定部は、前記ヒストグラム生成部により過去に生成されたヒストグラムの情報を用いて前記対象値を設定するように構成された、
    光検出器。
17. 請求項３または請求項４に記載の光検出器であって、
    前記パラメータ設定部は、前記受光アレイ部の予測応答数から前記メモリに積算できる余裕値を減算した値に、前記対象値を設定するように構成された、
    光検出器。
18. 請求項１７に記載の光検出器であって、
    前記パラメータ設定部は、前記メモリに格納可能なデータの最大値と、前記メモリに格納されている前記ヒストグラム中の極大値との差を前記余裕値とするように構成された、
    光検出器。
19. 請求項１７に記載の光検出器であって
    前記パラメータ設定部は、前記メモリに格納可能なデータの最大値と、前記メモリに格納されている前記ヒストグラム中の極大値との差を、残り積算回数で除した値を前記余裕値とするように構成された、
    光検出器。
20. 請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載の光検出器であって、
    前記パラメータ設定部は、前記受光アレイ部に含まれる前記受光部の数を、前記予測応答数とするように構成された、
    光検出器。
21. 請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載の光検出器であって、
    前記カウント部は、前記応答数の最大値である最大応答数を観測するように構成され、
    前記パラメータ設定部は、前記最大応答数を前記予測応答数とするように構成された、
    光検出器。
22. 請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の光検出器であって、
    前記ヒストグラム生成部にて生成された前記ヒストグラムに基づいて光を反射した物体までの距離を求めるように構成された距離演算部（５１）
    を更に備える、光検出器。
23. 請求項１から請求項２２のいずれか１項に記載の光検出器であって、
    前記照射部を更に備える、光検出器。