JP6927101B2 - 光検出装置、光検出方法及びライダー装置 - Google Patents

Description

本開示は、光検出装置及び光検出方法、並びに光検出装置を備えたライダー装置に関する。

特許文献１は、車両にライダーとして搭載される物体検出装置を開示している。物体検出装置は、光源を含む投光系と、投光系から投光されて物体で反射された光を受光する光検出器と、光検出器の出力信号が入力される信号検出部と、制御系とを備えている。信号検出部には、信号検出用のしきい値が設定される。制御系は、投光系から投光されていないときの光検出器の出力からノイズレベルを取得することにより、該ノイズレベルを基準にしきい値を設定している。特許文献１は、システムとしては最初から想定している最大のノイズレベルを狙ってしきい値を設定することが最適であると開示している。

特開２０１７−１７３２９８号公報

本願発明者は、しきい値の設定時から反射光の検出時までの時間間隔を短くすることにより、外部からの環境光の影響を低減して、投光した光の光検出を高精度化できることに着目した。しかしながら、特許文献１では、投光系から投光されていないときの光検出器の出力に基づいてしきい値を設定することから、投光を行う期間とは別に投光を行わない期間が必要になり、従来技術では、高精度の光検出を高速に行うことが困難であった。

本開示の目的は、光検出を高速に行い易くすることができる光検出装置、光検出方法およびライダー装置を提供することにある。

本開示に係る光検出装置は、投光部と、受光部と、検出部と、制御部とを備える。投光部は、所定の範囲に光を投光する。受光部は、光を受光する受光領域を有する。検出部は、受光部の受光結果と所定のしきい値とを比較して、光を検出する。制御部は、しきい値を制御する。制御部は、投光部から投光する範囲を順次、切り替える。制御部は、受光領域において投光部から投光中の範囲に対応する部分毎に、検出部に光を検出させながら、受光領域において投光中の範囲に対応する部分以外の部分における受光部の受光結果に基づいて、しきい値を設定する。

本開示に係る光検出方法は、所定の範囲に光を投光する投光部と、光を受光する受光領域を有する受光部とを備えた光検出装置が、光を検出する方法を提供する。

本開示に係るライダー装置は、光検出装置と、距離算出部とを備える。距離算出部は、光検出装置における光の検出結果に基づいて、検出された光が通過した距離を算出する。

本開示に係る光検出装置、光検出方法及びライダー装置によると、光検出を高速に行い易くすることができる。

本開示に係る光検出装置の適用例を説明するための図 実施形態１に係るライダー装置の構成を例示するブロック図 光検出装置の投光部と受光部との対応関係を例示する図 ライダー装置の走査を説明するための図 ライダー装置の走査の詳細を説明するための図 光検出装置の光検出方法におけるしきい値を説明するための図 光検出装置の動作例を示すフローチャート 光検出装置の動作例を示すタイミングチャート 光検出装置の動作例を説明するための図

以下、添付の図面を参照して本開示に係る光検出装置、光検出方法及びライダー装置の実施の形態を説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

（適用例）
本開示に係る光検出装置が適用可能な一例について、図１を用いて説明する。図１は、本開示に係る光検出装置１の適用例を説明するための図である。

本開示に係る光検出装置１は、例えば車載用途のライダー装置２に適用可能である。光検出装置１は、図１に示すように、光を外部に投光する投光部３と、外部から光を受光する受光部４とを備える。ライダー装置２は、光検出装置１を用いて投光部３から投光した光の反射光を検出することにより、光を反射した物体までの距離を測定する。

例えば、ライダー装置２は、搭載される車両の外部環境における各種物体を３次元的に示す距離画像を生成する。図１では、ライダー装置２における距離画像の画角に対応した投影面Ｒ２を例示している。ライダー装置２の距離画像は、水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙに並んだ画素毎に、奥行き方向Ｚの距離を示す。以下、＋Ｙ側を上側といい、−Ｙ側を下側という場合がある。

ライダー装置２は、例えば光走査器２１を用いて、水平方向Ｘに投影面Ｒ２を走査しながら、光検出装置１を用いた測距を行う。光検出装置１の受光部４は、距離画像の垂直方向Ｙに並んだ複数の画素に対応する受光領域Ｒ１を有する。距離画像の分解能すなわち画素毎の画角は、例えば、水平方向Ｘにおいて１．０度〜１．６度であり、垂直方向Ｙにおいて０．３度〜１．２度である。

以上のようなライダー装置２の光検出装置１においては、投光部３からの光の反射光と共に、外部環境において生じた環境光が受光部４に入射し得ることから、環境光の影響をノイズとして除去するしきい値が設定される。環境光の検出時から測距時までの期間を短縮することで、光検出装置１の検出精度を良くすることができる。そこで、本適用例の光検出装置１は、例えば１フレームの距離画像を生成する際に反射光の検出と同時並行で環境光の検出を繰り返し、しきい値を動的に設定する。

（構成例）
以下、光検出装置１及びライダー装置２の構成例としての実施形態を説明する。

（実施形態１）
実施形態１に係るライダー装置２及び光検出装置１の構成と動作を以下に説明する。

１．構成
本実施形態に係るライダー装置２及び光検出装置１の構成について、図１，２，３を用いて説明する。図２は、ライダー装置２の構成を例示するブロック図である。図３は、光検出装置１の投光部３と受光部４との対応関係を例示する図である。

ライダー装置２は、例えば図１に示すように、光走査器２１と、投光レンズ２２と、拡大光学系２３と、受光レンズ２４と、光検出装置１とを備える。図２に例示するライダー装置２は、光走査器２１を含む走査部２０と、光検出装置１を構成する投光部３、受光部４、検出部５及び制御部１０とを備える。

走査部２０は、光走査器２１に加えて、走査駆動回路２０ａと変位フィードバック回路２０ｂとを備える。光走査器２１は、例えばミラーと、垂直方向Ｙに沿った回転軸の周りにミラーを回転させる回転機構とを含む。走査駆動回路２０ａは、制御部１０の制御により、光走査器２１のミラーを回転駆動する。変位フィードバック回路２０ｂは、駆動された光走査器２１におけるミラーの回転角などの変位を検出して、検出結果を示すフィードバック信号を制御部１０に出力する。

投光レンズ２２（図１）は、例えばコリメートレンズであり、光検出装置１の投光部３と光走査器２１間に配置される。受光レンズ２４は、例えば集光レンズであり、光検出装置１の受光部４と光走査器２１間に配置される。光走査器２１は、投光レンズ２２から入射した光を拡大光学系２３に導光し、拡大光学系２３から入射した光を受光レンズ２４に導光するように配置される。拡大光学系２３は、例えばレンズ及びミラーを含み、光走査器２１から入射した光の光束を拡大して、外部に出射する。

投光部３は、例えば図２に示すように、第１〜第４の光源３１〜３４と、光源駆動回路３０とを備える。各光源３１〜３４は、例えばＬＤ（半導体レーザ）又はＬＥＤ等の光源素子で構成される。各々の光源３１〜３４は、それぞれ複数の光源素子を含んでもよい。光源駆動回路３０は、例えば、制御部１０の制御により、各光源３１〜３４をそれぞれパルス駆動する。

図３は、投光部３が第１の光源３１から投影面Ｒ２に投光した状態を模式的に示している。例えば、第１〜第４の光源３１〜３４は、垂直方向Ｙの上側から順番に、投光部３において一列のアレイ状に配置される。

受光部４は、複数の受光素子４ａを備える。図３では、受光部４中の受光素子４ａで形成される受光領域Ｒ１を拡大して図示している。受光部４において、複数の受光素子４ａは、例えば、垂直方向Ｙに沿って一列のアレイ状に配置される。

受光素子４ａは、光を受光すると、受光結果を示す受光信号を生成する。各受光素子４ａは、例えば距離画像の１画素に対応する。受光素子４ａは、例えばＳＰＡＤ（単一光子アバランシェフォトダイオード）で構成される。受光素子４ａは、ＰＤ（フォトダイオード）又はＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）で構成されてもよい。

本構成例において、受光部４中の受光素子４ａは、投光部３の第１〜第４の光源３１〜３４にそれぞれ対応して、第１組〜第４組の受光素子４１，４２，４３，４４に組分けできる。１組あたりの受光素子４ａの個数は、例えば８個である。

上述した各種光学系２２〜２４は、投光部３が外部の投影面Ｒ２上で投光可能な範囲Ｒ３と同じ範囲から、受光部４に入射する光が、受光領域Ｒ１において受光されるように配置される。上記の投光可能な範囲３は、図３に示すように、垂直方向Ｙに沿って第１〜第４区域Ｒ３１〜Ｒ３４に区分される。

第１区域Ｒ３１は、第１の光源３１によって投光される範囲で且つ、第１組の受光素子４１の分の受光領域Ｒ１１に対応する。同様に、第２、第３及び第４区域Ｒ３２，Ｒ３３，Ｒ３４は、それぞれ第２、第３及び第４の光源３２，３３，３４によって投光される範囲で且つ、第２組、第３組及び第４組の受光素子４２，４３，４４の分の受光領域Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４に対応する。

図２に戻り、受光部４は、例えば受光駆動回路４０と、マルチプレクサ４５とをさらに備える。受光駆動回路４０は、各組の受光素子４１〜４４をそれぞれ駆動する。マルチプレクサ４５は、各組の受光素子４１〜４４にそれぞれ接続された第１〜第４の入力端子ｉ１〜ｉ４と、測距用の出力端子ｎと、しきい値決定用の出力端子ｍとを備える。

受光部４のマルチプレクサ４５は、制御部１０からの選択信号Ｓｎ，Ｓｍにより、各々の出力端子ｎ，ｍを、第１〜第４の入力端子ｉ１〜ｉ４のいずれかに接続する。これにより、受光部４は、各出力端子ｍ，ｎからそれぞれ受光素子４ａの１組分の受光信号を出力する。

制御部１０は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を含み、種々の情報処理に応じて各構成要素の制御を行う。制御部１０は、例えば、ＲＯＭに格納されたプログラム及びデータをＲＡＭに読み出して種々の演算処理を実行し、各種の動作を実現する。

例えば、制御部１０は、測距用の選択信号Ｓｎを生成して、受光部４の第１〜第４の入力端子ｉ１〜ｉ４から、出力端子ｎの接続先を選択したり、しきい値決定用の選択信号Ｓｍを生成して、出力端子ｍの接続先を選択したりする。また、制御部１０は、後述するしきい値決定部１０ａ及び距離算出部１０ｂとして動作する。制御部１０は、ＡＳＩＣ及びＦＰＧＡ等を含んでもよい。しきい値決定部１０ａ及び距離算出部１０ｂ等は、それぞれ専用のハードウェア回路で構成されてもよい。

検出部５は、例えば比較器５１と、ＴＤＣ（タイム／デジタル変換器）５２とを備える。比較器５１は、受光部４における測距用の出力端子ｎから出力された受光信号と、しきい値決定部１０ａが決定するしきい値とを比較して、比較結果を示す信号をＴＤＣ５２に出力する。ＴＤＣ５２は、制御部１０が入力するタイミングから比較器５１の比較結果に応じたタイミングまでの期間を計測する時間計測回路の一例である。ＴＤＣ５２による計測期間に基づいて、距離算出部１０ｂは、画素毎の距離値を算出する。

本実施形態において、光検出装置１は、ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）１１と、ＤＡＣ（デジタル／アナログ変換器）１２とをさらに備える。本実施形態のＡＤＣ１１、ＤＡＣ１２及びしきい値決定部１０ａは、光検出装置１におけるしきい値を設定するしきい値設定部の一例である。

ＡＤＣ１１は、受光部４におけるしきい値決定用の出力端子ｍから出力された受光信号をアナログ値からデジタル値に変換し、変換後の受光信号をしきい値決定部１０ａに出力する。しきい値決定部１０ａは、入力された受光信号に基づいて、上述したしきい値を設定するための演算処理を実行し、しきい値を決定する。ＤＡＣ１２は、しきい値決定部１０ａが決定したしきい値をデジタル入力し、アナログ電圧に変換して、比較器５１に出力する。これにより、検出部５にしきい値が設定される。

本実施形態において、光検出装置１におけるＡＤＣ１１、ＤＡＣ１２、比較器５１及びＴＤＣ５２は、例えば受光部４における１組の受光素子４ａの個数分、設けられる。これにより、制御部１０は、１組の受光素子４ａ分の各種演算を並列して実行してもよいし、逐次行ってもよい。

２．動作
以上のように構成されるライダー装置２及び光検出装置１の動作について、以下説明する。

２−１．ライダー装置の動作
本実施形態に係るライダー装置２の動作について、図４Ａ，４Ｂを用いて説明する。図４Ａは、ライダー装置２の走査を説明するための図である。図４Ｂは、ライダー装置２の走査の詳細を説明するための図である。

本実施形態のライダー装置２は、制御部１０により、投光部３の光源駆動回路３０を制御して、第１〜第４の光源３１〜３４を１つずつ順番に点灯（パルス発光）させる。また、制御部１０は、走査部２０の走査駆動回路２０ａを制御して、水平方向Ｘにおいて投光される光を光走査器２１に走査させる。

図４Ａ，４Ｂでは、投影面Ｒ２において、投光部３において点灯した光源から投光される範囲Ｒ３０（以下「投光範囲」という）を例示している。投影面Ｒ２上の投光範囲Ｒ３０は、走査中の水平方向Ｘの位置において、上述した第１〜第４区域Ｒ３１〜Ｒ３４（図３）の中で順次、切り替わる。これにより、投光範囲Ｒ３０は、図４Ａに矢印で模式的に示すように、投影面Ｒ２を２次元的に移動する。このような走査は、例えば図４Ｂに示すように、水平方向Ｘの移動前後の投光範囲Ｒ３０を重畳させながら行われる。

制御部１０は、例えば走査部２０の変位フィードバック回路２０ｂからの信号に基づいて、投光範囲Ｒ３０の水平方向Ｘの位置を認識したり、点灯させた光源に応じて垂直方向Ｙの位置を認識したりできる。

光検出装置１の検出部５は、受光部４からの受光信号にしきい値判定を行って、投光された光の反射光を検出する。検出部５は、各々の投光範囲Ｒ３０を測距の対象として、投光部３による投光時から反射光が検出されるまでの期間を、ＴＤＣ５２において計測する。ＴＤＣ５２の計測期間に基づいて、ライダー装置２の距離算出部１０ｂは、投影面Ｒ２中を移動する投光範囲Ｒ３０毎に各画素の距離値を算出する。ライダー装置２は、図４Ｂに示すように投光範囲Ｒ３０を重畳させて順次、上記の計測を行って、重畳させた部分に関する平均化の演算処理を行う。

以上の投影面Ｒ２の走査を繰り返すことにより、所望のフレームレート（例えば３０ｆｐｓ）において距離画像を順次、生成することができる。また、受光部４中の複数の受光素子４ａを組分けして用いることで、光検出装置１の回路面積を低減しながら、フレーム毎の距離画像を高速に生成することができる。

本実施形態の光検出装置１において、制御部１０は、各々の投光範囲Ｒ３０の投光時に、投光範囲Ｒ３０外の受光結果を示す受光信号に基づいて、検出部５が反射光の検出に用いるしきい値を動的に設定する。

２−２．光検出装置のしきい値について
光検出装置１の光検出方法におけるしきい値について、図５を用いて説明する。

図５（ａ）〜（ｅ）は、種々の場合における受光信号を例示している。図５（ａ）〜（ｅ）において、横軸は時間ｔであり、縦軸は電圧Ｖである。

図５（ａ）は、理想的な場合の受光信号と、予め設定されたしきい値Ｖｔｈとを例示している。受光信号は、投光された光の反射光に対応する反射光成分８０と、環境光に対応する環境光成分８１とを含む。図５（ａ）の例では、予め設定されたしきい値Ｖｔｈが、受光信号の環境光成分８１よりも大きくて且つ反射光成分８０よりも小さい。この場合、検出部５は、受光信号がしきい値Ｖｔｈを超えたとき、反射光成分８０が得られたタイミングを検出することができる。

ここで、ライダー装置２においては、例えば投光範囲Ｒ３０の移動あるいは車両の外部環境の変化により、環境光成分８１及び反射光成分８０の大きさが刻々と変化することが想定される。図５（ｂ），（ｃ）に、図５（ａ）と同じしきい値Ｖｔｈの設定において、それぞれ環境光成分８１が大きくなった場合、及び反射光成分８０が小さくなった場合の受光信号を例示する。

図５（ｂ）の場合、環境光成分８１がしきい値Ｖｔｈよりも大きいことから、環境光によるノイズを反射光として誤検出する事態が考えられる。また、図５（ｃ）の場合、反射光成分８０がしきい値Ｖｔｈよりも小さいことから、反射光の検出漏れを生じる事態が考えられる。そこで、本実施形態の光検出装置１は、ライダー装置２における測距中に、環境光成分８１を検出して、検出結果に応じてしきい値Ｖｔｈを更新する。

図５（ｄ），（ｅ）は、本実施形態の光検出装置１が、それぞれ図５（ｂ），（ｃ）と同様の場合から、しきい値Ｖｔｈの設定を更新した例を示す。図５（ｄ）の例のしきい値Ｖｔｈは、図５（ｂ）の場合から環境光成分８１を上回るように引き上げられている。図５（ｅ）の例のしきい値Ｖｔｈは、図５（ｃ）の場合から環境光成分８１を上回る範囲内で引き下げられている。このようなしきい値Ｖｔｈの設定更新によると、図５（ｂ），（ｃ）のような事態を回避して、光検出装置１における反射光成分８０の検出精度を良くすることができる。

光検出装置１において、しきい値決定部１０ａとしての制御部１０は、反射光成分８０を含まないと考えられる受光信号を入力することにより、環境光成分８１の大きさを検出し、しきい値を決定できる。例えば、しきい値決定部１０ａは、環境光成分８１よりも所定幅分、大きい値をしきい値Ｖｔｈと算出する。しきい値決定部１０ａは、各種平均を演算して、しきい値Ｖｔｈを算出してもよい。以下、光検出装置１の動作の詳細を説明する。

２−３．光検出装置の動作
本実施形態に係る光検出装置１の動作について、図６〜図８を用いて説明する。

図６は、光検出装置１の動作を例示するフローチャートである。図６のフローチャートによる各処理は、光検出装置１の制御部１０によって実行される。図７は、光検出装置１の動作例を示すタイミングチャートである。図８は、光検出装置１の動作例を説明するための図である。

図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それぞれ第１、第２、第３及び第４の光源３１〜３４の点灯タイミングを示す。図７（ｅ）は、測距用の選択信号Ｓｎの制御タイミングを示す。図７（ｆ）は、しきい値決定用の選択信号Ｓｍの制御タイミングを示す。図７（ｇ），（ｈ），（ｉ），（ｊ）は、それぞれ第１組、第２組、第３組及び第４組の受光素子４１〜４４の出力タイミングを示す。

図６のフローチャートにおいて、まず、制御部１０は、走査部２０を制御して、光走査器２１の駆動を開始する（Ｓ１）。また、制御部１０は、投光部３を制御して、例えば図７（ｄ）の時刻ｔ０に、第４の光源３４のみを点灯させる（Ｓ２）。時刻ｔ０における投影面Ｒ２を図８（ａ）に示す。

図８（ａ）の投影面Ｒ２においては、各組の受光素子４１〜４４に対応する第１〜第４区域Ｒ３１〜Ｒ３４の中で、第４区域Ｒ３４が投光部３により投光される。第１〜第３区域Ｒ３１〜Ｒ３３からは、環境光が第１〜第３組の受光素子４１〜４３に入射する。

制御部１０は、第１組の受光素子４１による受光結果を取得する（Ｓ３）。例えば、制御部１０は、しきい値決定用の出力端子ｍの初期設定により（図７（ｅ））、受光部４から第１組の受光素子４１の受光信号を、ＡＤＣ１１（図２）に出力させる。ＡＤＣ１１は、入力された受光信号をデジタル値に変換して、制御部１０に出力する。

次に、制御部１０は、しきい値決定部１０ａとして動作し、取得した受光結果に応じたしきい値の設定を行う（Ｓ４）。制御部１０は、ＡＤＣ１１からの受光信号に基づいて、環境光の大きさを検出し、検出結果に応じてしきい値を算出する。制御部１０は、ＤＡＣ１２を介して、算出したしきい値を検出部５に設定する。ステップＳ２〜Ｓ５の処理により、現在の第１区域Ｒ３１における環境光に応じたしきい値の設定が行われる。

また、制御部１０は、測距用の変数Ｎ（＝１〜４）及びしきい値決定用の変数Ｍ（＝１〜４）について、それぞれＮ＝１，Ｍ＝２を設定する（Ｓ５）。例えば、制御部１０は、測距用の出力端子ｍの接続先を第１の入力端子ｉ１に制御するように選択信号Ｓｎを生成したり（図７（ｅ））、しきい値決定用の出力端子ｍの接続先を第２の入力端子ｉ２に制御するように選択信号Ｓｍを生成したりする（図７（ｆ））。

さらに、制御部１０は、設定した測距用の変数Ｎに基づき、投光部３の複数の光源３１〜３４のうちの第Ｎの光源のみを点灯させる（Ｓ６）。例えば、制御部１０は、ステップＳ５後の時刻ｔ１において、図７（ａ）に示すように、第１の光源３１を点灯させる（Ｓ６）。時刻ｔ１における投影面Ｒ２を図８（ｂ）に示す。

図８（ｂ）の投影面Ｒ２においては、第１区域Ｒ３１が投光部３により投光される。すると、投光部３からの光の反射光は、第１組の受光素子４１に受光されることとなる。このとき、受光部４は、Ｎ＝１の選択信号Ｓｎにより（Ｓ５）、第１組の受光素子４１からの受光信号を検出部５に出力する（図７（ｅ），（ｇ））。

制御部１０は、検出部５からＴＤＣ５２の計測期間を取得する（Ｓ７）。例えば、制御部１０は、ステップＳ６の実行時に、ＴＤＣ５２に期間の計測を開始させる。検出部５は、比較器５１において、入力された受光信号と設定されたしきい値とを比較する。検出部５は、比較器５１において受光信号がしきい値を超えたときにＴＤＣ５２に計測期間を示す信号を出力させる。

次に、制御部１０は、距離算出部１０ｂとして動作し、取得した計測期間に基づいて、投光された第Ｎ区域における測距の演算処理を行う（Ｓ８）。例えば、制御部１０は、ＴＤＣ５２からの信号が示す計測期間と光速との乗算によって、距離値を算出する。制御部１０は、画素毎の距離値を、水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙの位置に関連付けて格納する。

また、制御部１０は、受光部４における第Ｍ組の受光素子の受光結果を取得する（Ｓ９）。例えば、時刻ｔ１におけるＭ＝２の選択信号Ｓｍにより（Ｓ５）、受光部４は、第２組の受光素子３２からの受光信号を、ＡＤＣ１１を介して制御部１０に出力する（図７（ｆ），（ｈ））。当該受光信号は、図８（ｂ）に示すように、投光されていない第２区域Ｒ３２における環境光の受光結果を示す。

次に、制御部１０は、取得した第Ｍ組の受光素子の受光結果に基づいて、しきい値の設定を行う（Ｓ１０）。ステップＳ１０の処理は、ステップＳ５と同様に行われる。新たに設定されたしきい値は、次のステップＳ６〜Ｓ７の実行時に用いられる。例えば、制御部１０は、ステップＳ７〜Ｓ８とステップＳ９〜Ｓ１０とを並列的に実行する。

次に、制御部１０は、測距用の変数Ｎを更新する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。例えば、制御部１０は、設定中の変数Ｎが「４」に到達したか否かを判断し（Ｓ１１）、Ｎ＝４に到っていない場合（Ｓ１１でＮｏ）、当該変数Ｎを「Ｎ＋１」にインクリメントする（Ｓ１２）。一方、Ｎ＝４に到った場合（Ｓ１１でＹｅｓ）、制御部１０は、当該変数Ｎを「１」に更新する（Ｓ１３）。制御部１０は、更新後の変数Ｎに従う選択信号Ｓｎを生成して、測距用の出力端子ｎの接続先を切り替える（図７（ｅ））。

また、制御部１０は、しきい値決定用の変数Ｍを更新する（Ｓ１４〜Ｓ１６）。ステップＳ１４〜Ｓ１６の処理は、例えばステップＳ１１〜Ｓ１３と同様に実行される。これにより、更新後の変数Ｍに従う選択信号Ｓｍが生成され、しきい値決定用の出力端子ｍの接続先が切り替わる（図７（ｆ））。

制御部１０は、更新後の各変数Ｎ，Ｍに基づき、ステップＳ６以降の処理を、所定の周期（例えば１０μ秒）で繰り返す。

例えば、制御部１０は、図７（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように第２、第３及び第４の光源４２〜４４を時刻ｔ２，ｔ３，ｔ４に点灯させ（Ｓ６）、逐次ステップＳ７〜Ｓ１０の処理を実行する。時刻ｔ２，ｔ３における投影面Ｒ２をそれぞれ図８（ｃ），（ｄ）に例示する。なお、図８（ｃ），（ｄ）では、測距済みの領域に斜線を付している。

以上の処理によると、例えば時刻ｔ１に第１の光源３１を点灯し（Ｓ６）、投光される第１区域Ｒ３１の測距が実行される（図７（ｇ），Ｓ７，Ｓ８）。このとき、投光されていない第２区域Ｒ３２の環境光を検出して、しきい値が更新される（図７（ｈ），Ｓ９，Ｓ１０）。

第１の光源３１の消灯後、第２の光源３２が時刻ｔ２に点灯され（Ｓ６）、更新されたしきい値を用いて第２区域Ｒ３２の測距が実行される（図７（ｈ），Ｓ７，Ｓ８）。測距の対象となる時刻ｔ２の第２区域Ｒ３２は、図８（ｃ）に示すように、しきい値の決定に用いた時刻ｔ１の第２区域Ｒ３２から、水平方向Ｘの走査の分を除いて、同一の範囲となる。このように、測距としきい値の決定とにおいて、環境光の状況を時間的にも空間的にも近似させ、光検出装置１の検出精度を良くすることができる。

また、図７（ｇ）〜（ｊ）に示すように、投光中の第Ｎ区域の測距と、次に投光される第Ｍ区域の環境光の検出によるしきい値の設定とは、同時並行で繰り返し実行される。これにより、測距が距離画像の投影面Ｒ２全体に到るまでに、環境光を検出するためだけの期間を複数回、設けるようなことなく、高精度の距離画像を効率良く得ることができる。

３．まとめ
以上のように、本実施形態に係る光検出装置１は、投光部３と、受光部４と、検出部５と、制御部１０とを備える。投光部３は、投光範囲Ｒ３０に光を投光する。受光部４は、光を受光する受光領域Ｒ１を有する。検出部５は、受光部４の受光結果と所定のしきい値とを比較して、光を検出する。制御部１０は、しきい値を制御する。制御部１０は、投光可能な範囲Ｒ３の中の第１〜第４区域Ｒ３１〜Ｒ３４において、投光範囲Ｒ３０を順次、切り替える。制御部１０は、受光領域Ｒ１において投光部３から投光中の範囲に対応する部分毎に、検出部５に光を検出させながら、受光領域において投光中の範囲に対応する部分以外の部分における受光部４の受光結果に基づいて、しきい値を設定する（Ｓ６〜Ｓ１０）。

以上の光検出装置１によると、投光部３から投光中の区域毎に、検出部５に光を検出させながら、投光していない区域の受光結果を取得して、しきい値の設定を行える。これにより、しきい値の設定のための受光結果を、投光部３から投光していない期間中に取得する場合よりも、光検出を高速に行い易くすることができる。

本実施形態において、制御部１０は、受光領域Ｒ１において、投光部３が次に投光する範囲に対応する部分の受光結果に基づいて、しきい値を設定する（図７参照）。これにより、しきい値の設定のために環境光が検出される状況と、検出部５による光検出を行う状況とを時間的に近付けて、環境光に応じたしきい値を精度良く設定できる。

また、検出部５は、設定されたしきい値に基づいて、受光領域Ｒ１において当該しきい値の設定に用いた部分と投光部３から投光される範囲とが対応するときの光を検出してもよい（図８参照）。これにより、しきい値の設定のために環境光が検出される状況と、検出部５による光検出を行う状況とを空間的に近付けて、環境光に応じたしきい値を精度良く設定できる。

また、本実施形態において、投光部３は、一列に並んだ複数の光源３１〜３４を備える。制御部１０は、第１〜第４の光源３１〜３４を順番に発光させ、投光範囲Ｒ３０を切り替える（Ｓ６）。これにより、投光範囲Ｒ３０の切替えを簡単な構成で行うことができる。

また、本実施形態において、光検出装置１は、光走査器２１をさらに備えてもよい。光走査器２１は、第１〜第４の光源３１〜３４が並んだ垂直方向Ｙに交差する水平方向Ｘにおいて、投光部３が投光する光を走査する（Ｓ１）。制御部１０は、光走査器２１による走査中に、検出部５に光を検出させる。これにより、投影面Ｒ２全体の光検出を順次、行うことができる。

また、本実施形態において、受光部４は、受光領域Ｒ１を形成する複数の受光素子４ａを備える。制御部１０は、複数の受光素子４ａにおいて投光部３の各光源３１〜３４から投光する範囲にそれぞれ対応する受光素子４ａの組４１〜４４毎に、検出部５に光を検出させる（Ｓ６〜Ｓ８）。これにより、受光素子４ａの組４１〜４４毎に効率良く光検出を行うことができる。

また、本実施形態において、検出部５は、投光部３が投光したタイミングから、しきい値に基づき光が検出されるタイミングまでの期間を計測するＴＤＣ５２を備える。ＴＤＣ５２により、投光した光の反射光が得られる期間を計測して、測距を行うことができる。

また、本実施形態に係るライダー装置２は、光検出装置１と、距離算出部１０ｂとを備える。距離算出部１０ｂは、光検出装置１における光の検出結果に基づいて、検出された光が通過した距離を算出する。本実施形態のライダー装置２によると、光検出装置１の動作により、測距のための光検出を高速に行い易い。

また、本実施形態に係る光検出方法は、投光部３と受光部４とを備えた光検出装置１が、光を検出する方法である。本方法は、投光部３から投光する範囲を順次、切り替えるステップと、受光領域において投光部３から投光中の範囲に対応する部分毎に、受光部４の受光結果と所定のしきい値とを比較して、光を検出するステップと、受光領域において投光中の範囲に対応する部分以外の部分における受光部４の受光結果に基づいて、しきい値を設定するステップとを含む。本方法によると、光検出を高速に行い易くすることができる。

（他の実施形態）
上記の実施形態１では、受光領域Ｒ１において、投光部３が次に投光する範囲に対応する部分の受光結果に基づいて、しきい値が設定された（図７参照）。本実施形態では、投光部３が次以降に投光する範囲に対応する部分の受光結果に基づいて、しきい値の設定が行われてもよい。例えば、測距用の変数Ｎとしきい値決定用の変数Ｍとの差分が２以上になるように、図６のステップＳ３の設定が変更されてもよい。この場合、制御部１０は適宜、決定したしきい値をＲＡＭ等の内部メモリに記憶する。

また、上記の各実施形態では、投光部３が第１〜第４の光源３１〜３４を備える例を説明した。本実施形態の投光部３の光源の個数は４つに限らない。投光部３は、２つ以上の光源を備え、各光源を順番に点灯してもよい。また、投光部３は垂直方向Ｙにおいて投光する方向を変化させる機構等を用いて、投光範囲Ｒ３０を切り替えてもよい。受光部４の受光素子４ａの組分けは、投光部３による投光範囲Ｒ３０の切替え方に応じて適宜、変更されてもよい。

また、上記の各実施形態では、光検出装置１の検出部５がＴＤＣ５２を備えたが、検出部５を備えなくてもよい。検出部５は、比較器５１における比較結果により、しきい値を超える各種の光を検出することができる。光検出装置１は、外部構成のＴＤＣと共に利用されてもよいし、ＴＤＣの代わりにＡＤＣを採用する仕様で用いられてもよい。

また、上記の各実施形態では、光検出装置１がしきい値設定部を構成するＡＤＣ１１及びＤＡＣ１２を備え、制御部１０がしきい値決定部１０ａとして動作する例を説明した。本実施形態の光検出装置１はこれに限らず、例えばＡＤＣ１１及びＤＡＣ１２の代わりに、しきい値設定部の動作を実現するアナログ回路等を備えてもよい。

また、上記の各実施形態では、光走査器２１を用いるライダー装置２及び光検出装置１について説明したが、光走査器２１は適宜、省略されてもよい。例えば、投光部３の光源と受光部４の受光素子４ａとが２次元アレイ状に配置される場合、光走査器２１を用いずに、実施形態１と同様の測距及び環境光の検出を実行することができる。

また、上記の各実施形態では、光検出装置１は環境光の検出結果を検出部５のしきい値の設定に用いた。本実施形態の光検出装置１は、環境光の検出結果を用いて、外部環境の撮像を行ってもよい。例えば、制御部１０は、ＡＤＣ１１からの受光信号に基づき、外部環境の撮像画像を生成してもよい。

また、上記の各実施形態では、距離算出部１０ｂが距離画像を生成する例を説明した。本実施形態の距離算出部１０ｂは、距離画像に限らず、種々の形式で距離を示す情報を生成してもよく、例えば３次元の点群データを生成してもよい。

また、上記の各実施形態では、ライダー装置２において、光検出装置１の制御部１０が距離算出部１０ｂとして動作する例を説明した。本実施形態のライダー装置２において、距離算出部１０ｂは、光検出装置１とは別体で提供されてもよい。

また、上記の各実施形態では、車載用途のライダー装置２及び光検出装置１の構成例を説明した。本開示に係るライダー装置２及び光検出装置１は、特に車載用途に限らず、種々の用途に適用可能である。

（付記）
以上のように、本開示の各種実施形態について説明したが、本開示は上記の内容に限定されるものではなく、技術的思想が実質的に同一の範囲内で種々の変更を行うことができる。以下、本開示に係る各種態様を付記する。

本開示に係る第１の態様は、投光部（３）と、受光部（４）と、検出部（５）と、制御部（１０）とを備える光検出装置（１）である。前記投光部は、所定の範囲（Ｒ３０）に光を投光する。前記受光部は、光を受光する受光領域（Ｒ１）を有する。前記検出部は、前記受光部の受光結果と所定のしきい値とを比較して、光を検出する。前記制御部は、前記しきい値を制御する。前記制御部は、前記投光部から投光する範囲を順次、切り替え（Ｓ６）、前記受光領域において前記投光部から投光中の範囲に対応する部分毎に、前記検出部に光を検出させながら（Ｓ７，Ｓ８）、前記受光領域において前記投光中の範囲に対応する部分以外の部分における前記受光部の受光結果に基づいて、前記しきい値を設定する（Ｓ９，Ｓ１０）。

第２の態様では、第１の態様の光検出装置において、前記制御部は、前記受光領域において、前記投光部が次に投光する範囲に対応する部分の受光結果に基づいて、前記しきい値を設定する。

第３の態様では、第１又は第２の態様の光検出装置において、前記投光部は、一列に並んだ複数の光源（３１〜３４）を備える。前記制御部は、前記光源を順番に発光させ、前記投光する範囲を切り替える。

第４の態様では、第３の態様の光検出装置が、前記光源が並んだ方向に交差する方向において、前記投光部が投光する光を走査する光走査器（２１）をさらに備える。前記制御部は、前記光走査器による走査中に、前記検出部に光を検出させる。

第５の態様では、第３又は第４の態様の光検出装置において、前記受光部は、前記受光領域を形成する複数の受光素子（４ａ）を備える。前記制御部は、前記複数の受光素子において前記投光部の各光源から投光する範囲にそれぞれ対応する受光素子の組毎に、前記検出部に光を検出させる。

第６の態様では、第１〜第５のいずれかの態様の光検出装置において、前記検出部は、前記投光部が投光したタイミングから、前記しきい値に基づき光が検出されるタイミングまでの期間を計測する時間計測回路（５２）を備える。

第７の態様は、第１〜第６のいずれかの態様の光検出装置と、距離算出部（１０ｂ）とを備えるライダー装置である。前記距離算出部は、前記光検出装置における光の検出結果に基づいて、検出された光が通過した距離を算出する。

第８の態様は、所定の範囲（Ｒ３０）に光を投光する投光部（３）と、光を受光する受光領域（Ｒ１）を有する受光部（４）とを備えた光検出装置（１）が、光を検出する光検出方法である。本方法は、前記投光部から投光する範囲を順次、切り替えるステップ（Ｓ６）と、前記受光領域において前記投光部から投光中の範囲に対応する部分毎に、前記受光部の受光結果と所定のしきい値とを比較して、光を検出するステップ（Ｓ７，Ｓ８）と、前記受光領域において前記投光中の範囲に対応する部分以外の部分における前記受光部の受光結果に基づいて、前記しきい値を設定するステップ（Ｓ９，Ｓ１０）とを含む。

１ 光検出装置
１０ 制御部
２ ライダー装置
２１ 光走査器
３ 投光部
３１〜３４ 第１〜第４の光源
４ 受光部
４ａ 受光素子
５ 検出部
５２ ＴＤＣ

Claims (8)

1. 所定の範囲に光を投光する投光部と、
   光を受光する受光領域を有する受光部と、
   前記受光部の受光結果と所定のしきい値とを比較して、光を検出する検出部と、
   前記しきい値を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記投光部から投光する範囲を順次、切り替え、
   前記受光領域において前記投光部から投光中の範囲に対応する部分毎に、前記検出部に光を検出させながら、
   前記受光領域において前記投光中の範囲に対応する部分以外の部分における前記受光部の受光結果に基づいて、前記しきい値を設定し、
   前記投光部から投光される範囲が、前記受光領域において前記しきい値を設定した部分に対応するときに、設定した前記しきい値を用いて前記検出部に光を検出させる
   光検出装置。
2. 前記制御部は、前記受光領域において、前記投光部が次に投光する範囲に対応する部分の受光結果に基づいて、前記しきい値を設定する
   請求項１に記載の光検出装置。
3. 前記投光部は、一列に並んだ複数の光源を備え、
   前記制御部は、前記光源を順番に発光させ、前記投光する範囲を切り替える
   請求項１又は２に記載の光検出装置。
4. 前記光源が並んだ方向に交差する方向において、前記投光部が投光する光を走査する光走査器をさらに備え、
   前記制御部は、前記光走査器による走査中に、前記検出部に光を検出させる
   請求項３に記載の光検出装置。
5. 前記受光部は、前記受光領域を形成する複数の受光素子を備え、
   前記制御部は、前記複数の受光素子において前記投光部の各光源から投光する範囲にそれぞれ対応する受光素子の組毎に、前記検出部に光を検出させる
   請求項３又は４に記載の光検出装置。
6. 前記検出部は、前記投光部が投光したタイミングから、前記しきい値に基づき光が検出されるタイミングまでの期間を計測する時間計測回路を備える
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の光検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光検出装置と、
   前記光検出装置における光の検出結果に基づいて、検出された光が通過した距離を算出する距離算出部と
   を備えるライダー装置。
8. 所定の範囲に光を投光する投光部と、光を受光する受光領域を有する受光部とを備えた光検出装置が、光を検出する光検出方法であって、
   前記投光部から投光する範囲を順次、切り替えるステップと、
   前記受光領域において前記投光部から投光中の範囲に対応する部分毎に、前記受光部の受光結果と所定のしきい値とを比較して、光を検出するステップと、
   前記受光領域において前記投光中の範囲に対応する部分以外の部分における前記受光部の受光結果に基づいて、前記しきい値を設定するステップとを含み、
   前記投光部から投光される範囲が、前記受光領域において前記しきい値を設定した部分に対応するときに、設定された前記しきい値を用いて光を検出する
   光検出方法。

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