JP2018044852A - Laser emission device, control method and program - Google Patents

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Yukio Hayashi
幸雄 林
阿部 義徳
Yoshinori Abe
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control emission power without requiring installation of a photodiode for dedicated monitors, or the like.SOLUTION: In a laser emission device, an emission unit emits a laser beam while changing the direction of emission. The emitted laser beam is reflected by a reference reflector provided in a prescribed direction of emission, and a receiving unit receives the reflected return beam. Meanwhile, a control unit controls the emission power of the laser beam on the basis of the return beam from the reference reflector.SELECTED DRAWING: Figure 15

Description

本発明は、ライダによるレーザ光の射出パワーの制御に関する。   The present invention relates to control of laser beam emission power by a lidar.

レーザ光を利用して、周囲の物体を検出する装置が知られている。例えば、特許文献1は、目標領域にレーザ光を射出し、物体による反射光に基づいて物体を検出する物体検出装置を記載している。この文献では、レーザ光源のレーザ素子の後面側から射出されたレーザ光をバックモニタ用のフォトダイオードで受光し、その受光量に基づいて射出されるレーザ光のAPC制御を行っている。   Devices that detect surrounding objects using laser light are known. For example, Patent Document 1 describes an object detection device that emits laser light to a target area and detects an object based on reflected light from the object. In this document, laser light emitted from the rear surface side of a laser element of a laser light source is received by a photodiode for back monitoring, and APC control of the emitted laser light is performed based on the amount of received light.

特開2014−48128号公報JP 2014-48128 A

特許文献1の技術では、レーザ光の射出パワーを制御するためにモニタ用のフォトダイオードを設ける必要があるため、装置構成の複雑化や大型化、高コスト化などが生じる。   In the technique of Patent Document 1, since it is necessary to provide a monitoring photodiode in order to control the emission power of laser light, the apparatus configuration becomes complicated, large, and expensive.

本発明の解決しようとする課題としては、上記のものが一例として挙げられる。本発明は、専用のモニタ用フォトダイオードなどを設ける必要なく、射出パワーを制御することが可能なレーザ射出装置を提供することを目的とする。   Examples of the problem to be solved by the present invention include the above. An object of the present invention is to provide a laser emitting apparatus capable of controlling the emission power without providing a dedicated monitor photodiode or the like.

請求項1に記載の発明は、レーザ射出装置であって、射出方向を変えながらレーザ光を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記レーザ光を反射する基準反射体と、前記レーザ光の戻り光を受光する受光部と、前記基準反射体からの戻り光に基づいて、前記射出部から射出される前記レーザ光の射出パワーを制御する制御部と、を備える。   The invention according to claim 1 is a laser emitting device, wherein an emitting unit that emits laser light while changing an emitting direction, a reference reflector that is arranged in a predetermined emitting direction and reflects the laser light, and A light receiving unit that receives the return light of the laser light, and a control unit that controls the emission power of the laser light emitted from the emission unit based on the return light from the reference reflector.

請求項6に記載の発明は、射出方向を変えながらレーザ光を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記レーザ光を反射する基準反射体と、前記レーザ光の戻り光を受光する受光部と、を備えるレーザ射出装置により実行される制御方法であって、前記基準反射体からの戻り光に基づいて、前記射出部から射出される前記レーザ光の射出パワーを制御する制御工程を有する。   According to a sixth aspect of the present invention, an emission unit that emits laser light while changing the emission direction, a reference reflector that is arranged in a predetermined emission direction and reflects the laser light, and a return light of the laser light are received. A control method that is executed by a laser emitting device including a light receiving unit that controls an emission power of the laser beam emitted from the emission unit based on return light from the reference reflector Have

請求項7に記載の発明は、射出方向を変えながらレーザ光を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記レーザ光を反射する基準反射体と、前記レーザ光の戻り光を受光する受光部と、コンピュータと、を備えるレーザ射出装置により実行されるプログラムであって、前記基準反射体からの戻り光に基づいて、前記射出部から射出される前記レーザ光の射出パワーを制御する制御部として前記コンピュータを機能させる。   According to a seventh aspect of the present invention, an emission unit that emits laser light while changing an emission direction, a reference reflector that is arranged in a predetermined emission direction and reflects the laser light, and a return light of the laser light are received. A program that is executed by a laser emitting device that includes a light receiving unit and a computer that controls emission power of the laser light emitted from the emitting unit based on return light from the reference reflector The computer is caused to function as a control unit.

実施例に係るライダの全体構成を示す。1 shows an overall configuration of a rider according to an embodiment. トランスミッタ及びレシーバの構成を示す。The structure of a transmitter and a receiver is shown. 走査光学部の構成を示す。The structure of a scanning optical part is shown. 同期制御部が生成する制御信号のレジスタ設定例を示す。The register setting example of the control signal which a synchronous control part produces | generates is shown. 同期制御部が生成する制御信号の時間的関係を示す。The time relationship of the control signal which a synchronous control part produces | generates is shown. ADC出力信号とゲートの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an ADC output signal and a gate. ADC出力信号とゲートの関係を示す他のグラフである。It is another graph which shows the relationship between an ADC output signal and a gate. ロータリーエンコーダのパルス列の時間的関係を示す。The time relationship of the pulse train of a rotary encoder is shown. 定常状態でのエンコーダパルスとセグメントスロットの時間関係を示す。The time relationship between the encoder pulse and the segment slot in the steady state is shown. DSPによる信号処理のブロック図である。It is a block diagram of the signal processing by DSP. フィルタードセグメントの例を示す。An example of a filtered segment is shown. LDのAPC及びAPDのAGCを行うための構成を示す。A configuration for performing APC of LD and AGC of APD is shown. 基準反射体の配置を概略的に示した図である。It is the figure which showed roughly arrangement | positioning of a reference | standard reflector. 射出パワー及びアバランシェゲインのテーブルの例を示す。An example of a table of injection power and avalanche gain is shown. APC処理のフローチャートである。It is a flowchart of APC processing. AGC処理のフローチャートである。It is a flowchart of AGC processing.

本発明の1つの好適な実施形態では、レーザ射出装置は、射出方向を変えながらレーザ光を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記レーザ光を反射する基準反射体と、前記レーザ光の戻り光を受光する受光部と、前記基準反射体からの戻り光に基づいて、前記射出部から射出される前記レーザ光の射出パワーを制御する制御部と、を備える。   In one preferred embodiment of the present invention, a laser emission device includes an emission unit that emits laser light while changing an emission direction, a reference reflector that is arranged in a predetermined emission direction and reflects the laser light, and A light receiving unit that receives the return light of the laser light, and a control unit that controls the emission power of the laser light emitted from the emission unit based on the return light from the reference reflector.

上記のレーザ射出装置において、射出部は、射出方向を変えながらレーザ光を射出する。射出されたレーザ光は所定の射出方向に配置された基準反射体により反射され、受光部は反射された戻り光を受光する。そして、制御部は、基準反射体からの戻り光に基づいて、レーザ光の射出パワーを制御する。これにより、レーザ光のモニタ用のフォトディテクタなどを設ける必要なく、レーザ光の射出パワーを制御することができる。   In the laser emission apparatus, the emission unit emits laser light while changing the emission direction. The emitted laser light is reflected by a reference reflector disposed in a predetermined emission direction, and the light receiving unit receives the reflected return light. And a control part controls the emission power of a laser beam based on the return light from a reference | standard reflector. As a result, it is possible to control the laser beam emission power without providing a photodetector for monitoring the laser beam.

上記のレーザ射出装置の一態様では、前記射出部は、前記レーザ光を射出するレーザ光源を備え、前記制御部は、前記基準反射体からの戻り光に基づいて、前記レーザ光源への印加電圧を制御する。この態様では、レーザ光源への印加電圧を制御することにより射出パワーが制御される。   In one aspect of the laser emission apparatus, the emission unit includes a laser light source that emits the laser light, and the control unit applies a voltage applied to the laser light source based on return light from the reference reflector. To control. In this aspect, the emission power is controlled by controlling the voltage applied to the laser light source.

上記のレーザ射出装置の他の一態様は、前記基準反射体からの戻り光のピーク振幅値と、前記射出パワーとの関係を示すテーブルを記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記テーブルを参照し、前記戻り光のレベルが目標射出パワーに対応するピーク振幅値となるように前記印加電圧を制御する。好適には、前記テーブルは、前記受光部のゲインが所定値となる条件下における前記基準反射体からの戻り光のピーク振幅値と、前記射出パワーとの関係を示す。   Another aspect of the laser emission apparatus includes a storage unit that stores a table indicating a relationship between a peak amplitude value of return light from the reference reflector and the emission power, and the control unit includes the table. The applied voltage is controlled so that the level of the return light becomes a peak amplitude value corresponding to the target emission power. Preferably, the table shows a relationship between a peak amplitude value of return light from the reference reflector and the emission power under a condition where the gain of the light receiving unit is a predetermined value.

上記のレーザ射出装置の他の一態様は、前記基準反射体以外の物体からの戻り光に基づいて、当該物体の検出及び当該物体までの距離の測定の少なくとも一方を行う検出部を備える。この態様では、基準反射体からの戻り光に基づいてレーザ光の射出パワーが適正に維持された状態で、周囲の物体の検出又はその物体までの距離の測定を行うことができる。   Another aspect of the laser emitting apparatus includes a detection unit that performs at least one of detection of the object and measurement of a distance to the object based on return light from an object other than the reference reflector. In this aspect, the surrounding object can be detected or the distance to the object can be measured in a state where the emission power of the laser beam is appropriately maintained based on the return light from the reference reflector.

本発明の他の好適な実施形態では、射出方向を変えながらレーザ光を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記レーザ光を反射する基準反射体と、前記レーザ光の戻り光を受光する受光部と、を備えるレーザ射出装置により実行される制御方法は、前記基準反射体からの戻り光に基づいて、前記射出部から射出される前記レーザ光の射出パワーを制御する制御工程を有する。この方法によっても、レーザ光のモニタ用のフォトディテクタなどを設ける必要なく、レーザ光の射出パワーを制御することができる。   In another preferred embodiment of the present invention, an emission unit that emits laser light while changing the emission direction, a reference reflector that is arranged in a predetermined emission direction and reflects the laser light, and return light of the laser light And a control step executed by a laser emitting apparatus including a light receiving unit that controls the emission power of the laser beam emitted from the emission unit based on return light from the reference reflector. Have Also by this method, it is possible to control the laser beam emission power without providing a photodetector for monitoring the laser beam.

本発明の他の好適な実施形態では、射出方向を変えながらレーザ光を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記レーザ光を反射する基準反射体と、前記レーザ光の戻り光を受光する受光部と、コンピュータと、を備えるレーザ射出装置により実行されるプログラムは、前記基準反射体からの戻り光に基づいて、前記射出部から射出される前記レーザ光の射出パワーを制御する制御部として前記コンピュータを機能させる。このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記のレーザ射出装置を実現することができる。このプログラムは、記憶媒体に記憶して取り扱うことができる。   In another preferred embodiment of the present invention, an emission unit that emits laser light while changing the emission direction, a reference reflector that is arranged in a predetermined emission direction and reflects the laser light, and return light of the laser light A program executed by a laser emitting device including a light receiving unit that receives light and a computer controls emission power of the laser light emitted from the emitting unit based on return light from the reference reflector The computer is caused to function as a control unit. By executing this program on a computer, the above laser emission apparatus can be realized. This program can be stored and handled in a storage medium.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
[装置構成]
(全体構成)
図1は、実施例に係るライダの全体構成を示す。ライダ1は、繰り返し射出される光パルスの射出方向(以下、「走査方向」という。)を適切に制御することにより周辺空間を走査し、その戻り光を観測することにより、周辺に存在する物体に関する情報(例えば距離やその存在確率あるいは反射率など)を把握する。具体的に、ライダ1は、光パルス(以下、「射出光」と呼ぶ。)Loを射出し、外部の物体(ターゲット)により反射された光パルス(以下、「戻り光」と呼ぶ。)Lrを受光することにより、物体に関する情報を生成する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Device configuration]
(overall structure)
FIG. 1 shows an overall configuration of a rider according to the embodiment. The lidar 1 scans the surrounding space by appropriately controlling the emission direction of the light pulse that is repeatedly emitted (hereinafter referred to as “scanning direction”), and observes the return light to thereby detect an object existing in the vicinity. Information about the distance (for example, distance, existence probability or reflectance). Specifically, the lidar 1 emits a light pulse (hereinafter referred to as “emitted light”) Lo and is reflected by an external object (target) (hereinafter referred to as “returned light”) Lr. Is received to generate information about the object.

図1に示すように、ライダ1は、大別して、システムCPU5と、ASIC10と、トランスミッタ30と、レシーバ40と、走査光学部50とを備える。トランスミッタ30は、ASIC10から供給されるパルストリガ信号PTに応じて幅5nsec程度のレーザ光パルスを繰り返し出力する。トランスミッタ30から出力された光パルスは走査光学部50に導かれる。   As shown in FIG. 1, the lidar 1 roughly includes a system CPU 5, an ASIC 10, a transmitter 30, a receiver 40, and a scanning optical unit 50. The transmitter 30 repeatedly outputs a laser light pulse having a width of about 5 nsec in accordance with the pulse trigger signal PT supplied from the ASIC 10. The light pulse output from the transmitter 30 is guided to the scanning optical unit 50.

走査光学部50は、トランスミッタ30が出力する光パルスを、適切な方向に射出するとともに、この射出パルスが空間中の物体に出会って反射あるいは散乱されることにより戻ってきた戻り光Lrを集光してレシーバ40に導く。レシーバ40は、戻り光Lrの強度に比例した信号をASIC10に出力する。   The scanning optical unit 50 emits the light pulse output from the transmitter 30 in an appropriate direction, and collects the return light Lr that is returned when the emitted pulse encounters an object in space and is reflected or scattered. To the receiver 40. The receiver 40 outputs a signal proportional to the intensity of the return light Lr to the ASIC 10.

ASIC10は、レシーバ40の出力信号を解析することにより、走査空間中の物体に関するパラメータ、例えばその距離を推測して出力する。また、ASIC10は、適切な走査がなされるように、走査光学部50を制御する。更にASIC10はトランスミッタ30とレシーバ40に対して夫々が必要とする高電圧を供給する。   The ASIC 10 analyzes the output signal of the receiver 40 to estimate and output a parameter related to the object in the scanning space, for example, the distance. Further, the ASIC 10 controls the scanning optical unit 50 so that appropriate scanning is performed. Further, the ASIC 10 supplies the transmitter 30 and the receiver 40 with the high voltages required by each.

システムCPU5は、少なくとも、通信インターフェースを通じてASIC10の初期設定、監視、制御を行う。その他の機能は、アプリケーションに応じて異なる。最も単純なライダの場合には、システムCPU5は、ASIC10が出力するターゲット情報TIを適切なフォーマットに変換して出力するのみである。システムCPU5は、例えば、ターゲット情報TIを汎用性の高い点群フォーマットに変換した後、USBインターフェースを通じて出力する。   The system CPU 5 performs initial setting, monitoring, and control of the ASIC 10 through at least a communication interface. Other functions differ depending on the application. In the case of the simplest lidar, the system CPU 5 only converts the target information TI output from the ASIC 10 into an appropriate format and outputs it. For example, the system CPU 5 converts the target information TI into a highly versatile point cloud format, and then outputs it through the USB interface.

(トランスミッタ)
トランスミッタ30は、ASIC10から供給されるパルストリガ信号PTに応じて、幅5nsec程度の光パルスを出力する。トランスミッタ30の構成を図2(A)に示す。トランスミッタ30は、充電抵抗31と、ドライバ回路32と、キャパシタ33と、充電ダイオード34と、レーザダイオード(LD)35と、スイッチ36とを備える。
(Transmitter)
The transmitter 30 outputs an optical pulse having a width of about 5 nsec in response to the pulse trigger signal PT supplied from the ASIC 10. The structure of the transmitter 30 is shown in FIG. The transmitter 30 includes a charging resistor 31, a driver circuit 32, a capacitor 33, a charging diode 34, a laser diode (LD) 35, and a switch 36.

ASIC10から入力されるパルストリガ信号PTは、ドライバ回路32を介してCMOSなどのスイッチ36を駆動する。ドライバ回路32は、スイッチ36を高速駆動するために挿入されている。パルストリガ信号PTの非アサート期間ではスイッチ36は開いており、トランスミッタ30内のキャパシタ33がASIC10から供給される高電圧VTXで充電される。一方、パルストリガ信号PTのアサート期間では、スイッチ36は閉じ、キャパシタ33に充電されていた電荷がLD35を通じて放電される。この結果、LD35から光パルスが出力される。 The pulse trigger signal PT input from the ASIC 10 drives a switch 36 such as a CMOS via the driver circuit 32. The driver circuit 32 is inserted to drive the switch 36 at high speed. During the non-assertion period of the pulse trigger signal PT, the switch 36 is open, and the capacitor 33 in the transmitter 30 is charged with the high voltage V TX supplied from the ASIC 10. On the other hand, in the assertion period of the pulse trigger signal PT, the switch 36 is closed, and the charge charged in the capacitor 33 is discharged through the LD 35. As a result, an optical pulse is output from the LD 35.

(レシーバ)
レシーバ40は、物体からの戻り光Lrの強度に比例した電圧信号を出力する。一般的に、PDあるいはAPDなどの光検出素子は電流出力であるため、レシーバ40はこの電流を電圧に変換(I/V変換)して出力する。レシーバ40の構成を図2(B)に示す。レシーバ40は、APD(Avalanche Photodiode)41と、I/V変換部42と、抵抗45と、キャパシタ46と、ローパスフィルタ(LPF)47とを備える。I/V変換部42は、帰還抵抗43と、オペアンプ44とを備える。
(Receiver)
The receiver 40 outputs a voltage signal proportional to the intensity of the return light Lr from the object. In general, a photodetection element such as a PD or APD has a current output, so the receiver 40 converts this current into a voltage (I / V conversion) and outputs it. The structure of the receiver 40 is shown in FIG. The receiver 40 includes an APD (Avalanche Photodiode) 41, an I / V conversion unit 42, a resistor 45, a capacitor 46, and a low-pass filter (LPF) 47. The I / V conversion unit 42 includes a feedback resistor 43 and an operational amplifier 44.

本実施例では、光検出素子としてAPD41が使用されている。APD41には、ASIC10から供給される高電圧VRXが逆バイアスとして印加されており、物体からの戻り光Lrに比例した検出電流が流れる。APD41の降伏電圧に近い逆バイアスを印加することにより、高いアバランチゲインを得ることができ、微弱な戻り光も検出することが可能となる。最終段のLPF47は、ASIC10内のADC20によるサンプリングに先立って、信号の帯域幅を制限する目的で設置されている。本実施例では、ADC20のサンプリング周波数は512MHzであり、LPF47の遮断周波数は250MHz程度となっている。 In the present embodiment, APD 41 is used as the light detection element. A high voltage V RX supplied from the ASIC 10 is applied to the APD 41 as a reverse bias, and a detection current proportional to the return light Lr from the object flows. By applying a reverse bias close to the breakdown voltage of the APD 41, a high avalanche gain can be obtained and a weak return light can be detected. The LPF 47 at the final stage is installed for the purpose of limiting the signal bandwidth prior to sampling by the ADC 20 in the ASIC 10. In this embodiment, the sampling frequency of the ADC 20 is 512 MHz, and the cutoff frequency of the LPF 47 is about 250 MHz.

(走査光学部)
走査光学部50は、トランスミッタ30から入力される光パルスを射出光Loとして適切な方向に射出するとともに、この射出光Loが空間中の物体に出会って反射あるいは散乱されることにより戻ってきた戻り光Lrをレシーバ40に導く。走査光学部50の構成例を図3に示す。走査光学部50は、回転ミラー61と、コリメータレンズ62と、集光レンズ64と、光学フィルタ65と、同軸ミラー66と、ロータリーエンコーダ67とを備える。
(Scanning optics)
The scanning optical unit 50 emits the light pulse input from the transmitter 30 as an emitted light Lo in an appropriate direction, and returns when the emitted light Lo encounters an object in space and is reflected or scattered. The light Lr is guided to the receiver 40. A configuration example of the scanning optical unit 50 is shown in FIG. The scanning optical unit 50 includes a rotary mirror 61, a collimator lens 62, a condenser lens 64, an optical filter 65, a coaxial mirror 66, and a rotary encoder 67.

トランスミッタ30のLD35から出力された光パルスは、コリメータレンズ62に入光する。コリメータレンズ62は、レーザ光を適切な発散角度に(一般的には0〜1°程度に)コリメートする。コリメータレンズ62からの射出光は小型の同軸ミラー66により鉛直下方に反射され、回転ミラー61の回転軸(中心)に入光する。回転ミラー61は、鉛直上方より入射するレーザ光を水平方向に反射して、走査空間に射出する。回転ミラー61はモータ54の回転部に取り付けられており、回転ミラー61によって反射されたレーザ光はモータ54の回転に伴って射出光Loとして水平平面を走査する。 The light pulse output from the LD 35 of the transmitter 30 enters the collimator lens 62. The collimator lens 62 collimates the laser light at an appropriate divergence angle (generally, about 0 to 1 °). The light emitted from the collimator lens 62 is reflected vertically downward by a small coaxial mirror 66 and enters the rotation axis (center) of the rotary mirror 61. The rotating mirror 61 reflects the laser beam incident from vertically above in the horizontal direction and emits it to the scanning space. The rotating mirror 61 is attached to the rotating portion of the motor 54, and the laser beam reflected by the rotating mirror 61 scans the horizontal plane as the emitted light Lo as the motor 54 rotates.

走査空間に存在する物体により反射あるいは散乱されることでライダ1に戻ってきた戻り光Lrは、回転ミラー61により鉛直上方向に反射され、光学フィルタ65に入射する。光学フィルタ65には、戻り光Lrに加えて、物体が太陽等により照らされていることによって生じる背景光も入射する。光学フィルタ65は、こうした背景光を選択的に排除するために設置されている。具体的には、光学フィルタ65は、射出光Loの波長(本実施例では905nm)の前後±10nm程度の成分のみを選択的に通過せしめる。光学フィルタ65の通過帯域が広い場合には、多くの背景光が後続段のレシーバ40に入光することになる。この結果、レシーバ40内のAPD41の出力には大きなDC電流成分が現れることとなり、このDC成分に起因するショット雑音(背景光ショット雑音)の影響によりSNが劣化することとなり、好ましくない。しかしながら、通過帯域が過度に狭い場合には、射出光自体も抑圧されることになり、好ましくない。集光レンズ64は、光学フィルタ65を通過した光を集光して、レシーバ40のAPD41へと導く。   The return light Lr returned to the lidar 1 by being reflected or scattered by an object existing in the scanning space is reflected vertically upward by the rotating mirror 61 and enters the optical filter 65. In addition to the return light Lr, background light generated when the object is illuminated by the sun or the like also enters the optical filter 65. The optical filter 65 is installed to selectively exclude such background light. Specifically, the optical filter 65 selectively allows only a component of about ± 10 nm before and after the wavelength of the emitted light Lo (905 nm in this embodiment). When the pass band of the optical filter 65 is wide, a lot of background light enters the receiver 40 at the subsequent stage. As a result, a large DC current component appears in the output of the APD 41 in the receiver 40, and the SN deteriorates due to the influence of shot noise (background light shot noise) caused by this DC component, which is not preferable. However, when the pass band is excessively narrow, the emitted light itself is suppressed, which is not preferable. The condensing lens 64 condenses the light that has passed through the optical filter 65 and guides it to the APD 41 of the receiver 40.

モータ54には、走査方向を検出するために、ロータリーエンコーダ67が取り付けられている。ロータリーエンコーダ67は、モータ回転部に取り付けられた回転盤68と、モータベースに取り付けられたコード検出器69とを備える。回転盤68の外周にはモータ54の回転角度を表すスリットが刻まれており、コード検出器69はこれを読み取り出力する。なお、ロータリーエンコーダ67の具体的仕様、及びその出力に基づくモータ制御については、後述する。   A rotary encoder 67 is attached to the motor 54 in order to detect the scanning direction. The rotary encoder 67 includes a turntable 68 attached to the motor rotating unit and a code detector 69 attached to the motor base. A slit indicating the rotation angle of the motor 54 is formed on the outer periphery of the rotating disk 68, and the code detector 69 reads and outputs this. Note that specific specifications of the rotary encoder 67 and motor control based on the output will be described later.

以上の構成では、コリメータレンズ62が図1に示す送信光学系51を構成し、回転ミラー61とモータ54が図1に示す走査部55を構成し、光学フィルタ65と集光レンズ64が図1に示す受信光学系52を構成し、ロータリーエンコーダ67が図1における走査方向検出部53を構成している。   In the above configuration, the collimator lens 62 constitutes the transmission optical system 51 shown in FIG. 1, the rotating mirror 61 and the motor 54 constitute the scanning unit 55 shown in FIG. 1, and the optical filter 65 and the condenser lens 64 are shown in FIG. 1 and the rotary encoder 67 constitutes the scanning direction detector 53 in FIG.

(ASIC)
ASIC10は、射出光パルスのタイミング制御、APD出力信号のAD変換などを行う。また、ASIC10は、AD変換出力に対して適切な信号処理を施すことにより、物体に関するパラメータ(距離、戻り光強度など)の推定を行い、その推定結果を外部に出力する。図1に示すように、ASIC10は、レジスタ部11と、クロック生成部12と、同期制御部13と、ゲート抽出部14と、受信セグメントメモリ15と、DSP16と、トランスミッタ用高電圧生成部(TXHV)17と、レシーバ用高電圧生成部(RXHV)18と、プリアンプ19と、AD変換器(ADC)20と、走査制御部21とを備える。
(ASIC)
The ASIC 10 performs timing control of the emitted light pulse, AD conversion of the APD output signal, and the like. Further, the ASIC 10 estimates parameters (distance, return light intensity, etc.) related to the object by performing appropriate signal processing on the AD conversion output, and outputs the estimation result to the outside. As shown in FIG. 1, the ASIC 10 includes a register unit 11, a clock generation unit 12, a synchronization control unit 13, a gate extraction unit 14, a reception segment memory 15, a DSP 16, and a transmitter high voltage generation unit (TXHV). ) 17, a receiver high voltage generation unit (RXHV) 18, a preamplifier 19, an AD converter (ADC) 20, and a scanning control unit 21.

レジスタ部11には、外部プロセッサであるシステムCPU5との通信用のレジスタが配置されている。レジスタ部11に設けられるレジスタは、外部からの参照のみが可能なRレジスタと、外部から設定が可能なWレジスタとに大別される。Rレジスタは、主にASIC内部のステイタス値を保持しており、システムCPU5はこれらの値を通信インターフェースを通じて読み取ることで、ASIC10の内部ステイタスを監視できる。一方、Wレジスタは、ASIC10の内部で参照される各種パラメータ値を保持する。これらの各種パラメータ値は、通信インターフェースを通じてシステムCPU5から設定できる。なお、通信用レジスタは、フリップフロップにより実現してもよく、RAMとして実現してもよい。   The register unit 11 includes a register for communication with the system CPU 5 which is an external processor. The registers provided in the register unit 11 are roughly classified into R registers that can only be referenced from the outside and W registers that can be set from the outside. The R register mainly holds status values inside the ASIC, and the system CPU 5 can monitor the internal status of the ASIC 10 by reading these values through the communication interface. On the other hand, the W register holds various parameter values referred to inside the ASIC 10. These various parameter values can be set from the system CPU 5 through the communication interface. Note that the communication register may be realized by a flip-flop or a RAM.

クロック生成部12は、システムクロックSCKを生成し、ASIC10内の各ブロックに供給する。ASIC10の多くのブロックは、システムクロックSCKに同期して動作する。本実施例ではシステムクロックSCKの周波数は512MHzとする。システムクロックSCKは、外部より入力されるリファレンスクロックRCKに同期するように、PLLで生成される。通常、リファレンスクロックRCKの発生源には水晶発振器が用いられる。   The clock generation unit 12 generates a system clock SCK and supplies it to each block in the ASIC 10. Many blocks of the ASIC 10 operate in synchronization with the system clock SCK. In this embodiment, the frequency of the system clock SCK is 512 MHz. The system clock SCK is generated by a PLL so as to be synchronized with a reference clock RCK input from the outside. Usually, a crystal oscillator is used as a generation source of the reference clock RCK.

TXHV17は、トランスミッタ30が必要とするDC高電圧(100V程度)を生成する。この高電圧は、DCDCコンバータ回路によって、低電圧(5V〜15V程度)を昇圧することによって生成される。   The TXHV 17 generates a DC high voltage (about 100 V) required by the transmitter 30. The high voltage is generated by boosting a low voltage (about 5V to 15V) by a DCDC converter circuit.

RXHV18は、レシーバ40が必要とするDC高電圧(100V程度)を生成する。この高電圧は、DCDCコンバータ回路によって、低電圧(5V〜15V程度)を昇圧することによって生成される。   The RXHV 18 generates a DC high voltage (about 100 V) required by the receiver 40. The high voltage is generated by boosting a low voltage (about 5V to 15V) by a DCDC converter circuit.

同期制御部13は、各種の制御信号を生成し出力する。本実施例における同期制御部13は、2つの制御信号、即ち、パルストリガ信号PTとADゲート信号GTを出力する。これらの制御信号の設定例を図4に示し、それらの時間的関係を図5に示す。図5に示すように、これらの制御信号は所定の間隔で分割された時間区間(セグメントスロット)に同期して生成される。セグメントスロットの時間区間幅(セグメント周期)は「nSeg」で設定可能である。本実施例では、特記ない範囲において、「nSeg=8192」に設定されているものとする。   The synchronization control unit 13 generates and outputs various control signals. The synchronization control unit 13 in this embodiment outputs two control signals, that is, a pulse trigger signal PT and an AD gate signal GT. An example of setting these control signals is shown in FIG. 4, and their temporal relationship is shown in FIG. As shown in FIG. 5, these control signals are generated in synchronization with time intervals (segment slots) divided at a predetermined interval. The time interval width (segment period) of the segment slot can be set by “nSeg”. In the present embodiment, it is assumed that “nSeg = 8192” is set in a range not specifically mentioned.

パルストリガ信号PTは、ASIC10の外部に設けられたトランスミッタ30に供給される。トランスミッタ30は、パルストリガ信号PTに応じて光パルスを出力する。パルストリガ信号PTについては、セグメントスロット始点に対する遅延「dTrg」とパルス幅「wTrg」を設定可能である。なお、パルス幅wTrgは、狭すぎるとトランスミッタ30が反応しないため、トランスミッタ30のトリガ応答仕様に鑑みて決定される。   The pulse trigger signal PT is supplied to a transmitter 30 provided outside the ASIC 10. The transmitter 30 outputs an optical pulse according to the pulse trigger signal PT. For the pulse trigger signal PT, the delay “dTrg” and the pulse width “wTrg” with respect to the segment slot start point can be set. Note that the pulse width wTrg is determined in view of the trigger response specification of the transmitter 30 because the transmitter 30 does not respond if it is too narrow.

ADゲート信号GTは、ゲート抽出部14に供給される。後述するように、ゲート抽出部14は、ADC20から入力されるADC出力信号のうち、ADゲート信号GTのアサート区間のみを抽出して受信セグメントメモリ15に格納する。ADゲート信号GTについては、セグメントスロット始点に対する遅延時間「dGate」とゲート幅「wGate」を設定可能である。   The AD gate signal GT is supplied to the gate extraction unit 14. As will be described later, the gate extraction unit 14 extracts only the asserted period of the AD gate signal GT from the ADC output signal input from the ADC 20 and stores it in the reception segment memory 15. For the AD gate signal GT, the delay time “dGate” and the gate width “wGate” with respect to the segment slot start point can be set.

プリアンプ19は、ASIC10の外部に設置されたレシーバ40から入力されるアナログ電圧信号を電圧増幅し、後続のADC20に供給する。なお、プリアンプ19の電圧ゲインはWレジスタにより設定可能である。   The preamplifier 19 amplifies the analog voltage signal input from the receiver 40 installed outside the ASIC 10 and supplies the amplified voltage to the subsequent ADC 20. The voltage gain of the preamplifier 19 can be set by the W register.

ADC20は、プリアンプ19の出力信号をAD変換してデジタル系列に変換する。本実施例においては、ADC20のサンプリングクロックとしてシステムクロックSCKが使用されており、ADC20の入力信号は512MHzでサンプリングされる。   The ADC 20 performs AD conversion on the output signal of the preamplifier 19 to convert it into a digital series. In this embodiment, the system clock SCK is used as the sampling clock of the ADC 20, and the input signal of the ADC 20 is sampled at 512 MHz.

ゲート抽出部14は、ADC20から入力されるADC出力信号のうち、ADゲート信号GTのアサート区間のみを抽出して受信セグメントメモリ15に格納する。ゲート抽出部14により抽出された区間信号を以下「受信セグメント信号RS」と呼ぶ。即ち、受信セグメント信号RSは、ベクター長がゲート幅wGateに等しい実数ベクトルである。   The gate extraction unit 14 extracts only the asserted period of the AD gate signal GT from the ADC output signal input from the ADC 20 and stores it in the reception segment memory 15. The section signal extracted by the gate extraction unit 14 is hereinafter referred to as “reception segment signal RS”. That is, the reception segment signal RS is a real vector whose vector length is equal to the gate width wGate.

ここで、ADC出力信号と受信セグメントとの関係、及びゲート位置の設定について説明する。図6(A)はセグメントスロットを示している。図6(B)に示すように、パルストリガ信号PTはセグメントスロット始点に対してdTrgだけ遅れてアサートされる。図6の例ではdTrg=0であるので、パルストリガ信号PTはセグメントスロット始点でアサートされる。図6(C)は、ライダの走査原点に物体が置かれている場合のADC出力信号(受信セグメント信号RS)を示している。即ち、図6(C)は、ターゲット距離(動径R)が0mの場合の受信セグメント信号RSを例示している。図示のように、R=0mの場合であっても、受信パルスの立ち上がりは、パルストリガ信号の立ち上がりよりシステム遅延DSYSだけ遅れて観測される。なお、システム遅延DSYSの発生要因としては、トランスミッタ30内のLDドライバ回路の電気的遅延、送信光学系51での光学的遅延、受信光学系52での光学的遅延、レシーバ40での電気的遅延、ADC20での変換遅延などが考えられる。 Here, the relationship between the ADC output signal and the reception segment and the setting of the gate position will be described. FIG. 6A shows a segment slot. As shown in FIG. 6B, the pulse trigger signal PT is asserted with a delay of dTrg with respect to the segment slot start point. In the example of FIG. 6, since dTrg = 0, the pulse trigger signal PT is asserted at the segment slot start point. FIG. 6C shows an ADC output signal (received segment signal RS) when an object is placed at the scanning origin of the lidar. That is, FIG. 6C illustrates the received segment signal RS when the target distance (radial radius R) is 0 m. As shown in the figure, even when R = 0 m, the rising edge of the received pulse is observed with a delay of the system delay D SYS from the rising edge of the pulse trigger signal. The system delay D SYS is caused by the electrical delay of the LD driver circuit in the transmitter 30, the optical delay in the transmission optical system 51, the optical delay in the reception optical system 52, and the electrical delay in the receiver 40. A delay, a conversion delay in the ADC 20, and the like can be considered.

図6(D)は、物体が動径Rに置かれている場合の受信セグメント信号RSを例示している。この場合には、図6(C)と比べて、走査原点から物体までの光の往復時間だけ、遅延が増加することになる。この増加した遅延が、いわゆる「TOF(Time Of Flight)遅延」である。このTOF遅延をDサンプルとするならば、動径Rは下記の式で算出できる。
FIG. 6D illustrates the received segment signal RS when the object is placed on the moving radius R. In this case, as compared with FIG. 6C, the delay increases by the round-trip time of light from the scanning origin to the object. This increased delay is a so-called “TOF (Time Of Flight) delay”. If this TOF delay is D samples, the radius R can be calculated by the following equation.

図6(F)は、dGate=0の場合のADゲート信号GTを例示するものである。前述したとおり、ゲート抽出部14は、ADC出力信号から、ADゲート信号GTのアサート区間のみを抽出する。後述するDSP16は、この抽出区間のみに基づいて、物体に関するパラメータ推定を行う。したがって、TOF遅延時間が大きい場合には、物体からの戻りパルス成分がゲートからはみ出してしまい正当なパラメータ推定が行えない。正当なパラメータ推定が行われるためにはTOF遅延時間Dが次式を満たしていることが必要となる
FIG. 6F illustrates the AD gate signal GT when dGate = 0. As described above, the gate extraction unit 14 extracts only the assert period of the AD gate signal GT from the ADC output signal. The DSP 16, which will be described later, performs parameter estimation on the object based only on this extraction section. Therefore, when the TOF delay time is long, the return pulse component from the object protrudes from the gate, and a valid parameter cannot be estimated. In order to perform proper parameter estimation, it is necessary that the TOF delay time D satisfies the following equation:

ここでLIRはシステムの総合インパルス応答の長さであり、DMAXは正当なパラメータ推定が可能な最大TOF遅延時間として定義される。図6(E)は、TOF遅延時間がこの最大TOF遅延時間に等しい場合の受信セグメント信号RSを例示している。 Here, L IR is the length of the overall impulse response of the system, and D MAX is defined as the maximum TOF delay time that allows valid parameter estimation. FIG. 6E illustrates the received segment signal RS when the TOF delay time is equal to the maximum TOF delay time.

図7は、図6と同様の図であるが、ゲート遅延dGateがシステム遅延時間に等しく設定された場合の各信号を例示するものである。このように設定することで、より遠い距離の物体まで、正当なパラメータ推定が可能となる。   FIG. 7 is a diagram similar to FIG. 6 but illustrates each signal when the gate delay dGate is set equal to the system delay time. By setting in this way, it is possible to estimate a valid parameter up to an object at a longer distance.

走査制御部21は、ASIC10の外部に設置されたロータリーエンコーダ67の出力を監視し、これに基づいてモータ54の回転を制御する。具体的には、走査制御部21は、走査光学部50のロータリーエンコーダ67(走査方向検出部53)から出力される走査方向情報SDIに基づいて、トルク制御信号TCをモータ54に供給する。本実施例におけるロータリーエンコーダ67は、A相とZ相の2つのパルス列(以下、「エンコーダパルス」と呼ぶ。)を出力する。両パルス列の時間関係を図8(A)に示す。図示のように、A相については、モータ54の回転1°毎に1パルスが生成出力される。従って、モータ54の1回転毎に360のA相エンコーダパルスが生成出力されることになる。一方、Z相については、モータ54の1回転につき1パルスが、所定の回転角に対応して、生成出力される。   The scanning control unit 21 monitors the output of the rotary encoder 67 installed outside the ASIC 10, and controls the rotation of the motor 54 based on this. Specifically, the scanning control unit 21 supplies the torque control signal TC to the motor 54 based on the scanning direction information SDI output from the rotary encoder 67 (scanning direction detection unit 53) of the scanning optical unit 50. The rotary encoder 67 in the present embodiment outputs two pulse trains of A phase and Z phase (hereinafter referred to as “encoder pulses”). The time relationship between both pulse trains is shown in FIG. As shown in the figure, for the A phase, one pulse is generated and output every 1 ° of rotation of the motor 54. Therefore, 360 A-phase encoder pulses are generated and output every rotation of the motor 54. On the other hand, for the Z phase, one pulse per rotation of the motor 54 is generated and output corresponding to a predetermined rotation angle.

走査制御部21は、エンコーダパルスの立ち上がり時刻をシステムクロックSCKのカウンタ値として計測し、これが所望の値となるようにモータ54のトルクを制御する。即ち、走査制御部21は、エンコーダパルスとセグメントスロットが所望の時間関係となるようにモータ54をPLL制御する。   The scanning control unit 21 measures the rise time of the encoder pulse as a counter value of the system clock SCK, and controls the torque of the motor 54 so that this becomes a desired value. That is, the scanning control unit 21 performs PLL control of the motor 54 so that the encoder pulse and the segment slot have a desired time relationship.

エンコーダパルスとセグメントスロットの時間関係は、図8(B)に示されるWレジスタによって設定可能となっている。「nPpr」には、モータ回転毎のA相エンコーダパルス数が設定される。これは、ロータリーエンコーダ67の仕様で決まる値であり、本実施例では前述の360が設定される。「nRpf」はフレーム毎の回転数を与えるものであり、「nSpf」はフレーム毎のセグメント数を与えるものである。また、「dSmpA」、「dSmpZ」は、エンコーダパルスの立ち上がりとセグメントスロットとの時間関係をサンプルクロック単位で調整するために用意されており、エンコーダパルスのセグメントスロット始点に対する遅延を規定することができる。一方、「dSegZ」は、Z相パルスの立ち上がりとフレームとの時間関係をセグメント単位で調整するために用意されている。   The time relationship between the encoder pulse and the segment slot can be set by the W register shown in FIG. In “nPpr”, the number of A-phase encoder pulses for each motor rotation is set. This is a value determined by the specification of the rotary encoder 67. In the present embodiment, the above-described 360 is set. “NRpf” gives the number of rotations for each frame, and “nSpf” gives the number of segments for each frame. “DSmpA” and “dSmpZ” are prepared for adjusting the time relationship between the rising edge of the encoder pulse and the segment slot in units of sample clocks, and can define the delay of the encoder pulse with respect to the segment slot start point. . On the other hand, “dSegZ” is prepared for adjusting the time relationship between the rise of the Z-phase pulse and the frame in units of segments.

定常状態でのエンコーダパルスとセグメントスロットの時間関係を図9に示す。図示のように、デフォルト設定においては、1フレームは1800のセグメントから構成され、1フレームでモータ54は1回転することになる。   FIG. 9 shows the time relationship between the encoder pulse and the segment slot in the steady state. As shown in the figure, in the default setting, one frame is composed of 1800 segments, and the motor 54 makes one rotation in one frame.

(DSP)
DSP16の行う信号処理のブロックダイアグラムを図10(A)に示す。図示のように、DSP16は、受信フィルタ71と、ピーク検出器72と、判定部73と、フォーマッタ74とを備える。DSP16は、受信セグメントメモリ15から受信セグメントyfrm,segを順次的に読み出して、これに対して処理を行う。ここで、「frm」はフレームインデックス、「seg」はセグメントインデックスである。以下、誤解の恐れのない範囲でこれらインデックスの表記を省略する。受信セグメントyはベクター長wGateの実数ベクトルであり、次式で表される。
(DSP)
A block diagram of signal processing performed by the DSP 16 is shown in FIG. As illustrated, the DSP 16 includes a reception filter 71, a peak detector 72, a determination unit 73, and a formatter 74. The DSP 16 sequentially reads the received segments y frm and seg from the received segment memory 15 and processes them. Here, “frm” is a frame index, and “seg” is a segment index. Hereinafter, the description of these indexes is omitted within a range where there is no risk of misunderstanding. The reception segment y is a real vector having a vector length wGate and is represented by the following expression.

受信フィルタ71は、受信セグメントyに対して、所定のインパルス応答を畳み込んで、フィルタードセグメントzを算出する。ピーク検出部72は、フィルタードセグメントz内で振幅が最大となる点、即ちピーク点を検出し、当該ピーク点の遅延Dと振幅Aを出力する。判定部73は、振幅Aが所定の閾値tDetより大きい点のみを選択的にフォーマッタ74に送る。フォーマッタ74は、遅延Dと振幅A、及び当該セグメントのフレームインデックスfrm、セグメントインデックスsegを、適切なフォーマットに変換して外部に出力する。以下、各ブロックについて詳しく説明する。   The reception filter 71 convolves a predetermined impulse response with the reception segment y to calculate a filtered segment z. The peak detector 72 detects the point where the amplitude is maximum in the filtered segment z, that is, the peak point, and outputs the delay D and the amplitude A of the peak point. The determination unit 73 selectively sends only the points where the amplitude A is larger than the predetermined threshold value tDet to the formatter 74. The formatter 74 converts the delay D and amplitude A, the frame index frm and the segment index seg of the segment into appropriate formats, and outputs them to the outside. Hereinafter, each block will be described in detail.

受信フィルタ部71は、受信セグメントyに対して、所定のインパルス応答hを畳み込んで(巡回畳みこみ)、フィルタードセグメントzを算出する。受信フィルタ部71のインパルス応答はWレジスタで設定可能であり、フィルタ出力でのSNRが大きくなるように予めシステムCPU5によって設定される。   The reception filter unit 71 calculates a filtered segment z by convolving a predetermined impulse response h with the reception segment y (cyclic convolution). The impulse response of the reception filter unit 71 can be set by the W register, and is set in advance by the system CPU 5 so as to increase the SNR at the filter output.

例えば、フィルタインパルス応答hは、次式を満たすように設定される。このように設定することで、雑音が白色である場合で、かつシステム総合インパルス応答がwGateに対して有意に短い場合には、オプティマルな性能(高SNR)を実現できる。
上式において、リファレンスパルスgは走査原点(R=0m)に物体を置いた場合に観測される受信セグメント波形であり、トランスミッタ30とレシーバ40を含むシステム全体の総合インパルス応答を代表している。実際に走査原点に物体を置くことが困難な場合には、例えばR=1mでの受信セグメント波形を観測し、これを数学的に時間シフトすることで、等価的にリファレンスパルスを測定すれば良い。
For example, the filter impulse response h is set so as to satisfy the following expression. With this setting, when the noise is white and the system total impulse response is significantly shorter than wGate, optimal performance (high SNR) can be realized.
In the above equation, the reference pulse g is a received segment waveform observed when an object is placed at the scanning origin (R = 0 m), and represents the overall impulse response of the entire system including the transmitter 30 and the receiver 40. If it is difficult to actually place an object at the scanning origin, for example, the received segment waveform at R = 1 m is observed, and the reference pulse can be measured equivalently by mathematically shifting this time. .

ピーク検出部72は、フィルタードセグメント内で振幅が最大となる点、即ち、ピーク点をサブサンプル精度で検出し、当該ピーク点の遅延Dと振幅Aを出力する。図11に、R=10mの場合のフィルタードセグメントを例示する。図中の曲線が標本化する前の連続時間波形を表しており、丸点が標本点を示している。ピーク検出部72は、標本化系列に基づいて連続時間系でのピーク位置を算出する。図11の例ではフィルタードセグメント{zk:k=0,1,・・・,1023}上でサンプル単位でのピーク位置はk=34である。一方、連続時間波形での、即ち、サブサンプル精度でのピーク位置は、
D=R・Fsmp/(c/2)=34.157
である。ピーク検出部72は、このサブサンプル精度でのピーク点について、その遅延D と、その振幅Aを推定算出する。
The peak detector 72 detects the point where the amplitude is maximum within the filtered segment, that is, the peak point with sub-sample accuracy, and outputs the delay D and the amplitude A of the peak point. FIG. 11 illustrates a filtered segment when R = 10 m. The curve in the figure represents a continuous time waveform before sampling, and a round dot indicates a sampling point. The peak detector 72 calculates the peak position in the continuous time system based on the sampling series. In the example of FIG. 11, the peak position in units of samples on the filtered segment {zk: k = 0, 1,..., 1023} is k = 34. On the other hand, the peak position in the continuous time waveform, that is, the sub-sample accuracy is
D = R · Fsmp / (c / 2) = 34.157
It is. The peak detector 72 estimates and calculates the delay D 1 and the amplitude A of the peak point with the sub-sample accuracy.

サブサンプル精度でのピーク点検出処理には、各種のアルゴリズムが適用可能である。以下にその一例を示す。
(手順1)振幅が最大であるサンプル点(図11ではP点)を求める。
(手順2)手順1で求めた点(P点)、及びその前後の点(A点、B点)について、これら3点を通る二次曲線を求める。
(手順3)手順2で求めた二次曲線の極大点として遅延D、振幅Aを求める。
Various algorithms can be applied to the peak point detection process with sub-sample accuracy. An example is shown below.
(Procedure 1) A sample point (point P in FIG. 11) having the maximum amplitude is obtained.
(Procedure 2) A quadratic curve passing through these three points is obtained for the point (P point) obtained in Procedure 1 and the points before and after it (Point A and Point B).
(Procedure 3) The delay D and the amplitude A are obtained as the maximum points of the quadratic curve obtained in the procedure 2.

判定部73は、ピーク検出部72から出力されるピーク点情報D,A(遅延D,振幅A)に基づいて、当該検出点に物体が存在するか否かの判定を行う。この判定は、ピーク点の振幅Aと判定閾値tDecとを比較することによって行われる。具体的には、判定部73は、A>tDecの場合に「物体が存在する」と判定し、当該ピーク点情報を出力する。一方、判定部73は、A≦tDecの場合は「物体が存在しない」と判定し、当該ピーク点情報を出力しない。   Based on the peak point information D and A (delay D, amplitude A) output from the peak detection unit 72, the determination unit 73 determines whether or not an object exists at the detection point. This determination is performed by comparing the amplitude A of the peak point with the determination threshold value tDec. Specifically, the determination unit 73 determines that “the object exists” when A> tDec, and outputs the peak point information. On the other hand, if A ≦ tDec, the determination unit 73 determines that “the object does not exist” and does not output the peak point information.

フォーマッタ74は、判定部73から出力されるピーク点情報D,Aと当該ピーク点に対応する走査情報(フレームインデックスfrm、セグメントインデックスseg)をユーザー(上位システム)が使いやすい形式に変換する。本実施例におけるフォーマッタ74は、以下のフォーマット変換を行う。
(1)フレームインデックスfrmは、そのまま出力する。
(2)セグメントインデックスsegは、水平走査角度θに変換して出力する。
(3)遅延Dは、動径(距離)Rに変換して出力する(R=D(c/2)/Fsmp)。
(4)振幅Aは、そのまま出力する。
(5)振幅A、動径Rから反射率Uを算出して出力する(U=A/Ψ(R))。
ここで、関数Ψ(R)は反射率変換テーブルであり、外部CPUから設定可能である。同テーブルを、動径Rに設置された反射率100%のランバート拡散体から得られるピーク振幅の期待値に設定しておくことで、誤差の少ない反射率推定が可能となる。
The formatter 74 converts the peak point information D, A output from the determination unit 73 and the scanning information (frame index frm, segment index seg) corresponding to the peak point into a format that is easy for the user (higher system) to use. The formatter 74 in this embodiment performs the following format conversion.
(1) The frame index frm is output as it is.
(2) The segment index seg is converted into a horizontal scanning angle θ and output.
(3) The delay D is converted into a radius vector (distance) R and output (R = D (c / 2) / Fsmp).
(4) The amplitude A is output as it is.
(5) The reflectance U is calculated from the amplitude A and the radius vector R and output (U = A / Ψ (R)).
Here, the function Ψ (R) is a reflectance conversion table and can be set from an external CPU. By setting this table to the expected value of the peak amplitude obtained from a Lambertian diffuser with 100% reflectivity installed at the radius R, reflectivity estimation with less error can be performed.

上記の構成において、トランスミッタ30は本発明の射出部の一例であり、レシーバ40は本発明の受光部の一例であり、DSP16は本発明の制御部の一例であり、LD35は本発明のレーザ光源の一例である。   In the above configuration, the transmitter 30 is an example of the emission unit of the present invention, the receiver 40 is an example of the light receiving unit of the present invention, the DSP 16 is an example of the control unit of the present invention, and the LD 35 is the laser light source of the present invention. It is an example.

[射出光パルスのAPC]
次に、トランスミッタ30から射出される光パルスのAPC(Automatic Gain Control)について説明する。通常、LD35への印加電圧が一定に保たれたとしても、LDの個体ばらつき、温度変化、経年変化などが原因でLD35からの射出パワーは一定とはならない。このため、LD35のAPCが必要となる。本実施例では、ライダ1の特定の走査方向に基準反射体を配置し、当該基準反射体で反射された戻り光に基づいてAPCを行う。まず、基準反射体について説明する。
[APC of emitted light pulse]
Next, APC (Automatic Gain Control) of an optical pulse emitted from the transmitter 30 will be described. Usually, even if the voltage applied to the LD 35 is kept constant, the emission power from the LD 35 is not constant due to individual variations of LD, temperature changes, aging changes, and the like. For this reason, APC of LD35 is required. In this embodiment, a reference reflector is arranged in a specific scanning direction of the lidar 1 and APC is performed based on the return light reflected by the reference reflector. First, the reference reflector will be described.

(基準反射体)
図13(A)は、基準反射体7の配置を概略的に示した図である。図13(A)では、基準反射体7は、走査部55等を収容する略円筒状のライダ1の筺体25付近に配置されている。ここで、基準反射体7は、走査部55により走査される360度の射出光Loの照射方向のうち、ライダ1が物体を検出する方向以外の方向である検出対象外方向(矢印A1参照)に設けられている。図13(A)の例では、基準反射体7は、角度「θa」(例えば60度)分の射出光Loが照射されるライダ1の後方の筺体25の壁面に存在している。この場合、基準反射体7は、例えば、射出光Lo及び戻り光Lrを透過させる筺体25の透明カバーの内側に設けられる。以後では、走査部55による1回分の走査が行われる期間(即ち1つのフレーム期間)内において、基準反射体7に照射された射出光LoをAPD41が受光する期間を「基準反射体期間」とも呼ぶ。基準反射体期間は、基準反射体7に射出光Loが照射される各走査角度に対応する複数のセグメント期間を含む。
(Reference reflector)
FIG. 13A is a diagram schematically showing the arrangement of the reference reflector 7. In FIG. 13A, the reference reflector 7 is disposed in the vicinity of the housing 25 of the substantially cylindrical lidar 1 that accommodates the scanning unit 55 and the like. Here, the reference reflector 7 is a direction outside the detection target that is a direction other than the direction in which the lidar 1 detects the object among the irradiation directions of the emitted light Lo of 360 degrees scanned by the scanning unit 55 (see arrow A1). Is provided. In the example of FIG. 13A, the reference reflector 7 exists on the wall surface of the casing 25 behind the lidar 1 irradiated with the emitted light Lo for an angle “θa” (for example, 60 degrees). In this case, the reference reflector 7 is provided, for example, inside the transparent cover of the casing 25 that transmits the emission light Lo and the return light Lr. Hereinafter, a period in which the APD 41 receives the emitted light Lo irradiated to the reference reflector 7 within a period in which the scanning unit 55 performs one scan (that is, one frame period) is also referred to as a “reference reflector period”. Call. The reference reflector period includes a plurality of segment periods corresponding to each scanning angle at which the reference reflector 7 is irradiated with the emitted light Lo.

図13(B)は、図13(A)の例において、基準反射体7が配置される方向に射出光Loが射出された状態を示す。基準反射体7は、射出光Loが入射した場合、射出光Loを所定の反射率で反射する。ここで、基準反射体7の反射率は、戻り光Lrのレベルが、雑音に比して小さすぎることなく、かつ、ADC20のダイナミックレンジに対して飽和しないことが望ましい。より具体的には、基準反射体7の反射率は、ライダ1の通常の動作状態で求められるLD35の目標射出パワー及びAPD41の目標アバランシェゲインの条件下において、小さすぎず、かつ、大きすぎないように決定される。   FIG. 13B shows a state where the emitted light Lo is emitted in the direction in which the reference reflector 7 is arranged in the example of FIG. The reference reflector 7 reflects the emitted light Lo with a predetermined reflectance when the emitted light Lo is incident. Here, it is desirable that the reflectivity of the reference reflector 7 is such that the level of the return light Lr is not too small compared to the noise and does not saturate with respect to the dynamic range of the ADC 20. More specifically, the reflectance of the reference reflector 7 is not too small and not too large under the conditions of the target injection power of the LD 35 and the target avalanche gain of the APD 41 that are obtained in the normal operation state of the lidar 1. To be determined.

このように、本実施例では、基準反射体7を設け、その戻り光Lrに基づいて射出光パルスのAPCを行うので、射出光パルスの光源であるLD35についてモニタ用のフォトディテクタなどを設ける必要がない。   As described above, in this embodiment, the reference reflector 7 is provided, and the APC of the emitted light pulse is performed based on the return light Lr. Therefore, it is necessary to provide a monitor photodetector for the LD 35 that is the light source of the emitted light pulse. Absent.

(APC)
次に、射出光パルスのAPCについて説明する。APCは、予め決められた目標射出パワー(例えば10Wなど)が得られるようにLD35への印加電圧を調整する制御であり、主として図12に示すDSP16により実行される。具体的には、図12に示すように、DSP16は制御信号CtをTXHV17に供給することにより、TXHV17が生成する高電圧VTXを変化させ、トランスミッタ30内のLD35への印加電圧を調整する。
(APC)
Next, APC of the emitted light pulse will be described. APC is a control for adjusting the voltage applied to the LD 35 so that a predetermined target injection power (for example, 10 W) is obtained, and is mainly executed by the DSP 16 shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 12, the DSP 16 supplies the control signal Ct to the TXHV 17, thereby changing the high voltage V TX generated by the TXHV 17 and adjusting the voltage applied to the LD 35 in the transmitter 30.

ここで、本実施例では、前処理として、レシーバ40内のAPD41のアバランシェゲイン(以下、「M値」とも呼ぶ。)を所定の調整用M値に設定する。具体的には、APD41のM値が調整用M値となるように、APD41に対する印加電圧VRXを調整しておく。ここで、調整用M値は、APD41のM値の温度感度が低い領域、即ち、温度変化の影響を受けにくい値、例えばM=2程度に設定される。調整用M値を温度感度が低い領域に設定することにより、LD35の射出パワーを検出する精度を確保する。 Here, in the present embodiment, as preprocessing, the avalanche gain (hereinafter also referred to as “M value”) of the APD 41 in the receiver 40 is set to a predetermined M value for adjustment. Specifically, the applied voltage V RX to the APD 41 is adjusted so that the M value of the APD 41 becomes the adjustment M value. Here, the M value for adjustment is set in a region where the temperature sensitivity of the M value of the APD 41 is low, that is, a value that is not easily affected by the temperature change, for example, about M = 2. By setting the adjustment M value in a region where the temperature sensitivity is low, the accuracy of detecting the injection power of the LD 35 is ensured.

また、APCを行うにあたっては、事前にLD35の射出パワーと、受信セグメントのピーク振幅値PKとの関係を示すテーブル(以下、「射出パワーテーブル」とも呼ぶ。)を用意しておく。受信セグメントのピーク振幅値PKとは、図7(C)に示すように、ADC20から出力される受信セグメント信号RSに含まれるパルスのピーク振幅値である。なお、ここで用意する射出パワーテーブルは、レシーバ40側のAPD41のM値が上述の調整用M値である場合のLD35の射出パワーと受信セグメントのピーク振幅値PKとの関係を示すものである。なお、射出パワーテーブルは、ライダ1の製造段階又は開発段階において実施する測定などに基づいて作成される。また、この測定は、実際のライダ1に搭載する基準反射体7を用いて行われていることが前提となる。   In performing APC, a table (hereinafter also referred to as “eject power table”) showing the relationship between the emission power of the LD 35 and the peak amplitude value PK of the reception segment is prepared in advance. The peak amplitude value PK of the reception segment is a peak amplitude value of a pulse included in the reception segment signal RS output from the ADC 20, as shown in FIG. The injection power table prepared here indicates the relationship between the emission power of the LD 35 and the peak amplitude value PK of the reception segment when the M value of the APD 41 on the receiver 40 side is the above-described adjustment M value. . Note that the injection power table is created based on measurements performed in the manufacturing stage or the development stage of the lidar 1. Further, it is assumed that this measurement is performed using the reference reflector 7 mounted on the actual rider 1.

図14(A)は、射出パワーテーブルの一例を示す。横軸は受信セグメント信号RSのピーク振幅値PKを示し、縦軸はLD35からの射出光パルスの射出パワーPを示す。図示のように、ピーク振幅値PKと射出パワーPは基本的には線形の関係を有する。いま、予め決められた目標射出パワーPを「Pt」とすると、目標射出パワーPtに相当する目標ピーク振幅値PKは「PKpt」となる。なお、目標射出パワーPtは、ライダ1による通常の動作状態(物体を検出・測距する状態)において要求されるパワーであり、実際的には検出・測距の対象とする物体までの距離に基づいて決定される。射出パワーテーブルにより、LD35からの射出パワーPを目標射出パワーPtとするためには、受信セグメント信号RSのピーク振幅値PKが目標ピーク振幅値PKptとなるようにLD35の印加電圧VTXを調整すればよいことになる。なお、射出パワーテーブルはDSP16内部のメモリなどに記憶される。 FIG. 14A shows an example of an injection power table. The horizontal axis represents the peak amplitude value PK of the received segment signal RS, and the vertical axis represents the emission power P of the emitted light pulse from the LD 35. As shown in the figure, the peak amplitude value PK and the injection power P basically have a linear relationship. If the predetermined target injection power P is “Pt”, the target peak amplitude value PK corresponding to the target injection power Pt is “PKpt”. The target injection power Pt is a power required in a normal operation state (a state in which an object is detected and measured) by the lidar 1 and is actually a distance to an object to be detected and measured. To be determined. In order to set the injection power P from the LD 35 to the target injection power Pt using the injection power table, the applied voltage V TX of the LD 35 is adjusted so that the peak amplitude value PK of the received segment signal RS becomes the target peak amplitude value PKpt. It will be good. The injection power table is stored in a memory or the like inside the DSP 16.

図15は、APC処理のフローチャートを示す。この処理は、主として図12に示すDSP16により実行される。まず、DSP16は、前処理として、レシーバ40内のAPD41のM値が調整用M値となるように、APD41への印加電圧を調整する(ステップS11)。具体的には、DSP16は、制御信号CrをRXHV18に供給してRXHV18が生成する高電圧VRXを変化させることによりレシーバ40内のAPD41への印加電圧を調整する。 FIG. 15 shows a flowchart of the APC process. This process is mainly executed by the DSP 16 shown in FIG. First, as preprocessing, the DSP 16 adjusts the voltage applied to the APD 41 so that the M value of the APD 41 in the receiver 40 becomes the adjustment M value (step S11). Specifically, the DSP 16 adjusts the voltage applied to the APD 41 in the receiver 40 by supplying the control signal Cr to the RXHV 18 and changing the high voltage V RX generated by the RXHV 18.

次に、DSP16は、受信セグメントメモリ15から入力される受信セグメントyのうち、基準反射体期間における受信セグメントyに基づいて、受信セグメント信号RSのピーク振幅値PKを検出する(ステップS12)。さらに、DSP16は、射出パワーテーブルを参照して、目標射出パワーPtに対応する目標ピーク振幅値PKptを取得する(ステップS13)。そして、DSP16は、ステップS12で検出したピーク振幅値PKが目標ピーク振幅値PKptとなるように、LD35への印加電圧を調整する(ステップS14)。具体的には、DPS16は、制御信号CtをTXHV17に供給してTXHV17が生成する高電圧VTXを変化させることによりLD35への印加電圧を調整する。こうして、ピーク振幅値PKを目標ピーク振幅値PKptに一致させることにより、LD35からの射出パワーが目標射出パワーPtに維持される。 Next, the DSP 16 detects the peak amplitude value PK of the received segment signal RS based on the received segment y in the reference reflector period among the received segments y input from the received segment memory 15 (step S12). Further, the DSP 16 refers to the injection power table and obtains a target peak amplitude value PKpt corresponding to the target injection power Pt (step S13). Then, the DSP 16 adjusts the voltage applied to the LD 35 so that the peak amplitude value PK detected in step S12 becomes the target peak amplitude value PKpt (step S14). Specifically, the DPS 16 adjusts the voltage applied to the LD 35 by supplying the control signal Ct to the TXHV 17 and changing the high voltage V TX generated by the TXHV 17. Thus, by making the peak amplitude value PK coincide with the target peak amplitude value PKpt, the injection power from the LD 35 is maintained at the target injection power Pt.

なお、上記の実施例では、DSP16は、受信セグメント信号RSのピーク振幅値PKに基づいて射出パワーを制御しているが、受信セグメント信号RSが図7(C)に示すような明確なパルス波形でない場合には、受信セグメント信号RSのパルス積分値を用いてもよい。即ち、ピーク振幅値の代わりに、受信セグメント信号RSにおいて有意に戻り光が存在する区間の積分値を算出して用いても良い。その場合には、射出パワーと、受信セグメント信号RSの積分値との関係を示す射出パワーテーブルを用意しておく。そして、DPS16は、射出パワーテーブルを参照して目標射出パワーPtに対応する目標積分値を取得し、受信セグメント信号RSから検出された積分値が目標積分値と一致するようにLD35の印加電圧を調整すればよい。   In the above embodiment, the DSP 16 controls the emission power based on the peak amplitude value PK of the reception segment signal RS, but the reception segment signal RS has a clear pulse waveform as shown in FIG. If not, the pulse integral value of the received segment signal RS may be used. That is, instead of the peak amplitude value, an integral value of a section where the return light is significantly present in the received segment signal RS may be calculated and used. In that case, an injection power table showing the relationship between the injection power and the integral value of the received segment signal RS is prepared. Then, the DPS 16 refers to the injection power table to obtain the target integrated value corresponding to the target injection power Pt, and sets the applied voltage of the LD 35 so that the integrated value detected from the received segment signal RS matches the target integrated value. Adjust it.

[APDのAGC]
次に、レシーバ40内のAPD41のAGC(Automatic Gain Control)について説明する。通常、APD41への印加電圧が一定に保たれたとしても、APDの個体ばらつき、温度変化、経年変化などが原因でAPD41のアバランシェゲイン(M値)は一定とはならない。このため、APD41のAGCが必要となる。本実施例では、ライダ1の特定の走査方向に基準反射体を配置し、当該基準反射体で反射された戻り光に基づいてAGCを行う。なお、AGCに用いる基準反射体7は、LD35のAPCに用いるものと同一であるため、説明を省略する。
[APC AGC]
Next, AGC (Automatic Gain Control) of the APD 41 in the receiver 40 will be described. Normally, even if the voltage applied to the APD 41 is kept constant, the avalanche gain (M value) of the APD 41 does not become constant due to variations in individual APD, temperature changes, secular changes, and the like. For this reason, AGC of APD41 is required. In this embodiment, a reference reflector is arranged in a specific scanning direction of the lidar 1 and AGC is performed based on the return light reflected by the reference reflector. Note that the reference reflector 7 used for AGC is the same as that used for the APC of the LD 35, and thus the description thereof is omitted.

AGCは、予め決められた目標アバランシェゲイン(例えばM=30)が得られるようにAPD41への印加電圧を調整する制御であり、主として図12に示すDSP16により実行される。具体的には、図12に示すように、DSP16は制御信号CrをRXHV18に供給することにより、RXHV18が生成する高電圧VRXを変化させ、レシーバ40内のAPD41への印加電圧を調整する。 AGC is control for adjusting the voltage applied to the APD 41 so as to obtain a predetermined target avalanche gain (for example, M = 30), and is mainly executed by the DSP 16 shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 12, the DSP 16 supplies the control signal Cr to the RXHV 18, thereby changing the high voltage V RX generated by the RXHV 18 and adjusting the voltage applied to the APD 41 in the receiver 40.

AGCを行うにあたっては、事前にAPD41のアバランシェゲインと、受信セグメントのピーク振幅値PKとの関係を示すテーブル(以下、「ゲインテーブル」とも呼ぶ。)を用意しておく。なお、このゲインテーブルは、LD35の射出パワーが前述の目標射出パワーである場合のテーブルである。ゲインテーブルは、ライダ1の製造段階又は開発段階において実施する測定などに基づいて作成される。この測定は、実際のライダ1に搭載する基準反射体7を用いて行われていることが前提となる。   When performing AGC, a table (hereinafter also referred to as “gain table”) showing the relationship between the avalanche gain of the APD 41 and the peak amplitude value PK of the received segment is prepared in advance. This gain table is a table in the case where the injection power of the LD 35 is the aforementioned target injection power. The gain table is created based on the measurement performed in the manufacturing stage or the development stage of the lidar 1. This measurement is based on the premise that the measurement is performed using the reference reflector 7 mounted on the actual rider 1.

図14(B)は、ゲインテーブルの一例を示す。横軸は受信セグメント信号RSのピーク振幅値PKを示し、縦軸はAPD41のアバランシェゲインMを示す。図示のように、ピーク振幅値PKとアバランシェゲインMは基本的には線形の関係を有する。いま、予め決められた目標アバランシェゲインMを「Mt」とすると、目標アバランシェゲインMtに相当する目標ピーク振幅値PKは「PKgt」となる。ゲインテーブルにより、APD41のアバランシェゲインMを目標アバランシェゲインMtとするためには、受信セグメント信号RSのピーク振幅値PKが目標ピーク振幅値PKgtとなるようにAPD41への印加電圧VRXを調整すればよいことになる。なお、ゲインテーブルはDSP16内部のメモリなどに記憶される。 FIG. 14B shows an example of the gain table. The horizontal axis indicates the peak amplitude value PK of the received segment signal RS, and the vertical axis indicates the avalanche gain M of the APD 41. As illustrated, the peak amplitude value PK and the avalanche gain M basically have a linear relationship. Assuming that the predetermined target avalanche gain M is “Mt”, the target peak amplitude value PK corresponding to the target avalanche gain Mt is “PKgt”. In order to set the avalanche gain M of the APD 41 as the target avalanche gain Mt using the gain table, the applied voltage V RX to the APD 41 is adjusted so that the peak amplitude value PK of the received segment signal RS becomes the target peak amplitude value PKgt. It will be good. The gain table is stored in a memory or the like inside the DSP 16.

図16は、AGC処理のフローチャートを示す。この処理は、主として図12に示すDSP16により実行される。なお、AGC処理を行う際の前提条件として、上述のLD35のAPC処理により、LD35の射出パワーが目標射出パワーとなるように調整されていることが要求される。   FIG. 16 shows a flowchart of the AGC process. This process is mainly executed by the DSP 16 shown in FIG. As a precondition for performing the AGC process, it is required that the injection power of the LD 35 is adjusted to the target injection power by the APC process of the LD 35 described above.

まず、DSP16は、受信セグメントメモリ15から入力される受信セグメントyのうち、基準反射体期間における受信セグメントyに基づいて、受信セグメント信号RSのピーク振幅値PKを検出する(ステップS21)。次に、DSP16は、ゲインテーブルを参照して、目標アバランシェゲインMtに対応する目標ピーク振幅値PKgtを取得する(ステップS22)。そして、DSP16は、ステップS21で検出したピーク振幅値PKが目標ピーク振幅値PKgtとなるように、APD41への印加電圧を調整する(ステップS23)。具体的には、DPS16は、制御信号CrをRXHV18に供給してRXHV17が生成する高電圧VRXを変化させることにより、APD41への印加電圧を調整する。こうして、ピーク振幅値PKを目標ピーク振幅値PKgtに一致させることにより、APD41のアバランシェゲインが目標アバランシェゲインMtに維持される。 First, the DSP 16 detects the peak amplitude value PK of the received segment signal RS based on the received segment y in the reference reflector period among the received segments y input from the received segment memory 15 (step S21). Next, the DSP 16 refers to the gain table and acquires the target peak amplitude value PKgt corresponding to the target avalanche gain Mt (step S22). Then, the DSP 16 adjusts the voltage applied to the APD 41 so that the peak amplitude value PK detected in step S21 becomes the target peak amplitude value PKgt (step S23). Specifically, the DPS 16 adjusts the voltage applied to the APD 41 by supplying the control signal Cr to the RXHV 18 and changing the high voltage V RX generated by the RXHV 17. Thus, by matching the peak amplitude value PK with the target peak amplitude value PKgt, the avalanche gain of the APD 41 is maintained at the target avalanche gain Mt.

なお、上記の実施例では、DSP16は、受信セグメント信号RSのピーク振幅値PKに基づいてAPD41のアバランシェゲインを制御しているが、受信セグメント信号RSが図7(C)に示すような明確なパルス波形でない場合には、受信セグメント信号RSのパルス積分値を用いてもよい。即ち、ピーク振幅値の代わりに、受信セグメント信号RSにおいて有意に戻り光が存在する区間の積分値を算出して用いても良い。その場合には、アバランシェゲインと、受信セグメント信号RSの積分値との関係を示すゲインテーブルを用意しておく。そして、DPS16は、ゲインテーブルを参照して目標アバランシェゲインMtに対応する目標積分値を取得し、受信セグメント信号RSから検出された積分値が目標積分値と一致するようにAPD41の印加電圧を調整すればよい。   In the above embodiment, the DSP 16 controls the avalanche gain of the APD 41 based on the peak amplitude value PK of the received segment signal RS. However, the received segment signal RS is clear as shown in FIG. If it is not a pulse waveform, the pulse integral value of the received segment signal RS may be used. That is, instead of the peak amplitude value, an integral value of a section where the return light is significantly present in the received segment signal RS may be calculated and used. In that case, a gain table showing the relationship between the avalanche gain and the integral value of the received segment signal RS is prepared. Then, the DPS 16 refers to the gain table, acquires the target integral value corresponding to the target avalanche gain Mt, and adjusts the applied voltage of the APD 41 so that the integral value detected from the received segment signal RS matches the target integral value. do it.

上記の実施例による効果の一例として、以下のものが挙げられる。ライダ1においては、LD35の射出パワーが目標よりも低くなったり、APD41のアバランシェゲインが目標より低くなったりすると、ライダ1の物体検出性能や測距性能が低下してしまう。また、射出パワーが目標より高くなったり、アバランシェゲインが目標より高くなったりすると、使用者に対するアイセーフ要件を満たせなくなったり、ADCが飽和して物体検出性能や測距性能が低下してしまう。この点、本実施例では、LD35のAPC処理により射出パワーが一定に保たれ、かつ、APD41のAGC処理によりAPD41のアバランシェゲインが一定に保たれるので、ライダ1の所望の性能を維持することが可能となる。   The following are mentioned as an example of the effect by said Example. In the lidar 1, if the injection power of the LD 35 is lower than the target or the avalanche gain of the APD 41 is lower than the target, the object detection performance and the distance measurement performance of the lidar 1 are deteriorated. Further, if the injection power is higher than the target or the avalanche gain is higher than the target, the eye-safe requirement for the user cannot be satisfied, or the ADC is saturated and the object detection performance and the distance measurement performance are deteriorated. In this regard, in the present embodiment, the injection power is kept constant by the APC processing of the LD 35, and the avalanche gain of the APD 41 is kept constant by the AGC processing of the APD 41, so that the desired performance of the lidar 1 is maintained. Is possible.

1 ライダ
7 基準反射体
10 ASIC
16 DSP
17 トランスミッタ用高電圧生成部(TXHV)
18 レシーバ用高電圧生成部(RXHV)
30 トランスミッタ
35 LD
40 レシーバ
50 走査光学部
1 Rider 7 Reference reflector 10 ASIC
16 DSP
17 Transmitter high voltage generator (TXHV)
18 High voltage generator for receiver (RXHV)
30 Transmitter 35 LD
40 receiver 50 scanning optical section

Claims (8)

射出方向を変えながら、レーザ光を射出する射出部と、
所定の射出方向に配置され、前記レーザ光を反射する基準反射体と、
前記レーザ光の戻り光を受光する受光部と、
前記基準反射体からの戻り光に基づいて、前記射出部から射出される前記レーザ光の射出パワーを制御する制御部と、
を備えるレーザ射出装置。
An emission part that emits laser light while changing the emission direction;
A reference reflector disposed in a predetermined emission direction and reflecting the laser beam;
A light receiving unit for receiving the return light of the laser beam;
Based on the return light from the reference reflector, a control unit for controlling the emission power of the laser beam emitted from the emission unit;
A laser emitting apparatus comprising:
前記射出部は、前記レーザ光を射出するレーザ光源を備え、
前記制御部は、前記基準反射体からの戻り光に基づいて、前記レーザ光源への印加電圧を制御する請求項1に記載のレーザ射出装置。
The emission unit includes a laser light source that emits the laser light,
The laser emitting apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls a voltage applied to the laser light source based on return light from the reference reflector.
前記基準反射体からの戻り光のピーク振幅値と、前記射出パワーとの関係を示すテーブルを記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記テーブルを参照し、前記戻り光のレベルが目標射出パワーに対応するピーク振幅値となるように前記印加電圧を制御する請求項2に記載のレーザ射出装置。
A storage unit for storing a table indicating a relationship between a peak amplitude value of return light from the reference reflector and the emission power;
The laser emission apparatus according to claim 2, wherein the control unit refers to the table and controls the applied voltage so that a level of the return light becomes a peak amplitude value corresponding to a target emission power.
前記テーブルは、前記受光部のゲインが所定値となる条件下における前記基準反射体からの戻り光のピーク振幅値と、前記射出パワーとの関係を示す請求項3に記載のレーザ射出装置。   The laser emission apparatus according to claim 3, wherein the table shows a relationship between a peak amplitude value of return light from the reference reflector and the emission power under a condition where a gain of the light receiving unit is a predetermined value. 前記基準反射体以外の物体からの戻り光に基づいて、当該物体の検出及び当該物体までの距離の測定の少なくとも一方を行う検出部を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のレーザ射出装置。   5. The detector according to claim 1, further comprising a detection unit configured to perform at least one of detection of the object and measurement of a distance to the object based on return light from an object other than the reference reflector. The laser emission apparatus according to item. 射出方向を変えながらレーザ光を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記レーザ光を反射する基準反射体と、前記レーザ光の戻り光を受光する受光部と、を備えるレーザ射出装置により実行される制御方法であって、
前記基準反射体からの戻り光に基づいて、前記射出部から射出される前記レーザ光の射出パワーを制御する制御工程、
を有する制御方法。
Laser emission comprising: an emission part that emits laser light while changing the emission direction; a reference reflector that is arranged in a predetermined emission direction and reflects the laser light; and a light receiving part that receives return light of the laser light A control method executed by an apparatus,
A control step of controlling the emission power of the laser beam emitted from the emission unit based on the return light from the reference reflector;
A control method.
射出方向を変えながらレーザ光を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記レーザ光を反射する基準反射体と、前記レーザ光の戻り光を受光する受光部と、コンピュータと、を備えるレーザ射出装置により実行されるプログラムであって、
前記基準反射体からの戻り光に基づいて、前記射出部から射出される前記レーザ光の射出パワーを制御する制御部として前記コンピュータを機能させるプログラム。
An emission unit that emits laser light while changing the emission direction, a reference reflector that is arranged in a predetermined emission direction and reflects the laser light, a light receiving unit that receives return light of the laser light, and a computer, A program executed by a laser emitting apparatus comprising:
A program that causes the computer to function as a control unit that controls emission power of the laser light emitted from the emission unit based on return light from the reference reflector.
請求項7に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。   A storage medium storing the program according to claim 7.
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