JP7005994B2 - Distance measuring device and distance measuring method - Google Patents
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本発明は、距離測定装置及び距離測定方法に関する。 The present invention relates to a distance measuring device and a distance measuring method.
従来、発光素子等から発光ビームを対象物に照射し、発光ビームの照射タイミングと、対象物からの反射光を受光した受光タイミングの時間差とから、対象物までの距離を測定するTOF(Time of Flight)法が知られている。 Conventionally, TOF (Time of) measures the distance to an object from the time difference between the irradiation timing of the emitted beam and the light receiving timing when the reflected light from the object is received by irradiating the object with a light emitting beam from a light emitting element or the like. Flight) The method is known.
一例としては、航空機や鉄道、車載等で広く使用されているLIDAR(Light Detection and Ranging)がある。LIDARは、例えば、特許文献1~3に開示されているように、光源から射出されたレーザ光を回転ミラーで走査し、物体で反射又は散乱された光を、再度回転ミラーを介して光検出器で検出することで、所望の範囲の物体の有無や、物体までの距離を検出できる走査型LIDARがある。
One example is LIDAR (Light Detection and Ranging), which is widely used in aircraft, railways, vehicles, and the like. For example, as disclosed in
LIDARによる測距では、ノイズと物体からの信号との分離が重要である。ノイズのうち、ショットノイズは、光量計測に伴う白色雑音であり、ショットノイズの大きさは光量の時間平均の平方根に比例し、感度が高い又は外乱光が強い場合には、数十mV以上にもなり得る。そのため、ショットノイズは、回路ノイズよりも問題になりやすい。ノイズの大きさが光量の時間平均の平方根に比例することから分かるように、ショットノイズはDC光検出の際にも白色雑音として生じる。 In distance measurement by LIDAR, it is important to separate noise from the signal from the object. Of the noise, shot noise is white noise associated with light quantity measurement, and the magnitude of shot noise is proportional to the square root of the time average of the light quantity, and when the sensitivity is high or the ambient light is strong, it is several tens of mV or more. Can also be. Therefore, shot noise is more likely to be a problem than circuit noise. As can be seen from the fact that the magnitude of noise is proportional to the square root of the time average of the amount of light, shot noise also occurs as white noise during DC light detection.
閾値電圧を基準に受光信号を検出する方式では、ノイズによる誤検出を防ぐためにショットノイズに比べて閾値電圧を十分に高く設定する必要があるため、閾値電圧はショットノイズが最大となる状況を想定して決定される(図1A参照)。そのため、ショットノイズが比較的小さい場合においては閾値が過剰に大きく設定されてしまい、検知可能距離が必要以上に小さくなってしまう(図1B参照)。検出距離を大きくするという観点からすると、閾値を小さく設定することが好ましい。 In the method of detecting the received signal based on the threshold voltage, it is necessary to set the threshold voltage sufficiently higher than the shot noise in order to prevent false detection due to noise, so the threshold voltage assumes the situation where the shot noise is the maximum. (See FIG. 1A). Therefore, when the shot noise is relatively small, the threshold value is set excessively large, and the detectable distance becomes smaller than necessary (see FIG. 1B). From the viewpoint of increasing the detection distance, it is preferable to set the threshold value small.
本発明は、上記を鑑みてなされたものであって、信号を検知するための閾値を小さく設定しつつ、ノイズと物体からの信号との分離を精度良く行なうことを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to accurately separate noise from a signal from an object while setting a small threshold value for detecting a signal.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る距離測定装置は、対象物に対して光を投光する投光部と、前記対象物で反射又は散乱された光を受光する受光部と、前記投光部から投光された光を走査領域へ走査する走査部と、前記投光部による投光から前記受光部による受光までの時間を計測し、前記対象物までの距離を測定する距離測定部とを備え、前記走査領域を複数の分割領域に分割し、該分割した全ての分割領域のうち一つの分割領域の走査開始から全ての分割領域の走査終了までを一走査と定義すると、前記一走査の間に前記距離測定部により測定された、第1の分割領域の測定値である第1測定値と、前記第1測定値よりも前に測定された第2の分割領域の測定値である第2測定値と、前記一走査の間に、前記第1分割領域で前記受光部が前記光を受光した時間幅である第1受光幅と、前記前記第2分割領域で前記受光部が前記光を受光した時間幅である第2受光幅とに基づいて、前記第1測定値が前記第1の分割領域の測定結果と出来るか否かを判定し、前記第1の分割領域の測定結果と出来ると判定された場合に、前記第1測定値を、前記第1の分割領域における対象物までの距離として出力する。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the distance measuring device according to the present invention receives a light projecting unit that projects light on an object and light reflected or scattered by the object. The light receiving unit, the scanning unit that scans the light projected from the light emitting unit into the scanning area, and the time from the light projected by the light emitting unit to the light reception by the light receiving unit are measured, and the distance to the object is measured. The scanning area is divided into a plurality of divided areas, and one scan is performed from the start of scanning of one of the divided areas to the end of scanning of all the divided areas. When defined as, the first measured value , which is the measured value of the first divided region, measured by the distance measuring unit during the one scan, and the second measured value measured before the first measured value. The second measured value, which is the measured value of the divided region, the first light receiving width, which is the time width during which the light receiving unit receives the light in the first divided region during the one scan, and the second divided region. Based on the second light receiving width, which is the time width during which the light receiving unit receives the light in the region, it is determined whether or not the first measured value can be the measurement result of the first divided region, and the first is determined. When it is determined that the measurement result of the divided region of 1 can be obtained, the first measured value is output as the distance to the object in the first divided region.
本発明によれば、信号を検知するための閾値を小さく設定しつつ、ノイズと物体からの信号との分離を精度良く行なうことができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to accurately separate noise from a signal from an object while setting a small threshold value for detecting a signal.
以下に添付図面を参照して、本発明に係る距離測定装置及び距離測定方法の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the distance measuring device and the distance measuring method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the following embodiments.
(実施の形態)
図2は、実施の形態に係る距離測定装置100の概略構成例を示すブロック図である。距離測定装置100は、一例として、移動体としての車両等に搭載され、投光し、物体(例えば、先行車両、停車車両、障害物、歩行者等)で反射(散乱)された光を受光して、該物体の有無や該物体までの距離等の物体に関する情報を検出する走査型LIDARである。例えば、距離測定装置100は、車両のバッテリ(蓄電池)から電力の供給を受ける。
(Embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration example of the distance measuring
図2に示すように、距離測定装置100は、投光系10と、受光光学系30と、検出系40と、時間計測部45と、同期系50と、測定制御部46と、物体認識部47とを有する。
As shown in FIG. 2, the
投光系10は、光源としてのLD(Laser Diode)と、LD駆動部12と、投光光学系20とを有する。LDは、端面発光レーザとも呼ばれ、LD駆動部12によって駆動されることでレーザ光を射出する。LD駆動部12は、測定制御部46から出力されるLD駆動信号(矩形パルス信号)を用いてLDを点灯(発光)させる。例えば、LD駆動部12は、LDに電流を供給可能に接続されたコンデンサ、該コンデンサとLDとの間の導通・非導通を切り替えるためのトランジスタ、該コンデンサを充電可能な充電手段等を含む。測定制御部46は、車両のECU(Electronic Control Unit)からの測定制御信号(例えば、測定開始信号や測定停止信号等)を受けて、測定の開始や停止を行なう。
The
図3Aは、実施の形態に係る投光光学系20及び同期系50を模式的に示す図である。図3Bは、実施の形態に係る受光光学系30を模式的に示す図である。図3Cは、実施の形態に係るLDから反射ミラー24までの光路と、反射ミラー24から時間計測用PD42までの光路との例を示す図である。以下では、図3A等に示すZ軸方向を鉛直方向とするXYZ3次元直交座標系を適宜用いて説明する。
FIG. 3A is a diagram schematically showing a floodlight
図3Aに示すように、投光光学系20は、カップリングレンズ22と、反射ミラー24と、回転ミラー26とを有する。カップリングレンズ22は、LDからの光の光路上に配置される。反射ミラー24は、カップリングレンズ22を介した光の光路上に配置される。回転ミラー26は、反射ミラー24で反射された光の光路上に配置される偏向器である。図3Aでは、装置を小型化するために、カップリングレンズ22と回転ミラー26との間の光路上に、反射ミラー24を設けて光路を折り返している。LDから出射された光は、カップリングレンズ22によって所定のビームプロファイルの光に整形された後、反射ミラー24で反射され、回転ミラー26でZ軸周りに偏向される。距離測定装置100から射出される光は、回転ミラー26でZ軸周りの所定の偏向範囲に偏向され、投光光学系20から投射される光である。
As shown in FIG. 3A, the floodlight
なお、上記では光源としてLDを用いる場合を例に挙げたが、これに限られるものではない。例えば、光源としては、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)や有機EL素子、LED(Light Emitting Diode)等の他の発光素子を用いても良い。 In the above, the case where the LD is used as the light source is given as an example, but the present invention is not limited to this. For example, as the light source, another light emitting element such as a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), an organic EL element, or an LED (Light Emitting Diode) may be used.
回転ミラー26は、回転軸(Z軸)周りに複数の反射面を有し、反射ミラー24からの光を回転軸周りに回転しながら反射(偏向)することで、該光により上述した偏向範囲に対応する有効走査領域を水平な1軸方向(ここでは、Y軸方向)に1次元走査する。偏向範囲や有効走査領域は、距離測定装置100の+X側である。図3Aから分かるように、回転ミラー26は、反射面を2面(対向する2つの面)有している。但し、回転ミラー26は、これに限られるものではなく、反射面が1面であっても良いし、3面以上であっても良い。また、回転ミラー26は、少なくとも2つの反射面を設け、回転ミラー26の回転軸に対して異なった角度で傾けて配置し、走査や検出する領域をZ軸方向に切り替えることも可能である。
The
図3Bに示すように、受光光学系30は、回転ミラー26と、反射ミラー24と、時間計測用PD42とを有する。回転ミラー26は、投光光学系20から投射され、有効走査領域内に存在する物体で反射された光を反射する。反射ミラー24は、回転ミラー26からの光を反射する。時間計測用PD42は、反射ミラー24からの光の光路上に配置され該光を結像する。反射ミラー24からの光の光路上には、時間計測用PD42で光を結像させるための結像光学系が配置される。ここで、投光光学系20と受光光学系30とは、同一の筐体内に設置されている。かかる筐体は、投光光学系20からの射出光の光路上、及び、受光光学系30への入射光の光路上に開口部を有し、開口部はウィンドウ(光透過窓部材)で塞がれている。例えば、ウィンドウは、ガラス製や樹脂製とすることができる。
As shown in FIG. 3B, the light receiving
図3Cに示すように、投光光学系20と受光光学系30とは、Z軸方向に重なるように配置されている。また、回転ミラー26と反射ミラー24とは、投光光学系20と受光光学系30とで共通となっている。これらにより、物体上におけるLDの照射範囲と、時間計測用PD42の受光可能範囲との相対的な位置ずれを小さくすることができ、安定した物体検出を実現できる。
As shown in FIG. 3C, the floodlight
図2や図3Bに示すように、検出系40は、時間計測用PD42と、PD出力検出部44とを有する。時間計測用PD42は、投光光学系20から投射され、有効走査領域内に存在する物体で反射された光を、受光光学系30を介して受光する。PD出力検出部44は、時間計測用PD42の出力電流(光電流)に基づく電圧信号(受光信号)を検出する。投光光学系20から投射され、物体で反射された光は、回転ミラー26、反射ミラー24を介して結像光学系に導かれ、結像光学系により時間計測PD42に集光する(図3B参照)。図3Bでは、装置を小型化するために、回転ミラー26と結像光学系との間に反射ミラー24を設けて光路を折り返している。ここでは、結像光学系は、2枚のレンズ(結像レンズ)で構成されているが、1枚のレンズで構成されても良いし、3枚以上のレンズで構成されても良い。
As shown in FIGS. 2 and 3B, the
図2や図3Aに示すように、同期系50は、同期レンズ52と、同期検知用PD54と、PD出力検出部56とを有する。同期レンズ52は、LDから出射され、カップリングレンズ22を介して反射ミラー24で反射された光であって、回転ミラー26で偏向され反射ミラー24で再び反射された光の光路上に配置される。同期検知用PD54は、同期レンズ52を介した光の光路上に配置される。PD出力検出部56は、同期検知用PD54の出力電流(光電流)に基づく電圧信号(受光信号)を検出する。
As shown in FIGS. 2 and 3A, the
詳細には、反射ミラー24は、上述した偏向範囲に対して、回転ミラー26の回転方向上流側に配置され、回転ミラー26で偏向範囲の上流側に偏向された光が入射される。そして、回転ミラー26で偏向され、反射ミラー24で反射された光は、同期レンズ52を介して同期検知用PD54に入射される。なお、反射ミラー24は、上述した偏向範囲に対して、回転ミラー26の回転方向下流側に配置されても良い。そして、同期系50は、回転ミラー26で偏向され、反射ミラー24で反射された光の光路上に配置されても良い。
Specifically, the
図4は、同期信号とLD駆動信号との例を示すタイミング図である。図4に示すように、同期検知用PD54は、回転ミラー26の回転により、回転ミラー26の反射面で反射された光を受光する度に電流を出力する。すなわち、同期検知用PD54は、定期的に電流を出力する。このように、回転ミラー26からの光を、同期検知用PD54に照射するための同期点灯を行なうことで、同期検知用PD54での受光タイミングから、回転ミラー26の回転タイミングを得ることが可能となる。そこで、LDを同期点灯してから所定時間経過後に、LDをパルス点灯することで、有効走査領域を光走査することができる。すなわち、同期検知用PD54に光が照射されるタイミングの前後期間に、LDをパルス点灯することで有効走査領域を光走査することができる。
FIG. 4 is a timing diagram showing an example of a synchronization signal and an LD drive signal. As shown in FIG. 4, the
ここで、時間計測や同期検知に用いる受光素子としては、上述したPDのほか、APD(Avalanche Photo Diode)、ガイガーモードAPDであるSPAD(Single Photon Avalanche Diode)等を用いることが可能である。APDやSPADは、PDに対して感度が高いため、検出精度や検出距離の点で有利である。 Here, as the light receiving element used for time measurement and synchronization detection, in addition to the PD described above, an APD (Avalanche Photo Diode), a Geiger mode APD SPAD (Single Photon Avalanche Diode), or the like can be used. Since APD and SPAD have high sensitivity to PD, they are advantageous in terms of detection accuracy and detection distance.
PD出力検出部56は、同期検知用PD54の出力電流に基づく電圧信号(受光信号)を検出すると、同期信号を測定制御部46に出力する。詳細には、PD出力検出部56は、同期検知用PD54からの出力電流を電流電圧変換器で電圧信号に変換し、電圧信号を信号増幅器で増幅し、増幅された電圧信号をコンパレータ等の比較器を用いて閾値で二値化し、二値化信号を同期信号として測定制御部46に出力する。
When the PD
測定制御部46は、PD出力検出部56からの同期信号に基づいて、LD駆動信号を生成し、生成したLD駆動信号をLD駆動部12及び時間計測部45に出力する。すなわち、LD駆動信号は、同期信号に対して遅延した発光制御信号(周期的なパルス信号)である。
The
LD駆動信号がLD駆動部12に入力されると、LD駆動部12からLDに対して駆動電流が印加され、LDから発光パルスが出力される。なお、LDの安全性やLDの耐久性の観点から、LDの発光のデューティが制限されるため、発光パルスはパルス幅が狭い方が望ましい。一般に、パルス幅は、10ns~数十ns程度に設定される。また、パルス間隔は、数十μ秒程度である。
When the LD drive signal is input to the
時間計測部45は、PD出力検出部44からの検出信号(PD出力検出部44での受光信号の検出タイミング)に基づいて、時間計測用PD42での受光タイミングを求め、受光タイミングとLD駆動信号の立ち上がりタイミングとに基づいて物体までの往復時間を計測する。そして、時間計測部45は、物体までの往復時間を、時間計測結果として測定制御部46に出力する。
The
測定制御部46は、時間計測部45からの時間計測結果を距離に変換することで、物体までの往復距離を算出し、往復距離の1/2を距離データとして物体認識部47に出力する。物体認識部47は、測定制御部46からの1走査又は複数の走査で取得された複数の距離データに基づいて、どこに物体が存在するかを認識し、物体認識結果を測定制御部46に出力する。測定制御部46は、物体認識部47からの物体認識結果をECUに転送する。
The
ECUは、距離測定装置100から転送された物体認識結果に基づいて、例えば自動車の操舵制御(例えば、オートステアリング等)や、速度制御(例えば、オートブレーキ等)を行なう。また、偏向器として、回転ミラー26に代えて、例えばポリゴンミラー(回転多面鏡)や、ガルバノミラー、MEMSミラー等の他のミラーを用いても良い。また、同期系50は、同期レンズ52を有していなくても良く、他の光学素子(例えば、集光ミラー等)を有していても良い。
The ECU performs, for example, steering control of an automobile (for example, auto steering) and speed control (for example, auto braking) based on the object recognition result transferred from the
図5Aは、射出光パルスと反射光パルスとの例を示すタイミング図である。LD駆動部12は、回転ミラー26によって有効走査領域が走査されるとき、LDを駆動して、図5Aに示すようなパルス光(以下、「射出光パルス」と呼ぶ場合がある)を射出させる。そして、LDから射出され、物体で反射(散乱)されたパルス光(以下、「反射光パルス」と呼ぶ場合がある)が時間計測用PD42で検出される。なお、図5Aでは、受光素子として、PDの代わりにAPDを用いた例を挙げている。
FIG. 5A is a timing diagram showing an example of an emitted light pulse and a reflected light pulse. When the effective scanning area is scanned by the
図5Bは、2値化後の射出光パルスと反射光パルスとの例を示すタイミング図である。LDが射出光パルスを射出してから、APDで反射光パルスを検出するまでの時間tを計測することで、物体までの距離を算出することが可能である。例えば、図5Bに示すように、時間計測に関しては、射出光パルスをPD等の受光素子で受光して2値化した矩形パルスとし、反射光パルスをPD出力検出部44で2値化した矩形パルスとし、これらの両矩形パルスの立ち上がりタイミングの時間差tを、時間計測部45で計測しても良い。また、射出光パルス及び反射光パルスの波形をA/D変換してデジタルデータに変換し、LDの出力信号とAPDの出力信号とを相関演算することで、時間tを計測することも可能である。
FIG. 5B is a timing diagram showing an example of an emitted light pulse and a reflected light pulse after binarization. It is possible to calculate the distance to the object by measuring the time t from the time when the LD emits the emitted light pulse until the time t when the reflected light pulse is detected by the APD. For example, as shown in FIG. 5B, for time measurement, the emitted light pulse is received by a light receiving element such as a PD to form a binarized rectangular pulse, and the reflected light pulse is binarized by the PD
このような測距方式における検出可能距離としては、100mオーダーのものが求められている。また、一般に、100m先の物体から反射されて返ってくる光量は、数nW~数十nW程度である。つまり、受光系としては、数nWの受光信号をエラーなく検出できることが求められる。数nW程度の微弱光に対する受光信号は信号強度が小さいため、ランダムノイズの影響を受けやすく、距離計測精度や物体検出の信頼性に影響が出てくる。 The detectable distance in such a distance measuring method is required to be on the order of 100 m. Further, in general, the amount of light reflected and returned from an object 100 m away is about several nW to several tens of nW. That is, the light receiving system is required to be able to detect a light receiving signal of several nW without error. Since the received signal for weak light of about several nW has a small signal intensity, it is easily affected by random noise, which affects the distance measurement accuracy and the reliability of object detection.
ランダムノイズとしては、大きく分けると、回路ノイズとショットノイズとの2つがある。回路ノイズは、主に、抵抗から生じる熱雑音や基板が放射ノイズを拾うことで生じるノイズである。かかる回路ノイズは、一般に、数mV程度である。これに対して、ショットノイズは、主に、光量計測に伴う白色雑音であり、その大きさは光量の時間平均の平方根に比例し、感度が高い又は外乱光が強い場合には数十mV以上にもなり得る。従って、本実施の形態においては、ランダムノイズのうち、回路ノイズよりもショットノイズの方が特に問題になりやすい。ショットノイズは、ノイズの大きさが光量の時間平均の平方根に比例することから分かるように、DC光検出の際にも白色雑音として生じる。 Random noise can be broadly divided into circuit noise and shot noise. The circuit noise is mainly the thermal noise generated from the resistor and the noise generated by the substrate picking up the radiated noise. Such circuit noise is generally about several mV. On the other hand, shot noise is mainly white noise associated with light quantity measurement, and its magnitude is proportional to the square root of the time average of light quantity, and is several tens of mV or more when the sensitivity is high or the disturbance light is strong. Can also be. Therefore, in the present embodiment, shot noise is more likely to be a problem than circuit noise among random noise. Shot noise also occurs as white noise during DC light detection, as can be seen from the fact that the magnitude of the noise is proportional to the square root of the time average of the amount of light.
図6Aは、太陽光が入らないときの受光信号波形の例を示す模式図である。図6Bは、太陽光が入るときの受光信号波形の例を示す模式図である。図6Cは、DC成分除去時の太陽光が入るときの受光信号波形の例を示す模式図である。図6Dは、DC成分除去時の強い太陽光が入るときの受光信号波形の例を示す模式図である。なお、図6Dは、図6Bや図6Cの太陽光よりも強いことを意味する。 FIG. 6A is a schematic diagram showing an example of a received light signal waveform when sunlight does not enter. FIG. 6B is a schematic diagram showing an example of a received light signal waveform when sunlight enters. FIG. 6C is a schematic diagram showing an example of a received light signal waveform when sunlight enters when the DC component is removed. FIG. 6D is a schematic diagram showing an example of a received light signal waveform when strong sunlight enters when the DC component is removed. Note that FIG. 6D means that it is stronger than the sunlight of FIGS. 6B and 6C.
太陽光が入らない場合(図6A参照)に比べて、太陽光が入る場合には、DC成分が増大するだけではなく、ランダムノイズ(ショットノイズ)も増大する(図6B参照)。DC成分については、ハイパスフィルタ等で除去できるが、ハイパスフィルタ等ではランダムノイズは除去できない(図6C参照)。例えば、車両の実際の走行環境では、車両の窓ガラスやボンネット等の高反射物体で太陽光が反射し、強い太陽光が受光素子に入る場合がある。かかる場合は、図6Dに示すように、ショットノイズが増大し、ノイズが検出閾値を超えてしまう。ノイズが検出閾値を超える場合は、信号とノイズとの判別が困難となり、誤検出となってしまう。さらに、高反射物体が近距離に存在する方が、受光素子に入る太陽光が強くなるため、ショットノイズも大きくなり、ノイズが検出閾値を超える現象が発生しやすくなり、誤検出も多くなる。 Compared to the case where sunlight does not enter (see FIG. 6A), when sunlight enters, not only the DC component increases, but also random noise (shot noise) increases (see FIG. 6B). The DC component can be removed by a high-pass filter or the like, but random noise cannot be removed by a high-pass filter or the like (see FIG. 6C). For example, in the actual traveling environment of a vehicle, sunlight may be reflected by a highly reflective object such as a window glass or a bonnet of the vehicle, and strong sunlight may enter the light receiving element. In such a case, as shown in FIG. 6D, shot noise increases and the noise exceeds the detection threshold. If the noise exceeds the detection threshold, it becomes difficult to distinguish between the signal and the noise, resulting in erroneous detection. Further, when a highly reflective object exists at a short distance, the sunlight entering the light receiving element becomes stronger, so that the shot noise becomes larger, the phenomenon that the noise exceeds the detection threshold is more likely to occur, and the false detection increases.
閾値電圧を基準に受光信号を検出する方式では、ノイズによる誤検出を防ぐために、通常はショットノイズに比べて閾値電圧を十分に高く設定する必要があるため、閾値電圧はショットノイズが最大となる状況を想定して決定される(図1A参照)。そのため、ショットノイズが比較的小さい場合においては、閾値電圧が過剰に大きく設定されてしまい、検出可能な距離が必要以上に小さくなってしまう(図1B参照)。これらから、検出可能な距離を大きくするためには、閾値電圧を小さく設定することが望まれる。 In the method of detecting the received signal based on the threshold voltage, it is usually necessary to set the threshold voltage sufficiently higher than the shot noise in order to prevent erroneous detection due to noise, so the threshold voltage has the maximum shot noise. Determined assuming the situation (see Figure 1A). Therefore, when the shot noise is relatively small, the threshold voltage is set excessively large, and the detectable distance becomes smaller than necessary (see FIG. 1B). From these, it is desirable to set the threshold voltage small in order to increase the detectable distance.
これらを踏まえ、ショットノイズと物体信号からの反射パルスのピーク(ターゲットピーク)との関係について説明する。図7は、ショットノイズとターゲットピークとの関係の例を示す図である。図7に示すように、周囲の照度が非常に明るい場合は、ショットノイズが大きい。但し、図7に示すように、物体との距離が近い、又は、物体の反射率が大きい場合は、ショットノイズとの判別が付きやすく、ターゲットピークを検知するための閾値電圧の設定も容易である。 Based on these, the relationship between shot noise and the peak of the reflected pulse from the object signal (target peak) will be described. FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between shot noise and a target peak. As shown in FIG. 7, when the ambient illuminance is very bright, the shot noise is large. However, as shown in FIG. 7, when the distance to the object is short or the reflectance of the object is large, it is easy to distinguish it from shot noise, and it is easy to set the threshold voltage for detecting the target peak. be.
図8は、ショットノイズとターゲットピークとの関係の例を示す図である。なお、図8は、図7とは異なり、物体との距離が遠い場合を例に挙げる。図8に示すように、物体との距離が遠い、又は、物体の反射率が小さい場合は、ターゲットピークが小さくなり、ショットノイズとの判別が困難になる。 FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between shot noise and a target peak. Note that FIG. 8 is different from FIG. 7, and the case where the distance to the object is long is taken as an example. As shown in FIG. 8, when the distance from the object is long or the reflectance of the object is small, the target peak becomes small and it becomes difficult to distinguish it from shot noise.
図9は、物体までの実距離と、ターゲットピーク強度と、ショットノイズとの関係の例を示す図である。なお、図9では、西日等の強い太陽光を想定した最大値を示すショットノイズを例に挙げる。また、図9において、ショットノイズは、0mVからのエラーバーで表示されている。図9に示すように、ターゲットピーク強度の電圧は、近距離(25m付近まで)での測距において飽和している。ショットノイズに起因する誤測距を避けて閾値を設定する場合は、例えば、400mVに閾値を設定することになる。しかし、これでは、50m以上の遠距離の測距においてはピーク強度が閾値よりも小さくなってしまうため、測距できなくなることが分かる。すなわち、より遠くまで測距するためには、閾値を低く設定し、ショットノイズとターゲットピークとを分離できる技術が必要となる。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the relationship between the actual distance to the object, the target peak intensity, and the shot noise. In FIG. 9, shot noise showing a maximum value assuming strong sunlight such as the west sun is taken as an example. Further, in FIG. 9, the shot noise is displayed by an error bar from 0 mV. As shown in FIG. 9, the voltage of the target peak intensity is saturated in the distance measurement at a short distance (up to the vicinity of 25 m). When setting the threshold value to avoid erroneous distance measurement due to shot noise, for example, the threshold value is set to 400 mV. However, in this case, it can be seen that the peak intensity becomes smaller than the threshold value in the distance measurement at a long distance of 50 m or more, so that the distance measurement cannot be performed. That is, in order to measure a distance farther, a technique that can set a low threshold value and separate shot noise and a target peak is required.
ところで、物体からの受信信号を誤検出するその他の要因としては、雨や霧等がある。これらの場合も、ショットノイズと同様に、物体からの受光信号検出のための閾値電圧を超える可能性が大きくなり、どの信号が物体からの反射によるものなのかが分からなくなる。 By the way, other factors such as erroneous detection of a received signal from an object include rain and fog. In these cases as well, as with shot noise, there is a high possibility that the threshold voltage for detecting a received signal from an object will be exceeded, and it will not be possible to know which signal is due to reflection from the object.
図10は、雨と物体とが検出される受光信号波形の例を示す模式図である。図10に示すように、時間0でパルス発光したとして、3つの雨(雨1、雨2、雨3)と、1つの物体とが検出される。受光信号を検出するための検出閾値を、図10に示す破線のレベルに設定すると、雨1~雨3と、物体とをあわせた4つが検出される。雨については危険情報とは認識せずに、物体を危険情報として認識したいものの、検出結果を見ても、何れが雨で何れが物体であるかを判別できない。そのため、危険情報としたい物体の位置がどこかが分からない。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a light receiving signal waveform in which rain and an object are detected. As shown in FIG. 10, three rains (
そこで、以下で説明するように、ノイズ成分と物体とを判別する。以下の説明では、光走査を行なう際に、有効走査領域を複数(N個)の領域に分割し、各分割領域(N分割領域)について光走査を行なう。そして、有効走査領域における全N分割領域のうち一つのN分割領域について光走査を開始してから、全てのN分割領域についての光走査を終了するまでを一光走査と定義する。図11は、有効走査領域を複数の領域(N分割領域)に分割した例を示す図である。そして、一光走査において、あるN分割領域(例えば、N分割領域B)を光走査することで測距された測距値(例えば、測距値B)について、この分割領域Bに隣接するN分割領域(例えば、N分割領域A)を、N分割領域Bへの光走査よりも前のタイミングで光走査を行なうことで測距された測距値(例えば、測距値A)の値を参照し、測距値Aと測距値Bとに基づいて、測距値Bの確からしさを判定することで、ノイズ成分と物体とを判別する。すなわち、有効走査領域を複数の領域に分割し、分割した全分割領域のうち一つの分割領域について光走査を開始してから全ての分割領域についての光走査を終了するまでを一光走査と定義し、一光走査により有効走査領域の測距を行なう方法において、一つの分割領域だけで測距された測距結果はノイズとして扱い、二つ以上の隣接する分割領域において測距された測距結果が略同距離であった場合に、測距値として採用する。これを実現するために、測距値Bを測距したN分割領域Bに隣接するN分割領域Aを、N分割領域Bへの光走査よりも前のタイミングで光走査を行なうことで測距された測距値Aを参照し、測距値Aと測距値Bとが略同距離である場合に、測距値Bを採用するというものである。 Therefore, as described below, the noise component and the object are discriminated from each other. In the following description, when performing optical scanning, the effective scanning area is divided into a plurality of (N) areas, and optical scanning is performed for each divided area (N divided area). Then, the period from the start of optical scanning for one N-divided region of all N-divided regions in the effective scanning region to the end of optical scanning for all N-divided regions is defined as one-optical scanning. FIG. 11 is a diagram showing an example in which the effective scanning region is divided into a plurality of regions (N division regions). Then, in one optical scan, the distance measurement value (for example, distance measurement value B) measured by lightly scanning a certain N division region (for example, N division region B) is N adjacent to the division region B. The value of the distance measurement value (for example, distance measurement value A) measured by performing optical scanning of the division region (for example, N division region A) at a timing prior to the optical scan to the N division region B. By referring to and determining the certainty of the distance measurement value B based on the distance measurement value A and the distance measurement value B, the noise component and the object are discriminated. That is, the effective scanning area is divided into a plurality of areas, and the period from the start of optical scanning for one of the divided areas to the end of optical scanning for all the divided areas is defined as one optical scanning. However, in the method of measuring the distance of the effective scanning area by single-light scanning, the distance measurement result measured by only one divided area is treated as noise, and the distance measured by two or more adjacent divided areas is measured. When the results are approximately the same distance, it is adopted as the distance measurement value. In order to realize this, the distance measurement is performed by performing optical scanning on the N division area A adjacent to the N division area B where the distance measurement value B is measured at a timing prior to the optical scan to the N division area B. The distance measurement value A is referred to, and the distance measurement value B is adopted when the distance measurement value A and the distance measurement value B are substantially the same distance.
なお、上述したように、有効走査領域を偏向して光走査を行なう場合、有効走査領域を偏向角度で表現することも可能である。すなわち、光走査する際の有効走査領域を複数(N個)の領域に分割した各分割領域について、有効走査領域全体を光走査するために必要な偏向角度を複数(N個)の角度に分割し、この分割した角度(偏向角度、または走査角度)を用いて表現しても良い。 As described above, when the effective scanning region is deflected to perform optical scanning, the effective scanning region can be expressed by the deflection angle. That is, for each divided region in which the effective scanning area for optical scanning is divided into a plurality of (N) regions, the deflection angle required for optical scanning of the entire effective scanning region is divided into a plurality of (N) angles. However, this divided angle (deflection angle or scanning angle) may be used for expression.
ここで、測距値Aと測距値Bとの関連性が低いと判断された場合は、測距値Bの採用を保留する。そして、測距値Bに隣接しN分割領域Aとは反対側に位置するN分割領域(例えば、N分割領域C)をN分割領域Bへの光走査よりも後のタイミングで光走査を行なうことで測距された測距値Cについて、保留されている測距値Bを参照し、測距値Bと測距値Cとに基づいて、測距値Cの確からしさを判定する。測距値Bと測距値Cとの関連性が低いと判断された場合に、測距値Bは、隣接するN分割領域の測距値A及び測距値Cの何れとも略同距離ではない値ということになる。このときの測距値Bの保留が解除され、ノイズとして扱われる。そして、測距値Cの採用を、保留とし、測距値Cが保留となったことを示す情報を記憶する。 Here, if it is determined that the distance measurement value A and the distance measurement value B are not related to each other, the adoption of the distance measurement value B is suspended. Then, the N-divided region (for example, the N-divided region C) adjacent to the distance measurement value B and located on the opposite side of the N-divided region A is optical-scanned at a timing after the optical scan to the N-divided region B. With respect to the distance-measured distance-measured value C, the reserved distance-measured value B is referred to, and the certainty of the distance-measured value C is determined based on the distance-measured value B and the distance-measured value C. When it is determined that the relationship between the distance measurement value B and the distance measurement value C is low, the distance measurement value B is approximately the same distance as both the distance measurement value A and the distance measurement value C in the adjacent N division region. It means that there is no value. The holding of the distance measurement value B at this time is released, and it is treated as noise. Then, the adoption of the distance measurement value C is put on hold, and the information indicating that the distance measurement value C has been put on hold is stored.
また、測距値Cについて、測距値Bとの関連性が高いとされた場合は、隣接するN分割領域の測距値Bと測距値Cとが略同距離ということになるため、これらは測距値として採用される。すなわち、測距値Bと測距値Cとの関連性の判定により測距値Cがまず採用され、測距値Cが採用されたことを示す情報がフィードバックされ、測距値Bが採用されることになる。 Further, when the distance measurement value C is considered to be highly related to the distance measurement value B, the distance measurement value B and the distance measurement value C in the adjacent N division region are substantially the same distance. These are adopted as distance measurement values. That is, the distance measurement value C is first adopted by determining the relationship between the distance measurement value B and the distance measurement value C, and the information indicating that the distance measurement value C is adopted is fed back, and the distance measurement value B is adopted. Will be.
図12は、実施の形態に係る距離測定装置100によるノイズと物体との判別の例を説明する図である。ここでは、有効走査領域におけるN分割領域について、走査角度という表現も用いて説明する。図12の上段は、各走査角度において、ある距離に物体又はノイズが存在している例を示す模式図である。ここでは、物体又はノイズを総称してターゲットと表現する。図12の中段は、図12の上段のように存在しているターゲットに対して図中右側から走査を行ない、それぞれの角度で測距された結果に対してどのように判断されているかを示した図である。図12の下段は、判断の内容を示す図である。白丸と白三角とは、ターゲットが物体であることを意味し、バツ印は、ターゲットがノイズであることを意味する。なお、本実施の形態では、隣接する走査角度での測距値と±50cm以内に存在すれば、同距離であると判断する。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of discrimination between noise and an object by the
図12に示すように、まず、走査角度「0.1°」の測距結果「6m」については、その前に値がないため、一旦、保留状態にされる。そして、走査角度「0.2°」において、走査角度「0.1°」と同一の測距結果「6m」が確認されたため、この時点で、走査角度「0.1°」の測距結果「6m」については、白三角の判断(一時判断保留後、後ろのデータからのフィードバックで白丸判断)となる。続いて、走査角度「0.6°」までは、白丸の判断(前のデータとの比較で白丸判断)となる。 As shown in FIG. 12, first, the distance measurement result “6 m” having a scanning angle of “0.1 °” is temporarily put on hold because there is no value before it. Then, at the scanning angle "0.2 °", the same distance measurement result "6 m" as the scanning angle "0.1 °" was confirmed. Therefore, at this point, the distance measurement result at the scanning angle "0.1 °" was confirmed. For "6m", the judgment is a white triangle (after the temporary judgment is suspended, the white circle is judged by the feedback from the data behind). Subsequently, up to the scanning angle "0.6 °", the white circles are judged (white circles are judged by comparison with the previous data).
その後、走査角度「0.7°」の測距結果「3m」については、走査角度「0.6°」の測距結果「6m」とは異なる距離となるため、一旦、保留状態にされる。そして、走査角度「0.8°」において、走査角度「0.7°」と同一の測距結果「3m」が確認されたため、この時点で、走査角度「0.7°」の測距結果「3m」については、白三角の判断となる。 After that, the distance measurement result "3 m" with the scanning angle "0.7 °" is temporarily put on hold because the distance is different from the distance measurement result "6 m" with the scanning angle "0.6 °". .. Then, at the scanning angle "0.8 °", the same distance measurement result "3 m" as the scanning angle "0.7 °" was confirmed. Therefore, at this point, the distance measurement result at the scanning angle "0.7 °" was confirmed. For "3m", the judgment is a white triangle.
また、走査角度「1.8°」については、走査角度「1.7°」に測距結果が存在しないため、一旦、保留状態にされる。そして、走査角度「1.9°」においても、測距結果が存在しないため、走査角度「1.8°」の測距結果「5m」のターゲットは、バツ印の判断(一時判断保留後、後ろのデータからのフィードバックでバツ印判断)となる。すなわち、走査角度「1.8°」の測距結果「5m」のターゲットは、ノイズとして扱われる。 Further, the scanning angle "1.8 °" is temporarily put on hold because there is no distance measurement result at the scanning angle "1.7 °". Since there is no distance measurement result even at the scanning angle "1.9 °", the target with the distance measurement result "5 m" at the scanning angle "1.8 °" is judged by the cross mark (after the temporary judgment is suspended). It will be judged by the cross mark based on the feedback from the back data). That is, the target with the distance measurement result “5 m” with the scanning angle “1.8 °” is treated as noise.
ところで、図12のように、有効走査領域における走査開始位置から走査終了位置までについて、一度の走査により全ての走査角度の距離情報が得られることが望ましい。しかしながら、走査時間を短くしようとすると、走査速度が速くなり、1つの走査角度で発光させる時間が非常に短くなり、処理対象である信号について高い転送レートが求められる等、信号の処理に対する負荷も大きくなる。すると、パルス光を投光するレーザをそれぞれの走査角度で連続して発光させることが困難になる。そこで、例えば、特開2016-133341号公報では、有効走査領域の光走査を複数の走査に分割して全ての走査角度での測距を行なうことが提案されている。以下、有効走査領域の光走査を複数の光走査に分割する分割測距におけるノイズと物体との判別について説明する。 By the way, as shown in FIG. 12, it is desirable that distance information of all scanning angles can be obtained by one scanning from the scanning start position to the scanning end position in the effective scanning region. However, if an attempt is made to shorten the scanning time, the scanning speed becomes high, the time for emitting light at one scanning angle becomes very short, and a high transfer rate is required for the signal to be processed. growing. Then, it becomes difficult to continuously emit the laser that emits the pulsed light at each scanning angle. Therefore, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-133341 proposes to divide the optical scan of the effective scan region into a plurality of scans and perform distance measurement at all scan angles. Hereinafter, the discrimination between noise and an object in the divided ranging distance measurement in which the optical scan of the effective scanning region is divided into a plurality of optical scans will be described.
ここでは、有効走査領域を上述しているN分割領域が複数含まれるものをM分割領域と定義して説明する。有効走査領域を光走査する際に、先ず、M番目のM分割領域内におけるN番目のN分割領域を光走査し、次にM+1番目のM分割領域内におけるN番目のN分割領域を光走査する。この動作を全てのM分割領域について行なう。その後、M番目のM分割領域内におけるN+1番目のN分割領域を光走査し、次にM+1番目のM分割領域内におけるN+1番目のN分割領域を光走査する。この順番で、全てのM分割領域内の全てのN分割領域について行なうことで、有効走査領域における全N分割領域についての光走査を実現する。この説明から明らかなように、有効走査領域の走査の分割数は、M分割領域に含まれるN分割領域の数で決定される。例えば、M分割領域にN分割領域が4個含まれている場合は、有効走査領域の光走査の分割数は4となる。図13は、M分割領域にN分割領域が4個含まれている例を示す図である。なお、上述したように、有効走査領域の光走査を複数の光走査に分割して全ての走査角度での測距を行う場合でも、有効走査領域における全N分割領域のうち一つのN分割領域について光走査を開始してから全てのN分割領域についての光走査を終了するまでを一光走査と定義する。 Here, an effective scanning area including a plurality of the above-mentioned N-divided areas will be defined as an M-divided area. When lightly scanning the effective scanning region, first, the Nth N-divided region in the M-th M-divided region is optical-scanned, and then the N-th N-divided region in the M + 1-th M-divided region is optical-scanned. do. This operation is performed for all M division areas. After that, the N + 1st N division region in the Mth M division region is lightly scanned, and then the N + 1th N division region in the M + 1th M division region is lightly scanned. By performing this order for all N-divided regions in all M-divided regions, optical scanning for all N-divided regions in the effective scanning region is realized. As is clear from this description, the number of scan divisions in the effective scanning region is determined by the number of N division regions included in the M division region. For example, when the M division region includes four N division regions, the number of divisions of optical scanning in the effective scanning region is four. FIG. 13 is a diagram showing an example in which four N-divided regions are included in the M-divided region. As described above, even when the optical scan of the effective scanning region is divided into a plurality of optical scans and distance measurement is performed at all scanning angles, one of the N-divided regions in the effective scanning region is N-divided region. The period from the start of optical scanning to the end of optical scanning for all N-divided regions is defined as one-optical scanning.
図14は、実施の形態に係る有効走査領域の光走査を複数の光走査に分割して全ての走査角度での測距を行ない、ノイズと物体とを判別する例を説明する図である。ここでは、有効走査領域におけるN分割領域、及びM分割領域について、走査角度という表現も用いて説明する。図14では、有効走査領域を0.1°単位で光走査を行なう。すなわち、有効走査領域を0.1°毎に分割したものがN分割領域である。また、有効走査領域を0.4°毎に分割することでM分割領域としている。すなわち、図14では、N分割領域は、M分割領域に4個含まれる。そして、有効走査領域の光走査の分割数は4である。 FIG. 14 is a diagram illustrating an example in which optical scanning of an effective scanning region according to an embodiment is divided into a plurality of optical scans, distance measurement is performed at all scanning angles, and noise and an object are discriminated from each other. Here, the N-divided region and the M-divided region in the effective scanning region will be described using the expression of scanning angle. In FIG. 14, the effective scanning area is optically scanned in units of 0.1 °. That is, the N division area is obtained by dividing the effective scanning area every 0.1 °. Further, the effective scanning area is divided into M division areas by 0.4 °. That is, in FIG. 14, four N-divided regions are included in the M-divided region. The number of divisions of optical scanning in the effective scanning region is four.
図14の上段は、各走査角度において、ある距離に物体又はノイズが存在している例を示す模式図である。上述したように、物体又はノイズを総称してターゲットと表現している。図14の中段は、図14の上段のように存在しているターゲットに対して、4分割の光走査でもって順次測距を繰り返した結果に対してどのように判断されているかを示した図である。図14の下段は、判断の内容を示す図である。なお、本実施の形態では、隣接する走査角度での測距値と±50cm以内に存在すれば、同距離であると判断する。 The upper part of FIG. 14 is a schematic diagram showing an example in which an object or noise exists at a certain distance at each scanning angle. As described above, objects or noise are collectively referred to as targets. The middle part of FIG. 14 is a diagram showing how the target existing as shown in the upper part of FIG. 14 is judged based on the result of repeating distance measurement by four divisions of optical scanning. Is. The lower part of FIG. 14 is a diagram showing the content of the judgment. In this embodiment, if the distance is within ± 50 cm from the distance measurement value at the adjacent scanning angle, it is determined that the distance is the same.
つまり、図14に示す走査角度「0.1°」の測距は、走査角度「0.2°」の走査に対して一つ前の分割走査により行なわれたものである。同様に、走査角度「0.3°」の測距は、走査角度「0.2°」の走査に対して一つ後の分割走査により行なわれたものである。このようにして、有効走査領域を0.4°毎に分割したM分割領域を4分割し、0.1°毎としたN分割領域を最小の光走査単位とし、有効走査領域の光走査を複数の光走査に分割した測距が行なわれる。 That is, the distance measurement at the scanning angle “0.1 °” shown in FIG. 14 was performed by the divisional scanning immediately before the scanning at the scanning angle “0.2 °”. Similarly, the distance measurement at the scanning angle "0.3 °" is performed by the divided scanning one after the scanning at the scanning angle "0.2 °". In this way, the M-divided region in which the effective scanning region is divided into 0.4 ° intervals is divided into four, and the N-divided region in 0.1 ° intervals is set as the minimum optical scanning unit, and the optical scanning of the effective scanning region is performed. Distance measurement is performed by dividing into a plurality of optical scans.
図14に示すように、まず、走査角度「0.1°」の測距結果「6m」については、その前に値がないため、一旦、保留状態にされる。そして、走査角度「0.2°」において、走査角度「0.1°」と同一の測距結果「6m」が確認されたため、この時点で、走査角度「0.1°」の測距結果「6m」については、白三角の判断(一時判断保留後、後ろのデータからのフィードバックで白丸判断)となる。続いて、走査角度「0.6°」までは、白丸の判断(前のデータとの比較で白丸判断)となる。 As shown in FIG. 14, first, the distance measurement result “6 m” having a scanning angle of “0.1 °” is temporarily put on hold because there is no value before it. Then, at the scanning angle "0.2 °", the same distance measurement result "6 m" as the scanning angle "0.1 °" was confirmed. Therefore, at this point, the distance measurement result at the scanning angle "0.1 °" was confirmed. For "6m", the judgment is a white triangle (after the temporary judgment is suspended, the white circle is judged by the feedback from the data behind). Subsequently, up to the scanning angle "0.6 °", the white circles are judged (white circles are judged by comparison with the previous data).
その後、走査角度「0.7°」の測距結果「3m」については、走査角度「0.6°」の測距結果「6m」とは異なる距離となるため、一旦、保留状態にされる。そして、走査角度「0.8°」において、走査角度「0.7°」と同一の測距結果「3m」が確認されたため、この時点で、走査角度「0.7°」の測距結果「3m」については、白三角の判断となる。 After that, the distance measurement result "3 m" with the scanning angle "0.7 °" is temporarily put on hold because the distance is different from the distance measurement result "6 m" with the scanning angle "0.6 °". .. Then, at the scanning angle "0.8 °", the same distance measurement result "3 m" as the scanning angle "0.7 °" was confirmed. Therefore, at this point, the distance measurement result at the scanning angle "0.7 °" was confirmed. For "3m", the judgment is a white triangle.
また、走査角度「1.8°」については、走査角度「1.7°」に測距結果が存在しないため、一旦、保留状態にされる。そして、走査角度「1.9°」においても、測距結果が存在しないため、走査角度「1.8°」の測距結果「5m」のターゲットは、バツ印の判断(一時判断保留後、後ろのデータからのフィードバックでバツ印判断)となる。すなわち、走査角度「1.8°」の測距結果「5m」のターゲットは、ノイズとして扱われる。このように、図14では、それぞれの位置におけるターゲットの判断を、分割した複数の光走査を跨いで行なう。 Further, the scanning angle "1.8 °" is temporarily put on hold because there is no distance measurement result at the scanning angle "1.7 °". Since there is no distance measurement result even at the scanning angle "1.9 °", the target with the distance measurement result "5 m" at the scanning angle "1.8 °" is judged by the cross mark (after the temporary judgment is suspended). It will be judged by the cross mark based on the feedback from the back data). That is, the target with the distance measurement result “5 m” with the scanning angle “1.8 °” is treated as noise. As described above, in FIG. 14, the determination of the target at each position is performed across a plurality of divided optical scans.
上述したように、図12及び図14では、測距値を利用して、ある走査角度(N分割領域)において測距された測距値に隣接する走査角度(N分割領域)における測距値の確からしさを判断した。測距値として採用する基準を、隣接する走査角度(N分割領域)における距離の差異が所定範囲内かどうかとすることで、隣接する走査角度(N分割領域)同士が同一の物体を測距しているかどうかを効率的に判断することができる。なお、判断に用いる距離の差異の範囲は、同一物体の距離範囲を予め調査して設定された測距値範囲内とすることが望ましい。 As described above, in FIGS. 12 and 14, the distance measurement value at a scanning angle (N division area) adjacent to the distance measurement value measured at a certain scanning angle (N division area) using the distance measurement value. Judging the certainty of. By determining whether or not the difference in distance between adjacent scanning angles (N-divided area) is within a predetermined range, the standard adopted as the distance-finding value is to measure an object having the same adjacent scanning angles (N-divided area). It is possible to efficiently judge whether or not it is done. It is desirable that the range of the difference in distance used for the judgment is within the range of the distance measurement value set by investigating the distance range of the same object in advance.
さらに、隣接する走査角度(N分割領域)同士が同一物体を測距しているかどうかの判断で、判断を確かなものとするために、ある走査角度での散乱されたパルス光のパルス幅を利用しても良い。すなわち、ノイズ同士が偶然に、略同一距離に発生する場合を考慮して、隣接する走査角度で略同一距離に存在するターゲットに対応するパルス光のパルス幅それぞれが、予め設定された一定のパルス幅範囲内であるかどうかも判断基準として設ける。これにより、ノイズを物体として採用してしまう誤判定の確率を削減することができる。例えば、パルス幅の範囲は、±20%以内とすることができる。 Furthermore, in order to make a reliable judgment in determining whether or not adjacent scanning angles (N division regions) are measuring the same object, the pulse width of the scattered pulsed light at a certain scanning angle is determined. You may use it. That is, in consideration of the case where noises are accidentally generated at substantially the same distance, each pulse width of the pulsed light corresponding to the targets existing at substantially the same distance at adjacent scanning angles is a preset constant pulse. Whether or not it is within the width range is also set as a criterion. This makes it possible to reduce the probability of erroneous determination that noise is adopted as an object. For example, the pulse width range can be within ± 20%.
図15は、パルス光のパルス幅を判断基準として設ける例を説明する図である。図15に示すように、ターゲットピークのパルス幅は、安定した幅を示すものとなる。これに対して、ショットノイズ等は、ランダムなパルス幅の大きさを持つものとなる。物体のターゲットピークのパルス幅σの値を予め調査し、例えばそのパルス幅σをもとにしたパルス幅範囲を予め設定しておくことで、その範囲を超えた場合は同一物体からの信号として採用しないこととする。すなわち、隣接する走査角度(N分割領域)におけるノイズが略同位置で観測されたとしても、その場合のパルス幅は設定した幅以上に異なることになるため両者の関連性は低いと判断できる。すなわち、パルス幅を判断基準に加えることで、ノイズと物体とをより確実に判別することができる。なお、パルス幅は、受光したときの信号の立ち上がりから立ち下がりの幅を表す。 FIG. 15 is a diagram illustrating an example in which the pulse width of the pulsed light is used as a determination criterion. As shown in FIG. 15, the pulse width of the target peak shows a stable width. On the other hand, shot noise and the like have a random pulse width. By investigating the value of the pulse width σ of the target peak of the object in advance and setting the pulse width range based on the pulse width σ in advance, if the range is exceeded, it will be a signal from the same object. I will not adopt it. That is, even if noise at adjacent scanning angles (N division regions) is observed at substantially the same position, it can be judged that the relationship between the two is low because the pulse width in that case is different than the set width. That is, by adding the pulse width to the determination criterion, it is possible to more reliably discriminate between noise and an object. The pulse width represents the width from the rising edge to the falling edge of the signal when the signal is received.
図16は、実施の形態に係るターゲット判定処理の流れの例を示すフローチャートである。図16に示すように、距離測定装置100は、スキャン(光走査)によって得られたデータ(例えば、測距結果)を取得する(ステップS101)。そして、距離測定装置100は、一光走査におけるある位置の測距結果に対して、隣接する走査角度に測距結果が存在するか否かを判定する(ステップS102)。
FIG. 16 is a flowchart showing an example of the flow of the target determination process according to the embodiment. As shown in FIG. 16, the
このとき、距離測定装置100は、隣接する走査角度に測距結果が存在しない場合に(ステップS102:No)、自身の位置の測距結果について、一旦、保留状態とする(ステップS103)。保留状態とした後、距離測定装置100は、ステップS101の処理を再度実行し、次の位置の測距結果を取得する。一方、距離測定装置100は、隣接する走査角度に測距結果が存在する場合に(ステップS102:Yes)、隣接する走査角度の測距結果が自身の測距結果の50cm以内である、且つ、隣接する走査角度の測距結果に対応するパルス幅が自身の測距結果に対応するパルス幅の±20%以内であるかを判定する(ステップS104)。すなわち、距離測定装置100は、隣接する走査角度の距離の差異の範囲内(例えば、50cm以内)であるか、隣接する走査角度で略同一距離に存在するターゲットに対応するパルス光のパルス幅それぞれが一定のパルス幅範囲内(例えば、±20%以内)であるかを確認する。
At this time, when the distance measurement result does not exist at the adjacent scanning angles (step S102: No), the
このとき、距離測定装置100は、何れかの条件を満たさない場合に(ステップS104:No)、自身の位置の測距結果について、一旦、保留状態とする(ステップS103)。保留状態とした後、距離測定装置100は、ステップS101の処理を再度実行し、次の位置の測距結果を取得する。一方、距離測定装置100は、何れの条件も満たす場合に(ステップS104:Yes)、自身の位置の測距結果を採用するものとして出力する(ステップS105)。
At this time, if any of the conditions is not satisfied (step S104: No), the
また、距離測定装置100は、隣接する走査角度の測距結果が出力済みであるか否かを判定する(ステップS106)。このとき、距離測定装置100は、隣接する走査角度の測距結果が出力済みでない場合に(ステップS106:No)、隣接する走査角度の測距結果を採用するものとして出力する(ステップS107)。その後、距離測定装置100は、ステップS101の処理を再度実行し、次の位置の測距結果を取得する。一方、距離測定装置100は、隣接する走査角度の測距結果が出力済みである場合に(ステップS106:Yes)、ステップS101の処理を再度実行し、次の位置の測距結果を取得する。なお、距離測定装置100は、全ての測距結果についての判定が完了した場合に、ターゲット判定処理を終了する。
Further, the
本実施の形態では、同一物体とみなす隣接する走査角度との距離範囲を±50cm以内である場合を例に挙げたが、これに限られるものではない。距離範囲を少なくする場合は、ノイズの除去をより効果的に実現することができる。例えば、10mの位置に存在する物体に対して0.1°の角度分解能で走査して測距を行ない、物体が距離測定装置100に対して正対している場合は、隣接する走査角度での物体の走査方向分解能は1.7cmである。すなわち、距離測定装置100に対して45°の角度に物体が設置されていても、その距離の差異は1.7cmでしかなく、隣接する走査角度との距離範囲を±10cmにすれば十分であることが分かる。従って、物体との距離の違いが20cmしかない場所に出現するノイズであっても、ノイズとして除去することができるようになる。
In the present embodiment, the case where the distance range from the adjacent scanning angles regarded as the same object is within ± 50 cm is given as an example, but the present invention is not limited to this. When the distance range is reduced, noise removal can be realized more effectively. For example, an object existing at a position of 10 m is scanned with an angle resolution of 0.1 ° to measure a distance, and when the object faces the
但し、100mの位置に存在する物体に対する走査方向の分解能は17cmとなる。このとき、距離測定装置100に対して45°の角度で物体が設置してある場合は、その距離の差異は17cmとなり、±10cmの距離範囲で設定すると、この物体がノイズとして処理されてしまう。さらに、実際には、測距のばらつきも考慮すると、物体をノイズとして誤処理してしまう可能性が高くなってしまう。そこで、本実施の形態では、測距された距離に応じて、隣接する走査角度での物体の測距範囲を変更しても良い。
However, the resolution in the scanning direction for an object existing at a position of 100 m is 17 cm. At this time, if an object is installed at an angle of 45 ° with respect to the
例えば、測距された距離を「A」、走査方向の角度分解能を「θ1」、基準距離における物体の測距ばらつき標準偏差を「σobj」、標準偏差の倍数を「n」、距離測定装置100に対して測定できる物体の期待角度の上限を「θ2」とする。これらのうち、「A」以外の値については予め決定しておける値であり、リアルタイムに測距される値「A」を、例えば以下の(数1)に適用することにより、隣接する走査角度での物体の測距範囲を即座に適用できることになる。
For example, the distance measured is "A", the angular resolution in the scanning direction is "θ1", the standard deviation of the distance measurement variation of the object at the reference distance is "σobj", the multiple of the standard deviation is "n", and the
隣接する走査角度での物体の測距範囲
=(n・σobj^2)^0.5+A・sinθ1・tanθ2 ・・・(数1)
Distance measurement range of objects at adjacent scanning angles = (n ・ σobj ^ 2) ^ 0.5 + A ・ sinθ1 ・ tanθ2 ・ ・ ・ (Equation 1)
ここで、仮に、θ1=0.1°、σobj=10cm(基準距離50m)、n=2、θ2=60°とすると、測距される値Aと、隣接角度での物体の測距値として採用される測距範囲との関係は、図17に示すものとなる。図17は、測距値と測距範囲との関係の例を示す図である。図17に示すように、測距値が大きくなるほど、物体の測距範囲も広くなることが分かる。
Here, assuming that θ1 = 0.1 °, σobj = 10 cm (
上述したように、距離測定装置100は、ある対象物の測距値と、該対象物に隣接する走査角度で走査された測距値との関連性をもとに、ある対象物がノイズ又は物体であることを判定する。その結果、ある対象物がノイズ又は物体であるかを精度良く判定することができる。また、信号を検知するための閾値を小さく設定することができるので、検出距離を大きくすることができる。
As described above, in the
なお、上記実施の形態では、回転ミラー26を用いて回転走査する場合を例に挙げたが、複数の光源を、例えば円弧上に並べて順次光を照射することで走査する構成であっても良い。
In the above embodiment, the case of rotational scanning using the
100 距離測定装置
10 投光系
12 LD駆動部
20 投光光学系
22 カップリングレンズ
24 反射ミラー
26 回転ミラー
30 受光光学系
40 検出系
42 時間計測用PD
44 PD出力検出部
45 時間計測部
46 測定制御部
47 物体認識部
50 同期系
52 同期レンズ
54 同期検知用PD
56 PD出力検出部
100
44 PD
56 PD output detector
Claims (11)
前記対象物で反射又は散乱された光を受光する受光部と、
前記投光部から投光された光を走査領域へ走査する走査部と、
前記投光部による投光から前記受光部による受光までの時間を計測し、前記対象物までの距離を測定する距離測定部と、
を備え、
前記走査領域を複数の分割領域に分割し、該分割した全ての分割領域のうち一つの分割領域の走査開始から全ての分割領域の走査終了までを一走査と定義すると、
前記一走査の間に前記距離測定部により測定された、第1の分割領域の測定値である第1測定値と、前記第1測定値よりも前に測定された第2の分割領域の測定値である第2測定値と、
前記一走査の間に、前記第1分割領域で前記受光部が前記光を受光した時間幅である第1受光幅と、前記前記第2分割領域で前記受光部が前記光を受光した時間幅である第2受光幅とに基づいて、前記第1測定値が前記第1の分割領域の測定結果と出来るか否かを判定し、
前記第1の分割領域の測定結果と出来ると判定された場合に、前記第1測定値を、前記第1の分割領域における対象物までの距離として出力すること
を特徴とする距離測定装置。 A light projecting unit that emits light to an object,
A light receiving unit that receives light reflected or scattered by the object, and a light receiving unit.
A scanning unit that scans the light projected from the projection unit into the scanning region, and a scanning unit.
A distance measuring unit that measures the time from the light projected by the light projecting unit to the light receiving by the light receiving unit and measures the distance to the object.
Equipped with
When the scanning area is divided into a plurality of divided areas and the period from the start of scanning of one of the divided areas to the end of scanning of all the divided areas is defined as one scan.
Measurement of the first measured value, which is the measured value of the first divided region measured by the distance measuring unit during the one scan, and the measurement of the second divided region measured before the first measured value. The second measured value, which is the value, and
During the one scan, the first light receiving width, which is the time width during which the light receiving unit receives the light in the first divided region, and the time width during which the light receiving unit receives the light in the second divided region. Based on the second light receiving width, it is determined whether or not the first measured value can be the measurement result of the first divided region.
A distance measuring device, characterized in that, when it is determined that the measurement result of the first divided region can be obtained, the first measured value is output as a distance to an object in the first divided region.
前記第1受光幅と、前記第2受光幅とが第2所定基準を満たさない場合と、のいずれかの場合に、
前記一走査の間に前記距離測定部により測定された、前記第1測定値と、前記第1測定値よりも後に測定された第3の分割領域の測定値である第3測定値と、
前記一走査の間に、前記受光部が前記光を受光した時間幅である前記第1受光幅と、前記受光部が前記光を前記第3の分割領域で受光した時間幅である第3受光幅と、に基づいて、前記第1測定値が前記第1の分割領域の測定結果と出来るか否かを判定することを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。 When the relationship between the first measured value and the second measured value does not satisfy the first predetermined criterion, and when
In either case, the first light receiving width and the second light receiving width do not satisfy the second predetermined criterion.
The first measured value measured by the distance measuring unit during the one scan, the third measured value which is the measured value of the third divided region measured after the first measured value, and the third measured value.
The first light receiving width, which is the time width during which the light receiving unit receives the light during the one scan, and the third light receiving width, which is the time width during which the light receiving unit receives the light in the third divided region. The distance measuring device according to claim 1, wherein it is determined whether or not the first measured value can be a measurement result of the first divided region based on the width.
前記第1受光幅と、前記第3受光幅とが前記第2所定基準を満たさない場合と、のいずれかの場合に、
前記第1測定値を前記第1の分割領域の測定結果とはせず、
前記第1測定値と、前記第3測定値との関係が前記第1所定基準を満たし、かつ、前記第1受光幅と前記第3受光幅とが前記第2所定基準を満たす場合に、前記第1測定値を前記第1の分割領域の測定結果とすることを特徴とする請求項2に記載の距離測定装置。 When the relationship between the first measured value and the third measured value does not satisfy the first predetermined criterion, and when
In either case, the first light receiving width and the third light receiving width do not satisfy the second predetermined criterion.
The first measured value is not used as the measurement result of the first divided region.
When the relationship between the first measured value and the third measured value satisfies the first predetermined standard, and the first light receiving width and the third light receiving width satisfy the second predetermined standard, the said. The distance measuring device according to claim 2, wherein the first measured value is a measurement result of the first divided region.
前記M分割領域を更にN個(N≧1)の領域に分割したものをN分割領域と定義すると、
前記走査部は、
M番目の前記M分割領域内のN番目の前記N分割領域を走査した後に、M+1番目の前記M分割領域内のN番目の前記N分割領域を走査する動作を、前記走査領域内の全てのM分割領域について行ない、
次に、M番目の前記M分割領域内のN+1番目の前記N分割領域を走査した後に、M+1番目の前記M分割領域内のN+1番目の前記N分割領域を走査する動作を、前記走査領域内の全M分割領域について行なう、という順番で、前記走査領域内の全ての前記N分割領域の走査を行ない、
前記第1の分割領域は、前記M分割領域におけるN番目の前記N分割領域であり、前記第2の分割領域は、前記M分割領域におけるN-1番目の前記N分割領域であること
を特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。 A scan area divided into M areas (M ≧ 1) is defined as an M division area.
When the M division area is further divided into N (N ≧ 1) areas, it is defined as an N division area.
The scanning unit is
The operation of scanning the N-th N-divided region in the M + 1-th M-divided region after scanning the N-th N-divided region in the M-th M division region is performed in all the scanning regions. Do about the M division area,
Next, the operation of scanning the N + 1th N-divided region in the M + 1-th M-divided region after scanning the N + 1-th N-divided region in the M-th M-divided region is performed in the scanning region. Scan all the N-divided areas in the scanning area in the order of performing all M-divided areas.
The first division region is the Nth N division region in the M division region, and the second division region is the N-1th N division region in the M division region. The distance measuring device according to claim 1.
前記M分割領域を更にN個(N≧1)の領域に分割したものをN分割領域と定義すると、
前記走査部は、
M番目の前記M分割領域内のN番目の前記N分割領域を走査した後に、M+1番目の前記M分割領域内のN番目の前記N分割領域を走査する動作を、前記走査領域内の全てのM分割領域について行ない、
次に、M番目の前記M分割領域内のN+1番目の前記N分割領域を走査した後に、M+1番目の前記M分割領域内のN+1番目の前記N分割領域を走査する動作を、前記走査領域内の全M分割領域について行なう、という順番で、前記走査領域内の全ての前記N分割領域の走査を行ない、
前記第1の分割領域は、前記M分割領域におけるN番目の前記N分割領域であり、前記第2の分割領域は、前記M分割領域におけるN-1番目の前記N分割領域であり、前記第3の分割領域は、前記M分割領域におけるN+1番目の前記N分割領域である、
請求項2または3に記載の距離測定装置。 A scan area divided into M areas (M ≧ 1) is defined as an M division area.
When the M division area is further divided into N (N ≧ 1) areas, it is defined as an N division area.
The scanning unit is
The operation of scanning the N-th N-divided region in the M + 1-th M-divided region after scanning the N-th N-divided region in the M-th M division region is performed in all the scanning regions. Do about the M division area,
Next, the operation of scanning the N + 1th N-divided region in the M + 1-th M-divided region after scanning the N + 1-th N-divided region in the M-th M-divided region is performed in the scanning region. Scan all the N-divided areas in the scanning area in the order of performing all M-divided areas.
The first divided region is the Nth N-divided region in the M-divided region, and the second divided region is the N-1th N-divided region in the M-divided region. The division area 3 is the N + 1th N division area in the M division area.
The distance measuring device according to claim 2 or 3.
前記距離測定部は、前記受光信号の電圧が検出閾値電圧を超えた場合に、前記光を検出し、
前記検出閾値電圧は、前記受光信号に含まれるショットノイズの電圧より小さい、請求項1から9のいずれか一項に記載の距離測定装置。 The light receiving unit outputs a light receiving signal having a voltage corresponding to the amount of the received light.
The distance measuring unit detects the light when the voltage of the received light signal exceeds the detection threshold voltage.
The distance measuring device according to any one of claims 1 to 9, wherein the detection threshold voltage is smaller than the voltage of the shot noise included in the received light signal.
前記対象物で反射又は散乱された光を受光する受光ステップと、
前記投光ステップにより投光された光を走査領域へ走査する走査ステップと、
前記投光ステップによる投光から前記受光ステップによる受光までの時間を計測し、前記対象物までの距離を測定する距離測定ステップと、
を含み、
前記走査領域を複数の分割領域に分割し、該分割した全ての分割領域のうち一つの分割領域の走査開始から全ての分割領域の走査終了までを一走査と定義すると、
前記一走査の間に前記距離測定ステップにより測定された第1の分割領域の測定値である第1測定値と、前記第1測定値よりも前に測定された第2の分割領域の測定値である第2測定値と、
前記一走査の間に、前記第1分割領域で前記受光部が前記光を受光した時間幅である第1受光幅と、前記前記第2分割領域で前記受光部が前記光を受光した時間幅である第2受光幅とに基づいて、前記第1測定値が前記第1の分割領域の測定結果と出来るか否かを判定し、
前記第1の分割領域の測定結果と出来ると判定された場合に、前記第1測定値を、前記第1の分割領域における対象物までの距離として出力すること
を特徴とする距離測定方法。 A floodlight step that casts light on an object,
A light receiving step that receives light reflected or scattered by the object, and
A scanning step of scanning the light projected by the projection step into the scanning area, and a scanning step.
A distance measurement step that measures the time from the light projection by the light projection step to the light reception by the light reception step and measures the distance to the object.
Including
When the scanning area is divided into a plurality of divided areas and the period from the start of scanning of one of the divided areas to the end of scanning of all the divided areas is defined as one scan.
The first measured value, which is the measured value of the first divided region measured by the distance measuring step during the one scan, and the measured value of the second divided region measured before the first measured value. The second measured value is
During the one scan, the first light receiving width, which is the time width during which the light receiving unit receives the light in the first divided region, and the time width during which the light receiving unit receives the light in the second divided region. Based on the second light receiving width, it is determined whether or not the first measured value can be the measurement result of the first divided region.
A distance measuring method characterized by outputting the first measured value as a distance to an object in the first divided region when it is determined that the measurement result of the first divided region can be obtained.
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