CN110431446A - 距离测定装置 - Google Patents

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Abstract

距离测定装置具备：发光部(20)；受光部(30)；配置于发光部(20)与受光部(30)的光路上的保护罩(11)；进行第一模式与第二模式的切换的模式切换部(46)；距离计算部(45)，在第一模式下，基于从发光部(20)放射光然后由受光部(30)接收反射光为止的时间差，计算到目标对象物的距离；以及LD发光强度调整部(42)，调整发光部(20)的发光强度，与第一模式相比，在第二模式中，调整成发光部(20)的发光强度变得变弱。

Description

距离测定装置
技术领域
本公开涉及一种距离测定装置，其向规定的区域照射光，并且在接收到该光的反射光时，基于与该反射光对应的受光信号检测反射物，测定距该反射物的距离。
背景技术
以往，作为车载用的安全机构之一，提出了使用摄像元件监视车辆的前方及周边、或后方的系统。在测定距车辆周边的物体的距离的距离测定装置中，已知有使用了飞行时间法(time-of-flight法)的原理的结构，该飞行时间法为，计测所放射的光被物体反射之后被接受为止的时间。计测出的时间被换算为到物体的距离(参照专利文献1、2)。
在距离测定装置中，为了保护发光元件及受光元件不受外部环境的影响，安装由透射光的玻璃板或树脂板构成的罩。若在位于向测距对象物放射的光和从对象物反射回来的光这两方的光路上的保护罩上附着有污垢等异物，则测距会产生异常，给测定带来误差，或成为测定不良。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006－38686号公报
专利文献2:日本实开平5－28759号公报
发明内容
发明将要解决的课题
本公开鉴于上述课题，主要目的在于提供一种即使在保护罩附着有异物的情况下也能够判定异物的附着的距离测定装置。
用于解决课题的手段
本公开的一方式的距离测定装置具备：发光部，间歇地放射光；受光部，接受对于从发光部放射的光的反射光，并具有包括进行光电转换而生成受光信号的光电二极管的光电转换元件；保护罩，配置在发光部与受光部的光路上；模式切换部，进行第一模式与第二模式的切换；距离计算部，在第一模式下，基于从发光部放射光起到由受光部接受反射光为止的时间差，计算到目标对象物的距离；以及发光强度调整部，调整发光部的发光强度；与第一模式相比，在第二模式中，调整成发光部的发光强度变弱。
这里，距离计算部能够在第二模式下，基于来自发光部的弱光量下的受光部的输出，判定保护罩中的反射散射光的强度变化，从而检测有无异物向保护罩附着。
另外，本公开的其他一方式的距离测定装置具备：发光部，间歇地放射光；受光部，接受对于从发光部放射的光的反射光，并具有包括进行光电转换而生成受光信号的光电二极管的光电转换元件；保护罩，配置在发光部与受光部的光路上；模式切换部，进行第一模式与第二模式的切换；距离计算部，在第一模式下，基于从发光部放射光起到由受光部接受反射光为止的时间差，计算到目标对象物的距离；以及施加电压调整部，调整向光电二极管施加的施加电压；与第一模式相比，在第二模式中，调整成光电二极管的增益率变低。
这里，距离计算部能够在第二模式下，基于增益率被调整为低的受光部的输出，判定保护罩中的反射散射光的强度变化，从而检测有无异物向保护罩附着。
另外，本公开的另一其他一方式的距离测定装置具备：发光部，间歇地放射光；受光部，接受对于从发光部放射的光的反射光，并具有包括进行光电转换而生成受光信号的雪崩光电二极管的光电转换元件；保护罩，配置在发光部与受光部的光路上；模式切换部，进行第一模式与第二模式的切换；距离计算部，在第一模式下，基于从发光部放射光起到由受光部接受反射光为止的时间差，计算到目标对象物的距离；以及施加电压调整部，调整向雪崩光电二极管施加的施加电压；与第一模式相比，在第四模式中，调整成雪崩光电二极管的倍增率变低。
这里，距离计算部能够在第二模式下，基于倍增率被调整为低的受光部的输出，判定保护罩中的反射散射光的强度变化，从而检测有无异物向保护罩附着。
这里，距离测定装置也可以还具备清洗部，该清洗部在由距离计算部检测出异物附着的情况下，进行清洗以去除附着于保护罩的异物。
发明效果
简单说明通过本公开的一实施方式获得的效果如下。即，在距离测定装置中，能够在实现高灵敏度的测距的同时，正确地判定异物向保护罩的附着。另外，通过使用判定结果执行保护罩的清洗，能够提供可靠性高的距离测定装置。
附图说明
图1是表示本公开的实施方式1的距离测定装置的概略结构例的图。
图2是表示图1中的控制部的详细结构例以及其周边模块的框图。
图3是表示图1中的PD部的详细结构例的框图。
图4是表示使用了LD发光强度调整部的图1的距离测定装置的动作例的时间图。
图5是表示图1的距离测定装置的整体动作例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行具体说明。另外，以下说明的实施方式均表示本发明的优选的一个具体例。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接方式等是一个例子，并非旨在限定本发明。另外，关于以下的实施方式中的构成要素中的、未记载于表示本发明的最上位概念的独立权利要求中的构成要素，作为构成更优选的方式的任意构成要素进行说明。另外，各图是示意图，不一定表示精确的尺寸。
(实施方式1)
根据本公开的实施方式1，对受光部采用包含光电二极管(PD)的光电转换元件。然而，在将灵敏度高的PD用于受光部以使得即使目标对象物离得较远也能够进行测距的情况下，若要通过判定配置于发光部和受光部附近的保护罩中的反射散射光的强度变化来检测有无异物向保护罩附着，则受高灵敏度所害而难以检测异物。因此，在要进行异物检测时，进行调整以使发光部的发光强度变弱，或调整向PD的施加电压以使PD的增益率降低，从而使PD的实质性的灵敏度降低。
图1是表示本公开的实施方式1的距离测定装置的概略结构例的图。图1的距离测定装置具备：壳体10，内置有发光部20、受光部30以及控制部40；覆盖壳体10的开口部的光透射性的保护罩11；以及清洗部50，用于去除附着于保护罩11的异物12。发光部20是除了经由发光透镜以及扫描仪放射脉冲状的激光L的激光二极管(LD)部21之外还具有选择LD部21的驱动电压的第一复用器(MUX1)22的光源。受光部30是如下的测距相机，具有：用于聚光的光学系统31；仅使特定波长的光透射的带通滤波器(BPF)32；将分别具备作为光电转换元件的光电二极管(PD)的多个像素以阵列状排列而成的PD部33；以及选择PD部33的驱动电压的第二复用器(MUX2)34。控制部40向第一复用器22供给LD驱动电压切换信号SW1，向LD部21供给LD驱动控制信号DR1，向第二复用器34供给PD施加电压切换信号SW2，向PD部33供给PD驱动控制信号DR2，从PD部33接收受光信号RV。另外，控制部40向由擦拭件(wiper)、清洗器等构成的清洗部50供给清洗命令W，并从清洗部50接收完成信号C。
PD部33由多个像素构成，优选具有能够同时对全部像素控制受光定时的全局快门功能。基于该全局快门功能，从控制部40将快门定时作为相对于LD部21的发光定时的相对定时来控制，从而能够从该距离测定装置检测位于特定距离区间的被摄体。通过在距离方向上扫描该距离区间，即使有多个不同位置的被摄体，控制部40也能够作为距离不同的图像而取得距离图像。
另外，图1的距离测定装置通过判定保护罩11中的反射散射光S的强度变化，检测有无异物12向保护罩11附着。
如图1所示，例如在车载用的距离测定装置中，若异物12附着于LD部21的前方，则能够透射保护罩11的放射光减少。另外，来自目标对象物的反射光也被异物12吸收或者散射，结果能够透射保护罩11的反射光减少。这样，若向PD部33的入射光量为规定量以下，则光的往复时间的计测精度将会下降。即，认为距离测定值的可靠性受损，或能够测定的最大距离减少而安全性降低。因此，异物12的检测以及去除变得重要。另外，如图1那样，在发光部20和受光部30配置于同一壳体10内的构造中，若光照射异物12，则光被散射，其一部分到达受光部30。另外，即使没有附着异物12，由保护罩11反射的光也到达受光部30。即，虽说是异物12，但大多数情况是仅有几毫米以下的泥、虫的尸骸等，作为距离从大致相同的距离反射，因此最终根据异物12的有无而变化的是保护罩11中的反射散射光S的强度。
然而，在从发光部20发出的光在保护罩11以及异物12反射、散射的情况下，由于该位置是发光部20的极近处，因此在保持非常强的光强度的状态下被反射。如上述那样，在作为受光部30的光电转换元件使用了灵敏度高的元件的情况下，由于灵敏度高，因此难以区别仅出自于保护罩11的反射散射光S和由保护罩11以及异物12带来的反射散射光S。
因此，本申请发明人们专心研究的结果，发现在要进行异物检测时，如果通过进行调整以使发光部20的发光强度变弱，或进行调整以使受光部30中的PD的增益率变低，来使PD的实质性的灵敏度降低，则能够区别仅出自于保护罩11的反射散射光S和由保护罩11以及异物12带来的反射散射光S。
图2是表示图1中的控制部40的详细结构例以及其周边模块的框图。控制部40具备LD驱动控制部41、LD发光强度调整部42、PD驱动控制部43、PD施加电压调整部44、距离计算部45、模式切换部46、以及清洗处理部47。另外，在图2中，作为控制部40的周边模块，图示了LD部21、第一复用器(MUX1)22、PD部33、第二复用器34以及清洗部50。
模式切换部46向各部供给模式切换信号，该模式切换信号表示测定到目标对象物的距离的通常测距模式、以及检测附着于保护罩11的异物12的异物检测模式的切换。LD发光强度调整部42根据LD驱动电压切换信号SW1，在通常测距模式中调整成向LD部21供给高电压VDDA1而发光强度变强，在异物检测模式中调整成向LD部21供给低电压VDDA2而发光强度变弱。LD驱动控制部41根据LD驱动控制信号DR1控制发光定时。PD施加电压调整部44根据PD施加电压切换信号SW2，在通常测距模式中调整成向PD部33供给高电压VDDB1而PD增益率变高，在异物检测模式中调整成向PD部33供给低电压VDDB2而PD增益率变低。PD驱动控制部43接收通知发光定时的LD驱动控制信号DR1，根据PD驱动控制信号DR2控制受光动作。距离计算部45接收通知发光定时的LD驱动控制信号DR1和来自PD部33的受光信号RV，在通常测距模式和异物检测模式中进行不同的动作。具体而言，距离计算部45在通常测距模式中，基于从LD部21放射光起到由PD部33接受反射光为止的时间差，计算到目标对象物的距离。另一方面，距离计算部45在异物检测模式中，基于来自LD部21的弱光量下的PD部33的输出，而且基于增益率被调整得较低的PD部33的输出，判定保护罩11中的反射散射光S的强度变化，从而检测有无异物12向保护罩11附着。在检测到异物12的情况下，距离计算部45向清洗处理部47供给异物检测信号D。接收到异物检测信号D的清洗处理部47向清洗部50发出清洗命令W。清洗处理部47若从清洗部50接收到完成信号C，则向距离计算部45传递完成信号C，从而向距离计算部45通知清洗处理已完成。接收到完成信号C的距离计算部45对模式切换部46请求从异物检测模式移至通常测距模式。
图3是表示图1中的PD部33的详细结构例的框图，示出了PD部33的1个像素量。图3的结构具备：具备PD的光电转换元件61；对PD输出进行计数的受光检测次数计数部62；解复用器(DeMUX)63；背景光检测次数存储部64；信号光+背景光检测次数存储部65；比较两个存储部64、65的输出的比较器66；距离存储部67；第一、第二以及第三开关68、69、70；以及输出放大器71。解复用器63根据分配控制信号SW3，将受光检测次数计数部62的输出分配到背景光检测次数存储部64和信号光+背景光检测次数存储部65。第一开关68根据比较器66的输出而接通断开，并输出距离电压LV。第二开关69根据第一计数输出控制信号SW4而接通断开，并将背景光检测次数存储部64的输出传递给距离存储部67以及输出放大器71。第三开关70根据第二计数输出控制信号SW5而接通断开，将信号光+背景光检测次数存储部65的输出传递给距离存储部67以及输出放大器71。输出放大器71输出受光信号RV。
例如，如果以10纳秒按快门，则能够考虑基于一定光速的光的往复时间来检测在距离区间1.5m是否存在物体。若使LD部21的发光定时与PD部33的快门定时相对地偏移，则能够分别检测配置于不同的距离区间的物体。但是，白天由于太阳光等背景光的影响较大，因此首先取得背景光的光量，然后判定与信号光+背景光的光量的大小，如果后者较大，则将在该距离区间存在物体这一判定写入距离存储部67。通过使用高灵敏度的PD，能够对后级的电路噪声确保足够的信号余量。但是，在比较背景光的大小与信号光+背景光的大小的情况下，高灵敏度的PD不适合比较信号量。因此，在图3中，构成为通过对光子被检测出几次这样的次数进行计数来进行两者的比较。关于距离，由比较器66判定其次数的大小。在图3中，通过驱动第一以及第二计数输出控制信号SW4、SW5，分别能够将背景光、信号光+背景光的检测次数向PD部33之外输出，并由控制部40判定这些值。
图4是表示使用了LD发光强度调整部42的图1的距离测定装置的动作例的时间图。在通常测距模式中，如图4的(a)所示，从LD部21放射强光量的发光脉冲信号。该通常测距模式中的PD部33的受光信号电平如图4的(b)所示，无论有无异物12，都始终超过作为异物判定电平的阈值。因此，LD发光强度调整部42在异物检测模式中调整为从LD部21放射弱光量的发光脉冲信号。由此，异物检测模式中的PD部33的受光信号电平如图4的(c)所示能够低于阈值，结果，能够区别仅出自于保护罩11的反射散射光S和由保护罩11以及异物12带来的反射散射光S。
图5是表示图1的距离测定装置的整体动作例的流程图。图1的距离测定装置的动作分为步骤S11～步骤S19的异物检测模式M1的动作和步骤S21～步骤S26的通常测距模式M2的动作。
首先，对异物检测模式M1的动作进行说明。在步骤S11中，由LD发光强度调整部42选择弱光量，由PD施加电压调整部44选择低增益率。在步骤S12中，等待第一以及第二复用器22、34中的驱动电压变更完成，在步骤S13中，在暂停来自LD部21的发光的状态下由光电转换元件61以及受光检测次数计数部62进行背景光测距，并由背景光检测次数存储部64进行检测次数存储。在步骤S14中，在有来自LD部21的信号光的状态下由光电转换元件61以及受光检测次数计数部62进行信号光+背景光测距，并由信号光+背景光检测次数存储部65进行检测次数存储。在步骤S15中，利用第一计数输出控制信号SW4使第二开关69接通，向控制部40输出背景光检测次数存储部64的检测次数存储，并且利用第二计数输出控制信号SW5使第三开关70接通，向控制部40输出信号光+背景光检测次数存储部65的检测次数存储。在步骤S16中，由控制部40的距离计算部45将两个检测次数存储的差分与在没有异物的状态下预先取得的基准进行比较，从而进行异物判定。异物12中存在反射光的物体和吸收光的物体双方，它们都会导致测距性能恶化，因此如果保护罩11中的反射散射光S的强度增加或者减少超过一定量，则判定为在保护罩11附着有异物12。在判定为没有异物的情况下，从步骤S16移至通常测距模式M2的动作，但在判定为有异物的情况下，从步骤S16进入步骤S17。在步骤S17中，由清洗处理部47进行清洗判定，向清洗部50发出清洗命令W。在步骤S18中，清洗部50执行保护罩11的清洗以去除异物12。然后，若在步骤S19中确认到清洗完成，则移至通常测距模式M2的动作。
接下来，对通常测距模式M2的动作进行说明。在步骤S21中，由LD发光强度调整部42选择强光量，由PD施加电压调整部44选择高增益率。在步骤S22中，等待第一以及第二复用器22、34中的驱动电压变更完成，在步骤S23中，在暂停来自LD部21的发光的状态下由光电转换元件61以及受光检测次数计数部62进行背景光测距，并由背景光检测次数存储部64进行检测次数存储。在步骤S24中，在有来自LD部21的信号光的状态下由光电转换元件61以及受光检测次数计数部62进行信号光+背景光测距，并由信号光+背景光检测次数存储部65进行检测次数存储。在步骤S25中，由比较器66比较两个检测次数存储的大小，并基于其结果将距离电压LV存储于距离存储部67。这里所说的距离电压指的是与计测到的距离对应的电压，如果是通过计算算出距离的情况，则可以是用于计算的电压值，如果是利用转换表等转换距离值的情况，则可以是其电压值。这些步骤S23～步骤S25的动作在N(N是整数值)个距离区间中重复。在这些动作在N个距离区间中完成的时刻，在步骤S26中将存储于距离存储部67的距离电压的信息向控制部40的距离计算部45输出。距离计算部45基于接收到的距离电压的信息，计算N个距离区间各自中的到目标对象物的距离。若步骤S26的处理结束，则移至异物检测模式M1的动作。
(实施方式2)
在本公开的实施方式2的距离测定装置所搭载的像素中，在光电转换部中代替通常的PD而使用雪崩光电二极管(APD)。另外，其他构成要素与实施方式1相同，因此将图1～图3中的PD替换为APD并省略详细的说明。
在光电转换部中使用APD的情况下，通常施加10V至100V左右的较高的反偏压。通常的PD对于入射到光电转换部的一个光子生成一个电子或者空穴，但APD对于入射到光电转换部的一个光子生成多个电子或者空穴。将该生成的电子或者空穴的个数称作倍增率。
例如，在图2所示的距离测定装置中，PD施加电压调整部44利用PD施加电压切换信号SW2，在通常测距模式中调整为向PD部33供给较高的反偏压VDDB1，使PD部33中的倍增率变高。特别是，通过设为被称作盖革模式的、倍增率大致为10000以上的状态，能够获得SN比非常高的距离信号。
另外，一般来说，APD通过施加上述那样的较高的反偏压，在倍增率高的盖革模式下动作，若将施加的电压降低到几V左右，则示出与通常的PD相同的动作。
在异物检测模式中，将向PD部33供给的电压VDDB2调整为，APD倍增率降低或者进行通常的PD的动作。基于这样调整了动作的PD部33的输出判定保护罩11中的反射散射光S的强度变化，由此能够检测有无异物12向保护罩11附着。
以上的说明那样，根据上述实施方式1、2，在距离测定装置中能够实现高灵敏度的测距，同时能够正确判定异物12向位于发光部20以及受光部30的光路上的保护罩11的附着。另外，通过设置清洗部50而执行保护罩11的清洗，能够提供可靠性高的距离测定装置。
另外，在上述实施方式1、2中，设为控制部40具备LD发光强度调整部42与PD施加电压调整部44双方，但也可以设为具备它们中的至少一方。
工业上的可利用性
如以上说明那样，本公开的距离测定装置具有能够实现高灵敏度的测距、同时能够正确判定异物向保护罩的附着的效果，特别是作为车载用等较有用。
附图标记说明
10 壳体
11 保护罩
12 异物
20 发光部
21 LD(激光二极管)部
22 第一复用器(MUX1)
30 受光部
31 光学系统
32 BPF(带通滤波器)
33 PD(光电二极管)部
34 第二复用器(MUX2)
40 控制部
41 LD驱动控制部
42 LD发光强度调整部
43 PD驱动控制部
44 PD施加电压调整部
45 距离计算部
46 模式切换部
47 清洗处理部
50 清洗部

Claims (7)

1.一种距离测定装置，其中，具备：
发光部，间歇地放射光；
受光部，接受对于从所述发光部放射的光的反射光，并具有包括进行光电转换而生成受光信号的光电二极管的光电转换元件；
保护罩，配置在所述发光部与所述受光部的光路上；
模式切换部，进行第一模式与第二模式的切换；
距离计算部，在所述第一模式下，基于从所述发光部放射光起到由所述受光部接受反射光为止的时间差，计算到目标对象物的距离；以及
发光强度调整部，调整所述发光部的发光强度，
与所述第一模式相比，在所述第二模式中，调整成所述发光部的发光强度变弱。
2.根据权利要求1所述的距离测定装置，其中，
所述距离计算部在所述第二模式下，基于来自所述发光部的弱光量下的所述受光部的输出，判定所述保护罩中的反射散射光的强度变化，从而检测有无异物向所述保护罩附着。
3.一种距离测定装置，其中，具备：
发光部，间歇地放射光；
受光部，接受对于从所述发光部放射的光的反射光，并具有包括进行光电转换而生成受光信号的光电二极管的光电转换元件；
保护罩，配置在所述发光部与所述受光部的光路上；
模式切换部，进行第一模式与第二模式的切换；
距离计算部，在所述第一模式下，基于从所述发光部放射光起到由所述受光部接受反射光为止的时间差，计算到目标对象物的距离；以及
施加电压调整部，调整向所述光电二极管施加的施加电压，
与所述第一模式相比，在所述第二模式中，调整成所述光电二极管的增益率变低。
4.根据权利要求3所述的距离测定装置，其中，
所述距离计算部在所述第二模式下，基于增益率被调整为低的所述受光部的输出，判定所述保护罩中的反射散射光的强度变化，从而检测有无异物向所述保护罩附着。
5.一种距离测定装置，其中，具备：
发光部，间歇地放射光；
受光部，接受对于从所述发光部放射的光的反射光，并具有包括进行光电转换而生成受光信号的雪崩光电二极管的光电转换元件；
保护罩，配置在所述发光部与所述受光部的光路上；
模式切换部，进行第一模式与第二模式的切换；
距离计算部，在所述第一模式下，基于从所述发光部放射光起到由所述受光部接受反射光为止的时间差，计算到目标对象物的距离；以及
施加电压调整部，调整向所述雪崩光电二极管施加的施加电压，
与所述第一模式相比，在所述第二模式中，调整成所述雪崩光电二极管的倍增率变低。
6.根据权利要求5所述的距离测定装置，其中，
所述距离计算部在所述第二模式下，基于倍增率被调整为低的所述受光部的输出，判定所述保护罩中的反射散射光的强度变化，从而检测有无异物向所述保护罩附着。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的距离测定装置，其中，
还具备清洗部，该清洗部在由所述距离计算部检测出异物附着的情况下，进行清洗以去除附着于所述保护罩的异物。
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