DE102018209572A1

DE102018209572A1 - Entfernungsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102018209572A1
Application number: DE102018209572.8A
Authority: DE
Inventors: Hoshibumi Ichiyanagi
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2018-12-20
Also published as: CN109085606A; US20180364340A1; JP2019002760A

Abstract

Eine Entfernungsmessvorrichtung schließt Folgendes ein: einen Lichtstrahler, der einen Lichtimpuls ausstrahlt, einen Lichtempfänger, der durch ein Objekt reflektiertes Licht des Lichtimpulses empfängt, einen Komparator, der ein Ausgangssignal von dem Lichtempfänger mit einem Schwellenwert vergleicht und ein vorbestimmtes Signal ausgibt, wenn das Ausgangssignal größer ist als der Schwellenwert, und einen Entfernungsrechner, der eine Empfangszeit des reflektierten Lichts erfasst, wenn der Komparator das vorbestimmte Signal ausgibt, und eine Entfernung zu dem Objekt auf der Grundlage der Empfangszeit und einer Ausstrahlungszeit des Lichtimpulses berechnet. Die Entfernungsmessvorrichtung schließt ferner einen Maximalwertdetektor, der einen Maximalwert des Ausgangssignals von dem Lichtempfänger während eines Zeitraums ohne Lichtempfang erfasst, und eine Schwellenwertfestsetzungseinheit, die den Schwellenwert in dem Zeitraum ohne Lichtempfang auf der Grundlage des Maximalwertes festsetzt, ein.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beruht auf der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-116633 , eingereicht beim Japanischen Patentamt am 14. Juni 2017, deren gesamter Inhalt durch Verweis hierin einbezogen wird.
Technisches Gebiet
Die Offenbarung betrifft eine Entfernungsmessvorrichtung, die eine Entfernung zu einem Objekt auf der Grundlage einer Zeit, da ein Lichtimpuls von einem Lichtstrahler ausgestrahlt wird, und einer Zeit, da von dem Objekt reflektiertes Licht des Lichtimpulses durch einen Lichtempfänger empfangen wird, misst.
Stand der Technik
Zum Beispiel ist eine optische Entfernungsmessvorrichtung, wie beispielsweise ein Laserradar, an einem Fahrzeug angebracht, das eine Kollisionsschutzfunktion hat. In der Entfernungsmessvorrichtung wird ein Lichtimpuls von einem Licht ausstrahlenden Element eines Lichtstrahlers ausgestrahlt, durch ein Objekt reflektiertes Licht des Lichtimpulses wird durch ein Lichtempfangselement eines Lichtempfängers empfangen, und eine Entfernung zu dem Objekt wird auf der Grundlage einer Ausstrahlungszeit des Lichtimpulses und einer Empfangszeit des reflektierten Lichts berechnet.
Im Einzelnen wird zum Beispiel, wie in den Japanischen Ungeprüften Patentanmeldungsschriften Nr. 2010-91378 (Patentliteratur 1), 2014-81254 (Patentliteratur 2) und 2014-81253 (Patentliteratur 3), der japanischen Übersetzung der Internationalen PCT-Anmeldungsschrift Nr. 2012-530917 (Patentliteratur 4) und den Japanischen Ungeprüften Patentanmeldungsschriften Nr. 2016-151458 (Patentliteratur 5) und 2016-161438 (Patentliteratur 6) offenbart, eine Laufzeit, nachdem das Objekt mit dem Lichtimpuls bestrahlt wird, bis der Lichtimpuls durch das Objekt reflektiert und zurückgeführt wird, durch ein Laufzeit-(Time of Flight - TOF-)Verfahren gemessen, und die Entfernung zu dem Objekt wird auf der Grundlage der Laufzeit berechnet. Es gibt ebenfalls eine Bilderfassungsvorrichtung, die ein Bild des Objekts durch das TOF-Verfahren erfasst.
In der Entfernungsmessvorrichtung, die auf dem TOF-Verfahren beruht, werden in dem Lichtempfänger häufig mehrere Avalanche-Photodioden (APD) in einem Geigermodus, die in einer Matrix angeordnet sind, verwendet. Die Geigermodus-APD ist ein Photonenzahl-Lichtempfangselement, das einen Spannungsimpuls für den Einfall eines Photons ausgibt. Die Geigermodus-APD wird auch Einzelphoton-Avalanche-Diode (Single Photon Avalanche Diode - SPAD) genannt, weil die Geigermodus-APD eine Lawinenerscheinung verursacht, selbst wenn ein einzelnes Photon einfällt.
Demzufolge werden zum Beispiel ein Spannungsimpuls, der durch die Geigermodus-APD erzeugt wird, und eine Ankunftszeit des Spannungsimpulses wiederholt gemessen, um ein Histogramm zu erzeugen, und die TOF (die Laufzeit des Impulslichts) wird auf der Grundlage eines Maximalwertes des Histogramms erfasst. Zum Beispiel wird ein Zeit-Digital-Wandler (Time to Digital Converter - TDC) verwendet, um die Ankunftszeit des Spannungsimpulses und die TOF zu messen (siehe Patentliteratur 1 bis 6). Das Photonenzahl-Lichtempfangselement wird ebenfalls zum Beispiel in einer Lichtmengen-Erfassungseinrichtung zur Halbleiterprüfung verwendet (siehe Ungeprüfte Japanische Patentanmeldungsschrift Nr. 2012-37267 (Patentliteratur 7)).
Techniken zum Verbessern der Erfassungsgenauigkeit einer physikalischen Größe, wie beispielsweise einer Entfernung, eines Bildes und einer Lichtmenge, werden in Patentliteratur 1 bis 7 offenbart.
Zum Beispiel werden, in Patentliteratur 1 bis 6, ein Spannungssignal, das durch die Geigermodus-APD erzeugt wird, und die Ankunftszeit des Spannungssignals wiederholt gemessen, um ein Histogramm zu erzeugen, und die TOF wird auf der Grundlage eines Maximalwertes des Histogramms erfasst. Danach wird die Entfernung zu dem Objekt auf der Grundlage der TOF berechnet.
In Patentliteratur 1 wird die Intensität des Lichts, das von dem Objekt durch einen peripheren Schaltkreis der APD während eines Pausenzeitraums des Lichtimpulses, der von dem Lichtstrahler ausgestrahlt wird, empfangen wird, erfasst, wodurch das Bild des Objekts unabhängig von der Entfernung zu dem Objekt erfasst wird.
In Patentliteratur 2 wird das Licht von einem Bereich, der beim nächsten Mal durch die messende Lichtempfangseinheit (Geigermodus-APD) gemessen werden soll, durch eine Referenz-Lichtempfangseinheit empfangen, und die Empfindlichkeit der messenden Lichtempfangseinheit wird entsprechend der empfangenen Lichtmenge gesteuert. Der Spannungsimpuls, der von der messenden Lichtempfangseinheit ausgegeben wird, wird durch einen Impulsformungsschaltkreis geformt und addiert, und ein Bestimmungsergebnis, das die Ankunft des reflektierten Impulses anzeigt, wird an den TDC ausgegeben, wenn der addierte Wert gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Der Schwellenwert wird entsprechend einem von der Referenz-Lichtempfangseinheit ausgegebenen Signal, das die Intensität von Umgebungslicht angibt, geändert.
In Patentliteratur 3 werden Spannungsimpulse, die von allen Geigermodus-APD ausgegeben werden, durch eine Spannung-Strom-Wandlereinheit in Stromimpulse umgewandelt, die Stromimpulse werden addiert, und durch eine Integriereinheit wird eine Zeitintegration durchgeführt, wodurch der zeitintegrierte Wert als die Lichtmenge ausgegeben wird.
In Patentliteratur 4 wird eine Erfassungswahrscheinlichkeit des Photons durch Ändern einer Sperrvorspannung der SPAD auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen der Anzahl von Erfassungsimpulsen der SPAD und einem bestimmten Schwellenwert gesteuert.
In Patentliteratur 5 und 6 wird ein Histogramm mit einer vertikalen Achse, die einen Zählwert darstellt, der die Anzahl (die Anzahl von Bildpunkten) von SPAD ist, die das durch das Objekt reflektierte Licht empfangen, und einer horizontalen Achse, welche Zeit darstellt, erzeugt. In Patentliteratur 5 wird, wenn ein absoluter Wert des Größeren von einer Differenz zwischen dem Maximalwert des Histogramms und einem Anfangswert und einer Differenz zwischen dem Minimalwert und dem Anfangswert gleich wie oder größer als ein Berechnungsbestimmungswert ist, die Entfernung zu dem Objekt auf der Grundlage der Zeit, die dem absoluten Wert entspricht, berechnet. Ein Änderungsmaß von dem Anfangswert eines Teils mit Ausnahme des Maximalwertes oder des Minimalwertes des Histogramms wird als das Umgebungslicht erkannt, und der Berechnungsbestimmungswert wird auf der Grundlage des Änderungsmaßes verändert.
In Patentliteratur 6 werden, wenn eine Summe, ein Durchschnittswert oder ein Medianwert des Histogramms einen ersten Schwellenwert überschreitet, die Daten in der Integrationsrichtung des Zählwertes komprimiert, und die Entfernung zu dem Objekt wird auf der Grundlage des Maximalwertes des komprimierten Histogramms berechnet. Der erste Schwellenwert wird auf der Grundlage eines Umgebungslichtmengenwertes der vorhergehenden Messung und eines SR-Verhältnisses (Signal-Rausch-Verhältnisses) festgesetzt.
In Patentliteratur 7 wird, um ein Rauschen zu entfernen, das Erfassungssignal der SPAD einer A/D-Wandlung (Analog-DigitalWandlung) unterworfen, das umgewandelte Erfassungssignal wird an einen Photonenzahl-Berechnungsschaltkreis gesendet, wenn das umgewandelte Erfassungssignal gleich wie oder größer als ein Schwellenwert ist, und ein im Voraus festgesetzter Referenzwert wird an den Photonenzahl-Berechnungsschaltkreis gesendet, wenn das umgewandelte Erfassungssignal kleiner ist als der Schwellenwert. Der Photonenzahl-Berechnungsschaltkreis erhält die Anzahl von Photonen oder die Lichtmenge, die auf der SPAD einfallen, von einer Fläche einer Wellenform des Erfassungssignals, erfasst bis zum Abschluss der Lichtmengenmessung. Das Erfassungssignal der SPAD während keines Ausstrahlens wird als ein Rauschsignal erfasst, und der Schwellenwert und der Referenzwert werden auf der Grundlage des Durchschnittswertes, der Schwankung oder des Maximalwertes des Rauschsignals festgesetzt.
In der Entfernungsmessvorrichtung, welche die Entfernung zu dem Objekt misst, schließt das durch den Lichtempfänger empfangene Licht nicht nur das durch das Objekt reflektierte Licht des von dem Lichtstrahler ausgestrahlten Lichtimpulses, sondern ebenfalls das Umgebungslicht ein. Außerdem schließt das von dem Lichtempfänger ausgegebene Signal nicht nur ein Lichtempfangssignal auf der Grundlage des reflektierten Lichts, sondern ebenfalls das durch das Umgebungslicht oder eine Umgebungstemperatur verursachte Rauschen ein. Herkömmlicherweise wird, weil das Lichtempfangssignal auf der Grundlage des reflektierten Lichts in der Schwankung größer ist als das Rauschen, der Maximalwert des von dem Lichtempfänger ausgegebenen Signals durch Vergleichen des von dem Lichtempfänger ausgegebenen Signals mit dem Schwellenwert extrahiert, und die Zeit von dem Ausstrahlen des Lichtimpulses bis zum Empfangen des durch das Objekt reflektierten Lichts wird auf der Grundlage des Maximalwertes gemessen. Jedoch kann die Entfernung zu dem Objekt nicht genau berechnet werden, wenn der Maximalwert des von dem Lichtempfänger ausgegebenen Signals oder die Zeit von dem Ausstrahlen des Lichtimpulses bis zum Empfangen des reflektierten Lichts nicht genau erfasst werden kann.
Kurzdarstellung
Es ist eine Aufgabe der Offenbarung, eine Entfernungsmessvorrichtung bereitzustellen, die zum genauen Messen der Entfernung zu dem Objekt selbst dann in der Lage ist, wenn das Rauschen in dem von dem Lichtempfänger ausgegebenen Signal eingeschlossen ist.
Nach einem Aspekt einer oder mehrerer Ausführungsformen der Offenbarung schließt eine Entfernungsmessvorrichtung Folgendes ein: einen Lichtstrahler, der ein Licht ausstrahlendes Element einschließt, das einen Lichtimpuls ausstrahlt, einen Lichtempfänger, der mehrere Lichtempfangselemente einschließt, die durch ein Objekt reflektiertes Licht des Lichtimpulses empfangen, eine Vergleichsausgabeeinheit, die ein von dem Lichtempfänger ausgegebenes Ausgangssignal entsprechend einem Empfangszustand des Lichtempfangselements mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht und ein vorbestimmtes Signal ausgibt, wenn das Ausgangssignal größer ist als der Schwellenwert, einen Entfernungsrechner, der eine Empfangszeit des reflektierten Lichts durch den Lichtempfänger erfasst, wenn die Vergleichsausgabeeinheit das vorbestimmte Signal ausgibt, und eine Entfernung zu dem Objekt auf der Grundlage der Empfangszeit und einer Ausstrahlungszeit des Lichtimpulses von dem Lichtstrahler berechnet, einen Maximalwertdetektor, der einen Maximalwert des Ausgangssignals von dem Lichtempfänger während eines Zeitraums ohne Lichtempfang, in dem der Lichtempfänger nicht das reflektierte Licht empfängt, erfasst, und eine Schwellenwertfestsetzungseinheit, die den Schwellenwert in dem Zeitraum ohne Lichtempfang auf der Grundlage des durch den Maximalwertdetektor erfassten Maximalwertes festsetzt.
Weil der Lichtempfänger während eines Zeitraums, in dem der Lichtempfänger nicht das durch das Objekt reflektierte Licht des von dem Lichtstrahler ausgestrahlten Lichtimpulses empfängt, das Umgebungslicht empfängt, wird das von dem Lichtempfänger entsprechend dem Empfangszustand ausgegebene Ausgangssignal nur das Rauschen auf der Grundlage des Umgebungslichts und der Umgebungstemperatur. Demzufolge wird der Maximalwert des Rauschens erfasst, und der Schwellenwert wird auf der Grundlage des Maximalwertes festgesetzt, wodurch der Schwellenwert entsprechend dem Rauschpegel festgesetzt werden kann. Selbst wenn das Rauschen in dem Ausgangssignal eingeschlossen ist, das von dem Lichtempfänger in dem Zeitraum ausgegeben wird, in dem der Lichtempfänger das reflektierte Licht empfängt, können das Lichtempfangssignal auf der Grundlage des reflektierten Lichts und das Rauschen durch Vergleichen des Ausgangssignals mit dem Schwellenwert sicher unterschieden werden. Wenn das von dem Lichtempfänger ausgegebene Ausgangssignal größer ist als der Schwellenwert, und zwar, wenn das von dem Lichtempfänger ausgegebene Ausgangssignal das Lichtempfangssignal auf der Grundlage des reflektierten Lichts ist, weil die Vergleichsausgabeeinheit das vorbestimmte Signal ausgibt, erfasst der Entfernungsrechner die Empfangszeit des reflektierten Lichts, und die Entfernung zu dem Objekt kann auf der Grundlage der Empfangszeit und der Ausstrahlungszeit des Lichtimpulses genau berechnet werden. Folglich kann die Entfernung zu dem Objekt genau gemessen werden, selbst wenn das Rauschen in dem von dem Lichtempfänger ausgegebenen Signal eingeschlossen ist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung kann die Schwellenwertfestsetzungseinheit den Schwellenwert auf einen Wert festsetzen, der gleich wie oder größer als der durch den Maximalwertdetektor erfasste Maximalwert ist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung kann das Lichtempfangselement mit einer Avalanche-Photodiode (APD) in einem Geigermodus konstruiert sein, und der Lichtempfänger kann wenigstens eine Lichtempfangselementgruppe einschließen, in der die mehreren Lichtempfangselemente parallel geschaltet sind, und ein Spannungssignal, das einem von der Lichtempfangselementgruppe ausgegebenen Strom entspricht, als das Ausgangssignal ausgeben.
In einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung kann, während des Zeitraums ohne Lichtempfang, die Vergleichsausgabeeinheit nacheinander mehrere Versuchsschwellenwerte, die stufenweise unterschiedliche Größen haben, schalten, die mehreren Versuchsschwellenwerte mit dem von dem Lichtempfänger ausgegebenen Ausgangssignal vergleichen und das vorbestimmte Signal ausgeben, wenn das Ausgangssignal größer ist als der Versuchsschwellenwert, und der Maximalwertdetektor kann den Maximalwert des von dem Lichtempfänger ausgegebenen Ausgangssignals auf der Grundlage einer Ausgangsfrequenz des von der Vergleichsausgabeeinheit bei jedem Versuchsschwellenwert ausgegebenen vorbestimmten Signals erfassen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung kann die Entfernungsmessvorrichtung ferner einen 1-Bit-Analog-Digital-Wandler einschließen, der das von der Vergleichsausgabeeinheit ausgegebene analoge vorbestimmte Signal in ein digitales vorbestimmtes Signal umwandelt und das digitale vorbestimmte Signal an den Entfernungsrechner ausgibt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung kann der Entfernungsrechner einen Zeit-Digitalwandler (TDC) einschließen.
Die Offenbarung kann eine Entfernungsmessvorrichtung bereitstellen, die zum genauen Messen der Entfernung zu dem Objekt selbst dann in der Lage ist, wenn das Rauschen in dem von dem Lichtempfänger ausgegebenen Signal eingeschlossen ist.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die einen Zustand eines optischen Systems einer Entfernungsmessvorrichtung nach einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung illustriert, wenn das optische System von oben betrachtet wird;
2 ist eine Ansicht, die einen Zustand des optischen Systems der Entfernungsmessvorrichtung aus 1 illustriert, wenn das optische System von hinten betrachtet wird;
3 ist eine Ansicht, die eine Lichtempfangsoberfläche einer SPAD-Matrix aus 1 illustriert;
4 ist eine Ansicht, die eine elektrische Konfiguration der Entfernungsmessvorrichtung aus 1 illustriert;
5 ist eine Ansicht, die ein Ausgangssignal eines Lichtempfangsmoduls aus 3 illustriert;
6A und 6B sind Ansichten, die den Betriebszeitablauf der Entfernungsmessvorrichtung aus 1 illustrieren;
7A bis 7D sind Ansichten, die Ausgangssignale des Lichtempfangsmoduls und eines Komparators aus 3 während der Rauscherfassung illustrieren;
8A und 8B sind Ansichten, die Ausgangssignale des Lichtempfangsmoduls und des Komparators aus 3 während der Erfassung von reflektiertem Licht illustrieren;
9 ist eine Ansicht, die eine elektrische Konfiguration einer Entfernungsmessvorrichtung nach einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung illustriert;
10 ist eine Ansicht, die eine Schaltkreiskonfiguration eines TDCs aus 9 illustriert; und
11 ist eine Ansicht, die eine elektrische Konfiguration einer Entfernungsmessvorrichtung nach einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung illustriert.

Ausführliche Beschreibung
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen wird die identische oder entsprechende Komponente durch die identische Zahl bezeichnet. In Ausführungsformen der Offenbarung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein gründlicheres Verständnis der Erfindung zu gewährleisten. Es wird jedoch für eine Durchschnittsfachperson offensichtlich sein, dass die Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen sind gut bekannte Merkmale nicht ausführlich beschrieben, um ein Verunklaren der Erfindung zu vermeiden.
1 ist eine Ansicht, die einen Zustand illustriert, in dem ein optisches Systems einer Entfernungsmessvorrichtung 100 von oben betrachtet wird. 2 ist eine Ansicht, die einen Zustand des optischen Systems der Entfernungsmessvorrichtung 100 illustriert, wenn das optische System von hinten (einer Unterseite in 1 und zwar einer einem Objekt 50 entgegengesetzten Seite) betrachtet wird.
Die Entfernungsmessvorrichtung 100 ist ein an einem Fahrzeug angebrachtes Laserradar. Das optische System der Entfernungsmessvorrichtung 100 ist mit einer Laserdiode (LD) 2a, einer Lichtprojektionslinse 14, einer Drehabtasteinheit 4, einer Lichtempfangslinse 16, einem Reflexionsspiegel 17 und einer Einzelphoton-Avalanche-Dioden-(SPAD-)Matrix 7a konstruiert. Die LD 2a, die Lichtprojektionslinse 14 und die Drehabtasteinheit 4 sind ein optisches Lichtprojektionssystem. Die Drehabtasteinheit 4, die Lichtempfangslinse 16, der Reflexionsspiegel 17 und die SPAD-Matrix 7a sind ein optisches Lichtempfangssystem.
Diese optischen Systeme sind in einem Gehäuse (nicht gezeigt) der Entfernungsmessvorrichtung 100 untergebracht. Eine vordere Oberfläche (die Seite des Objekts 50) des Gehäuses ist geöffnet, ist aber mit einer durchscheinenden Abdeckung abgedeckt. Die Entfernungsmessvorrichtung 100 ist in einem vorderen Abschnitt, einem hinteren Abschnitt oder einer linken und einer rechten Seite eines Fahrzeugs eingebaut, so dass die durchscheinende Abdeckung die vordere, die hintere oder die linke und die rechte Seite des Fahrzeugs abdeckt.
Die LD 2a ist ein Licht ausstrahlendes Element, das einen Hochleistungslichtimpuls ausstrahlt. In 1 und 2 wird der Zweckmäßigkeit halber nur eine LD 2a illustriert. Tatsächlich sind jedoch mehrere LD 2a in einer vertikalen Richtung in 2 angeordnet. Die LD 2a sind derart angeordnet, dass eine Licht ausstrahlende Oberfläche der LD 2a zu der Seite der Drehabtasteinheit 4 zeigt.
Mehrere SPAD sind in der SPAD-Matrix 7a gruppiert. Die SPAD ist eine Avalanche-Photodiode (APD) im Geigermodus, und ist ein Photonenzahl-Lichtempfangselement. Die SPAD-Matrix 7a ist derart angeordnet, dass die Lichtempfangsoberfläche der SPAD-Matrix 7a zu der Seite des Reflexionsspiegels 17 zeigt.
3 ist eine Ansicht, welche die Lichtempfangsoberfläche der SPAD-Matrix 7a illustriert. Die Lichtempfangsoberfläche der SPAD-Matrix 7a ist in einer Längsrichtung (der vertikalen Richtung in 2) in mehrere Kanäle 1ch bis Xch unterteilt. Jeder der Kanäle 1ch bis Xch ist in m Bildpunkte in der Längsrichtung und n Bildpunkte in der Querrichtung, und zwar eine Gesamtzahl von mxn Bildpunkten, unterteilt. Die SPAD wird in jedem Bildpunkt auf der Lichtempfangsoberfläche in einer Eins-zu-eins-Entsprechung bereitgestellt. Das heißt, die Anzahl von SPAD in der SPAD-Matrix 7a ist die gleiche wie die Anzahl von Bildpunkten, auf denen Photonen einfallen.
Die Drehabtasteinheit 4 in 1 und 2 wird ebenfalls ein Drehspiegel oder ein optischer Reflektor genannt. Die Drehabtasteinheit 4 schließt einen Drehspiegel 4a und einen Motor 4c ein. Der Drehspiegel 4a ist zu einer Plattengestalt geformt. Eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche des Drehspiegels 4a stellen eine Reflexionsoberfläche dar.
Wie in 2 illustriert, wird der Motor 4c unterhalb des Drehspiegels 4a bereitgestellt. Eine Drehwelle 4j des Motors 4c ist parallel zu der vertikalen Richtung. Eine Verbindungswelle (nicht illustriert), die in einer Mitte des Drehspiegels 4a angeordnet ist, ist an einem unteren Ende der Drehwelle 4j des Motors 4c befestigt. Der Drehspiegel 4a dreht sich in Verbindung mit der Drehwelle 4j des Motors 4c.
Wie in 2 illustriert, sind die Lichtempfangslinse 16, der Reflexionsspiegel 17 und die SPAD-Matrix 7a um einen oberen Abschnitt des Drehspiegels 4a angeordnet. Die LD 2a und die Lichtprojektionslinse 14 sind um einen unteren Abschnitt des Drehspiegels 4a angeordnet.
Wie durch einen Pfeil mit abwechselnd lang und kurz gestrichelter Linie in 1 und 2 angezeigt, trifft, nachdem die Streuung eines von der LD 2a ausgestrahlten Lichtimpulses durch die Lichtprojektionslinse 14 angepasst worden ist, der Lichtimpuls auf eine untere Halbregion der vorderen oder hinteren Oberfläche des Drehspiegels 4a. An diesem Punkt dreht sich der Motor 4c, um einen Winkel (eine Richtung) des Drehspiegels 4a zu ändern, und die vordere oder hintere Oberfläche des Drehspiegels 4a ist bei einem vorbestimmten Winkel festgesetzt, der der Seite des Objekts 50 zugewandt ist (zum Beispiel der Zustand des Drehspiegels 4a, der durch eine durchgehende Linie in 1 gezeigt wird). Demzufolge wird der von der LD 2a ausgestrahlte Lichtimpuls nach dem Durchlaufen durch die Lichtprojektionslinse 14 durch die untere Halbregion der vorderen oder hinteren Oberfläche des Drehspiegels 4a reflektiert, und ein vorbestimmter Bereich, der sich außerhalb der Entfernungsmessvorrichtung 100 befindet, wird mit dem Lichtimpuls abgetastet. Das heißt, in der Drehabtasteinheit 4 wird der Lichtimpuls von der LD 2a durch die vordere oder hintere Oberfläche des Drehspiegels 4a reflektiert und zu der Seite des Objekts 50 hin abgelenkt.
Ein Abtastwinkelbereich Z, der in 1 illustriert wird, ist ein vorbestimmter Bereich (in planarer Ansicht), in dem der Lichtimpuls von der LD 2a durch die vordere oder hintere Oberfläche des Drehspiegels 4a der Drehabtasteinheit 4 reflektiert und von der Entfernungsmessvorrichtung 100 projiziert wird. Das heißt, der Abtastwinkelbereich Z ist ein Erfassungsbereich des Objekts 50 unter Verwendung der Entfernungsmessvorrichtung 100.
Wie oben beschrieben, wird der von der Entfernungsmessvorrichtung 100 projizierte Lichtimpuls durch das Objekt 50, wie beispielsweise eine Person oder ein Objekt, reflektiert. Das reflektierte Licht trifft auf die obere Halbregion der vorderen oder hinteren Oberfläche des Drehspiegels 4a, wie durch einen Pfeil mit einer abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelten Linie angezeigt. An diesem Punkt dreht sich der Motor 4c, um einen Winkel (eine Richtung) des Drehspiegels 4a zu ändern und die vordere oder hintere Oberfläche des Drehspiegels 4a wird bei einem vorbestimmten Winkel festgesetzt, der der Seite des Objekts 50 zugewandt ist (zum Beispiel der Zustand des Drehspiegels 4a, der durch eine durchgehende Linie in 1 gezeigt wird). Demzufolge wird das reflektierte Licht von dem Objekt 50 durch die obere Halbregion der vorderen oder hinteren Oberfläche des Drehspiegels 4a reflektiert und fällt auf der Lichtempfangslinse 16 ein. Das heißt, in der Drehabtasteinheit 4 wird das von dem Objekt 50 reflektierte Licht durch die vordere oder hintere Oberfläche des Drehspiegels 4a reflektiert und zu der Seite der Lichtempfangslinse 16 hin abgelenkt.
Das reflektierte Licht, das durch die Drehabtasteinheit 4 auf der Lichtempfangslinse 16 einfällt, wird durch die Lichtempfangslinse 16 gesammelt, durch den Reflexionsspiegel 17 reflektiert und durch die SPAD-Matrix 7a empfangen. Das heißt, in der Drehabtasteinheit 4 wird das reflektierte Licht von dem Objekt 50 durch den Drehspiegel 4a reflektiert und durch die Lichtempfangslinse 16 und den Reflexionsspiegel 17 zu der SPAD-Matrix 7a geleitet.
4 ist ein elektrisches Konfigurationsdiagramm der Entfernungsmessvorrichtung 100. Die Entfernungsmessvorrichtung 100 schließt ein Steuergerät 1, ein Lichtausstrahlmodul 2, einen LD-Treiberschaltkreis 3, den Motor 4c, einen Motor-Treiberschaltkreis 5, einen Codierer 6, ein Lichtempfangsmodul 7, einen Komparator 8, einen Analog-Digital-Wandler (Analog to Digital Converter - ADC) 9, einen Digital-Analog-Wandler (Digital to Analog Converter - DAC) 10, einen Speicher 11 und eine Schnittstelle 12 ein.
Das Steuergerät 1 ist mit einem Mikrocomputer aufgebaut und steuert den Betrieb jeder Einheit der Entfernungsmessvorrichtung 100. Das Steuergerät 1 schließt einen Entfernungsrechner 1a, einen Maximalwertdetektorlb und eine Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c ein.
Der Speicher 11 ist mit einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher aufgebaut. Zum Beispiel werden Informationen, die verwendet werden, um jede Einheit der Entfernungsmessvorrichtung 100 durch das Steuergerät 1 zu steuern, oder Informationen, die verwendet werden, um die Entfernung zu dem Objekt 50 zu messen, in dem Speicher 11 gespeichert.
Die Schnittstelle 12 ist mit einem Kommunikationsschaltkreis aufgebaut, der mit einem an dem Fahrzeug angebrachten elektronischen Steuergerät (ECU) kommuniziert. Das Steuergerät 1 sendet und empfängt Informationen über die Entfernung zu dem Objekt 50 und verschiedene Steuerungsinformationen durch die Schnittstelle 12 zu und von dem ECU.
Die mehreren LD 2a und ein Kondensator 2c, der verwendet wird, um zu veranlassen, dass jede LD 2a das Licht ausstrahlt, werden in dem Lichtausstrahlmodul 2 bereitgestellt. Der Zweckmäßigkeit halber wird jeweils ein Block der LD 2a und des Kondensators 2c in 4 illustriert. Das Lichtausstrahlmodul 2 ist ein Beispiel des „Lichtstrahlers“ in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung.
Das Steuergerät 1 steuert den Betrieb der LD 2a des Lichtausstrahlmoduls 2 unter Verwendung des LD-Treiberschaltkreises 3. Im Einzelnen veranlasst das Steuergerät 1 unter Verwendung des LD-Treiberschaltkreises 3, dass die LD 2a das Licht ausstrahlt, und bestrahlt das Objekt 50, wie beispielsweise eine Person oder ein Objekt, mit dem Licht. Das Steuergerät 1 hält unter Verwendung des LD-Treiberschaltkreises 3 die Lichtausstrahlung der LD 2a an und lädt den Kondensator 2c.
Das Steuergerät 1 steuert das Ansteuern des Motors 4c der Drehabtasteinheit 4 unter Verwendung des Motor-Treiberschaltkreises 5. Wie oben beschrieben, dreht das Steuergerät 1 den Drehspiegel 4a, um den von der LD 2a ausgestrahlten Lichtimpuls und das von dem Objekt 50 reflektierte Licht abzulenken. An diesem Punkt erfasst das Steuergerät 1, auf der Grundlage der Ausgabe des Codierers 6, einen Drehzustand (wie beispielsweise einen Drehwinkel und eine Drehgeschwindigkeit) des Motors 4c oder des Drehspiegels 4a.
Das Lichtempfangsmodul 7 schließt die SPAD-Matrix 7a, einen Transimpedanzverstärker (Trans Impedance Amplifier - TIA) 7b und einen Multiplexer (MUX) 7c ein. Das Lichtempfangsmodul 7 ist ein Beispiel des „Lichtempfängers“ in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung.
Die SPAD-Matrix 7a schließt mehrere SPAD-Gruppen 7g ein. In 4 wird repräsentativ die Schaltkreiskonfiguration der SPAD-Gruppe 7g, die an der obersten Position angeordnet ist, illustriert, aber die anderen SPAD-Gruppen 7g können eine ähnliche Schaltkreiskonfiguration aufweisen.
In jeder SPAD-Gruppe 7g wird ein Bildpunkt (eine Grundeinheit) durch Verbinden eines Endes eines Löschwiderstandes Rc mit einer Anode der SPAD 7s gebildet, und eine große Anzahl von Bildpunkten wird parallel verbunden. Jede SPAD-Gruppe 7g entspricht jedem der Kanäle 1ch bis Xch in 3. Demzufolge werden in jeder SPAD-Gruppe 7g die SPAD 7s und der Löschwiderstand Rc für m × n Bildpunkte bereitgestellt. Die SPAD-Matrix 7a (oder die SPAD-Gruppe 7g) wird ebenfalls Multi-Pixel-Photonenzähler (Multi-Pixel Photon Counter - MPPC) genannt.
Das andere Ende jedes Löschwiderstandes Rc jeder SPAD-Gruppe 7g ist mit dem TIA 7b verbunden. Eine Kathode der SPAD 7s jeder SPAD-Gruppe 7g ist mit einer Stromversorgung +V verbunden, Manchmal wird ein Tiefpassfilter zwischen jeder SPAD-Gruppe 7g und der Stromversorgung +V bereitgestellt.
Der TIA 7b wird für jede SPAD-Gruppe 7g bereitgestellt. In 4 wird der Zweckmäßigkeit halber nur der TIA 7b, der mit einem Teil der SPAD-Gruppe 7g verbunden ist, illustriert, aber die TIA 7b sind ähnlich mit den anderen SPAD-Gruppen 7g verbunden.
Wenn ein einzelnes Photon in wenigstens eine SPAD 7s eintritt, führt durch Anlegen einer Vorspannung, gleich wie oder höher als eine Durchschlagspannung, an jede SPAD 7s in jeder SPAD-Gruppe 7g, die SPAD 7s eine Geiger-Entladung durch, um einen vorbestimmten Strom auszugeben (Avalanche-Phänomen). An diesem Punkt werden die Ausgangsströme von den parallel geschalteten SPAD 7s addiert, und der addierte Strom fließt durch die SPAD-Gruppe 7g.
Wenn die SPAD 7s den Strom ausgibt, steigt die Spannung an beiden Enden des Löschwiderstandes Rc, der mit der SPAD 7s verbunden ist, an und die Vorspannung der SPAD 7s fällt ab. Wenn die Vorspannung unter die Durchschlagspannung abfällt, wird die Geiger-Entladung der SPAD 7s angehalten, der Strom wird nicht aus der SPAD 7s ausgegeben, die Spannung an beiden Enden des Löschwiderstandes Rc fällt ab und es wird wieder eine Spannung, gleich wie oder höher als die Durchschlagspannung, an die SPAD 7s angelegt. Demzufolge fließt der addierte Strom jeder SPAD 7s nicht durch die SPAD-Gruppe 7g, und das nächste Photon kann durch die SPAD 7s erfasst werden.
Der Ausgangsstrom von der SPAD-Gruppe 7g, wie oben beschrieben, wird durch den TIA 7b, der mit der SPAD-Gruppe 7g verbunden ist, in ein Spannungssignal umgewandelt und an den MUX 7c ausgegeben. Der MUX 7c wählt das Ausgangssignal jedes TIAs 7b aus und gibt das ausgewählte Ausgangssignal an den Komparator 8 aus. Das heißt, das Spannungssignal, das dem Lichtempfangszustand der SPAD 7s jeder SPAD-Gruppe 7g entspricht, wird nacheinander von dem Lichtempfangsmodul 7 an den Komparator 8 ausgegeben.
In Abhängigkeit von einem Bestrahlungswinkel des Lichtimpulses, der von der LD 2a des Lichtausstrahlmoduls 2 ausgestrahlt wird, fällt das durch das Objekt 50 reflektierte Licht des Lichtimpulses auf die entsprechenden Kanäle 1ch bis Xch auf der Lichtempfangsoberfläche der in 3 illustrierten SPAD-Matrix 7a ein. Umgebungslicht, wie beispielsweise Sonnenlicht, tritt ebenfalls in jeden der Kanäle 1ch bis Xch ein.
Das heißt, das Photon des durch das Objekt 50 reflektierten Lichts oder das Photon des Umgebungslichts fällt auf jeder SPAD 7s jeder SPAD-Gruppe 7g ein. Aus diesem Grund wird das Spannungssignal von jeder SPAD-Gruppe 7g auf der Grundlage des Empfangs des Photons des durch das Objekt 50 reflektierten Lichts oder des Empfangs des Photons des Umgebungslichts ausgegeben.
5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der Ausgangssignale, die von dem Lichtempfangsmodul 7 in den Komparator 8 eingegeben werden, illustriert. In 5 stellt die horizontale Achse Zeit dar und die vertikale Achse stellt Spannung dar
In der SPAD 7s ist eine Anstiegsgeschwindigkeit eines Signals (Stromsignals), das durch die Geiger-Entladung während des Lichtempfangs ausgegeben wird, schneller als diejenige eines herkömmlichen Lichtempfangselements, wie beispielsweise einer Photodiode. Demzufolge steigt das Ausgangssignal (Spannungssignal) von dem Lichtempfangsmodul 7 entsprechend dem Lichtempfangszustand jeder SPAD 7s der SPAD-Gruppe 7g steil an, wie in 5 illustriert. Wenn die Geiger-Entladung auf Grund des Löschwiderstandes Rc angehalten wird, fällt das von der SPAD 7s ausgegebene Signal zu einem gewissen Maß schnell ab und nimmt dann sanft ab. Demzufolge fällt, wie in 5 illustriert, das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal zu einem gewissen Maß schnell ab und nimmt dann sanft ab.
Auf diese Weise gibt das Lichtempfangsmodul 7, in dem die mehreren SPAD 7s als die Lichtempfangselemente verwendet werden, den Spannungsimpuls aus, der steil ansteigende und abfallende Kanten hat, verglichen mit einem Lichtempfangsmodul, in dem ein herkömmliches Lichtempfangselement verwendet wird.
In dem Fall, dass das durch das Objekt 50 reflektierte Licht des von der LD 2a ausgestrahlten Lichtimpulses auf die SPAD-Gruppe 7g trifft, nimmt die Anzahl von SPAD 7s, auf denen die Photonen einfallen, zu, so dass der von der SPAD-Gruppe 7g ausgegebene Strom zunimmt. Andererseits nimmt in dem Fall, dass das Umgebungslicht auf der SPAD-Gruppe 7g einfällt, die Anzahl von SPAD 7s, auf denen die Photonen einfallen, ab, verglichen mit dem Fall, dass das durch das Objekt 50 reflektierte Licht einfällt, so dass der von der SPAD-Gruppe 7g ausgegebene Strom abnimmt.
Demzufolge nimmt ein Pegel (Spitzenwert) des Signals, das von dem Lichtempfangsmodul 7 auf der Grundlage des durch das Objekt 50 reflektierten Lichts ausgegeben wird, zu, wie durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in 5 umschlossen. Andererseits nimmt der Pegel (Spitzenwert) des Signals, das von dem Lichtempfangsmodul 7 auf der Grundlage des Umgebungslichts ausgegeben wird, ab, wie durch eine abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelte Linie in 5 umschlossen.
Weil das Umgebungslicht gleichbleibendes Licht ist, während das durch das Objekt 50 reflektierte Licht zeitgebundenes Licht ist, fallen die Photonen des Umgebungslichts immer zufällig auf jeder SPAD 7s der SPAD-Matrix 7a ein. Demzufolge wird das Stromsignal immer zufällig von jeder SPAD-Gruppe 7g entsprechend dem Empfang des Umgebungslichts ausgegeben, und das Spannungssignal mit dem niedrigen Pegel wird auf der Grundlage des Umgebungslichts immer zufällig von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegeben, wie in 5 illustriert.
Manchmal wird auf Grund einer Umgebungstemperatur oder einer individuellen Charakteristik ein dunkler Impuls oder ein Nachimpuls von jeder SPAD-Gruppe 7g ausgegeben. Der Pegel des dunklen Impulses oder des Nachimpulses ist niedriger als derjenige des Impulses auf der Grundlage des durch das Objekt 50 reflektierten Lichts. Aus diesem Grund wird das Spannungssignal, das den niedrigen Pegel hat, auf der Grundlage des dunklen Impulses oder des Nachimpulses ebenfalls immer zufällig von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegeben, wie durch die abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelte Linie in 5 umschlossen.
Bei den von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebenen Signalen ist das auf der Grundlage des durch das Objekt 50 reflektierten Lichts ausgegebene Signal ein Lichtempfangssignal zum Messen der Entfernung zu dem Objekt 50, und das auf der Grundlage des Umgebungslichts, des dunklen Impulses oder des Nachimpulses ausgegebene Signal ist ein Rauschen, das nicht in die Entfernungsmessung einbezogen wird.
Der in 4 illustrierte Komparator 8 vergleicht das Signal (Spannungssignal), das von dem MUX 7c ausgegeben wird, mit einem vorbestimmten Schwellenwert (einem Schwellenwert Vt in 8 (später zu beschreiben)) und unterscheidet, ob das Ausgangssignal das Lichtempfangssignal für die Entfernungsmessung oder das Rauschen ist. Im Einzelnen gibt in dem Fall, dass das Ausgangssignal des MUX 7c größer ist als der Schwellenwert, der Komparator 8 ein vorbestimmtes Signal (zum Beispiel ein Signal mit hohem Pegel) an den ADC 9 aus, um anzuzeigen, dass das Ausgangssignal das Lichtempfangssignal für die Entfernungsmessung ist.
In dem Fall, dass das Ausgangssignal des MUX 7c gleich wie oder kleiner ist als der Schwellenwert, gibt der Komparator 8 das vorbestimmte Signal nicht an den ADC 9 aus, um anzuzeigen, dass das Ausgangssignal das Rauschen ist. An diesem Punkt kann der Komparator 8 ein anderes vorbestimmtes Signal (zum Beispiel ein Signal mit niedrigem Pegel) an den ADC 9 ausgeben oder kann gar kein Signal an den ADC 9 ausgeben. Der Komparator 8 ist ein Beispiel der „Vergleichsausgabeeinheit“ in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung.
Der ADC 9 ist ein 1-Bit-Analog-Digital-Wandler mit einer Abtastrate von 10 GSps. Der ADC 9 wandelt ein analoges Signal, das von dem Komparator 8 ausgegeben wird, mit hoher Geschwindigkeit in ein digitales Signal um und gibt das digitale Signal an das Steuergerät 1 aus. Im Einzelnen wandelt, wenn das vorbestimmte Signal von dem Komparator 8 ausgegeben wird, der ADC 9 das vorbestimmte Signal in ein digitales Signal „1“ um und gibt das digitale Signal „1“ an das Steuergerät 1 aus. Wenn das vorbestimmte Signal nicht von dem Komparator 8 ausgegeben wird (wenn ein anderes vorbestimmtes Signal von dem Komparator 8 ausgegeben wird oder wenn sich der Ausgang des Komparators 8 in einem Zustand ohne Signal befindet), gibt der ADC 9 ein digitales Signal „0“ an das Steuergerät 1 aus.
Der Entfernungsrechner 1a des Steuergeräts 1 erfasst eine Ausstrahlungszeit des Lichtimpulses von der LD 2a. Wenn das digitale Signal „1“ von dem ADC 9 ausgegeben wird, wird eine Empfangszeit des durch das Objekt 50 reflektierten Lichts des Lichtimpulses von der LD 2a auf der Grundlage des digitalen Signals „1“ erfasst. Die Entfernung zu dem Objekt 50 wird auf der Grundlage der Ausstrahlungszeit des Lichtimpulses und der Empfangszeit des reflektierten Lichts berechnet. Im Einzelnen wird die Laufzeit (TOF) des von der LD 2a ausgestrahlten Lichtimpulses erfasst und die Entfernung zu dem Objekt 50 wird auf der Grundlage der TOF berechnet.
Der Pegel des durch das Lichtempfangsmodul 7 erfassten Rauschens (5) schwankt auf Grund eines umgebenden Umfeldes. Um genau zu unterscheiden, ob das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal das Lichtempfangssignal für die Entfernungsmessung oder das Rauschen ist, ist es notwendig, jedes Mal den in dem Komparator 8 verwendeten Schwellenwert angemessen festzusetzen. Aus diesem Grund wird der Schwellenwert entsprechend dem Pegel des von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebenen Rauschens durch den Komparator 8, den ADC 9, den Maximalwertdetektor 1b des Steuergeräts 1, die Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c und den DAC 10 geändert, wie später beschrieben.
Der DAC 10 ist ein 8-Bit-Digital-Analog-Wandler. Der DAC 10 wandelt das mit dem Schwellenwert verknüpfte digitale Signal, das von dem Steuergerät 1 eingegeben wird, in das analoge Signal um und gibt das analoge Signal an den Komparator 8 aus. Der Komparator 8 ändert den Schwellenwert auf der Grundlage des von dem DAC 10 eingegebenen analogen Signals.
6A und 6B sind Ansichten, die den Betriebszeitablauf der Entfernungsmessvorrichtung 100 illustrieren. Zum Beispiel wird, wie in 6A illustriert, der Lichtimpuls alle 5 µs (Mikrosekunden) mit einer Breite von 5 ns (Nanosekunden) von der LD 2a des Lichtausstrahlmoduls 2 ausgestrahlt. Der Betrieb der LD 2a wird durch das Steuergerät 1 gesteuert und die Ausstrahlungszeit des Lichtimpulses von der LD 2a wird durch den Entfernungsrechner 1a erfasst.
Die TOF des Entfernungsrechners 1a braucht 1 µs, um die Entfernung zu messen. Aus diesem Grund beträgt ein Lichtempfangszeitraum T1, in dem das Lichtempfangsmodul 7 das durch das Objekt 50 reflektierte Licht des Lichtimpulses empfängt, 1 µs, nachdem die Ausstrahlung des Lichtimpulses durch die LD 2a begonnen wird (6B). Weil der Lichtimpuls für die anschließenden 4 µs nicht von der LD 2a ausgestrahlt wird, sind die anschließenden 4 µs ein Zeitraum T2 ohne Lichtempfang, in dem das Lichtempfangsmodul 7 das durch das Objekt 50 reflektierte Licht des Lichtimpulses nicht empfängt (6B). In dem Zeitraum T2 ohne Lichtempfang wird das Umgebungslicht durch das Lichtempfangsmodul 7 empfangen und das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Rauschen wird erfasst.
7A bis 7D sind Ansichten, die Ausgangssignale des Lichtempfangsmoduls 7 und des Komparators 8 während der Rauscherfassung illustrieren. 7A illustriert ein von dem Lichtempfangsmodul 7 in dem Zeitraum T2 ohne Lichtempfang aus 6 ausgegebenes Signal. Das Ausgangssignal in 7A ist das Rauschen auf der Grundlage des Umgebungslichts, des dunklen Impulses oder des Nachimpulses und das Ausgangssignal schließt nicht das Lichtempfangssignal auf der Grundlage des durch das Objekt 50 reflektierten Lichts ein.
In dem Zeitraum T2 ohne Lichtempfang gibt die Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c des Steuergeräts 1 digitale Informationen, die mehrere Versuchsschwellenwerte V1 bis Vn angeben, die unterschiedliche Größen haben, schrittweise in aufsteigender Folge an den DAC 10 aus. Jedes Mal, wenn die Informationen, die einen der Versuchsschwellenwerte V1 bis Vn angeben, von der Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c ausgegeben wird, wandelt der DAC 10 die Informationen in das analoge Signal um und gibt das analoge Signal an den Komparator 8 aus. Jedes Mal, wenn das Signal, das einen der Versuchsschwellenwerte V1 bis Vn angibt, von dem DAC 10 eingegeben wird, schaltet der Komparator 8 die Versuchsschwellenwerte V1 bis Vn, um jeden der Versuchsschwellenwerte V1 bis Vn mit dem von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebenen Signal zu vergleichen. Das heißt, wie in 7A illustriert, der Versuchsschwellenwert, der mit dem von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebenen Signal verglichen wird, wird schrittweise von V1 → V2 → V3 → ... → Vn geändert.
Der Komparator 8 gibt ein vorbestimmtes Signal (Ein-Signal) aus, wenn das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal größer ist als der Versuchsschwellenwert. 7B und 7C illustrieren repräsentativ die Ausgangszustände des Komparators 8, wenn der Komparator 8 das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal mit den Versuchsschwellenwerten V1 und V4 vergleicht. Das Ein-Signal wird von dem Komparator 8 ausgegeben, während das Ausgangssignal die Versuchsschwellenwerte V1 und V4 überschreitet. 7D illustriert den Ausgangszustand des Komparators 8, wenn der Komparator 8 das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal mit den Versuchsschwellenwerten V5 bis Vn vergleicht. Das Ein-Signal wird von dem Komparator 8 nicht ausgegeben, weil das Ausgangssignal die Versuchsschwellenwerte V5 bis Vn nicht überschreitet.
Der ADC 9 wandelt das von dem Komparator 8 ausgegebene vorbestimmte Signal in das digitale Signal um und gibt das digitale Signal an das Steuergerät 1 aus. Der Maximalwertdetektor 1b des Steuergeräts 1 erfasst eine Ausgangsfrequenz des von dem Komparator 8 durch den ADC 9 ausgegebenen vorbestimmten Signals bei jedem der von der Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c ausgegebenen Versuchsschwellenwerte V1 bis Vn und erfasst den Maximalwert des Rauschens auf der Grundlage der Ausgangsfrequenz.
Im Einzelnen erfasst der Maximalwertdetektor 1b zum Beispiel einen Wert (Bereich), der größer als oder gleich wie der maximale Versuchsschwellenwert ist, in den Versuchsschwellenwerten, bei denen das vorbestimmte Signal ausgegeben wird, und geringer ist als der minimale Versuchsschwellenwert in den Versuchsschwellenwerten, bei denen das vorbestimmte Signal nicht ausgegeben wird, als den Maximalwert des Rauschens. Ein Wert, der gleich wie oder größer als der Versuchsschwellenwert V4 ist und kleiner als der Versuchsschwellenwert V5 ist, ist der Maximalwert des Rauschens in dem Beispiel von 7.
Als ein anderes Beispiel kann der maximale Versuchsschwellenwert in den Versuchsschwellenwerten, bei denen das vorbestimmte Signal ausgegeben wird, als der Maximalwert des Rauschens erfasst werden. In diesem Fall ist, in dem Beispiel von 7, der Versuchsschwellenwert V4 der Maximalwert des Rauschens.
Zum Beispiel wird in dem Fall, dass zehn Werte mit unterschiedlichen Größen als Versuchsschwellenwerte V1 bis Vn (n = 10) festgesetzt sind, der Zeitraum T2 ohne Lichtempfang von 4 µs in 10 Sektionen entsprechend jedem Schwellenwert unterteilt, und eine Sektion wird 400 ns lang. Durch Umwandeln des von dem Komparator 8 ausgegebenen Signals unter Verwendung des 1-Bit-ADCs 9 können Datenelemente von wenigstens 400 Abtastwerten während des Zeitraums T2 ohne Lichtempfang beobachtet werden.
Wie oben beschrieben, setzt, wenn der Maximalwert des Rauschens durch den Maximalwertdetektor 1b erfasst ist, die Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c einen Schwellenwert (im Folgenden als ein „echter Schwellenwert“ bezeichnet) Vt für die Entfernungsmessung auf der Grundlage des Maximalwertes fest. An diesem Punkt setzt die Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c zum Beispiel den Versuchsschwellenwert, der um eine Stufe größer ist als der durch den Maximalwertdetektor 1b erfasste Maximalwert des Rauschens, als den echten Schwellenwert Vt fest. In dem Beispiel von 7 wird, weil der Maximalwert des Rauschens kleiner ist als der Versuchsschwellenwert V5, der Versuchsschwellenwert V5 als der echte Schwellenwert Vt festgesetzt.
Als ein anderes Beispiel kann der Versuchsschwellenwert, der dem durch den Maximalwertdetektor 1b erfassten Maximalwert des Rauschens entspricht, als der echte Schwellenwert Vt festgesetzt werden. Im Einzelnen kann in dem Beispiel von 7, weil der Maximalwert des Rauschens gleich wie oder größer als der Versuchsschwellenwert V4 ist, der Versuchsschwellenwert V4 als der echte Schwellenwert Vt festgesetzt werden. Das heißt, der echte Schwellenwert Vt kann größer als oder gleich wie der durch den Maximalwertdetektor 1b erfasste Maximalwert des Rauschens festgesetzt werden.
Die Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c gibt digitale Informationen, die den echten Schwellenwert Vt angeben, an den DAC 10 aus. Der DAC 10 wandelt die Informationen, die den echten Schwellenwert Vt angeben, in das analoge Signal um und gibt das analoge Signals an den Komparator 8 aus. Der Komparator 8 ändert den Schwellenwert, der mit dem von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebenen Signal verglichen werden soll, auf der Grundlage des von dem DAC 10 eingegebenen Signals. Demzufolge vergleicht der Komparator 8 das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal mit dem echten Schwellenwert Vt während des Lichtempfangszeitraums T1, in dem das Lichtempfangsmodul 7 das durch das nächste Objekt 50 reflektierte Licht empfängt. Das heißt, jedes Mal, wenn der Lichtimpuls von der LD 2a ausgestrahlt wird, wird der in dem Komparator 8 verwendete Schwellenwert entsprechend dem Rauschpegel geändert.
Als ein anderes Beispiel kann der in dem Komparator 8 verwendete Schwellenwert jedes Mal, wenn der Lichtimpuls von der LD 2a ausgestrahlt wird, eine vorbestimmte Anzahl von Malen entsprechend dem Rauschpegel geändert werden.
8A und 8B sind Ansichten, die Ausgangssignale des Lichtempfangsmoduls 7 und des Komparators 8 während der Erfassung des reflektierten Lichts illustrieren. 8A illustriert das von dem Lichtempfangsmodul 7 in dem Lichtempfangszeitraum T1 von 6 ausgegebene Signal. Das Ausgangssignal schließt das Rauschen auf Grundlage des Umgebungslichts und das Lichtempfangssignal auf der Grundlage des von dem Objekt 50 reflektierten Lichts ein.
Wie oben beschrieben, wird, durch Festsetzen des echten Schwellenwertes Vt in dem vorhergehenden Zeitraum T2 ohne Lichtempfang, das Rauschen nicht größer als der echte Schwellenwert Vt in dem aktuellen Lichtempfangszeitraum T1, sondern nur das Lichtempfangssignal auf der Grundlage des von dem Objekt 50 reflektierten Lichts wird größer als der echte Schwellenwert Vt. Der Komparator 8 gibt das vorbestimmte Signal (Ein-Signal), wie in 8B illustriert, aus, wenn das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal größer ist als der echte Schwellenwert Vt, wodurch das vorbestimmte Signal sicher das Signal auf der Grundlage des durch das Objekt 50 reflektierten Lichts wird.
Wenn das von dem Komparator 8 ausgegebene vorbestimmte Signal durch den ADC 9 in das Steuergerät 1 eingegeben wird, erfasst der Entfernungsrechner 1a die Empfangszeit des von dem Objekt 50 reflektierten Lichts auf der Grundlage des Eingangssignals. Der Entfernungsrechner 1a erfasst die TOF des Lichtimpulses auf der Grundlage der Ausstrahlungszeit des Lichtimpulses von der LD 2a und der Empfangszeit des von dem Objekt 50 reflektierten Lichts und berechnet die Entfernung zu dem Objekt 50 auf der Grundlage der TOF.
Nach einer erläuternden Ausführungsform wird, weil das Umgebungslicht durch die SPAD 7s des Lichtempfangsmoduls 7 während eines Zeitraums T2 ohne Lichtempfang empfangen wird, in dem das Lichtempfangsmodul 7 nicht das durch das Objekt 50 reflektierte Licht des von dem Lichtausstrahlungsmodul 2 ausgestrahlten Lichtimpulses empfängt, das von dem Lichtempfangsmodul 7 entsprechend dem Lichtempfangszustand der SPAD 7s ausgegebene Signal nur das Rauschen auf der Grundlage des Umgebungslichts oder der Umgebungstemperatur. Demzufolge erfasst der Maximalwertdetektor 1b den Maximalwert des Rauschens und die Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c setzt den echten Schwellenwert Vt auf der Grundlage des Maximalwertes fest, so dass der echte Schwellenwert Vt entsprechend dem Rauschpegel festgesetzt werden kann.
Selbst wenn das Rauschen in dem von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebenen Signal während des Lichtempfangszeitraums T1, in dem das Lichtempfangsmodul 7 das durch das Objekt 50 reflektierte Licht des von dem Lichtausstrahlungsmodul 2 ausgestrahlten Lichtimpulses empfängt, eingeschlossen ist, vergleicht der Komparator 8 das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal mit dem echten Schwellenwert Vt, so dass das Lichtempfangssignal auf der Grundlage des reflektierten Lichts und das Rauschen sicher voneinander unterschieden werden können. Wenn das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal größer ist als der echte Schwellenwert Vt, und zwar, wenn das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal das Lichtempfangssignal auf der Grundlage des reflektierten Lichts ist, erfasst der Entfernungsrechner 1a, weil der Komparator 8 das vorbestimmte Signal ausgibt, die Empfangszeit des reflektierten Lichts, und die Entfernung zu dem Objekt 50 kann auf der Grundlage der Empfangszeit und der Ausstrahlungszeit des Lichtimpulses von dem Lichtausstrahlungsmodul 2 genau berechnet werden. Folglich kann die Entfernung zu dem Objekt 50 genau gemessen werden, selbst wenn das Rauschen in dem von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebenen Signal eingeschlossen ist.
In einer erläuternden Ausführungsform setzt in dem Zeitraum T2 ohne Lichtempfang, in dem das Lichtempfangsmodul 7 nicht das durch das Objekt 50 reflektierte Licht empfängt, die Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c den echten Schwellenwert Vt auf einen Wert fest, der größer ist als der durch den Maximalwertdetektor 1b erfasste Maximalwert. Aus diesem Grund kann in dem Lichtempfangszeitraum T1, in dem das Lichtempfangsmodul 7 das durch das Objekt 50 reflektierte Licht des Lichtimpulses empfängt, der Komparator 8 das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal mit dem echten Schwellenwert Vt vergleichen und sicher das vorbestimmte Signal, das nur dem Lichtempfangssignal auf der Grundlage des reflektierten Lichts entspricht, ausgeben, in dem Fall, dass das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal größer ist als der echte Schwellenwert Vt. Der Entfernungsrechner 1a kann die Empfangszeit des reflektierten Lichts auf der Grundlage des vorbestimmten Signals, das von dem Komparator 8 durch den ADC 9 eingegeben wird, erfassen und die Entfernung zu dem Objekt 50 auf der Grundlage der Empfangszeit und der Ausstrahlungszeit des von dem Lichtausstrahlungsmodul 2 ausgestrahlten Lichtimpulses mit höherer Genauigkeit berechnen.
In einer erläuternden Ausführungsform schließt das Lichtempfangsmodul 7 die SPAD-Matrix 7a, in der die mehreren SPAD-Gruppen 7g angeordnet sind, in denen die mehreren SPAD 7s parallel geschaltet sind, und den TIA 7b, der das von jeder SPAD-Gruppe 7g ausgegebene Stromsignal in das Spannungssignal umwandelt, ein. Demzufolge kann das in jeder SPAD-Gruppe 7g entsprechend dem Empfangszustand jeder SPAD 7s ausgegebene Spannungssignal durch den MUX 7c ausgewählt und in den Komparator 8 genommen werden. Danach kann der Komparator das vorbestimmte Signal auf der Grundlage des Vergleichs zwischen dem Spannungssignal von dem Lichtempfangsmodul 7 und dem Schwellenwert ausgeben und das vorbestimmte Signal durch den ADC 9 in das Steuergerät 1 eingeben. Der Anstieg des ausgegebenen Stromsignals ist schneller als derjenige der anderen Lichtempfangselemente, so dass die SPAD 7s die Anzahl von Ausgaben des Spannungssignals von dem Lichtempfangsmodul 7 je Zeiteinheit steigern kann, um die Erfassungsgenauigkeit der Entfernung zu dem Objekt 50 zu verbessern.
In einer erläuternden Ausführungsform schaltet in dem Zeitraum T2 ohne Lichtempfang, in dem das Lichtempfangsmodul 7 das durch das Objekt 50 reflektierte Licht des Lichtimpulses nicht empfängt, der Komparator 8 nacheinander die mehreren Versuchsschwellenwerte, die unterschiedliche Größen haben, stufenweise, vergleicht den Versuchsschwellenwert mit dem von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebenen Signal und gibt das vorbestimmte Signal aus, wenn das Ausgangssignal größer ist als der Versuchsschwellenwert, Der Maximalwertdetektor 1b erfasst den Maximalwert des von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebenen Signals auf der Grundlage der Ausgangsfrequenz des vorbestimmten Signals, das von dem Komparator 8 durch den ADC 9 bei jedem Versuchsschwellenwert ausgegeben wird. Demzufolge kann der Maximalwertdetektor 1b den Maximalwert des von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebenen Rauschens genau erfassen und die Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c kann den Schwellenwert, der dem Rauschpegel entspricht, sicher festsetzen.
In einer erläuternden Ausführungsform wandelt der 1-Bit-ADC 9 das vorbestimmte analoge Signal, das nacheinander von dem Komparator 8 ausgegeben wird, in das vorbestimmte digitale Signal um. Demzufolge kann, auf der Grundlage des von dem Lichtempfangsmodul 7 in jeder SPAD-Gruppe 7g entsprechend dem Empfangszustand der SPAD 7s ausgegebenen Spannungssignals, das von dem Komparator 8 ausgegebene Signal durch den ADC 9 mit hoher Geschwindigkeit in das digitale Signal umgewandelt und in das Steuergerät 1 genommen werden. Der Entfernungsrechner 1a steigert die Anzahl von Abtastwerten, die verwendet werden, um die TOF des Lichtimpulses zu erfassen, um so die Erfassungsgenauigkeit der TOF zu verbessern, wodurch die Messgenauigkeit der Entfernung zu dem Objekt 50 weiter verbessert wird.
Die Offenbarung kann außer einer erläuternden Ausführungsform verschiedene Ausführungsformen annehmen. Zum Beispiel setzen in einer erläuternden Ausführungsform der Maximalwertdetektor 1b und die Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c den echten Schwellenwert Vt auf der Grundlage des vorbestimmten Signals fest, das von dem Komparator 8 durch den 1-Bit-ADC 9 in das Steuergerät 1 eingegeben wird, und der Entfernungsrechner 1a berechnet die Entfernung zu dem Objekt 50. Jedoch ist die Offenbarung nicht darauf begrenzt. Zum Beispiel können, wie in 9 illustriert, anstelle des Komparators 8 und des DACs 10 für die Schwellenwertfestsetzung ein Komparator 8a und ein DAC 10a bereitgestellt werden, um die Entfernung zu berechnen, und das Ausgangssignal des Komparators 8a kann einem Zeit-Digital-Wandler (TDC) 1e zugeführt werden, der in dem Steuergerät 1 bereitgestellt wird. Der Komparator 8a ist ein Beispiel der „Vergleichsausgabeeinheit“ in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung. Der TDC 1e ist in dem Entfernungsrechner 1d eingeschlossen.
In 9 wird das Spannungssignal von dem MUX 7c des Lichtempfangsmoduls 7 an jeden der Komparatoren 8, 8a ausgegeben. In dem Zeitraum T2 ohne Lichtempfang, in dem das durch das Objekt 50 reflektierte Licht nicht empfangen wird, setzt die Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c nacheinander den Versuchsschwellenwert an den Komparator 8 durch den DAC 10 fest. Der Komparator 8 vergleicht das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal mit dem Versuchsschwellenwert und gibt das vorbestimmte Signal auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses aus. Der Komparator 8 gibt das vorbestimmte Signal durch den 1-Bit-ADC 9 in das Steuergerät 1 ein, der Maximalwertdetektor 1b erfasst den Maximalwert des Rauschens auf der Grundlage des Eingangssignals und die Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c setzt den echten Schwellenwert Vt auf der Grundlage des Maximalwertes fest. Danach wird der echte Schwellenwert Vt von der Schwellenwertfestsetzungseinheit 1c an den Komparator 8a durch den DAC 10 festgesetzt.
In dem Lichtempfangszeitraum T1, in dem das durch das Objekt 50 reflektierte Licht des Lichtimpulses empfangen wird, vergleicht der Komparator 8a das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal mit dem echten Schwellenwert Vt. In dem Fall, dass das von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebene Signal größer ist als der echte Schwellenwert Vt, gibt der Komparator 8a das vorbestimmte Signal an den TDC 1e aus.
10 ist eine Ansicht, welche die Schaltkreiskonfiguration des TDCs 1e illustriert. Ein Lichtausstrahlungssignal (ein Ausstrahlungsbefehl von dem Steuergerät 1 an das Lichtausstrahlungsmodul 2) wird in einen Startbus 13 des TDCs 1e eingegeben, damit die LD 2a den Lichtimpuls ausstrahlt. Mehrere Verzögerungspuffer 15 sind in dem Startbus 13 eingefügt, um eine Verzögerungsleitung zu bilden. Mehrere D-Flipflops 16 werden so bereitgestellt, dass sie jeweils den Verzögerungspuffern 15 entsprechen. Das Lichtausstrahlungssignal wird nacheinander durch den Startbus 13 in jeden Verzögerungspuffer 15 eingegeben und nacheinander von der Position vor jedem Verzögerungspuffer 15 in einen Eingangsanschluss D jedes D-Flipflops 16 eingegeben. Das Lichtempfangssignal wird in den anderen Eingangsanschluss jedes D-Flipflops 16 durch einen Stoppbus 14 eingegeben. Digitale Ausgangssignale D1 bis Dn werden von Ausgangsanschlüssen Q der D-Flipflops 16 in den Entfernungsrechner 1d eingegeben.
Auf der Grundlage der Eingabe des Lichtausstrahlungssignals in den Startbus 13 erfasst der Entfernungsrechner 1d die Ausstrahlungszeit des Lichtimpulses und erfasst die Empfangszeit des reflektierten Lichts auf der Grundlage der Ausgabe jedes der Ausgangssignale D1 bis Dn von den D-Flipflops 16. Der Entfernungsrechner 1d berechnet die Laufzeit des Lichtimpulses auf der Grundlage der Ausstrahlungszeit des Lichtimpulses und der Empfangszeit des reflektierten Lichts und misst die Entfernung zu dem Objekt 50 auf der Grundlage der Laufzeit. Demzufolge kann der TDC 1e die Zeit durch Hochgeschwindigkeitsabtastung (zum Beispiel 10 GSps) messen.
In einer erläuternden Ausführungsform, wie in 4 illustriert, ist, als Beispiel, der Löschwiderstand Rc mit jeder SPAD 7s der SPAD-Gruppe 7g eins zu eins verbunden und der von jeder SPAD-Gruppe 7g ausgegebene Strom wird durch den TIA 7b in die Spannung umgewandelt. Jedoch ist die Offenbarung nicht darauf begrenzt. Zum Beispiel können, wie in 11 illustriert, ein gemeinsamer Widerstand Rd und ein Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d mit den Anodenseiten der mehreren SPAD 7s jeder SPAD-Gruppe 7g' verbunden sein. In diesem Fall fließt, auf Grund des Einfallens des Photons auf den SPAD 7s, der Strom durch die SPAD-Gruppe 7g', um einen Spannungsabfall in dem Widerstand Rd zu erzeugen. Der Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d nimmt den Spannungsabfall als das Spannungssignal heraus und gibt das Spannungssignal an den MUX 7c aus.
In einer erläuternden Ausführungsform vergleicht, als Beispiel, der Komparator das Spannungssignal, das dem von jeder SPAD-Gruppe ausgegebenen Strom entspricht, mit dem Schwellenwert. Jedoch ist die Offenbarung nicht darauf begrenzt. Zum Beispiel kann der Komparator das Stromsignal, das dem von jeder SPAD-Gruppe ausgegebenen Strom entspricht, mit dem Stromschwellenwert vergleichen, um zu unterscheiden, ob das Stromsignal das durch das Objekt reflektierte Licht oder das Rauschen ist.
In einer erläuternden Ausführungsform wird, als Beispiel, die SPAD als das Lichtempfangselement verwendet. Jedoch ist die Offenbarung nicht darauf begrenzt, sondern es können andere Lichtempfangselemente verwendet werden. Nur eine Elementgruppe, in der die mehreren Lichtempfangselemente parallel geschaltet sind, kann in dem Lichtempfänger, wie der SPAD-Gruppe, bereitgestellt werden. Alternativ können die mehreren Lichtempfangselemente unabhängig in dem Lichtempfänger bereitgestellt werden, ohne die Lichtempfangselementgruppe zu bilden, und das Signal, das dem Lichtempfangszustand jedes Lichtempfangselements entspricht, kann von dem Lichtempfänger ausgegeben werden. Es können ein oder mehrere Lichtempfangselemente außer der LD verwendet werden.
In einer erläuternden Ausführungsform wird, als Beispiel, die Offenbarung auf die an einem Fahrzeug angebrachte Entfernungsmessvorrichtung 100 angewendet. Jedoch kann die Offenbarung ebenfalls auf eine Entfernungsmessvorrichtung für andere Zwecke angewendet werden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute, die den Nutzen dieser Offenbarung haben, erkennen, dass andere Ausführungsformen ausgearbeitet werden können, die nicht vom Geltungsbereich der Erfindung, wie hierin offenbart, abweichen. Dementsprechend sollte der Geltungsbereich der Erfindung nur durch die angefügten Patentansprüche begrenzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017116633 [0001]
JP 201091378 [0004]
JP 201481254 [0004]
JP 201481253 [0004]

Claims

Entfernungsmessvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Lichtstrahler, der ein Licht ausstrahlendes Element einschließt, das einen Lichtimpuls ausstrahlt, einen Lichtempfänger, der mehrere Lichtempfangselemente einschließt, die durch ein Objekt reflektiertes Licht des Lichtimpulses empfangen, eine Vergleichsausgabeeinheit, die ein von dem Lichtempfänger ausgegebenes Ausgangssignal entsprechend einem Empfangszustand des Lichtempfangselements mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht und ein vorbestimmtes Signal ausgibt, wenn das Ausgangssignal größer ist als der Schwellenwert, einen Entfernungsrechner, der eine Empfangszeit des reflektierten Lichts durch den Lichtempfänger erfasst, wenn die Vergleichsausgabeeinheit das vorbestimmte Signal ausgibt, und eine Entfernung zu dem Objekt auf der Grundlage der Empfangszeit und einer Ausstrahlungszeit des Lichtimpulses von dem Lichtstrahler berechnet, einen Maximalwertdetektor, der einen Maximalwert des Ausgangssignals von dem Lichtempfänger während eines Zeitraums ohne Lichtempfang, in dem der Lichtempfänger nicht das reflektierte Licht empfängt, erfasst, und eine Schwellenwertfestsetzungseinheit, die den Schwellenwert in dem Zeitraum ohne Lichtempfang auf der Grundlage des durch den Maximalwertdetektor erfassten Maximalwertes festsetzt.
Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schwellenwertfestsetzungseinheit den Schwellenwert auf einen Wert festsetzt, der gleich wie oder größer als der durch den Maximalwertdetektor erfasste Maximalwert ist.
Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lichtempfangselement mit einer Avalanche-Photodiode (APD) in einem Geigermodus konstruiert ist und wobei der Lichtempfänger wenigstens eine Lichtempfangselementgruppe einschließt, in der die mehreren Lichtempfangselemente parallel geschaltet sind, und ein Spannungssignal, das einem von der Lichtempfangsetementgruppe ausgegebenen Strom entspricht, als das Ausgangssignal ausgibt.
Entfernungsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei während des Zeitraums ohne Lichtempfang die Vergleichsausgabeeinheit nacheinander mehrere Versuchsschwellenwerte, die stufenweise unterschiedliche Größen haben, schaltet, die mehreren Versuchsschwellenwerte mit dem von dem Lichtempfänger ausgegebenen Ausgangssignal vergleicht und das vorbestimmte Signal ausgibt, wenn das Ausgangssignal größer ist als der Versuchsschwellenwert, und wobei der Maximalwertdetektor den Maximalwert des von dem Lichtempfänger ausgegebenen Ausgangssignals auf der Grundlage einer Ausgangsfrequenz des von der Vergleichsausgabeeinheit bei jedem Versuchsschwellenwert ausgegebenen vorbestimmten Signals erfasst.
Entfernungsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner einen 1-Bit-Analog-Digital-Wandler umfasst, der das von der Vergleichsausgabeeinheit ausgegebene analoge vorbestimmte Signal in ein digitales vorbestimmtes Signal umwandelt und das digitale vorbestimmte Signal an den Entfernungsrechner ausgibt.
Entfernungsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Entfernungsrechner einen Zeit-Digitalwandler (Time to Digital Converter - TDC) einschließt.