DE102018214447A1 - Objektdetektionsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Während einer ersten Scandauer, in der das Projektionslicht durch eine erste Reflexionsfläche eines Spiegels einer rotierenden Scaneinheit reflektiert wird, werden mehrere lichtemittierende Elemente veranlasst, sequentiell Licht zu emittieren, ein lichtempfangendes Element, welches einem lichtemittierenden Element in einem Lichtemissionszustand entspricht, wird veranlasst, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen, und ein Lichtempfangssignal, das von dem lichtempfangenden Element im Lichtempfangszustand ausgegeben wird, wird sequentiell durch eine Signalauswahleinheit ausgewählt. Während einer zweiten Scandauer, in der das Projektionslicht durch eine zweite Reflexionsfläche des Spiegels reflektiert wird, wird ein bestimmtes lichtemittierendes Element von den lichtemittierenden Elementen veranlasst, Licht mit einer vorgegebenen Dauer zu emittieren, die lichtempfangenden Elemente werden veranlasst, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen, und das Lichtempfangssignal, das von dem lichtempfangenden Element im Lichtempfangszustand ausgegeben wird, wird sequentiell ausgewählt.

Description

• VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
• Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-162990 , die am 28. August 2017 hinterlegt wurde und deren Inhalt hiermit durch Bezug vollumfänglich aufgenommen ist.
• BEREICH
• Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Objektdetektionsvorrichtung, welche Licht von einem lichtemittierenden Element projiziert, veranlasst, dass ein lichtempfangendes Element ein Reflexionssignal, welches von der Reflexion des projizierten Lichts herrührt, empfängt und auf Grundlage eines von dem lichtempfangenden Element ausgegebenen Empfangssignals ein Objekt detektiert.
• HINTERGRUND
• Eine Objektdetektionsvorrichtung, wie beispielsweise ein Laserradar, ist zum Beispiel an einem Fahrzeug oder dergleichen montiert, welches eine kollisionsverhindernde Funktion aufweist. Die Objektdetektionsvorrichtung projiziert Licht von einem lichtemittierenden Element, veranlasst, dass ein lichtempfangendes Element ein Reflexionssignal, welches von der Reflexion des projizierten Lichts herrührt, empfängt, und bestimmt, ob ein Objekt vorliegt oder nicht vorliegt, und misst eine Entfernung zu dem Objekt auf Grundlage eines Empfangssignals, das von dem lichtempfangenden Element ausgegeben wird.
• Als lichtemittierendes Element wird eine Laserdiode oder dergleichen eingesetzt. Als lichtempfangendes Element wird eine Photodiode, eine Lawinenphotodiode (Avalanche-Photodiode) oder dergleichen eingesetzt. Des Weiteren werden, um Licht über einen weiten Bereich zu projizieren und zu empfangen, ebenso mehrere lichtemittierende Elemente oder mehrere lichtempfangende Elemente verwendet. Ferner wird anstelle des lichtempfangenden Elements auch ein komplementärer Metalloxid-Halbleiter (CMOS)-Bildsensor oder dergleichen verwendet.
• Des Weiteren ist, um Licht über einen weiten Bereich zu projizieren und zu empfangen, eine Vorrichtung zu verkleinern usw., ebenso eine Objektdetektionsvorrichtung offenbart, welche die Funktion hat, Licht in horizontaler Richtung oder in vertikaler Richtung zu scannen oder zu verbreiten (zum Beispiel JP-A-2014-52366 , JP-A-2014 - 219250 und JP-A-2012-237604 ).
• JP-A-2014-52366 offenbart eine Objektdetektionsvorrichtung, welche eine rotierende Scaneinheit umfasst, die einen Spiegel mit sechs flachen Oberflächen aufweist. Eine in Bezug auf eine obere und untere Oberfläche des Spiegels vertikal verlaufende Mittelachse dient als Rotationswelle. Vier Seitenflächen des Spiegels sind Reflexionsflächen und sind in verschiedenen Winkeln in Bezug auf die Rotationswelle geneigt. Der Spiegel dreht sich um die Rotationswelle, wodurch das Projektionslicht, das von dem lichtemittierenden Element (einer Laserquelle) projiziert wird, von jeder Reflexionsfläche reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird. Des Weiteren wird das von einem Objekt in dem vorgegebenen Bereich reflektierte Reflexionslicht von jeder Reflexionsfläche des Spiegels reflektiert und zu dem Lichtempfangselement (einem Lichtdetektor) geführt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Licht projiziert und empfangen wird, wird das Projektionslicht oder Reflexionslicht nicht nur in horizontaler Richtung, sondern auch in vertikaler Richtung gescannt.
• JP-A-2014-219250 offenbart eine Objektdetektionsvorrichtung, welche einen ersten Scanspiegel und einen zweiten Scanspiegel umfasst. Diese Scanspiegel sind in Form einer Platte ausgebildet, und die plattenförmige Oberfläche stellt eine Reflexionsfläche dar. Ein Winkel des ersten Scanspiegels wird durch einen Regler verändert, wodurch Licht, welches von dem lichtemittierenden Element projiziert wird, von dem ersten Scanspiegel reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird. Ferner wird ein Winkel des zweiten Scanspiegels durch den Regler verändert, wodurch das Reflexionslicht, das von einem Objekt in dem vorgegebenen Bereich reflektiert wird, von dem zweiten Scanspiegel reflektiert und zu dem Lichtempfangselement geführt wird.
• JP-A-2012-237604 offenbart eine Objektdetektionsvorrichtung, die einen halbdurchlässigen Spiegel und zwei optische Brechungselemente umfasst. Der halbdurchlässige Spiegel trennt Licht, welches von dem lichtemittierenden Element projiziert wird, und das aus der Trennung resultierende Licht fällt jeweils auf die optischen Brechungselemente. Jedes der optischen Brechungselemente wandelt das Einfallslicht von dem halbdurchlässigen Spiegel in Punktmuster-Licht um, und das Punktmuster-Licht strahlt in unterschiedliche vorgegebene Bereiche aus.
• Ohne dass die gleiche Winkelauflösung erhalten wird, variiert die Präzision der Detektion des Objekts zwischen einem Fall, in dem ein Objekt in einer weiten Entfernung von der Objektdetektionsvorrichtung vorliegt, und einem Fall, in dem das Objekt in einer kurzen Entfernung von der Objektdetektionsvorrichtung vorliegt. In dem Fall, in dem das Objekt in einer weiten Entfernung vorliegt, und in dem Fall, in dem das Objekt in einer kurzen Entfernung vorliegt, unterscheiden sich die Zustände, in denen Licht von der Objektdetektionsvorrichtung das Objekt anstrahlt ( JP-A-2012-237604 ), es unterscheiden sich Zustände, in denen das von dem Objekt herrührende Reflexionslicht auf die Objektdetektionsvorrichtung einfällt, es unterscheiden sich Zustände, in denen das Reflexionslicht ein Bild durch eine Linse oder dergleichen innerhalb der Objektdetektionsvorrichtung bildet ( JP-A-2014-52366 ), usw. Dies sind die Ursachen für die Unterschiede in der Präzision, mit der ein Objekt detektiert wird. Aus diesem Grund wird, wenn die Präzision der Detektion des Objekts, welches in weiter Entfernung vorliegt, erhöht ist, die Präzision der Detektion des Objekts, welches in kurzer Entfernung vorliegt, vermindert.
• Um die Präzision der Detektion des Objekts, welches in kurzer Entfernung vorliegt, ebenso zu erhöhen, wird in JP-A-2014-52366 ein Lichtweg von dem lichtemittierenden Element zu einem konjugierten Bild des lichtemittierenden Elements mit einer Lichtprojektionslinse auf unendlich eingestellt, und ein Lichtweg von dem lichtemittierenden Element zu dem konjugierten Bild des Lichtempfangselements wird mit einer Lichtempfangslinse auf eine nähere Position eingestellt als der auf unendlich eingestellte Lichtweg. Ferner wird in JP-A-2012-237604 Licht, das von dem lichtemittierenden Element projiziert wird, durch mehrere optische Brechungselemente in Punktmuster-Licht umgewandelt, und das Punktmuster-Licht strahlt auf einen vorgegebenen Bereich in einem weiten Winkelbereich aus.
• Des Weiteren offenbart im Stand der Technik JP-A-2014-219250 die Bereitstellung vieler Lichtempfangselemente in einem Array, die Auswahl des Lichtempfangselements, das mit einer Scanposition des Projektionslichts von dem lichtemittierenden Element verbunden ist, durch einen Multiplexer und die Detektion des Objekts auf Grundlage des Lichtempfangssignals, welches von dem lichtemittierenden Element ausgegeben wird. Entsprechend wird die Anzahl der in dem Lichtempfangssignal enthaltenen Geräuschkomponenten reduziert, wodurch jedoch ein Kreis von erheblichen Ausmaßen errichtet wird. Um die Präzision der Detektion des Objekts, welches sich in kurzer Entfernung befindet, zu erhöhen, ohne eine Vergrößerung des Kreises zu verursachen, wird in JP-A-2014-219250 ein Winkel des zweiten Scanspiegels auf Grundlage einer Entfernung zu dem Objekt, welches zuvor detektiert wurde, und einer Winkelinformation an dem ersten Scanspiegel zum Zeitpunkt der Lichtprojektion reguliert.
• ÜBERBLICK
• In einem Fall, in dem das Objekt in weiter Entfernung vorliegt, wird, da die geometrische Abweichung zwischen einem Lichtweg für das Projektionslicht und einem Lichtweg für das Reflexionslicht gering ist, das lichtempfangende Element, welches der Scanposition des Projektionslichts von der Objektdetektionsvorrichtung oder dem lichtemittierenden Element, welches das Projektionslicht emittiert, entspricht, durch den Multiplexer ausgewählt. Dadurch kann, auf Grundlage des Lichtempfangssignals, das von dem lichtempfangenden Element ausgegeben wird, präzise bestimmt werden, ob das Objekt vorliegt oder nicht vorliegt, und der Abstand zu dem Objekt kann präzise bestimmt werden. In einem Fall, in dem das Objekt in einer kurzen Entfernung vorliegt, tritt jedoch, da die geometrische Abweichung zwischen dem Lichtweg für das Projektionslicht und dem Lichtweg für das Reflexionslicht groß ist, in manchen Fällen eine Differenz im Winkel zwischen dem Lichtweg für das Projektionslicht und dem Lichtweg für das Reflexionslicht auf, und das Reflexionslicht fällt nicht auf das lichtempfangende Element, welches der Scanposition des Projektionslichts oder dem lichtemittierenden Element, welches das Projektionslicht emittiert, entspricht. Daher wird, obwohl das lichtempfangende Element, welches der Scanposition des Projektionslichts oder dem lichtemittierenden Element, welches das Projektionslicht emittiert, entspricht, durch einen Multiplexer ausgewählt wird, auf Grundlage des Lichtempfangssignals, welches von dem lichtempfangenden Element ausgegeben wird, nicht präzise bestimmt, ob das Objekt vorliegt oder nicht vorliegt, und der Abstand zu dem Objekt wird nicht präzise bestimmt.
• Eine Aufgabe einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, eine Objektdetektionsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die sowohl ein Objekt, das in weiter Entfernung vorliegt, als auch ein Objekt, das in kurzer Entfernung vorliegt, präzise detektieren kann.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Objektdetektionsvorrichtung zur Verfügung gestellt, welche umfasst: mehrere lichtemittierenden Elemente; eine rotierende Scaneinheit, welche einen Spiegel umfasst und, durch Bewirken einer Rotation des Spiegels, das von den lichtemittierenden Elementen projizierte Projektionslicht durch den Spiegel reflektiert und das reflektierte Projektionslicht über einen vorgegebenen Bereich scannt; mehrere lichtempfangende Elemente, welche jeweils Reflexionslicht des Projektionslichts, welches von einem Objekt in einem vorgegebenen Bereich reflektiert wird, empfangen und ein Lichtempfangssignal in Übereinstimmung mit einem Lichtempfangszustand ausgeben; eine Signalauswahleinheit, welche irgendeines der Lichtempfangssignale, die von den mehreren lichtempfangenden Elementen ausgegeben werden, auswählt; und eine Objektdetektionseinheit, die das Objekt auf Grundlage des Lichtempfangssignals, welches von der Signalauswahleinheit ausgewählt wird, detektiert. Der Spiegel umfasst eine erste Reflexionsfläche und eine zweite Reflexionsfläche, die nicht in derselben Ebene liegen. Während einer ersten Scandauer, in der das Projektionslicht durch die rotierende Scaneinheit von der ersten Reflexionsfläche reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird, werden die mehreren lichtemittierenden Elemente veranlasst, sequentiell Licht zu emittieren, das lichtempfangende Element von den mehreren lichtempfangenden Elementen, welches einem lichtemittierenden Element in einem Lichtemissionszustand entspricht, wird veranlasst, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen, und die Signalauswahleinheit wird veranlasst, sequentiell das Lichtempfangssignal auszuwählen, das von dem lichtempfangenden Element in dem Lichtempfangszustand ausgegeben wird.
  Des Weiteren wird während einer zweiten Scandauer, in der das Projektionslicht durch die rotierende Scaneinheit von der zweiten Reflexionsfläche reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird, ein bestimmtes lichtemittierendes Element von den mehreren lichtemittierenden Elementen veranlasst, Licht mit einer vorgegebenen Dauer zu emittieren, die mehreren lichtempfangenden Elemente werden veranlasst, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen, und die Signalauswahleinheit wird veranlasst, das Lichtempfangssignal, das von dem lichtempfangenden Element im Lichtempfangszustand empfangen wird, sequentiell auszuwählen.
• Bei der oben beschriebenen Ausführung wird während der ersten Scandauer das Licht von jedem der mehreren lichtemittierenden Elemente sequentiell projiziert, und das Projektionslicht wird von der ersten Reflexionsfläche des Spiegels der rotierenden Scaneinheit reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt. Zu diesem Zeitpunkt fällt in einem Fall, in dem das Objekt in weiter Entfernung vorliegt, wenn das Projektionslicht von irgendeinem der lichtemittierenden Elemente von dem Objekt reflektiert wird, das Reflexionslicht auf das lichtempfangende Element, das dem lichtemittierenden Element entspricht. Daher wird die Signalauswahleinheit veranlasst, das Lichtempfangssignal auszuwählen, das von dem lichtempfangenden Element ausgegeben wird, das dem lichtemittierenden Element im Lichtemissionszustand entspricht, und das Objekt kann dadurch präzise durch die Objektdetektionseinheit auf Grundlage des Lichtempfangssignals detektiert werden.
• Des Weiteren wird während der zweiten Scandauer das Licht mit einer vorgegebenen Dauer von einem bestimmten lichtemittierenden Element projiziert, und das Projektionslicht wird von der zweiten Reflexionsfläche des Spiegels der rotierenden Scaneinheit reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt. Wenn zu diesem Zeitpunkt ein Objekt in kurzer Entfernung vorliegt, fällt in einigen Fällen das Reflexionslicht, das von dem Projektionslicht herrührt, das von dem Objekt reflektiert wird, auf das lichtempfangende Element, das nicht dem bestimmten lichtemittierenden Element entspricht. Jedoch werden mehrere lichtempfangende Elemente veranlasst, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen, und die Signalauswahleinheit wird veranlasst, sequentiell das Lichtempfangssignal auszuwählen, das von dem lichtempfangenden Element in dem Lichtempfangszustand ausgegeben wird. Daher wird das Reflexionslicht in irgendeinem der lichtempfangenden Elemente empfangen, und die Signalauswahleinheit wird veranlasst, das Lichtempfangssignal auszuwählen, das von dem lichtempfangenden Element ausgegeben wird. Genauer gesagt, wird ein Wechseln (Switchen) unter den mehreren lichtempfangenden Elementen und zwischen den Lichtempfangssignalen, die von den mehreren lichtempfangenden Elementen ausgegeben werden, durchgeführt, und es wird somit nach dem Reflexionslicht gesucht, das von dem Projektionslicht von einem bestimmten lichtemittierenden Element herrührt und welches von dem Objekt reflektiert wird. Daher wird irgendeines der lichtempfangenden Elemente veranlasst, das Reflexionslicht zu empfangen, die Signalauswahleinheit wird veranlasst, das Lichtempfangssignal auszuwählen, das von dem lichtempfangenden Element ausgegeben wird, und das Objekt kann somit, auf Grundlage des Lichtempfangssignals, präzise durch die Objektdetektionseinheit detektiert werden.
• Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Breite der zweiten Reflexionsfläche parallel zu einer Scanebene für das Projektionslicht, das von der rotierenden Scaneinheit herrührt, schmaler sein als eine Breite der ersten Reflexionsfläche parallel zu der Scanebene.
• Des Weiteren kann gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung der Spiegel plattenförmig ausgebildet sein, die erste Reflexionsfläche kann auf einer plattenförmigen Oberfläche des Spiegels vorliegen, und die zweite Reflexionsfläche kann auf einer Seitenfläche des Spiegels, welche eine kleinere Fläche als die plattenförmige Oberfläche aufweist, vorliegen.
• Ferner können gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung die mehreren lichtemittierenden Elemente so angeordnet sein, dass sie in einer Richtung senkrecht zu der Scanebene für das Projektionslicht, das von der rotierenden Scaneinheit herrührt, ausgerichtet sind, und während der ersten Scandauer kann das lichtempfangende Element, welches dem lichtemittierenden Element im Lichtemissionszustand entspricht, und welches ebenso einer Reflexionsrichtung des Projektionslichts, das von der ersten Reflexionsfläche herrührt, entspricht, veranlasst werden, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen.
• Ferner kann gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung während der ersten Scandauer die Objektdetektionseinheit eine Entfernung zu dem Objekt auf Grundlage des Lichtemissionszustands des lichtemittierenden Elements und auf Grundlage des Lichtempfangssignals, welches durch die Signalauswahleinheit ausgewählt wird, bestimmen, und während der zweiten Scandauer kann die Objektdetektionseinheit auf Grundlage des Lichtemissionszustands des lichtemittierenden Elements und auf Grundlage des Lichtempfangssignals, welches von der Signalauswahleinheit ausgewählt wird, bestimmen, ob das Objekt vorliegt oder nicht.
• Außerdem kann gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Objektdetektionsvorrichtung ferner einen Analog-Digital-Wandler umfassen, der das Lichtempfangssignal in analoger Form, welches von der Signalauswahleinheit ausgewählt wird, in ein Lichtempfangssignal in digitaler Form umwandelt und das Lichtempfangssignal an die Objektdetektionseinheit ausgibt, und der Analog-Digital-Wandler kann veranlasst werden, entsprechend einem Wechsel der Auswahl der Empfangslichtsignale durch die Signalauswahleinheit, intermittierend zu operieren.
• Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Objektdetektionsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die imstande ist, sowohl ein Objekt, dass in weiter Entfernung vorliegt, als auch ein Objekt, das in kurzer Entfernung vorliegt, präzise zu detektieren.
• Figurenliste
• 1A stellt einen Zustand eines optischen Systems einer Objektdetektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von oben dar;
• 1B stellt einen Zustand dar, in dem ein Winkel gegenüber 1A verändert ist;
• 2 stellt einen Zustand des optischen Systems der Objektdetektionsvorrichtung von 1A bei Betrachtung von der Rückseite dar;
• 3 stellt eine Vorderansicht der LD-Gruppe von 1A dar;
• 4 stellt eine Vorderansicht der PD-Gruppe von 1A dar;
• 5 stellt eine elektrische Konfiguration der Objektdetektionsvorrichtung von 1A dar;
• 6 stellt Zustände dar, in denen die Objektdetektionsvorrichtung von 1A Licht projiziert und empfängt;
• 7 stellt Zustände dar, in denen die Objektdetektionsvorrichtung von 1A Licht zu einem Objekt projiziert und von diesem empfängt, welches in weiter Entfernung vorliegt;
• 8 stellt Zustände dar, in denen die Objektdetektionsvorrichtung von 1A Licht zu einem Objekt projiziert und von diesem empfängt, welches in kurzer Entfernung vorliegt;
• 9 ist ein Diagramm, in dem der Zeitablauf der Lichtprojektion und des Lichtempfangs der Objektdetektionsvorrichtung von 1A während einer ersten Scandauer dargestellt ist; und
• 10 ist ein Diagramm, in dem der Zeitablauf der Lichtprojektion und des Lichtempfangs der Objektdetektionsvorrichtung von 1A während einer zweiten Scandauer dargestellt ist.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• In den Ausführungsformen der Erfindung sind zahlreiche spezifische Details beschrieben, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Es ist jedoch für einen Fachmann offensichtlich, dass die Erfindung ohne diese speziellen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden bestens bekannte Merkmale nicht im Einzelnen beschrieben, um eine Verkomplizierung der Erfindung zu vermeiden.
• Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Gleiche oder entsprechende Komponenten sind in den Figuren mit denselben Bezugsziffern versehen.
• Zunächst werden eine Struktur und der Betrieb eines optischen Systems der Objektdetektionsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die 1A bis 4 beschrieben.
• In den 1A und 1B ist jeweils ein optisches System der Objektdetektionsvorrichtung 100 bei Betrachtung von oben dargestellt. In den 1A und 1B unterscheiden sich die Winkel eines Spiegels 4a voneinander. In 2 ist ein Zustand des optischen Systems der Objektdetektionsvorrichtung 100 bei Betrachtung von der Rückseite (der nach unten gerichteten Richtung in den 1A und 1B, d.h., der Richtung, die einem Objekt 50 entgegensetzt ist) dargestellt. In den 1A und 2 sind die Winkel des Spiegels 4a die gleichen.
• Die Objektdetektionsvorrichtung 100 besteht zum Beispiel aus einem Laserradar, der an einem vierrädrigen Fahrzeug angebracht ist. Das optische System der Objektdetektionsvorrichtung 100 besteht aus einer Laserdioden (LD)-Gruppe 2a, einer Lichtprojektionslinse 14, einer rotierenden Scaneinheit 4, einer Lichtempfangslinse 16, einem Reflexionsspiegel 17 und einer Lawinen (Avalanche)-Photodiode 7a.
• Von diesen bilden die LD-Gruppe 2a, die Lichtprojektionslinse 14 und die rotierende Scaneinheit 4 das optische Lichtprojektionssystem. Des Weiteren bilden die rotierende Scaneinheit 4, die Lichtempfangslinse 16, der Reflexionsspiegel 17 und die PD-Gruppe 7a ein optisches Lichtempfangssystem.
• Diese optischen Systeme sind innerhalb eines Gehäuses 19 der Objektdetektionsvorrichtung 100 untergebracht. Eine vordere Oberfläche des Gehäuses 19 (die Seite des Objekts 50) ist offen. Das lichtdurchlässige Fenster 20 ist auf der Vorderseite des Gehäuses 19 vorgesehen. Das lichtdurchlässige Fenster 20 besteht aus einem rechteckigen Fensterrahmen und einer in den Fensterrahmen eingesetzten Platte, welche Transmissibilität aufweist (eine detaillierte Darstellung wurde weggelassen).
• Das lichtdurchlässige Fenster 20 ist so angeordnet, dass es sich von einem Fahrzeug aus der Vorwärtsrichtung, der Rückwärtsrichtung oder den Links- und Rechtsrichtungen zuwendet, und die Objektdetektionsvorrichtung 100 ist in dem vorderen Abschnitt, dem hinteren Abschnitt oder den linksseitigen und rechtsseitigen Abschnitten des Fahrzeugs installiert. Das Objekt 50 ist ein vorausfahrendes Fahrzeug, eine Person oder irgendein anderes Objekt, das außerhalb der Objektdetektionsvorrichtung 100 vorliegt.
• 3 ist eine Vorderansicht (in der die Seite der Lichtemissionsoberfläche betrachtet wird) der LD-Gruppe 2a. Die LD-Gruppe 2a besteht aus mehreren Laserdioden LD₁ bis LD₈. In 3 sind die Lichtemissionsoberflächen der LD₁ bis LD₈ dargestellt. Die LD₁ bis LD₈ sind lichtemittierende Elemente, welche jeweils leistungsstarkes Laserlicht projizieren. Die LD₁ bis LD₈ sind in einer Richtung von oben nach unten (einer Richtung, die der Aufwärts-/Abwärts-Richtung in 2 entspricht) so angeordnet, dass sich ihre Lichtemissionsoberflächen der Seite der rotierenden Scaneinheit 4 zuwenden. Die LD₁ bis LD₈ werden im Folgenden kollektiv als LD bezeichnet.
• 4 ist eine Vorderansicht (in der die Seite der Lichtempfangsoberfläche betrachtet wird) der PD-Gruppe 7a.
  The PD-Gruppe 7a besteht aus mehreren PIN-Typ-Photodioden PD₁ bis PD₁₆. In 4 sind die Lichtemissionsoberflächen der PD₁ bis PD₁₆ dargestellt. Die PD₁ bis PD₁₆ stellen lichtempfangende Elemente dar, die das von den LD₁ bis LD₈ projizierte Laserlicht (Projektionslicht) oder Reflexionslicht oder dergleichen, welches von Laserlicht herrührt, das von dem Objekt 50 reflektiert wird, empfangen. Die PD₁ bis PD₁₆ sind in einer Richtung von oben nach unten (einer Richtung, die der Aufwärts-/Abwärts-Richtung in 2 entspricht) und der Richtung von links nach rechts (einer Richtung, die der Links-/Rechts-Richtung in den 1A bis 2 entspricht) so angeordnet, dass sich ihre Lichtempfangsoberflächen der Seite des Reflexionsspiegels 17 zuwenden. Die PD₁ bis PD₁₆ werden im Folgenden kollektiv als PD bezeichnet.
• Die in den 1A bis 2 dargestellte rotierende Scaneinheit 4 wird ebenso als rotierender Spiegel oder optischer Deflektor bezeichnet. Die rotierende Scaneinheit 4 umfasst einen Spiegel 4a, einen Motor 4f und dergleichen. Der Spiegel 4a ist in Form einer rechteckigen Platte ausgebildet. Eine erste lichtreflektierende Reflexionsfläche 4b ist auf beiden gesamten plattenförmigen Oberflächen (vorderen und hinteren Oberflächen) des Spiegels 4a ausgebildet. Eine zweite lichtreflektierende Reflexionsfläche 4c ist auf beiden gesamten Seitenflächen in Längsrichtung des Spiegels 4a ausgebildet. Die erste Reflexionsfläche 4b und die zweite Reflexionsfläche 4c liegen nicht in derselben Ebene. Des Weiteren ist die Fläche der zweiten Reflexionsfläche 4c schmaler als die Fläche der ersten Reflexionsfläche 4b.
• Wie in 2 dargestellt, ist der Motor 4f unterhalb des Spiegels 4a vorgesehen. Der Spiegel 4a ist an einem oberen Ende der Rotationswelle 4j so befestigt, das die Rotationswelle 4j des Motors 4f in gerader Linie mit einer Mittelachse 4q des Spiegels 4a verläuft. Die Rotationswelle 4j und die Mittelachse 4q verlaufen parallel in Aufwärts-/Abwärts-Richtung, und die erste Reflexionsfläche 4b und die zweite Reflexionsfläche 4c sind parallel zueinander. Der Spiegel 4a greift mit der Rotationswelle 4j des Motors 4f ineinander und rotiert um die Mittelachse 4q.
• Innerhalb des Gehäuses 19 sind die Lichtempfangslinse 16, der Reflexionsspiegel 17 und die PD-Gruppe 7a in der Nähe eines oberen Abschnitts der Spiegels 4a der rotierenden Scaneinheit 4 angeordnet. Die LD-Gruppe 2a und die Lichtprojektionslinse 14 sind in der Nähe eines unteren Abschnitts des Spiegels 4a angeordnet. Eine lichtabschirmende Platte 18 ist oberhalb der LD-Gruppe 2a und der Lichtprojektionslinse 14 und unterhalb der Lichtempfangslinse 16 angeordnet. Die lichtabschirmende Platte 18 ist innerhalb des Gehäuses 19 fixiert und trennt einen Lichtprojektionsweg und einen Lichtempfangsweg voneinander. Das lichtdurchlässige Fenster 20 ist oberhalb der rotierenden Scaneinheit 4 so angeordnet, dass es in einem Lichtscanbereich positioniert ist, und trennt die Objektdetektionsvorrichtung 100 in zwei Teilbereiche, die Innenseite und die Außenseite.
• Die Lichtprojektions- und Lichtempfangswege zur Detektion des Objekts 50 sind in den 1A und 2 durch Pfeile mit gestrichelte Linie bzw. Strich-Zweipunktlinie angegeben. Insbesondere wird, wie durch den Pfeil mit gestrichelter Linie in den 1A und 2 angegeben, die Ausbreitung von Laserlicht, das von jeder LD in der LD-Gruppe 2a projiziert wird, durch die Lichtprojektionslinse 14 adjustiert und erreicht dann einen Halbabschnitt irgendeiner der Reflexionsflächen 4b und 4c des Spiegels 4a der rotierenden Scaneinheit 4.
• Bei dieser Gelegenheit rotiert der Motor 4f, wodurch sich der Winkel (eine Neigung) des Winkels 4a verändert. In der Folge bildet, wie zum Beispiel in 1A dargestellt, irgendeine der Reflexionsflächen, die erste Reflexionsfläche 4b, einen vorgegebenen Winkel in Bezug auf die LD-Gruppe 2a, so dass sie sich der Seite des Objekts 50 zuwendet. Danach wird, wie durch den Pfeil mit gestrichelter Linie in den 1A und 2 angezeigt, das Laserlicht von der ersten Reflexionsfläche 4b reflektiert, tritt durch das lichtdurchlässige Fenster 20 hindurch und wird über einen vorgegebenen Bereich außerhalb des Gehäuses 19 projiziert.
• Des Weiteren wird, wenn irgendeine der Reflexionsflächen, die zweite Reflexionsfläche 4c, einen vorgegebenen Winkel mit der LD-Gruppe 2a bildet, so dass sie sich der Seite des Objekts 50 zuwendet, wie durch den Pfeil mit gestrichelter Linie in 1B dargestellt, das Laserlicht von der zweiten Reflexionsfläche 4c reflektiert, tritt durch das lichtdurchlässige Fenster 20 hindurch und wird über einen vorgegebenen Bereich außerhalb des Gehäuses 19 projiziert.
• Des Weiteren rotiert irgendeine der Reflexionsflächen 4b und 4c in einem Bereich von Winkeln, den irgendeine der Reflexionsflächen 4b und 4c in Bezug auf die LD-Gruppe 2a bildet, um sich der Seite des Objekts 50 zuzuwenden, wodurch das Laserlicht von den Reflexionsflächen 4b und 4c reflektiert wird und über einen vorgegebenen Bereich in der horizontalen Richtung gescannt wird. Wie oben beschrieben, sind mehrere LDs in der Aufwärts-/Abwärts-Richtung in 2, d.h., in der Richtung vertikal zu der Scanebene (horizontale Ebene) für das Laserlicht, welches von der rotierenden Scaneinheit 4 herrührt, vorgesehen. Daher wird das Laserlicht sequentiell von jeder LD projiziert, und der Spiegel 4a wird zum Rotieren gebracht, wodurch das Laserlicht ebenso in der Aufwärts-/AbwärtsRichtung (einer senkrechten Richtung) gescannt wird.
• Eine Zeitdauer, in der, mit der rotierenden Scaneinheit 4, das Laserlicht von der LD von der ersten Reflexionsfläche 4b reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird, wird im Folgenden als erste Scandauer bezeichnet. Ferner wird eine Zeitdauer, in der, mit der rotierenden Scaneinheit 4, das Laserlicht von der LD von der zweiten Reflexionsfläche 4c reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird, im Folgenden als zweite Scandauer bezeichnet.
• Wie in 1A und anderen Figuren dargestellt, ist eine Breite W2 der zweiten Reflexionsfläche 4c parallel zu der Scanebene für das Laserlicht von der LD, welches von der rotierenden Scaneinheit herrührt, schmaler als eine Breite W1 der ersten Reflexionsfläche 4b parallel zu der Scanebene. Daher ist die zweite Scandauer, in dem die zweite Reflexionsfläche 4c zum Einsatz kommt, kürzer als die erste Scandauer, in dem die erste Reflexionsfläche 4b zum Einsatz kommt.
• Ein Scanwinkel Z, der in 1A dargestellt ist, stellt einen vorgegebenen Bereich (bei Betrachtung von oben) in horizontaler Richtung dar, in dem das Laserlicht von der LD von der ersten Reflexionsfläche 4b des Spiegels 4a reflektiert und von der Objektdetektionsvorrichtung 100 detektiert wird. Das heißt, der Scanwinkel Z ist ein Bereich, in dem das Objekt 50 mit der ersten Reflexionsfläche 4b der Objektdetektionsvorrichtung 100 detektiert wird.
• Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl nicht dargestellt, der Bereich, in dem das Objekt 50 mit der zweiten Reflexionsfläche 4c detektiert wird, d.h., ein vorgegebener Bereich in der horizontalen Richtung, in dem das Laserlicht von der LD von der zweiten Reflexionsfläche 4c reflektiert und von der Objektdetektionsvorrichtung 100 projiziert wird, kleiner ist als der Scan-Winkelbereich Z. Der Grund dafür liegt darin, dass die Breite W2 der zweiten Reflexionsfläche 4c schmaler ist als die Breite W1 der ersten Reflexionsfläche 4b, und die zweite Reflexionsfläche 4c entlang einer Bahnkurve näher an der LD-Gruppe 2a oder der Projektionslinse 14 rotiert als die erste Reflexionsfläche 4b. Jedoch wird beispielsweise ein Abstand von der zweiten Reflexionsfläche 4c zu der LD-Gruppe 2a oder der Lichtprojektionslinse 14 oder eine Form oder Leistung der Lichtprojektionslinse 14 adjustiert, und somit kann der Bereich, in dem das Objekt 50 mit der zweiten Reflexionsfläche 4c detektiert wird, so festgelegt werden, dass er ungefähr dem Bereich entspricht, in dem das Objekt 50 mit der ersten Reflexionsfläche 4b detektiert wird.
• Wie oben beschrieben, wird das Laserlicht, das über den vorgegebenen Bereich von der Objektdetektionsvorrichtung 100 projiziert wird, von dem Objekt 50, das in dem vorgegebenen Bereich vorliegt, reflektiert. Das Reflexionslicht, welches in den 1A bis 2 durch den Pfeil mit Strich-Zweipunktlinie dargestellt ist, tritt durch das lichtdurchlässige Fenster 20 und erreicht einen Halbabschnitt irgendeiner der Reflexionsflächen 4b und 4c des Spiegels 4a.
• Bei dieser Gelegenheit dreht sich der Motor 4f, wodurch sich der Winkel (die Neigung) des Spiegels 4a verändert. In der Folge bildet, wie in 1A dargestellt, irgendeine der Reflexionsflächen, zum Beispiel die erste Reflexionsfläche 4b, einen vorgegebenen Winkel in Bezug auf die Lichtempfangslinse 16, um sich der Seite des Objekts 50 zuzuwenden. Danach wird, wie durch den Pfeil mit Strich-Zweipunktlinie in den 1A und 2 angezeigt, das Reflexionslicht von dem Objekt 50 von der ersten Reflexionsfläche 4b reflektiert und fällt auf die Lichtempfangslinse 16.
• Des Weiteren wird, wie in 1B dargestellt, wenn irgendeine der Reflexionsflächen, zum Beispiel die zweite Reflexionsfläche 4c, einen vorgegebenen Winkel in Bezug auf die Lichtempfangslinse 16 bildet, um sich dem Objekt 50 zuzuwenden, wie durch den Pfeil mit Strich-Zweipunktlinie angezeigt, das Reflexionslicht von dem Objekt 50 von der zweiten Reflexionsfläche 4c reflektiert und fällt auf die Lichtempfangslinse 16.
• Außerdem rotiert irgendeine der Reflexionsflächen 4b und 4c in einem Winkelbereich, den irgendeine der Reflexionsflächen 4b und 4c in Bezug auf die Lichtempfangslinse 16 bildet, um sich der Seite des Objekts 50 zuzuwenden, wodurch das Reflexionslicht von dem Objekt 50, das sich in dem vorgegebenen Bereich befindet, von irgendeiner der Reflexionsflächen 4b und 4c reflektiert wird und auf die Lichtempfangslinse 16 einfällt. Anschließend wird das auf die Lichtempfangslinse 16 einfallende Reflexionslicht, das in den 1A bis 2 durch den Pfeil mit der Strich-Zweipunktlinie dargestellt ist, durch die Lichtempfangslinse 16 fokussiert und dann von dem Reflexionsspiegel 17 reflektiert und in der PD in der PD-Gruppe 7a empfangen. Genauer gesagt, scannt die rotierende Scaneinheit 4 das Reflexionslicht von dem Objekt 50, das in dem vorgegebenen Bereich vorliegt, und führt das Reflexionslicht über die Lichtempfangslinse 16 und den Reflexionsspiegel 17 zu der PD.
• Als nächstes wird eine elektrische Konfiguration der Objektdetektionsvorrichtung 100 in Bezug auf 5 beschrieben.
• 5 ist eine Darstellung der elektrischen Konfiguration der Objektdetektionsvorrichtung 100. Die Objektdetektionsvorrichtung 100 umfasst eine Steuereinheit 1, ein lichtemittierendes Modul 2, einen LD-Steuerkreis 3, den Motor 4f, einen Motorsteuerkreis 5, einen Codierer 6, ein Lichtempfangsmodul 7, Vergleichsschaltungen (Komparatoren) 8a und 8b, Analog-Digital-Wandler (ADCs) 9a und 9b, eine Speichereinheit 11 und eine Kommunikationseinheit 12.
• Die Steuereinheit 1 besteht aus einem Mikrocomputer oder dergleichen und steuert den Betrieb der jeweiligen Einheiten der Objektdetektionsvorrichtung 100. Eine Objektdetektionseinheit 1a ist in der Steuereinheit 1 vorgesehen.
• Die Speichereinheit 11 besteht aus einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher. In der Speichereinheit 11 wird Information, welche die Steuereinheit 1 benötigt, um die jeweiligen Einheiten der Objektdetektionsvorrichtung 100 zu steuern, Information zur Detektion des Objekts 50 oder dergleichen gespeichert.
• Die Kommunikationseinheit 12 besteht aus einer Kommunikationsschaltung zur Kommunikation mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU), die in dem Fahrzeug montiert ist. Die Steuereinheit 1 überträgt an und empfängt von der ECU verschiedene Informationen unter Verwendung der Kommunikationseinheit 12.
• Die LD-Gruppe 2a, ein Kondensator 2c zum Auslösen der jeweiligen LDs in der LD-Gruppe 2a und dergleichen werden in dem lichtemittierenden Modul 2 bereitgestellt. In 5 ist der Einfachheit halber die LD nicht dargestellt, und es ist ein Kondensatorblock 2c dargestellt.
• Die Steuereinheit 1 steuert den Betrieb der jeweiligen LDs in der LD-Gruppe 2a unter Verwendung des LD-Steuerkreises 3. Insbesondere bewirkt die Steuereinheit 1, dass jede LD unter Verwendung des LD-Steuerkreises 3 emittiert und das Laserlicht projiziert. Des Weiteren bewirkt die Steuereinheit 1 unter Verwendung des LD-Steuerkreises 3, dass die jeweiligen LDs die Emission von Licht beenden, und lädt den Kondensator 2c, welcher elektrische Ladung freisetzt und dadurch entladen wird.
• Der Motor 4f stellt eine Antriebsquelle dar, welche bewirkt, dass der Spiegel 4a der rotierenden Scaneinheit 4 angetrieben wird. Die Steuereinheit 1 steuert den Antrieb des Motors 4f unter Verwendung des Motorsteuerkreises 5 und bewirkt eine Rotation des Spiegels 4a. Anschließend bewirkt die Steuereinheit 1, wie oben beschrieben, dass sich der Spiegel 4a dreht, wodurch das Laserlicht, welches von der LD projiziert wird, von irgendeiner der Reflexionsflächen 4b und 4c reflektiert über den vorgegebenen Bereich gescannt wird, bewirkt, dass das Reflexionslicht, welches von dem in dem vorgegebenen Bereich vorliegenden Objekt 50 reflektiert wird, von irgendeiner der Reflexionsflächen 4b und 4c reflektiert wird, und führt das Reflexionslicht zu der PD-Gruppe 7a. Bei dieser Gelegenheit detektiert die Steuereinheit 1 einen Rotationszustand (einen Rotationswinkel oder die Anzahl an Rotationen) des Motors 4f oder Spiegels 4a auf Grundlage der Ausgabe des Codierers 6.
• Das Lichtempfangsmodul 7 umfasst die PD-Gruppe 7a, einen Transimpedanz-Verstärker (TIA) 7b, einen Multiplexer (MUX) 7c und Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d und 7e. Mehrere TIAs 7b sind so angeordnet, dass die mehreren TIAs 7b und die PDs in der PD-Gruppe 7a in Reihen aus einem TIA und einer PD gruppiert werden. Typischerweise sind zwei Reihen aus der PD und dem TIA 7b in 5 dargestellt, es können jedoch auch drei oder mehr Reihen aus PD und TIA 7b auf die gleiche Weise vorgesehen sein. Es liegen insgesamt 16 Reihen aus PD und TIA 7b vor, und jede Reihe bildet einen Lichtempfangskanal. Genauer gesagt, sind mehrere Lichtempfangskanäle (insgesamt 16 Kanäle) in dem Lichtempfangsmodul 7 vorgesehen.
• Eine Kathode jeder PD ist mit einer Spannungsquelle +V verbunden. Eine Anode jeder PD ist mit einem Eingangsanschluss jedes TIA 7b verbunden. Ein Ausgangsanschluss jedes TIA 7b ist mit dem MUX 7c verbunden. Jede PD empfängt Licht und gibt dadurch Strom (ein Lichtempfangssignal) aus. Jeder TIA 7b wandelt durch die verbundene PD fließenden Strom in ein Spannungssignal um und gibt das Spannungssignal an den MUX 7c aus.
• Der MUX 7c wählt das Spannungssignal, das von mehreren TIAs 7b ausgegeben wird, aus und gibt das ausgewählte Spannungssignal an irgendeinen der Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d und 7c aus. Die Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d und 7c wechseln zwischen Verstärkungen mit hoher Geschwindigkeit, verstärken ein Ausgangssignal des MUX 7c und geben das verstärkte Ausgangssignal an die Vergleichsschaltungen (Komparatoren) 8a und 8b aus. Entsprechend wird das Spannungssignal in Übereinstimmung mit einem Lichtempfangszustand jeder PD sequentiell von dem Lichtempfangsmodul 7 an die Komparatoren 8a und 8b ausgegeben. Der MUX 7c stellt ein Beispiel für eine „Signalauswahleinheit“ gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
• Es sind zwei Reihen vorgesehen, eine Reihe aus den Hochgeschwindigkeitsverstärkern 7d, den Komparatoren 8a und dem ADC 9a, und die andere Reihe aus den Hochgeschwindigkeitsverstärkern 7e, den Komparatoren 8b und dem ADC 9b. Dadurch kann Signalverarbeitung an dem Lichtempfangssignal, welches von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegeben wird, in zwei Systemen durchgeführt werden und es kann eine schnellere Verarbeitung erreicht werden.
• Der Komparator 8a vergleicht ein Ausgangssignal des Hochgeschwindigkeitsverstärkers 7d mit einer vorgegebenen Schwelle und unterscheidet dadurch, ob es sich bei dem Ausgangssignal um das Reflexionssignal, das auf dem Reflexionssignal basiert, das von dem Ausgangssignal herrührt, das von dem Objekt 50 reflektiert wird, oder um Geräusch handelt. Der Komparator 8b vergleicht ein Ausgangssignal des Hochgeschwindigkeitsverstärkers 7e mit einer vorgegebenen Schwelle und unterscheidet dadurch, ob es sich bei dem Ausgangssignal um das Reflexionssignal, das auf dem Reflexionssignal basiert, das von dem Ausgangssignal herrührt, das von dem Objekt 50 reflektiert wird, oder um Geräusch handelt. Insbesondere in einem Fall, in dem die Ausgangssignale der Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d bzw. 7e an bzw. oberhalb der Schwelle sind, weist dies darauf hin, dass es sich bei den Ausgangssignalen um die Reflexionslichtsignale handelt. Daher geben die Komparatoren 8a und 8b vorgegebene Signale (zum Beispiel Signale mit hohem Pegel) an die entsprechenden ADCs 9a bzw. 9b aus. In dem Fall, in dem die Ausgangssignale der Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d bzw. 7e an bzw. unterhalb der Schwelle sind, weist dies darauf hin, dass es sich bei den Ausgangssignalen um Geräusch handelt. Daher gegeben die Komparatoren 8a und 8b keine vorgegebenen Signale an die ADCs 9a bzw. 9b aus.
• In einem anderen Beispiel können, wenn die Ausgangssignale der Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d und 7e an bzw. unterhalb der Schwelle sind, die Komparatoren 8a und 8b ein vorgegebenes Signal (zum Beispiel Signale mit niedrigem Pegel) an die ADCs 9a und 9b ausgeben, oder können überhaupt keine Signale ausgeben.
• Die ADCs 9a und 9b wandeln analoge Signale, die von den entsprechenden Komparatoren 8a bzw. 8b ausgegeben werden, in digitale Signale (vorgegebene Signale) mit hoher Geschwindigkeit um und geben die digitalen Signale an die Steuereinheit 1 aus. Wenn insbesondere vorgegebene Signale von den Komparatoren 8a bzw. 8b ausgegeben werden, wandeln die ADCs 9a und 9b die vorgegebenen Signale in digitale „1“-Signale um und geben die „1“-Signale an die Steuereinheit 1 aus. Wenn des Weiteren keine vorgegebenen Signale von den Komparatoren 8a bzw. 8b ausgegeben werden, geben die ADCs 9a und 9b digitale „0“-Signale an die Steuereinheit 1 aus. Die ADCs 9a und 9b stellen Beispiele für einen Analog-Digital-Wandler gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
• Wie oben beschrieben, wird das Lichtempfangssignal (das Spannungssignal) gemäß dem Lichtempfangszustand jeder PD von dem Lichtempfangsmodul 7 über die Komparatoren 8a und 8b und die ADCs 9a und 9b an die Steuereinheit 1 ausgegeben.
• Während der ersten Zeitdauer und der zweiten Zeitdauer, die oben beschrieben sind, bestimmt zum Beispiel die Objektdetektionseinheit 1a der Steuereinheit 1 auf Grundlage eines Ausgangssignals von irgendeinem der ADCs 9a und 9b, ob das Objekt 50 vorliegt oder nicht vorliegt, oder bestimmt eine Entfernung zu dem Objekt 50. Insbesondere bestimmt die Objektdetektionseinheit 1a auf Grundlage des „1“-Signals und/oder des „0“-Signals, welches von den ADCs 9a und 9b ausgegeben wird, ob das Objekt 50 vorliegt oder nicht vorliegt.
• Des Weiteren bestimmt die Objektdetektionseinheit 1a zum Beispiel die Lichtprojektionszeit für das Laserlicht von der LD und bestimmt, auf Grundlage des „1“-Signals und/oder des „0“-Signals, das von den ADCs 9a und 9b ausgegeben wird, die Lichtempfangszeit für das Reflexionslicht, das von dem Laserlicht herrührt, das von dem Objekt 50 reflektiert wird. Anschließend wird auf Grundlage der Lichtprojektionszeit für das Laserlicht und der Lichtempfangszeit für das Reflexionslicht die Entfernung zu dem Objekt 50 berechnet. Genauer gesagt, wird eine Flugzeit („time of flight“, TOF) für das von der LD projizierte Laserlicht gemessen, und, auf Grundlage der TOF, die Entfernung zu dem Objekt 50 berechnet.
• Im Folgenden werden mit Bezug auf die 6 bis 8 Zustände beschrieben, in denen die Objektdetektionsvorrichtung 100 Licht zu dem Objekt 50 projiziert und von diesem empfängt.
• 6 stellt einen Zustand dar, in dem die Objektdetektionsvorrichtung 100 Licht projiziert und empfängt. 7 stellt Zustände dar, in denen die Objektdetektionsvorrichtung 100 Licht zu einem Objekt 50 projiziert und von diesem empfängt, welches in weiter Entfernung vorliegt. 8 stellt Zustände dar, in denen die Objektdetektionsvorrichtung 100 Licht zu einem Objekt 50 projiziert und von diesem empfängt, welches in kurzer Entfernung vorliegt. In den 6 bis 8 sind der Einfachheit halber die LD-Gruppe 2a, die PD-Gruppe 7a, die Lichtprojektionslinse 14 und die Lichtempfangslinse 16 innerhalb der Objektdetektionsvorrichtung 100 schematisch dargestellt. Des Weiteren ist die Aufwärts-/Abwärts-Richtung in den 6 bis 8 die gleiche wie in den 2 bis 5, wobei es sich um eine senkrecht verlaufende Richtung handelt.
• Wie oben beschrieben, sind die LD₁ bis LD₈ in der LD-Gruppe 2a in Aufwärts-/Abwärts-Richtung angeordnet. Ferner sind die PD₁ bis PD₁₆ in der PD-Gruppe 7a paarweise in Aufwärts-/Abwärts-Richtung angeordnet.
• Die LD₁ bis LD₈ projizieren, wie in den 6 bis 8 durch einen Pfeil mit gestrichelter Linie dargestellt, Laserlicht L₁ bis Laserlicht L₈ zu einem vorgegebenen Punkt des Umkreises in senkrechter Richtung über die rotierende Scaneinheit 4 oder dergleichen. Insbesondere projiziert, wie in 6 dargestellt, die LD₁, die an oberster Position vorliegt, das Laserlicht L₁ in einem Projektionswinkel (einem Winkel in Bezug auf die horizontale Richtung) in der untersten Richtung. Die LD₈, die an der untersten Position vorliegt, projiziert Licht L₈ in einem Projektionswinkel (einem Winkel in Bezug auf die horizontale Richtung) in der obersten Richtung. Die in der Mitte positionierte LD₄ projiziert das Laserlicht L₄ horizontal. Entsprechend ihrer Anordnung projizieren die LD₂ und die LD₃ Laserlicht L₂ bzw. Laserlicht L₃ in Abwärtsrichtung in unterschiedlichen Projektionswinkeln, die kleiner als der Projektionswinkel der LD₁ und größer als der Projektionswinkel der LD₄ sind. Die LD₅ bis LD₇ projizieren das Laserlicht L₅ bis Laserlicht L₇ in Aufwärtsrichtung in verschiedenen Winkeln, die kleiner als der Projektionswinkel der LD₈ und größer als der Projektionswinkel der LD₄ sind.
• Nebenbei bemerkt, befinden sich in dem Fall, in dem das Laserlicht, das von irgendeiner der LDs über die rotierende Scaneinheit 4 projiziert wird, zum Beispiel von einem Objekt reflektiert wird, das in einer Entfernung von 100 m vorliegt, die LD und die PD - im Vergleich zu der Entfernung zu dem Objekt - in besonders großer Nähe zueinander. Daher können die LD und die PD problemlos als an ungefähr der gleichen Position vorliegend gelten. Somit kann ein Lichtweg für das Projektionslicht, welches von der LD zu dem Objekt projiziert wird, und ein Lichtweg für das Reflexionslicht als ungefähr parallel verlaufend angesehen werden. Das Reflexionslicht wird dann in einer PD empfangen, die der LD entspricht, die das Laserlicht projiziert.
• Insbesondere fällt zum Beispiel, wie in 7 dargestellt, Reflexionslicht R₄, welches von dem Laserlicht L₄ herrührt, das in horizontaler Richtung von der LD₄ projiziert und von einem in weiter Entfernung vorliegenden Objekt 50a reflektiert wird, auf das lichtdurchlässige Fenster 20 ungefähr parallel zu dem Laserlicht L₄, das heißt, in einem Winkel von ungefähr 0° in Bezug auf die horizontale Richtung, und wird in der PD₇ und der PD₈, die der LD₄ entsprechen, empfangen. Das Reflexionslicht, das von dem Laserlicht der LD₁ herrührt und reflektiert wird, fällt auf das lichtdurchlässige Fenster 20 ungefähr parallel zu dem Laserlicht und wird in den PD₁ und PD₂, welche der LD₁ entsprechen, empfangen, wobei eine diesbezügliche Darstellung weggelassen wurde. Das Reflexionslicht, das von dem Laserlicht von der LD₂ herrührt und reflektiert wird, fällt auf das lichtdurchlässige Fenster 20 ungefähr parallel zu dem Laserlicht und wird in der PD₃ und der PD₄, die der LD₂ entsprechen, empfangen. Auf die gleiche Weise fällt das Reflexionslicht, das von dem Laserlicht jeder der LD₃, LD₈, LD₆, LD₇ und LD₈ herrührt, auf das lichtdurchlässige Fenster 20 ungefähr parallel zu dem Laserlicht und wird in der PD, die der LD entspricht, empfangen.
• Andererseits ist der Fall, in dem das Laserlicht, das von irgendeiner der LDs über die rotierende Scaneinheit 4 projiziert wird, zum Beispiel von dem Objekt reflektiert wird, das in einer kurzen Entfernung von weniger als 10 m vorliegt, bezüglich der ungefähren Parallelität von Projektionslicht und Reflexionslicht problematisch, da die Entfernung zu dem Objekt gering ist. Daher fällt in einigen Fällen das Reflexionslicht, das von der Reflexion von dem Objekt herrührt, auf das lichtdurchlässige Fenster 20 in einem Winkel, der nicht parallel zu dem projizierten Laserlicht ist. In diesem Fall wird das Reflexionslicht nicht in der PD empfangen, die der LD entspricht, welche das Laserlicht projiziert.
• Insbesondere fallen zum Beispiel, wie in 8 dargestellt, Reflexionslicht R_b und Reflexionslicht R_c, welche von dem Laserlicht L₄ herrühren, das in horizontaler Richtung von der LD₄ projiziert und von den Objekten 50b bzw. 50c, die in kurzer Entfernung vorliegen, reflektiert wird, auf das lichtdurchlässige Fenster 20, das in einem vorgegebenen Winkel in Bezug auf das Laserlicht L₄ vorliegt, anstatt auf das lichtdurchlässige Fenster 20, das parallel zu dem Laserlicht L₄ ist. Daher werden das Reflexionslicht R_b und das Reflexionslicht R_c in den PD₁₃ bis PD₁₆, die nicht der LD₄, entsprechen, und nicht in der PD₇ und PD₈, die der LD₄ entsprechen, empfangen. Je kürzer der Abstand zu den Objekten 50b und 50c ist, desto größer ist der Winkel zwischen dem Laserlicht L₄ und dem Reflexionslicht R_b und dem Reflexionslicht R_c. Daher wird das Reflexionslicht R_b, das von der Reflexion von dem Objekt 50b herrührt, in der PD₁₃ und der PD₁₄ empfangen, und das Reflexionslicht R_c das von der Reflexion von dem Objekt 50c herrührt, das in einer kürzeren Entfernung als das Objekt 50 b vorliegt, wird in der PD₁₅ und der PD₁₆ empfangen. Gleichermaßen wird auch das Reflexionslicht, das von dem Laserlicht herrührt, das von jeder der anderen LDs projiziert und von den Objekten 50b und 50c reflektiert wird, ebenso in der PD empfangen, die nicht der LD entspricht, und nicht von der PD empfangen, die der LD entspricht, wobei eine diesbezügliche Darstellung weggelassen wurde.
• Die Entfernung zu dem Objekt 50a (7), das in weiter Entfernung vorliegt, wie oben beschrieben, kann auch unter Anwendung eines TOF-Verfahrens bestimmt werden. Die Entfernung zu den Objekten 50b und 50c (8), die in kurzer Entfernung vorliegen, kann ebenso unter Anwendung des TOF-Verfahrenen bestimmt werden, kann aber auch unter Verwendung einer Position der PD, in der das Reflexionslicht, das von der Reflexion von jedem der Objekte 50b und 50c herrührt, empfangen wird, nachdem es durch die Lichtempfangslinse 16 fokussiert wurde, bestimmt werden.
• Zum Beispiel wird, wie in 8 dargestellt, in einem Fall, in dem das Laserlicht L₄ in horizontaler Richtung projiziert wird, ein Ankunftswinkel α des Reflexionslichts R_c von Positionen der PD₁₅ und der PD₁₆, welche das Reflexionslicht R_c empfangen, bestimmt. Danach wird mit dem Ankunftswinkel α und einem Mitten-Abstand A zwischen der Lichtprojektionslinse 14 und der Lichtempfangslinse 16 eine Entfernung D zu dem Objekt 50c unter Anwendung des folgenden Ausdrucks der arithmetischen Operation berechnet: $$\text{D=A/tan }\mathrm{\alpha }$$

  
• Diese Berechnung der Entfernung D wird von der Objektdetektionseinheit 1a durchgeführt.
• Als nächstes wird ein Lichtprojektions- und Lichtempfangs-Zeitablauf der Objektdetektionsvorrichtung 100 mit Bezug auf die 9 und 10 beschrieben.
• 9 ist ein Diagramm, in dem der Zeitablauf der Lichtprojektion und des Lichtempfangs der Objektdetektionsvorrichtung 100 während der ersten Scandauer dargestellt ist. 10 ist ein Diagramm, in dem der Zeitablauf der Lichtprojektion und des Lichtempfangs der Objektdetektionsvorrichtung 100 während der zweiten Scandauer dargestellt ist.
• In den 9 und 10 zeigt die horizontale Richtung die Zeit an, und die vertikale Richtung zeigt die LD₁ bis LD₈, die PD₁ bis PD₁₆ und die ADCs 9a und 9b an. Ein Balken, welcher Linien umfasst, die von links nach rechts abfallen, zeigt eine Zeitdauer an, in der die LD₁ bis LD₈ eine Lichtemissionsoperation durchführen. Ein Balken, welcher Linien umfasst, die von links nach rechts aufsteigen, zeigt eine Zeitdauer an, in der die PD₁ bis PD₁₆ eine Lichtempfangsoperation durchführen und die Lichtempfangssignale von den PD₁ bis PD₁₆ in dem MUX 7c ausgewählt werden. Ein Balken, welcher sich überkreuzende nach rechts geneigte und nach links geneigte Linien umfasst, zeigt eine Zeitdauer an, in der die ADCs 9a und 9b angesteuert werden, und dadurch eine Analog-Digital-Umwandlung des Lichtempfangssignals durchgeführt wird.
• Die erste Scandauer, in der, mit der rotierenden Scaneinheit 4, das Laserlicht von der LD-Gruppe 2a von der ersten Reflexionsfläche 4b des Spiegels 4a reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird, ist eine Zeitdauer zur Detektion des Objekts (des Objekts 50a in 7) das in weiter Entfernung vorliegt.
• Daher veranlasst die Steuereinheit 1, wie in 9 dargestellt, während der ersten Scandauer (im Folgenden als „eine erste Scanciauer“ bezeichnet), in der das Laserlicht von der LD-Gruppe 2a von der ersten Reflexionsfläche 4b reflektiert und über den vorgegebenen Bereich gescannt wird, mehrere Laserdioden, die LD₁ bis LD₈, zur sequentiellen Emission. Genauer gesagt, wird die einmalige Emission der LD₁ bis LD₈ in dieser Reihenfolge wiederholt durchgeführt. In 9 wird die sequentielle Emission der LD₁ bis LD₈ einmalig durchgeführt, die Anzahl der Wiederholungen kann jedoch geeignet festgelegt werden. Entsprechend wird das Laserlicht von jeder der LD₁ bis LD₈ projiziert, und das Laserlicht wird durch die rotierende Scaneinheit 4 über den vorgegebenen Bereich in horizontaler Richtung und in senkrechter Richtung gescannt. Nach der Lichtemission durch jede LD lädt die Steuereinheit 1 den Kondensator 2c (5) auf, welcher elektrische Ladung abgibt und dadurch entladen wird.
• Des Weiteren veranlasst während der ersten Scandauer die Steuereinheit 1 die PD₁ bis PD₁₆, welche den LD₁ bis LD₈ in einem Lichtemissionszustand unter den mehreren Photodioden PD₁ bis PD₁₆ entsprechen, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen, und veranlasst den MUX 7c die Lichtempfangssignale auszuwählen, die von den PD₁ bis PD₁₆ in dem Lichtempfangszustand ausgegeben werden. Insbesondere werden als erstes, wenn die LD₁ veranlasst wird, Licht zu emittieren, die PD₁ und die PD₂, welche der LD₁ entsprechen, veranlasst, das Reflexionslicht zu empfangen, der MUX 7c wird veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₁ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d an den Komparator 8a ausgegeben. Des Weiteren wird der MUX 7c veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₂ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über Hochgeschwindigkeitsverstärker 7e an den Komparator 8b ausgegeben.
• Als nächstes werden, wenn die LD₂ veranlasst wird, Licht zu emittieren, die PD₃ und die PD₄, welche der LD₂ entsprechen, veranlasst, das Reflexionslicht zu empfangen, der MUX 7c wird veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₃ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d an den Komparator 8a ausgegeben. Des Weiteren wird der MUX 7c veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₄ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über Hochgeschwindigkeitsverstärker 7e an den Komparator 8b ausgegeben. Als nächstes werden, wenn die LD₃ veranlasst wird, Licht zu emittieren, die PD₅ und die PD₆, welche der LD₃ entsprechen, veranlasst, das Reflexionslicht zu empfangen, der MUX 7c wird veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₅ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d an den Komparator 8a ausgegeben. Des Weiteren wird der MUX 7c veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₆ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7e an den Komparator 8b ausgegeben. Als nächstes werden, wenn die LD₄ veranlasst wird, Licht zu emittieren, die PD₇ und die PD₈, welche der LD₄ entsprechen, veranlasst, das Reflexionslicht zu empfangen, der MUX 7c wird veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₇ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d an den Komparator 8a ausgegeben. Des Weiteren wird der MUX 7c veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₈ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über Hochgeschwindigkeitsverstärker 7e an den Komparator 8b ausgegeben.
• Auf die gleiche Art und Weise werden die LD₅ bis LD₈ veranlasst, sequentiell Licht zu emittieren, zwei PDs, die der jeweiligen LD entsprechen, werden veranlasst, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen, der MUX 7c wird veranlasst, sequentiell das Lichtempfangssignal von der PD auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d bzw. 7e an den Komparator 8a bzw. 8b, entsprechend der PD, ausgegeben. Danach werden die LD, die PD und der MUX 7c sowie die Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d und 7e nochmals veranlasst, in der oben beschriebenen Reihenfolge zu operieren.
• Des Weiteren steuert in einer ersten Scandauer die Steuereinheit 1 die Komparatoren 8a und 8b und die ADCs 9a und 9b an und verarbeitet das Lichtempfangssignal, da zu dem jeweiligen Zeitpunkt von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die Lichtempfangssignale von der PD₁, der PD₃, der PD₅, der PD₇, der PD₉, der PD₁₁, der PD₁₃ und der PD₁₅ in dem Komparator 8a und dem ADC 9a verarbeitet, und die Lichtempfangssignale von der PD₂, der PD₄, der PD₆, der PD₈, der PD₁₀, der PD₁₂, der PD₁₄ und der PD₁₆ werden in dem Komparator 8b und dem ADC 9b verarbeitet. Die ADCs 9a und 9b operieren intermittierend, entsprechend einem Wechsel der Auswahl der Lichtempfangssignale durch den MUX 7c (das gleiche gilt für die zweite Scandauer, die weiter unten beschrieben wird).
• Dann bestimmt während einer ersten Scandauer die Objektdetektionseinheit 1a auf Grundlage des Lichtempfangssignals, das zu jedem Zeitpunkt von dem ADC 9a oder dem ADC 9b ausgegeben wird, ob das Objekt 50 vorliegt oder nicht vorliegt und bestimmt den Abstand zu dem Objekt 50. Die Objektdetektionseinheit 1a berechnet den Abstand zu dem Objekt 50 unter Anwendung des TOF-Verfahrens. Des Weiteren kann, auf Grundlage der PD, die eine Ausgangsquelle für das Lichtempfangssignal dargestellt, anhand dessen bestimmt wurde, dass das Objekt 50 vorliegt, ebenso eine Richtung bestimmt werden, in der das Objekt vorliegt.
• Während einer anderen ersten Scandauer, in der das Laserlicht von der LD-Gruppe 2a von einer anderen ersten Reflexionsfläche 4b reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird, auf die gleiche Weise wie während der oben beschriebenen ersten Scandauer, werden die LD, die PD, der MUX 7c, die Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d und 7e, die Komparatoren 8a und 8b, die ADCs 9a und 9b und die Objektdetektionseinheit 1a ebenso veranlasst zu operieren, wie in 9 dargestellt.
• Im Gegensatz dazu ist die zweite Scandauer, in der, mit der rotierenden Scaneinheit 4, das Laserlicht von der LD-Gruppe 2a von der zweiten Reflexionsfläche 4c des Spiegels 4a reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird, eine Zeitdauer zur Detektion der Objekte (des Objekts 50b und 50c in 8), die in kurzer Entfernung vorliegen.
• Daher veranlasst während der zweiten Scandauer (im Folgenden als „eine zweite Scandauer“ bezeichnet), in der das Laserlicht von der LD-Gruppe 2a von der zweiten Reflexionsfläche 4c reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird, die Steuereinheit 1, wie in 10 dargestellt, eine bestimmte LD₄ unter den mehreren Laserdioden, den LD₁ bis LD₈, Licht mehrere Male über eine vorgegebene Zeitdauer zu emittieren. In 10 wird die LD₄ 16 Mal veranlasst, Licht zu emittieren, die Anzahl der Male der Lichtemission kann jedoch geeignet eingestellt werden. Entsprechend wird das Laserlicht von der LD₄ horizontal projiziert, und das Laserlicht wird durch die rotierende Scaneinheit 4 über einen vorgegebenen Bereich in horizontaler Richtung gescannt. Im Anschluss an die Lichtemission durch die LD₄, zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die LD₄ anschickt, erneut Licht zu emittieren, lädt die Steuereinheit 1 den Kondensator 2c (5), welche elektrische Ladung abgibt und dadurch entladen wird.
• Des Weiteren versetzt während einer zweiten Scandauer jedes Mal, wenn die LD₄ zur Emission von Licht veranlasst wird, die Steuereinheit 1 die mehreren Photodioden, die PD₁ bis PO₁₆, sequentiell paarweise in einen Lichtempfangszustand und veranlasst den MUX 7c, die Lichtempfangssignale auszuwählen, die von den PD₁ bis PD₁₆ im Lichtempfangszustand ausgegeben werden. Genauer gesagt, werden zwei PDs in einem Paar, welche jeweils einer PD entsprechen, jedes Mal veranlasst, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen, und der MUX 7c veranlasst, die Lichtempfangssignale auszuwählen, die von den beiden PDs im Lichtempfangszustand ausgegeben werden. Anschließend werden auf die gleiche Weise zwei PDs in einem Paar veranlasst, jedes Mal das Reflexionslicht sequentiell zu empfangen, und der MUX 7c veranlasst, die Lichtempfangssignale auszuwählen, die von den beiden PDs im Lichtempfangszustand ausgegeben werden.
• Insbesondere werden zunächst für die erste Lichtemission durch die LD₄ die PD₁ und die PD₂ veranlasst, das Reflexionslicht zu empfangen, der MUX 7c wird veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₁ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d an den Komparator 8a ausgegeben. Des Weiteren wird der MUX 7c veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₂ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7e an den Komparator 8b ausgegeben. Als nächstes werden für die zweite Lichtemission durch die LD₄ die PD₃ und die PD₄ veranlasst, das Reflexionslicht zu empfangen, der MUX 7c wird veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₃ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d an den Komparator 8a ausgegeben. Des Weiteren wird der MUX 7c veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₄ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7e an den Komparator 8b ausgegeben. Als nächstes werden für die dritte Lichtemission durch die LD₄ die PD₅ und die PD₆ veranlasst, das Reflexionslicht zu empfangen, der MUX 7c wird veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₅ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d an den Komparator 8a ausgegeben. Des Weiteren wird der MUX 7c veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD6 auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über Hochgeschwindigkeitsverstärker 7e an den Komparator 8b ausgegeben. Als nächstes werden für die vierte Lichtemission durch die LD₄ die PD₇ und die PD₈ veranlasst, das Reflexionslicht zu empfangen, der MUX 7c wird veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₇ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d an den Komparator 8a ausgegeben. Des Weiteren wird der MUX 7c veranlasst, das Lichtempfangssignal von der PD₈ auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über Hochgeschwindigkeitsverstärker 7e an den Komparator 8b ausgegeben.
• Auf die gleiche Weise werden für die fünfte Lichtemission bis achte Lichtemission durch die LD₄ zwei PDs veranlasst, sequentiell Reflexionslicht zu emittieren, und der MUX 7c wird veranlasst, sequentiell das Lichtempfangssignal von jeder PD auszuwählen, und das ausgewählte Lichtempfangssignal wird über den Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d bzw. 7e an den Komparator 8a bzw. 8b, entsprechend der PD, ausgegeben. Danach werden für die neunte Lichtemission und nachfolgende Lichtemission durch die LD₄ die LD, die PD und der MUX 7c und die Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d und 7e erneut veranlasst, auf die oben beschriebene Art und Weise zu operieren.
• Des Weiteren steuert in einer zweiten Scandauer die Steuereinheit 1 die Komparatoren 8a und 8b und die ADCs 9a und 9b an und verarbeitet das Lichtempfangssignal, das zu jedem Zeitpunkt von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegeben wird. Dann bestimmt die Objektdetektionseinheit 1a auf Grundlage des Lichtempfangssignals, das zu jedem Zeitpunkt von dem ADC 9a oder dem ADC 9b ausgegeben wird, ob das Objekt 50 vorliegt oder nicht vorliegt oder bestimmt die Entfernung zu dem Objekt 50. Die Entfernung zu dem Objekt 50 kann durch die Objektdetektionseinheit 1a unter Anwendung des TOF-Verfahrens berechnet werden, und kann, wie oben mit Bezug auf 8 beschrieben, auf Grundlage des Ankunftswinkels des von dem Objekt 50 stammenden Reflexionslichts und auf Grundlage eines vorbeschriebenen Ausdrucks der arithmetischen Operation berechnet werden. Da das Objekt 50, das während der zweiten Scandauer detektiert wird, in kurzer Entfernung vorliegt, kann die Bestimmung der Entfernung zu dem Objekt 50 auch weggelassen werden.
• Während einer anderen zweiten Scandauer, in der das Laserlicht von der LD-Gruppe 2a von einer anderen zweiten Reflexionsfläche 4c reflektiert und auf die gleiche Weise wie oben in der einen zweiten Scandauer beschrieben über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird, werden die LD, die PD, der MUX 7c, Hochgeschwindigkeitsverstärker 7d und 7e, die Komparatoren 8a und 8b, die ADCs 9a und 9b, und die Objektdetektionseinheit 1a veranlasst, wie in 10 dargestellt, zu operieren.
• Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird während der ersten Scandauer das Laserlicht von jeder der mehreren LDs sequentiell projiziert, und das Laserlicht wird von der ersten Reflexionsfläche 4b des Spiegels 4a der rotierenden Scaneinheit 4 reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt. Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn das Objekt in weiter Entfernung vorliegt, das Laserlicht von irgendeiner der LDs von dem Objekt 50 reflektiert, und das Reflexionslicht fällt auf die PD, die der LD entspricht. Daher wird der MUX 7c veranlasst, das Lichtempfangssignal auszuwählen, das von der PD ausgegeben wird, die der LD im Lichtemissionszustand entspricht, wodurch das Objekt 50 präzise durch die Objektdetektionseinheit 1a auf Grundlage des Lichtempfangssignals detektiert werden kann.
• Des Weiteren wird während der zweiten Scandauer das Laserlicht für eine vorgegebene Zeitdauer von einer bestimmten LD₄ projiziert, und das Laserlicht wird von der zweiten Reflexionsfläche 4c des Spiegels 4a der rotierenden Scaneinheit 4 reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt. Wenn sich zu diesem Zeitpunkt das Objekt 50 in kurzer Entfernung befindet, fällt in einigen Fällen das Reflexionslicht, das von dem Laserlicht herrührt, welches von dem Objekt 50 reflektiert wird, auf die PD (eine andere PD als die PD₇ und PD₈), die nicht speziell der LD₄ entspricht. Jedoch werden mehrere PDs veranlasst, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen, und der MUX 7c wird veranlasst, sequentiell das Lichtempfangssignal auszuwählen, das von der PD im Lichtempfangszustand ausgegeben wird. Dadurch wird das Reflexionslicht in irgendeiner der PDs empfangen, und der MUX 7c wird veranlasst, das Lichtempfangssignal auszuwählen, das von der PD ausgegeben wird. Genauer gesagt, wird ein Wechsel unter mehreren PDs und zwischen den Lichtempfangssignalen, die von den mehreren PDs ausgegeben werden, durchgeführt und so nach dem Reflexionslicht gesucht, das von dem Laserlicht von einer bestimmten LD₄ herrührt und von dem Objekt 50 reflektiert wird. Somit wird irgendeine der PDs veranlasst, das Reflexionslicht zu empfangen, der MUX 7c wird veranlasst, das Lichtempfangssignal auszuwählen, das von der PD ausgegeben wird, und das Objekt 50 kann dadurch, auf Grundlage des Lichtempfangssignals, präzise durch die Objektdetektionseinheit 1a detektiert werden.
• In der oben beschriebenen Ausführungsform ist außerdem die Breite W2 der zweiten Reflexionsfläche 4c parallel zu der Scanebene für das Laserlicht von der LD, welches von der rotierenden Scaneinheit 4 herrührt, schmaler als die Breite W1 der ersten Reflexionsfläche 4b parallel zu der Scanebene. Daher kann während der zweiten Scandauer die Zeit, in der das von einer bestimmten LD₄ projizierte Laserlicht über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird, und die Zeit, in der der Wechsel unter mehreren PDs und den Lichtempfangssignalen, die von den mehreren PDs ausgegeben werden, durchgeführt wird, verkürzt werden. Danach werden die LD, die PD, der MUX 7c, die Komparatoren 8a und 8b und die ADCs 9a und 9b oder die Objektdetektionseinheit 1a veranlasst, für eine Zeit zu pausieren, die so lang wie die verkürzte Zeit ist. Dadurch kann die Belastung für diese Operationen oder diese Verarbeitungstypen reduziert werden.
• Des Weiteren ist in der oben beschriebenen Ausführungsform der Spiegel 4a der rotierenden Scaneinheit 4 in Form einer Platte ausgebildet, die erste Reflexionsfläche 4b wird auf beiden gesamten plattenförmigen Oberflächen des Spiegels 4a bereitgestellt, und die zweite Reflexionsfläche 4c wird auf beiden Seitenflächen bereitgestellt, einer Fläche, die jeweils kleiner ist als die des Spiegels 4a. Daher wird die Fläche der zweiten Reflexionsfläche 4c so eingestellt, dass sie kleiner ist als die Fläche der ersten Reflexionsfläche 4b, wodurch die zweite Scandauer gegenüber der ersten Scandauer weiter verkürzt werden kann. Anschließend werden die LD, die PD, der MUX 7c, die Komparatoren 8a und 8b und die ADCs 9a und 9b und die Objektdetektionseinheit 1a veranlasst, für eine Zeit zu pausieren. Dadurch kann die Belastung für diese Operationen oder diese Verarbeitungstypen weiter reduziert werden.
• Ferner sind in der oben beschriebenen Ausführungsform mehrere LDs so angeordnet, dass sie in einer Richtung (aufwärts und abwärts) senkrecht zu der Scanebene für das von der rotierenden Scaneinheit 4 herrührende Laserlicht ausgerichtet sind. Daher kann das Laserlicht nicht nur in horizontaler Richtung, sondern auch in vertikaler Richtung gescannt werden, und die Genauigkeit der Detektion des Objekts 50 kann weiter verbessert werden.
• Des Weiteren wird in der oben beschriebenen Ausführungsform während der ersten Scandauer die PD, welche der LD im Lichtemissionszustand oder auch der Reflexionsrichtung des Laserlichts von der LD, welches von der ersten Reflexionsfläche 4b herrührt, entspricht, veranlasst, sequentiell das Reflexionslicht von dem Objekt 50 zu empfangen. Daher wird in einem Fall, in dem das Objekt 50 in weiter Entfernung vorliegt, der MUX 7c veranlasst, das Lichtempfangssignal auszuwählen, das von der PD im Lichtempfangszustand ausgegeben wird, und das Objekt 50 kann somit auf Grundlage des Lichtempfangssignals präziser durch die Objektdetektionseinheit 1a detektiert werden.
• Des Weiteren wird in der oben beschriebenen Ausführungsform während der ersten Scandauer das detektierte Objekt 50 auf Grundlage des von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebenen Lichtempfangssignals als in weiter Entfernung vorliegend angesehen, und die Entfernung zu dem Objekt 50 wird durch die Objektdetektionseinheit 1a bestimmt. Dadurch kann eine Bewegung des Objekts 50 verfolgt werden. Ferner wird während der zweiten Scandauer das Objekt 50 auf Grundlage des von dem Lichtempfangsmodul 7 ausgegebenen Lichtempfangssignals als in kurzer Entfernung vorliegend angesehen, und es wird bestimmt, ob das Objekt 50 vorliegt oder nicht vorliegt. Dadurch kann die Belastung der Objektdetektionseinheit 1a reduziert werden.
• Außerdem operieren in der oben beschriebenen Ausführungsform die ADCs 9a und 9b intermittierend, entsprechend einem Wechsel der Auswahl der Lichtempfangssignale durch den MUX 7c. Daher wird die Zeit, für die die ADCs 9a und 9b veranlasst werden zu pausieren, verlängert, wodurch die Belastung bei der Verarbeitung durch jeden der ADC 9a und 9b stärker reduziert werden kann als in einem Fall, in dem die ADCs 9a und 9b stetig operieren. Dadurch wird die von den ADCs 9a und 9b erzeugte Wärme reduziert, und ein Element (eine CPU oder dergleichen, welche die Steuereinheit 1 bildet), das in den ADCs 9a und 9b oder in der Nähe der ADCs 9a und 9b angeordnet ist, kann vor einem Ausfall bewahrt werden.
• Neben der oben beschriebenen Ausführungsform können verschiedene andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden. Zum Beispiel ist in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem die LD als lichtemittierendes Element eingesetzt wird und die PD als lichtempfangendes Element eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur darauf beschränkt. Auf dem Lichtemissionsmodul 2 kann eine geeignete Anzahl an lichtemittierenden Elementen, die sich von der LD unterscheiden, vorgesehen sein. Des Weiteren kann eine geeignete Anzahl an lichtempfangenden Elementen, die sich von einer PIN-Typ-PD unterscheiden, wie beispielsweise eine Avalanche-Photodiode (APD), in dem Lichtempfangsmodul 7 vorgesehen sein. Ferner können ein oder mehrere Einzelphoton-Avalanche-Dioden (SPAD), bei denen es sich um im Geiger-Modus betriebene APDs handelt, ein oder mehrere Multi-Pixel-Photonenzähler (MPPC), die jeweils aus einer Parallelschaltung mehrerer SPADs resultieren, oder dergleichen als lichtempfangende Elemente in dem Lichtempfangsmodul 7 vorgesehen sein. Des Weiteren können mehrere lichtemittierende Elemente oder mehrere lichtempfangende Elemente auf geeignete Art und Weise angeordnet/eingestellt werden.
• Des Weiteren ist in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem ein Paar PDs jeweils einem der mehreren LDs entspricht; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es können auch zum Beispiel eine PD oder drei oder mehr PDs jeweils einer der mehreren LDs entsprechen. Zudem kann die Anzahl der PDs, die jeweils einer LD entspricht, gleich oder unterschiedlich sein. Außerdem können während der ersten Scandauer die Reihenfolge, in der die mehreren LDs Licht emittieren, die Reihenfolge, in der die mehreren PDs Licht empfangen oder die Reihenfolge, in der die Lichtempfangssignale ausgewählt werden, geeignet eingestellt werden. Des Weiteren können während der zweiten Scandauer die LD, die zur Emission von Licht veranlasst wird, die Reihenfolge, in der mehrere PDs Licht empfangen oder die Reihenfolge, in der die Lichtempfangssignale ausgewählt werden, geeignet eingestellt werden.
• Ferner ist in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem die erste Reflexionsfläche 4b auf beiden plattenförmigen großflächigen Oberflächen des plattenförmigen Spiegels 4a der rotierenden Scaneinheit 4 vorgesehen ist, und in dem die zweite Reflexionsfläche 4c auf beiden kleinflächigen Seitenflächen vorgesehen ist; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann auch zum Beispiel eine der beiden plattenförmigen Oberflächen des plattenförmigen Spiegels 4a auf der ersten Reflexionsfläche vorgesehen sein, und die andere kann auf der zweiten Reflexionsfläche vorgesehen sein. Außerdem kann eine rotierende Scaneinheit mit einem Spiegel, wie beispielsweise einem Polygonspiegel, bei dem drei oder mehr Seitenflächen Reflexionsflächen darstellen, oder eine rotierende Scaneinheit mit einem Spiegel in anderer Form, an dem mehrere Reflexionsflächen vorgesehen sind, verwendet werden. Dabei kann dann eine von den mehreren Reflexionsflächen des Spiegels als erste Reflexionsfläche festgelegt werden, und die andere kann als zweite Reflexionsfläche festgelegt werden. Des Weiteren kann die Anzahl der ersten Reflexionsflächen und die Anzahl der zweiten Reflexionsflächen 1oder 2 oder größer sein. Die Fläche der ersten Reflexionsfläche und die Fläche der zweiten Reflexionsfläche können gleich oder unterschiedlich sein. Außerdem wird zum Beispiel das Laserlicht von der LD über einen vorgegebenen Bereich durch die rotierende Scaneinheit gescannt, die Form der rotierenden Scaneinheit kann jedoch so ausgebildet sein oder die rotierende Scaneinheit oder das lichtempfangende Element können so positioniert sein, dass das Reflexionslicht, das von dem in dem vorgegebenen Bereich vorliegenden Objekt herrührt, in dem lichtempfangenden Element empfangen wird, ohne dass es über den Weg der rotierenden Scaneinheit geführt wird.
• Des Weiteren ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem als Signalauswahleinheit, welche das Lichtempfangssignal, das von jeder der mehreren PDs ausgegeben wird, auswählt, der MUX 7c in dem Lichtempfangsmodul 7 vorgesehen ist; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann eine andere Signalauswahleinheit als der MUX in dem Lichtempfangsmodul 7 vorgesehen sein. Außerdem kann die Signalauswahleinheit außerhalb des Lichtempfangsmoduls 7 angeordnet sein.
• Des Weiteren wird in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem das Spannungssignal von dem Lichtempfangsmodul 7 als Lichtempfangssignal ausgegeben und stromabwärts verarbeitet wird; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur hierauf beschränkt. Zum Beispiel kann auch ein Stromsignal entsprechend einem Ausgangsstrom von jedem lichtempfangenden Element als Lichtempfangssignal von dem Lichtempfangsmodul ausgegeben und in dem Komparator, dem ADC oder der Steuereinheit auf der nachgeschalteten Seite verarbeitet werden. Dadurch kann bestimmt werden, ob das Objekt vorliegt oder nicht vorliegt, oder es kann die Entfernung zu dem Objekt gemessen werden.
• Die oben beschriebene Ausführungsform gibt ein Beispiel, welches auf eine Objektdetektionsvorrichtung 100 angewendet wird, die aus einem Laserradar für ein Fahrzeug besteht; es können jedoch Objektdetektionsvorrichtungen für andere Zwecke bei einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Anwendung finden.
• Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine begrenzte Anzahl an Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass andere Ausführungsformen denkbar sind, die sich innerhalb des Schutzumfangs der hierin offenbarten Erfindung bewegen. Demgemäß wird der Schutzumfang der Erfindung nur durch die anhängenden Ansprüche begrenzt.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 2017162990 [0001]
• JP 2014052366 A [0005, 0006, 0009, 0010]
• JP 2014 A [0005]
• JP 219250 [0005]
• JP 2012237604 A [0005, 0008, 0009, 0010]
• JP 2014219250 A [0007, 0011]

Claims (6)

1. Objektdetektionsvorrichtung umfassend: mehrere lichtemittierende Elemente; eine rotierende Scaneinheit, welche einen Spiegel umfasst und, durch Bewirken einer Rotation des Spiegels, das von den lichtemittierenden Elementen projizierte Projektionslicht durch den Spiegel reflektiert und das reflektierte Projektionslicht über einen vorgegebenen Bereich scannt; mehrere lichtempfangende Elemente, welche jeweils Reflexionslicht des Projektionslichts, welches von einem Objekt in einem vorgegebenen Bereich reflektiert wird, empfangen und ein Lichtempfangssignal in Übereinstimmung mit einem Lichtempfangszustand ausgeben; eine Signalauswahleinheit, welche irgendeines der Lichtempfangssignale, die von den mehreren lichtempfangenden Elementen ausgegeben werden, auswählt; und eine Objektdetektionseinheit, die das Objekt auf Grundlage des Lichtempfangssignals, welches von der Signalauswahleinheit ausgewählt wird, detektiert, wobei der Spiegel eine erste Reflexionsfläche und eine zweite Reflexionsfläche umfasst, die nicht in derselben Ebene liegen, wobei während einer ersten Scandauer, in der das Projektionslicht durch die rotierende Scaneinheit von der ersten Reflexionsfläche reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird, die mehreren lichtemittierenden Elemente veranlasst werden, sequentiell Licht zu emittieren, das lichtempfangende Element, welches einem lichtemittierenden Element in einem Lichtemissionszustand entspricht, von den mehreren lichtempfangenden Elementen veranlasst wird, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen, und die Signalauswahleinheit veranlasst wird, sequentiell das Lichtempfangssignal auszuwählen, das von dem lichtempfangenden Element im Lichtempfangszustand ausgegeben wird, und wobei während einer zweiten Scandauer, in dem das Projektionslicht durch die rotierende Scaneinheit von der zweiten Reflexionsfläche reflektiert und über einen vorgegebenen Bereich gescannt wird, ein bestimmtes lichtemittierendes Element von den mehreren lichtemittierenden Elementen veranlasst wird, Licht mit einer vorgegebenen Dauer zu emittieren, die mehreren lichtempfangenden Elemente veranlasst werden, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen, und die Signalauswahleinheit veranlasst wird, das Lichtempfangssignal, das von dem lichtempfangenden Element im Lichtempfangszustand ausgegeben wird, sequentiell auszuwählen.
2. Objektdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine Breite der zweiten Reflexionsfläche parallel zu einer Scanebene für das Projektionslicht, das von der rotierenden Scaneinheit herrührt, schmaler ist als eine Breite der ersten Reflexionsfläche parallel zu der Scanebene.
3. Objektdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Spiegel plattenförmig ausgebildet ist, wobei die erste Reflexionsfläche auf einer plattenförmigen Oberfläche des Spiegels vorliegt, und wobei die zweite Reflexionsfläche auf einer Seitenfläche des Spiegels, welche eine kleinere Fläche als die plattenförmige Oberfläche aufweist, vorliegt.
4. Objektdetektionsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mehreren lichtemittierenden Elemente so angeordnet sind, dass sie in einer Richtung senkrecht zu der Scanebene für das Projektionslicht, das von der rotierenden Scaneinheit herrührt, ausgerichtet sind, und wobei während der ersten Scandauer das lichtempfangende Element, welches dem lichtemittierenden Element im Lichtemissionszustand entspricht und ebenso einer Reflexionsrichtung des Projektionslichts, welches von der ersten Reflexionsfläche herrührt, entspricht, veranlasst wird, sequentiell das Reflexionslicht zu empfangen.
5. Objektdetektionsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei während der ersten Scandauer die Objektdetektionseinheit eine Entfernung zu dem Objekt auf Grundlage des Lichtemissionszustands des lichtemittierenden Elements und auf Grundlage des Lichtempfangssignals, das durch die Signalauswahleinheit ausgewählt wird, bestimmt, und wobei während der zweiten Scandauer die Objektdetektionseinheit auf Grundlage des Lichtemissionszustands des lichtemittierenden Elements und auf Grundlage des Lichtempfangssignals, welches von der Signalauswahleinheit ausgewählt wird, bestimmt, ob das Objekt vorliegt oder nicht vorliegt.
6. Objektdetektionsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend: einen Analog-Digital-Wandler, der das Lichtempfangssignal in analoger Form, welches von der Signalauswahleinheit ausgewählt wird, in ein Lichtempfangssignal in digitaler Form umwandelt und das Lichtempfangssignal an die Objektdetektionseinheit ausgibt, wobei der Analog-Digital-Wandler veranlasst wird, intermittierend, entsprechend einem Wechsel der Auswahl der Empfangslichtsignale durch die Signalauswahleinheit, zu operieren.

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