DE102020207370A1

DE102020207370A1 - Laserabstandsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102020207370A1
Application number: DE102020207370.8A
Authority: DE
Inventors: Shohei Tsukamoto; Hiroshi Sakanoue; Masaharu Imaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2020-12-24
Also published as: JP2021001787A; US20200400787A1; US11567178B2

Abstract

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Laserabstandsmessvorrichtung bereitzustellen, dessen Messfähigkeit sowohl bei einem Messen von einem kurzen Abstand als auch von einem langen Abstand unverändert beibehalten wird. Die Laserabstandsmessvorrichtung umfasst: eine Laserlicht-Emissionseinheit 11 zum Emittieren von Laserlicht L1; eine Scanvorrichtung 12 zum Scannen des Laserlichts L1 durch Verändern eines Ausgabewinkels davon; eine Lichtempfangseinheit 13 zum Empfangen von reflektiertem Licht 12 des Laserlichts L1 von einem Objekt 40, um dadurch ein Lichtempfangssignal auszugeben; einen Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132 zum Veranlassen, dass die Lichtempfangseinheit das Empfangssignal ausgibt, nach einem Einstellen einer Lichtempfangssensitivität für das reflektierte Licht L2 zu dem Zeitpunkt, wenn der Ausgabewinkel klein ist, höher als eine Lichtempfangssensitivität für das reflektierte Licht L2 zu dem Zeitpunkt, wenn der Ausgabewinkel groß ist; und eine Abstandsberechnungseinheit 15 zum Berechnen, basierend auf dem Empfangssignal, eines Abstands zu dem Objekt 40. Dies verbessert die Abstandsmessfähigkeit in beiden Fällen zum Messen eines kurzen Abstands als auch eines langen Abstands.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserabstandsmessvorrichtung.
Beschreibung des Stands der Technik
Bis heute sind Laserabstandsmessvorrichtungen bekannt, die jeweils einen Lichtstrahl wie beispielsweise ein Laserlicht auf ein Messungsziel abstrahlen, um dadurch basierend auf einem von einem Objekt reflektierten Licht (Reflexionslicht) einen Abstand zu diesem Objekt zu messen. In solchen Laserabstandsmessvorrichtungen gibt es eine Scantyp-Vorrichtung, die das Laserlicht von einer Lichtquelle über ein bestimmtes Abtastfeld (Scanfeld) unter Verwendung eines Abtastmittels abtastet. Viele der konventionellen Laserabstandsmessvorrichtungen werden jeweils unter einer bestimmten vorab eingerichteten Vorrichtungsbedingung betrieben; allerdings können unterschiedliche Anforderungen für die Messvorrichtung auftauchen, beispielsweise zum Verwenden für ein Messen eines kurzen Abstands, ist bei einem Breitbandverstärker, da eine hohe Abstandsauflösung für diesen Abstand benötigt wird, aber zum Detektieren für einen Messen eines langen Abstand ein schwaches Licht durch Reduzieren von Rauschen des Breitbandverstärkers notwendig ist, das empfangene Licht schwach. Im Allgemeinen, wenn die Messvorrichtungen zweitdimensionale Abstandssensoren sind, die an deren festen Positionen zu platzieren sind, gibt es Fälle, bei denen deren Zielabstände auf einen kurzen Abstand oder einen langen Abstand festgelegt sind, in Abhängigkeit von dessen Abtastwinkel (Scanwinkel).
Um dieses Problem zu lösen, wird gemäß der Technologie von Patentdokument 1 Laserlicht nach vorne von einem Fahrzeug abgestrahlt und Strahlen von reflektiertem Licht, die jeweils aus unterschiedlichen horizontalen Richtungen kommen, werden durch eine Vielzahl von Lichtempfangszellelementen gleichzeitig empfangen, und weiter werden aus diesen Elementen mehrere Lichtempfangszellelemente in einer gegebenen Kombination ausgewählt und werden Lichtempfangssignale, die von den somit ausgewählten Lichtempfangszellelementen ausgegeben sind, zusammengeführt und dann ausgegeben, sodass eine Lichtempfangssensitivität erhöht wird.
Weiter ist gemäß der Technologie aus Patentdokument 2 eine an einem Fahrzeug angebrachte Laserabstandsmessvorrichtung mit einer Vielzahl von Lichtempfangszellelementen ausgebildet und dessen Lichtempfangssensitivität wird geeignet derart eingestellt, sodass mit Bezug zu Richtungen, in denen ein Lichtempfangssignal noch nicht detektiert ist, die Anzahl von Integrationsmalen für ein Lichtempfangssignal gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wird, um dadurch ein SNR (Signal-zu-Rausch-Verhältnis) von einem Lichtempfangssignal zu verbessern.

Patentdokument 1: japanische Patentveröffentlichungsschrift mit der Nummer H07-191148 (Absätze 0032-0036, 1 bis 3)
Patentdokument 2: japanische Patentveröffentlichungsschrift mit der Nummer 2015-135272 (Absätze 0013-0015, 1)

Allerdings, wenn das Band verengt ist, um das schwache Licht von einem langen Abstand zu detektieren, wird ein Rauschen von Hoch-Frequenzkomponenten reduziert, sodass das Rauschniveau niedriger wird und somit das Signalniveau höher wird; allerdings gibt es ein Problem darin, dass ein somit verengtes Band nicht angewendet werden kann, um einen kurzen Abstand zu messen (Äquivalent für eine Pulsweite). Weiter, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit eine vorgegebene Geschwindigkeit oder mehr ist, gibt es ein Problem, dass, obwohl das Signal von einem kurzen Abstand getrennt werden kann, eine lang-Abstand-Messefähigkeit verschlechtert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Technologie zum Lösen der oben beschriebenen Probleme und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Laserabstandsmessvorrichtung bereitzustellen, die nicht nur zum Messen eines kurzen Abstands verwendet werden kann, sondern ebenso die lang-Abstand-Messfähigkeit aufrechterhalten kann.
Eine in dieser Anmeldung beschriebene Laserabstandsmessvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese umfasst: eine Laserlicht-Emissionseinheit zum Emittieren von Laserlicht, eine Scaneinheit zum Scannen des Laserlichts durch Verändern eines Ausgabewinkels davon; eine Lichtempfangseinheit zum Empfangen von reflektiertem Licht des Laserlichts von einem Reflektor, um dadurch ein Lichtempfangssignal auszugeben; eine Steuereinheit zum Veranlassen, dass die Lichtempfangseinheit das Empfangssignal nach einem Einstellen einer Lichtempfangssensitivität für das reflektierte Licht zu dem Zeitpunkt ausgibt, wenn der Ausgabewinkel klein ist, höher als eine Lichtempfangssensitivität für das reflektierte Licht zu dem Zeitpunkt ist, wenn der Ausgabewinkel groß ist; und eine Abstandsberechnungseinheit zum Berechnen, basierend auf dem Empfangssignal, eines Abstands zu dem Reflektor.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Lichtempfangssensitivität für das reflektierte Licht gemäß dem Ausgabewinkel verändert, sodass es möglich ist, eine Abstandsmessfähigkeit in beiden Fällen einer Messung eines kurzen Abstands und eines langen Abstands zu verbessern.
Das vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung deutlicher werden, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Figuren gelesen wird.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das einen Umriss einer Konfiguration einer Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm der Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
3 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration eines beweglichen Spiegels in der Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
4A und 4B sind Zeitablaufdiagramme zum Darstellen von Betriebsströmen für den beweglichen Spiegel in der Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
5 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Bestrahlungsbereichs in einer oben/unten und einer rechts/links Richtung durch die Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
6 ist ein Hardwarekonfigurationsdiagramm einer Steuervorrichtung in der Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
7 ist ein Diagramm zum Darstellen, wie ein Abstand zu einem Objekt bei einer Messung durch die Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 detektiert wird.
8 ist ein Zeitablaufdiagramm zum Darstellen eines Lichtquellensignals und eines Lichtempfangssignals bei einer Messung durch die Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
9 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Verhaltens des Empfangssignals, falls ein Laserlicht nach oben und nach unten abgetastet wird, bei einer Messung durch die Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
10 ist ein Zeitablaufdiagramm zum Darstellen eines Verhaltens eines Empfangssignals einer Messung durch eine Laserabstandsmessvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel.
11 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine Konfiguration einer Verstärkung und eines Bandveränderungsschaltkreises in der Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
12 ist ein Diagramm zum Darstellen von Einstelldaten, die Umwandlungsverstärkung in und Bandbreiten für den Verstärkung- und Bandveränderungsschaltkreis in der Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 angibt.
13 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine andere Konfiguration des Verstärkung- und Bandveränderungsschaltkreises in der Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
14 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine weitere Konfiguration des Verstärkung- und Bandveränderungsschaltkreises in der Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.

Detailbeschreibung der Ausführungsformen der Erfindung
Ausführungsform 1
Eine Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 wird mit Bezug zu den Figuren beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das einen Umriss der Konfiguration einer Laserabstandsmessvorrichtung 10 zeigt. 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine schematische Anordnungskonfiguration eines optischen Systems zeigt, das durch die Laserabstandsmessvorrichtung 10 eingerichtet ist. Die Laserabstandsmessvorrichtung 10 wird ebenso als ein LiDAR (Lichtdetektion und Abstandsmessung) oder ein Laserradar bezeichnet. Die Laserabstandsmessvorrichtung 10 ist an einem Fahrzeug als einem sich bewegenden Objekt angebracht und strahlt ein Laserlicht L1 nach vorne von dem sich bewegenden Objekt ab, während das Licht zweidimensional abgetastet (gescannt) wird, um dadurch einen Abstand von der Laserabstandsmessvorrichtung 10 (dem sich bewegenden Objekt) zu einem vor dem sich bewegenden Objekt platzierten Objekt zu messen.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Laserabstandsmessvorrichtung 10 eine Laserlicht-Emissionseinheit 11, eine Scanvorrichtung 12, eine Lichtempfangseinheit 13, eine Scansteuereinheit 14, eine Abstandsberechnungseinheit 15 und etwas Ähnliches. Wie ebenso später beschrieben wird, sind die Scansteuereinheit 14 und die Abstandsberechnungseinheit 15 in einer Steuervorrichtung 20 umfasst. Die Laserlicht-Emissionseinheit 11 emittiert das Laserlicht L1. Die Scanvorrichtung 12 ist eine Vorrichtung zum Verändern des Ausgabewinkels des Laserlichts L1. Die Scansteuereinheit 14 steuert den Ausgabewinkel des Laserlichts L1 mittels der Scanvorrichtung 12, um dadurch das Laserlicht L1 abzutasten (zu scannen). Die Lichtempfangseinheit 13 empfängt das reflektierte Licht L2 als ein Laserlicht, das von dem Objekt reflektiert wurde, um dadurch ein Lichtempfangssignal auszugeben. Die Abstandsberechnungseinheit 15 berechnet basierend auf dem emittierten Laserlicht L1 und dem Lichtempfangssignal einen Objektabstand, der ein Abstand zu dem Objekt ist.
Laserlicht-Emissionseinheit 11
Die Laserlicht-Emissionseinheit 11 emittiert das Laserlicht L1. Die Laserlicht-Emissionseinheit 11 umfasst eine Laserlichtquelle 111 und einen Laserlichtquellen-Betriebsschaltkreis 112. Basierend auf einem Befehlssignals von einer Lichtübertragung-Empfangssteuereinheit 16, die später beschrieben wird, erzeugt der Laserlichtquellen-Betriebsschaltkreis 112 ein gepulstes Ausgabesignal. Die Laserlichtquelle 111, wenn das dazu von dem Laserlichtquellen-Betriebsschaltkreis 112 übertragene Ausgabesignal ein Ein-Zustand wird, erzeugt das Laserlicht L1 mit einer nahe-ultravioletten Wellenlänge und emittiert dieses in Richtung der Scanvorrichtung 12. Es wird drauf hingewiesen, dass Laserlicht L1, das von der Laserlichtquelle 111 emittiert wird, durch einen Lichtsammelspiegel 133 hindurchtritt, der zwischen der Laserlichtquelle 111 und der Scanvorrichtung 12 angeordnet ist.
Scanvorrichtung 12
Die Scanvorrichtung 12 verändert den Ausgabewinkel des Laserlichts L1. In dieser Ausführungsform verändert die Scanvorrichtung 12 den Ausgabewinkel des Laserlichts L1, das nach vorne von dem sich bewegenden Objekt abzustrahlen ist, in einer rechts/links Richtung X und einer oben/unten Richtung Y mit Bezug zu der Fahrrichtung des sich bewegenden Objekts (Bestrahlungsmittellinie). Die Scanvorrichtung 12 umfasst einen beweglichen Spiegel 121 und einen Spiegelbetriebsschaltkreis 122. Wie in 2 gezeigt, wird das von der Laserlichtquelle 111 emittierte Laserlicht L1, nachdem dieses durch den Lichtsammelspiegel 133 hindurchtritt, von dem beweglichen Spiegel 121 reflektiert und tritt dann durch ein durchlässiges Fenster 19 hindurch, dass in einem Gehäuse 9 gebildet ist, um nach vorne von dem sich bewegenden Objekt bei einem Ausgabewinkel gemäß dem Winkel des beweglichen Spiegels 121 abgestrahlt zu werden.
In dieser Ausführungsform ist der bewegliche Spiegel 121 als ein MEMS (mikro-elektromechanische Systeme) Spiegel 121 vorgesehen. In 3 ist eine Draufsicht des MEMS Spiegels 121 als der bewegliche Spiegel in der Laserabstandsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 1 gezeigt. Wie in 3 gezeigt, umfasst der MEMS Spiegel 121 eine Rotationsvorrichtung zum Rotieren eine Spiegel 121a um eine erste Achse C1 und eine zweite Achse C2, die senkrecht zueinander sind. Der MEMS Spiegel 121 umfasst einen rechteckigen plattenähnlichen Innenrahmen 121b, an dem Spiegel 121a vorgesehen ist; einen rechteckigen Ringplattenförmigen Zwischenrahmen 121c, der an der Außenseite des Innenrahmen 121b platziert ist; und einen rechteckigen plattenähnlichen Außenrahmen 121d, der an der Außenseite des Zwischenrahmens 121c platziert ist. Der Außenrahmen 121d ist an dem Körper des MEMS Spiegels 121 befestigt.
Der Außenrahmen 121d und der Zwischenrahmen 121c sind zusammen durch zwei rechts-und-links erste Drehstäbe 121e mit einer Drehelastizität verbunden. Der Zwischenrahmen 121c kann relativ zu dem Außenrahmen 121d und um die erste Achse C1 gedreht werden, die die zwei ersten Drehstäbe 121e verbindet. Wenn diese gedreht wird, um eine Seite oder die andere Seite um die erste Achse C1, wird der Ausgabewinkel des Laserlichts L1 nach oben oder nach unten verändert. Der Zwischenrahmen 121c und der Innenrahmen 121b sind zusammen durch zwei oben-und-unten zweite Drehstäbe 121f mit einer Elastizität verbunden. Der Innenrahmen 121b kann relativ zu dem Zwischenrahmen 121c und um die zweite Achse C2 gedreht werden, die die zwei zweiten Drehstäbe 121f verbindet. Wenn diese um eine Seite oder die andere Seite um die zweite Achse C2 gedreht wird, wird der Ausgabewinkel des Laserlichts nach links oder nach rechts verändert.
Mit dem Zwischenrahmen 121c ist eine erste Spule 121g in einer Ringform um diesen Rahmen vorgesehen und ist an dem Außenrahmen 121d ein erster Elektrodenanschluss 121h vorgesehen, der mit der ersten Spule 121g verbunden ist. Mit dem inneren Rahmen 121b, ist eine zweite Spule 121b die in einer Ringform entlang diesem Rahmen vorgesehen und ist an dem Außenrahmen 121d ein zweiter Elektrodenanschluss 121j vorgesehen, der mit der zweiten Spule 121i verbunden ist. In dem MEMS Spiegel 121 ist ein nicht dargestellter Permanentmagnet vorgesehen. Wenn ein Plus-Seiten- oder Minus-Seiten-Strom in der ersten Spule 121g fließt, wird eine Lorentzkraft erzeugt, die den Zwischenrahmen 121c um eine Seite oder die andere Seite um die erste Achse C1 dreht, und der gedrehte Drehwinkel ist proportional zu der Größe des Stroms. Wenn ein Plus-Seiten- oder Minus-Seiten-Strom in der zweiten Spule 12i fließt, wird eine Lorentzkraft erzeugt, die den Innenrahmen 121b um eine erste Seite oder die andere Seite um die zweite Achse C2 dreht und der gedrehte Winkel ist proportional zu der Größe des Stroms.
4A und 4B sind Zeitablaufdiagramm zum Darstellen von Betriebsströmen für den MEMS Spiegel 121 in der Laserabstandsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 1. 4A ist das Zeitablaufdiagramm des Betriebsstroms in der ersten Spule 121g und 4B ist das Zeitablaufdiagramm des Betriebsstroms in der zweiten Spule 121i.
Wie in 4A gezeigt, gemäß einem Befehlssignal von der Scansteuereinheit 14 führt der Spiegelbetriebsschaltkreis 122 einen Strom zu, der bei einem ersten Zyklus C1 zwischen einem positiven ersten maximal Stromwert Imx1 und einem negativen ersten minimalen Stromwert Imn1 pulsiert, zu der ersten Spule 121g durch den ersten Elektrodenanschluss 121h. Der erste Zyklus T1 wird als eine Periode vorgesehen, die zu einem Rahmen gehört, durch ein zweidimensionales Scannen (Abtasten). Die Pulswelle des Stroms kann eine Sägezahn-Welle, eine Dreieckswelle oder etwas Ähnliches sein.
In 5 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Bestrahlungsbereichs 40a in der oben/unten Richtung (senkrechten Richtung) Y und der rechts/Linksrichtung (horizontalen Richtung) X durch die Laserabstandsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 1 dargestellt. Ein Abtasten über den Abstrahlungsbereich 40a als ein zweidimensionales Scanfeld (Abtastfeld) wird als ein Rahmen (Frame) bezeichnet.
Mit Bezug zu der oben/unten Richtung (senkrechten Richtung) Y, wie in 5 gezeigt, wird ein Abtasten durch Schwingen des Laserlichts L1 bei dem ersten Zyklus T1 zwischen der Position eines ein-Rahmen-Startpunkts F1 (maximaler Bestrahlungswinkel Deltazeichen θUDmx in der oben/unten Richtung Y, der zu dem positiven ersten maximal Stromwert Imx1 gehört) und der Position eines Ein-Rahmen-Endpunkts F2 erfüllt (ein minimaler Bestrahlungswinkel θUDmn in der oben/unten Richtung Y, die zu dem negativen ersten minimalen Stromwert Imn1 gehört, während das Laserlicht in der rechts/links Richtung X schwingt. Der Übergang zwischen dem ersten maximalen Stromwert Imx1 und dem ersten minimalen Stromwert Imn1 kann variiert werden, in Abhängigkeit von den Betriebszuständen.
Weiter, wie in 4B gezeigt, gemäß einem Befehlssignals von der Scansteuereinheit 14, führt der Spiegelbetriebsschaltkreis 122 einen Strom zu, der bei einem zweiten Zyklus T2 zwischen einem positiven zweiten maximalen Stromwert Imx2 und einem negativen zweiten minimalen Stromwert Imn2 pulsiert, zu der zweiten Spule 121i durch den zweiten Elektrodenanschluss 121j. Der zweite Zyklus T2 ist auf einen Wert eingestellt, der kürzer als der des ersten Zyklus T1 ist, und ist auf einen Wert eingestellt, der aus einer Division des ersten Zyklus T1 durch die Anzahl von Malen eines Hin- und Her-Abtasten in der rechts/links Richtung X in dem einen Rahmen resultiert. Die Pulswelle des Stroms kann eine Sinuswelle, eine Rechteckwelle oder etwas Ähnliches sein.
Mit Bezug zu der Rechts/Linksrichtung (horizontalen Richtung) X, wie in 5 gezeigt, wird ein Abtasten erfüllt, bis zu dem einen-Rahmen-Endpunkt F2, der in der rechten Richtung (senkrechten Richtung (Y platziert ist, sodass das Laserlicht L1 zwischen einem Startpunkt f1 für „einen Rahmen/N“ geschwungen ist (minimaler Bestrahlungswinkel θLRmn in der rechts/links Richtung X, der zu dem negativen zweiten minimalen Stromwert Imn2 gehört) und einem Halbwegepunkt F1/2, der zu „ein Rahmen/2N“ gehört (ein maximaler Bestrahlungswinkel θLRmx in der rechts/links Richtung X, die zu dem positiven zweiten maximalen Stromwert Imx2 gehört), um zu einem Endpunkt f2 für „einen Rahmen/N“ zurückzukehren (der minimale Bestrahlungswinkel θLRmn in der rechts/links Richtung X, die zu dem negativen zweiten minimalen Stromwert Imn2 gehört), und diese Operation wird bis zu dem zweiten Zyklus T2 wiederholt. Der Übergang zwischen dem zweiten maximalen Stromwert Imx2 und dem zweiten minimalen Stromwert Imn2 kann variiert werden, in Abhängigkeit von den Betriebszuständen. Auf diese Weise ist es mittels der Scanvorrichtung 12 möglich, das Laserlicht L1 über den Bestrahlungsbereich 40a abzutasten.
Lichtempfangseinheit 13
Die Lichtempfangseinheit 13 empfängt das reflektierte Licht L2 des Laserlichts, das von einem Objekt 40 reflektiert ist (Bestrahlungsbereichs 40a), das vor dem sich bewegenden Objekt positioniert ist (Laserabstandsmessvorrichtung 10). Die Lichtempfangseinheit 13 umfasst einen Lichtdetektor 131, einen Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132 und den Lichtsammelspiegel 133. Wie in 2 gezeigt, tritt das reflektierte Licht L2, das von dem Objekt 40 reflektiert ist, das vor dem sich bewegenden Objekt platziert ist, durch das durchlässige Fenster 19 und wird dann von dem beweglichen Spiegel 121 reflektiert, und danach wird dies weiter von dem Lichtsammelspiegel 133 reflektiert, um in den Lichtdetektor 131 einzutreten.
Der Lichtdetektor 131 umfasst eine APD (Lawinenfotodiode) oder etwas Ähnliches als Lichtempfangselement, und gibt das zu dem empfangenen reflektierten Licht L2 gehörige Lichtempfangssignal aus. Der Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132 steuert den Betrieb des Lichtdetektors 131 auf der Basis eines Befehlssignals von der Lichtübertragung-Empfangssteuereinheit 16. Zusätzlich ist in dem Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132 ein Leistungsschaltkreis zum Anlegen einer elektrischen Leistung an das Lichtempfangszellelementen des Lichtdetektors 131 umfasst. Das durch den Lichtdetektor 131 ausgegebene Lichtempfangssignal wird in die Steuervorrichtung 20 (Abstandsberechnungseinheit 15) eingegeben.
Steuervorrichtung 20
Die Laserabstandsmessvorrichtung 10 umfasst die Steuervorrichtung 20. Die Steuervorrichtung 20 umfasst funktionale Einheiten wie beispielsweise die Scansteuereinheit 14, die Abstandsberechnungseinheit 15, die Lichtübertragung-Empfangssteuereinheit 16 und etwas Ähnliches. Die entsprechenden Funktionen der Steuereinheit 20 werden durch einen in der Steuervorrichtung 20 umfassten Verarbeitungsschaltkreis umgesetzt. In 6 ist ein Hardwarekonfigurationsdiagramm der Steuervorrichtung 20 in der Laserabstandsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 1 gezeigt. Wie in 6 gezeigt, umfasst die Steuervorrichtung 20 als den Verarbeitungsschaltkreis: eine arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 90 (Computer) wie beispielsweise eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) oder etwas Ähnliches; eine Speichervorrichtung 91, die Daten mit der arithmetischen Verarbeitungseinheit 90 kommuniziert; eine I/O Vorrichtung 92, die Signale extern zu/von der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 90 ein/ausgibt; eine externe Kommunikationsvorrichtung 93, die eine Datenkommunikation mit einer Vorrichtung außerhalb der Laserabstandsmessvorrichtung 10 einrichtet; und etwas Ähnliches.
In der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 90 können ein ASIC (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis), ein IC (integrierter Schaltkreis), ein DSP (Digitalsignalprozessor), ein FPGA (feldprogrammierbare Gate-Anordnung), eine beliebige von verschiedenen Typen von anderen logischen Schaltkreisen, ein beliebiger von verschiedenen Typen von anderen Signalverarbeitungsschaltkreisen und/oder etwas Ähnliches umfasst sein. Weiter ist es zulässig, dass eine Vielzahl von arithmetischen Verarbeitungsvorrichtungen 90 desselben Typs oder von unterschiedlichen Typen vorgesehen ist, sodass die entsprechende Verarbeitung getrennt durch diese Vorrichtungen ausgeführt wird. Als die Speichervorrichtung 91, ist ein RAM (Arbeitsspeicher) 91a vorgesehen, der ausgebildet ist, um zuzulassen, dass Daten von der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 90 gelesen und geschrieben werden, ein ROM (Nurlesespeicher) 91b, der ausgebildet ist, um zuzulassen, dass Daten von der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 90 gelesen werden, und etwas Ähnliches. Es wird drauf hingewiesen, dass, als die Speichervorrichtung 91 eine beliebige von verschiedenen Typen von anderen Speichervorrichtungen wie beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nurlesespeicher) oder etwas Ähnliches verwendet werden kann.
Die I/O Vorrichtung 92 ist mit dem Laserlichtquellen-Betriebsschaltkreis 112, dem Spiegelbetriebsschaltkreis 122, dem Lichtdetektor 131, dem Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132 und so weiter verbunden und umfasst einen Kommunikationsschaltkreis, einen A/D Konverter, einen D/A Konverter, I/O Anschlüsse und so weiter zum Einrichten einer/eines Übertragung/Empfang von Daten und Steuerbefehlen zwischen den obigen Komponenten und der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 90. Weiter umfasst die I/O Vorrichtung 92 eine arithmetische Verarbeitungsvorrichtung zum Steuern der entsprechenden Schaltkreise. Die externe Kommunikationsvorrichtung 93 richtet eine Kommunikation mit externen Vorrichtungen wie beispielsweise einer Fahrzeugnavigationsvorrichtung 30, einer externen arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung 31 und so weiter ein.
Die entsprechenden Funktionen der entsprechenden funktionalen Einheiten 14 bis 16 und so weiter, die in der Steuervorrichtung 20 umfasst sind, werden derart umgesetzt, sodass die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 90 Software (Programme) ausführt, die in der Speichervorrichtung 91 wie beispielsweise einem ROM oder etwas Ähnlichem gespeichert sind, um mit anderen Geräten wie beispielsweise der Speichervorrichtung 91, der I/O Vorrichtung 92, der externen Kommunikationsvorrichtung 93 und so weiter in der Steuervorrichtung 20 zusammenzuarbeiten. Es wird drauf hingewiesen, dass Einstelldaten wie beispielsweise die Anzahl von Malen einer Verarbeitung und so weiter, die durch die entsprechenden funktionalen Einheiten 14 bis 16 und so weiter zu verwenden sind, als ein Teil der Software (Programme) in der Speichervorrichtung 91 wie beispielsweise einem ROM oder etwas Ähnlichem gespeichert sind. Die entsprechenden Funktionen der Steuervorrichtung 20 werden nachstehend beschrieben.
<Lichtübertragung-Empfangssteuereinheit 16>
Die Lichtübertragung-Empfangssteuereinheit 16 überträgt ein Befehlssignal an den Laserlichtquellen-Betriebsschaltkreis 112, um dadurch zu veranlassen, dass gepulstes Laserlicht L1 mit einer Pulsweite pro Pulszyklus Tp ausgegeben wird. Weiter überträgt die Lichtübertragung-Empfangssteuereinheit 16 ein Befehlssignal an den Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132, um dadurch zu veranlassen, dass der Lichtdetektor 131 das Lichtempfangssignal ausgibt.
<Scansteuereinheit 14>
Die Scansteuereinheit 14 steuert die Scanvorrichtung 12, um dadurch das Laserlicht L1 abzutasten (zu scannen). In dieser Ausführungsform führt die Scansteuereinheit 14 ein zweidimensionales Abtasten durch Abtasten des Laserlichts L1 über einen Bestrahlungsbereich in der rechts/links Richtung X mit Bezug zu der Fahrrichtung des sich bewegenden Objekts und durch Abtasten, zur gleichen Zeit, des Laserlichts L1 über einen Bestrahlungsbereich in der oben/unten Richtung Y mit Bezug zu der Fahrrichtung des sich bewegenden Objekts.
Die Scansteuereinheit 14 überträgt an den Spiegelbetriebsschaltkreis 122 ein Befehlssignal zum Verändern des Ausgabewinkels des Laserlichts L1, sodass das Laserlicht über den Bestrahlungsbereich in der oben/unten Richtung Y bei dem ersten Zyklus T1 abgetastet wird. Insbesondere überträgt die Scansteuereinheit 14 an den Spiegelbetriebsschaltkreis 122 ein Befehlssignal, der den positiven ersten maximalen Stromwert Imx1 und den negativen ersten minimalen Stromwert Imn1 umfasst, die den an die erste Spule 121g anzulegenden Strom betreffen, und den ersten Zyklus T1.
Weiter überträgt die Scansteuereinheit 14 an den Spiegelbetriebsschaltkreis 122 ein Befehlssignal zum Verändern des Ausgabewinkels für das Laserlicht L1, sodass das Laserlicht über den Bestrahlungsbereich in der rechts/links Richtung X bei dem zweiten Zyklus T2 abgetastet wird. Insbesondere überträgt die Scansteuereinheit 14 an den Spiegelbetriebsschaltkreis 122 das Befehlssignal, das den positiven zweiten maximalen Stromwert Imx2 und den negativen zweiten minimalen Stromwert Inm2 umfasst, die den an die zweite Spule 121i zuzuführenden Strom betreffen, und den zweiten Zyklus T2. Die Scansteuereinheit 14 stellt einen Wert ein, der sich aus einer Division des ersten Zyklus T1 durch die Anzahl von Malen N eines sich wiederholenden Abtastens in der rechts/links Richtung X in dem einen Frame resultiert, als den zweiten Zyklus T2.
<Abstandsberechnungseinheit 15>
Die Abstandsberechnungseinheit 15 berechnet basierend auf dem emittierten Laserlicht und dem Lichtempfangssignal einen Abstand zu dem Objekt 40, das in dem Bestrahlungsbereich 40a gefunden ist. 7 ist ein Diagramm zum Darstellen, wie der Abstand zu dem Objekt 40 bei einer Messung durch die Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 detektiert wird, und 8 ist ein Zeitablaufdiagramm zum Darstellen eines Lichtquellensignals und eines Lichtempfangssignals.
Wie in 7 gezeigt, wird das von der Laserlichtquelle 111 emittierte Laserlicht L1 an dem voraus bei einem Abstand L positionierten Objekt 40 reflektiert, und das somit reflektierte Licht L2 tritt in den Lichtdetektor 131 ein, der dahinter bei dem Abstand L positioniert ist. 8 zeigt eine Beziehung zwischen dem Lichtquellensignal für das Laserlicht L1, das von der Laserlichtquelle 111 emittiert ist, und dem Empfangssignal des reflektierten Lichts L2, das durch den Lichtdetektor 131 empfangen ist. Der Laserlichtquellen-Betriebsschaltkreis 112 erzeugt das gepulstes Ausgabesignal (Lichtquellensignal), das ein Ein-Zustand bei dem Pulszyklus Tp wird. Eine Zeitperiode Tcnt von der führenden Kante des Lichtquellensignals bis zu der Spitze des zugehörigen Lichtempfangssignals ist eine Zeitperiode, in der das Laserlicht L1 über den Abstand L zwischen der Laserlichtquelle 111 oder dem Lichtdetektor 131 und dem Objekt 40 hin und her läuft. Somit ist es möglich den Abstand L zu dem Objekt 40 durch Multiplizieren der Zeitperiode Tcnt mit der Lichtgeschwindigkeit und dann Dividieren des Ergebnisses durch zwei zu berechnen.
Das Ausgangssignal (Lichtquellensignal) von dem Laserlichtquellen-Betriebsschaltkreis 112 an die Laserlichtquelle 111 wird ebenso an die Abstandsberechnungseinheit 15 eingegeben, sodass die Abstandsberechnungseinheit einen Zeitpunkt detektieren kann, bei dem die Laserlicht-Emissionseinheit 11 damit beginnt, das gepulste Laserlicht zu emittieren. Die Abstandsberechnungseinheit 15 misst die Zeitperiode Tcnt von dem Zeitpunkt, bei dem die Laserlicht-Emissionseinheit 11 damit beginnt das gepulste Laserlicht zu emittieren, bis zu einem Zeitpunkt, bei dem die Lichtempfangseinheit 13 das Lichtempfangssignal ausgibt, als eine Lichtempfangszeitperiode. Dann berechnet die Abstandsberechnungseinheit 15 einen Wert durch Multiplizieren der Lichtempfangszeitperiode Tcnt mit der Lichtgeschwindigkeit c0 und dann Dividieren des Ergebnisses durch zwei, als den Abstand L zu dem Objekt, das bei dem Ausgabewinkel gefunden ist, zu dem Emissionszeitpunkt des Laserlichts (L = Tcnt × c0/2). Es wird drauf hingewiesen, dass, wenn die Lichtempfangseinheit 13 kein Lichtempfangssignal ausgibt, die Abstandsberechnungseinheit 15 bestimmt, dass das Objekt 40, dass in dem Bestrahlungsbereich 40a zu diesem Zeitpunkt gefunden werden kann, nicht detektiert werden kann, und berechnet somit den Abstand L nicht. Die Abstand Berechnungseinheit 15 überträgt das Berechnungsergebnis des Abstands an die externe arithmetische Verarbeitungsvorrichtung 31.
<Problem der Intensität des Lichtempfangssignals>
9 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Verhaltens des Empfangssignals in dem Fall eines Abtasten des Laserlichts von oben nach unten, bei einer Messung durch die Laserlicht Abstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 in 9 werden entsprechende Bestrahlungspositionen P1, P2 und P3 zum Zeitpunkt, bei dem der Ausgabewinkel des Laserlichts verändert wird, sodass das Laserlicht von der oberen Seite zu der unteren Seite abgetastet wird, gezeigt und ein Punkt auf dem Objekt 40, das mit dem Laserlicht bei der Position P1 bestrahlt wird, wird durch einen ausgefüllten Kreis angegeben. Weiter werden Punkte auf einer Bodenoberfläche 41, die mit dem Laserlicht bei den Positionen P2, P3 bestrahlt werden, durch ausgefüllte Kreise angegeben.
10 ist ein Zeitablaufdiagramm zum Darstellen eines Verhaltens eines Empfangssignals einer Messung durch eine Laserabstandsmessvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel. Durch die Laserabstandsmessvorrichtung gemäß des Vergleichsbeispiel, wie in 10 gezeigt, werden Pulse von Laserlicht zu Zeitpunkten emittiert, die zu den Bestrahlungsposition P1, P2 und P3 gehören, und Strahlen von reflektiertem Licht, das von dem Objekt 40 bei der Bestrahlungsposition P1 reflektiert ist und von der Bodenoberfläche 41 bei den Bestrahlungspositionen P2, P3 reflektiert ist, tritt in einen Lichtdetektor 131 ein, sodass die Lichtempfangssignale R1, R2 und R3 ausgegeben werden. Da das Lichtempfangssignal R3 einen Schwellenwert S überschreitet, wird ein Empfangslicht-Detektionssignal in einer Pulsform ausgegeben. Allerdings, da die Lichtempfangssignale R1, R2 geringe Signalspitzen aufweisen und den Schwellenwert S nicht überschreiten, wird kein Empfangslicht-Detektionssignal ausgegeben. Dies macht es unmöglich einen Abstand zu messen.
Solch ein Phänomen, das die Spitze des Lichtempfangssignals gering wird, kann in dem Fall von schlechtem Wetter wie beispielsweise Regen, Nebel oder etwas Ähnlichem auftreten, sodass das Laserlicht die Regentropfen oder Nebelteilchen während einem vor- und zurücklaufen trifft, sodass eine Streuung des Lichts verursacht wird. Weiter kann so ein Fall auftreten, dass das Laserlicht Staubpartikel trifft, die in der Luft schweben, sodass eine Streuung des Lichts verursacht wird. Ein Treffen der Regentropfen, Nebelteilchen, Staubteilchen oder etwas Ähnlichem kann in einer zufälligen Weise auftreten und ist somit schwierig vorherzusagen. Zusätzlich, je weiter das Objekt entfernt ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass Regentropfen, Nebelteilchen, Staubteilchen oder etwas Ähnliches getroffen werden, und somit, je höher die Frequenz des Phänomens ist, desto geringer wird die Spitze des Lichtempfangssignals. Weiter wird zu Positionen mit einem kurzen Abstand von dem sich bewegenden Objekt wie beispielsweise einer Bodenoberfläche, einer Wand, einer Decke oder etwas Ähnlichem, das Laserlicht weniger wahrscheinlich die Regentropfen, Nebelteilchen, Staubteilchen oder etwas Ähnliches treffen, sodass die Signaldämpfung klein ist, und somit die Spitze des Lichtempfangssignals höher wird.
<Veränderung der Lichtempfangssensitivität>
In dieser Ausführungsform veranlasst der Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132, dass die Lichtempfangssensitivität für das reflektierte Licht auf der Basis des Ausgabewinkels des Laserlichts L1 verändert wird. Der Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132 ist ausgebildet, um an den Lichtdetektor 131 ein Steuersignal zum Verändern der Lichtempfangssensitivität für das reflektierte Licht zu übertragen, und der Lichtdetektor 131 ist ausgebildet, die Lichtempfangssensitivität zu verändern.
Insbesondere weist in der Lichtempfangseinheit 13 der Lichtdetektor 131 ein Verstärkung- und Bandveränderungsschaltkreis zum Verändern einer Verstärkung für eine Umwandlung (Umwandlungsverstärkung) von einem Ausgangssignal eines Lichtempfangselement 163 in das Empfangssignal und zum Verändern einer Bandbreite für das Empfangssignal auf. 11 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine Konfiguration eines Verstärkung- und Bandveränderungsschaltkreises 168 in der Laserabstandsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 1 zeigt. Wie in 11 gezeigt, umfasst der Lichtdetektor 131 den Verstärkung- und Bandveränderungsschaltkreis 168, der mit einem Strom-zu-Spannung-Umwandlungsverstärkung 164 versehen ist (Transfer-Impedanz-Verstärker: TIA) mit einer Verstärkungsschaltfunktion. In dem Lichtdetektor 131 ist zu dem Lichtempfangselement 163 als ein APD eine Energiequelle 167 zum Betreiben von diesem Element verbunden und wandelt das Lichtempfangselement 163 das empfangene reflektierte Licht in einen Strom um. Der umgewandelte Strom fließt zu der negativen Eingangsseite des Strom-zu-Spannung-Umwandlungsverstärkers 164, der ein Operationsverstärker ist, der als ein Schaltkreis einer negativen Rückkopplung ausgebildet ist, und wird dann in eine Spannung durch Rückkopplungswiderstände 166 umgewandelt.
Die mehreren Rückkopplungswiderstände 166 (vier Widerstände in diesem Beispiel) sind jeweils parallel zu dem Strom-zu-Spannung-Umwandlungsverstärkung 164 verbunden. Mit den entsprechenden Rückkopplungswiderständen 166 sind jeweils Schalter 165 seriell verbunden, sodass die Operation eines jeden Rückkopplungswiderstands 166 zwischen Ein- und Aus-Zuständen durch Ein/Ausschalten jeweils eines Schalters 165 geschaltet wird (Verstärkungsveränderungsschaltkreis). Gemäß dem Verstärkung- und Bandveränderungsschaltkreises 168, wenn jeweils ein Schalter 165 ein/ausgeschaltet wird, in Reaktion auf ein Signal von dem Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132, wird der Widerstandswert der Rückkopplungswiderstände 166 als Ganzes verändert, sodass die Umwandlungsverstärkung, die zu dem Zeitpunkt einer Umwandlung des Stroms in die Spannung zu verwenden ist, verändert wird.
Es wird drauf hingewiesen, dass, gemäß dem Lichtdetektor 131 als der Widerstandswert der Rückkopplungswiderstände 166 als ein ganzes in dem Verstärkung- und Bandveränderungsschaltkreis 168 größer wird, die Umwandlungsverstärkung größer wird, sodass sich die Lichtempfangssensitivität erhöht. Kopplungskondensatoren 161 sind parallel zu den Rückkopplungswiderständen 166 verbunden, sodass die Signalpassbandbreite durch die Rückkopplungswiderstände 166 und die Rückkopplungskondensatoren 161 bestimmt wird.
Zu den entsprechenden Rückkopplungskondensatoren 161 (vier Kondensatoren in diesem Beispiel) sind entsprechende Schalter 162 seriell verbunden, sodass die Operation eines jeden Rückkopplungskondensators 161 zwischen Ein- und Aus-Zuständen durch Ein/Ausschalten jeweils eines Schalters 162 (Bandveränderungsschaltkreis) geschaltet wird. Gemäß dem Verstärkung- und Bandveränderungsschaltkreis 168, wenn jeweils ein Schalter 162 ein/ausgeschaltet wird, in Reaktion auf ein Signal von dem Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132, wird der Kapazitätswert der Rückkopplungskondensatoren 161 als Ganzes geändert, sodass die Signalbandbreite gemäß den Werten der Rückkopplungswiderstände 166 und der Rückkopplungskondensatoren 161 verändert wird.
Als Nächstes wird eine Beschreibung von Einstelldaten gegeben, die Umwandlungsverstärkungen und Bandbreiten für den Verstärkung- und Bandbreitenveränderungsschaltkreis in der Laserabstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 angibt. 12 zeigt ein Beispiel der Einstelldaten von Widerstandswerten für Umwandlungsverstärkungen und Kapazitätswerte für Bandbreiten. In 12 ist der Bestrahlungswinkel des Laserlichts L1 von dem sich bewegenden Objekt in drei Kategorien klassifiziert, und zwar ist dieser klassifiziert als ein Unterseitenwinkel (Bestrahlungsposition P3), ein Mittelwinkel (Bestrahlungsposition P2) oder ein Oberseitenwinkel (Bestrahlungsposition P1), und für jede Kategorie ist ein Ein/Aus-Befehl für die entsprechenden Schalter 165 und Schalter 162 eingestellt (in 12 sind ein Widerstandswert der Rückkopplungswiderstände 166 als Ganzes und ein Kapazitätswert der Rückkopplungskondensatoren 161 als Ganzes gezeigt).
Wie in 12 gezeigt, gemäß einer Winkelrichtung von dem Unterseitenwinkel über den Mittelwinkel zu dem Oberseitenwinkel, wird der Widerstandswert der Rückkopplungswiderstände 166 von 38 kΩ über 42 kΩ bis zu 46 kΩ verändert, sodass die Umwandlungsverstärkung erhöht wird. Weiter wird der Kapazitätswert der Rückkopplungskondensatoren 161 von 0,2 pF über 0,4 pF bis zu 0,6 pF verändert, sodass die Bandbreite gemäß der Filterkonstante, die durch die Kondensatoren zusammen mit den Rückkopplungswiderständen 166 bestimmt ist, verengt wird.
Entsprechend, wenn der Abstand von dem sich bewegenden Objekte relativ kurz ist, wie durch den Unterseitenwinkel dargestellt, wird die Verstärkung vermindert, allerdings die Bandbreite erweitert, wohingegen, wenn der Abstand lang ist, wie durch den Oberseitenwinkel dargestellt, wird die Verstärkung erhöht, allerdings die Bandbreite verengt, um dadurch die Beziehung zwischen dem Lichtempfangssignal und dem Rauschen weiter zu verbessern. Somit ist es möglich die Messfähigkeit zu verbessern.
Wie oben beschrieben, umfasst die Laserabstandsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 1: die Laserlicht-Emissionseinheit 11 zum Emittieren des Laserlichts L1; die Scanvorrichtung 12 zum Scannen des Laserlichts L1 durch Verändern eines Ausgabewinkels davon; die Lichtempfangseinheit 13 zum Empfangen von reflektiertem Licht L2 des Laserlichts L1 von dem Objekt 40, um dadurch ein Lichtempfangssignal auszugeben; der Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132 zum Veranlassen, dass die Lichtempfangseinheit das Empfangssignal ausgibt, nach einem Einstellen einer Lichtempfangssensitivität für das reflektierte Licht L2 bei dem Zeitpunkt, wenn der Ausgabewinkel klein ist, höher als eine Lichtempfangssensitivität für das reflektierte Licht L2 zu dem Zeitpunkt, wenn der Ausgabewinkel groß ist; und die Abstandsberechnungseinheit 15 zum Berechnen, basierend auf dem Empfangssignal eines Abstands zu dem Objekt 40. Somit ist es möglich die Abstandsmessfähigkeit in beiden Fällen eines Messens eines kurzen Abstands und eines langen Abstands zu verbessern.
Es wird darauf hingewiesen, dass, in Ausführungsform 1, ein Fall als ein Beispiel beschrieben wurde, bei dem der Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132 ausgebildet ist, um die Umwandlungsverstärkung und die Bandbreite zu verändern. Allerdings kann der Lichtdetektorsteuerschaltkreis 132 ausgebildet sein, um lediglich die Umwandlungsverstärkung oder die Bandbreite zu verändern.
weiter sind in der obigen Ausführungsform die Umwandlungsverstärkung und die Bandbreite des Lichtdetektors 131 durch Ein/Ausschalten jeweils von Schaltern verändert, die mit den Rückkopplungswiderständen 166 und den Rückkopplungskondensatoren 161 verbunden sind; allerdings ist es zulässig, eine solche Konfiguration anzuwenden, bei der, wie in 13 gezeigt, Schaltkreise vorgesehen sind, die jeweils einen Strom-zu-Spannung-Umwandlungsverstärkung 164, einen Rückkopplungswiderstand 166 und einen Rückkopplungskondensator 161 kombinieren, und jeweils der Schaltkreis durch einen Schalter ausgewählt/abgewählt wird; oder eine Konfiguration eines Filterverstärkers oder etwas Ähnlichem, bei dem, wie in 14 gezeigt, die Umwandlungsverstärkung und die Bandbreite bei einer Stufe nach einem Strom-zu-Spannung-Umwandlungsverstärkung 164 bestimmt werden.
Beispielsweise wurde in der obigen Ausführungsform ein Fall als ein Beispiel beschrieben, bei dem die Scanvorrichtung 12 den MEMS Spiegel 121 umfasst. Allerdings kann die Scanvorrichtung 12 eine Scanstruktur außer dem MEMS Spiegel 121 umfassen. Beispielsweise kann die Scanvorrichtung 12 eine Struktur umfassen, die mit einem rotierbaren Polygonspiegel als den beweglichen Spiegel versehen ist und die Rotationsachse des rotierbaren Polygonspiegels neigen kann, sodass der Bestrahlungsbereich in der oben/unten Richtung nach oben oder nach unten verschoben ist; oder etwas Ähnliches wie das.
Weiter wurde in der obigen Ausführungsform ein Fall als ein Beispiel beschrieben, bei dem der Spiegel, der klein ist, durch eine Lorentzkraft bewegt wird. Allerdings ist die Bewegungsvorrichtung für den kleinen Spiegel nicht auf einen elektromagnetischen Typ mittels Lorentzkraft oder etwas Ähnlichem beschränkt und kann ein piezoelektrischer Typ sein, der ein piezoelektrisches Element verwendet, oder ein elektrostatischer Typ mittels einer elektrostatischen Kraft aufgrund einer Potenzialdifferenz zwischen dem Spiegel und einer Elektrode.
Weiter wurde in der obigen Ausführungsform ein Fall als ein Beispiel beschrieben, bei dem ein zweidimensionales Abtasten mittels des MEMS Spiegels 121 und durch Ausführen eines Abtastens in einer in 5 gezeigten Weise durchgeführt wird. Allerdings kann das zweidimensionale Abtasten mittels des MEMS Spiegels 121 und durch Ausführen eines Lissajous-Scans oder eines Rasterscans durchgeführt werden und kann mittels eines sphärischen Spiegels durch Ausführen eines Abtastens in einer Präzisionsweise durchgeführt werden.
Weiter wurde in der obigen Ausführungsform ein Fall als ein Beispiel beschrieben, bei dem ein zweidimensionales Abtasten mittels des MEMS Spiegels 121 durchgeführt wird, bei dem ein Spiegel um die zwei Rotationsachsen gedreht wird. Allerdings kann solch eine Konfiguration angewendet werden, die zwei MEMS Spiegel verwendet, wobei jeweils ein Spiegel um eine einzelne Achse gedreht wird, um ein zweidimensionales Abtasten durchzuführen.
Weiter wurde in der obigen Ausführungsform ein Fall als ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Laserlicht von einer Laserlichtquelle 111 von dem MEMS Spiegel 121 reflektiert wird. Allerdings kann solch eine Konfiguration angewendet werden, bei der Strahlen von Laserlicht von einer Vielzahl von Laserlichtquelle 111 von dem MEMS Spiegel 121 reflektiert werden.
weiter wurde in der obigen Ausführungsformen ein Fall als ein Beispiel beschrieben, bei dem der Lichtdetektor 131 das reflektierte Licht L2 empfängt, das von dem MEMS Spiegel 121 und dem Lichtsammelspiegel 123 reflektiert ist. Allerdings kann solch eine Konfiguration angewendet werden, bei der der Lichtdetektor 131 das reflektierte Licht L2 direkt empfängt, das von einem Objekt reflektiert ist.
Weiter ist in der obigen Ausführungsform die Laserabstandsmessvorrichtung ein Typ, der gepulstes Licht mittels einem Inkohärenz-Detektionsverfahren überträgt/empfängt; allerdings kann diese ein Typ sein, die das gepulste Licht mittels einem Kohärenz-Detektionsverfahren überträgt/empfängt. Weiter kann dies ein Typ sein, der Laserlicht überträgt/empfängt, das in einer Intensität durch eine Sinuswelle moduliert ist, und kann ein Inkohärenz-FMCW (Frequenz-modulierte kontinuierliche Wellenform) Typ oder ein Kohärenz-FMCW Typ sein. Wenn es der Typ ist, der das Licht überträgt/empfängt, das in einer Intensität durch eine Sinuswelle moduliert ist, ist die Modulationsfrequenz der Sinuswelle variabel eingestellt, anstelle der Pulsbreite des Laserlichts, die variabel eingestellt ist. Wenn dies der Inkohärenz-FMCW oder Kohärenz-FMCW Typ ist, ist die Frequenz-Durchlaufbreite der Modulationsfrequenz variabel eingestellt, anstelle der Pulsweite des Laserlichts, die variabel eingestellt ist.
In dieser Anmeldung wurden eine Vielzahl von beispielhaften Ausführungsformen und Beispielen beschrieben; allerdings ist jede Eigenschaft, Konfiguration oder Funktion, die in einer oder mehreren Ausführungsformen beschrieben ist, nicht darauf beschränkt, dass diese für eine bestimmte Ausführungsform angewendet wird, und kann einzeln oder in einer beliebigen von verschiedenen Kombinationen davon auf eine Ausführungsform angewendet werden. Entsprechend sind eine unbegrenzte Anzahl von modifizierten Beispielen, die nicht beispielhaft angeführt sind, hier mitgedacht, in dem technischen Schutzbereich umfasst zu sein, der in der vorliegenden Beschreibung offenbart ist. Beispielsweise sollen solche Fälle umfasst sein, die zumindest ein Konfigurationselement modifizieren; wobei ein beliebiges Konfigurationselement hinzugefügt oder ausgelassen wird; und zusätzlich, bei dem zumindest ein Konfigurationselement herausgenommen und mit einem Konfigurationselement einer anderen Ausführungsform kombiniert wird.
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 2015135272 [0004]

Claims

Eine Laserabstandsmessvorrichtung (10), umfassend: eine Laserlicht-Emissionseinheit (11) zum Emittieren von Laserlicht; eine Scaneinheit zum Scannen des Laserlichts durch Verändern eines Ausgabewinkels davon; eine Lichtempfangseinheit (13) zum Empfangen von reflektiertem Licht des Laserlichts von einem Reflektor, um dadurch ein Lichtempfangssignal auszugeben; eine Steuereinheit (14) zum Veranlassen, dass die Lichtempfangseinheit (13) das Empfangssignal ausgibt, nach einem Einstellen einer Lichtempfangssensitivität für das reflektierte Licht zu dem Zeitpunkt, wenn der Ausgabewinkel klein ist, höher als eine Lichtempfangssensitivität für das reflektierte Licht zu dem Zeitpunkt, wenn der Ausgabewinkel groß ist; und eine Abstandsberechnungseinheit (15) zum Berechnen, basierend auf dem Empfangssignal, eines Abstands zu dem Reflektor.
Laserabstandsmessvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Lichtempfangseinheit (13) einen Verstärkungsveränderungsschaltkreis zum Verändern einer Verstärkung für eine Umwandlung von einem Ausgangssignal eines Lichtempfangselements in das Empfangssignal umfasst; und wobei die Steuereinheit (14) die Lichtempfangssensitivität für das reflektierte Licht mittels des Verstärkungsveränderungsschaltkreises einstellt.
Laserabstandsmessvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Lichtempfangseinheit (13) einen Bandveränderungsschaltkreis zum Verändern einer Signalbandbreite für das Empfangssignal umfasst; und wobei die Steuereinheit (14) die Lichtempfangssensitivität für das Empfangssignal mittels des Bandveränderungsschaltkreises einstellt.
Laserabstandsmessvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Lichtempfangseinheit (13) einen Verstärkungsveränderungsschaltkreis zum Verändern einer Verstärkung für eine Umwandlung von einem Ausgangssignal eines Lichtempfangselements in das Empfangssignal und einen Bandveränderungsschaltkreis zum Verändern einer Signalbandbreite für das Empfangssignal umfasst; und wobei die Steuereinheit (14) die Lichtempfangssensitivität für das Empfangssignal mittels des Verstärkungsveränderungsschaltkreises und des Bandveränderungsschaltkreises einstellt.
Laserabstandsmessvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Scaneinheit den Ausgabewinkel mittels eines beweglichen Spiegels verändert.
Laserabstandsmessvorrichtung (10) gemäß Anspruch 5, wobei der bewegliche Spiegel einen aus der Gruppe von einem MEMS Spiegel, einem rotierbar Polygonspiegel und einem sphärischen Spiegel verwendet.