DE102021201773A1

DE102021201773A1 - Objektdetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021201773A1
Application number: DE102021201773.8A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Inoue; Masahiro Kawai; Shohei Tsukamoto; Masaharu Imaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2021-09-02
Also published as: JP7068364B2; US20210270966A1; JP2021139625A

Abstract

Eine Objektdetektionsvorrichtung 1 ist konfiguriert aus einer Laserstrahl L1-Erzeugungseinheit, die einen Laserstrahl L1 erzeugt, einer Lichtempfangseinheit 13, die ein empfangenes Lichtsignal basierend auf einem von einem Erfassungszielobjekt 40 reflektierten Laserstrahl L1 ausgibt, einer Abstandsberechnungseinheit 16, die eine Abstand zu dem Erfassungszielobjekt 40 basierend auf einer Zeit berechnet, die von einer Emission des Laserstrahls L1 bis zu einem Empfang des empfangenen Lichtsignals benötigt wird, und eine Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17, die eine näherungsweise gerade Linie auf der Grundlage von Neigungen eines Anstiegs und eines Abfalls einer Wellenform des empfangenen Lichtsignals bei einem eingestellten Schwellenwert erhält und einen Wellenhöhenwert Vp des empfangenen Lichtsignals auf der Grundlage der näherungsweise geraden Linie berechnet, wobei Informationen bezüglich des Erfassungszielobjekts 40 auf der Grundlage des Wellenhöhenwerts Vp zusätzlich zu dem berechneten Abstand gesammelt werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet einer Objektdetektionsvorrichtung.
Beschreibung des Stands der Technik
Eine Abstandsmessvorrichtung, die mit einer Lichtwelle, einer Schallwelle oder einer elektromagnetischen Welle als eine Suchwellenform ein Detektionszielobjekt bestrahlt und ein Abstand basierend auf einer von dem Detektionszielobjekt reflektierten Welle misst, ist bereits bekannt. Ebenso führt eine Objektdetektionsvorrichtung zusätzlich zum Messen eines Abstands eine Messung eines Reflektionswellenhöhenwerts aus, um andere Informationen bezüglich einem Detektionszielobjekt zu sammeln. Daher kann beispielsweise eine weiße Linie einer Straßenoberfläche detektiert werden.
Eine Objektabstand-Messvorrichtung, sodass ein optischer Puls auf ein Zielobjekt projiziert wird und ein reflektiertes gestreutes Licht empfangen wird, wodurch eine Zeit, die von der Projektion des optischen Puls bis zu einem Empfangen des reflektierten Puls notwendig ist, gemessen wird, und den Abstand zu dem Messzielobjekt mittels der gemessenen Zeit gemessen wird, ist bereits als ein Verfahren zum Messen eines Abstands zu einem Abstandsmesszielobjekt bekannt. Hierbei weist eine Detektionsgenauigkeit der Zeit, bei der der reflektierte Puls empfangen wird, einen großen Effekt auf die Abstandsmessgenauigkeit auf.
Um eine Detektionsgenauigkeit zu verbessern, wird der Höhenwert der reflektierten Welle gemessen. Ein empfangener optischer Puls, der durch einen Wellen-Höhenwert-Detektionsschaltkreis detektiert wird, wird mittels eines Differenzierungsschaltkreises differenziert, wird ein Ausgabedifferenzialsignal weiter integriert, wird ein Spitzenwert detektiert, wird der detektierte Spitzenwert als ein Wellenhöhenwert des empfangenen optischen Puls korrigiert, und wird der Abstand zu dem Abstandsmesszielobjekt unter Verwendung der korrigierten Messzeit berechnet (siehe beispielweise Patentdokument JP 4771796B2 ).
Ebenso wird bei einem Messverfahren, wobei eine Höhe eines Hindernisses zusätzlich zu einem Abstand zu einem Objekt detektiert wird, das als ein Detektionsziel angenommen ist, eine Objektdetektionsvorrichtung ebenso beispielsweise in einem Fahrzeug befestigt ist, ein Objekt, das bei einer Höhe vorhanden, bei der ein Bereichssensor angebracht ist, als eine Referenzhindernis angenommen wird und der Höhenwert eine durch das Referenzhindernis reflektierten Welle als ein Referenzwellenhöhenwert angenommen wird und mit einem Wellenhöhenwert des als das Detektionsziel angenommenen Objekts verglichen, wodurch eine relative Höhe des als das Detektionsziel angenommenen Objekts mit Bezug zu dem Referenzhindernis berechnet wird (siehe beispielsweise Patentdokument JP 6412399B2 ).
Allerdings ist der vorhanden Pulssignal-WellenHöhenwert-Detektionsschaltkreis in JP 4771796B2 derart, dass zusätzlich zu der ursprünglichen Abstandsmessfunktion ein Detektionsschaltkreis hinzugefügt ist, um einen Wellenhöhenwert zu detektieren, und sich aufgrund dessen die Schaltkreisgröße erhöht. Beispielsweise ist ein Spitzen-Halten-Schaltkreis, der für eine Wellenhöhenwert-Detektion verwendet wird, eine Konfiguration, wobei veranlasst wird, dass ein Strom in einen Kondensator nur in einer vorwärts gerichteten Richtung fließt, mittels des Kondensators, einer Diode und eines Schalters, wobei der Kondensator durch den fließenden Strom aufgeladen wird, und eine Wellenhöhenwertspannung gehalten wird. Wenn eine Messung des gehaltenen Wellenhöhenwerts abgeschlossen ist, wird ein Zurücksetzen der Spannung-Halten-Funktion durch Verbinden einer Elektrode auf einer Seite des Kondensator mit der Erdung durch den Schalter ausgeführt, um die Ladung zu entladen. Wenn diese Art von Schaltkreiskonfiguration angenommen wird, sind eine Hochgeschwindigkeit-Schaltoperation und ein Schalter-Schaltkreis von außen notwendig und es gibt ein Problem darin, dass die Schaltkreisgröße zunimmt, und die Vorrichtung in der Größe zunimmt.
Ebenso ist die vorhandene Objektdetektionsvorrichtung in JP 6412399B2 derart, dass, wenn ein Objekt bei einem kurzen Abstand detektiert wird, der Wellenhöhenwert einer empfangenen reflektierten Welle gesättigt wird, und daher der Wellenhöhenwert nicht berechnet werden kann, was bedeutet, dass, wenn eine empfangene Ausgabe auf diese Weise gesättigt ist, der Wellenhöhenwert mittels einer ersten Zeit abgeschätzt wird, die eine Zeit ist, bei der der Wellenhöhenwert einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, einer zweiten Zeit, die eine Zeit ist, bei der der Wellenhöhenwert unterhalb des Schwellenwerts fällt, und einer Suchwellenform-Transmissionszeit. Wenn einen Wellenhöhenwert unter Verwendung dieser Art von Verfahren abgeschätzt wird gibt es ein Aufspreizen der Suchwellenform, das heißt, dass, wenn beispielsweise eine flache Straßenoberfläche und eine geneigte Straßenoberfläche gemessen werden, eine Neigung (Steigung) eines Anstiegs und eine Neigung eines Abfalls der empfangenen Ausgabe der geneigten Straßenoberfläche mit Bezug zu diesen der flachen Straßenoberfläche klein sind. Daher gibt es ein Problem darin, dass abgeschätzte Wellenhöhenwerte sich unterscheiden, selbst wenn die erste Zeit, die zweite Zeit und die Suchwellenform-Transmissionszeit identisch sind, und ein Fehler mit Bezug zu einem echten Wert entsprechend einer empfangenen Wellenform auftritt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Anmeldung wurde gemacht, um das obige Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung eine Objektdetektionsvorrichtung bereitzustellen, sodass eine Messgenauigkeit verbessert werden kann, ohne einen Spitzen-Halten-Schaltkreis neu hinzuzufügen, oder eine Vorrichtung zu dem Zweck, dass ein Wellenhöhenwert berechnet wird, der bei einer Verbesserung einer Messgenauigkeit einer Suchinformation genutzt wird, die eine Information bezüglich eines Abstands zu einem Detektionszielobjekt umfasst.
Eine in der vorliegenden Anmeldung offenbarte Objektdetektionsvorrichtung umfasst eine Suchwellenform-Ausgabeeinheit, die eine Puls-förmige Suchwellenrichtung eines Detektionszielobjekts emittiert, eine Reflektionswellen-Empfangseinheit, die eine reflektierte Welle empfängt, die die durch das Detektionszielobjekt reflektierte Suchwellenform ist, und eine Abstandsberechnungseinheit, die einen Abstand zu dem Detektionszielobjekt basierend auf einer Zeit berechnet, die notwendig ist von einer Emission der Suchwellenform bis zu einem Empfang der reflektierten Welle, wobei die Objektdetektionsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Objektdetektionsvorrichtung eine Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit umfasst, die eine annähernd gerade Linie basierend auf einer Neigung eines Anstiegs und/oder eines Abfalls einer Wellenform der reflektierten Welle bei einem eingestellten Schwellenwert erhält und einen Wellenhöhenwert der reflektierten Welle basierend auf der annähernd geraden Linie berechnet.
Die in der vorliegenden Anmeldung offenbarte Objektdetektionsvorrichtung kann eine Differenz mit Bezug zu einem tatsächlichen Wellenhöhenwert einer reflektierten Welle klein halten, dadurch, dass ein Wellenhöhenwert mittels annähernd geraden Linien berechnet wird, die basierend auf Neigungen eines Anstiegs und eines Abfalls einer Wellenform der reflektierten Welle erhalten sind, und eine Messgenauigkeit eines Abstands zu einem notwendigen Detektionszielobjekt und von einer anderen Informationssammlung verbessern kann.
Die vorstehenden und andere Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Anmeldung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Anmeldung deutlicher werden, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Figuren genommen wird.
Figurenliste

1 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration einer Gesamtheit einer Objektdetektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht, die eine schematische Konfiguration eines optischen Systems der Objektdetektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist eine Figur, die eine Konfiguration eines MEMS Spiegels zeigt, der in der Objektdetektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird;
4A und 4B sind Figuren, die Wellenformen von einem Strom zeigen, der eine Leistung zum Betreiben des MEMS Spiegels in der ersten Ausführungsform bereitstellt;
5 ist eine Figur, die ein Verfahren für eine Bestrahlung zeigt, die mit einem Laserstrahl scannt, in der ersten Ausführungsform;
6 ist eine Figur, die eine Gerätekonfiguration einer Steuervorrichtung in der ersten Ausführungsform zeigt;
7 ist eine Figur, die ein Verfahren zum Detektieren eines Abstands eines Detektionszielobjekts in der ersten Ausführungsform darstellt;
8A und 8B sind Figuren, die ein Zeitablaufdiagramm eines Laserbetriebssignals und eines reflektierten Lichts in der ersten Ausführungsform zeigt;
9 ist eine Figur, die eine Konfiguration eines Schwellenwertzeit-Berechnungsschaltkreis zeigt, der eine Zeit bei einer Schwellenwertspannung basierend auf einem reflektierten Licht in der ersten Ausführungsform berechnet;
10A und 10B sind Figuren, die ein Zeitablaufdiagramm einer Laserbetriebssignal-Pulsbreite zeigen, wenn eine Lichtdetektorausgabe nicht gesättigt ist, und eine empfangene Lichtsignalwellenform in der ersten Ausführungsform;
11A und 11B sind Figuren, die ein Zeitablaufdiagramm einer Laserbetriebssignal-Pulsbreite zeigen, wenn die Lichtdetektorausgabe gesättigt ist, und eine empfangene Lichtsignalwellenform in der ersten Ausführungsform;
12 ist eine Figur zum Beschreiben eines Verfahrens zum Abschätzen eines Wellenhöhenwerts eines reflektierten Lichts, wenn die Lichtdetektorausgabe nicht gesättigt ist in der ersten Ausführungsform;
13A und 13B sind Figuren zum Beschreiben einer Differenz zwischen einem Wellenhöhenwert gemäß näherungsweise geraden Linien und einem Wellenhöhenwert eines reflektierten Lichts in der ersten Ausführungsform;
14 ist eine Figur zum Beschreiben eines Verfahrens zum Abschätzen eines Wellenhöhenwerts eines reflektierten Lichts, wenn die Lichtdetektorausgabe gesättigt ist, in der ersten Ausführungsform;
15 ist eine Figur zum Beschreiben eines Verfahrens zum Abschätzen eines Wellenhöhenwerdens eines reflektierten Lichts, wenn ein Detektionszielobjekt geneigt ist, in einer zweiten Ausführungsform;
16A und 16B sind Figuren, die ein Zeitablaufdiagramm einer Laserbetriebssignal-Pulsweite zeigen, wenn die Lichtdetektorausgabe nicht gesättigt ist, und einen Fall, bei dem eine reflektierte Lichtwellenform eine Gaußverteilung ist, in einer dritten Ausführungsform;
17A und 17B sind Figuren, die ein Zeitablaufdiagramm einer Laserbetriebssignal-Pulsweite zeigen, wenn die Lichtdetektorausgabe gesättigt ist, und einen Fall, bei dem eine reflektierte Licht Wellenform eine Gaußverteilung ist, in der dritten Ausführungsform; und
18 ist eine Figur zum Beschreiben einer Korrelation zwischen einer Halb-Breite bei einem Halb-Maximum einer reflektierten Lichtwellenform und einer näherungsweise geraden Linie in der dritten Ausführungsform.

Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
1 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration einer Gesamtheit einer Objektdetektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine schematische Konfiguration eines optischen Systems der Objektdetektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die 3-14 sind Figuren zum Beschreiben von Details einer Konfiguration und eines Betriebs der Objektdetektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
In der ersten Ausführungsform wird als ein Beispiel eine Objektdetektionsvorrichtung 1 beschrieben, wobei ein Laser als eine Suchwellenform genutzt wird. Die Objektdetektionsvorrichtung 1 ist in einem eigenen Fahrzeug angebracht, bestrahlt eine Position vor dem eigenen Fahrzeug durch Ausführen eines zweidimensionalen Scans mit einem Laserstrahl L1 und sammelt Suchinformation, die eine Information bezüglich einem Abstand zu einem Detektionszielobjekt 40 umfasst, das vor dem eigenen Fahrzeug vorhanden ist.
Als nächstes wird eine Konfiguration der gesamten Objektdetektionsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben unter Verwendung von 1. Die Objektdetektionsvorrichtung 1 ist gebildet aus einer Laserstrahlerzeugungseinheit 11, die den Laserstrahl L1 erzeugt, der eine Suchwelle ist, eine Scaneinheit 12, die mit dem Laserstrahl L1 scannt, um das Detektionszielobjekt 40 zu bestrahlen, eine Scansteuereinheit 14, die die Scaneinheit 12 steuert, eine Lichtempfangseinheit 13, die einen reflektierten Laserstrahl L2 von dem Detektionszielobjekt 40 empfängt und ein empfangenes Lichtsignal ausgibt, das eine reflektierte Welle ist, und einer Steuereinheit 20, die jede Einheit steuert. Die Steuereinheit 20 umfasst die Scansteuereinheit 14, eine Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15, eine Abstandsberechnungseinheit 16 und eine Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17. Die Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15 überträgt Befehle an einen Laserbetriebsschaltkreis 112 und einen Lichtdetektor-Steuerschaltkreis 132. Die Abstandsberechnungseinheit 16 berechnet einen Abstand zu einem Objekt basierend auf dem emittierten Laserstrahl L1 und einem empfangenen Lichtsignal, das von dem Detektionszielobjekt 40 reflektiert ist. Die Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17 berechnet einen Wellenhöhenwert eines empfangenen Lichtsignals. Eine Suchwellenform-Ausgabeeinheit gehört zu der Laserstrahlerzeugungseinheit 11, die einen Laserstrahl L1 emittiert, die eine Suchwelle ist, und eine Reflektionssuchwellen-Empfangseinheit, die zu der Lichtempfangseinheit 13 gehört, die den reflektierten Laserstrahl L2 empfängt.
Ebenso, wie in der schematischen Ansicht von 2 gezeigt, ist das optische System der Objektdetektionsvorrichtung 1 gebildet aus einem Laser 111, einem beweglichen Spiegel 121, der ein Scannen mit dem emittierten Laserstrahl L1 ausführt, ein durchlässiges Fenster 19, das in einem Gehäuse 18 vorgesehen ist und durch das der Laserstrahl L1 durchgelassen wird, einen Lichtsammelspiegel 133, der von dem durchlässigen Fenster 19 bestrahlt wird und von dem Detektionszielobjekt 40 reflektiertes Licht sammelt, und einen Lichtdetektor 131, der durch den Lichtsammelspiegel 133 reflektiertes Licht detektiert.
Nachstehend werden Details eines Betriebs einer jeden Einheit beschrieben, die die Objektdetektionsvorrichtung 1 bilden.
Die Laserstrahlerzeugungseinheit 11 ist aus dem Laser 111 und dem Laserbetriebsschaltkreis 112 gebildet. Der Laserstrahl L1 wird emittiert, in einer Richtung vor dem eigenen Fahrzeug, von dem Laser 111. Wie in den 8A und 8B gezeigt, erzeugt der Laserbetriebsschaltkreis 112 ein Puls-förmiges Ausgangssignal (ein Laserbetriebssignal), das in einen Ein-Zustand in einem Pulszyklus Tp wechselt, basierend auf einem Befehlssignal von der Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15 der Steuereinheit 20, was später beschrieben wird. Wenn ein von dem Laserbetriebsschaltkreis 112 übertragenes Laserbetriebssignal in einen Ein-Zustand wechselt, erzeugt der Laser 111 den Laserstrahl L1, der eine Nah-Infrarotwellenlänge aufweist, und der Laserstrahl L1 wird in Richtung des beweglichen Spiegels 121 der Scaneinheit 12 emittiert. Der Laserstrahl L1, der von dem Laser 111 emittiert ist, tritt durch den Lichtsammelspiegel 133, der zwischen dem Laser 111 und der Scaneinheit 12 angeordnet ist.
Die Scaneinheit 12 ist aus dem beweglichen Spiegel 121 und einem Spiegelbetriebsschaltkreis 122 gebildet. Der bewegliche Spiegel 121 verändert einen Bestrahlungswinkel des Laserstrahls L1 durch Scannen basierend auf einem Befehl von der Scansteuereinheit 14 der Steuereinheit 20. In dieser Ausführungsform veranlasst die Scaneinheit 12, dass der Bestrahlungswinkel des Laserstrahls L1, der eine Position vor dem eigenen Fahrzeug bestrahlt, in Links- und Rechtsrichtungen und Oben- und Untenrichtungen mit Bezug zu einer Fahrrichtung (eine Bestrahlungsmittellinie) des eigenen Fahrzeugs verändert wird, wie in 5 gezeigt. Wie in der schematischen Ansicht des optischen Systems in 2 gezeigt, wird der von dem Laser 111 emittierte Laserstrahl L1 durch den beweglichen Spiegel 121 nach einem Durchlassen des Lichtsammelspiegels 133 reflektiert, durch das durchlässige Fenster 19 durchgelassen, das in dem Gehäuse 18 vorgesehen ist, und wird ein Bestrahlungsbereich 10 vor dem eigenen Fahrzeug bei einem Bestrahlungswinkel entsprechend einem Winkel des beweglichen Spiegels 121 bestrahlt.
In dieser Ausführungsform wird ein Mikro-Elektro-Mechanik-System (MEMS) Spiegel 121 als der bewegliche Spiegel 121 angenommen. Der MEMS Spiegel 121 umfasst eine Rotationsvorrichtung, die veranlasst, dass ein Spiegel 121a um eine erste Welle C1 und eine zweite Welle C2 rotiert, die senkrecht zueinander sind, wie in 3 gezeigt. Der MEMS Spiegel 120 umfasst einen rechteckigen plattenförmigen Innenrahmen 121b, in dem Spiegel 123a vorgesehen ist, einen rechteckigen ringförmigen Zwischenrahmen 121c, der an einer Außenseite des Innenrahmen 121b angeordnet ist, und einen rechteckigen plattenförmigen Außenrahmen 121d, der an einer Außenseite des Zwischenrahmens 121c angeordnet ist. Der Außenrahmen 121d ist an einem Hauptkörper des MEMS Spiegels 121 befestigt.
Der Außenrahmen 121b und der Zwischenrahmen 121c sind durch zwei linke und rechte erste Torsionsstäbe 121e verbunden, die eine Torsion-Elastizität aufweisen. Der Zwischenrahmen 121c wird mit Bezug zu dem Außenrahmen 121d verdreht und rotiert, der an der ersten Welle C1 zentriert ist, die die zwei Torsionsstäbe 121e verbindet. Wenn der Zwischenrahmen 121c zu einer Seite um die erste Welle C1 verdreht wird, verändert sich der Bestrahlungswinkel des Laserstrahls L1 zu einer nach oben gerichteten Seite oder einer nach unten gerichteten Seite. Der Zwischenrahmen 121c und der Innenrahmen 123b sind durch zwei obere und untere zweite Torsionsstäbe 121f verbunden, die eine Torsion-Elastizität aufweisen. Der Innenrahmen 121b wird mit Bezug zu dem Zwischenrahmen 121c verdreht und rotiert, der auf der zweiten Welle C2 zentriert ist, die die zwei zweiten Torsionsstäbe 121f verbindet. Wenn der Innenrahmen 121b zu einer Seite um die zweite Welle C2 verdreht wird, verändert sich der Bestrahlungswinkel des Laserstrahls L1 zu einer linken Seite oder einer rechten Seite.
Eine ringförmige erste Spule 121g, die der Form des Rahmens nachfolgt, ist in dem Zwischenrahmen 121c vorgesehen, und ein erstes Elektroden-Verbindungselement 121h, das mit der ersten Spule 121b verbunden ist, ist in dem Außenrahmen 121b vorgesehen. Ebenso ist eine ringförmige zweite Spule 121i, die der Form des Rahmens nachfolgt, in dem Innenrahmen 121b vorgesehen, und ist ein zweites Elektroden-Verbindungselement 121j, dass mit der zweiten Spule 121i verbunden ist, in dem Außenrahmen 121b vorgesehen. Obwohl dies in den Figuren nicht gezeigt ist, ist ein Permanentmagnet in dem MEMS Spiegel 121 vorgesehen. Wenn ein Strom einer positiven Seite oder einer negativen Seite durch die erste Spule 121g fließt, wird eine Lorentzkraft, die den Zwischenrahmen 121c zu einer Seite um die erste Welle C1 verdreht, aufgrund einer Wechselwirkung mit dem Permanentmagneten, und ein Winkel eines Verdrehen, das durch die Lorentzkraft verursacht ist, ist proportional zu einer Größe des Ladestroms. In einer ähnlichen Weise, wenn ein Strom einer positiven Seite oder einer negativen Seite durch die zweite Spule 123i fließt, wird eine Lorentzkraft, die den Innenrahmen 121b zu einer Seite um die zweite Welle C2 verdreht, aufgrund einer Wechselwirkung mit dem Permanentmagneten, und ein Winkel eines Verdrehens, was durch die Lorentzkraft verursacht ist, ist proportional zu einer Größe des Ladestroms.
Wie in einem Zeitablaufdiagramm aus 4A gezeigt, führt der Spiegelbetriebsschaltkreis 122 einen Strom zu, der zwischen einem positiven ersten maximalen Stromwert Imx1 und einem negativen ersten minimalen Stromwert Imn1 in einem ersten Zyklus Tx schwankt, über das erste Elektroden-Verbindungselement 121h entsprechend einem Befehlssignal von der Scansteuereinheit 14. Der erste Zyklus Tx ist ein Zyklus, der äquivalent zu einem Frame eines zweidimensionalen Scans ist. Eine schwankende Wellenform des Stroms wird beispielsweise als eine Sägezahn-Wellenform oder eine Dreieckswellenform angenommen. Wie in 5 gezeigt, wird ein Scannen mit dem Laserstrahl L1 in dem ersten Zyklus Tx zwischen einem oben und unten Richtung maximalen Bestrahlungswinkel θUDmx, der zu dem positiven ersten maximalen Stromwert Imx1 gehört, und einem oben und unten Richtung minimalen Bestrahlungswinkel θUDmn, der zu dem negativen ersten minimalen Stromwert die klein m1 gehört, ausgeführt. Der erste maximale Stromwert Imx1 und der erste minimale Stromwert Imn1 kann veranlasst werden, entsprechend einem Fahrzustand des eigenen Fahrzeugs sich zu verändern.
Wie in einem Zeitablaufdiagramm aus 4B gezeigt, führt der Spiegelbetriebsschaltkreis 122 einen Strom zu, der zwischen einem positiven zweiten maximalen Stromwert Imx2 und einem negativen zweiten minimalen Stromwert die Imn2 in einem zweiten Zyklus Ty schwankt, zu der zweiten Spule 121i über das zweite Elektroden-Verbindungselement 121j entsprechend einem Befehlssignal von der Scansteuereinheit 14 zu. Der zweite Zyklus Ty, der auf einen Wert eingestellt ist, der kleiner als der des ersten Zyklus Tx ist, ist auf einen Wert eingestellt, der der erste Zyklus Tx geteilt durch eine Anzahl von links und rechts Richtung von hin- und herlaufenden Scans in einem Frame ist. Eine schwankende Wellenform des Stroms wird beispielsweise als eine Sinuswelle oder eine Rechteckwelle angenommen. Wie in 5 gezeigt, wird ein Scannen mit dem Laserstrahl L1 in dem zweiten Zyklus Ty zwischen einem linken und rechten Richtung maximalen Bestrahlungswinkel θLRmx, der zu dem positiven zweiten maximalen Stromwert Imx2 gehört, und einem links und rechts Richtung minimalen Bestrahlungswinkel θLRmn, der zu dem negativen zweiten minimalen Stromwert Imn2 gehört. Der zweite maximale Stromwert Imx2 und der zweite minimale Stromwert Imn2 können veranlasst werden, entsprechend dem Fahrzustand des eigenen Fahrzeugs zu variieren.
Die Lichtempfangseinheit 13 ist ein Abschnitt, der den reflektierten Laserstrahl L2 empfängt, der der Laserstrahl L1 ist, der von dem Detektionszielobjekt 40 vor dem eigenen Fahrzeug reflektiert ist. Die Lichtempfangseinheit 13 ist aus dem Lichtdetektor 131, der Lichtdetektor-Steuereinheit 132 und dem Lichtsammelspiegel 133 gebildet. Wie in 2 gezeigt, tritt der reflektierte Laserstrahl L2, der durch das Detektionszielobjekt 40 vor dem eigenen Fahrzeug reflektiert ist, durch das durchlässige Fenster 19 und wird durch den beweglichen Spiegel 121 reflektiert, danach wird der reflektierte Laserstrahl L2 weiter durch den Lichtsammelspiegel 133 reflektiert und durch den Lichtdetektor 131 detektiert.
Der Lichtdetektor 131 umfasst eine Lichtempfangsvorrichtung, für die beispielsweise eine Lawinen-Fotodiode (APD) verwendet wird, und gibt ein Empfangslichtsignal PV entsprechend dem empfangenen reflektierten Laserstrahl L2 aus. Der Lichtdetektor-Steuerschaltkreis 132 steuert einen Betrieb des Lichtdetektors 131 basierend auf einem Befehlssignal von der Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15. Das Empfangslichtsignal PV, das von dem Lichtdetektor 131 ausgegeben wird, wird in die Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15, die Abstandsberechnungseinheit 16 und die Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17 der Steuereinheit 20 eingegeben.
Obwohl ein APD als der Lichtdetektor 131 in der ersten Ausführungsform verwendet wird, kann ebenso der Lichtdetektor 131 eine Lichtempfangsvorrichtung sein, für die eine Einzel-Foton-Lawinendiode (SPAD) oder eine SPAD Anordnung verwendet wird, und ist nicht auf diese beschränkt.
Die Steuereinheit 20 ist aus der Scansteuereinheit 14, der Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15, der Abstandsberechnungseinheit 16 und der Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17 gebildet. Jede Funktion der Steuereinheit 20 wird durch einen in der Steuereinheit 20 umfassten Verarbeitungsschaltkreis realisiert. Insbesondere, wie in 6 gezeigt, umfasst die Steuereinheit 20 als Verarbeitungsschaltkreise eine Berechnungsverarbeitungseinheit (Computer) 90, die aus einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) gebildet ist, eine Speichervorrichtung 91, die Daten mit der Berechnungsverarbeitungseinheiten 90 austauscht, eine Eingabe/Ausgabevorrichtung 92, die ein externes Signal in die Berechnungsverarbeitungseinheit 90 eingibt oder davon ausgibt, eine externe Kommunikationsvorrichtung 93, die eine Kommunikation von Daten mit einer externen Berechnungsverarbeitungseinheit 30 der Objektdetektionsvorrichtung 1 ausführt.
Die Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 kann eine zugewiesene Hardware sein oder kann eine CPU (ebenso eine zentrale Verarbeitungsvorrichtung, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, ein Prozessor oder ein DSP genannt) sein, die ein in der Speichervorrichtung 91 gespeichertes Programm ausführt. Ebenso können verschiedene Arten von logischen Schaltkreisen und verschiedene Arten von Signalverarbeitungsschaltkreisen umfasst sein, umfassend einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (AS IC), einen integrierten Schaltkreis (IC), einen Digitalsignalprozessor (DSP), eine feldprogrammierbare Gate Anordnung (FPGA). Ebenso kann die Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 mehrere derselben Art von Komponenten oder mehrere von unterschiedlichen Arten von Komponenten sein, wobei jeder Prozess zugewiesen und ausgeführt wird. Ein Arbeitsspeicher (RAM), der ausgebildet ist, um dazu geeignet zu sein, Daten von der Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 auszulesen und darin zu schreiben, und ein Nurlesespeicher (ROM), der ausgebildet ist, um geeignet zu sein, Daten von der Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 zu lesen, sind als die Speichervorrichtung 91 umfasst. Verschiedene Arten von Speichervorrichtungen, umfassen beispielsweise einen Flashspeicher und einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nurlesespeicher (EEPROM), können als die Speichervorrichtung 91 verwendet werden.
Wenn die Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 eine zugewiesene Hardware ist, werden beispielsweise ein einzelner Schaltkreis, ein zusammengesetzter Schaltkreis, ein programmierbarer Prozessor, ein parallel programmierbarer Prozessor, ein ASIC, ein FPGA oder eine Kombination davon als die Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 verwendet. Funktionen jeweils der Scansteuereinheit 14, der Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15, der Abstandsberechnungseinheit 16 und der Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17 können einzeln durch die Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 realisiert werden, oder die Funktionen einer jeden Einheit können gesammelt durch die Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 realisiert werden.
Wenn die Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 eine CPU ist, werden die Funktionen jeweils der Scansteuereinheit 14, der Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15, der Abstandsberechnungseinheit 16 und der Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17 durch Software, Firmware oder eine Kombination von Software und Firmware realisiert. Software und Firmware werden als Verarbeitungsprogramme beschrieben und werden in der Speichervorrichtung 91 gespeichert. Die Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 realisiert die Funktionen einer jeden Einheit durch auslesen und Ausführen eines in der Speichervorrichtung 91 gespeicherten Verarbeitungsprogramme. Das heißt, die Steuereinheit 20 umfasst die Speichervorrichtung 91 zum Speichern von Verarbeitungsprogrammen, die, wenn diese durch die Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 ausgeführt werden, in der Ausführung resultieren von einem Verarbeitungsschritt zum importieren des Empfangslichtsignals PV der Lichtempfangseinheit 13 und zum Übertragen des erfassten Empfangslichtsignals PV an die Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15, die Abstandsberechnungseinheit 16 und die Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17, einen Verarbeitungsschritte zum Erzeugen eines Lichttransmission-und-Empfang-Steuersignals in der Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15, einen Verarbeitungsschritte zum Verarbeiten eines Scansteuersignals von der Scansteuereinheit 14 in der Abstandsberechnungseinheit 16, einen Verarbeitungsschritt zum Berechnen eines Wellenhöhenwerts in der Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17 und einem Verarbeitungsschritte zum Ausgeben eines Datenverarbeitungsergebnis an die externe Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 30. Ebenso kann gesagt werden, dass diese Verarbeitungsprogramme einen Computer dazu veranlassen Verfahren und Prozeduren der Scansteuereinheit 14, der Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15, der Abstandsberechnungseinheit 16 und der Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17 auszuführen. Hierbei wird ein nichtflüchtiger oder ein flüchtiger Halbleiterspeicher wie beispielsweise ein RAM, ein ROM, ein Flashspeicher, ein EPROM oder ein EEPROM, eine magnetische Diskette, eine flexible Diskette, eine optische Diskette, eine Kompaktdiskette, eine Minidisk oder eine DVD als die Speichervorrichtung 91 verwendet.
Der Laserbetriebsschaltkreis 112, der Spiegelbetriebsschaltkreis 122, der Lichtdetektor-Steuerschaltkreis 132 und der Lichtdetektor 131 sind mit der Eingabe/Ausgabevorrichtung 92 verbunden und ein Kommunikationsschaltkreis und ein Eingabe/Ausgabeanschluss, der eine Übertragung und einem Empfang von Daten und Steuerbefehle zwischen den oben beschriebenen Komponenten und der Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 ausführt, sind umfasst. Die externe Kommunikationsvorrichtung 93 führt eine Kommunikation mit einer externen Vorrichtung der externen Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 30 aus.
Weiter werden die in der Steuereinheit 20 umfassten Funktionen einer jeden funktionalen Einheit 14-17 durch die Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 90 ausgeführt, die Software (ein Programm) ausführt, das in der Speichervorrichtung 91 gespeichert ist, und mit der Speichervorrichtung 91, der Eingabe/Ausgabevorrichtung 92 und der externen Kommunikationsvorrichtung 93 zusammenarbeitet, die anderen Gerätekomponenten der Steuereinheit 20 sind. Einstelldaten zum Bestimmen eines Abstands, die durch jede funktionale Einheit 14-17 verwendet werden, werden in der Speichervorrichtung 91 als ein Abschnitt der Software (Programmen) gespeichert. Nachstehend wird jede Funktion der Steuereinheit 20 genau beschrieben.
Die Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15 überträgt einen Befehlssignal an den Laserbetriebsschaltkreis 112, was veranlasst, dass der Puls-förmige Laserstrahl L1 mit dem Pulszyklus Tp ausgegeben wird. Ebenso überträgt die Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15 ein Befehlssignal an den Lichtdetektor-Steuerschaltkreis 132, was veranlasst, dass das Empfangslichtsignal PV, das durch den Lichtdetektor 131 detektiert ist, ausgegeben wird. Weiterhin überträgt die Lichttransmission-und-Empfang-Steuereinheit 15 ebenso Befehlssignal an die Abstandsberechnungseinheit 16 und die Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17.
Die Abstandsberechnungseinheit 16 berechneten Abstand zu dem Detektionszielobjekt 40, das bei einem Bestrahlungswinkel 9 vorhanden ist, basierend auf dem emittierten Laserstrahl L1, dem Empfangslichtsignal PV und dem Bestrahlungswinkel θ. Wie in 7 gezeigt, wird der von dem Laser 111 emittierte Laserstrahl L1 durch das Detektionszielobjekt 40 reflektiert, das bei einem Abstand L voraus liegt, und der reflektierte Laserstrahl L2 wird durch den Lichtdetektor 131 detektiert, der bei dem Abstand L dahinter liegt. Die 8A und 8B zeigen eine Beziehung zwischen einer Laserbetriebssignalspannung V, die den Laser 111 betreibt, und eine Empfangssignalspannung V des reflektierten Laserstrahls L2, der der durch das Detektionszielobjekt 40 detektierte emittierte Laserstrahl L1 ist und durch den Lichtdetektor 131 empfangen ist. Eine Zeit Tcnt von einem Punkt, bei dem die Laserbetriebssignalspannung V ansteigt, bis ein Spitzenwert der Empfangslichtsignalspannung V gemessen wird, gehört zu einer Zeit, bei der der Laserstrahl L1 und der empfangene Laserstrahl L2 über den Abstand L zwischen dem Laser 111 und dem Lichtdetektor 131 und dem Detektionszielobjekt 40 hin- und herlaufen. Folglich kann der Abstand L zu dem Detektionszielobjekt 40 durch Multiplizieren der Zeit Tcnt mit der Lichtgeschwindigkeit C und Dividieren durch zwei berechnet werden.
Die Abstandsberechnungseinheit 16 misst eine Zeit von einem Punkt, bei dem der Laser 111 eine Emission des Puls-förmigen Laserstrahls L1 in Reaktion auf ein Laserbetriebssignal von dem Laserbetriebsschaltkreis 112 beginnt, bis zu einem Punkt, bei dem der Lichtdetektor 131 der Lichtempfangseinheit 13 die Empfangslichtsignalspannung V ausgibt, als eine Lichtempfangszeit T. Weiter berechnet die Abstandsberechnungseinheit 16 einen Wert, der die Lichtempfangszeit T multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit C und durch 2 geteilt ist, als den Abstand L zu dem Detektionszielobjekt 40, das bei dem Bestrahlungswinkel θ bei dem Punkt vorhanden ist, bei dem der Laserstrahl L1 emittiert ist. Wenn keine Empfangslichtsignalspannung V von der Lichtempfangseinheit 13 ausgegeben wird, bestimmt die Abstandsberechnungseinheit 16, dass kein Detektionszielobjekt 40, das zu dem Bestrahlungswinkel 9 gehört, bei dem Punkt detektiert wurde, und berechnet den Abstand L nicht. Folglich überträgt die Abstandsberechnungseinheit 16 ein Abstandsberechnungsergebnis an die externe Berechnungsverarbeitungsvorrichtung 30.
Die Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17 misst eine Intensität des reflektierten Laserstrahls L2 basierend auf einer Größe der Empfangslichtsignalspannung V, die von dem Lichtdetektor 131 der Lichtempfangseinheit 13 ausgegeben ist. Zwei Schwellenwerte Vth werden mit Bezug zu der Empfangslichtsignalspannung V eingestellt, und der Wellenhöhenwert wird basierend auf einer Spannungsdifferenz davon und einer Zeitdifferenz abgeschätzt. Insbesondere wird daher als eine Vorstufe zum Abschätzen des Wellenhöhenwerts des Empfangslichtsignals PV mittels eines Schwellenwert-Berechnungsschaltkreises 171 verarbeitet, der in der Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17 vorgesehen ist, wie in 9 gezeigt. Zuerst wird die Empfangslichtsignalspannung V von dem Lichtdetektor 131 in jeweils zwei Vergleichseinheiten 171a und 171b eingegeben. Die in die erste Vergleichseinheit 171a angegebene Empfangslichtsignalspannung V wird mit einer Schwellenwertspannung Vth1 verglichen, und eine rechteckige erste Ausgangswellenform wird erzeugt. Ebenso wird die in die zweite Vergleichseinheit 171b eingegebene Empfangslichtsignalspannung V mit einer Schwellenwertspannung Vth2 verglichen und eine rechteckige zweite Ausgabewellenform wird erzeugt. Als Nächstes werden Anstiegszeiten T1 und T2 und Abfallzeiten T3 und T4 der ersten Ausgangswellenform und der zweiten Ausgangswellenform jeweils durch einen Zeitmessschaltkreis 171c berechnet, mit einem Punkt, bei dem die Laserbetriebssignalspannung V, die veranlasst, dass der Laserstrahl L1 emittiert wird, anfängt anzusteigen, als eine Referenz.
Eine Bestimmung davon, ob die Empfangslichtsignalspannung V gesättigt ist oder nicht, wird entsprechend einem Wert einer Zeitdifferenz T3 - T2 zwischen der Anstiegszeit T2 bei der Schwellenspannung Vth2 und der Abfallzeit T3 bei der Schwellenspannung Vth2 ausgeführt. Insbesondere, ob die Empfangslichtsignalspannung V gesättigt ist oder nicht, hängt davon ab, welche Beziehung der Wert von T3 - T2 erfüllt, die von Gleichung (1) oder Gleichung (2). Hierbei gibt TI eine Laserbetriebssignal-Pulsweite an, gibt TS eine normale Rückstellzeit des Lichtdetektors 131 an und gibt α einen Korrekturkoeffizienten an. Die Empfangslichtsignalspannung V wird durch ein Rauschen und etwas Ähnliches beeinflusst und die Wellenform davon ist verfälscht, daher wird der Korrekturkoeffizient α vorab experimentell erhalten und zu der Laserbetriebssignal-Pulsweite TI hinzugefügt.
Wenn eine Menge an einfallendem Licht (die Intensität des reflektierten Laserstrahls L2) eine maximale Lademenge überschreitet, wird die Empfangslichtsignalspannung V gesättigt, und es ist Zeit notwendig, bis der Lichtdetektor 131 normal zurückgestellt ist (die normale Rückstellzeit). Die normale Rückstellzeit TS ist eine Zeit, bis eine in dem Lichtdetektor 131 gesammelte Ladung freigegeben ist, und hängt von dem Lichtdetektor 131 ab.
Wenn der Wert von T3 - T2 die Beziehung von Gleichung (1) erfüllt, wird bestimmt, dass ein Wellenhöhenwert Vp des Empfangslichtsignals PV eine Sättigungsspannung Vs nicht erreicht hat, und die Empfangslichtsignalspannung V ist in einem nicht-gesättigten Zustand (10A, 10B). Indessen, wenn der Wert von T3 - T2 die Beziehung von Gleichung (2) erfüllt, wird bestimmt, dass der Wellenhöhenwert Vp der Wellenform des Empfangslichtsignals PV die Sättigungsspannung Vs überschritten hat, und die Empfangslichtsignalspannung V in einem gesättigten Zustand ist (11A, 11B). $T 3 - T 2 \leq T I + T s + α$
$T 3 - T 2 > T I + T s + α$
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Abschätzen des Wellenhöhenwerts Vp beschrieben, wenn die Empfangslichtsignalspannung V in einem nicht-gesättigten Zustand ist. Wenn die Wellenform des Empfangslichtsignals PV und die Schwellenspannung in Vth1 und Vth2 definiert sind, sind die Beziehungen zwischen Zeit und Spannung bei jeder Schwellenwertspannung (T1, V1), (T2, V2), (T3, V3) und (T4, V4), wie in 12 gezeigt. Hierbei V1 und V4 = Vth1 und V2 und V3 = Vth2.
Wenn näherungsweise gerade Linien mit Neigungen, die zu dem Anstieg und dem Abfall des Empfangslichtsignals PV gehören, als y = ax + b und y = cx + b jeweils definiert sind, können die Neigungen (Steigungen) und Abschnitte mittels Gleichung (3) erhalten werden. $\begin{matrix} a = \frac{V_{2} - V_{1}}{T_{2} - T_{1}}, & b = \frac{T_{2} V_{1} - T_{1} V_{2}}{T_{2} - T_{1}}, \\ c = \frac{V_{1} - V_{2}}{T_{4} - T_{3}}, & d = \frac{T_{4} V_{2} - T_{3} V_{1}}{T_{4} - T_{3}} \end{matrix}$
Basierend auf den Neigungen und Abschnitten kann ein Schnittpunkt Vc der zwei näherungsweise geraden Linien wie in Gleichung (4) erhalten werden. $V_{C} = \frac{a d - b c}{a - c} = \frac{(V_{2} - V_{1}) (T_{4} V_{2} - T_{3} V_{1}) - (T_{2} V_{1} - T_{1} V_{2}) (V_{1} - V_{2})}{(V_{2} - V_{1}) (T_{4} - T_{3}) - (V_{1} - V_{2}) (T_{2} - T_{1})}$
Obwohl ein Fehler zwischen dem erhaltenen Schnittpunkt Vc der näherungsweise geraden Linien und dem Wellenhöhenwert Vp auftritt, der der tatsächliche Spitzenwert der Wellenform des Empfangslichtsignals PV ist, weist dieser Fehler ε eine Korrelation mit den Neigungen der näherungsweise geraden Linien auf, daher kann der Fehler ε vorab experimentell erhalten werden. Wenn die Breite der Wellenform des Empfangslichtsignals PV klein ist, wie in 13A gezeigt, nehmen die Steigungen der näherungsweise geraden Linien zu und der Fehler ε zwischen dem Schnittpunkt Vc der näherungsweise geraden Linien und dem Wellenhöhenwert Vp nimmt zu, allerdings, wenn die Breite der Wellenform des Empfangslichtsignals PV groß ist, wie in 13B gezeigt, nehmen die Neigungen der näherungsweise geraden Linien ab und der Fehler ε zwischen dem Schnittpunkt Vc der näherungsweise geraden Linien und dem Wellenhöhenwert Vp ab. Basierend auf diese Beziehung wird eine Fehlerkorrekturtabelle, die den Fehler ε zwischen den Neigungen der näherungsweise geraden Linien und dem Schnittpunkt Vc davon und dem Wellenhöhenwert Vp korrigiert, vorab basierend auf einem theoretischen Berechnungswert oder einem Experiment zusammengestellt, und es wird angenommen, dass ein Wert, der durch Subtrahieren des Fehlerbetrags von dem Schnittpunkt Vc der näherungsweise geraden Linien der Wellenhöhenwert ist.
Weiter wird ein Verfahren zum Abschätzen des Wellenhöhenwerts Vp beschrieben, wenn die Empfangslichtsignalspannung V in einem gesättigten Zustand ist. Wenn die Wellenform des Empfangslichtsignals PV und die Schwellenwertspannung Vth1 und Vth2 definiert sind, sind die Beziehungen zwischen der Zeit und der Empfangslichtsignalspannung V bei dem Schwellenwert (T1, V1), (T2, V2), (T3, V3) und (T4, V4) in derselben Weise, wie wenn die Empfangslichtsignalspannung V in einem nicht-gesättigten Zustand ist.
Wenn zwei näherungsweise gerade Linien unter Verwendung der Werte T3 - Ts und T4 - Ts eingestellt sind, wobei die normale Rückstellzeit Ts (die Zeit, bis eine gesättigte Ladung in dem Lichtdetektor freigegeben ist) von den Zeiten T3 und T4 subtrahiert wird, als Fall-Koordinaten der Wellenform des Empfangslichtsignals PV, wie in 14 gezeigt, können der Schnittpunkt Vc der näherungsweise geraden Linien in der nachstehenden Weise erhalten werden $V_{C} = \frac{(V_{2} - V_{1}) ((T_{4} - T s) V_{2} - (T_{3} - T s) V_{1}) - (T_{2} V_{1} - T_{1} V_{2}) (V_{1} - V_{2})}{(V_{2} - V_{1}) (T_{4} - T_{3} - 2 T s) - (V_{1} - V_{2}) (T_{2} - T_{1})}$
Obwohl der Fehler ε zwischen dem erhaltenen Schnittpunkt Vc der näherungsweise geraden Linien und dem Wellenhöhenwert Vp auftritt, weist dieser Fehler ε eine Korrelation mit den Steigungen der näherungsweise geraden Linien auf, daher wird dieselbe Fehlerkorrekturtabelle verwendet, wie wenn die Empfangslichtsignalspannung V nicht gesättigt ist, oder eine andere Fehlerkorrekturtabelle, die vorab experimentell erhalten ist, kann verwendet werden. Es wird angenommen, dass ein Wert, der durch Subtrahieren des Fehlerbetrags von dem Schnittpunkt Vc der näherungsweise geraden Linien erhalten wird, der Wellenhöhenwert ist.
Folglich kann eine Berechnung eines Wellenhöhenwerts mit hoher Genauigkeit, bei geringen Kosten und mit einer Konfiguration eines kleinen Schaltkreises mittels der bis hierhin beschriebenen Verfahren ausgeführt werden, die durch die Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit 17 umgesetzt werden. Weiter, wenn die Intensität von reflektiertem Licht hoch ist und die Ausgabe des Lichtdetektors gesättigt ist, wenn ein kurzer Abstand gemessen wird, kann der Wellenhöhenwert genau berechnet werden, selbst wenn ein Detektieren des Wellenhöhenwerts mit einer vorhandenen Schaltkreiskonfiguration schwierig ist.
Durch Bestrahlen einer Position vor dem eigenen Fahrzeug durch Scannen mit einem Laserstrahl, wie in 1 gezeigt, kann ein genaues Berechnen eines Wellenhöhenwert basierend auf ein Empfangslichtsignal und ein Unterscheiden einer Differenz in einer Lichtmenge, die von einem Detektionszielobjekt in einer Scanebene reflektiert wird, das Vorhandensein oder nicht einer weißen Linie auf eine Straßenoberfläche und eine Position davon beispielsweise genau festgestellt werden.
Auf diese Weise ist die Objektdetektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform derart, dass zusätzlich zum Aufweisen einer Funktion zum Messen des Abstands zu einem Detektionszielobjekt, ein Wellenhöhenwert mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann, durch näherungsweise gerade Linien, die zu den Neigungen des Anstiegs und des Abfalls von Empfangslichtsignal-Wellenformen, die eingestellt sind, und wobei der Wellenhöhenwert abgeschätzt und korrigiert wird, basierend auf dem Schnittpunkt der näherungsweise geraden Linien und einer Differenz in einer Reflektionslichtmenge von dem Detektionszielobjekt kann mittels des Wellenhöhenwerts unterschieden werden, daher kann die Objektdetektionsvorrichtung beispielsweise zum Feststellen einer weißen Linie auf einer Straßenoberfläche verwendet werden.
Zweite Ausführungsform
15 ist eine Figur, die einen Wellenformen des Empfangslichtsignals PV zeigt, die ein Wellenhöhenwert-Berechnungsziel einer Objektdetektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform ist. Da eine Konfiguration der Objektdetektionsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform identisch zu der der ersten Ausführungsform ist, die in 1 gezeigt ist, wird eine Beschreibung ausgelassen. Ein Unterschied zu der ersten Ausführungsform ist, dass ein Wellenhöhenwert-Abschätzungseinheit unterschiedlich ist.
Dieser Ausführungsform ist derart, sodass, wenn das Detektionszielobjekt 40 geneigt ist, die Wellenformen des Empfangslichtsignals PV nicht-symmetrisch ist, und den Neigungen einer näherungsweise geraden Linie des Anstiegs und eine näherungsweise gerade Linie des Abfalls der Wellenform des Empfangslichtsignals PV unterschiedlich sind, wie in 15 gezeigt. Wenn die Neigungen der näherungsweise gerade Linien sich unterscheiden, tritt der Fehler ε in dem abgeschätzten Wellenhöhenwert Vp auf, daher ist es notwendig das Vorhandensein oder etwas anderes einer Neigung des Detektionszielobjekt 40 zu bestimmen und eine Korrektur hinzuzufügen. Hierbei wird eine Differenz zwischen einer Neigung a der näherungsweise geraden Linie, die zu dem Anstieg gehört, und eine Neigung c der näherungsweise geraden Linie, die zu dem Abfall der Wellenform des Empfangslichtsignals PV gehört, erhalten. Es wird bestimmt, dass das Detektionszielobjekt 40 nicht geneigt ist, wenn die Beziehung von nachstehender Gleichung (6) erfüllt ist, und es wird bestimmt, dass das Detektionszielobjekt 40 geneigt ist, wenn die Beziehung von Gleichung (6) nicht erfüllt ist. Hierbei ist β beispielsweise eine beliebige Konstante und ist ein experimentell erhaltener Wert. Wenn bestimmt wird, dass das Detektionszielobjekt 40 geneigt ist, wird ein Korrekturwert, der aus einem theoretischen Berechnungswert oder einem experimentellen Wert zum korrigieren des Fehlers Y zwischen dem Schnittpunkt Vc und dem tatsächlichen Wellenhöhenwert Vp entsprechend der Differenz in den Neigungen der zwei näherungsweise geraden Linien erhalten ist, zu der Fehlerkorrekturtabelle für den Schnittpunkt Vc der zwei näherungsweise geraden Linien und dem Wellenhöhenwert Vp hinzugefügt, die in der ersten Ausführungsform gezeigt ist. $| a - c | \leq β$
Folglich, selbst wenn die Wellenform des Empfangslichtsignals sich aufgrund der Neigung und der Form des Detektionszielobjekts verändert, kann der Wellenhöhenwert mit hoher Genauigkeit durch den Neigungsgrad des Detektionszielobjekts abgeschätzt werden, der basierend auf der Differenz zwischen der Neigung des Anstiegs und der Neigung des Abfalls der Empfangslichtsignal-Wellenformen bestimmt ist, und eine Korrektur wird hinzugefügt.
Auf diese Weise ist die Objektdetektionsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform derart, dass zusätzlich zum Aufweisen dieselben Funktionen wie in der ersten Ausführungsform der Wellenhöhenwert mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann, selbst wenn das Detektionsziel geneigt ist, oder sich die externe Form unterscheidet.
Dritte Ausführungsform
Die 16A, 16B und 17A und 17B sind Figuren, die eine Wellenform des Empfangslichtsignals PV zeigen, dass ein Wellenhöhenwert-Berechnungsziel einer Objektdetektionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform ist. Da eine Konfiguration der Objektdetektionsvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform identisch zu der der ersten Ausführungsform ist, die in 1 gezeigt ist, wird eine Beschreibung ausgelassen. Ein Unterschied zu der ersten Ausführungsform ist, dass ein Wellenhöhenwert-Berechnungsverfahren unterschiedlich ist.
In dieser Ausführungsform wird der Wellenhöhenwert Vp unter der Annahme berechnet, dass die Wellenform des Empfangslichtsignals PV eine Gaußfunktion (eine normale Verteilungsfunktion) erfüllt. Eine Gaußfunktion ist in Gleichung (7) gezeigt. Weiter ist A ein maximaler Wert, ist p eine Mittelposition eines Spitzenwerts und ist b eine Halb-Breite bei einem Halb-Maximum. $f (x) = A \cdot exp (- l n 2 \cdot \frac{{(x - t)}^{2}}{w^{2}})$
Ein Umschreiben von Gleichung (7) ergibt Gleichung (8), wodurch der maximale Wert A erhalten werden kann. Hierbei stellt A den Wellenhöhenwert Vp der Wellenform des Empfangslichtsignals PV dar. $A = \frac{f (x)}{exp (- l n 2 \cdot \frac{{(x - t)}^{2}}{w^{2}})}$
Insbesondere werden die Schwellenwertspannung Vth und die Zeit T davon in Gleichung (8) eingegeben und der Wellenhöhenwert Vp wird erhalten. Wie in 16 B gezeigt, werden die Zeiten T1 und T2 von dem Start des Anstiegs der Lichtwellenbetriebssignalspannung V bis zu der Schwellenwertspannung Vth in eine Zeit Tw von einer Mittelposition der Wellenform des Empfangslichtsignals PV umgewandelt. Entweder die Spannung Vth1 oder die Schwellenwertspannung Vth2 können als die Schwellenwertspannung Vth verwendet werden. Hierin wird ein Fall beschrieben, bei dem die Schwellenwertspannung Vth1 verwendet wird.
Die Zeit Tp von der Mittelposition kann durch Gleichung (9) mittels den Zeiten T1 und T2 wiedergegeben werden. Gleichung (9) ist ein Fall, bei dem die Empfangslichtsignalspannung V nicht gesättigt ist.
Maximum w kann durch eine Tabelle erhalten werden, die eine Beziehung zwischen den Neigungen der zwei Schwellenwertspannung und der Halb-Breite bei dem Halb-Maximum w angibt, was experimentell vorab zusammengestellt ist.
Folglich kann durch Annehmen, dass die Empfangslichtsignal-Wellenform eine Gaußverteilung ist, ein Wellenhöhenwert durch einen Wellenhöhenwert berechnet werden, der von einer Schwellenwertspannung abgeleitet ist, die vorab mit einer Neigung korrigiert ist, unter Verwendung von zumindest einem Element einer Information aus der Neigung des Anstiegs und der Neigung des Abfalls der Empfangslichtsignal-Wellenform.
Ein Fall, bei dem die Empfangslichtsignal-Wellenform als eine Gaußfunktion angenommen wird, wurde in dieser Ausführungsform beschrieben, allerdings kann beispielsweise eine Lorentz-Funktion oder eine Voigt-Funktion als eine Funktion neben einer Gaußfunktion verwendet werden.
Auf diese Weise ist die Objektdetektionsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform derart, sodass durch Annehmen, dass die Empfangslichtsignal-Wellenform zu einer bestimmten Verteilungsfunktion gehört, ein Wellenhöhenwert mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden kann, in derselben Weise wie in der ersten Ausführungsform, durch einen Wellenhöhenwert, der von einer Schwellenwertspannung abgeleitet ist, die korrigiert ist, unter Verwendung von zumindest einem Element einer Information von der Neigung des Anstiegs und der Neigung des Abfalls der Empfangslichtsignal-Wellenform.
In dieser Ausführungsform, ist ein Fall, bei dem eine Laserlichtquelle als eine Suchwellenform verwendet wird, beschrieben, allerdings kann das Verfahren, bei dem ein Wellenhöhenwert aus einer reflektierten Welle erhalten wird, ebenso auf einen Fall angewendet werden, bei dem eine andere Lichtwelle (beispielsweise eine LED), eine Ultraschallwelle oder eine elektromagnetische Wellen verwendet wird. Ebenso kann zusätzlich zu dem vorstehenden Fahrzeug das Detektionszielobjekt ein Hindernis oder eine auf einer Straßenoberfläche markierte Anzeige sein. Ebenso kann eine Suchvorrichtung nach vorne, nach hinten oder zur Seite des eigenen Fahrzeugs gerichtet sein.
Obwohl die vorliegende Anmeldung oben in Bezug auf verschiedene beispielhafte Ausführungsformen und Umsetzungen beschrieben ist, sollte verstanden werden, dass verschiedene Merkmale, Aspekte und Funktionalitäten, die in einer oder mehreren der einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, nicht in deren Anwendbarkeit auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt sind, mit der diese beschrieben sind, sondern stattdessen alleine oder in verschiedenen Kombinationen mit einer oder mehreren der Ausführungsformen angewendet werden können.
Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen, die nicht beispielhaft angeführt sind, ohne Abweichen von dem Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung erdacht werden können. Beispielsweise kann zumindest eine der Merkmalskomponenten modifiziert, hinzugefügt oder entfernt werden. Zumindest eine der in zumindest einer der bevorzugten Ausführungsformen genannten Merkmalskomponenten kann ausgewählt und mit den Merkmalskomponenten kombiniert werden, die in einer anderen bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind.
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 4771796 B2 [0004, 0006]
JP 6412399 B2 [0005, 0007]

Claims

Eine Objektdetektionsvorrichtung (1), umfassend: eine Suchwellen-Ausgabeeinheit (11), die eine puls-förmige Suchwelle (L1) in Richtung eines Erfassungszielobjekts (40) emittiert; eine Reflektionswellen-Empfangseinheit (13), die eine reflektierte Welle (L2) empfängt, die die von dem Erfassungszielobjekt (40) reflektierte Suchwelle ist; und eine Abstandsberechnungseinheit (16), die einen Abstand zu dem Erfassungszielobjekt (40) basierend auf einer Zeit berechnet, die von einer Emission der Suchwelle (L1) bis zu einem Empfang der reflektierten Welle (L2) benötigt wird; wobei die Objektdetektionsvorrichtung (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass die Objektdetektionsvorrichtung (1) umfasst eine Wellenhöhenwert-Berechnungseinheit (17), die eine näherungsweise gerade Linie basierend auf einer Neigung eines Anstiegs und/oder eines Abfalls einer Wellenform der reflektierten Welle (L2) bei einem eingestellten Schwellenwert erhält und einen Wellenhöhenwert Vp der reflektierten Welle (L2) basierend auf der näherungsweise geraden Linie berechnet.
Objektdetektionsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Wellenhöhenwert (Vp) basierend auf einem Schnittpunkt der näherungsweise geraden Linie des Anstiegs und der näherungsweise geraden Linie des Abfalls berechnet wird, die basierend auf zwei Schwellenwerten erhalten werden.
Objektdetektionsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Wellenhöhenwert (Vp) basierend auf einer Pulsweite der reflektierten Welle (L2) an einem der Schwellenwerte und der näherungsweise geraden Linie berechnet wird.
Objektdetektionsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bestimmt wird, ob eine empfangene Ausgabe der reflektierten Welle (L2) gesättigt ist oder nicht, basierend auf einer Differenz zwischen einer Zeit des Anstiegs und einer Zeit des Abfalls der Wellenform der reflektierten Welle (L2) bei dem Schwellenwert.
Objektdetektionsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 4, wobei, wenn bestimmt wird, dass die empfangene Ausgabe der reflektierten Welle (L2) gesättigt ist, der Wellenhöhenwert Vp unter Verwendung einer Ausgabesättigungsrückstellzeit einer Empfangsvorrichtung, die die reflektierte Welle (L2) empfängt, korrigiert wird.