JP2018054426A - Information processing device, optical apparatus, control method, program, and storage medium - Google Patents

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Yukio Hayashi
幸雄 林
阿部 義徳
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an information processing device capable of suitably reducing noise superposed on an output signal from a light-receiving unit.SOLUTION: A lidar 1 includes: a scan unit 55 for emitting emission light Lo corresponding to a pulse trigger signal PT; an APD 41 for receiving return light Lr of the emission light Lo; and a DSP 16. The DSP 16 includes a synchronization obstruction estimation unit 71 that extracts a reception segment v where an amount of the return light Lr is estimated to be equal to or less than a prescribed value on the basis of current position information IP and map information IM, and calculates estimated synchronization obstruction w, i.e. a noise signal due to the pulse trigger signal PT or the like from the reception segment v.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、レーザ光を利用した光学機器の情報処理技術に関する。   The present invention relates to an information processing technique for an optical device using laser light.

従来から、光を利用した測距装置として、パルス光を測定対象物に対して射出し、測定対象物で反射したパルス光の受光タイミングに基づいて測定対象物までの距離を測定するように構成されたものが広く利用されている。例えば、特許文献1には、制御部でトリガ信号が生成され、トリガ信号を起点としてパルス光を測定対象物に対して射出し、測定対象物で反射したパルス光を受光部により受光して受光信号を生成する測距装置が開示されている。   Conventionally, as a distance measuring device using light, it is configured to emit pulsed light to the measurement object and measure the distance to the measurement object based on the light reception timing of the pulsed light reflected by the measurement object What has been made is widely used. For example, in Patent Document 1, a trigger signal is generated by a control unit, pulse light is emitted from a trigger signal to a measurement object, and pulse light reflected by the measurement object is received by a light receiving unit. A distance measuring device that generates a signal is disclosed.

特開2007−256191号公報JP 2007-256191 A

パルス光を射出するタイミングを規定するトリガ信号は、受光部の出力レベルに対して非常に大きいため、トリガ信号の立ち上がり及び立下りに含まれる高周波成分に起因したノイズが受光部の出力信号に重畳された場合に誤差の原因となる。   The trigger signal that defines the timing of emitting pulsed light is very large with respect to the output level of the light receiving unit, so noise caused by high frequency components included in the rising and falling edges of the trigger signal is superimposed on the output signal of the light receiving unit. Cause an error.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、受光部の出力信号に重畳されるノイズを好適に低減することが可能な情報処理装置を提供することを主な目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a main object of the present invention is to provide an information processing apparatus that can suitably reduce noise superimposed on an output signal of a light receiving unit. And

請求項に記載の発明は、第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、前記レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部と、を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理する情報処理装置であって、前記出力信号における、前記戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定部を備える。   The invention described in claim is the light reception of an optical device comprising: an irradiation unit that irradiates a laser beam in response to a first signal; and a light receiving unit that receives the return light reflected from the object by the laser beam. An information processing apparatus that processes an output signal of a unit, comprising: an estimation unit that estimates a noise signal caused by the first signal based on a dark output signal in which the return light is less than or equal to a predetermined value in the output signal .

請求項に記載の発明は、第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、前記レーザ光の戻り光を受光する受光部と、を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理する情報処理装置であって、現在位置情報と地物の位置情報を含む地図情報とを取得する第1取得部と、前記現在位置情報と前記地図情報とに基づいて、前記出力信号から前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定部と、を備える。   The invention described in claim 5 processes an output signal of the light receiving unit of an optical apparatus including an irradiation unit that emits laser light in accordance with a first signal and a light receiving unit that receives return light of the laser light. A first acquisition unit that acquires current position information and map information including position information of a feature, and the output signal based on the current position information and the map information. And an estimation unit that estimates a noise signal caused by one signal.

請求項に記載の発明は、光学機器であって、第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、前記レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部と、前記出力信号における、前記戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定部と、を備える。   The invention described in claim is an optical apparatus, wherein an irradiation unit that irradiates a laser beam according to a first signal, a light receiving unit that receives a return light reflected from an object, and the laser beam, An estimation unit that estimates a noise signal caused by the first signal based on a dark output signal in which the return light is equal to or less than a predetermined value in the output signal.

請求項に記載の発明は、第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、前記レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部と、を備える光学機器が実行する制御方法であって、前記出力信号における、前記戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定工程を有する。   The invention described in claim is executed by an optical device including an irradiation unit that irradiates a laser beam in response to a first signal, and a light receiving unit that receives the return light reflected from the object by the laser beam. A control method, comprising: an estimation step of estimating a noise signal caused by the first signal based on a dark output signal in which the return light is less than or equal to a predetermined value in the output signal.

請求項に記載の発明は、第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、前記レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部と、を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理するコンピュータが実行するプログラムであって、前記出力信号における、前記戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定部として前記コンピュータを機能させる。   The invention described in claim is the light reception of an optical device comprising: an irradiation unit that irradiates a laser beam in response to a first signal; and a light receiving unit that receives the return light reflected from the object by the laser beam. An estimation unit for estimating a noise signal caused by the first signal based on a dark output signal in which the return light is less than or equal to a predetermined value in the output signal, which is a program executed by a computer that processes the output signal of the unit To make the computer function.

実施例に係るライダの全体構成を示す。1 shows an overall configuration of a rider according to an embodiment. トランスミッタ及びレシーバの構成を示す。The structure of a transmitter and a receiver is shown. 走査光学部の構成を示す。The structure of a scanning optical part is shown. 同期制御部が生成する制御信号のレジスタ設定例を示す。The register setting example of the control signal which a synchronous control part produces | generates is shown. 同期制御部が生成する制御信号の時間的関係を示す。The time relationship of the control signal which a synchronous control part produces | generates is shown. ADC出力信号とゲートの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an ADC output signal and a gate. ロータリーエンコーダのパルス列の時間的関係を示す。The time relationship of the pulse train of a rotary encoder is shown. 定常状態でのエンコーダパルスとセグメントスロットの時間関係を示すShows the time relationship between encoder pulse and segment slot in steady state パルストリガ信号と受信セグメント信号との関係を示す。The relationship between a pulse trigger signal and a received segment signal is shown. ライダを搭載した車両周辺の俯瞰図である。It is a bird's-eye view around the vehicle carrying a rider. DSPの行う信号処理のブロック図を示す。The block diagram of the signal processing which DSP performs is shown. 1つのセグメント期間内における基準受信パルス及びインパルス応答の波形を示す。The waveform of the reference | standard reception pulse and impulse response in one segment period is shown. フィルタードセグメントの例である。It is an example of a filtered segment. ライダを搭載した車両周辺の俯瞰図である。It is a bird's-eye view around the vehicle carrying a rider.

本発明の好適な実施形態によれば、第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、前記レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部と、を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理する情報処理装置であって、前記出力信号における、前記戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定部を備える。   According to a preferred embodiment of the present invention, an optical apparatus comprising: an irradiating unit that irradiates a laser beam in response to a first signal; and a light receiving unit that receives the return light reflected from the object by the laser beam. An information processing apparatus for processing an output signal of the light receiving unit, wherein the noise signal caused by the first signal is estimated based on a dark output signal in which the return light is not more than a predetermined value in the output signal A part.

上記情報処理装置は、第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、当該レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部とを備える光学機器の受光部の出力信号を処理するものであって、推定部を備える。推定部は、受光部の出力信号における、戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて、第1の信号に起因するノイズ信号を推定する。この態様により、情報処理装置は、照射部がレーザ光を照射するタイミングを規定する第1の信号の高周波成分等に起因して受光部の出力信号に重畳されるノイズ信号を、受光部が受光する戻り光が発生しない又は戻り光の光量が極めて小さいときの受光部の出力信号である暗出力信号に基づいて、的確に推定することができる。   The information processing apparatus outputs an output signal of a light receiving unit of an optical apparatus, which includes an irradiation unit that emits laser light according to a first signal, and a light receiving unit that receives return light reflected from the object. And includes an estimation unit. The estimation unit estimates a noise signal caused by the first signal based on a dark output signal in which the return light is not more than a predetermined value in the output signal of the light receiving unit. According to this aspect, the information processing apparatus receives the noise signal superimposed on the output signal of the light receiving unit due to the high frequency component of the first signal that defines the timing at which the irradiation unit emits the laser light. Therefore, it can be accurately estimated based on a dark output signal that is an output signal of the light receiving unit when no return light is generated or when the amount of the return light is extremely small.

上記情報処理装置の一態様では、情報処理装置は、現在位置情報と地物の位置情報を含む地図情報とを取得する第1取得部を更に備え、前記推定部は、前記現在位置情報と前記地図情報とに基づいて、前記出力信号から前記暗出力信号を特定する。この態様により、情報処理装置は、地図情報に基づき地物の相対位置を好適に認識し、レーザ光を反射する地物が存在しないときに得られた受光部の出力信号を、暗出力信号として好適に特定することができる。   In one aspect of the information processing apparatus, the information processing apparatus further includes a first acquisition unit that acquires current position information and map information including position information of a feature, and the estimation unit includes the current position information and the Based on the map information, the dark output signal is identified from the output signal. According to this aspect, the information processing apparatus appropriately recognizes the relative position of the feature based on the map information, and uses the output signal of the light receiving unit obtained when there is no feature reflecting the laser light as the dark output signal. It can specify suitably.

上記情報処理装置の他の一態様では、前記推定部は、前記現在位置情報が示す位置から所定範囲内に前記地物が存在しない特定位置における前記出力信号を前記暗出力信号と特定する。情報処理装置は、この態様により、レーザ光を反射する地物が存在しない特定位置で得られた受光部の出力信号を、暗出力信号として好適に特定することができる。   In another aspect of the information processing apparatus, the estimation unit identifies the output signal at a specific position where the feature does not exist within a predetermined range from the position indicated by the current position information as the dark output signal. According to this aspect, the information processing apparatus can suitably specify the output signal of the light receiving unit obtained at a specific position where there is no feature reflecting the laser light as the dark output signal.

上記情報処理装置の他の一態様では、前記推定部は、前記現在位置情報が示す位置から所定範囲内に前記地物が存在しない方向である特定方向を特定し、前記照射部が前記特定方向に照射した前記レーザ光の戻り光を示す前記出力信号を、前記暗出力信号と特定する。情報処理装置は、この態様により、所定距離以内に地物が存在する場合であっても、当該地物が存在しない特定方向に対応する受光部の出力信号を暗出力信号として特定し、ノイズ推定を好適に行うことができる。   In another aspect of the information processing apparatus, the estimation unit specifies a specific direction in which the feature does not exist within a predetermined range from the position indicated by the current position information, and the irradiation unit includes the specific direction. The output signal indicating the return light of the laser beam irradiated on is identified as the dark output signal. According to this aspect, the information processing apparatus specifies the output signal of the light receiving unit corresponding to the specific direction where the feature does not exist as a dark output signal even when the feature exists within a predetermined distance, and performs noise estimation Can be suitably performed.

上記情報処理装置の他の一態様では、情報処理装置は、前記受光部の出力信号から、前記推定部によって推定されたノイズ信号を減算する減算部をさらに備える。この態様により、情報処理装置は、第1の信号に起因したノイズ信号が除去された受光部の出力信号を好適に生成することができる。   In another aspect of the information processing apparatus, the information processing apparatus further includes a subtraction unit that subtracts the noise signal estimated by the estimation unit from the output signal of the light receiving unit. According to this aspect, the information processing apparatus can suitably generate the output signal of the light receiving unit from which the noise signal due to the first signal has been removed.

上記情報処理装置の他の一態様では、前記推定部は、前記照射部が複数回走査したときにそれぞれ得られた前記暗出力信号を平均化することで、前記ノイズ信号を推定する。この態様により、情報処理装置は、ノイズ信号を高精度に推定することができる。   In another aspect of the information processing apparatus, the estimation unit estimates the noise signal by averaging the dark output signals obtained when the irradiation unit scans a plurality of times. According to this aspect, the information processing apparatus can estimate the noise signal with high accuracy.

上記情報処理装置の他の一態様では、前記第1の信号は、パルス信号であり、前記照射部は、前記パルス信号に基づき、異なる照射方向ごとにパルス光を前記レーザ光として照射する。この態様では、情報処理装置は、照射部のレーザ光の照射タイミングを規定するパルス信号の立ち上がり及び立下りに含まれる高周波成分に起因したノイズ信号を好適に推定することができる。   In another aspect of the information processing apparatus, the first signal is a pulse signal, and the irradiation unit irradiates pulse light as the laser light for each different irradiation direction based on the pulse signal. In this aspect, the information processing apparatus can preferably estimate a noise signal due to a high-frequency component included in the rising and falling edges of the pulse signal that defines the irradiation timing of the laser beam of the irradiation unit.

本発明の好適な実施形態によれば、第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、前記レーザ光の戻り光を受光する受光部と、を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理する情報処理装置であって、現在位置情報と地物の位置情報を含む地図情報とを取得する第1取得部と、前記現在位置情報と前記地図情報とに基づいて、前記出力信号から前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定部と、を備える。この態様により、情報処理装置は、地図情報に登録された地物の相対位置関係を好適に把握し、受光部の出力信号から第1の信号に起因するノイズ信号を的確に推定することができる。   According to a preferred embodiment of the present invention, an output of the light receiving unit of an optical apparatus comprising: an irradiation unit that irradiates laser light according to a first signal; and a light receiving unit that receives return light of the laser light. An information processing apparatus for processing a signal, wherein the output signal is based on a first acquisition unit that acquires current position information and map information including position information of a feature, and the current position information and the map information. To an estimation unit for estimating a noise signal caused by the first signal. According to this aspect, the information processing apparatus can appropriately grasp the relative positional relationship between the features registered in the map information, and can accurately estimate the noise signal caused by the first signal from the output signal of the light receiving unit. .

本発明の他の好適な実施形態によれば、光学機器は、第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、前記レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部と、前記出力信号における、前記戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定部と、を備える。この態様により、光学機器は、照射部がレーザ光を照射するタイミングを規定する第1の信号の高周波成分等に起因して受光部の出力信号に重畳されるノイズ信号を、的確に推定することができる。   According to another preferred embodiment of the present invention, the optical device includes an irradiation unit that irradiates a laser beam in response to the first signal, and a light receiving unit that receives the return light reflected from the object. And an estimation unit that estimates a noise signal caused by the first signal based on a dark output signal in which the return light is less than or equal to a predetermined value in the output signal. According to this aspect, the optical apparatus accurately estimates the noise signal superimposed on the output signal of the light receiving unit due to the high frequency component of the first signal that defines the timing at which the irradiation unit irradiates the laser beam. Can do.

本発明の他の好適な実施形態によれば、第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、前記レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部と、を備える光学機器が実行する制御方法であって、前記出力信号における、前記戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定工程を有する。光学機器は、この制御方法を実行することで、照射部がレーザ光を照射するタイミングを規定する第1の信号の高周波成分等に起因して受光部の出力信号に重畳されるノイズ信号を、的確に推定することができる。   According to another preferred embodiment of the present invention, an irradiating unit that irradiates a laser beam in response to a first signal, and a light receiving unit that receives the return light reflected from the object by the laser beam. A control method executed by an optical apparatus, comprising: an estimation step of estimating a noise signal caused by the first signal based on a dark output signal in which the return light is less than or equal to a predetermined value in the output signal. By executing this control method, the optical apparatus performs a noise signal superimposed on the output signal of the light receiving unit due to the high frequency component of the first signal that defines the timing at which the irradiation unit irradiates the laser beam, It can be estimated accurately.

本発明の他の好適な実施形態によれば、第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、前記レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部と、を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理するコンピュータが実行するプログラムであって、前記出力信号における、前記戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定部として前記コンピュータを機能させる。コンピュータは、このプログラムを実行することで、照射部がレーザ光を照射するタイミングを規定する第1の信号の高周波成分等に起因して受光部の出力信号に重畳されるノイズ信号を、的確に推定することができる。好適には、上記プログラムは、記憶媒体に記憶される。   According to another preferred embodiment of the present invention, an irradiating unit that irradiates a laser beam in response to a first signal, and a light receiving unit that receives the return light reflected from the object by the laser beam. A noise signal caused by the first signal based on a dark output signal in which the return light is not more than a predetermined value in the output signal, which is a program executed by a computer that processes the output signal of the light receiving unit of the optical device The computer is caused to function as an estimation unit that estimates. By executing this program, the computer accurately outputs a noise signal superimposed on the output signal of the light receiving unit due to the high frequency component of the first signal that defines the timing at which the irradiation unit irradiates the laser beam. Can be estimated. Preferably, the program is stored in a storage medium.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<基本説明>
まず、実施例に係るライダの基本的な構成について説明する。
<Basic explanation>
First, a basic configuration of the rider according to the embodiment will be described.

(1)全体構成
図1は、実施例に係るライダの全体構成を示す。ライダ1は、繰り返し射出される光パルスの射出方向(以下、「走査方向」という。)を適切に制御することにより周辺空間を走査し、その戻り光を観測することにより、周辺に存在する物体に関する情報(例えば距離やその存在確率あるいは反射率など)を把握する。具体的に、ライダ1は、光パルス(以下、「射出光」と呼ぶ。)Loを射出し、外部の物体(ターゲット)により反射された光パルス(以下、「戻り光」と呼ぶ。)Lrを受光することにより、物体に関する情報を生成する。ライダ1は、本発明における「光学機器」の一例である。
(1) Overall Configuration FIG. 1 shows the overall configuration of a rider according to an embodiment. The lidar 1 scans the surrounding space by appropriately controlling the emission direction of the light pulse that is repeatedly emitted (hereinafter referred to as “scanning direction”), and observes the return light to thereby detect an object existing in the vicinity. Information about the distance (for example, distance, existence probability or reflectance). Specifically, the lidar 1 emits a light pulse (hereinafter referred to as “emitted light”) Lo and is reflected by an external object (target) (hereinafter referred to as “returned light”) Lr. Is received to generate information about the object. The lidar 1 is an example of the “optical device” in the present invention.

図1に示すように、ライダ1は、大別して、システムCPU5と、ASIC10と、トランスミッタ30と、レシーバ40と、走査光学部50とを備える。トランスミッタ30は、ASIC10から供給されるパルストリガ信号PTに応じて幅5nsec程度のレーザ光パルスを繰り返し出力する。トランスミッタ30から出力された光パルスは走査光学部50に導かれる。   As shown in FIG. 1, the lidar 1 roughly includes a system CPU 5, an ASIC 10, a transmitter 30, a receiver 40, and a scanning optical unit 50. The transmitter 30 repeatedly outputs a laser light pulse having a width of about 5 nsec in accordance with the pulse trigger signal PT supplied from the ASIC 10. The light pulse output from the transmitter 30 is guided to the scanning optical unit 50.

走査光学部50は、トランスミッタ30が出力する光パルスを、適切な方向に射出するとともに、この射出光が空間中の物体に出会って反射あるいは散乱されることにより戻ってきた戻り光Lrを集光してレシーバ40に導く。走査光学部50は、本発明における「照射部」の一例である。レシーバ40は、戻り光Lrの強度に比例した信号をASIC10に出力する。レシーバ40は、本発明における「受光部」の一例である。   The scanning optical unit 50 emits the light pulse output from the transmitter 30 in an appropriate direction, and collects the return light Lr that is returned when the emitted light encounters an object in space and is reflected or scattered. To the receiver 40. The scanning optical unit 50 is an example of the “irradiation unit” in the present invention. The receiver 40 outputs a signal proportional to the intensity of the return light Lr to the ASIC 10. The receiver 40 is an example of the “light receiving unit” in the present invention.

ASIC10は、レシーバ40の出力信号を解析することにより、走査空間中の物体に関するパラメータ、例えばその距離を推測して出力する。また、ASIC10は、適切な走査がなされるように、走査光学部50を制御する。更にASIC10はトランスミッタ30とレシーバ40に対して夫々が必要とする高電圧を供給する。   The ASIC 10 analyzes the output signal of the receiver 40 to estimate and output a parameter related to the object in the scanning space, for example, the distance. Further, the ASIC 10 controls the scanning optical unit 50 so that appropriate scanning is performed. Further, the ASIC 10 supplies the transmitter 30 and the receiver 40 with the high voltages required by each.

システムCPU5は、少なくとも、通信インターフェースを通じてASIC10の初期設定、監視、制御を行う。その他の機能は、アプリケーションに応じて異なる。最も単純なライダの場合には、システムCPU5は、ASIC10が出力するターゲット情報TIを適切なフォーマットに変換して出力するのみである。システムCPU5は、例えば、ターゲット情報TIを汎用性の高い点群フォーマットに変換した後、USBインターフェースを通じて出力する。   The system CPU 5 performs initial setting, monitoring, and control of the ASIC 10 through at least a communication interface. Other functions differ depending on the application. In the case of the simplest lidar, the system CPU 5 only converts the target information TI output from the ASIC 10 into an appropriate format and outputs it. For example, the system CPU 5 converts the target information TI into a highly versatile point cloud format, and then outputs it through the USB interface.

(2)トランスミッタ
トランスミッタ30は、ASIC10から供給されるパルストリガ信号PTに応じて、幅5nsec程度の光パルスを出力する。トランスミッタ30の構成を図2(A)に示す。トランスミッタ30は、充電抵抗31と、ドライバ回路32と、キャパシタ33と、充電ダイオード34と、レーザダイオード(LD)35と、CMOSスイッチ36とを備える。
(2) Transmitter The transmitter 30 outputs an optical pulse having a width of about 5 nsec in response to the pulse trigger signal PT supplied from the ASIC 10. The structure of the transmitter 30 is shown in FIG. The transmitter 30 includes a charging resistor 31, a driver circuit 32, a capacitor 33, a charging diode 34, a laser diode (LD) 35, and a CMOS switch 36.

ASIC10から入力されるパルストリガ信号PTは、ドライバ回路32を介してCMOSなどのスイッチ36を駆動する。ドライバ回路32は、スイッチ36を高速駆動するために挿入されている。パルストリガ信号PTの非アサート期間ではスイッチ36は開いており、トランスミッタ30内のキャパシタ33がASIC10から供給される高電圧VTXで充電される。一方、パルストリガ信号PTのアサート期間では、スイッチ36は閉じ、キャパシタ33に充電されていた電荷がLD35を通じて放電される。この結果、LD35から光パルスが出力される。 The pulse trigger signal PT input from the ASIC 10 drives a switch 36 such as a CMOS via the driver circuit 32. The driver circuit 32 is inserted to drive the switch 36 at high speed. During the non-assertion period of the pulse trigger signal PT, the switch 36 is open, and the capacitor 33 in the transmitter 30 is charged with the high voltage V TX supplied from the ASIC 10. On the other hand, in the assertion period of the pulse trigger signal PT, the switch 36 is closed, and the charge charged in the capacitor 33 is discharged through the LD 35. As a result, an optical pulse is output from the LD 35.

(3)レシーバ
レシーバ40は、物体からの戻り光Lrの強度に比例した電圧信号を出力する。一般的に、PDあるいはAPDなどの光検出素子は電流出力であるため、レシーバ40はこの電流を電圧に変換(I/V変換)して出力する。レシーバ40の構成を図2(B)に示す。レシーバ40は、APD(Avalanche Photodiode)41と、I/V変換部42と、抵抗45と、キャパシタ46と、ローパスフィルタ(LPF)47とを備える。I/V変換部42は、帰還抵抗43と、オペアンプ44とを備える。
(3) Receiver The receiver 40 outputs a voltage signal proportional to the intensity of the return light Lr from the object. In general, a photodetection element such as a PD or APD has a current output, so the receiver 40 converts this current into a voltage (I / V conversion) and outputs it. The structure of the receiver 40 is shown in FIG. The receiver 40 includes an APD (Avalanche Photodiode) 41, an I / V conversion unit 42, a resistor 45, a capacitor 46, and a low-pass filter (LPF) 47. The I / V conversion unit 42 includes a feedback resistor 43 and an operational amplifier 44.

本実施例では、光検出素子としてAPD41が使用されている。APD41には、ASIC10から供給される高電圧VRXが逆バイアスとして印加されており、物体からの戻り光Lrに比例した検出電流が流れる。APD41の降伏電圧に近い逆バイアスを印加することにより、高いアバランチゲインを得ることができ、微弱な戻り光も検出することが可能となる。最終段のLPF47は、ASIC10内のADC20によるサンプリングに先立って、信号の帯域幅を制限する目的で設置されている。本実施例では、ADC20のサンプリング周波数は512MHzであり、LPF47の遮断周波数は250MHz程度となっている。 In the present embodiment, APD 41 is used as the light detection element. A high voltage V RX supplied from the ASIC 10 is applied to the APD 41 as a reverse bias, and a detection current proportional to the return light Lr from the object flows. By applying a reverse bias close to the breakdown voltage of the APD 41, a high avalanche gain can be obtained and a weak return light can be detected. The LPF 47 at the final stage is installed for the purpose of limiting the signal bandwidth prior to sampling by the ADC 20 in the ASIC 10. In this embodiment, the sampling frequency of the ADC 20 is 512 MHz, and the cutoff frequency of the LPF 47 is about 250 MHz.

(4)走査光学部
走査光学部50は、トランスミッタ30から入力される光パルスを射出光Loとして適切な方向に射出するとともに、この射出光Loが空間中の物体に出会って反射あるいは散乱されることにより戻ってきた戻り光Lrをレシーバ40に導く。走査光学部50の構成例を図3に示す。走査光学部50は、回転ミラー61と、コリメータレンズ62と、集光レンズ64と、光学フィルタ65と、同軸ミラー66と、ロータリーエンコーダ67とを備える。
(4) Scanning optical unit The scanning optical unit 50 emits the light pulse input from the transmitter 30 as an emitted light Lo in an appropriate direction, and the emitted light Lo encounters an object in the space and is reflected or scattered. The return light Lr returned by this is guided to the receiver 40. A configuration example of the scanning optical unit 50 is shown in FIG. The scanning optical unit 50 includes a rotary mirror 61, a collimator lens 62, a condenser lens 64, an optical filter 65, a coaxial mirror 66, and a rotary encoder 67.

トランスミッタ30のLD35から出力された光パルスは、コリメータレンズ62に入射する。コリメータレンズ62は、レーザ光を適切な発散角度に(一般的には0〜1°程度に)コリメートする。コリメータレンズ62からの射出光は小型の同軸ミラー66により鉛直下方に反射され、回転ミラー61の回転軸(中心)に入射する。回転ミラー61は、鉛直上方より入射するレーザ光を水平方向に反射して、走査空間に射出する。回転ミラー61はモータ54の回転部に取り付けられており、回転ミラー61によって反射されたレーザ光はモータ54の回転に伴って射出光Loとして水平平面を走査する。   The light pulse output from the LD 35 of the transmitter 30 enters the collimator lens 62. The collimator lens 62 collimates the laser light at an appropriate divergence angle (generally, about 0 to 1 °). Light emitted from the collimator lens 62 is reflected vertically downward by a small coaxial mirror 66 and enters the rotation axis (center) of the rotary mirror 61. The rotating mirror 61 reflects the laser beam incident from vertically above in the horizontal direction and emits it to the scanning space. The rotating mirror 61 is attached to the rotating portion of the motor 54, and the laser beam reflected by the rotating mirror 61 scans the horizontal plane as the emitted light Lo as the motor 54 rotates.

走査空間に存在する物体により反射あるいは散乱されることでライダ1に戻ってきた戻り光Lrは、回転ミラー61により鉛直上方向に反射され、光学フィルタ65に入射する。光学フィルタ65には、戻り光Lrに加えて、物体が太陽等により照らされていることによって生じる背景光も入射する。光学フィルタ65は、こうした背景光を選択的に排除するために設置されている。具体的には、光学フィルタ65は、射出光Loの波長(本実施例では905nm)の前後±10nm程度の成分のみを選択的に通過せしめる。光学フィルタ65の通過帯域が広い場合には、多くの背景光が後続段のレシーバ40に入光することになる。この結果、レシーバ40内のAPD41の出力には大きなDC電流成分が現れることとなり、このDC成分に起因するショット雑音(背景光ショット雑音)の影響によりSNが劣化することとなり、好ましくない。しかしながら、通過帯域が過度に狭い場合には、射出光自体も抑圧されることになり、好ましくない。集光レンズ64は、光学フィルタ65を通過した光を集光して、レシーバ40のAPD41へと導く。   The return light Lr returned to the lidar 1 by being reflected or scattered by an object existing in the scanning space is reflected vertically upward by the rotating mirror 61 and enters the optical filter 65. In addition to the return light Lr, background light generated when the object is illuminated by the sun or the like also enters the optical filter 65. The optical filter 65 is installed to selectively exclude such background light. Specifically, the optical filter 65 selectively allows only a component of about ± 10 nm before and after the wavelength of the emitted light Lo (905 nm in this embodiment). When the pass band of the optical filter 65 is wide, a lot of background light enters the receiver 40 at the subsequent stage. As a result, a large DC current component appears in the output of the APD 41 in the receiver 40, and the SN deteriorates due to the influence of shot noise (background light shot noise) caused by this DC component, which is not preferable. However, when the pass band is excessively narrow, the emitted light itself is suppressed, which is not preferable. The condensing lens 64 condenses the light that has passed through the optical filter 65 and guides it to the APD 41 of the receiver 40.

モータ54には、走査方向を検出するために、ロータリーエンコーダ67が取り付けられている。ロータリーエンコーダ67は、モータ回転部に取り付けられた回転盤68と、モータベースに取り付けられたコード検出器69とを備える。回転盤68の外周にはモータ54の回転角度を表すスリットが刻まれており、コード検出器69はこれを読み取り出力する。なお、ロータリーエンコーダ67の具体的仕様、及びその出力に基づくモータ制御については、後述する。   A rotary encoder 67 is attached to the motor 54 in order to detect the scanning direction. The rotary encoder 67 includes a turntable 68 attached to the motor rotating unit and a code detector 69 attached to the motor base. A slit indicating the rotation angle of the motor 54 is formed on the outer periphery of the rotating disk 68, and the code detector 69 reads and outputs this. Note that specific specifications of the rotary encoder 67 and motor control based on the output will be described later.

以上の構成では、コリメータレンズ62が図1に示す送信光学系51を構成し、回転ミラー61とモータ54が図1に示す走査部55を構成し、光学フィルタ65と集光レンズ64が図1に示す受信光学系52を構成し、ロータリーエンコーダ67が図1における走査方向検出部53を構成している。   In the above configuration, the collimator lens 62 constitutes the transmission optical system 51 shown in FIG. 1, the rotating mirror 61 and the motor 54 constitute the scanning unit 55 shown in FIG. 1, and the optical filter 65 and the condenser lens 64 are shown in FIG. 1 and the rotary encoder 67 constitutes the scanning direction detector 53 in FIG.

(5)ASIC
ASIC10は、射出光パルスのタイミング制御、APD出力信号のAD変換などを行う。また、ASIC10は、AD変換出力に対して適切な信号処理を施すことにより、物体に関するパラメータ(距離、戻り光強度など)の推定を行い、その推定結果を外部に出力する。図1に示すように、ASIC10は、レジスタ部11と、クロック生成部12と、同期制御部13と、ゲート抽出部14と、受信セグメントメモリ15と、DSP16と、トランスミッタ用高電圧生成部(TXHV)17と、レシーバ用高電圧生成部(RXHV)18と、プリアンプ19と、AD変換器(ADC)20と、走査制御部21とを備える。
(5) ASIC
The ASIC 10 performs timing control of the emitted light pulse, AD conversion of the APD output signal, and the like. Further, the ASIC 10 estimates parameters (distance, return light intensity, etc.) related to the object by performing appropriate signal processing on the AD conversion output, and outputs the estimation result to the outside. As shown in FIG. 1, the ASIC 10 includes a register unit 11, a clock generation unit 12, a synchronization control unit 13, a gate extraction unit 14, a reception segment memory 15, a DSP 16, and a transmitter high voltage generation unit (TXHV). ) 17, a receiver high voltage generation unit (RXHV) 18, a preamplifier 19, an AD converter (ADC) 20, and a scanning control unit 21.

レジスタ部11には、外部プロセッサであるシステムCPU5との通信用のレジスタが配置されている。レジスタ部11に設けられるレジスタは、外部からの参照のみが可能なRレジスタと、外部から設定が可能なWレジスタとに大別される。Rレジスタは、主にASIC内部のステイタス値を保持しており、システムCPU5はこれらの値を通信インターフェースを通じて読み取ることで、ASIC10の内部ステイタスを監視できる。一方、Wレジスタは、ASIC10の内部で参照される各種パラメータ値を保持する。これらの各種パラメータ値は、通信インターフェースを通じてシステムCPU5から設定できる。なお、通信用レジスタは、フリップフロップにより実現してもよく、RAMとして実現してもよい。   The register unit 11 includes a register for communication with the system CPU 5 which is an external processor. The registers provided in the register unit 11 are roughly classified into R registers that can only be referenced from the outside and W registers that can be set from the outside. The R register mainly holds status values inside the ASIC, and the system CPU 5 can monitor the internal status of the ASIC 10 by reading these values through the communication interface. On the other hand, the W register holds various parameter values referred to inside the ASIC 10. These various parameter values can be set from the system CPU 5 through the communication interface. Note that the communication register may be realized by a flip-flop or a RAM.

クロック生成部12は、システムクロックSCKを生成し、ASIC10内の各ブロックに供給する。ASIC10の多くのブロックは、システムクロックSCKに同期して動作する。本実施例ではシステムクロックSCKの周波数は512MHzとする。システムクロックSCKは、外部より入力されるリファレンスクロックRCKに同期するように、PLLで生成される。通常、リファレンスクロックRCKの発生源には水晶発振器が用いられる。   The clock generation unit 12 generates a system clock SCK and supplies it to each block in the ASIC 10. Many blocks of the ASIC 10 operate in synchronization with the system clock SCK. In this embodiment, the frequency of the system clock SCK is 512 MHz. The system clock SCK is generated by a PLL so as to be synchronized with a reference clock RCK input from the outside. Usually, a crystal oscillator is used as a generation source of the reference clock RCK.

TXHV17は、トランスミッタ30が必要とするDC高電圧(100V程度)を生成する。この高電圧は、DCDCコンバータ回路によって、低電圧(5V〜15V程度)を昇圧することによって生成される。   The TXHV 17 generates a DC high voltage (about 100 V) required by the transmitter 30. The high voltage is generated by boosting a low voltage (about 5V to 15V) by a DCDC converter circuit.

RXHV18は、レシーバ40が必要とするDC高電圧(100V程度)を生成する。この高電圧は、DCDCコンバータ回路によって、低電圧(5V〜15V程度)を昇圧することによって生成される。   The RXHV 18 generates a DC high voltage (about 100 V) required by the receiver 40. The high voltage is generated by boosting a low voltage (about 5V to 15V) by a DCDC converter circuit.

同期制御部13は、各種の制御信号を生成し出力する。本実施例における同期制御部13は、2つの制御信号、即ち、パルストリガ信号PTとADゲート信号GTを出力する。これらの制御信号の設定例を図4に示し、それらの時間的関係を図5に示す。図5に示すように、これらの制御信号は所定の間隔で分割された時間区間(セグメントスロット)に同期して生成される。セグメントスロットの時間区間幅(セグメント周期)は「nSeg」で設定可能である。本実施例では、特記ない範囲において、「nSeg=8192」に設定されているものとする。   The synchronization control unit 13 generates and outputs various control signals. The synchronization control unit 13 in this embodiment outputs two control signals, that is, a pulse trigger signal PT and an AD gate signal GT. An example of setting these control signals is shown in FIG. 4, and their temporal relationship is shown in FIG. As shown in FIG. 5, these control signals are generated in synchronization with time intervals (segment slots) divided at a predetermined interval. The time interval width (segment period) of the segment slot can be set by “nSeg”. In the present embodiment, it is assumed that “nSeg = 8192” is set in a range not specifically mentioned.

パルストリガ信号PTは、ASIC10の外部に設けられたトランスミッタ30に供給される。トランスミッタ30は、パルストリガ信号PTに応じて光パルスを出力する。パルストリガ信号PTについては、セグメントスロット始点に対する遅延「dTrg」とパルス幅「wTrg」を設定可能である。なお、パルス幅wTrgは、狭すぎるとトランスミッタ30が反応しないため、トランスミッタ30のトリガ応答仕様に鑑みて決定される。   The pulse trigger signal PT is supplied to a transmitter 30 provided outside the ASIC 10. The transmitter 30 outputs an optical pulse according to the pulse trigger signal PT. For the pulse trigger signal PT, the delay “dTrg” and the pulse width “wTrg” with respect to the segment slot start point can be set. Note that the pulse width wTrg is determined in view of the trigger response specification of the transmitter 30 because the transmitter 30 does not respond if it is too narrow.

ADゲート信号GTは、ゲート抽出部14に供給される。後述するように、ゲート抽出部14は、ADC20から入力されるADC出力信号のうち、ADゲート信号GTのアサート区間のみを抽出して受信セグメントメモリ15に格納する。ADゲート信号GTについては、セグメントスロット始点に対する遅延時間「dGate」とゲート幅「wGate」を設定可能である。ここで、ゲート幅wGateが長いほど、ライダ1の最大測距距離(測距限界距離)が長くなる。   The AD gate signal GT is supplied to the gate extraction unit 14. As will be described later, the gate extraction unit 14 extracts only the asserted period of the AD gate signal GT from the ADC output signal input from the ADC 20 and stores it in the reception segment memory 15. For the AD gate signal GT, the delay time “dGate” and the gate width “wGate” with respect to the segment slot start point can be set. Here, as the gate width wGate is longer, the maximum distance measurement distance (range measurement limit distance) of the lidar 1 becomes longer.

プリアンプ19は、ASIC10の外部に設置されたレシーバ40から入力されるアナログ電圧信号を電圧増幅し、後続のADC20に供給する。なお、プリアンプ19の電圧ゲインはWレジスタにより設定可能である。   The preamplifier 19 amplifies the analog voltage signal input from the receiver 40 installed outside the ASIC 10 and supplies the amplified voltage to the subsequent ADC 20. The voltage gain of the preamplifier 19 can be set by the W register.

ADC20は、プリアンプ19の出力信号をAD変換してデジタル系列に変換する。本実施例においては、ADC20のサンプリングクロックとしてシステムクロックSCKが使用されており、ADC20の入力信号は512MHzでサンプリングされる。   The ADC 20 performs AD conversion on the output signal of the preamplifier 19 to convert it into a digital series. In this embodiment, the system clock SCK is used as the sampling clock of the ADC 20, and the input signal of the ADC 20 is sampled at 512 MHz.

ゲート抽出部14は、ADC20から入力されるADC出力信号のうち、ADゲート信号GTのアサート区間のみを抽出して受信セグメントメモリ15に格納する。ゲート抽出部14により抽出された区間信号を以下「受信セグメント信号RS」と呼ぶ。即ち、受信セグメント信号RSは、ベクター長がゲート幅wGateに等しい実数ベクトルである。   The gate extraction unit 14 extracts only the asserted period of the AD gate signal GT from the ADC output signal input from the ADC 20 and stores it in the reception segment memory 15. The section signal extracted by the gate extraction unit 14 is hereinafter referred to as “reception segment signal RS”. That is, the reception segment signal RS is a real vector whose vector length is equal to the gate width wGate.

ここで、ADC出力信号と受信セグメントとの関係、及びゲート位置の設定について説明する。図6(A)はセグメントスロットを示している。図6(B)に示すように、パルストリガ信号PTはセグメントスロット始点に対してdTrgだけ遅れてアサートされる。図6の例ではdTrg=0であるので、パルストリガ信号PTはセグメントスロット始点でアサートされる。図6(C)は、ライダの走査原点に物体が置かれている場合のADC出力信号(受信セグメント信号RS)を示している。即ち、図6(C)は、ターゲット距離(動径R)が0mの場合の受信セグメント信号RSを例示している。図示のように、R=0mの場合であっても、受信パルスの立ち上がりは、パルストリガ信号の立ち上がりよりシステム遅延DSYSだけ遅れて観測される。なお、システム遅延DSYSの発生要因としては、トランスミッタ30内のLDドライバ回路の電気的遅延、送信光学系51での光学的遅延、受信光学系52での光学的遅延、レシーバ40での電気的遅延、ADC20での変換遅延などが考えられる。 Here, the relationship between the ADC output signal and the reception segment and the setting of the gate position will be described. FIG. 6A shows a segment slot. As shown in FIG. 6B, the pulse trigger signal PT is asserted with a delay of dTrg with respect to the segment slot start point. In the example of FIG. 6, since dTrg = 0, the pulse trigger signal PT is asserted at the segment slot start point. FIG. 6C shows an ADC output signal (received segment signal RS) when an object is placed at the scanning origin of the lidar. That is, FIG. 6C illustrates the received segment signal RS when the target distance (radial radius R) is 0 m. As shown in the figure, even when R = 0 m, the rising edge of the received pulse is observed with a delay of the system delay D SYS from the rising edge of the pulse trigger signal. The system delay D SYS is caused by the electrical delay of the LD driver circuit in the transmitter 30, the optical delay in the transmission optical system 51, the optical delay in the reception optical system 52, and the electrical delay in the receiver 40. A delay, a conversion delay in the ADC 20, and the like can be considered.

図6(D)は、物体が動径Rに置かれている場合の受信セグメント信号RSを例示している。この場合には、図6(C)と比べて、走査原点から物体までの光の往復時間だけ、遅延が増加することになる。この増加した遅延が、いわゆる「TOF(Time Of Flight)遅延」である。このTOF遅延をDサンプルとするならば、動径Rは下記の式で算出できる。   FIG. 6D illustrates the received segment signal RS when the object is placed on the moving radius R. In this case, as compared with FIG. 6C, the delay increases by the round-trip time of light from the scanning origin to the object. This increased delay is a so-called “TOF (Time Of Flight) delay”. If this TOF delay is D samples, the radius R can be calculated by the following equation.

図6(F)は、dGate=0の場合のADゲート信号GTを例示するものである。前述したとおり、ゲート抽出部14は、ADC出力信号から、ADゲート信号GTのアサート区間のみを抽出する。後述するDSP16は、この抽出区間のみに基づいて、物体に関するパラメータ推定を行う。したがって、TOF遅延時間が大きい場合には、物体からの戻りパルス成分がゲートからはみ出してしまい正当なパラメータ推定が行えない。正当なパラメータ推定が行われるためにはTOF遅延時間Dが次式を満たしていることが必要となる。 FIG. 6F illustrates the AD gate signal GT when dGate = 0. As described above, the gate extraction unit 14 extracts only the assert period of the AD gate signal GT from the ADC output signal. The DSP 16, which will be described later, performs parameter estimation on the object based only on this extraction section. Therefore, when the TOF delay time is long, the return pulse component from the object protrudes from the gate, and a valid parameter cannot be estimated. In order to perform proper parameter estimation, the TOF delay time D needs to satisfy the following equation.

ここでLIRはシステムの総合インパルス応答の長さであり、DMAXは正当なパラメータ推定が可能な最大TOF遅延時間として定義される。図6(E)は、TOF遅延時間がこの最大TOF遅延時間に等しい場合の受信セグメント信号RSを例示している。 Here, L IR is the length of the overall impulse response of the system, and D MAX is defined as the maximum TOF delay time that allows valid parameter estimation. FIG. 6E illustrates the received segment signal RS when the TOF delay time is equal to the maximum TOF delay time.

なお、図6の例に代えて、ゲート遅延dGateがシステム遅延時間に等しく設定されてもよい。このように設定することで、より遠い距離の物体まで、正当なパラメータ推定が可能となる。   Instead of the example of FIG. 6, the gate delay dGate may be set equal to the system delay time. By setting in this way, it is possible to estimate a valid parameter up to an object at a longer distance.

走査制御部21は、ASIC10の外部に設置されたロータリーエンコーダ67の出力を監視し、これに基づいてモータ54の回転を制御する。具体的には、走査制御部21は、走査光学部50のロータリーエンコーダ67(走査方向検出部53)から出力される走査方向情報SDIに基づいて、トルク制御信号TCをモータ54に供給する。本実施例におけるロータリーエンコーダ67は、A相とZ相の2つのパルス列(以下、「エンコーダパルス」と呼ぶ。)を出力する。両パルス列の時間関係を図7(A)に示す。図示のように、A相については、モータ54の回転1°毎に1パルスが生成出力される。従って、モータ54の1回転毎に360のA相エンコーダパルスが生成出力されることになる。一方、Z相については、モータ54の1回転につき1パルスが、所定の回転角に対応して、生成出力される。   The scanning control unit 21 monitors the output of the rotary encoder 67 installed outside the ASIC 10, and controls the rotation of the motor 54 based on this. Specifically, the scanning control unit 21 supplies the torque control signal TC to the motor 54 based on the scanning direction information SDI output from the rotary encoder 67 (scanning direction detection unit 53) of the scanning optical unit 50. The rotary encoder 67 in the present embodiment outputs two pulse trains of A phase and Z phase (hereinafter referred to as “encoder pulses”). The time relationship between both pulse trains is shown in FIG. As shown in the figure, for the A phase, one pulse is generated and output every 1 ° of rotation of the motor 54. Therefore, 360 A-phase encoder pulses are generated and output every rotation of the motor 54. On the other hand, for the Z phase, one pulse per rotation of the motor 54 is generated and output corresponding to a predetermined rotation angle.

走査制御部21は、エンコーダパルスの立ち上がり時刻をシステムクロックSCKのカウンタ値として計測し、これが所望の値となるようにモータ54のトルクを制御する。即ち、走査制御部21は、エンコーダパルスとセグメントスロットが所望の時間関係となるようにモータ54をPLL制御する。   The scanning control unit 21 measures the rise time of the encoder pulse as a counter value of the system clock SCK, and controls the torque of the motor 54 so that this becomes a desired value. That is, the scanning control unit 21 performs PLL control of the motor 54 so that the encoder pulse and the segment slot have a desired time relationship.

エンコーダパルスとセグメントスロットの時間関係は、図7(B)に示されるWレジスタによって設定可能となっている。「nPpr」には、モータ回転毎のA相エンコーダパルス数が設定される。これは、ロータリーエンコーダ67の仕様で決まる値であり、本実施例では前述の360が設定される。「nRpf」はフレーム毎の回転数を与えるものであり、「nSpf」はフレーム毎のセグメント数を与えるものである。また、「dSmpA」、「dSmpZ」は、エンコーダパルスの立ち上がりとセグメントスロットとの時間関係をサンプルクロック単位で調整するために用意されており、エンコーダパルスのセグメントスロット始点に対する遅延を規定することができる。一方、「dSegZ」は、Z相パルスの立ち上がりとフレームとの時間関係をセグメント単位で調整するために用意されている。   The time relationship between the encoder pulse and the segment slot can be set by the W register shown in FIG. In “nPpr”, the number of A-phase encoder pulses for each motor rotation is set. This is a value determined by the specification of the rotary encoder 67. In the present embodiment, the above-described 360 is set. “NRpf” gives the number of rotations for each frame, and “nSpf” gives the number of segments for each frame. “DSmpA” and “dSmpZ” are prepared for adjusting the time relationship between the rising edge of the encoder pulse and the segment slot in units of sample clocks, and can define the delay of the encoder pulse with respect to the segment slot start point. . On the other hand, “dSegZ” is prepared for adjusting the time relationship between the rise of the Z-phase pulse and the frame in units of segments.

定常状態でのエンコーダパルスとセグメントスロットの時間関係を図8に示す。図示のように、デフォルト設定においては、1フレームは1800のセグメントから構成され、1フレームでモータ54は1回転することになる。   FIG. 8 shows the time relationship between the encoder pulse and the segment slot in the steady state. As shown in the figure, in the default setting, one frame is composed of 1800 segments, and the motor 54 makes one rotation in one frame.

(6)DSP
DSP16は、受信セグメントメモリ15から受信セグメントyfrm,segを順次的に読み出して、これに対して処理を行う。ここで、「frm」はフレームインデックス、「seg」はセグメントインデックスである。以下、誤解の恐れのない範囲でこれらインデックスの表記を省略する。受信セグメントyはベクター長wGateの実数ベクトルであり、次式で表される。
(6) DSP
The DSP 16 sequentially reads the received segments y frm and seg from the received segment memory 15 and processes them. Here, “frm” is a frame index, and “seg” is a segment index. Hereinafter, the description of these indexes is omitted within a range where there is no risk of misunderstanding. The reception segment y is a real vector having a vector length wGate and is represented by the following expression.

また、DSP16には、現在位置情報IPと地図情報IMとが外部又はシステムCPU5から供給される。ここで、現在位置情報IPは、ライダ1の緯度及び経度などの現在位置を示す情報であり、例えば、ライダ1と同一の車両に設置されたGPS受信機等が出力する位置情報であってもよく、ターゲット情報TI又はライダ1以外の外界センサの出力を用いた公知の自己位置推定処理により推定された位置情報であってもよい。 The DSP 16 is supplied with the current position information IP and the map information IM from the outside or the system CPU 5. Here, the current position information IP is information indicating the current position such as the latitude and longitude of the rider 1, and may be position information output by a GPS receiver or the like installed in the same vehicle as the rider 1, for example. Alternatively, the position information may be position information estimated by a known self-position estimation process using the output of an external sensor other than the target information TI or the lidar 1.

地図情報IMは、ライダ1の現在位置周辺の地図情報であって、現在位置周辺の地物情報を少なくとも含む。地物情報は、例えば道路周辺に存在する地物(即ち射出光Loを反射する反射物)の位置情報や形状情報などが該当する。ここで、DSP16は、ライダ1が記憶する地図データベースから地図情報IMを抽出してもよく、ライダ1と同一の車両に存在する車載機又は車外に存在するサーバ装置からシステムCPU5等を介して地図情報IMを受信してもよい。DSP16は、本発明における「情報処理装置」の一例である。   The map information IM is map information around the current position of the rider 1, and includes at least feature information around the current position. The feature information corresponds to, for example, position information or shape information of a feature existing around the road (that is, a reflecting object that reflects the emitted light Lo). Here, the DSP 16 may extract the map information IM from the map database stored in the lidar 1, and the map is transmitted from the in-vehicle device existing in the same vehicle as the lidar 1 or the server device existing outside the vehicle via the system CPU 5 or the like. Information IM may be received. The DSP 16 is an example of the “information processing apparatus” in the present invention.

ここで、DSP16が受信セグメントメモリ15から順次的に読み出す受信セグメントy(即ち受信セグメント信号RS)には、電磁的飛びつきやグランドに流れる電流の影響等に起因して、セグメント周期に同期した妨害(単に「同期妨害」とも呼ぶ。)が重畳される。図9は、パルストリガ信号PTと受信セグメント信号RSとの関係を示す。図9の例では、パルストリガ信号PTのアサートにより射出される射出光Loに対してAPD41が受光する戻り光Lrの強度が仮に0である場合の受信セグメント信号RSを示している。   Here, the reception segment y (that is, the reception segment signal RS) sequentially read out from the reception segment memory 15 by the DSP 16 is disturbed in synchronization with the segment period (electromagnetic jump, influence of current flowing in the ground, etc.) Simply referred to as “synchronization disturbance”). FIG. 9 shows the relationship between the pulse trigger signal PT and the received segment signal RS. The example of FIG. 9 shows the received segment signal RS when the intensity of the return light Lr received by the APD 41 with respect to the emitted light Lo emitted by asserting the pulse trigger signal PT is zero.

図9の例では、パルストリガ信号PTの立ち上がり及び立下りに含まれる高周波成分が受信セグメント信号RSに重畳されている。ここで、パルストリガ信号PTのTTLレベルは通常3.3V又は5Vであり、APD41が出力する電流レベルはnA又はpAのオーダーとなる。従って、この場合、APD41の出力に対する同期妨害の影響が相対的に大きいため、同期妨害がライダ1の物体検出性能や測距性能の低下の原因となり得る。以上を勘案し、以下に述べる第1及び第2実施例では、DSP16は、現在位置情報IP及び地図情報IMに基づき、地物からの戻り光Lrの影響がない受信セグメントyを的確に抽出することで、同期妨害を好適に推定する。   In the example of FIG. 9, high frequency components included in the rising and falling edges of the pulse trigger signal PT are superimposed on the reception segment signal RS. Here, the TTL level of the pulse trigger signal PT is usually 3.3 V or 5 V, and the current level output from the APD 41 is on the order of nA or pA. Therefore, in this case, since the influence of the synchronization interference on the output of the APD 41 is relatively large, the synchronization interference may cause a decrease in the object detection performance and the distance measurement performance of the lidar 1. Considering the above, in the first and second embodiments described below, the DSP 16 accurately extracts the received segment y that is not affected by the return light Lr from the feature based on the current position information IP and the map information IM. Therefore, the synchronization disturbance is preferably estimated.

なお、パルストリガ信号PTは本発明における「第1の信号」の一例であり、同期妨害は本発明における「ノイズ信号」の一例である。   The pulse trigger signal PT is an example of the “first signal” in the present invention, and the synchronization disturbance is an example of the “noise signal” in the present invention.

<第1実施例>
まず、第1実施例について説明する。概略的には、DSP16は、現在位置情報IP及び地図情報IMに基づき、360度の走査方向のうち、検出可能な地物が存在しないと判定した走査方向に対応する受信セグメントyを平均化することで、同期妨害を推定する。そして、DSP16は、推定した同期妨害を受信セグメントyから減算する。これにより、DSP16は、全方位での物体検出を可能としつつ、同期妨害の影響を好適に低減させる。
<First embodiment>
First, the first embodiment will be described. Schematically, the DSP 16 averages the received segments y corresponding to the scanning direction determined that there is no detectable feature among the 360-degree scanning directions based on the current position information IP and the map information IM. Thus, the synchronization disturbance is estimated. Then, the DSP 16 subtracts the estimated synchronization disturbance from the reception segment y. Accordingly, the DSP 16 suitably reduces the influence of synchronization interference while enabling object detection in all directions.

図10は、車両周辺に地物80が存在する場合の車両周辺の俯瞰図を示す。ここで、図10では、同期妨害の推定に用いる特定の走査方向(単に「特定走査方向Dtag」とも呼ぶ。)と、特定走査方向Dtagにおいてライダ1から最大測距距離以内となるエリア(「特定走査エリアAtag」とも呼ぶ。)と、地物が最大測距距離以内に存在する走査方向(単に「除外走査方向Dout」とも呼ぶ。)と、がそれぞれ明示されている。   FIG. 10 shows an overhead view of the periphery of the vehicle when the feature 80 exists around the vehicle. Here, in FIG. 10, a specific scanning direction used for estimation of synchronization interference (also simply referred to as “specific scanning direction Dtag”) and an area (“specific” within the maximum distance from the rider 1 in the specific scanning direction Dtag). The scanning direction (also referred to as “scanning area Tag”) and the scanning direction in which the feature exists within the maximum distance measurement distance (also simply referred to as “exclusion scanning direction Dout”) are clearly shown.

この場合、DSP16は、まず、現在位置情報IPと地図情報IMに含まれる地物80の位置情報等とに基づき、地物80が最大測距距離以内に存在する走査方向である除外走査方向Doutを認識する。このとき、DSP16は、現在位置情報IPと地図情報IMに代えて、全方位分の受信セグメントyを取得し、当該受信セグメントyを解析することで、除外走査方向Doutを認識してもよい。   In this case, the DSP 16 first, based on the current position information IP and the position information of the feature 80 included in the map information IM, the excluded scanning direction Dout that is the scanning direction in which the feature 80 exists within the maximum distance. Recognize At this time, the DSP 16 may recognize the excluded scanning direction Dout by acquiring the received segments y for all directions instead of the current position information IP and the map information IM and analyzing the received segments y.

そして、DSP16は、除外走査方向Dout以外を、特定走査方向Dtagとする。すなわち、特定走査方向Dtagは、ライダ1の最大測距距離以内に地物が存在しないと予測される方向を示すものである。図10の例では、DSP16は、除外走査方向Doutから所定角度だけ離れた方向を、特定走査方向Dtagとしている。なお、特定走査方向Dtagは、除外走査方向Dout以外であればよく、図10の例に限定されない。第1実施例においてDSP16が設定する特定走査方向Dtagは、本発明における「特定方向」の一例である。   Then, the DSP 16 sets the specific scanning direction Dtag other than the excluded scanning direction Dout. In other words, the specific scanning direction Dtag indicates a direction in which a feature is predicted not to exist within the maximum distance measurement distance of the lidar 1. In the example of FIG. 10, the DSP 16 sets the direction away from the excluded scanning direction Dout by a predetermined angle as the specific scanning direction Dtag. The specific scanning direction Dtag is not limited to the example of FIG. 10 as long as it is other than the excluded scanning direction Dout. The specific scanning direction Dtag set by the DSP 16 in the first embodiment is an example of the “specific direction” in the present invention.

このように、第1実施例では、ライダ1は、ライダ1の周辺に地物が存在する場合であっても、当該地物と重なる方向以外の方向を特定走査方向Dtagとして定め、当該特定走査方向Dtagに対応する受信セグメント信号に基づいて、後述する同期妨害の推定処理を行う。これにより、ライダ1は、同期妨害を任意のタイミングで推定し、同期妨害に起因した物体検出性能や測距性能の劣化を好適に抑制することができる。   As described above, in the first embodiment, the lidar 1 determines the direction other than the direction overlapping the feature as the specific scanning direction Dtag even when the feature exists in the vicinity of the rider 1, and performs the specific scanning. Based on the received segment signal corresponding to the direction Dtag, synchronization interference estimation processing described later is performed. Thereby, the lidar 1 can estimate synchronization interference at an arbitrary timing, and can suitably suppress deterioration in object detection performance and distance measurement performance due to synchronization interference.

なお、DSP1は、上述のような地物80が最大測距距離以内に存在する走査方向である除外走査方向Doutを認識した後、それ以外の方向を特定走査方向Dtagに変えて、現在位置情報IPと地図情報IMに含まれる地物80の位置情報等とに基づいて先に地物が最大測距距離以内に存在しない方向である特定走査方向Dtagを認識し、その後、それ以外の方向を除外方向Doutと認識するようにしてもよい。   The DSP 1 recognizes the excluded scanning direction Dout, which is the scanning direction in which the feature 80 is present within the maximum distance, and then changes the other direction to the specific scanning direction Dtag to obtain the current position information. Based on the IP and the position information of the feature 80 included in the map information IM, the specific scanning direction Dtag, which is the direction in which the feature does not exist within the maximum distance, is recognized first, and then the other direction is determined. You may make it recognize with the exclusion direction Dout.

図11は、第1実施例においてDSP16が実行する信号処理のブロック図を示す。図11に示すように、第1実施例に係るDSP16は、同期妨害推定部71と、減算器72と、受信フィルタ73と、ピーク検出部74と、判定部75と、フォーマッタ76と、を備える。DSP16は、受信セグメントメモリ15から受信セグメントyを順次的に読み出して、これに対して処理を行う。   FIG. 11 shows a block diagram of signal processing executed by the DSP 16 in the first embodiment. As shown in FIG. 11, the DSP 16 according to the first embodiment includes a synchronization interference estimation unit 71, a subtracter 72, a reception filter 73, a peak detection unit 74, a determination unit 75, and a formatter 76. . The DSP 16 sequentially reads the received segment y from the received segment memory 15 and performs processing on it.

同期妨害推定部71は、地物が特定走査エリアAtag内に存在しないときの受信セグメントyを平均化し、平均化された受信セグメントyを、推定された同期妨害(「推定同期妨害w」とも呼ぶ。)として減算器72に供給する。同期妨害推定部71の詳細については後述する。減算器72は、受信セグメントyから、同期妨害推定部71から供給される推定同期妨害wを減算し、推定同期妨害wが減算された受信セグメントy(「補正受信セグメントydash」とも呼ぶ。)を受信フィルタ73へ供給する。同期妨害推定部71は本発明における「第1取得部」及び「推定部」の一例であり、減算器72は本発明における「減算部」の一例である。 The synchronization disturbance estimation unit 71 averages the received segments y when the feature does not exist within the specific scanning area Atag, and the averaged received segments y are also referred to as estimated synchronization disturbances (also referred to as “estimated synchronization disturbance w”). .) Is supplied to the subtracter 72. Details of the synchronization disturbance estimation unit 71 will be described later. The subtracter 72 subtracts the estimated synchronization interference w supplied from the synchronization interference estimation unit 71 from the reception segment y, and the reception segment y (also referred to as “corrected reception segment y dash ”) from which the estimated synchronization interference w is subtracted. Is supplied to the reception filter 73. The synchronization interference estimation unit 71 is an example of the “first acquisition unit” and the “estimation unit” in the present invention, and the subtractor 72 is an example of the “subtraction unit” in the present invention.

受信フィルタ73は、補正受信セグメントydashに対して、所定のインパルス応答「h」を畳み込んで(巡回畳みこみ)、フィルタードセグメント「z」を算出する。ピーク検出部74は、フィルタードセグメントz内で振幅が最大となる点、即ちピーク点を検出し、当該ピーク点の遅延「D」と振幅「A」を出力する。判定部75は、振幅Aが所定の閾値「tDet」より大きい点のみを選択的にフォーマッタ76に送る。フォーマッタ76は、遅延Dと振幅A、及び当該セグメントのフレームインデックスfrm、セグメントインデックスsegを、適切なフォーマットに変換し、ターゲット情報TIとしてシステムCPU5に出力する。 The reception filter 73 convolves a predetermined impulse response “h” with the corrected reception segment y dash (cyclic convolution) to calculate a filtered segment “z”. The peak detection unit 74 detects a point where the amplitude is maximum in the filtered segment z, that is, a peak point, and outputs a delay “D” and an amplitude “A” of the peak point. The determination unit 75 selectively sends only the points where the amplitude A is greater than the predetermined threshold value “tDet” to the formatter 76. The formatter 76 converts the delay D and the amplitude A, the frame index frm and the segment index seg of the segment into appropriate formats, and outputs them to the system CPU 5 as target information TI.

以下、各ブロックについて詳しく説明する。   Hereinafter, each block will be described in detail.

同期妨害推定部71は、スイッチ77と、スイッチ制御部78と、平均化処理部79とを含む。スイッチ77は、後述するスイッチ制御部78により制御されるスイッチであり、スイッチ制御部78によりオンとされた期間内に生成された受信セグメントyを平均化処理部79に供給する。平均化処理部79に供給される受信セグメントyは、本発明における「暗出力信号」の一例である。   Synchronization interference estimation unit 71 includes a switch 77, a switch control unit 78, and an averaging processing unit 79. The switch 77 is a switch controlled by a switch control unit 78 to be described later, and supplies the reception segment y generated within the period turned on by the switch control unit 78 to the averaging processing unit 79. The reception segment y supplied to the averaging processing unit 79 is an example of the “dark output signal” in the present invention.

スイッチ制御部78は、最大測距距離以内に地物が存在する走査方向を除外走査方向Doutとして特定し、除外走査方向Dout以外の所定角度分の方向を特定走査方向Dtagとして特定する。そして、スイッチ制御部79は、特定した特定走査方向Dtagに射出した射出光Loの戻り光Lrに関する受信セグメントyがスイッチ77に供給される期間に、スイッチ77をオンに設定し、その他の期間ではスイッチ77をオフに設定する。なお、スイッチ制御部78は、特定走査方向Dtagに相当する全ての期間でスイッチ77をオンにする必要はなく、一部の期間においてスイッチ77をオンにするように設定してもよい。   The switch control unit 78 specifies the scanning direction in which the feature is present within the maximum distance as the excluded scanning direction Dout, and specifies the direction corresponding to a predetermined angle other than the excluded scanning direction Dout as the specific scanning direction Dtag. Then, the switch control unit 79 sets the switch 77 to ON during a period in which the reception segment y related to the return light Lr of the emitted light Lo emitted in the specified specific scanning direction Dtag is supplied to the switch 77, and in other periods Switch 77 is set to OFF. Note that the switch control unit 78 does not have to turn on the switch 77 in the entire period corresponding to the specific scanning direction Dtag, and may be set to turn on the switch 77 in a part of the period.

平均化処理部79は、スイッチ77がオンとなる期間に供給された受信セグメントyを平均化し、平均化された受信セグメントyを、推定同期妨害wとして減算器72に供給する。推定同期妨害wは、ベクター長wGateの実数ベクトルである。この場合、例えば、平均化処理部79は、 1つのフレーム期間内にスイッチ77から順次供給される受信セグメントyを積算し、積算した受信セグメントyを積算した受信セグメントyの数により除算することで平均化した受信セグメントyを、推定同期妨害wとして算出する。他の例では、平均化処理部79は、1つのフレーム期間内に算出した受信セグメントyの平均をさらにIIRフィルタ等によりフレーム方向に(即ち異なるフレームインデックス間で)平均化したものを、推定同期妨害wとして算出する。   The averaging processing unit 79 averages the received segments y supplied during the period when the switch 77 is on, and supplies the averaged received segments y to the subtracter 72 as the estimated synchronization disturbance w. The estimated synchronization disturbance w is a real vector having a vector length wGate. In this case, for example, the averaging processing unit 79 integrates the reception segments y sequentially supplied from the switch 77 within one frame period, and divides the integrated reception segments y by the number of reception segments y integrated. The averaged received segment y is calculated as the estimated synchronization disturbance w. In another example, the averaging processing unit 79 further estimates the average of the received segment y calculated within one frame period in the frame direction (that is, between different frame indexes) by an IIR filter or the like, Calculate as interference w.

受信フィルタ73は、補正受信セグメントydashに対して、インパルス応答hを畳み込んでフィルタードセグメントzを算出する。受信フィルタ部73のインパルス応答hは、Wレジスタで設定可能であり、例えばフィルタ出力でのSNRが大きくなるように予めシステムCPU5によって設定される。例えば、インパルス応答hは、次式を満たすように設定される。このように設定することで、雑音が白色である場合で、かつシステム総合インパルス応答がwGateに対して有意に短い場合には、オプティマルな性能(高SNR)を実現できる。 The reception filter 73 calculates the filtered segment z by convolving the impulse response h with the corrected reception segment y_dash . The impulse response h of the reception filter unit 73 can be set by the W register, and is set in advance by the system CPU 5 so that, for example, the SNR at the filter output is increased. For example, the impulse response h is set so as to satisfy the following equation. With this setting, when the noise is white and the system total impulse response is significantly shorter than wGate, optimal performance (high SNR) can be realized.

上式において、基準受信パルス「g」は走査原点(R=0m)に物体を置いた場合に観測される受信セグメント波形であり、トランスミッタ30とレシーバ40を含むシステム全体の総合インパルス応答を代表している。実際に走査原点に物体を置くことが困難な場合には、例えば「R=1m」での受信セグメント波形を観測し、これを数学的に時間シフトすることで、等価的に基準受信パルスを測定すれば良い。 In the above equation, the reference received pulse “g” is a received segment waveform observed when an object is placed at the scanning origin (R = 0 m), and represents the total impulse response of the entire system including the transmitter 30 and the receiver 40. ing. When it is difficult to actually place an object at the scanning origin, for example, the received segment waveform at “R = 1 m” is observed, and this is mathematically shifted in time to measure the reference received pulse equivalently. Just do it.

図12(A)は、1つのセグメント期間内における基準受信パルスg及びインパルス応答hの波形を示す。図12(A)に示すように、基準受信パルスgとインパルス応答hとは、上式に規定されるように、セグメント期間内で時間反転された関係となる。図12(B)は、走査原点(R=0m)に物体を置いた場合に観測される補正受信セグメントydash及びフィルタードセグメントzの波形を示し、図12(C)は、「R=10m」の場合に観測される補正受信セグメントydash及びフィルタードセグメントzの波形を示す。受信フィルタ73は、補正受信セグメントydashに対してインパルス応答hを畳み込むことで、雑音除去のフィルタリングを行うと共に、図12(B)、(C)に示すように、システム遅延DSYS(図6(C)参照)分だけ位相を調整している。 FIG. 12A shows waveforms of the reference reception pulse g and the impulse response h within one segment period. As shown in FIG. 12A, the reference reception pulse g and the impulse response h are in a time-reversed relationship within the segment period as defined by the above equation. FIG. 12B shows the waveform of the corrected reception segment y dash and the filtered segment z observed when an object is placed at the scanning origin (R = 0 m). FIG. 12C shows “R = 10 m ” Shows the waveform of the corrected received segment y dash and the filtered segment z observed in the case of“. The reception filter 73 performs noise removal filtering by convolving the impulse response h with the corrected reception segment y dash and, as shown in FIGS. 12B and 12C, the system delay D SYS (FIG. 6). The phase is adjusted by the amount corresponding to (C).

なお、受信フィルタ71の巡回畳み込み演算は、DFTを用いて周波数領域で実現されてもよい。こうすることで、演算量を大幅に削減できる。この場合、インパルス応答hをWレジスタで設定可能とする代わりに、インパルス応答hを予めDFT演算して周波数応答Hを求めて、周波数応答Hを設定可能にしておくとよい。   Note that the cyclic convolution operation of the reception filter 71 may be realized in the frequency domain using DFT. By doing so, the amount of calculation can be greatly reduced. In this case, instead of enabling the impulse response h to be set by the W register, the frequency response H may be set by obtaining the frequency response H by performing a DFT operation on the impulse response h in advance.

ピーク検出部74は、フィルタードセグメント内で振幅が最大となる点、即ち、ピーク点をサブサンプル精度で検出し、当該ピーク点の遅延Dと振幅Aを出力する。図13に、「R=10m」の場合のフィルタードセグメントを例示する。図中の曲線が標本化する前の連続時間波形を表しており、丸点が標本点を示している。ピーク検出部74は、標本化系列に基づいて連続時間系でのピーク位置を算出する。図13の例ではフィルタードセグメント{z:k=0,1,・・・,wGate−1}上でサンプル単位でのピーク位置は「k=34」である。一方、連続時間波形での、即ち、サブサンプル精度でのピーク位置は、
D=R・Fsmp/(c/2)=34.157
である。ピーク検出部74は、このサブサンプル精度でのピーク点について、その遅延Dと、その振幅Aを推定算出する。
The peak detector 74 detects the point where the amplitude is maximum in the filtered segment, that is, the peak point with sub-sample accuracy, and outputs the delay D and the amplitude A of the peak point. FIG. 13 illustrates a filtered segment when “R = 10 m”. The curve in the figure represents a continuous time waveform before sampling, and a round dot indicates a sampling point. The peak detector 74 calculates the peak position in the continuous time system based on the sampling series. In the example of FIG. 13, the peak position in sample units on the filtered segment {z k : k = 0, 1,..., WGate−1} is “k = 34”. On the other hand, the peak position in the continuous time waveform, that is, the sub-sample accuracy is
D = R · Fsmp / (c / 2) = 34.157
It is. The peak detector 74 estimates and calculates the delay D and the amplitude A of the peak point with this subsample accuracy.

サブサンプル精度でのピーク点検出処理には、各種のアルゴリズムが適用可能である。以下にその一例を示す。
(手順1)振幅が最大であるサンプル点(図13ではP点)を求める。
(手順2)手順1で求めた点(P点)、及びその前後の点(A点、B点)について、これら3点を通る二次曲線を求める。
(手順3)手順2で求めた二次曲線の極大点として遅延D、振幅Aを求める。
Various algorithms can be applied to the peak point detection process with sub-sample accuracy. An example is shown below.
(Procedure 1) A sample point (point P in FIG. 13) having the maximum amplitude is obtained.
(Procedure 2) A quadratic curve passing through these three points is obtained for the point (P point) obtained in Procedure 1 and the points before and after it (Point A and Point B).
(Procedure 3) The delay D and the amplitude A are obtained as the maximum points of the quadratic curve obtained in the procedure 2.

判定部75は、ピーク検出部74から出力されるピーク点情報D,A(遅延D,振幅A)に基づいて、当該検出点に物体が存在するか否かの判定を行う。この判定は、ピーク点の振幅Aと判定閾値「tDec」とを比較することによって行われる。具体的には、判定部75は、A>tDecの場合に「物体が存在する」と判定し、当該ピーク点情報を出力する。一方、判定部75は、A≦tDecの場合は「物体が存在しない」と判定し、当該ピーク点情報を出力しない。   Based on the peak point information D and A (delay D, amplitude A) output from the peak detection unit 74, the determination unit 75 determines whether or not an object exists at the detection point. This determination is performed by comparing the amplitude A of the peak point with the determination threshold “tDec”. Specifically, the determination unit 75 determines that “the object exists” when A> tDec, and outputs the peak point information. On the other hand, the determination unit 75 determines that “the object does not exist” when A ≦ tDec, and does not output the peak point information.

フォーマッタ76は、判定部75から出力されるピーク点情報D,Aと当該ピーク点に対応する走査情報(フレームインデックスfrm、セグメントインデックスseg)をユーザー(上位システム)が使いやすい形式に変換する。本実施例におけるフォーマッタ76は、以下のフォーマット変換を行う。
(1)フレームインデックスfrmは、そのまま出力する。
(2)セグメントインデックスsegは、水平走査角度θに変換して出力する。
(3)遅延Dは、動径(距離)Rに変換して出力する(R=D(c/2)/Fsmp)。
(4)振幅Aは、そのまま出力する。
(5)振幅A、動径Rから反射率Uを算出して出力する(U=A/Ψ(R))。
The formatter 76 converts the peak point information D, A output from the determination unit 75 and the scanning information (frame index frm, segment index seg) corresponding to the peak point into a format that is easy for the user (higher system) to use. The formatter 76 in the present embodiment performs the following format conversion.
(1) The frame index frm is output as it is.
(2) The segment index seg is converted into a horizontal scanning angle θ and output.
(3) The delay D is converted into a radius vector (distance) R and output (R = D (c / 2) / Fsmp).
(4) The amplitude A is output as it is.
(5) The reflectance U is calculated from the amplitude A and the radius vector R and output (U = A / Ψ (R)).

ここで、反射率Uを算出するための関数「Ψ(R)」は反射率変換テーブルであり、システムCPU5から設定可能である。同テーブルを、動径Rに設置された反射率100%のランバート拡散体から得られるピーク振幅の期待値に設定しておくことで、誤差の少ない反射率推定が可能となる。   Here, the function “Ψ (R)” for calculating the reflectance U is a reflectance conversion table, and can be set from the system CPU 5. By setting this table to the expected value of the peak amplitude obtained from a Lambertian diffuser with 100% reflectivity installed at the radius R, reflectivity estimation with less error can be performed.

以上説明したように、第1実施例に係るライダ1は、パルストリガ信号PTに応じて射出光Loを照射する走査部55と、射出光Loの戻り光Lrを受光するAPD41と、DSP16とを備える。DSP16は、現在位置情報IP等に基づき、戻り光Lrの光量が所定以下であると推定される受信セグメントyを抽出し、当該受信セグメントyからパルストリガ信号PT等に起因するノイズ信号である推定同期妨害wを算出する同期妨害推定部71を備える。これにより、ライダ1は、全方位における物体検出を実行しつつ、同期妨害に起因した物体検出性能や測距性能の劣化を好適に抑制することができる。   As described above, the lidar 1 according to the first embodiment includes the scanning unit 55 that emits the emitted light Lo according to the pulse trigger signal PT, the APD 41 that receives the return light Lr of the emitted light Lo, and the DSP 16. Prepare. The DSP 16 extracts a reception segment y where the amount of the return light Lr is estimated to be equal to or less than a predetermined value based on the current position information IP and the like, and estimates the noise signal caused by the pulse trigger signal PT and the like from the reception segment y. A synchronization disturbance estimation unit 71 that calculates the synchronization disturbance w is provided. Thereby, the lidar 1 can suitably suppress the deterioration of the object detection performance and the distance measurement performance due to the synchronization interference while executing the object detection in all directions.

<第2実施例>
次に、第2実施例について説明する。第2実施例では、DSP16は、同期妨害の推定に用いる特定走査方向Dtagを予め所定の方向に定めておく点(言い換えれば、同期妨害の推定に用いることのない除外走査方向Doutを予め定めておく点)で、第1実施例と異なる。そして、第2実施例においても、DSP16は、全方位での物体検出を可能としつつ、同期妨害の影響を好適に低減させる。以後では、第1実施例と同様の要素については適宜同一の要素を付し、その説明を省略する。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, the DSP 16 predetermines a specific scanning direction Dtag used for estimation of synchronization disturbance in a predetermined direction (in other words, predetermined exclusion scanning direction Dout that is not used for estimation of synchronization disturbance. The difference from the first embodiment. Also in the second embodiment, the DSP 16 suitably reduces the influence of synchronization disturbance while enabling object detection in all directions. Hereinafter, the same elements as those in the first embodiment are appropriately given the same elements, and the description thereof is omitted.

図14(A)、(B)は、ライダ1を搭載した車両周辺の俯瞰図である。ここで、図14(A)、(B)では、同期妨害の推定に用いる特定の走査方向である特定走査方向Dtagと、特定走査方向Dtagにおいてライダ1からの最大測距距離以内となる特定走査エリアAtagとが明示されている。   14A and 14B are overhead views of the vicinity of the vehicle on which the rider 1 is mounted. Here, in FIGS. 14A and 14B, a specific scanning direction Dtag, which is a specific scanning direction used for estimation of synchronization disturbance, and a specific scanning that is within the maximum distance from the lidar 1 in the specific scanning direction Dtag. An area Tag is clearly shown.

図14(A)、(B)の例では、特定走査方向Dtagは、後続車両と重ならない斜め後方に設定されている。この場合、特定走査方向Dtag等に関する情報は、例えばDSP16が参照できるようにWレジスタ等に予め記憶される。なお、特定走査方向Dtagに対応する受信セグメントyは、同期妨害の推定時以外のときでは物体検出にも好適に用いられる。   In the example of FIGS. 14A and 14B, the specific scanning direction Dtag is set obliquely rearward so as not to overlap with the following vehicle. In this case, information on the specific scanning direction Dtag and the like is stored in advance in a W register or the like so that the DSP 16 can refer to the information. Note that the reception segment y corresponding to the specific scanning direction Dtag is also preferably used for object detection at times other than when estimating synchronization interference.

また、図14(A)、(B)の例における、特定走査方向Dtag(後続車両と重ならない斜め後方)以外の方向を、同期妨害の推定に用いることのない除外走査方向Doutとして予め設定するようにしてもよい。   Further, in the examples of FIGS. 14A and 14B, a direction other than the specific scanning direction Dtag (diagonal rearward that does not overlap the following vehicle) is set in advance as an excluded scanning direction Dout that is not used for estimation of synchronization interference. You may do it.

DSP16は、ゲート幅wGateに基づき定まる最大測距距離と予め設定された特定走査方向Dtagとから特定走査エリアAtagを特定すると共に、現在位置情報IP及び地図情報IMに基づき、ライダ1の周辺に存在する地物のライダ1に対する相対位置を特定する。このとき、DSP16は、現在位置情報IPと地図情報IMとに加え、又はこれらに代えて、全方位分の受信セグメントyを取得し、当該受信セグメントyを解析することで、ライダ1の周辺に存在する地物のライダ1に対する相対位置を特定してもよい。   The DSP 16 specifies the specific scanning area Tag from the maximum distance determined based on the gate width wGate and the specific scanning direction Dtag set in advance, and exists around the lidar 1 based on the current position information IP and the map information IM. The relative position of the feature to be performed with respect to the rider 1 is specified. At this time, the DSP 16 acquires the reception segment y for all directions in addition to or instead of the current position information IP and the map information IM, and analyzes the reception segment y so that The relative position of the existing feature with respect to the rider 1 may be specified.

そして、図14(A)の例では、DSP16は、特定走査エリアAtag内に地物80が存在することを認識し、同期妨害の推定はできないと判断する。このように、DSP16は、特定走査エリアAtag内に地物が存在する場合には、当該地物により反射された戻り光Lrが受信セグメントyに影響を与えるため、当該受信セグメントyに基づく同期妨害の推定を行わない。   In the example of FIG. 14A, the DSP 16 recognizes that the feature 80 exists in the specific scanning area Tag and determines that the synchronization disturbance cannot be estimated. As described above, when there is a feature in the specific scanning area Tag, the DSP 16 affects the reception segment y because the return light Lr reflected by the feature affects the synchronization disturbance based on the reception segment y. Do not estimate

一方、特定走査エリアAtag内に地物が存在していない図14(B)の例では、DSP16は、現在位置情報IP及び地図情報IMに基づき特定した地物がいずれも特定走査エリアAtag内に存在しないと判断し、同期妨害の推定が可能であると判断する。このように、DSP16は、特定走査エリアAtag内に地物が存在しない場合には、地物により反射された戻り光Lrによる影響が殆どない(即ち実質的に同期妨害のみの影響を受けた)受信セグメントyを抽出できることから、当該受信セグメントyに基づき同期妨害の推定を行う。この場合、DSP16は、後述する同期妨害の推定処理を実行する。図14(B)に示されるライダ1の位置は、本発明における「特定位置」の一例である。   On the other hand, in the example of FIG. 14B in which no feature exists in the specific scanning area Tag, the DSP 16 determines that all the features specified based on the current position information IP and the map information IM are in the specific scanning area Tag. It is determined that it does not exist, and it is determined that synchronization interference can be estimated. As described above, when there is no feature in the specific scanning area Tag, the DSP 16 is hardly affected by the return light Lr reflected by the feature (that is, affected by only the synchronization disturbance). Since the received segment y can be extracted, synchronization interference is estimated based on the received segment y. In this case, the DSP 16 executes synchronization interference estimation processing described later. The position of the rider 1 shown in FIG. 14B is an example of the “specific position” in the present invention.

次に、第2実施例においてDSP16が実行する信号処理のブロック構成について説明する。第2実施例においてDSP16が実行する信号処理のブロック構成は、第1実施例と同様の図11に示す構成を有する。ここで、第2実施例におけるスイッチ制御部79の制御について説明する。   Next, a block configuration of signal processing executed by the DSP 16 in the second embodiment will be described. The block configuration of signal processing executed by the DSP 16 in the second embodiment has the same configuration as shown in FIG. 11 as in the first embodiment. Here, the control of the switch control unit 79 in the second embodiment will be described.

スイッチ制御部78は、現在位置情報IP及び地図情報IM等に基づき、地物が特定走査エリアAtag内に存在するか否か判定し、地物が特定走査エリアAtag内に存在しない場合に、特定走査方向Dtagに相当する期間においてスイッチ77をオンに設定する。具体的には、この場合、スイッチ制御部78は、特定走査方向Dtagに射出した射出光Loの戻り光Lrに関する受信セグメントyがスイッチ77に供給される期間に、スイッチ77をオンに設定し、その他の期間ではスイッチ77をオフに設定する。なお、スイッチ制御部78は、地物が存在しないと判断した特定走査方向Dtagに相当する全ての期間でスイッチ77をオンにする必要はなく、一部の期間においてスイッチ77をオンにするように設定してもよい。   The switch control unit 78 determines whether or not the feature exists in the specific scanning area Tag based on the current position information IP and the map information IM. If the feature does not exist in the specific scanning area Tag, the switch control unit 78 specifies The switch 77 is set to ON during a period corresponding to the scanning direction Dtag. Specifically, in this case, the switch control unit 78 sets the switch 77 to ON during a period in which the reception segment y related to the return light Lr of the emitted light Lo emitted in the specific scanning direction Dtag is supplied to the switch 77, In other periods, the switch 77 is set to OFF. Note that the switch control unit 78 does not need to turn on the switch 77 in all periods corresponding to the specific scanning direction Dtag determined that the feature does not exist, and turns on the switch 77 in some periods. It may be set.

このように、本第2実施例のように、同期妨害の推定に用いる特定走査方向Dtagを予め所定の方向に定めておく、又は、同期妨害の推定に用いることのない除外走査方向Doutを予め定めておく、こととすれば、第1実施例のように言わば動的に特定走査方向Dtagを特定するような構成にするよりも、演算負荷が減りより効率的に同期妨害の推定が可能となる。   Thus, as in the second embodiment, the specific scanning direction Dtag used for estimation of synchronization disturbance is set in a predetermined direction in advance, or the excluded scanning direction Dout that is not used for estimation of synchronization disturbance is set in advance. In other words, it is possible to estimate the synchronization interference more efficiently than the configuration in which the specific scanning direction Dtag is dynamically specified as in the first embodiment. Become.

<変形例>
以下では、上述した第1実施例、第2実施例に好適な変形例について説明する。
<Modification>
Below, the modification suitable for the 1st Example mentioned above and the 2nd Example is demonstrated.

(変形例1)
第2実施例において、DSP16は、特定走査エリアAtag内における地物の存否を判定する代わりに、ライダ1から所定距離以内に地物が存在するか否かを判定してもよい。上述の所定距離は、例えばライダ1の最大測距距離に設定される。すなわち、変形例1においては、ライダ1の最大測距距離以内に地物が存在しない場合における受信信号を用いて推定同期妨害wを推定するものである。
(Modification 1)
In the second embodiment, the DSP 16 may determine whether or not there is a feature within a predetermined distance from the rider 1 instead of determining whether or not the feature exists in the specific scanning area Tag. The above-mentioned predetermined distance is set to the maximum distance measurement distance of the rider 1, for example. That is, in the first modification, the estimated synchronization disturbance w is estimated using the received signal when no feature exists within the maximum distance of the lidar 1.

この場合、スイッチ制御部79は、地図情報IMに含まれる各地物の位置情報と、現在位置情報IPとに基づき、現在位置周辺の地物とライダ1との距離を算出し、当該距離が所定距離以内となる地物が存在しない場合に、スイッチ77をオンに設定する。この態様によっても、DSP16は、地物を反射した戻り光Lrによる影響がない受信セグメントyに基づき推定同期妨害wを好適に算出することができる。   In this case, the switch control unit 79 calculates the distance between the feature around the current position and the lidar 1 based on the position information of each feature included in the map information IM and the current position information IP, and the distance is predetermined. When there is no feature that is within the distance, the switch 77 is set to ON. Also according to this aspect, the DSP 16 can preferably calculate the estimated synchronization disturbance w based on the reception segment y that is not affected by the return light Lr reflected from the feature.

(変形例2)
ライダ1は、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)を実行する地図生成装置と同一の車両に存在する場合、地図生成装置が生成したデータを現在位置情報IP及び地図情報IMとして受信してもよい。この場合であっても、ライダ1は、現在位置情報IP及び道路周辺に存在する地物の情報を含む地図情報IMを取得し、第1又は第2実施例に基づき推定同期妨害wを好適に算出することができる。
(Modification 2)
The rider 1 may receive data generated by the map generation device as the current position information IP and the map information IM when the vehicle is present in the same vehicle as the map generation device that executes SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). Even in this case, the rider 1 obtains the map information IM including the current position information IP and the information of the features existing around the road, and preferably uses the estimated synchronization disturbance w based on the first or second embodiment. Can be calculated.

(変形例3)
第1及び第2実施例において、DSP16は、カメラなどの外界センサの出力に基づき、地物及び周辺の車両などの射出光Loの反射物の存否をさらに判定してもよい。
(Modification 3)
In the first and second embodiments, the DSP 16 may further determine the presence / absence of a reflected object of the emitted light Lo, such as a feature and a surrounding vehicle, based on the output of an external sensor such as a camera.

この場合、例えば、第1実施例では、DSP16のスイッチ制御部79は、地図情報IM及び現在位置情報IPに基づき最大測距距離以内に地物が存在しないと判定した走査方向であって、かつ、外界センサの出力に基づき最大測距距離以内に物体が存在しないと判定した走査方向を、特定走査方向Dtagに設定する。そして、スイッチ制御部79は、設定した特定走査方向Dtagに対応する期間にスイッチ77をオンにする。このようにすることで、ライダ1は、地図情報IMに含まれていない地物以外の任意の反射物が存在した場合であっても、推定同期妨害wを高精度に算出することができる。   In this case, for example, in the first embodiment, the switch control unit 79 of the DSP 16 is in the scanning direction in which it is determined that the feature does not exist within the maximum distance measurement distance based on the map information IM and the current position information IP, and The scanning direction in which it is determined that no object is present within the maximum distance measurement distance based on the output of the external sensor is set as the specific scanning direction Dtag. Then, the switch control unit 79 turns on the switch 77 during a period corresponding to the set specific scanning direction Dtag. By doing in this way, the lidar 1 can calculate the estimated synchronization disturbance w with high accuracy even when there is an arbitrary reflecting object other than the feature not included in the map information IM.

第2実施例においても同様に、DSP16のスイッチ制御部79は、地図情報IM及び現在位置情報IPに基づき、特定走査エリアAtag内における地物の存否を判定すると共に、外界センサの出力に基づき、特定走査エリアAtag内における地物などの物体の存否を判定する。そして、スイッチ制御部79は、上述の判定に基づき地物等が存在しないと判断した場合に、特定走査方向Dtagに対応する期間にスイッチ77をオンにする。なお、この場合、スイッチ制御部79は、ライダ1が出力するターゲット情報TIを利用して特定走査エリアAtag内における地物を含む任意の物体の存否を判定してもよい。   Similarly, in the second embodiment, the switch control unit 79 of the DSP 16 determines the presence / absence of the feature in the specific scanning area Tag based on the map information IM and the current position information IP, and based on the output of the external sensor, The presence / absence of an object such as a feature in the specific scanning area Tag is determined. When the switch control unit 79 determines that there is no feature or the like based on the above determination, the switch control unit 79 turns on the switch 77 during a period corresponding to the specific scanning direction Dtag. In this case, the switch control unit 79 may determine the presence / absence of an arbitrary object including a feature in the specific scanning area Tag using the target information TI output from the lidar 1.

1 ライダ
5 システムCPU
10 ASIC
30 トランスミッタ
40 レシーバ
50 走査光学部
1 Rider 5 System CPU
10 ASIC
30 Transmitter 40 Receiver 50 Scan Optics

Claims (12)

第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、
前記レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部と、
を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理する情報処理装置であって、
前記出力信号における、前記戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定部を備える情報処理装置。
An irradiation unit that emits laser light in response to the first signal;
A light receiving unit that receives the return light reflected from the object by the laser beam;
An information processing apparatus for processing an output signal of the light receiving unit of an optical device comprising:
An information processing apparatus comprising: an estimation unit that estimates a noise signal caused by the first signal based on a dark output signal in which the return light is equal to or less than a predetermined value in the output signal.
現在位置情報と地物の位置情報を含む地図情報とを取得する第1取得部を更に備え、
前記推定部は、前記現在位置情報と前記地図情報とに基づいて、前記出力信号から前記暗出力信号を特定する、請求項1に記載の情報処理装置。
A first acquisition unit that acquires current position information and map information including the position information of the feature;
The information processing apparatus according to claim 1, wherein the estimation unit specifies the dark output signal from the output signal based on the current position information and the map information.
前記推定部は、前記現在位置情報が示す位置から所定範囲内に前記地物が存在しない特定位置における前記出力信号を前記暗出力信号と特定する、請求項2に記載の情報処理装置。   The information processing apparatus according to claim 2, wherein the estimation unit identifies the output signal at a specific position where the feature does not exist within a predetermined range from the position indicated by the current position information as the dark output signal. 前記推定部は、前記現在位置情報が示す位置から所定範囲内に前記地物が存在しない方向である特定方向を特定し、前記照射部が前記特定方向に照射した前記レーザ光の戻り光を示す前記出力信号を、前記暗出力信号と特定する、請求項2に記載の情報処理装置。   The estimation unit specifies a specific direction that is a direction in which the feature does not exist within a predetermined range from the position indicated by the current position information, and indicates the return light of the laser beam irradiated in the specific direction by the irradiation unit The information processing apparatus according to claim 2, wherein the output signal is specified as the dark output signal. 前記受光部の出力信号から、前記推定部によって推定されたノイズ信号を減算する減算部をさらに備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の情報処理装置。   The information processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a subtracting unit that subtracts a noise signal estimated by the estimating unit from an output signal of the light receiving unit. 前記推定部は、前記照射部が複数回走査したときにそれぞれ得られた前記暗出力信号を平均化することで、前記ノイズ信号を推定する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の情報処理装置。   The said estimation part presumes the said noise signal by averaging the said dark output signal each obtained when the said irradiation part scanned in multiple times, The Claim 1 any one of Claims 1-5. Information processing device. 前記第1の信号は、パルス信号であり、
前記照射部は、前記パルス信号に基づき、異なる照射方向ごとにパルス光を前記レーザ光として照射する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の情報処理装置。
The first signal is a pulse signal;
The information processing apparatus according to claim 1, wherein the irradiation unit irradiates pulsed light as the laser light for each different irradiation direction based on the pulse signal.
第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、
前記レーザ光の戻り光を受光する受光部と、
を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理する情報処理装置であって、
現在位置情報と地物の位置情報を含む地図情報とを取得する第1取得部と、
前記現在位置情報と前記地図情報とに基づいて、前記出力信号から前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定部と、を備える情報処理装置。
An irradiation unit that emits laser light in response to the first signal;
A light receiving unit for receiving the return light of the laser beam;
An information processing apparatus for processing an output signal of the light receiving unit of an optical device comprising:
A first acquisition unit for acquiring current position information and map information including position information of features;
An information processing apparatus comprising: an estimation unit that estimates a noise signal caused by the first signal from the output signal based on the current position information and the map information.
第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、
前記レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部と、
前記出力信号における、前記戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定部と、
を備える光学機器。
An irradiation unit that emits laser light in response to the first signal;
A light receiving unit that receives the return light reflected from the object by the laser beam;
An estimation unit that estimates a noise signal caused by the first signal based on a dark output signal in which the return light is equal to or less than a predetermined value in the output signal;
An optical instrument comprising:
第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、
前記レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部と、
を備える光学機器が実行する制御方法であって、
前記出力信号における、前記戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定工程を有する制御方法。
An irradiation unit that emits laser light in response to the first signal;
A light receiving unit that receives the return light reflected from the object by the laser beam;
A control method executed by an optical apparatus comprising:
A control method including an estimation step of estimating a noise signal caused by the first signal based on a dark output signal in which the return light is equal to or less than a predetermined value in the output signal.
第1の信号に応じてレーザ光を照射する照射部と、
前記レーザ光が対象物から反射された戻り光を受光する受光部と、
を備える光学機器の前記受光部の出力信号を処理するコンピュータが実行するプログラムであって、
前記出力信号における、前記戻り光が所定以下である暗出力信号に基づいて前記第1の信号に起因するノイズ信号を推定する推定部として前記コンピュータを機能させるプログラム。
An irradiation unit that emits laser light in response to the first signal;
A light receiving unit that receives the return light reflected from the object by the laser beam;
A program executed by a computer that processes an output signal of the light receiving unit of an optical device comprising:
A program that causes the computer to function as an estimation unit that estimates a noise signal caused by the first signal based on a dark output signal in which the return light is less than or equal to a predetermined value in the output signal.
請求項11に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。   A storage medium storing the program according to claim 11.
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