JP2018159628A - 距離測定装置 - Google Patents

距離測定装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2018159628A
JP2018159628A JP2017057081A JP2017057081A JP2018159628A JP 2018159628 A JP2018159628 A JP 2018159628A JP 2017057081 A JP2017057081 A JP 2017057081A JP 2017057081 A JP2017057081 A JP 2017057081A JP 2018159628 A JP2018159628 A JP 2018159628A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
unit
mode
distance
protective cover
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017057081A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6775119B2 (ja
Inventor
信三 香山
Shinzo Kayama
信三 香山
征人 竹本
Masato Takemoto
征人 竹本
基範 石井
Motonori Ishii
基範 石井
裕介 福島
Yusuke Fukushima
裕介 福島
福島　奨
Susumu Fukushima
奨 福島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2017057081A priority Critical patent/JP6775119B2/ja
Priority to CN201880018999.9A priority patent/CN110431446B/zh
Priority to EP18771810.1A priority patent/EP3605147A4/en
Priority to US16/494,960 priority patent/US11487008B2/en
Priority to PCT/JP2018/009375 priority patent/WO2018173818A1/ja
Publication of JP2018159628A publication Critical patent/JP2018159628A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6775119B2 publication Critical patent/JP6775119B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4868—Controlling received signal intensity or exposure of sensor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G01S2007/4975—Means for monitoring or calibrating of sensor obstruction by, e.g. dirt- or ice-coating, e.g. by reflection measurement on front-screen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G01S2007/4975—Means for monitoring or calibrating of sensor obstruction by, e.g. dirt- or ice-coating, e.g. by reflection measurement on front-screen
    • G01S2007/4977—Means for monitoring or calibrating of sensor obstruction by, e.g. dirt- or ice-coating, e.g. by reflection measurement on front-screen including means to prevent or remove the obstruction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

【課題】保護カバーに異物が付着した場合であっても異物の付着を判定できる距離測定装置を提供する。【解決手段】受光部３０に感度の高いフォトダイオード（ＰＤ）を採用したＰＤ部３３を採用した場合、発光部２０と受光部３０との近傍に配置された保護カバー１１における反射散乱光Ｓの強度変化を判定することで、保護カバー１１への異物１２の付着の有無を検出しようとすると、高感度が災いして異物検出が困難になる。そこで、異物検出を行おうとする際には、発光部２０の発光強度が弱くなるように調整し、或いはＰＤ部３３の利得率が低くなるようにＰＤ部３３への印加電圧を調整することで、ＰＤ部３３の実質的な感度を低下させる。【選択図】図１

Description

本開示は、所定の領域に光を照射するとともに、当該光の反射光を受信した際に、その反射光に対応する受光信号に基づいて、反射物を検出し、当該反射物までの距離を測定する距離測定装置に関する。
従来、車載用の安全機構の一つとして、撮像素子を用いて車両の前方や周辺或いは後方を監視するシステムが提案されている。車両周辺における物体までの距離を測定する距離測定装置には、放射された光が物体で反射された後に受光されるまでの時間を計測する飛行時間法（タイムオブフライト法）の原理を用いた構成が知られている。計測した時間は、物体までの距離に換算される（特許文献１、２参照）。
距離測定装置では、発光素子や受光素子を外部環境から保護するため、光を透過するガラス板や樹脂板からなるカバーが取り付けられる。測距対象物へ放射される光と、対象物から反射して戻った光の両方の光路上にある保護カバーに汚れ等の異物が付着していると、測距に異常が発生して、測定に誤差を与えたり、測定不良となったりすることがあった。
特開２００６−３８６８６号公報 実開平５−２８７５９号公報
本開示は、前記課題を鑑み、保護カバーに異物が付着した場合であっても異物の付着を判定できる距離測定装置を提供することを主な目的とする。
本開示に係る一実施形態によれば、フォトダイオード（ＰＤ）を含む光電変換素子が受光部に採用される。ところが、目標対象物が遠く離れていても測距を行うことができるよう、感度の高いＰＤを受光部に用いた場合、発光部と受光部との近傍に配置された保護カバーにおける反射散乱光の強度変化を判定することで、保護カバーへの異物付着の有無を検出しようとすると、高感度が災いして異物検出が困難になる。そこで、異物検出を行おうとする際には、発光部の発光強度が弱くなるように調整し、或いはＰＤの利得率が低くなるようにＰＤへの印加電圧を調整することで、ＰＤの実質的な感度を低下させることとした。
すなわち、本開示に係る第１の距離測定装置は、光を間欠的に放射する発光部と、発光部から放射された光に対する反射光を受光し光電変換して受光信号を生成するフォトダイオードを含む光電変換素子を有する受光部と、発光部と受光部との光路上に配置された保護カバーと、第１のモードと第２のモードの切り替えを行うモード切替部と、第１のモードにて発光部から光を放射してから受光部によって反射光を受光するまでの時間差に基づいて目標対象物までの距離を算出する距離算出部と、発光部の発光強度を調整する発光強度調整部とを備え、第１のモードと比較して第２のモードでは、発光部の発光強度が弱くなるように調整する。
第１の距離測定装置において、距離算出部は、第２のモードにて発光部からの弱光量下での受光部の出力をもとにして保護カバーにおける反射散乱光の強度変化を判定することで、保護カバーへの異物付着の有無を検出することができる。
また、本開示に係る第２の距離測定装置は、光を間欠的に放射する発光部と、発光部から放射された光に対する反射光を受光し光電変換して受光信号を生成するフォトダイオードを含む光電変換素子を有する受光部と、発光部と受光部との光路上に配置された保護カバーと、第１のモードと第３のモードとの切り替えを行うモード切替部と、第１のモードにて発光部から光を放射してから受光部によって反射光を受光するまでの時間差に基づいて目標対象物までの距離を算出する距離算出部と、フォトダイオードへの印加電圧を調整する印加電圧調整部とを備え、第１のモードと比較して第３のモードでは、フォトダイオードの利得率が低くなるように調整する。
第２の距離測定装置において、距離算出部は、第３のモードにて利得率が低く調整された受光部の出力をもとにして保護カバーにおける反射散乱光の強度変化を判定することで、保護カバーへの異物付着の有無を検出することができる。
また、本開示に係る第３の距離測定装置は、光を間欠的に放射する発光部と、発光部から放射された光に対する反射光を受光し光電変換して受光信号を生成するアバランシェフォトダイオードを含む光電変換素子を有する受光部と、発光部と受光部との光路上に配置された保護カバーと、第１のモードと第４のモードとの切り替えを行うモード切替部と、第１のモードにて発光部から光を放射してから受光部によって反射光を受光するまでの時間差に基づいて目標対象物までの距離を算出する距離算出部と、アバランシェフォトダイオードへの印加電圧を調整する印加電圧調整部とを備え、第１のモードと比較して第４のモードでは、アバランシェフォトダイオードの増倍率が低くなるように調整する。
第３の距離測定装置において、距離算出部は、第４のモードにて増倍率が低く調整された受光部の出力をもとにして保護カバーにおける反射散乱光の強度変化を判定することで、保護カバーへの異物付着の有無を検出することができる。
本開示の一実施形態によって得られる効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。すなわち、距離測定装置において高感度の測距を実現しつつ、保護カバーへの異物の付着を正しく判定することができる。また、判定結果を用いて保護カバーの洗浄を実行することにより、信頼性の高い距離測定装置を提供することができる。
本開示の実施形態１に係る距離測定装置の概略構成図である。 図１中の制御部の詳細構成例を示すブロック図である。 図１中のＰＤ部の詳細構成例を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、ＬＤ発光強度調整部を用いた図１の距離測定装置の動作例を示すタイミング図である。 図１の距離測定装置の全体動作例を示すフロー図である。
以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照しながら、具体的に説明する。実質的に同一の構成に対して同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
（実施形態１）
図１は、本開示の実施形態１に係る距離測定装置の概略構成図である。図１の距離測定装置は、発光部２０、受光部３０及び制御部４０を内蔵した筐体１０と、筐体１０の開口部を覆う光透過性の保護カバー１１と、保護カバー１１に付着した異物１２を除去するための洗浄部５０とを備える。発光部２０は、発光レンズ及びスキャナを介してパルス状のレーザ光Ｌを放射するレーザダイオード（ＬＤ）部２１に加えて、ＬＤ部２１の駆動電圧を選択する第１のマルチプレクサ（ＭＵＸ１）２２を有する光源である。受光部３０は、集光のための光学系３１と、特定の波長の光だけを透過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２と、各々光電変換素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）を備える複数の画素をアレイ状に配列してなるＰＤ部３３と、ＰＤ部３３の駆動電圧を選択する第２のマルチプレクサ（ＭＵＸ２）３４とを有する測距カメラである。制御部４０は、第１のマルチプレクサ２２にＬＤ駆動電圧切替信号ＳＷ１を、ＬＤ部２１にＬＤ駆動制御信号ＤＲ１を、第２のマルチプレクサ３４にＰＤ印加電圧切替信号ＳＷ２を、ＰＤ部３３にＰＤ駆動制御信号ＤＲ２をそれぞれ供給し、ＰＤ部３３から受光信号ＲＶを受け取る。また、制御部４０は、ワイパー、ウォッシャ等で構成された洗浄部５０へ洗浄命令Ｗを供給し、洗浄部５０から完了信号Ｃを受け取る。
ＰＤ部３３は複数の画素で構成されており、全画素同時に受光タイミングを制御することができるグローバルシャッタ機能を有するのが好都合である。このグローバルシャッタ機能をもとに制御部４０からシャッタタイミングを、ＬＤ部２１の発光タイミングに対する相対的なタイミングとして制御することで、当該距離測定装置から特定の距離区間にある被写体を検出することができる。その距離区間を距離方向にスキャンすることで、異なる位置の被写体が複数あっても、距離の異なる画像として制御部４０が距離画像を取得することができる。
さて、図１の距離測定装置は、保護カバー１１における反射散乱光Ｓの強度変化を判定することで、保護カバー１１への異物１２の付着の有無を検出するものである。
図１に示すように、例えば車載用の距離測定装置において、異物１２がＬＤ部２１の前方にて付着していると、保護カバー１１を透過できる放射光が減少する。また、目標対象物からの反射光も、異物１２によって吸収又は散乱される結果、保護カバー１１を透過できる反射光が減少する。このようにしてＰＤ部３３への入射光量が所定量以下となると、光の往復時間の計測精度が落ちてしまう。すなわち、距離測定値の信頼性が損なわれたり、或いは測定できる最大距離が減少して安全性が低下したりすることが考えられる。そのため、異物１２の検出及び除去が重要となる。また、図１のように、発光部２０と受光部３０とが同一の筐体１０内に配置された構造においては、異物１２に光が当たると光は散乱されて、その一部が受光部３０に到達する。また、異物１２が付着していなくても保護カバー１１で反射した光が受光部３０に到達する。すなわち、異物１２と言ってもわずか数ミリメートル以下の泥や虫の死骸等であることが大多数であり、距離としてはほぼ同じ距離から反射されるため、結局異物１２の有無に応じて変化するのは保護カバー１１における反射散乱光Ｓの強度である。
ところが、発光部２０から出た光が保護カバー１１及び異物１２で反射、散乱された場合、この位置は発光部２０の極近傍であるため、光強度を非常に強く保ったまま反射される。前述のように受光部３０の光電変換素子として感度の高い素子を用いた場合、感度が高いがゆえに保護カバー１１のみに由来する反射散乱光Ｓと、保護カバー１１及び異物１２に起因した反射散乱光Ｓとの区別が困難である。
そこで、本願発明者らが鋭意検討した結果、異物検出を行おうとする際には、発光部２０の発光強度が弱くなるように調整し、或いは受光部３０におけるＰＤの利得率が低くなるように調整することで、ＰＤの実質的な感度を低下させれば、保護カバー１１のみに由来する反射散乱光Ｓと、保護カバー１１及び異物１２に起因した反射散乱光Ｓとを区別し得ることが見出された。
図２は、図１中の制御部４０の詳細構成例を示すブロック図である。制御部４０は、ＬＤ駆動制御部４１と、ＬＤ発光強度調整部４２と、ＰＤ駆動制御部４３と、ＰＤ印加電圧調整部４４と、距離算出部４５と、モード切替部４６と、洗浄処理部４７とを備える。モード切替部４６は、目標対象物までの距離を測定する通常測距モードと、保護カバー１１に付着した異物１２を検出する異物検出モードとの切り替えを示すモード切替信号を各部へ供給する。ＬＤ発光強度調整部４２は、ＬＤ駆動電圧切替信号ＳＷ１により、通常測距モードでは高電圧ＶＤＤＡ１がＬＤ部２１へ供給されて発光強度が強くなるように調整し、異物検出モードでは低電圧ＶＤＤＡ２がＬＤ部２１へ供給されて発光強度が弱くなるように調整する。ＬＤ駆動制御部４１は、ＬＤ駆動制御信号ＤＲ１により発光タイミングを制御する。ＰＤ印加電圧調整部４４は、ＰＤ印加電圧切替信号ＳＷ２により、通常測距モードでは高電圧ＶＤＤＢ１がＰＤ部３３へ供給されてＰＤ利得率が高くなるように調整し、異物検出モードでは低電圧ＶＤＤＢ２がＰＤ部３３へ供給されてＰＤ利得率が低くなるように調整する。ＰＤ駆動制御部４３は、発光タイミングを通知するＬＤ駆動制御信号ＤＲ１を受けて、ＰＤ駆動制御信号ＤＲ２により受光動作を制御する。距離算出部４５は、発光タイミングを通知するＬＤ駆動制御信号ＤＲ１と、ＰＤ部３３からの受光信号ＲＶとを受け、通常測距モードと異物検出モードとで異なる動作をする。具体的に言うと、距離算出部４５は、通常測距モードにて、ＬＤ部２１から光を放射してから、ＰＤ部３３によって反射光を受光するまでの時間差に基づいて、目標対象物までの距離を算出する。一方、距離算出部４５は、異物検出モードにて、ＬＤ部２１からの弱光量下でのＰＤ部３３の出力をもとにして、また利得率が低く調整されたＰＤ部３３の出力をもとにして保護カバー１１における反射散乱光Ｓの強度変化を判定することで、保護カバー１１への異物１２の付着の有無を検出する。異物１２が検出された場合、距離算出部４５は、洗浄処理部４７へ異物検出信号Ｄを供給する。異物検出信号Ｄを受けた洗浄処理部４７は、洗浄部５０へ洗浄命令Ｗを発する。洗浄処理部４７は、洗浄部５０から完了信号Ｃを受け取ると、距離算出部４５へ完了信号Ｃを伝達することで、洗浄処理が完了したことを距離算出部４５へ通知する。完了信号Ｃを受けた距離算出部４５は、モード切替部４６に対して、異物検出モードから通常測距モードへ移行するように要求する。
図３は、図１中のＰＤ部３３の詳細構成例を示すブロック図であって、ＰＤ部３３の１画素分を示している。図３の構成は、ＰＤを備える光電変換素子６１と、ＰＤ出力を計数する受光検出回数カウント部６２と、デマルチプレクサ（ＤｅＭＵＸ）６３と、背景光検出回数記憶部６４と、信号光＋背景光検出回数記憶部６５と、両記憶部６４，６５の出力を比較する比較器６６と、距離記憶部６７と、第１、第２及び第３のスイッチ６８，６９，７０と、出力アンプ７１とを備える。デマルチプレクサ６３は、振り分け制御信号ＳＷ３に応じて、受光検出回数カウント部６２の出力を背景光検出回数記憶部６４と、信号光＋背景光検出回数記憶部６５とに振り分ける。第１のスイッチ６８は、比較器６６の出力に応じてオン・オフし、距離電圧ＬＶを出力する。第２のスイッチ６９は、第１のカウント出力制御信号ＳＷ４に応じてオン・オフし、背景光検出回数記憶部６４の出力を距離記憶部６７及び出力アンプ７１へ伝える。第３のスイッチ７０は、第２のカウント出力制御信号ＳＷ５に応じてオン・オフし、信号光＋背景光検出回数記憶部６５の出力を距離記憶部６７及び出力アンプ７１へ伝える。出力アンプ７１は、受光信号ＲＶを出力する。
例えば１０ナノ秒でシャッタを切れば、一定の光速による光の往復時間を考慮して、距離区間１．５ｍに物体があるか無いかを検出することができる。ＬＤ部２１の発光タイミングとＰＤ部３３のシャッタタイミングとを相対的にずらしていくと、異なる距離区間に配置された物体をそれぞれ検出することが可能になる。ただし、昼間では太陽光等の背景光の影響が大きいので、まず、背景光の光量を取得して、その後に信号光＋背景光の光量との大小を判定し、後者が大きければその距離区間に物体が存在するという判定を距離記憶部６７に書き込む。高感度のＰＤを用いることで、後段の回路ノイズに対して十分な信号マージンを確保することができる。しかし、背景光の大きさと信号光＋背景光の大きさとを比較する場合において、高感度のＰＤは信号量を比較することに適していない。そこで、図３では、フォトンが何回検出されたかという回数をカウントすることで両者の比較を行う構成になっている。距離はその回数の大小を比較器６６で判定する。図３では、第１及び第２のカウント出力制御信号ＳＷ４，ＳＷ５を駆動することで、それぞれ背景光、信号光＋背景光の検出回数をＰＤ部３３の外へ出力でき、それらの値を制御部４０で判定する。
図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、ＬＤ発光強度調整部４２を用いた図１の距離測定装置の動作例を示すタイミング図である。通常測距モードでは、図４（ａ）に示すように、強光量の発光パルス信号がＬＤ部２１から放射される。この通常測距モードにおけるＰＤ部３３の受光信号レベルは、図４（ｂ）に示すように、異物１２の有無にかかわらず、異物判定レベルである閾値を常に超えてしまう。そこで、ＬＤ発光強度調整部４２は、異物検出モードにてＬＤ部２１から弱光量の発光パルス信号が放射されるように調整する。これにより、異物検出モードにおけるＰＤ部３３の受光信号レベルが、図４（ｃ）に示すように閾値を下回り得るようになる結果、保護カバー１１のみに由来する反射散乱光Ｓと、保護カバー１１及び異物１２に起因した反射散乱光Ｓとを区別し得るようになる。
図５は、図１の距離測定装置の全体動作例を示すフロー図である。図１の距離測定装置の動作は、ステップＳ１１からステップＳ１９までの異物検出モードＭ１の動作と、ステップＳ２１からステップＳ２６までの通常測距モードＭ２の動作とに分けられる。
まず、異物検出モードＭ１の動作を説明する。ステップＳ１１では、ＬＤ発光強度調整部４２により弱光量を、ＰＤ印加電圧調整部４４により低利得率をそれぞれ選択する。ステップＳ１２にて第１及び第２のマルチプレクサ２２，３４における駆動電圧変更の完了を待って、ステップＳ１３では、ＬＤ部２１からの発光を休止した状態で光電変換素子６１及び受光検出回数カウント部６２にて背景光測距を行い、背景光検出回数記憶部６４にて検出回数記憶を行う。ステップＳ１４では、ＬＤ部２１からの信号光ありの状態で光電変換素子６１及び受光検出回数カウント部６２にて信号光＋背景光測距を行い、信号光＋背景光検出回数記憶部６５にて検出回数記憶を行う。ステップＳ１５では、第１のカウント出力制御信号ＳＷ４により第２のスイッチ６９をオンさせて、背景光検出回数記憶部６４の検出回数記憶を制御部４０へ出力し、また第２のカウント出力制御信号ＳＷ５により第３のスイッチ７０をオンさせて、信号光＋背景光検出回数記憶部６５の検出回数記憶を制御部４０へ出力する。ステップＳ１６では、制御部４０の距離算出部４５にて、両検出回数記憶の差分を、異物なしの状態で予め取得しておいたリファレンスと比較することで異物判定を行う。異物１２には光を反射する物体と光を吸収する物体との両方が存在し、そのいずれもが測距性能を劣化させるため、保護カバー１１における反射散乱光Ｓの強度に一定量を超える増加又は減少があれば、保護カバー１１に異物１２が付着したものと判定する。異物なしの判定の場合にはステップＳ１６から通常測距モードＭ２の動作へ移行するが、異物ありの判定の場合にはステップＳ１６からステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７では、洗浄処理部４７が洗浄判定を行い、洗浄部５０へ洗浄命令Ｗを発する。ステップＳ１８では、異物１２を除去するように洗浄部５０が保護カバー１１の洗浄を実行する。そして、ステップＳ１９にて洗浄完了が確認されると、通常測距モードＭ２の動作へ移行する。
次に、通常測距モードＭ２の動作を説明する。ステップＳ２１では、ＬＤ発光強度調整部４２により強光量を、ＰＤ印加電圧調整部４４により高利得率をそれぞれ選択する。ステップＳ２２にて第１及び第２のマルチプレクサ２２，３４における駆動電圧変更の完了を待って、ステップＳ２３では、ＬＤ部２１からの発光を休止した状態で光電変換素子６１及び受光検出回数カウント部６２にて背景光測距を行い、背景光検出回数記憶部６４にて検出回数記憶を行う。ステップＳ２４では、ＬＤ部２１からの信号光ありの状態で光電変換素子６１及び受光検出回数カウント部６２にて信号光＋背景光測距を行い、信号光＋背景光検出回数記憶部６５にて検出回数記憶を行う。ステップＳ２５では、両検出回数記憶の大小を比較器６６にて比較し、その結果を以て距離電圧ＬＶを距離記憶部６７に記憶する。ここでいう距離電圧とは、計測された距離に対応する電圧を意味し、計算で距離が算出される場合であれば、計算に用いられる電圧値であってもよいし、変換テーブルなどで距離値を変換する場合であれば、その電圧値であってもよい。これらステップＳ２３からステップＳ２５までの動作は、Ｎ（Ｎは整数値）個の距離区間で繰り返される。これらの動作がＮ個の距離区間で完了した時点で、ステップＳ２６にて距離記憶部６７に記憶された距離電圧の情報を制御部４０の距離算出部４５へ出力する。距離算出部４５は、受け取った距離電圧の情報をもとに、Ｎ個の距離区間の各々における目標対象物までの距離を算出する。ステップＳ２６の処理が終わると、異物検出モードＭ１の動作へ移行する。
（実施形態２）
本開示の実施形態２に係る距離測定装置に搭載される画素では、光電変換部に通常のＰＤに代わり、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を使用する。なお、他の構成要素は実施形態１と同様であるため、図１〜図３中のＰＤをＡＰＤに読み替えることとして、詳細な説明を省略する。
光電変換部にＡＰＤを使用する場合は、通常、１０Ｖから１００Ｖ程度の高い逆バイアス電圧を印加する。通常のＰＤは、光電変換部に入射したフォトン１個に対して電子又は正孔を１個生成するが、ＡＰＤは、光電変換部に入射したフォトン１個に対して電子又は正孔を複数個生成する。この生成する電子又は正孔の個数を、増倍率という。
例えば、図２に示す距離測定装置において、ＰＤ印加電圧調整部４４は、ＰＤ印加電圧切替信号ＳＷ２により、通常測距モードでは高い逆バイアス電圧ＶＤＤＢ１がＰＤ部３３へ供給されて、ＰＤ部３３における増倍率が高くなるように調整する。特に、ガイガーモードと呼ばれる、増倍率が概ね１００００以上の状態にすることで、非常に高いＳＮ比の距離信号を得ることができる。
なお、一般に、ＡＰＤは、上記のような高い逆バイアス電圧を印加することで、増倍率の高いガイガーモードで動作し、印加する電圧を数Ｖ程度まで低くすると、通常のＰＤと同様の動作を示す。
異物検出モードでは、ＰＤ部３３へ供給される電圧ＶＤＤＢ２を、ＡＰＤ増倍率が低くなるように、又は通常のＰＤの動作をするように調整する。このように動作が調整されたＰＤ部３３の出力をもとにして保護カバー１１における反射散乱光Ｓの強度変化を判定することで、保護カバー１１への異物１２の付着の有無を検出できる。
以上の説明のように、上記実施形態１、２によれば、距離測定装置において高感度の測距を実現しつつ、発光部２０及び受光部３０の光路上に位置する保護カバー１１への異物１２の付着を正しく判定することができる。また、洗浄部５０を設けて保護カバー１１の洗浄を実行することにより、信頼性の高い距離測定装置を提供することができる。
なお、上記実施形態１、２では制御部４０がＬＤ発光強度調整部４２とＰＤ印加電圧調整部４４との双方を備えることとしたが、これらのうち少なくとも一方を備えることとしてもよい。
以上説明してきたように、本開示に係る距離測定装置は、高感度の測距を実現しつつ、保護カバーへの異物の付着を正しく判定することができる効果を有し、特に車載用等として有用である。
１０ 筐体
１１ 保護カバー
１２ 異物
２０ 発光部
２１ ＬＤ（レーザダイオード）部
２２ 第１のマルチプレクサ（ＭＵＸ１）
３０ 受光部
３１ 光学系
３２ ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
３３ ＰＤ（フォトダイオード）部
３４ 第２のマルチプレクサ（ＭＵＸ２）
４０ 制御部
４１ ＬＤ駆動制御部
４２ ＬＤ発光強度調整部
４３ ＰＤ駆動制御部
４４ ＰＤ印加電圧調整部
４５ 距離算出部
４６ モード切替部
４７ 洗浄処理部
５０ 洗浄部
本開示は、所定の領域に光を照射するとともに、当該光の反射光を受信した際に、その反射光に対応する受光信号に基づいて、反射物を検出し、当該反射物までの距離を測定する距離測定装置に関する。
従来、車載用の安全機構の一つとして、撮像素子を用いて車両の前方や周辺或いは後方を監視するシステムが提案されている。車両周辺における物体までの距離を測定する距離測定装置には、放射された光が物体で反射された後に受光されるまでの時間を計測する飛行時間法（タイムオブフライト法）の原理を用いた構成が知られている。計測した時間は、物体までの距離に換算される（特許文献１、２参照）。
距離測定装置では、発光素子や受光素子を外部環境から保護するため、光を透過するガラス板や樹脂板からなるカバーが取り付けられる。測距対象物へ放射される光と、対象物から反射して戻った光の両方の光路上にある保護カバーに汚れ等の異物が付着していると、測距に異常が発生して、測定に誤差を与えたり、測定不良となったりする。
特開２００６−３８６８６号公報 実開平５−２８７５９号公報
本開示は、前記課題を鑑み、保護カバーに異物が付着した場合であっても異物の付着を判定できる距離測定装置を提供することを主な目的とする。
本開示の一態様に係る距離測定装置は、光を間欠的に放射する発光部と、発光部から放射された光に対する反射光を受光し光電変換して受光信号を生成するフォトダイオードを含む光電変換素子を有する受光部と、発光部と受光部との光路上に配置された保護カバーと、第１のモードと第２のモードの切り替えを行うモード切替部と、第１のモードにて発光部から光を放射してから受光部によって反射光を受光するまでの時間差に基づいて目標対象物までの距離を算出する距離算出部と、発光部の発光強度を調整する発光強度調整部とを備え、第１のモードと比較して第２のモードでは、発光部の発光強度が弱くなるように調整する。
ここで、距離算出部は、第２のモードにて発光部からの弱光量下での受光部の出力をもとにして保護カバーにおける反射散乱光の強度変化を判定することで、保護カバーへの異物付着の有無を検出することができる。
また、本開示の他の一態様に係る距離測定装置は、光を間欠的に放射する発光部と、発光部から放射された光に対する反射光を受光し光電変換して受光信号を生成するフォトダイオードを含む光電変換素子を有する受光部と、発光部と受光部との光路上に配置された保護カバーと、第１のモードと第２のモードとの切り替えを行うモード切替部と、第１のモードにて発光部から光を放射してから受光部によって反射光を受光するまでの時間差に基づいて目標対象物までの距離を算出する距離算出部と、フォトダイオードへの印加電圧を調整する印加電圧調整部とを備え、第１のモードと比較して第２のモードでは、フォトダイオードの利得率が低くなるように調整する。
ここで、距離算出部は、第２のモードにて利得率が低く調整された受光部の出力をもとにして保護カバーにおける反射散乱光の強度変化を判定することで、保護カバーへの異物付着の有無を検出することができる。
また、本開示のさらに他の一態様に係る距離測定装置は、光を間欠的に放射する発光部と、発光部から放射された光に対する反射光を受光し光電変換して受光信号を生成するアバランシェフォトダイオードを含む光電変換素子を有する受光部と、発光部と受光部との光路上に配置された保護カバーと、第１のモードと第２のモードとの切り替えを行うモード切替部と、第１のモードにて発光部から光を放射してから受光部によって反射光を受光するまでの時間差に基づいて目標対象物までの距離を算出する距離算出部と、アバランシェフォトダイオードへの印加電圧を調整する印加電圧調整部とを備え、第１のモードと比較して第２のモードでは、アバランシェフォトダイオードの増倍率が低くなるように調整する。
ここで、距離算出部は、第２のモードにて増倍率が低く調整された受光部の出力をもとにして保護カバーにおける反射散乱光の強度変化を判定することで、保護カバーへの異物付着の有無を検出することができる。
ここで、距離測定装置は、距離算出部にて異物付着が検出された場合に、保護カバーに付着した異物を除去するように洗浄を行う洗浄部をさらに備えてもよい。
本開示の一実施形態によって得られる効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。すなわち、距離測定装置において高感度の測距を実現しつつ、保護カバーへの異物の付着を正しく判定することができる。また、判定結果を用いて保護カバーの洗浄を実行することにより、信頼性の高い距離測定装置を提供することができる。
本開示の実施形態１に係る距離測定装置の概略構成例を示す図である。 図１中の制御部の詳細構成例およびその周辺ブロックを示すブロック図である。 図１中のＰＤ部の詳細構成例を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、ＬＤ発光強度調整部を用いた図１の距離測定装置の動作例を示すタイミング図である。 図１の距離測定装置の全体動作例を示すフロー図である。
以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照しながら、具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明する。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密な寸法を表すものではない。
（実施形態１）
本開示に係る一実施形態によれば、フォトダイオード（ＰＤ）を含む光電変換素子が受光部に採用される。ところが、目標対象物が遠く離れていても測距を行うことができるよう、感度の高いＰＤを受光部に用いた場合、発光部と受光部との近傍に配置された保護カバーにおける反射散乱光の強度変化を判定することで、保護カバーへの異物付着の有無を検出しようとすると、高感度が災いして異物検出が困難になる。そこで、異物検出を行おうとする際には、発光部の発光強度が弱くなるように調整し、或いはＰＤの利得率が低くなるようにＰＤへの印加電圧を調整することで、ＰＤの実質的な感度を低下させることとした。
図１は、本開示の実施形態１に係る距離測定装置の概略構成例を示した図である。図１の距離測定装置は、発光部２０、受光部３０及び制御部４０を内蔵した筐体１０と、筐体１０の開口部を覆う光透過性の保護カバー１１と、保護カバー１１に付着した異物１２を除去するための洗浄部５０とを備える。発光部２０は、発光レンズ及びスキャナを介してパルス状のレーザ光Ｌを放射するレーザダイオード（ＬＤ）部２１に加えて、ＬＤ部２１の駆動電圧を選択する第１のマルチプレクサ（ＭＵＸ１）２２を有する光源である。受光部３０は、集光のための光学系３１と、特定の波長の光だけを透過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２と、各々光電変換素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）を備える複数の画素をアレイ状に配列してなるＰＤ部３３と、ＰＤ部３３の駆動電圧を選択する第２のマルチプレクサ（ＭＵＸ２）３４とを有する測距カメラである。制御部４０は、第１のマルチプレクサ２２にＬＤ駆動電圧切替信号ＳＷ１を、ＬＤ部２１にＬＤ駆動制御信号ＤＲ１を、第２のマルチプレクサ３４にＰＤ印加電圧切替信号ＳＷ２を、ＰＤ部３３にＰＤ駆動制御信号ＤＲ２をそれぞれ供給し、ＰＤ部３３から受光信号ＲＶを受け取る。また、制御部４０は、ワイパー、ウォッシャ等で構成された洗浄部５０へ洗浄命令Ｗを供給し、洗浄部５０から完了信号Ｃを受け取る。
ＰＤ部３３は複数の画素で構成されており、全画素同時に受光タイミングを制御することができるグローバルシャッタ機能を有するのが好都合である。このグローバルシャッタ機能をもとに制御部４０からシャッタタイミングを、ＬＤ部２１の発光タイミングに対する相対的なタイミングとして制御することで、当該距離測定装置から特定の距離区間にある被写体を検出することができる。その距離区間を距離方向にスキャンすることで、異なる位置の被写体が複数あっても、距離の異なる画像として制御部４０が距離画像を取得することができる。
さて、図１の距離測定装置は、保護カバー１１における反射散乱光Ｓの強度変化を判定することで、保護カバー１１への異物１２の付着の有無を検出するものである。
図１に示すように、例えば車載用の距離測定装置において、異物１２がＬＤ部２１の前方にて付着していると、保護カバー１１を透過できる放射光が減少する。また、目標対象物からの反射光も、異物１２によって吸収又は散乱される結果、保護カバー１１を透過できる反射光が減少する。このようにしてＰＤ部３３への入射光量が所定量以下となると、光の往復時間の計測精度が落ちてしまう。すなわち、距離測定値の信頼性が損なわれたり、或いは測定できる最大距離が減少して安全性が低下したりすることが考えられる。そのため、異物１２の検出及び除去が重要となる。また、図１のように、発光部２０と受光部３０とが同一の筐体１０内に配置された構造においては、異物１２に光が当たると光は散乱されて、その一部が受光部３０に到達する。また、異物１２が付着していなくても保護カバー１１で反射した光が受光部３０に到達する。すなわち、異物１２と言ってもわずか数ミリメートル以下の泥や虫の死骸等であることが大多数であり、距離としてはほぼ同じ距離から反射されるため、結局異物１２の有無に応じて変化するのは保護カバー１１における反射散乱光Ｓの強度である。
ところが、発光部２０から出た光が保護カバー１１及び異物１２で反射、散乱された場合、この位置は発光部２０の極近傍であるため、光強度を非常に強く保ったまま反射される。前述のように受光部３０の光電変換素子として感度の高い素子を用いた場合、感度が高いがゆえに保護カバー１１のみに由来する反射散乱光Ｓと、保護カバー１１及び異物１２に起因した反射散乱光Ｓとの区別が困難である。
そこで、本願発明者らが鋭意検討した結果、異物検出を行おうとする際には、発光部２０の発光強度が弱くなるように調整し、或いは受光部３０におけるＰＤの利得率が低くなるように調整することで、ＰＤの実質的な感度を低下させれば、保護カバー１１のみに由来する反射散乱光Ｓと、保護カバー１１及び異物１２に起因した反射散乱光Ｓとを区別し得ることが見出された。
図２は、図１中の制御部４０の詳細構成例およびその周辺ブロックを示すブロック図である。制御部４０は、ＬＤ駆動制御部４１と、ＬＤ発光強度調整部４２と、ＰＤ駆動制御部４３と、ＰＤ印加電圧調整部４４と、距離算出部４５と、モード切替部４６と、洗浄処理部４７とを備える。また、図２には、制御部４０の周辺ブロックとして、ＬＤ部２１、第１のマルチプレクサ（ＭＵＸ１）２２、ＰＤ部３３、第２のマルチプレクサ３４および洗浄部５０を図示している。
モード切替部４６は、目標対象物までの距離を測定する通常測距モードと、保護カバー１１に付着した異物１２を検出する異物検出モードとの切り替えを示すモード切替信号を各部へ供給する。ＬＤ発光強度調整部４２は、ＬＤ駆動電圧切替信号ＳＷ１により、通常測距モードでは高電圧ＶＤＤＡ１がＬＤ部２１へ供給されて発光強度が強くなるように調整し、異物検出モードでは低電圧ＶＤＤＡ２がＬＤ部２１へ供給されて発光強度が弱くなるように調整する。ＬＤ駆動制御部４１は、ＬＤ駆動制御信号ＤＲ１により発光タイミングを制御する。ＰＤ印加電圧調整部４４は、ＰＤ印加電圧切替信号ＳＷ２により、通常測距モードでは高電圧ＶＤＤＢ１がＰＤ部３３へ供給されてＰＤ利得率が高くなるように調整し、異物検出モードでは低電圧ＶＤＤＢ２がＰＤ部３３へ供給されてＰＤ利得率が低くなるように調整する。ＰＤ駆動制御部４３は、発光タイミングを通知するＬＤ駆動制御信号ＤＲ１を受けて、ＰＤ駆動制御信号ＤＲ２により受光動作を制御する。距離算出部４５は、発光タイミングを通知するＬＤ駆動制御信号ＤＲ１と、ＰＤ部３３からの受光信号ＲＶとを受け、通常測距モードと異物検出モードとで異なる動作をする。具体的に言うと、距離算出部４５は、通常測距モードにて、ＬＤ部２１から光を放射してから、ＰＤ部３３によって反射光を受光するまでの時間差に基づいて、目標対象物までの距離を算出する。一方、距離算出部４５は、異物検出モードにて、ＬＤ部２１からの弱光量下でのＰＤ部３３の出力をもとにして、また利得率が低く調整されたＰＤ部３３の出力をもとにして保護カバー１１における反射散乱光Ｓの強度変化を判定することで、保護カバー１１への異物１２の付着の有無を検出する。異物１２が検出された場合、距離算出部４５は、洗浄処理部４７へ異物検出信号Ｄを供給する。異物検出信号Ｄを受けた洗浄処理部４７は、洗浄部５０へ洗浄命令Ｗを発する。洗浄処理部４７は、洗浄部５０から完了信号Ｃを受け取ると、距離算出部４５へ完了信号Ｃを伝達することで、洗浄処理が完了したことを距離算出部４５へ通知する。完了信号Ｃを受けた距離算出部４５は、モード切替部４６に対して、異物検出モードから通常測距モードへ移行するように要求する。
図３は、図１中のＰＤ部３３の詳細構成例を示すブロック図であって、ＰＤ部３３の１画素分を示している。図３の構成は、ＰＤを備える光電変換素子６１と、ＰＤ出力を計数する受光検出回数カウント部６２と、デマルチプレクサ（ＤｅＭＵＸ）６３と、背景光検出回数記憶部６４と、信号光＋背景光検出回数記憶部６５と、両記憶部６４，６５の出力を比較する比較器６６と、距離記憶部６７と、第１、第２及び第３のスイッチ６８，６９，７０と、出力アンプ７１とを備える。デマルチプレクサ６３は、振り分け制御信号ＳＷ３に応じて、受光検出回数カウント部６２の出力を背景光検出回数記憶部６４と、信号光＋背景光検出回数記憶部６５とに振り分ける。第１のスイッチ６８は、比較器６６の出力に応じてオン・オフし、距離電圧ＬＶを出力する。第２のスイッチ６９は、第１のカウント出力制御信号ＳＷ４に応じてオン・オフし、背景光検出回数記憶部６４の出力を距離記憶部６７及び出力アンプ７１へ伝える。第３のスイッチ７０は、第２のカウント出力制御信号ＳＷ５に応じてオン・オフし、信号光＋背景光検出回数記憶部６５の出力を距離記憶部６７及び出力アンプ７１へ伝える。出力アンプ７１は、受光信号ＲＶを出力する。
例えば１０ナノ秒でシャッタを切れば、一定の光速による光の往復時間を考慮して、距離区間１．５ｍに物体があるか無いかを検出することができる。ＬＤ部２１の発光タイミングとＰＤ部３３のシャッタタイミングとを相対的にずらしていくと、異なる距離区間に配置された物体をそれぞれ検出することが可能になる。ただし、昼間では太陽光等の背景光の影響が大きいので、まず、背景光の光量を取得して、その後に信号光＋背景光の光量との大小を判定し、後者が大きければその距離区間に物体が存在するという判定を距離記憶部６７に書き込む。高感度のＰＤを用いることで、後段の回路ノイズに対して十分な信号マージンを確保することができる。しかし、背景光の大きさと信号光＋背景光の大きさとを比較する場合において、高感度のＰＤは信号量を比較することに適していない。そこで、図３では、フォトンが何回検出されたかという回数をカウントすることで両者の比較を行う構成になっている。距離はその回数の大小を比較器６６で判定する。図３では、第１及び第２のカウント出力制御信号ＳＷ４，ＳＷ５を駆動することで、それぞれ背景光、信号光＋背景光の検出回数をＰＤ部３３の外へ出力でき、それらの値を制御部４０で判定する。
図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、ＬＤ発光強度調整部４２を用いた図１の距離測定装置の動作例を示すタイミング図である。通常測距モードでは、図４（ａ）に示すように、強光量の発光パルス信号がＬＤ部２１から放射される。この通常測距モードにおけるＰＤ部３３の受光信号レベルは、図４（ｂ）に示すように、異物１２の有無にかかわらず、異物判定レベルである閾値を常に超えてしまう。そこで、ＬＤ発光強度調整部４２は、異物検出モードにてＬＤ部２１から弱光量の発光パルス信号が放射されるように調整する。これにより、異物検出モードにおけるＰＤ部３３の受光信号レベルが、図４（ｃ）に示すように閾値を下回り得るようになる結果、保護カバー１１のみに由来する反射散乱光Ｓと、保護カバー１１及び異物１２に起因した反射散乱光Ｓとを区別し得るようになる。
図５は、図１の距離測定装置の全体動作例を示すフロー図である。図１の距離測定装置の動作は、ステップＳ１１からステップＳ１９までの異物検出モードＭ１の動作と、ステップＳ２１からステップＳ２６までの通常測距モードＭ２の動作とに分けられる。
まず、異物検出モードＭ１の動作を説明する。ステップＳ１１では、ＬＤ発光強度調整部４２により弱光量を、ＰＤ印加電圧調整部４４により低利得率をそれぞれ選択する。ステップＳ１２にて第１及び第２のマルチプレクサ２２，３４における駆動電圧変更の完了を待って、ステップＳ１３では、ＬＤ部２１からの発光を休止した状態で光電変換素子６１及び受光検出回数カウント部６２にて背景光測距を行い、背景光検出回数記憶部６４にて検出回数記憶を行う。ステップＳ１４では、ＬＤ部２１からの信号光ありの状態で光電変換素子６１及び受光検出回数カウント部６２にて信号光＋背景光測距を行い、信号光＋背景光検出回数記憶部６５にて検出回数記憶を行う。ステップＳ１５では、第１のカウント出力制御信号ＳＷ４により第２のスイッチ６９をオンさせて、背景光検出回数記憶部６４の検出回数記憶を制御部４０へ出力し、また第２のカウント出力制御信号ＳＷ５により第３のスイッチ７０をオンさせて、信号光＋背景光検出回数記憶部６５の検出回数記憶を制御部４０へ出力する。ステップＳ１６では、制御部４０の距離算出部４５にて、両検出回数記憶の差分を、異物なしの状態で予め取得しておいたリファレンスと比較することで異物判定を行う。異物１２には光を反射する物体と光を吸収する物体との両方が存在し、そのいずれもが測距性能を劣化させるため、保護カバー１１における反射散乱光Ｓの強度に一定量を超える増加又は減少があれば、保護カバー１１に異物１２が付着したものと判定する。異物なしの判定の場合にはステップＳ１６から通常測距モードＭ２の動作へ移行するが、異物ありの判定の場合にはステップＳ１６からステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７では、洗浄処理部４７が洗浄判定を行い、洗浄部５０へ洗浄命令Ｗを発する。ステップＳ１８では、異物１２を除去するように洗浄部５０が保護カバー１１の洗浄を実行する。そして、ステップＳ１９にて洗浄完了が確認されると、通常測距モードＭ２の動作へ移行する。
次に、通常測距モードＭ２の動作を説明する。ステップＳ２１では、ＬＤ発光強度調整部４２により強光量を、ＰＤ印加電圧調整部４４により高利得率をそれぞれ選択する。ステップＳ２２にて第１及び第２のマルチプレクサ２２，３４における駆動電圧変更の完了を待って、ステップＳ２３では、ＬＤ部２１からの発光を休止した状態で光電変換素子６１及び受光検出回数カウント部６２にて背景光測距を行い、背景光検出回数記憶部６４にて検出回数記憶を行う。ステップＳ２４では、ＬＤ部２１からの信号光ありの状態で光電変換素子６１及び受光検出回数カウント部６２にて信号光＋背景光測距を行い、信号光＋背景光検出回数記憶部６５にて検出回数記憶を行う。ステップＳ２５では、両検出回数記憶の大小を比較器６６にて比較し、その結果を以て距離電圧ＬＶを距離記憶部６７に記憶する。ここでいう距離電圧とは、計測された距離に対応する電圧を意味し、計算で距離が算出される場合であれば、計算に用いられる電圧値であってもよいし、変換テーブルなどで距離値を変換する場合であれば、その電圧値であってもよい。これらステップＳ２３からステップＳ２５までの動作は、Ｎ（Ｎは整数値）個の距離区間で繰り返される。これらの動作がＮ個の距離区間で完了した時点で、ステップＳ２６にて距離記憶部６７に記憶された距離電圧の情報を制御部４０の距離算出部４５へ出力する。距離算出部４５は、受け取った距離電圧の情報をもとに、Ｎ個の距離区間の各々における目標対象物までの距離を算出する。ステップＳ２６の処理が終わると、異物検出モードＭ１の動作へ移行する。
（実施形態２）
本開示の実施形態２に係る距離測定装置に搭載される画素では、光電変換部に通常のＰＤに代わり、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を使用する。なお、他の構成要素は実施形態１と同様であるため、図１〜図３中のＰＤをＡＰＤに読み替えることとして、詳細な説明を省略する。
光電変換部にＡＰＤを使用する場合は、通常、１０Ｖから１００Ｖ程度の高い逆バイアス電圧を印加する。通常のＰＤは、光電変換部に入射したフォトン１個に対して電子又は正孔を１個生成するが、ＡＰＤは、光電変換部に入射したフォトン１個に対して電子又は正孔を複数個生成する。この生成する電子又は正孔の個数を、増倍率という。
例えば、図２に示す距離測定装置において、ＰＤ印加電圧調整部４４は、ＰＤ印加電圧切替信号ＳＷ２により、通常測距モードでは高い逆バイアス電圧ＶＤＤＢ１がＰＤ部３３へ供給されて、ＰＤ部３３における増倍率が高くなるように調整する。特に、ガイガーモードと呼ばれる、増倍率が概ね１００００以上の状態にすることで、非常に高いＳＮ比の距離信号を得ることができる。
なお、一般に、ＡＰＤは、上記のような高い逆バイアス電圧を印加することで、増倍率の高いガイガーモードで動作し、印加する電圧を数Ｖ程度まで低くすると、通常のＰＤと同様の動作を示す。
異物検出モードでは、ＰＤ部３３へ供給される電圧ＶＤＤＢ２を、ＡＰＤ増倍率が低くなるように、又は通常のＰＤの動作をするように調整する。このように動作が調整されたＰＤ部３３の出力をもとにして保護カバー１１における反射散乱光Ｓの強度変化を判定することで、保護カバー１１への異物１２の付着の有無を検出できる。
以上の説明のように、上記実施形態１、２によれば、距離測定装置において高感度の測距を実現しつつ、発光部２０及び受光部３０の光路上に位置する保護カバー１１への異物１２の付着を正しく判定することができる。また、洗浄部５０を設けて保護カバー１１の洗浄を実行することにより、信頼性の高い距離測定装置を提供することができる。
なお、上記実施形態１、２では制御部４０がＬＤ発光強度調整部４２とＰＤ印加電圧調整部４４との双方を備えることとしたが、これらのうち少なくとも一方を備えることとしてもよい。
以上説明してきたように、本開示に係る距離測定装置は、高感度の測距を実現しつつ、保護カバーへの異物の付着を正しく判定することができる効果を有し、特に車載用等として有用である。
１０ 筐体
１１ 保護カバー
１２ 異物
２０ 発光部
２１ ＬＤ（レーザダイオード）部
２２ 第１のマルチプレクサ（ＭＵＸ１）
３０ 受光部
３１ 光学系
３２ ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
３３ ＰＤ（フォトダイオード）部
３４ 第２のマルチプレクサ（ＭＵＸ２）
４０ 制御部
４１ ＬＤ駆動制御部
４２ ＬＤ発光強度調整部
４３ ＰＤ駆動制御部
４４ ＰＤ印加電圧調整部
４５ 距離算出部
４６ モード切替部
４７ 洗浄処理部
５０ 洗浄部

Claims (7)

  1. 光を間欠的に放射する発光部と、
    前記発光部から放射された光に対する反射光を受光し、光電変換して受光信号を生成するフォトダイオードを含む光電変換素子を有する受光部と、
    前記発光部と前記受光部との光路上に配置された保護カバーと、
    第１のモードと第２のモードの切り替えを行うモード切替部と、
    前記第１のモードにて、前記発光部から光を放射してから、前記受光部によって反射光を受光するまでの時間差に基づいて、目標対象物までの距離を算出する距離算出部と、
    前記発光部の発光強度を調整する発光強度調整部とを備え、
    前記第１のモードと比較して前記第２のモードでは、前記発光部の発光強度が弱くなるように調整する距離測定装置。
  2. 請求項１に記載の距離測定装置において、
    前記距離算出部は、前記第２のモードにて、前記発光部からの弱光量下での前記受光部の出力をもとにして前記保護カバーにおける反射散乱光の強度変化を判定することで、前記保護カバーへの異物付着の有無を検出する距離測定装置。
  3. 光を間欠的に放射する発光部と、
    前記発光部から放射された光に対する反射光を受光し、光電変換して受光信号を生成するフォトダイオードを含む光電変換素子を有する受光部と、
    前記発光部と前記受光部との光路上に配置された保護カバーと、
    第１のモードと第３のモードとの切り替えを行うモード切替部と、
    前記第１のモードにて、前記発光部から光を放射してから、前記受光部によって反射光を受光するまでの時間差に基づいて、目標対象物までの距離を算出する距離算出部と、
    前記フォトダイオードへの印加電圧を調整する印加電圧調整部とを備え、
    前記第１のモードと比較して前記第３のモードでは、前記フォトダイオードの利得率が低くなるように調整する距離測定装置。
  4. 請求項３に記載の距離測定装置において、
    前記距離算出部は、前記第３のモードにて、利得率が低く調整された前記受光部の出力をもとにして前記保護カバーにおける反射散乱光の強度変化を判定することで、前記保護カバーへの異物付着の有無を検出する距離測定装置。
  5. 光を間欠的に放射する発光部と、
    前記発光部から放射された光に対する反射光を受光し、光電変換して受光信号を生成するアバランシェフォトダイオードを含む光電変換素子を有する受光部と、
    前記発光部と前記受光部との光路上に配置された保護カバーと、
    第１のモードと第４のモードとの切り替えを行うモード切替部と、
    前記第１のモードにて、前記発光部から光を放射してから、前記受光部によって反射光を受光するまでの時間差に基づいて、目標対象物までの距離を算出する距離算出部と、
    前記アバランシェフォトダイオードへの印加電圧を調整する印加電圧調整部とを備え、
    前記第１のモードと比較して前記第４のモードでは、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が低くなるように調整する距離測定装置。
  6. 請求項５に記載の距離測定装置において、
    前記距離算出部は、前記第４のモードにて、増倍率が低く調整された前記受光部の出力をもとにして前記保護カバーにおける反射散乱光の強度変化を判定することで、前記保護カバーへの異物付着の有無を検出する距離測定装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の距離測定装置において、
    前記距離算出部にて異物が検出された場合に、前記保護カバーに付着した異物を除去するように洗浄を行う洗浄部を更に備えた距離測定装置。
JP2017057081A 2017-03-23 2017-03-23 距離測定装置 Active JP6775119B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017057081A JP6775119B2 (ja) 2017-03-23 2017-03-23 距離測定装置
CN201880018999.9A CN110431446B (zh) 2017-03-23 2018-03-12 距离测定装置
EP18771810.1A EP3605147A4 (en) 2017-03-23 2018-03-12 DISTANCE MEASURING DEVICE
US16/494,960 US11487008B2 (en) 2017-03-23 2018-03-12 Distance measuring device
PCT/JP2018/009375 WO2018173818A1 (ja) 2017-03-23 2018-03-12 距離測定装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017057081A JP6775119B2 (ja) 2017-03-23 2017-03-23 距離測定装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018159628A true JP2018159628A (ja) 2018-10-11
JP6775119B2 JP6775119B2 (ja) 2020-10-28

Family

ID=63585284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017057081A Active JP6775119B2 (ja) 2017-03-23 2017-03-23 距離測定装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11487008B2 (ja)
EP (1) EP3605147A4 (ja)
JP (1) JP6775119B2 (ja)
CN (1) CN110431446B (ja)
WO (1) WO2018173818A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7477715B2 (ja) 2020-08-05 2024-05-01 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング ライダセンサの光学的クロストークを測定するための方法、およびライダセンサ

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7151519B2 (ja) * 2019-02-01 2022-10-12 株式会社デンソーウェーブ 距離画像測定装置
JP7285454B2 (ja) * 2019-03-27 2023-06-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及び、プログラム
JP7401211B2 (ja) * 2019-06-25 2023-12-19 ファナック株式会社 外光照度測定機能を備えた測距装置及び外光照度測定方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04307387A (ja) * 1991-04-03 1992-10-29 Mitsubishi Electric Corp 測距装置
JPH07280925A (ja) * 1994-04-13 1995-10-27 Nissan Motor Co Ltd 測距センサーヘッド
JPH09178852A (ja) * 1995-12-28 1997-07-11 Nec Corp レーザ計測装置
JP2003114277A (ja) * 2001-10-04 2003-04-18 Nissan Motor Co Ltd 車間距離計測装置
JP2008020203A (ja) * 2006-07-10 2008-01-31 Omron Corp レーダ装置
JP2009257982A (ja) * 2008-04-18 2009-11-05 Calsonic Kansei Corp 車両用距離画像データ生成装置
JP2011013135A (ja) * 2009-07-03 2011-01-20 Nippon Signal Co Ltd:The 光測距装置
JP2011017666A (ja) * 2009-07-10 2011-01-27 Nippon Signal Co Ltd:The 光測距装置
US20160033644A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 Stmicroelectronics (Research & Development) Ltd. Time of flight determination
JP2016125898A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 富士通株式会社 レーザ測距装置、レーザ測距方法、およびレーザ測距プログラム
JP2017020841A (ja) * 2015-07-08 2017-01-26 株式会社デンソー 距離測定装置
US20170038459A1 (en) * 2014-03-14 2017-02-09 Heptogaon Micro Optics Pte Ltd. Optoelectronic modules operable to recognize spurious reflections and to compensate for errors caused by spurious reflections

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0528759U (ja) 1991-09-27 1993-04-16 株式会社カンセイ 障害物検出装置
DE19908214B4 (de) 1999-02-25 2006-08-31 Siemens Ag Strahlungsemittierende Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines Objektes oder einer Person in Innenraum eines Fahrzeugs
JP2006038686A (ja) 2004-07-28 2006-02-09 Nissan Motor Co Ltd 距離計測機能付きランプ装置
GB0515605D0 (en) 2005-07-29 2005-09-07 Qinetiq Ltd Laser measurement device and method
EP2597483B8 (de) 2011-11-25 2017-06-07 Safran Vectronix AG Entfernungsmesser
JP6045963B2 (ja) 2013-04-05 2016-12-14 日立マクセル株式会社 光測距装置
JP6365364B2 (ja) * 2015-03-17 2018-08-01 株式会社デンソーウェーブ 光学的距離測定装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04307387A (ja) * 1991-04-03 1992-10-29 Mitsubishi Electric Corp 測距装置
JPH07280925A (ja) * 1994-04-13 1995-10-27 Nissan Motor Co Ltd 測距センサーヘッド
JPH09178852A (ja) * 1995-12-28 1997-07-11 Nec Corp レーザ計測装置
JP2003114277A (ja) * 2001-10-04 2003-04-18 Nissan Motor Co Ltd 車間距離計測装置
JP2008020203A (ja) * 2006-07-10 2008-01-31 Omron Corp レーダ装置
JP2009257982A (ja) * 2008-04-18 2009-11-05 Calsonic Kansei Corp 車両用距離画像データ生成装置
JP2011013135A (ja) * 2009-07-03 2011-01-20 Nippon Signal Co Ltd:The 光測距装置
JP2011017666A (ja) * 2009-07-10 2011-01-27 Nippon Signal Co Ltd:The 光測距装置
US20170038459A1 (en) * 2014-03-14 2017-02-09 Heptogaon Micro Optics Pte Ltd. Optoelectronic modules operable to recognize spurious reflections and to compensate for errors caused by spurious reflections
US20160033644A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 Stmicroelectronics (Research & Development) Ltd. Time of flight determination
JP2016125898A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 富士通株式会社 レーザ測距装置、レーザ測距方法、およびレーザ測距プログラム
JP2017020841A (ja) * 2015-07-08 2017-01-26 株式会社デンソー 距離測定装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7477715B2 (ja) 2020-08-05 2024-05-01 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング ライダセンサの光学的クロストークを測定するための方法、およびライダセンサ

Also Published As

Publication number Publication date
EP3605147A1 (en) 2020-02-05
JP6775119B2 (ja) 2020-10-28
US11487008B2 (en) 2022-11-01
CN110431446B (zh) 2023-10-31
CN110431446A (zh) 2019-11-08
EP3605147A4 (en) 2020-08-05
US20200271783A1 (en) 2020-08-27
WO2018173818A1 (ja) 2018-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018173818A1 (ja) 距離測定装置
CN110244311B (zh) 激光雷达接收装置、激光雷达系统和激光测距方法
CN111133329B (zh) 校准飞行时间系统的方法和飞行时间系统
US8891068B2 (en) Optical distance measuring device with calibration device
EP2446301B1 (en) Pulsed light optical rangefinder
JP6665873B2 (ja) 光検出器
US8334972B2 (en) Method and device for detecting soiling
US20020097404A1 (en) Distance determination
JP2020076589A (ja) 対象物検出装置
JP2015161683A (ja) 光電センサ及び監視領域内の物体検出方法
US20060219876A1 (en) Optical sensor and method for suppressing faults by diffused light
JP7180398B2 (ja) 光測距装置およびその制御方法
JPWO2018211831A1 (ja) 光検出器および携帯型電子機器
KR20210096243A (ko) 라이다 시스템 및 자동차
JP6739074B2 (ja) 距離測定装置
JP2019033181A5 (ja) 光検出装置、運転支援システム、及び自動運転システム
JP2020500454A (ja) 光学検出信号を検出するための検出器ユニットおよび方法
JP2016045161A (ja) 付着物検知機能付き測距装置
JP2019135468A (ja) 擾乱光判別装置、擾乱光分離装置、擾乱光判別方法及び擾乱光分離方法
JP6210906B2 (ja) レーザレーダ装置
JP7481507B2 (ja) ライダーセンサの保護スクリーンの汚れを識別する方法及び装置
EP2677289A1 (en) State detecting device
US20210026012A1 (en) Distance measuring device, and distance measuring method
JP6969504B2 (ja) 測距装置
JPH06102092A (ja) 光センサ

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180308

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190802

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200512

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200629

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200728

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200807

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200908

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200915

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6775119

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151