JP2018169384A - 光検出器 - Google Patents
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Abstract
Description
[1.第1実施形態]
[1−1.構成]
本実施形態のレーザレーダ1は、車両に搭載され、車両の周辺に存在する各種物体を検出し、その物体に関する情報を生成する。レーザレーダ1は、図1に示すように、照射部2と、光検出部3と、パラメータ設定部4と、信号処理部5と、メモリ6とを備える。なお、光検出部3、信号処理部5、及びメモリ6が光検出器に相当する。光検出器には、照射部2及びパラメータ設定部4の少なくとも一方が含まれていてもよい。
受光アレイ部31は、M個の受光部80を有する。Mは2以上の整数である。各受光部80は、SPADを備える。SPADは、Single Photon Avalanche Diodeの略である。SPADは、逆バイアス電圧としてブレイクダウン電圧よりも高い電圧を印加するガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードであり、単一フォトンの入射を検出できる。M個の受光部80が一つずつ有する合計M個のSPADは、2次元的に配列され受光面を形成する。
トリガ信号TGに従ったタイミングとは、トリガ信号TGが出力されたタイミングであってもよいし、これを所定の遅延量だけ遅延させたタイミングであってもよい。バイアス値Cbは、パラメータ設定部4にて設定される値である。 パラメータ設定部4は、トリガ閾値TH及びバイアス値Cbを設定できる機械的なスイッチ、又はトリガ閾値TH及びバイアス値Cbを電気的に書き込むことができるレジスタを有する。ここでは、トリガ閾値THのみが任意に設定される。つまり、トリガ閾値THが対象値に相当する。そして、バイアス値Cbは、設定されたトリガ閾値THから1を減算した値に設定される。つまり、バイアス値Cbは(2)式で表される。(2)式を(1)式に代入すると(3)式が得られる。
Cp=Cx−TH+1 (3)
トリガ閾値THは、0より大きい値であればよく、整数でもよいし整数でなくてもよい。また、パラメータ設定部4は、バイアス値Cbのみが任意に設定され、トリガ閾値THは、設定されたバイアス値Cbから算出されるように構成されてもよい。この場合、バイアス値Cbが対象値に相当する。また、トリガ閾値TH及びバイアス値Cbは、必ずしも(2)式に示す関係を満たすように連動して設定される必要はない。この場合、トリガ閾値TH及びバイアス値Cbのいずれもが対象値に相当する。
ヒストグラム生成部52は、計測サイクル毎に動作し、光検出部3から出力される時間情報Tpおよび光量情報Cpに従って、メモリ6に記憶されたヒストグラムの内容を更新する。具体的には、時間情報Tpに対応付けられたメモリ6のアドレスから、データを読み出し、読み出したデータに光量情報Cpを加算した結果を、同じアドレスに書き込む。これにより、時間情報Tpが示す時間ビンについて、光量情報Cpの積算値が更新される。
カウント部34は、図3に示すように、信号処理部5に出力する光量情報Cpとして、応答数Cxをそのまま用いるのではなく、バイアス値Cbを減算した調整応答数を用いている。このため、ヒストグラムを生成する際に、各測定サイクルで積算される光量情報Cpの大きさが抑制され、ひいては光量情報Cpの最終的な積算値が抑制される。
以上詳述した第1実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1a)レーザレーダ1によれば、ヒストグラムにおける光量情報Cpの最終的な積算値が抑制されるため、積算回数Xが同じであれば、従来技術と比較して、ヒストグラムを格納するメモリ6の容量を削減できる。また、メモリ6の容量が同じであれば、従来技術と比較して、積算回数Xを増加させ、検出精度を向上させることができる。
[2−1.第1実施形態との相違点]
第2実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
受光部71は、受光アレイ部31を構成する受光部80と同様の構成を有する。但し、受光部71のSPADは、受光アレイ部31に含まれるM個のSPAD81が形成する受光面に隣接して配置される。
レーザレーダ1aによれば、外乱光が弱いときには、図6の上段に示すように、トリガ閾値THも小さな値に設定され、外乱光が強いときには、図6の下段に示すように、トリガ閾値THも大きな値に設定される。いずれの場合も、応答数Cxのうち、外乱光の平均レベル程度に設定されるトリガ閾値THを超える分、即ち、応答数Cxからバイアス値Cbを減じた分のみが光量情報Cpとして出力される。なお、図3及び図6では、減算結果である調整応答数Cpがゼロでクランプされる場合を例示しているが、これに限定されるものではない。
以上詳述した第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
[3−1.第1実施形態との相違点]
第3実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
カウント部34bは、カウント部34の機能を実現する構成に加えて、最大値モニタ部341を備える。最大値モニタ部341は、受光アレイ部31から出力される応答数Cxを監視し、その最大値を予測応答数Bとして抽出する。予測応答数Bの抽出は、外部からの指示によって行ってもよいし、周期的に行ってもよいし、何らかの車載センサによって周囲環境の変化が検出された場合に行ってもよい。
余裕演算部53は、ヒストグラム生成部52によって、ヒストグラムの更新が行われる毎に、メモリの余裕度を表す余裕値Aを求める。図2に示すように、ヒストグラムの極大値の中で最大の値を有するものを抽出し、その値Pmaxとする。メモリを構成するデータ領域のビット幅に応じた格納可能なデータの上限値である積算上限値をDmaxとする。余裕値Aは、(3)式で求めてもよいし、(4)式で求めてもよい。但し、αは、ヒストグラムの生成完了までの残り積算回数を表す。図2中のAは(3)式で求めた余裕値Aを示す。
A=(Dmax−Pmax)/α (4)
パラメータ設定部4bは、予測応答数Bおよび余裕値Aに従い、その時点で設定されているトリガ閾値THと、A−Bを比較して、いずれか大きい方をトリガ閾値THとして採用する。
以上詳述した第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
[4−1.第1実施形態との相違点]
第4実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
光検出部3cは、受光アレイ部31cと、計時部33cと、カウント部34cとを備える。
ヒストグラム生成部52は、第1実施形態と同様の動作ではあるが、時間情報Tp及び光量情報CpがクロックCKに同期して変化するため、時間情報Tpが変化する毎に、時間情報に対応するメモリ6のアドレスの記憶値を、光量情報Cpを用いて更新する。
以上詳述した第4実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)及び第2実施形態の効果(2a)を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
Claims (23)
- フォトンの入射に応答してパルス信号を出力するように構成された複数の受光部(80c)を有し、照射部から照射され、物体に反射した反射光を受光して、前記複数の受光部からそれぞれ出力される前記パルス信号を並列に出力するように構成された受光アレイ部(31)と、
前記照射部が光を照射したタイミングからの経過時間を計測するように構成された計時部(33)と、
一定周期のタイミング毎に、前記複数の受光部のうち前記パルス信号を出力している受光部の数を応答数としてカウントし、予め設定されるバイアス値を、前記応答数から減算または除算した調整応答数を出力するように構成されたカウント部(34)と、
アドレスが前記計時部で計測される計時値に対応づけられたメモリ(6)と、
前記計時部での計時値から特定される前記メモリのアドレスに、該アドレスのデータとして、前記調整応答数を積算する処理を予め設定された積算回数だけ繰り返すことでヒストグラムを生成するように構成されたヒストグラム生成部(52)と、
を備える光検出器。 - フォトンの入射に応答してパルス信号を出力する複数の受光部(80)を有し、照射部から照射され、物体に反射した反射光を受光して、前記複数の受光部からそれぞれ出力される前記パルス信号を並列に出力するように構成された受光アレイ部(31)と、
前記受光アレイ部から出力された前記パルス信号の合計数がトリガ閾値以上である場合に、前記受光アレイ部に入射された光信号の受光タイミングを表すトリガ信号を出力するように構成されたトリガ部(32)と、
前記照射部が光を照射したタイミングから前記受光タイミングまでの時間を計測するように構成された計時部(33)と、
前記トリガ信号に従ったタイミング毎に、前記複数の受光部のうち前記パルス信号を出力している受光部の数を応答数としてカウントし、予め設定されるバイアス値を、前記応答数から減算または除算した調整応答数を出力するように構成されたカウント部(34)と、
アドレスが前記計時部で計測される計時値に対応づけられたメモリ(6)と、
前記計時部での計時値から特定される前記メモリのアドレスに、該アドレスのデータとして、前記調整応答数を積算する処理を予め設定された積算回数だけ繰り返すことでヒストグラムを生成するように構成されたヒストグラム生成部(52)と、
を備える光検出器。 - 請求項1に記載の光検出器であって、
前記バイアス値を対象値とし、該対象値を可変設定するように構成されたパラメータ設定部(4)を更に備える、
光検出器。 - 請求項2に記載の光検出器であって、
前記トリガ閾値及び前記バイアス値のうち少なくとも一方を対象値とし、該対象値を可変設定するように構成されたパラメータ設定部(4)を更に備える、
光検出器。 - 請求項4に記載の光検出器であって、
前記パラメータ設定部は、前記トリガ閾値を前記対象値とするように構成され、
前記カウント部は、前記トリガ閾値から1減算した値を前記バイアス値とし、減算によって前記調整応答数を求めるように構成された、
光検出器。 - 請求項4に記載の光検出器であって、
前記パラメータ設定部は、前記トリガ閾値及び前記バイアス値をいずれも前記対象値とし、前記バイアス値が前記トリガ閾値から1減算した値となるように、前記バイアス値と前記トリガ閾値とを連動させて設定するように構成され、
前記カウント部は、減算によって前記調整応答数を求めるように構成された、
光検出器。 - 請求項3または請求項6に記載の光検出器であって、
前記パラメータ設定部は、外乱光の光量を表す外乱光情報を取得し、前記外乱光情報が示す光量が大きいほど、前記対象値を大きな値に設定するように構成された、
光検出器。 - 請求項7に記載の光検出器であって、
前記受光アレイ部に入射する外乱光を計測するように構成された外乱光モニタ部(7)を更に備え、
前記パラメータ設定部は、前記外乱光モニタ部での計測値を前記外乱光情報として取得するように構成された、
光検出器。 - 請求項8に記載の光検出器であって、
前記外乱光モニタ部は、前記カウント部のバイアス値をゼロに設定した状態で、前記照射部による照射を実施することなく前記ヒストグラム生成部にヒストグラムを生成させ、該ヒストグラムを、前記外乱光の計測結果とするように構成された、
光検出器。 - 請求項8または請求項9に記載の光検出器であって、
前記反射光を受光する複数の画素を有し、
前記画素毎に、少なくとも前記受光アレイ部及び前記カウント部が設けられ、
前記外乱光モニタ部は、前記画素毎に前記外乱光を計測するように構成され、
前記パラメータ設定部は、前記画素毎に、前記対象値を変化させるように構成された、
光検出器。 - 請求項3または請求項4に記載の光検出器であって、
前記パラメータ設定部は、物体の反射量を表す反射特性情報を取得し、前記反射特性情報が示す反射量が大きいほど、前記対象値を大きな値に設定するように構成された、
光検出器。 - 請求項11に記載の光検出器であって、
前記受光アレイ部に入射する反射光のもととなる物体の反射特性を計測するように構成された反射特性モニタ部を更に備え、
前記パラメータ設定部は、前記反射特性モニタ部での計測値を前記反射特性情報として取得するように構成された、
光検出器。 - 請求項12に記載の光検出器であって、
前記反射光を受光する複数の画素を有し、
前記画素毎に、少なくとも前記受光アレイ部及び前記カウント部が設けられ、
前記反射特性モニタ部は、前記画素毎に前記反射特性を計測するように構成され、
前記パラメータ設定部は、前記画素毎に前記対象値を変化させるように構成された、
光検出器。 - 請求項3または請求項4に記載の光検出器であって、
前記パラメータ設定部は、日時情報、地図情報、方位情報を用いて前記対象値を設定するように構成された、
光検出器。 - 請求項3または請求項4に記載の光検出器であって、
前記パラメータ設定部は、該パラメータ設定部による過去の設定値を用いて前記対象値値を設定するように構成された、
光検出器。 - 請求項3または請求項4に記載の光検出器であって、
前記パラメータ設定部は、前記ヒストグラム生成部により過去に生成されたヒストグラムの情報を用いて前記対象値を設定するように構成された、
光検出器。 - 請求項3または請求項4に記載の光検出器であって、
前記パラメータ設定部は、前記受光アレイ部の予測応答数から前記メモリに積算できる余裕値を減算した値に、前記対象値を設定するように構成された、
光検出器。 - 請求項17に記載の光検出器であって、
前記パラメータ設定部は、前記メモリに格納可能なデータの最大値と、前記メモリに格納されている前記ヒストグラム中の極大値との差を前記余裕値とするように構成された、
光検出器。 - 請求項17に記載の光検出器であって
前記パラメータ設定部は、前記メモリに格納可能なデータの最大値と、前記メモリに格納されている前記ヒストグラム中の極大値との差を、残り積算回数で除した値を前記余裕値とするように構成された、
光検出器。 - 請求項17から請求項19のいずれか1項に記載の光検出器であって、
前記パラメータ設定部は、前記受光アレイ部に含まれる前記受光部の数を、前記予測応答数とするように構成された、
光検出器。 - 請求項17から請求項19のいずれか1項に記載の光検出器であって、
前記カウント部は、前記応答数の最大値である最大応答数を観測するように構成され、
前記パラメータ設定部は、前記最大応答数を前記予測応答数とするように構成された、
光検出器。 - 請求項1から請求項21のいずれか1項に記載の光検出器であって、
前記ヒストグラム生成部にて生成された前記ヒストグラムに基づいて光を反射した物体までの距離を求めるように構成された距離演算部(51)
を更に備える、光検出器。 - 請求項1から請求項22のいずれか1項に記載の光検出器であって、
前記照射部を更に備える、光検出器。
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