JP2019020149A - Target detection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光部から光を投光し、その反射光を受光部で受光することにより対象物を検出する対象物検出装置に関し、特に光学系の故障の自己診断に関する。 The present invention relates to an object detection apparatus that detects an object by projecting light from a light emitting unit and receiving reflected light by a light receiving unit, and more particularly to self-diagnosis of an optical system failure.
たとえば、衝突防止機能を有する車両などには、レーザレーダなどのような対象物検出装置が搭載されている。対象物検出装置は、発光部から光を投光し、その反射光を受光部で受光した結果に基づいて、対象物の有無や対象物までの距離を検出する。 For example, an object detection device such as a laser radar is mounted on a vehicle having a collision prevention function. The object detection device projects light from the light emitting unit and detects the presence or absence of the object and the distance to the object based on the result of receiving the reflected light by the light receiving unit.
発光部としては、レーザダイオードなどの発光素子が用いられ、受光部としては、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなどの受光素子が用いられている。 A light emitting element such as a laser diode is used as the light emitting part, and a light receiving element such as a photodiode or an avalanche photodiode is used as the light receiving part.
また、広範囲に光を投受光したり、装置を小型化したりするために、光を走査する機能を有する対象物検出装置もある(たとえば、特許文献1〜7)。特許文献1、2、4、6、および7では、回転可能な鏡を有する回転走査部により、所定範囲に対して光を走査する。その鏡として、特許文献1ではポリゴンミラーが用いられている。特許文献2では凹面鏡が用いられている。また、特許文献4および7では板状の鏡が用いられている。特許文献6では四角柱状の多面鏡が用いられている。
There are also object detection devices having a function of scanning light in order to project and receive light over a wide range or to downsize the device (for example,
対象物検出用の投受光経路では、まず、発光部の発光素子から投射された光が、投光レンズや鏡などの投光系の光学部品を経た後、回転走査部の鏡で反射して、対象物を検出する所定範囲に投射される。この際、回転走査部の鏡が回転することにより、発光素子からの光が鏡で偏向されて、所定範囲に走査される。 In the light projecting / receiving path for detecting an object, first, the light projected from the light emitting element of the light emitting unit is reflected by the mirror of the rotary scanning unit after passing through a light projecting optical component such as a light projecting lens or a mirror. And projected onto a predetermined range for detecting the object. At this time, the mirror of the rotary scanning unit rotates, so that the light from the light emitting element is deflected by the mirror and scanned within a predetermined range.
そして、所定範囲に投射された光が対象物で反射されると、たとえば特許文献1および4では、その反射光が受光部の受光素子で受光される。また、たとえば特許文献2、6および7では、その反射光が、回転走査部の鏡で反射して、他の鏡や受光レンズなどの受光系の光学部品を経た後、受光部の受光素子で受光される。この際も、回転走査部の鏡が回転することにより、反射光が鏡で偏向されて、受光部へ導かれる。
And when the light projected on the predetermined range is reflected by the target object, for example, in
光学系が故障していると、対象物の有無や対象物までの距離を正確に検出することができない。そこで、対象物検出装置において、光学系の故障を自己診断する機能が提案されている。 If the optical system is broken, the presence or absence of the object and the distance to the object cannot be accurately detected. Therefore, a function for self-diagnosis of an optical system failure in the object detection apparatus has been proposed.
たとえば、特許文献1、4、および5では、対象物検出装置の内部に故障診断用の投受光路または導光部を設けて、これらにより発光部からの光を受光部に導いている。
For example, in
詳しくは、特許文献1では、装置内が仕切り壁により発光側空間と受光側空間とに区切られていて、仕切り壁の一部に穴が形成されている。そして、発光部からの光をポリゴンミラーの反射面により特定方向へ反射することで、該光を仕切り壁の穴を通して、装置の前部に設置された窓板で反射させ、受光部に導いている。
Specifically, in
特許文献4では、発光部からの光をスキャンミラーにより特定方向へ反射して、自己診断用の受光部に導いている。特許文献5では、発光部からの光のうち、走査角度範囲外の特定方向へ進む光を、装置の前部に設置された透光性窓板の内面で反射して、対象物検出用の受光部または自己診断用の受光部に導いている。
In
そして、特許文献1、4、および5では、発光部からの光が走査範囲外の特定方向へ進むときに、受光部から出力される電気信号に基づいて、発光部や受光部の故障の有無を検出している。
And in
一方、特許文献2および3では、対象物までの距離の検出精度を向上させるために、対象物検出装置の内部に設けた導光部により、発光部からの光を受光部に導いている。
On the other hand, in
詳しくは、特許文献2では、発光部から回転走査部の鏡を経由して対象物側に進む光の光軸上に、光ファイバの光導入部を配置し、該光を光導入部から取り込んで、光ファイバにより受光部へ導いている。また、特許文献3では、発光部からの光を走査範囲の端部に配置された基準反射板により反射させて、受光部へ導いている。
Specifically, in
そして、特許文献2および3では、補正時などに、受光部から出力される電気信号に基づいて補正値を算出し、検出した対象物までの距離を補正値により補正している。
And in
光学系の故障の有無を診断するには、対象物検出装置の内部に、導光部を備えた故障診断用の投受光路を設ける必要がある。しかし、対象物の検出時に、対象物に向けて投射した光が故障診断用の投受光路の導光部に入射すると、この光は迷光となって受光部に導かれるので、対象物の有無や対象物までの距離の検出精度が低下するおそれがある。この迷光を抑えるためには、導光部の光透過率を小さくするなどして、故障診断用の投受光路における光の通過量を少なくすることが有効であるが、そうすると、故障診断時に、受光部から出力される受光信号のレベルが低くなって、故障の有無の診断精度が低下してしまう。 In order to diagnose the presence or absence of a failure in the optical system, it is necessary to provide a failure diagnosis light projecting / receiving path provided with a light guide unit inside the object detection device. However, if the light projected toward the object enters the light guide part of the light projecting / receiving path for failure diagnosis when the object is detected, this light becomes stray light and is guided to the light receiving part. And the detection accuracy of the distance to the object may be lowered. In order to suppress this stray light, it is effective to reduce the amount of light passing through the light projecting / receiving path for failure diagnosis by reducing the light transmittance of the light guide unit, etc. The level of the light reception signal output from the light receiving unit is lowered, and the diagnosis accuracy of the presence or absence of a failure is lowered.
本発明は、対象物の検出精度と光学系の故障の診断精度の双方を向上させることができる対象物検出装置を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide an object detection apparatus that can improve both the detection accuracy of an object and the diagnosis accuracy of a failure in an optical system.
本発明による対象物検出装置は、発光素子を有する発光部と、鏡を有し、該鏡を回転させることにより、発光部からの投射光を鏡で反射して所定範囲に走査する回転走査部と、投射光または該投射光の所定範囲にある対象物による反射光を受光する受光素子を有する受光部と、投射光が回転走査部により所定範囲へ走査される走査期間に、受光素子の受光状態に応じて受光部から出力される受光信号に基づいて、対象物を検出する物体検出部と、投射光が所定範囲外の特定方向へ進行する特定期間に、該投射光を受光部に導く導光部と、特定期間に受光部から出力される受光信号に基づいて、故障の有無を診断する故障診断部と、受光信号の増倍率を設定し、該増倍率に応じたレベルの受光信号を受光部から出力させる信号増倍部と、受光信号の増倍率を制御する増倍制御部とを備えている。増倍制御部は、特定期間における受光信号の増倍率を、走査期間における受光信号の増倍率より大きくする。 An object detection apparatus according to the present invention includes a light emitting unit having a light emitting element, a mirror, and a rotating scanning unit that scans a predetermined range by reflecting the projection light from the light emitting unit by rotating the mirror. And a light receiving unit having a light receiving element that receives projection light or reflected light from an object within a predetermined range of the projection light, and light reception by the light receiving element during a scanning period in which the projection light is scanned to the predetermined range by the rotary scanning unit. Based on the light reception signal output from the light receiving unit according to the state, the object detection unit that detects the target object and the projection light is guided to the light receiving unit during a specific period in which the projection light travels in a specific direction outside a predetermined range. Based on a light guide unit, a light receiving signal output from the light receiving unit during a specific period, a failure diagnosing unit for diagnosing the presence or absence of a failure, and a light receiving signal at a level corresponding to the multiplication factor by setting a multiplication factor of the light receiving signal Is output from the light receiver, and And a multiplication control unit for controlling the multiplication factor of. The multiplication control unit makes the multiplication factor of the received light signal in the specific period larger than the multiplication factor of the received light signal in the scanning period.
上記によると、発光部からの投射光が回転走査部の鏡により所定範囲へ走査される走査期間(対象物検出期間)では、投射光が導光部により受光部に導かれず、投射光が所定範囲外の特定方向へ進行する特定期間(故障診断期間)に、投射光が導光部により受光部に導かれて、受光部から出力される受光信号に基づいて、故障診断部により光学系の故障の有無が診断される。このため、対象物検出用の投受光路における光の通過量より、故障診断用の投受光路における光の通過量を少なくして、導光部における対象物検出時の迷光を少なく抑え、物体検出部による対象物の有無や対象物までの距離の検出の精度を向上させることが可能となる。 According to the above, in the scanning period (object detection period) in which the projection light from the light emitting unit is scanned to a predetermined range by the mirror of the rotary scanning unit, the projection light is not guided to the light receiving unit by the light guide unit, and the projection light is predetermined. During a specific period (failure diagnosis period) that travels in a specific direction outside the range, the projection light is guided to the light receiving unit by the light guide unit, and based on the light reception signal output from the light receiving unit, the fault diagnosis unit The presence or absence of a failure is diagnosed. For this reason, the amount of light passing through the light projecting / receiving path for failure diagnosis is made smaller than the amount of light passing through the light projecting / receiving path for detecting the object, so that stray light at the time of detecting the object in the light guide unit is reduced. It is possible to improve the accuracy of detection of the presence / absence of the object and the distance to the object by the detection unit.
また、特定期間(故障診断期間)の受光信号の増倍率を、走査期間(対象物検出期間)の受光信号の増倍率より大きくするので、特定期間に受光信号のレベルを高くして、故障診断部による光学系の故障の有無の診断精度を向上させることができる。さらに、走査期間においては、受光信号の増倍率を特定期間と同程度まで大きくしないので、走査期間に受光部からの受光信号に含まれるノイズのレベルが高くなるのを阻止することができる。このため、ノイズと反射光信号とを正確に区別して、対象物の有無や対象物までの距離の検出精度が低下するのを抑制することが可能となる。 In addition, since the multiplication factor of the light reception signal in the specific period (fault diagnosis period) is made larger than the multiplication factor of the light reception signal in the scanning period (object detection period), the level of the light reception signal is increased during the specific period to diagnose the fault. It is possible to improve the diagnostic accuracy of the presence or absence of failure of the optical system by the unit. Furthermore, since the multiplication factor of the light reception signal is not increased to the same level as that of the specific period during the scanning period, it is possible to prevent the level of noise included in the light reception signal from the light receiving unit from increasing during the scanning period. For this reason, it becomes possible to distinguish noise and a reflected light signal correctly, and to suppress that the detection accuracy of the presence or absence of a target object or the distance to a target object falls.
本発明において、回転走査部と所定範囲(走査範囲)との間に、投射光と該投射光の対象物による反射光とを透過させる透過窓を設け、導光部の光透過率を、透過窓の光透過率より低くしてもよい。 In the present invention, a transmission window that transmits the projection light and the reflected light from the object of the projection light is provided between the rotary scanning unit and the predetermined range (scanning range), and the light transmittance of the light guide unit is transmitted. You may make it lower than the light transmittance of a window.
また、本発明において、受光素子は、APD(Avalanche Photo Diode)から成り、信号増倍部は、逆電圧を生成してAPDに印加する逆電圧生成部を有し、増倍制御部は、逆電圧生成部によりAPDに印加する逆電圧を変えることにより、受光信号の増倍率を変えてもよい。 In the present invention, the light receiving element includes an APD (Avalanche Photo Diode), the signal multiplication unit includes a reverse voltage generation unit that generates a reverse voltage and applies the reverse voltage to the APD, and the multiplication control unit The multiplication factor of the received light signal may be changed by changing the reverse voltage applied to the APD by the voltage generator.
また、本発明において、走査期間は特定期間より長く、回転走査部は、走査期間に反射光を鏡で反射して受光部へ導き、特定期間に当該対象物検出装置の外部からの外乱光を鏡により受光部へ導かないようにしてもよい。 Further, in the present invention, the scanning period is longer than the specific period, and the rotary scanning unit reflects the reflected light with a mirror and guides it to the light receiving unit during the scanning period, and transmits disturbance light from the outside of the target object detection device during the specific period. It may not be guided to the light receiving unit by a mirror.
さらに、本発明において、導光部は、当該対象物検出装置の外部からの外乱光を受光部へ導かないようにしてもよい。 Furthermore, in the present invention, the light guide unit may not guide disturbance light from the outside of the object detection device to the light receiving unit.
本発明によれば、対象物の検出精度と光学系の故障の診断精度の双方を向上させることができる対象物検出装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the target object detection apparatus which can improve both the detection accuracy of a target object, and the diagnostic accuracy of the failure of an optical system.
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
図1Aおよび図1Bは、実施形態による対象物検出装置100の光学系を上方から見た状態を示した図である。図2Aおよび図2Bは、対象物検出装置100の光学系を後方(図1Aおよび図1Bで下側、すなわち対象物50と反対側)から見た状態を示した図である。
1A and 1B are diagrams illustrating a state in which the optical system of the
対象物検出装置100は、たとえば、自動四輪車に搭載されたレーザレーダから成る。対象物検出装置100の光学系は、LD(Laser Diode)2a、投光レンズ14、回転走査部4、透過窓20、ライトガイド15、受光レンズ16、反射鏡17、およびAPD(Avalanche Photo Diode)7aから成る。
The
そのうち、LD2a、投光レンズ14、回転走査部4、および透過窓20は、投光光学系である。また、透過窓20、回転走査部4、受光レンズ16、反射鏡17、およびAPD7aは、受光光学系である。ライトガイド15は、光学系のLD2a、回転走査部4、またはAPD7aの故障診断用の導光部品である。
Among them, the
これらの光学系は、対象物検出装置100のケース19内に収容されている。ケース19の前面(対象物50側)は開口している。このケース19の前面に、透過窓20が設けられている。透過窓20は、矩形状の窓枠と、該窓枠内に嵌め込まれた透光性を有する板材から成る(詳細図示省略)。
These optical systems are accommodated in the
透過窓20が車両の前方、後方、または左右側方を向くように、対象物検出装置100は車両の前部、後部、または左右側部に設置される。対象物50は、対象物検出装置100の外部にある先行車、人、またはその他の物体である。
The
LD2aは、高出力のレーザ光(光パルス)を投射する発光素子である。図1A〜図2Bでは、便宜上、LD2aを1つだけ示しているが、LD2aは、実際には図2Aおよび図2Bで上下方向に複数配列されている。LD2aは、発光面が回転走査部4側を向くように配置されている。
The
APD7aは、LD2aから投射されたレーザ光(投射光)や、該レーザ光の対象物50による反射光などを受光する受光素子である。図1A〜図2Bでは、便宜上、APD7aを1つだけ示しているが、APD7aは、実際には図2Aおよび図2Bで上下方向または左右方向にアレイ状に複数配列されている。APD7aは、受光面が反射鏡17側を向くように配置されている。
The
回転走査部4は、回転鏡または光偏向器とも呼ばれている。回転走査部4には、鏡4aとモータ4cなどが備わっている。鏡4aは、板状に形成されている。鏡4aの表面および裏面は、反射面となっている。
The
図2Aおよび図2Bに示すように、鏡4aの下方には、モータ4cが設けられている。モータ4cの回転軸4jは上下方向と平行になっている。モータ4cの回転軸4jの上端には、鏡4aの中央にある連結軸(図示せず)が固定されている。モータ4cの回転軸4jに連動して、鏡4aは回転する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, a
ケース19内において、受光レンズ16、反射鏡17、およびAPD7aは、回転走査部4の鏡4aの上部周辺に配置されている。LD2aと投光レンズ14は、鏡4aの下部周辺に配置されている。LD2aと投光レンズ14の上方でかつ、受光レンズ16の下方には、遮光板18が設けられている。遮光板18は、ケース19内に固定され、投光路と受光路とを区切っている。透過窓20は、回転走査部4とレーザ光の走査範囲との間に設けられ、対象物検出装置100の内部と外部とを区切っている。
In the
ライトガイド15は、導光性を有する材料で形成されている。ライトガイド15は、対象物検出装置100のケース19内において、回転走査部4の鏡4aに対して、LD2a、APD7a、レンズ14、16、および反射鏡17と反対側に配置されている。また、ライトガイド15は、図1Aおよび図1Bに示すように、鏡4aや透過窓20に対して対象物50と反対側に配置されている。
The
ライトガイド15には、図2Aおよび図2Bに示すように、光を導入する導入面15aと、光を導出する導出面15bとが設けられている。導入面15aと導出面15bとが回転走査部4の鏡4a側を向くように、ライトガイド15はケース19内に固定されている。導入面15aと導出面15bとは上下方向に並んでいる。導出面15bは、導入面15aより上方に配置されている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
ライトガイド15は、LD2aから投射されたレーザ光を、回転走査部4などを介して導入面15aより導入し、該レーザ光を内部に透過させた後、導出面15bから導出して、回転走査部4などを介してAPD7aへ導く。ライトガイド15の光透過率は、透過窓20の光透過率より低くなっている。ライトガイド15は、本発明の「導光部」の一例である。
The
対象物50を検出する際の投受光路は、図1Aおよび図2Aに1点鎖線と2点鎖線の矢印で示すとおりである。具体的には、図1Aおよび図2Aに1点鎖線の矢印で示すように、LD2aから投射されたレーザ光は、投光レンズ14により拡がりを調整された後、回転走査部4の鏡4aの表面または裏面の下半分の領域に当たる。この際、モータ4cが回転して、鏡4aの角度(向き)が変化し、鏡4aの表面または裏面が対象物50側を向いた所定角度となる(たとえば図1Aに実線で示す鏡4aの状態)。これにより、LD2aからのレーザ光が投光レンズ14を透過した後、鏡4aの表面または裏面の下半分の領域で反射し、透過窓20を透過して、ケース19外の所定範囲に走査される。つまり、回転走査部4は、LD2aからのレーザ光を所定範囲に偏向する。
The light projecting / receiving path when detecting the
図1Aに示す走査角度範囲Zは、LD2aからのレーザ光が回転走査部4の鏡4aの表面または裏面により反射されて、対象物検出装置100から投射される所定範囲(上面視)である。すなわち、この走査角度範囲Zが、対象物検出装置100による対象物50の検出範囲である。
A scanning angle range Z shown in FIG. 1A is a predetermined range (viewed from above) in which the laser light from the
上記のように、対象物検出装置100から所定範囲に投射されたレーザ光は、所定範囲に有る対象物50で反射される。その反射光は、図1Aおよび図2Aに2点鎖線の矢印で示すように、透過窓20を透過して、鏡4aの表面または裏面の上半分の領域に当たる。この際、モータ4cが回転して、鏡4aの角度(向き)が変化し、鏡4aの表面または裏面が対象物50側を向いた所定角度となる(たとえば図1Aに実線で示す鏡4aの状態)。これにより、対象物50からの反射光が、鏡4aの表面または裏面の上半分の領域で反射して、受光レンズ16に入射する。つまり、回転走査部4は、対象物50からの反射光を受光レンズ16側へ偏向する。そして、反射光は、受光レンズ16で集光された後、反射鏡17で反射して、APD7aで受光される。つまり、回転走査部4は、対象物50からの反射光を、受光レンズ16と反射鏡17を介してAPD7aへ導く。
As described above, the laser light projected from the
光学系の故障を診断する際の投受光路は、図1Bおよび図2Bに1点鎖線、2点鎖線、および破線の矢印で示すとおりである。具体的には、図1Bおよび図2Bに1点鎖線の矢印で示すように、LD2aから投射されたレーザ光は、投光レンズ14により拡がりを調整された後、回転走査部4の鏡4aの表面または裏面の下半分の領域に当たる。この際、モータ4cが回転して、鏡4aの角度(向き)が変化し、鏡4aの表面または裏面が対象物50と反対側を向いた所定角度となる(たとえば図1Bに実線で示す鏡4aの状態)。これにより、LD2aからのレーザ光が投光レンズ14を透過した後、鏡4aの表面または裏面の下半分の領域で反射して、透過窓20と反対側のケース19内の特定方向へ進行する。つまり、回転走査部4は、LD2aからのレーザ光を、対象物50と反対側の特定方向へ偏向する。
The light projecting / receiving path for diagnosing a failure of the optical system is as shown by the one-dot chain line, the two-dot chain line, and the dashed arrow in FIGS. 1B and 2B. Specifically, as indicated by the one-dot chain line arrows in FIGS. 1B and 2B, the laser light projected from the
上記のように、ケース19内の特定方向へ進行するレーザ光は、該特定方向にある導入面15aからライトガイド15に入射する。そして、レーザ光は、図2Bに破線の矢印で示すように、ライトガイド15の内部を透過して、図1B及び図2Bに2点鎖線の矢印で示すように、導出面15bから出射し、鏡4aの表面または裏面の上半分の領域に当たる。この際、モータ4cが回転して、鏡4aの角度(向き)が変化し、鏡4aの表面または裏面が対象物50と反対側を向いた所定角度となる(たとえば図1Bに実線で示す鏡4aの状態)。これにより、ライトガイド15から出射した光が、鏡4aの表面または裏面の上半分の領域で反射して、受光レンズ16に入射する。つまり、回転走査部4は、ライトガイド15からの出射光を受光レンズ16側へ偏向する。そして、この出射光は、受光レンズ16で集光された後、反射鏡17で反射して、APD7aで受光される。つまり、回転走査部4は、ライトガイド15からの出射光を、受光レンズ16と反射鏡17を介してAPD7aへ導く。
As described above, the laser light traveling in a specific direction in the
LD2aからのレーザ光が回転走査部4によって、所定範囲へ走査される鏡4aの角度範囲(後述する図6のθ1、θ5)より、ライトガイド15へ入射される鏡4aの角度範囲(後述する図6のθ3)は小さくなっている(後述の図6参照)。また、透過窓20の光透過率より、ライトガイド15の光透過率は低くなっている。このため、図1Bおよび図2Bに示す故障診断用の投受光路における光の通過量は、図1Aおよび図2Aに示す対象物検出用の投受光路における光の通過量より、少なくなっている。
The angle range of the
図1Aおよび図1Bに示すように、回転走査部4の鏡4aは板状になっている。また、ライトガイド15が鏡4aに対して透過窓20と反対側の、ケース19の内奥に配置されている。このため、図1Bなどに示すように、LD2aからのレーザ光がケース19内の特定方向にあるライトガイド15に入射するときは、対象物検出装置100の外部から透過窓20に入射する外乱光(太陽光など)が鏡4aによってライトガイド15やAPD7aに導かれないようになっている。また、外乱光は常に、ライトガイド15によってAPD7aに導かれないようになっている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
図3は、対象物検出装置100の電気的構成図である。対象物検出装置100には、制御部1、発光モジュール2、LD駆動回路3、モータ4c、モータ駆動回路5、エンコーダ6、受光モジュール7、ADC(Analog to Digital Converter)8、信号増倍部9、記憶部11、およびインタフェイス12が備わっている。
FIG. 3 is an electrical configuration diagram of the
制御部1は、マイクロコンピュータなどから成り、対象物検出装置100の各部の動作を制御する。制御部1には、物体検出部1a、故障診断部1b、および増倍制御部1cが設けられている。
The
記憶部11は、揮発性や不揮発性のメモリから成る。記憶部11には、制御部1が対象物検出装置100の各部を制御するための情報や、対象物50を検出するための情報や、故障を診断するための情報などが記憶されている。
The
インタフェイス12は、車両に搭載されたECU(電子制御装置)と通信するための通信回路から成る。制御部1は、インタフェイス12によりECUに対して、各種情報を送受信する。
The
発光モジュール2には、前述した複数のLD2aと、各LD2aを発光させるためのキャパシタ2cなどが設けられている。図3では、便宜上、LD2aとキャパシタ2cのブロックを、それぞれ1つ示している。発光モジュール2は、本発明の「発光部」の一例である。
The
制御部1は、LD駆動回路3により発光モジュール2のLD2aの動作を制御する。具体的には、制御部1は、LD駆動回路3によりLD2aを発光させて、レーザ光を投射する。また、制御部1は、LD駆動回路3によりLD2aの発光を停止させて、キャパシタ2cを充電する。
The
モータ4cは、回転走査部4の鏡4aを回転させる駆動源である。制御部1は、モータ駆動回路5によりモータ4cの駆動を制御して、鏡4aを回転させる。そして、制御部1は、前述したように、鏡4aを回転させることにより、LD2aから投射したレーザ光を所定範囲に走査し、所定範囲にある対象物50で反射された反射光をAPD7aに導く。また、制御部1は、前述したように、鏡4aを回転させることにより、LD2aから投射したレーザ光をライトガイド15に導き、ライトガイド15からの出射光をAPD7aに導く。これらの際、制御部1は、エンコーダ6の出力に基づいて、モータ4cや鏡4aの回転状態(回転角や回転数など)を検出する。
The
受光モジュール7には、APD7a、TIA(Trans Impedance Amplifier)7b、MUX(Multiplexer)7c、および定電流回路7dが含まれている。受光モジュール7は、本発明の「受光部」の一例である。
The
APD7a、TIA7b、および定電流回路7dは、対を成すように、それぞれ複数設けられている。図3では、代表的に、1組のAPD7a、TIA7b、および定電流回路7dを示しているが、2組目以上のAPD7a、TIA7b、および定電流回路7dも同様に設けられている。各組のAPD7aとTIA7bにより、それぞれ受光チャンネルが構成されている。つまり、受光モジュール7には、複数の受光チャンネルが設けられている。
A plurality of
APD7aのカソードは、定電流回路7dを介して電源+Vに接続されている。APD7aのカソードと定電流回路7dとの間に、TIA7bの入力端が接続されている。TIA7bの出力端は、MUX7cに接続されている。APD7aのアノードは、信号増倍部9の逆電圧生成部9aに接続されている。
The cathode of the
APD7aは、光を受光することにより、電流を出力する。TIA7bは、APD7aに流れた電流を電圧信号に変換して、MUX7cへ出力する。APD7aの消費電力を抑えるため、定電流回路7dは、APD7aに流れる電流を制限する。
The
信号増倍部9は、逆電圧生成部9aと基準電圧生成部9bを含んでいる。逆電圧生成部9aは、DC−DCコンバータから成る。基準電圧生成部9bは、逆電圧生成部9aに入力する基準電圧を生成するPWM(パルス幅変調)回路から成る。基準電圧生成部9bがPWMにより基準電圧を生成して、逆電圧生成部9aに入力する。そして、逆電圧生成部9aが、基準電圧に基づいて逆電圧(逆バイアス電圧)を生成して、APD7aに印加する。これにより、受光時にAPD7aから出力される電流が増倍される。
The
MUX7cは、各TIA7bの出力信号を選択し、ADC8に出力する。ADC8は、MUX7cから出力されるアナログ信号を、高速でデジタル信号に変換して、制御部1に出力する。つまり、各APD7aの受光状態に応じた電圧信号が、受光モジュール7からADC8を介して制御部1に出力される。
The
制御部1の物体検出部1aは、後述する走査期間(図6のθ1とθ5)に、ADC8からの出力信号を処理して、所定時間における受光モジュール7からの受光信号の特徴点(最大値など)を抽出する。そして、その特徴点に基づいて、対象物50の有無および対象物50までの距離を検出する。
The object detection unit 1a of the
具体的には、たとえば物体検出部1aは、受光モジュール7からADC8を介して出力される受光信号と所定の閾値とを比較する。そして、受光信号が閾値以上であれば、対象物50が有ると判断し、受光信号が閾値未満であれば、対象物50が無いと判断する。また、たとえば物体検出部1aは、閾値以上である受光信号の最大値を検出し、該最大値に基づいて対象物50による反射光の受光時刻を検出する。そして、反射光の受光時刻とLD2aからのレーザ光の投射時刻とに基づいて、対象物50までの距離を算出する(いわゆるTOF(Time of Flight)法)。
Specifically, for example, the object detection unit 1a compares a light reception signal output from the
故障診断部1bは、後述する特定期間(図6のθ2)に、ADC8からの出力信号を処理して、所定時間における受光モジュール7からの受光信号の特徴点(最大値など)を抽出する。そして、その特徴点に基づいて、LD2a、回転走査部4、またはAPD7aといった光学系の故障の有無を診断する。
The failure diagnosis unit 1b processes an output signal from the
具体的には、たとえば故障診断部1bは、受光モジュール7からADC8を介して出力される受光信号と所定の閾値とを比較する。そして、受光信号が閾値以上であれば、レーザ光の投受光が正常に行われているので、光学系に故障が無いと診断する。また、受光信号が閾値未満であれば、レーザ光の投受光が正常に行われていないので、光学系に故障が有ると診断する。
Specifically, for example, failure diagnosis unit 1b compares the light reception signal output from
なお、物体検出部1aが受光信号と比較する閾値と、故障診断部1bが受光信号と比較する閾値とは、同一でもよいし、異なっていてもよい。 Note that the threshold value that the object detection unit 1a compares with the light reception signal and the threshold value that the failure diagnosis unit 1b compares with the light reception signal may be the same or different.
増倍制御部1cは、信号増倍部9を制御して、APD7aの増倍率を変えることにより、受光モジュール7から出力される受光信号のレベルを制御する。この具体的な方法を、図4および図5を参照しながら説明する。
The
図4は、APD7aの逆電圧と増倍率の関係を示した図である。図5は、APD7aの増倍率と出力の関係を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the reverse voltage of the
図4に示すように、APD7aに印加される逆電圧が大きくなるに連れて、APD7aの増倍率は大きくなる。そして、図5に示すように、APD7aの増倍率が大きくなるに連れて、APD7aの受光状態に応じた出力信号(APD7aからの出力電流、またはTIA7bからの出力電圧)が増大する。
As shown in FIG. 4, as the reverse voltage applied to the
APD7aの個体特性や外乱光などが要因で生じるショットノイズは、図5に示すように、APD7aの増倍率がある程度以上に大きくなると増大する。APD7aの暗電流も、APD7aの増倍率がある程度以上に大きくなると増大する(図示省略)。APD7aの増倍率に対するショットノイズや暗電流の変化は、温度に依存する。
As shown in FIG. 5, the shot noise caused by the individual characteristics of the
図3の増倍制御部1cは、信号増倍部9の基準電圧生成部9bを制御して、基準電圧生成部9bから逆電圧生成部9aに入力する基準電圧をPWMにより変更する。すると、逆電圧生成部9aからAPD7aに与えられる逆電圧が変更されて、APD7aの増倍率が変わる。その結果、APD7aの出力レベルが変わって、受光モジュール7から出力される受光信号の増倍率も変わる。すなわち、信号増倍部9は、受光信号の増倍率を設定し、その増倍率に応じたレベルの受光信号を受光モジュール7から出力させる。
The
たとえば、基準電圧生成部9bから逆電圧生成部9aに入力される基準電圧を大きくするに連れて、逆電圧生成部9aからAPD7aに与えられる逆電圧が大きくなり、APD7aの増倍率も大きくなる。そして、APD7aの増倍率が大きくなるに連れて、APD7aの出力が増大し、受光モジュール7から出力される受光信号のレベルが大きくなる。
For example, as the reference voltage input from the reference
図6は、対象物検出装置100の動作タイミングを示した図である。詳しくは、図6では、回転走査部4の鏡4aが原点から1回転する間の各部の動作を示している。
FIG. 6 is a diagram illustrating the operation timing of the
回転走査部4の鏡4aの原点(星印)は、たとえば図1Aおよび図1Bに点線で示すように、鏡4aの両板面がLD2aからの光の光軸(1点鎖線)に対して垂直な姿勢となる位置である。回転走査部4の鏡4aは所定の回転数(等速)で一方向(図1Aおよび図1Bで反時計回り)に回転し続ける。
The origin (star) of the
回転走査部4のモータ4cを駆動することにより、鏡4aが原点から所定の回転角θ1だけ回転する間は、LD2aからレーザ光が投射され、該レーザ光が鏡4aの表面により対象物検出装置100の前方の所定範囲に走査される走査期間である。走査期間θ1では、所定範囲に投射されたレーザ光が対象物50により反射されると、該反射光が鏡4aの表面で反射して、受光レンズ16や反射鏡17を経由し、APD7aに受光される。そして、APD7aの受光状態に応じて受光モジュール7からADC8を介して入力される受光信号に基づいて、物体検出部1aが、対象物50の有無および対象物50までの距離を検出する。すなわち、鏡4aの表面による走査期間θ1は、対象物検出期間である。
By driving the
なお、鏡4aの表面による走査期間θ1は、図1Aおよび図1Bに示した走査角度範囲Zとは異なっている。また、後述するように、鏡4aの裏面による走査期間θ5も、走査角度範囲Zとは異なっている。走査角度範囲Zは、鏡4aが表面によりレーザ光を走査する対象物50側の角度範囲と、後述するように鏡4aが裏面によりレーザ光を走査する対象物50側の角度範囲との合計である。
The scanning period θ 1 by the surface of the
走査期間θ1を過ぎた後、鏡4aが所定の回転角θ2だけ回転する間は、休止期間である。休止期間θ2では、LD2aの発光動作、APD7aを始めとする受光モジュール7の各部の受光動作、ADC8の信号変換動作、物体検出部1aの検出動作、および故障診断部1bの診断動作が休止される。後述する休止期間θ4、θ6も同様である。
After passing the scanning period theta 1, while the
休止期間θ2を過ぎた後、鏡4aが所定の回転角θ3だけ回転する間は、LD2aからレーザ光が投射され、該レーザ光が鏡4aの裏面で反射して、ライトガイド15のある特定方向に進行する特定期間である。特定期間θ3では、特定方向に進行したレーザ光が、ライトガイド15に導入面15aから入射して、ライトガイド15の内部を透過し、導出面15bから出射する。そして、その出射光は、鏡4aの裏面で反射して、受光レンズ16や反射鏡17を経由し、APD7aで受光される。これらの際、APD7aの受光状態に応じて受光モジュール7からADC8を介して入力される受光信号に基づいて、故障診断部1bが、光学系の故障の有無を診断する。すなわち、特定期間θ3は、光学系の故障診断期間である。
After the rest period θ 2, while the
特定期間θ3を過ぎた後、鏡4aが所定の回転角θ4だけ回転する間も休止期間となる。そして、休止期間θ4を過ぎた後、鏡4aが所定の回転角θ5だけ回転する間は、LD2aからレーザ光が投射され、該レーザ光が鏡4aの裏面により所定範囲に走査される走査期間である。走査期間θ5では、所定範囲に投射されたレーザ光が対象物50により反射されると、該反射光が鏡4aの裏面で反射して、受光レンズ16や反射鏡17を経由し、APD7aに受光される。そして、APD7aの受光状態に応じて受光モジュール7からADC8を介して入力される受光信号に基づいて、物体検出部1aが、対象物50の有無および対象物50までの距離を検出する。すなわち、鏡4aの裏面による走査期間θ5も、走査期間θ1と同様に、対象物検出期間である。
After the specific period θ 3 has passed, the rest period is also during which the
走査期間θ5を過ぎた後、鏡4aが所定の回転角θ6だけ回転する間も休止期間となる。そして、休止期間θ6を過ぎると、鏡4aが原点に戻って、1回転した状態となる。この後、再び以降の期間θ1〜θ6が繰り返される。
After passing the scanning period theta 5, also a rest period during which the
図7は、受光モジュール7の対象物検出時の出力信号を示した図である。図8は、受光モジュール7の故障診断時の出力信号を示した図である。図9は、従来の受光モジュール7の故障診断時の出力信号を示した図である。図7〜図9において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。
FIG. 7 is a diagram showing an output signal when the
図7〜図9に示すように、受光モジュール7の出力信号(受光信号)には、レベルの小さいノイズ(APD7aのショットノイズなど)が常に重畳している。
As shown in FIGS. 7 to 9, low level noise (such as shot noise of the
図6に示した走査期間(対象物検出期間)θ1、θ5では、前述したように、LD2aから投射されたレーザ光が、回転走査部4の鏡4aにより所定範囲に走査される。また、この走査期間θ1、θ5では、増倍制御部1cの基準電圧生成部9bが、対象物検出用の基準電圧を逆電圧生成部9aに入力し、逆電圧生成部9aが、この基準電圧に基づいて逆電圧V1をAPD7aに印加することにより、APD7aの増倍率がα倍に設定される。その結果、α倍に増倍された受光信号が、受光モジュール7から出力される。
In the scanning periods (object detection periods) θ 1 and θ 5 shown in FIG. 6, the laser light projected from the
走査期間θ1、θ5に、LD2aからのレーザ光が所定範囲にある対象物50で反射すると、その反射光がAPD7aにより受光され、受光モジュール7から出力される受光信号に、図7に1点鎖線で囲ったような、反射光信号が生じる。この反射光信号のレベルは、ノイズのレベルより際だって大きいため、物体検出部1aにおいて、反射光信号をノイズと区別して検出することは容易である。物体検出部1aは、図7の反射光信号に基づいて、対象物50の有無や対象物50までの距離を検出する。
In the scanning periods θ 1 and θ 5 , when the laser light from the
図6に示した特定期間(故障診断期間)θ3では、前述したように、LD2aから投射されたレーザ光が回転走査部4の鏡4aで反射して、特定方向に進行する。そして、そのレーザ光は、特定方向にある導入面15aからライトガイド15に入射して、ライトガイド15の内部を透過した後、導出面15bから出射して、鏡4aで反射し、APD7aで受光される。
In particular the period (fault diagnosis period) theta 3 shown in FIG. 6, as described above, the laser light projected from LD2a is reflected by the
従来は、故障診断期間θ3と対象物検出期間θ1、θ5とで、APD7aに印加する逆電圧を同程度にしていた。つまり、対象物検出期間θ1、θ5と同様に、故障診断期間θ3でも、APD7aに逆電圧V1が印加され、APD7aの増倍率がα倍となっていた。このため、光学系が故障していなければ、LD2aからのレーザ光が鏡4aやライトガイド15などを経由して、APD7aにより受光されて、受光モジュール7から出力される受光信号に、図9に1点鎖線で囲ったような、診断光信号が生じていた。
Conventionally, the reverse voltage applied to the
図9の診断光信号のレベルは、ノイズのレベルより若干大きいものの、図7の反射光信号のレベルに比べると極めて小さい。これは、故障診断用の投受光路(図1Bおよび図2B)だけにあるライトガイド15において、対象物検出時に生じる迷光を少なく抑えるために、前述のように光透過率を低くするなどして、対象物検出用の投受光路(図1Aおよび図2A)における光の通過量より、故障診断用の投受光路における光の通過量を少なく設定しているからである。故障診断部1bは、診断光信号に基づいて光学系の故障の有無を診断するが、図9のようなレベルの小さい診断光信号をノイズと区別して確実に検出できない場合があり、光学系の故障診断の精度が低下していた。
The level of the diagnostic light signal in FIG. 9 is slightly higher than the level of the reflected light signal in FIG. This is because, in the
具体的には、たとえば、光学系に故障が無いにもかかわらず、故障診断部1bが、図9の診断光信号を検出することができないため、光学系に故障が有ると誤診断してしまうおそれがあった。 Specifically, for example, although there is no failure in the optical system, the failure diagnosis unit 1b cannot detect the diagnostic optical signal in FIG. 9, and thus erroneously diagnoses that there is a failure in the optical system. There was a fear.
それに対して、本実施形態では、故障診断期間θ3において、増倍制御部1cの基準電圧生成部9bが、故障診断用の基準電圧を逆電圧生成部9aに入力し、逆電圧生成部9aが、この基準電圧に基づいて逆電圧V2をAPD7aに印加することにより、APD7aの増倍率がβ倍に設定される。その結果、β倍に増倍された受光信号が受光モジュール7から出力される。故障診断用の基準電圧は対象物検出用の基準電圧より高く、逆電圧V2は逆電圧V1より高いので、故障診断期間θ3のAPD7aの増倍率βは対象物検出期間θ1、θ5のAPD7aの増倍率αより高い。このため、光学系が故障していなければ、LD2aからのレーザ光が鏡4aやライトガイド15などを経由して、APD7aにより受光されるので、受光モジュール7から出力される受光信号に、図8に1点鎖線で囲ったような、診断光信号が生じる。
On the other hand, in the present embodiment, in the failure diagnosis period θ 3 , the reference
図8の診断光信号のレベルは、ノイズのレベルより十分大きく、図7の反射光信号のレベルよりは小さいが、図9の従来の診断光信号のレベルより大きくなっている。つまり、APD7aの増倍率をα倍からβ倍に上げたことで、APD7aの受光状態に応じた受光モジュール7の出力信号(受光信号)の増倍率が高くなる。故障診断部1bは、図8のようなレベルの大きい診断光信号はノイズと区別して確実に検出できるので、該診断光信号に基づいて光学系の故障の有無を正確に診断することができる。
The level of the diagnostic optical signal in FIG. 8 is sufficiently higher than the level of noise and smaller than the level of the reflected optical signal in FIG. 7, but is higher than the level of the conventional diagnostic optical signal in FIG. That is, by increasing the multiplication factor of the
以上の実施形態によると、発光モジュール2のLD2aから投射されたレーザ光が回転走査部4の鏡4aにより所定範囲へ走査される走査期間(対象物検出期間)θ1、θ5では、レーザ光がライトガイド15により受光モジュール7のAPD7aに導かれず、レーザ光が所定範囲外の特定方向へ進行する特定期間(故障診断期間)θ3に、該レーザ光がライトガイド15により受光モジュール7のAPD7aに導かれる。そして、そのときのAPD7aの受光状態に応じて受光モジュール7から出力される受光信号に基づいて、故障診断部1bにより光学系の故障の有無が診断される。このため、対象物検出用の投受光路における光の通過量より、故障診断用の投受光路における光の通過量を少なくして、ライトガイド15における対象物検出時の迷光を少なく抑え、物体検出部1aによる対象物50の有無や対象物50までの距離の検出の精度を向上させることが可能となる。
According to the above embodiment, in the scanning periods (object detection periods) θ 1 and θ 5 in which the laser light projected from the
また、以上の実施形態では、特定期間(故障診断期間)θ3において受光モジュール7から出力される受光信号の増倍率βを、走査期間(対象物検出期間)θ1、θ5において受光モジュール7から出力される受光信号の増倍率αより大きくしている。このため、特定期間θ3に受光信号のレベルを高くして、故障診断部1bによる光学系の故障の有無の診断精度を向上させることができる。さらに、走査期間θ1、θ5においては、受光信号の増倍率を特定期間θ3と同程度まで大きくしないので、走査期間θ1、θ5に受光信号に含まれるノイズのレベルが高くなるのを阻止することができる。このため、ノイズと反射光信号とを正確に区別して、対象物50の有無や対象物50までの距離の検出精度が低下するのを抑制することが可能となる。
In the above embodiment, the multiplication factor β of the received light signal output from the
また、以上の実施形態では、透過窓20の光透過率より、ライトガイド15の光透過率を低くしている。このため、対象物検出用の投受光路における光の通過量より、故障診断用の投受光路における光の通過量を確実に少なくして、対象物検出時にライトガイド15で生じる迷光を一層少なく抑え、物体検出部1aによる対象物50の有無や対象物50までの距離の検出精度を一層向上させることができる。
In the above embodiment, the light transmittance of the
また、以上の実施形態では、APD7aに印加する逆電圧を変えて、APD7aの増倍率を変えることにより、受光モジュール7から出力される受光信号の増倍率を変えている。このため、走査期間θ1、θ5にAPD7aに印加する逆電圧より、特定期間θ3にAPD7aに印加する逆電圧を高くするという簡単な制御によって、特定期間θ3の増倍率を走査期間θ1、θ5の増倍率より大きくすることが可能となる。
In the above embodiment, the multiplication factor of the light receiving signal output from the
また、以上の実施形態では、各走査期間θ1、θ5が特定期間θ3より長くなっている。また、回転走査部4が、走査期間θ1、θ5に、LD2aからのレーザ光を鏡4aで反射して所定範囲に走査し、所定範囲にある対象物50による反射光を鏡4aで反射してAPD7aに導いている。さらに、回転走査部4が、特定期間θ3に、LD2aからのレーザ光を鏡4aで反射してライトガイド15に導き、ライトガイド15からの出射光を鏡4aで反射してAPD7aに導いている。このため、対象物検出用の投受光路における投受光量を、故障診断用の投受光路における投受光量より確実に多くして、物体検出部1aによる対象物50の有無や対象物50までの距離の検出精度を一層向上させることができる。
In the above embodiment, each scanning period θ 1 , θ 5 is longer than the specific period θ 3 . Further, during the scanning periods θ 1 and θ 5 , the
また、以上の実施形態では、特定期間θ3に、回転走査部4が外乱光を鏡4aによってAPD7aに導かないので、受光モジュール7から出力される受光信号に含まれるノイズのレベルを小さく抑えることができる。このため、特定期間θ3に、APD7aの増倍率を上げて、受光モジュール7から出力される受光信号のレベルを高くしても、ノイズの影響を受け難くなり、故障診断部1bにより受光信号に基づいて光学系の故障の有無を一層精度良く診断することができる。
In the above embodiments, the specified time period theta 3, since the
さらに、以上の実施形態では、ライトガイド15は常に、外乱光をAPD7aへ導かないので、受光モジュール7から出力される受光信号に含まれるノイズのレベルを一層小さく抑えることができる。このため、走査期間θ1、θ5にノイズの影響を受け難くなり、物体検出部1aは、対象物50の有無や対象物50までの距離を一層精度よく検出することができる。また、特定期間θ3にもノイズの影響を受け難くなり、故障診断部1bは、光学系の故障の有無を一層精度良く診断することができる。
Furthermore, in the above embodiment, the
本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、発光素子としてLD2aを用い、受光素子としてAPD7aを用いた例を示したが、本発明はこれらのみに限定するものではない。LD2a以外の発光素子を適宜数、発光モジュール2に設けてもよい。また、APD7a以外の受光素子を適宜数、受光モジュール7に設けてもよい。
The present invention can employ various embodiments other than those described above. For example, in the above embodiment, an example in which the
たとえば、図10に示すように、受光素子としてSPAD(Single Photon Avalanche Diode)7sを受光モジュール7に設けてもよい。SPAD7sは、ガイガーモードのAPDである。SPAD7sは、TIA7bおよび定電流回路7dと対を成している。SPAD7s、TIA7b、および定電流回路7dは、それぞれ受光モジュール7に複数設けられている(詳細図示省略)。
For example, as shown in FIG. 10, a SPAD (Single Photon Avalanche Diode) 7 s may be provided in the
また、SPADのアソードにクエンチング抵抗の一端を接続したものを1ピクセル(基本単位)とし、該ピクセルを多数並列に接続することにより構成されたMPPC(Multi-Pixel Photon Counter)を受光モジュールに1つまたは複数設けてもよい(図示省略)。 Further, one pixel (basic unit) is formed by connecting one end of a quenching resistor to a SPAD assode, and an MPPC (Multi-Pixel Photon Counter) configured by connecting a large number of the pixels in parallel is used as a light receiving module. One or more may be provided (not shown).
また、図11に示すように、PIN型のPD(Photo Diode)7gを受光素子として受光モジュール7に設けてもよい。PD7gのアノードはTIA7bに接続され、PD7gのカソードは電源+Vに接続されている。また、PD7gおよびTIA7bは、対を成していて、それぞれ受光モジュール7に複数設けられている(詳細図示省略)。
In addition, as shown in FIG. 11, a PIN type PD (Photo Diode) 7g may be provided in the
また、以上の実施形態では、受光素子であるAPD7aの増倍率を変えることにより、受光モジュール7から出力される受光信号の増倍率を変更した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば図11に示すように、MUX7cの出力側にVGA(Variable Gain Amplifier)7fを接続し、MUX7cの出力信号をVGA7fにより増幅する際のゲインを変えることによって、受光モジュール7から出力される受光信号の増倍率を変更してもよい。VGA7fは、本発明の「信号増倍部」の一例である。制御部1の増倍制御部1dは、VGA7fのゲインを調整して、走査期間θ1、θ5に受光モジュール7から出力される受光信号の増倍率より、特定期間θ3に受光モジュール7から出力される受光信号の増倍率を大きくする。図11では、受光素子としてPD7gを用いているが、その他の受光素子を用いてもよい。
In the above embodiment, the example in which the multiplication factor of the light receiving signal output from the
また、以上の実施形態では、故障診断時(特定期間θ3)に、LD2aからのレーザ光を回転走査部4の鏡4aで反射してライトガイド15に導き、ライトガイド15からの出射光を鏡4aで反射してAPD7aに導いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、ライトガイドや回転走査部の構造を変更したり、ライトガイドや回転走査部やAPDの配置を変更したりすることにより、回転走査部を経由させずに、LDからのレーザ光をライトガイドに入射させてもよいし、またはライトガイドからの出射光をAPDに受光させるようにしてもよい。また、ライトガイド15に代えて、たとえば壁に形成した穴や切欠きのような導光部を設けてもよい。
In the above embodiment, at the time of failure diagnosis (specific period θ 3 ), the laser light from the
また、以上の実施形態では、両面が反射面になっている板状の鏡4aを有する回転走査部4を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえばポリゴンミラーのような、3つ以上の側面が反射面になっている鏡を有する回転走査部を用いてもよい。また、対象物検出時(走査期間θ1、θ5)に、たとえば、LDからのレーザ光を回転走査部により所定範囲に走査するが、所定範囲にある対象物による反射光を、回転走査部を経由させずに、受光素子で受光させるように、回転走査部の形状を設計したり、回転走査部や受光素子を配置したりしてもよい。
Moreover, although the example using the
また、以上の実施形態では、受光モジュール7から電圧信号を出力して、後段で処理した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、各受光素子からの出力電流に応じた電流信号を受光モジュールから出力して、後段のADCや制御部で処理し、対象物の有無や対象物までの距離を検出してもよいし、光学系の故障の有無を診断してもよい。
Moreover, although the voltage signal was output from the
さらに、以上の実施形態では、車載用のレーザレーダから成る対象物検出装置100に本発明を適用した例を挙げたが、その他の用途の対象物検出装置に対しても、本発明を適用することは可能である。
Further, in the above embodiment, the example in which the present invention is applied to the
1a 物体検出部
1b 故障診断部
1c、1d 増倍制御部
2 発光モジュール(発光部)
2a LD(発光素子)
4 回転走査部
4a 鏡
7 受光モジュール(受光部)
7a APD(受光素子)
7f VGA(信号増倍部)
7g PD(受光素子)
7s SPAD(受光素子)
9 信号増倍部
9a 逆電圧生成部
15 ライトガイド(導光部)
20 透過窓
50 対象物
100 対象物検出装置
Z 走査角度範囲(所定範囲)
θ1、θ5 走査期間
θ3 特定期間
α 走査期間のAPDの増倍率
β 特定期間のAPDの増倍率
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Object detection part 1b
2a LD (light emitting device)
4 Rotating
7a APD (light receiving element)
7f VGA (signal multiplier)
7g PD (light receiving element)
7s SPAD (light receiving element)
9
20
θ 1 , θ 5 scanning period θ 3 specific period α scanning period APD multiplication factor β specific period APD multiplication factor
Claims (5)
鏡を有し、前記鏡を回転させることにより、前記発光部からの投射光を前記鏡で反射して所定範囲に走査する回転走査部と、
前記投射光または該投射光の前記所定範囲にある対象物による反射光を受光する受光素子を有する受光部と、
前記投射光が前記回転走査部により前記所定範囲へ走査される走査期間に、前記受光素子の受光状態に応じて前記受光部から出力される受光信号に基づいて、前記対象物を検出する物体検出部と、
前記投射光が前記所定範囲外の特定方向へ進行する特定期間に、該投射光を前記受光部に導く導光部と、
前記特定期間に前記受光部から出力される前記受光信号に基づいて、故障の有無を診断する故障診断部と、を備えた対象物検出装置において、
前記受光信号の増倍率を設定し、該増倍率に応じたレベルの受光信号を前記受光部から出力させる信号増倍部と、
前記受光信号の増倍率を制御する増倍制御部と、をさらに備え、
前記増倍制御部は、前記特定期間における前記受光信号の増倍率を、前記走査期間における前記受光信号の増倍率より大きくする、ことを特徴とする対象物検出装置。 A light emitting unit having a light emitting element;
A rotation scanning unit that has a mirror and rotates the mirror to reflect the projection light from the light-emitting unit by the mirror and scan a predetermined range;
A light receiving unit having a light receiving element that receives the projection light or reflected light from the object within the predetermined range of the projection light;
Object detection for detecting the object based on a light receiving signal output from the light receiving unit according to a light receiving state of the light receiving element during a scanning period in which the projection light is scanned to the predetermined range by the rotary scanning unit. And
A light guide unit that guides the projection light to the light receiving unit in a specific period in which the projection light travels in a specific direction outside the predetermined range;
In the object detection device comprising a failure diagnosis unit that diagnoses the presence or absence of a failure based on the light reception signal output from the light reception unit during the specific period,
A signal multiplication unit that sets a multiplication factor of the light reception signal, and outputs a light reception signal of a level corresponding to the multiplication factor from the light reception unit;
A multiplication control unit for controlling the multiplication factor of the light reception signal,
The multiplication control unit, wherein the multiplication factor of the light reception signal in the specific period is larger than the multiplication factor of the light reception signal in the scanning period.
前記回転走査部と前記所定範囲との間に設けられ、前記投射光と該投射光の前記対象物による反射光とを透過させる透過窓をさらに備え、
前記導光部の光透過率は、前記透過窓の光透過率より低い、ことを特徴とする対象物検出装置。 The object detection apparatus according to claim 1,
A transmission window provided between the rotation scanning unit and the predetermined range, and further configured to transmit the projection light and the reflected light of the projection light from the object;
The object detection device according to claim 1, wherein a light transmittance of the light guide unit is lower than a light transmittance of the transmission window.
前記受光素子は、APD(Avalanche Photo Diode)から成り、
前記信号増倍部は、逆電圧を生成して前記APDに印加する逆電圧生成部を有し、
前記増倍制御部は、前記逆電圧生成部により前記APDに印加する逆電圧を変えることにより、前記受光信号の増倍率を変える、ことを特徴とする対象物検出装置。 In the object detection apparatus according to claim 1 or 2,
The light receiving element comprises an APD (Avalanche Photo Diode),
The signal multiplication unit includes a reverse voltage generation unit that generates a reverse voltage and applies the reverse voltage to the APD.
The multiplication control unit is configured to change a multiplication factor of the light reception signal by changing a reverse voltage applied to the APD by the reverse voltage generation unit.
前記走査期間は前記特定期間より長く、
前記回転走査部は、
前記走査期間に、前記反射光を前記鏡で反射して前記受光部へ導き、
前記特定期間に、当該対象物検出装置の外部からの外乱光を前記鏡により前記受光部へ導かない、ことを特徴とする対象物検出装置。 The object detection apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The scanning period is longer than the specific period,
The rotational scanning unit
In the scanning period, the reflected light is reflected by the mirror and guided to the light receiving unit,
The object detection apparatus according to claim 1, wherein disturbance light from outside the object detection apparatus is not guided to the light receiving unit by the mirror during the specific period.
前記導光部は、当該対象物検出装置の外部からの外乱光を前記受光部へ導かない、ことを特徴とする対象物検出装置。 The object detection device according to any one of claims 1 to 4,
The light guide unit does not guide disturbance light from the outside of the target object detection device to the light receiving unit.
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