JP2019090679A - Object detection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子から光を投射して、その反射光を受光素子で受光し、該受光素子から出力される受光信号に基づいて対象物を検出する対象物検出装置に関し、特に発光素子の故障の有無を診断する技術に関するものである。 The present invention relates to an object detection apparatus that projects light from a light emitting element, receives the reflected light by a light receiving element, and detects an object based on a light receiving signal output from the light receiving element, and in particular, the light emitting element The present invention relates to a technology for diagnosing the presence or absence of a failure.
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、たとえば特許文献1〜8に開示されているように、発光素子から光を投射して、その反射光を受光素子で受光し、該受光素子から出力される受光信号に基づいて、対象物の有無や対象物までの距離を検出する。
An object detection device such as a laser radar is mounted on a vehicle or the like having a collision prevention function. For example, as disclosed in
発光素子としては、レーザダイオードなどが用いられている。受光素子としては、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が用いられている。また、投受光範囲や投受光量を確保するため、発光素子や受光素子が複数用いられることもある。 A laser diode or the like is used as the light emitting element. As the light receiving element, a photodiode, an avalanche photodiode or the like is used. In addition, a plurality of light emitting elements and light receiving elements may be used in order to secure the light emitting / receiving range and the light emitting / receiving amount.
特許文献1〜8の対象物検出装置には、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、水平方向や垂直方向に光を走査する走査部が備わっている。走査部は、鏡を回転または揺動させることにより、発光素子から投射された光を鏡で反射して所定範囲に走査する。また、走査部は、鏡を回転または揺動させることにより、所定範囲にある対象物で反射された反射光を鏡で反射して、受光素子へ導くこともある。
The object detection apparatus of
発光素子や受光素子などの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、特許文献1および特許文献4〜7の対象物検出装置は、内部において、発光素子から投射された光の一部を、導光部により受光素子へ導き、受光素子から出力される受光信号に基づいて、光学系の故障の有無を自己診断する。具体的には、たとえば、受光信号の信号レベルと閾値とを比較した結果から、光学系の故障の有無を診断する。導光部は、壁や鏡などに形成された貫通孔、光ファイバ、導光部材、反射部材、または装置前面の投光性窓板などから構成されている。特許文献4には、対象物検出用の発光素子や受光素子とは別に、故障診断用の発光素子や受光素子を設けて、対象物検出用の発光素子と受光素子の故障を個別に診断することも開示されている。
If an optical system such as a light emitting element or a light receiving element is broken, the presence or absence of an object or the distance to the object can not be accurately detected. Therefore, the object detection devices of
特許文献2および特許文献3の対象物検出装置も、内部において、発光素子から投射された光の一部を、導光部により受光素子へ導くが、受光素子から出力される受光信号に基づいて補正値を算出する。そして、対象物までの距離を検出すると、該検出値を補正値により補正する。
Although the object detection devices of
特許文献8の対象物検出装置は、距離計測精度の低下を招くような、所定範囲の背景光の高強度を、対象物検出用の受光素子のモニタ電圧に基づいて検出する。また、発光素子から投射されて反走査部側へ進む光を、別の受光素子で受光して、該受光素子から出力される受光信号に基づいて、発光素子の発光タイミングを検出する。 The object detection device of Patent Document 8 detects high intensity of background light in a predetermined range that causes a decrease in distance measurement accuracy, based on a monitor voltage of a light receiving element for object detection. In addition, another light receiving element receives light projected from the light emitting element and traveling toward the anti-scanning portion side, and the light emission timing of the light emitting element is detected based on the light receiving signal output from the light receiving element.
対象物検出用の発光素子や受光素子を用いて、これらの故障診断を行うには、対象物検出装置の内部に導光部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導光部に入射すると、この光は迷光となって対象物検出用の受光素子に導かれ、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ことが有効であるが、そうすると、故障診断時に、受光素子から出力される受光信号のレベルが低くなって、故障の診断精度が低下してしまう。 In order to diagnose these failures using a light emitting element and a light receiving element for object detection, it is necessary to provide a light guide inside the object detecting device. However, when light projected toward the target enters the light guide during detection of the target, this light becomes stray light and is guided to the light receiving element for target detection, and the presence or absence of the target and the target The detection accuracy of the distance may decrease. In order to suppress this stray light, it is effective to reduce the light transmittance of the light guide, but if doing so, the level of the light reception signal output from the light receiving element becomes low at the time of fault diagnosis, and the fault diagnostic accuracy Will decrease.
また、対象物検出用の受光素子とは別に、故障診断用の受光素子を設けた場合、対象物検出用の発光素子の故障を診断することができるが、部品点数が増えるので、装置のコストアップを招く。そこで、故障診断用の受光素子として、対象物検出用の受光素子より安価な受光素子を用いることが考えられるが、そうすると、該受光素子の性能が対象物検出用の受光素子の性能より劣るため、故障の診断精度が低くなるおそれがある。 If a light receiving element for failure diagnosis is provided separately from the light receiving element for object detection, the failure of the light emitting element for object detection can be diagnosed, but the number of parts increases, so the cost of the apparatus is increased. It leads to the up. Therefore, it is conceivable to use a light receiving element that is cheaper than the light receiving element for detecting an object as a light receiving element for failure diagnosis, but then the performance of the light receiving element is inferior to the performance of the light receiving element for detecting an object. , There is a risk that the diagnostic accuracy of the failure will be low.
本発明は、対象物の検出精度と発光素子等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。 An object of the present invention is to provide an object detection apparatus capable of improving both detection accuracy of an object and diagnosis accuracy of a failure of a light emitting element or the like.
本発明による対象物検出装置は、光を投射する発光素子と、発光素子から投射された投射光を所定範囲に走査する走査部と、投射光の所定範囲にある対象物による反射光を受光して、該受光状態に応じた第1受光信号を出力する第1受光素子と、第1受光信号に基づいて対象物を検出する物体検出部と、投射光の一部であって発光素子から投射された後に走査部に入射しない一部光を集光して、走査部側以外の所定方向に出射する集光部と、集光部の所定方向側に設けられ、集光部から出射された光を受光して、該受光状態に応じた第2受光信号を出力する第2受光素子と、第2受光信号を所定の第1期間にわたって積分する積分回路と、積分回路の出力に基づいて故障の有無を診断する故障診断部とを備える。 The object detection apparatus according to the present invention receives a light emitting element for projecting light, a scanning unit for scanning the projection light projected from the light emitting element in a predetermined range, and light reflected by the object within the predetermined area of the projection light A first light receiving element that outputs a first light receiving signal according to the light receiving state, an object detection unit that detects an object based on the first light receiving signal, and a part of the projection light that is projected from the light emitting element It is provided in the predetermined direction side of the condensing part which condenses the partial light which does not enter into the scanning part and is emitted in the predetermined direction other than the scanning part side and is emitted from the condensing part A second light receiving element that receives light and outputs a second light reception signal according to the light reception state, an integration circuit that integrates the second light reception signal over a predetermined first period, and a failure based on the output of the integration circuit And a fault diagnosis unit that diagnoses the presence or absence of
上記によると、対象物検出用の第1受光素子とは別に、故障診断用の第2受光素子を設けているので、第1受光素子の故障の有無にかかわらず、発光素子(またはその駆動回路等)の故障の有無を診断することができる。また、発光素子から投射された投射光のうち走査部に入射しない一部光を、集光部により集光して走査部側以外の所定方向に設けられた第2受光素子へ出射するので、発光素子から走査部を経由して対象物に投射される光が集光部に入射することはなく、集光部で迷光が生じて、該迷光が第1受光素子に導かれることもない。このため、第1受光素子から出力される第1受光信号に基づいて、物体検出部により対象物を精度良く検出することができる。さらに、走査部に入射しない投射光の一部光を、集光部で集光してから第2受光素子で受光し、さらに第2受光素子から出力される第2受光信号を、積分回路により所定の第1期間にわたって積分している。このため、当該一部光の強度が弱かったり、第2受光素子の性能が第1受光素子の性能より低かったりしても、当該一部光に基づく第2受光信号の電圧が、積分回路により時間積分されて、該第2受光信号のレベルが増大するので、積分回路の出力に基づいて、故障診断部により発光素子等の故障の有無を精度良く診断することができる。よって、対象物の検出精度と発光素子等の故障の診断精度の双方を向上させることが可能となる。 According to the above, since the second light receiving element for failure diagnosis is provided separately from the first light receiving element for object detection, the light emitting element (or the drive circuit thereof regardless of the presence or absence of a failure of the first light receiving element) Etc.) can be diagnosed. In addition, among the projection light projected from the light emitting element, partial light which does not enter the scanning part is collected by the condensing part and emitted to the second light receiving element provided in a predetermined direction other than the scanning part. The light projected from the light emitting element to the object via the scanning unit is not incident on the light collecting unit, and the stray light is not generated in the light collecting unit and the stray light is not guided to the first light receiving element. Therefore, based on the first light receiving signal output from the first light receiving element, the object detection unit can accurately detect the target. Furthermore, partial light of projected light not incident on the scanning unit is collected by the light collecting unit and then received by the second light receiving element, and the second light receiving signal output from the second light receiving element is integrated by the integration circuit. Integration is performed over a predetermined first period. For this reason, even if the intensity of the partial light is weak or the performance of the second light receiving element is lower than the performance of the first light receiving element, the voltage of the second light receiving signal based on the partial light is Since time integration is performed and the level of the second light reception signal increases, the presence or absence of a failure of a light emitting element or the like can be accurately diagnosed by the failure diagnosis unit based on the output of the integration circuit. Therefore, it is possible to improve both the detection accuracy of the object and the diagnosis accuracy of the failure of the light emitting element or the like.
本発明では、発光素子の発光面が走査部側を向くように、発光素子を複数配列した発光モジュールと、複数の発光素子の発光動作を制御する発光制御部とをさらに備えてもよい。この場合、集光部は各発光素子から投射された投射光の一部光を集光する。 In the present invention, the light emitting module may further include a light emitting module in which a plurality of light emitting elements are arranged, and a light emission control unit for controlling the light emitting operation of the plurality of light emitting elements such that the light emitting surface of the light emitting element faces the scanning unit side. In this case, the condensing unit condenses part of the projected light projected from each light emitting element.
また、本発明において、走査部が投射光を所定範囲に走査する対象物検出期間以外の診断期間に、発光制御部が発光素子を所定の時間間隔で複数回発光させ、積分回路が第2受光素子から順次出力される第2受光信号を積分してもよい。 In the present invention, the light emission control unit causes the light emitting element to emit light a plurality of times at predetermined time intervals during a diagnosis period other than the target object detection period in which the scanning unit scans the projection light into a predetermined range, and the integration circuit The second light reception signal sequentially output from the element may be integrated.
また、本発明において、発光制御部は、診断期間に複数の発光素子を所定の時間間隔で順次発光させ、積分回路が第2受光信号を積分する第1期間は、前記時間間隔より長く、該時間間隔に発光素子の数を乗じた乗算時間より短くてもよい。 In the present invention, the light emission control unit causes the plurality of light emitting elements to emit light sequentially at a predetermined time interval during the diagnosis period, and the first period during which the integration circuit integrates the second light reception signal is longer than the time interval. The time interval may be shorter than the multiplication time obtained by multiplying the number of light emitting elements.
または、本発明において、発光制御部は、診断期間に同一の発光素子を所定の時間間隔で所定回数発光させた後、発光させる発光素子を順次切り替ることを繰り返し、積分回路が第2受光信号を積分する第1期間は、前記時間間隔より長く、該時間間隔に同一の発光素子の発光回数を乗じた乗算時間より短くてもよい。 Alternatively, in the present invention, after the light emission control unit causes the same light emitting element to emit light a predetermined number of times at a predetermined time interval during the diagnosis period, switching of the light emitting elements to be emitted is repeated sequentially, and the integration circuit generates the second light reception signal. The first period during which the second light source is integrated may be longer than the time interval and shorter than a multiplication time obtained by multiplying the time interval by the number of light emissions of the same light emitting element.
また、本発明において、積分回路を放電させる放電部をさらに備えてもよい。この場合、積分回路が第2受光信号を第1期間にわたって積分した後、所定の第2期間にわたって、発光素子が発光を停止し、放電部が積分回路を放電させる。 Further, in the present invention, a discharge unit for discharging the integration circuit may further be provided. In this case, after the integration circuit integrates the second light reception signal for the first period, the light emitting element stops emitting light for a predetermined second period, and the discharge unit discharges the integration circuit.
また、本発明において、故障診断部は、積分回路の出力電圧と所定の閾値とを比較した結果に基づいて故障の有無を判断してもよい。 In the present invention, the failure diagnosis unit may determine the presence or absence of a failure based on the result of comparing the output voltage of the integration circuit with a predetermined threshold.
この場合、故障診断部は、積分回路の出力電圧が閾値以上である場合に、故障が無いと判断し、当該出力電圧が閾値未満である場合に、故障が有ると判断してもよい。 In this case, the failure diagnosis unit may determine that there is no failure if the output voltage of the integration circuit is equal to or higher than the threshold, and may determine that there is a failure if the output voltage is less than the threshold.
または、閾値が第1閾値と、該第1閾値より高い第2閾値とからなり、故障診断部は、第1閾値および第2閾値と、積分回路の出力電圧とをそれぞれ比較し、出力電圧が第1閾値以上でかつ第2閾値未満である場合に、故障が無いと判断し、出力電圧が第1閾値未満または第2閾値以上である場合に、故障が有ると判断してもよい。 Alternatively, the threshold value includes a first threshold value and a second threshold value higher than the first threshold value, and the failure diagnosis unit compares the first threshold value and the second threshold value with the output voltage of the integration circuit, and the output voltage is If the output voltage is lower than the first threshold or higher than the second threshold, it may be determined that there is a failure.
さらに、本発明において、第2受光素子の応答速度は、第1受光素子の応答速度より遅くてもよい。 Furthermore, in the present invention, the response speed of the second light receiving element may be slower than the response speed of the first light receiving element.
本発明によれば、対象物の検出精度と発光素子等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。 According to the present invention, it is possible to provide an object detection apparatus capable of improving both the detection accuracy of an object and the diagnosis accuracy of a failure of a light emitting element or the like.
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 parts or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
まず、本実施形態による対象物検出装置100の光学系の構造と作用を、図1A〜図3を参照しながら説明する。
First, the structure and operation of the optical system of the
図1Aおよび図1Bは、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1Aと図1Bでは、鏡4aの角度が異なっている。図2は、対象物検出装置100の光学系を後方(図1A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。図1Aと図2では、鏡4aの角度が同一である。図3は、LDモジュール2と集光ガイド15と光センサ18を側方(図1Aで左側)から見た状態を示した図である。
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing 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)モジュール2、投光レンズ14、走査部4、透過窓20、受光レンズ16、反射鏡17、APD(Avalanche Photo Diode)アレイ7a、集光ガイド15、および光センサ18から成る。
The
そのうち、LDモジュール2、投光レンズ14、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、走査部4、受光レンズ16、反射鏡17、およびAPDアレイ7aは、受光光学系である。集光ガイド15と光センサ18は、LDモジュール2の故障診断用の部品である。
Among them, the
これらの光学系は、対象物検出装置100のケース21内に収容されている。ケース21の前面(対象物50側)は開口している。このケース21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
図3に示すように、LDモジュール2には、複数のLD1〜LD4が備わっている。図3では、LD1〜LD4の発光面が手前側を向いている。破線の矢印は、後述する一部光(漏れ光)を表している。LD1〜LD4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。LD1〜LD4は、発光面が走査部4側を向くように、上下方向(図2の上下方向と同一方向)に複数配列されている。以下、LD1〜LD4を、まとめてLDで表す。LDモジュール2は、本発明の「発光モジュール」の一例である。
As shown in FIG. 3, the
図1Aなどに示すAPDアレイ7aには、複数のAPD(図示省略)が備わっている。複数のAPDは、図2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。各APDは、受光面が反射鏡17側を向くように配置されている。各APDは、LDモジュール2から投射されたレーザ光(投射光)の、対象物50による反射光を受光する受光素子である。つまり、APDアレイ7aは、対象物検出用の受光素子であり、本発明の「第1受光素子」の一例である。
The
走査部4は、光偏向器とも呼ばれている。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、矩形の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2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 FIG. 2, a
ケース21内において、LDモジュール2、投光レンズ14、集光ガイド15、および光センサ18は、走査部4の鏡4aの上部周辺に配置されている。受光レンズ16、反射鏡17、およびAPDアレイ7aは、鏡4aの下部周辺に配置されている。LDモジュール2、投光レンズ14、集光ガイド15、および光センサ18の下方でかつ、受光レンズ16、反射鏡17、およびAPDアレイ7aの上方には、遮光板22が設けられている。遮光板22は、ケース21内に固定されていて、投光路と受光路とを区切っている。遮光板22には、走査部4の鏡4aと干渉しないように、貫通孔22hが形成されている。透過窓20は、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
対象物50を検出する際の投受光路は、図1Aおよび図2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2に1点鎖線の矢印で示すように、LDモジュール2のLD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、走査部4の鏡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、LDモジュール2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上半分の領域で反射し、透過窓20を透過して、ケース21外の所定範囲に走査される。つまり、走査部4は、LDモジュール2からのレーザ光を所定範囲に偏向する。
The light emitting and receiving path at the time of detecting the object 50 is as shown by arrows of dashed dotted line and dashed dotted line in FIGS. 1A and 2. Specifically, as shown by arrows of dashed-dotted lines in FIG. 1A and FIG. 2, the laser light projected from the LD of the
図1Aに示す走査角度範囲Zは、LDモジュール2からのレーザ光が走査部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。
The scanning angle range Z shown in FIG. 1A is a predetermined range (top view) 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2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、対象物50からの反射光が、鏡4aの表面または裏面の下半分の領域で反射して、受光レンズ16に入射する。つまり、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、APDアレイ7aのAPDで受光される。つまり、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APDアレイ7aへ導く。
As described above, the laser light projected from the
集光ガイド15は、導光性を有する材料により、図3に示すように杯形に形成されている。集光ガイド15の入光面15aの面積は、出光面15bの面積より広くなっている。集光ガイド15は、LDモジュール2の各LDの発光面に対して入光面15aが垂直になるように、LDモジュール2の側方に配置されている。また、図1Aなどに示すように、LDモジュール2に対して透過窓20側に、集光ガイド15は配置されている。
The
図1Aに示すように、集光ガイド15の入光面15aの左右方向の径は、LDモジュール2の左右方向の幅より大きくなっている。また、入射面15aの左端部は、LDモジュール2の前面(図1で左側を向いた面であって、図3に示すように各LDの発光面が表出している面)より走査部4側に位置している。図3に示すように、入光面15aの上下方向の径は、LDモジュール2の上下方向の幅より大きくなっている。これにより、LDモジュール2の各LDから投射されたレーザ光のうち、透過窓20側へ進む光がそれぞれ集光ガイド15の入光面15aに入射する。
As shown in FIG. 1A, the diameter in the left-right direction of the
他の例として、入光面15aの左右方向の径を、LDモジュール2の左右方向の幅と同等か、LDモジュール2の左右方向の幅より小さくしてもよい。また、入光面15aの上下方向の径を、LDモジュール2の上下方向の幅と同等か、LDモジュール2の上下方向の幅より小さくしてもよい。なお、入光面15aの上下方向の径をLDモジュール2の上下方向の幅より小さくする場合は、入光面15aの上下方向の径を、LDモジュール2の最も上にあるLD1の発光面から最も下にあるLD4の発光面にわたるような長さにするとよい。
As another example, the diameter in the left-right direction of the
集光ガイド15は、LDモジュール2から投射されたレーザ光の一部であって投射後に鏡4aに入射しない一部光(漏れ光)を、入光面15aから導入して、内部で集光した後、出光面15bから透過窓20側へ出射する。集光ガイド15は、本発明の「集光部」の一例である。
The condensing
光センサ18は、フォトトランジスタから成る。フォトトランジスタの応答速度(受光した光の強度に応じた電流値を出力するまでの速度など)は、APDの応答性より低くなっている。フォトトランジスタは、APDアレイ7aより安価な受光素子である。
The
光センサ18は、受光面18a(図3)が集光ガイド15の出光面15bと対向するように、集光ガイド15の透過窓20側に配置されている(図1A)。図3などでは、光センサ18の受光面18aと集光ガイド15の出光面15bとが接触しているが、これらの面18a、15bは離間していてもよい。光センサ18は、集光ガイド15の出光面15bから出射された光を受光する。光センサ18は、LDモジュール2の故障診断用の受光素子であり、本発明の「第2受光素子」の一例である。
The
図1Aに示すように、LDモジュール2から投射されたレーザ光のうち、鏡4aで反射して所定範囲に投射されるレーザ光を遮らない位置に、集光ガイド15と光センサ18は配置されている。また、外部から透過窓20を透過した外部光(太陽光など)が入射しないように、集光ガイド15と光センサ18は配置されている。
As shown in FIG. 1A, the condensing
LDモジュール2の故障を診断する際の投受光路は、図1Bに破線の矢印で示すとおりである。具体的には、LDモジュール2の各LDから投射されたレーザ光のうち、走査部4の鏡4aへ入射せずに、透過窓20側へ漏れるレーザ光の一部光が、集光レンズ15の入光面15aから内部へ導入される。そして、該一部光は集光レンズ15の内部で集光された後、出光面15bから透過窓20側へ出射されて、光センサ18により受光される。
The light emitting and receiving path when diagnosing a failure of the
次に、対象物検出装置100の電気的構成を、図4および図5を参照しながら説明する。
Next, the electrical configuration of the
図4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、LD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、コンパレータ8a、8b、ADC(Analog to Digital Converter)9a、9b、DAC(Digital to Analog Converter)13a、13b、光センサ18、積分回路19、記憶部11、およびインタフェイス12が備わっている。
FIG. 4 is an electrical block 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、および発光制御部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、対象物50の検出結果や故障の診断結果などの情報を送信したり、各種の制御情報を受信したりする。
The
LDモジュール2には、前述した複数のLDと、各LD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4では、便宜上、LDとキャパシタ2cのブロックを、それぞれ1つ示している。
The
制御部1の発光制御部1cは、LD駆動回路3によりLDモジュール2の各LDの動作を制御する。具体的には、発光制御部1cは、LD駆動回路3によりLDを発光させて、レーザ光を投射する。また、発光制御部1cは、発光させるLDを順次切り替える。さらに、発光制御部1cは、LD駆動回路3によりLDの発光を停止させて、キャパシタ2cを充電する。
The light
モータ4cは、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、LD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APDアレイ7a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、APDアレイ7a、TIA(Trans Impedance Amplifier)7b、およびMUX(Multiplexer)7cが含まれている。APDアレイ7aには、前述したように複数のAPDがアレイ状に配列されている。TIA7bは各APDに対応して複数設けられている。図4では、便宜上、TIA7bのブロックを1つだけ示している。
The
APDアレイ7aのAPDは、光を受光することにより、電流信号を出力する。TIA7bは、APDからの電流信号を電圧信号に変換して、MUX7cへ出力する。MUX7cは、複数のTIA7bの出力信号(電圧信号)からいずれかの出力信号を選択し、いずれかのコンパレータ8a、8bに出力する。これにより、各APDの受光状態に応じた受光信号が、受光モジュール7から順次コンパレータ8a、8bに出力される。
The APD of the
コンパレータ8a、8b、ADC9a、9b、およびDAC13a、13bは、それぞれ2個1対設けられている。これは、受光モジュール7から出力される受光信号を2系統で信号処理して、高速化を図るためである。
The
コンパレータ8a、8bは、MUX7cの出力信号と所定の閾値とを比較して、該出力信号が対象物50による反射光に基づく反射光信号であるか、またはノイズであるかを区別する。具体的には、たとえば、コンパレータ8a、8bは、MUX7cの出力信号が閾値より大きい場合、該出力信号が反射光信号であることを示すため、所定信号(たとえばハイレベル信号)を対応するADC9a、9bに出力する。また、コンパレータ8a、8bは、MUX7cの出力信号が閾値以下である場合、該出力信号がノイズであることを示すため、ADC9a、9bに所定信号を出力しない。
The
コンパレータ8a、8bがMUX7cの出力信号と比較する閾値は、制御部1がDAC13a、13bを介して設定する。具体的には、制御部1から出力された閾値を示すデジタル信号が、DAC13a、13bによりアナログ信号に変換されて、コンパレータ8a、8bに入力される。コンパレータ8a、8bは、DAC13a、13bから入力されたアナログ信号に基づいて、閾値を設定する。
The
ADC9a、9bは、対応するコンパレータ8a、8bから出力されるアナログ信号(所定信号)を、高速でデジタル信号に変換して、制御部1に出力する。具体的には、コンパレータ8a、8bから所定信号が出力されたとき、ADC9a、9bは、該所定信号をデジタルの「1」信号に変換して、制御部1に出力する。また、コンパレータ8a、8bから所定信号が出力されていないとき、ADC9a、9bは、デジタルの「0」信号を制御部1に出力する。
The
上記のように、各APDの受光状態に応じた受光信号(電圧信号)が、受光モジュール7からコンパレータ8a、8bとADC9a、9bとを介して、制御部1に出力される。受光モジュール7の各部、コンパレータ8a、8b、ADC9a、9b、およびDAC13a、13bの動作は、制御部1により制御される。
As described above, the light reception signal (voltage signal) corresponding to the light reception state of each APD is output from the
制御部1の物体検出部1aは、ADC9a、9b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
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ADC9a、9b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各LD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
光センサ18は、前述したフォトトランジスタから成り、光を受光することにより、受光信号(電圧信号)を出力する。積分回路19は、光センサ18からの受光信号を積分する。
The
図5は、積分回路19の詳細を示した図である。積分回路19には、オペアンプ19a、コンデンサC、入出力端子P1、P2、および抵抗R1、R2が備わっている。オペアンプ19aの反転入力端子(−)には、抵抗R1の一端が接続され、抵抗R1の他端は、入力端子P1と接続されている。オペアンプ19aの非反転入力端子(+)は接地されている。オペアンプ19aには、コンデンサCが並列に接続されている。オペアンプ19aの出力端子には、放電抵抗R2の一端と出力端子P2が接続され、放電抵抗R2の他端は接地されている。放電抵抗R2の抵抗値は、抵抗R1の抵抗値より大きくなっている。
FIG. 5 is a diagram showing the details of the
光センサ18から出力された受光信号(電圧信号)は、入力端子P1から積分回路19へ入力される。すると、当該受光信号がオペアンプ19aとコンデンサCにより時間で積分(蓄積)され、その結果である出力電圧が出力端子P2から出力される。積分回路19に光センサ18から受光信号が入力されないときは、コンデンサCに溜まった電荷が放電抵抗R2を経由してグランドへ放電される。放電抵抗R2は、本発明の「放電部」の一例である。
The light reception signal (voltage signal) output from the
制御部1の故障診断部1bは、積分回路19の出力に基づいて、LDモジュール2、LD駆動回路3、または発光制御部1cにおける故障の有無を診断する。具体的には、故障診断部1bは、積分回路19の出力電圧と所定の閾値とを比較し、該比較結果に基づいてLDモジュール2等の故障の有無を判断する。以下では、LDモジュール2のLDの故障を例に挙げる。
The
次に、対象物検出装置100の動作について、図6〜図10を参照しながら説明する。
Next, the operation of the
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、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 showing the operation timing of the
走査部4の鏡4aの原点(星印)は、たとえば図1Aに点線で示すように、鏡4aの両板面がLDモジュール2からのレーザ光の光軸(1点鎖線)に対して垂直な姿勢となる位置である。鏡4aは所定の回転数(等速)で一方向(図1Aで反時計回り)に回転し続ける。
The origin (star mark) of the
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、LDモジュール2のLD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。この走査期間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、APDアレイ7aのAPDで受光される。そして、APDアレイ7aのAPDの受光状態に応じて、受光モジュール7からコンパレータ8a、8bとADC9a、9b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 theta 1 by 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、LDの発光動作、受光モジュール7の各部の受光動作、コンパレータ8a、8bやADC9a、9bの信号処理動作、物体検出部1aの検出動作、および故障診断部1bの診断動作などが休止される。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、診断期間である。この診断期間θ3では、LDモジュール2のLDから投射されたレーザ光の一部光を、集光ガイド15により集光して、光センサ18により受光し(図1B参照)、光センサ18から出力される受光信号を積分回路19で積分する。そして、積分回路19の出力に基づいて、故障診断部1bがLDモジュールの故障を診断する。また、診断期間θ3では、LDから投射されたレーザ光が鏡4aの表面や裏面で反射しても、所定範囲に走査されることはない。
After passing the rest period theta 2, while the
診断期間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、LDモジュール2のLD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。この走査期間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、APDアレイのAPDに受光される。そして、APDアレイ7aのAPDの受光状態に応じて、受光モジュール7からコンパレータ8a、8bとADC9a、9b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 passing the diagnosis period theta 3, also a rest period 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、対象物検出装置100の故障診断動作を示したフローチャートである。まず、制御部1がエンコーダ6の出力に基づいて、走査部4の鏡4aの回転角を検出する(図7のステップS1)。鏡4aの回転角が故障診断を開始する角度θ3S(図6、θ3S=θ1+θ2)に到達すると(図7のステップS2:YES)、発光制御部1cが、LDモジュール2のLDの発光処理を実行する(図7のステップS3)。また、制御部1が、光センサ18により受光処理を実行し(図7のステップS4)、積分回路19により積分処理を実行する(図7のステップS5)。
FIG. 7 is a flowchart showing the failure diagnosis operation of the
図7のステップS3〜S5の各処理は、たとえば図8に示すように実行される。図8は、対象物検出装置100の診断期間θ3中の投受光状態と積分状態の一例を示したタイミングチャートである。図8(a)に示すように、発光制御部1cは、LDモジュール2のLD1、LD2、LD3、LD4を所定の時間間隔T2で順次発光させる(図7のステップS3)。LD1〜LD4が発光する毎に、LD1〜LD4から投射されたレーザ光の一部光は、集光ガイド15により集光されて光センサ18へ導かれる。このため、図8(b)に示すように、光センサ18がLD1〜LD4から投射されたレーザ光の一部光を順次受光し、該受光状態に応じた受光信号(電圧信号)を積分回路19へ出力する(図7のステップS4)。積分回路19は、図8(c)に示すように、光センサ18から順次入力される受光信号の電圧を所定の期間T1(積分期間)にわたって時間積分し、その積分値を制御部1に出力する(図7のステップS5)。積分期間T1は、本発明における「第1期間」に相当する。
Each process of steps S3 to S5 of FIG. 7 is executed as shown in FIG. 8, for example. FIG. 8 is a timing chart showing an example of the light transmission / reception state and the integration state during the diagnosis period θ3 of the
上記のように、積分回路19で光センサ18からの受光信号を所定の期間T1にわたって積分することで、該受光信号のレベル(電圧値)が大きくなる。図8に示す積分回路19の積分期間T1は、LD1〜LD4を発光させる時間間隔T2より長く、該時間間隔T2にLD1〜LD4の数N(本例ではN=4)を乗じた乗算時間(T2×N)より短く設定されている(T2<T1<N・T2)。
As described above, by integrating the light reception signal from the
発光制御部1cは、LD1〜LD4を1回ずつ発光させると、LD1〜LD4の発光を所定の期間T3(発光停止期間)にわたって停止させる。この期間T3に、光センサ18が光を受光しなくなって、受光信号を出力しなくなるので、積分回路19に受光信号が入力されず、積分回路19のコンデンサCに溜まった電荷が放電抵抗R2を経由してグランドへ放電される。期間T1における積分開始時点から、期間T3における放電終了時点までの時間は、走査部4の鏡4aが、図6の診断期間θ3の開始角度θ3Sから終了角度θ3Eまで回転するのにかかる時間より短く設定されている。発光停止期間T3は、本発明における「第2期間」に相当する。
When the light
また、図7のステップS3〜S5の各処理は、たとえば図9に示すように実行されてもよい。図9は、対象物検出装置100の診断期間θ3中の投受光状態と積分状態の他の例を示したタイミングチャートである。図9(a)に示すように、発光制御部1cは、LDモジュール2のLD1〜LD4のうち、同一のLD1を所定の時間間隔T2で所定回数(本例では4回)間欠的に発光させる(図7のステップS3)。このLD1が発光する毎に、LD1から投射されたレーザ光の一部光は、集光ガイド15により集光されて光センサ18へ導かれる。このため、図9(b)に示すように、光センサ18がLD1から投射されたレーザ光の一部光を順次受光し、該受光状態に応じた受光信号を積分回路19へ出力する(図7のステップS4)。積分回路19は、図9(c)に示すように、光センサ18から順次入力される受光信号の電圧を所定の期間T1にわたって時間積分し、その積分値を制御部1へ出力する(図7のステップS5)。発光制御部1cは、同一のLD1を所定回数発光させると、LD1〜LD4の発光を所定の期間T3にわたって停止させる。
Further, each process of steps S3 to S5 of FIG. 7 may be executed as shown in FIG. 9, for example. FIG. 9 is a timing chart showing another example of the light transmission / reception state and the integration state during the diagnosis period θ3 of the
上記のように、積分回路19が同一のLDからの発光による受光信号を所定の期間T1にわたって時間積分しても、該積分値が大きくなる。図9に示す積分回路19の積分期間T1は、LD1〜LD4を発光させる時間間隔T2より長く、該時間間隔T2に同一のLDの発光回数M(本例ではM=4)を乗じた乗算時間(T2×M)より短く設定されている(T2<T1<M・T2)。
As described above, even if the
図8と図9のいずれの場合においても、故障診断部1bは、積分回路19の出力電圧を検出して(図7のステップS6)、該出力電圧を所定の閾値V1と比較する。そして、積分回路19の出力電圧が閾値V1以上であれば(図7のステップS7:YES)、故障診断部1bは、LDモジュール2のLDの故障が無いと判断する(図7のステップS8)。
In either case of FIGS. 8 and 9, the
また、積分回路19の出力電圧が閾値V1未満であれば(図7のステップS7:NO)、故障診断部1bは、LDモジュール2のLDの故障が有ると判断する(図7のステップS9)。この場合の故障は、LDモジュール2のLDから投射されたレーザ光の強度が規定の強度より小さいという発光出力の異常である。なお、この異常の原因としては、LDモジュール2のLDの故障以外に、LD駆動回路3の故障や発光制御部1cの故障なども考えられる。
If the output voltage of the
また、図7のステップS3で、図8(a)に示したようにLD1〜LD4を順次発光させた場合において、積分回路19の出力電圧が閾値V1未満になったときは(図7のステップS7:NO)、故障診断部1bが、LDモジュール2のLD1〜LD4のうち少なくとも1つが故障していると判断する。
In the case where the LD 1 to LD 4 are sequentially caused to emit light as shown in FIG. 8A in step S3 of FIG. 7, when the output voltage of the
対して、図7のステップS3で、図9(a)に示したように同一のLDを所定回数発光させた場合において、積分回路19の出力電圧が閾値V1未満になったときは(図7のステップS7:NO)、故障診断部1bが、LDモジュール2のLD1〜LD4のうち発光させた1つのLDが故障していると判断する。
On the other hand, in the case where the same LD is caused to emit light a predetermined number of times as shown in FIG. 9A in step S3 of FIG. 7, when the output voltage of
故障診断部1bは、上記のようにLDモジュール2のLDに故障が有ると判断すると、該診断結果を出力する(図7のステップS10)。このとき、故障診断部1bは、上記診断結果を記憶部11に記録したり、インタフェイス12により車両側のECUに出力したりする。
If the
故障診断部1bにより故障の有無が診断された後、制御部1が、鏡4aの回転角を検出する(図7のステップS11)。そして、鏡4aの回転角が故障診断を終了する角度θ3E(図6、θ3E=θ1+θ2+θ3)に到達していなければ(図7のステップS12:NO)、再び図7のステップS3以降の処理が繰り返される。
After the presence or absence of a failure is diagnosed by the
そのステップS3の再実行時に、図8の例では、発光制御部1cが、発光停止期間T3の経過後に、再度LD1、LD2、LD3、LD4を時間間隔T2で順次発光させる。
At the time of re-execution of step S3, in the example of FIG. 8, the light
また、ステップS3の再実行時に、図9の例では、発光制御部1cが、発光停止期間T3の経過後に、前回発光させたLDとは異なる、同一のLDを時間間隔T2で所定回数発光させる。図9(a)では、まずLD1を時間間隔T2で所定回数発光させ、次にLD2を時間間隔T2で所定回数発光させている。そして、LD2の次はLD3、LD3の次はLD4というように、LD1〜LD4を順番に所定回数発光させる(図示省略)。つまり、図9の例では、発光制御部1cが、診断期間θ3中に発光させるLDを順次切り替える。また、図9の例では、最初のLD1が発光を開始してから、最後のLD4が発光を終えるまでにかかる時間は、走査部4の鏡4aが、図6の診断期間θ3の開始角度θ3Sから終了角度θ3Eまで回転するのにかかる時間より短く設定されている。このため、診断期間θ3に各LD1〜LD4の発光が少なくとも1回は実行される。
Further, at the time of re-execution of step S3, in the example of FIG. 9, the light
そして、図7のステップS3〜S11の実行後に、鏡4aの回転角が故障診断を終了する角度θ3Eに到達すると(図7のステップS12:YES)、故障診断動作が終了となる。
Then, after execution of step
上記図7の故障診断動作では、積分回路19の出力電圧を1つの閾値V1と比較した結果に基づいて、LDモジュール2の故障の有無を判断した例を示したが、これ代えて、図10の例のように、積分回路19の出力電圧を複数の閾値V1、V2と比較した結果に基づいて、LDモジュール2の故障の有無を判断してもよい。
In the failure diagnosis operation of FIG. 7 described above, there is shown an example in which the presence or absence of a failure of the
図10は、対象物検出装置100の他の故障診断動作を示したフローチャートである。制御部1が鏡4aの回転角を検出し(図10のステップS1)、該回転角が故障診断を開始する角度θ3Sになると(図10のステップS2:YES)、LDモジュール2のLDの発光処理が実行され(図10のステップS3)、光センサ18による受光処理が実行され(図10のステップS4)、積分回路19による積分処理が実行される(図10のステップS5)。
FIG. 10 is a flowchart showing another failure diagnosis operation of the
そして、故障診断部1bが、積分回路19の出力電圧を検出し(図10のステップS6)、該出力電圧を所定の第1閾値V1および所定の第2閾値V2と比較する。第2閾値V2は、第1閾値V1より高い値に設定されている。
Then, the
積分回路19の出力電圧が第1閾値V1以上でかつ第2閾値V2未満であれば(図10のステップS7a:YES)、故障診断部1bは、LDモジュール2のLDの故障が無いと判断する(図10のステップS8)。
If the output voltage of the
対して、積分回路19の出力電圧が第1閾値V1未満または第2閾値V2以上であれば(図10のステップS7a:NO)、故障診断部1bは、LDモジュール2のLDの故障が有ると判断する(図10のステップS9)。このときの故障は、積分回路19の出力電圧が第1閾値V1未満であれば、LDモジュール2から投射されたレーザ光の強度が規定の強度より小さいという発光出力の異常であり、積分回路19の出力電圧が第2閾値V2以上であれば、LDモジュール2から投射されたレーザ光の強度が規定の強度より大きいという発光出力の異常である。故障診断部1bは、上記のようにLDモジュール2のLDに故障が有ると判断すると、該診断結果を出力する(図10のステップS10)。なお、上述した各異常の原因としては、LDモジュール2のLDの故障以外に、LD駆動回路3の故障や発光制御部1cの故障なども考えられる。
In contrast, if the output voltage of
故障診断部1bにより故障の有無が診断された後、鏡4aの回転角が故障診断を終了する角度θ3Eに到達していなければ(図10のステップS12:NO)、再び図10のステップS3以降の処理が繰り返される。そして、鏡4aの回転角が故障診断を終了する角度θ3Eに到達すると(図10のステップS12:YES)、故障診断動作が終了となる。
If the rotation angle of the
以上述べた実施形態によると、対象物検出用の受光素子であるAPDアレイ7aとは別に、故障診断用の受光素子である光センサ18を設けているので、APDアレイ7aの故障に有無にかかわらず、LDモジュール2等の故障の有無を診断することができる。また、LDモジュール2のLDから投射されたレーザ光のうち走査部4の鏡4aに入射しない一部光を、集光ガイド15により集光して走査部4側以外の所定方向に設けられた光センサ18へ出射する。このため、LDから走査部4を経由して対象物50に投射されるレーザ光が集光ガイド15に入射することはなく、集光ガイド15で迷光が生じて、該迷光がAPDアレイ7aのAPDに導かれることもない。このため、APDアレイ7aのAPDから出力される受光信号に基づいて、物体検出部1aにより対象物50を精度良く検出することができる。さらに、走査部4に入射しない一部光を、集光ガイド15で集光してから光センサ18で受光し、さらに光センサ18から出力される受光信号を、積分回路19により所定の期間T1にわたって積分している。このため、当該一部光の強度が弱かったり、光センサ18の性能がAPDアレイ7aの性能より低かったりしても、当該一部光に基づく光センサ18の受光信号の電圧が、積分回路19により時間積分されて、該受光信号のレベル(電圧値)が増大するので、積分回路19の出力に基づいて、故障診断部1bによりLDモジュール2等の故障の有無を精度良く診断することができる。よって、対象物50の検出精度とLDモジュール2等の故障の診断精度の双方を向上させることが可能となる。
According to the embodiment described above, since the
また、以上の実施形態では、LDモジュール2に設けられた全てのLD1〜LD4から投射されたレーザ光の一部光を、集光ガイド15が集光して光センサ18に受光させている。このため、光センサ18からの受光信号を積分回路19で積分し、積分回路19の出力に基づいて、故障診断部1bにより全てのLD1〜LD4の故障の有無を検出することができる。
In the above embodiment, the condensing
また、以上の実施形態では、走査部4がLD1〜LD4から投射されたレーザ光を所定範囲に走査しないときに設定された診断期間θ3に、発光制御部1cがLD1〜LD4を複数回発光させ、積分回路19が光センサ18からの受光信号を積分し、故障診断部1bが積分回路19の出力に基づいてLD1〜LD4の故障の有無を診断している。このため、走査部4がLD1〜LD4から投射されたレーザ光を所定範囲に走査する走査期間θ1、θ5(対象物検出期間)では、LD1〜LD4の故障診断が行われず、発光制御部1cによりLD1〜LD4を所定の順序およびタイミングで発光させて、レーザ光を所定範囲に存在する対象物50に確実に照射することができる。そして、対象物50からの反射光を受光モジュール7により受光して、受光モジュール7から出力される受光信号に基づいて、物体検出部1aにより対象物50の有無や対象物50までの距離を精度良く検出すること可能となる。また、故障診断部1bによる故障診断と、物体検出部1aによる対象物50の検出とを別々の期間に実行して、制御部1の処理負担を軽減することもできる。
Further, in the above embodiment, the light
また、図8の実施形態では、診断期間θ3に複数のLD1〜LD4を時間間隔T2で順次発光させているので、各LD1〜LD4から投射されたレーザ光の一部光を、それぞれ集光ガイド15により集光して光センサ18へ導くことができる。また、積分回路19による受光信号の積分期間T1を、時間間隔T2より長く、該時間間隔T2にLD1〜LD4の数を乗じた乗算時間より短く設定している。このため、光センサ18から順次出力される受光信号を積分回路19により期間T1にわたって積分した後、該積分回路19の出力に基づいて、故障診断部1bによりLD1〜LD4の故障の有無を一括して精度良く診断することができる。
Further, in the embodiment of FIG. 8, since the plurality of LD 1 to LD 4 are sequentially emitted at the
また、図9の実施形態では、診断期間θ3に複数のLD1〜LD4のうち、同一のLDを時間間隔T2で所定回数発光させた後、発光させるLDを順次切り替ることを繰り返している。このため、各LD1〜LD4から投射されたレーザ光の一部光を、それぞれ集光ガイド15により集光して光センサ18へ導くことができる。また、積分回路19による受光信号の積分期間T1を、時間間隔T2より長く、該時間間隔T2に同一のLDの発光回数を乗じた乗算時間より短く設定している。このため、光センサ18から順次出力される受光信号を積分回路19により期間T1にわたって積分した後、該積分回路19の出力に基づいて、故障診断部1bにより各LD1〜LD4の故障の有無を個別に精度良く診断することができる。
Further, in the embodiment of FIG. 9, among the plurality of LD 1 to Ld 4 in diagnosis period theta 3, after the same LD at time intervals T2 for a predetermined number of times light emission is repeated sequentially switches that the LD to emit light There is. For this reason, partial light of the laser light projected from each of the LD 1 to LD 4 can be condensed by the condensing
また、以上の実施形態では、積分回路19が光センサ18からの受光信号を期間T1にわたって積分した後、期間T3にわたって、LD1〜LD4が発光を停止して、積分回路19を放電抵抗R2により放電させている。このため、期間T3の経過後に、再度LD1〜LD4を発光させて、集光ガイド15、光センサ18、積分回路19、および故障診断部1bにより再度LD1〜LD4の故障の有無を精度良く診断することができる。
Further, in the above embodiment, after the
また、以上の実施形態では、故障診断部1bにおいて、積分回路19の出力電圧と所定の閾値とを比較した結果に基づいて、LD1〜LD4の故障の有無を精度良く診断することができる。特に、図7の実施形態では、積分回路19の出力電圧が閾値V1以上である場合に、LD1〜LD4の故障が無いと判断し、該出力電圧が閾値V1未満である場合に、LD1〜LD4の故障が有ると判断している。そして、LD1〜LD4から投射されたレーザ光の強度が規定の強度より低い場合には、積分回路19の出力電圧が閾値V1未満となるので、当該レーザ光の強度が過小となるLD1〜LD4の故障を故障診断部1bで検出することができる。
Further, in the above embodiment, the
また、図10の実施形態では、積分回路19の出力電圧が閾値V1以上でかつ、該閾値V1より高い閾値V2未満である場合に、LD1〜LD4の故障が無いと判断し、該出力電圧が閾値V1未満または閾値V2以上である場合に、LD1〜LD4の故障が有ると判断している。そして、LD1〜LD4から投射されたレーザ光の強度が規定の強度より低い場合には、積分回路19の出力電圧が閾値V1未満となり、該レーザ光の強度が規定の強度より高い場合には、積分回路19の出力電圧が閾値V2以上となる。このため、レーザ光の強度が過小となるLD1〜LD4の故障と、レーザ光の強度が過大となるLD1〜LD4の故障のいずれをも、故障診断部1bで検出することができる。
Further, in the embodiment of FIG. 10, when the output voltage of the
さらに、以上の実施形態では、故障診断用の受光素子として、対象物検出用のAPDアレイ7aより応答速度が遅いフォトトランジスタから成る光センサ18を用いている。それにもかかわらず、LD1〜LD4から投射されたレーザ光の一部光を、集光ガイド15で集光して光センサ18に受光させ、該光センサ18から出力される受光信号を積分回路19で積分することで、該受光信号のレベルを増大することができる。このため、積分回路19の出力に基づいて、故障診断部1bによりLD1〜LD4の故障の有無を精度良く診断することができる。また、APDアレイ7aに比べて、フォトトランジスタ、集光ガイド15、および積分回路19は安価であり、然もフォトトランジスタは一般的なフォトダイオードよりも安価である。このため、APDアレイ7aなどのような高機能で高価な受光素子を故障診断用に追加する場合より、対象物検出装置100の製造コストを低く抑えることができる。
Furthermore, in the above embodiment, as the light receiving element for failure diagnosis, 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LD1〜LD4を用い、対象物検出用に複数のAPDが配列されたAPDアレイ7aを用い、故障診断用にフォトトランジスタから成る光センサ18を用いた例を示したが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。LD以外の発光素子を用いて、該発光素子を適宜数発光モジュールに設けてもよい。また、フォトダイオードのような他の受光素子を、対象物検出用または故障診断用に用いてもよい。
The present invention can adopt various embodiments other than the above. For example, in the above embodiment, the
また、以上の実施形態では、側方から見て杯形の集光ガイド15を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、その他の形状の集光ガイドを集光部として用いてもよい。
Moreover, although the example which used the cup-shaped condensing
また、図8や図9に示した実施形態のように、診断期間θ3において、複数のLD1〜LD4を一定の時間間隔T2で順次発光させたり、同一のLDを一定の時間間隔T2で所定回数発光させたりした例に限らず、複数のLD1〜LD4を任意の順番や任意の時間間隔で発光させてもよい。また、たとえば、同一の診断期間θ3において、図8(a)と図9(a)のLDの発光形態を組み合わせてもよい。
Further, as in the embodiment shown in FIG. 8 and FIG. 9, in the diagnosis period θ 3 , the plurality of LD 1 to LD 4 sequentially emit light at a predetermined
また、図6の実施形態では、走査部4の鏡4aの表面による走査期間θ1が終了してから、鏡4aの裏面による走査期間θ5が開始するまでの間に、診断期間θ3を設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定されるものではない。これ以外に、たとえば、鏡4aの裏面による走査期間θ5が終了してから、鏡4aの表面による走査期間θ1が開始するまでの間に、診断期間を設けてもよい。さらに、走査期間θ1の終了後から走査期間θ5の開始前までと、査期間θ5の終了後から走査期間θ1の開始前までの両方に、診断期間を設けてもよい。
Further, in the embodiment of FIG. 6, the scanning period theta 1 is completed by the
また、以上の実施形態では、板状の両面鏡4aを有する走査部4により、LDからのレーザ光を所定範囲に走査し、所定範囲からの反射光を走査してAPDアレイ7aに導いた例を示したが、本発明はこれのみに限定されるものではない。これ以外に、たとえば、反射面が1つまたは3つ以上の鏡を有する走査部を用いてもよい。また、LDからのレーザ光を走査部で所定範囲に走査するが、所定範囲からの反射光を走査部を経由させずに、APDアレイ7aで受光させるように、走査部を設計したり、走査部や受光素子を配置したりしてもよい。
In the above embodiment, the laser beam from the LD is scanned in a predetermined range by the
また、以上の実施形態では、LDモジュール2の透過窓20側に集光ガイド15と光センサ18を配置した例を示したが、本発明はこれのみに限定されるものではない。集光ガイド15と光センサ18は、たとえば、LDモジュール2やLDに対して透過窓20と反対側、上方、下方、または発光面と反対側などに配置してもよい。要は、LDから投射されたレーザ光のうち走査部4の鏡4aに入射しない一部光を、集光ガイド15で集光して光センサ18で受光できるような位置に、集光ガイド15と光センサ18を配置すればよい。
Moreover, although the example which has arrange | positioned the condensing
また、以上の実施形態では、オペアンプ19aを用いた積分回路19を例に示したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、その他の構成の積分回路を用いてもよい。また、積分回路を放電させる放電部の構成も、図5に示した例に限らず、他の構成であってもよい。
Further, although 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。
Furthermore, although the example which applied this invention to the
1a 物体検出部
1b 故障診断部
1c 発光制御部
2 LDモジュール(発光モジュール)
4 走査部
7a APDアレイ(第1受光素子)
15 集光ガイド(集光部)
18 光センサ(第2受光素子)
19 積分回路
50 対象物
100 対象物検出装置
LD、LD1〜LD4 発光素子
R2 放電抵抗(放電部)
T1 積分期間(第1期間)
T2 時間間隔
T3 発光停止期間(第2期間)
V1 閾値、第1閾値
V2 第2閾値
Z 走査角度範囲(所定範囲)
θ1、θ5 対象物検出期間
θ3 診断期間
1a
4 scanning
15 Condenser guide (condenser part)
18 light sensor (second light receiving element)
T1 integration period (first period)
T2 time interval T3 emission stop period (second period)
V1 threshold, first threshold V2 second threshold Z scan angle range (predetermined range)
θ 1 , θ 5 object detection period θ 3 diagnosis period
Claims (10)
前記発光素子から投射された投射光を所定範囲に走査する走査部と、
前記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して、該受光状態に応じた第1受光信号を出力する第1受光素子と、
前記第1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、を備えた対象物検出装置において、
前記投射光の一部であって前記発光素子から投射された後に前記走査部に入射しない一部光を集光して、前記走査部側以外の所定方向に出射する集光部と、
前記集光部の前記所定方向側に設けられ、前記集光部から出射された光を受光して、該受光状態に応じた第2受光信号を出力する第2受光素子と、
前記第2受光信号を所定の第1期間にわたって積分する積分回路と、
前記積分回路の出力に基づいて故障の有無を診断する故障診断部と、をさらに備えたことを特徴とする対象物検出装置。 A light emitting element for projecting light;
A scanning unit configured to scan a projection light projected from the light emitting element in a predetermined range;
A first light receiving element that receives the reflected light of the projected light by the object within the predetermined range, and outputs a first light receiving signal according to the light receiving state;
An object detection unit configured to detect the target based on the first light reception signal;
A condensing unit that condenses partial light that is part of the projection light and does not enter the scanning unit after being projected from the light emitting element, and emits in a predetermined direction other than the scanning unit side;
A second light receiving element which is provided on the predetermined direction side of the light collecting unit, receives light emitted from the light collecting unit, and outputs a second light receiving signal according to the light receiving state;
An integration circuit that integrates the second light reception signal over a predetermined first period;
And a fault diagnosis unit that diagnoses the presence or absence of a fault based on the output of the integration circuit.
前記発光素子の発光面が前記走査部側を向くように、前記発光素子を複数配列した発光モジュールと、
前記複数の発光素子の発光動作を制御する発光制御部と、をさらに備え、
前記集光部が前記各発光素子から投射された前記投射光の一部光を集光する、ことを特徴とする対象物検出装置。 In the object detection device according to claim 1,
A light emitting module in which a plurality of the light emitting elements are arranged such that a light emitting surface of the light emitting element faces the scanning unit side;
And a light emission control unit that controls the light emission operation of the plurality of light emitting elements.
The object detection device characterized in that the condensing part condenses a part of the projection light projected from the light emitting elements.
前記走査部が前記投射光を前記所定範囲に走査する対象物検出期間以外の診断期間に、
前記発光制御部が、前記発光素子を所定の時間間隔で複数回発光させ、
前記積分回路が、前記第2受光素子から順次出力される前記第2受光信号を積分する、ことを特徴とする対象物検出装置。 In the object detection device according to claim 2,
During a diagnosis period other than an object detection period in which the scanning unit scans the projection light to the predetermined range,
The light emission control unit causes the light emitting element to emit light a plurality of times at predetermined time intervals,
The object detection device characterized in that the integration circuit integrates the second light receiving signal sequentially output from the second light receiving element.
前記発光制御部は、前記診断期間に前記複数の発光素子を前記時間間隔で順次発光させ、
前記積分回路が前記第2受光信号を積分する前記第1期間は、前記時間間隔より長く、該時間間隔に前記発光素子の数を乗じた乗算時間より短い、ことを特徴とする対象物検出装置。 In the object detection device according to claim 3,
The light emission control unit causes the plurality of light emitting elements to sequentially emit light at the time interval during the diagnosis period,
The object detection device according to claim 1, wherein the first period in which the integration circuit integrates the second light reception signal is longer than the time interval and shorter than a multiplication time obtained by multiplying the time interval by the number of light emitting elements. .
前記発光制御部は、前記診断期間に同一の前記発光素子を前記時間間隔で所定回数発光させた後、発光させる前記発光素子を順次切り替えることを繰り返し、
前記積分回路が前記第2受光信号を積分する前記第1期間は、前記時間間隔より長く、該時間間隔に前記同一の発光素子の発光回数を乗じた乗算時間より短い、ことを特徴とする対象物検出装置。 In the object detection device according to claim 3,
The light emission control unit repeatedly causes the same light emitting element to emit light a predetermined number of times at the time interval in the diagnosis period, and then sequentially switches the light emitting elements to be emitted.
The first period during which the integration circuit integrates the second light reception signal is longer than the time interval, and shorter than a multiplication time obtained by multiplying the time interval by the number of times of light emission of the same light emitting element. Object detection device.
前記積分回路を放電させる放電部をさらに備え、
前記積分回路が前記第2受光信号を前記第1期間にわたって積分した後、所定の第2期間にわたって、前記発光素子が発光を停止し、前記放電部が前記積分回路を放電させる、ことを特徴とする対象物検出装置。 In the object detection device according to any one of claims 1 to 5,
It further comprises a discharge unit for discharging the integration circuit,
After the integration circuit integrates the second light reception signal for the first period, the light emitting element stops emitting light for a predetermined second period, and the discharge unit discharges the integration circuit. Target detection device.
前記故障診断部は、前記積分回路の出力電圧と所定の閾値とを比較した結果に基づいて故障の有無を判断する、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 6,
The said failure diagnostic part judges the presence or absence of a failure based on the result of having compared the output voltage of the said integration circuit, and a predetermined | prescribed threshold value, The object detection apparatus characterized by the above-mentioned.
前記故障診断部は、前記積分回路の前記出力電圧が前記閾値以上である場合に、故障が無いと判断し、前記出力電圧が前記閾値未満である場合に、故障が有ると判断する、ことを特徴とする対象物検出装置。 In the object detection device according to claim 7,
The failure diagnosis unit determines that there is no failure if the output voltage of the integration circuit is equal to or higher than the threshold, and determines that there is a failure if the output voltage is lower than the threshold. The object detection device to be characterized.
前記閾値は、第1閾値と、該第1閾値より高い第2閾値とからなり、
前記故障診断部は、前記第1閾値および前記第2閾値と、前記積分回路の前記出力電圧とをそれぞれ比較し、前記出力電圧が前記第1閾値以上でかつ前記第2閾値未満である場合に、故障が無いと判断し、前記出力電圧が前記第1閾値未満または前記第2閾値以上である場合に、故障が有ると判断する、ことを特徴とする対象物検出装置。 In the object detection device according to claim 7,
The threshold comprises a first threshold and a second threshold higher than the first threshold,
The failure diagnosis unit compares each of the first threshold and the second threshold with the output voltage of the integration circuit, and the output voltage is greater than or equal to the first threshold and less than the second threshold. And an object detection device characterized by judging that there is no failure, and judging that there is a failure when the output voltage is less than the first threshold or more than the second threshold.
前記第2受光素子の応答速度は、前記第1受光素子の応答速度より遅い、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 9.
The response speed of the second light receiving element is slower than the response speed of the first light receiving element.
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WO2024104258A1 (en) * | 2022-11-14 | 2024-05-23 | Hesai Technology Co., Ltd. | Lidar |
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- 2017-11-14 JP JP2017219187A patent/JP2019090679A/en not_active Abandoned
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