JP2021185368A - Method for determining scanning method, and measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁波を照射して計測を行う技術に関する。 The present invention relates to a technique for irradiating electromagnetic waves for measurement.
電磁波を照射して物体を走査することで障害物などの検出を行う技術が開発されている。特許文献１は、自動車等に設置される装置において、レーザ光を照射して目標領域内でスキャンを行うことで、障害物などの検出を行う技術を開示している。また特許文献１では、自動車の操舵角度に応じて、スキャン領域の横方向の中心軸を変更する技術が開示されている。 Technology has been developed to detect obstacles by irradiating electromagnetic waves and scanning objects. Patent Document 1 discloses a technique for detecting an obstacle or the like by irradiating a device installed in an automobile or the like with a laser beam and scanning within a target area. Further, Patent Document 1 discloses a technique for changing the lateral central axis of a scan region according to the steering angle of an automobile.
特許文献１に示すような計測装置では、求められる解像度（測定の粒度）以上の粒度で計測が行われることがあり、電力が無駄に消費されるなどの問題がある。 In a measuring device as shown in Patent Document 1, measurement may be performed with a particle size larger than the required resolution (measurement particle size), and there is a problem that electric power is wasted.
本発明は、上述の課題鑑みてなされたものであり、計測装置による計測の効率を高くする技術を提供することを一つの目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and one object of the present invention is to provide a technique for increasing the efficiency of measurement by a measuring device.
請求項１に記載の発明は、
移動体に設置される計測装置の走査方法の決定方法であって、
前記計測装置は照射方向を変えながら電磁波を照射して走査を行う装置であり、
前記移動体が移動している際に生じる振動の周波数よりも高い周波数を、前記計測装置の主走査の走査周波数として決定し、
決定した前記主走査の走査周波数にて、主走査方向に一列に並んだ複数の画素に対して、複数の連続する主走査の合計で、各画素に１回ずつ電磁波が照射されるように、電磁波の照射タイミングを決定する、走査方法の決定方法である。
The invention according to claim 1 is
It is a method of determining the scanning method of the measuring device installed in the moving body.
The measuring device is a device that performs scanning by irradiating electromagnetic waves while changing the irradiation direction.
A frequency higher than the frequency of vibration generated when the moving body is moving is determined as the scanning frequency of the main scan of the measuring device.
At the determined scanning frequency of the main scan, the electromagnetic waves are irradiated once to each pixel in the total of the plurality of consecutive main scans for the plurality of pixels arranged in a row in the main scan direction. It is a method of determining a scanning method for determining the irradiation timing of electromagnetic waves.
請求項８に記載の発明は、
請求項１から７のいずれか一項に記載の決定方法で決定された走査方法で、前記計測装置が走査する計測方法である。
The invention according to claim 8 is
It is a measuring method scanned by the measuring apparatus by the scanning method determined by the determination method according to any one of claims 1 to 7.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、特に断らない限り、各ブロックは、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位の構成を表している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all drawings, similar components are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate. Further, unless otherwise specified, each block represents a functional unit configuration, not a hardware unit configuration.
図１は、実施形態１に係る計測装置２００を例示する図である。計測装置２００は、計測部２０２及び制御部２０４を有する。計測部２０２は、照射方向を変えながら電磁波を照射し、照射した電磁波の反射波を受信することで、物体を走査する。制御部２０４は、計測部２０２による走査を制御する。さらに制御部２０４は、計測部２０２によって電磁波が照射されてからその電磁波の反射波が受信されるまでの時間を測定する。この測定結果は、例えば、上記電磁波を反射した物体と計測装置２００との距離を把握するため（いわゆる測距）に利用される。計測装置２００は、例えばライダ（Lidar：Light Detection and Ranging）センサやミリ波レーダなどである。
FIG. 1 is a diagram illustrating the
計測部２０２は、電磁波の照射方向を、主走査方向と副走査方向という２つの方向について時間と共に変化させることで、物体の走査を行う。副走査方向は主走査方向と交差する方向（例えば主走査方向に略直交する方向）である。
The
電磁波を利用した物体の走査には、例えば、揺動による走査や回転による走査などがある。以下、揺動による走査を揺動走査と呼び、回転による走査を回転走査と呼ぶ。以下、これら２種類の走査について簡単に説明する。 Scanning of an object using electromagnetic waves includes, for example, scanning by shaking and scanning by rotation. Hereinafter, scanning by shaking is referred to as swing scanning, and scanning by rotation is referred to as rotary scanning. Hereinafter, these two types of scanning will be briefly described.
図２は、一般的な計測装置６０による揺動走査を概念的に例示する図である。図２において、計測装置６０は、円柱形の装置として描かれている。走査範囲３００は、計測装置から照射される電磁波が通過しうる範囲を表す。
FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating swing scanning by a
図２（ａ）は、揺動走査が行われる様子を xz 平面で平面視した図である。図２（ｂ）は、揺動走査が行われる様子を yz 平面で平面視した図である。例えば計測装置６０が自動運転車などの車両に設けられる場合、z 方向は車両の進行方向であり、y 方向は鉛直方向であり、x 方向は y 方向及び z 方向の双方に直交する方向である。
FIG. 2A is a plan view of the state in which the swing scan is performed in the xz plane. FIG. 2B is a plan view of the state in which the swing scan is performed on the yz plane. For example, when the
揺動走査では、電磁波の照射方向を主走査方向及び副走査方向に揺動させる。ただし、副走査方向について電磁波の照射方向が１回揺動される間に、主走査方向について電磁波の照射方向が複数回揺動される。言い換えれば、主走査方向の揺動の周波数が、副走査方向の揺動の周波数より高い。 In the oscillating scan, the irradiation direction of the electromagnetic wave is oscillated in the main scanning direction and the sub-scanning direction. However, while the electromagnetic wave irradiation direction is fluctuated once in the sub-scanning direction, the electromagnetic wave irradiation direction is fluctuated a plurality of times in the main scanning direction. In other words, the frequency of the fluctuation in the main scanning direction is higher than the frequency of the fluctuation in the sub-scanning direction.
図３は、一般的な計測装置６０による揺動走査の走査範囲３００を xy 平面について平面視した図である。軌跡３０２は、計測装置から照射される電磁波の照射方向の変化を表す。
FIG. 3 is a plan view of the
一般に、計測装置は、間欠的に電磁波を照射する。図３のバツ印は、計測装置から照射された電磁波が通過する位置を表す。言い換えれば、図３のバツ印は、計測装置から電磁波が照射されるタイミングを表す。なお、計測装置による電磁波の照射は、主走査方向への走査（軌跡３０２の実線部分）において行われる。ここで以下、揺動走査については、電磁波の照射方向を主走査方向について１回揺動する間に行われる走査を、「１回の主走査」又は「１ラインの主走査」と呼ぶ。 Generally, the measuring device intermittently irradiates electromagnetic waves. The cross mark in FIG. 3 indicates the position through which the electromagnetic wave emitted from the measuring device passes. In other words, the cross mark in FIG. 3 indicates the timing at which the electromagnetic wave is irradiated from the measuring device. The irradiation of the electromagnetic wave by the measuring device is performed in the scanning in the main scanning direction (the solid line portion of the locus 302). Hereafter, with respect to the swing scan, the scan performed while swinging the electromagnetic wave irradiation direction once in the main scan direction is referred to as "one main scan" or "one line main scan".
図４は、一般的な計測装置６０による回転走査を概念的に例示する図である。図４（ａ）は、回転走査が行われる様子を xz 平面で平面視した図である。図４（ｂ）は、回転走査が行われる様子を yz 平面で平面視した図である。
FIG. 4 is a diagram conceptually illustrating rotational scanning by a
回転走査では、電磁波の照射方向を、主走査方向について一方向に変化させ（回転させ）、なおかつ副走査方向に揺動させる。ただし、副走査方向について電磁波の照射方向が１回揺動される間に、主走査方向について電磁波の照射方向が複数回回転される。言い換えれば、主走査方向の回転の周波数が、副走査方向の揺動の周波数より高い。 In the rotary scanning, the irradiation direction of the electromagnetic wave is changed (rotated) in one direction with respect to the main scanning direction, and is swung in the sub-scanning direction. However, while the electromagnetic wave irradiation direction is swung once in the sub-scanning direction, the electromagnetic wave irradiation direction is rotated a plurality of times in the main scanning direction. In other words, the frequency of rotation in the main scanning direction is higher than the frequency of fluctuation in the sub-scanning direction.
図５は、一般的な計測装置６０による回転走査の走査範囲３００を xy 平面に展開して平面視した図である。前述したように、回転走査における電磁波の照射方向は、主走査方向について一方向に変化する。ここで、回転走査については、主走査方向について電磁波の照射方向が３６０度変化する間に行われる走査を、「１回の主走査」又は「１ラインの主走査」と呼ぶ。
FIG. 5 is a view in which the
揺動走査と回転走査いずれについても、計測装置６０は、軌跡３０２によって表される走査を繰り返し行う。つまり、電磁波の照射方向が軌跡３０２の終点に達すると、再度電磁波の照射方向が軌跡３０２の始点に再度設定される。
In both the swing scan and the rotary scan, the measuring
図３及び図５の走査範囲３００において、格子状に区切られた領域である画素３０４は、計測装置６０に求められる解像度（計測の粒度）を表している。すなわち計測装置６０は、走査範囲３００における各画素３０４に対し、少なくとも一回電磁波を照射することが求められている。
In the
図３及び図５に示すように、一般的な計測装置６０では、複数の主走査それぞれにおいて同じタイミング（各画素３０４を通過するタイミング）で電磁波が照射される。さらに、１つの画素３０４に対して電磁波が照射されうる主走査が複数ある。その結果、１つの画素３０４に対して電磁波が複数回照射される。図６は、図３から軌跡３０２を除いた図である。図６を見ると、各画素３０４に対して電磁波が４回ずつ照射されていることが分かる。
As shown in FIGS. 3 and 5, in a
なお、計測装置から照射される電磁波のスポットの大きさは、例えば、画素３０４の大きさに合わせて設定される。そのため、１つの画素３０４に対して複数回電磁波が照射されることは、複数の電磁波のスポットの一部が互いに重なり合うことを意味する。つまり、計測装置によって同じ場所が複数回走査されていることを意味する。
The size of the spot of the electromagnetic wave emitted from the measuring device is set according to, for example, the size of the
図７は、電磁波のスポットの重なりを例示する図である。図７では、左上端の画素３０４に対して照射された電磁波のスポット３０６が示されている。この図から分かるように、複数の電磁波のスポット３０６の一部が互いに重なりあっている。
FIG. 7 is a diagram illustrating the overlap of electromagnetic wave spots. In FIG. 7, the
このように、一般的な計測装置では、求められる解像度以上の解像度で走査が行われている。言い換えれば、計測装置による走査において、必要以上に多くの電磁波が照射されている。その結果、計測装置が必要以上に電力を消費している。また、計測装置の各種の機構（例えば光源など）が必要以上に消耗しており、計測装置の寿命を短くしてしまっている。 As described above, in a general measuring device, scanning is performed at a resolution higher than the required resolution. In other words, more electromagnetic waves are irradiated than necessary in scanning by the measuring device. As a result, the measuring device consumes more power than necessary. In addition, various mechanisms of the measuring device (for example, a light source) are consumed more than necessary, shortening the life of the measuring device.
そこで本実施形態の計測装置２００は、計測装置２００に求められる解像度を満たすために必要十分な回数の電磁波を照射する。言い換えれば、本実施形態の制御部２０４は、計測装置２００に求められる解像度を表す各画素に対して電磁波が１回ずつ照射されるように、計測部２０２による電磁波の照射を制御する。
Therefore, the measuring
こうすることで、本実施形態の計測装置２００によれば、計測装置２００に求められる解像度を満たすために必要十分な回数の電磁波が照射される。よって、一般的な計測装置と比較し、計測装置２００の消費電力が削減される。また、計測装置２００の各種の機構（例えば光源）の消耗が少なくすることができるため、計測装置２００の寿命を長くすることができる。
By doing so, according to the
図８は、本実施形態の計測装置２００による揺動走査の走査範囲を、xy 平面で平面視した様子を例示する図である。走査範囲２２０、軌跡２２２、画素２２４の意味はそれぞれ、図３の走査範囲３００、軌跡３０２、画素３０４と同様である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which the scanning range of the swing scanning by the measuring
図８では、図３のケースと同様に、１つの画素（画素２２４）に対して電磁波が照射されうる主走査が４つある。しかし計測部２０２は、１つの画素２２４に対して電磁波を照射しうる４つの主走査のうち、いずれか１つの主走査でのみ、電磁波を照射している。
In FIG. 8, as in the case of FIG. 3, there are four main scans in which one pixel (pixel 224) can be irradiated with an electromagnetic wave. However, the
図９は、図８から軌跡２２２を除いた図である。図９を見ると分かるように、本実施形態の計測装置２００では、各画素２２４に対して電磁波が照射される回数が１回である。
FIG. 9 is a diagram in which the
図１０は、図９における各電磁波のスポットを例示する図である。この例では、電磁波のスポットが画素２２４の大きさに合わせて設定されている。図１０を見ると分かるように、本実施形態の計測装置２００では、全ての画素２２４をスポットが通過しつつ、スポット同士が重なっていない。よって、計測装置２００によって同じ場所が複数回スキャンされるということがない。
FIG. 10 is a diagram illustrating the spots of each electromagnetic wave in FIG. In this example, the spot of the electromagnetic wave is set according to the size of the
図９及び図１０から、図８に示すように電磁波を照射することで、計測装置２００に求められる解像度を満たすために必要十分な回数の電磁波が照射されていることが分かる。
From FIGS. 9 and 10, it can be seen that by irradiating the electromagnetic wave as shown in FIG. 8, the electromagnetic wave is irradiated a sufficient number of times necessary to satisfy the resolution required for the
本実施形態の計測装置２００が行う走査は、回転走査であってもよい。図１１は、本実施形態の計測装置２００による回転走査の走査範囲を、xy 平面で展開して平面視した様子を例示する図である。図８のケースと同様に、計測部２０２は、１つの画素２２４に対して電磁波を照射しうる４つの主走査のうち、いずれか１つの主走査でのみ、電磁波を照射している。
The scanning performed by the measuring
本実施形態の制御部２０４による具体的な制御は、以下の第１及び第２の要件を満たす。第１の要件は、「計測部２０２が、連続する N 回の主走査において、合計 M 回電磁波を照射する」という要件である。第２の要件は、「上記連続する N 回の主走査それぞれにおいて、計測部２０２から電磁波が照射されるタイミングが互いに異なる」という要件である。M は、連続する N 回の主走査において計測装置２００に求められる解像度の画素数である。例えば図８では、連続する 4 回の主走査において画素２２４の数が８である。よって図８では、N=4 かつ M=8 である。
The specific control by the
ここで、N と M の具体的な定義は、例えば以下で説明するような定義となる。図１２は、図８で示した計測装置２００による揺動走査の一部を表す図である。A は、副走査方向の１画素の幅（画素２２４の高さ）を表す。B は、主走査方向の１画素の幅（画素２２４の横幅）を表す。X は、走査範囲２２０の横幅を表す。dy は、副走査方向の走査間隔を表す。
Here, the specific definitions of N and M are, for example, the definitions described below. FIG. 12 is a diagram showing a part of the swing scan by the measuring
N は、１つの画素２２４に対して電磁波を照射しうる主走査の数である。例えば図８において、N の値は４である。具体的には、N は、A/dy 以下の最大の整数、又はA/dy 以上の最小の整数である。以下では、N が A/dy 以下の最大の整数であるとする。
N is the number of main scans that can irradiate one
M は、走査範囲２２０において主走査方向に含まれる画素２２４の数（連続する N 回の主走査において計測装置２００に求められる解像度の画素数）である。例えば図８において、M の値は８である。具体的には、M は X/B 以上の最小の整数、又は X/B 以下の最大の整数である。以下では、M が X/B 以上の最小の整数であるとする。
M is the number of
上述した各記号の意味は、計測装置２００が回転走査を行うケースについても同様である。図１３は、計測装置２００による回転走査の一部を表す図である。図１３における各記号の意味は、図１２における各記号の意味と同じである。
The meaning of each of the above-mentioned symbols is the same for the case where the measuring
前述した第１の要件を満たすように電磁波が照射されると、走査範囲２２０の１つの行に含まれる M 個の画素２２４に対して電磁波を照射しうる複数の走査（連続する N 回の走査）において、M 回の電磁波が照射される。そして、第１の要件に加えて第２の要件も満たすように電磁波が照射されることにより、走査範囲２２０の１つの行に含まれる M 個の画素２２４それぞれに対して、１回ずつ電磁波が照射されることとなる。
When the electromagnetic wave is irradiated so as to satisfy the first requirement described above, a plurality of scans (n consecutive scans) capable of irradiating the
このように、本実施形態の計測装置２００によれば、計測装置２００に求められる解像度を満たすために必要十分な回数の電磁波が照射される。よって、一般的な計測装置と比較し、計測装置２００の消費電力が削減される。また、計測装置２００の各種の機構（例えば光源）の消耗が少なくすることができるため、計測装置２００の寿命を長くすることができる。
As described above, according to the
ここで、１つの画素に対して電磁波が照射される回数を１回にするための制御としては、主走査方向の走査の頻度を少なくする（主走査方向の走査の周波数を低くする）ことが考えられる。図１４は、主走査方向の走査周波数を低くした例を示す図である。この例では、図３や図８のケースと比較し、主走査方向の走査周波数が 1/4 となっており、各画素３０４を通過する主走査が１回のみである。よって、画素３０４を通過する全てのタイミングで計測装置が電磁波を照射しても、各画素３０４に対して電磁波が照射される回数は１回である。
Here, as a control for reducing the number of times the electromagnetic wave is irradiated to one pixel to one, it is possible to reduce the frequency of scanning in the main scanning direction (decrease the frequency of scanning in the main scanning direction). Conceivable. FIG. 14 is a diagram showing an example in which the scanning frequency in the main scanning direction is lowered. In this example, as compared with the cases of FIGS. 3 and 8, the scanning frequency in the main scanning direction is 1/4, and the main scanning passing through each
しかしこの方法には、計測装置が周囲の振動の影響を受けやすくなるという問題点がある。ライダセンサやミリ波レーダなどの計測装置は、例えば、自動運転車などの移動体に設置される。そのため、移動体が移動している際に生じる種々の振動が、計測装置にも伝わることになる。 However, this method has a problem that the measuring device is easily affected by ambient vibration. Measuring devices such as rider sensors and millimeter-wave radars are installed in moving objects such as autonomous vehicles. Therefore, various vibrations generated when the moving body is moving are also transmitted to the measuring device.
このような周囲の振動の影響を小さくするためには、計測装置において主走査方向の走査周波数をある程度高くすることで、主走査方向の走査周波数と、他の振動の周波数との乖離を大きくすることが好適である。この点、本実施形態の計測装置２００では、主走査方向の走査周波数がある程度高く（前述した N が２以上であり）、なおかつ１つの画素２２４に対して電磁波が照射される回数が１回となる。よって、（１）電磁波が照射される回数を、計測装置２００に要求される解像度を満たすことができる必要十分な回数としつつ、（２）計測装置２００による走査が、計測装置２００の周囲などで発生する振動を受けにくい。
In order to reduce the influence of such ambient vibration, the scanning frequency in the main scanning direction is increased to some extent in the measuring device to increase the deviation between the scanning frequency in the main scanning direction and the frequency of other vibrations. Is preferable. In this respect, in the
ここで、各主走査における電磁波の照射タイミングは、等間隔であってもよいし、等間隔でなくてもよい。図１５は、各主走査において電磁波が等間隔で照射されるケースを例示する図である。図１５では、１行目から４行目の主走査いずれにおいても、「４つの画素２２４ごとに１つ」という間隔で電磁波が照射されている。
Here, the irradiation timing of the electromagnetic wave in each main scan may or may not be at equal intervals. FIG. 15 is a diagram illustrating a case where electromagnetic waves are irradiated at equal intervals in each main scan. In FIG. 15, in each of the main scans of the first to fourth rows, electromagnetic waves are irradiated at intervals of "one for every four
なお、連続する N 回の各主走査において電磁波が照射される画素２２４を異ならせるために、制御部２０４は、連続する N 回の各主走査において最初に電磁波が照射される画素２２４を異なるものにする。例えば図８や図１５では、電磁波の照射方向が走査範囲２２０の下の行へ移動するごとに、最初に電磁波が照射される画素２２４の位置を１つ右の画素２２４へずらしている。具体的には、図１５において、１行目の主走査において最初に電磁波が照射される画素２２４は、左から１番目の画素２２４である。一方、２行目の主走査において最初に電磁波が照射される画素２２４は、左から２番目の画素２２４である。
In addition, in order to make the
しかし、各主走査において最初に電磁波が照射される画素２２４を異なるものにする方法は、上述した「１行下へ移動するごとに１つ右へずらす」という方法に限定されない。図１６は、各主走査において最初に電磁波が照射される画素２２４について説明するための図である。図１６において、１行目から４行目の主走査において最初に電磁波が照射される画素２２４はそれぞれ、左から１番目、左から３番目、左から２番目、及び右から４番目の画素２２４となっている。
However, the method of making the
各主走査で電磁波が照射される回数は、同一であってもよし、同一でなくてもよい。前者の場合、各主走査で照射される電磁波の回数は M/N である。前述した図８のケースでは、各主走査において電磁波が照射される回数が同一（２回）となっている。 The number of times the electromagnetic wave is irradiated in each main scan may or may not be the same. In the former case, the number of electromagnetic waves emitted in each main scan is M / N. In the case of FIG. 8 described above, the number of times the electromagnetic wave is irradiated in each main scan is the same (twice).
なお、M/N が整数でない場合もありうる。この場合、制御部２０４は、各主走査で電磁波が照射される回数を同一にする代わりに、各主走査で電磁波が照射される回数の差を１以下とする。言い換えれば、制御部２０４は、各主走査で電磁波が照射される回数を M/N 以上の最小の整数及び M/N 以下の最大の整数のうちのいずれか一方とする。
The M / N may not be an integer. In this case, the
図１７は、各主走査で電磁波が照射される回数の差が１以下であるケースを例示する図である。この例では、１つの画素２２４に対して電磁波を照射しうる主走査の数が４である（N=4）。また、走査範囲２２０の１行に含まれる画素３０４の数が７つである（M=7）。そこで計測部２０２は、１行目から３行目の主走査では２回ずつ電磁波を照射し、なおかつ４行目の主走査では１回電磁波を照射している。
FIG. 17 is a diagram illustrating a case where the difference in the number of times electromagnetic waves are irradiated in each main scan is 1 or less. In this example, the number of main scans that can irradiate one
＜計測装置２００のハードウエア構成の例＞
計測装置２００の各機能構成部は、各機能構成部を実現するハードウエア（例：ハードワイヤードされた電子回路など）で実現されてもよいし、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせ（例：電子回路とそれを制御するプログラムの組み合わせなど）で実現されてもよい。以下、計測装置２００の各機能構成部がハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで実現される場合について、さらに説明する。
<Example of hardware configuration of measuring
Each functional component of the measuring
＜＜制御部２０４のハードウエア構成の例＞＞
図１８は、制御部２０４のハードウエア構成を例示する図である。集積回路１００は、制御部２０４を実現する集積回路である。例えば、集積回路１００は SoC（System On Chip）である。
<< Example of hardware configuration of
FIG. 18 is a diagram illustrating a hardware configuration of the
集積回路１００は、バス１０２、プロセッサ１０４、メモリ１０６、ストレージデバイス１０８、入出力インタフェース１１０、及びネットワークインタフェース１１２を有する。バス１０２は、プロセッサ１０４、メモリ１０６、ストレージデバイス１０８、入出力インタフェース１１０、及びネットワークインタフェース１１２が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ１０４などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。プロセッサ１０４は、マイクロプロセッサなどを用いて実現される演算処理装置である。メモリ１０６は、RAM（Random Access Memory）などを用いて実現される主記憶装置である。ストレージデバイス１０８は、ROM（Read Only Memory）やフラッシュメモリなどを用いて実現される補助記憶装置である。
The
入出力インタフェース１１０は、集積回路１００を周辺デバイスと接続するためのインタフェースである。図１８において、入出力インタフェース１１０には照射器の駆動回路３０及び走査器の駆動回路３２が接続されている。照射器の駆動回路３０及び走査器の駆動回路３２については後述する。
The input /
ネットワークインタフェース１１２は、集積回路１００を通信網に接続するためのインタフェースである。この通信網は、例えば CAN（Controller Area Network）通信網である。なお、ネットワークインタフェース１１２が通信網に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。
The
ストレージデバイス１０８は、制御部２０４の機能を実現するためのプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ１０４は、このプログラムモジュールをメモリ１０６に読み出して実行することで、制御部２０４の機能を実現する。
The
集積回路１００のハードウエア構成は図１８に示した構成に限定されない。例えば、プログラムモジュールはメモリ１０６に格納されてもよい。この場合、集積回路１００は、ストレージデバイス１０８を備えていなくてもよい。
The hardware configuration of the
＜＜計測部２０２のハードウエア構成例＞＞
図１９は、計測部２０２のハードウエア構成を例示する図である。計測部２０２は、照射器１０、走査器１２、照射器の駆動回路３０、走査器の駆動回路３２、及び受信器５０を有する。照射器１０は、物体の走査に用いる電磁波を照射する。走査器１２は、照射器１０から照射された電磁波の進行方向を、所望の方向へ変更する。このように、照射器１０及び走査器１２により、計測部２０２は、計測部２０２の外部の様々な場所へ電磁波を照射することができる。走査器１２によって進行方向が変更された電磁波は、計測装置２００の外部へ照射される。
<< Hardware configuration example of
FIG. 19 is a diagram illustrating a hardware configuration of the
計測装置２００の外部において物体により反射された電磁波（以下、反射波）は、計測装置２００の内部に入射した後、走査器１２によって進行方向を変更される。受信器５０は、走査器１２によって進行方向が変更された反射波を受信する。
An electromagnetic wave (hereinafter referred to as a reflected wave) reflected by an object outside the measuring
照射器の駆動回路３０は、照射器１０を駆動させる回路である。より具体的には、照射器の駆動回路３０は、電磁波を照射する機構（例えば光源）を駆動する回路を有する。走査器の駆動回路３２は、走査器１２を駆動させる回路である。より具体的には、走査器の駆動回路３２は、電磁波の照射方向を変更する機構（例えばミラー）を駆動する回路を有する。
The
制御部２０４は、受信器５０によって反射波が受信されたことを検出する。例えば受信器５０は、反射波を受信したことに応じて制御部２０４へ所定の信号を送信するように構成される。制御部２０４は、この所定の信号を受信することにより、受信器５０によって反射波が受信されたことを検出する。
The
制御部２０４は、照射器１０から電磁波が照射されてからその電磁波の反射波が受信器５０によって受信されるまでの経過時間を計測し、その計測時間を電磁波の照射方向（電磁波の照射タイミング）と対応づけて記憶装置（例えばストレージデバイス１０８）に記憶させる。この経過時間は、例えば照射器１０から電磁波が照射されてからその電磁波の反射波が受信されるまでの間にカウントされたクロック信号の数にクロック周期を乗算した値で表される。また例えば、この経過時間は、上記カウントされたクロック信号の数で表されてもよい。この経過時間に基づいて、例えば、走査された物体と計測装置２００との距離を算出することができる。
The
照射器１０によって照射される電磁波は、レーザ光などの光であってもよいし、ミリ波などの電波であってもよい。以下、照射器１０が光を照射する場合における計測部２０２のハードウエア構成について例示する。照射器１０が電磁波を照射する場合の計測部２０２についても、同様の構成を採用することが可能である。
The electromagnetic wave emitted by the
図２０は、光を照射する計測部２０２のハードウエア構成を例示する図である。図２０の光源１４、可動反射部１６、光源の駆動回路３６、及び可動反射部の駆動回路３４はそれぞれ、図１９における照射器１０、走査器１２、照射器の駆動回路３０、及び走査器の駆動回路３２の一例である。
FIG. 20 is a diagram illustrating a hardware configuration of the measuring
光源１４は、光を照射する任意の光源である。光源の駆動回路３４は、光源１４への電力の供給を制御することによって光源１４を駆動させる回路である。光源１４によって照射される光は、例えばレーザ光である。この場合、例えば光源１４は、レーザ光を照射する半導体レーザである。
The
可動反射部１６は、光源１４から照射された光を反射することで、光源１４から照射された光の進行方向を変更する。可動反射部１６によって反射された光は、計測装置２００の外部へ照射される。また可動反射部１６は、計測装置２００の外部において物体により反射された光（以下、反射光）の進行方向を変更する。
The
可動反射部の駆動回路３６は、可動反射部１６を駆動させる回路である。可動反射部１６は、例えば２軸方向それぞれに回転可能なように構成されている１つのミラーを有する。
上記２軸はそれぞれ、光の照射方向を主走査方向について変更するための第１軸、及び光の照射方向を副走査方向について変更するための第２軸である。上記ミラーは、例えば MEMS（Micro Electro Mechanical System）ミラーである。
The
The two axes are the first axis for changing the light irradiation direction with respect to the main scanning direction, and the second axis for changing the light irradiation direction with respect to the sub-scanning direction, respectively. The mirror is, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror.
可動反射部１６の構成は、図２０に示す構成に限定されない。例えば可動反射部１６は、回転軸が互いに交わる２つのミラーで構成されていてもよい。この２つのミラーの回転軸はそれぞれ、上記第１軸及び第２軸である。
The configuration of the
光源の駆動回路３４及び可動反射部の駆動回路３６の動作は、制御部２０４によって制御される。具体的には、制御部２０４は、光源の駆動回路３４に対し、光源１４の駆動を指示する駆動信号を送信する。この駆動信号は、例えばストレージデバイス１０８から読み出される。光源の駆動回路３４は、受信した駆動信号に基づいて、光源１４を駆動させる。例えば駆動信号がハイとローという２値で構成されるパルス信号である場合、光源の駆動回路３４は、パルス信号がローからハイに変化するタイミングで光源１４を駆動させる（光源１４から光を照射させる）。
The operation of the
同様に、制御部２０４は、可動反射部の駆動回路３６に対し、可動反射部１６の駆動を指示する駆動信号を送信する。この駆動信号も、例えばストレージデバイス１０８から読み出される。可動反射部の駆動回路３６は、この駆動信号に基づいて、可動反射部１６の姿勢を制御する。この制御により、光の照射方向が制御される。例えば光の照射方向は、図８の軌跡２２２のように制御される。
Similarly, the
さらに計測部２０２は、受光器５２を有する。受光器５２は、図１９における受信器５０の一例である。例えば受光器５２は、APD（Avalanche Photodiode）を用いて構成される。受光器５２は、可動反射部１６によって進行方向が変更された反射光を受光する。
Further, the measuring
なお、計測部２０２の構成は図１９や図２０に示す構成に限定されない。例えば図１９において、計測部２０２は、物体によって反射された反射波が、走査器１２を介して受信器５０に受信されるように構成されている。しかし、物体によって反射された反射波は、走査器１２を介さずに受信器５０に受信されてもよい。図２１は、走査器１２を介さずに反射波が受信される計測装置２００のハードウエア構成を例示する図である。
The configuration of the measuring
その他にも例えば、図１９において、計測部２０２は、照射器１０から照射された電磁波の進行方向を走査器１２によって変更することにより、様々な方向へ電磁波を照射できるように構成されている。しかし、様々な方向へ電磁波を照射する構成は、図１９に示す構成に限定されない。例えば、照射器１０自体が、上述の２軸それぞれに回転する機構を有していてもよい。この場合、計測部２０２は、照射器１０の姿勢を制御することによって様々な方向へ光を照射できる。またこの場合、計測部２０２は、走査器１２及び走査器の駆動回路３２を有さなくてもよい。さらにこの場合、照射器の駆動回路３０は、照射器１０に電磁波を照射させる駆動回路と、照射器１０の姿勢を変更する駆動回路とを含む。
In addition, for example, in FIG. 19, the measuring
なお、制御部２０４を実現するハードウエア（図１８参照）と計測部２０２を実現するハードウエア（図１９や図２０参照）は、同一の筐体にパッケージされていてもよいし、別々の筐体にパッケージされていてもよい。 The hardware that realizes the control unit 204 (see FIG. 18) and the hardware that realizes the measurement unit 202 (see FIGS. 19 and 20) may be packaged in the same housing or may be packaged in separate housings. It may be packaged in the body.
＜計測部２０２が電磁波を照射するタイミングを制御する方法＞
計測装置２００から電磁波が照射されるタイミングは、光源の駆動回路３４に対して送信する駆動信号（以下、光源駆動信号）によって制御できる。そこで、前述した第１の要件及び第２の要件を満たすように計測部２０２が制御される光源駆動信号を予め生成しておく。この光源駆動信号は、例えばストレージデバイス１０８に記憶させておく。制御部２０４は、この光源駆動信号をストレージデバイス１０８から読み出し、光源の駆動回路３４へ送信する。こうすることで、上記第１の要件及び第２の要件を満たすように、計測部２０２が制御される。光源駆動信号の生成は、例えば計測装置２００の運用開始前（例えば計測装置２００の出荷前）に行っておく。
<Method of controlling the timing of the
The timing at which the electromagnetic wave is irradiated from the measuring
図２２は、光源駆動信号を例示する図である。図２２（ａ）及び図２２（ｂ）の双方において、グラフは光源駆動信号を表している。また、グラフの矢印は、光源駆動信号の値が０から１に変化する箇所（パルス）を表している。光源は、この矢印のタイミングで電磁波を照射する。グラフの上には、光源駆動信号によって制御される計測装置による走査の軌跡が示されている。 FIG. 22 is a diagram illustrating a light source drive signal. In both FIGS. 22 (a) and 22 (b), the graph represents a light source drive signal. Further, the arrow in the graph represents a place (pulse) where the value of the light source drive signal changes from 0 to 1. The light source irradiates electromagnetic waves at the timing of this arrow. Above the graph, the locus of scanning by the measuring device controlled by the light source drive signal is shown.
図２２（ａ）は、図２に示した一般的な計測装置による走査を実現する光源駆動信号を表している。これに対し、図２２（ｂ）は、図８に示した本実施形態の計測装置２００による走査を実現する光源駆動信号を表している。
FIG. 22A shows a light source drive signal that realizes scanning by the general measuring device shown in FIG. On the other hand, FIG. 22B shows a light source drive signal that realizes scanning by the measuring
＜計測装置２００の設置例＞
計測装置２００は、例えば自動車や電車などの移動体に設置される。図２３は、移動体に設置されている計測装置２００を例示する図である。図２３において、計測装置２００は、移動体２４０の上部に固定されている。また、計測装置２００は制御装置２４４と接続されている。制御装置２４４は、移動体２４０を制御する制御装置である。例えば制御装置２４４は、ECU（Electronic Control Unit）である。
<Installation example of measuring
The measuring
ここで制御部２０４は、移動体２４０を制御する制御装置２４４の一部として実現されてもよい。この場合、制御装置２４４が有するストレージデバイスに、前述した制御部２０４を実現するプログラムモジュールが記憶される。
Here, the
なお、計測装置２００が設置される場所は移動体２４０の上部に限定されない。例えば計測装置２００は、移動体２４０の内部（例えば室内）に設置されてもよい。また計測装置２００は、移動しない物体に設置されてもよい。
The place where the measuring
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記各実施形態の組み合わせ、又は上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記各実施形態の組み合わせ、又は上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、参考形態の例を付記する。
１．
照射方向を変えながら電磁波を照射して走査を行う計測部と、
N 回の連続する主走査で合計 M 回電磁波を照射し、前記 N 回の主走査において電磁波の照射タイミングが互いに異なり、各主走査で少なくとも１回電磁波が照射されるように、前記計測部を制御する制御部と、を有する計測装置。
２．
前記 M は、前記 N 回の連続する主走査において求められる解像度の画素数である、１．に記載の計測装置。
３．
副走査方向の走査間隔を dy とし、前記副走査方向の１画素の幅を A とすると、前記 N は、A/dy 以下の最大の整数及び A/dy 以上の最小の整数のいずれか一方であり、
主走査方向のスキャン範囲の幅を X とし、前記主走査方向の１画素の幅を B とすると、前記 M は、X/B 以上の最小の整数及び X/B 以下の最大の整数のいずれか一方である、１．又は２．に記載の計測装置。
４．
前記制御部は、各主走査において電磁波を等間隔に照射させる、１．〜３．の何れか一つに記載の制御装置。
５．
前記制御部は、前記 N 回の主走査それぞれにおける電磁波の照射回数を、M/N 以上の最小の整数及び M/N 以下の最大の整数のうちのいずれか一方とする、１．〜４．の何れか一つに記載の制御装置。
６．
照射方向を変えながら電磁波を照射して走査を行う計測装置をコンピュータが制御する制御方法であって、
N 回の連続する主走査で合計 M 回電磁波を照射し、前記 N 回の主走査において電磁波の照射タイミングが互いに異なり、各主走査で少なくとも１回電磁波が照射されるように、前記計測装置を制御する、制御方法。
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, these are examples of the present invention, and combinations of the above embodiments or various configurations other than the above can be adopted.
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, these are examples of the present invention, and combinations of the above embodiments or various configurations other than the above can be adopted.
Hereinafter, an example of the reference form will be added.
1. 1.
A measurement unit that scans by irradiating electromagnetic waves while changing the irradiation direction,
The measurement unit is irradiated so that a total of M electromagnetic waves are irradiated in N consecutive main scans, the electromagnetic wave irradiation timings are different from each other in the N main scans, and the electromagnetic waves are irradiated at least once in each main scan. A measuring device having a control unit for controlling.
2. 2.
M is the number of pixels of the resolution obtained in the N consecutive main scans. The measuring device described in.
3. 3.
Assuming that the scanning interval in the sub-scanning direction is dy and the width of one pixel in the sub-scanning direction is A, the N is either the largest integer less than or equal to A / dy or the smallest integer greater than or equal to A / dy. can be,
Assuming that the width of the scan range in the main scanning direction is X and the width of one pixel in the main scanning direction is B, M is either the smallest integer greater than or equal to X / B and the largest integer greater than or equal to X / B. On the other hand, 1. Or 2. The measuring device described in.
4.
The control unit irradiates electromagnetic waves at equal intervals in each main scan. ~ 3. The control device according to any one of the above.
5.
The control unit sets the number of times of irradiation of electromagnetic waves in each of the N main scans to either the minimum integer of M / N or more and the maximum integer of M / N or less. ~ 4. The control device according to any one of the above.
6.
It is a control method in which a computer controls a measuring device that scans by irradiating electromagnetic waves while changing the irradiation direction.
The measuring device is provided so that a total of M electromagnetic waves are irradiated in N consecutive main scans, the electromagnetic wave irradiation timings are different from each other in the N main scans, and the electromagnetic waves are irradiated at least once in each main scan. Control method.
１０ 照射器
１２ 走査器
１４ 光源
１６ 可動反射部
３０ 照射器の駆動回路
３２ 走査器の駆動回路
３４ 光源の駆動回路
３６ 可動反射部の駆動回路
５０ 受信器
５２ 受光器
１００ 集積回路
１０２ バス
１０４ プロセッサ
１０６ メモリ
１０８ ストレージデバイス
１１０ 入出力インタフェース
１１２ ネットワークインタフェース
２００ 計測装置
２０２ 計測部
２０４ 制御部
２２０ 走査範囲
２２２ 軌跡
２２４ 画素
２４０ 移動体
２４４ 制御装置
３００ 走査範囲
３０２ 軌跡
３０４ 画素
３０６ スポット
10
Claims (8)
前記計測装置は照射方向を変えながら電磁波を照射して走査を行う装置であり、
前記移動体が移動している際に生じる振動の周波数よりも高い周波数を、前記計測装置の主走査の走査周波数として決定し、
決定した前記主走査の走査周波数にて、主走査方向に一列に並んだ複数の画素に対して、複数の連続する主走査の合計で、各画素に１回ずつ電磁波が照射されるように、電磁波の照射タイミングを決定する、走査方法の決定方法。 It is a method of determining the scanning method of the measuring device installed in the moving body.
The measuring device is a device that performs scanning by irradiating electromagnetic waves while changing the irradiation direction.
A frequency higher than the frequency of vibration generated when the moving body is moving is determined as the scanning frequency of the main scan of the measuring device.
At the determined scanning frequency of the main scan, the electromagnetic waves are irradiated once to each pixel in the total of the plurality of consecutive main scans for the plurality of pixels arranged in a row in the main scan direction. A method for determining a scanning method for determining the irradiation timing of electromagnetic waves.
所定の平面において、電磁波の複数のスポットが互いに重ならないように電磁波の照射タイミングを決定する決定方法。 In the determination method according to claim 1,
A determination method for determining the irradiation timing of electromagnetic waves so that a plurality of spots of electromagnetic waves do not overlap each other on a predetermined plane.
電磁波のスポットの大きさを、画素の大きさに応じて設定する決定方法。 In the determination method according to claim 1 or 2,
A method of determining the size of an electromagnetic wave spot according to the size of a pixel.
前記計測装置は電磁波の照射方向を、主走査方向と副走査方向という２つの方向について時間と共に変化させることで、走査を行う装置であり、
主走査方向の走査周波数を副走査方向の走査周波数よりも高くする決定方法。 In the determination method according to any one of claims 1 to 3,
The measuring device is a device that performs scanning by changing the irradiation direction of electromagnetic waves with time in two directions, a main scanning direction and a sub-scanning direction.
A method for determining that the scanning frequency in the main scanning direction is higher than the scanning frequency in the sub-scanning direction.
N 回の連続する主走査で合計 M 回電磁波を照射し、前記 N 回の主走査において電磁波の照射タイミングが互いに異なり、各主走査で少なくとも１回電磁波が照射されるように走査方法を決定し、
副走査方向の走査間隔を dy とし、副走査方向の１画素の幅をAとすると、前記N は、A/dy以下の最大の整数及びA/dy以上の最小の整数のいずれか一方であり、
主走査方向のスキャン範囲の幅を X とし、主走査方向の１ 画素の幅を B とすると、前記 M は、X/B 以上の最小の整数及び X/B 以下の最大の整数のいずれか一方である決定方法。 In the determination method according to claim 4,
The scanning method is determined so that the electromagnetic waves are irradiated a total of M times in N consecutive main scans, the electromagnetic wave irradiation timings are different from each other in the N main scans, and the electromagnetic waves are irradiated at least once in each main scan. ,
Assuming that the scanning interval in the sub-scanning direction is dy and the width of one pixel in the sub-scanning direction is A, the N is either the maximum integer of A / dy or less and the minimum integer of A / dy or more. ,
Assuming that the width of the scan range in the main scanning direction is X and the width of one pixel in the main scanning direction is B, M is either the smallest integer greater than or equal to X / B and the largest integer greater than or equal to X / B. How to decide.
前記 N 回の主走査それぞれにおける電磁波の照射回数を、M/N 以上の最小の整数及び M/N 以下の最大の整数のうちのいずれか一方とする決定方法。 In the determination method according to claim 5,
A method for determining the number of times of irradiation of an electromagnetic wave in each of the N main scans is one of a minimum integer of M / N or more and a maximum integer of M / N or less.
各主走査において電磁波を等間隔に照射させるよう決定する決定方法。 In the determination method according to any one of claims 1 to 6,
A determination method for determining to irradiate electromagnetic waves at equal intervals in each main scan.
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