JP2021517966A - 測定プロセスを実行するための方法 - Google Patents

Abstract

ＬＩＤＡＲ測定システム（１０）のための測定プロセスを実行するための方法であって、測定プロセス中に、複数の本質的に同様の測定サイクル（６０、６２、６４）が実行され、新しい測定サイクル（６２）が、前の測定サイクル（６０）及び待ち時間（Δｔ１、Δｔ２）の終了後にのみ開始し、連続した測定サイクル（６０、６２）の待ち時間（Δｔ１、Δｔ２）が異なる、方法。

Description

本発明は、ＬＩＤＡＲ測定システムのセンサ素子を制御するための方法に関する。

ＬＩＤＡＲ測定システムは、国際公開第２０１７０８１２９４号で説明されている。これは、静的に設計されており、複数のエミッタ素子を備えた送信機ユニットと、複数のセンサ素子を備えた受信機ユニットと、を含む。エミッタ素子及びセンサ素子は、焦点面アレイ構成で実装され、それぞれ送信レンズ及び受信レンズの焦点に配置される。受信機ユニット及び送信機ユニットに関して、センサ素子と対応するエミッタ素子とは、特定の立体角に割り当てられる。従って、センサ素子は、特定のエミッタ素子に割り当てられる。

本発明の目的は、規定された測定範囲の外側に位置する高反射オブジェクトの検出が防止される方法を提供することである。

この目的は、この特許請求の範囲の請求項１に係る方法によって達成される。特許請求の範囲の従属請求項は、方法の有利な実施形態の説明を包含する。

上記の方法は、ＴＣＳＰＣ法（時間相関単一光子計数：Ｔｉｍｅ Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｃｏｕｎｔｉｎｇ）に従って動作するＬＩＤＡＲ測定システムに特に適している。このＴＣＳＰＣ法は、以下の本文、特に図の説明で、より詳細に解説される。特に、方法は、自動車で使用されるＬＩＤＡＲ測定システムについて想定される。

この目的に適したＬＩＤＡＲ測定システムは、センサ素子及びエミッタ素子を含む。エミッタ素子は、レーザ光を放射し、例えば、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）によって実装される。放射されたレーザ光は、例えば、ＳＰＡＤ、即ち、単一光子アバランシェ・ダイオード（ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ａｖａｌａｎｃｈｅ ｄｉｏｄｅ）によって形成されるセンサ素子によって検出することができる。ＬＩＤＡＲ測定システムからのオブジェクトの距離は、レーザ光又はレーザ・パルスの飛行時間から決定される。

エミッタ素子は、送信機ユニットの送信機チップに実装されることが好ましい。センサ素子は、受信機ユニットの受信機チップに実装されることが好ましい。送信機ユニット及び受信機ユニットは、それぞれ送信レンズと受信レンズに割り当てられる。エミッタ素子によって放射された光は、送信レンズによって立体角に割り当てられる。同様に、センサ素子は、受信レンズを介して同じ立体角を常に観察する。従って、一つのセンサ素子は、一つのエミッタ素子に割り当てられ、即ち、両方が同じ立体角に割り当てられる。放射されたレーザ光は、遠視野で反射した後に、常に同じセンサ素子に当たる。

センサ素子及びエミッタ素子は、焦点面アレイ構成（ＦＰＡ：ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙ）で具体化されることが有利である。そういった配置では、特定のユニットの素子は、面内に、例えば、センサチップの面上にセンサ素子が配置される。この面は、それぞれのレンズの焦点面に配置され、及び／又は、素子は、それぞれのレンズの焦点に配置される。

ＦＰＡ構成は、ＬＩＤＡＲ測定システム並びにその送信機ユニット及び受信機ユニットの静的設計を可能にし、従って、システムは、いかなる可動部品も含まない。特に、ＬＩＤＡＲ測定システムは、自動車に静的に配置される。

エミッタ素子は、複数のセンサ素子が割り当てられることが好都合であり、複数のセンサ素子から構成されるマクロ・セルを共に形成する。このマクロ・セル又はマクロ・セルの全てのセンサ素子は、エミッタ素子に割り当てられる。これは、視差効果又はレンズに起因する撮像誤差などの撮像効果又は撮像誤差を補償することを可能にする。

測定は、オブジェクトを検出し、それらの離れた距離を決定するために、ＬＩＤＡＲ測定システム上で実行される。測定プロセスは、各エミッタ素子／センサ素子のペアについて実行される。

測定プロセスは、複数の測定サイクルを含む。測定サイクル中、エミッタ素子は、レーザ・パルスを放射し、そのパルスは、オブジェクトでの反射後に一つ又は複数のセンサ素子によって再度検出され得る。測定期間は、少なくとも、レーザ・パルスが、測定システムの最大範囲まで往復し得る十分な長さである。

そのような測定サイクルでは、例えば、異なった測定範囲を通過する。この目的のために、例えば、センサ素子又はセンサ・グループは、最適な検出を達成するために、異なった時間に、作動及び停止され得る。測定プロセスの測定サイクルは、同一のシーケンスを有することを必要としない。特に、センサ素子又はセンサ・グループが作動及び停止される様々な時間は、測定サイクルから測定サイクルへの一定の時間オフセットの影響を受け得る。測定サイクルは、従って、同様の性質のものが好ましく、従って、必ずしも互いに同一である必要はない。

ヒストグラムは、測定プロセスの結果である。測定サイクルは、少なくとも、レーザ光が最大測定距離のオブジェクトまでを往復するために必要とされる期間を有する。ヒストグラムは、測定サイクルの測定期間を、ビンとも呼ばれる時間セグメントに分割する。ビンは、測定期間全体の内の一定の期間に相当する。

センサ素子が入来する光子によってトリガされる場合、レーザ・パルスの放射から開始する、関連する飛行時間に対応するビンは、値１だけインクリメントされる。センサ素子又はセンサ・グループは、ＴＤＣ（時間デジタル変換器：ｔｉｍｅ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によって読み取られ、例えばメモリ素子や短期メモリによって形成されるヒストグラムに光子によるセンサ素子のトリガを記憶する。この検出は、検出の時間に対応するビンにおいてヒストグラムに追加される。

センサ素子は、光子を検出できるのみで、それが反射レーザ・パルスによるのか又は背景放射によるのかを区別できない。測定プロセスごとに多数の測定サイクルを実行することによって、ヒストグラムは、何度も満たされ、背景ノイズは、統計的に分散されたノイズ・ベースラインを与えるが、反射レーザ・パルスは、常に同時に到達する。オブジェクトは、このようにヒストグラムのピークとして背景ノイズから突出し、このように評価することができる。これが、本質的なＴＣＳＰＣ法である。評価は、例えば、立ち上がり端又は極大を検出することによって実行される。

測定プロセスでは、測定サイクルは、全ての連続的な測定サイクルで同一であるタイミング計画に従って、実行することができる。この場合には、最大測定距離の外側に位置する高反射率オブジェクトが、前の測定サイクルのレーザ・パルスを反射し、これがその後にセンサ素子によって検出される、ということが起こり得る。その結果、測定範囲内に無いオブジェクトが、後続の測定サイクルで検出されることがある。例えば、オブジェクトは、実際には遠く離れて位置するにもかかわらず、近距離で検出される。

従って、各測定サイクルの後に待ち時間の経過が許容される。代替的に、待ち時間は、測定サイクルの持続期間の変化として解釈される場合もある。この待ち時間は、測定サイクルごとに異なる。その結果、遠くの高反射オブジェクトの反射レーザ・パルスは、後続の測定サイクルの別の時点で検出される。連続する待ち時間は、従って、それらの期間が異ならなければならない。これは、高反射オブジェクトが測定サイクル全体に亘ってヒストグラムの幅においてスミアとなることを引き起こす。ヒストグラムの評価では、遠方のオブジェクトは、もはや検出されない。

従って、第１の測定サイクルは、第１の待ち時間を有し、第２の測定サイクルは、第２の待ち時間を有し、第１の待ち時間及び第２の待ち時間は、異なる。

測定プロセスの測定サイクルの待ち時間は、少なくとも高反射オブジェクトがヒストグラムにおいて十分にスミアとなる程度まで、異なることが好ましい。

例えば、待ち時間は、各測定プロセス後に１ビンずつ変化する。測定回数Ｘに関して、高反射オブジェクトは、オブジェクトのＸビンに亘って分布し、一種のノイズ背景の増加として検出される。

以下では、方法の有利な設計の変形例を説明する。

待ち時間を事前定義された時間セグメント内とすることを提案する。

測定期間をできるだけ短く保持する目的で、待ち時間は、事前に定義される場合がある。従って、待ち時間を選ぶことは、時間セグメント内に存在する値にだけ対応することがある。例えば、測定サイクル数Ｘが与えられた場合、この時間セグメントは、例えば、Ｘビン幅であり得る。

有利な実施形態では、測定サイクルの待ち時間は、ランダムに選ばれる。

これは、統計的成分の導入を可能にする。例えば、待ち時間の直線的な増加によって、オブジェクトが適切な速度で現在移動している可能性があり、従って、スミアの影響を除去することが可能となる。ランダム選択は、事前定義された時間セグメントと組み合わされることが有利である。一方では、これは、統計的成分が測定プロセスの短い期間と組み合わされることを可能にする。

測定プロセスで既に使用された待ち時間は、後続の測定サイクルのために使い切られることが有利である。

各待ち時間は、従って１度だけ存在する。所定の時間セグメントの場合には、各待ち時間が使用される。しかしながら、時間期間は、より長い場合もあり、従って、測定に必要とされるものよりも利用可能な待ちセグメントがより多く存在する。適切な時間セグメントを選択することによって、測定プロセス全体とその測定期間全体は、可能な限り短く保持することができる。

待ち期間が複数回の使用のために利用可能にできるということを更に提案する。

例えば、全ての待ち時間が重複する場合、時間間隔の幅は、半分にすることができる。オブジェクトのスミアは、まだ十分であり、測定プロセスの測定期間は、最小に保持することができる。

更なる変形例では、待ち時間は、決定論的に指定される。

例えば、これは、測定サイクルの待ち時間の選択である場合があり、異なった測定サイクルの待ち時間の少なくとも一部は、互いに異なり、特に、その理由は、決定論的な選択が、正確にゴースト・オブジェクトが検出されないように行われるからである。これらの事前定義された待ち時間は、測定サイクル数のカウントも保持して、対応する値を選択する、例えば、モジュロ・カウンタによって選択される場合がある。

例えば、短い待ち時間と長い待ち時間が、交互であり、長い待ち時間と短い待ち時間も、互いに異なる。

特に、待ち時間は、測定プロセス全体に亘って複数回繰り返される場合があり、連続する待ち時間は、異なることが好ましい。特に、連続した待ち時間も、同一であることがあり、その条件は、この繰り返しが単に数回起こることである。

以下では、方法を、幾つかの図を使用して再度詳細に説明する。

ＬＩＤＡＲ測定システムの概略図である。 図１からのＬＩＤＡＲ測定システムの送信機ユニット及び受信機ユニットの正面図である。 測定サイクルのタイミング・チャート及び対応するヒストグラムを示す図である。 複数の測定サイクルを備えた測定プロセスの図である。 複数の測定サイクルを備えた別の測定プロセスの図である。

図１は、概略的な形式でＬＩＤＡＲ測定システム１０の構造を示す。このような測定システム１０は、自動車での使用を意図される。特に、測定システム１０は、自動車に静的に配置され、それに加えて、それ自体静的に設計されるのが好都合である。これは、測定システム１０並びにそれの構成要素及びモジュールが互いに対して一切相対運動できないか、又は相対運動しない、ということを意味する。

測定システム１０は、ＬＩＤＡＲ送信機ユニット１２、ＬＩＤＡＲ受信機ユニット１４、送信レンズ１６、受信レンズ１８及び電子機器ユニット２０を備える。

送信機ユニット１２は、送信機チップ２２を形成する。この送信機チップ２２は、複数のエミッタ素子２４を有し、それらは、表現の明瞭さのために、四角形として概略的に示される。反対側では、受信機ユニット１４は、受信機チップ２６によって形成される。受信機チップ２６は、複数のセンサ素子２８を含む。センサ素子２８は、三角形によって概略的に示される。しかしながら、エミッタ素子２４及びセンサ素子２８の実際の形状は、概略図とは異なる場合がある。エミッタ素子２４は、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）によって形成することが好ましい。センサ素子２８は、ＳＰＡＤ（単一光子アバランシェダイオード）によって形成することが好ましい。

送信機ユニット１２及び受信機ユニット１４は、ＦＰＡ構成（焦点面アレイ）で設計される。これが意味することは、チップ及びそれに関連する素子が面上、特に、平らな面上に配置される、ということである。それぞれの面は、同様に光学素子１６、１８の焦点又は焦点面に配置される。同様に、エミッタ素子２４は、送信機チップ２２の面上に配置され、送信レンズ１６の焦点面内において測定システム１０に位置する。受信レンズ１８に対する受信機チップ２６のセンサ素子２８も同様である。

送信レンズ１６は、送信機ユニット１２に割り当てられ、受信レンズ１８は、受信機ユニット１４に割り当てられる。エミッタ素子２４によって放射されたレーザ光又はセンサ素子２８に入射する光は、それぞれの光学素子１６、１８を通過する。送信レンズ１６は、特定の立体角を各エミッタ素子２４に割り当てる。同様に、受信レンズ１８は、特定の立体角を各センサ素子２８に割り当てる。図１は概略図を示すので、図１の立体角は、正しく示されていない。特に、測定システムからオブジェクトまでの距離は、測定システム自体の寸法よりも何倍も長い。

それぞれのエミッタ素子２４によって放射されたレーザ光は、送信レンズ１６によって同じ立体角内に常に放射される。受信レンズ１８によって、センサ素子２８は、同様に同じ立体角を常に観察する。従って、センサ素子２８は、常に同じエミッタ素子２４に割り当てられる。特に、センサ素子２８及びエミッタ素子２４は、同じ立体角を観察する。このＬＩＤＡＲ測定システム１０では、複数のセンサ素子２８が、単一のエミッタ素子２４に割り当てられる。共通のエミッタ素子２４に割り当てられるセンサ素子２８は、マクロ・セル３６の一部であり、マクロ・セル３６は、エミッタ素子２４に割り当てられる。

エミッタ素子２８は、測定サイクルの開始時にレーザ・パルス３０の形態のレーザ光３０を放射する。このレーザ・パルス３０は、送信レンズ１６を通過し、エミッタ素子２４に割り当てられた立体角に放射される。オブジェクト３２がこの立体角内に位置する場合、レーザ光３０の少なくとも一部は、それから反射される。対応する立体角から到来する反射されたレーザ・パルス３０は、受信レンズ１８を通して、関連するセンサ素子２８に、又は、マクロ・セル３６に属するセンサ素子２８に、向けられる。センサ素子２８は、入射レーザ・パルス３０を検出し、センサ素子２８のトリガは、ＴＤＣ３８（時間デジタル変換器）によって読み取られ、ヒストグラムに書き込まれる。飛行時間法を使用して、オブジェクト３２から測定システム１０までの距離は、レーザ・パルス３０の通過時間から決定することができる。オブジェクト３２及びそれらの距離は、ＴＣＳＰＣ法（時間相関単一光子計数法）を使用して、決定されることが有利である。ＴＣＳＰＣ法は、以下でより詳細に説明される。

このような測定サイクルのシーケンスは、少なくともセンサ素子２８を読み取ることのできる電子機器２０によって制御される。電子機器２０は、特にデータ交換のために、接続部３４を介して、自動車の他の電子構成要素にも接続されているか又は接続される場合がある。ここでの電子機器２０は、概略的な構成ブロックとして示される。しかしながら、これについての更なる詳細な説明は、行わない。電子機器２０が、測定システム１０の複数の構成要素又は組立体にわたって分散される場合があることに留意されたい。この場合には、例えば、電子機器２０の一部は、受信機ユニット１４に実装される。

図２は、送信機チップ２２及び受信機チップ２６を概略的に正面図で示す。部分的な詳細だけが示され、追加のエリアは、示されているものと本質的に同じである。送信機チップ２２は、行及び列に配置される上述のエミッタ素子２４を含む。しかしながら、この行及び列の配置は、単に例として選択される。列は、大文字のローマ数字で示され、行は、大文字のラテン文字で示される。

受信機チップ２６は、複数のセンサ素子２８を含む。センサ素子２８の数は、エミッタ素子２４の数よりも多い。センサ素子２８もまた、行及び列の配置で実装される。この行及び列の配置も、単に一例として選択される。列は、小文字のローマ数字で番号付けされ、行は、小文字のラテン文字で番号付けされる。しかしながら、受信機チップ２６の行又は列は、個々のセンサ素子２８ではなく、複数のセンサ素子２８を有するマクロ・セル３６に関係する。マクロ・セル３６は、より良い表現のために破線によって互いに分離される。マクロ・セル３６のセンサ素子２８は、単一のエミッタ素子２４に全て割り当てられる。例えば、マクロ・セルｉ、ａは、エミッタ素子Ｉ、Ａに割り当てられる。センサ素子２４によって放射されたレーザ光３０は、関連するマクロ・セル３６のセンサ素子２８の少なくとも一部を撮像する。

センサ素子２８は、個々に又は少なくともグループで、作動及び停止される場合があることが有利である。その結果、マクロ・セル３６の関連するセンサ素子２８が作動される場合があり、関連しないものが停止される場合がある。これは、撮像誤差の補償を可能にする。このような撮像誤差は、例えば、光学素子１６、１８の撮像誤差などの静的誤差、又は視差誤差である場合があり、それの例は、次のセクションで説明される。

視差に起因して、近距離、例えば、即ち、オブジェクト３２から僅かな距離で、放射されたレーザ光３０は、図２の上部に配置されたマクロ・セル３６のセンサ素子２８上に撮像される。しかしながら、オブジェクトが測定システム１０から更に離れている場合、反射されたレーザ光３０は、マクロ・セル３６の下側領域、従って、下側センサ素子２８に当たるであろう。視差に起因した入射レーザ光のずれは、ユニットの配置及び測定システム１０の物理的設計に特に依存する。

マクロ・セル３６のセンサ素子２８は、このように測定サイクル中に作動及び停止され、従って、照射されないセンサ素子は、停止される。作動中の各センサ素子が周囲放射を背景ノイズとして検出するという理由で、照射されないセンサ素子を無効化することは、測定の背景ノイズを最小に保持する。一例として、三つのセンサ・グループが、図２の受信機チップ２６に描かれている。

例として、方法の説明のみの意図で、センサ・グループα、β、γが、ここに示されており。原則として、センサ・グループは、別に選択される場合もある。センサ・グループαは、単一のセンサ素子２８を含み、それによって、近距離は、測定サイクルの開始時に検出されることになる。センサ・グループβは、中間の測定距離において作動する複数のセンサ素子２８を含む。センサ・グループγは、遠距離において作動する幾つかのセンサ素子２８を含む。センサ・グループβのセンサ素子２８の数が最大であり、その後にセンサ・グループγが続く。

センサ・グループα、β及びγのためのセンサ素子２８の選択は、純粋に一例として選ばれ、用例においては示されたものと異なる場合もあり、センサ素子２８の設計及びエミッタ素子２４に関する配置も同様である。

近距離では、少数のセンサ素子２８だけが、通常作動する。例えば、これらのセンサ素子２８は、近距離のための特定の要求に対処するために、他のセンサ素子２８とは設計が異なる場合もある。

センサ・グループγは、センサ・グループβの部分的なセクションであるが、センサ・グループγ専用の二つのセンサ素子２８も含む。例えば、異なったセンサ・グループは、完全に重複する、即ち、幾つかの共通のセンサ素子２８を有する場合もある。しかしながら、全てのセンサ素子２８は、このセンサ・グループ専用に割り当てられる場合もあるセンサ素子２８の一部だけが、一つのセンサ・グループ専用であり、残りのセンサ素子２８が、二つ以上のセンサ・グループの一部である、という場合もあり得る。

第１の測定範囲から第２の測定範囲、例えば、中距離から遠距離への移行時に、先に作動していたセンサ・グループのセンサ素子のうちの幾つかだけが停止され、センサ素子のうちの幾つかが作動されたままであり、更に幾つかのセンサ素子２８が作動されることがある。

センサ素子２８は、ＴＤＣ３８（時間デジタル変換器）に接続される。このＴＤＣ３８は、電子機器２０の一部である。ＴＤＣ３８は、各マクロ・セル３６の受信ユニットに実装され、マクロ・セル３６の全てのセンサ素子２８に接続される。しかしながら、ＴＤＣ３８に関するこの実施形態は、単なる一例である。

同時に作動するＳＰＡＤとして実装されたセンサ素子２８は、入射光子によってトリガされる場合がある。このトリガは、ＴＤＣ３８によって読み取られる。ＴＤＣ３８は、次いで、この検出を測定プロセスのヒストグラムに入力する。このヒストグラムは、次においてより詳細に解説される。検出後、必要なバイアス電圧が、最初にＳＰＡＤで再確立されなければならない。この期間中、ＳＰＡＤは、ブラインドとなり、入射光子によってトリガすることはできない。この充電に必要な時間は、デッドタイムとしても知られている。この文脈において、作動していないＳＰＡＤが動作電圧を構築するために或る程度の時間がかかる、ということにも留意されたい。

測定システム１０のエミッタ素子２４は、光パルスを、例えば、ラインごと又は行ごとに逐次放射する。これは、エミッタ素子２４の行又は列が、マクロ・セル３６の隣接する行又は列のセンサ素子２８をトリガするのを防ぐ。特に、マクロ・セル３６の作動中のセンサ素子２８のみに対して、対応するエミッタ素子２４がレーザ光３０を放射している。

上述したように、ＴＣＳＰＣ法は、オブジェクトの距離を決定するために提供される。これは、図３に基づいて解説される。ＴＣＳＰＣでは、測定プロセスは、任意のオブジェクトの存在と、測定システム１０からのそれらの距離とを決定するために実行される。測定プロセスは、複数の本質的に類似した測定サイクルを含み、ヒストグラムを作成するために同じように繰り返される。

このヒストグラムは、次いで、任意のオブジェクトとそれらの距離とを特定するために評価される。図３は、幾つかのサブ図ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを含む。各図は、それ自体のＹ軸を有するが、時間がプロットされる共通のＸ軸を共有する。図３ａから図３ｆは、単一の測定サイクルを示し、図３ｇは、測定プロセス全体の結果を示す。測定プロセスは、時間ｔ_{ｓｔａｒｔ}で開始し、時間ｔ_ｅｎｄｅで終了する。

図３ａは、測定サイクルの経過に亘るエミッタ素子４６の活動を示す。エミッタ素子は、時間ｔ_２において作動され、その後直ぐの時間ｔ_２＊において停止され、レーザ・パルスが放射させる。

図ｂ、ｃ及びｄは、測定サイクルにおけるセンサ・グループα、β及びγのセンサ素子２８の活動段階を示す。センサ・グループαのセンサ素子は、レーザ・パルスの放射前に時間ｔ_０において既に充電されており、時間ｔ_１において既に作動している。時間ｔ_１及び時間ｔ_２は、時間的に一致するか又は互いに対してオフセットされる場合がある。センサ・グループαは、従って、遅くとも、レーザ・パルス３０が放射されるときには、作動されている。これは、近距離に対応する。

センサ・グループβのセンサ素子は、センサ・グループαが時間ｔ_３において停止される直前に、充電され、また、時間ｔ_４において、センサ・グループαが停止されるときに、作動中である。中距離をカバーするセンサ・グループβは、遠距離への移行時にオフに切り替えられるまで、より長い時間の間、作動中のままである。

センサ・グループγのセンサ素子２８の活動は、図３ｄに示される。センサ・グループγが部分的にβのサブグループであるという理由で、重複するセンサ素子２８は、時間ｔ_７において作動中のままにされ、その一方、センサ・グループβの他のセンサ素子２８は、停止される。センサ・グループγの残りのセンサ素子２８は、既に時間ｔ_６において事前充電されている。センサ・グループγは、時間ｔ_８において停止されるまで、より長い期間の間、同じく作動中のままである。時間ｔ_８は、時間ｔ_ｅｎｄｅの測定サイクルの終了にも対応する。しかしながら、他の例示的な実施形態では、測定サイクルの終了は、最後の作動中センサ・グループの停止と正確に同じである必要はない。測定サイクル４２の開始は、時間ｔ_{ｓｔａｒｔ}によって定義され、測定サイクル４４の終了は、時間ｔ_ｅｎｄｅによって定義される。

従って、測定サイクルは、レーザ・パルス４６の放射と、センサ・グループ間の切替と、近距離４８、中距離５０、及び、遠距離５２の入射光の検出と、を含む。

図３ｅは、中距離に位置するオブジェクト３２の一例を示す。グラフは、オブジェクト３２の反射面に対応する。オブジェクト３２で反射されたレーザ・パルス３０は、時間ｔ_５においてセンサ・グループβの作動中センサ素子２８によって検出される場合がある。

図３ｆは、複数の測定サイクルの例示的な充填を表現するヒストグラム５４を示す。ヒストグラムは、測定サイクル全体を個々の時間セグメントに分割する。ヒストグラム５４のこのような時間間隔は、ビン５６とも呼ばれる。ヒストグラム５４を埋めるＴＤＣ３８は、センサ素子２８を読み取る。作動中のセンサ素子２８だけが、検出をＴＤＣ３８に送信できる。ＳＰＡＤが光子によってトリガされる場合、ＴＤＣ３８は、デジタル１又は検出５８をヒストグラムに入力し、それは、例えば、メモリによって表現される。ＴＤＣは、この検出５８を現在の時間と関連付けて、ヒストグラム５４の対応するビン５６をデジタル値で満たす。

単一のオブジェクト３２だけが中距離に存在するという理由で、この一つのオブジェクト３２だけを、検出することができる。それにもかかわらず、ヒストグラムは、測定サイクル全体に亘って検出５８で満たされる。これらの検出５８は、背景放射によって生成される。背景光線の光子は、ＳＰＡＤをトリガする場合がある。結果として生じる背景ノイズのレベルは、従って、作動中のＳＰＡＤの数、即ち、センサ・グループのセンサ素子２８の数に依存する。

近距離４８では、二つのビン５６だけが、それぞれ一つの検出５８で満たされ、その一方で、第３のビンが空のままである、ということが理解され得る。これは、検出された背景放射に対応する。検出の数は、単一のＳＰＡＤだけが作動中であるので、非常に少ない。

それに続く中距離５０では、センサ・グループβがアクティブであり、複数の作動中のセンサ素子２８を有する。従って、検出された背景放射も大きくなり、従って、ビンは、平均して三つの検出５８で、時には、四つ又は二つの検出５８で、満たされる。オブジェクト３２の反射面が測定サイクルの時間ｔ_５において位置する領域３２では、検出５８の数は、著しく多い。この場合には、７個又は８個の検出５８が、ヒストグラム５４に記録される。

遠距離５２で検出され得るオブジェクトは、存在しない。ここでは、背景放射だけが表現され、ビンあたり平均一つ又は二つの検出５８がある。ノイズ背景の平均値は、従って、ＳＰＡＤＳの数も少ないので、中距離５０よりも低い。しかしながら、検出５８の平均値は、近距離４８よりも高く、その理由は、センサ・グループαを有する近距離４８が、センサ・グループγのセンサ素子２８の数より僅かな数しか示さないからである。

上述したように、示されたヒストグラムは、例示的な方法だけで満たされている。ビンの数及びそれらの充填レベルは、実際の測定サイクルで著しく異なる場合がある。通常、オブジェクト３２は、依然として単一の測定サイクルから検出することができない。従って、ＴＣＳＰＣ法では、複数の測定サイクルが連続して実行される。各測定サイクルは、同じヒストグラムを埋める。複数の測定サイクルによって満たされたこのようなヒストグラムは、図３ｇに示される。

図３ｇのヒストグラムは、同様にデジタルで満たされたビンによって形成される。しかし、より明瞭な画像を提供するために、各ビンの描写は、この図では省略されており、ビンの充填レベルに対応する単一の線によって置き換えられている。

低いノイズ背景が、近距離４８で得られ、最も高いノイズ背景は、中距離５０で得られ、その理由は、そこでは殆どのセンサ素子も作動中であるからである。遠距離５２では、決定されたノイズ背景は、近距離４８のそれと遠距離５０のそれとの間にある。更に、中距離５０のオブジェクト３２によって反射されたレーザ光３０の検出は、ピーク３３の形式で見られる場合がある。検出された背景放射は、統計的に均一に分布するため、作動中のセンサ素子の数に応じて実質的に直線を提供する。しかしながら、オブジェクト及びその反射面は、常に同じ場所にあり、測定サイクルの合計に亘って、ピーク３３は、背景のノイズ・レベルよりも突出する。

ピーク３３は、最大又は急な立ち上がり端を介して検出される場合があり、オブジェクト３２及びオブジェクト３２までの距離は、ヒストグラム内のその位置から決定される場合がある。

図３ｇに係るヒストグラムの決定では、図３の測定サイクルは、何度も同様に反復された。特に、全ての説明されたアクションは、同じ時間ｔ_０からｔ_８まで常に実行される。

検出を改善するために、測定サイクルは、同一ではなく、本質的に単に類似するように設計する場合もある。これを行うために、センサ・グループの作動及び停止は、測定サイクルから測定サイクルへと僅かに時間シフトされる。これは、急な立ち上がり端及び立ち下がり端が測定範囲間の接合部で平坦にすることを可能にする。しかしながら、更なる説明のために、図３ｇの使用は、十分すぎるほどである。

図４は、複数の測定サイクル６０、６２及び６４を含む測定プロセスを示す。第１の測定サイクル６０、第２の測定サイクル６２及び第３の測定サイクル６４に関して、それぞれの時間軸が描かれており、測定サイクルの測定期間ｔ_ｍｅｓｓを超えて延びる。

測定期間ｔ_ｍｅｓｓは、オブジェクト３２を含み、それは示された時間にセンサ素子２８によって検出される。図３ｆに係るヒストグラムにおいてピーク３３を生成するのは、このオブジェクト３２である。

加えて、オブジェクト６６が示される。このオブジェクト６６は、ＬＩＤＡＲ測定システム１０の定義された最大測定範囲の外側に位置する。更に、オブジェクトは、反射率を有し、それは後続の測定サイクルでセンサ素子２８による検出を引き起こす。第１の測定サイクル６０の開始時に放射されてオブジェクト６６で反射されたレーザ・パルス３０は、第２の測定サイクル６２で検出される。第２の測定サイクルでの検出は、時間Ｔ_ｇにおいて起こる。

簡単のために、オブジェクトは、測定プロセスの測定期間に亘って、ＬＩＤＡＲ測定システムに対して移動しない。加えて、測定プロセスの次の測定サイクルは、測定サイクルの終了時に直ぐに開始される。従って、第３の測定サイクル６４において、第２の測定サイクル６２のレーザ・パルスは、同じく時間Ｔ_ｇにおいて検出される。

ピーク６７が、ヒストグラムに形成される。このピーク６７は、オブジェクト６６は実際には最大測定範囲の外側に位置するが、短距離においてゴースト・オブジェクトとして検出される。

このようなゴースト・オブジェクトは、図５の参照によって説明される方法によって無視される場合がある。

図５は、同様に測定プロセスの複数の測定サイクルのうちの三つの測定サイクル６０、６２及び６４を示す。オブジェクト３２及び６６は、図４で解説された方法と同じように挙動する。

第１の測定サイクル６０の終了と、第２の測定サイクル６２の開始との間で、第１の待ち時間Δｔ_１の経過が許容される。その結果、オブジェクト６６で反射されたレーザ・パルスは、時間Ｔ_１において検出される。第２の測定サイクル６２の終了と、第３の測定サイクル６４の開始との間で、第２の待ち時間Δｔ_２の経過が許容される。第１の待ち時間Δｔ_１と第２の待ち時間Δｔ_２とは、異なる。その結果、オブジェクト６６で反射されたレーザ光は、時間Ｔ_２において検出される。他の待ち時間も、同じような様式で相互に異なる。

従って、ピーク６７は、スミアとなり、スミア・ピーク６８となる。ヒストグラムを評価する際、ゴースト・オブジェクトは、検出されなくなる。

待ち時間は、直線的に増加する場合がある、即ち、測定サイクルごとに一定の値だけ延長される場合がある。ここでは、しかしながら、最大測定範囲の外側のオブジェクトは、待ち時間の変化を取り消す動きを行うことがある。

従って、待ち時間の期間が測定サイクルごとにランダムに選択される、ということが提案されている。オブジェクトが測定システムに対してそのような相対運動を現在行っている確率は、殆どゼロである。それにもかかわらず、測定プロセスの測定期間を短く保持する目的で、時間範囲は、指定される場合があり、それに待ち時間は、含まれる。このような時間範囲は、複数のビンを含むことが有利である。

均一なスミアを達成する目的で、既に使用された待ち時間は、後続の測定サイクルのために再度使用されることもある。このことによって、時間範囲内の各待ち時間が１度だけ又は限られた頻度で使用される、ということが保証される。加えて、時間範囲は、測定サイクルの数にビンの期間を掛けたものよりも小さく選択される場合がある。特に、これによって、ゴースト・オブジェクトのピークがスミアとなる形状を非常に正確に定義することが可能となる。

待ち時間のランダム選択の代わりに、待ち時間の決定論的選択を使用することもできる。この場合には、待ち時間は、事前に定義済みであり、連続した測定サイクルのために使用される。決定論的な選択は、ゴースト・オブジェクトが検出されないように待ち時間を提供する。例えば、待ち時間は、時間範囲内で同じく選択され、待ち時間は、互いから離れている最小距離である。特に、長い待ち時間及び短い待ち時間が、交互に選ばれる。

最小距離は、ヒストグラムにおいて最適であるように遠方のオブジェクトの検出を分散する目的で、統計的分布に対しても可能である。

原則的に、待ち時間の統計的選択に対するコメントは、必要な変更を加えて、待機時間の決定論的選択に適用でき、その逆も同様である。

時間制御ユニットは、この方法を実行するための測定システムの電子機器２０に実装される。この電子機器は、測定プロセスのタイミング・シーケンス、特に、個々の測定サイクル、及び、測定システムの個々の素子の時間的作動及び停止を制御する。例えば、この時間制御ユニットは、タイミング・コントローラを有する。従って、時間制御ユニットは、測定サイクル間の待ち時間の正確な遵守を制御する。

１０ ＬＩＤＡＲ測定システム
１２ ＬＩＤＡＲ送信機ユニット
１４ ＬＩＤＡＲ受信機ユニット
１６ 送信レンズ
１８ 受信レンズ
２０ 電子機器
２２ 送信機チップ
２４ エミッタ素子
２６ 受信機チップ
２８ センサ素子
３０ レーザ光／レーザ・パルス
３２ オブジェクト
３３ ピーク
３４ 接続部
３６ マクロ・セル
３８ ＴＤＣ
４０ Ｘ軸（時間）
４２ 測定サイクルの開始
４４ 測定サイクルの終了
４６ レーザ・パルスの放射
４８ 近距離の検出
５０ 中距離の検出
５２ 遠距離の検出
５４ ヒストグラム
５６ ビン
５８ 検出
６０ 第１の測定サイクル
６２ 第２の測定サイクル
６４ 第３の測定サイクル
６６ オブジェクト
６７ ピーク
６８ スミア・ピーク
α、β、γ センサ・グループ
Ｉ、ＩＩ、．．． 送信機チップの列
ｉ、ｉｉ、．．． 受信機チップの列
Ａ、Ｂ、．．． 送信機チップの行
ａ、ｂ、．．． 受信機チップの行
ｔ_{ｓｔａｒｔ} 時間
ｔ_ｅｎｄｅ 時間
ｔ_０ 時間
ｔ_１ 時間
ｔ_２ 時間
ｔ_２＊ 時間
ｔ_３ 時間
ｔ_４ 時間
ｔ_５ 時間
ｔ_６ 時間
ｔ_７ 時間
ｔ_８ 時間
Ｔ_ｇ 時間
Ｔ_１ 時間
Ｔ_２ 時間
ΔＴ_１ 待ち時間
ΔＴ_２ 待ち時間

Claims (6)

1. ＬＩＤＡＲ測定システム（１０）のための測定プロセスを実行するための方法であって、
   前記測定プロセス中に、複数の本質的に同様の測定サイクル（６０、６２、６４）が実行され、
   新しい測定サイクル（６２）が、前の測定サイクル（６０）及び待ち時間（Δｔ_１、Δｔ_２）の終了後にのみ開始し、
   連続した測定サイクル（６０、６２）の前記待ち時間（Δｔ_１、Δｔ_２）が異なる、方法。
2. 前記待ち時間（Δｔ_１、Δｔ_２）が、事前定義された時間セグメント内に存在することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 測定サイクルの前記待ち時間（Δｔ_１、Δｔ_２）が、ランダムに選択されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 測定プロセスで既に使用された待ち時間（Δｔ_１、Δｔ_２）が、後続の測定サイクルのために使い切られることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 待ち時間（Δｔ_１、Δｔ_２）が、複数回の使用のために利用可能であることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 測定サイクルの前記待ち時間（Δｔ_１、Δｔ_２）が、決定論的に選択されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
   

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