JP5639688B2 - 光電子センサおよび対象物の測距方法 - Google Patents
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Description
Claims (15)
- 光伝搬時間法に従って、監視領域(22)中にある対象物の測距を行うための光電子センサ(10)であって、前記センサ(10)が、
第1信号で変調された送光(20)を送るための送光変調ユニット(16)を備えた送光器(18)と、第2信号で変調される受光感度でもって前記監視領域(22)からの光(24)を受光するための受光感度変調ユニット(28)を備えた受光器(26)であって、その結果、混合器として機能し、前記第1信号と前記第2信号とを混合した評価信号を出力する受光器(26)と、
前記評価信号から前記光伝搬時間を決定するための評価ユニット(34)と
を有する光電子センサ(10)において、
前記受光器(26)は、多数のアバランシェ・フォトダイオード素子を有し、前記素子のそれぞれに、破壊電圧を上回るバイアス電圧が印加され、それによりガイガーモードで駆動されていて、かつ、前記第2信号が前記破壊電圧よりも高い領域であって前記評価信号の大きさが前記バイアス電圧と前記破壊電圧の差に対して線形に変化する領域において前記バイアス電圧を変調することにより受光感度を変調し、かつ、前記評価信号は、アバランシェ・フォトダイオード素子の合計の信号であることを特徴とする光電子センサ(10)。 - 前記アバランシェ・フォトダイオード素子の破壊電圧は、最大70Vである請求項1に記載のセンサ(10)。
- 前記アバランシェ・フォトダイオード素子は、CMOSプロセスで作成されている請求項1または2に記載のセンサ(10)。
- 第1信号として、第1周波数(f1)での正弦波変調を生成し、第2信号として、前記第1周波数(f1)とは異なる第2周波数(f2)での正弦波変調を生成する周波数生成器(14)が設けられている請求項1〜3のいずれか1項に記載のセンサ(10)。
- 中間周波数信号として、前記第1信号と前記第2信号の成分を抑えた前記評価信号を得るために、前記受光器(26)の後方にはフィルタ素子(30)が配置されている請求項4に記載のセンサ(10)。
- 前記第1信号と前記第2信号とを、異なる位相シフトを有する等しい周波数(f)の正弦波変調として生成するために、1つの周波数生成器(14)が設けられていて、かつ、前記評価信号を平均化し、様々な位相シフトでの複数回の計測の平均値から前記光伝搬時間を再構成するように、前記評価ユニット(34)が構成されている請求項1〜3のいずれか1項に記載のセンサ(10)。
- 前記送光器(18)がバーストモード用に構成されていて、前記バーストモードでは、変調された送光を送る際に送信休止時間が設けられていて、各送信休止時間の最後に、前記第1信号と前記第2信号とが同期して開始するよう規定される請求項4〜6のいずれか1項に記載のセンサ(10)。
- コードパターン生成器(36)が設けられていて、この中で、前記第1信号が、あるコードパターンとして、および、前記第2信号が、前記第1信号とは異なる位相シフトを有する同じコードパターンとして生成可能であり、かつ、複数の位相シフトの下でそれぞれ前記評価信号の平均値から相関関数を生成し、その相関最大値から前記光伝搬時間を決定するように前記評価ユニット(34)が構成されている請求項1〜3のいずれか1項に記載のセンサ(10)。
- 前記アバランシェ・フォトダイオードは複数の群に分かれていて、異なる第2信号で、前記複数の群を駆動するように、前記受光感度変調ユニット(28)が構成されている請求項1〜8のいずれか1項に記載のセンサ(10)。
- どのアバランシェ・フォトダイオード素子が信号を生成するかにより、検出された光点の位置が認識されるように、前記受光器(26)が構成されていて、かつ、前記光点の位置から三角測距により距離が決定されるように前記評価ユニット(34)が構成されている請求項1〜9のいずれか1項に記載のセンサ(10)。
- 光伝搬時間法に従って監視領域(22)中にある対象物の測距を行う方法であって、第1信号で変調された送光(20)が送られ、前記対象物において拡散反射された光(24)が受光器(26)中で受光され、前記受光器(26)の前記受光感度は第2信号で変調され、その結果、前記受光器(26)は混合器として機能し、前記第1信号と前記第2信号とから混合された評価信号を出力し、前記評価信号から前記光伝搬時間が決定される方法において、
前記受光器(26)中の多数のアバランシェ・フォトダイオード素子に前記拡散反射された光(24)が記録され、前記素子のそれぞれに破壊電圧を上回るバイアス電圧が印加され、それによりガイガーモードで駆動され、かつ、前記第2信号で前記破壊電圧よりも高い領域であって前記評価信号の大きさが前記バイアス電圧と前記破壊電圧の差に対して線形に変化する領域において前記バイアス電圧を変調することにより、前記受光感度が変調され、かつ、前記アバランシェ・フォトダイオード素子の出力信号が合計されて前記評価信号を生成することを特徴とする方法。 - 前記破壊電圧は、最大70Vである請求項11に記載の方法。
- 前記第1信号は、第1周波数(f1)での正弦波変調として生成され、前記第2信号は、前記第1周波数(f1)とは異なる第2周波数(f2)での正弦波変調として生成され、その結果、評価信号として、前記受光器(26)中の混合プロセスにより、中間周波数信号が生じる請求項11または12に記載の方法。
- 前記第1信号と前記第2信号とが、異なる位相シフトを有する等しい周波数(f)の正弦波変調として互いに生成され、かつ、各位相シフトの下で前記評価信号が平均化され、様々な位相シフトでの複数回の計測の平均値から、前記光伝搬時間が再構成される請求項11または12に記載の方法。
- 前記第1信号が、あるコードパターンとして、および、前記第2信号が、前記第1信号とは異なる位相シフトを有する同じコードパターンとして生成され、かつ、複数の位相シフトでの計測により前記評価信号の平均値からそれぞれ相関関数を生成し、その相関最大値から前記光伝搬時間が決定される請求項11または12に記載の方法。
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