JP6865824B2 - 情報処理装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

情報処理装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 Download PDF

Info

Publication number
JP6865824B2
JP6865824B2 JP2019526898A JP2019526898A JP6865824B2 JP 6865824 B2 JP6865824 B2 JP 6865824B2 JP 2019526898 A JP2019526898 A JP 2019526898A JP 2019526898 A JP2019526898 A JP 2019526898A JP 6865824 B2 JP6865824 B2 JP 6865824B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
unit
light receiving
receiving unit
injection
output signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019526898A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2019004146A1 (ja
Inventor
林　幸雄
幸雄 林
阿部　義徳
義徳 阿部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pioneer Corp filed Critical Pioneer Corp
Publication of JPWO2019004146A1 publication Critical patent/JPWO2019004146A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6865824B2 publication Critical patent/JP6865824B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4813—Housing arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S17/18—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein range gates are used
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/484—Transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
    • G01S7/4873—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection by deriving and controlling a threshold value
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
    • G01S7/4876—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection by removing unwanted signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

本発明は、レーザなどの電磁波を利用した測距技術に関する。
従来から、被検出空間にレーザ光のパルスを照射し、その反射光のレベルに基づいて、被検出空間内の対象物を検出するレーザレーダ装置が知られている。このようなレーザレーダ装置には、信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）の向上等を目的として、受光部の出力信号に対してフィルタリングを行うものが存在する。例えば、特許文献１には、レーザレーダ装置において、受光部の出力信号に対してマッチドフィルタを用いる点が記載されている。
特開２００７−２２５３１８号公報
マッチドフィルタは、雑音が白色であるという仮定の下で最適となる受信フィルタであるため、受光部の出力信号に含まれるノイズ成分が変動する場合には、ノイズ成分の変動を勘案した雑音白色化などのフィルタリング処理を行う必要がある。特に車両に搭載されるライダなどのレーザレーダ装置が射出方向を変えながら電磁波を射出する場合、射出方向ごとに受信する背景光量等が異なることに起因して、受光部の出力信号に含まれるノイズ成分が変動する。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、受光部の出力信号のノイズ成分が変動する状況下においても、良好なＳＮＲを実現することが可能な情報処理装置を提供することを主な目的とする。
請求項に記載の発明は、情報処理装置であって、射出方向を変えながら、電磁波を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記電磁波を吸収する吸収体と、前記電磁波が対象物によって反射された反射波を受光する受光部と、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記受光部の出力信号に基づいて、第１ノイズ信号を推定する第１推定部と、前記電磁波が射出されない所定期間における前記受光部の出力信号に基づいて、対象物によって反射された太陽光を前記受光部が受信することに起因する第２ノイズ信号を推定する第２推定部と、前記第１ノイズ信号及び前記第２ノイズ信号に基づいて、前記受光部の出力信号の処理を行なう処理部と、を備え、前記第２推定部は、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、前記射出部の射出方向が対象物の検出対象となる射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、に基づいて、前記第２ノイズ信号を推定する。
また、請求項に記載の発明は、射出方向を変えながら、電磁波を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記電磁波を吸収する吸収体と、前記電磁波が対象物によって反射された反射波を受光する受光部とを備える情報処理装置が実行する制御方法であって、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記受光部の出力信号に基づいて、第１ノイズ信号を推定する第１推定工程と、前記電磁波が射出されない所定期間における前記受光部の出力信号に基づいて、対象物によって反射された太陽光を前記受光部が受信することに起因する第２ノイズ信号を推定する第２推定工程と、前記第１ノイズ信号及び前記第２ノイズ信号に基づいて、前記受光部の出力信号の処理を行なう処理工程と、を有し、前記第２推定工程は、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、前記射出部の射出方向が対象物の検出対象となる射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、に基づいて、前記第２ノイズ信号を推定する。
また、請求項に記載の発明は、射出方向を変えながら、電磁波を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記電磁波を吸収する吸収体と、前記電磁波が対象物によって反射された反射波を受光する受光部とを備える装置のコンピュータが実行するプログラムであって、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記受光部の出力信号に基づいて、第１ノイズ信号を推定する第１推定部と、前記電磁波が射出されない所定期間における前記受光部の出力信号に基づいて、対象物によって反射された太陽光を前記受光部が受信することに起因する第２ノイズ信号を推定する第２推定部と、前記第１ノイズ信号及び前記第２ノイズ信号に基づいて、前記受光部の出力信号の処理を行なう処理部として前記コンピュータを機能させ、前記第２推定部は、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、前記射出部の射出方向が対象物の検出対象となる射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、に基づいて、前記第２ノイズ信号を推定する。
実施例に係るライダの全体構成を示す。 トランスミッタ及びレシーバの構成を示す。 走査光学部の構成を示す。 同期制御部が生成する制御信号のレジスタ設定例を示す。 同期制御部が生成する制御信号の時間的関係を示す。 ＡＤＣ出力信号とゲートの関係を示すグラフである。 プリトリガー区間を設けた場合のパルストリガ信号、受信セグメント信号、ＡＤゲート信号の各波形を示す。 ロータリーエンコーダのパルス列の時間的関係及び定常状態でのエンコーダパルスとセグメントスロットの時間関係を示す。 暗基準反射体及び明基準反射体の配置を概略的に示した図である。 レシーバ雑音スペクトラムと、背景光ショット雑音スペクトラムと、総合雑音スペクトラムとをそれぞれ示す。 ＤＳＰのブロックダイアグラムを示す。 フィルタ部のブロックダイアグラムを示す。 雑音推定部及びレシーバ雑音推定部のブロックダイアグラムを示す。 ショット雑音推定部のブロックダイアグラムを示す。 基準受信パルス推定部のブロックダイアグラムを示す。
本発明の好適な実施形態によれば、情報処理装置は、射出方向を変えながら、電磁波を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記電磁波を吸収する吸収体と、前記電磁波が対象物によって反射された反射波を受光する受光部と、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記受光部の出力信号に基づいて、第１ノイズ信号を推定する第１推定部と、前記第１ノイズ信号に基づいて、前記受光部の出力信号の処理を行なう処理部と、を備える。情報処理装置は、この態様により、電磁波の反射光が実質的に発生しないときの受光部の出力信号に基づいて、受光部の出力信号に含まれる第１ノイズ信号を推定し、受光部の出力信号のノイズ成分が変動する状況下においても、良好なＳＮＲを実現する。
上記情報処理装置の一態様では、情報処理装置は、対象物によって反射された太陽光を前記受光部が受信することに起因する第２ノイズ信号を推定する第２推定部を更に備え、前記処理部は、前記第１ノイズ信号及び前記第２ノイズ信号に基づいて前記処理を行なう。この態様により、情報処理装置は、対象物によって反射された太陽光に起因した第２ノイズ信号をさらに勘案して受光部の出力信号の処理を行い、良好なＳＮＲを実現することが可能となる。
上記情報処理装置の他の一態様では、前記推定部は、前記電磁波が射出されない所定期間における前記受光部の出力信号に基づいて前記第２ノイズ信号を推定する。好適な例では、情報処理装置は、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、前記射出部の射出方向が対象物の検出対象となる射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、に基づいて、前記第２ノイズ信号を推定するとよい。この態様により、情報処理装置は、対象物によって反射された太陽光に起因した第２ノイズ信号を的確に推定することができる。
上記情報処理装置の他の一態様では、前記処理部は、前記受光部の出力信号の雑音の白色化を行うマッチドフィルタである。情報処理装置は、この態様により、第１ノイズ信号等に基づき受光部の出力信号の雑音の白色化を行い、マッチドフィルタによるＳＮＲの最適化を好適に実現することができる。
上記情報処理装置の他の一態様では、前記処理部は、前記受光部の出力信号に対する前記処理を、周波数領域において実行する。この態様では、情報処理装置は、第１ノイズ信号等に基づく雑音スペクトラムの逆特性を演算する場合に、時間領域での畳み込み演算に代えて周波数領域での乗算演算により処理を行うことができるため、演算量を好適に削減することができる。
本発明の他の好適な実施形態では、射出方向を変えながら、電磁波を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記電磁波を吸収する吸収体と、前記電磁波が対象物によって反射された反射波を受光する受光部とを備える情報処理装置が実行する制御方法であって、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記受光部の出力信号に基づいて、第１ノイズ信号を推定する第１推定工程と、前記第１ノイズ信号に基づいて、前記受光部の出力信号の処理を行なう処理工程と、を有する。情報処理装置は、この制御方法を実行することで、良好なＳＮＲを実現することが可能となる。
本発明の他の好適な実施形態では、射出方向を変えながら、電磁波を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記電磁波を吸収する吸収体と、前記電磁波が対象物によって反射された反射波を受光する受光部とを備える装置のコンピュータが実行するプログラムであって、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記受光部の出力信号に基づいて、第１ノイズ信号を推定する第１推定部と、前記第１ノイズ信号に基づいて、前記受光部の出力信号の処理を行なう処理部として前記コンピュータを機能させる。コンピュータは、このプログラムを実行することで、良好なＳＮＲを実現することが可能となる。好適には、上記プログラムは、記憶媒体に記憶される。
本発明の他の好適な実施形態では、情報処理装置は、射出方向を変えながら、電磁波を射出する射出部と、前記電磁波が対象物によって反射された反射波を受光する受光部と、前記受光部の出力信号に基づいて、所定の処理を実行する処理部と、前記出力信号に含まれるノイズ成分を推定する推定部と、を備え、前記処理部は、前記推定部の推定結果に基づいて、前記出力信号の雑音の白色化処理を施し、前記白色化処理が施された信号にフィルタリング処理を行なう。情報処理装置は、この態様によっても、良好なＳＮＲを実現することが可能となる。
本発明の他の好適な実施形態では、情報処理装置は、射出方向を変えながら、電磁波を射出する射出部と、前記電磁波が対象物によって反射された反射波を受光する受光部と、予め記憶部に記憶された前記受光部に起因する第１ノイズに関する情報に基づいて、前記受光部の出力信号の処理を行なう処理部と、を備える。情報処理装置は、この態様によっても、良好なＳＮＲを実現することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
＜基本説明＞
まず、実施例に係るライダの基本的な構成について説明する。
（１）全体構成
図１は、実施例に係るライダの全体構成を示す。ライダ１は、繰り返し射出される光パルスの射出方向（以下、「走査方向」という。）を適切に制御することにより周辺空間を走査し、その戻り光を観測することにより、周辺に存在する物体に関する情報（例えば距離やその存在確率あるいは反射率など）を把握する。具体的に、ライダ１は、光パルス（以下、「射出光Ｌｏ」と呼ぶ。）を射出し、外部の物体（ターゲット）により反射された光パルス（以下、「戻り光Ｌｒ」と呼ぶ。）を受光することにより、物体に関する情報を生成する。ライダ１は、本発明における「情報処理装置」の一例である。
図１に示すように、ライダ１は、大別して、システムＣＰＵ５と、ＡＳＩＣ１０と、トランスミッタ３０と、レシーバ４０と、走査光学部５０とを備える。トランスミッタ３０は、ＡＳＩＣ１０から供給されるパルストリガ信号「ＰＴ」に応じて幅５ｎｓｅｃ程度のレーザ光パルスを繰り返し出力する。トランスミッタ３０から出力された光パルスは走査光学部５０に導かれる。
走査光学部５０は、トランスミッタ３０が出力する光パルスを、適切な方向に射出するとともに、この射出光が空間中の物体に出会って反射あるいは散乱されることにより戻ってきた戻り光Ｌｒを集光してレシーバ４０に導く。また、本実施例では、走査光学部５０には、特定の走査方向の射出光Ｌｏを吸収する暗基準反射体（吸収体）７と、特定の走査方向の射出光Ｌｏを反射する明基準反射体８とが設けられている。走査光学部５０は、本発明における「射出部」の一例である。レシーバ４０は、戻り光Ｌｒの強度に比例した信号をＡＳＩＣ１０に出力する。レシーバ４０は、本発明における「受光部」の一例である。
ＡＳＩＣ１０は、レシーバ４０の出力信号を解析することにより、走査空間中の物体に関するパラメータ、例えばその距離を推測して出力する。また、ＡＳＩＣ１０は、適切な走査がなされるように、走査光学部５０を制御する。更にＡＳＩＣ１０はトランスミッタ３０とレシーバ４０に対して夫々が必要とする高電圧を供給する。
システムＣＰＵ５は、少なくとも、通信インターフェースを通じてＡＳＩＣ１０の初期設定、監視、制御を行う。その他の機能は、アプリケーションに応じて異なる。最も単純なライダの場合には、システムＣＰＵ５は、ＡＳＩＣ１０が出力するターゲット情報「ＴＩ」を適切なフォーマットに変換して出力するのみである。システムＣＰＵ５は、例えば、ターゲット情報ＴＩを汎用性の高い点群フォーマットに変換した後、ＵＳＢインターフェースを通じて出力する。
（２）トランスミッタ
トランスミッタ３０は、ＡＳＩＣ１０から供給されるパルストリガ信号ＰＴに応じて、幅５ｎｓｅｃ程度の光パルスを出力する。トランスミッタ３０の構成を図２（Ａ）に示す。トランスミッタ３０は、充電抵抗３１と、ドライバ回路３２と、キャパシタ３３と、充電ダイオード３４と、レーザダイオード（ＬＤ）３５と、ＣＭＯＳスイッチ３６とを備える。
ＡＳＩＣ１０から入力されるパルストリガ信号ＰＴは、ドライバ回路３２を介してＣＭＯＳなどのスイッチ３６を駆動する。ドライバ回路３２は、スイッチ３６を高速駆動するために挿入されている。パルストリガ信号ＰＴの非アサート期間ではスイッチ３６は開いており、トランスミッタ３０内のキャパシタ３３がＡＳＩＣ１０から供給される高電圧ＶＴＸで充電される。一方、パルストリガ信号ＰＴのアサート期間では、スイッチ３６は閉じ、キャパシタ３３に充電されていた電荷がＬＤ３５を通じて放電される。この結果、ＬＤ３５から光パルスが出力される。
（３）レシーバ
レシーバ４０は、物体からの戻り光Ｌｒの強度に比例した電圧信号を出力する。一般的に、ＡＰＤなどの光検出素子は電流出力であるため、レシーバ４０はこの電流を電圧に変換（Ｉ／Ｖ変換）して出力する。レシーバ４０の構成を図２（Ｂ）に示す。レシーバ４０は、ＡＰＤ４１と、Ｉ／Ｖ変換部４２と、抵抗４５と、キャパシタ４６と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４７とを備える。Ｉ／Ｖ変換部４２は、帰還抵抗４３と、オペアンプ４４とを備える。ここで、後述するレシーバ雑音には、帰還抵抗４３で発生する熱雑音、オペアンプ４４で発生する電流雑音及び電圧雑音が含まれる。
本実施例では、光検出素子としてＡＰＤ４１が使用されている。ＡＰＤ４１には、ＡＳＩＣ１０から供給される高電圧ＶＲＸが逆バイアスとして印加されており、物体からの戻り光Ｌｒに比例した検出電流が流れる。ＡＰＤ４１の降伏電圧に近い逆バイアスを印加することにより、高いアバランチゲインを得ることができ、微弱な戻り光も検出することが可能となる。最終段のＬＰＦ４７は、ＡＳＩＣ１０内のＡＤＣ２０によるサンプリングに先立って、信号の帯域幅を制限する目的で設置されている。本実施例では、ＡＤＣ２０のサンプリング周波数は５１２ＭＨｚであり、ＬＰＦ４７の遮断周波数は２５０ＭＨｚ程度となっている。
（４）走査光学部
走査光学部５０は、トランスミッタ３０から入力される光パルスを射出光Ｌｏとして適切な方向に射出するとともに、この射出光Ｌｏが空間中の物体に出会って反射あるいは散乱されることにより戻ってきた戻り光Ｌｒをレシーバ４０に導く。走査光学部５０の構成例を図３に示す。走査光学部５０は、回転ミラー６１と、コリメータレンズ６２と、集光レンズ６４と、光学フィルタ６５と、同軸ミラー６６と、ロータリーエンコーダ６７とを備える。
トランスミッタ３０のＬＤ３５から出力された光パルスは、コリメータレンズ６２に入射する。コリメータレンズ６２は、レーザ光を適切な発散角度に（一般的には０〜１°程度に）コリメートする。コリメータレンズ６２からの射出光は小型の同軸ミラー６６により鉛直下方に反射され、回転ミラー６１の回転軸（中心）に入射する。回転ミラー６１は、鉛直上方より入射するレーザ光を水平方向に反射して、走査空間に射出する。回転ミラー６１はモータ５４の回転部に取り付けられており、回転ミラー６１によって反射されたレーザ光はモータ５４の回転に伴って射出光Ｌｏとして水平平面を走査する。
走査空間に存在する物体により反射あるいは散乱されることでライダ１に戻ってきた戻り光Ｌｒは、回転ミラー６１により鉛直上方向に反射され、光学フィルタ６５に入射する。光学フィルタ６５には、戻り光Ｌｒに加えて、物体が太陽等により照らされていることによって生じる背景光も入射する。光学フィルタ６５は、こうした背景光を選択的に排除するために設置されている。具体的には、光学フィルタ６５は、射出光Ｌｏの波長（本実施例では９０５ｎｍ）の前後±１０ｎｍ程度の成分のみを選択的に通過せしめる。光学フィルタ６５の通過帯域が広い場合には、多くの背景光が後続段のレシーバ４０に入光することになる。この結果、レシーバ４０内のＡＰＤ４１の出力には大きなＤＣ電流成分が現れることとなり、このＤＣ成分に起因するショット雑音（背景光ショット雑音）の影響によりＳＮが劣化することとなり、好ましくない。しかしながら、通過帯域が過度に狭い場合には、射出光自体も抑圧されることになり、好ましくない。集光レンズ６４は、光学フィルタ６５を通過した光を集光して、レシーバ４０のＡＰＤ４１へと導く。
モータ５４には、走査方向を検出するために、ロータリーエンコーダ６７が取り付けられている。ロータリーエンコーダ６７は、モータ回転部に取り付けられた回転盤６８と、モータベースに取り付けられたコード検出器６９とを備える。回転盤６８の外周にはモータ５４の回転角度を表すスリットが刻まれており、コード検出器６９はこれを読み取り出力する。なお、ロータリーエンコーダ６７の具体的仕様、及びその出力に基づくモータ制御については、後述する。
以上の構成では、コリメータレンズ６２が図１に示す送信光学系５１を構成し、回転ミラー６１が図１に示す走査部５５を構成し、光学フィルタ６５と集光レンズ６４が図１に示す受信光学系５２を構成し、ロータリーエンコーダ６７が図１における走査方向検出部５３を構成している。
（５）ＡＳＩＣ
ＡＳＩＣ１０は、射出光パルスのタイミング制御、ＡＰＤ出力信号のＡＤ変換などを行う。また、ＡＳＩＣ１０は、ＡＤ変換出力に対して適切な信号処理を施すことにより、物体に関するパラメータ（距離、戻り光強度など）の推定を行い、その推定結果を外部に出力する。図１に示すように、ＡＳＩＣ１０は、レジスタ部１１と、クロック生成部１２と、同期制御部１３と、ゲート抽出部１４と、受信セグメントメモリ１５と、ＤＳＰ１６と、トランスミッタ用高電圧生成部（ＴＸＨＶ）１７と、レシーバ用高電圧生成部（ＲＸＨＶ）１８と、プリアンプ１９と、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）２０と、走査制御部２１とを備える。
レジスタ部１１には、外部プロセッサであるシステムＣＰＵ５との通信用のレジスタが配置されている。レジスタ部１１に設けられるレジスタは、外部からの参照のみが可能なＲレジスタと、外部から設定が可能なＷレジスタとに大別される。Ｒレジスタは、主にＡＳＩＣ内部のステイタス値を保持しており、システムＣＰＵ５はこれらの値を通信インターフェースを通じて読み取ることで、ＡＳＩＣ１０の内部ステイタスを監視できる。一方、Ｗレジスタは、ＡＳＩＣ１０の内部で参照される各種パラメータ値を保持する。これらの各種パラメータ値は、通信インターフェースを通じてシステムＣＰＵ５から設定できる。なお、通信用レジスタは、フリップフロップにより実現してもよく、ＲＡＭとして実現してもよい。
クロック生成部１２は、システムクロック「ＳＣＫ」を生成し、ＡＳＩＣ１０内の各ブロックに供給する。ＡＳＩＣ１０の多くのブロックは、システムクロックＳＣＫに同期して動作する。本実施例ではシステムクロックＳＣＫの周波数は５１２ＭＨｚとする。システムクロックＳＣＫは、外部より入力されるリファレンスクロック「ＲＣＫ」に同期するように、ＰＬＬで生成される。通常、リファレンスクロックＲＣＫの発生源には水晶発振器が用いられる。
ＴＸＨＶ１７は、トランスミッタ３０が必要とするＤＣ高電圧（１００Ｖ程度）を生成する。この高電圧は、ＤＣＤＣコンバータ回路によって、低電圧（５Ｖ〜１５Ｖ程度）を昇圧することによって生成される。
ＲＸＨＶ１８は、レシーバ４０が必要とするＤＣ高電圧を生成する。この高電圧は、ＤＣＤＣコンバータ回路によって、低電圧（５Ｖ〜１５Ｖ程度）を昇圧することによって生成される。
同期制御部１３は、各種の制御信号を生成し出力する。本実施例における同期制御部１３は、２つの制御信号、即ち、パルストリガ信号ＰＴとＡＤゲート信号「ＧＴ」を出力する。これらの制御信号の設定例を図４に示し、それらの時間的関係を図５に示す。図５に示すように、これらの制御信号は所定の間隔で分割された時間区間（セグメントスロット）に同期して生成される。セグメントスロットの時間区間幅（セグメント周期）は「ｎＳｅｇ」で設定可能である。本実施例では、特記ない範囲において、「ｎＳｅｇ＝８１９２」に設定されているものとする。
パルストリガ信号ＰＴは、ＡＳＩＣ１０の外部に設けられたトランスミッタ３０に供給される。トランスミッタ３０は、パルストリガ信号ＰＴに応じて光パルスを出力する。パルストリガ信号ＰＴについては、セグメントスロット始点に対する遅延「ｄＴｒｇ」とパルス幅「ｗＴｒｇ」を設定可能である。なお、パルス幅ｗＴｒｇは、狭すぎるとトランスミッタ３０が反応しないため、トランスミッタ３０のトリガ応答仕様に鑑みて決定される。
ＡＤゲート信号ＧＴは、ゲート抽出部１４に供給される。後述するように、ゲート抽出部１４は、ＡＤＣ２０から入力されるＡＤＣ出力信号のうち、ＡＤゲート信号ＧＴのアサート区間のみを抽出して受信セグメントメモリ１５に格納する。ＡＤゲート信号ＧＴについては、セグメントスロット始点に対する遅延時間「ｄＧａｔｅ」とゲート幅「ｗＧａｔｅ」を設定可能である。
プリアンプ１９は、ＡＳＩＣ１０の外部に設置されたレシーバ４０から入力されるアナログ電圧信号を電圧増幅し、後続のＡＤＣ２０に供給する。なお、プリアンプ１９の電圧ゲインはＷレジスタにより設定可能である。
ＡＤＣ２０は、プリアンプ１９の出力信号をＡＤ変換してデジタル系列に変換する。本実施例においては、ＡＤＣ２０のサンプリングクロックとしてシステムクロックＳＣＫが使用されており、ＡＤＣ２０の入力信号は５１２ＭＨｚでサンプリングされる。
ゲート抽出部１４は、ＡＤＣ２０から入力されるＡＤＣ出力信号のうち、ＡＤゲート信号ＧＴのアサート区間のみを抽出して受信セグメントメモリ１５に格納する。ゲート抽出部１４により抽出された区間信号を以下「受信セグメント信号ＲＳ」と呼ぶ。即ち、受信セグメント信号ＲＳは、ベクター長がゲート幅ｗＧａｔｅに等しい実数ベクトルである。
ここで、ＡＤＣ出力信号と受信セグメントとの関係、及びゲート位置の設定について説明する。図６（Ａ）はセグメントスロットを示している。図６（Ｂ）に示すように、パルストリガ信号ＰＴはセグメントスロット始点に対してｄＴｒｇだけ遅れてアサートされる。図６の例では「ｄＴｒｇ＝０」であるので、パルストリガ信号ＰＴはセグメントスロット始点でアサートされる。図６（Ｃ）は、ライダの走査原点に物体が置かれている場合のＡＤＣ出力信号（受信セグメント信号ＲＳ）を示している。即ち、図６（Ｃ）は、ターゲット距離（動径Ｒ）が０ｍの場合の受信セグメント信号ＲＳを例示している。図示のように、「Ｒ＝０ｍ」の場合であっても、受信パルスの立ち上がりは、パルストリガ信号の立ち上がりよりシステム遅延ＤＳＹＳだけ遅れて観測される。なお、システム遅延ＤＳＹＳの発生要因としては、トランスミッタ３０内のＬＤドライバ回路の電気的遅延、送信光学系５１での光学的遅延、受信光学系５２での光学的遅延、レシーバ４０での電気的遅延、ＡＤＣ２０での変換遅延などが考えられる。
図６（Ｄ）は、物体が動径Ｒに置かれている場合の受信セグメント信号ＲＳを例示している。この場合には、図６（Ｃ）と比べて、走査原点から物体までの光の往復時間だけ、遅延が増加することになる。この増加した遅延が、いわゆる「ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）遅延」である。このＴＯＦ遅延をＤサンプルとするならば、動径Ｒは下記の式で算出できる。
Figure 0006865824
 図６（Ｆ）は、「ｄＧａｔｅ＝０」の場合のＡＤゲート信号ＧＴを例示するものである。前述したとおり、ゲート抽出部１４は、ＡＤＣ出力信号から、ＡＤゲート信号ＧＴのアサート区間のみを抽出する。後述するＤＳＰ１６は、この抽出区間のみに基づいて、物体に関するパラメータ推定を行う。したがって、ＴＯＦ遅延時間が大きい場合には、物体からの戻りパルス成分がゲートからはみ出してしまい正当なパラメータ推定が行えない。正当なパラメータ推定が行われるためにはＴＯＦ遅延時間Ｄが次式を満たしていることが必要となる。
Figure 0006865824
 ここで「ＬＩＲ」はシステムの総合インパルス応答の長さであり、「ＤＭＡＸ」は正当なパラメータ推定が可能な最大ＴＯＦ遅延時間として定義される。図６（Ｅ）は、ＴＯＦ遅延時間がこの最大ＴＯＦ遅延時間に等しい場合の受信セグメント信号ＲＳを例示している。
なお、図６の例に代えて、ゲート遅延ｄＧａｔｅがシステム遅延時間に等しく設定されてもよい。このように設定することで、より遠い距離の物体まで、正当なパラメータ推定が可能となる。
また、本実施例では、セグメントスロット始点に対する遅延ｄＴｒｇを０より大きい所定値に設定することで、ＡＤゲート信号ＧＴがアサートされてからパルストリガ信号ＰＴがアサートされるまでの期間（「プリトリガー区間Ｔｐ」とも呼ぶ。）を設ける。図７（Ａ）〜（Ｄ）は、遅延ｄＴｒｇを「１２８」に設定した場合のパルストリガ信号ＰＴ、受信セグメント信号ＲＳ、ＡＤゲート信号ＧＴを例示した図である。そして、後述するように、ライダ１は、プリトリガー区間Ｔｐに得られた受信セグメント信号ＲＳに基づき、背景光に起因したショット雑音を推定する。
走査制御部２１は、ＡＳＩＣ１０の外部に設置されたロータリーエンコーダ６７の出力を監視し、これに基づいてモータ５４の回転を制御する。具体的には、走査制御部２１は、走査光学部５０のロータリーエンコーダ６７（走査方向検出部５３）から出力される走査方向情報「ＳＤＩ」に基づいて、トルク制御信号「ＴＣ」をモータ５４に供給する。本実施例におけるロータリーエンコーダ６７は、Ａ相とＺ相の２つのパルス列（以下、「エンコーダパルス」と呼ぶ。）を出力する。両パルス列の時間関係を図８（Ａ）に示す。図示のように、Ａ相については、モータ５４の回転１°毎に１パルスが生成出力される。従って、モータ５４の１回転毎に３６０のＡ相エンコーダパルスが生成出力されることになる。一方、Ｚ相については、モータ５４の１回転につき１パルスが、所定の回転角に対応して、生成出力される。
走査制御部２１は、エンコーダパルスの立ち上がり時刻をシステムクロックＳＣＫのカウンタ値として計測し、これが所望の値となるようにモータ５４のトルクを制御する。即ち、走査制御部２１は、エンコーダパルスとセグメントスロットが所望の時間関係となるようにモータ５４をＰＬＬ制御する。定常状態でのエンコーダパルスとセグメントスロットの時間関係を図８（Ｂ）に示す。図８（Ｂ）の例では、１フレームは１８００のセグメントから構成され、１フレームでモータ５４は１回転している。
（６）ＤＳＰ
ＤＳＰ１６は、受信セグメントメモリ１５から受信セグメント「ｙｆｒｍ，ｓｅｇ」を順次的に読み出して、これに対して処理を行う。ここで、「ｆｒｍ」はフレームインデックス、「ｓｅｇ」はセグメントインデックスである。以下、誤解の恐れのない範囲でこれらインデックスの表記を省略する。受信セグメントｙはベクター長ｗＧａｔｅの実数ベクトルであり、次式で表される。
Figure 0006865824
 ＤＳＰ１６の詳細な構成については後述する。ＤＳＰ１６は、本発明における「第１推定部」、「第２推定部」、「推定部」、「処理部」、及び本発明におけるプログラムを実行する「コンピュータ」の一例である。
（７）暗基準反射体及び明基準反射体
ライダ１は、特定の走査方向の射出光Ｌｏを吸収する暗基準反射体７を備え、ＤＳＰ１６は、暗基準反射体７に入射する走査方向に対応する受信セグメントｙを、後述するレシーバ雑音やショット雑音を推定する際の基準となるＡＰＤ４１の出力信号として取得する。また、ライダ１は、特定の走査方向の射出光Ｌｏを反射する明基準反射体８を備え、ＤＳＰ１６は、明基準反射体８に入射する走査方向に対応する受信セグメントｙに基づき、受信セグメントｙに畳み込むインパルス応答「ｈ」を推定する。
図９（Ａ）は、暗基準反射体７及び明基準反射体８の配置を概略的に示した図である。図９（Ａ）では、暗基準反射体７及び明基準反射体８は、走査部５５等を収容する略円筒状のライダ１の筺体２５付近に配置されている。
ここで、暗基準反射体７及び明基準反射体８は、走査部５５により走査される３６０度の射出光Ｌｏの照射方向のうち、ライダ１が対象物を検出する対象とする方向以外の方向である検出対象外方向（矢印Ａ１参照）に設けられている。図９（Ａ）の例では、暗基準反射体７は、角度「θａ」分の射出光Ｌｏが照射されるライダ１の後方の筺体２５の壁面に存在し、明基準反射体８は、角度「θｂ」分の射出光Ｌｏが照射されるライダ１の後方の筺体２５の壁面に存在している。この場合、暗基準反射体７及び明基準反射体８は、例えば、射出光Ｌｏ及び戻り光Ｌｒを透過させる筺体２５の透明カバーの内側に設けられる。他の例では、暗基準反射体７は、上述の筺体２５の透明カバーのうち射出光Ｌｏを吸収するように加工（例えば黒塗り）された部分であってもよく、明基準反射体８は、上述の筺体２５の透明カバーのうち射出光Ｌｏを反射するように加工された部分であってもよい。
以後では、走査部５５による１回分の走査が行われる期間（即ち１つのフレーム期間）内において、暗基準反射体７に照射された射出光ＬｏをＡＰＤ４１が受光する期間を「暗基準期間Ｔｄ」と呼び、明基準反射体８に照射された射出光ＬｏをＡＰＤ４１が受光する期間を「明基準期間Ｔｒ」と呼ぶ。暗基準期間Ｔｄは、暗基準反射体７に射出光Ｌｏが照射される各走査角度に対応する複数のセグメント期間を含み、明基準期間Ｔｒは、明基準反射体８に射出光Ｌｏが照射される各走査角度に対応する複数のセグメント期間を含む。また、１つのフレーム期間において、ライダ１が対象物を検出する対象とする方向に射出光Ｌｏを照射する期間（即ち矢印Ａ１以外の方向）を「ターゲット期間Ｔｔ」とも呼ぶ。暗基準反射体７及び明基準反射体８に射出光Ｌｏが照射される走査角度に関する情報（例えばセグメントインデックス等）は、ＤＳＰ１６が参照できるようにＷレジスタ等に予め記憶される。
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の例において、暗基準反射体７が配置される方向に射出光Ｌｏが射出された状態を示す。暗基準反射体７は、射出光Ｌｏが入射した場合、射出光Ｌｏの少なくとも一部を吸収する。なお、暗基準反射体７が射出光Ｌｏを完全に吸収する素材である場合には、戻り光Ｌｒは発生しない。
＜雑音白色化マッチドフィルタ＞
ＤＳＰ１６は、暗基準期間Ｔｄでのレシーバ雑音の推定とターゲット期間Ｔｔでの背景光に起因したショット雑音の推定を組み合わせることで動的に総合雑音スペクトラムを推定し、推定した総合雑音スペクトラムにより雑音を白色化した受信セグメントｙに対してマッチドフィルタを適用する。これにより、ＤＳＰ１６は、ＳＮＲの最大化を好適に実現する。
まず、推定すべき総合雑音スペクトラムについて図１０を参照して説明する。
図１０（Ａ）は、ＡＰＤ４１が受信する背景光量が比較的少ないときのレシーバ雑音スペクトラムと、背景光ショット雑音スペクトラムと、総合雑音スペクトラムとをそれぞれ示す。図１０（Ａ）に示すように、総合雑音スペクトラムは、レシーバ雑音スペクトラムと背景光ショット雑音スペクトラムとの和に相当する。そして、本実施例では、ＤＳＰ１６は、背景光ショット雑音スペクトラムとレシーバ雑音スペクトラムとをそれぞれ推定することで、総合雑音スペクトラムを好適に推定する。
図１０（Ｂ）は、ＡＰＤ４１が受信する背景光量が比較的大きいときのレシーバ雑音スペクトラムと、背景光ショット雑音スペクトラムと、総合雑音スペクトラムとをそれぞれ示す。図１０（Ｂ）の例では、図１０（Ａ）の例と比較してＡＰＤ４１が受信する背景光量が増加したことにより、背景光ショット雑音スペクトラムが全ての周波数領域において増加している。また、ＡＰＤ４１が受信する背景光量は、セグメント毎に動的に変化するため、ＤＳＰ１６は、背景光ショット雑音スペクトラムをセグメント毎に推定する必要がある。
図１１は、ＤＳＰ１６のブロックダイアグラムを示す。ＤＳＰ１６は、フィルタ部７０と、ピーク検出部７１と、判定部７２と、フォーマッタ７３とを備える。
フィルタ部７０は、受信セグメントｙに対して所定のフィルタリングを行い、フィルタードセグメント「ｚ」を算出する。後述するように、フィルタ部７０は、演算量削減のため、周波数領域でのフィルタリングを行う。フィルタ部７０の構成については後述する。
ピーク検出部７１は、フィルタードセグメントｚ内で振幅が最大となる点、即ちピーク点を検出し、当該ピーク点の遅延「Ｄ」と振幅「Ａ」を出力する。判定部７２は、振幅Ａが所定の閾値「ｔＤｅｔ」より大きい点のみを選択的にフォーマッタ７３に送る。フォーマッタ７３は、遅延Ｄと振幅Ａ、及び当該セグメントのフレームインデックスｆｒｍ、セグメントインデックスｓｅｇを、適切なフォーマットに変換し、ターゲット情報ＴＩとしてシステムＣＰＵ５に出力する。
図１２は、フィルタ部７０のブロックダイアグラムを示す。フィルタ部７０は、周波数領域において雑音白色化のフィルタリングを行うように構成され、主に、ＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理部７４と、雑音推定部７５と、基準受信パルス推定部７６と、ＤＦＴ処理部７７と、白色雑音化マッチドフィルタ７８と、ＩＤＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理部７９とを備える。
ＤＦＴ処理部７４は、受信セグメントｙをＤＦＴにより周波数領域に変換し、周波数スペクトラム「Ｙ＝｛Ｙｌ｝」を白色雑音化マッチドフィルタ７８へ出力する。なお、「ｌ」は周波数領域での標本点のインデックスを示す。雑音推定部７５は、受信セグメントｙに基づき、レシーバ雑音及び背景光ショット雑音をそれぞれ推定することで、総合雑音スペクトラム「Ｓ＝｛Ｓｌ｝」を算出し、算出した総合雑音スペクトラムＳを白色雑音化マッチドフィルタ７８へ供給する。レシーバ雑音は、本発明における「第１ノイズ信号」及び「第１ノイズ」の一例であり、背景光ショット雑音は、本発明における「第２ノイズ信号」の一例である。雑音推定部７５の具体的構成については後述する。
基準受信パルス推定部７６は、受信セグメントｙに畳み込むインパルス応答「ｈ」を推定する。例えば、インパルス応答ｈは、雑音が白色である場合で、かつシステム総合インパルス応答がｗＧａｔｅに対して有意に短い場合に、高ＳＮＲを実現するように、次式を満たすように設定される。
Figure 0006865824
 上式（「関係式Ａ」とも呼ぶ。）において、基準受信パルス「ｇ」は走査原点（Ｒ＝０ｍ）に物体を置いた場合に観測される受信セグメント波形であり、トランスミッタ３０とレシーバ４０を含むシステム全体の総合インパルス応答を代表している。基準受信パルス推定部７６の具体的構成については後述する。ＤＦＴ処理部７７は、インパルス応答ｈをＤＦＴ演算することで周波数応答「Ｈ＝｛Ｈｌ＝Ｇｌ ＊｝」を求め、周波数応答Ｈを白色雑音化マッチドフィルタ７８へ出力する。
白色雑音化マッチドフィルタ７８は、周波数スペクトラムＹに対し、総合雑音スペクトラムＳの逆特性を乗じ、さらに総合雑音スペクトラムＳの逆特性を適用した周波数スペクトラムＹに対して周波数応答Ｈを乗じることで、後述するフィルタードセグメント「ｚ＝｛ｚｋ｝」の周波数スペクトラム「Ｚ＝｛Ｚｌ｝」を算出する。即ち、白色雑音化マッチドフィルタ７８は、「Ｚｌ＝ＹｌＨｌＳｌ −１」となるように周波数スペクトラムＺを算出する。
ここで、白色雑音化マッチドフィルタ７８での周波数領域での演算の効果について補足説明する。一般に、雑音白色化フィルタを有限インパルス応答（ＦＩＲ）で実装する場合、雑音スペクトラムの逆特性を畳み込み演算することになるため、ＦＩＲフィルタのタップ数が多くなることが想定される。そして、ＦＩＲフィルタのタップ数が多くなると、時間領域での畳み込み演算よりも周波数領域での乗算演算の方が大幅に演算量を削減することができる。以上を勘案し、本実施例では、白色雑音化マッチドフィルタ７８は、周波数領域での受信セグメントｙのフィルタリングを行い、演算量を好適に削減する。
ＩＤＦＴ処理部７９は、ＩＤＦＴ演算により周波数スペクトラムＺから時間領域でのフィルタードセグメントｚを算出する。そして、ＩＤＦＴ処理部７９は、算出したフィルタードセグメントｚをピーク検出部７１へ供給する。
図１３（Ａ）は、雑音推定部７５が行う信号処理のブロックダイアグラムを示す。図１３（Ａ）に示すように、雑音推定部７５は、レシーバ雑音推定部８０と、ショット雑音推定部８１と、フィルタ８２と、演算部８３とを備える。
レシーバ雑音推定部８０は、受信セグメントｙからレシーバ雑音スペクトラム「Ｄ＝｛Ｄｌ｝」を推定する。ショット雑音推定部８１は、受信セグメントｙから背景光に起因したショット雑音の大きさに相当する分散「ｂｖａｒ」を算出する。そして、フィルタ８２は、レシーバ４０の回路全系の周波数特性「Ｆ＝｛Ｆｌ｝」に対して分散ｂｖａｒを乗じ、演算部８３に供給する。周波数特性Ｆは、例えば、ＤＳＰ１６が参照できるようにＷレジスタ等に予め記憶される。演算部８３は、レシーバ雑音推定部８０の出力と、フィルタ８２の出力とを周波数ごとに加算することで、総合雑音スペクトラムＳを算出する。
図１３（Ｂ）は、レシーバ雑音推定部８０が行う信号処理のブロックダイアグラムを示す。レシーバ雑音推定部８０は、スイッチ８４と、窓かけブロック（ＴＷＮＤ）８５と、ＤＦＴブロック８６と、分散算出ブロック８７とを備える。
スイッチ８４は、暗基準期間Ｔｄ内のみオンとなるように制御されたスイッチであり、暗基準期間Ｔｄに生成された受信セグメントｙを窓かけブロック８５に供給する。窓かけブロック８５は、時間領域での窓かけを行う。例えば、窓かけブロック８５は、暗基準期間Ｔｄに生成された受信セグメントｙに対し、フルコサインロールオフフィルタを適用する。ＤＦＴブロック８６は、窓かけブロック８５の出力に対してＤＦＴ演算を行い、受信セグメントｙの周波数スペクトラムＹを算出する。分散算出ブロック８７は、以下の式に基づき、周波数ビン毎（即ち各インデックスｌ毎）の周波数スペクトラムＹの分散に相当するレシーバ雑音スペクトラムＤを算出する。
Figure 0006865824
 なお、分散算出ブロック８７は、１つのフレーム期間内に算出したレシーバ雑音スペクトラムＤを、ＩＩＲフィルタ等によりフレーム方向に（即ち異なるフレームインデックス間で）平均化してもよい。また、レシーバ雑音スペクトラムＤの算出処理は、ライダ１の開発工程又は製造工程において実施されてもよい。なお、開発工程において実施される場合には、複数のライダ１を対象とした測定値の代表値が用いられ、製造工程において実施される場合には、ライダ１の個体の夫々で測定した値が用いられる。また、ライダ１の開発工程又は製造工程において予め算出・測定されたレシーバ雑音スペクトラム等のレシーバ雑音に関する情報は、所定の記憶部（ＲＯＭ等）に記憶させるようにしてもよい。このような構成にしておけば、記憶部に記憶されたレシーバ雑音に関する情報を適宜参照することで、前述のレシーバ雑音推定部８０におけるレシーバ雑音推定処理は不要となる。この場合、上述のレシーバ雑音スペクトラム等のレシーバ雑音に関する情報は、本発明における「第１ノイズに関する情報」の一例である。
図１４は、ショット雑音推定部８１が行う信号処理のブロックダイアグラムを示す。図１４に示すように、ショット雑音推定部８１は、スイッチ８８Ａ〜８８Ｄと、第１分散算出部９１と、第２分散算出部９２と、演算部９３とを備える。
スイッチ８８Ａは、暗基準期間Ｔｄ内のみオンとなるように制御されたスイッチであり、スイッチ８８Ｂは、プリトリガー区間Ｔｐ内のみオンとなるように制御されたスイッチである。従って、第１分散算出部９１には、暗基準期間Ｔｄ内のプリトリガー区間Ｔｐに生成された受信セグメントｙが供給される。そして、第１分散算出部９１は、以下の式に基づき、背景光を実質的に受信しない暗基準期間Ｔｄの少なくとも１セグメントを対象として分散「ｄｖａｒ」を算出する。
Figure 0006865824
 なお、第１分散算出部９１は、暗基準期間Ｔｄに含まれる複数セグメントを対象として分散ｄｖａｒを算出してもよく、複数フレームを対象として分散差ｄｖａｒを算出してもよい。また、分散差ｄｖａｒの算出処理は、ライダ１の開発工程又は製造工程において実施されてもよい。
スイッチ８８Ｃは、ターゲット期間Ｔｔ内のみオンとなるように制御されたスイッチであり、スイッチ８８Ｄは、プリトリガー区間Ｔｐ内のみオンとなるように制御されたスイッチである。従って、第２分散算出部９２には、ターゲット期間Ｔｔ内のプリトリガー区間Ｔｐに生成された受信セグメントｙが供給される。そして、第２分散算出部９２は、以下の式に基づき、供給された受信セグメントｙから、分散「ｔｖａｒ」をセグメントごとに算出する。
Figure 0006865824
 演算部９３は、第２分散算出部９２が算出したセグメントごとの分散ｔｖａｒに対し、分散ｄｖａｒを減じることで、セグメントごとに分散差ｂｖａｒを算出する。ここで、第１分散算出部９１が算出する分散ｄｖａｒは、背景光に起因したショット雑音の増加が生じていない受信セグメントｙに基づく分散であり、第２分散算出部９２が算出する分散ｔｖａｒは、背景光に起因したショット雑音の増加が生じた受信セグメントｙに基づく分散である。よって、演算部９３は、背景光に起因したショット雑音の増加分に相当する分散差ｂｖａｒを、ＡＰＤ４１が受信する背景光量が異なるセグメントごとに好適に算出することができる。
なお、ショット雑音推定部８１は、プリトリガー区間Ｔｐにおける受信セグメントｙに基づき分散差ｂｖａｒを算出するのに代えて、各セグメントにおいて戻り光Ｌｒが発生しない任意の区間における受信セグメントｙに基づき分散差ｂｖａｒを算出してもよい。
図１５は、基準受信パルス推定部７６が行う信号処理のブロックダイアグラムを示す。図１５に示すように、基準受信パルス推定部７６は、スイッチ９７と、平均化処理部９８と、時間反転部９９とを備える。
スイッチ９７は、明基準期間Ｔｒ内のみオンとなるように制御されたスイッチであり、明基準期間Ｔｒ内に生成された受信セグメントｙを平均化処理部９８に供給する。なお、スイッチ９７は、明基準期間Ｔｒの全ての期間でオンとなる必要はなく、明基準期間Ｔｒの一部の期間においてオンとなるように設定されてもよい。
平均化処理部９８は、スイッチ９７がオンとなる期間に供給された受信セグメントｙを平均化し、平均化された受信セグメントｙを、推定された基準受信パルスｇとして時間反転部９９へ供給する。この場合、例えば、平均化処理部９８は、１つのフレーム期間内にスイッチ９７から順次供給される受信セグメントｙを積算し、積算した受信セグメントｙを積算した受信セグメントｙの数により除算することで平均化した受信セグメントｙを、推定された基準受信パルスｇとして算出する。他の例では、平均化処理部９８は、１つのフレーム期間内に算出した受信セグメントｙの平均をさらにＩＩＲフィルタ等によりフレーム方向に（即ち異なるフレームインデックス間で）平均化したものを、推定された基準受信パルスｇとして算出する。
時間反転部７９は、上述した関係式Ａに基づき、基準受信パルスｇからインパルス応答ｈを生成する。この場合、基準受信パルスｇとインパルス応答ｈとは、セグメント期間内で時間反転させた関係となる。そして、時間反転部７９は、生成したインパルス応答ｈをＤＦＴ処理部７７（図１２参照）へ供給する。なお、インパルス応答ｈの測定処理は、ライダ１の開発工程又は製造工程において実施されてもよい。なお、インパルス応答ｈ又は周波数応答Ｈは、例えばフィルタ出力でのＳＮＲが大きくなるように予めシステムＣＰＵ５によってＷレジスタに設定されてもよい。この場合、フィルタ部７０は、基準受信パルス推定部７６（及びＤＦＴ処理部７７）を備えなくともよい。
以上説明したように、ライダ１は、射出光Ｌｏを射出する走査部５５と、所定の射出方向に配置され、射出光Ｌｏを吸収する暗基準反射体７と、射出光Ｌｏが対象物によって反射された戻り光Ｌｒを受信するＡＰＤ４１と、ＤＳＰ１６とを備える。ＤＳＰ１６は、暗基準反射体７に射出光Ｌｏが照射される暗基準期間ＴｄでのＡＰＤ４１の出力信号に基づいて、レシーバ雑音を少なくとも推定する。そして、ＤＳＰ１６は、推定したレシーバ雑音に基づいて、ＡＰＤ４１の出力信号のフィルタリングを行なう。これにより、ライダ１は、ＡＰＤ４１の出力信号のフィルタリングを好適に行い、高ＳＮＲを実現することができる。
１ ライダ
５ システムＣＰＵ
７ 暗基準反射体
１０ ＡＳＩＣ
３０ トランスミッタ
４０ レシーバ
５０ 走査光学部

Claims (6)

  1. 射出方向を変えながら、電磁波を射出する射出部と、
    所定の射出方向に配置され、前記電磁波を吸収する吸収体と、
    前記電磁波が対象物によって反射された反射波を受光する受光部と、
    前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記受光部の出力信号に基づいて、第１ノイズ信号を推定する第１推定部と、
    前記電磁波が射出されない所定期間における前記受光部の出力信号に基づいて、対象物によって反射された太陽光を前記受光部が受信することに起因する第２ノイズ信号を推定する第２推定部と、
    前記第１ノイズ信号及び前記第２ノイズ信号に基づいて、前記受光部の出力信号の処理を行なう処理部と、
    を備え、
    前記第２推定部は、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、前記射出部の射出方向が対象物の検出対象となる射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、に基づいて、前記第２ノイズ信号を推定する情報処理装置。
  2. 前記処理部は、前記受光部の出力信号の雑音の白色化を行うマッチドフィルタである請求項１に記載の情報処理装置。
  3. 前記処理部は、前記受光部の出力信号に対する前記処理を、周波数領域において実行する請求項２に記載の情報処理装置。
  4. 射出方向を変えながら、電磁波を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記電磁波を吸収する吸収体と、前記電磁波が対象物によって反射された反射波を受光する受光部とを備える情報処理装置が実行する制御方法であって、
    前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記受光部の出力信号に基づいて、第１ノイズ信号を推定する第１推定工程と、
    前記電磁波が射出されない所定期間における前記受光部の出力信号に基づいて、対象物によって反射された太陽光を前記受光部が受信することに起因する第２ノイズ信号を推定する第２推定工程と、
    前記第１ノイズ信号及び前記第２ノイズ信号に基づいて、前記受光部の出力信号の処理を行なう処理工程と、
    を有し、
    前記第２推定工程は、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、前記射出部の射出方向が対象物の検出対象となる射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、に基づいて、前記第２ノイズ信号を推定する制御方法。
  5. 射出方向を変えながら、電磁波を射出する射出部と、所定の射出方向に配置され、前記電磁波を吸収する吸収体と、前記電磁波が対象物によって反射された反射波を受光する受光部とを備える装置のコンピュータが実行するプログラムであって、
    前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記受光部の出力信号に基づいて、第１ノイズ信号を推定する第１推定部と、
    前記電磁波が射出されない所定期間における前記受光部の出力信号に基づいて、対象物によって反射された太陽光を前記受光部が受信することに起因する第２ノイズ信号を推定する第２推定部と、
    前記第１ノイズ信号及び前記第２ノイズ信号に基づいて、前記受光部の出力信号の処理を行なう処理部
    として前記コンピュータを機能させ、
    前記第２推定部は、前記射出部の射出方向が前記所定の射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、前記射出部の射出方向が対象物の検出対象となる射出方向であるときの前記所定期間における前記受光部の出力信号と、に基づいて、前記第２ノイズ信号を推定するプログラム。
  6. 請求項５に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。
JP2019526898A 2017-06-27 2018-06-25 情報処理装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 Active JP6865824B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017124949 2017-06-27
JP2017124949 2017-06-27
PCT/JP2018/024055 WO2019004146A1 (ja) 2017-06-27 2018-06-25 情報処理装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019004146A1 JPWO2019004146A1 (ja) 2020-04-30
JP6865824B2 true JP6865824B2 (ja) 2021-04-28

Family

ID=64742149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019526898A Active JP6865824B2 (ja) 2017-06-27 2018-06-25 情報処理装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20200225349A1 (ja)
EP (1) EP3647811B1 (ja)
JP (1) JP6865824B2 (ja)
WO (1) WO2019004146A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10826269B2 (en) * 2018-12-24 2020-11-03 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Multi-pulse generation for pulsed laser diodes using low-side drivers
CN110332950A (zh) * 2019-06-26 2019-10-15 维沃移动通信有限公司 红外传感模组、终端设备及其控制方法和控制装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6060576A (ja) * 1983-09-13 1985-04-08 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ測距装置
JPH03296309A (ja) * 1990-04-13 1991-12-27 Mitsubishi Electric Corp 光受信回路
JP3556787B2 (ja) * 1996-12-02 2004-08-25 本田技研工業株式会社 レーダ装置
JP2001074842A (ja) * 1999-09-07 2001-03-23 Minolta Co Ltd 測距装置
JP3908226B2 (ja) * 2004-02-04 2007-04-25 日本電産株式会社 スキャニング型レンジセンサ
JP2007225318A (ja) 2006-02-21 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corp レーザレーダ装置
EP2517044B1 (en) * 2009-12-21 2014-10-29 MESA Imaging AG Stray light compensation method and system for time of flight camera systems
JP6177008B2 (ja) * 2013-05-31 2017-08-09 三菱電機株式会社 レーダ装置
WO2014203654A1 (ja) * 2013-06-17 2014-12-24 株式会社日立製作所 距離測定装置、形状測定装置、加工システム、距離測定方法、形状測定方法および加工方法
WO2018011878A1 (ja) * 2016-07-12 2018-01-18 パイオニア株式会社 情報処理装置、光学機器、制御方法、プログラム及び記憶媒体

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2019004146A1 (ja) 2020-04-30
WO2019004146A1 (ja) 2019-01-03
EP3647811A1 (en) 2020-05-06
EP3647811B1 (en) 2023-12-06
US20200225349A1 (en) 2020-07-16
EP3647811A4 (en) 2021-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6958990B2 (ja) 光学機器、制御方法、プログラム及び記憶媒体
JP2021144057A (ja) 情報処理装置、光学機器、制御方法、プログラム及び記憶媒体
US20210325515A1 (en) Transmit signal design for an optical distance measurement system
US9709594B1 (en) Velocity measuring system
JP6177338B2 (ja) 風計測ライダ装置
JP2009075069A5 (ja)
JP6865824B2 (ja) 情報処理装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体
EP3222527B1 (en) Optically detecting cloud metrics using sampled analog measurements of light reflection
US20220128658A1 (en) Waveform reconstruction in a time-of-flight sensor
JP2018044852A (ja) レーザ射出装置、制御方法及びプログラム
US10365354B2 (en) Multi-target laser distance meter
WO2002086439A2 (en) Method and system for measuring optical scattering characteristics
IL261489A (en) Optical Pasograms for Lidar Vibrometry
EP3692392B1 (en) Multi-pulse fusion analysis for lidar ranging
WO2018011878A1 (ja) 情報処理装置、光学機器、制御方法、プログラム及び記憶媒体
JPWO2019004144A1 (ja) 受信装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体
JP2018054539A (ja) 検出装置、制御方法及びプログラム
JP2018044853A (ja) レーザ射出装置、制御方法及びプログラム
JP2008298604A (ja) レーダ装置
JP2018054426A (ja) 情報処理装置、光学機器、制御方法、プログラム及び記憶媒体
JP2018004486A (ja) レーザ射出装置、レーザ射出方法及びプログラム
WO2020090911A1 (ja) 距離測定装置
US11790544B1 (en) Depth motion determination via time-of-flight camera
FR3133252A1 (fr) Procédé de détection et discrimination de gestes
JP2024504032A (ja) レーザスキャナ装置を構成する及び動作させるための装置及び方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191223

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200630

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20200831

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201029

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210309

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210406

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6865824

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150