WO2017221909A1 - 距離測定装置 - Google Patents

距離測定装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2017221909A1
WO2017221909A1 PCT/JP2017/022603 JP2017022603W WO2017221909A1 WO 2017221909 A1 WO2017221909 A1 WO 2017221909A1 JP 2017022603 W JP2017022603 W JP 2017022603W WO 2017221909 A1 WO2017221909 A1 WO 2017221909A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
distance
signal
threshold
condition
signal processing
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/022603
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
俊介 野村
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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 コニカミノルタ株式会社 filed Critical コニカミノルタ株式会社
Priority to US16/309,030 priority Critical patent/US11397251B2/en
Priority to JP2018524099A priority patent/JPWO2017221909A1/ja
Priority to EP17815377.1A priority patent/EP3474034B1/en
Publication of WO2017221909A1 publication Critical patent/WO2017221909A1/ja

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
    • 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
    • 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
    • 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
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • 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
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • 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
    • 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
    • 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
    • G01S2007/4975—Means for monitoring or calibrating of sensor obstruction by, e.g. dirt- or ice-coating, e.g. by reflection measurement on front-screen

Definitions

  • the present invention relates to a distance measuring device that measures a distance to an object.
  • the TOF method measures a distance to an object by measuring a propagation time (Time of Flight) until a signal transmitted by pulsed laser light hits the object and returns.
  • a propagation time Time of Flight
  • the emitted pulse wave is reflected and returned based on the timing signal at which the received wave crosses the predetermined signal strength threshold.
  • the reception timing is calculated.
  • a plurality of threshold values having different heights are used in order to improve the accuracy of distance measurement. If detection is performed with a plurality of thresholds having different elevations, the reception timing can be calculated based on a large amount of information, and the accuracy of distance measurement can be improved.
  • the distance measuring device that employs the TOF method detects weak reflected light generated when a laser beam is irradiated on an object, so that it can detect an object with a low luminance (low reflectance) especially at a long distance. Therefore, since the threshold is set low, there is a problem of erroneous internal noise detection in which internal noise due to scattered light or the like in optical parts such as lenses and mirrors in the apparatus and mechanical parts is detected. If the internal noise is detected as a signal incorrectly, even if there is an object that you want to detect, the signal reflected by that object will not be detected. Will be output.
  • the present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a distance measuring device capable of measuring the distance to an object with high accuracy while avoiding the influence of noise. .
  • the invention according to claim 1 for solving the above-described problem is a transmission means for transmitting a signal; Receiving means for receiving the signal transmitted by the transmitting means and reflected by an object and outputting a received signal corresponding to the received intensity; A reception signal detection means for outputting a digital signal for identifying when the reception signal output by the reception means exceeds a predetermined signal strength threshold and when it does not exceed the threshold; Controls the transmission of the signal by the transmission means, starts timing based on the transmission timing, calculates the reception timing at which the reception means receives the signal based on the digital signal output by the detection means, and receives the reception Signal processing means for calculating a distance to the object based on a propagation time from the transmitting means to the receiving means via the object of the signal obtained by ending timing based on timing; and When the condition that the calculated distance or the like is longer than a predetermined reference distance or the like is satisfied for the distance or the like that is a propagation time or a distance, the signal processing means sets the distance or the like as an effective value
  • a plurality of the thresholds having a difference in height are set in the received signal detecting means,
  • the signal processing means includes If the distance or the like can be calculated based on a relatively high threshold and the condition that the distance calculated based on the relatively high threshold is longer than a predetermined reference distance or the like is not satisfied, a window on the signal propagation path.
  • a plurality of the thresholds having a height difference are set in the received signal detecting means, a plurality of reference distances having a length difference are set in the signal processing means,
  • the signal processing means includes When the condition that the distance calculated based on a relatively low threshold is longer than a relatively long reference distance, the distance is an effective value, and when the condition is not satisfied, the distance is an invalid value, When the condition that the distance calculated based on a relatively high threshold is longer than a relatively short reference distance is valid, the distance is valid, and when the condition is not valid, the distance is invalid.
  • the distance measuring device according to claim 1.
  • the signal processing means when the signal processing means can calculate a distance or the like based on the relatively high threshold, the distance calculated based on the relatively high threshold is longer than a relatively short reference distance or the like. 4.
  • a window dirt notification signal for notifying that there is a possibility that dirt is attached to the window material on the signal propagation path is output when the condition is not satisfied.
  • the invention according to claim 5 is the distance measuring device according to any one of claims 1 to 4, comprising a plurality of comparators as the reception signal detecting means.
  • the invention according to claim 6 is the distance measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the signal processing means can change and set the threshold value of the received signal detecting means.
  • the distance to a predetermined reference distance or the like is an invalid value
  • the distance to the object is avoided by avoiding the influence of noise (mainly internal noise) in a mode that can be erroneously detected as a close object. Can be measured with high accuracy. Disabling a predetermined short distance makes it difficult to pick up noise even if the threshold value is lowered. Therefore, it is possible to measure the distance to a long distance or a low-luminance object with high accuracy using the low threshold value.
  • the influence of noise that may be erroneously detected as an object at a short distance can be more elaborated by providing a longer reference distance or the like for a lower threshold value. In addition to being able to avoid this, it is possible to accurately measure the distance from a short distance to a long distance and from a high luminance to a low luminance object by appropriately selecting or combining a plurality of threshold values.
  • the distance measuring devices 1A and 1B of the present embodiment are configured to include the components shown in FIG. 1 or FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram of a configuration having a single comparator
  • FIG. 2 is a block diagram of a configuration having a plurality of comparators. It is common except the number of comparators.
  • the distance measuring devices 1 ⁇ / b> A and 1 ⁇ / b> B of this embodiment include a signal processing unit 10, a drive circuit 11, a light emitting element 12, an optical component 13, a window member 14, and a light receiving element 15. And an IV conversion circuit 16, an amplification circuit 17, a high-pass filter 18, a comparator 19, and a DA converter 20.
  • the light emitting element 12 constitutes a main part of the transmitting means.
  • a laser diode is applied as the light emitting element 12.
  • the drive circuit 11 applies a drive current to the light emitting element 12, and the light emitting element 12 emits a pulse to transmit a signal.
  • a signal transmitted from the light emitting element 12 is emitted to the outside through an optical component 13 such as a lens and a scanning mirror and a window member 14.
  • some of the transmitted laser light may be scattered light by the optical component 13 and the window material 14 and not emitted to the outside, and may enter the light receiving element 15 as internal noise.
  • the light receiving element 15 constitutes a main part of the receiving means.
  • an avalanche photodiode is applied as the light receiving element 15.
  • the light receiving element 15 receives a signal transmitted from the light emitting element 12 and reflected by an object, and outputs a received signal corresponding to the received intensity.
  • the reception signal output from the light receiving element 15 is converted into a voltage signal by the IV conversion circuit 16, amplified by the amplification circuit 17, passed through the high pass filter 18, and input to the comparator 19.
  • the high-pass filter 18 removes disturbances having a frequency lower than the signal frequency.
  • the received signal is shown in FIGS. 3A and 4A.
  • the signal S1 is a received signal of a signal reflected from an object having a relatively high brightness.
  • the signal S2 is a received signal of a signal reflected from an object with relatively low brightness.
  • the signal S3 is a received signal in which an ideal signal R1 of a signal reflected by an object at a relatively short distance and a noise N1 that can be erroneously detected as an object at a short distance are integrally connected.
  • the noise N1 that can be erroneously detected as an object at a short distance is mainly caused by the internal noise due to the scattered light described above.
  • the comparator 19 constitutes reception signal detection means.
  • the comparator 19 has two channels. As shown in FIGS.
  • a relatively high threshold value H is set for one channel (abbreviated as ch1), and the other channel (abbreviated as ch2) is relatively set.
  • a low threshold L is set.
  • the signal processing means 10 can change and set the threshold values H and L via the DA converter 20.
  • the threshold value L is set to a value that is greater than the level of sunlight noise, power supply noise, laser noise immediately after light emission, and the like. For example, 500 mV.
  • the threshold value H is set to a value larger than the internal noise due to the scattered light and higher than the threshold value L. Further, since the noise N1 increases when dirt is attached to the window member 14, a threshold value H is set so that this can be detected. For example, 2500 mV.
  • the ch1 of the comparator 19 outputs digital signals S1H, S2H, and S3H that identify when the threshold value H is exceeded and when it is not exceeded, as shown in FIGS. 3B, 3C, and 4B.
  • the ch2 of the comparator 19 outputs digital signals S1L, S2L, and S3L that identify when the threshold value L is exceeded and when it is not exceeded, as shown in FIGS. 3B, 3C, and 4B.
  • an integrated circuit such as an FPGA (English: field-programmable gate array) is applied. In this embodiment, it is an FPGA.
  • FPGA field-programmable gate array
  • the signal processing means 10 outputs a control signal to the drive circuit 11, causes the light emitting element 12 to emit laser light and emits a signal, and starts timing based on the transmission timing of the signal (step P1).
  • a signal transmitted from the light emitting element 12 is emitted to the outside through an optical component 13 such as a lens and a scanning mirror and a window member 14.
  • the light receiving element 15 receives the signal transmitted from the light emitting element 12 and reflected by the object, and outputs a received signal corresponding to the received intensity (step P2).
  • the reception signal output from the light receiving element 15 is input to the comparator 19 via the IV conversion circuit 16, the amplification circuit 17, and the high-pass filter 18 (step P3).
  • the ch1 of the comparator 19 is not detected when the input received signal does not exceed the threshold value H (NO in step P4) (step P5, “0” on the vertical axis in FIGS. 3B, 3C, and 4B).
  • the voltage level within a certain range is converted (Step P6, converted to a level indicating “1” on the vertical axis of FIGS. 3B, 3C, and 4B), and the digital signal by the above (S1H, S2H, S3H) is input to the signal processing means 10.
  • the ch2 of the comparator 19 is not detected when the input received signal does not exceed the threshold L (NO in step P7) (step P8, “0” on the vertical axis in FIGS.
  • step P7 When it exceeds (YES in step P7), the voltage level within a certain range is converted (step P9, converted to a level indicating “1” on the vertical axis in FIGS. 3B, 3C and 4B), and the digital signal by the above (S1L, S2L, S3L) is input to the signal processing means 10.
  • the signal processing means 10 executes the following processing by executing a computer program.
  • the signal processing means 10 calculates the reception timing at which the light receiving element 15 receives the signal, based on the digital signals (S1H, S2H, S3H) generated with the threshold value H. Further, the signal processing means 10 calculates the distance to the object based on the propagation time from the light emitting element 12 to the light receiving element 15 via the object of the signal obtained by ending the timing with the reception timing as a reference.
  • the reception timing calculated based on the signal S1H is denoted as “S1Hg”.
  • the reception timing calculated based on the signal S2H is expressed as “S2Hg”, and the reception timing calculated based on the signal S3H is expressed as “S3Hg”.
  • the signal processing means 10 calculates the reception timing at which the light receiving element 15 receives the signal based on the digital signals (S1L, S2L, S3L) generated with the threshold value L. Further, the signal processing means 10 calculates the distance to the object based on the propagation time from the light emitting element 12 to the light receiving element 15 via the object of the signal obtained by ending the timing with the reception timing as a reference.
  • the reception timing calculated based on the signal S1L is expressed as “S1Lg”.
  • the reception timing calculated based on the signal S2L is expressed as “S2Lg”
  • the reception timing calculated based on the signal S3L is expressed as “S3Lg”.
  • the reception timing is an intermediate point (average value) between the timing at which the received signal crosses the threshold when rising and the timing at which the received signal crosses the threshold when falling.
  • the origin “0” on the horizontal axis is the timing start timing, and the time from the origin “0” to each reception timing takes from the timing start (transmission) to reception. This corresponds to time and can be converted into a distance to the reflected object.
  • step P11 When the condition that the distance calculated based on the digital signal (S1H, S2H, S3H) generated with the threshold value H is longer than the first reference distance D1 is satisfied (YES in step P11), the signal processing means 10 The distance is set as an effective value (step P13). If the condition is not satisfied (NO in step P11), the distance is set as an invalid value (step P12). If NO in step P11, a window dirt notification signal for notifying that the window material 14 is contaminated is output (step P12).
  • Step P14 When the condition that the distance calculated based on the digital signal (S1L, S2L, S3L) generated with the threshold value L is longer than the first reference distance D1 is satisfied (YES in Step P14), The process proceeds to step P16.
  • the signal processing means 10 When the condition that the distance calculated based on the digital signal (S1L, S2L, S3L) generated with the threshold value L is longer than the second reference distance D2 is satisfied (YES in step P16), the signal processing means 10 The distance is set as an effective value (step P18). If NO in step P14 and step P16, the distance is set as an invalid value (steps P15 and P17).
  • the determination process reaches at least one or both of Step P13 and Step P18, the measurement distance is output based on the effective value as described below.
  • Comparative Example 1 shown in FIGS. 6 and 7 is a configuration in which one threshold is set and no reference distance is set.
  • the threshold value Th must be set higher than the noise N1 as shown in FIG.
  • the signal S2 is not detected from a low-brightness object at a long distance that has a signal intensity only as high as the noise N1, and the distance to the object cannot be measured.
  • the signal S1 from a high-luminance object at a long distance can be detected, and the distance to the object can be measured.
  • the reception timing is calculated with a small amount of information based on one threshold Th, the accuracy of distance measurement is not good. Further, as shown in FIG.
  • the ideal signal R1 reflected from an object at a relatively short distance is continuous with the noise N1, and the signal S3 is actually received.
  • the reception timing S3g based on the digital signal generated with the threshold Th is earlier than the true reception timing R1g of the ideal signal R1, causing a deviation in distance measurement.
  • the comparative example 2 is a configuration in which a plurality of threshold values are set and a reference distance is not set.
  • the signal S2 from a low-brightness object at a long distance that has a signal intensity only as high as the noise N1 is separated from the noise N1. It cannot be detected separately, and as a result, the distance to the same object cannot be measured.
  • the reception timing can be calculated based on a large amount of information, and the accuracy of distance measurement can be improved.
  • Comparative Example 2 there is a possibility that the reception timing S3g close to the true reception timing R1g can be calculated by using information based on a relatively high threshold, but the degree of overlap between the ideal signal R1 and the noise N1 is large. An unacceptable error may occur due to the relativity, and it is difficult to clarify a criterion for determining whether or not it is acceptable. Moreover, in the comparative example 2, it cannot have the reference
  • Invention Example 1 has a configuration in which a plurality of threshold values are set and one reference distance is set. This corresponds to a configuration in which only the first reference distance D1 described above is set, and corresponds to a configuration in which steps P16 and P17 are omitted in the flowchart of FIG. 5 and a process in which YES in step P14 is connected to step P18 is executed. .
  • a detection signal is obtained with at least one relatively low threshold L, and is separated from the noise N1 at the first reference distance D1. Since the calculated distance at the same threshold L is an effective value when the distance is greater than the first reference distance D1, distance measurement can be performed.
  • the distance based on the digital signal generated with the threshold value (the distance used in the determination in step P14) is output as the measurement distance.
  • the reception timing can be calculated based on a large amount of information, and the accuracy of distance measurement can be improved.
  • this distance is set as an effective value.
  • this distance is set as an effective value.
  • window dirt can be determined (step P12).
  • Invention Example 2 is a configuration in which a plurality of threshold values are set and a plurality of reference distances are set. This corresponds to a configuration in which the first reference distance D1 and the second reference distance D2 described above are set, and corresponds to a configuration in which processing according to the flowchart of FIG. 5 is executed.
  • a detection signal is obtained with at least one relatively low threshold L, and is separated from the noise N1 at the second reference distance D2. Since the calculated distance with the same threshold L is an effective value when the distance is greater than the second reference distance D2, distance measurement can be performed.
  • the distance based on the digital signal generated with the threshold value (the distance used for the determination in steps P14 and P16) is output as the measurement distance.
  • the reception timing can be calculated based on a large amount of information, and the accuracy of distance measurement can be improved.
  • this distance is set as an effective value.
  • this distance is set as an effective value.
  • the distance corresponding to the reception timing S3Lg is not longer than the second reference distance D2 as shown in FIGS. 4A and 4B.
  • the distance corresponding to the reception timing S3Hg is handled as an effective value without affecting the measurement distance to be output.
  • the detection signal can be obtained with only one threshold value
  • the distance based on the digital signal generated with the threshold value (the distance used for the determination in step P11) is output as the measurement distance.
  • window dirt can be determined (step P12).
  • the distance to the predetermined reference distance D1 is set as an invalid value for each distance calculated based on the digital signal generated with each threshold value.
  • the distance to the object can be measured with high accuracy while avoiding the influence of the noise N1 in a mode that can be erroneously detected as an object.
  • By disabling a predetermined short distance it is difficult to pick up near-field noise even if the threshold value is lowered. Therefore, it is possible to measure a distance to a long distance or a low-luminance object with high accuracy using a low threshold value.
  • the distance measuring devices 1A and 1B of the present embodiment in which a plurality of threshold values are provided to calculate the reception timing, false detection as an object at a short distance by providing a far reference distance with respect to a lower threshold value
  • the effects of noise that can be generated can be avoided more elaborately, and the distance from a short distance to a long distance, and from a high brightness to a low brightness object can be accurately determined by appropriately selecting or combining multiple threshold values.
  • only the two threshold values H and L and the two reference distances D1 and D2 are shown for the sake of simplicity of explanation. However, each of the threshold value and the reference distance is increased to 3 or more, and more sophisticated in a multistage manner. Valid values and invalid values may be determined.
  • the distance calculated based on the threshold Th1 is valid when it is in the solid line range extending to the right of the reference distance D1, and the distance calculated based on the threshold Th2 is set to the right of the reference distance D2.
  • This is effective when it is in the solid line range extending to, and the distance calculated based on the threshold value Th3 is effective when it is in the solid line range extending to the right of the reference distance D3, and so on (Th1> Th2).
  • Th3>Th4> Th5 ..., D1 ⁇ D2 ⁇ D3 ⁇ D4 ⁇ D5.
  • the effective value obtained may be increased to increase the accuracy of distance measurement.
  • the measurement distance can be increased in accuracy, but the calculation method is not particularly limited.
  • the measurement distance is calculated based on the effective value of the distance.
  • the measurement distance may be calculated based on the effective value of the propagation time. That is, even if the measurement distance is finally calculated, it is arbitrary at any stage during the process to add a step for converting the propagation distance to the distance, and is not related to the essence of the present invention.
  • the present invention can be used for a distance measuring device.

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)

Abstract

ノイズの影響を回避して物体までの距離を高精度に測定する。発信手段（１２）と、物体に反射した信号を受信する受信手段（１５）と、受信手段の出力する受信信号が閾値を超えている時と超えていない時とを識別するデジタル信号を出力する受信信号検出手段（１９）と、信号の前記物体を経由した発信手段から受信手段までの伝搬時間に基づき物体までの距離を算出する信号処理手段（１０）とを備え、受信信号検出手段に１つ又は高低差のある複数の閾値（Ｔｈ１，２，・・・）が設定され、信号処理手段に１つ又は遠近差のある複数の基準距離（Ｄ１，２，・・・）が設定され、信号処理手段は、閾値ごとに算出した距離が所定の基準距離より遠いとの条件が成立する場合にその距離を有効値とし、成立しない場合はその距離を無効値とする。より低い閾値に、より遠い基準距離を適用する。

Description

距離測定装置
　本発明は、物体までの距離を測定する距離測定装置に関する。
　近年、例えば自動車や警備ロボットなどの移動体における衝突防止の目的で、移動体が進む範囲にある障害物を近傍から遠方まで精度良く検知したいという要望がますます強くなっている。
　また、監視カメラ等で行っている監視用途においても、より多種の物体を検知したいという要望が強くなっている。
　一方で、このような物体の検知方法として、電波を発信して反射波を検出する電波式レーダーが提案されているが、解像度の観点から遠方の物体の位置を精度良く把握するのは難しいという課題がある。
　これに対し、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）方式を採用したレーザーレーダーも既に開発されている。
　ＴＯＦ方式とは、レーザー光をパルス発光させること等により発信した信号が、物体に当たって戻ってくるまでの伝搬時間（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）を測ることにより、当該物体までの距離を測定するものである。特許文献１，２にも記載されるようにＴＯＦ方式の距離測定装置にあっては、所定の信号強度の閾値に受信波が交差するタイミング信号に基づき、出射したパルス波が反射して戻ってきた際の受信タイミングを算出する。
　特許文献１，２に記載の発明にあっては、距離測定を高精度化するために、高低差のある複数の閾値を用いる。高低差のある複数の閾値で検出すれば、多くの情報に基づき受信タイミングを演算することができ、距離測定の高精度化を図ることができる。
特開平９－２３６６６１号公報 特開２０１３－３３０２４号公報
　しかしながら、ＴＯＦ方式を採用した距離測定装置は、物体にレーザー光を照射した際に発生する微弱な反射光を検出するため、特に遠距離にある低輝度（低反射率）の物体を検出可能にするために閾値を低く設定するから、装置内部のレンズ、ミラー等の光学部品や機械部品での散乱光等による内部ノイズを検出してしまうという内部ノイズ誤検出の問題がある。内部ノイズを信号として誤検出している場合は、本来検出したい物体があっても、その物体により反射された信号を検出できなくなり、物体が無い場合は物体が無いにもかかわらず、距離測定値を出力してしまうという結果となる。
　また、近距離に存在する物体により反射された信号と内部ノイズとの受信期間が重なるときには、受信信号が立ち上がり時に閾値と交差するタイミング信号と、受信信号が立ち下がり時に閾値と交差するタイミング信号とが一対で得られることもあるが、内部ノイズの影響により測定誤差が生じるという問題がある。
　本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、ノイズの影響を回避して物体までの距離を高精度に測定することができる距離測定装置を提供することを課題とする。
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、信号を発信する発信手段と、
前記発信手段が発信し物体に反射した前記信号を受信してその受信強度に応じた受信信号を出力する受信手段と、
前記受信手段の出力する受信信号が、所定の信号強度の閾値を超えている時と、超えていない時とを識別するデジタル信号を出力する受信信号検出手段と、
前記発信手段による前記信号の発信を制御するとともにその発信タイミングを基準に計時を開始し、前記検出手段が出力するデジタル信号に基づき前記信号を前記受信手段が受信した受信タイミングを算出し、当該受信タイミングを基準に計時を終了することで得られる前記信号の前記物体を経由した前記発信手段から前記受信手段までの伝搬時間に基づき前記物体までの距離を算出する信号処理手段と、を備え、
前記信号処理手段は、伝搬時間又は距離である距離等につき、算出した距離等が所定の基準距離等より長いとの条件が成立する場合にその距離等を有効値とし、当該条件が成立しない場合はその距離等を無効値とする距離測定装置である。
　請求項２記載の発明は、前記受信信号検出手段に高低差のある複数の前記閾値が設定され、
前記信号処理手段は、
比較的高い閾値に基づき距離等が算出できた場合において、当該比較的高い閾値に基づき算出した距離等が所定の基準距離等より長いとの条件が成立しない場合は前記信号の伝搬経路上の窓材に汚れが付着しているおそれを報知する窓汚れ報知信号を出力する請求項１に記載の距離測定装置である。
　請求項３記載の発明は、前記受信信号検出手段に高低差のある複数の前記閾値が設定され、前記信号処理手段に長短差のある複数の基準距離等が設定され、
前記信号処理手段は、
比較的低い閾値に基づき算出した距離等が比較的長い基準距離等より長いとの条件が成立する場合にその距離等を有効値とし、当該条件が成立しない場合はその距離等を無効値とし、
比較的高い閾値に基づき算出した距離等が比較的短い基準距離等より長いとの条件が成立する場合にその距離等を有効値とし、当該条件が成立しない場合はその距離等を無効値とする請求項１に記載の距離測定装置である。
　請求項４記載の発明は、前記信号処理手段は、前記比較的高い閾値に基づき距離等が算出できた場合において、当該比較的高い閾値に基づき算出した距離等が比較的短い基準距離等より長いとの条件が成立しない場合は前記信号の伝搬経路上の窓材に汚れが付着しているおそれを報知する窓汚れ報知信号を出力する請求項３に記載の距離測定装置である。
　請求項５記載の発明は、前記受信信号検出手段として複数のコンパレーターを有する請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の距離測定装置である。
　請求項６記載の発明は、前記信号処理手段は、前記受信信号検出手段の前記閾値を変更設定可能とされた請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の距離測定装置である。
　本発明によれば、所定の基準距離等までの距離等を無効値とするので、近距離の物体として誤検出され得る態様のノイズ（主に内部ノイズ）の影響を回避して物体までの距離を高精度に測定することができる。所定の近距離を無効化することで閾値を低くしてもノイズを拾いにくいから、低い閾値を用いて遠距離や低輝度の物体までの距離を高精度に測定することができる。
　また、受信タイミングを算出するために複数の閾値を設ける場合は、より低い閾値に対してより長い基準距離等を設けることで、近距離の物体として誤検出され得るノイズの影響を、より精巧に回避することができるとともに、複数の閾値を適宜に選択又は組み合わせて用いることで近距離から遠距離、高輝度から低輝度の物体までの距離を高精度に測定することができる。
本発明の一実施形態に係る距離測定装置のブロック図である。 本発明の他の一実施形態に係る距離測定装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る距離測定装置において受信する一例の受信信号の波形図である。 本発明の一実施形態に係る距離測定装置において検出する一例の検出信号の波形図である。 本発明の一実施形態に係る距離測定装置において検出する一例の検出信号の波形図である。 本発明の一実施形態に係る距離測定装置において受信する一例の受信信号の波形図である。 本発明の一実施形態に係る距離測定装置において検出する一例の検出信号の波形図である。 本発明の一実施形態に係る距離測定装置における処理を示すフローチャートである。 比較例の受信信号の波形図である。 比較例の受信信号の波形図である。 本発明の一実施形態において距離を有効とする範囲を実線で示すチャートである。
　以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
　本実施形態の距離測定装置１Ａ，１Ｂは、図１又は図２に示す構成要素を備えて構成される。図１はコンパレーターを単数有する構成のブロック図、図２はコンパレーターを複数有する構成のブロック図である。コンパレーターの数以外は共通である。
　図１又は図２に示すように本実施形態の距離測定装置１Ａ，１Ｂは、信号処理手段１０と、駆動回路１１と、発光素子１２と、光学部品１３と、窓材１４と、受光素子１５と、ＩＶ変換回路１６と、増幅回路１７と、ハイパスフィルター１８と、コンパレーター１９と、ＤＡコンバーター２０とを備える。
　発光素子１２は発信手段の要部を構成する。本実施形態では発光素子１２としてレーザーダイオードが適用される。信号処理手段１０の制御に従い駆動回路１１が発光素子１２に駆動電流を印加し、発光素子１２がパルス発光して信号を発信する。発光素子１２が発信した信号は、レンズ、走査ミラー等の光学部品１３さらに窓材１４を介して外部に出射される。但し、発信されたレーザー光の一部は、光学部品１３、窓材１４で散乱光となり外部に出射されず、内部ノイズとして受光素子１５に入ってくるものもあり得る。
　受光素子１５は受信手段の要部を構成する。本実施形態では受光素子１５としてアバランシェ・フォト・ダイオードが適用される。
　受光素子１５は、発光素子１２が発信し物体に反射した信号を受信してその受信強度に応じた受信信号を出力する。受光素子１５が出力する受信信号は、ＩＶ変換回路１６で電圧信号に変換され、増幅回路１７で増幅され、ハイパスフィルター１８を通って、コンパレーター１９に入力される。ハイパスフィルター１８は信号の周波数より低周波の外乱を除去する。
　図３Ａ及び図４Ａに受信信号の一例が示される。信号Ｓ１は、比較的高輝度の物体に反射した信号の受信信号である。信号Ｓ２は、比較的低輝度の物体に反射した信号の受信信号である。信号Ｓ３は、比較的近距離にある物体に反射した信号の理想信号Ｒ１と、近距離の物体として誤検出され得るノイズＮ１とが一体に繋がった受信信号である。近距離の物体として誤検出され得るノイズＮ１は、主に上述した散乱光による内部ノイズに原因する。
　コンパレーター１９は受信信号検出手段を構成する。コンパレーター１９は２つのチャンネルを有し、図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂに示すように一方のチェンネル（略号ｃｈ１）に比較的高い閾値Ｈが設定され、他方のチャンネル（略号ｃｈ２）に比較的低い閾値Ｌが設定されている。信号処理手段１０は閾値Ｈ，Ｌを、ＤＡコンバーター２０を介して変更設定可能である。閾値Ｌは、ランダムに載る太陽光ノイズ・電源ノイズ、発光直後のレーザノイズ等より大きなレベルになる値に設定する。例えば、５００ｍＶである。閾値Ｈは、上述した散乱光による内部ノイズより大きく、閾値Ｌより高い値に設定する。また、ノイズＮ１は、窓材１４に汚れが付着していると高まるので、これを検出できるように閾値Ｈを設定する。例えば、２５００ｍＶである。
　コンパレーター１９のｃｈ１は、図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂに示すように閾値Ｈを超えている時と、超えていない時とを識別するデジタル信号Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈを出力する。コンパレーター１９のｃｈ２は、図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂに示すように閾値Ｌを超えている時と、超えていない時とを識別するデジタル信号Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌを出力する。
　信号処理手段１０としては、ＦＰＧＡ（英: field-programmable gate array）などの集積回路が適用される。本実施形態ではＦＰＧＡとする。
　以下に本実施形態の距離測定装置１Ａ，１Ｂにおける処理につき図５のフローチャートを参照して説明する。
　まず、信号処理手段１０は、駆動回路１１に制御信号を出力し、発光素子１２をレーザー発光させて信号を発信させ、当該信号の発信タイミングを基準に計時を開始する（ステップＰ１）。発光素子１２が発信した信号は、レンズ、走査ミラー等の光学部品１３さらに窓材１４を介して外部に出射される。
　受光素子１５は、発光素子１２が発信し物体に反射した信号を受信してその受信強度に応じた受信信号を出力する（ステップＰ２）。
　受光素子１５が出力する受信信号が、ＩＶ変換回路１６、増幅回路１７、ハイパスフィルター１８を介してコンパレーター１９に入力される（ステップＰ３）。
　コンパレーター１９のｃｈ１は、入力された受信信号が閾値Ｈを超えていない時（ステップＰ４でＮＯ）、検知せず（ステップＰ５，図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂの縦軸で「０」）、超えている時（ステップＰ４でＹＥＳ）、一定範囲の電圧レベルの変換し（ステップＰ６，図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂの縦軸で「１」を示すレベルに変換）、以上によるデジタル信号（Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ）を信号処理手段１０に入力する。
　コンパレーター１９のｃｈ２は、入力された受信信号が閾値Ｌを超えていない時（ステップＰ７でＮＯ）、検知せず（ステップＰ８，図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂの縦軸で「０」）、超えている時（ステップＰ７でＹＥＳ）、一定範囲の電圧レベルの変換し（ステップＰ９，図３Ｂ，図３Ｃ及び図４Ｂの縦軸で「１」を示すレベルに変換）、以上によるデジタル信号（Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌ）を信号処理手段１０に入力する。
　信号処理手段１０ではコンピュータープログラムが実行されることにより以下の処理が実行される。
　ステップＰ１０において信号処理手段１０は、閾値Ｈで生成されたデジタル信号（Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ）に基づき、受光素子１５が信号を受信した受信タイミングを算出する。さらに信号処理手段１０は、当該受信タイミングを基準に計時を終了することで得られる信号の物体を経由した発光素子１２から受光素子１５までの伝搬時間に基づき物体までの距離を算出する。信号Ｓ１Ｈに基づき算出した受信タイミングを「Ｓ１Ｈｇ」と表記する。同様に信号Ｓ２Ｈに基づき算出した受信タイミングを「Ｓ２Ｈｇ」、信号Ｓ３Ｈに基づき算出した受信タイミングを「Ｓ３Ｈｇ」と表記する。なお、図３Ｃの場合、信号Ｓ２Ｈは閾値Ｈを超えないので受信タイミングＳ２Ｈｇは存在しない。
　また、ステップＰ１０において信号処理手段１０は、閾値Ｌで生成されたデジタル信号（Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌ）に基づき、受光素子１５が信号を受信した受信タイミングを算出する。さらに信号処理手段１０は、当該受信タイミングを基準に計時を終了することで得られる信号の物体を経由した発光素子１２から受光素子１５までの伝搬時間に基づき物体までの距離を算出する。信号Ｓ１Ｌに基づき算出した受信タイミングを「Ｓ１Ｌｇ」と表記する。同様に信号Ｓ２Ｌに基づき算出した受信タイミングを「Ｓ２Ｌｇ」、信号Ｓ３Ｌに基づき算出した受信タイミングを「Ｓ３Ｌｇ」と表記する。
　本実施形態のステップＰ１０においては、受信信号が立ち上がり時に閾値と交差するタイミングと、受信信号が立ち下がり時に閾値と交差するタイミングとの中間点（平均値）を受信タイミングとする算出方法に従う。
　図３Ａ－図３Ｃ，図４Ａ，図４Ｂにおいて、横軸の原点「０」は計時開始タイミングで、原点「０」から各受信タイミングまでの時間が、計時開始（発信）から受信までにかかった時間に相当するとともに、これを反射した物体までの距離に変換することができる。
　信号処理手段１０は、閾値Ｈで生成されたデジタル信号（Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ）に基づき算出した距離が第一の基準距離Ｄ１より遠いとの条件が成立する場合（ステップＰ１１でＹＥＳ）にその距離を有効値とする（ステップＰ１３）。当該条件が成立しない場合（ステップＰ１１でＮＯ）はその距離を無効値とする（ステップＰ１２）。また、ステップＰ１１でＮＯの場合は、窓材１４に汚れが付着しているおそれを報知する窓汚れ報知信号を出力する（ステップＰ１２）。
　信号処理手段１０は、閾値Ｌで生成されたデジタル信号（Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌ）に基づき算出した距離が第一の基準距離Ｄ１より遠いとの条件が成立する場合（ステップＰ１４でＹＥＳ）に、ステップＰ１６に処理を移行する。
　信号処理手段１０は、閾値Ｌで生成されたデジタル信号（Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌ）に基づき算出した距離が第二の基準距離Ｄ２より遠いとの条件が成立する場合（ステップＰ１６でＹＥＳ）にその距離を有効値とする（ステップＰ１８）。以上のステップＰ１４で及びステップＰ１６でＮＯの場合、その距離を無効値とする（ステップＰ１５，Ｐ１７）。判断処理がステップＰ１３及びステップＰ１８の少なくともいずれか一方又は双方に至った場合、以下に説明するように有効値に基づき測定距離を出力する。
　ここで、閾値の設定数、基準距離の有無、設定数についての各態様につき、その技術的効果の相違を説明する。要点を表１にまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　まず、図６，図７に示す比較例１につき説明する。
　比較例１は、閾値を１つ設定し、基準距離を設定しない構成である。
　このような条件の比較例１にあっては、図６に示すように閾値ＴｈをノイズＮ１より高く設定せざるを得ない。そのため、ノイズＮ１と同程度までの信号強度にしかならない遠距離にある低輝度の物体から信号Ｓ２は検出されず、同物体までの距離測定は行えない。遠距離にある高輝度の物体からの信号Ｓ１は検出でき、同物体までの距離測定は行える。
　しかし、１つの閾値Ｔｈに基づく少ない情報により受信タイミングを算出するため、距離測定の精度は良くない。
　また、図７に示すように比較的近距離にある物体に反射した信号の理想信号Ｒ１は、ノイズＮ１と一体に連続してしまい、実際には信号Ｓ３が受信される。この場合、比較例１にあっては、閾値Ｔｈで生成したデジタル信号に基づく受信タイミングＳ３ｇは、理想信号Ｒ１の真の受信タイミングＲ１ｇより早まってしまい、距離測定に狂いを生じさせる。
　また、比較例１では、窓汚れを判断する基準を持てない。
　比較例２は、閾値を複数設定し、基準距離を設定しない構成である。
　このような条件の比較例２にあっては、比較例１と同様に、ノイズＮ１と同程度までの信号強度にしかならない遠距離にある低輝度の物体からの信号Ｓ２を、ノイズＮ１と分別して検出することはできず、その結果、同物体までの距離測定を行えない。
　比較例２にあっては、遠距離にある高輝度の物体に関しては、多くの情報に基づき受信タイミングを演算することができ、距離測定の高精度化を図ることができる。
　比較例２にあっては、比較的高い閾値に基づく情報を用いることで真の受信タイミングＲ１ｇに近い受信タイミングＳ３ｇを算出できる可能性はあるが、理想信号Ｒ１とノイズＮ１との重なり具合、大きさの相対性により許容できない誤差が生じる可能性があるとともに、許容できるか否かを判断する基準を明確にすることが難しい。
　また、比較例２では、窓汚れを判断する基準を持てない。
　本発明例１は、閾値を複数設定し、基準距離を１つ設定する構成である。これは、上述した第一の基準距離Ｄ１のみを設定した構成に相当し、図５のフローチャートにおいてステップＰ１６，Ｐ１７を省き、ステップＰ１４のＹＥＳをステップＰ１８に繋いだ処理を実行する構成に相当する。
　このような本発明例１にあっては、遠距離にある低輝度の物体に関しては、少なくとも一つの比較的低い閾値Ｌで検出信号は得られ、第一の基準距離Ｄ１でノイズＮ１と分別し、第一の基準距離Ｄ１より遠い場合に同閾値Ｌでの算出距離を有効値とするから、距離測定を行うことができる。検出信号が１つの閾値でしか得られなかった場合は、その閾値で生成したデジタル信号に基づく距離（ステップＰ１４の判断に用いた距離）を測定距離として出力する。
　本発明例１にあっては、遠距離にある高輝度の物体に関しては、多くの情報に基づき受信タイミングを演算することができ、距離測定の高精度化を図ることができる。
　本発明例１にあっては、受信タイミングＳ３Ｌｇに対応する距離が第一の基準距離Ｄ１より遠いとの条件が成立すれば、この距離を有効値とする。本発明例１にあっては、受信タイミングＳ３Ｈｇに対応する距離が第一の基準距離Ｄ１より遠いとの条件が成立すれば、この距離を有効値とする。すべての有効値に基づき測定距離を算出し出力する場合、受信タイミングＳ３Ｌｇに対応する距離に誤差が多く含まれるときには、最終的に出力する測定距離に許容できない誤差が生じる可能性があるとともに、許容できるか否かを判断する基準を明確にすることが難しい。
　本発明例１では、窓汚れを判断できる（ステップＰ１２）。
　本発明例２は、閾値を複数設定し、基準距離を複数設定する構成である。これは、上述した第一の基準距離Ｄ１、第二の基準距離Ｄ２を設定した構成に相当し、図５のフローチャートに従う処理を実行する構成に相当する。
　このような本発明例２にあっては、遠距離にある低輝度の物体に関しては、少なくとも一つの比較的低い閾値Ｌで検出信号は得られ、第二の基準距離Ｄ２でノイズＮ１と分別し、第二の基準距離Ｄ２より遠い場合に同閾値Ｌでの算出距離を有効値とするから、距離測定を行うことができる。検出信号が１つの閾値でしか得られなかった場合は、その閾値で生成したデジタル信号に基づく距離（ステップＰ１４，Ｐ１６の判断に用いた距離）を測定距離として出力する。
　本発明例２にあっては、遠距離にある高輝度の物体に関しては、多くの情報に基づき受信タイミングを演算することができ、距離測定の高精度化を図ることができる。
　本発明例２にあっては、受信タイミングＳ３Ｌｇに対応する距離が第二の基準距離Ｄ２より遠いとの条件が成立すれば、この距離を有効値とする。本発明例２にあっては、受信タイミングＳ３Ｈｇに対応する距離が第一の基準距離Ｄ１より遠いとの条件が成立すれば、この距離を有効値とする。すべての有効値に基づき測定距離を算出し出力する場合でも、図４Ａ，図４Ｂに示すように受信タイミングＳ３Ｌｇに対応する距離は第二の基準距離Ｄ２より遠くないので無効値とされ、最終的に出力する測定距離に影響せず、受信タイミングＳ３Ｈｇに対応する距離を有効値として扱う。検出信号が１つの閾値でしか得られなかった場合は、その閾値で生成したデジタル信号に基づく距離（ステップＰ１１の判断に用いた距離）を測定距離として出力する。
　本発明例１では、窓汚れを判断できる（ステップＰ１２）。
　以上のように本実施形態の距離測定装置１Ａ，１Ｂによれば、各閾値で生成したデジタル信号に基づき算出した各距離につき、所定の基準距離Ｄ１までの距離を無効値とするので、近距離の物体として誤検出され得る態様のノイズＮ１の影響を回避して物体までの距離を高精度に測定することができる。所定の近距離を無効化することで閾値を低くしても近距離ノイズを拾いにくいから、低い閾値を用いて遠距離や低輝度の物体までの距離を高精度に測定することができる。
　また、受信タイミングを算出するために複数の閾値を設ける本実施形態の距離測定装置１Ａ，１Ｂによれば、より低い閾値に対してより遠い基準距離を設けることで、近距離の物体として誤検出され得るノイズの影響を、より精巧に回避することができるとともに、複数の閾値を適宜に選択又は組み合わせて用いることで近距離から遠距離、高輝度から低輝度の物体までの距離を高精度に測定することができる。
　以上の実施形態においては説明の簡単のため２つの閾値Ｈ，Ｌ及び２つの基準距離Ｄ１，Ｄ２のみを示したが、閾値及び基準距離のそれぞれを３以上に増やして多段的に、より精巧に有効値、無効値の判断を行ってよい。その場合、図８に示すように、閾値Ｔｈ１に基づき算出される距離は基準距離Ｄ１より右に延びる実線範囲にある時これを有効とし、閾値Ｔｈ２に基づき算出される距離は基準距離Ｄ２より右に延びる実線範囲にある時これを有効とし、閾値Ｔｈ３に基づき算出される距離は基準距離Ｄ３より右に延びる実線範囲にある時これを有効とし、・・・といった要領で実施する（Ｔｈ１＞Ｔｈ２＞Ｔｈ３＞Ｔｈ４＞Ｔｈ５・・・，Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ５・・・）。さらに基準距離が共通である複数の閾値を設けることで、得られる有効値を増加させることにより距離測定の高精度化を図ってもよい。多数の閾値が必要になる場合、図２の距離測定装置１Ｂのように複数のコンパレーターを実装し、各コンパレーターに異なる閾値を設定することで実現できる。
　なお、複数の有効値が得られた場合は、そのうち最も高い閾値によるものを選択するなどの選択、各有効値を重みづけして組み合わせるなどの組み合わせ、さらには複数を選択してそれらを組み合わせることによって、測定距離の高精度化を図ることができるが、その算出方式は特に限定されるものではない。
　以上の実施形態においては、各閾値で生成したデジタル信号に基づき算出した距離につき、有効値、無効値の判断を行った後、距離の有効値に基づき測定距離を算出したが、各閾値で生成したデジタル信号に基づき算出した伝搬時間につき、有効値、無効値の判断を行った後、伝搬時間の有効値に基づき測定距離を算出してもよい。すなわち、最終的に測定距離を算出するにしても、途中のどの段階で伝搬距離から距離に変換するステップを入れるかは任意であり、本発明の本質に拘わることではない。
　本発明は、距離測定装置に利用することができる。
１Ａ，１Ｂ 距離測定装置
１０ 信号処理手段
１１ 駆動回路
１２ 発光素子
１３ 光学部品
１４ 窓材
１５ 受光素子
１６ ＩＶ変換回路
１７ 増幅回路
１８ ハイパスフィルター
１９ コンパレーター
２０ ＤＡコンバーター
Ｄ１‐Ｄ５ 基準距離
Ｈ 閾値
Ｌ 閾値
Ｎ１ ノイズ
Ｒ１ 理想信号
Ｒ１ｇ 受信タイミング
Ｓ１ 受信信号
Ｓ２ 受信信号
Ｓ３ 受信信号
Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ デジタル信号（検出信号）
Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌ デジタル信号（検出信号）
Ｓ１Ｈｇ 受信タイミング
Ｓ１Ｌｇ 受信タイミング
Ｓ２Ｌｇ 受信タイミング
Ｓ３Ｈｇ 受信タイミング
Ｓ３Ｌｇ 受信タイミング
Ｔｈ 閾値
Ｓ３ｇ 受信タイミング

Claims (6)

  1. 信号を発信する発信手段と、
    前記発信手段が発信し物体に反射した前記信号を受信してその受信強度に応じた受信信号を出力する受信手段と、
    前記受信手段の出力する受信信号が、所定の信号強度の閾値を超えている時と、超えていない時とを識別するデジタル信号を出力する受信信号検出手段と、
    前記発信手段による前記信号の発信を制御するとともにその発信タイミングを基準に計時を開始し、前記検出手段が出力するデジタル信号に基づき前記信号を前記受信手段が受信した受信タイミングを算出し、当該受信タイミングを基準に計時を終了することで得られる前記信号の前記物体を経由した前記発信手段から前記受信手段までの伝搬時間に基づき前記物体までの距離を算出する信号処理手段と、を備え、
    前記信号処理手段は、伝搬時間又は距離である距離等につき、算出した距離等が所定の基準距離等より長いとの条件が成立する場合にその距離等を有効値とし、当該条件が成立しない場合はその距離等を無効値とする距離測定装置。
  2. 前記受信信号検出手段に高低差のある複数の前記閾値が設定され、
    前記信号処理手段は、
    比較的高い閾値に基づき距離等が算出できた場合において、当該比較的高い閾値に基づき算出した距離等が所定の基準距離等より長いとの条件が成立しない場合は前記信号の伝搬経路上の窓材に汚れが付着しているおそれを報知する窓汚れ報知信号を出力する請求項１に記載の距離測定装置。
  3. 前記受信信号検出手段に高低差のある複数の前記閾値が設定され、前記信号処理手段に長短差のある複数の基準距離等が設定され、
    前記信号処理手段は、
    比較的低い閾値に基づき算出した距離等が比較的長い基準距離等より長いとの条件が成立する場合にその距離等を有効値とし、当該条件が成立しない場合はその距離等を無効値とし、
    比較的高い閾値に基づき算出した距離等が比較的短い基準距離等より長いとの条件が成立する場合にその距離等を有効値とし、当該条件が成立しない場合はその距離等を無効値とする請求項１に記載の距離測定装置。
  4. 前記信号処理手段は、前記比較的高い閾値に基づき距離等が算出できた場合において、当該比較的高い閾値に基づき算出した距離等が比較的短い基準距離等より長いとの条件が成立しない場合は前記信号の伝搬経路上の窓材に汚れが付着しているおそれを報知する窓汚れ報知信号を出力する請求項３に記載の距離測定装置。
  5. 前記受信信号検出手段として複数のコンパレーターを有する請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の距離測定装置。
  6. 前記信号処理手段は、前記受信信号検出手段の前記閾値を変更設定可能とされた請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の距離測定装置。
PCT/JP2017/022603 2016-06-21 2017-06-20 距離測定装置 WO2017221909A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/309,030 US11397251B2 (en) 2016-06-21 2017-06-20 Distance measuring device
JP2018524099A JPWO2017221909A1 (ja) 2016-06-21 2017-06-20 距離測定装置
EP17815377.1A EP3474034B1 (en) 2016-06-21 2017-06-20 Distance measuring device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016122227 2016-06-21
JP2016-122227 2016-06-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017221909A1 true WO2017221909A1 (ja) 2017-12-28

Family

ID=60783320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/022603 WO2017221909A1 (ja) 2016-06-21 2017-06-20 距離測定装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11397251B2 (ja)
EP (1) EP3474034B1 (ja)
JP (1) JPWO2017221909A1 (ja)
WO (1) WO2017221909A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210199764A1 (en) * 2018-05-22 2021-07-01 Zoox, Inc. Lidar ring lens return filtering
JP2021169944A (ja) * 2020-04-15 2021-10-28 株式会社デンソー 光測距装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3477339A4 (en) * 2016-06-27 2019-05-15 Sony Corporation DISTANCE MEASURING DEVICE AND DISTANCE MEASURING METHOD
JP2019027843A (ja) * 2017-07-27 2019-02-21 セイコーエプソン株式会社 回路装置、物理量測定装置、電子機器及び移動体
US11385335B2 (en) * 2018-12-07 2022-07-12 Beijing Voyager Technology Co., Ltd Multi-threshold LIDAR detection
DE102019123207A1 (de) * 2019-08-29 2021-03-04 Claas Selbstfahrende Erntemaschinen Gmbh Verfahren zur Signalauswertung von Signalen eines Entfernungsmessers

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003114277A (ja) * 2001-10-04 2003-04-18 Nissan Motor Co Ltd 車間距離計測装置
JP2011128112A (ja) * 2009-12-21 2011-06-30 Denso Wave Inc レーザレーダ装置
JP5439684B2 (ja) * 2009-07-17 2014-03-12 オプテックス株式会社 レーザスキャンセンサ
US20150268331A1 (en) * 2012-11-08 2015-09-24 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Scanning optoelectronic detection device having a detection threshold, motor vehicle and corresponding method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1281017B1 (it) * 1995-11-07 1998-02-11 Magneti Marelli Spa Sistema di telerilevamento ottico anticollisione per veicoli.
JP3635166B2 (ja) 1995-12-27 2005-04-06 株式会社デンソー 距離測定方法及び距離測定装置
JP2000356677A (ja) * 1999-06-15 2000-12-26 Topcon Corp 距離の測定装置と距離測定方法
CN1503914A (zh) * 2001-04-25 2004-06-09 ������������ʽ���� 测距装置、测距方法及光电转换电路
JP2012159330A (ja) * 2011-01-31 2012-08-23 Sanyo Electric Co Ltd レーザレーダ
JP5741508B2 (ja) 2011-07-05 2015-07-01 株式会社デンソー 距離，速度測定装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003114277A (ja) * 2001-10-04 2003-04-18 Nissan Motor Co Ltd 車間距離計測装置
JP5439684B2 (ja) * 2009-07-17 2014-03-12 オプテックス株式会社 レーザスキャンセンサ
JP2011128112A (ja) * 2009-12-21 2011-06-30 Denso Wave Inc レーザレーダ装置
US20150268331A1 (en) * 2012-11-08 2015-09-24 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Scanning optoelectronic detection device having a detection threshold, motor vehicle and corresponding method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3474034A4 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210199764A1 (en) * 2018-05-22 2021-07-01 Zoox, Inc. Lidar ring lens return filtering
US11733354B2 (en) * 2018-05-22 2023-08-22 Zoox, Inc. LIDAR ring lens return filtering
JP2021169944A (ja) * 2020-04-15 2021-10-28 株式会社デンソー 光測距装置
JP7306310B2 (ja) 2020-04-15 2023-07-11 株式会社デンソー 光測距装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2017221909A1 (ja) 2019-04-11
EP3474034A1 (en) 2019-04-24
EP3474034B1 (en) 2023-05-24
US20190178996A1 (en) 2019-06-13
EP3474034A4 (en) 2019-06-19
US11397251B2 (en) 2022-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017221909A1 (ja) 距離測定装置
US10775507B2 (en) Adaptive transmission power control for a LIDAR
US11346952B2 (en) Systems and methods for light detection and ranging
US20130027715A1 (en) Laser radar system
CN108303690B (zh) 一种消除激光雷达盲区的测距方法及测距系统
JP2008267920A (ja) レーザ測距装置およびレーザ測距方法
CN207601308U (zh) 一种激光测距装置
US10754013B2 (en) Method and control unit for controlling an emitted light output of a light source of an optical sensor system
JP2014142340A (ja) 光電センサおよび監視領域内の物体の検出方法
GB2275841A (en) Optoelectric distance measuring equipment
JP2008275379A (ja) レーザ測距装置およびレーザ測距方法
CN101922918B (zh) 环境光自适应位移测量装置及其测量方法
US20230288538A1 (en) Laser receiving system and laser ranging system
CN112666566A (zh) 激光雷达测距方法、装置、电子设备及存储介质
JP2012068038A (ja) 光測距装置
CN111164458B (zh) 确定lidar传感器的最大范围
KR20180096332A (ko) 거리 측정 방법
US20230314572A1 (en) Photoelectric sensor and optical rangefinder
JP6399971B2 (ja) レーザレーダ装置
JP7003949B2 (ja) 光測距装置
US11415682B1 (en) Lidar receiver system with ambient-light compensation and threshold adjustment
CN201748900U (zh) 环境光自适应位移测量装置
CN112782672A (zh) 激光雷达接收端组件、其故障诊断方法以及激光雷达
JP7131181B2 (ja) 距離測定装置
EP3812794A1 (en) Distance measuring method and distance measuring device

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018524099

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17815377

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017815377

Country of ref document: EP

Effective date: 20190121