WO2020189174A1 - ライダー装置 - Google Patents

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裕一 竹内
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    • 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
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    • G01S17/34—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • 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

Definitions

  • This disclosure relates to a rider device.
  • a lidar (LIDAR: Light Detection and Ringing) device that detects the presence position of an object by emitting laser light and measuring the time until the reflected light reflected by the object is received is known (for example, See Patent Document 1).
  • this type of rider device there is a request to improve the S / N ratio in order to improve the maximum detection distance.
  • this type of lidar device detects an object by using a laser beam having a wavelength close to the wavelength band of sunlight (for example, about 500 nm to 2000 nm), S is caused by ambient light such as sunlight.
  • the / N ratio may deteriorate significantly.
  • the present disclosure has been made in view of the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a rider device capable of ensuring a high S / N ratio even in an environment where ambient light is present.
  • a floodlight that emits laser light and A light receiving unit that generates a received signal by receiving the reflected light reflected by the object from the laser light.
  • a scanning unit that has a reflecting material that reflects the laser light emitted from the light projecting unit and scans a predetermined area with the laser light by driving the reflecting material.
  • Signal processing that generates a chirp-like time-varying high-frequency signal that drives the light projecting unit and measures the distance from the lidar device to the object according to the FMCW method based on the received signal acquired from the light receiving unit.
  • Department and It is a rider device equipped with.
  • the rider device According to the rider device according to the present disclosure, it is possible to secure a high S / N ratio even in an environment where ambient light is present.
  • the figure which shows the whole structure of the rider device which concerns on one Embodiment The figure which shows the schematic structure of the light emitting part, the light receiving part, and the scanning part of the lidar device which concerns on one Embodiment.
  • the figure which shows the mode of scanning in the scanning part which concerns on one Embodiment The figure which shows the structure of the scanning part which concerns on the modification
  • the figure which shows the structure of the light receiving sensor which concerns on one Embodiment The figure which shows the structure of the signal processing part which concerns on one Embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of the rider device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a light emitting unit 200, a light receiving unit 300, and a scanning unit 400 of the rider device 1 according to the present embodiment.
  • the rider device 1 includes a signal processing unit 100, a light emitting unit 200, a light receiving unit 300, and a scanning unit 400.
  • the light projecting unit 200 includes a laser light source 210 that emits laser light L, and a collimator lens 220 that converts laser light L emitted from the laser light source 210 into parallel light rays (see FIG. 2).
  • the laser light L emitted by the laser light source 210 has a wavelength band of 1400 nm or more and 2000 nm or less (so-called eye safe band wavelength). Near-infrared rays of the eye-safe band wavelength have a large threshold intensity that causes damage to the eyes. Therefore, it is possible to emit high-intensity laser light L from the laser light source 210.
  • the laser light source 210 continuously emits the laser light L while changing the radiation frequency of the laser light L in time based on the drive signal output from the signal processing unit 100 (see FIG. 7 described later). ..
  • the radiation frequency of the laser light L emitted by the laser light source 210 is controlled so as to change with time in a chirp shape. That is, the laser light source 210 emits the FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) type laser beam L.
  • FMCW Frequency Modulated Continuous Wave
  • the laser light source 210 is preferably a semiconductor laser or a fiber laser from the viewpoint of being compact and capable of high output.
  • the semiconductor laser it is desirable to use an end face emission method or a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER). Since the VCSEL can emit a laser beam L having a small beam diameter due to its configuration, it is possible to adopt a configuration in which the collimating lens 220 is not used when the VCSEL is used.
  • the fiber laser for example, an erbium fiber laser can be mentioned.
  • the laser light L emitted from the laser light source 210 is collimated by the collimator lens 220, converted into parallel light rays, and emitted to the scanning unit 400.
  • the scanning unit 400 has a reflector 410 that reflects the laser beam L emitted from the light projecting unit 200, and by driving the reflector 410, the laser beam L causes a predetermined region (hereinafter, “measurement target region”). Also referred to as). That is, the scanning unit 400 widens the angle at which light can be projected and received, and enables light projection and light reception over a wide range.
  • the reflective material 410 for example, a polygon mirror, a MEMS mirror, or the like is used.
  • FIG. 3 is a diagram showing a mode of scanning in the scanning unit 400 according to the present embodiment.
  • a polygon mirror is used as the reflective material 410 according to the present embodiment.
  • the scanning unit 400 rotates the reflector 410 around the shaft member 420, so that the laser light L emitted from the light projecting unit 200 is reflected by the reflector 410. Then, the direction of being sent out to the outside of the lidar device 1 (hereinafter, referred to as "the direction of sending the laser beam L") is changed with time. As a result, the scanning unit 400 shifts the transmission direction of the laser beam L so as to scan the measurement target area.
  • FIG. 3 shows an embodiment in which the transmission direction of the laser beam L is shifted along the scanning direction D1 by rotating the reflective material 410.
  • the reflected light S in which the laser light L is reflected by the object 500 reaches the light receiving unit 300 via the reflector 410 in substantially the same path as the laser light L emitted from the light projecting unit 200.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a scanning unit 400 according to a modified example.
  • FIG. 4 shows an embodiment in which a MEMS mirror is used as the reflective material 410.
  • the scanning unit 400 according to the modified example changes the sending direction of the laser beam L in time by rotating the angle of the flat plate-shaped reflector 410 around the shaft member 420.
  • the scanning unit 400 has a configuration in which the reflector 410 is driven to perform laser scanning, laser scanning is performed over a wide range as compared with the mode of laser scanning by electronic scanning. It is possible.
  • the light receiving unit 300 is a light receiving sensor 310 in which the laser light L receives the reflected light S reflected by the object 500 to generate a received signal, and the light receiving sensor 310 receives the reflected light S reflected by the laser light L in the object 500.
  • a condensing lens 320 that collects light on the light receiving surface 310s is provided.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the light receiving sensor 310 according to the present embodiment.
  • the light receiving sensor 310 generates a received signal by receiving the reflected light S reflected by the object 500 by the laser light L transmitted from the scanning unit 400.
  • the light receiving surface 310s of the light receiving sensor 310 is formed by arranging a plurality of light receiving elements 311 in an array from the viewpoint of increasing the spatial resolution.
  • the light receiving element 311 is, for example, a photodiode or a phototransistor.
  • the light receiving element 311 is typically made of a material having sensitivity to laser light in a wavelength band of 1400 nm or more and 2000 nm or less so as to correspond to the wavelength band of the laser light L emitted from the light projecting unit 200. ..
  • a SiGe light receiving element is used as the light receiving element 311 from the viewpoint of ensuring high light receiving sensitivity and good response characteristics.
  • the light receiving element 311 is an avalanche type SiGe light receiving element formed by laminating an amplification layer containing silicon and an absorption layer containing germanium on a substrate in this order. Suitable. This makes it possible to secure a high S / N ratio. Further, as a result, unlike the conventionally known InGaAs light receiving element or the like, it is possible to produce a silicon wafer having a large wafer size, and a monolithic device can be configured in the silicon wafer together with other circuit components. ..
  • the avalanche type SiGe light receiving element refer to Non-Patent Document 1, for example.
  • the light receiving element 311 an InGaAs light receiving element having sensitivity to laser light in a wavelength band of 1400 nm or more and 2000 nm or less, a Ge light receiving element, or the like may be used.
  • the signal processing unit 100 generates a chirp-like time-varying high-frequency signal that drives the light projecting unit 200, and based on the received signal acquired from the light receiving unit 300, the distance from the lidar device 1 to the object 500 according to the FMCW method. To measure. Then, the signal processing unit 100 generates a distance image related to the measurement target region scanned by the laser beam L based on the measurement data (for example, distance and reflection intensity) at each scanning position.
  • the measurement data for example, distance and reflection intensity
  • a TOF (time-of-flight) method has been used when detecting an object position.
  • a pulsed laser beam is emitted from the laser light source, and the laser beam emitted from the laser light source is generated based on a temporal change in the signal intensity of the received signal generated by the light receiving sensor.
  • the TOF method has a problem that it is easily affected by noise caused by ambient light contained in the received signal and a sufficient S / N ratio cannot be secured.
  • a light receiving element having a light receiving sensitivity in the eye safe wavelength band has a larger noise than a general Si light receiving element, so that the S / N ratio is lowered and the maximum detection distance required for the rider device cannot be realized. There is a risk.
  • the rider device 1 measures the distance from itself to the object 500 by the FMCW method in order to suppress the deterioration of the S / N ratio due to the ambient light, and generates a distance image.
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the signal processing unit 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a high frequency signal generated by the signal processing unit 100 according to the present embodiment.
  • the solid line represents the drive signal for driving the light projecting unit 200
  • the dotted line represents the received signal generated by the light receiving unit 300.
  • the signal processing unit 100 includes, for example, an oscillator 101, a distributor 102, a mixer 103, a filter 104, and a calculation unit 105.
  • the oscillator 101 generates a high-frequency signal for driving the light projecting unit 200.
  • the distributor 102 distributes the high frequency signal generated by the oscillator 101 to a drive signal (that is, a signal transmitted to the light projecting unit 200) and a local signal (that is, a signal transmitted to the mixer 103).
  • the mixer 103 generates a beat signal by mixing the received signal acquired from the light receiving unit 300 with the local signal.
  • the filter 104 removes unnecessary signal components (typically high frequency components) from the beat signal generated by the mixer 103.
  • the calculation unit 105 controls the oscillator 101 so that the frequency of the high-frequency signal generated by the oscillator 101 changes with time in a chirp shape (see FIG. 7).
  • the high-frequency signal generated by the oscillator 101 is, for example, a chirp signal whose frequency monotonically increases in a predetermined frequency band over time, and the chirp signal is repeated in a predetermined period. There is.
  • the calculation unit 105 acquires the beat signal transmitted from the filter 104 and frequency-analyzes the beat signal. Then, the calculation unit 105 determines the time from the frequency of the beat signal (see fb in FIG. 7) until the laser light L emitted from the laser light source 210 is reflected by the object 500 and returned to the lidar device 1. (See ⁇ t in FIG. 7) is calculated, and the distance from the lidar device 1 to the object 500 is calculated based on this time.
  • the calculation unit 105 executes the same processing at each scanning position when the scanning unit 400 laser scans the measurement target area. At this time, it is desirable that the calculation unit 105 emits the laser beam L for at least one cycle of the chirp signal at each scanning position so that the beat signal can be appropriately detected at each scanning position. In other words, it is desirable that the scanning unit 400 changes the scanning position while providing a waiting time for at least one cycle of the chirp signal.
  • the calculation unit 105 After performing such laser scanning, the calculation unit 105 performs a distance image (also referred to as point group data) relating to the measurement target region scanned by the laser beam L based on the measurement data (for example, distance and reflection intensity) at each scanning position. To be generated).
  • a distance image also referred to as point group data
  • the measurement data for example, distance and reflection intensity
  • the arithmetic unit 105 is mainly composed of a well-known microcomputer, and is provided with an arithmetic processing unit (for example, DSP) for executing a fast Fourier transform (FFT) process or the like.
  • DSP arithmetic processing unit
  • FFT fast Fourier transform
  • Each function of the arithmetic unit 105 may be realized by processing by software, or may be realized by a dedicated hardware circuit.
  • the distance from the rider device 1 to the object 500 is measured by the FMCW method.
  • the FMCW method unlike the TOF method, the distance from the lidar device 1 to the object 500 is measured based on the frequency component included in the received signal.
  • the lidar device 1 As an example of the lidar device 1, a mode is shown in which a laser beam L having a wavelength band of 1400 nm or more and 2000 nm or less (near infrared rays having an eye-safe band wavelength) is used.
  • the lidar device 1 according to the present invention can also be applied to a laser beam L other than the eye-safe band wavelength, for example, a laser beam L having a wavelength band (infrared ray) of 700 nm or more and 1400 nm or less.
  • the light receiving element 311 for example, a light receiving element such as Si or Ge can be used.
  • the rider device According to the rider device according to the present disclosure, it is possible to secure a high S / N ratio even in an environment where ambient light is present.

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Abstract

本開示は、外乱光が存在する環境下においても、高いＳ／Ｎ比を確保し得るライダー装置を提供することを目的とする。　本開示に係るライダー装置（１）は、レーザー光（Ｌ）を出射する投光部（２００）と、レーザー光（Ｌ）が物体（５００）にて反射された反射光（Ｓ）を受光して受信信号を生成する受光部（３００）と、投光部（２００）から出射されたレーザー光（Ｌ）を反射する反射材（４１０）を有し、当該反射材（４１０）を駆動することで、レーザー光（Ｌ）により、所定領域を走査する走査部（４００）と、投光部（２００）を駆動するチャープ状に時間変化する高周波信号を生成すると共に、受光部（３００）から取得する受信信号に基づいて、ＦＭＣＷ方式に従って当該ライダー装置（１）から物体（５００）までの距離を測定する信号処理部（１００）と、を備える。

Description

ライダー装置
　本開示は、ライダー装置に関する。
　レーザー光を出射し、物体で反射された反射光を受光するまでの時間を計測することにより、物体の存在位置を検出するライダー（ＬＩＤＡＲ：Light Detection and Ranging）装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
　この種のライダー装置においては、最大検知距離を向上するため、Ｓ／Ｎ比を向上させる要請がある。特に、この種のライダー装置は、太陽光の波長帯域に近い波長のレーザー光（例えば、５００ｎｍ～２０００ｎｍ程度）を用いて、物体検出を行うため、太陽光等の外乱光に起因して、Ｓ／Ｎ比が顕著に悪化する場合がある。
　本開示は、上記問題点に鑑みてなされたもので、外乱光が存在する環境下においても、高いＳ／Ｎ比を確保し得るライダー装置を提供することを目的とする。
　前述した課題を解決する主たる本開示は、
　レーザー光を出射する投光部と、
　前記レーザー光が物体にて反射された反射光を受光して受信信号を生成する受光部と、
　前記投光部から出射された前記レーザー光を反射する反射材を有し、当該反射材を駆動することで、前記レーザー光により、所定領域を走査する走査部と、
　前記投光部を駆動するチャープ状に時間変化する高周波信号を生成すると共に、前記受光部から取得する前記受信信号に基づいて、ＦＭＣＷ方式に従って当該ライダー装置から前記物体までの距離を測定する信号処理部と、
　を備えるライダー装置である。
　本開示に係るライダー装置によれば、外乱光が存在する環境下においても、高いＳ／Ｎ比を確保することが可能である。
一実施形態に係るライダー装置の全体構成を示す図 一実施形態に係るライダー装置の投光部、受光部、及び走査部の概略構成を示す図 一実施形態に係る走査部における走査の態様を示す図 変形例に係る走査部の構成を示す図 一実施形態に係る受光センサの構成を示す図 一実施形態に係る信号処理部の構成を示す図 一実施形態に係る信号処理部が生成する高周波信号を示す図
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な一実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　図１は、本実施形態に係るライダー装置１の全体構成を示す図である。図２は、本実施形態に係るライダー装置１の投光部２００、受光部３００、及び走査部４００の概略構成を示す図である。
　ライダー装置１は、信号処理部１００、投光部２００、受光部３００、及び、走査部４００を備えている。
［投光部］
　投光部２００は、レーザー光Ｌを出射するレーザー光源２１０と、レーザー光源２１０から出射されたレーザー光Ｌを平行光線に変換するコリメーターレンズ２２０とを備える（図２を参照）。
　レーザー光源２１０が出射するレーザー光Ｌは、１４００ｎｍ以上で且つ２０００ｎｍ以下の波長帯域（いわゆるアイセーフ帯波長）であるのが望ましい。アイセーフ帯波長の近赤外線は、目に障害を発生させる閾値強度が大きい。そのため、レーザー光源２１０から高い強度のレーザー光Ｌを出射することが可能である。
　レーザー光源２１０は、信号処理部１００から出力される駆動信号に基づいて、レーザー光Ｌの放射周波数を時間的に変化させながら、連続的にレーザー光Ｌを出射する（後述する図７を参照）。レーザー光源２１０が出射するレーザー光Ｌの放射周波数は、チャープ状に時間変化するように制御される。即ち、レーザー光源２１０は、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式のレーザー光Ｌを出射する。
　レーザー光源２１０は、小型で且つ高出力が可能であるという観点から、半導体レーザー又はファイバーレーザーであることが望ましい。半導体レーザーとしては、端面発光方式又はＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）を用いることが望ましい。尚、ＶＣＳＥＬは、その構成上、ビーム径の小さいレーザー光Ｌを出射することが可能であるため、ＶＣＳＥＬを用いる場合には、コリメートレンズ２２０を使用しない構成をとることも可能である。又、ファイバーレーザーとしては、例えば、エルビウムファイバーレーザーが挙げられる。
　尚、コリメートレンズ２２０が必要なレーザー光源２１０の場合には、レーザー光源２１０から出射されたレーザー光Ｌは、コリメーターレンズ２２０でコリメートされ、平行光線に変換され、走査部４００に出射される。
［走査部］
　走査部４００は、投光部２００から出射されたレーザー光Ｌを反射する反射材４１０を有し、当該反射材４１０を駆動することで、レーザー光Ｌにより、所定領域（以下、「測定対象領域」とも称する）を走査する。即ち、走査部４００は、投光及び受光可能な角度を広げ、広範囲への投光及び受光を可能とする。
　反射材４１０としては、例えば、ポリゴンミラー又はＭＥＭＳミラー等が用いられる。
　図３は、本実施形態に係る走査部４００における走査の態様を示す図である。
　本実施形態に係る反射材４１０としては、ポリゴンミラーが用いられている。走査部４００は、図３に示すように、反射材４１０を、軸部材４２０を中心にして回動することによって、投光部２００から出射されたレーザー光Ｌが、当該反射材４１０にて反射して、ライダー装置１の外部に送出される方向（以下、「レーザー光Ｌの送出方向」と称する）を時間的に変化させる。これによって、走査部４００は、測定対象領域を走査するように、レーザー光Ｌの送出方向をシフトさせる。図３では、反射材４１０を回動させることによって、走査方向Ｄ１に沿って、レーザー光Ｌの送出方向をシフトさせている態様を示している。
　尚、レーザー光Ｌが物体５００で反射された反射光Ｓは、投光部２００から出射されたレーザー光Ｌと略同一の経路で、反射材４１０を介して、受光部３００に至る。
　図４は、変形例に係る走査部４００の構成を示す図である。図４には、反射材４１０としてＭＥＭＳミラーを用いた態様を示している。変形例に係る走査部４００は、平板形状の反射材４１０の角度を、軸部材４２０を中心にして回動させることによって、レーザー光Ｌの送出方向を時間的に変化させる。
　尚、本実施形態に係る走査部４００は、反射材４１０を駆動して、レーザー走査する構成を有するため、電子走査により、レーザー走査する態様と比較して、広範囲に亘ってレーザー走査を実行することが可能である。
［受光部］
　受光部３００は、レーザー光Ｌが物体５００で反射された反射光Ｓを受光して受信信号を生成する受光センサ３１０と、レーザー光Ｌが物体５００で反射された反射光Ｓを受光センサ３１０の受光面３１０ｓに集光する集光レンズ３２０とを備える。
　図５は、本実施形態に係る受光センサ３１０の構成を示す図である。
　受光センサ３１０は、走査部４００から送出されたレーザー光Ｌが物体５００で反射された反射光Ｓを受光して受信信号を生成する。受光センサ３１０の受光面３１０ｓは、空間分解能を高める観点から、複数の受光素子３１１がアレイ状に配設されて形成されている。
　受光素子３１１は、例えば、フォトダイオード又はフォトトランジスタである。受光素子３１１は、典型的には、投光部２００から出射するレーザー光Ｌの波長帯域に対応するように、１４００ｎｍ以上で且つ２０００ｎｍ以下の波長帯域のレーザー光に感度を有する材料により構成される。
　本実施形態では、高い受光感度で且つ良好な応答特性を確保する観点から、受光素子３１１として、ＳｉＧｅ受光素子が用いられている。特に、当該受光素子３１１としては、基板上に、シリコンを含有する増幅層と、ゲルマニウムを含有する吸収層とがこの順に積層されて形成されたアバランシェ（avalanche）型のＳｉＧｅ受光素子を用いるのが好適である。これによって、高いＳ／Ｎ比を確保することが可能である。又、これによって、従来公知のＩｎＧａＡｓ受光素子等と異なり、ウエハサイズの大きなシリコンウエハを用いて生産することができ、且つ、当該シリコンウエハ内に他の回路部品と共にモノリシックデバイスを構成することができる。尚、アバランシェ型のＳｉＧｅ受光素子の詳細構成については、例えば、非特許文献１を参照されたい。
　但し、受光素子３１１としては、１４００ｎｍ以上で且つ２０００ｎｍ以下の波長帯域のレーザー光に感度を有するＩｎＧａＡｓ受光素子、又はＧｅ受光素子等が用いられてもよい。
［信号処理部］
　信号処理部１００は、投光部２００を駆動するチャープ状に時間変化する高周波信号を生成すると共に、受光部３００から取得する受信信号に基づいて、ＦＭＣＷ方式に従ってライダー装置１から物体５００までの距離を測定する。そして、信号処理部１００は、各走査位置における測定データ（例えば、距離及び反射強度）に基づいて、レーザー光Ｌで走査した測定対象領域に係る距離画像を生成する。
　従来、この種のライダー装置においては、物体位置の検出を行う際には、ＴＯＦ（time-of-flight）方式が用いられてきた。ＴＯＦ方式では、典型的には、レーザー光源からパルス状のレーザー光を出射して、受光センサが生成した受信信号の信号強度の時間的変化に基づいて、レーザー光源から出射されたレーザー光が、物体で反射してライダー装置に戻ってきたタイミングを検出する。そして、ライダー装置は、このタイミングに基づいて、ライダー装置に戻ってくるまでの時間を算出し、これにより、ライダー装置から物体までの距離を算出する（例えば、距離＝光速ｃ×時間ｔ／２）。
　しかしながら、ＴＯＦ方式では、受信信号に含まれる外乱光起因のノイズの影響を受けやすく、十分なＳ／Ｎ比を確保できないという問題がある。特に、アイセーフ波長帯域に受光感度を有する受光素子は、一般的なSi受光素子と比較して、ノイズが大きいため、Ｓ／Ｎ比が低下し、ライダー装置に要求される最大検知距離を実現できないおそれがある。
　そこで、本実施形態に係るライダー装置１は、外乱光に起因したＳ／Ｎ比の悪化を抑制するため、ＦＭＣＷ方式にて、自身から物体５００まで距離を測定し、距離画像を生成する。
　図６は、本実施形態に係る信号処理部１００の構成を示す図である。図７は、本実施形態に係る信号処理部１００が生成する高周波信号を示す図である。尚、図７では、実線で投光部２００を駆動する駆動信号を表し、点線で受光部３００にて生成される受信信号を表している。
　信号処理部１００は、例えば、発振器１０１、分配器１０２、ミキサ１０３、フィルタ１０４、及び、演算部１０５を備えている。
　発振器１０１は、投光部２００を駆動するための高周波信号を生成する。分配器１０２は、発振器１０１が生成した高周波信号を駆動信号（即ち、投光部２００に送出する信号）とローカル信号（即ち、ミキサ１０３に送出する信号）とに電力分配する。ミキサ１０３は、受光部３００から取得した受信信号と、ローカル信号とを混合してビート信号を生成する。フィルタ１０４は、ミキサ１０３が生成したビート信号から不要な信号成分（典型的には、高周波成分）を除去する。
　演算部１０５は、発振器１０１が生成する高周波信号の周波数が、チャープ状に時間変化するように発振器１０１を制御する（図７を参照）。ここで、発振器１０１が生成する高周波信号は、例えば、周波数が所定の周波数帯域内を時間的に単調増加するチャープ信号であり、且つ、当該チャープ信号が所定の周期で繰り返されたものとなっている。
　又、演算部１０５は、フィルタ１０４から送出されるビート信号を取得し、当該ビート信号を周波数解析する。そして、演算部１０５は、ビート信号の周波数（図７のｆｂを参照）から、レーザー光源２１０から出射されたレーザー光Ｌが、物体５００で反射してライダー装置１に戻ってくるまでの時間（図７のΔｔを参照）を算出し、この時間に基づいて、ライダー装置１から物体５００までの距離を算出する。
　演算部１０５は、走査部４００が測定対象領域をレーザー走査する際に、各走査位置で同様の処理を実行する。この際、演算部１０５は、各走査位置で適切にビート信号を検出し得るように、各走査位置で、少なくともチャープ信号１周期分のレーザー光Ｌの出射が行われるようにするのが望ましい。換言すると、走査部４００は、少なくともチャープ信号１周期分の待機時間を設けながら、走査位置を変更するのが望ましい。
　演算部１０５は、かかるレーザー走査を行った後、各走査位置における測定データ（例えば、距離及び反射強度）に基づいて、レーザー光Ｌで走査した測定対象領域に係る距離画像（点群データとも称される）を生成する。
　尚、演算部１０５は、周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理などを実行するための演算処理装置（例えば、ＤＳＰ）を備えている。演算部１０５の各機能は、ソフトウェアによる処理により実現されてもよいし、専用のハードウェア回路によって実現されてもよい。
［効果］
　以上のように、本実施形態に係るライダー装置１によれば、ＦＭＣＷ方式で、当該ライダー装置１から物体５００までの距離を測定する。ＦＭＣＷ方式では、ＴＯＦ方式と異なり、受信信号に含まれる周波数成分に基づいて、ライダー装置１から物体５００までの距離を測定する。これにより、容易に、物体５００からの反射光Ｓにより生成された受信信号を、外乱光により表出するノイズと分離することが可能である。即ち、これによって、外乱光が存在する環境下においても、高いＳ／Ｎ比を確保することが可能である。
（その他の実施形態）
　本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。
　例えば、上記実施形態では、ライダー装置１の一例として、１４００ｎｍ以上で且つ２０００ｎｍ以下の波長帯域（アイセーフ帯波長の近赤外線）のレーザー光Ｌを用いる態様を示した。しかしながら、本発明に係るライダー装置１は、アイセーフ帯波長以外のレーザー光Ｌ、例えば、７００ｎｍ以上で且つ１４００ｎｍ以下の波長帯域（赤外線）のレーザー光Ｌにも適用し得る。この場合、受光素子３１１としては、例えば、ＳｉやＧｅなどの受光素子を用いることもできる。
　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
　２０１９年３月１８日出願の特願２０１９－０４９８９８の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本開示に係るライダー装置によれば、外乱光が存在する環境下においても、高いＳ／Ｎ比を確保することが可能である。
　１　ライダー装置
　１００　信号処理部
　１０１　発振器
　１０２　分配器
　１０３　ミキサ
　１０４　フィルタ
　１０５　演算部
　２００　投光部
　２１０　レーザー光源
　２２０　コリメーターレンズ
　３００　受光部
　３１０　受光センサ
　３１０ｓ　受光面
　３１１　受光素子
　３２０　集光レンズ
　４００　走査部
　４１０　反射材
　４２０　軸部材
　５００　物体
　Ｌ　レーザー光
　Ｓ　反射光
　Ｄ１　走査方向

Claims (6)

  1. 　レーザー光を出射する投光部と、
    　前記レーザー光が物体にて反射された反射光を受光して受信信号を生成する受光部と、
    　前記投光部から出射された前記レーザー光を反射する反射材を有し、当該反射材を駆動することで、前記レーザー光により、所定領域を走査する走査部と、
    　前記投光部を駆動するチャープ状に時間変化する高周波信号を生成すると共に、前記受光部から取得する前記受信信号に基づいて、ＦＭＣＷ方式に従って当該ライダー装置から前記物体までの距離を測定する信号処理部と、
    　を備えるライダー装置。
  2. 　前記投光部が出射する前記レーザー光は、１４００ｎｍ以上で且つ２０００ｎｍ以下の波長帯域のレーザー光である、
    　請求項１に記載のライダー装置。
  3. 　前記投光部は、半導体レーザー又はファイバーレーザーによって構成されている、
    　請求項１又は２に記載のライダー装置。
  4. 　前記受光部は、１４００ｎｍ以上で且つ２０００ｎｍ以下の波長帯域のレーザー光に感度を有する受光素子によって構成されている、
    　請求項１乃至３のいずれか一項に記載のライダー装置。
  5. 　前記受光素子は、ＳｉＧｅ受光素子である、
    　請求項４に記載のライダー装置。
  6. 　前記反射材は、ポリゴンミラー又はＭＥＭＳミラーである、
    　請求項１乃至５のいずれか一項に記載のライダー装置。
     
     
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