DE102019216084A1

DE102019216084A1 - Laser-entfernungsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102019216084A1
Application number: DE102019216084.0A
Authority: DE
Inventors: Shumpei Kameyama; Takayuki Yanagisawa; Masaharu Imaki; Yusuke Ito; Yosuke Tsuzaki; Masahiro Kawai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2020-04-30
Also published as: JP2020067382A; US20200132797A1; US11592513B2; JP6723317B2

Abstract

Bereitgestellt wird eine Laser-Entfernungsmessvorrichtung, die die Messfrequenz pro Zeiteinheit durch Unterdrücken der Zunahme der die Messzeit ausdrückenden Datenmenge erhöhen kann, während sie die Genauigkeit der Entfernungsmessung und die messbare Entfernung sicherstellt. Eine Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) misst mit einer Zeitauflösung (Δt) eine Lichtempfangszeit (Tct) , die eine Zeit von einem Zeitpunkt, an dem die Laserstrahlerzeugungseinheit (11) den Laserstrahl ausstrahlt, zu einem Zeitpunkt, an dem die Lichtempfangseinheit (13) das Lichtempfangssignal ausgibt, ist; berechnet eine Objektentfernung, welche eine Entfernung zum Objekt ist, auf Basis des Messergebnisses der Lichtempfangszeit (Tct) durch die Zeitmesseinrichtung (9); und ändert die Zeitauflösung (Δt) der Zeitmesseinrichtung (9), die für die Berechnung der Objektentfernung verwendet wird, auf Basis der Erkennungsinformationen.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Laser-Entfernungsmessvorrichtung.
Bisher war eine Laser-Entfernungsmessvorrichtung bekannt, die einen Lichtstrahl, wie etwa einen Laserstrahl, zum Messobjekt ausstrahlt und die Entfernung zum Objekt auf Basis des reflektierten Lichts misst, das vom Objekt reflektiert wird. Eine derartige Laser-Entfernungsmessvorrichtung wird auch LiDAR (Light Detection and Ranging) oder Laserradar genannt. Durch Abtasten des Laserstrahls der Strahlquelle im spezifischen Abtastfeld durch die Abtasteinrichtung werden die objektive Entfernung und die Richtung ermittelt und ein dreidimensionales Entfernungsbild erhalten. Da die an einem sich bewegenden Körper, wie etwa einem Fahrzeug, montierte Vorrichtung zum Überwachen von Personen und Hindernissen im Umfeld des sich bewegenden Körpers verwendet wird, wird gewünscht, dass das Messfeld erweitert und durch Vergrößern der pro Zeiteinheit erhaltenen Messpunktezahl Personen und Hindernisse schon frühzeitig erfasst werden, ohne übersehen zu werden.
Zum Beispiel wird in JP 2017-173298 A eine fahrzeugmontierte Laser-Entfernungsmessvorrichtung offenbart. Bei der Technologie von JP 2017-173298 A wird das vom Objekt reflektierte Licht des ausgestrahlten Laserstrahls empfangen und die Entfernung wird anhand seiner Zeitdifferenz ermittelt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Als für die Laser-Entfernungsmessvorrichtung des sich bewegenden Körpers erforderliche kennzeichnende Eigenschaften werden übrigens die Messpunkte, die pro Zeiteinheit gemessen werden können, so weit wie möglich vergrößert. Grund dafür ist, dass, weil es zum Erkennen des Hindernisses erwünscht ist, durch Verbreitern des Sichtfelds und Erhöhen der Ausstrahlungsfrequenz des Laserstrahls pro Zeiteinheit die räumliche Auflösung der Entfernungsmessung verringert und die Messwertaktualisierungsgeschwindigkeit erhöht wird. Die Frequenz der Ausstrahlung des Laserstrahls pro Zeiteinheit wird durch die Zeit zur Verarbeitung der gemessenen Zeit, zusätzlich zu der Zeit, bis der Laserstrahl vom Objekt reflektiert wird und zurückkehrt, begrenzt. Speziell bezüglich der Verarbeitungszeit kann beim Messen eines fernen Objekts die nächste Entfernungsmessung nicht durchgeführt werden, bis die gemessene Zeit verarbeitet worden ist, da die Zeit vom Erkennen des reflektierten Lichts bis zum Ausstrahlen des nächsten Laserstrahls kurz wird.
Die konventionellen Laser-Entfernungsmessvorrichtungen werden auf einer Festvorrichtungsbedingung betrieben. Und bei Verarbeitung der Zeitinformationen, die der Entfernung entsprechen, werden die digitalisierten Zeitinformationen von einem Rechner mit einer gewissen Verarbeitungskapazität übertragen. Dementsprechend gibt es, da die messbare Frequenz pro Zeiteinheit durch die Verarbeitungskapazität des Rechners und die Übertragungsgeschwindigkeit begrenzt ist, das Problem, dass die Messwinkelauflösung beim Abtasten zurückgeht, zum Beispiel die Aktualisierungsgeschwindigkeit von einer Abtastung, das heißt die Bildrate, zurückgeht. Dagegen wird, wenn die Zeitauflösung grob gemacht wird, um die Datenmenge der Messzeitinformationen pro Messung zu verringern, die Genauigkeit der Entfernungsmessung beeinträchtigt. Dementsprechend sind die Lichtausstrahlfrequenz und die Entfernungsgenauigkeit in einer Ausgleichbedingung. Falls die Verarbeitungskapazität des Rechners und die Datenübertragung verbessert werden, um Einschränkungen zu lockern, entsteht ein Problem hinsichtlich steigender Kosten und Konstruktionsschwierigkeiten. Es werden aber keine Gegenmaßnahmen für diese Art von Problem getroffen.
Angesichts des vorangehenden Hintergrunds soll eine Laser-Entfernungsmessvorrichtung bereitgestellt werden, die die Messfrequenz pro Zeiteinheit durch Unterdrücken der Zunahme der die Messzeit ausdrückenden Datenmenge erhöhen kann, während sie die Genauigkeit der Entfernungsmessung und die messbare Entfernung sicherstellt.
Eine Laser-Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist auf:

eine Laserstrahlerzeugungseinheit, die einen Laserstrahl ausstrahlt;
eine Lichtempfangseinheit, die ein reflektiertes Licht des von einem Objekt reflektierten Laserstrahls empfängt und ein Lichtempfangssignal ausgibt; und
eine Zeitmesseinrichtung, die mit einer Zeitauflösung eine Lichtempfangszeit misst, die eine Zeit von einem Zeitpunkt, an dem die Laserstrahlerzeugungseinheit den Laserstrahl ausstrahlt, bis zu einem Zeitpunkt ist, an dem die Lichtempfangseinheit das Lichtempfangssignal ausgibt; und
eine Entfernungsberechnungseinheit, die eine Objektentfernung, welche eine Entfernung zum Objekt ist, auf Basis des Messergebnisses der Lichtempfangszeit durch die Zeitmesseinrichtung berechnet,
wobei die Entfernungsberechnungseinheit die Zeitauflösung der Zeitmesseinrichtung, die für die Berechnung der Objektentfernung verwendet wird, auf Basis von Erkennungsinformationen ändert.

Wenn die Zeitauflösung geändert wird, selbst wenn die die Lichtempfangszeit ausdrückende Datenmenge die gleiche ist, variieren die Genauigkeit der Entfernungsmessung und die messbare Entfernung. Gemäß der Laser-Entfernungsmessvorrichtung der vorliegenden Offenbarung können die Genauigkeit der Entfernungsmessung und die messbare Entfernung gemäß den Erkennungsinformationen passend eingestellt werden, da die Zeitauflösung auf Basis der Erkennungsinformationen geändert wird, selbst wenn die die Lichtempfangszeit ausdrückende Datenmenge nicht geändert wird. Daher kann die Zunahme der die Lichtempfangszeit ausdrückenden Datenmenge unterdrückt werden und die Erhöhung der der Verarbeitungskapazität des Rechners gegebenen Belastung und der Datenübertragung unterdrückt werden. Dementsprechend kann die Messfrequenz pro Zeiteinheit ohne Verbesserung der Verarbeitungskapazität des Rechners und der Datenübertragungsrate erhöht werden. Daher kann die Laser-Entfernungsmessvorrichtung mit einer kleinen Winkelauflösung des Sichtfelds und einer schnellen Aktualisierungsgeschwindigkeit der Abtastung realisiert werden.
Figurenliste

1 ist eine Figur, die die schematische Konfiguration der Laser-Entfernungsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
2 ist eine Figur, die das schematische Diagramm der Laser-Entfernungsmessvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
3 ist eine Figur zur Erläuterung des MEMS-Spiegels gemäß Ausführungsform 1;
4 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Ansteuerstroms des MEMS-Spiegels gemäß Ausführungsform 1;
5 ist eine Figur zur Erläuterung des Strahlungswinkelbereichs der Aufwärts- und Abwärtsrichtung und der Rechts- und Linksrichtung gemäß Ausführungsform 1;
6 ist ein Hardwarekonfigurationsdiagramm der Steuereinheit gemäß Ausführungsform 1;
7 ist eine Figur zur Erläuterung der Erkennung der Entfernung zum Körper gemäß Ausführungsform 1;
8 ist ein Zeitdiagramm, das das Ausstrahlungssignal und das Lichtempfangssignal gemäß Ausführungsform 1 erläutert;
9 ist eine Figur, die die schematische Konfiguration der Zeitmesseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
10 ist eine Figur, die die schematische Konfiguration der Zeitmesseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
11 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Messverhaltens der Lichtempfangszeit gemäß Ausführungsform 1;
12 ist eine Figur zur Erläuterung des Messverhaltens der Lichtempfangszeit beim Abtasten des Laserstrahls nach rechts und links gemäß Ausführungsform 1;
13 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Verhaltens vor und nach dem Auftreffen des Laserstrahls auf das nahe Objekt gemäß Ausführungsform 1;
14 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Messverhaltens der Lichtempfangszeit vor und nach dem Auftreffen des Laserstrahls auf das nahe Objekt gemäß Ausführungsform 1;
15 ist eine Figur zur Erläuterung des Einstellungsbeispiels der Auflösungseinstellungsdaten gemäß Ausführungsform 1;
16 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung der Entfernungsmessung gemäß Ausführungsform 1;
17 ist eine Figur, die die Messpunkte in einem Frame gemäß Ausführungsform 2 zeigen;
18 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung der Entfernungsmessung gemäß Ausführungsform 2;
19 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Messverhaltens der Lichtempfangszeit gemäß Ausführungsform 3;
20 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Messverhaltens der Lichtempfangszeit gemäß Ausführungsform 5;
21 ist eine Figur zur Erläuterung der Zeitmesseinrichtung des Kondensatorladungstyps gemäß Ausführungsform 6;
22 ist eine Figur, die den Strahlungsbereich bei horizontaler Fahrzeugneigung gemäß Ausführungsform 9 zeigt;
23 ist eine Figur, die den Strahlungsbereich bei nach vorn geneigtem Fahrzeug gemäß Ausführungsform 9 zeigt; und
24 ist eine Figur zur Erläuterung der Beziehung des eigenen Fahrzeugs und des entgegenkommenden Fahrzeugs gemäß Ausführungsform 10.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
Im Folgenden wird eine Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 1 mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. 1 ist ein Blockdiagramm, das die schematische Konfiguration der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 zeigt. 2 ist ein schematisches Diagramm, dass die schematische Anordnung und die Konfiguration des optischen Systems der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 zeigt. Die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 wird auch LiDAR (Light Detection and Ranging) oder Laserradar genannt. Die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 ist am eigenen Fahrzeug montiert, strahlt einen Laserstrahl L1 durch eine zweidimensionale Abtastung vom eigenen Fahrzeug nach vorn aus und misst eine Entfernung von der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 (dem eigenen Fahrzeug) zu einem Objekt, das sich vor dem eigenen Fahrzeug befindet.
Die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 ist mit einer Laserstrahlerzeugungseinheit 11, einem Abtastmechanismus 12, einer Lichtempfangseinheit 13, einer Abtaststeuereinheit 14, einer Entfernungsberechnungseinheit 15, einer Zeitmesseinrichtung 94 und dergleichen versehen. Wie an späterer Stelle beschrieben, ist das Steuergerät 20 mit der Abtaststeuereinheit 14, der Entfernungsberechnungseinheit 15 und der Zeitmesseinrichtung 94 versehen. Die Laserstrahlerzeugungseinheit 11 strahlt den Laserstrahl L1 aus. Der Abtastmechanismus 12 ist ein Mechanismus, der den Strahlungswinkel des Laserstrahls L1 ändert. Die Abtaststeuereinheit 14 steuert den Abtastmechanismus 12 und tastet den Strahlungswinkel des Laserstrahls periodisch ab. Die Lichtempfangseinheit 13 empfängt ein reflektiertes Licht L2 des vom Objekt reflektierten Laserstrahls und gibt ein Lichtempfangssignal aus. Die Zeitmesseinrichtung 9 misst eine Lichtempfangszeit Tct, die eine Zeit von einem Zeitpunkt, an dem die Laserstrahlerzeugungseinheit 11 den Laserstrahl L1 ausstrahlt, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die Lichtempfangseinheit 13 das Lichtempfangssignal ausgibt, ist, mit einer Zeitauflösung Δt. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 berechnet eine Objektentfernung, die eine Entfernung zum Objekt ist, auf Basis des Lichtempfangssignals . Die Entfernungsberechnungseinheit 15 ändert die Zeitauflösung Δt der Zeitmesseinrichtung 94, die zur Berechnung der Objektentfernung verwendet wird, auf Basis von Erkennungsinformationen.
Laserstrahlerzeugungseinheit 11
Die Laserstrahlerzeugungseinheit 11 strahlt den Laserstrahl L1 aus. Die Laserstrahlerzeugungseinheit 11 ist mit einer Laserstrahlquelle 111 und einer Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 versehen. Die Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 erzeugt ein Pulsform-Ausgangssignal (Ausstrahlungssignal), das mit einem Pulszyklus Tp eingeschaltet wird, wie in 8 gezeigt. Die Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 erzeugt das Pulsform-Ausgangssignal auf Basis eines Befehlssignals von einer Lichtsende- und -empfangs-Steuereinheit 16, die unten beschrieben wird. Wenn das von der Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 übertragene Ausgangssignal eingeschaltet wird, erzeugt die Laserstrahlquelle 111 den Laserstrahl L1 mit Nah-Infrarot-Wellenlänge und strahlt ihn zum Abtastmechanismus 12 hin aus. Der von der Laserstrahlquelle 111 ausgestrahlte Laserstrahl L1 tritt durch einen Sammelspiegel 133, der zwischen der Laserstrahlquelle 111 und dem Abtastmechanismus 12 angeordnet ist, hindurch.
Abtastmechanismus 12
Der Abtastmechanismus 12 ändert den Strahlungswinkel des Laserstrahls L1. In der vorliegenden Ausführungsform ändert der Abtastmechanismus 12 einen Strahlungswinkel des Laserstrahls L1, der nach vorn vor das eigene Fahrzeug gestrahlt wird, in einer rechten und linken Richtung und einer Aufwärts- und Abwärtsrichtung in Bezug auf die Fahrtrichtung (einer Strahlungsmittellinie) des eigenen Fahrzeugs. Der Abtastmechanismus 12 ist mit einem beweglichen Spiegel 121 und einer Spiegelansteuerschaltung 122 versehen. Wie in 2 gezeigt, tritt der aus der Laserstrahlquelle 111 ausgestrahlte Laserstrahl L1 durch den Sammelspiegel 133 und wird vom beweglichen Spiegel 121 reflektiert und tritt dann durch das im Gehäuse 9 bereitgestellte Durchlassfenster 19 hindurch und wird mit einem Strahlungswinkel gemäß dem Winkel des beweglichen Spiegels 121 nach vorn vor das eigene Fahrzeug gestrahlt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der bewegliche Spiegel 121 ein MEMS-Spiegel 121 (Micro Electro Mechanical Systems: Mikrosysteme). Wie in 3 gezeigt, ist der MEMS-Spiegel 121 mit einem Rollmechanismus versehen, der einen Spiegel 121a um eine erste Achse C1 und eine zweite Achse C2, die senkrecht zueinander sind, dreht. Der MEMS-Spiegel 121 ist mit einem inneren Rahmen 121b mit einer rechteckigen Plattenform, die mit dem Spiegel 121a versehen ist, einem Zwischenrahmen 121c in Form einer rechteckigen Ringplatte, die außerhalb des inneren Rahmens 121b angeordnet ist, und einem äußeren Rahmen 121d in Form einer rechteckigen Platte, der außerhalb des Zwischenrahmens 121c angeordnet ist. Der äußere Rahmen 121d ist an einem Körper des MEMS-Spiegels 121 befestigt.
Der äußere Rahmen 121d und der Zwischenrahmen 121c sind rechts und links durch zwei erste Drehstäbe 121e verbunden, die drehelastisch sind. Der Zwischenrahmen 121c wird in Bezug auf den äußeren Rahmen 121d um eine erste Achse C1 gedreht, die die ersten Drehstäbe 121e verbindet. Beim Verdrehen um die erste Achse C1 nach einer Seite oder der anderen Seite ändert sich der Strahlungswinkel des Laserstrahls L1 nach oben oder nach unten. Der Zwischenrahmen 121c und der innere Rahmen 121b sind oben und unten durch zwei zweite Drehstäbe 121f verbunden, die elastisch sind. Der innere Rahmen 121b wird mit Bezug auf den Zwischenrahmen 121c um eine zweite Achse C2 gedreht, die die zwei zweiten Drehstäbe 121f verbindet. Beim Verdrehen um die zweite Achse C2 nach einer Seite oder der anderen Seite ändert sich der Strahlungswinkel des Laserstrahls L1 nach links oder rechts.
Im Zwischenrahmen 121c ist eine ringförmige erste Spule 121g entlang des Rahmens bereitgestellt. Im äußeren Rahmen 121d ist ein mit der ersten Spule 121g verbundener erster Elektrodenpad 121h bereitgestellt. Im inneren Rahmen 121b ist eine ringförmige zweite Spule 121i entlang des Rahmens bereitgestellt. Im äußeren Rahmen 121d ist ein mit der zweiten Spule 121i verbundener zweiter Elektrodenpad 121j bereitgestellt. Im MEMS-Spiegel 121 ist ein Dauermagnet (nicht gezeigt) bereitgestellt. Wenn ein positiver oder negativer Strom in die erste Spule 121g fließt, tritt die Lorentzkraft auf, die den Zwischenrahmen 121c um die erste Achse C1 nach einer Seite oder der anderen Seite verdreht. Und der Torsionswinkel ist zur Größe des Stroms proportional. Wenn ein positiver oder negativer Strom in die zweite Spule 121i fließt, tritt die Lorentzkraft auf, die den inneren Rahmen 121b um die zweite Achse C2 nach einer Seite oder der anderen Seite verdreht. Und der Torsionswinkel ist zur Größe des Stroms proportional.
Wie im Diagramm der oberen Stufe von 4 gezeigt, führt die Spiegelansteuerschaltung 122 einen Strom, der mit einer ersten Periode T1 zwischen einem positiven ersten maximalen Stromwert Imx1 und einem negativen ersten minimalen Stromwert Imn1 pendelt, über den ersten Elektrodenpad 121h zur ersten Spule 121g gemäß dem Befehlssignal der Abtaststeuereinheit 14 zu. Die erste Periode T1 ist eine Periode für einen Frame der zweidimensionalen Abtastung. Die Schwingungswellenform ist eine Sägezahnwelle, eine Dreieckswelle oder dergleichen. Wie in 5 gezeigt, pendelt der Laserstrahl mit der ersten Periode T1 zwischen einem maximalen Strahlungswinkel θUDmx der Aufwärts- und der Abwärtsrichtung, der dem positiven ersten maximalen Stromwert Imx1 entspricht, und einem minimalen Strahlungswinkel θUDmn der Aufwärts- und der Abwärtsrichtung, der dem negativen ersten minimalen Stromwert Imn1 entspricht. Der erste maximale Stromwert Imx1 und der erste minimale Stromwert Imn1 können gemäß der Betriebsbedingung geändert werden.
Wie im Diagramm der unteren Stufe von 4 gezeigt, führt die Spiegelansteuerschaltung 122 einen Strom, der mit einer zweiten Periode T2 zwischen einem positiven zweiten maximalen Stromwert Imx2 und einem negativen zweiten minimalen Stromwert Imn2 pendelt, über den zweiten Elektrodenpad 121j zur zweiten Spule 121i gemäß dem Befehlssignal der Abtaststeuereinheit 14 zu. Die zweite Periode T2 ist auf einen kürzeren Wert als die erste Periode T1 eingestellt und ist auf einen Wert eingestellt, der durch Dividieren der ersten Periode T1 durch die Frequenz der hin- und hergehenden Abtastung in der rechten und linken Richtung in einem Frame ermittelt wird. Die Schwingungswellenform des Stroms ist eine Sinuswelle, eine Rechteckwelle oder dergleichen. Wie in 5 gezeigt, pendelt der Laserstrahl mit der zweiten Periode T2 zwischen einem maximalen Strahlungswinkel θLRmx der Rechts- und Linksrichtung, der dem positiven zweiten maximalen Stromwert Imx2 entspricht, und einem minimalen Strahlungswinkel θLRmn der Rechts- und Linksrichtung, der dem negativen zweiten minimalen Stromwert Imn2 entspricht. Der zweite maximale Stromwert Imx2 und der zweite minimale Stromwert Imn2 können gemäß der Betriebsbedingungen geändert werden.
Lichtempfangseinheit 13
Die Lichtempfangseinheit 13 empfängt ein reflektiertes Licht L2 des Laserstrahls, der von einem Objekt vor dem eigenen Fahrzeug reflektiert wird, und gibt ein Lichtempfangssignal aus. Die Lichtempfangseinheit 13 ist mit einem Lichtdetektor 131, einer Lichtdetektorsteuerschaltung 132 und einen Sammelspiegel 133 versehen. Wie in 2 gezeigt, tritt das reflektierte Licht L2, das vom Objekt 40 vor dem eigenen Fahrzeug reflektiert wird, durch das Durchlassfenster 19 hindurch und wird vom beweglichen Spiegel 121 reflektiert und wird dann vom Sammelspiegel 133 reflektiert und tritt in den Lichtdetektor 131 ein.
Der Lichtdetektor 131 ist mit einer APD (Avalanche-Photodiode) und dergleichen als Photodetektor versehen und gibt das Lichtempfangssignal gemäß dem empfangenen reflektierten Licht L2 aus. Die Lichtdetektorsteuerschaltung 132 steuert den Betrieb des Lichtdetektors 131 auf Basis des Befehlssignals von der Lichtsende- und -empfangs-Steuereinheit 16. Das vom Lichtdetektor 131 ausgegebene Lichtempfangssignal wird in die Zeitmesseinrichtung 94 eingegeben.
Steuergerät 20
Die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 ist mit einem Steuergerät 20 versehen. Das Steuergerät 20 ist mit Funktionsteilen wie der Abtaststeuereinheit 14, der Entfernungsberechnungseinheit 15, der Lichtsende- und -empfangs-Steuereinheit 16 und dergleichen versehen. Jede Funktion des Steuergeräts 20 wird durch im Steuergerät 20 bereitgestellte Verarbeitungsschaltungen realisiert. Speziell ist das Steuergerät 20, wie in 6 gezeigt, mit einem Arithmetikprozessor (Computer) 90, wie einer CPU (Zentraleinheit), Speichervorrichtungen 91, die mit dem Arithmetikprozessor 90 Daten austauschen, einer Eingabe- und Ausgabeschaltung 92, die externe Signale in den bzw. aus dem Arithmetikprozessor 90 eingibt und ausgibt, einer externen Kommunikationseinrichtung 93, die Datenkommunikation mit externen Vorrichtungen der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10, der Zeitmesseinrichtung 94 und dergleichen durchführt, als Verarbeitungsschaltungen versehen.
Als Arithmetikprozessor 90 kann eine ASIC (Anwendungsspezifische integrierte Schaltung), IC (Integrierte Schaltung), DSP (Digitaler Signalprozessor), FPGA (Field Programmable Gate Array), verschiedene Arten logischer Schaltungen, verschiedene Arten von Signalverarbeitungsschaltungen und dergleichen vorgesehen sein. Als Arithmetikprozessor 90 können mehrere des gleichen Typs oder verschiedener Typen bereitgestellt werden und jede Verarbeitung kann geteilt und ausgeführt werden. Als Speichervorrichtungen 91 sind ein RAM (Random Access Memory: Direktzugriffsspeicher), der Daten aus dem Arithmetikprozessor 90 lesen und Daten in ihn schreiben kann, ein ROM (Read Only Memory: Nur-Lese-Speicher), der Daten aus dem Arithmetikprozessor 90 lesen kann, und dergleichen. Als Speichervorrichtungen 91 können verschiedene Arten von Speichervorrichtung, wie etwa Flash-Speicher und EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher), verwendet werden.
Die Eingabe- und Ausgabeschaltung 92 ist mit der Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112, der Spiegelansteuerschaltung 122, dem Lichtdetektor 131, der Lichtdetektorsteuerschaltung 132 und dergleichen verbunden; und ist mit einer Kommunikationsschaltung, die Übertragung und Empfang von Daten und einem Steuerbefehl zwischen diesen und dem Arithmetikprozessor 90 durchführt, einem A/D-Wandler, einem D/A-Wandler, einem Ausgabeport und dergleichen versehen. Die Eingabe- und Ausgabeschaltung 92 ist mit einem Arithmetikprozessor versehen, der jede Schaltung steuert. Die externe Kommunikationseinrichtung 93 kommuniziert mit externen Vorrichtungen wie einer Fahrzeugnavigationsvorrichtung 30 und einer externen Arithmetikverarbeitungseinheit 31.
Dann führt der Arithmetikprozessor 90 in der Speichervorrichtung 91, wie einem ROM, gespeicherte Softwareelemente (Programme) aus und arbeitet mit anderen Hardwareeinrichtungen im Steuergerät 20, wie der Speichervorrichtung 91, der Eingabe- und Ausgabeschaltung 92 und der externen Kommunikationseinrichtung 93, zusammen, so dass die im Steuergerät 20 enthaltenen jeweiligen Funktionen der Funktionsteile 14 bis 16 realisiert werden. Einstellungsdatenelemente, wie etwa Auflösungseinstellungsdaten, die in den Funktionsteilen 14 bis 16 zu nutzen sind, werden als Teil der Softwareelemente (Programme) in der Speichervorrichtung 91, wie etwa einem ROM, gespeichert. Jede Funktion des Steuergeräts 20 wird unten ausführlich beschrieben.
<Lichtsende- und -empfangs-Steuereinheit 16>
Die Lichtsende- und -empfangs-Steuereinheit 16 überträgt ein Befehlssignal an die Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 zum Ausgeben eines Pulsform-Laserstrahls, der eine Pulsbreite mit dem Pulszyklus Tp hat. Die Lichtsende- und -empfangs-Steuereinheit 16 überträgt ein Befehlssignal an die Lichtdetektorsteuerschaltung 132 zum Ausgeben eines Lichtempfangssignals aus dem Lichtdetektor 131.
<Abtaststeuereinheit 14>
Die Abtaststeuereinheit 14 steuert den Abtastmechanismus 12 zum Abtasten des Strahlungswinkels des Laserstrahls. In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Abtaststeuereinheit 14 den Abtastmechanismus 12, um eine zweidimensionale Abtastung durchzuführen, die den Laserstrahl L1 in einem Strahlungswinkelbereich der Rechts- und Linksrichtung in Bezug auf die Fahrtrichtung des eigenen Fahrzeugs abtastet und den Laserstrahl L1 in einem Strahlungswinkelbereich der Aufwärts- und Abwärtsrichtung in Bezug auf die Fahrtrichtung des eigenen Fahrzeugs abtastet.
Die Abtaststeuereinheit 14 überträgt das Befehlssignal zum Abtasten des Strahlungswinkels des Laserstrahls im Strahlungswinkelbereich der Aufwärts- und Abwärtsrichtung mit der ersten Periode T1 an die Spiegelansteuerschaltung 122. Speziell überträgt die Abtaststeuereinheit 14 das Befehlssignal des positiven ersten maximalen Stromwerts Imx1 und des negativen ersten minimalen Stromwerts Imn1 des der ersten Spule 121g zugeführten Stroms und der ersten Periode T1 an die Spiegelansteuerschaltung 122.
Und die Abtaststeuereinheit 14 überträgt das Befehlssignal zum Abtasten des Strahlungswinkels des Laserstrahls im Strahlungswinkelbereich der Rechts- und Linksrichtung mit der zweiten Periode T2 an die Spiegelansteuerschaltung 122. Speziell überträgt die Abtaststeuereinheit 14 das Befehlssignal des positive zweiten maximalen Stromwerts Imx2 und des negativen zweiten minimalen Stromwerts Imn2 des der zweiten Spule 121i zugeführten Stroms und der zweiten Periode T2 an die Spiegelansteuerschaltung 122. Die Abtaststeuereinheit 14 stellt einen durch Dividieren der ersten Periode T1 durch die Frequenz der hin- und hergehenden Abtastung in der Rechts- und Linksrichtung in einem Frame ermittelten Wert auf die zweite Periode T2 ein.
Wie in 5 gezeigt, wird der Strahlungswinkel des Laserstrahls L1 im zweidimensionalen Abtastfeld rechteckiger Form mit der ersten Periode T1 einmal abgetastet. Diese eine Abtastung des zweidimensionalen Abtastfelds wird als ein Frame bezeichnet.
<Zeitmesseinrichtung 94>
Die Zeitmesseinrichtung 9 misst mit einer Zeitauflösung Δt eine Lichtempfangszeit Tct, die eine Zeit von einem Zeitpunkt, an dem die Laserstrahlerzeugungseinheit 11 den Laserstrahl L1 ausstrahlt, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die Lichtempfangseinheit 13 das Lichtempfangssignal ausgibt, ist. Das Ausstrahlungssignal des Laserstrahls und das Lichtempfangssignal werden in die Zeitmesseinrichtung 94 eingegeben. Die Zeitmesseinrichtung 94 misst eine Zeit Tct (die Lichtempfangszeit Tct) von einem Zeitpunkt, an dem das Ausstrahlungssignal des Laserstrahls eingegeben wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem das Lichtempfangssignal eingegeben wird; und gibt das das Messergebnis der Lichtempfangszeit Tct repräsentierende Signal aus. Das Ausgangssignal wird in den Arithmetikprozessor 90 eingegeben. In der vorliegenden Ausführungsform misst die Zeitmesseinrichtung 94 die Lichtempfangszeit Tct mit der von der unten beschriebenen Entfernungsberechnungseinheit 15 (dem Arithmetikprozessor 90) übertragenen Zeitauflösung Δt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Zeitmesseinrichtung 94 ein Zählertyp. Die Zeitmesseinrichtung 94 ist ein so genannter Zeit-Digital-Wandler (TDC: Time to Digital Converter), der ein Signal im zeitlichen Bereich in einen digitalen Wert umwandelt.
Ein Ausgangssignal (Lichtausstrahlungssignal) von der Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 zur Laserstrahlquelle 111, ein Ausgangssignal (Lichtempfangssignal) des Lichtdetektors 131 und ein Befehlssignal der Zeitauflösung Δt von der Entfernungsberechnungseinheit 15 (Arithmetikprozessor 90) werden in die Zeitmesseinrichtung 94 eingegeben. Wenn das Ausgangssignal (Lichtausstrahlungssignal) der Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 als ein Startsignal einen Schwellenwert übersteigt, erhöht die Zeitmesseinrichtung 94 einen Zählerwert von 0 um jeweils eins, wenn die vom Arithmetikprozessor 90 befohlene Zeit der Zeitauflösung abläuft. Dann gibt die Zeitmesseinrichtung 94 den Zählerwert als die Lichtempfangszeit Tct aus, wenn das Ausgangssignal (Lichtempfangssignal) des Lichtdetektors 131 als ein Stoppsignal den Schwellenwert übersteigt. Die Zeitmesseinrichtung 94 überträgt den Zählerwert als die Lichtempfangszeit Tct durch binäre digitale Daten an den Arithmetikprozessor 90. An diesem Zeitpunkt überträgt die Zeitmesseinrichtung 94 den Zählerwert mit 1 Bit oder mehreren Bits durch serielle Kommunikation oder parallele Kommunikation an den Arithmetikprozessor 90. Alternativ kann die Zeitmesseinrichtung 94 den Zählerwert an den A/D-Wandler der Eingabe- und Ausgabeschaltung 92 mit analogen Daten (Spannungswert) ausgeben und der A/D-Wandler kann A/D-umgesetzte digitale Daten vorbestimmter Bitzahl durch serielle Kommunikation oder parallele Kommunikation an den Arithmetikprozessor 90 übertragen.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 9 gezeigt, ist die Zeitmesseinrichtung 94 mit einem Ringoszillator 94a, der ein Schwingungssignal ausgibt, und einem Zähler 94b, der die steigende Frequenz oder die fallende Frequenz des vom Ringoszillator 94a ausgegebenen Schwingungssignals zusammenzählt, versehen. Der Ringoszillator 94a gibt das Schwingungssignal aus, das mit der vorgegebenen Schwingungsperiode schwingt. Diese Schwingungsperiode wird die Zeitauflösung Δt. Der Zähler 94b startet das Zusammenzählen des Zählerwerts, wenn das eingegebene Startsignal eingeschaltet wird. Dann gibt der Zähler 94b den gezählten Wert aus, wenn das Stoppsignal eingeschaltet wird.
Alternativ kann die Zeitmesseinrichtung 94 ein Typ sein, der mit mehreren Verzögerungsschaltungen 94c und Flipflops 94d und einem Zähler 94e (auch als Kodierer bezeichnet) versehen ist. 10 zeigt ein Beispiel für eine einfache Konfiguration. Es gibt verschiedene Variationen der Aufbauanordnung der Verzögerungsschaltung 94c und des Flipflops 94d. Das in die Zeitmesseinrichtung 94 eingegebene Startsignal durchläuft sequenziell mehrere in Reihe geschaltete Verzögerungsschaltungen 94c. Die Verzögerungsschaltungen 94c verzögern jeweils das eingegebene Signal um die vom Arithmetikprozessor 90 (der Entfernungsberechnungseinheit 15) vorgegebene Zeitverzögerung Δt und gibt es aus. Dementsprechend wird die Zeitverzögerung Δt jeder Verzögerungsschaltung 94c die Zeitauflösung der Zeitmesseinrichtung 94. Das Ausgangssignal jeder Verzögerungsschaltung 94c wird in das Flipflop 94d eingegeben. Wenn das in die Zeitmesseinrichtung 94 eingegebene Stoppsignal eingeschaltet wird, wird das Ausgangssignal jedes Flipflops 94d zwischengespeichert. Die Ausgangssignale der mehreren Flipflops 94d werden in den Zähler 94e eingegeben und der Zähler 94e gibt den gezählten Wert gemäß den Ausgangssignalen der mehreren Flipflops 94d aus.
Wie in 7 gezeigt, wird der von der Laserstrahlquelle 111 ausgestrahlte Laserstrahl L1 vom Objekt 40 reflektiert, das sich um eine Entfernung L vorausliegend befindet, und das reflektierte Licht L2 tritt in den Lichtdetektor 131 ein, der sich um die Entfernung L zurückliegend befindet. 8 zeigt die Beziehung zwischen dem Ausstrahlungssignal des von der Laserstrahlquelle 111 ausgestrahlten Laserstrahls L1 und dem Lichtempfangssignal des vom Lichtdetektor 131 empfangenen reflektierten Lichts L2. Die Zeit Tct (die Lichtempfangszeit Tct) vom Ansteigen des Ausstrahlungssignals zur Spitze des Lichtempfangssignals ist die Zeit, in der der Laserstrahl die Entfernung L zwischen der Laserstrahlquelle 111 und dem Lichtdetektor 131 und dem Objekt 40 hin und zurück zurücklegt. Die Entfernung L zum Objekts 40 kann daher durch Multiplizieren der Lichtgeschwindigkeit c0 mit der Lichtempfangszeit Tct und Dividieren durch 2 (L = Tct × c0 / 2) berechnet werden.
<Entfernungsberechnungseinheit 15>
Die Entfernungsberechnungseinheit 15 berechnet eine Entfernung zu dem Objekt, das sich am Strahlungswinkel befindet, auf Basis der durch die Zeitmesseinrichtung 94 gemessenen Lichtempfangszeit Tct.
Dann berechnet die Entfernungsberechnungseinheit 15 einen Wert, der durch Multiplizieren der Lichtgeschwindigkeit c0 mit der Lichtempfangszeit Tct und Dividieren durch 2 ermittelt wird, als die Entfernung L zu dem Objekt, das sich am Strahlungswinkel befindet, beim Ausstrahlen des Laserstrahls L1 (L = Tcnt × c0/2). Wenn die Zeitmesseinrichtung 94 die Lichtempfangszeit Tct nicht ausgibt, bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15, dass das Objekt, das sich am Strahlungswinkel befindet, zu diesem Zeitpunkt nicht erkannt werden kann, und berechnet die Entfernung L nicht. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 überträgt das Entfernungsberechnungsergebnis zur externen Arithmetikverarbeitungseinheit 31.
<Messverhalten der Lichtempfangszeit>
11 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Ablaufs der Zählerverarbeitung der Zeitmesseinrichtung 94 und Datenverarbeitung vom Ausstrahlen des Laserstrahls bis zum Empfangen des reflektierten Lichts und der Messzeit. Das Zeitdiagramm der obersten Stufe in 11 zeigt die Zeit-Wellenform des Ausgangssignals (im Folgenden als ein Ausstrahlungssignal bezeichnet) von der Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 zur Laserstrahlquelle 111. Das Zeitdiagramm der zweiten Stufe von oben in 11 zeigt die Zeit-Wellenform des vom Lichtdetektor 131 ausgegebenen Lichtempfangssignals. Das Zeitdiagramm der dritten Stufe von oben in 11 zeigt ein Zählintervall der Zeitmesseinrichtung 94. Das Zeitdiagramm der untersten Stufe in 11 zeigt die Zeitperiode, in der die Datenverarbeitung des Zählers möglich ist.
Zuerst wird das von der Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 zur Laserstrahlquelle 111 übertragene Ausgangssignal eingeschaltet und die Laserstrahlquelle 111 startet die Ausstrahlung des Laserstrahls. Das Ausgangssignal von der Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 zur Laserstrahlquelle 111 wird auch in die Zeitmesseinrichtung 94 eingegeben. Die Zeitmesseinrichtung 94 startet das Zählen des Zählers ab 0, wenn das Ausgangssignal der Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 am Zeitpunkt 0 einen Schwellenwert übersteigt.
Dann, wenn der Lichtdetektor 131 das reflektierte Licht empfängt, beginnt das Ausgangssignal (Lichtempfangssignal) des Lichtdetektors 131 zu steigen. Das Ausgangssignal (Lichtempfangssignal) des Lichtdetektors 131 wird in die Zeitmesseinrichtung 94 eingegeben. An dem Zeitpunkt (Zeit Tct) unmittelbar nachdem das Ausgangssignal (Lichtempfangssignal) des Lichtdetektors 131 einen Schwellenwert übersteigt, stoppt die Zeitmesseinrichtung 94 das Zählen des Zählers. Dann überträgt der Lichtdetektor 131 binäre digitale Daten des gestoppten Zählerwerts Cnt mit 1 Bit oder mehreren Bits an den Arithmetikprozessor 90. Dieser Zählerwert Cnt entspricht einem Wert, der durch Dividieren der reellen Lichtempfangszeit tct durch das Zählungsintervall Δt, das die Zeitauflösung ist, und Aufrunden der Zahl nach dem Komma des geteilten Werts (einen nach dem Komma von (Tct/Δt) aufgerundeten Wert) ermittelt. Ein durch Multiplizieren der Zeitauflösung Δt mit dem Zählerwert Cnt ermittelter Wert wird die durch die Zeitmesseinrichtung 94 gemessene Lichtempfangszeit Tct (Tct = Cnt × Δt). Ein durch Multiplizieren der Zeitauflösung Δt mit einem Wert unter dem Komma von tct/Δt ermittelter Wert ist Fehler Δter zwischen der reellen Lichtempfangszeit tct und der durch die Zeitmesseinrichtung 94 gemessenen Lichtempfangszeit Tct (Δter = (Wert nach dem Komma von tct/Δt) × Δt). Daher wird, wenn die Zeitauflösung Δt verringert wird, der Fehler Δter reduziert und die Genauigkeit der Entfernungsmessung verbessert.
Zum Beispiel wird der Fall betrachtet, bei dem die objektive Entfernung L ist. Wenn die Lichtgeschwindigkeit auf c0 eingestellt ist, wird die Lichtempfangszeit tct, bis der Laserstrahl vom Objekt reflektiert wird und zurückkehrt, durch die nächste Gleichung erhalten. $tct = 2 \times L / c 0$
Dementsprechend hängt die Lichtempfangszeit tct von der objektiven Entfernung L ab. Falls die maximal messbare Objektentfernung der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10, die von der Intensität des Laserstrahls, der Lichtempfangsempfindlichkeit gegenüber dem reflektierten Licht und dergleichen bestimmt wird, auf Lm eingestellt ist, wird die ihr entsprechende maximal messbare Lichtempfangszeit Tct1m durch die nächste Gleichung erhalten. $Tct 1 m = 2 \times Lm / c 0$
Die durch Subtrahieren der tct von 2 × Lm/c0 erhaltene Zeit wird auf t2 eingestellt (t2 = 2 × Lm/c0 - tct). Falls die Zahl der Bits der Lichtempfangszeit Tct auf N eingestellt wird und die Zahl der Übertragungsbits pro Sekunde einschließlich Signalberechnungs- und -verarbeitungszeit auf B eingestellt wird, wird die Zeit t3, die für die Übertragung der gemessenen Lichtempfangszeit Tct benötigt wird, durch die nächste Gleichung erhalten. $t 3 = N / B$
Hierin wird die Zeit, die unter den Zeitperioden, die in der untersten Stufe des Zeitdiagramms in 11 gezeigt werden, zur Datenverarbeitung verwendet werden kann, t2 + t3. Um die Entfernung zur maximalen Objektentfernung Lm zu messen, wird der maximale Wert M der Messfrequenz pro Zeiteinheit durch die nächste Gleichung erhalten. $M = 1 / (Tct + t 2 + t 3)$
Hierin ist Tct + t2 = 2 × Lm/c0. Die Zahl der Bits N des Zählerwerts wird durch die nächste Gleichung erhalten. Hierin ist RoundUP1 (A) eine Funktion, die das Verarbeiten zum Aufrunden der Zahl nach dem Komma von A durchführt. $N = RoundUP 1 (log 2 (2 \times Lm / c 0 / Δ t))$
Dementsprechend wird die Mindestzeit t3, die zur Übertragung der gemessenen Lichtempfangszeit Tct benötigt wird, durch die nächste Gleichung erhalten. $t 3 = RoundUP 1 (log 2 (2 \times Lm / c 0 / Δ t)) / B$
Dementsprechend wird der maximale Wert M der Messfrequenz pro Zeiteinheit durch die nächste Gleichung erhalten. $M = 1 / {Tct + t 2 + RoundUP 1 (log 2 (2 \times Lm / c 0 / Δ t)) / B}$
Dementsprechend kann, wie anhand der Gleichung (5) und der Gleichung (7) zu sehen ist, wenn die Zeitauflösung Δt erhöht wird, da die Anzahl von Bits N des Zählerwerts verringert werden kann, der maximale Wert M der Messfrequenz pro Zeiteinheit erhöht werden.
<Beziehung zwischen objektiver Entfernung und Zeitauflösung>
12 zeigt jeden Strahlungswinkel 200 beim Abtasten des Strahlungswinkels des Laserstrahls von links nach rechts und einen Teil, an dem der Laserstrahl bei jedem Strahlungswinkel 200 auf das Objekt auftrifft, durch den schwarzen Punkt 201. Im Beispiel von 12 befindet sich hinter dem Objekt 40 ein fernes Hintergrundobjekt 41.
13 ist eine Figur, die das Vor und Nach des Auftreffens des Laserstrahls auf das Objekt 40 zeigt. Der Laserstrahl wird in der Reihenfolge der Strahlungswinkel 210, 211, 212 abgetastet; an 210 trifft der Laserstrahl auf das ferne Hintergrundobjekt 41; und an 211 und 212 trifft der Laserstrahl auf das Objekt 40.
14 ist ein Zeitdiagramm, das das Verhalten des Ausstrahlungssignals, des Lichtempfangssignals und des Zählerwerts an jedem der Strahlungswinkel 210, 211, 212 zeigt. Auf der Zeitachse, die eine horizontale Achse des Zeitdiagramms jedes Strahlungswinkels 210, 211, 212 ist, ist der Ausstrahlungszeitpunkt des Laserstrahls auf die Zeit 0 eingestellt und die Zeitachsen sind angeordnet.
Am Strahlungswinkel 210 ist die Zeitauflösung Δt auf einen vergleichsweise großen Wert eingestellt; und die maximal messbare Objektentfernung Lm der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 und die ihr entsprechende maximale Lichtempfangszeit Tct1m sind ein wenig größer als die Entfernung und die Lichtempfangszeit des fernen Hintergrundobjekts 41. Die Zeitauflösung Δt ist Δt = Tct1m/ (2^N). Wenn der Zählerwert den maximalen Wert 2^N erreicht, wird die Zählung angehalten und die Zeitmessung kann nicht durchgeführt werden. Kurz bevor der Zählerwert den maximalen Wert 2^N erreicht, überschritt das Lichtempfangssignal den Schwellenwert und die Zählung wird angehalten. Diese den Schwellenwert übersteigende reelle Lichtempfangszeit wird auf tct1 eingestellt. Dagegen wird, da der angehaltene Zählerwert eine Ganzzahl ist, die mit dem Zählerwert gemessene Lichtempfangszeit Tct1 ein ganzzahliges Vielfaches der Zeitauflösung Δt. Ein Messfehler Δter1 zwischen der reellen Lichtempfangszeit tct1 und der mit dem Zähler gemessenen Lichtempfangszeit Tct wird Δter1 = Tct1 - tct1. Daher ist ein Entfernungsmessfehler ΔL1 = Δter1×c0/2.
Die Zeitauflösung Δt am Strahlungswinkel 211 ist so eingestellt, dass sie die gleiche wie der Strahlungswinkel 210 ist. Da der Laserstrahl vom Objekt 40 reflektiert wird, das näher als das ferne Hintergrundobjekt 41 positioniert ist, übersteigt das Lichtempfangssignal den Schwellenwert lange bevor der Zählerwert den maximalen Wert 2^N erreicht und die Hochzählung angehalten wird. Der Zählerwert wird in der Figur binär gezeigt und der maximale Wert wird durch „1111...“ gezeigt. Dementsprechend ist die reelle Lichtempfangszeit tct2 am Strahlungswinkel 211 kleiner als die reelle Lichtempfangszeit tct1 am Strahlungswinkel 210 (tct2 < tct1). Der Messfehler Δter2 zwischen der reellen Lichtempfangszeit tct2 und der durch den Zähler gemessenen Lichtempfangszeit Tct2 wird Δter2 = Tct2 - tct2.
Sowohl der maximale Fehlerwert Δter1 am Strahlungswinkel 210 als auch der maximale Fehlerwert Δter2 am Strahlungswinkel 211 sind Δt. Dementsprechend wird, wenn die objektive Entfernung in Bezug auf die maximale Objektentfernung bei der eingestellten Zeitauflösung klein wird, das Verhältnis des Messfehlers zur wahren Entfernung groß und die Messgenauigkeit wird reduziert. Dagegen wird das Messen der Entfernung unmöglich, falls die objektive Entfernung größer als die maximale Objektentfernung wird. Daher kann innerhalb eines Bereichs, in dem die objektive Entfernung nicht größer wird als die maximale Objektentfernung, durch Anpassen der Zeitauflösung Δt, so dass die maximale Objektentfernung sich der objektiven Entfernung nähert, das Verhältnis des Messfehlers zum wahren Wert reduziert werden.
Dagegen ist die Zeitauflösung Δt am Strahlungswinkel 212 auf eine Hälfte des Strahlungswinkels 210 und des Strahlungswinkels 211 eingestellt. Dementsprechend wird die maximale Objektentfernung und die maximale Lichtempfangszeit Tct2m jeweils eine Hälfte des Strahlungswinkels 210 und des Strahlungswinkels 211. Dementsprechend wird der maximale Fehlerwert Δter3 des Strahlungswinkels 212 eine Hälfte des maximalen Fehlerwerts Δter1 des Strahlungswinkels 210 und des maximalen Fehlerwerts Δter2 des Strahlungswinkels 211. Dementsprechend kann das Verhältnis des Messfehlers zur wahren Entfernung auf eine Hälfte des Strahlungswinkels 211 reduziert werden. Da der maximale Wert des Zählerwerts der gleiche 2^N ist, wird die Zählung bei der halben Zeit des Strahlungswinkels 210 und des Strahlungswinkels 211 angehalten. Da die Entfernung des Objekts 40 innerhalb des Bereichs der maximalen Objektentfernung liegt, wird aber die Lichtempfangszeit gemessen. Daher kann die Entfernung des in kleiner Entfernung befindlichen Objekts 40 mit guter Genauigkeit gemessen werden, indem die Zeitauflösung Δt, ohne Erhöhen der von der Zeitmesseinrichtung 94 ausgegebenen Datenmenge (Bitzahl N), verringert wird.
Das heißt, durch Verringern der Zeitauflösung Δt der Zeitmesseinrichtung 94, wenn das Objekt sich in der kleinen Entfernung befindet, und Erhöhen der Zeitauflösung Δt, wenn das Objekt sich in der großen Entfernung befindet, mit einer kleinen Datenmenge kann die Entfernung des nahen Objekts mit guter Genauigkeit gemessen werden und die Entfernung des fernen Objekts kann gemessen werden. Daher kann eine Erhöhung der für die Datenübertragung benötigten Zeit t3 unterdrückt werden und die Messfrequenz pro Zeiteinheit kann erhöht werden.
<Änderung der Zeitauflösung durch Entfernungsberechnungseinheit 15>
Dann ändert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt der Zeitmesseinrichtung 94, die zur Berechnung der Objektentfernung verwendet wird, auf Basis der Lichtempfangszeit Tct als Erkennungsinformationen. Bei zunehmender gemessener Lichtempfangszeit Tct erhöht die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt. Anstatt der gemessenen Lichtempfangszeit Tct kann die Objektentfernung, die eine proportionale Beziehung zur Lichtempfangszeit Tct hat, verwendet werden.
Gemäß dieser Konfiguration kann die Entfernung des nahen Objekts mit guter Genauigkeit gemessen werden und die Entfernung des fernen Objekts kann gemessen werden, indem die Zeitauflösung Δt der Zeitmesseinrichtung 94 verringert wird, wenn das Objekt sich in der kleinen Entfernung befindet, und indem die Zeitauflösung Δt erhöht wird, wenn das Objekt sich in der großen Entfernung befindet.
Die Datenmenge, die von der Zeitmesseinrichtung 94 ausgegeben wird und die Lichtempfangszeit Tct repräsentiert, variiert nicht. In der vorliegenden Ausführungsform überträgt die Zeitmesseinrichtung 94 den Zählerwert mit fester Bitzahl N pro 1 Bit oder mehreren Bits an den Arithmetikprozessor 90 (die Entfernungsberechnungseinheit 15) durch serielle Kommunikation oder parallele Kommunikation.
Gemäß dieser Konfiguration kann die Entfernung des nahen Objekts und des fernen Objekts mit der gleichen kleinstmöglichen Datenmenge gemessen werden. Zum Beispiel kann selbst dann, wenn die Entfernung des fernen Objekts gemessen wird, die Erhöhung der für die Datenübertragung benötigten Zeit unterdrückt werden und die Messfrequenz pro Zeiteinheit kann erhöht werden.
Wenn die Zeitmesseinrichtung 94 die Lichtempfangszeit Tct nicht messen konnte, erhöht die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt. In der vorliegenden Ausführungsform stellt, wenn die Zeitmesseinrichtung 94 die Lichtempfangszeit Tct nicht messen konnte, die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt auf den maximalen Wert ein. Falls die Zeitauflösung Δt verringert wird, werden die maximale messbare Lichtempfangszeit und die maximale Objektentfernung kurz, die Zeitmesseinrichtung 94 kann das Objekt nicht über die maximale Objektentfernung hinaus erkennen und es gibt Fälle, in denen die Lichtempfangszeit Tct nicht gemessen werden kann. In diesem Fall können durch Erhöhen der Zeitauflösung Δt die maximal messbare Lichtempfangszeit und die maximale Objektentfernung verlängert werden und die Lichtempfangszeit Tct des fernen Objekts kann gemessen werden.
In der vorliegenden Ausführungsform, als Beispiel von 14, ändert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt bei dieser Zeitmessung auf Basis der unmittelbar zuvor gemessenen Lichtempfangszeit Tct. Wie im Beispiel von 14 wird, da die am vorhergehenden Strahlungswinkel 210 gemessene Lichtempfangszeit Tct lang ist, die Zeitauflösung Δt beim Messen am Strahlungswinkel 211 auf einen großen Wert eingestellt. Beim Messen am Strahlungswinkel 212 wird, da die am vorhergehenden Strahlungswinkel 211 gemessene Lichtempfangszeit Tct kurz ist, die Zeitauflösung Δt beim Messen am Strahlungswinkel 212 auf einen kleinen Wert eingestellt. Gemäß dem vorhergehenden Messergebnis kann die Zeitauflösung Δt adaptiv optimiert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform stellt die Entfernungsberechnungseinheit 15 durch Bezugnahme auf Auflösungseinstellungsdaten, in denen der Einstellwert der Zeitauflösung Δt in jeder von mehreren geteilten Regionen, in die ein möglicher Bereich der Lichtempfangszeit unterteilt ist, vorläufig eingestellt ist, die Zeitauflösung Δt der geteilten Region, die der gemessenen Lichtempfangszeit Tct entspricht, ein. Der Schritt der Entfernungsberechnungseinheit 15 erhöht die Zeitauflösung Δt bei zunehmender gemessener Lichtempfangszeit Tct.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 15 gezeigt, sind die Auflösungseinstellungsdaten in zwei Regionen unterteilt. Speziell ist in den Auflösungseinstellungsdaten der Bereich von 0 bis zur durch die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 maximal messbaren Lichtempfangszeit Tct1m in die erste Region R1 und die zweite Region R2 unterteilt. In der ersten Region R1 ist eine erste Zeitauflösung Δt1 vorläufig eingestellt und in der zweiten Region R2 ist eine zweite Zeitauflösung Δt2 vorläufig eingestellt. Eine Region, in der die Lichtempfangszeit Tct kleiner oder gleich einem Grenzwert Tct2m ist, ist die zweite Region R2 und eine Region, in der die Lichtempfangszeit Tct größer als der Grenzwert Tct2m ist, ist die erste Region R1. Das heißt, eine Region, in der die Lichtempfangszeit Tct von 0 bis zum Grenzwert Tct2m ist, ist die zweite Region R2, und eine Region, in der die Lichtempfangszeit Tct vom Grenzwert Tct2m bis zur maximalen Lichtempfangszeit Tct1m ist, ist die erste Region R1.
Die zweite Zeitauflösung Δt2 ist auf einen Wert eingestellt, der kleiner als die erste Zeitauflösung Δt1 ist. Wenn die gemessene Lichtempfangszeit Tct so groß wie der Grenzwert Tct2m oder kleiner ist, bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15, dass die Region die zweite Region R2 ist und stellt die zweite Zeitauflösung Δt2 auf die Zeitauflösung Δt der Zeitmesseinrichtung 94 ein. Wenn die gemessene Lichtempfangszeit Tct größer als der Grenzwert Tct2m ist, bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15, dass die Region die erste Region R1 ist, und stellt die erste Zeitauflösung Δt1 auf die Zeitauflösung Δt der Zeitmesseinrichtung 94 ein.
Im Beispiel von 15 ist der Grenzwert Tct2m auf einen Halbwert der maximal messbaren Lichtempfangszeit Tct1m eingestellt und die zweite Zeitauflösung Δt2 ist auf einen Halbwert der ersten Zeitauflösung Δt1 eingestellt. Wie in der Gleichung (2) gezeigt, ist die maximale Lichtempfangszeit Tct1m auf einen Wert eingestellt, der durch Dividieren eines doppelten Werts der messbaren maximalen Objektentfernung Lmin der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 durch die Lichtgeschwindigkeit c0 (Tct1m = 2×Lm/c0) ermittelt wird. Und die erste Zeitauflösung Δt1 ist auf Δt1 = Tct1m/ (2^N) eingestellt. Der Einstellwert des Grenzwerts Tct2m und der Einstellwert der zweiten Zeitauflösung Δt2 können auf beliebige Werte eingestellt werden. Eine Regionenzahl kann auf eine größere Zahl als 2 eingestellt werden.
<Ablaufdiagramm>
Die Verarbeitung wird mithilfe des Ablaufdiagramms von 16 erläutert. Nach Starten der Verarbeitung steuert die Abtaststeuereinheit 14 im Schritt S01 den Abtastmechanismus 12 so, dass er den Strahlungswinkel des Laserstrahls abtastet. Im Schritt S02 überträgt die Lichtsende- und -empfangs-Steuereinheit 16 das Befehlssignal dann zur Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112, um den Pulsform-Laserstrahl des Pulszyklus Tp auszustrahlen. Im Schritt S03 startet die Zeitmesseinrichtung 94 das Zählen des Zählerwerts, wenn das Ausgangssignal von der Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 zur Laserstrahlquelle 111 den Schwellenwert übersteigt. Im Schritt S04 gibt die Lichtempfangseinheit 13 das Lichtempfangssignal aus, wenn sie das reflektierte Licht empfängt. Im Schritt S05 hält die Zeitmesseinrichtung 94 das Zählen an, wenn das aus der Lichtempfangseinheit 13 ausgegebene Lichtempfangssignal den Schwellenwert übersteigt.
Im Schritt S06 überträgt dann die Zeitmesseinrichtung 94 den Zählerwert Cnt an den Arithmetikprozessor 90 (der Entfernungsberechnungseinheit 15). Die Entfernungsberechnungseinheit 15 berechnet die Lichtempfangszeit Tct durch Multiplizieren der Zeitauflösung Δt mit dem Zählerwert Cnt (Tct = Cnt×Δt). Die Entfernungsberechnungseinheit 15 berechnet die Objektentfernung, welche die Entfernung zum Objekt ist, auf Basis der Lichtempfangszeit Tct.
Im Schritt S07, wenn der Zählerwert Cnt nicht empfangen werden kann, selbst wenn die maximale Lichtempfangszeit abläuft, die durch Multiplizieren des maximalen Werts 2^N des Zählers mit der Zeitauflösung Δt ermittelt wird, bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15, dass die Lichtempfangseinheit 13 das reflektierte Licht nicht empfangen kann, weil das Objekt an dem Strahlungswinkel nicht vorhanden ist oder weil das Objekt innerhalb des Bereichs der maximalen Objektentfernung gemäß der Zeitauflösung Δt nicht vorhanden ist, und geht zu Schritt S08 über. Beim Empfangen des Zählerwerts Cnt bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15, dass die Lichtempfangseinheit 13 das reflektierte Licht empfangen hat und geht zu Schritt S09 über.
Beim Bestimmen, dass das reflektierte Licht nicht empfangen werden kann (Schritt S07: Nein), erhöht die Entfernungsberechnungseinheit 15 im Schritt S08 die für die nächste Messung verwendete Zeitauflösung Δt. In der vorliegenden Ausführungsform stellt die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt auf die erste Zeitauflösung Δt1 ein, die der maximale Wert ist. Wenn das Objekt in einem Zustand, in dem die Zeitauflösung Δt klein ist, weit entfernt ist, kann die Lichtempfangszeit Tct nicht ermittelt werden, da die Zeit bis zur Rückkehr des reflektierten Lichts länger wird als die messbare maximale Zeit. Daher kann in diesem Fall die Entfernung des fernen Objekts durch Erhöhen der Zeitauflösung Δt und Durchführen der nächsten Messung gemessen werden.
Dagegen bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 150, wenn bestimmt wird, dass das reflektierte Licht empfangen werden kann (Schritt S07: Ja), im Schritt S09, ob die Lichtempfangszeit Tct größer als der Grenzwert Tct2m ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass sie größer ist, geht die Entfernungsberechnungseinheit 15 zum Schritt S12 über, und wenn bestimmt wird, dass sie nicht größer ist, geht die Entfernungsberechnungseinheit 15 zum Schritt S10 über. Wenn bestimmt wird, dass die Lichtempfangszeit Tct nicht größer als der Grenzwert Tct2m ist (Schritt S09: Nein), bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15, ob die Zeitauflösung Δt im Schritt S10 verringert werden kann. Wenn bestimmt wird, dass sie verringert werden kann, geht die Entfernungsberechnungseinheit 15 zum Schritt S11 über, und wenn bestimmt wird, dass sie nicht verringert werden kann, geht die Entfernungsberechnungseinheit 15 zum Schritt S12 über.
In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15, dass die Zeitauflösung Δt verringert werden kann, wenn die aktuelle Zeitauflösung Δt die erste Zeitauflösung Δt1 ist. Wenn die aktuelle Zeitauflösung Δt die zweite Zeitauflösung Δt2 ist, bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15, dass die Zeitauflösung Δt nicht verringert werden kann. Wenn bestimmt wird, dass sie verringert werden kann (Schritt S10: Ja), verringert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt im Schritt S11. In der vorliegenden Ausführungsform stellt die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt auf die zweite Zeitauflösung Δt2 ein. Im Schritt S12 kehrt die Entfernungsberechnungseinheit 15 beim Fortsetzen der Entfernungsmessung zu Schritt S01 zurück, um die Verarbeitung weiterzuführen. Wenn die Entfernungsmessung nicht fortgesetzt wird, beendet die Entfernungsberechnungseinheit 15 eine Verarbeitungsreihe.
Ausführungsform 2
Als nächstes wird die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 2 erläutert. Die Erläuterung für Bestandteile, die die gleichen wie in Ausführungsform 1 sind, wird weggelassen. Die Grundkonfiguration der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die von Ausführungsform 1; Ausführungsform 2 unterscheidet sich aber von Ausführungsform 1 durch ein Änderungsverfahren der Zeitauflösung Δt der Entfernungsberechnungseinheit 15.
In der vorliegenden Ausführungsform, ähnlich der Ausführungsform 1, ändert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt der Zeitmesseinrichtung 94, die zur Berechnung der Objektentfernung verwendet wird, auf Basis der Lichtempfangszeit Tct als Erkennungsinformationen. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 erhöht die Zeitauflösung Δt bei zunehmender gemessener Lichtempfangszeit Tct. Wenn die Zeitmesseinrichtung 94 die Lichtempfangszeit Tct nicht messen konnte, erhöht die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 stellt durch Bezugnahme auf Auflösungseinstellungsdaten, in denen der Einstellwert der Zeitauflösung Δt in jeder von mehreren geteilten Regionen, in die ein möglicher Bereich der Lichtempfangszeit unterteilt ist, vorläufig eingestellt ist, die Zeitauflösung Δt der geteilten Region, die der gemessenen Lichtempfangszeit Tct entspricht, ein.
In der vorliegenden Ausführungsform, anders als in Ausführungsform 1, ändert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt bei dieser Zeitmessung auf Basis der Lichtempfangszeit Tct, die am Strahlungswinkel der letzten Abtastperiode (Frame) gemessen wird, der dem Strahlungswinkel dieser Zeitmessung entspricht.
Gemäß dieser Konfiguration wird, sobald die Objektentfernung an jedem Strahlungswinkel erkannt worden ist, nach der nächsten Abtastperiode (Frame) die Zeitauflösung Δt an jedem Strahlungswinkel passend gemacht und die Erkennungsgenauigkeit der Objektentfernung kann verbessert werden.
In den Figuren der oberen Stufe und der unteren Stufe von 17 werden mehrere Strahlungswinkel, an denen die Entfernung im gleichen Frame gemessen wird, durch Punkte gezeigt. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 stellt die in der nächsten Messung verwendete Zeitauflösung Δt auf Basis der an jedem Strahlungswinkel gemessenen Lichtempfangszeit Tct ein und speichert die nächste Zeitauflösung Δt in der Speichervorrichtung 91, wie einem RAM, durch Korrelation mit dem Strahlungswinkel.
In der Figur der oberen Stufe von 17 wird am Strahlungswinkel P11 und am Strahlungswinkel P21 jeweils die Lichtempfangszeit Tct des vergleichsweise nahe positionierten Objekts 40 gemessen. Da die Lichtempfangszeit Tct kleiner als der Grenzwert Tct2m ist, wird die nächste Zeitauflösung Δt auf einen kleinen Wert (in diesem Beispiel die zweite Zeitauflösung Δt2) eingestellt, wobei Einstellinformationen (Flag-Informationen und dergleichen) durch Korrelation mit jedem von dem Strahlungswinkel P11 und dem Strahlungswinkel P21 in die Speichervorrichtung 91, wie einem RAM, abgespeichert werden.
Dagegen wird an jedem der Strahlungswinkel außer P11 und P12 die Lichtempfangszeit Tct des vergleichsweise weit entfernt angeordneten Objekts 41 gemessen. Da die Lichtempfangszeit Tct größer als der Grenzwert Tct2m ist, wird die nächste Zeitauflösung Δt auf einen großen Wert (in diesem Beispiel die erste Zeitauflösung Δt1) eingestellt, wobei Einstellinformationen (Flag-Informationen und dergleichen) durch Korrelation mit jedem der Strahlungswinkel außer dem Strahlungswinkel P11 und dem Strahlungswinkel P12 in die Speichervorrichtung 91, wie einem RAM, abgespeichert werden.
Dann zeigt die Figur der unteren Stufe von 17 den nächsten Frame. An jedem Strahlungswinkel liest die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Einstellinformationen der Zeitauflösung des entsprechenden Strahlungswinkels, die im letzten Zeit-Frame eingestellt wurden, aus der Speichervorrichtung 91 und stellt sie auf die bei dieser Zeitmessung verwendete Zeitauflösung Δt ein.
<Ablaufdiagramm>
Die Verarbeitung wird mithilfe des Ablaufdiagramms von 18 erläutert. Nach Starten der Verarbeitung steuert die Abtaststeuereinheit 14 im Schritt S21 den Abtastmechanismus 12 so, dass er den Strahlungswinkel des Laserstrahls abtastet. Im Schritt S22 liest die Entfernungsberechnungseinheit 15 dann die Einstellinformationen der Zeitauflösung des entsprechenden Strahlungswinkels, die im letzten Zeit-Frame bestimmt wurden, aus der Speichervorrichtung 91 aus. Im Schritt S23 überträgt die Entfernungsberechnungseinheit 15 dann die Zeitauflösung Δt, die den gelesenen Einstellinformationen entspricht, an die Zeitmesseinrichtung 94.
Im Schritt S24 überträgt die Lichtsende- und -empfangs-Steuereinheit 16 das Befehlssignal an die Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 zum Ausgeben des Pulsform-Laserstrahls des Pulszyklus Tp. Im Schritt S25 startet die Zeitmesseinrichtung 94 das Zählen des Zählerwerts Cnt, wenn das Ausgangssignal von der Laserstrahlquellen-Ansteuerschaltung 112 zur Laserstrahlquelle 111 den Schwellenwert übersteigt, mit einem Zeitintervall der in Schritt S23 übertragenen Zeitauflösung Δt.
Im Schritt S26 gibt die Lichtempfangseinheit 13 das Lichtempfangssignal aus, wenn sie das reflektierte Licht empfängt. Im Schritt S27 stoppt die Zeitmesseinrichtung 94 das Zählen, wenn das von der Lichtempfangseinheit 13 ausgegebene Lichtempfangssignal den Schwellenwert übersteigt. Die Zeitmesseinrichtung 94 überträgt dann im Schritt S28 den Zählerwert Cnt an den Arithmetikprozessor 90 (die Entfernungsberechnungseinheit 15). Die Entfernungsberechnungseinheit 15 berechnet die Lichtempfangszeit Tct durch Multiplizieren der Zeitauflösung Δt mit dem Zählerwert Cnt. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 berechnet die Objektentfernung, die die Entfernung zu dem Objekt ist, auf Basis der Lichtempfangszeit Tct.
Wenn der Zählerwert Cnt nicht empfangen werden kann, selbst wenn die durch Multiplizieren des maximalen Werts 2^N des Zählers mit der Zeitauflösung Δt ermittelte maximale Lichtempfangszeit abläuft, bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15 im Schritt S29, dass die Lichtempfangseinheit 13 das reflektierte Licht nicht empfangen kann, weil es das Objekt an dem Strahlungswinkel nicht gibt oder weil es das Objekt innerhalb des Bereichs der maximalen Objektentfernung gemäß der Zeitauflösung Δt nicht gibt, und geht zu Schritt S30 über. Wenn der Zählerwert Cnt empfangen wird, bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15, dass die Lichtempfangseinheit 13 das reflektierte Licht empfangen hat, und geht zum Schritt S31 über.
Beim Bestimmen, dass das reflektierte Licht nicht empfangen werden kann (Schritt S29: Nein), erhöht die Entfernungsberechnungseinheit 15 im Schritt S30 die Zeitauflösung Δt, die für den nächsten Frame verwendet wird. In der vorliegenden Ausführungsform stellt die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt auf die erste Zeitauflösung Δt1 ein, die der maximale Wert ist. Dann speichert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Einstellinformationen der Zeitauflösung Δt in der Speichervorrichtung 91, wie einem RAM, durch Korrelation mit dem Strahlungswinkel dieses Zeitpunkts ab.
Dagegen bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15 beim Bestimmen, dass das reflektierte Licht empfangen werden kann (Schritt S29: Ja), im Schritt S31, ob die Lichtempfangszeit Tct größer als der Grenzwert Tct2m ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass sie größer ist, geht die Entfernungsberechnungseinheit 15 zum Schritt S34 über, und wenn bestimmt wird, dass sie nicht größer ist, geht die Entfernungsberechnungseinheit 15 zum Schritt S32 über. Wenn bestimmt wird, dass die Lichtempfangszeit Tct nicht größer als der Grenzwert Tct2m ist (Schritt S31: Nein), bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15, ob die Zeitauflösung Δt im Schritt S32 verringert werden kann oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass sie verringert werden kann, geht die Entfernungsberechnungseinheit 15 zum Schritt S33 über, und wenn bestimmt wird, dass sie nicht verringert werden kann, geht die Entfernungsberechnungseinheit 15 zum Schritt S34 über.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn die aktuelle Zeitauflösung Δt die erste Zeitauflösung Δt1 ist, bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15, dass die Zeitauflösung Δt verringert werden kann. Wenn die aktuelle Zeitauflösung Δt die zweite Zeitauflösung Δt2 ist, bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit 15, dass die Zeitauflösung Δt nicht verringert werden kann. Wenn bestimmt wird, dass sie verringert werden kann (Schritt S32: Ja), verringert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt im Schritt S33. In der vorliegenden Ausführungsform stellt die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt auf die zweite Zeitauflösung Δt2 ein. Dann speichert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Einstellinformationen der Zeitauflösung Δt in der Speichervorrichtung 91, wie einem RAM, durch Korrelation mit dem Strahlungswinkel dieses Zeitpunkts ab. Im Schritt S34 kehrt die Entfernungsberechnungseinheit 15, wenn die Entfernungsmessung fortgesetzt wird, zum Schritt S21 zurück, um die Verarbeitung fortzusetzen. Wenn die Entfernungsmessung nicht fortgesetzt wird, beendet die Entfernungsberechnungseinheit 15 eine Verarbeitungsreihe.
Ausführungsform 3
Als nächstes wird die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 3 erläutert. Die Erläuterung für Bestandteile, die die gleichen wie die in Ausführungsform 1 sind, wird weggelassen. Die Grundkonfiguration der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die von Ausführungsform 1; Ausführungsform 3 unterscheidet sich aber von Ausführungsform 1 durch ein Änderungsverfahren der Zeitauflösung Δt der Entfernungsberechnungseinheit 15.
In der vorliegenden Ausführungsform, ähnlich der Ausführungsform 1, ändert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt der Zeitmesseinrichtung 94, die zur Berechnung der Objektentfernung verwendet wird, auf Basis der Lichtempfangszeit Tct als Erkennungsinformationen. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 erhöht die Zeitauflösung Δt bei zunehmender gemessener Lichtempfangszeit Tct. Wenn die Zeitmesseinrichtung 94 die Lichtempfangszeit Tct nicht messen konnte, erhöht die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt.
In der vorliegenden Ausführungsform, anders als in Ausführungsform 1, ändert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt, so dass ein durch Addieren einer Toleranzzeit ΔTmg zur gemessenen Lichtempfangszeit Tct erhaltener Wert eine maximale messbare Lichtempfangszeit wird. Zum Beispiel, wie in der Gleichung (8) gezeigt, stellt die Entfernungsberechnungseinheit 15 zur Zeitauflösung Δt einen Wert ein, der durch Dividieren eines Werts, der durch Addieren der Toleranzzeit ΔTmg zur gemessenen Lichtempfangszeit Tct erhalten wird, durch den maximalen Zählerwert 2^N ermittelt wird. Alternativ kann, wie in der Gleichung (9) gezeigt, die Entfernungsberechnungseinheit 15 zur Zeitauflösung Δt einen Wert einstellen, der durch Dividieren eines Werts, der durch Multiplizieren eines Toleranzkoeffizienten Km mit der Lichtempfangszeit Tct erhalten wird, durch den maximalen Zählerwert 2^N ermittelt wird. Hierin ist der Toleranzkoeffizient Km auf einen Wert eingestellt, der größer als 1 ist, (Km-1)×Tct entspricht der Toleranzzeit ΔTmg. Die Zeitauflösung Δt hat als Obergrenze einen Wert, der durch Dividieren der Lichtempfangszeit Tctlm, die der maximalen messbaren Objektentfernung Lm der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 entspricht, durch den maximalen Zählerwert 2^N ermittelt wird. $Δ t = (Tct + Δ Tmg) / (2^{N})$
$Δ t = Km \times Tct / (2^{N})$
Gemäß dieser Konfiguration kann die optimale Zeitauflösung Δt gemäß der gemessenen Lichtempfangszeit Tct adaptiv eingestellt werden und die Genauigkeit der Entfernungsmessung kann aufrechterhalten bleiben, selbst wenn die objektive Entfernung variiert.
19 zeigt ein Verhalten beim Ändern der Zeitauflösung Δt unter den gleichen Bedingungen wie in 14 der Ausführungsform 1. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 ändert die Zeitauflösung Δt bei dieser Zeitmessung auf Basis der unmittelbar davor gemessenen Lichtempfangszeit Tct. Die am Strahlungswinkel 212 von 19 eingestellte Zeitauflösung Δt ist auf einen Wert eingestellt, der durch Dividieren eines Werts, der durch Addieren der Toleranzzeit ΔTmg zu der am vorhergehenden Strahlungswinkel 211 gemessenen Lichtempfangszeit Tct erhalten wird, durch den maximalen Zählerwert 2^N ermittelt wird.
Wie bei Ausführungsform 2 kann die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt bei dieser Zeitmessung auf Basis der am Strahlungswinkel der letzten Abtastperiode (Frame), der dem Strahlungswinkel dieser Zeitmessung entspricht, gemessenen Lichtempfangszeit Tct ändern.
Ausführungsform 4
Als nächstes wird die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 4 erläutert. Die Erläuterung für Bestandteile, die die gleichen wie die in Ausführungsform 1 sind, wird weggelassen. Die Grundkonfiguration der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die von Ausführungsform 1; Ausführungsform 4 unterscheidet sich aber dadurch von Ausführungsform 1, dass sie mehrere Zeitmesseinrichtungen 94 vorsieht.
In der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere der Zeitmesseinrichtungen 94, bei denen die Zeitauflösungen voneinander verschieden sind, vorgesehen. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 wählt die eine Zeitmesseinrichtung 94, die für diese Zeitmessung verwendet wird, aus den mehreren Zeitmesseinrichtungen 94 auf Basis der gemessenen Lichtempfangszeit Tct aus. Durch Auswählen der zum Messen der Lichtempfangszeit Tct verwendeten Zeitmesseinrichtung variiert die zur Berechnung der Objektentfernung verwendete Zeitauflösung der Zeitmesseinrichtung. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 berechnet die Objektentfernung auf Basis des Messergebnisses der Lichtempfangszeit Tct der einen ausgewählten Zeitmesseinrichtung. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 erhöht die Zeitauflösung Δt der auszuwählenden Zeitmesseinrichtung bei zunehmender gemessener Lichtempfangszeit Tct.
Gemäß dieser Konfiguration kann die Messgenauigkeit der Objektentfernung unter Verwendung von mehreren preisgünstigen Zeitmesseinrichtungen, die eine feste Zeitauflösung haben, verbessert werden.
Ähnlich Ausführungsform 1 ändert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt der auszuwählenden Zeitmesseinrichtung auf Basis der unmittelbar davor gemessenen Lichtempfangszeit Tct. Alternativ, ähnlich Ausführungsform 2, ändert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt der auszuwählenden Zeitmesseinrichtung auf Basis der beim Strahlungswinkel des letztmaligen Frames, der dem Strahlungswinkel dieser Zeitmessung entspricht, gemessenen Lichtempfangszeit Tct.
Zum Beispiel sind die erste Zeitmesseinrichtung und die zweite Zeitmesseinrichtung vorgesehen. Die erste Zeitauflösung Δt1, die in der ersten Zeitmesseinrichtung eingestellt ist, und die zweite Zeitauflösung Δt2, die in der zweiten Zeitmesseinrichtung eingestellt ist, sind auf voneinander verschiedene Werte eingestellt.
Ähnlich Ausführungsform 1 ist die erste Zeitauflösung Δt1 auf einen Wert eingestellt, der durch Dividieren der maximalen Lichtempfangszeit Tctlm, die der maximal messbaren Objektentfernung Lm der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 entspricht, durch den maximalen Zählerwert 2^N (Δt1 = Tct1m/2^N) ermittelt wird. Die zweite Zeitauflösung Δt2 ist auf einen Wert eingestellt, der kleiner als die erste Zeitauflösung Δt1 ist.
Wenn die gemessene Lichtempfangszeit Tct so groß wie der Grenzwert Tct2m oder größer ist, wählt die Entfernungsberechnungseinheit 15 die erste Zeitmesseinrichtung als die für diese Zeitmessung verwendete Zeitmesseinrichtung aus. Wenn die gemessene Lichtempfangszeit Tct kleiner als der Grenzwert Tct2m ist, wählt die Entfernungsberechnungseinheit 15 die zweite Zeitmesseinrichtung als die für diese Zeitmessung verwendete Zeitmesseinrichtung aus. Der Grenzwert Tct2m wird auf einen Wert eingestellt, der durch Multiplizieren des maximalen Zählerwerts 2^N mit der zweiten Zeitauflösung Δt2 ermittelt wird. Dann berechnet die Entfernungsberechnungseinheit 15 einen Wert, der durch Multiplizieren der Zeitauflösung der ausgewählten Zeitmesseinrichtung mit dem Zählerwert, der von der durch die Entfernungsberechnungseinheit 15 ausgewählten Zeitmesseinrichtung ausgegeben wird, als die Lichtempfangszeit Tct. Dann berechnet die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Objektentfernung auf Basis des Messergebnisses der Lichtempfangszeit Tct.
Ausführungsform 5
Als nächstes wird die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 5 erläutert. Die Erläuterung für Bestandteile, die die gleichen wie die in Ausführungsform 1 sind, wird weggelassen. Die Grundkonfiguration der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die von Ausführungsform 1; Ausführungsform 5 unterscheidet sich aber dadurch von Ausführungsform 1, dass sie mehrere Zeitmesseinrichtungen 94 vorsieht.
In der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere Zeitmesseinrichtungen 94 bereitgestellt, bei denen die Zeitauflösungen voneinander verschieden sind. Dann wählt die Entfernungsberechnungseinheit 15 das eine Messergebnis der Lichtempfangszeit, das zur Berechnung der Objektentfernung verwendet wird, aus den mehreren Messergebnissen der Lichtempfangszeit Tct aus, die von den mehreren Zeitmesseinrichtungen 94 gemessen werden. Durch Auswählen von einem aus den mehreren Messergebnissen der Lichtempfangszeit Tct variiert die zur Berechnung der Objektentfernung verwendete Zeitauflösung der Zeitmesseinrichtung. Dann berechnet die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Objektentfernung auf Basis des durch die Entfernungsberechnungseinheit 15 ausgewählten Messergebnisses der einen Lichtempfangszeit Tct.
Gemäß dieser Konfiguration wird das optimale Messergebnis aus den mehreren Messergebnissen der Lichtempfangszeit ausgewählt. Daher kann, da die Lichtempfangszeit unter Verwendung einer passend gewählten Zeitauflösung ab dem Zeitpunkt der ersten Erkennung des Objekts an jedem Strahlungswinkel gemessen werden kann, die Genauigkeit der Entfernungsmessung des nahen Objekts verbessert werden und die Entfernung des fernen Objekts kann gemessen werden. Durch Verwenden der mehreren kostengünstigen Zeitmesseinrichtungen, die eine feste Zeitauflösung haben, können Kosten reduziert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind eine erste Zeitmesseinrichtung und eine zweite Zeitmesseinrichtung vorgesehen. Die erste Zeitauflösung Δt1, die in der ersten Zeitmesseinrichtung eingestellt ist, und die zweite Zeitauflösung Δt2, die in der zweiten Zeitmesseinrichtung eingestellt ist, sind auf voneinander verschiedene Werte eingestellt.
Ähnlich Ausführungsform 1 ist die erste Zeitauflösung Δt1 auf einen Wert eingestellt, der durch Dividieren der maximalen Lichtempfangszeit Tctlm, die der maximal messbaren Objektentfernung Lm der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 entspricht, durch den maximalen Zählerwert 2^N (Δt1 = Tct1m/2^N) ermittelt wird. Die zweite Zeitauflösung Δt2 ist auf einen Wert eingestellt, der kleiner als die erste Zeitauflösung Δt1 ist.
Die Entfernungsberechnungseinheit 15 berechnet als die erste Lichtempfangszeit Tct1 einen Wert, der durch Multiplizieren der ersten Zeitauflösung Δt1 mit dem Zählerwert Cnt1, der von der ersten Zeitmesseinrichtung ausgegeben wird, ermittelt wird. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 berechnet als die zweite Lichtempfangszeit Tct2 einen Wert, der durch Multiplizieren der zweiten Zeitauflösung Δt2 mit dem Zählerwert Cnt2, der von der zweiten Zeitmesseinrichtung ausgegeben wird, ermittelt wird.
Wenn die erste Lichtempfangszeit Tct1 so groß wie der Grenzwert Tct2m oder größer ist, wählt die Entfernungsberechnungseinheit 15 die erste Lichtempfangszeit Tct1 als das Messergebnis der Lichtempfangszeit, das zur Berechnung der Objektentfernung verwendet wird, aus. Wenn die erste Lichtempfangszeit Tct1 kleiner als der Grenzwert Tct2m ist, wählt die Entfernungsberechnungseinheit 15 die zweite Lichtempfangszeit Tct2 als das Messergebnis der Lichtempfangszeit, das zur Berechnung der Objektentfernung L verwendet wird, aus. Der Grenzwert Tct2m wird auf einen Wert eingestellt, der durch Multiplizieren des maximalen Zählerwerts 2^N mit der zweiten Zeitauflösung Δt2 (Tct2m = Δt2×2^N) ermittelt wird. Dann berechnet die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Objektentfernung auf Basis des Messergebnisses der einen von der Entfernungsberechnungseinheit 15 ausgewählten Lichtempfangszeit.
Ein Beispiel wird in 20 gezeigt. In der Zeitdiagrammgruppe der oberen Stufe von 20 ist das Objekt vergleichsweise nahe und die erste Lichtempfangszeit Tct1 ist kleiner als der Grenzwert Tct2m. Dementsprechend wird die zweite Lichtempfangszeit Tct2 als das Messergebnis der Lichtempfangszeit ausgewählt, das zur Berechnung der Objektentfernung verwendet wird. Daher wird die Genauigkeit der Entfernungsmessung des nahen Objekts verbessert. Dagegen ist in der Zeitdiagrammgruppe der unteren Stufe von 20 das Objekt vergleichsweise weit entfernt und die erste Lichtempfangszeit Tct1 ist größer als der Grenzwert Tct2m. Dementsprechend wird die erste Lichtempfangszeit Tct1 als das Messergebnis der Lichtempfangszeit ausgewählt, die zur Berechnung der Objektentfernung verwendet wird. Daher kann die Entfernung des fernen Objekts gemessen werden.
Ausführungsform 6
Als nächstes wird die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 6 erläutert. Die Erläuterung für Bestandteile, die die gleichen wie die in Ausführungsform 1 sind, wird weggelassen. Die Grundkonfiguration der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die von Ausführungsform 1; Ausführungsform 6 unterscheidet sich aber durch die Konfiguration der Zeitmesseinrichtungen 94 von Ausführungsform 1.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Zeitmesseinrichtung 94 eine Zeitmesseinrichtung vom Kondensatorladungstyp. 21 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip der Zeitmesseinrichtung vom Kondensatorladungstyp zeigt. Nach dem Aufladen des Kondensators auf eine Spannung Vc fällt die Klemmenspannung V des Kondensators bei Verstreichen der Zeit t gemäß der nächsten Gleichung ab, wenn der Kondensator mit einer Last verbunden wird und entladen wird. $V = Vc \times exp (- t / (R \times C))$
Hierin ist R der Widerstand der Last und C ist die Kapazität des Kondensators. Daher wird, wenn R und C bekannt sind, durch Verwenden des Ausstrahlens des Laserstrahls als den Auslöser die Last angeschlossen und dann kann die Lichtempfangszeit Tct ermittelt werden, indem die A/D-Umsetzung der Klemmenspannung V des Kondensators mit dem A/D-Wandler durchgeführt wird.
Zum Beispiel kann die Spannung in Zeit umgewandelt werden, indem die Beziehung zwischen der Klemmenspannung V und der Lichtempfangszeit Tct zuvor im Speicher gespeichert wird. In diesem Fall hängt die Zeitauflösung Δt von der Auflösung des A/D-Wandlers ab. Daher wird beim Ändern der Zeitauflösung Δt die Auflösung des A/D-Wandlers geändert oder es werden mehrere A/D-Wandler, bei denen die Auflösungen voneinander verschieden sind, verwendet.
21 zeigt den Fall, in dem der erste A/D-Wandler (A/D1) mit einem Spannungsmessbereich einer großen Breite und der zweite A/D-Wandler (A/D2) mit einem Spannungsmessbereich einer kleinen Breite verwendet wird. Die Digitalumwandlungswerte des ersten A/D-Wandlers (A/D1) und des zweiten A/D-Wandlers (A/D2) sind die gleiche Anzahl von Bits N. Wenn die Lichtempfangszeit Tct kleiner als der Grenzwert Bt ist, berechnet die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Lichtempfangszeit Tct unter Verwendung des A/D-Umsetzungswerts des zweiten A/D-Wandlers (A/D2). Wenn die Lichtempfangszeit Tct so groß wie der Grenzwert Bt oder größer ist, berechnet die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Lichtempfangszeit Tct unter Verwendung des A/D-Umsetzungswertes des ersten A/D-Wandlers (A/D1).
Ausführungsform 7
Als nächstes wird die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 7 erläutert. Die Erläuterung für Bestandteile, die die gleichen wie die in Ausführungsform 1 sind, wird weggelassen. Die Grundkonfiguration der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die von Ausführungsform 1; Ausführungsform 7 unterscheidet sich aber dadurch von Ausführungsform 1, dass die Erkennungsinformationen eine Geschwindigkeit des die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 tragenden Fahrzeugs sind.
Es wird erwogen, dass bei Verwendung der Geschwindigkeit des die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 tragenden Fahrzeugs die Zeitauflösung Δt gemäß ihrer Größe geändert wird. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist, nähert sich das ferne Objekt in kurzer Zeit. Wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, nimmt die Bedeutung der Überwachung des fernen Objekts zu, da eine Möglichkeit, dass sich das Messobjekt nahe am Fahrzeug befindet, gering ist. Daher erhöht die Entfernungsberechnungseinheit 15 bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit die Zeitauflösung Δt. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 bezieht die Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit von der Fahrzeugnavigationsvorrichtung 30, dem Steuergerät des Fahrzeugs oder dergleichen.
Zum Beispiel verringert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt (zum Beispiel die zweite Zeitauflösung Δt2 der Ausführungsform 1), wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich der Grenzgeschwindigkeit ist. Bei niedriger Geschwindigkeit kann das Hindernis, das sich nahe am Fahrzeug befindet, mit guter Entfernungsgenauigkeit erkannt werden. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als die Grenzgeschwindigkeit ist, erhöht die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt (zum Beispiel die erste Zeitauflösung Δt1 von Ausführungsform 1). Durch Erhöhen der Zeitauflösung bei hoher Geschwindigkeit wird der Strahlungsfrequenz und der Aktualisierungsgeschwindigkeit des Laserstrahls Vorrang vor der Entfernungsgenauigkeit eingeräumt und die Hinderniserkennungsleistung kann verbessert werden.
Ausführungsform 8
Als nächstes wird die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 8 erläutert. Die Erläuterung für Bestandteile, die die gleichen wie die in Ausführungsform 1 sind, wird weggelassen. Die Grundkonfiguration der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die von Ausführungsform 1; Ausführungsform 8 unterscheidet sich aber dadurch von Ausführungsform 1, dass die Erkennungsinformationen eine Beschleunigung des die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 tragenden Fahrzeugs sind.
Es kann ein Verfahren zum Ändern der Zeitauflösung unter Verwendung der Fahrzeugbeschleunigung erwogen werden. Zum Beispiel nimmt bei der Beschleunigung des Fahrzeugs die Bedeutung der Überwachung des fernen Hindernisses zu. Dann kann die Entfernung des weit entfernten Objekts durch Erhöhen der Zeitauflösung gemessen werden und das Vorhandensein des Objekts, das das Hindernis werden kann, kann frühzeitig erkannt werden. Beim Verlangsamen, um das in kurzer Entfernung befindliche Hindernis im Detail zu erkennen, wird die Zeitauflösung verringert und die Messgenauigkeit der Objektentfernung wird verbessert. Daher erhöht die Entfernungsberechnungseinheit 15 bei zunehmender Fahrzeugbeschleunigung die Zeitauflösung Δt. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 bezieht die Informationen über die Fahrzeugbeschleunigung aus der Fahrzeugnavigationsvorrichtung 30, dem Steuergerät des Fahrzeugs oder dergleichen.
Zum Beispiel, wenn die Fahrzeugbeschleunigung kleiner oder gleich der Grenzbeschleunigung ist, verringert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt (zum Beispiel die zweite Zeitauflösung Δt2 von Ausführungsform 1). Wenn die Fahrzeugbeschleunigung größer als die Grenzbeschleunigung ist, erhöht die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt (zum Beispiel die erste Zeitauflösung Δt1 der Ausführungsform 1).
Ausführungsform 9
Als nächstes wird die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 9 erläutert. Die Erläuterung für Bestandteile, die die gleichen wie die in Ausführungsform 1 sind, wird weggelassen. Die Grundkonfiguration der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die von Ausführungsform 1; Ausführungsform 9 unterscheidet sich aber dadurch von Ausführungsform 1, dass die Erkennungsinformationen eine Neigung des Fahrzeugs sind.
22 zeigt den Fall, in dem die Fahrzeugneigung horizontal ist. 23 zeigt den Fall, in dem die Fahrzeugneigung θ nach vorn geneigt ist. Die Fahrzeugneigung θ ist ein Winkel der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf die Straßenoberfläche. Am Fahrzeug 162 sind der Lagesensor 161, der die Fahrzeugneigung erkennt, und die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 montiert. Das Ausgangssignal des Lagesensors 161 wird in die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 eingegeben.
An dem Strahlungswinkel, mit dem der Laserstrahl innerhalb des Strahlungsbereichs R des Laserstrahls der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 auf die Straßenoberfläche auftrifft, wird erwartet, dass die Lichtempfangszeit kurz wird. Daher verringert die Entfernungsberechnungseinheit 15 die Zeitauflösung Δt an dem Strahlungswinkel, mit dem der Laserstrahl auf die Straßenoberfläche auftrifft. Dementsprechend ist es möglich, die Genauigkeit der Entfernungsmessung zu erhöhen.
Der Strahlungswinkelbereich des Laserstrahls, der auf die Straßenoberfläche auftrifft, variiert gemäß der Fahrzeugneigung. Im horizontalen Fall von 22 sind die Strahlungswinkel, mit denen die Straßenoberfläche angestrahlt wird, P1 und P2. Dagegen sind die Strahlungswinkel, mit denen die Straßenoberfläche angestrahlt wird, im Fall der Neigung nach vorn von 23 auf P1, P2, P3 und P4 erweitert. Daher ändert die Entfernungsberechnungseinheit 15 den Strahlungswinkelbereich an der Unterseite, in dem die Zeitauflösung verringert ist, gemäß der Fahrzeugneigung. Bei Vorwärtsneigung des Fahrzeugs erhöht die Entfernungsberechnungseinheit 15 den Strahlungswinkelbereich an der Unterseite, in dem die Zeitauflösung verringert ist. Dementsprechend wird es möglich, die Genauigkeit der Entfernungsmessung des nahen Objekts selbst dann zu verbessern, wenn sich die Fahrzeugneigung durch die Vibration bei fahrendem Fahrzeug oder durch die Zahl der Insassen verändert.
Ausführungsform 10
Als nächstes wird die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß Ausführungsform 10 erläutert. Die Erläuterung für Bestandteile, die die gleichen wie die in Ausführungsform 1 sind, wird weggelassen. Die Grundkonfiguration der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die von Ausführungsform 1; Ausführungsform 10 unterscheidet sich aber dadurch von Ausführungsform 1, dass die Erkennungsinformationen eine Zeitänderung der Lichtempfangszeit sind.
Die Zeitänderung der Lichtempfangszeit ist proportional zur Relativgeschwindigkeit zwischen der Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 und dem Objekt. 24 zeigt ein Beispiel des die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 tragenden Fahrzeugs 162 und des entgegenkommenden Fahrzeugs 192. Die Laser-Entfernungsmessvorrichtung 10 erkennt die Entfernung des entgegenkommenden Fahrzeugs 192, das sich dem eigenen Fahrzeug 162 nähert, im Strahlungswinkelbereich R. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 ändert die Zeitauflösung gemäß der Zeitänderung (Relativgeschwindigkeit) der Lichtempfangszeit. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 verringert die Zeitauflösung bei zunehmender Zeitänderung (Relativgeschwindigkeit) der Lichtempfangszeit. Die Entfernungsberechnungseinheit 15 kann die Zeitauflösung des Strahlungswinkels 191, an dem die Lichtempfangszeit gemessen wurde, gemäß der Zeitänderung (Relativgeschwindigkeit) der Lichtempfangszeit ändern. Das Objekt, das eine große Relativgeschwindigkeit hat, nähert sich dem eigenen Fahrzeug 162 schnell. Durch Verringern der Zeitauflösung wird es möglich, die Entfernung des Objekts, wie etwa des entgegenkommenden Fahrzeugs, das sich dem eigenen Fahrzeug schnell nähert, mit guter Genauigkeit zu messen.
<Andere Ausführungsformen>
Schließlich werden andere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erläutert. Jede der unten zu erläuternden Konfigurationen der Ausführungsformen ist nicht darauf beschränkt, separat genutzt zu werden, sondern kann in Kombination mit den Konfigurationen anderer Ausführungsformen eingesetzt werden, solange es keine Widersprüche gibt.
(1) In jeder der oben erwähnten Ausführungsformen wurde der Fall erläutert, in dem der Abtastmechanismus 12 mit dem MEMS-Spiegel 121 versehen ist. Der Abtastmechanismus 12 kann aber auch mit einem anderen Abtastmechanismus als einem MEMS-Spiegel 121 versehen werden. Zum Beispiel kann der Abtastmechanismus 12 mit einem drehbaren Polygonspiegel als dem beweglichen Spiegel versehen sein und kann mit einem Mechanismus versehen sein, der eine Drehachse des drehbaren Polygonspiegels neigt, so dass der Strahlungswinkelbereich in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung sich nach oben oder nach unten bewegt.
(2) In jeder der obigen Ausführungsformen wurde der Fall erläutert, in dem der winzige Spiegel durch die Lorentzkraft bewegt wird. Der bewegbare Mechanismus des winzigen Spiegels ist aber nicht auf das elektromagnetische Verfahren, wie etwa die Lorenzkraft, beschränkt und kann ein piezoelektrisches Verfahren sein, das ein piezoelektrisches Element verwendet, oder ein elektrostatisches Verfahren, das elektrostatische Kraft durch die potenzielle Differenz zwischen Spiegel und Elektrode verwendet.
(3) In jeder der obigen Ausführungsformen wurde der Fall erläutert, in dem die zweidimensionale Abtastung unter Verwendung des MEMS-Spiegels 121 durch die in 5 gezeigte Abtastung gezeigt, durchgeführt wird. Die zweidimensionale Abtastung kann aber durch eine Lissajous-Abtastung oder eine Rasterabtastung unter Verwendung des MEMS-Spiegels 121 durchgeführt werden; und eine Präzessionsabtastung kann mit einem Kugelspiegel durchgeführt werden.
(4) In jeder der obigen Ausführungsformen wurde der Fall erläutert, in dem die zweidimensionale Abtastung unter Verwendung des MEMS-Spiegels 121 durchgeführt wird, der den Spiegel um zwei Drehachsen dreht. Die zweidimensionale Abtastung kann aber unter Verwendung von zwei MEMS-Spiegeln durchgeführt werden, die jeweils den Spiegel um eine Drehachse drehen.
(5) In jeder der obigen Ausführungsformen wurde der Fall erläutert, in dem der Laserstrahl der einen Laserstrahlquelle 111 vom MEMS-Spiegel 121 reflektiert wird. Es können aber die Laserstrahlen mehrerer Laserstrahlquellen 111 vom MEMS-Spiegel 121 reflektiert werden.
(6) In jeder der obigen Ausführungsformen wurde der Fall erläutert, in dem der Lichtdetektor 131 das reflektierte Licht L2 empfängt, das vom MEMS-Spiegel 121 und vom Sammelspiegel 133 reflektiert wird. Es ist aber möglich, dass der Lichtdetektor 131 das reflektierte Licht L2, das vom Objekt reflektiert wird, direkt empfängt.
Die vorliegende Offenbarung wird oben zwar in Bezug auf verschiedene beispielhafte Ausführungsformen und Umsetzungen beschrieben, es ist aber zu beachten, dass die in einer oder mehr der einzelnen Ausführungsformen beschriebenen verschiedenen Merkmale, Aspekte und Funktionen nicht in ihrer Anwendbarkeit auf die jeweilige Ausführungsform, mit der sie beschrieben werden, beschränkt sind, sondern stattdessen allein oder in verschiedenen Kombinationen auf eine oder mehr der Ausführungsformen angewendet werden können. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen, die nicht veranschaulicht wurden, konzipiert werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel kann wenigstens einer der Bestandteile geändert, hinzugefügt oder beseitigt werden. Wenigstens einer der in wenigstens einer der bevorzugten Ausführungsformen erwähnten Bestandteile kann ausgewählt und mit den in einer anderen bevorzugten Ausführungsform erwähnten Bestandteilen kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017173298 A [0003]

Claims

Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10), die aufweist: eine Laserstrahlerzeugungseinheit (11), die einen Laserstrahl ausstrahlt; eine Lichtempfangseinheit (13), die ein reflektiertes Licht des von einem Objekt reflektierten Laserstrahls empfängt und ein Lichtempfangssignal ausgibt; eine Zeitmesseinrichtung (9), die mit einer Zeitauflösung (Δt) eine Lichtempfangszeit (Tct) misst, die eine Zeit von einem Zeitpunkt, an dem die Laserstrahlerzeugungseinheit (11) den Laserstrahl ausstrahlt, bis zu einem Zeitpunkt ist, an dem die Lichtempfangseinheit (13) das Lichtempfangssignal ausgibt; und eine Entfernungsberechnungseinheit (15), die eine Objektentfernung, welche eine Entfernung zum Objekt ist, auf Basis des Messergebnisses der Lichtempfangszeit (Tct) durch die Zeitmesseinrichtung (9) berechnet, wobei die Entfernungsberechnungseinheit (15) die Zeitauflösung (Δt) der Zeitmesseinrichtung (9), die für die Berechnung der Objektentfernung verwendet wird, auf Basis von Erkennungsinformationen ändert.
Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Erkennungsinformationen wenigstens eines von der Lichtempfangszeit (Tct), einer Zeitänderung der Lichtempfangszeit (Tct), einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, an dem die Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) montiert ist, einer Beschleunigung des Fahrzeugs und einer Neigung des Fahrzeugs sind.
Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erkennungsinformationen die Lichtempfangszeit (Tct) sind, und wobei die Entfernungsberechnungseinheit (15) die Zeitauflösung (Δt) bei zunehmender gemessener Lichtempfangszeit (Tct) erhöht.
Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erkennungsinformationen die Lichtempfangszeit (Tct) sind und wobei die Entfernungsberechnungseinheit (15) die Zeitauflösung (Δt) erhöht, wenn die Zeitmesseinrichtung (9) die Lichtempfangszeit (Tct) nicht messen kann.
Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Erkennungsinformationen die Lichtempfangszeit (Tct) sind, und wobei die Entfernungsberechnungseinheit (15) durch Bezugnahme auf Auflösungseinstellungsdaten, in denen der Einstellwert der Zeitauflösung (Δt) in jeder von mehreren geteilten Regionen, in die ein möglicher Bereich der Lichtempfangszeit (Tct) unterteilt ist, vorläufig eingestellt ist, die Zeitauflösung (Δt) der geteilten Region, die der gemessenen Lichtempfangszeit (Tct) entspricht, einstellt.
Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Erkennungsinformationen die Lichtempfangszeit (Tct) sind und wobei die Entfernungsberechnungseinheit (15) die Zeitauflösung (Δt) ändert, so dass ein durch Addieren einer Toleranzzeit (ΔTmg) zur gemessenen Lichtempfangszeit (Tct) erhaltener Wert eine maximale messbare Lichtempfangszeit wird.
Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Erkennungsinformationen die Lichtempfangszeit (Tct) sind und wobei die Entfernungsberechnungseinheit (15) die Zeitauflösung (Δt) bei dieser Zeitmessung auf Basis der unmittelbar davor gemessenen Lichtempfangszeit (Tct) ändert.
Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner aufweist: einen Abtastmechanismus (12), der einen Strahlungswinkel des Laserstrahls ändert, und eine Abtaststeuereinheit (14), die den Abtastmechanismus (12) steuert, um den Strahlungswinkel des Laserstrahls periodisch abzutasten, wobei die Erkennungsinformationen die Lichtempfangszeit (Tct) sind, und wobei die Entfernungsberechnungseinheit (15) die Zeitauflösung (Δt) bei dieser Zeitmessung auf Basis der Lichtempfangszeit (Tct), die am Strahlungswinkel der letzten Abtastperiode gemessen wird, der dem Strahlungswinkel dieser Zeitmessung entspricht, ändert.
Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Zeitmesseinrichtung (9) ein Zählertyp ist und ein Zeit-Digital-Wandler ist, der ein Signal im zeitlichen Bereich in einen digitalen Wert umwandelt.
Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zeitmesseinrichtung (9) ein Kondensatorladungstyp ist und die Zeitauflösung (Δt) durch Durchführen einer A/D-Umsetzung einer Ausgangsspannung eines Kondensators unter Verwendung mehrerer A/D-Wandler ändert, in denen Spannungsmessbereichsbreiten voneinander verschieden sind.
Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Erkennungsinformationen die Lichtempfangszeit (Tct) sind, wobei mehrere der Zeitmesseinrichtungen (9), in denen die Zeitauflösungen (Δt) voneinander verschieden sind, bereitgestellt sind, wobei die Entfernungsberechnungseinheit (15) die eine für diese Zeitmessung verwendete Zeitmesseinrichtung (9) aus den mehreren Zeitmesseinrichtungen (9) auf Basis der gemessenen Lichtempfangszeit (Tct) auswählt und wobei die Entfernungsberechnungseinheit (15) die Objektentfernung auf Basis des Messergebnisses der Lichtempfangszeit (Tct) der einen ausgewählten Zeitmesseinrichtung (9) berechnet.
Laser-Entfernungsmessvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Erkennungsinformationen die Lichtempfangszeit (Tct) sind, mehrere der Zeitmesseinrichtungen (9), in denen die Zeitauflösungen (Δt) voneinander verschieden sind, bereitgestellt sind, wobei die Entfernungsberechnungseinheit (15) das eine zur Berechnung der Objektentfernung verwendete Messergebnis der Lichtempfangszeit (Tct) aus den mehreren Messergebnissen der Lichtempfangszeit (Tct), die von den mehreren Zeitmesseinrichtungen (9) gemessenen werden, auswählt, wobei die Entfernungsberechnungseinheit (15) die Objektentfernung auf Basis des einen ausgewählten Messergebnisses der Lichtempfangszeit (Tct) berechnet.