JP2020118695A - Light distance measuring device - Google Patents

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JP2020118695A JP2020072018A JP2020072018A JP2020118695A JP 2020118695 A JP2020118695 A JP 2020118695A JP 2020072018 A JP2020072018 A JP 2020072018A JP 2020072018 A JP2020072018 A JP 2020072018A JP 2020118695 A JP2020118695 A JP 2020118695A
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Abstract

To provide a technique which can measure a correct distance to a target object regardless of the intensity of light entering a light receiving element.SOLUTION: A light distance measuring device 10 includes: a light source 20 for irradiating an object with light with a first pulse width; a light receiving element 31 for outputting a pulse signal showing that a light reflected from an object has been reflected, the pulse signal being a pulse signal with a second pulse width, the second pulse width being at least the first pulse width; a histogram generation unit 50 for generating a histogram by recording the degree according to the number of pulse signals output from the light receiving element for each predetermined time length; and a peak detection unit 60 for detecting the peak shape from the histogram; and a distance calculating unit 70 for calculating the distance to the target object by using the time corresponding to the peak shape.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、光測距装置に関する。 The present disclosure relates to an optical distance measuring device.

特許文献１に記載された光測距装置は、対象物からの反射光の入射に応じてＳＰＡＤ（シングルフォトンアバランシェダイオード）アレイから出力されるパルス信号を加算器で加算し、予め定められた時間間隔毎にその加算値を記録することによりヒストグラムを生成する。そして、そのヒストグラムから度数の最大値であるピークを検出し、そのピークの発生時刻を用いて対象物までの距離を算出する。 The optical distance measuring device described in Patent Document 1 adds pulse signals output from a SPAD (single photon avalanche diode) array in response to incidence of reflected light from an object by an adder, and sets a predetermined time. A histogram is generated by recording the added value for each interval. Then, the peak having the maximum frequency is detected from the histogram, and the distance to the object is calculated using the time of occurrence of the peak.

特開２０１６−１７６７５０号公報JP, 2016-176750, A 特許第５６４４２９４号公報Japanese Patent No. 5644294

本願発明者らは、光測距装置の測定精度向上のため鋭意検討を行った結果、ヒストグラム上に出現するピークの発生時刻は、光の入射強度によって変動するという知見を得た。この知見に基づき、本願発明者らは、ピークの発生時刻を用いて対象物までの距離を算出すると、光の入射強度の変動に伴って距離の算出結果も変動し、測定精度が低下するという課題を見出した。 As a result of earnest studies for improving the measurement accuracy of the optical distance measuring apparatus, the inventors of the present application have found that the time of occurrence of a peak appearing on the histogram varies depending on the incident intensity of light. Based on this knowledge, when the present inventors calculate the distance to the object using the peak occurrence time, the calculation result of the distance also changes with the change of the incident intensity of light, and the measurement accuracy decreases. Found a challenge.

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be realized as the following modes.

本開示の一形態によれば、光測距装置（１０）が提供される。この光測距装置は、対象物に第１パルス幅の光を照射する光源（２０）と、前記対象物から反射された光が入射したことを示すパルス信号であって、前記第１パルス幅以上の幅である第２パルス幅のパルス信号を出力する受光要素（３１）と、予め定められた時間間隔ごとに、前記受光要素から出力されたパルス信号の数に応じた度数を記録してヒストグラムを生成するヒストグラム生成部（５０）と、前記ヒストグラムからピーク形状を検出するピーク検出部（６０）と、前記ピーク形状に対応する時刻を用いて前記対象物までの距離を算出する距離算出部（７０）と、を備えることを特徴とする。 According to an aspect of the present disclosure, an optical distance measuring device (10) is provided. This optical distance measuring device is a light source (20) for irradiating an object with light having a first pulse width, and a pulse signal indicating that light reflected from the object is incident, and the first pulse width is A light receiving element (31) that outputs a pulse signal having a second pulse width that is the above width, and a frequency corresponding to the number of pulse signals output from the light receiving element are recorded at predetermined time intervals. A histogram generation unit (50) that generates a histogram, a peak detection unit (60) that detects a peak shape from the histogram, and a distance calculation unit that calculates the distance to the object using the time corresponding to the peak shape. (70) and are provided.

この形態の制御装置によれば、受光要素に入射する光の強度にかかわらず、対象物までの距離を正確に測定することができる。 According to the control device of this aspect, it is possible to accurately measure the distance to the object regardless of the intensity of light incident on the light receiving element.

本開示は、光測距装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、光測距方法、光測距装置を搭載する車両、光測距装置を制御する制御方法等の形態で実現できる。 The present disclosure can be realized in various forms other than the optical distance measuring device. For example, it can be implemented in the form of an optical distance measuring method, a vehicle equipped with the optical distance measuring device, a control method for controlling the optical distance measuring device, or the like.

光測距装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of an optical ranging device. 受光要素の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of a light-receiving element. ヒストグラムの例を示す図。The figure which shows the example of a histogram. 光の入射強度に応じたヒストグラムを示す図。The figure which shows the histogram according to the incident intensity of light. 第２実施形態におけるヒストグラムを示す図。The figure which shows the histogram in 2nd Embodiment. 第３実施形態におけるピーク検出方法を示す図。The figure which shows the peak detection method in 3rd Embodiment. 第４実施形態における調整部の第１の態様を示す図。The figure which shows the 1st aspect of the adjustment part in 4th Embodiment. 第４実施形態における第２パルス幅の調整方法を示す図。The figure which shows the adjustment method of the 2nd pulse width in 4th Embodiment. 第４実施形態における調整部の第２の態様を示す図。The figure which shows the 2nd aspect of the adjustment part in 4th Embodiment. 第４実施形態における調整部の第３の態様を示す図。The figure which shows the 3rd aspect of the adjustment part in 4th Embodiment. 受光要素の他の構成を示す図。The figure which shows the other structure of a light receiving element. 図１１の受光要素から出力されるパルス信号を示す図。The figure which shows the pulse signal output from the light receiving element of FIG.

Ａ．第１実施形態：
図１に示すように、本開示における第１実施形態としての光測距装置１０は、光源２０と、受光要素アレイ３０と、加算部４０と、ヒストグラム生成部５０と、ピーク検出部６０と、距離算出部７０とを備えている。これらのうち、加算部４０と、ヒストグラム生成部５０と、ピーク検出部６０と、距離算出部７０とは、回路によって構成されてもよいし、図示していないＣＰＵがプログラムを実行することによってソフトウェア的に実現されてもよい。光測距装置１０は、例えば、車両に搭載され、障害物の検出や車両の運転支援に使用される。 A. First embodiment:
As illustrated in FIG. 1, an optical distance measuring apparatus 10 according to the first embodiment of the present disclosure includes a light source 20, a light receiving element array 30, an addition unit 40, a histogram generation unit 50, a peak detection unit 60, The distance calculation unit 70 is provided. Of these, the addition unit 40, the histogram generation unit 50, the peak detection unit 60, and the distance calculation unit 70 may be configured by a circuit, or the software may be executed by a CPU (not shown) executing a program. May be realized in a specific way. The optical distance measuring device 10 is mounted on a vehicle, for example, and is used for detecting obstacles and assisting driving of the vehicle.

光源２０は、距離の測定対象である対象物ＯＢに対して光を照射する装置である。本実施形態では、光源２０は、レーザダイオード素子２１を備えている。レーザダイオード素子２１は、照射光として、第１パルス幅ＰＷ１のパルス幅を有し、所定の周期で点滅を繰り返すパルスレーザ光を照射する。なお、本実施形態における光源２０は、レーザダイオード素子２１を備える光源として構成されているが、固体レーザ等の他の発光装置を備える光源として構成されてもよい。 The light source 20 is a device that irradiates a target object OB whose distance is to be measured with light. In the present embodiment, the light source 20 includes a laser diode element 21. The laser diode element 21 irradiates, as irradiation light, pulsed laser light having a pulse width of the first pulse width PW1 and repeatedly blinking at a predetermined cycle. Although the light source 20 in the present embodiment is configured as a light source including the laser diode element 21, it may be configured as a light source including another light emitting device such as a solid-state laser.

受光要素アレイ３０は、対象物ＯＢからの反射光の入射に応じてパルス信号を出力可能な受光要素３１を複数有する。本実施形態における受光要素３１は、図２に示すように、受光素子としてのアバランシェフォトダイオード３２や、クエンチング抵抗器３３、インバータ回路（ＮＯＴ回路）３４等を含む周知の回路によって構成されている。より具体的には、各受光要素３１は、電源と接地ラインとの間に直列にクエンチング抵抗器３３とアバランシェフォトダイオード３２とが接続され、その接続点にインバータ回路３４の入力側が接続されることにより構成されている。クエンチング抵抗器３３は電源側に接続され、アバランシェフォトダイオード３２は、逆バイアスとなるように接地ライン側に接続されている。受光要素３１のことをＳＰＡＤ（ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ａｖａｌａｎｃｈｅ ｄｉｏｄｅ）ともいう。受光要素アレイ３０は、こうした受光要素３１をアレイ状に配置したシリコンフォトマルチプライヤ（ＳｉＰＭ：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）として構成されている。各受光要素３１は、ガイガーモードで動作し、対象物ＯＢから反射された光（フォトン）を入力すると、その光を入射したことを示すパルス信号を一定の確率で加算部４０に出力する。本実施形態では、受光要素３１が出力するパルス信号の第２パルス幅ＰＷ２は、光源２０が照射する光のパルス幅である第１パルス幅ＰＷ１以上の幅になるように予め設定されている。 The light receiving element array 30 has a plurality of light receiving elements 31 capable of outputting a pulse signal in response to incidence of reflected light from the object OB. As shown in FIG. 2, the light receiving element 31 in the present embodiment is configured by a known circuit including an avalanche photodiode 32 as a light receiving element, a quenching resistor 33, an inverter circuit (NOT circuit) 34, and the like. .. More specifically, in each light receiving element 31, a quenching resistor 33 and an avalanche photodiode 32 are connected in series between a power supply and a ground line, and the input side of an inverter circuit 34 is connected to the connection point. It is composed of The quenching resistor 33 is connected to the power supply side, and the avalanche photodiode 32 is connected to the ground line side so as to be reverse biased. The light receiving element 31 is also referred to as a SPAD (single photon avalanche diode). The light receiving element array 30 is configured as a silicon photomultiplier (SiPM) in which the light receiving elements 31 are arranged in an array. Each light receiving element 31 operates in the Geiger mode, and when the light (photon) reflected from the object OB is input, it outputs a pulse signal indicating that the light is incident to the adder 40 with a certain probability. In the present embodiment, the second pulse width PW2 of the pulse signal output by the light receiving element 31 is preset so as to be equal to or larger than the first pulse width PW1 which is the pulse width of the light emitted by the light source 20.

加算部４０は、受光要素アレイ３０に含まれる複数の受光要素３１から略同時に出力されたパルス信号の数を加算して加算値を求める。加算部４０は、求めた加算値をヒストグラム生成部５０に出力する。 The adder 40 adds the numbers of pulse signals output from the plurality of light receiving elements 31 included in the light receiving element array 30 at substantially the same time to obtain an added value. The addition unit 40 outputs the calculated addition value to the histogram generation unit 50.

ヒストグラム生成部５０は、加算部４０から出力された加算値に基づきヒストグラムを生成する。図３には、ヒストグラムの例を示している。ヒストグラムの階級（横軸）は、光が照射されてから反射光が受光されるまでの光の飛行時間を示している。この時間のことを、ＴＯＦ（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）ともいう。ヒストグラムの度数（縦軸）は、加算部４０によって算出された加算値であり、対象物ＯＢから反射された光の強度を示している。ヒストグラム生成部５０は、光源２０から照射されるパルスレーザ光の周期に同期した記録タイミングに従って、加算部４０から出力された加算値を予め定められた時間間隔ごとに記録することによってヒストグラムを生成する。光源２０によって光が照射される範囲に対象物ＯＢが存在すれば、その対象物ＯＢからの反射光が入射する時刻に対応する階級の度数が大きくなる。つまり、ヒストグラムにおいて大きな度数を有する階級が存在すれば、その階級に対応する時刻に基づいて、対象物ＯＢまでの距離を算出することができる。なお、１つのヒストグラムを生成するにあたり、光を複数回照射して度数を積算してもよい。こうすることにより、ＳＮ比を向上させることができる。 The histogram generation unit 50 generates a histogram based on the added value output from the addition unit 40. FIG. 3 shows an example of the histogram. The class of the histogram (horizontal axis) indicates the flight time of light from the irradiation of light to the reception of reflected light. This time is also referred to as TOF (TOF: Time Of Flight). The frequency (vertical axis) of the histogram is the added value calculated by the adder 40, and indicates the intensity of the light reflected from the object OB. The histogram generation unit 50 generates a histogram by recording the added value output from the addition unit 40 at predetermined time intervals in accordance with the recording timing synchronized with the cycle of the pulsed laser light emitted from the light source 20. .. If the object OB exists in the range illuminated by the light source 20, the frequency of the class corresponding to the time when the reflected light from the object OB enters becomes large. That is, if there is a class having a large frequency in the histogram, the distance to the object OB can be calculated based on the time corresponding to the class. In generating one histogram, light may be emitted multiple times to integrate the frequencies. By doing so, the SN ratio can be improved.

ピーク検出部６０（図１）は、ヒストグラムからピーク形状の終了点ｔｐｋ（図３）を検出する。本実施形態において、ピークとは、予め定めた閾値を超える度数を有する階級のことをいう。ピーク形状とは、略山なりの形状であり、隣接するピークの集合である。ピーク形状の終了点ｔｐｋとは、図３に示すように、ピーク形状において、時間経過に伴って増加する度数が低下する直前の階級の位置である。 The peak detection unit 60 (FIG. 1) detects the end point tpk (FIG. 3) of the peak shape from the histogram. In this embodiment, the peak means a class having a frequency exceeding a predetermined threshold. The peak shape is an approximately mountain-like shape and is a set of adjacent peaks. The end point tpk of the peak shape is, as shown in FIG. 3, the position of the class immediately before the frequency that increases with time decreases in the peak shape.

距離算出部７０は、ピーク形状の終了点ｔｐｋに対応する時刻から、第２パルス幅ＰＷ２に相当する時間を差し引いた時刻ｔｉｎを用いて、対象物ＯＢまでの距離を算出する。具体的には、時刻ｔｉｎから光を照射した時刻ｔ０を差し引いた時間を「Δｔ」、光速を「ｃ」、対象物ＯＢまでの距離を「Ｄ」とすると、距離算出部７０は、以下の式（１）により、対象物ＯＢまでの距離Ｄを算出する。距離算出部７０は、算出した距離Ｄを、例えば、車両のＥＣＵに出力する。車両のＥＣＵは、この距離に基づき、障害物の検出や車両の運転支援を行う。 The distance calculation unit 70 calculates the distance to the object OB using the time tin obtained by subtracting the time corresponding to the second pulse width PW2 from the time corresponding to the end point tpk of the peak shape. Specifically, when the time obtained by subtracting the time t0 when the light is irradiated from the time tin is “Δt”, the speed of light is “c”, and the distance to the object OB is “D”, the distance calculation unit 70 calculates The distance D to the object OB is calculated by the equation (1). The distance calculation unit 70 outputs the calculated distance D to, for example, the ECU of the vehicle. The ECU of the vehicle detects obstacles and assists driving of the vehicle based on this distance.

Ｄ＝（Δｔ×ｃ）／２ ・・・式（１） D=(Δt×c)/2...Equation (1)

図４には、受光要素アレイ３０に対する光の入射強度を３段階に変化させて、ヒストグラムを生成した例を示している。図４に示すように、ヒストグラムでは、光の入射強度が大きくなるほど、光の入射タイミングｔｉｎ直後から度数が増大する。これは、光の入射強度が大きくなれば、受光要素アレイ３０中の各受光要素３１から略同時にパルス信号が出力される可能性が高くなり、加算値が大きくなるからである。これに対して、光の入射強度が小さい場合、受光要素アレイ３０から略同時にパルス信号が出力される確率は低くなるため、ヒストグラム全体の度数は小さくなる。各受光要素３１が光を入射するタイミングｔｉｎが同じ場合、各受光要素３１から最初に出力されるパルス信号の立ち下がりのタイミングも一致するため、光の入射強度にかかわらず、ピークの終了点ｔｐｋの位置は一致する。 FIG. 4 shows an example in which the histogram is generated by changing the intensity of light incident on the light receiving element array 30 in three stages. As shown in FIG. 4, in the histogram, as the light incident intensity increases, the frequency increases immediately after the light incident timing tin. This is because when the incident intensity of light increases, the possibility that pulse signals will be output from the light receiving elements 31 in the light receiving element array 30 at substantially the same time increases, and the added value increases. On the other hand, when the incident intensity of light is low, the probability that pulse signals are output from the light receiving element array 30 at substantially the same time is low, so the frequency of the entire histogram is low. When the timing tin at which the light receiving elements 31 enter the light is the same, the falling timings of the pulse signals first output from the respective light receiving elements 31 also match, so that the end point tpk of the peak is reached regardless of the light incident intensity. The positions of are the same.

本実施形態では、図３に示したように、ピーク形状の終了点ｔｐｋから第２パルス幅ＰＷ２に相当する時間を差し引いた時刻ｔｉｎに基づき、距離Ｄを算出する。受光要素３１から出力されるパルス信号の第２パルス幅ＰＷ２は、前述したように、光源２０から照射される光の第１パルス幅ＰＷ１以上の幅である（ＰＷ２≧ＰＷ１）。そのため、対象物ＯＢから反射して受光要素３１へ入射する入射光のパルス幅（第１パルス幅ＰＷ１）よりも、常に、入射光の入射に伴って受光要素３１から出力されるパルス信号のパルス幅（第２パルス幅ＰＷ２）は等しいか長くなる。この結果、ピーク形状の終了点ｔｐｋに対応する時刻から、第２パルス幅ＰＷ２に相当する時間を差し引けば、その時刻は、必ず、光の入射タイミングｔｉｎになる。図４に示すように、この光の入射タイミングｔｉｎは、ピーク形状の終了点ｔｐｋと同様に、光の入射強度によって変動することはない。従って、本実施形態によれば、受光要素３１に対する光の入射時刻ｔｉｎを正確に求めることができる。この結果、対象物ＯＢの反射率や外乱光が光測距装置１０に対する光の入射強度に影響を与えたとしても、光の入射時刻ｔｉｎを用いて対象物ＯＢまでの距離Ｄを正確に測定することができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the distance D is calculated based on the time tin obtained by subtracting the time corresponding to the second pulse width PW2 from the end point tpk of the peak shape. As described above, the second pulse width PW2 of the pulse signal output from the light receiving element 31 is equal to or larger than the first pulse width PW1 of the light emitted from the light source 20 (PW2≧PW1). Therefore, rather than the pulse width (first pulse width PW1) of the incident light that is reflected from the object OB and enters the light receiving element 31, the pulse of the pulse signal that is always output from the light receiving element 31 with the incidence of the incident light. The width (second pulse width PW2) is equal or longer. As a result, when the time corresponding to the second pulse width PW2 is subtracted from the time corresponding to the end point tpk of the peak shape, the time is always the light incident timing tin. As shown in FIG. 4, the incident timing tin of the light does not vary depending on the incident intensity of the light, like the end point tpk of the peak shape. Therefore, according to this embodiment, the incident time tin of the light with respect to the light receiving element 31 can be accurately obtained. As a result, even if the reflectance of the object OB or the ambient light affects the intensity of light incident on the optical distance measuring apparatus 10, the distance D to the object OB is accurately measured using the light incident time tin. can do.

Ｂ．第２実施形態：
上記実施形態では、図３および図４に示したとおり、ヒストグラムに一つのピーク形状が現れている例を説明した。しかし、図５に示すように、ヒストグラムには、外乱光等の影響によりピーク形状が複数出現する場合がある。そのため、第２実施形態では、ピーク検出部６０は、ヒストグラム生成部５０によって生成されたヒストグラムから、複数のピーク形状を検出し、それらのピーク形状からそれぞれ、ピーク形状の終了点ｔｐｋを検出する。そして、距離算出部７０は、複数のピーク形状のうち、ピーク形状の幅、つまり、ピーク形状に含まれる階級の数が、他のピーク形状よりも大きいピーク形状の終了点を用いて対象物ＯＢまでの距離を算出する。例えば、距離算出部７０は、複数のピーク形状のうち、最大の幅を有するピーク形状の終了点を用いて対象物ＯＢまでの距離を算出してもよい。このように、他のピーク形状の幅よりも大きな幅のピーク形状の終了点ｔｐｋを用いて距離を算出することにより、外乱光等の影響によって生じたピークに基づいて距離が算出されることを抑制することができる。なお、距離算出部７０は、複数のピーク形状からそれぞれ距離を求め、それぞれの距離を、車両のＥＣＵに出力してもよい。この場合、ＥＣＵは、入力された複数の距離の中から、所定の基準に基づき真の距離を判断する。例えば、ＥＣＵは、前回入力された距離に最も近い距離を、真の距離と判断してもよい。 B. Second embodiment:
In the above embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, an example in which one peak shape appears in the histogram has been described. However, as shown in FIG. 5, a plurality of peak shapes may appear in the histogram due to the influence of ambient light or the like. Therefore, in the second embodiment, the peak detection unit 60 detects a plurality of peak shapes from the histogram generated by the histogram generation unit 50, and detects the end point tpk of the peak shape from each of the peak shapes. Then, the distance calculation unit 70 uses the width of the peak shape among the plurality of peak shapes, that is, the end point of the peak shape in which the number of classes included in the peak shape is larger than the other peak shapes, and the target object OB. Calculate the distance to. For example, the distance calculation unit 70 may calculate the distance to the object OB using the end point of the peak shape having the largest width among the plurality of peak shapes. In this way, by calculating the distance using the end point tpk of the peak shape having a width larger than the widths of other peak shapes, it is possible to calculate the distance based on the peak generated by the influence of ambient light or the like. Can be suppressed. The distance calculation unit 70 may obtain the distance from each of the plurality of peak shapes and output the respective distances to the ECU of the vehicle. In this case, the ECU determines the true distance from the plurality of input distances based on a predetermined reference. For example, the ECU may determine that the distance closest to the previously input distance is the true distance.

Ｃ．第３実施形態：
上記実施形態では、ピーク検出部６０は、予め定めた閾値とヒストグラムの度数とを比較することによりピーク形状を検出している。これに対して、第３実施形態では、ピーク検出部６０は、ヒストグラムの形状と、予め定められた形状とを対比してピーク形状の検出を行う。具体的には、ピーク検出部６０は、図６に示すように、予め定められた典型的なピーク形状を呈するテンプレートデータを予めメモリに記憶させておき、このテンプレートデータを用いて、周知のテンプレートマッチング法により、ヒストグラム中、テンプレートデータに相似する部分を検出して、その部分をピーク形状と判断する。こうすることにより、外乱光等の影響によって生じたピークに基づいて距離が算出されることを抑制することができる。 C. Third embodiment:
In the above embodiment, the peak detection unit 60 detects the peak shape by comparing a predetermined threshold value with the frequency of the histogram. On the other hand, in the third embodiment, the peak detection unit 60 detects the peak shape by comparing the shape of the histogram with a predetermined shape. Specifically, as shown in FIG. 6, the peak detection unit 60 stores template data having a predetermined typical peak shape in a memory in advance, and uses this template data to generate a well-known template. The matching method detects a portion similar to the template data in the histogram, and determines that portion as the peak shape. By doing so, it is possible to prevent the distance from being calculated based on the peak generated by the influence of ambient light or the like.

Ｄ．第４実施形態：
第４実施形態の光測距装置１０は、第１パルス幅ＰＷ１と第２パルス幅ＰＷ２とが常に、ＰＷ２≧ＰＷ１の関係となるように、調整部８０（図７，９，１０）を備える。調整部８０は、受光要素３１から出力されたパルス信号から第２パルス幅ＰＷ２を測定し、その測定結果に基づき、第１パルス幅ＰＷ１および第２パルス幅ＰＷ２の少なくとも一方を変更して、第２パルス幅ＰＷ２が第１パルス幅ＰＷ１以上になるように調整する機能を有する。調整部８０は、回路によって構成されてもよいし、ソフトウェアによって構成されてもよい。 D. Fourth Embodiment:
The optical distance measuring apparatus 10 of the fourth embodiment includes the adjusting unit 80 (FIGS. 7, 9, and 10) so that the first pulse width PW1 and the second pulse width PW2 are always in the relationship of PW2≧PW1. .. The adjusting unit 80 measures the second pulse width PW2 from the pulse signal output from the light receiving element 31, changes at least one of the first pulse width PW1 and the second pulse width PW2 based on the measurement result, and It has a function of adjusting the two-pulse width PW2 to be equal to or larger than the first pulse width PW1. The adjusting unit 80 may be configured by a circuit or software.

図７には、調整部８０の第１の態様を示している。図７に示す調整部８０ａは、受光要素３１に含まれる受光素子（アバランシェフォトダイオード３２）に接続されたクエンチング抵抗の抵抗値Ｒｑを変更することにより、第２パルス幅ＰＷ２の調整を行う。具体的には、調整部８０ａは、パルス幅測定器８１を備え、更に、クエンチング抵抗器３３に代えて、トランジスタ（ＦＥＴ）等によって構成されるクエンチング抵抗回路８２を備えている。周知のとおり、トランジスタは、ゲートに印加するゲート電圧Ｖｇに比例してドレイン電流が可変する線形領域を有している。従って、トランジスタに印加するゲート電圧Ｖｇを調整することにより、クエンチング抵抗回路８２を、電圧制御可変抵抗素子として扱うことが可能である。パルス幅測定器８１は、所定のサンプリング周期で受光要素３１から出力されるパルス信号の立ち上がりのタイミングと立ち下がりのタイミングとを検出して、その間の経過時間を第２パルス幅ＰＷ２として算出する。パルス幅測定器８１は、算出した第２パルス幅ＰＷ２が、光源２０から照射される光の第１パルス幅ＰＷ１以上となるように、クエンチング抵抗回路８２に印加するゲート電圧Ｖｇを変更し、クエンチング抵抗回路８２の抵抗値Ｒｑを変更する。 FIG. 7 shows a first mode of the adjusting section 80. The adjustment unit 80a illustrated in FIG. 7 adjusts the second pulse width PW2 by changing the resistance value Rq of the quenching resistor connected to the light receiving element (avalanche photodiode 32) included in the light receiving element 31. Specifically, the adjusting unit 80a includes a pulse width measuring device 81, and further includes, in place of the quenching resistor 33, a quenching resistance circuit 82 including a transistor (FET) or the like. As is well known, the transistor has a linear region in which the drain current varies in proportion to the gate voltage Vg applied to the gate. Therefore, the quenching resistance circuit 82 can be treated as a voltage control variable resistance element by adjusting the gate voltage Vg applied to the transistor. The pulse width measuring device 81 detects the rising timing and the falling timing of the pulse signal output from the light receiving element 31 in a predetermined sampling period, and calculates the elapsed time between them as the second pulse width PW2. The pulse width measuring device 81 changes the gate voltage Vg applied to the quenching resistance circuit 82 so that the calculated second pulse width PW2 is equal to or larger than the first pulse width PW1 of the light emitted from the light source 20, The resistance value Rq of the quenching resistance circuit 82 is changed.

図８は、受光要素３１を構成するインバータ回路３４の入力電圧と出力電圧との関係を示している。図８の上部には、インバータ回路３４の入力電圧Ｖ１の時間変化を示し、下部にはインバータ回路３４の出力電圧Ｖ１ｏｕｔの時間変化を示している。ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオード３２に光が入射すると、インバータ回路３４の入力電圧Ｖ１は、受光要素３１に印加されるバイアス電圧Ｖｂから、ブレイクダウン電圧Ｖｂｄまで急激に降下する。すると、インバータ回路３４の出力電圧Ｖ１ｏｕｔは、ローレベルからハイレベルに立ち上がる。その後、インバータ回路３４の入力電圧Ｖ１はバイアス電圧Ｖｂまで回復していく。その回復中に、インバータ回路３４の入力電圧Ｖ１が、インバータ回路３４の閾値電圧ＴＨｉｎｖを超えると、インバータ回路３４からの出力電圧Ｖ１ｏｕｔは、ハイレベルからローレベルに立ち下がる。このように動作する受光要素３１において、図７に示した調整部８０ａによってクエンチング抵抗Ｒｑが変更されると、インバータ回路３４の入力電圧Ｖ１がブレイクダウン電圧Ｖｂｄから回復する速度が変更され、それに応じてインバータ回路３４の出力電圧Ｖ１ｏｕｔのパルス幅（第２パルス幅ＰＷ２）が変更される。調整部８０ａは、このように、第２パルス幅ＰＷ２を調整することにより、レーザダイオード素子２１や受光要素３１の温度依存特性によって第１パルス幅ＰＷ１あるいは第２パルス幅ＰＷ２が変動した場合であっても、これらのパルス幅が、一定の関係（ＰＷ２≧ＰＷ１）を保つように自動的に制御を行うことができる。 FIG. 8 shows the relationship between the input voltage and the output voltage of the inverter circuit 34 forming the light receiving element 31. The upper part of FIG. 8 shows the time change of the input voltage V1 of the inverter circuit 34, and the lower part shows the time change of the output voltage V1out of the inverter circuit 34. When light is incident on the avalanche photodiode 32 that operates in the Geiger mode, the input voltage V1 of the inverter circuit 34 sharply drops from the bias voltage Vb applied to the light receiving element 31 to the breakdown voltage Vbd. Then, the output voltage V1out of the inverter circuit 34 rises from low level to high level. After that, the input voltage V1 of the inverter circuit 34 recovers to the bias voltage Vb. During the recovery, when the input voltage V1 of the inverter circuit 34 exceeds the threshold voltage THinv of the inverter circuit 34, the output voltage V1out from the inverter circuit 34 falls from the high level to the low level. In the light-receiving element 31 that operates in this way, when the quenching resistance Rq is changed by the adjusting unit 80a shown in FIG. 7, the speed at which the input voltage V1 of the inverter circuit 34 recovers from the breakdown voltage Vbd is changed, and Accordingly, the pulse width (second pulse width PW2) of output voltage V1out of inverter circuit 34 is changed. The adjusting unit 80a adjusts the second pulse width PW2 as described above, and thus the first pulse width PW1 or the second pulse width PW2 varies depending on the temperature-dependent characteristics of the laser diode element 21 and the light receiving element 31. However, these pulse widths can be automatically controlled so as to maintain a constant relationship (PW2≧PW1).

図９には、調整部８０の第２の態様を示している。図９に示す調整部８０ｂは、受光要素３１がパルス信号を生成するために、受光要素３１に含まれる受光素子（アバランシェフォトダイオード３２）から出力される信号と比較する閾値を変更することにより、パルス幅の調整を行う。具体的には、調整部８０ｂは、パルス幅測定器８１を備え、更に、インバータ回路３４に代えて、コンパレータ回路８３を備えている。コンパレータ回路８３には、アバランシェフォトダイオード３２から出力される電圧Ｖ１が、より具体的には、クエンチング抵抗器３３とアバランシェフォトダイオード３２の接続点における電圧Ｖ１が、入力される。そして、コンパレータ回路８３は、その電圧Ｖ１と、パルス幅測定器８１から出力される基準電圧Ｖｔｈとを比較し、比較の結果、電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｔｈよりも低ければ、コンパレータ回路８３からの出力電圧Ｖｏｕｔをハイレベルとし、電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｔｈよりも高ければ、コンパレータ回路８３からの出力電圧Ｖｏｕｔをローレベルとする。調整部８０ｂは、このように、コンパレータ回路８３に入力する基準電圧Ｖｔｈをパルス幅測定器８１によって可変させることにより、レーザダイオード素子２１や受光要素３１の温度依存特性によって第１パルス幅ＰＷ１と第２パルス幅ＰＷ２とが変動した場合であっても、これらのパルス幅が、一定の関係（ＰＷ２≧ＰＷ１）を保つように自動的に制御を行うことができる。 FIG. 9 shows a second mode of the adjusting section 80. The adjustment unit 80b illustrated in FIG. 9 changes the threshold value to be compared with the signal output from the light receiving element (avalanche photodiode 32) included in the light receiving element 31 in order for the light receiving element 31 to generate the pulse signal. Adjust the pulse width. Specifically, the adjusting unit 80b includes a pulse width measuring device 81, and further includes a comparator circuit 83 instead of the inverter circuit 34. The voltage V1 output from the avalanche photodiode 32, more specifically, the voltage V1 at the connection point between the quenching resistor 33 and the avalanche photodiode 32 is input to the comparator circuit 83. Then, the comparator circuit 83 compares the voltage V1 with the reference voltage Vth output from the pulse width measuring device 81. If the comparison result shows that the voltage V1 is lower than the reference voltage Vth, the output from the comparator circuit 83 is output. The voltage Vout is set to the high level, and if the voltage V1 is higher than the reference voltage Vth, the output voltage Vout from the comparator circuit 83 is set to the low level. As described above, the adjusting unit 80b varies the reference voltage Vth input to the comparator circuit 83 by the pulse width measuring device 81, so that the first pulse width PW1 and the first pulse width PW1 are changed depending on the temperature-dependent characteristics of the laser diode element 21 and the light receiving element 31. Even if the two-pulse width PW2 varies, the pulse widths can be automatically controlled so as to maintain a constant relationship (PW2≧PW1).

図１０には、調整部８０の第３の態様を示している。図１０に示す調整部８０ｃは、パルス幅測定器８１を備え、パルス幅測定器８１は、レーザダイオード素子２１を駆動する駆動回路８４に接続されている。駆動回路８４は、光源２０に備えられており、第１パルス幅ＰＷ１の光を生成する回路である。パルス幅測定器８１は、第２パルス幅ＰＷ２を測定すると、第２パルス幅ＰＷ２が第１パルス幅ＰＷ１以上となるように、駆動回路８４を制御して第１パルス幅ＰＷ１を、より具体的には、第１パルス信号の立ち下がりのタイミングを、調整する。このような調整部８０ｃによっても、レーザダイオード素子２１や受光要素３１の温度依存特性によって第１パルス幅ＰＷ１と第２パルス幅ＰＷ２とが変動した場合に、これらのパルス幅が、一定の関係（ＰＷ２≧ＰＷ１）を保つように自動的に制御を行うことができる。 FIG. 10 shows a third aspect of the adjusting unit 80. The adjustment unit 80c shown in FIG. 10 includes a pulse width measuring device 81, and the pulse width measuring device 81 is connected to a drive circuit 84 that drives the laser diode element 21. The drive circuit 84 is provided in the light source 20 and is a circuit that generates light having the first pulse width PW1. When measuring the second pulse width PW2, the pulse width measuring device 81 controls the drive circuit 84 so that the second pulse width PW2 becomes equal to or larger than the first pulse width PW1. To adjust the fall timing of the first pulse signal. Even with such an adjusting unit 80c, when the first pulse width PW1 and the second pulse width PW2 change due to the temperature-dependent characteristics of the laser diode element 21 and the light receiving element 31, these pulse widths have a constant relationship ( The control can be automatically performed so as to keep PW2≧PW1).

本実施形態において、調整部８０は、第１の調整部８０ａ、第２の調整部８０ｂ、第３の調整部８０ｃのうちの２以上を組み合わせることによって構成されてもよい。つまり、調整部８０は、受光要素３１のクエンチング抵抗と、コンパレータ回路８３の基準閾値と、駆動回路８４による第１パルス信号の立ち下がりタイミングと、のうちの２以上を調整することによって、第２パルス幅ＰＷ２が第１パルス幅ＰＷ１以上となるように制御を行ってもよい。 In the present embodiment, the adjusting unit 80 may be configured by combining two or more of the first adjusting unit 80a, the second adjusting unit 80b, and the third adjusting unit 80c. That is, the adjustment unit 80 adjusts two or more of the quenching resistance of the light receiving element 31, the reference threshold value of the comparator circuit 83, and the falling timing of the first pulse signal by the drive circuit 84, thereby The control may be performed so that the 2-pulse width PW2 is equal to or larger than the first pulse width PW1.

Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ−１）図１１には、受光要素３１の他の構成を示している。上記実施形態では、図２に示したように、アバランシェフォトダイオード３２が接地ライン側に接続され、クエンチング抵抗器３３が電源側に接続されている。これに対して、図１１に示す受光要素３１ｂは、アバランシェフォトダイオード３２が電源側に逆バイアスとなるように接続され、クエンチング抵抗器３３が接地ライン側に接続されている。そして、アバランシェフォトダイオード３２とクエンチング抵抗器３３の接続点には、バッファ回路３６が接続されている。 E. Other embodiments:
(E-1) FIG. 11 shows another configuration of the light receiving element 31. In the above embodiment, as shown in FIG. 2, the avalanche photodiode 32 is connected to the ground line side and the quenching resistor 33 is connected to the power source side. On the other hand, in the light receiving element 31b shown in FIG. 11, the avalanche photodiode 32 is connected to the power supply side so as to be reverse biased, and the quenching resistor 33 is connected to the ground line side. A buffer circuit 36 is connected to the connection point between the avalanche photodiode 32 and the quenching resistor 33.

図１２には、受光要素３１ｂを構成するバッファ回路３６の入力電圧Ｖ２と出力電圧Ｖ２ｏｕｔの関係を示している。図１２に示すように、図１１に示した受光要素３１ｂによっても、図２に示した受光要素３１と同様に、パルス信号を生成することが可能である。また、クエンチング抵抗器３３を、トランジスタ等を用いて可変抵抗として構成すれば、上述した図７，８を用いて説明した第４実施形態と同様に、第２パルス幅ＰＷ２を調整することが可能である。 FIG. 12 shows the relationship between the input voltage V2 and the output voltage V2out of the buffer circuit 36 that constitutes the light receiving element 31b. As shown in FIG. 12, the light receiving element 31b shown in FIG. 11 can also generate a pulse signal similarly to the light receiving element 31 shown in FIG. Further, if the quenching resistor 33 is configured as a variable resistor using a transistor or the like, the second pulse width PW2 can be adjusted as in the fourth embodiment described with reference to FIGS. It is possible.

（Ｅ−２）上記実施形態では、光測距装置１０は、複数の受光要素３１を備えている。しかし、光測距装置１０は、受光要素３１を１つのみ備えてもよい。この場合、ヒストグラムに良好なピーク形状を発生させるため、１つのヒストグラムを生成するにあたり、光を複数回照射して度数を積算することが好ましい。 (E-2) In the above embodiment, the optical distance measuring device 10 includes the plurality of light receiving elements 31. However, the optical distance measuring device 10 may include only one light receiving element 31. In this case, in order to generate a good peak shape in the histogram, it is preferable to irradiate light a plurality of times to integrate the frequencies when generating one histogram.

（Ｅ−３）上記実施形態において、各図に示した第２パルス信号は、アクティブハイ信号（ポジティブパルス）であるが、第２パルス信号は、アクティブロー信号（ネガティブパルス）であってもよい。 (E-3) In the above embodiment, the second pulse signal shown in each drawing is an active high signal (positive pulse), but the second pulse signal may be an active low signal (negative pulse). ..

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments may be appropriately replaced or combined in order to solve some or all of the above problems or to achieve some or all of the above effects. Is possible. If the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

１０ 光測距装置、２０ 光源、２１ レーザダイオード素子、３０ 受光要素アレイ、３１，３１ｂ 受光要素、３２ アバランシェフォトダイオード、３３ クエンチング抵抗器、３４ インバータ回路、３６ バッファ回路、４０ 加算部、５０ ヒストグラム生成部、６０ ピーク検出部、７０ 距離算出部、８０，８０ａ，８０ｂ，８０ｃ 調整部、８１ パルス幅測定器、８２ クエンチング抵抗回路、８３ コンパレータ回路、８４ 駆動回路 10 optical range finder, 20 light source, 21 laser diode element, 30 light receiving element array, 31, 31b light receiving element, 32 avalanche photodiode, 33 quenching resistor, 34 inverter circuit, 36 buffer circuit, 40 adder section, 50 histogram Generator, 60 peak detector, 70 distance calculator, 80, 80a, 80b, 80c adjuster, 81 pulse width measuring device, 82 quenching resistor circuit, 83 comparator circuit, 84 drive circuit

Claims (8)

光測距装置（１０）であって、
対象物に第１パルス幅の光を照射する光源（２０）と、
前記対象物から反射された光が入射したことを示すパルス信号であって、前記第１パルス幅以上の幅である第２パルス幅のパルス信号を出力する受光要素（３１）と、
予め定められた時間間隔ごとに、前記受光要素から出力されたパルス信号の数に応じた度数を記録してヒストグラムを生成するヒストグラム生成部（５０）と、
前記ヒストグラムからピーク形状を検出するピーク検出部（６０）と、
前記ピーク形状に対応する時刻を用いて前記対象物までの距離を算出する距離算出部（７０）と、
を備える光測距装置。 An optical distance measuring device (10),
A light source (20) for irradiating an object with light having a first pulse width,
A light receiving element (31) for outputting a pulse signal having a second pulse width which is a pulse signal indicating that the light reflected from the object has entered,
A histogram generation section (50) for recording a frequency corresponding to the number of pulse signals output from the light receiving element to generate a histogram at predetermined time intervals;
A peak detector (60) for detecting a peak shape from the histogram,
A distance calculation unit (70) for calculating a distance to the object using a time corresponding to the peak shape,
Optical distance measuring device. 請求項１に記載の光測距装置であって、
複数の前記受光要素を備え、
複数の前記受光要素から略同時に出力された前記パルス信号の数を加算して加算値を求める加算部（４０）を備え、
前記ヒストグラム生成部は、前記度数として前記加算値を記録して前記ヒストグラムを生成する、光測距装置。 The optical distance measuring device according to claim 1, wherein
A plurality of the light receiving elements,
An adding unit (40) for adding the numbers of the pulse signals output at substantially the same time from the plurality of light receiving elements to obtain an added value;
The optical distance measuring device, wherein the histogram generation unit records the added value as the frequency and generates the histogram. 請求項１または請求項２に記載の光測距装置であって、
前記ピーク検出部は、前記ヒストグラムから複数のピーク形状を検出可能であり、
前記距離算出部は、前記複数のピーク形状のうち、ピーク形状の幅が、他のピーク形状の幅よりも大きいピーク形状を用いて前記対象物までの距離を算出する、光測距装置。 The optical distance measuring device according to claim 1 or 2, wherein
The peak detection unit is capable of detecting a plurality of peak shapes from the histogram,
The optical distance measuring device, wherein the distance calculation unit calculates the distance to the target object using a peak shape having a width of a peak shape that is larger than the widths of other peak shapes among the plurality of peak shapes. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光測距装置であって、
前記受光要素から出力されたパルス信号の第２パルス幅を測定し、前記第２パルス幅の測定結果に基づき、前記第１パルス幅および前記第２パルス幅の少なくとも一方を変更して、前記第２パルス幅が前記第１パルス幅以上になるように調整する調整部（８０）を備える、光測距装置。 The optical distance measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The second pulse width of the pulse signal output from the light receiving element is measured, and at least one of the first pulse width and the second pulse width is changed based on the measurement result of the second pulse width, An optical distance measuring device, comprising: an adjusting unit (80) for adjusting the two-pulse width to be equal to or larger than the first pulse width. 請求項４に記載の光測距装置であって、
前記調整部は、前記受光要素に含まれる受光素子に接続されたクエンチング抵抗回路の抵抗値を変更することにより、前記調整を行う、光測距装置。 The optical distance measuring device according to claim 4,
The optical distance measuring device, wherein the adjusting unit performs the adjustment by changing a resistance value of a quenching resistance circuit connected to a light receiving element included in the light receiving element. 請求項４に記載の光測距装置であって、
前記調整部は、前記受光要素が前記パルス信号を生成するために、前記受光要素に含まれる受光素子から出力される電圧と比較する閾値を変更することにより、前記調整を行う、光測距装置。 The optical distance measuring device according to claim 4,
The adjustment unit performs the adjustment by changing a threshold value to be compared with a voltage output from a light receiving element included in the light receiving element so that the light receiving element generates the pulse signal. .. 請求項４に記載の光測距装置であって、
前記調整部は、前記光源に備えられ前記第１パルス幅の光を生成する駆動回路を制御することにより前記調整を行う、光測距装置。 The optical distance measuring device according to claim 4,
The optical distance measuring device, wherein the adjusting unit performs the adjustment by controlling a drive circuit that is provided in the light source and that generates light having the first pulse width. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光測距装置であって、
前記ピーク検出部は、前記ヒストグラムの形状と、予め定められた形状とを対比して前記ピーク形状を検出する、光測距装置。 The optical distance measuring device according to any one of claims 1 to 7,
The said peak detection part is an optical ranging device which detects the said peak shape by comparing the shape of the said histogram and a predetermined shape.
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