JP2023040167A - Determination method of scanning method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁波を照射して計測を行う技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technique for performing measurement by irradiating electromagnetic waves.
電磁波を照射して物体を走査することで障害物などの検出を行う技術が開発されている。特許文献1は、自動車等に設置される装置において、レーザ光を照射して目標領域内でスキャンを行うことで、障害物などの検出を行う技術を開示している。また特許文献1では、自動車の操舵角度に応じて、スキャン領域の横方向の中心軸を変更する技術が開示されている。
Techniques for detecting obstacles and the like by irradiating electromagnetic waves and scanning objects have been developed.
特許文献1に示すような計測装置では、求められる解像度(測定の粒度)以上の粒度で計測が行われることがあり、電力が無駄に消費されるなどの問題がある。
In the measuring device disclosed in
本発明は、上述の課題鑑みてなされたものであり、計測装置による計測の効率を高くする技術を提供することを一つの目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems described above, and one object of the present invention is to provide a technique for increasing the efficiency of measurement by a measuring device.
第1の発明は、
移動体に設置される計測装置の走査方法の決定方法であって、
前記計測装置は照射方向を変えながら電磁波を照射して走査を行う装置であり、
前記移動体が移動している際に生じる振動の周波数よりも高い周波数を、前記計測装置の主走査の走査周波数として決定し、
決定した前記主走査の走査周波数にて、主走査方向に一列に並んだ複数の画素に対して、複数の連続する主走査の合計で、各画素に1回ずつ電磁波が照射されるように、電磁波の照射タイミングを決定する、走査方法の決定方法である。
The first invention is
A method for determining a scanning method of a measuring device installed on a moving body, comprising:
The measurement device is a device that scans by irradiating electromagnetic waves while changing the irradiation direction,
determining a frequency higher than the frequency of vibration generated when the moving body is moving as the scanning frequency of the main scanning of the measuring device;
At the determined scanning frequency of the main scanning, a plurality of pixels arranged in a line in the main scanning direction are irradiated with an electromagnetic wave once in total for a plurality of consecutive main scanning, This is a scanning method determining method for determining the irradiation timing of electromagnetic waves.
第2の発明は、
上記の決定方法で決定された走査方法で、前記計測装置が走査する計測方法である。
The second invention is
The scanning method determined by the above determining method is a measuring method in which the measuring device scans.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、特に断らない限り、各ブロックは、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位の構成を表している。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in all the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate. Also, unless otherwise specified, each block does not represent a hardware unit configuration but a functional unit configuration.
図1は、実施形態1に係る計測装置200を例示する図である。計測装置200は、計測部202及び制御部204を有する。計測部202は、照射方向を変えながら電磁波を照射し、照射した電磁波の反射波を受信することで、物体を走査する。制御部204は、計測部202による走査を制御する。さらに制御部204は、計測部202によって電磁波が照射されてからその電磁波の反射波が受信されるまでの時間を測定する。この測定結果は、例えば、上記電磁波を反射した物体と計測装置200との距離を把握するため(いわゆる測距)に利用される。計測装置200は、例えばライダ(Lidar:Light Detection and Ranging)センサやミリ波レーダなどである。
FIG. 1 is a diagram illustrating a
計測部202は、電磁波の照射方向を、主走査方向と副走査方向という2つの方向について時間と共に変化させることで、物体の走査を行う。副走査方向は主走査方向と交差する方向(例えば主走査方向に略直交する方向)である。
The
電磁波を利用した物体の走査には、例えば、揺動による走査や回転による走査などがある。以下、揺動による走査を揺動走査と呼び、回転による走査を回転走査と呼ぶ。以下、これら2種類の走査について簡単に説明する。 Scanning of an object using electromagnetic waves includes, for example, scanning by oscillation and scanning by rotation. Hereinafter, scanning by swinging will be referred to as swinging scanning, and scanning by rotation will be referred to as rotational scanning. These two types of scanning are briefly described below.
図2は、一般的な計測装置60による揺動走査を概念的に例示する図である。図2において、計測装置60は、円柱形の装置として描かれている。走査範囲300は、計測装置から照射される電磁波が通過しうる範囲を表す。
FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating swing scanning by a
図2(a)は、揺動走査が行われる様子を xz 平面で平面視した図である。図2(b)は、揺動走査が行われる様子を yz 平面で平面視した図である。例えば計測装置60が自動運転車などの車両に設けられる場合、z 方向は車両の進行方向であり、y 方向は鉛直方向であり、x 方向は y 方向及び z 方向の双方に直交する方向である。
FIG. 2(a) is a plan view of the manner in which swing scanning is performed in the xz plane. FIG. 2(b) is a plan view of the yz plane in which the swing scanning is performed. For example, when the
揺動走査では、電磁波の照射方向を主走査方向及び副走査方向に揺動させる。ただし、副走査方向について電磁波の照射方向が1回揺動される間に、主走査方向について電磁波の照射方向が複数回揺動される。言い換えれば、主走査方向の揺動の周波数が、副走査方向の揺動の周波数より高い。 In the oscillation scanning, the irradiation direction of electromagnetic waves is oscillated in the main scanning direction and the sub-scanning direction. However, while the irradiation direction of the electromagnetic wave is oscillated once in the sub-scanning direction, the irradiation direction of the electromagnetic wave is oscillated a plurality of times in the main scanning direction. In other words, the frequency of oscillation in the main scanning direction is higher than the frequency of oscillation in the sub-scanning direction.
図3は、一般的な計測装置60による揺動走査の走査範囲300を xy 平面について平面視した図である。軌跡302は、計測装置から照射される電磁波の照射方向の変化を表す。
FIG. 3 is a plan view of a
一般に、計測装置は、間欠的に電磁波を照射する。図3のバツ印は、計測装置から照射された電磁波が通過する位置を表す。言い換えれば、図3のバツ印は、計測装置から電磁波が照射されるタイミングを表す。なお、計測装置による電磁波の照射は、主走査方向への走査(軌跡302の実線部分)において行われる。ここで以下、揺動走査については、電磁波の照射方向を主走査方向について1回揺動する間に行われる走査を、「1回の主走査」又は「1ラインの主走査」と呼ぶ。 In general, a measuring device intermittently emits electromagnetic waves. The cross marks in FIG. 3 represent the positions through which the electromagnetic waves emitted from the measuring device pass. In other words, the crosses in FIG. 3 represent timings at which electromagnetic waves are emitted from the measuring device. It should be noted that the irradiation of electromagnetic waves by the measuring device is performed during scanning in the main scanning direction (the solid line portion of the trajectory 302). Here, hereinafter, regarding the oscillation scanning, scanning performed while the electromagnetic wave irradiation direction is oscillated once in the main scanning direction will be referred to as "one main scanning" or "one line main scanning".
図4は、一般的な計測装置60による回転走査を概念的に例示する図である。図4(a)は、回転走査が行われる様子を xz 平面で平面視した図である。図4(b)は、回転走査が行われる様子を yz 平面で平面視した図である。
FIG. 4 is a diagram conceptually illustrating rotational scanning by a
回転走査では、電磁波の照射方向を、主走査方向について一方向に変化させ(回転させ)、なおかつ副走査方向に揺動させる。ただし、副走査方向について電磁波の照射方向が1回揺動される間に、主走査方向について電磁波の照射方向が複数回回転される。言い換えれば、主走査方向の回転の周波数が、副走査方向の揺動の周波数より高い。 In the rotational scanning, the irradiation direction of the electromagnetic wave is changed (rotated) in one direction with respect to the main scanning direction and oscillated in the sub-scanning direction. However, while the electromagnetic wave irradiation direction is swung once in the sub-scanning direction, the electromagnetic wave irradiation direction is rotated multiple times in the main scanning direction. In other words, the frequency of rotation in the main scanning direction is higher than the frequency of oscillation in the sub-scanning direction.
図5は、一般的な計測装置60による回転走査の走査範囲300を xy 平面に展開して平面視した図である。前述したように、回転走査における電磁波の照射方向は、主走査方向について一方向に変化する。ここで、回転走査については、主走査方向について電磁波の照射方向が360度変化する間に行われる走査を、「1回の主走査」又は「1ラインの主走査」と呼ぶ。
FIG. 5 is a plan view of a
揺動走査と回転走査いずれについても、計測装置60は、軌跡302によって表される走査を繰り返し行う。つまり、電磁波の照射方向が軌跡302の終点に達すると、再度電磁波の照射方向が軌跡302の始点に再度設定される。
The measuring
図3及び図5の走査範囲300において、格子状に区切られた領域である画素304は、計測装置60に求められる解像度(計測の粒度)を表している。すなわち計測装置60は、走査範囲300における各画素304に対し、少なくとも一回電磁波を照射することが求められている。
In the
図3及び図5に示すように、一般的な計測装置60では、複数の主走査それぞれにおいて同じタイミング(各画素304を通過するタイミング)で電磁波が照射される。さらに、1つの画素304に対して電磁波が照射されうる主走査が複数ある。その結果、1つの画素304に対して電磁波が複数回照射される。図6は、図3から軌跡302を除いた図である。図6を見ると、各画素304に対して電磁波が4回ずつ照射されていることが分かる。
As shown in FIGS. 3 and 5, in a
なお、計測装置から照射される電磁波のスポットの大きさは、例えば、画素304の大きさに合わせて設定される。そのため、1つの画素304に対して複数回電磁波が照射されることは、複数の電磁波のスポットの一部が互いに重なり合うことを意味する。つまり、計測装置によって同じ場所が複数回走査されていることを意味する。
Note that the size of the spot of the electromagnetic wave emitted from the measuring device is set according to the size of the
図7は、電磁波のスポットの重なりを例示する図である。図7では、左上端の画素304に対して照射された電磁波のスポット306が示されている。この図から分かるように、複数の電磁波のスポット306の一部が互いに重なりあっている。
FIG. 7 is a diagram illustrating overlapping of spots of electromagnetic waves. In FIG. 7, a
このように、一般的な計測装置では、求められる解像度以上の解像度で走査が行われている。言い換えれば、計測装置による走査において、必要以上に多くの電磁波が照射されている。その結果、計測装置が必要以上に電力を消費している。また、計測装置の各種の機構(例えば光源など)が必要以上に消耗しており、計測装置の寿命を短くしてしまっている。 As described above, in general measuring devices, scanning is performed at a resolution higher than the required resolution. In other words, more electromagnetic waves than necessary are emitted during scanning by the measuring device. As a result, the measuring device consumes more power than necessary. In addition, various mechanisms (for example, a light source) of the measuring device are worn more than necessary, shortening the life of the measuring device.
そこで本実施形態の計測装置200は、計測装置200に求められる解像度を満たすために必要十分な回数の電磁波を照射する。言い換えれば、本実施形態の制御部204は、計測装置200に求められる解像度を表す各画素に対して電磁波が1回ずつ照射されるように、計測部202による電磁波の照射を制御する。
Therefore, the measuring
こうすることで、本実施形態の計測装置200によれば、計測装置200に求められる解像度を満たすために必要十分な回数の電磁波が照射される。よって、一般的な計測装置と比較し、計測装置200の消費電力が削減される。また、計測装置200の各種の機構(例えば光源)の消耗が少なくすることができるため、計測装置200の寿命を長くすることができる。
By doing so, according to the
図8は、本実施形態の計測装置200による揺動走査の走査範囲を、xy 平面で平面視した様子を例示する図である。走査範囲220、軌跡222、画素224の意味はそれぞれ、図3の走査範囲300、軌跡302、画素304と同様である。
FIG. 8 is a diagram exemplifying how the scanning range of the swing scanning by the measuring
図8では、図3のケースと同様に、1つの画素(画素224)に対して電磁波が照射されうる主走査が4つある。しかし計測部202は、1つの画素224に対して電磁波を照射しうる4つの主走査のうち、いずれか1つの主走査でのみ、電磁波を照射している。
In FIG. 8, as in the case of FIG. 3, there are four main scans in which electromagnetic waves can be applied to one pixel (pixel 224). However, the
図9は、図8から軌跡222を除いた図である。図9を見ると分かるように、本実施形態の計測装置200では、各画素224に対して電磁波が照射される回数が1回である。
FIG. 9 is a diagram of FIG. 8 with the
図10は、図9における各電磁波のスポットを例示する図である。この例では、電磁波のスポットが画素224の大きさに合わせて設定されている。図10を見ると分かるように、本実施形態の計測装置200では、全ての画素224をスポットが通過しつつ、スポット同士が重なっていない。よって、計測装置200によって同じ場所が複数回スキャンされるということがない。
FIG. 10 is a diagram illustrating spots of electromagnetic waves in FIG. In this example, the electromagnetic wave spot is set according to the size of the
図9及び図10から、図8に示すように電磁波を照射することで、計測装置200に求められる解像度を満たすために必要十分な回数の電磁波が照射されていることが分かる。
From FIGS. 9 and 10, it can be seen that by irradiating the electromagnetic wave as shown in FIG. 8, the electromagnetic wave is irradiated a necessary and sufficient number of times to satisfy the resolution required for the
本実施形態の計測装置200が行う走査は、回転走査であってもよい。図11は、本実施形態の計測装置200による回転走査の走査範囲を、xy 平面で展開して平面視した様子を例示する図である。図8のケースと同様に、計測部202は、1つの画素224に対して電磁波を照射しうる4つの主走査のうち、いずれか1つの主走査でのみ、電磁波を照射している。
The scanning performed by the measuring
本実施形態の制御部204による具体的な制御は、以下の第1及び第2の要件を満たす。第1の要件は、「計測部202が、連続する N 回の主走査において、合計 M 回電磁波を照射する」という要件である。第2の要件は、「上記連続する N 回の主走査それぞれにおいて、計測部202から電磁波が照射されるタイミングが互いに異なる」という要件である。M は、連続する N 回の主走査において計測装置200に求められる解像度の画素数である。例えば図8では、連続する 4 回の主走査において画素224の数が8である。よって図8では、N=4 かつ M=8 である。
Specific control by the
ここで、N と M の具体的な定義は、例えば以下で説明するような定義となる。図12は、図8で示した計測装置200による揺動走査の一部を表す図である。A は、副走査方向の1画素の幅(画素224の高さ)を表す。B は、主走査方向の1画素の幅(画素224の横幅)を表す。X は、走査範囲220の横幅を表す。dy は、副走査方向の走査間隔を表す。
Here, specific definitions of N and M are, for example, definitions as described below. 12A and 12B are diagrams showing a part of swing scanning by the measuring
N は、1つの画素224に対して電磁波を照射しうる主走査の数である。例えば図8において、N の値は4である。具体的には、N は、A/dy 以下の最大の整数、又はA/dy 以上の最小の整数である。以下では、N が A/dy 以下の最大の整数であるとする。
N is the number of main scans in which one
M は、走査範囲220において主走査方向に含まれる画素224の数(連続する N 回の主走査において計測装置200に求められる解像度の画素数)である。例えば図8において、M の値は8である。具体的には、M は X/B 以上の最小の整数、又は X/B 以下の最大の整数である。以下では、M が X/B 以上の最小の整数であるとする。
M is the number of
上述した各記号の意味は、計測装置200が回転走査を行うケースについても同様である。図13は、計測装置200による回転走査の一部を表す図である。図13における各記号の意味は、図12における各記号の意味と同じである。
The meaning of each symbol described above is the same for the case where the measuring
前述した第1の要件を満たすように電磁波が照射されると、走査範囲220の1つの行に含まれる M 個の画素224に対して電磁波を照射しうる複数の走査(連続する N 回の走査)において、M 回の電磁波が照射される。そして、第1の要件に加えて第2の要件も満たすように電磁波が照射されることにより、走査範囲220の1つの行に含まれる M 個の画素224それぞれに対して、1回ずつ電磁波が照射されることとなる。
When the electromagnetic wave is irradiated so as to satisfy the first requirement described above, a plurality of scans (N consecutive scans) that can irradiate the
このように、本実施形態の計測装置200によれば、計測装置200に求められる解像度を満たすために必要十分な回数の電磁波が照射される。よって、一般的な計測装置と比較し、計測装置200の消費電力が削減される。また、計測装置200の各種の機構(例えば光源)の消耗が少なくすることができるため、計測装置200の寿命を長くすることができる。
As described above, according to the
ここで、1つの画素に対して電磁波が照射される回数を1回にするための制御としては、主走査方向の走査の頻度を少なくする(主走査方向の走査の周波数を低くする)ことが考えられる。図14は、主走査方向の走査周波数を低くした例を示す図である。この例では、図3や図8のケースと比較し、主走査方向の走査周波数が 1/4 となっており、各画素304を通過する主走査が1回のみである。よって、画素304を通過する全てのタイミングで計測装置が電磁波を照射しても、各画素304に対して電磁波が照射される回数は1回である。
Here, as a control for reducing the number of times the electromagnetic waves are irradiated to one pixel, the frequency of scanning in the main scanning direction is decreased (the frequency of scanning in the main scanning direction is decreased). Conceivable. FIG. 14 is a diagram showing an example in which the scanning frequency in the main scanning direction is lowered. In this example, compared to the cases of FIGS. 3 and 8, the scanning frequency in the main scanning direction is 1/4, and each
しかしこの方法には、計測装置が周囲の振動の影響を受けやすくなるという問題点がある。ライダセンサやミリ波レーダなどの計測装置は、例えば、自動運転車などの移動体に設置される。そのため、移動体が移動している際に生じる種々の振動が、計測装置にも伝わることになる。 However, this method has the problem that the measuring device is susceptible to the effects of ambient vibrations. Measuring devices such as lidar sensors and millimeter wave radars are installed in moving bodies such as self-driving cars, for example. Therefore, various vibrations generated when the moving body is moving are also transmitted to the measuring device.
このような周囲の振動の影響を小さくするためには、計測装置において主走査方向の走査周波数をある程度高くすることで、主走査方向の走査周波数と、他の振動の周波数との乖離を大きくすることが好適である。この点、本実施形態の計測装置200では、主走査方向の走査周波数がある程度高く(前述した N が2以上であり)、なおかつ1つの画素224に対して電磁波が照射される回数が1回となる。よって、(1)電磁波が照射される回数を、計測装置200に要求される解像度を満たすことができる必要十分な回数としつつ、(2)計測装置200による走査が、計測装置200の周囲などで発生する振動を受けにくい。
In order to reduce the influence of such vibrations in the surroundings, the scanning frequency in the main scanning direction is increased to some extent in the measurement apparatus, thereby increasing the deviation between the scanning frequency in the main scanning direction and the frequencies of other vibrations. is preferred. In this regard, in the
ここで、各主走査における電磁波の照射タイミングは、等間隔であってもよいし、等間隔でなくてもよい。図15は、各主走査において電磁波が等間隔で照射されるケースを例示する図である。図15では、1行目から4行目の主走査いずれにおいても、「4つの画素224ごとに1つ」という間隔で電磁波が照射されている。
Here, the irradiation timings of the electromagnetic waves in each main scan may be at equal intervals or may not be at equal intervals. FIG. 15 is a diagram illustrating a case in which electromagnetic waves are emitted at equal intervals in each main scan. In FIG. 15, the electromagnetic waves are emitted at intervals of “one for every four
なお、連続する N 回の各主走査において電磁波が照射される画素224を異ならせるために、制御部204は、連続する N 回の各主走査において最初に電磁波が照射される画素224を異なるものにする。例えば図8や図15では、電磁波の照射方向が走査範囲220の下の行へ移動するごとに、最初に電磁波が照射される画素224の位置を1つ右の画素224へずらしている。具体的には、図15において、1行目の主走査において最初に電磁波が照射される画素224は、左から1番目の画素224である。一方、2行目の主走査において最初に電磁波が照射される画素224は、左から2番目の画素224である。
In addition, in order to make the
しかし、各主走査において最初に電磁波が照射される画素224を異なるものにする方法は、上述した「1行下へ移動するごとに1つ右へずらす」という方法に限定されない。図16は、各主走査において最初に電磁波が照射される画素224について説明するための図である。図16において、1行目から4行目の主走査において最初に電磁波が照射される画素224はそれぞれ、左から1番目、左から3番目、左から2番目、及び右から4番目の画素224となっている。
However, the method of differentiating the
各主走査で電磁波が照射される回数は、同一であってもよし、同一でなくてもよい。前者の場合、各主走査で照射される電磁波の回数は M/N である。前述した図8のケースでは、各主走査において電磁波が照射される回数が同一(2回)となっている。 The number of times electromagnetic waves are emitted in each main scan may or may not be the same. In the former case, the number of electromagnetic waves emitted in each main scan is M/N. In the case of FIG. 8 described above, the number of times electromagnetic waves are irradiated is the same (twice) in each main scan.
なお、M/N が整数でない場合もありうる。この場合、制御部204は、各主走査で電磁波が照射される回数を同一にする代わりに、各主走査で電磁波が照射される回数の差を1以下とする。言い換えれば、制御部204は、各主走査で電磁波が照射される回数を M/N 以上の最小の整数及び M/N 以下の最大の整数のうちのいずれか一方とする。
Note that M/N may not be an integer. In this case, the
図17は、各主走査で電磁波が照射される回数の差が1以下であるケースを例示する図である。この例では、1つの画素224に対して電磁波を照射しうる主走査の数が4である(N=4)。また、走査範囲220の1行に含まれる画素304の数が7つである(M=7)。そこで計測部202は、1行目から3行目の主走査では2回ずつ電磁波を照射し、なおかつ4行目の主走査では1回電磁波を照射している。
FIG. 17 is a diagram illustrating a case in which the difference in the number of times electromagnetic waves are emitted in each main scan is 1 or less. In this example, the number of main scans in which electromagnetic waves can be applied to one
<計測装置200のハードウエア構成の例>
計測装置200の各機能構成部は、各機能構成部を実現するハードウエア(例:ハードワイヤードされた電子回路など)で実現されてもよいし、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせ(例:電子回路とそれを制御するプログラムの組み合わせなど)で実現されてもよい。以下、計測装置200の各機能構成部がハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで実現される場合について、さらに説明する。
<Example of Hardware Configuration of
Each functional configuration unit of the measuring
<<制御部204のハードウエア構成の例>>
図18は、制御部204のハードウエア構成を例示する図である。集積回路100は、制御部204を実現する集積回路である。例えば、集積回路100は SoC(System On Chip)である。
<<Example of Hardware Configuration of
FIG. 18 is a diagram illustrating the hardware configuration of the
集積回路100は、バス102、プロセッサ104、メモリ106、ストレージデバイス108、入出力インタフェース110、及びネットワークインタフェース112を有する。バス102は、プロセッサ104、メモリ106、ストレージデバイス108、入出力インタフェース110、及びネットワークインタフェース112が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ104などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。プロセッサ104は、マイクロプロセッサなどを用いて実現される演算処理装置である。メモリ106は、RAM(Random Access Memory)などを用いて実現される主記憶装置である。ストレージデバイス108は、ROM(Read Only Memory)やフラッシュメモリなどを用いて実現される補助記憶装置である。
入出力インタフェース110は、集積回路100を周辺デバイスと接続するためのインタフェースである。図18において、入出力インタフェース110には照射器の駆動回路30及び走査器の駆動回路32が接続されている。照射器の駆動回路30及び走査器の駆動回路32については後述する。
The input/
ネットワークインタフェース112は、集積回路100を通信網に接続するためのインタフェースである。この通信網は、例えば CAN(Controller Area Network)通信網である。なお、ネットワークインタフェース112が通信網に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。
A
ストレージデバイス108は、制御部204の機能を実現するためのプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ104は、このプログラムモジュールをメモリ106に読み出して実行することで、制御部204の機能を実現する。
The
集積回路100のハードウエア構成は図18に示した構成に限定されない。例えば、プログラムモジュールはメモリ106に格納されてもよい。この場合、集積回路100は、ストレージデバイス108を備えていなくてもよい。
The hardware configuration of
<<計測部202のハードウエア構成例>>
図19は、計測部202のハードウエア構成を例示する図である。計測部202は、照射器10、走査器12、照射器の駆動回路30、走査器の駆動回路32、及び受信器50を有する。照射器10は、物体の走査に用いる電磁波を照射する。走査器12は、照射器10から照射された電磁波の進行方向を、所望の方向へ変更する。このように、照射器10及び走査器12により、計測部202は、計測部202の外部の様々な場所へ電磁波を照射することができる。走査器12によって進行方向が変更された電磁波は、計測装置200の外部へ照射される。
<<Hardware Configuration Example of
FIG. 19 is a diagram illustrating the hardware configuration of the
計測装置200の外部において物体により反射された電磁波(以下、反射波)は、計測装置200の内部に入射した後、走査器12によって進行方向を変更される。受信器50は、走査器12によって進行方向が変更された反射波を受信する。
Electromagnetic waves reflected by an object outside the measuring device 200 (hereinafter referred to as reflected waves) enter the inside of the measuring
照射器の駆動回路30は、照射器10を駆動させる回路である。より具体的には、照射器の駆動回路30は、電磁波を照射する機構(例えば光源)を駆動する回路を有する。走査器の駆動回路32は、走査器12を駆動させる回路である。より具体的には、走査器の駆動回路32は、電磁波の照射方向を変更する機構(例えばミラー)を駆動する回路を有する。
The
制御部204は、受信器50によって反射波が受信されたことを検出する。例えば受信器50は、反射波を受信したことに応じて制御部204へ所定の信号を送信するように構成される。制御部204は、この所定の信号を受信することにより、受信器50によって反射波が受信されたことを検出する。
The
制御部204は、照射器10から電磁波が照射されてからその電磁波の反射波が受信器50によって受信されるまでの経過時間を計測し、その計測時間を電磁波の照射方向(電磁波の照射タイミング)と対応づけて記憶装置(例えばストレージデバイス108)に記憶させる。この経過時間は、例えば照射器10から電磁波が照射されてからその電磁波の反射波が受信されるまでの間にカウントされたクロック信号の数にクロック周期を乗算した値で表される。また例えば、この経過時間は、上記カウントされたクロック信号の数で表されてもよい。この経過時間に基づいて、例えば、走査された物体と計測装置200との距離を算出することができる。
The
照射器10によって照射される電磁波は、レーザ光などの光であってもよいし、ミリ波などの電波であってもよい。以下、照射器10が光を照射する場合における計測部202のハードウエア構成について例示する。照射器10が電磁波を照射する場合の計測部202についても、同様の構成を採用することが可能である。
The electromagnetic waves irradiated by the
図20は、光を照射する計測部202のハードウエア構成を例示する図である。図20の光源14、可動反射部16、光源の駆動回路36、及び可動反射部の駆動回路34はそれぞれ、図19における照射器10、走査器12、照射器の駆動回路30、及び走査器の駆動回路32の一例である。
FIG. 20 is a diagram illustrating the hardware configuration of the
光源14は、光を照射する任意の光源である。光源の駆動回路34は、光源14への電力の供給を制御することによって光源14を駆動させる回路である。光源14によって照射される光は、例えばレーザ光である。この場合、例えば光源14は、レーザ光を照射する半導体レーザである。
可動反射部16は、光源14から照射された光を反射することで、光源14から照射された光の進行方向を変更する。可動反射部16によって反射された光は、計測装置200の外部へ照射される。また可動反射部16は、計測装置200の外部において物体により反射された光(以下、反射光)の進行方向を変更する。
The movable reflecting
可動反射部の駆動回路36は、可動反射部16を駆動させる回路である。可動反射部16は、例えば2軸方向それぞれに回転可能なように構成されている1つのミラーを有する。
上記2軸はそれぞれ、光の照射方向を主走査方向について変更するための第1軸、及び光の照射方向を副走査方向について変更するための第2軸である。上記ミラーは、例えば MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーである。
A
The above two axes are respectively a first axis for changing the light irradiation direction in the main scanning direction and a second axis for changing the light irradiation direction in the sub-scanning direction. The mirror is, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror.
可動反射部16の構成は、図20に示す構成に限定されない。例えば可動反射部16は、回転軸が互いに交わる2つのミラーで構成されていてもよい。この2つのミラーの回転軸はそれぞれ、上記第1軸及び第2軸である。
The configuration of the
光源の駆動回路34及び可動反射部の駆動回路36の動作は、制御部204によって制御される。具体的には、制御部204は、光源の駆動回路34に対し、光源14の駆動を指示する駆動信号を送信する。この駆動信号は、例えばストレージデバイス108から読み出される。光源の駆動回路34は、受信した駆動信号に基づいて、光源14を駆動させる。例えば駆動信号がハイとローという2値で構成されるパルス信号である場合、光源の駆動回路34は、パルス信号がローからハイに変化するタイミングで光源14を駆動させる(光源14から光を照射させる)。
The operation of the light
同様に、制御部204は、可動反射部の駆動回路36に対し、可動反射部16の駆動を指示する駆動信号を送信する。この駆動信号も、例えばストレージデバイス108から読み出される。可動反射部の駆動回路36は、この駆動信号に基づいて、可動反射部16の姿勢を制御する。この制御により、光の照射方向が制御される。例えば光の照射方向は、図8の軌跡222のように制御される。
Similarly, the
さらに計測部202は、受光器52を有する。受光器52は、図19における受信器50の一例である。例えば受光器52は、APD(Avalanche Photodiode)を用いて構成される。受光器52は、可動反射部16によって進行方向が変更された反射光を受光する。
Furthermore, the
なお、計測部202の構成は図19や図20に示す構成に限定されない。例えば図19において、計測部202は、物体によって反射された反射波が、走査器12を介して受信器50に受信されるように構成されている。しかし、物体によって反射された反射波は、走査器12を介さずに受信器50に受信されてもよい。図21は、走査器12を介さずに反射波が受信される計測装置200のハードウエア構成を例示する図である。
Note that the configuration of the
その他にも例えば、図19において、計測部202は、照射器10から照射された電磁波の進行方向を走査器12によって変更することにより、様々な方向へ電磁波を照射できるように構成されている。しかし、様々な方向へ電磁波を照射する構成は、図19に示す構成に限定されない。例えば、照射器10自体が、上述の2軸それぞれに回転する機構を有していてもよい。この場合、計測部202は、照射器10の姿勢を制御することによって様々な方向へ光を照射できる。またこの場合、計測部202は、走査器12及び走査器の駆動回路32を有さなくてもよい。さらにこの場合、照射器の駆動回路30は、照射器10に電磁波を照射させる駆動回路と、照射器10の姿勢を変更する駆動回路とを含む。
In addition, for example, in FIG. 19, the
なお、制御部204を実現するハードウエア(図18参照)と計測部202を実現するハードウエア(図19や図20参照)は、同一の筐体にパッケージされていてもよいし、別々の筐体にパッケージされていてもよい。 The hardware that implements the control unit 204 (see FIG. 18) and the hardware that implements the measurement unit 202 (see FIGS. 19 and 20) may be packaged in the same housing or may be packaged in separate housings. It may be packaged in the body.
<計測部202が電磁波を照射するタイミングを制御する方法>
計測装置200から電磁波が照射されるタイミングは、光源の駆動回路34に対して送信する駆動信号(以下、光源駆動信号)によって制御できる。そこで、前述した第1の要件及び第2の要件を満たすように計測部202が制御される光源駆動信号を予め生成しておく。この光源駆動信号は、例えばストレージデバイス108に記憶させておく。制御部204は、この光源駆動信号をストレージデバイス108から読み出し、光源の駆動回路34へ送信する。こうすることで、上記第1の要件及び第2の要件を満たすように、計測部202が制御される。光源駆動信号の生成は、例えば計測装置200の運用開始前(例えば計測装置200の出荷前)に行っておく。
<Method for Controlling Timing of Electromagnetic Wave Irradiation by Measuring
The timing at which the electromagnetic waves are emitted from the
図22は、光源駆動信号を例示する図である。図22(a)及び図22(b)の双方において、グラフは光源駆動信号を表している。また、グラフの矢印は、光源駆動信号の値が0から1に変化する箇所(パルス)を表している。光源は、この矢印のタイミングで電磁波を照射する。グラフの上には、光源駆動信号によって制御される計測装置による走査の軌跡が示されている。 FIG. 22 is a diagram illustrating light source drive signals. In both FIGS. 22(a) and 22(b), the graphs represent the light source drive signal. Also, the arrows in the graph represent points (pulses) where the value of the light source driving signal changes from 0 to 1. FIG. The light source irradiates electromagnetic waves at the timing of this arrow. Above the graph is shown the scanning trajectory of the measuring device controlled by the light source drive signal.
図22(a)は、図2に示した一般的な計測装置による走査を実現する光源駆動信号を表している。これに対し、図22(b)は、図8に示した本実施形態の計測装置200による走査を実現する光源駆動信号を表している。
FIG. 22(a) shows a light source driving signal for realizing scanning by the general measuring device shown in FIG. On the other hand, FIG. 22(b) represents a light source driving signal for realizing scanning by the measuring
<計測装置200の設置例>
計測装置200は、例えば自動車や電車などの移動体に設置される。図23は、移動体に設置されている計測装置200を例示する図である。図23において、計測装置200は、移動体240の上部に固定されている。また、計測装置200は制御装置244と接続されている。制御装置244は、移動体240を制御する制御装置である。例えば制御装置244は、ECU(Electronic Control Unit)である。
<Installation example of measuring
The measuring
ここで制御部204は、移動体240を制御する制御装置244の一部として実現されてもよい。この場合、制御装置244が有するストレージデバイスに、前述した制御部204を実現するプログラムモジュールが記憶される。
Here, the
なお、計測装置200が設置される場所は移動体240の上部に限定されない。例えば計測装置200は、移動体240の内部(例えば室内)に設置されてもよい。また計測装置200は、移動しない物体に設置されてもよい。
Note that the location where the measuring
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記各実施形態の組み合わせ、又は上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記各実施形態の組み合わせ、又は上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、参考形態の例を付記する。
1.
照射方向を変えながら電磁波を照射して走査を行う計測部と、
N 回の連続する主走査で合計 M 回電磁波を照射し、前記 N 回の主走査において電磁波の照射タイミングが互いに異なり、各主走査で少なくとも1回電磁波が照射されるように、前記計測部を制御する制御部と、を有する計測装置。
2.
前記 M は、前記 N 回の連続する主走査において求められる解像度の画素数である、1.に記載の計測装置。
3.
副走査方向の走査間隔を dy とし、前記副走査方向の1画素の幅を A とすると、前記 N は、A/dy 以下の最大の整数及び A/dy 以上の最小の整数のいずれか一方であり、
主走査方向のスキャン範囲の幅を X とし、前記主走査方向の1画素の幅を B とすると、前記 M は、X/B 以上の最小の整数及び X/B 以下の最大の整数のいずれか一方である、1.又は2.に記載の計測装置。
4.
前記制御部は、各主走査において電磁波を等間隔に照射させる、1.~3.の何れか一つに記載の制御装置。
5.
前記制御部は、前記 N 回の主走査それぞれにおける電磁波の照射回数を、M/N 以上の最小の整数及び M/N 以下の最大の整数のうちのいずれか一方とする、1.~4.の何れか一つに記載の制御装置。
6.
照射方向を変えながら電磁波を照射して走査を行う計測装置をコンピュータが制御する制御方法であって、
N 回の連続する主走査で合計 M 回電磁波を照射し、前記 N 回の主走査において電磁波の照射タイミングが互いに異なり、各主走査で少なくとも1回電磁波が照射されるように、前記計測装置を制御する、制御方法。
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, these are examples of the present invention, and combinations of the above embodiments or various configurations other than those described above can also be adopted.
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, these are examples of the present invention, and combinations of the above embodiments or various configurations other than those described above can also be adopted.
Examples of reference forms are added below.
1.
a measurement unit that scans by irradiating electromagnetic waves while changing the irradiation direction;
The measurement unit is operated such that the electromagnetic waves are emitted M times in total during N consecutive main scans, the electromagnetic waves are applied at different timings in the N main scans, and the electromagnetic waves are applied at least once in each main scan. A measuring device having a control unit for controlling.
2.
1. Said M is the number of pixels of the resolution required in said N consecutive main scans; The measuring device according to .
3.
Assuming that the scanning interval in the sub-scanning direction is dy and the width of one pixel in the sub-scanning direction is A, the N is either the largest integer less than or equal to A/dy or the smallest integer greater than or equal to A/dy. can be,
Assuming that the width of the scanning range in the main scanning direction is X and the width of one pixel in the main scanning direction is B, the M is either the smallest integer greater than or equal to X/B or the largest integer less than or equal to X/B. On the one hand, 1. or 2. The measuring device according to .
4.
1. The control unit irradiates electromagnetic waves at equal intervals in each main scan. ~3. The control device according to any one of .
5.
1. The control unit sets the number of electromagnetic wave irradiations in each of the N main scans to either a minimum integer equal to or greater than M/N or a maximum integer equal to or less than M/N. ~ 4. The control device according to any one of .
6.
A control method in which a computer controls a measuring device that scans by irradiating electromagnetic waves while changing the irradiation direction,
The measuring device is operated such that the electromagnetic waves are irradiated a total of M times in N consecutive main scans, the irradiation timing of the electromagnetic waves is different from each other in the N main scans, and the electromagnetic waves are irradiated at least once in each main scan. To control, to control.
10 照射器
12 走査器
14 光源
16 可動反射部
30 照射器の駆動回路
32 走査器の駆動回路
34 光源の駆動回路
36 可動反射部の駆動回路
50 受信器
52 受光器
100 集積回路
102 バス
104 プロセッサ
106 メモリ
108 ストレージデバイス
110 入出力インタフェース
112 ネットワークインタフェース
200 計測装置
202 計測部
204 制御部
220 走査範囲
222 軌跡
224 画素
240 移動体
244 制御装置
300 走査範囲
302 軌跡
304 画素
306 スポット
10
Claims (1)
前記計測装置は照射方向を変えながら電磁波を照射して走査を行う装置であり、
前記移動体が移動している際に生じる振動の周波数よりも高い周波数を、前記計測装置の主走査の走査周波数として決定し、
決定した前記主走査の走査周波数にて、主走査方向に一列に並んだ複数の画素に対して、複数の連続する主走査の合計で、各画素に1回ずつ電磁波が照射されるように、電磁波の照射タイミングを決定する、走査方法の決定方法。 A method for determining a scanning method of a measuring device installed on a moving body, comprising:
The measurement device is a device that scans by irradiating electromagnetic waves while changing the irradiation direction,
determining a frequency higher than the frequency of vibration generated when the moving body is moving as the scanning frequency of the main scanning of the measuring device;
At the determined scanning frequency of the main scanning, a plurality of pixels arranged in a line in the main scanning direction are irradiated with an electromagnetic wave once in total for a plurality of consecutive main scanning, A scanning method determining method for determining the irradiation timing of electromagnetic waves.
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