WO2020031881A1 - 光測距装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to an optical distance measuring device.
- the optical distance measuring device for example, in a radar device described in Patent Document 1, reflected light of laser light emitted from a light source is detected on a light receiving surface on which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix.
- the irradiation surface of the laser light irradiated by the laser light is formed in a rectangular shape, and the range in which the reflected light is irradiated on the light receiving surface is also rectangular.
- the effect of erroneous light detection is suppressed by prohibiting the operation of pixels outside the light receiving range on the light receiving surface.
- the light receiving position of the reflected light on the light receiving surface may fluctuate according to the ambient temperature due to the temperature characteristics of the lens, holder, adhesive and the like used in the optical distance measuring device. Then, the reflected light cannot be properly received in the light receiving range, and the distance measurement performance may be reduced.
- an optical distance measuring device includes a light source unit that irradiates irradiation light to a measurement range, and a plurality of light receiving elements that can receive reflected light from a range including the measurement range according to the irradiation of the irradiation light.
- a light-receiving unit having a light-receiving surface and outputting a signal corresponding to a light-receiving state of the reflected light for each of the light-receiving elements, and using the signal output from the light-receiving unit, a distance to an object in the measurement range; And a measurement unit that measures The light receiving unit has a function of changing a light receiving position for receiving the reflected light by selecting a light receiving element that outputs the signal, and a plurality of light receiving positions for the position of the reflected light. Change to the position.
- the light receiving position of the reflected light in the light receiving unit is changed to a plurality of positions, so that the possibility of appropriately receiving the reflected light increases. Therefore, when the light receiving position of the reflected light with respect to the light receiving surface changes in accordance with the surrounding temperature, the possibility that the distance measurement performance is reduced can be reduced.
- an optical distance measuring device has a light receiving surface having a plurality of light receiving elements capable of receiving reflected light from a measurement range, and a light receiving unit that outputs a signal corresponding to a light receiving state of the reflected light for each of the light receiving elements.
- a light source unit that irradiates the measurement light with the irradiation light while changing an irradiating direction of the irradiation light so that the reflected light moves on the light receiving surface, and using the signal output from the light receiving unit.
- the light receiving unit receives the reflected light while moving a light receiving position, which is a position of a light receiving element that receives the reflected light, in a predetermined direction, and the light source unit receives the reflected light.
- the direction in which the irradiation light is irradiated is changed to a plurality of directions per one light receiving position for performing light reception.
- the azimuth for irradiating the irradiation light is changed to a plurality of azimuths per one light receiving position for receiving the reflected light, the possibility of appropriately receiving the reflected light is increased. Therefore, when the light receiving position of the reflected light with respect to the light receiving surface changes in accordance with the surrounding temperature, the possibility that the distance measurement performance is reduced can be reduced.
- the present disclosure can be realized in various forms other than the optical distance measuring device.
- it can be realized in the form of an optical ranging method, a vehicle equipped with the optical ranging device, a control method for controlling the optical ranging device, and the like.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical distance measuring device.
- FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the optical distance measuring device;
- FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the position of the reflected light and the light receiving position on the light receiving surface,
- FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between the position of the reflected light and the light receiving position.
- FIG. 5 is a diagram showing a comparative example of the relationship between the position of the reflected light and the light receiving position,
- FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a histogram.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical distance measuring device.
- FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the optical distance measuring device
- FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the position of the reflected light and the light receiving position on the light receiving surface
- FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between the position of the reflected light and the light receiving position.
- FIG. 5 is
- FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the optical distance measuring device according to the second embodiment.
- FIG. 8 is a diagram showing that the moving amount of the light receiving position is changed according to the temperature.
- FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the position of the reflected light and the light receiving position on the light receiving surface
- FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between the position of the reflected light and the light receiving position in the third embodiment
- FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an optical distance measuring apparatus according to the fourth embodiment.
- FIG. 12 is a diagram showing another configuration of the optical distance measuring apparatus according to the fourth embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an optical distance measuring apparatus according to the fifth embodiment.
- FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of an optical distance measuring apparatus according to the sixth embodiment.
- the optical distance measuring device 10 includes a housing 15, a light source unit 20, a light receiving unit 30, and a measuring unit 40.
- the light source unit 20 and the light receiving unit 30 are fixed to the housing 15 by, for example, an adhesive.
- the light source unit 20 emits the irradiation light IL to the measurement range MR.
- the light source unit 20 scans the irradiation light IL in the scanning direction SD.
- the irradiation light IL is formed in a rectangular shape whose longitudinal direction is perpendicular to the scanning direction SD.
- the light receiving unit 30 receives reflected light from a range including the measurement range MR corresponding to the irradiation of the irradiation light IL, and outputs a signal corresponding to a light receiving state of the reflected light.
- the measurement unit 40 measures a distance to an object existing within the measurement range MR using the signal output from the light receiving unit 30.
- the optical distance measuring device 10 is mounted on a vehicle, for example, and is used for detecting an obstacle and measuring a distance to the obstacle.
- FIG. 2 shows a more specific configuration of the optical distance measuring device 10.
- the optical distance measuring device 10 includes a control unit 50 in addition to the light source unit 20, the light receiving unit 30, and the measuring unit 40 shown in FIG.
- the control unit 50 is configured as a computer including a CPU and a memory, and controls the light source unit 20 and the light receiving unit 30.
- the light source unit 20 includes a laser light source 21 and a first scanning unit 22.
- the laser light source 21 is constituted by a semiconductor laser diode, and emits pulsed laser light as irradiation light.
- the irradiation light emitted from the laser light source 21 is formed into a vertically long irradiation light IL as shown in FIG. 1 by an optical system (not shown).
- the first scanning unit 22 performs one-dimensional scanning of the irradiation light IL over the measurement range MR by rotating the mirror 222 about the rotation axis 221.
- the mirror 222 is constituted by, for example, a MEMS mirror. The rotation of the mirror 222 is controlled by the control unit 50.
- the one-dimensional scanning of the irradiation light IL by the first scanning unit 22 causes the light source unit 20 to emit the irradiation light IL while changing the direction in which the irradiation light IL is irradiated to the measurement range MR.
- the laser diode element 18 is used as the light source of the light source unit 20, but another light source such as a solid-state laser may be used.
- the irradiation light irradiated by the light source unit 20 is reflected by the object OB within the measurement range MR.
- the light reflected by the object OB is received by the light receiving unit 30.
- the light receiving unit 30 receives the reflected light through a light receiving lens configured such that the size of the reflected light on the light receiving surface 32 is smaller than the size of the light receiving surface 32.
- the reflected light may be received by the light receiving unit 30 such that a part (for example, an end in the longitudinal direction) protrudes from the light receiving surface 32.
- the light receiving section 30 includes a plurality of pixels 31 in a two-dimensional array on a light receiving surface 32 to which the reflected light is applied.
- the pixel 31 is also called a “light receiving element”.
- Each pixel 31 has a plurality of light receiving elements capable of outputting a signal according to the incidence of reflected light from the object OB.
- each pixel 31 includes a single photon avalanche diode (SPAD) as a light receiving element.
- Each pixel 31 has, for example, a total of 16 SPADs of 4 ⁇ 4.
- the light receiving surface 32 of the light receiving unit 30 is configured by, for example, arranging 64 pixels 31 vertically and 256 pixels horizontally. Upon receiving light (photons), each SPAD outputs a pulse-like output signal indicating the incidence of light with a certain probability. Therefore, each pixel 31 outputs 0 to 16 pulse signals according to the intensity of the received light.
- the light receiving section 30 has a function of changing a light receiving position for receiving reflected light by selecting a light receiving element that outputs a signal. Specifically, the light receiving unit 30 turns on (active) the pixels 31 in the column specified by the control unit 50, and receives the reflected light using the turned on pixels 31. In other words, the light receiving unit 30 turns off (inactive) the pixels 31 other than the columns specified by the control unit 50, and does not receive the reflected light in the pixels 31 that are turned off.
- the column of the pixels 31 whose light reception is designated by the control unit 50 is referred to as a “light reception position”.
- the measuring unit 40 described later selects a signal used for distance measurement from signals output from the light receiving unit 30.
- the light receiving position of the light receiving unit 30 may be substantially changed.
- the irradiation light IL scans in the scanning direction SD by the first scanning unit 22, the vertically long reflected light moves on the light receiving surface 32 in a predetermined direction. Move.
- the direction in which the reflected light moves is hereinafter referred to as a “first direction”.
- the fact that the reflected light moves in the first direction means that the light source unit 20 radiates the irradiation light IL among a plurality of directions so that the reflected light moves in the first direction on the light receiving surface 32. It means that the irradiation light IL is irradiating the measurement range MR while changing the measurement range.
- “A plurality of directions” refers to directions of the irradiation light IL corresponding to each light receiving position on the light receiving surface 32.
- the light receiving unit 30 changes the light receiving position for receiving the reflected light to a plurality of positions in the first direction in one direction irradiated with the irradiation light IL. Specifically, while the reflected light moves by one pixel in the first direction in the first direction, the light receiving position is moved forward by three pixels in the first direction, one line at a time, and then returned by two pixels in the first direction.
- the control unit 50 changes the light receiving position by controlling on / off of each pixel 31 of the light receiving unit 30. That is, in the present embodiment, the light receiving unit 30 changes the light receiving position to a plurality of positions by moving the light receiving position in the first direction.
- the light receiving position is moved at a speed higher than the speed at which the reflected light moves on the light receiving surface 32. Further, in the present embodiment, the light receiving unit 30 moves the light receiving position in a direction opposite to the first direction every time the light receiving processing for the irradiation of the irradiation light IL in one direction is completed.
- the light receiving process is a process of changing the light receiving position to a plurality of positions in order to receive the irradiation light IL in one direction.
- the light receiving unit 30 moves the light receiving position in a direction opposite to the first direction, and changes the light receiving position to a light receiving position at the start of irradiation of irradiation light in the previous direction ( The position is returned to the position on the first direction side (the position on the right of the left end in FIG. 3) from the position on the left end in FIG. 3). Changing the light receiving position in this manner is hereinafter referred to as “reciprocating movement” of the light receiving position.
- the light receiving unit 30 repeats the reciprocating movement of the light receiving position in each of a plurality of directions irradiated with the irradiation light IL in accordance with an instruction from the control unit 50.
- the light receiving position When the light receiving position is reciprocated in this manner, the light receiving position can be changed to a plurality of positions in accordance with the movement of the reflected light, so that the possibility of receiving the reflected light can be increased.
- the amount of movement for moving the light receiving position in the first direction (for three columns of pixels) and the amount of movement for returning in the opposite direction to the first direction (for two columns of pixels) are not limited to the above, and can be set as appropriate.
- FIG. 4 is a graph showing the relationship between the position of the reflected light on the light receiving surface 32 and the light receiving position.
- the horizontal axis of the graph shown in FIG. 4 indicates the time for measuring the distance in the measurement unit 40, and the vertical axis indicates the position of the reflected light on the light receiving surface 32 and the light receiving position.
- the measurement unit 40 changes the light receiving position and the direction of the irradiation light IL during the “distance measurement period” in order to measure the distance of one frame representing the entire measurement range MR. After that, the distance is measured, and then, in the “non-ranging period”, the light receiving position and the direction of the irradiation light IL are returned to the initial position. That is, the light receiving unit 30 returns the light receiving position to the initial position in the non-ranging period in which the distance is not measured after the measurement of the “plural directions” is completed by the measuring unit 40.
- the position of the reflected light linearly changes with time during the distance measurement period, whereas the light receiving position is on the light receiving surface 32 in the first direction. And gradually move in the first direction while reciprocating.
- the position where the broken line indicating the position of the reflected light and the broken line indicating the light receiving position intersect means that the reflected light is received at the light receiving position.
- the reflected light in order to reciprocate the light receiving position, the reflected light is received at the regular position as shown in the upper part of FIG. Even when the light is irradiated on the light receiving surface 32 out of position, the light can be properly received at any of the light receiving positions that are reciprocatingly moved.
- FIG. 5 when the light receiving position is not reciprocated, as shown at the bottom of FIG. There is a possibility that the irradiation position of the reflected light and the light receiving position do not match, and the reflected light cannot be properly received.
- the measuring unit 40 includes an adding unit 41, a histogram generating unit 42, a peak detecting unit 43, and a distance calculating unit 44. These are configured as, for example, one or more integrated circuits. Note that these may be functional units implemented as software by the CPU executing a program.
- the addition unit 41 is a circuit that adds the number of pulse signals output from the pixels 31 included in the light receiving position for each pixel 31 to obtain an added value. More specifically, the adding unit 41 obtains an added value for each pixel 31 by counting the number of pulse signals output substantially simultaneously from a plurality of SPADs included in each pixel 31. In this embodiment, as shown in FIG. 3, each time the reflected light moves on the light receiving surface 32 by one pixel in the first direction, the light receiving position moves by three pixels in the first direction. Therefore, the adding unit 41 integrates and outputs the added values of the three pixels whose light receiving positions move.
- the histogram generation unit 42 is a circuit that generates a histogram for each pixel 31 based on the addition value output from the addition unit 41.
- FIG. 6 shows an example of the histogram.
- the class (horizontal axis) of the histogram indicates the flight time of light from the irradiation of the irradiation light IL to the reception of the reflected light by the pixel 31.
- this time is referred to as TOF (TOF: Time ⁇ Of ⁇ Flight).
- the frequency (vertical axis) of the histogram is an addition value calculated by the addition unit 41 and represents the intensity of light reflected from the object OB.
- the histogram generation unit 42 generates a histogram by recording the added value output from the addition unit 41 for each TOF according to a predetermined recording timing signal.
- the peak detector 43 is a circuit that detects a peak from a histogram.
- the peak detection unit 43 determines a part having the highest frequency in the histogram as a peak.
- the peak in the histogram indicates that the object OB exists at a position (distance) corresponding to the TOF corresponding to the peak.
- the distance value D measured by the measuring unit 40 is output from the optical distance measuring device 10 to an ECU or the like of the vehicle.
- the ECU of the vehicle can detect an obstacle in the measurement range MR and measure the distance to the obstacle by using the distance value for each pixel 31 acquired from the optical distance measuring device 10.
- the mounting position of the light source unit 20 and the light receiving unit 30 with respect to the housing 15 depends on the temperature characteristics of the adhesive or the like that fixes them to the housing 15.
- the reflected light on the light receiving surface 32 per one direction irradiated with the irradiation light IL even if the position of the reflected light with respect to the light receiving surface 32 deviates from the regular position. Since the position is changed to a plurality of positions, the possibility that reflected light can be properly received increases. Therefore, when the light receiving position of the reflected light with respect to the light receiving surface 32 fluctuates according to the surrounding temperature, the possibility that the distance measurement performance is reduced can be reduced.
- the possibility of receiving the reflected light can be increased without increasing the area of the light receiving position, so that the number of pixels 31 to be activated at one time can be reduced. Therefore, the power consumption of the light receiving unit 30 can be reduced, and the possibility that disturbance light enters the light receiving position can be reduced.
- the light receiving position is simply moved in the first direction, for example, based on the intensity of the reflected light, there is no need to perform complicated control such as searching for the light receiving position having the highest intensity. And the distance measurement performance can be improved.
- the optical distance measuring device 10b includes a sensor 60.
- Sensor 60 includes a temperature sensor and a humidity sensor.
- the control unit 50 changes the light receiving position in one direction in which the irradiation light moves in accordance with the temperature or humidity around the optical distance measuring device 10 measured by the sensor 60. Change the number.
- the controller 50 increases the amount of movement of the light receiving position as the temperature is higher or the humidity is higher.
- Increasing the amount of movement of the light receiving position means increasing the distance by which the light receiving position is moved in the first direction while the irradiation light travels on the light receiving surface 32 by one direction, thereby increasing the light receiving position.
- the sensor 60 may include only one of the temperature sensor and the humidity sensor. This embodiment is also applicable to other embodiments described later.
- the light receiving position of the reflected light is reciprocated as shown in FIG. 3 while scanning the irradiation light IL along the scanning direction SD, thereby increasing the possibility of receiving the reflected light.
- the light receiving unit 30 receives the reflected light while moving the light receiving position for receiving the reflected light in the first direction, and the light source unit 20 emits one light receiving position.
- the direction of irradiation with the irradiation light IL is changed to a plurality of directions.
- the control unit 50 controls the light receiving unit 30 to move the light receiving position by one column of pixels in the first direction. After the reflected light moves in the first direction by three rows of pixels on the light receiving surface 32 one row at a time while the light receiving position moves by one row of pixels, The azimuth to irradiate the irradiation light is changed so as to return to the direction opposite to one direction. Then, as shown in FIG. 10, the reflected light gradually moves in the first direction while reciprocating on the light receiving surface 32.
- the direction of the irradiation light IL is changed so that the reflected light moves on the light receiving surface 32 at a speed faster than the speed at which the light receiving position moves.
- the light source unit 20 changes the azimuth to irradiate the irradiation light IL in a direction opposite to the scanning direction SD each time light reception at one light receiving position is completed. Then, the azimuth is returned to a position closer to the scanning direction SD than the azimuth before the change.
- the adding unit 41 of the measuring unit 40 integrates the added values of the number of times (three times) the reflected light moves while the light receiving position moves by one pixel in the first direction.
- the azimuth for irradiating the irradiation light IL is changed to a plurality of azimuths per one light receiving position for receiving the reflected light, there is a possibility that the reflected light can be properly received. Increase. Therefore, similarly to the first embodiment, when the light receiving position of the reflected light on the light receiving surface 32 varies according to the ambient temperature, the possibility that the distance measurement performance is reduced can be reduced. In the present embodiment, the possibility of receiving the reflected light is increased by changing the direction of the irradiation light IL without increasing the irradiation width. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the SN ratio of the reflected light received by the light receiving unit 30.
- control unit 50 may change the amount of reciprocating movement of the irradiation light according to the temperature or humidity measured by the sensor 60.
- the irradiation light emitted from the laser light source 21 is scanned by the first scanning unit 22, and the reflected light is received by the light receiving unit 30.
- the irradiation light emitted from the laser light source 21 is scanned by the first scanning unit 22, and the reflected light is further scanned by the second scanning unit 22.
- the light is scanned by the unit 33 and received by the light receiving unit 30d.
- the second scanning unit 33 includes a rotation shaft 331 and a mirror 332 that rotates on the rotation shaft 331. The rotation of the mirror 332 is controlled by the control unit 50.
- the first scanning unit 22 changes the irradiation direction of the irradiation light toward the scanning direction SD (see FIG. 1), as in the first embodiment.
- the second scanning unit 33 scans the reflected light so that the reflected light of the irradiation light scanned in this manner is received at a predetermined position on the light receiving surface 32 of the light receiving unit 30d. Image. That is, the second scanning unit 33 scans the reflected light so that the reflected light reflected from the measurement range MR irradiates the same position on the light receiving surface 32.
- the light receiving surface 32 has a width of three columns of pixels.
- control unit 50 controls the light receiving unit 30d while the irradiation direction of the irradiation light IL moves by one direction, and moves the light receiving position in the first direction within a range of three columns of pixels. Let it. Then, when the irradiation by the irradiation light IL is completed in one direction, the light receiving position is returned to the initial position. As described above, by controlling the second scanning unit 33 and the light receiving unit 30d, it is possible to increase the possibility of properly receiving the reflected light also in the present embodiment, as in the first embodiment.
- the first scanning unit 22 and the second scanning unit 33 may be formed integrally. That is, the rotation shaft 221 and the rotation shaft 331 may be the same axis, and the mirror 222 and the mirror 332 may be integrated.
- the irradiation light IL emitted from the laser light source 21 is scanned on the measurement range MR by being reflected by the rotating mirror, and the reflected light reflected from the measurement range MR Is guided to the light receiving surface 32 through an optical path formed by the mirror and other optical components.
- the optical distance measuring device 10d of the present embodiment may include a sensor 60, as in the second embodiment. Then, according to the temperature or humidity around the optical distance measuring device 10d measured by the sensor 60, the number of the plurality of positions for changing the light receiving position in one direction in which the irradiation light IL moves may be changed. .
- the light source unit 20 uses the first scanning unit 22 to scan the irradiation light IL in the scanning direction SD.
- the light source unit 20e is configured as a light emitting array in which vertically long light emitting units are connected in the horizontal direction.
- the control unit 50 changes the azimuth to irradiate the irradiation light by turning on these light emitting units sequentially in the scanning direction SD. With such a configuration, the possibility of appropriately receiving the reflected light can be increased as in the first embodiment.
- the light source unit 20f is configured as a light emitting array as in the fifth embodiment. Then, similarly to the fourth embodiment, the reflected light is scanned by the second scanning unit 33 and received by the light receiving unit 30f. With such a configuration, it is possible to increase the possibility of properly receiving the reflected light, as in the first embodiment.
- the reflected light does not move on the light receiving surface 32 as described above, so that the moving direction of the light receiving position in the light receiving unit 30 is not limited to the first direction.
- the light receiving position may be moved in a direction opposite to the first direction.
- the light receiving position may be sequentially changed from the center of the light receiving surface 32 toward the left and right.
- the light receiving positions may be changed randomly so as not to overlap.
- the magnitude of the reflected light on the light receiving surface 32 may be small or substantially equal. If at least a part of the reflected light irradiates the light receiving surface 32, the reflected light can be properly received by moving the light receiving position.
- the light receiving section 30 has a light receiving position for receiving the reflected light for one column of pixels.
- the light receiving position may have a width of two columns of pixels or more.
- the light receiving unit 30 may move the light receiving position so that the light receiving positions do not overlap, or may move the light receiving position so that a gap is left at the light receiving position.
- the light receiving position may be moved so that a part of the light receiving position overlaps, or the light receiving position may be moved while changing the width of the light receiving position.
- the irradiation range of the reflected light on the light receiving surface 32 may be not limited to one column of pixels, but may be two columns of pixels or more.
- the light receiving section 30 moves the light receiving position in the direction (first direction) in which the reflected light moves on the light receiving surface 32.
- the light receiving unit 30 may move the light receiving position in a direction opposite to the first direction in one direction in which the irradiation light IL is irradiated. In this case, the light receiving unit 30 may move the light receiving position at a speed lower than the speed at which the reflected light moves on the light receiving surface 32. In this case, the light receiving unit 30 may move the light receiving position in the first direction every time the irradiation of the irradiation light IL in one direction is completed. In this case, the light receiving unit 30 may move the light receiving position in the first direction and return the light receiving position to a position on the first direction side from the light receiving position before the movement.
- the light source unit 20 scans the irradiation light IL in one direction (scanning direction SD).
- the light source unit 20 may scan the irradiation light IL back and forth in the scanning direction SD and the opposite direction.
- the light receiving position is moved on the outward path of the reflected light as in the first embodiment, and on the return path, the light receiving position is moved in the opposite direction to that of the first embodiment.
- the non-ranging period shown in FIG. 4 does not exist, and the process of returning the light receiving position of the reflected light to the initial position becomes unnecessary.
- the adding unit 41 of the measuring unit 40 integrates the added value for the number of pixels at which the light receiving position moves (in the fourth embodiment, for the number of pixels at which the reflected light moves). I have.
- the adding unit 41 may average the added values instead of multiplying the added values. Further, the adding unit 41 may select the largest added value.
- the addition unit 41 may calculate the SN ratio of each addition value, and may integrate, average, or select only the addition values whose SN ratios are equal to or greater than a specified value. Further, the adding unit 41 may integrate, average, or select only the added value having the higher SN ratio.
- the above embodiment shows an example in which the irradiation light IL and the light receiving position are scanned in one direction.
- the scanning method is not limited to one-dimensional scanning.
- the irradiation light may be scanned in two directions, that is, the horizontal direction and the vertical direction, and the irradiation light may also move on the light receiving surface 32 in the two directions, the horizontal direction and the vertical direction.
- the control unit 50 moves the light receiving position according to the moving direction of the reflected light.
- by reciprocating the light receiving position or the direction of the irradiation light it is possible to increase the possibility of receiving the reflected light as in the above embodiment.
- each pixel 31 provided in the light receiving section 30 is configured by the SPAD.
- each pixel 31 may be configured by a light receiving element other than the SPAD, such as a pin photodiode or an avalanche photodiode. In this case, if the light receiving element can output a signal of a level corresponding to the intensity of the received reflected light, it is possible to measure the distance using the level of the signal without generating a histogram. .
- the optical distance measuring apparatus may have any configuration as long as the light receiving position for reflected light from an object can be changed to a plurality of positions, and changes the direction of irradiation light. Configuration is not necessarily required.
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Abstract
光測距装置(10)は、測定範囲に対して、照射光を照射する光源部(20)と、照射光の照射に応じた測定範囲を含む範囲からの反射光を受光可能な複数の受光要素を有する受光面(32)を有し、受光要素ごとに反射光の受光状態に応じた信号を出力する受光部(30)と、受光部から出力された信号を用いて、測定範囲中の物体までの距離を測定する測定部(40)と、を備える。そして、受光部は、信号を出力する受光要素を選択することで反射光を受光する受光位置を可変させる機能を有し、反射光の位置に対して、受光位置を、複数の位置に変更する。
Description
本出願は、2018年8月9日に出願された日本出願番号2018-150303号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、光測距装置に関する。
光測距装置に関し、例えば、特許文献1に記載されたレーダ装置では、二次元行列状に複数の画素が配列された受光面において、光源から照射されたレーザ光の反射光が検出される。レーザ光によって照射されるレーザ光の照射面は矩形状に形成されており、反射光が受光面に照射される範囲も矩形状となる。この装置では、受光面において、受光範囲外の画素の動作を禁止することにより、光の誤検出による影響を抑制している。
こうした光測距装置では、光測距装置に用いられるレンズやホルダ、接着剤等の温度特性により、周辺温度に応じて、受光面に対する反射光の受光位置が変動する可能性がある。そうすると、受光範囲において反射光を適正に受光することができず、測距性能が低下する可能性がある。
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
本開示の一形態によれば、光測距装置が提供される。この光測距装置は、測定範囲に対して、照射光を照射する光源部と、前記照射光の照射に応じた前記測定範囲を含む範囲からの反射光を受光可能な複数の受光要素を有する受光面を有し、前記受光要素ごとに前記反射光の受光状態に応じた信号を出力する受光部と、前記受光部から出力された前記信号を用いて、前記測定範囲中の物体までの距離を測定する測定部と、を備える。そして、前記受光部は、前記信号を出力する受光要素を選択することで前記反射光を受光する受光位置を可変させる機能を有し、前記反射光の位置に対して、前記受光位置を、複数の位置に変更する。
この形態の光測距装置によれば、受光部における反射光の受光位置を、複数の位置に変更するため、反射光を適正に受光できる可能性が高まる。そのため、周辺温度に応じて受光面に対する反射光の受光位置が変動した場合に、測距性能が低下する可能性を低減することができる。
また、本開示の他の形態によれば、光測距装置が提供される。この光測距装置は、測定範囲からの反射光を受光可能な複数の受光要素を有する受光面を有し、前記受光要素ごとに前記反射光の受光状態に応じた信号を出力する受光部と、前記反射光が前記受光面上で移動するように、照射光を照射する方位を変更させつつ前記測定範囲に前記照射光を照射する光源部と、前記受光部から出力された前記信号を用いて、前記測定範囲中の物体までの距離を測定する測定部と、を備える。そして、前記受光部は、前記反射光を受光する受光要素の位置である受光位置を予め定められた方向に向けて移動させつつ前記反射光の受光を行い、前記光源部は、前記反射光の受光を行う一の前記受光位置あたり、前記照射光を照射する方位を、複数の方位に変更する。
この形態の光測距装置によれば、反射光の受光を行う一の受光位置あたり、照射光を照射する方位を複数の方位に変更するため、反射光を適正に受光できる可能性が高まる。そのため、周辺温度に応じて受光面に対する反射光の受光位置が変動した場合に、測距性能が低下する可能性を低減することができる。
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。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、光測距装置の概略構成を示す図であり、
図2は、光測距装置の構成を示す図であり、
図3は、受光面における反射光の位置と受光位置との関係を示す図であり、
図4は、反射光の位置と受光位置との関係を示す図であり、
図5は、反射光の位置と受光位置との関係の比較例を示す図であり、
図6は、ヒストグラムの一例を示す図であり、
図7は、第2実施形態における光測距装置の構成を示す図であり、
図8は、温度に応じて受光位置の移動量を変更することを示す図であり、
図9は、受光面における反射光の位置と受光位置との関係を示す図であり、
図10は、第3実施形態における反射光の位置と受光位置との関係を示す図であり、
図11は、第4実施形態における光測距装置の構成を示す図であり、
図12は、第4実施形態における光測距装置の他の構成を示す図であり、
図13は、第5実施形態における光測距装置の構成を示す図であり、
図14は、第6実施形態における光測距装置の構成を示す図である。
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、筐体15と、光源部20と、受光部30と、測定部40と、を備える。光源部20と受光部30とは、例えば、接着剤によって筐体15に固定されている。光源部20は、測定範囲MRに対して照射光ILを射出する。本実施形態では、光源部20は、照射光ILを走査方向SDに走査する。照射光ILは、走査方向SDに直交する方向が長手方向となる矩形状に形成される。受光部30は、照射光ILの照射に応じた測定範囲MRを含む範囲からの反射光を受光し、反射光の受光状態に応じた信号を出力する。測定部40は、受光部30から出力された信号を用いて、測定範囲MR内に存在する物体までの距離を測定する。光測距装置10は、例えば、車両に搭載され、障害物の検出や障害物までの距離を測定するために使用される。
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、筐体15と、光源部20と、受光部30と、測定部40と、を備える。光源部20と受光部30とは、例えば、接着剤によって筐体15に固定されている。光源部20は、測定範囲MRに対して照射光ILを射出する。本実施形態では、光源部20は、照射光ILを走査方向SDに走査する。照射光ILは、走査方向SDに直交する方向が長手方向となる矩形状に形成される。受光部30は、照射光ILの照射に応じた測定範囲MRを含む範囲からの反射光を受光し、反射光の受光状態に応じた信号を出力する。測定部40は、受光部30から出力された信号を用いて、測定範囲MR内に存在する物体までの距離を測定する。光測距装置10は、例えば、車両に搭載され、障害物の検出や障害物までの距離を測定するために使用される。
図2には、光測距装置10のより具体的な構成を示している。図2に示すように、光測距装置10は、図1に示した光源部20と受光部30と測定部40とに加えて、制御部50を備えている。制御部50は、CPUおよびメモリを備えるコンピュータとして構成されており、光源部20および受光部30を制御する。
光源部20は、レーザ光源21と第1走査部22とを備えている。レーザ光源21は、半導体レーザダイオードにより構成されており、パルスレーザ光を照射光として照射する。レーザ光源21から射出された照射光は、図示していない光学系によって図1に示したような縦長の照射光ILに形成される。第1走査部22は、回転軸221を中心にミラー222を回動させることよって、照射光ILの一次元走査を測定範囲MRに亘って行う。ミラー222は、例えば、MEMSミラーによって構成される。ミラー222の回動は、制御部50によって制御される。第1走査部22によって照射光ILの一次元走査が行われることにより、光源部20は、測定範囲MRに対して照射光ILを照射する方位を変更しながら照射光ILを照射することになる。なお、本実施形態では、光源部20の光源としてレーザダイオード素子18を用いているが、固体レーザ等他の光源を用いてもよい。
光源部20によって照射された照射光は、測定範囲MR内の物体OBによって反射される。物体OBによって反射された反射光は、受光部30によって受光される。本実施形態では、受光部30は、受光面32における反射光の大きさが、受光面32の大きさよりも小さくなるように構成された受光レンズを通じて反射光を受光する。なお、反射光は、その一部(例えば、長手方向の端部)が、受光面32からはみ出すように受光部30によって受光されてもよい。
図2および図3に示すように、受光部30は、反射光が照射される受光面32に複数の画素31を二次元配列状に備えている。画素31のことを「受光要素」ともいう。各画素31は、物体OBからの反射光の入射に応じて信号を出力可能な受光素子を複数有する。本実施形態では、各画素31は、受光素子としてSPAD(シングルフォトンアバランシェダイオード)を備える。各画素31は、例えば、横4個×縦4個の計16個のSPADを有する。受光部30の受光面32は、例えば、画素31が、縦方向に64個、横方向に256個、配置されることにより構成される。各SPADは、光(フォトン)を入力すると、一定の確率で、光の入射を示すパルス状の出力信号を出力する。そのため、各画素31は、受光した光の強度に応じて、0~16個のパルス信号を出力する。
受光部30は、信号を出力する受光要素を選択することで反射光を受光する受光位置を可変させる機能を有している。具体的には、受光部30は、制御部50によって指定された列の画素31をオン(アクティブ)にして、オンにした画素31を用いて反射光を受光する。換言すれば、受光部30は、制御部50によって指定された列以外の画素31をオフ(非アクティブ)として、オフとした画素31では反射光を受光しない。制御部50によって受光が指定された画素31の列のことを、「受光位置」という。なお、画素31のオン/オフによって受光位置を可変させる以外にも、例えば、後述する測定部40が、受光部30から出力された信号のうち、距離測定に使用する信号を選択することで、実質的に受光部30の受光位置を可変させてもよい。
本実施形態では、図3に示すように、第1走査部22による走査方向SDへの照射光ILの走査に伴い、縦長の反射光は、この受光面32上を、予め定められた方向に移動していく。反射光が移動する方向のことを、以下、「第1方向」という。反射光が第1方向に移動するということは、反射光が受光面32上で第1方向に向けて移動するように、光源部20が、照射光ILを照射する方位を複数の方位の中で変更させつつ測定範囲MRに照射光ILを照射していることになる。「複数の方位」とは、受光面32上の各受光位置に対応する照射光ILの方位のことである。
本実施形態では、受光部30は、照射光ILが照射される一の方位あたり、反射光を受光する受光位置を、第1方向において複数の位置に変更する。具体的には、反射光が画素1列分、第1方向に移動する間に、受光位置を、第1方向に向けて画素3列分、1列ずつ進めた後に、画素2列分戻すように、制御部50が、受光部30の各画素31のオン/オフを制御することにより、受光位置を変更する。つまり、本実施形態では、受光部30は、第1方向に向けて受光位置を移動させることにより、受光位置を複数の位置に変更している。また、本実施形態では、反射光が受光面32上で移動する速さよりも速い速さで受光位置を移動させている。更に、本実施形態では、受光部30は、一の方位に対する照射光ILの照射に対する受光処理が完了する毎に、受光位置を、第1方向の逆方向に移動させている。受光処理とは、一の方位に対する照射光ILを受光するために、受光位置を複数の位置に変更する処理である。また、本実施形態では、受光処理が完了すると、受光部30は、受光位置を第1方向の逆方向に移動させて、受光位置を、前の方位に対する照射光の照射開始時における受光位置(図3における左端の位置)よりも第1方向側の位置(図3における左端の右隣の位置)まで戻している。このように受光位置を変更することを、以下では、受光位置の「往復移動」という。受光部30は、制御部50からの指示に応じて、照射光ILが照射される複数の方位それぞれについて受光位置の往復移動を繰り返す。このように受光位置を往復移動させれば、反射光の移動に応じて受光位置を複数の位置に変化させることができるので、反射光を受光できる可能性を高めることができる。なお、受光位置を第1方向に移動させる移動量(画素3列分)や第1方向の逆方向に戻す移動量(画素2列分)は、上記に限定されず、適宜設定可能である。
図4には、受光面32における反射光の位置と受光位置との関係をグラフ化して示している。図4に示したグラフの横軸は、測定部40において距離を測定する時間を表しており、縦軸は、受光面32における反射光の位置と、受光位置とを示している。測定部40の詳細については後述するが、測定部40は、測定範囲MR全体を表す1フレーム分の距離を測定するために、「測距期間」において受光位置および照射光ILの方位を変更しつつ測距を行い、その後、「非測距期間」において、受光位置および照射光ILの方位を初期位置に戻す。つまり、受光部30は、測定部40によって前述した「複数の方位」について距離の測定が完了した後、距離の測定を行わない期間である非測距期間において、受光位置を初期位置に戻す。
図4に示すように、本実施形態では、反射光の位置が、測距期間において、時間の経過と共に線形的に変化していくのに対して、受光位置は受光面32上を第1方向に進んだり戻ったりして、往復移動しながら、徐々に第1方向に向けて移動する。図4において、反射光の位置を示す折れ線と、受光位置を示す折れ線とが交差する位置は、その受光位置において、反射光が受光されることを意味する。本実施形態では、受光位置を往復移動させるため、図4の上部に示すように、反射光が正規の位置で受光された場合はもとより、図4の下部に示すように、反射光が正規の位置からずれて受光面32に照射された場合であっても、往復移動させている受光位置のいずれかの位置において、適正に受光させることができる。これに対して、図5に示すように、受光位置を往復移動させない場合には、図5の下部に示すように、反射光が正規の位置からずれて受光面32に照射された場合に、反射光の照射位置と受光位置とが一致せず、反射光を適切に受光できない可能性がある。
続いて、図2に示した測定部40について説明する。測定部40は、加算部41と、ヒストグラム生成部42と、ピーク検出部43と、距離演算部44とを備えている。これらは、例えば、1または2以上の集積回路として構成される。なお、これらは、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る機能部であってもよい。
加算部41は、受光位置に含まれる画素31から出力されたパルス信号の数を画素31毎に加算して加算値を求める回路である。より具体的には、加算部41は、各画素31に含まれる複数のSPADから略同時に出力されるパルス信号の数を計数することにより、画素31毎に加算値を求める。本実施形態では、図3に示したとおり、反射光が受光面32上を第1方向に1画素分移動する毎に、受光位置は、3画素分、第1方向に移動する。そのため、加算部41は、受光位置が移動する3画素分の加算値を積算して出力する。
ヒストグラム生成部42は、加算部41から出力された加算値に基づき、画素31毎にヒストグラムを生成する回路である。図6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、照射光ILが照射されてから反射光が画素31によって受光されるまでの光の飛行時間を示している。以下、この時間のことを、TOF(TOF:Time Of Flight)という。一方、ヒストグラムの度数(縦軸)は、加算部41によって算出された加算値であり、物体OBから反射された光の強度を表している。ヒストグラム生成部42は、所定の記録タイミング信号に従って、加算部41から出力された加算値をTOF毎に記録することによってヒストグラムを生成する。測定範囲MRに物体OBが存在する場合、その物体OBから光が反射され、その物体OBまでの距離に応じたTOFの階級に加算値が記録される。
ピーク検出部43は、ヒストグラムからピークを検出する回路である。ピーク検出部43は、ヒストグラムの中で最も大きな度数の部分をピークと判断する。ヒストグラム中のピークは、そのピークに対応するTOFに応じた位置(距離)に物体OBが存在することを表している。
距離演算部44は、ピーク検出部43によって検出されたピークに対応するTOFから距離値Dを求める回路である。ピークに対応するTOFを「Δt」、光速を「c」、距離値を「D」とすると、距離演算部44は、以下の式(1)により、距離値Dを算出する。距離演算部44は、すべてのヒストグラム、すなわち、すべての画素31について距離値Dを算出する。
D=(c×Δt)/2 ・・・式(1)
D=(c×Δt)/2 ・・・式(1)
測定部40によって測定された距離値Dは、光測距装置10から車両のECU等に出力される。車両のECUは、光測距装置10から取得した画素31毎の距離値を用いることで、測定範囲MR内における障害物の検出や障害物までの距離の測定を行うことができる。
以上で説明した本実施形態の光測距装置10によれば、筐体15に対する光源部20や受光部30の組み付け位置が、これらを筐体15に固定する接着剤等の温度特性によって、周囲の温度に応じて変動し、受光面32に対する反射光の位置が、正規の位置からずれた場合であっても、照射光ILが照射される一の方位あたり、受光面32における反射光の受光位置を、複数の位置に変更するため、反射光を適正に受光できる可能性が高まる。そのため、周辺温度に応じて受光面32に対する反射光の受光位置が変動した場合に、測距性能が低下する可能性を低減することができる。
また、本実施形態によれば、受光位置の面積を広げることなく反射光の受光可能性を高めることができるので、一度にアクティブにする画素31の数を低減できる。そのため、受光部30の消費電力を低減することができ、また、受光位置に対して外乱光が入射する可能性を低減することもできる。また、本実施形態では、受光位置を単純に第1方向に移動させるだけであるため、例えば、反射光の強度に基づき、最も強度の高い受光位置を探索するような複雑な制御を行うことなく、測距性能を高めることができる。
B.第2実施形態:
図7に示すように、第2実施形態の光測距装置10bは、センサ60を備えている。センサ60は、温度センサと湿度センサとを含んでいる。本実施形態において、制御部50は、センサ60によって測定された光測距装置10の周囲の温度または湿度に応じて、照射光が移動する一の方位あたりに受光位置を変更する複数の位置の数を変更する。具体的には、制御部50は、図8に示すように、温度が高いほど、または、湿度が高いほど、受光位置の移動量を大きくする。受光位置の移動量を大きくするとは、照射光が受光面32上を1方位分進む間に、受光位置を第1方向に移動させる距離を大きくし、受光位置を増加させることをいう。このように、受光位置の移動量を大きくすれば、受光面32に対する反射光の照射位置のバラツキが大きくなったとしても、適正に受光できる可能性を高めることができる。なお、センサ60は、温度センサと湿度センサのいずれか一方のみを含んでいてもよい。また、本実施形態は、後述する他の実施形態にも適用可能である。
図7に示すように、第2実施形態の光測距装置10bは、センサ60を備えている。センサ60は、温度センサと湿度センサとを含んでいる。本実施形態において、制御部50は、センサ60によって測定された光測距装置10の周囲の温度または湿度に応じて、照射光が移動する一の方位あたりに受光位置を変更する複数の位置の数を変更する。具体的には、制御部50は、図8に示すように、温度が高いほど、または、湿度が高いほど、受光位置の移動量を大きくする。受光位置の移動量を大きくするとは、照射光が受光面32上を1方位分進む間に、受光位置を第1方向に移動させる距離を大きくし、受光位置を増加させることをいう。このように、受光位置の移動量を大きくすれば、受光面32に対する反射光の照射位置のバラツキが大きくなったとしても、適正に受光できる可能性を高めることができる。なお、センサ60は、温度センサと湿度センサのいずれか一方のみを含んでいてもよい。また、本実施形態は、後述する他の実施形態にも適用可能である。
C.第3実施形態:
第1実施形態では、照射光ILを走査方向SDに沿って走査しながら、反射光の受光位置を図3に示したように往復移動させることによって、反射光の受光可能性を高めている。これに対して、第3実施形態では、受光部30は、反射光を受光する受光位置を第1方向に向けて移動させつつ反射光の受光を行い、光源部20が、一の受光位置あたり、照射光ILを照射する方位を、複数の方位に変更する。
第1実施形態では、照射光ILを走査方向SDに沿って走査しながら、反射光の受光位置を図3に示したように往復移動させることによって、反射光の受光可能性を高めている。これに対して、第3実施形態では、受光部30は、反射光を受光する受光位置を第1方向に向けて移動させつつ反射光の受光を行い、光源部20が、一の受光位置あたり、照射光ILを照射する方位を、複数の方位に変更する。
具体的には、本実施形態では、図9に示すように、制御部50は、受光部30を制御して、受光位置を第1方向に画素1列分ずつ移動させる。制御部50は、受光位置が、画素1列分、移動する間に、反射光が受光面32上で画素3列分、1列ずつ、第1方向に移動した後に、画素2列分、第1方向と逆方向に戻るように照射光を照射する方位を変更する。すると、図10に示すように、反射光は、受光面32上を往復移動しつつ、第1方向へ徐々に移動していく。
本実施形態では、受光位置が移動する速さよりも早い速さで、反射光が受光面32上で移動するように、照射光ILの方位を変更する。また、本実施形態では、光源部20は、一の受光位置による受光が完了する毎に、照射光ILを照射する方位を、走査方向SDと逆方向に変化させる。そして、その方位を、変化前の方位よりも走査方向SD側の位置まで戻す。
本実施形態では、受光位置が第1方向に1画素分移動する毎に、反射光は、3画素分、第1方向に移動する。そのため、距離の測定にあたり、測定部40の加算部41は、受光位置が第1方向に1画素分移動する間に反射光が移動する回数分(3回分)の加算値を積算する。
以上で説明した第3実施形態によれば、反射光の受光を行う一の受光位置あたり、照射光ILを照射する方位を複数の方位に変更するため、反射光を適正に受光できる可能性が高まる。そのため、第1実施形態と同様に、周辺温度に応じて受光面32に対する反射光の受光位置が変動した場合に、測距性能が低下する可能性を低減することができる。また、本実施形態では、照射光ILの照射幅を広げずに、その方位を変更することによって反射光の受光可能性を高める。そのため、受光部30によって受光される反射光のSN比が低下することを抑制できる。
なお、本実施形態においても、第2実施形態と同様に、制御部50は、センサ60によって測定された温度あるいは湿度に応じて、照射光の往復移動の移動量を変更してもよい。
D.第4実施形態:
第1実施形態の光測距装置10では、レーザ光源21から射出された照射光は、第1走査部22によって走査され、その反射光が受光部30によって受光される。これに対して、図11に示す第4実施形態の光測距装置10dでは、レーザ光源21から射出された照射光が第1走査部22によって走査され、更に、その反射光が、第2走査部33によって走査されて受光部30dによって受光される。第2走査部33は、回転軸331と回転軸331上で回動するミラー332とを備えている。ミラー332の回動は、制御部50によって制御される。
第1実施形態の光測距装置10では、レーザ光源21から射出された照射光は、第1走査部22によって走査され、その反射光が受光部30によって受光される。これに対して、図11に示す第4実施形態の光測距装置10dでは、レーザ光源21から射出された照射光が第1走査部22によって走査され、更に、その反射光が、第2走査部33によって走査されて受光部30dによって受光される。第2走査部33は、回転軸331と回転軸331上で回動するミラー332とを備えている。ミラー332の回動は、制御部50によって制御される。
本実施形態において、第1走査部22は、第1実施形態と同様に、走査方向SD(図1参照)に向けて照射光の照射方向を変化させる。第2走査部33は、このようにして走査された照射光の反射光を、受光部30dの受光面32の予め定められた位置に受光されるように、反射光を走査して受光面32に結像させる。つまり、第2走査部33は、測定範囲MRから反射された反射光が、受光面32上の同じ位置を照射するように、反射光を走査する。このように、本実施形態では、反射光は、受光面32上を移動しないので、受光部30dに備えられる画素31の列を少なくすることができる。本実施形態では、受光面32は、画素3列分の幅を有している。
本実施形態において、制御部50は、照射光ILの照射方向が、1方位分移動する間に、受光部30dを制御して、画素3列分の範囲で、受光位置を第1方向に移動させる。そして、照射光ILによる照射が、1方位終了することに、受光位置を初期の位置に戻す。以上のようにして、第2走査部33および受光部30dを制御することにより、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、反射光を適正に受光する可能性を高めることができる。
なお、本実施形態において、第1走査部22と第2走査部33とは一体として形成してもよい。つまり、回転軸221と回転軸331とを同一の軸とし、ミラー222とミラー332とを一体としてもよい。このような光測距装置では、例えば、レーザ光源21から射出された照射光ILが、回転するミラーによって反射されることにより測定範囲MRに対して走査され、測定範囲MRから反射された反射光は、同ミラーと他の光学部品とによって構成される光路を通って受光面32に導かれる。
また、図12に示すように、本実施形態の光測距装置10dは、第2実施形態と同様に、センサ60を備えてもよい。そして、センサ60によって測定された光測距装置10dの周囲の温度または湿度に応じて、照射光ILが移動する一の方位あたりに受光位置を変更する複数の位置の数を変更してもよい。
E.第5実施形態:
第1実施形態では、光源部20は、第1走査部22によって、照射光ILを走査方向SDに走査している。これに対して、図13に示す第5実施形態の光測距装置10eでは、光源部20eが、縦長状の発光部を横方向に連結させた発光アレイとして構成されている。制御部50は、これらの発光部を、走査方向SDに沿って順番に点灯させることによって、照射光を照射する方位を変更する。このような構成によっても、第1実施形態と同様に、反射光を適正に受光する可能性を高めることができる。
第1実施形態では、光源部20は、第1走査部22によって、照射光ILを走査方向SDに走査している。これに対して、図13に示す第5実施形態の光測距装置10eでは、光源部20eが、縦長状の発光部を横方向に連結させた発光アレイとして構成されている。制御部50は、これらの発光部を、走査方向SDに沿って順番に点灯させることによって、照射光を照射する方位を変更する。このような構成によっても、第1実施形態と同様に、反射光を適正に受光する可能性を高めることができる。
F.第6実施形態:
図14に示す第6実施形態の光測距装置10fは、光源部20fが、第5実施形態と同様に発光アレイとして構成されている。そして、第4実施形態と同様に、反射光が、第2走査部33によって走査されて受光部30fで受光される。このような構成によっても、第1実施形態と同様に、反射光を適正に受光する可能性を高めることが可能である。
図14に示す第6実施形態の光測距装置10fは、光源部20fが、第5実施形態と同様に発光アレイとして構成されている。そして、第4実施形態と同様に、反射光が、第2走査部33によって走査されて受光部30fで受光される。このような構成によっても、第1実施形態と同様に、反射光を適正に受光する可能性を高めることが可能である。
なお、上述した第4実施形態および第6実施形態では、前述のとおり、反射光は、受光面32上を移動しないので、受光部30における受光位置の移動方向は第1方向に限られない。例えば、第1方向とは逆方向に受光位置を移動させてもよい。また、受光面32の中央から左右方向に向けて順番に受光位置を変更してもよい。また、受光位置を、重複しないようにランダムに変更してもよい。
また、第4実施形態および第6実施形態では、反射光は、受光面32上を移動しないので、受光面32に対する反射光の大きさは、小さくてもよいし、略等しくてもよい。反射光の少なくとも一部が受光面32を照射していれば、受光位置の移動によって反射光を適正に受光可能である。
G.他の実施形態:
(G-1)上記実施形態において、受光部30は、反射光を受光する受光位置を画素1列分としている。しかし、受光位置は、画素2列分あるいはそれ以上の幅であってもよい。この場合、受光部30は、受光位置が重ならないように受光位置を移動させてもよいし、受光位置に隙間が空くように受光位置を移動させてもよい。また、受光位置の一部が重なるように受光位置を移動させてもよいし、受光位置の幅を変更させつつ受光位置を移動させてもよい。また、受光面32に対する反射光の照射範囲も、画素1列分ではなく、画素2列分あるいはそれ以上の幅であってもよい。
(G-1)上記実施形態において、受光部30は、反射光を受光する受光位置を画素1列分としている。しかし、受光位置は、画素2列分あるいはそれ以上の幅であってもよい。この場合、受光部30は、受光位置が重ならないように受光位置を移動させてもよいし、受光位置に隙間が空くように受光位置を移動させてもよい。また、受光位置の一部が重なるように受光位置を移動させてもよいし、受光位置の幅を変更させつつ受光位置を移動させてもよい。また、受光面32に対する反射光の照射範囲も、画素1列分ではなく、画素2列分あるいはそれ以上の幅であってもよい。
(G-2)上記実施形態において、受光部30は、反射光が受光面32上を移動する方向(第1方向)に向けて受光位置を移動させている。これに対して、受光部30は、照射光ILが照射される一の方位につき、第1方向と逆方向に向けて受光位置を移動させてもよい。この場合、受光部30は、反射光が受光面32上を移動する速さよりも遅い速さで受光位置を移動させてもよい。また、この場合、一の方位に対する照射光ILの照射が完了する毎に、受光部30は、受光位置を、第1方向に移動させてもよい。また、この場合、受光部30は、受光位置を第1方向に移動させて、移動前の受光位置よりも第1方向側の位置まで戻してもよい。
(G-3)上記実施形態では、図1に示したように、光源部20は、照射光ILを一方向(走査方向SD)に走査している。これに対して、光源部20は、照射光ILを、走査方向SDとその逆方向とに往復走査させてもよい。この場合、反射光の往路では、上記第1実施形態と同様に受光位置を移動させ、復路では、上記第1実施形態と逆方向に受光位置を移動させる。この場合、図4に示した非測距期間は存在しなくなり、また、反射光の受光位置を初期位置に戻す処理が不要になる。
(G-4)上記実施形態において、測定部40の加算部41は、受光位置が移動する画素数分(第4実施形態では、反射光が移動する画素数分)、加算値を積算している。これに対して、例えば、加算部41は、加算値を積算するのではなく、平均化してもよい。また、加算部41は、最も大きな加算値を選択してもよい。その他、加算部41は、各加算値のSN比を算出し、SN比が規定値以上の加算値のみを積算、平均、または選択してもよい。また、加算部41は、SN比が上位の加算値のみを積算、平均、または、選択してもよい。
(G-5)上記実施形態では、照射光ILや受光位置が一方向に走査される例を示している。しかし、走査の手法は一次元走査に限定されない。例えば、照射光が、横方向および縦方向の2方向に走査され、その照射光も、受光面32上で、横方向および縦方向の2方向に移動してもよい。この場合、制御部50は、受光位置を、反射光の移動方向に従って移動させる。このような場合においても、受光位置あるいは照射光の方位を往復移動させることにより、上記実施形態と同様に、反射光の受光可能性を高めることが可能である。
(G-6)上記実施形態では、受光部30に備えられた各画素31は、SPADにより構成されている。これに対して、各画素31は、ピンフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなど、SPAD以外の他の受光素子によって構成されてもよい。この場合、その受光素子が、受光した反射光の強度に応じたレベルの信号を出力可能であれば、ヒストグラムを生成することなく、その信号のレベルを用いて距離を測定することも可能である。
(G-7)本発明の一実施形態としての光測距装置は、物体からの反射光に対して受光位置を複数の位置に変更可能な構成であればよく、照射光の方位を変更する構成は必ずしも必須ではない。
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、各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。
Claims (13)
- 光測距装置(10)であって、
測定範囲に対して、照射光を照射する光源部(20)と、
前記照射光の照射に応じた前記測定範囲を含む範囲からの反射光を受光可能な複数の受光要素を有する受光面(32)を有し、前記受光要素ごとに前記反射光の受光状態に応じた信号を出力する受光部(30)と、
前記受光部から出力された前記信号を用いて、前記測定範囲中の物体までの距離を測定する測定部(40)と、
を備え、
前記受光部は、前記信号を出力する受光要素を選択することで前記反射光を受光する受光位置を可変させる機能を有し、前記反射光の位置に対して、前記受光位置を、複数の位置に変更する、
光測距装置。 - 請求項1に記載の光測距装置であって、
前記受光面上での前記反射光の大きさは、前記受光面の大きさよりも小さい、光測距装置。 - 請求項1または請求項2に記載の光測距装置であって、
前記光源部は、前記照射光を照射する方位を予め定められた方向に向けて移動するように、複数の方位の中で方位を変更させつつ前記測定範囲に前記照射光を照射する、光測距装置。 - 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、
前記光源部は、前記反射光が前記受光面上で予め定められた第1方向に向けて移動するように、前記照射光を照射する方位を複数の方位の中で変更させつつ前記測定範囲に前記照射光を照射し、
前記受光部は、前記照射光が照射される一の方位あたり、前記反射光を受光する受光要素の位置である受光位置を、前記第1方向において複数の位置に変更する、光測距装置。 - 請求項4に記載の光測距装置であって、
前記受光部は、前記第1方向に向けて前記受光位置を移動させることにより、前記受光位置を複数の位置に変更する、光測距装置。 - 請求項5に記載の光測距装置であって、
前記受光部は、前記反射光が前記受光面上で移動する速さよりも速い速さで前記受光位置を移動させる、光測距装置。 - 請求項6に記載の光測距装置であって、
前記受光部は、前記一の方位に対する前記照射光の照射に対する受光処理が完了する毎に、前記受光位置を、前記第1方向の逆方向に移動させる、光測距装置。 - 請求項7に記載の光測距装置であって、
前記受光部は、前記受光位置を前記第1方向の逆方向に移動させて、前記受光位置を、前の方位に対する前記照射光の照射開始時における受光位置よりも前記第1方向側の位置まで戻す、光測距装置。 - 請求項4から請求項8までのいずれか一項に記載の光測距装置であって、
前記受光部は、前記測定部によって前記複数の方位について距離の測定が完了した後、前記距離の測定を行わない期間に、前記受光位置を初期位置に戻す、光測距装置。 - 請求項4から請求項9までのいずれか一項に記載の光測距装置であって、
温度または湿度を測定するセンサ(60)を備え、
前記受光部は、前記センサによって測定された温度または湿度に応じて、前記一の方位あたりに前記受光位置を変更する複数の位置の数を変更する、光測距装置。 - 請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載の光測距装置であって、
前記受光要素は、前記信号として、光の入射を示す出力信号を出力するSPAD(シングルフォトンアバランシェダイオード)を備える、光測距装置。 - 請求項11に記載の光測距装置であって、
前記測定部は、略同時に複数の前記SPADから出力される前記出力信号の数を前記受光要素ごとに計数し、前記照射光が照射されてからの飛行時間ごとに、計数された前記出力信号の数を記録することによって前記受光要素ごとにヒストグラムを求め、前記ヒストグラムに基づき、前記受光要素ごとに前記距離を測定する、光測距装置。 - 光測距装置であって、
測定範囲からの反射光を受光可能な複数の受光要素を有する受光面を有し、前記受光要素ごとに前記反射光の受光状態に応じた信号を出力する受光部と、
前記反射光が前記受光面上で移動するように、照射光を照射する方位を変更させつつ前記測定範囲に前記照射光を照射する光源部と、
前記受光部から出力された前記信号を用いて、前記測定範囲中の物体までの距離を測定する測定部と、
を備え、
前記受光部は、前記反射光を受光する受光要素の位置である受光位置を予め定められた方向に向けて移動させつつ前記反射光の受光を行い、
前記光源部は、前記反射光の受光を行う一の前記受光位置あたり、前記照射光を照射する方位を、複数の方位に変更する、
光測距装置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19848176 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19848176 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |