JP6236758B2 - Optical distance measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、光学的測距装置に関する。 The present invention relates to an optical distance measuring device.
交通事故等の低減を目指して衝突防止システム等を搭載した移動体(車両等)が開発されている。このようなシステムでは外部環境を観測するためにカメラやミリ波レーダ等を備えた環境用センサが用いられている。 Mobile bodies (vehicles, etc.) equipped with a collision prevention system and the like have been developed with the aim of reducing traffic accidents. In such a system, an environmental sensor equipped with a camera, a millimeter wave radar, or the like is used to observe the external environment.
ステレオカメラは、比較的広角で空間解像度も高いが、その反面、遠方での距離精度が著しく低下する。一方、ミリ波レーダは、200m程度の遠方の対象物を検知することができるが、視野が狭く、角度分解能も低い。 Stereo cameras have a relatively wide angle and a high spatial resolution, but on the other hand, the distance accuracy at a distant location is significantly reduced. On the other hand, the millimeter wave radar can detect a distant object of about 200 m, but has a narrow field of view and low angular resolution.
これに対して、飛行時間法(TOF:Time Of Flight)に基づく光学的測距センサは、高空間解像度(角度分解能)を有すると共に、広角及び遠距離の測距が可能である。このため、走路や障害物の検出精度とロバスト性を高められ、安全システムの機能の拡張が期待できる。例えば、より遠方の障害物を高い位置精度で検知できれば、早期の警報が可能となる。また、駐車車両の形状等の周囲環境を高精度に検知できれば衝突やすり抜けを高い信頼度で判定できる。 On the other hand, the optical distance measuring sensor based on the time-of-flight method (TOF: Time Of Flight) has a high spatial resolution (angular resolution) and can measure a wide angle and a long distance. For this reason, the detection accuracy and robustness of the runway and the obstacle can be improved, and the expansion of the function of the safety system can be expected. For example, if a distant obstacle can be detected with high position accuracy, an early warning can be made. Further, if the surrounding environment such as the shape of the parked vehicle can be detected with high accuracy, it is possible to determine the collision slipping with high reliability.
このようなTOFによる光学式測距装置において、受光素子としてアバランシェフォトダイオード(APD)やPINフォトダイオードが用いられることが多い。APDにフォトンが入射すると、電子・正孔対が生成され、電子と正孔が各々高電界で加速され、次々と雪崩のように衝突電離を引き起こして新たな電子・正孔対が生成される。この内部増幅作用により感度が高められるため、特に長距離検出が求められる場合にAPDが用いられることが多い。APDの動作モードには、逆バイアス電圧を降伏電圧(ブレークダウン電圧)未満で動作させるリニアモードと、降伏電圧以上で動作させるガイガーモードとがある。リニアモードでは、生成される電子・正孔対の割合よりも消滅する(高電解領域から出る)電子・正孔対の割合が大きく、アバランシェは自然に止まる。出力電流は、入射光量にほぼ比例し、入射光量の測定に用いられる。ガイガーモードでは、単一フォトンの入射でもアバランシェ現象を起こすことができるので、シングルフォトンアバランシェダイオード(SPAD:Single Photon Avalanche Diode)とも呼ばれる。 In such an optical distance measuring device using TOF, an avalanche photodiode (APD) or PIN photodiode is often used as a light receiving element. When photons are incident on the APD, electron-hole pairs are generated, and the electrons and holes are each accelerated by a high electric field, and in succession a collision ionization is generated like an avalanche to generate new electron-hole pairs. . Since sensitivity is enhanced by this internal amplification action, APD is often used particularly when long distance detection is required. The operation mode of the APD includes a linear mode in which the reverse bias voltage is operated below a breakdown voltage (breakdown voltage) and a Geiger mode in which the reverse bias voltage is operated at a breakdown voltage or higher. In the linear mode, the proportion of electron / hole pairs that disappear (exit from the high electrolysis region) is larger than the proportion of electron / hole pairs that are generated, and the avalanche stops naturally. The output current is substantially proportional to the amount of incident light, and is used for measuring the amount of incident light. In the Geiger mode, an avalanche phenomenon can be caused even by the incidence of a single photon, so it is also called a single photon avalanche diode (SPAD).
TOF測定を行う光学的測距装置において高い性能を得るには、自ら照射した光の反射光をもれなく検出し、外乱光の受光量をなるべく小さくすることが望ましい。このため、照射するレーザ光の照射領域と受光視野を一致させることが好適である。そこで、穴あきミラーやハーフミラーを用いて投光と受光との光軸を完全に一致させる完全同軸光学系や、発光素子と受光素子とを近接させて配置してそれらの光軸をほぼ一致させる疑似同軸光学系が用いられる。このような光学系では、発光素子と受光素子との位置関係を調整するアライメントが必要となる。 In order to obtain high performance in an optical distance measuring device that performs TOF measurement, it is desirable to detect all reflected light of the light irradiated by itself and reduce the amount of disturbance light received as much as possible. For this reason, it is preferable to match the irradiation region of the laser beam to be irradiated with the light receiving field. Therefore, using a perforated mirror or half mirror, the perfect coaxial optical system that perfectly matches the optical axes of the light projecting and receiving light, or the light emitting element and the light receiving element are arranged close to each other so that their optical axes are almost the same. A pseudo coaxial optical system is used. Such an optical system requires alignment for adjusting the positional relationship between the light emitting element and the light receiving element.
受信視野を決める視野絞りを照明することにより、受信光学系から出る光の一部を反射鏡により曲げて受光素子に結像させ、送信レーザ光の一部を半透鏡で取り出してこれも受光素子に結像させ、これらの2つのビームスポットが一致するか否かによって相対的な光軸のずれを検出し、光軸のずれがある場合は方向調節装置によりレーザ装置の方向を調整する技術が開示されている(特許文献1)。 By illuminating the field stop that determines the reception field of view, a part of the light emitted from the reception optical system is bent by the reflecting mirror to form an image on the light receiving element, and a part of the transmission laser light is taken out by the semi-transparent mirror, which is also the light receiving element. A technique for detecting a relative optical axis shift based on whether these two beam spots coincide with each other, and adjusting the direction of the laser device with a direction adjusting device when there is a shift in the optical axis. (Patent Document 1).
また、受光検知器位置調整器により受光検知器を光軸に垂直な面上で検知面を少なくとも一次元で直線変位させて受光レベル値の変化を捉え、中心軸となる光軸に対して受光レベル値が左右対称に分布するように調整して目標物の方向が設定方向と一致させる方法が開示されている。さらに、受光検知器位置調整器により受光検知器を光軸方向にも変位させて受光レベル値の変化を捉え、受光レベル値を所定値となるようにし、受光スポット位置又は焦点位置との相互関係を調整することにより受光レベルを適正に調整する技術が開示されている(特許文献2)。 In addition, the light detector position adjuster moves the detector surface linearly at least in one dimension on the surface perpendicular to the optical axis to capture the change in the received light level value. A method is disclosed in which the level value is adjusted to be distributed symmetrically so that the direction of the target matches the set direction. Furthermore, the light receiving detector position adjuster displaces the light receiving detector also in the optical axis direction to capture the change in the light receiving level value so that the light receiving level value becomes a predetermined value, and the correlation with the light receiving spot position or the focal position. A technique for appropriately adjusting the light reception level by adjusting the light intensity is disclosed (Patent Document 2).
ところで、光軸ずれを調整する方向調節装置、視野絞りを照明する光源、受光素子、ビームを分割する鏡等を必要とする構成では、装置が複雑となると共に製造コストが増大する問題がある。 By the way, in a configuration that requires a direction adjusting device that adjusts the optical axis deviation, a light source that illuminates a field stop, a light receiving element, a mirror that divides a beam, and the like, there are problems that the device becomes complicated and the manufacturing cost increases.
また、受光検知器位置調整器を必要とする構成では、装置が複雑となることに加えて、受光検知器の位置を調整する作業を繰り返す必要があり、測定時間が長くなる問題がある。 In addition, in the configuration that requires the light receiving detector position adjuster, in addition to the complexity of the apparatus, it is necessary to repeat the operation of adjusting the position of the light receiving detector, and there is a problem that the measurement time becomes long.
また、光学的測距装置において高い性能を得るには、照射光の反射光をもれなく検出し、外乱光の受光量をなるべく小さくすることが望ましく、受光素子の受光面での照射光の結像スポットと受光エリアとを完全に一致させるのが理想である。そこで、照射光のスポットと受光エリアとの相対的な配置を完全に一致させるように光学系を設計することは可能であるが、測定時の条件等によって配置の微妙なずれが生じた場合には照射光自体の受光量が低下するおそれがある。 In order to obtain high performance in the optical distance measuring device, it is desirable to detect the reflected light of the irradiated light as much as possible, and to reduce the amount of disturbance light received as much as possible. Imaging of the irradiated light on the light receiving surface of the light receiving element Ideally, the spot and the light receiving area are perfectly matched. Therefore, it is possible to design the optical system so that the relative arrangement of the spot of the irradiated light and the light receiving area completely coincides, but if there is a slight deviation of the arrangement due to the measurement conditions, etc. May reduce the amount of received light itself.
本発明は、照射光の投光時刻と反射光の受光時刻との差に基づいて距離を測定する光学的測距装置であって、照射光を投光する光源と、物体からの反射光を受光し、各々を独立にオフにできる受光素子を複数備えた受光手段と、前記複数の受光素子の出力を加算する加算手段と、を備え、前記加算手段の出力に応じて前記受光素子のいずれかをオフにすることが可能であることを特徴とする光学的測距装置である。 The present invention is an optical distance measuring device that measures a distance based on a difference between a projection time of irradiation light and a reception time of reflected light, and includes a light source that projects irradiation light, and reflected light from an object. A light receiving unit including a plurality of light receiving elements that can receive light and can be turned off independently; and an adding unit that adds outputs of the plurality of light receiving elements, and any one of the light receiving elements according to an output of the adding unit. It is an optical distance measuring device characterized in that it is possible to turn off.
ここで、前記受光素子は、アレイ状に配置されたガイガーモードのアバランシェフォトダイオードであり、前記アバランシェフォトダイオードのバイアス電圧を低下させること、及び、前記アバランシェフォトダイオードの電圧パルス出力をオフすること、の少なくとも一方によって前記受光素子のいずれかをオフにすることが好適である。 Here, the light receiving elements are Geiger mode avalanche photodiodes arranged in an array, lowering the bias voltage of the avalanche photodiodes, and turning off the voltage pulse output of the avalanche photodiodes, It is preferable to turn off one of the light receiving elements by at least one of the above.
また、前記光源から繰り返し照射光を照射して、前記受光手段において受光量を所定時間に亘って累算する累算手段と、前記累算手段の累算値に応じて前記受光素子のいずれかをオフにすることが好適である。 Further, any one of an accumulation unit that repeatedly irradiates irradiation light from the light source and accumulates the received light amount over a predetermined time in the light receiving unit, and the light receiving element according to an accumulated value of the accumulation unit Is preferably turned off.
また、前記累算手段は、所定の距離範囲からの反射光が検出されたときのみ受光量を累算することが好適である。 Further, it is preferable that the accumulation means accumulates the received light amount only when reflected light from a predetermined distance range is detected.
本発明によれば、照射光の受光量を減らすことなく、外乱光の受光量のみを減らすことができる光学的測距装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical distance measuring device that can reduce only the amount of disturbance light received without reducing the amount of irradiation light received.
本実施の形態における光検出器100は、図1に示すように、受光手段102、パルス整形回路104、加算手段106、比較手段108、TDC(Time to Digital Converter)110及びヒストグラム生成手段112を含んで構成される。
As shown in FIG. 1, the
受光手段102は、フォトダイオード10、クエンチング抵抗12、バッファー14、フリップフロップ16、18、セレクタ17、スイッチング素子20及びアンド素子22を含んで構成される。
The
一組のフォトダイオード10、クエンチング抵抗12、バッファー14、フリップフロップ16、18、セレクタ17、スイッチング素子20及びアンド素子22が1つの受光部102aを構成する。
One set of the
フォトダイオード10は、ガイガーモードのシングルフォトンアバランシェフォトダイオード(SPAD)である。すなわち、フォトダイオード10は、降伏電圧以上のバイアス電圧の印加によって単一フォトンの入射に対してアバランシェ現象を引き起こし、フォトン入射に対して電圧パルスを出力する。
The
クエンチング抵抗12は、SPADのアバランシェ現象を停止させるための抵抗素子である。本実施の形態では、クエンチング抵抗12は、トランジスタの抵抗成分を利用している。フォトダイオード10では、印加電圧を降伏電圧まで下げることによりアバランシェ現象を止めることができる。印加電圧を下げてアバランシェ現象を停止させることはクエンチングと呼ばれ、最も単純なクエンチング回路はフォトダイオード10と直列にクエンチング抵抗12を接続することで実現される。アバランシェ電流が生じるとクエンチング抵抗12の端子間の電圧の上昇によってフォトダイオード10のバイアス電圧が降下する。バイアス電圧が降伏電圧まで降下するとアバランシェ現象が停止する。アバランシェ電流が流れなくなると、クエンチング抵抗12の端子電圧が降下し、フォトダイオード10には再び降伏電圧以上の電圧が印加される。
The
バッファー14は、フォトダイオード10とクエンチング抵抗12との間の電圧の昇降を取り出すために設けられる。これにより、フォトダイオード10へのフォトンの入射を電圧パルスとして出力することができる。
The
なお、この電圧パルスのパルス幅に相当する時間は、SPADのバイアス電圧が低下しているため、新たなフォトンが入射しても新たにアバランシェ現象を誘発できず、フォトンを検出できないデッドタイムとなる。 Note that the time corresponding to the pulse width of this voltage pulse is a dead time in which the avalanche phenomenon cannot be newly induced even if new photons are incident because the SPAD bias voltage is reduced and photons cannot be detected. .
受光手段102は複数の受光部102aを含んで構成される。すなわち、受光手段102は、シリコンフォトマルチプライヤ(SiPM:Silicon Photo Multipliers)として構成される。図1では、横m個×縦n個の受光部102aをアレイ状に配置した例としているが、図を簡潔に示すために、4つの受光部102aのみの構成を示し、他の受光部102aは省略した。受光手段102は、例えば図2の平面模式図に示すように、フォトダイオード10がアレイ状に並べられた構成とするとよい。このようにアレイ状に配置すれば、合計の受光面積が大きくなり、より多くの光量を受光することができる。
The light receiving means 102 includes a plurality of light receiving
パルス整形回路104は、受光手段102から出力される電圧パルスを整形して出力する。フォトダイオード10の電圧パルスのパルス幅、すなわちデッドタイムは10〜100nm程度であり、レーザ光の発光パルス幅よりも長いことが多い。パルス整形回路104は、各受光手段102から電圧パルスを受けて、電圧パルスのパルス幅を後述する光源からの照射光のパルス幅とほぼ等しくなるように短縮する。
The
加算手段106は、パルス整形回路104からの出力を加算して、加算結果(ビット幅:NADD=[log2(NSPAD)])を出力する。加算手段106によって、複数の受光部102aから同じタイミングで出力された電圧パルスが加算されることになる。例えば、受光手段102に含まれる複数の受光部102aのうち2つの電圧パルスがハイレベルとなっていれば加算手段106からの出力はデジタル信号の“2”(10進数)となる。
The adding means 106 adds the outputs from the
このように、本実施の形態の光検出器100の受光部102aでは、フォトンの入射に対して2値の情報(電圧パルス)が出力され、温度等の変動に対してロバストである。
As described above, the
また、受光部102aとしてガイガーモードのアバランシェフォトダイオードを用いているので、光電子増倍管等の他のフォトカウンタ型受光素子に比べて安価にコンパクトに装置に実装することができる。また、アバランシェフォトダイオードは半導体素子であるので、複数の受光部102aを集積化することも容易である。さらに、CMOSプロセスによりアバランシェフォトダイオードを実現する技術も開発されているので、パルス整形回路104、加算手段106、比較手段108、TDC110及びヒストグラム生成手段112等と同一のチップ上に実装が可能となる。これにより、製造工程の簡素化及び低製造コスト化が図れる。また、アバランシェフォトダイオードの寄生容量が小さくなるので、デッドタイムを短縮することができ、ダイナミックレンジをより広くすることができる。
In addition, since a Geiger mode avalanche photodiode is used as the
比較手段108は、加算手段106から出力された加算値Sを所定の閾値Thと比較し、加算値Sが閾値Th以上の場合にTOFの反射パルスが到来したことを示す判定結果を出力する。例えば、閾値Thを“2”に設定した場合、加算手段106での加算値Sが“2”以上であれば出力PEAKをハイレベルとし、そうでなければローレベルとする。
The
すなわち、同時に複数(本実施の形態では2以上)のフォトダイオード10においてフォトンが検出された場合のみ時間を次段のTDC110において測定する。ゲート信号VGATEがハイレベルであると同時に比較手段108からの出力がハイレベルとなると、フリップフロップ30及びアンド素子32によってスタート信号Vstartがハイレベルとなり、TDC110での時間計測が開始される。照射光の反射光を受光した場合には多数のフォトンが同時に到来し、複数のフォトダイオード10で受光されるのに対して、外乱光を受光した場合にはフォトンはランダムな時刻に到来するので同時に到来する確率は低いという性質に基づいた処理である。レーザ光のパルス幅以上に時間的に乖離している電圧パルスは同じ反射光によるものではない確率が高いので、パルス整形回路104において電圧パルスをレーザ光のパルス幅に整形し、同時に複数のパルスが検出された場合には同じ対象物からの反射光によるものであることをより確実に検出することができる。
That is, the time is measured by the
TDC110は、比較手段108の出力PEAKが反射パルスの到来を示すものである場合、反射パルスの到達時間を測定する。TDC110は、後述する光源から照射されるTOF測定用の光(レーザ光)の出力の時刻から比較手段108で反射パルスが検出された時刻までの時間をTOFの測定結果して出力する。TDC110は、数ピコ秒の時間分解能での測定を可能とする。
When the output PEAK of the
ヒストグラム生成手段112は、TDC110で得られたTOFの測定結果をさらに所定の計測時間に亘って蓄積してヒストグラムを生成する。ヒストグラムは、図3に示すように、TOF測定用の照射光を計測時間に亘って繰り返し照射して得られたTOFの測定結果を累積して生成され、光の照射時刻から到達までの時間(ビン)に対して計測時間に亘って比較手段108にてパルスが検出された回数(頻度)を示す。このようにパルス信号の到来時刻を繰り返し測定してヒストグラムを作成し、その極大値を抽出することによって、外乱光が存在しても正しいTOF測定をすることができる。
The
なお、ヒストグラム生成手段112では、TOF測定用の照射光を計測時間に亘って繰り返し照射して、その際に得られた各測定における加算手段106の加算結果を累積してヒストグラムを生成してもよい。このような処理にすることによって、多数のフォトダイオード10が同時にパルスを出力したときに、より多くの値が加算されてヒストグラムに反映されるので、より有効に情報を活用して精度及び確度の高いTOF測定を行うことが可能となる。
Note that the histogram generation means 112 may repeatedly irradiate the irradiation light for TOF measurement over the measurement time, and accumulate the addition results of the addition means 106 in each measurement obtained at that time to generate a histogram. Good. By performing such processing, when a large number of
所定時間の計測が終了すると、ヒストグラム生成手段112は生成されたヒストグラムのピーク値の時刻をTOFとして出力する。
When the measurement of the predetermined time is completed, the
次に、上記光検出器を搭載した光学的測距装置200について説明する。光学的測距装置200は、図4に示すように、光検出器100、光源202、双曲面ミラー204及びポリゴンミラー206を含んで構成される。光学的測距装置200は、投光される光と受光される光との光軸を一致させた同軸型の光学系を有する。
Next, an optical
光源202は、光学的測距装置200の測距対象空間にパルス光を照射する。光源202は、例えば、レーザダイオード(LD)とすることができる。パルス光の周期及びパルス幅は、これに限定されるものではないが、それぞれ数100μs及び数ns程度とすることが好適である。光源202からのパルス光の照射時刻がTDC110に入力され、TOFの測定に用いられる。
The
光源202は、双曲面ミラー204の中央部に設けられた孔204aからポリゴンミラー206へ向かって光を投光する。光源202から出力された光は、コリメートレンズ等によってコリメートしてもよい。
The
双曲面ミラー204の孔204aを抜けた光は、ポリゴンミラー206にて反射され、測距対象空間へ投光される。測距対象空間に物体(例えば、車、道路、樹木、人物等)が存在している場合、それらの物体によって光が反射され、反射波として光学的測距装置200へ戻ってくる。戻された光は、再びポリゴンミラー206にて反射され、さらに双曲面ミラー204で反射し、光検出器100へ入射する。双曲面ミラー204は、レンズと同様の働きをし、光を光検出器100へ設けられた受光素子へ結像させる。
The light that has passed through the
ここで、ポリゴンミラー206は、回転多角形ミラーであり、回転軸に平行又は傾けられた複数のミラー面を有する。ポリゴンミラー206は、回転軸206aを中心に所定の回転速度で回転させられ、回転に伴って光源202からの光に対してミラー面の向きを変化させて測距対象空間へ光を走査して投光する。走査方向は、ポリゴンミラー206に設けられたミラー面の回転軸206aに対する角度で決定される。複数のミラー面の俯角を異ならせることによって、水平方向のみならず垂直方向にも光を走査することが可能である。各面の俯角の差を投光される光の広がり角度以下とすれば、垂直方向にも隙間なく走査することができる。
Here, the
図2に示したように、受光手段102には、フォトダイオード10がアレイ状に実装されている。図2の例では、受光手段102は、複数のフォトダイオード10からなるシリコンフォトマルチプライヤ(SiPM)10aをさらに縦に複数個並べた構成とされている。図2では、受光手段102に照射光の反射光が入射したときの各フォトダイオード10の受光状態を示す。図2において、照射光の反射光が入射している領域Aをハッチングで示し、照射光の反射光が入射していないフォトダイオード10を白抜きで示している。
As shown in FIG. 2, the
光学的測距装置200では、受光手段102の受光エリアを反射光のスポットよりも大きく設けておき、反射光が入射している領域Aが掛かっているフォトダイオード10のみをオンにし、反射光が入射していない領域のフォトダイオード10をオフにする。具体的には、図1に示した受光手段102の受光部102a毎にフリップフロップ16、18、セレクタ17、スイッチング素子20及びアンド素子22を設け、これらを用いて受光部102aをオン/オフさせる。
In the optical
複数の受光部102aのフリップフロップ16によって構成されるシフトレジスタに対して、オンとする受光部102aには“1(ハイレベル)”、オフとする受光部102aには“0(ローレベル)”となるデータDinをシリアルに順次入力し、クロック信号SCLKに同期させて転送する。受光部102aの各々に対してフリップフロップ16にオン又はオフのデータが転送された後、ロード信号LOADによってセレクタ17を介して受光部102a毎にフリップフロップ16からフリップフロップ18へデータをセットする。フリップフロップ18に“1(ハイレベル)”がセットされた場合、スイッチング素子20はオンとなってフォトダイオード10にバイアス電圧が印加されると共に、アンド素子22を通じてフォトダイオード10の電圧パルスの出力が有効となる。一方、フリップフロップ18に“0(ローレベル)”がセットされた場合、スイッチング素子20はオフとなってフォトダイオード10にはバイアス電圧が印加されず、フォトンの入射に対して不活性となる。さらに、アンド素子22にも“0(ローレベル)”が入力され、フォトダイオード10からの出力は無効となる。
“1 (high level)” for the
例えば、加算手段106からの電圧パルスの加算値に応じて各受光部102aのフリップフロップ16及びフリップフロップ18へのデータの設定を行う。加算手段106での電圧パルスの加算値が最も大きくなると共に、オンとなっている受光部102aの数ができるだけ少なくなるようにデータの設定を繰り返し、各受光部102aのフリップフロップ18に対して“1(ハイレベル)”又は“0(ローレベル)”をセットする。これにより、反射光が入射している領域Aが掛かっている受光部102aのみをオンにし、反射光が入射していない領域の受光部102aをオフにすることができる。
For example, data is set in the flip-
また、加算手段106からの出力を累算した結果に応じて各受光部102aのフリップフロップ16及びフリップフロップ18へのデータの設定を行ってもよい。例えば、ヒストグラム生成手段112において所定の期間に亘って生成されたヒストグラムのピークを形成するビンの値が累算値である。この累算値が最も大きくなると共に、オンとなっている受光部102aの数ができるだけ少なくなるようにデータの設定を繰り返し、各受光部102aのフリップフロップ18に対して“1(ハイレベル)”又は“0(ローレベル)”をセットする。これにより、反射光が入射している領域Aが掛かっている受光部102aのみをオンにし、反射光が入射していない領域の受光部102aをオフにすることができる。
Further, data may be set in the flip-
さらに、受光部102aの各々の出力に応じてフリップフロップ16及びフリップフロップ18のデータをセットしてもよい。まず、ある1つの受光部102aのみのフリップフロップ16を介してフリップフロップ18に“1(ハイレベル)”をセットして加算手段106の出力を調べる。そして、所定の期間内において出力が1となった場合は“1(ハイレベル)”とし、出力が0であった場合は“0(ローレベル)”に設定する。これをすべての受光部102aについて調べることにより、反射光が入射している領域Aが掛かっている受光部102aのみをオンにし、反射光が入射していない領域の受光部102aをオフにすることができる。なお、加算手段106の出力を調べるかわりに、比較手段108の閾値を1として、その出力を調べてもよい。さらに、比較手段108の閾値を1として、所定期間に亘って生成されたヒストグラムのピーク値から受光部102aの各々についての累算値を得ることができる。
Further, the data of the flip-
このように、本実施の形態における光学的測距装置200では、自ら照射した光の反射光をもれなく検出し、外乱光の受光量をなるべく小さくするように各受光部102aを選択してオン又はオフにすることができる。これによって、受光手段102の受光面での自ら照射した光の反射光の結像スポットと受光エリアとを適応的に一致させることができる。また、測定時の条件等によって配置の微妙なずれが生じた場合においても自ら照射した光の反射光自体の受光量を低下させることなく、受光領域と自ら照射した光の反射光の照射スポットとを一致させることができる。
As described above, in the optical
なお、シフトレジスタを構成するフリップフロップ16のクロック周波数は数100MHz程度とすることができるので、受光部102aの個数が数1000個程度であったとしても数10ms程度の時間で受光部102aをオン/オフ状態にセットすることができる。
Since the clock frequency of the flip-
また、本実施の形態では、シフトレジスタを構成するフリップフロップ16とは別にフリップフロップ18を設けている。フリップフロップ18にセットされたデータに応じて受光部102aをオン/オフ状態にして測定を行いつつ、シフトレジスタを構成するフリップフロップ16によって次のデータを転送する処理を行うことができる。これによって、測定状態を維持しつつ、次のデータを同時に設定することが可能となり、測定効率が向上する。ただし、フリップフロップ18を設けず、シフトレジスタを構成するフリップフロップ16の出力によってスイッチング素子20及びアンド素子22を制御してもよい。
In the present embodiment, a flip-
10 フォトダイオード、12 クエンチング抵抗、14 バッファー、16 フリップフロップ、17 セレクタ、18 フリップフロップ、20 スイッチング素子、22 アンド素子、30 フリップフロップ、32 アンド素子、100 光検出器、102 受光手段、102a 受光部、104 パルス整形回路、106 加算手段、108 比較手段、112 ヒストグラム生成手段、200 光学的測距装置、202 光源、204 双曲面ミラー、204a 孔、206 ポリゴンミラー、206a 回転軸。
10 photodiode, 12 quenching resistor, 14 buffer, 16 flip flop, 17 selector, 18 flip flop, 20 switching element, 22 AND element, 30 flip flop, 32 AND element, 100 photodetector, 102 light receiving means, 102a light receiving Part, 104 pulse shaping circuit, 106 addition means, 108 comparison means, 112 histogram generation means, 200 optical distance measuring device, 202 light source, 204 hyperboloid mirror, 204a hole, 206 polygon mirror, 206a rotation axis.
Claims (4)
照射光を投光する光源と、
物体から前記照射光と同軸に反射されてくる反射光を受光し、各々を独立にオフにできる受光素子を複数備えた受光手段と、
前記複数の受光素子の出力を加算する加算手段と、
を備え、
前記加算手段の出力が最も大きくなると共に、オンとなっている前記受光素子の数が最少となるように前記受光素子のいずれかをオフにすることを特徴とする光学的測距装置。 An optical distance measuring device that measures a distance based on a difference between a projection time of irradiation light and a reception time of reflected light,
A light source for projecting irradiation light;
A light receiving means including a plurality of light receiving elements that receive reflected light that is reflected coaxially with the irradiation light from an object and that can be turned off independently;
Adding means for adding outputs of the plurality of light receiving elements;
With
Co the output of said adding means is maximized, optical distance measuring the number of the light receiving element that is turned on is characterized and to Turkey off one of the light receiving element so as to minimize apparatus.
照射光を投光する光源と、
物体から前記照射光と同軸に反射されてくる反射光を受光し、各々を独立にオフにできる受光素子を複数備えた受光手段と、
前記光源から繰り返し照射光を照射して、前記受光手段における受光量を所定時間に亘って累算する累算手段と、
を備え、
前記累算手段の出力が最も大きくなると共に、オンとなっている前記受光素子の数が最少となるように前記受光素子のいずれかをオフにすることを特徴とする光学的測距装置。 An optical distance measuring device that measures a distance based on a difference between a projection time of irradiation light and a reception time of reflected light,
A light source for projecting irradiation light;
A light receiving means including a plurality of light receiving elements that receive reflected light that is reflected coaxially with the irradiation light from an object and that can be turned off independently;
Accumulating means for repeatedly irradiating irradiation light from the light source and accumulating the amount of light received by the light receiving means over a predetermined time;
With
Co the output of the accumulator means is maximized, photometric number of light receiving elements which are turned on is characterized and to Turkey off one of the light receiving element so as to minimize Distance device.
前記累算手段は、所定の距離範囲からの反射光が検出されたときのみ受光量を累算することを特徴とする光学的測距装置。 The optical distance measuring device according to claim 2,
The accumulating means accumulates the amount of received light only when reflected light from a predetermined distance range is detected.
前記受光素子は、アレイ状に配置されたガイガーモードのアバランシェフォトダイオードであり、
前記アバランシェフォトダイオードのバイアス電圧を低下させること、及び、前記アバランシェフォトダイオードの電圧パルス出力をオフすること、の少なくとも一方によって前記受光素子のいずれかをオフにすることを特徴とする光学的測距装置。 The optical distance measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The light receiving element is a Geiger mode avalanche photodiode arranged in an array,
Wherein lowering the bias voltage of the avalanche photodiode, and optical characterized and to Turkey off one of said turning off the voltage pulse output of the avalanche photodiode, via at least one of said light receiving element Distance measuring device.
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