JP-2026076552-A - 測距装置のエミッタ及び測距装置

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Abstract

【課題】残留電荷を放電することによる電力的な無駄を抑制する。【解決手段】対象物との距離を測定する測距装置１のエミッタ１０であって、対象物に照射する送信波を出力する送信部と、電源によって充電され、送信部に電流を供給するためのコンデンサ１２０と、送信部に流れる電流を制御するスイッチング素子１５０と、スイッチング素子を制御する駆動回路と、送信波の照射後、コンデンサ１２０の残留電荷に応じて照射可能な照射距離の送信波を連続して照射するように駆動回路に制御信号を送出する制御部１８０と、を備える。【選択図】図２

Inventors

首藤将貴

Assignees

スタンレー電気株式会社

Dates

Publication Date: 20260512
Application Date: 20241024

Claims (6)

対象物との距離を測定する測距装置のエミッタであって、前記対象物に照射する送信波を出力する送信部と、電源によって充電され、前記送信部に電流を供給するためのコンデンサと、前記送信部に流れる電流を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する駆動回路と、前記送信波の照射後、前記コンデンサの残留電荷に応じて照射可能な照射距離の前記送信波を連続して照射するように前記駆動回路に制御信号を送出する制御部と、を備える、測距装置のエミッタ。
前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出部を備え、前記制御部は、前記電圧検出部で検出される電圧に基づいて前記コンデンサの残留電荷に応じた前記照射距離を求め、前記照射距離の前記送信波を照射するように前記駆動回路に前記制御信号を送出する、請求項１に記載の測距装置のエミッタ。
前記制御部は、前記コンデンサの容量、前記送信部に流れる電流値を設定する抵抗値、及び、複数の照射のタイミングをパラメータとしてモデル化した数値を使って前記照射距離を求め、前記照射距離の前記送信波を照射するように前記駆動回路に前記制御信号を送出する、請求項１に記載の測距装置のエミッタ。
前記測距装置は、ＬｉＤＡＲ装置である、請求項１に記載の測距装置のエミッタ。
前記測距装置は、超音波センサである、請求項１に記載の測距装置のエミッタ。
請求項１から５のいずれか１項に記載のエミッタと、照射する前記送信波を測定範囲内においてスキャンする走査装置と、前記対象物から反射された前記送信波を受信するレシーバと、前記エミッタ、前記走査装置及び前記レシーバの動作を制御し前記対象物との距離を算出する制御装置と、を備える、測距装置。

Description

本発明は、測距装置のエミッタ及び測距装置に関する。先行車両、対向車両、歩行者等の位置、距離、存在方向等を検出するために、例えば、レーザ光を照射してその反射光を測定することにより対象物の距離、形等を検出するＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）装置等の測距装置が用いられる。例えば、特許文献1は、ＬｉＤＡＲ装置のエミッタアレイを開示する。エミッタアレイは、複数のチャネルの各々にハイサイドスイッチとローサイドスイッチとの間に結合されたエミッタバンクを備える。また、ハイサイドスイッチは、コンデンサとコンデンサを充電する電圧を供給する電源との間に結合され、コンデンサの充電を制御する。充電が完了すると、ハイサイドスイッチをオフした後にローサイドスイッチをオンすることにより放電され、エミッタバンクを駆動することができる。特表２０２２－５１６８５４号公報本発明の実施の形態に係る測距装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係る測距装置のエミッタの構成を示すブロック図である。レーザ照射時におけるコンデンサの電圧変動を示す図である。コンデンサの容量を変えた場合のレーザ照射時におけるコンデンサの電圧変動を示す図である。本発明の実施の形態に係る測距装置を用いて測距する例を示す図であり、（ａ）は車両から前方を見た正面図、（ｂ）は車両を上方から見た上面図である。照射距離の組み合わせの例を示す図であり、（ａ）は２回連続照射の場合の照射距離の組み合わせ、（ｂ）は３回連続照射の場合の照射距離の組み合わせを示す図である。以下、本発明の実施の形態にかかる測距装置について図面を参照して説明する。各図面においては、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。図１は、測距装置１の構成を示すブロック図である。本実施の形態において測距装置１は、光測距装置であるＬｉＤＡＲ装置である。測距装置１は、例えば、車両の前方に搭載され、先行車両、対向車両、歩行者、障害物等を検知する。測距装置１は、レーザ光を対象物に照射するレーザ照射装置であるエミッタ１０と、照射するレーザ光を測定範囲内においてスキャンする走査装置１１と、対象物から反射された光を受光する受光装置であるレシーバ１２と、エミッタ１０、走査装置１１及びレシーバ１２の動作を制御し対象物との距離を算出する制御装置１３と、を備える。エミッタ１０は、例えば垂直解像度に応じたチャネル数の送信部である光源を備え、各チャネルの光源は、垂直方向に配置される。光源は、レーザダイオードであり、送信波として、例えば、波長が約９００ｎｍである近赤外のパルス状のレーザ光を出射する。各チャネルの光源の発光及び消灯のタイミングは個別に制御される。エミッタの詳細については、後述する。走査装置１１は、エミッタ１０から照射されるレーザ光を光偏向器を用いて測定範囲内で走査する。光偏向器は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーにより構成される。光偏向器は、一定の方向から入射する入射光を互いに直交する各軸に関して回動するミラーで反射し、走査光として出射する。レシーバ１２は、エミッタ１０から照射されたレーザ光が対象物により反射された反射光を受光する。レシーバ１２は、二次元方向に配置された複数の受光素子を有する。受光素子は、例えばＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等で構成される。レシーバ１２は、受光した光の強度に応じた検出信号を制御装置１３に出力する。制御装置１３は、エミッタ１０、走査装置１１及びレシーバ１２の動作を制御する。制御装置１３は、エミッタ１０内において発光する光源のチャネルを選択するとともに、走査装置１１の光偏向器のミラーの駆動を制御する。また、レシーバ１２から入力された検出信号を用いて、対象物までの距離を算出する。制御装置１３は、レーザ光が出射されてから反射光が受光されるまでの飛行時間（ＴＯＦ：Time of Flight）を算出し、算出された飛行時間とレーザ光の速度から対象物までの距離を算出して測距結果を出力する。制御装置１３は、例えばマイクロコンピュータにより構成される。次に、図１の測距装置１のエミッタ１０についての構成を示すブロック図を図２に示す。ここで、図２においては、１チャネル分の構成が示されており、実際には同様の構成がチャネル数分だけ設けられる。エミッタ１０は、レーザダイオード１１０と、コンデンサ１２０と、抵抗１３０と、チャネルを選択するチャネル選択信号を受けて電源Ｖｃｃをコンデンサ１２０に接続するためのチャネル選択スイッチ１４０と、レーザダイオード１１０の発光をオンオフするスイッチング素子１５０と、スイッチング素子１５０のオンオフを制御する駆動回路であるゲートドライバ１６０と、コンデンサ１２０の電圧を検出する電圧検出部１７０と、ゲートドライバ１６０に対してレーザダイオード１１０の発光タイミングの信号を供給する制御部１８０と、を備える。コンデンサ１２０は、チャネル選択スイッチ１４０を介して一端が電源Ｖｃｃ及びレーザダイオード１１０に接続されている。また、コンデンサ１２０の他端はグランドに接続されている。電源Ｖｃｃは直流電圧を供給し、チャネル選択スイッチ１４０がオン状態の時にコンデンサ１２０を充電する。抵抗１３０はレーザダイオード１１０に流れる電流値を設定するために接続されている。充電が完了したコンデンサ１２０は、レーザダイオード１１０に電流を供給し、レーザダイオード１１０を発光させる。コンデンサ１２０の容量、抵抗１３０の抵抗値を変更することによって光量を変更することが可能である。チャネル選択スイッチ１４０は、コンデンサ１２０を電源Ｖｃｃに接続し、充電を行わせるためのスイッチであり、発光させるチャネルのレーザダイオード１１０を選択するスイッチでもある。前述したように、チャネル毎にコンデンサ１２０及びチャネル選択スイッチ１４０が設けられており、各チャネルを順次選択することによって選択されたチャネルのレーザダイオード１１０を順次発光させる。レーザダイオード１１０を発光させるチャネルの選択信号は、制御装置１３から供給される。スイッチは、自チャネルを選択する選択信号を受けると、オフ状態からオン状態に切り替えられる。チャネル選択スイッチ１４０がオン状態にされると、電源Ｖｃｃがコンデンサ１２０に接続され、コンデンサ１２０の充電が行われる。チャネル選択スイッチ１４０は、コンデンサ１２０の充電が完了する一定期間だけオン状態にされた後、オフ状態に切り替えられる。なお、オン状態からオフ状態への移行については、選択信号を受けている間だけオン状態を保ち、その後オフ状態に移行するようにしてもよい。スイッチング素子１５０は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。スイッチング素子１５０のドレインＤは抵抗１３０を介してレーザダイオード１１０に接続され、ソースＳはグランドに接続されている。スイッチング素子１５０は、ゲート電圧に応じてオンオフされる。スイッチング素子１５０をオン状態にすることによってコンデンサ１２０に充電された電荷がレーザダイオード１１０に流れ、レーザダイオード１１０を発光させる。ゲートドライバ１６０は、スイッチング素子１５０のゲートＧに接続され、スイッチング素子１５０のオンオフを制御する電圧を印加する駆動回路である。ゲートドライバ１６０は、制御部１８０からの入力信号に基づいてスイッチング素子１５０のスイッチングを駆動する。制御部１８０は、制御装置１３、電圧検出部１７０及びゲートドライバ１６０に接続され、制御装置１３及び電圧検出部１７０からの入力信号に基づいてゲートドライバ１６０に制御信号を出力する。制御部１８０には、制御装置１３からレーザダイオード１１０を発光するためのタイミング信号であるレーザ発光タイミング信号が供給される。また、制御部１８０には、電圧検出部１７０で検出されるコンデンサ１２０の充電電圧の検出信号が供給される。制御部１８０は、レーザ発光タイミング信号を発光開始のタイミングとして、検出信号に基づきレーザダイオード１１０をパルス状に発光させるためのパルス状のトリガ信号をゲートドライバ１６０に供給する。電圧検出部１７０は、コンデンサ１２０と並列に接続され、コンデンサ１２０の充電電圧を検出する。電圧の検出は、例えばコンデンサ１２０の一端に検出抵抗を接続することによって行われる。検出信号は制御部１８０に供給される。これによりコンデンサ１２０にどの程度電荷が残っているかを制御部１８０で検出することが可能となる。エミッタ１０は、制御装置１３からのチャネル選択信号を受けてスイッチをオン状態にしてコンデンサ１２０を充電した後、制御装置１３からの発光タイミング信号を受けて制御部１８０がトリガ信号をゲートドライバ１６０に供給し、ゲートドライバ１６０がスイッチング素子１５０を所定のパルス時間だけオン状態とすることによりレーザダイオード１１０を発光させる。ここで、コンデンサ１２０は、レーザ光の照射距離に応じた所望の光量を満足するエネルギーを供給しえるだけの容量を有している必要がある。また、コンデンサ１２０の放電特性とエミッタ１０の照射時間の関係も考慮する必要がある。照射距離は、送信波であるレーザ光が対象物を検知可能な光量で到達する距離であり、検知距離ともいう。図３は、レーザ照射時におけるコンデンサ１２０の電圧変動を示しており、縦軸は電圧、横軸は時間を表している。点線で示された放電曲線３０は、コンデンサ１２０の放電特性を示している。まず最初に、コンデンサの充電が完了した状態において、１回目の照射が所定のパルス期間行われる。これにより、コンデンサ１２０に充電された電荷について放電が行われる。しかしながら、コンデンサ１２０の応答速度が高速な領域を活用する場合、一回の照射でコンデンサ１２０の電荷をすべて放電しきれない。放電曲線３０の一部である放電曲線３１に示すように、１回目の照射により電圧は降下するものの、３０Ｖから１９．５Ｖにまで降下するだけであり、すべての電荷を放電しきれていない。１回目の照射が完了した段階で、制御部１８０は電圧検出部１７０からコンデンサ１２０の電圧を検出する。これによりコンデンサ１２０にどの程度電荷が残っているかを制御部１８０で検出することが可能となる。制御部１８０は、検出した電圧値と放電特性に基づき引き続き照射が可能であるかを判断し、照射が可能である場合、照射可能な距離を求める。照射距離が求められると、２回目の照射が所定のパルス期間行われる。２回目の照射が開始されると、放電曲線３０にしたがって、残留電荷は放電され、放電曲線３０の一部である放電曲線３２に示すように電圧は低下する。２回目の照射が完了した段階で、制御部１８０は再び電圧検出部１７０からコンデンサ１２０の電圧を検出する。制御部１８０は、検出した電圧値と放電特性に基づき引き続き照射が可能であるかを判断し、照射が可能である場合、照射可能な距離を求める。照射距離が求められると、３回目の照射が所定のパルス期間行われる。３回目の照射が開始されると、放電曲線３０にしたがって、残留電荷は放電され、放電曲線３０の一部である放電曲線３３に示すように電圧は低下する。以下、同様に照射完了の都度、制御部１８０は電圧検出部１７０からコンデンサ１２０の電圧を検出し、検出した電圧値と放電特性に基づき引き続き照射が可能であるかを判断し、照射が可能である場合、照射可能な距離を求め、照射を所定のパルス期間行うことを繰り返す。照射が不可能であると判断されると、上記処理を終了する。図４は、コンデンサ１２０の容量を