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JP2008215878A - Light receiving device, laser radar device and vehicle - Google Patents

Light receiving device, laser radar device and vehicle Download PDF

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JP2008215878A
JP2008215878A JP2007050317A JP2007050317A JP2008215878A JP 2008215878 A JP2008215878 A JP 2008215878A JP 2007050317 A JP2007050317 A JP 2007050317A JP 2007050317 A JP2007050317 A JP 2007050317A JP 2008215878 A JP2008215878 A JP 2008215878A
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JP
Japan
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light
voltage
laser
pulse
unit
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Pending
Application number
JP2007050317A
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Japanese (ja)
Inventor
Shiro Fukuda
詩郎 福田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Yamaha Motor Co Ltd filed Critical Yamaha Motor Co Ltd
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Abstract

【課題】測定精度の低下または対象物の誤検出が十分に防止された受光装置およびそれを備えたレーザレーダ装置ならびにそのレーザレーダ装置を備えた乗り物を提供する。
【解決手段】APD81にバイアス電圧Vbaが印加される。APD81に光が入射すると、APD81には入射光量Pに応じた電流が流れる。コンデンサ83はAPD81の出力電流の直流成分を除去し、入射光電流Iを出力する。I−V変換回路84は入射光電流Iを入射光電圧Vに変換する。増幅回路85は入射光電圧Vを増幅し、受光パルスVを出力する。反転増幅回路86は受光パルスVを反転増幅し、反転増幅電圧Viaを出力する。半波整流回路87は反転増幅電圧Viaを半波整流し、ノイズレベルVnDCを出力する。バイアス制御回路88はノイズレベルVnDCに基づいてバイアス電圧Vbaを負帰還で制御する。
【選択図】図4
Provided are a light receiving device, a laser radar device including the light receiving device, and a vehicle including the laser radar device, in which a decrease in measurement accuracy or an erroneous detection of an object is sufficiently prevented.
Bias voltage V ba is applied to the A APD81. When light enters the APD 81, a current corresponding to the incident light amount P flows through the APD 81. Capacitor 83 removes the DC component of the output current of the APD81, and outputs the incident light current I d. I-V conversion circuit 84 converts the incident light current I d on the incident light voltage V d. Amplifier circuit 85 amplifies the incident light voltage V d, and outputs the received pulse V a. Inverting amplifier circuit 86 inverts and amplifies the received pulse V a, and outputs the inverted and amplified voltage V ia. The half-wave rectifier circuit 87 half-wave rectifies the inverted amplified voltage V ia and outputs a noise level V nDC . Bias control circuit 88 is controlled by negative feedback bias voltage V ba on the basis of the noise level V NDC.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、レーザ光を受光する受光装置およびそれを備えたレーザレーダ装置ならびにそのレーザレーダ装置を備えた乗り物に関する。   The present invention relates to a light receiving device that receives laser light, a laser radar device including the light receiving device, and a vehicle including the laser radar device.

従来より、車両から対象物までの距離を測定するために、種々の車両用のレーザレーダが提案されている。レーザレーダでは、送光部から対象物にレーザ光が照射され、対象物からの反射光が受光部で受光される。送光部によるレーザ光の発射から受光部による反射光の受光までに要した時間を測定することにより対象物までの距離が算出される。   Conventionally, various vehicle laser radars have been proposed to measure the distance from a vehicle to an object. In the laser radar, the object is irradiated with laser light from the light transmitting unit, and the reflected light from the object is received by the light receiving unit. The distance to the object is calculated by measuring the time required from the emission of the laser beam by the light transmitting unit to the reception of the reflected light by the light receiving unit.

このようなレーザレーダでは、太陽光等の外来光が受光部に入射すると、測定精度が低下する。そこで、特許文献1に記載の車両用レーザレーダでは、送光から受光までの時間差により対象物までの距離を計測するとともに、受光部の受光信号における外来光による直流変動分を検出し、計測された距離を直流変動分に基づいて補正している。
特開平5−119147号公報
In such a laser radar, when external light such as sunlight is incident on the light receiving unit, the measurement accuracy is lowered. Therefore, in the vehicle laser radar described in Patent Document 1, the distance to the object is measured based on the time difference from light transmission to light reception, and the DC fluctuation due to the external light in the light reception signal of the light receiving unit is detected and measured. Is corrected based on the DC fluctuation.
JP-A-5-119147

しかしながら、上記の従来のレーザレーダでは、外来光が高周波成分を含む場合には、受光部の受光信号に高周波のノイズ成分が重畳される。それにより、受光信号のS/N(信号対雑音比)が低下する。また、外来光によるノイズ成分が対象物からの反射光による成分と誤判定される可能性がある。その結果、距離の測定精度の低下または対象物の誤検出が生じることがある。例えば、車両が夕陽に向かって走行する場合には、レーザレーダの受光部に強い外来光が入射する。このような場合には、距離の測定精度の低下または対象物の誤検出が顕著となる。   However, in the above-described conventional laser radar, when the external light includes a high frequency component, a high frequency noise component is superimposed on the light reception signal of the light receiving unit. Thereby, the S / N (signal-to-noise ratio) of the received light signal is lowered. Further, there is a possibility that a noise component due to extraneous light is erroneously determined as a component due to reflected light from an object. As a result, the measurement accuracy of the distance may be reduced or the object may be erroneously detected. For example, when the vehicle travels toward the sunset, strong extraneous light is incident on the light receiving portion of the laser radar. In such a case, a decrease in distance measurement accuracy or an erroneous detection of an object becomes significant.

本発明の目的は、測定精度の低下または対象物の誤検出が十分に防止された受光装置およびそれを備えたレーザレーダ装置ならびにそのレーザレーダ装置を備えた乗り物を提供することである。   An object of the present invention is to provide a light receiving device, a laser radar device including the light receiving device, and a vehicle including the laser radar device, in which a decrease in measurement accuracy or erroneous detection of an object is sufficiently prevented.

(1)第1の発明に係る受光装置は、送光装置により発射されて検出対象物で反射されたレーザ光を受ける受光装置であって、検出対象物で反射されたレーザ光を受けるアバランシェフォトダイオードと、アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路と、アバランシェフォトダイオードの出力電流を、直流成分が除去された電圧に変換する変換部とを備え、バイアス印加回路は、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むアバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路とを備え、バイアス印加回路は、アバランシェフォトダイオードの出力電流を直流成分が除去された電圧に変換する変換部と、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の高周波成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むものである。   (1) A light receiving device according to a first aspect of the present invention is a light receiving device that receives laser light emitted from a light transmitting device and reflected by a detection object, and that receives a laser beam reflected by the detection object. A diode, a bias application circuit that applies a bias voltage to the avalanche photodiode, and a conversion unit that converts the output current of the avalanche photodiode into a voltage from which a DC component has been removed. The bias application circuit is obtained by the conversion unit. A rectifier that generates a noise level by rectifying a component having a polarity opposite to that of a pulse component caused by laser light in a generated voltage, and a bias that controls a bias voltage by negative feedback based on the noise level generated by the rectifier A bias applying circuit for applying a bias voltage to the avalanche photodiode including the control circuit. The bias application circuit converts the output current of the avalanche photodiode into a voltage from which the DC component has been removed, and a high-frequency component having a polarity opposite to the pulse component caused by the laser light in the voltage obtained by the conversion unit. It includes a rectifier that generates a noise level by rectification, and a bias control circuit that controls the bias voltage with negative feedback based on the noise level generated by the rectifier.

その受光装置においては、バイアス印加回路によりアバランシェフォトダイオードにバイアス電圧が印加される。検出対象物で反射されたレーザ光がアバランシェフォトダイオードにより受光される。アバランシェフォトダイオードの出力電流は、変換部により直流成分が除去された電圧に変換される。   In the light receiving device, a bias voltage is applied to the avalanche photodiode by a bias application circuit. The laser light reflected by the detection object is received by the avalanche photodiode. The output current of the avalanche photodiode is converted into a voltage from which the DC component has been removed by the converter.

ここで、変換部により得られる電圧には、レーザ光に起因するパルス成分および外来光に起因するノイズ成分が含まれる。この電圧からは直流成分が除去されているので、高周波のノイズ成分は正負に変化する。   Here, the voltage obtained by the conversion unit includes a pulse component caused by laser light and a noise component caused by extraneous light. Since the DC component is removed from this voltage, the high frequency noise component changes to positive and negative.

変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分が整流部により整流されることによりノイズレベルが生成される。それにより、高周波のノイズ成分がレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けることなくノイズレベルとして正確に検出される。   A noise level is generated by rectifying a component having a polarity opposite to the pulse component caused by the laser light in the voltage obtained by the conversion unit by the rectification unit. Thereby, the high frequency noise component is accurately detected as the noise level without being affected by the pulse component caused by the laser beam.

さらに、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧がバイアス制御回路により負帰還で制御される。この場合、ノイズレベルが高くなると、アバランシェフォトダイオードに印加されるバイアス電圧が低下する。それにより、アバランシェフォトダイオードの増倍率が低下し、変換部により得られる電圧が低下する。その結果、変換部により得られる電圧に含まれるノイズ成分が低減される。   Further, the bias voltage is controlled by negative feedback by the bias control circuit based on the noise level generated by the rectifier. In this case, as the noise level increases, the bias voltage applied to the avalanche photodiode decreases. Thereby, the multiplication factor of the avalanche photodiode is reduced, and the voltage obtained by the conversion unit is reduced. As a result, noise components included in the voltage obtained by the conversion unit are reduced.

また、環境温度が変動すると、アバランシェフォトダイオードの増倍率が変動し、変換部により得られる電圧が変動する。この場合も、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分が整流部により整流されることによりノイズレベルが生成される。それにより、環境温度の変動によるノイズ成分がレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けることなくノイズレベルとして正確に検出される。さらに、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧がバイアス制御回路により負帰還で制御される。その結果、アバランシェフォトダイオードの増倍率の変動が抑制される。   Further, when the environmental temperature varies, the multiplication factor of the avalanche photodiode varies, and the voltage obtained by the conversion unit varies. Also in this case, a noise level is generated by rectifying the component having the opposite polarity to the pulse component caused by the laser light in the voltage obtained by the conversion unit by the rectification unit. Thereby, the noise component due to the fluctuation of the environmental temperature is accurately detected as the noise level without being influenced by the pulse component caused by the laser beam. Further, the bias voltage is controlled by negative feedback by the bias control circuit based on the noise level generated by the rectifier. As a result, fluctuations in the multiplication factor of the avalanche photodiode are suppressed.

このようにして、検出対象物で反射されたレーザ光に起因する成分に影響を受けることなくノイズ成分を十分に低減することができる。したがって、レーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に基づいて検出対象物に関する情報を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。   In this way, the noise component can be sufficiently reduced without being affected by the component caused by the laser beam reflected by the detection target. Therefore, the pulse component resulting from the laser light can be accurately detected. As a result, information on the detection target can be measured with high accuracy based on the voltage obtained by the conversion unit, and erroneous detection of the detection target can be prevented.

(2)変換部は、アバランシェフォトダイオードの出力電流の直流成分を除去する除去回路と、除去回路の出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、電流電圧変換回路の出力電圧を増幅する増幅回路とを含んでもよい。   (2) The conversion unit includes a removal circuit that removes a direct current component of the output current of the avalanche photodiode, a current-voltage conversion circuit that converts the output current of the removal circuit into a voltage, and an amplification that amplifies the output voltage of the current-voltage conversion circuit And a circuit.

この場合、除去回路によりアバランシェフォトダイオードの出力電流の直流成分が除去される。それにより、外来光に起因する高周波のノイズ電流は正負に変化する。直流成分が除去された出力電流は電流電圧変換回路により電圧に変換され、増幅回路により増幅される。それにより、増幅回路の出力電圧はレーザ光に起因するパルス成分および正負に変化する高周波のノイズ成分を含む。整流部およびバイアス制御回路によりバイアス電圧が負帰還で制御されることにより、増幅回路の出力電圧のノイズ成分が低減される。   In this case, the direct current component of the output current of the avalanche photodiode is removed by the removal circuit. As a result, the high-frequency noise current caused by extraneous light changes between positive and negative. The output current from which the direct current component has been removed is converted into a voltage by a current-voltage conversion circuit and amplified by an amplifier circuit. Thereby, the output voltage of the amplifier circuit includes a pulse component caused by the laser beam and a high-frequency noise component that changes positively and negatively. By controlling the bias voltage with negative feedback by the rectifier and the bias control circuit, the noise component of the output voltage of the amplifier circuit is reduced.

(3)整流部は、変換部により得られる電圧を反転増幅する反転増幅回路と、反転増幅回路の出力電圧の正の成分を半波整流することによりノイズレベルを生成する半波整流回路とを含んでもよい。   (3) The rectifier unit includes an inverting amplifier circuit that inverts and amplifies the voltage obtained by the conversion unit, and a half-wave rectifier circuit that generates a noise level by performing half-wave rectification on the positive component of the output voltage of the inverting amplifier circuit. May be included.

この場合、反転増幅回路の出力電圧に含まれるレーザ光に起因するパルス成分は負極性となる。それにより、反転増幅回路の出力電圧の正の成分を半波整流することによりレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けずにノイズ成分に対応するノイズレベルを正確に生成することができる。   In this case, the pulse component resulting from the laser light included in the output voltage of the inverting amplifier circuit has a negative polarity. As a result, the positive component of the output voltage of the inverting amplifier circuit is half-wave rectified, so that the noise level corresponding to the noise component can be accurately generated without being affected by the pulse component caused by the laser beam.

(4)バイアス制御回路は、整流部により生成されるノイズレベルの反転成分を基準バイアス電圧に加算することによりバイアス電圧を生成してもよい。   (4) The bias control circuit may generate the bias voltage by adding the inverted component of the noise level generated by the rectifier to the reference bias voltage.

この場合、ノイズ成分が大きくなると、ノイズレベルの反転成分は低くなり、ノイズ成分が小さくなると、ノイズレベルの反転成分は高くなる。それにより、ノイズレベルの反転成分を基準バイアス電圧に加算することによりバイアス電圧を負帰還で制御することができる。   In this case, when the noise component increases, the noise level inversion component decreases, and when the noise component decreases, the noise level inversion component increases. Thereby, the bias voltage can be controlled by negative feedback by adding the inverted component of the noise level to the reference bias voltage.

(5)アバランシェフォトダイオードは、送光装置により発射されたレーザ光の一部を受けるように配置されてもよい。   (5) The avalanche photodiode may be arranged to receive a part of the laser light emitted by the light transmitting device.

この場合、変換部により得られる電圧には、送光装置により発射されたレーザ光の一部に起因するパルス成分が含まれる。それにより、送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に含まれるパルス成分に基づいて検出対象物までの距離を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。   In this case, the voltage obtained by the conversion unit includes a pulse component resulting from part of the laser light emitted by the light transmitting device. Accordingly, it is possible to accurately detect the pulse component caused by the laser light emitted by the light transmitting device and the pulse component caused by the laser light reflected by the detection target. As a result, the distance to the detection target can be measured with high accuracy based on the pulse component included in the voltage obtained by the conversion unit, and the occurrence of erroneous detection of the detection target can be prevented.

(6)第2の発明に係るレーザレーダ装置は、レーザ光を発射する送光装置と、光を受ける受光装置とを備え、受光装置は、送光装置により発射されて検出対象物で反射されたレーザ光を受けるアバランシェフォトダイオードと、アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路と、アバランシェフォトダイオードの出力電流を、直流成分が除去された電圧に変換する変換部とを含み、バイアス印加回路は、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むものである。   (6) A laser radar device according to a second aspect of the present invention includes a light transmitting device that emits laser light and a light receiving device that receives the light, and the light receiving device is emitted by the light transmitting device and reflected by a detection object. Including an avalanche photodiode that receives the laser light, a bias application circuit that applies a bias voltage to the avalanche photodiode, and a conversion unit that converts the output current of the avalanche photodiode into a voltage from which a DC component has been removed. The circuit includes a rectifier that generates a noise level by rectifying a component having a polarity opposite to a pulse component caused by laser light in a voltage obtained by the converter, and a bias voltage based on the noise level generated by the rectifier. And a bias control circuit for controlling the current with negative feedback.

そのレーザレーダ装置においては、送光装置によりレーザ光が発射され、受光装置により光が受光される。受光装置のバイアス印加回路によりアバランシェフォトダイオードにバイアス電圧が印加される。検出対象物で反射されたレーザ光がアバランシェフォトダイオードにより受光される。アバランシェフォトダイオードの出力電流は、変換部により直流成分が除去された電圧に変換される。   In the laser radar device, laser light is emitted by a light transmitting device, and light is received by a light receiving device. A bias voltage is applied to the avalanche photodiode by the bias application circuit of the light receiving device. The laser light reflected by the detection object is received by the avalanche photodiode. The output current of the avalanche photodiode is converted into a voltage from which the DC component has been removed by the converter.

ここで、変換部により得られる電圧には、レーザ光に起因するパルス成分および外来光に起因するノイズ成分が含まれる。この電圧からは直流成分が除去されているので、高周波のノイズ成分は正負に変化する。   Here, the voltage obtained by the conversion unit includes a pulse component caused by laser light and a noise component caused by extraneous light. Since the DC component is removed from this voltage, the high frequency noise component changes to positive and negative.

変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分が整流部により整流されることによりノイズレベルが生成される。それにより、高周波のノイズ成分がレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けることなくノイズレベルとして正確に検出される。   A noise level is generated by rectifying a component having a polarity opposite to the pulse component caused by the laser light in the voltage obtained by the conversion unit by the rectification unit. Thereby, the high frequency noise component is accurately detected as the noise level without being affected by the pulse component caused by the laser beam.

さらに、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧がバイアス制御回路により負帰還で制御される。この場合、ノイズレベルが高くなると、アバランシェフォトダイオードに印加されるバイアス電圧が低下する。それにより、アバランシェフォトダイオードの増倍率が低下し、変換部により得られる電圧が低下する。その結果、変換部により得られる電圧に含まれるノイズ成分が低減される。   Further, the bias voltage is controlled by negative feedback by the bias control circuit based on the noise level generated by the rectifier. In this case, as the noise level increases, the bias voltage applied to the avalanche photodiode decreases. Thereby, the multiplication factor of the avalanche photodiode is reduced, and the voltage obtained by the conversion unit is reduced. As a result, noise components included in the voltage obtained by the conversion unit are reduced.

また、環境温度が変動すると、アバランシェフォトダイオードの増倍率が変動し、変換部により得られる電圧が変動する。この場合も、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分が整流部により整流されることによりノイズレベルが生成される。それにより、環境温度の変動によるノイズ成分がレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けることなくノイズレベルとして正確に検出される。さらに、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧がバイアス制御回路により負帰還で制御される。その結果、アバランシェフォトダイオードの増倍率の変動が抑制される。   Further, when the environmental temperature varies, the multiplication factor of the avalanche photodiode varies, and the voltage obtained by the conversion unit varies. Also in this case, a noise level is generated by rectifying the component having the opposite polarity to the pulse component caused by the laser light in the voltage obtained by the conversion unit by the rectification unit. Thereby, the noise component due to the fluctuation of the environmental temperature is accurately detected as the noise level without being influenced by the pulse component caused by the laser beam. Further, the bias voltage is controlled by negative feedback by the bias control circuit based on the noise level generated by the rectifier. As a result, fluctuations in the multiplication factor of the avalanche photodiode are suppressed.

このようにして、検出対象物で反射されたレーザ光に起因する成分に影響を受けることなくノイズ成分を十分に低減することができる。したがって、レーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に基づいて検出対象物に関する情報を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。   In this way, the noise component can be sufficiently reduced without being affected by the component caused by the laser beam reflected by the detection target. Therefore, the pulse component resulting from the laser light can be accurately detected. As a result, information on the detection target can be measured with high accuracy based on the voltage obtained by the conversion unit, and erroneous detection of the detection target can be prevented.

(7)受光装置のアバランシェフォトダイオードは、送光装置により発射されたレーザ光の一部を受けるように配置され、受光装置の変換部により得られる電圧において送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分の時間間隔に基づいて送光装置から検出対象物までの距離を算出する距離算出部をさらに備えてもよい。   (7) The avalanche photodiode of the light receiving device is arranged so as to receive a part of the laser light emitted by the light transmitting device, and the laser light emitted by the light transmitting device at the voltage obtained by the conversion unit of the light receiving device. You may further provide the distance calculation part which calculates the distance from a light transmission apparatus to a detection target object based on the time interval of the pulse component resulting from the pulse component resulting from and the laser beam reflected by the detection target object.

この場合、送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。したがって、送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分の時間間隔に基づいて送光装置から検出対象物までの距離を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。   In this case, it is possible to accurately detect the pulse component caused by the laser light emitted by the light transmitting device and the pulse component caused by the laser light reflected by the detection target. Therefore, the distance from the light transmission device to the detection target is highly accurate based on the time interval between the pulse component due to the laser light emitted by the light transmission device and the pulse component due to the laser light reflected by the detection target. And the occurrence of erroneous detection of the detection object can be prevented.

(8)送光装置は一定の周期でパルス状のレーザ光を発射し、レーザ光の発射周期は、レーザ光の発光時間の1000倍以上であってもよい。   (8) The light transmission device may emit a pulsed laser beam at a constant cycle, and the laser beam emission cycle may be 1000 times or more the emission time of the laser beam.

この場合、ノイズ成分の時間に比べてレーザ光に起因するパルス成分の時間が著しく短いので、レーザ光に起因するパルス成分の影響を受けずにノイズ成分を正確に検出することができる。   In this case, since the time of the pulse component caused by the laser light is remarkably shorter than the time of the noise component, the noise component can be accurately detected without being affected by the pulse component caused by the laser light.

(9)送光装置は、レーザ光を出射するレーザダイオードと、レーザダイオードにより出射されたレーザ光の進行方向を平面内で回転させるレーザ光回転系とを含んでもよい。   (9) The light transmitting device may include a laser diode that emits laser light and a laser light rotation system that rotates the traveling direction of the laser light emitted by the laser diode in a plane.

この場合、送光装置によりレーザ光が全方位に発射されるので、レーザレーダ装置の全方位に存在する検出対象物に関する情報を高精度で測定することができる。   In this case, since the laser beam is emitted in all directions by the light transmitting device, it is possible to measure information relating to the detection target existing in all directions of the laser radar device with high accuracy.

(10)レーザレーダ装置は、レーザ光回転系によるレーザ光の進行方向の回転角度を検出する角度検出部と、受光装置の変換部により得られる電圧において検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分を検出するパルス検出部と、パルス検出部によるパルス成分の検出時に角度検出部により検出されたレーザ光の進行方向の角度に基づいて検出対象物の方位を算出する方位算出部とをさらに備えてもよい。   (10) The laser radar device is caused by an angle detection unit that detects a rotation angle in a traveling direction of the laser beam by a laser beam rotation system, and a laser beam reflected by a detection target in a voltage obtained by a conversion unit of the light receiving device. A pulse detection unit that detects a pulse component to be detected, and an azimuth calculation unit that calculates the azimuth of the detection target based on the angle of the traveling direction of the laser beam detected by the angle detection unit when the pulse component is detected by the pulse detection unit Further, it may be provided.

この場合、パルス検出部によるパルス成分の検出時に角度検出部により検出されたレーザ光の進行方向の角度に基づいて検出対象物の方位を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。   In this case, the direction of the detection target can be measured with high accuracy based on the angle of the traveling direction of the laser beam detected by the angle detection unit when the pulse component is detected by the pulse detection unit. The occurrence of detection can be prevented.

(11)第3の発明に係る乗り物は、本体部と、本体部を移動させる駆動部と、本体部に設けられる第2の発明に係るレーザレーダ装置と、レーザレーダ装置の変換部により得られる電圧に基づく情報を乗員に報知する報知部とを備えたものである。   (11) A vehicle according to a third invention is obtained by a main body, a drive unit for moving the main body, the laser radar device according to the second invention provided in the main body, and the conversion unit of the laser radar device. And an informing unit for informing the passenger of information based on the voltage.

その乗り物においては、駆動部により移動する本体部にレーザレーダ装置が設けられる。そのレーザレーダ装置の変換部により得られる電圧に基づく情報が乗員に報知部により報知される。それにより、乗員は、乗り物の周囲における検出対象物に関する情報を得ることができる。特に、レーザレーダ装置においては、検出対象物で反射されたレーザ光に起因する成分に影響を受けることなくノイズ成分を十分に低減することができる。したがって、レーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に基づいて検出対象物に関する情報を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。   In the vehicle, a laser radar device is provided in a main body that is moved by a driving unit. Information based on the voltage obtained by the conversion unit of the laser radar device is notified to the occupant by the notification unit. As a result, the occupant can obtain information on the detection target around the vehicle. In particular, in the laser radar device, the noise component can be sufficiently reduced without being affected by the component caused by the laser beam reflected by the detection target. Therefore, the pulse component resulting from the laser light can be accurately detected. As a result, information on the detection target can be measured with high accuracy based on the voltage obtained by the conversion unit, and erroneous detection of the detection target can be prevented.

本発明によれば、検出対象物で反射されたレーザ光に起因する成分に影響を受けることなくノイズ成分を十分に低減することができる。したがって、レーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に基づいて検出対象物に関する情報を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。   According to the present invention, the noise component can be sufficiently reduced without being affected by the component caused by the laser beam reflected by the detection target. Therefore, the pulse component resulting from the laser light can be accurately detected. As a result, information on the detection target can be measured with high accuracy based on the voltage obtained by the conversion unit, and erroneous detection of the detection target can be prevented.

(1)レーザレーダ装置の信号処理系
図1は本発明の一実施の形態に係るレーザレーダ装置の信号処理系の構成を示すブロック図である。このレーザレーダ装置は、例えば乗り物に搭載される。
(1) Signal Processing System of Laser Radar Device FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a signal processing system of a laser radar device according to an embodiment of the present invention. This laser radar device is mounted on a vehicle, for example.

図1のレーザレーダ装置1は、検出対象物10までの距離および検出対象物10の方位を検出するために用いられる。ここで、検出対象物10の方位は、基準方向からの角度で表される。基準方向は、例えば進行方向に垂直な方向に定められる。なお、基準方向は、これに限定されず、進行方向と平行な方向でもよく、または任意の方向に定めることができる。   The laser radar device 1 in FIG. 1 is used to detect the distance to the detection target 10 and the orientation of the detection target 10. Here, the azimuth of the detection target 10 is represented by an angle from the reference direction. The reference direction is determined in a direction perpendicular to the traveling direction, for example. The reference direction is not limited to this, and may be a direction parallel to the traveling direction, or can be determined in an arbitrary direction.

送光装置70は、レーザ光を発射する。以下、送光装置70から発射されるレーザ光を発射光ELと呼ぶ。モータ30は、送光装置70からの発射光ELの方向を水平面内で360度回転させるために後述する反射鏡を回転させる。エンコーダ40は、モータ30の回転角度に対応するエンコーダパルスEPを出力するとともに、モータ30の1回転ごとに原点パルスOPを出力する。モータ回転数制御部20は、エンコーダ40から出力されるエンコーダパルスEPに基づいてモータ30の回転速度を一定に制御する。   The light transmission device 70 emits laser light. Hereinafter, the laser light emitted from the light transmission device 70 is referred to as emission light EL. The motor 30 rotates a reflecting mirror, which will be described later, in order to rotate the direction of the emitted light EL from the light transmitting device 70 by 360 degrees in the horizontal plane. The encoder 40 outputs an encoder pulse EP corresponding to the rotation angle of the motor 30 and outputs an origin pulse OP for each rotation of the motor 30. The motor rotation speed control unit 20 controls the rotation speed of the motor 30 to be constant based on the encoder pulse EP output from the encoder 40.

発光間隔パルス生成部50は、エンコーダ40から出力されるエンコーダパルスEPを逓倍することにより発光間隔パルスEIを生成する。発光トリガ生成部60は、発光間隔パルス生成部50により生成される発光間隔パルスEIに同期して発光トリガETを生成する。送光装置70は、発光間隔パルス生成部50により生成される発光トリガETに同期して発射光ELを発射する。   The light emission interval pulse generator 50 generates the light emission interval pulse EI by multiplying the encoder pulse EP output from the encoder 40. The light emission trigger generation unit 60 generates the light emission trigger ET in synchronization with the light emission interval pulse EI generated by the light emission interval pulse generation unit 50. The light transmission device 70 emits the emission light EL in synchronization with the light emission trigger ET generated by the light emission interval pulse generation unit 50.

受光装置80は、検出対象物10からの反射光RLを受光するとともに、送光装置70からの発射光ELおよび外来光DIを受光し、受光パルスVを出力する。 The light receiving device 80 receives the reflected light RL from the detection target 10, receives the emitted light EL and the extraneous light DI from the light transmitting device 70, and outputs a received light pulse Va.

信号処理部90は、発光トリガ生成部60により生成される発光トリガETおよび受光装置80から出力される受光パルスVに基づいて2値化信号BSを出力する。 The signal processing unit 90 outputs a binary signal BS based on the received pulse V a which is output from the light emission trigger ET and the light receiving device 80 is generated by the light emitting trigger generator 60.

距離生成部100は、発光トリガ生成部60により生成される発光トリガETおよび信号処理部90から出力される2値化信号BSに基づいて距離を示す距離信号DSを生成するとともに、距離の生成を示す距離生成信号DGを出力する。   The distance generation unit 100 generates a distance signal DS indicating a distance based on the light emission trigger ET generated by the light emission trigger generation unit 60 and the binarized signal BS output from the signal processing unit 90, and generates a distance. The distance generation signal DG shown is output.

一方、角度生成部110は、エンコーダ40から出力される原点パルスOP、発光トリガ生成部60により生成される発光トリガETおよび距離生成部100により生成される距離生成信号DGに基づいて角度を示す角度信号ASを生成する。   On the other hand, the angle generation unit 110 indicates an angle based on the origin pulse OP output from the encoder 40, the light emission trigger ET generated by the light emission trigger generation unit 60, and the distance generation signal DG generated by the distance generation unit 100. A signal AS is generated.

レーダ画像生成部120は、距離生成部100により生成される距離信号DSおよび角度生成部110により生成される角度信号ASに基づいて後述するレーダ画像をディスプレイの画面に表示する。   The radar image generation unit 120 displays a radar image to be described later on the display screen based on the distance signal DS generated by the distance generation unit 100 and the angle signal AS generated by the angle generation unit 110.

発光間隔パルス生成部50、発光トリガ生成部60、信号処理部90、距離生成部100、角度生成部110およびレーダ画像生成部120は、CPU(中央演算処理装置)およびメモリ等のハードウエアおよびプログラム等のソフトウエアにより実現される。   The light emission interval pulse generator 50, the light emission trigger generator 60, the signal processor 90, the distance generator 100, the angle generator 110, and the radar image generator 120 are hardware and programs such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory. It is realized by software such as.

なお、発光間隔パルス生成部50、発光トリガ生成部60、信号処理部90、距離生成部100、角度生成部110およびレーダ画像生成部120の一部または全てが論理回路等のハードウエアにより実現されてもよい。   Note that some or all of the light emission interval pulse generation unit 50, the light emission trigger generation unit 60, the signal processing unit 90, the distance generation unit 100, the angle generation unit 110, and the radar image generation unit 120 are realized by hardware such as a logic circuit. May be.

(2)レーザレーダ装置の光学系
図2(a)は図1のレーザレーダ装置1の光学系の構成を示す模式図、図2(b)はレーザレーダ装置1の反射鏡250の構成を示す斜視図である。
(2) Optical System of Laser Radar Device FIG. 2 (a) is a schematic diagram showing the configuration of the optical system of the laser radar device 1 of FIG. 1, and FIG. 2 (b) shows the configuration of the reflecting mirror 250 of the laser radar device 1. It is a perspective view.

図2(a)において、円筒状の保持体200の底部の中心に送光装置70が取り付けられる。送光装置70は、レーザダイオード(以下、LDと呼ぶ)71および保持部材72からなる。LD71は、レーザ光を鉛直上方に出射するように保持部材72により保持される。本実施の形態では、LD71として、例えば波長870nmの近赤外パルスレーザが用いられる。   In FIG. 2A, the light transmitting device 70 is attached to the center of the bottom of the cylindrical holder 200. The light transmitting device 70 includes a laser diode (hereinafter referred to as LD) 71 and a holding member 72. The LD 71 is held by a holding member 72 so as to emit laser light vertically upward. In the present embodiment, for example, a near infrared pulse laser having a wavelength of 870 nm is used as the LD 71.

保持体200の内部には、中心に開口部を有する反射鏡210が水平面に対して45度の角度で傾斜するように取り付けられる。保持体200の側壁には、受光装置80が設けられる。受光装置80は、アバランシェフォトダイオード(以下、APDと呼ぶ)81、保持部材81aおよび後述する複数の回路からなる。APD81は、光軸が水平方向を向くように保持部材81aにより保持される。   Inside the holding body 200, a reflecting mirror 210 having an opening at the center is attached so as to be inclined at an angle of 45 degrees with respect to a horizontal plane. A light receiving device 80 is provided on the side wall of the holding body 200. The light receiving device 80 includes an avalanche photodiode (hereinafter referred to as APD) 81, a holding member 81a, and a plurality of circuits to be described later. The APD 81 is held by the holding member 81a so that the optical axis is oriented in the horizontal direction.

保持体200の内部で反射鏡210の上方には、投受光レンズ220が取り付けられる。投受光レンズ220の中心軸は鉛直方向を向いている。   A light projecting / receiving lens 220 is attached above the reflecting mirror 210 inside the holder 200. The central axis of the light projecting / receiving lens 220 faces the vertical direction.

保持体200の上端部の内周面には、複数のベアリング230を介して保護カバー240が鉛直方向の軸の周りで回転可能に取り付けられる。図2(b)に示すように、保護カバー240に反射鏡250が鉛直方向に対して45度の角度で傾斜するように固定される。保護カバー240は、反射鏡250に入射する光が減衰することを防止するために設けられる。   A protective cover 240 is attached to the inner peripheral surface of the upper end portion of the holding body 200 via a plurality of bearings 230 so as to be rotatable around a vertical axis. As shown in FIG. 2B, the reflecting mirror 250 is fixed to the protective cover 240 so as to be inclined at an angle of 45 degrees with respect to the vertical direction. The protective cover 240 is provided to prevent light incident on the reflecting mirror 250 from being attenuated.

図2(a)において、保持体200の上端部の外周面から水平方向に突出するようにモータ保持部201が一体的に形成される。モータ30は、回転軸が鉛直方向を向くようにモータ保持部201に保持される。モータ30の回転軸にはプーリ31が取り付けられる。プーリ31と保護カバー240とはベルト32により連結されている。モータ30の回転に伴って保護カバー240が回転する。それにより、反射鏡250が水平面に対して45度傾斜した状態で鉛直方向の軸の周りで回転する。   In FIG. 2A, the motor holding portion 201 is integrally formed so as to protrude in the horizontal direction from the outer peripheral surface of the upper end portion of the holding body 200. The motor 30 is held by the motor holding unit 201 so that the rotation axis faces the vertical direction. A pulley 31 is attached to the rotating shaft of the motor 30. The pulley 31 and the protective cover 240 are connected by a belt 32. As the motor 30 rotates, the protective cover 240 rotates. Thereby, the reflecting mirror 250 rotates around the vertical axis while being inclined by 45 degrees with respect to the horizontal plane.

送光装置70のLD71から鉛直上方に出射されるレーザ光(発射光EL)は、反射鏡210の開口部および投受光レンズ220を透過し、反射鏡250により反射され、水平方向に進行する。モータ30により反射鏡250が回転することにより、発射光ELの進行方向は鉛直方向の軸を中心として360度回転する。   Laser light (emitted light EL) emitted vertically upward from the LD 71 of the light transmitting device 70 passes through the opening of the reflecting mirror 210 and the light projecting / receiving lens 220, is reflected by the reflecting mirror 250, and travels in the horizontal direction. When the reflecting mirror 250 is rotated by the motor 30, the traveling direction of the emitted light EL is rotated 360 degrees about the vertical axis.

検出対象物10からの反射光RLは、反射鏡250により下方に反射され、投受光レンズ220により集光される。集光された反射光RLは、反射鏡210により反射され、受光装置80のAPD81に入射する。また、外来光DIも、同様に、反射鏡250により下方に反射され、投受光レンズ220により集光される。集光された外来光は、反射鏡210により反射され、受光装置80のAPD81に入射する。この場合、LD71からの発射光ELの一部は投受光レンズ220の表面で乱反射され、APD81に入射する。   The reflected light RL from the detection target 10 is reflected downward by the reflecting mirror 250 and condensed by the light projecting / receiving lens 220. The condensed reflected light RL is reflected by the reflecting mirror 210 and enters the APD 81 of the light receiving device 80. Similarly, the extraneous light DI is also reflected downward by the reflecting mirror 250 and collected by the light projecting / receiving lens 220. The collected extraneous light is reflected by the reflecting mirror 210 and enters the APD 81 of the light receiving device 80. In this case, part of the emitted light EL from the LD 71 is irregularly reflected on the surface of the light projecting / receiving lens 220 and enters the APD 81.

(3)レーザレーダ装置の動作
図3は図1のレーザレーダ装置1の動作を説明するためのタイミング図である。以下、図3を参照しながら図1のレーザレーダ装置1の動作を説明する。
(3) Operation of Laser Radar Device FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the laser radar device 1 of FIG. The operation of the laser radar device 1 of FIG. 1 will be described below with reference to FIG.

図3の横軸は時間である。1段目および2段目に原点パルスOPおよびエンコーダパルスEPが示される。また、3段目〜5段目には発光間隔パルスEI、発光トリガETおよび発光パルスEmがそれぞれ示されている。発光間隔パルスEI、発光トリガETおよび発光パルスEmは、エンコーダパルスEPに比べて時間軸上で拡大されている。さらに、6段目および7段目には受光パルスVおよび2値化信号BSがそれぞれ示されている。受光パルスVおよび2値化信号BSは、発光パルスEmに比べて時間軸上でさらに拡大されている。 The horizontal axis in FIG. 3 is time. The origin pulse OP and encoder pulse EP are shown in the first and second stages. In the third to fifth stages, the light emission interval pulse EI, the light emission trigger ET, and the light emission pulse Em are shown. The light emission interval pulse EI, the light emission trigger ET, and the light emission pulse Em are enlarged on the time axis compared to the encoder pulse EP. Further, the sixth stage and seventh stage pulses received V a and the binary signal BS are shown. Photodetection pulse V a and the binary signal BS is further enlarged over time compared to the emission pulse Em axis.

図1のモータ30が所定角度回転するごとに、エンコーダ40はエンコーダパルスEPを出力する。本実施の形態では、エンコーダパルスEPは、モータ30が6°回転するごとに生成される。したがって、モータ30が1回転すると、エンコーダ40は60個のエンコーダパルスEPを生成する。また、モータ30が1回転するごとに、エンコーダ40は原点パルスOPを出力する。したがって、原点パルスOPの周期T1はモータ30の1回転の周期に相当する。本実施の形態では、エンコーダ40は、60個のエンコーダパルスEPの生成ごとに原点パルスOPを生成する。   Each time the motor 30 in FIG. 1 rotates by a predetermined angle, the encoder 40 outputs an encoder pulse EP. In the present embodiment, the encoder pulse EP is generated every time the motor 30 rotates 6 °. Therefore, when the motor 30 makes one revolution, the encoder 40 generates 60 encoder pulses EP. Further, every time the motor 30 makes one rotation, the encoder 40 outputs an origin pulse OP. Therefore, the cycle T1 of the origin pulse OP corresponds to a cycle of one rotation of the motor 30. In the present embodiment, the encoder 40 generates the origin pulse OP every time 60 encoder pulses EP are generated.

モータ回転数制御部20は、エンコーダパルスEPに応答してモータ30の回転数を一定に制御する。この場合、モータ回転数制御部20は、原点パルスOPの周期T1が一定になるようにモータ30を制御する。   The motor rotation speed control unit 20 controls the rotation speed of the motor 30 to be constant in response to the encoder pulse EP. In this case, the motor rotation speed control unit 20 controls the motor 30 so that the cycle T1 of the origin pulse OP is constant.

発光間隔パルス生成部50は、エンコーダパルスEPを逓倍することにより発光間隔パルスEIを生成する。本実施の形態では、発光間隔パルスEIの周期T2はエンコーダパルスEPの周期の20倍である。ここで、発光間隔パルスEIの周期T2の間にモータ30が回転する角度(以下、単位角度と呼ぶ)をΔθとする。本実施の形態では、単位角度Δθは0.3°である。この場合、発光間隔パルスEIは、モータ30が0.3°回転するごとに生成される。以下、発光間隔パルスEIの周期T2を発光間隔T2と呼ぶ。   The light emission interval pulse generator 50 generates the light emission interval pulse EI by multiplying the encoder pulse EP. In the present embodiment, the cycle T2 of the light emission interval pulse EI is 20 times the cycle of the encoder pulse EP. Here, an angle at which the motor 30 rotates during the period T2 of the light emission interval pulse EI (hereinafter referred to as a unit angle) is denoted by Δθ. In the present embodiment, the unit angle Δθ is 0.3 °. In this case, the light emission interval pulse EI is generated every time the motor 30 rotates 0.3 °. Hereinafter, the cycle T2 of the light emission interval pulse EI is referred to as the light emission interval T2.

発光トリガ生成部60は、発光間隔パルスEIの立ち上がりに同期して立ち下がる発光トリガETを生成する。   The light emission trigger generation unit 60 generates a light emission trigger ET that falls in synchronization with the rise of the light emission interval pulse EI.

送光装置70は、発光トリガETの立ち下りに同期して立ち上がる発光パルスEmを生成し、発光パルスEmに同期してレーザ光を発射光ELとし発射する。これにより、モータ30が単位角度Δθ回転するごとに、発射光ELが発射される。   The light transmitting device 70 generates a light emission pulse Em that rises in synchronization with the fall of the light emission trigger ET, and emits laser light as emission light EL in synchronization with the light emission pulse Em. Thereby, the emitted light EL is emitted every time the motor 30 rotates by the unit angle Δθ.

送光装置70のLD71からの発射光ELは、検出対象物10に照射される。一部の発射光ELは、受光装置80のAPD81に入射する。したがって、送光装置70からの発射光ELが受光装置80により受光された後、検出対象物10からの反射光RLが受光装置80により受光される。この場合、受光装置80による発射光ELの受光時点から反射光RLの受光時点までの時間がレーザレーダ装置1から検出対象物10までの距離に比例する。   The emitted light EL from the LD 71 of the light transmitting device 70 is irradiated to the detection target 10. A part of the emitted light EL is incident on the APD 81 of the light receiving device 80. Therefore, after the emitted light EL from the light transmitting device 70 is received by the light receiving device 80, the reflected light RL from the detection target 10 is received by the light receiving device 80. In this case, the time from when the light receiving device 80 receives the emitted light EL to when the reflected light RL is received is proportional to the distance from the laser radar device 1 to the detection target 10.

発光間隔T2は、送光装置70のLD71の発光時間(発光パルスEmの幅)の1000倍以上100000倍以下であることが好ましい。例えば、LD71の発光時間が10nsである場合には、発光間隔T2は10μs以上1ms以下であることが好ましい。   The light emission interval T2 is preferably not less than 1000 times and not more than 100,000 times the light emission time (the width of the light emission pulse Em) of the LD 71 of the light transmitting device 70. For example, when the light emission time of the LD 71 is 10 ns, the light emission interval T2 is preferably 10 μs or more and 1 ms or less.

上記のように、受光装置80のAPD81には、送光装置70からの発射光EL、検出対象物10からの反射光RLおよび外来光DIが入射する。後述するように、受光装置80から出力される受光パルスVにおいて外来光DIに起因するノイズ成分が低減される。したがって、受光装置80から出力される受光パルスVには、発射光ELのパルス成分および反射光RLのパルス成分が含まれる。 As described above, the emitted light EL from the light transmitting device 70, the reflected light RL from the detection target 10, and the extraneous light DI are incident on the APD 81 of the light receiving device 80. As described below, the noise component caused by the extraneous light DI is reduced in the light pulse V a output from the light receiving device 80. Therefore, the photodetection pulse V a output from the light receiving device 80 includes a pulse component of the pulse component and the reflected light RL of the firing light EL.

信号処理部90は、単位時間Δtごとに受光パルスVのレベルを予め定められたしきい値と比較することにより2値化信号を生成する。この2値化信号は、受光パルスVのレベルがしきい値よりも高いときに論理値“1”となり、受光パルスVのレベルがしきい値以下のときに論理値“0”となる。例えば、信号処理部90は、1nsごとに論理値“1”および論理値“0”を判定する。さらに、信号処理部90は、2値化信号において連続する複数の論理値“1”からなる各ブロックのうち中央位置の論理値“1”を維持し、他の論理値“1”を論理値“0”に置き換えることにより2値化信号BSを生成する。図3においては、2値化信号BSの論理値“1”が黒で塗りつぶされた太線で表されている。 The signal processing unit 90 generates a binarized signal by comparing the level of the light reception pulse Va with a predetermined threshold every unit time Δt. The binary signal is received pulse V a level logic value "1" when higher than the threshold of the logical value "0" when the level of the light receiving pulse V a is less than or equal to the threshold . For example, the signal processing unit 90 determines a logical value “1” and a logical value “0” every 1 ns. Further, the signal processing unit 90 maintains the logical value “1” at the center position in each block composed of a plurality of consecutive logical values “1” in the binarized signal, and sets the other logical value “1” as a logical value. By replacing with “0”, the binarized signal BS is generated. In FIG. 3, the logical value “1” of the binarized signal BS is represented by a thick line filled with black.

距離生成部100は、発光トリガETに応答して、2値化信号BSの隣り合う論理値“1”の時間間隔T3に基づいてレーザレーダ装置1から検出対象物10までの距離を算出し、算出された距離を示す距離信号DSを生成する。   In response to the light emission trigger ET, the distance generation unit 100 calculates the distance from the laser radar device 1 to the detection target 10 based on the time interval T3 of the adjacent logical values “1” of the binarized signal BS, A distance signal DS indicating the calculated distance is generated.

具体的には、発光トリガETの生成時の論理値“1”から次の論理値“1”までの論理値の個数をmとし、光の速度をcとすると、レーザレーダ装置1から検出対象物10までの距離Dは次式により算出される。   Specifically, when the number of logical values from the logical value “1” at the generation of the light emission trigger ET to the next logical value “1” is m and the speed of light is c, the laser radar device 1 detects the detection target. The distance D to the object 10 is calculated by the following equation.

D=Δt・m・c/2
角度生成部110は、原点パルスOP、発光トリガETおよび距離生成信号DGに基づいて角度θ[°]を算出し、角度θを表す角度信号ASを生成する。
D = Δt · m · c / 2
The angle generation unit 110 calculates an angle θ [°] based on the origin pulse OP, the light emission trigger ET, and the distance generation signal DG, and generates an angle signal AS representing the angle θ.

具体的には、角度生成部110は、原点パルスOPに応答して角度θを0°にリセットし、発光トリガETごとに角度θに単位角度Δθを積算する。距離生成部100により距離生成信号DGが与えられたときに、角度生成部110は、角度θを示す角度信号ASを出力する。   Specifically, the angle generation unit 110 resets the angle θ to 0 ° in response to the origin pulse OP, and adds the unit angle Δθ to the angle θ for each light emission trigger ET. When the distance generation signal DG is given by the distance generation unit 100, the angle generation unit 110 outputs an angle signal AS indicating the angle θ.

(4)受光装置80の構成
図4は図1の受光装置80の構成を示すブロック図である。
(4) Configuration of Light Receiving Device 80 FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the light receiving device 80 of FIG.

図4に示すように、受光装置80は、APD81、抵抗82、コンデンサ83、I−V(電流−電圧)変換回路84、増幅回路85、反転増幅回路86、半波整流回路87およびバイアス制御回路88を含む。反転増幅回路86、半波整流回路87およびバイアス制御回路88がバイアス印加回路810を構成する。   As shown in FIG. 4, the light receiving device 80 includes an APD 81, a resistor 82, a capacitor 83, an IV (current-voltage) conversion circuit 84, an amplification circuit 85, an inverting amplification circuit 86, a half-wave rectification circuit 87, and a bias control circuit. 88. The inverting amplifier circuit 86, the half-wave rectifier circuit 87 and the bias control circuit 88 constitute a bias application circuit 810.

APD81はノードN1とノードN2との間に接続される。抵抗82はノードN2と接地端子との間に接続される。コンデンサ83はノードN2とI−V変換回路84との間に接続される。   The APD 81 is connected between the node N1 and the node N2. Resistor 82 is connected between node N2 and the ground terminal. Capacitor 83 is connected between node N 2 and IV conversion circuit 84.

ノードN1にはバイアス制御回路88からバイアス電圧Vbaが出力される。それにより、APD81にバイアス電圧Vbaが印加される。APD81に印加されるバイアス電圧Vbaが増加するとAPD81の増倍率は増加し、APD81に印加されるバイアス電圧Vbaが減少するとAPD81の増倍率は減少する。 A bias voltage Vba is output from the bias control circuit 88 to the node N1. Thereby, the bias voltage V ba is applied to the APD81. When the bias voltage V ba applied to the APD 81 increases, the multiplication factor of the APD 81 increases, and when the bias voltage V ba applied to the APD 81 decreases, the multiplication factor of the APD 81 decreases.

APD81に光が入射すると、APD81には入射光量Pに応じた電流が流れる。コンデンサ83は、APD81の出力電流の高周波成分を通過させる。それにより、APD81の出力電流の直流成分が除去される。以下、コンデンサ83の出力電流を入射光電流Iと呼ぶ。 When light enters the APD 81, a current corresponding to the incident light amount P flows through the APD 81. Capacitor 83 passes the high frequency component of the output current of APD 81. Thereby, the direct current component of the output current of the APD 81 is removed. Hereinafter referred to as the output current of the capacitor 83 and the incident light current I d.

I−V変換回路84は、入射光電流Iを入射光電圧Vに変換する。増幅回路85は、入射光電圧Vを増幅し、受光パルスVを出力する。反転増幅回路86は、受光パルスVを反転増幅し、反転増幅電圧Viaを出力する。半波整流回路87は、反転増幅電圧Viaを半波整流し、ノイズレベルVnDCを出力する。バイアス制御回路88は、ノイズレベルVnDCに基づいてバイアス電圧VbaをノードN1に出力する。受光装置80の各部の構成および動作の詳細については後述する。 I-V conversion circuit 84 converts the incident light current I d on the incident light voltage V d. Amplifier circuit 85 amplifies the incident light voltage V d, and outputs the received pulse V a. Inverting amplifier circuit 86, inverts and amplifies the received pulse V a, and outputs the inverted and amplified voltage V ia. The half-wave rectification circuit 87 half-wave rectifies the inverted amplification voltage V ia and outputs a noise level V nDC . Bias control circuit 88 outputs a bias voltage V ba to the node N1 based on the noise level V NDC. Details of the configuration and operation of each part of the light receiving device 80 will be described later.

図5は受光装置80から出力される受光パルスVおよび信号処理部90により生成される2値化信号BSを示す波形図であり、(a)は受光パルスVに外来光DIによるノイズ成分が重畳された場合を示し、(b)は受光パルスVのノイズ成分が低減された場合を示す。図5の横軸は時間である。 Figure 5 is a waveform diagram showing a binary signal BS generated by the pulses received V a and the signal processing section 90 is outputted from the light receiving device 80, (a) is a noise component due to the external light DI to receiving pulses V a There shows a case superimposed, (b) shows a case where the noise component of the received light pulse V a is reduced. The horizontal axis in FIG. 5 is time.

図5(a),(b)に示すように、受光パルスVのレベルをしきい値THと比較することにより2値化信号BSが得られる。これにより、発射光ELによるパルスPeおよび反射光RLによるパルスPrが生成される。発射光ELによるパルスPeおよび反射光RLによるパルスPrに基づいてレーザレーダ装置1から検出対象物10までの距離が算出される。 As shown in FIGS. 5A and 5B, a binarized signal BS is obtained by comparing the level of the light reception pulse Va with a threshold value TH. Thereby, the pulse Pe by the emitted light EL and the pulse Pr by the reflected light RL are generated. The distance from the laser radar device 1 to the detection target 10 is calculated based on the pulse Pe generated by the emitted light EL and the pulse Pr generated by the reflected light RL.

図5(a)に示すように、受光パルスVに外来光DIによるノイズ成分が重畳された場合には、発射光ELによるパルスPeおよび反射光RLによるパルスPrに加えてノイズ成分によるパルスPn1〜Pn4が生成される。この場合、パルスPn1,Pn4により距離の算出精度が悪化し、パルスPn2,Pn3により検出対象物の誤検出が発生する。 As shown in FIG. 5 (a), when the noise component due to external light DI is superimposed on the light receiving pulse V a is the pulse due to a noise component in addition to the pulse Pr by pulse Pe and the reflected light RL by emission light EL Pn1 ~ Pn4 is generated. In this case, the calculation accuracy of the distance deteriorates due to the pulses Pn1 and Pn4, and the detection target is erroneously detected due to the pulses Pn2 and Pn3.

本実施の形態では、受光装置80においてAPD81のバイアス電圧Vbaが制御されることにより、図5(b)に示すように、受光パルスVに重畳されるノイズ成分が低減される。それにより、発射光ELによるパルスPeおよび反射光RLによるパルスPrのみが生成される。 In this embodiment, by the bias voltage V ba of APD81 it is controlled in the light receiving device 80, as shown in FIG. 5 (b), noise components superimposed on the pulses received V a is reduced. Thereby, only the pulse Pe by the emitted light EL and the pulse Pr by the reflected light RL are generated.

その結果、距離の算出精度が向上するとともに、検出対象物の誤検出の発生が防止される。   As a result, the calculation accuracy of the distance is improved and the occurrence of erroneous detection of the detection target is prevented.

(5)受光装置80の各部の動作
以下、図6〜図11を参照しながら受光装置80の各部の動作を説明する。
(5) Operation of Each Part of Light Receiving Device 80 Hereinafter, the operation of each part of the light receiving device 80 will be described with reference to FIGS.

図6はAPD81の動作を説明するための図である。図6の(a)はAPD81の機能を示すブロック図、(b)はAPD81への入射光量を示す波形図、(c)はコンデンサ83から出力される入射光電流を示す波形図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the APD 81. 6A is a block diagram illustrating the function of the APD 81, FIG. 6B is a waveform diagram illustrating the amount of light incident on the APD 81, and FIG. 6C is a waveform diagram illustrating the incident photocurrent output from the capacitor 83.

APD81には、バイアス電圧Vbaが印加される。ここで、APD81の増倍率Mは、次式で表される。 The APD81, bias voltage V ba is applied. Here, the multiplication factor M of the APD 81 is expressed by the following equation.

M=f(Vba
上式において、f(Vba)は増加関数である。送光装置70からの発射光ELおよび検出対象物10からの反射光RLと共に外来光DIがAPD81に入射すると、APD81にはその入射光量Pおよび増倍率Mで決まる入射光電流が流れる。コンデンサ83によりAPD81の入射光電流の直流成分が除去される。それにより、コンデンサ83からは次式で表される入射光電流Iが出力される。
M = f 1 (V ba )
In the above equation, f 1 (V ba ) is an increasing function. When the extraneous light DI enters the APD 81 together with the emitted light EL from the light transmitting device 70 and the reflected light RL from the detection target 10, an incident photocurrent determined by the incident light amount P and the multiplication factor M flows through the APD 81. The direct current component of the incident photocurrent of the APD 81 is removed by the capacitor 83. Thereby, the incident light current I d, represented by the following equation is output from the capacitor 83.

=f(M,P)
上式の関数f(M,P)は次式で表される。
I d = f 2 (M, P)
The function f 2 (M, P) in the above equation is expressed by the following equation.

(M,P)=k(1/2){f(Vba)}1+X
上式において、kは比例定数であり、Xは過剰雑音指数である。
f 2 (M, P) = k 1 P (1/2) {f 1 (V ba )} 1 + X
In the above equation, k 1 is a proportionality constant and X is an excess noise figure.

入射光電流Iには、発射光ELによるパルス電流Pei、反射光RLによるパルス電流Priおよび外来光DIによるノイズ電流niが含まれる。ノイズ電流niは正負に変化する。ノイズ電流niは入射光量Pおよび増倍率Mのそれぞれが大きくなると増加する。 The incident light current I d, the pulse current Pei by emission light EL, include noise current ni by pulse current Pri and external light DI due to the reflected light RL. The noise current ni changes between positive and negative. The noise current ni increases as the incident light amount P and the multiplication factor M increase.

図7はI−V変換回路84の動作を説明するための図である。図6の(a)はI−V変換回路84の機能を示すブロック図、(b)はI−V変換回路84に与えられる入射光電流を示す波形図、(c)はI−V変換回路84から出力される入射光電圧を示す波形図である。   FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the IV conversion circuit 84. 6A is a block diagram showing the function of the IV conversion circuit 84, FIG. 6B is a waveform diagram showing an incident photocurrent applied to the IV conversion circuit 84, and FIG. 6C is an IV conversion circuit. 8 is a waveform diagram showing an incident light voltage output from 84. FIG.

I−V変換回路84には、コンデンサ83から出力される入射光電流Iが与えられる。I−V変換回路84は、入射光電流Iを電圧に変換する。それにより、I−V変換回路84からは入射光電流Iの大きさに比例した入射光電圧Vが出力される。入射光電圧Vには、発射光ELによる正のパルス電圧Pev、反射光RLによる正のパルス電圧Prvおよび外来光DIによるノイズ電圧nvが含まれる。ノイズ電圧nvは正負に変化する。 The I-V conversion circuit 84, the incident light current I d outputted from the capacitor 83 is applied. The IV conversion circuit 84 converts the incident photocurrent Id into a voltage. Thereby, the incident photovoltage V d proportional to the magnitude of the incident photocurrent I d is output from the IV conversion circuit 84. The incident light voltage V d is a positive pulse voltage Pev by emission light EL, include noise voltage nv by the positive pulse voltage Prv and external light DI due to the reflected light RL. The noise voltage nv changes between positive and negative.

I−V変換回路84の入力インピーダンスをZinとし、I−V変換回路84の電圧増幅率をAv1とすると、入射光電圧Vは次式で表される。 The input impedance of the I-V conversion circuit 84 and Z in, when the voltage gain of the I-V conversion circuit 84 and A v1, incident light voltage V d is expressed by the following equation.

=Zinv1 …(1)
入射光電流Iに含まれるノイズ電流niが大きくなれば、入射光電圧Vに含まれるノイズ電圧nvは増加する。
V d = Z in A v1 I d (1)
The larger noise current ni contained in the incident light current I d is the noise voltage nv included in incident light voltage V d is increased.

図8は増幅回路85の動作を説明するための図である。図8の(a)は増幅回路85の機能を示すブロック図、(b)は増幅回路85に与えられる入射光電圧を示す波形図、(c)は増幅回路85から出力される受光パルスを示す波形図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the amplifier circuit 85. 8A is a block diagram showing the function of the amplifier circuit 85, FIG. 8B is a waveform diagram showing an incident photovoltage applied to the amplifier circuit 85, and FIG. 8C shows a received light pulse output from the amplifier circuit 85. It is a waveform diagram.

増幅回路85には、I−V変換回路84から出力される入射光電圧Vが与えられる。増幅回路85は、入射光電圧Vを増幅し、受光パルスVを出力する。受光パルスVには、発射光ELによる正のパルス成分PEV、反射光RLによる正のパルス成分PRVおよび外来光DIによるノイズ成分NVが含まれる。ノイズ成分NVは正負に変化する。 The amplifier circuit 85 is supplied with incident light voltage V d output from the I-V conversion circuit 84. Amplifier circuit 85 amplifies the incident light voltage V d, and outputs the received pulse V a. The light reception pulse Va includes a positive pulse component PEV due to the emitted light EL, a positive pulse component PRV due to the reflected light RL, and a noise component NV due to the external light DI. The noise component NV changes between positive and negative.

入射光電圧Vが大きくなれば、受光パルスVは増加する。増幅回路85の電圧増幅率をAv2とすると、受光パルスVは次式で表される。 The greater the incident light voltage V d is, pulses received V a increases. When the voltage gain of the amplifier circuit 85 and A v2, photodetection pulse V a is expressed by the following equation.

=Av2 …(2)
図9は反転増幅回路86の動作を説明するための図である。図9の(a)は反転増幅回路86の機能を示すブロック図、(b)は反転増幅回路86に与えられる受光パルスを示す波形図、(c)は反転増幅回路86から出力される反転増幅電圧を示す波形図である。
V a = A v2 V d (2)
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the inverting amplifier circuit 86. 9A is a block diagram showing the function of the inverting amplifier circuit 86, FIG. 9B is a waveform diagram showing the received light pulse applied to the inverting amplifier circuit 86, and FIG. 9C is an inverting amplifier output from the inverting amplifier circuit 86. It is a wave form diagram which shows a voltage.

反転増幅回路86には、増幅回路85から出力される受光パルスVが与えられる。反転増幅回路86は、受光パルスVを反転増幅し、反転増幅電圧Viaを出力する。反転増幅電圧Viaには、発射光ELによる負のパルス成分PEV、反射光RLによる負のパルス成分PRVおよび外来光DIによるノイズ成分NVが含まれる。ノイズ成分NVは正負に変化する。 The inverting amplifier circuit 86, receiving the pulse V a output from the amplification circuit 85 is provided. Inverting amplifier circuit 86, inverts and amplifies the received pulse V a, and outputs the inverted and amplified voltage V ia. The inverted amplification voltage V ia includes a negative pulse component PEV caused by the emitted light EL, a negative pulse component PRV caused by the reflected light RL, and a noise component NV caused by the extraneous light DI. The noise component NV changes between positive and negative.

受光パルスVが大きくなれば、反転増幅電圧Viaも増加する。反転増幅回路86の電圧増幅率をAv3とすると、反転増幅電圧Viaは次式で表される。 The greater the light receiving pulse V a is also increased inverted amplified voltage V ia. When the voltage gain of the inverting amplifier circuit 86 and the A v3, inverted and amplified voltage V ia is expressed by the following equation.

ia=−Av3 …(3)
図10は半波整流回路87の動作を説明するための図である。図10の(a)は半波整流回路87の機能を示すブロック図、(b)は半波整流回路87から出力されるノイズレベルを示す波形図である。
V ia = −A v3 V a (3)
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the half-wave rectifier circuit 87. FIG. 10A is a block diagram illustrating the function of the half-wave rectifier circuit 87, and FIG. 10B is a waveform diagram illustrating the noise level output from the half-wave rectifier circuit 87.

半波整流回路87には、反転増幅回路86から出力される反転増幅電圧Viaが与えられる。半波整流回路87は、反転増幅電圧Viaを半波整流することにより反転増幅電圧Viaの実効値の直流電圧であるノイズレベルVnDCを出力する。ノイズレベルVnDCは次式で表される。 The half-wave rectifier circuit 87 is supplied with the inverted amplification voltage V ia output from the inverting amplifier circuit 86. The half-wave rectification circuit 87 outputs a noise level V nDC that is a DC voltage having an effective value of the inverted amplification voltage V ia by half-wave rectifying the inverted amplification voltage V ia . The noise level V nDC is expressed by the following equation.

nDC=f(Via
反転増幅電圧Viaの実効値をViaRMSとすると、上式の関数f(Via)は次式で表される。
V nDC = f 3 (V ia )
When the effective value of the inverted amplification voltage V ia is V iaRMS , the above function f 3 (V ia ) is expressed by the following equation.

(Via)=ViaRMS
したがって、ノイズレベルVnDCは次式のようになる。
f 3 (V ia ) = V iaRMS
Therefore, the noise level V nDC is as follows.

nDC=ViaRMS …(4)
発射光ELによるパルス成分PEVおよび反射光RLによるパルス成分PRVは負であるため、パルス成分PEV,PRVの影響を受けることなくノイズ成分NVからノイズレベルVnDCを正確に生成することができる。
V nDC = V iaRMS (4)
Since the pulse component PEV by the emitted light EL and the pulse component PRV by the reflected light RL are negative, the noise level V nDC can be accurately generated from the noise component NV without being affected by the pulse components PEV and PRV.

図11はバイアス制御回路88の動作を説明するための図である。図11の(a)はバイアス制御回路88の機能を示すブロック図、(b)はバイアス制御回路88に与えられるノイズレベルを示す波形図である。   FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the bias control circuit 88. 11A is a block diagram showing the function of the bias control circuit 88, and FIG. 11B is a waveform diagram showing the noise level given to the bias control circuit 88.

バイアス制御回路88には、半波整流回路87から出力されるノイズレベルVnDCおよびバイアス基準電圧Vrefが与えられる。バイアス制御回路88は、ノイズレベルVnDCに比例する値とバイアス基準電圧Vrefとの加算値をバイアス電圧Vbaとして出力する。バイアス電圧Vbaは次式で表される。 The bias control circuit 88 is supplied with the noise level V nDC and the bias reference voltage V ref output from the half-wave rectifier circuit 87. The bias control circuit 88 outputs a value obtained by adding a value proportional to the noise level V nDC and the bias reference voltage V ref as the bias voltage V ba . The bias voltage Vba is expressed by the following equation.

ba=f(Vref,VnDC
電圧増幅率をAv4とすると、上式の関数f(Vref,VnDC)は次式で表される。
V ba = f 4 (V ref , V nDC)
When the voltage amplification factor is A v4 , the function f 4 (V ref , V nDC ) in the above equation is expressed by the following equation.

(Vref,VinDC)=−Av4nDC+Vref …(5)
上式(1)〜(5)からバイアス電圧Vbaは次式で表される。
f 4 (V ref , V inDC ) = − A v4 V nDC + V ref (5)
From the above equations (1) to (5), the bias voltage Vba is expressed by the following equation.

ba=−Av4v3v2v1indRMS+Vref …(6)
ここで、idRMSは入射光電流Iの実効値である。
V ba = −A v4 A v3 A v2 A v1 Z in i dRMS + V ref (6)
Here, i dRMS is the effective value of the incident photocurrent I d .

上式から、バイアス電圧Vbaは、外来光DIが強くなることによりノイズ電流が増加するにつれて小さくなる。それにより、増倍率Mが小さくなる。したがって、受光装置80は、外来光DIの強さに応じて増倍率Mが変化する負帰還制御回路として働く。 From the above equation, the bias voltage Vba becomes smaller as the noise current increases due to the stronger external light DI. Thereby, the multiplication factor M becomes small. Therefore, the light receiving device 80 functions as a negative feedback control circuit in which the multiplication factor M changes according to the intensity of the external light DI.

(6)レーダ画像生成部120の表示
図12は図1のレーダ画像生成部120によるレーダ画像の表示例を示す模式図である。
(6) Display of Radar Image Generation Unit 120 FIG. 12 is a schematic diagram showing a display example of a radar image by the radar image generation unit 120 of FIG.

図1のレーダ画像生成部120は、距離生成部100により生成された距離信号DSおよび角度生成部110により生成された角度信号ASに基づいて、検出対象物10までの距離Dおよび角度θをディスプレイ350の画面上にレーダ画像として表示する。   1 displays a distance D and an angle θ to the detection target 10 based on the distance signal DS generated by the distance generation unit 100 and the angle signal AS generated by the angle generation unit 110. A radar image is displayed on the 350 screen.

図12の表示例では、検出対象物が右前方の角度θの方向で距離Dの位置に存在することが画像で表示されている。実際には、角度θおよび距離Dは数値で表示される。   In the display example of FIG. 12, it is displayed as an image that the detection target exists at a distance D in the direction of the right front angle θ. Actually, the angle θ and the distance D are displayed numerically.

(7)レーザレーダ装置1の効果
本実施の形態に係るレーザレーダ装置1では、反転増幅電圧Viaに含まれる発射光ELおよび反射光RLに起因するパルス成分PEV,PRVは負極性となり、ノイズ成分NVは正負に変化する。それにより、反転増幅電圧Viaの正の成分を半波整流することにより発射光ELおよび反射光RLに起因するパルス成分PEV,PRVの影響を受けずにノイズ成分NVに対応するノイズレベルVnDCを正確に生成することができる。また、LD71の発光間隔が発光時間に比べて十分に大きいため、ノイズレベルVnDCが発射光ELおよび反射光RLに起因するパルス成分PEV,PRVの影響をさらに受けにくい。
(7) In the laser radar apparatus 1 according to the effect the present embodiment of the laser radar apparatus 1, the pulse component PEV due to emission light EL and the reflected light RL included in the inverting amplifier voltage V ia, PRV is negative polarity, noise The component NV changes to positive and negative. As a result, the positive component of the inverted amplification voltage V ia is half-wave rectified, and the noise level V nDC corresponding to the noise component NV is not affected by the pulse components PEV and PRV caused by the emitted light EL and the reflected light RL. Can be generated accurately. Further, since the light emission interval of the LD 71 is sufficiently larger than the light emission time, the noise level V nDC is further less affected by the pulse components PEV and PRV caused by the emitted light EL and the reflected light RL.

このノイズレベルVnDCに基づいてバイアス電圧Vbaが負帰還で制御される。この場合、外来光DIに起因するノイズレベルVnDCが高くなると、APD81に印加されるバイアス電圧Vbaが低下する。それにより、APD81の増倍率Mが低下し、ノイズレベルVnDCが低下する。その結果、受光パルスVに含まれるノイズ成分NVが低減される。 The noise level V NDC bias voltage V ba based on is controlled by the negative feedback. In this case, when the noise level V nDC due to the external light DI increases, the bias voltage V ba applied to the APD 81 decreases. Thereby, the multiplication factor M of the APD 81 is lowered, and the noise level V nDC is lowered. As a result, the noise component NV contained in the received pulse V a is reduced.

また、環境温度が変動すると、APD81の増倍率Mが変動し、受光パルスVが変動する。この場合も、受光パルスVにおいて発射光ELおよび反射光RLに起因するパルス成分PEV,PRVとは逆極性の成分が半波整流されることによりノイズレベルVnDCが生成される。それにより、環境温度の変動によるノイズ成分が発射光ELおよび反射光RLに起因するパルス成分PEV,PRVの影響を受けることなくノイズレベルVnDCとして正確に検出される。このノイズレベルVnDCに基づいてバイアス電圧Vbaが負帰還で制御される。その結果、APD81の増倍率Mの変動が抑制される。 Further, when the environmental temperature fluctuates, fluctuates multiplication factor M of the APD81, photodetection pulse V a is varied. Again, pulses received V a pulse component due to the emission light EL and the reflected light RL in PEV, the PRV component of opposite polarity noise level V NDC by being half-wave rectified is produced. Thereby, the noise component due to the fluctuation of the environmental temperature is accurately detected as the noise level V nDC without being affected by the pulse components PEV and PRV caused by the emitted light EL and the reflected light RL. The noise level V NDC bias voltage V ba based on is controlled by the negative feedback. As a result, fluctuations in the multiplication factor M of the APD 81 are suppressed.

このようにして、発射光ELおよび反射光RLに起因するパルス成分PEV,PRVの影響を受けることなくノイズ成分NVを十分に低減することができる。したがって、発射光ELおよび反射光RLに起因するパルス成分PEV,PRVを正確に検出することができる。その結果、受光パルスVに基づいて検出対象物10の距離および角度を高精度で測定することができるとともに、検出対象物10の誤検出の発生を防止することができる。 In this way, the noise component NV can be sufficiently reduced without being affected by the pulse components PEV and PRV caused by the emitted light EL and the reflected light RL. Accordingly, it is possible to accurately detect the pulse components PEV and PRV caused by the emitted light EL and the reflected light RL. As a result, the distance and angle of the detection target 10 can be measured with high accuracy on the basis of the received pulse V a, it is possible to prevent erroneous detection of the detection object 10.

(8)レーザレーダ装置を備えた乗り物
次に、上記実施の形態に係るレーザレーダ装置1を備えた乗り物の例として自動二輪車について説明する。
(8) Vehicle Provided with Laser Radar Device Next, a motorcycle will be described as an example of a vehicle provided with the laser radar device 1 according to the above embodiment.

図13はレーザレーダ装置1を備えた自動二輪車を示す模式図である。   FIG. 13 is a schematic diagram showing a motorcycle equipped with the laser radar device 1.

図13の自動二輪車300においては、車体310の前部下方に前輪320が設けられ、後部下方に後輪330が設けられている。車体310の中央部には、ECU(電子制御装置)340が設けられている。車体310の前端部および後端部に上記実施の形態に係るレーザレーダ装置1がそれぞれ取り付けられている。   In the motorcycle 300 of FIG. 13, a front wheel 320 is provided below the front part of the vehicle body 310, and a rear wheel 330 is provided below the rear part. An ECU (electronic control unit) 340 is provided at the center of the vehicle body 310. The laser radar device 1 according to the above embodiment is attached to the front end portion and the rear end portion of the vehicle body 310, respectively.

また、車体310においてハンドル360の後方下部にディスプレイ350が設けられている。   In addition, a display 350 is provided at a lower rear portion of the handle 360 in the vehicle body 310.

前端部のレーザレーダ装置1は、主として自動二輪車300の前方および側方の物体の距離および角度を測定する。後端部のレーザレーダ装置1は、主として自動二輪車300の後方および側方の物体の距離および物体の角度を測定する。前端部および後端部のレーザレーダ装置1により測定された距離および角度はECU340に与えられる。   The laser radar device 1 at the front end mainly measures the distance and angle of an object in front and side of the motorcycle 300. The laser radar device 1 at the rear end mainly measures the distance and the angle of the object behind and on the side of the motorcycle 300. The distance and angle measured by the laser radar device 1 at the front end and the rear end are given to the ECU 340.

ECU340は、前端部および後端部のレーザレーダ装置1により測定された距離および角度をディスプレイ350にレーダ画像として表示させる。それにより、乗員は、周囲の物体までの距離および物体の方位を視覚的に認識することができる。   ECU 340 causes display 350 to display the distance and angle measured by laser radar device 1 at the front end and the rear end as a radar image. Accordingly, the occupant can visually recognize the distance to the surrounding object and the orientation of the object.

(9)請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
(9) Correspondence between each constituent element of claim and each element of the embodiment Hereinafter, an example of correspondence between each constituent element of the claim and each element of the embodiment will be described. It is not limited to.

上記実施の形態では、APD81がアバランシェフォトダイオードの例であり、バイアス印加回路810がバイアス印加回路の例であり、コンデンサ83およびI−V変換回路84が変換部の例であり、反転増幅回路86および半波整流回路87が整流部の例であり、バイアス制御回路88がバイアス制御回路の例である。   In the above embodiment, the APD 81 is an example of an avalanche photodiode, the bias application circuit 810 is an example of a bias application circuit, the capacitor 83 and the IV conversion circuit 84 are examples of a conversion unit, and the inverting amplifier circuit 86. The half-wave rectification circuit 87 is an example of a rectification unit, and the bias control circuit 88 is an example of a bias control circuit.

また、コンデンサ83が除去回路の例であり、I−V変換回路84が電流電圧変換回路の例であり、増幅回路85が増幅回路の例である。   The capacitor 83 is an example of a removal circuit, the IV conversion circuit 84 is an example of a current-voltage conversion circuit, and the amplifier circuit 85 is an example of an amplifier circuit.

さらに、距離生成部100が距離算出部の例であり、モータ30および反射鏡250がレーザ光回転系の例であり、エンコーダ40が角度検出部の例であり、信号処理部90および距離生成部100がパルス検出部の例であり、角度生成部110が方位算出部の例である。   Further, the distance generation unit 100 is an example of a distance calculation unit, the motor 30 and the reflecting mirror 250 are examples of a laser light rotation system, the encoder 40 is an example of an angle detection unit, the signal processing unit 90 and the distance generation unit. 100 is an example of a pulse detection unit, and the angle generation unit 110 is an example of an azimuth calculation unit.

また、車体301が本体部の例であり、後輪330が駆動部の例であり、ディスプレイ350が報知部の例である。   The vehicle body 301 is an example of a main body, the rear wheel 330 is an example of a drive unit, and the display 350 is an example of a notification unit.

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。   As each constituent element in the claims, various other elements having configurations or functions described in the claims can be used.

(10)他の実施の形態
上記実施の形態では、除去回路としてコンデンサ83を用いているが、除去回路としてコンデンサ83の代わりに低域通過フィルタを用いてもよい。また、除去回路と電流電圧変換回路とが逆に設けられてもよい。
(10) Other Embodiments In the above embodiment, the capacitor 83 is used as the removal circuit, but a low-pass filter may be used instead of the capacitor 83 as the removal circuit. Further, the removal circuit and the current-voltage conversion circuit may be provided in reverse.

さらに、I−V変換回路84から出力される入射光電圧Vのレベルが高い場合には、増幅回路85を設けなくてもよい。 Furthermore, if the level of incident light voltage V d output from the I-V conversion circuit 84 is high, it may not be provided an amplifier circuit 85.

また、送光装置70のLD71として、種々の波長のレーザ素子を用いることができる。   Further, laser elements having various wavelengths can be used as the LD 71 of the light transmitting device 70.

また、報知部としてディスプレイ350の代わりに音声で検出対象物10の距離および角度を報知する音声出力装置を用いてもよい。   Moreover, you may use the audio | voice output apparatus which alert | reports the distance and angle of the detection target object 10 with an audio | voice instead of the display 350 as an alerting | reporting part.

上記のレーザレーダ装置1は、自動二輪車に限らず、4輪の自動車、3輪の自動車、電動自転車、滑走艇、水上バイク、電動車椅子等の種々の乗り物に用いることができる。   The laser radar device 1 is not limited to a motorcycle, but can be used for various vehicles such as a four-wheeled vehicle, a three-wheeled vehicle, an electric bicycle, a planing boat, a watercraft, and an electric wheelchair.

本発明は、レーザ光を用いて検出対象物までの距離等の情報を測定するために利用することができる。   The present invention can be used to measure information such as a distance to a detection target using a laser beam.

本発明の一実施の形態に係るレーザレーダ装置の信号処理系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal processing system of the laser radar apparatus which concerns on one embodiment of this invention. (a)は図1のレーザレーダ装置の光学系の構成を示す模式図、(b)はレーザレーダ装置の反射鏡の構成を示す斜視図である。(A) is a schematic diagram which shows the structure of the optical system of the laser radar apparatus of FIG. 1, (b) is a perspective view which shows the structure of the reflective mirror of a laser radar apparatus. 図1のレーザレーダ装置の動作を説明するためのタイミング図である。FIG. 2 is a timing diagram for explaining the operation of the laser radar device of FIG. 1. 図1の受光装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the light-receiving device of FIG. 受光装置から出力される受光パルスおよび信号処理部により生成される2値化信号を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the binarization signal produced | generated by the light reception pulse output from a light-receiving device, and a signal processing part. APDの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement of APD. I−V変換回路の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of an IV conversion circuit. 増幅回路の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of an amplifier circuit. 反転増幅回路の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of an inverting amplifier circuit. 半波整流回路の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of a half-wave rectifier circuit. バイアス制御回路の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of a bias control circuit. 図1のレーダ画像生成部によるレーダ画像の表示例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of a display of the radar image by the radar image generation part of FIG. レーザレーダ装置を備えた自動二輪車を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a motorcycle provided with a laser radar device.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザレーダ装置
10 検出対象物
20 モータ回転数制御部
30 モータ
31 プーリ
32 ベルト
40 エンコーダ
50 発光間隔パルス生成部
60 発光トリガ生成部
70 送光装置
71 レーザダイオード(LD)
72 保持部材
80 受光装置
81 アバランシェフォトダイオード(APD)
81a 保持部材
82 抵抗
83 コンデンサ
84 I−V変換回路
85 増幅回路
86 反転増幅回路
87 半波整流回路
88 バイアス制御回路
90 信号処理部
100 距離生成部
110 角度生成部
120 レーダ画像生成部
200 保持体
201 モータ保持部
210 反射鏡
220 投受光レンズ
230 ベアリング
240 保護カバー
250 反射鏡
300 自動二輪車
310 車体
320 前輪
330 後輪
340 ECU
350 ディスプレイ
EL 発射光
RL 反射光
DI 外来光
AS 角度信号
BS 2値化信号
DG 距離生成信号
DS 距離信号
EI 発光間隔パルス
EP エンコーダパルス
ET 発光トリガ
OP 原点パルス
入射光電流
受光パルス
入射光電圧
ba バイアス電圧
ia 反転増幅電圧
iaRMS 反転増幅電圧の実効値
nDC ノイズレベル
ref バイアス基準電圧
NV ノイズ成分
PEV,PRV パルス成分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser radar apparatus 10 Target object 20 Motor rotation speed control part 30 Motor 31 Pulley 32 Belt 40 Encoder 50 Light emission interval pulse production | generation part 60 Light emission trigger production | generation part 70 Light transmitter 71 Laser diode (LD)
72 holding member 80 light receiving device 81 avalanche photodiode (APD)
81a holding member 82 resistor 83 capacitor 84 IV conversion circuit 85 amplifier circuit 86 inverting amplifier circuit 87 half-wave rectifier circuit 88 bias control circuit 90 signal processor 100 distance generator 110 angle generator 120 radar image generator 200 holder 201 Motor holding portion 210 Reflector 220 Light emitting / receiving lens 230 Bearing 240 Protective cover 250 Reflector 300 Motorcycle 310 Vehicle body 320 Front wheel 330 Rear wheel 340 ECU
350 Display EL Emitted light RL Reflected light DI External light AS Angle signal BS Binary signal DG Distance generation signal DS Distance signal EI Light emission interval pulse EP Encoder pulse ET Light emission trigger OP Origin pulse I d Incident photocurrent V a Light reception pulse V d Incident light voltage V ba bias voltage V ia inverted amplification voltage V iaRMS inverted amplification voltage effective value V nDC noise level V ref bias reference voltage NV noise component PEV, PRV pulse component

Claims (11)

送光装置により発射されて検出対象物で反射されたパルス状のレーザ光を受ける受光装置であって、
前記検出対象物で反射されたレーザ光を受けるアバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路と、
前記アバランシェフォトダイオードの出力電流を、直流成分が除去された電圧に変換する変換部とを備え、
前記バイアス印加回路は、
前記変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、
前記整流部により生成されたノイズレベルに基づいて前記バイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むことを特徴とする受光装置。
A light receiving device that receives a pulsed laser beam emitted by a light transmitting device and reflected by a detection object,
An avalanche photodiode that receives the laser light reflected by the detection object;
A bias application circuit for applying a bias voltage to the avalanche photodiode;
A conversion unit that converts the output current of the avalanche photodiode into a voltage from which a DC component has been removed, and
The bias application circuit includes:
A rectifying unit that generates a noise level by rectifying a component having a polarity opposite to a pulse component caused by laser light in the voltage obtained by the conversion unit;
And a bias control circuit that controls the bias voltage by negative feedback based on a noise level generated by the rectifier.
前記変換部は、
前記アバランシェフォトダイオードの出力電流の直流成分を除去する除去回路と、
前記除去回路の出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路の出力電圧を増幅する増幅回路とを含むことを特徴とする請求項1記載の受光装置。
The converter is
A removal circuit for removing a direct current component of the output current of the avalanche photodiode;
A current-voltage conversion circuit that converts the output current of the removal circuit into a voltage;
The light receiving device according to claim 1, further comprising an amplifier circuit that amplifies the output voltage of the current-voltage conversion circuit.
前記整流部は、
前記変換部により得られる電圧を反転増幅する反転増幅回路と、
前記反転増幅回路の出力電圧の正の成分を半波整流することにより前記ノイズレベルを生成する半波整流回路とを含むことを特徴とする請求項1または2記載の受光装置。
The rectifying unit is
An inverting amplifier circuit for inverting and amplifying the voltage obtained by the converter;
3. The light receiving device according to claim 1, further comprising a half-wave rectifier circuit that generates the noise level by half-wave rectifying a positive component of an output voltage of the inverting amplifier circuit.
前記バイアス制御回路は、
前記整流部により生成されるノイズレベルの反転成分を基準バイアス電圧に加算することにより前記バイアス電圧を生成することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の受光装置。
The bias control circuit includes:
The light receiving device according to claim 1, wherein the bias voltage is generated by adding an inversion component of a noise level generated by the rectifying unit to a reference bias voltage.
前記アバランシェフォトダイオードは、前記送光装置により発射されたレーザ光の一部を受けるように配置されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の受光装置。 The light receiving device according to claim 1, wherein the avalanche photodiode is arranged to receive a part of the laser light emitted by the light transmitting device. 検出対象物にレーザ光を発射する送光装置と、
光を受ける受光装置とを備え、
前記受光装置は、
前記送光装置により発射されて検出対象物で反射されたレーザ光を受けるアバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路と、
前記アバランシェフォトダイオードの出力電流を、直流成分が除去された電圧に変換する変換部とを含み、
前記バイアス印加回路は、
前記変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、
前記整流部により生成されたノイズレベルに基づいて前記バイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むことを特徴とするレーザレーダ装置。
A light transmission device that emits laser light to a detection object;
A light receiving device for receiving light,
The light receiving device is:
An avalanche photodiode that receives the laser light emitted by the light transmitting device and reflected by the detection target;
A bias application circuit for applying a bias voltage to the avalanche photodiode;
A conversion unit that converts the output current of the avalanche photodiode into a voltage from which a DC component is removed, and
The bias application circuit includes:
A rectifying unit that generates a noise level by rectifying a component having a polarity opposite to a pulse component caused by laser light in the voltage obtained by the conversion unit;
And a bias control circuit that controls the bias voltage by negative feedback based on a noise level generated by the rectifier.
前記受光装置の前記アバランシェフォトダイオードは、前記送光装置により発射されたレーザ光の一部を受けるように配置され、
前記受光装置の前記変換部により得られる電圧において前記送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および前記検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分の時間間隔に基づいて前記送光装置から検出対象物までの距離を算出する距離算出部をさらに備えたことを特徴とする請求項6記載のレーザレーダ装置。
The avalanche photodiode of the light receiving device is arranged to receive a part of the laser light emitted by the light transmitting device;
Based on the time interval between the pulse component caused by the laser beam emitted by the light transmitting device and the pulse component caused by the laser beam reflected by the detection target in the voltage obtained by the conversion unit of the light receiving device. The laser radar device according to claim 6, further comprising a distance calculating unit that calculates a distance from the light transmitting device to the detection target.
前記送光装置は一定の周期でパルス状のレーザ光を発射し、前記レーザ光の発射周期は、レーザ光の発光時間の1000倍以上であることを特徴とする請求項6または7記載のレーザレーダ装置。 The laser according to claim 6 or 7, wherein the light transmitting device emits a pulsed laser beam at a constant cycle, and the laser beam emission cycle is 1000 times or more of the emission time of the laser beam. Radar device. 前記送光装置は、
レーザ光を出射するレーザダイオードと、
前記レーザダイオードにより出射されたレーザ光の進行方向を平面内で回転させるレーザ光回転系とを含むことを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載のレーザレーダ装置。
The light transmitting device is:
A laser diode that emits laser light;
The laser radar apparatus according to claim 6, further comprising a laser light rotation system that rotates a traveling direction of the laser light emitted by the laser diode in a plane.
前記レーザ光回転系によるレーザ光の進行方向の回転角度を検出する角度検出部と、
前記受光装置の前記変換部により得られる電圧において検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分を検出するパルス検出部と、
前記パルス検出部によるパルス成分の検出時に前記角度検出部により検出されたレーザ光の進行方向の角度に基づいて検出対象物の方位を算出する方位算出部とをさらに備えたことを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載のレーザレーダ装置。
An angle detection unit for detecting a rotation angle in a traveling direction of the laser beam by the laser beam rotation system;
A pulse detection unit for detecting a pulse component caused by the laser beam reflected by the detection target in the voltage obtained by the conversion unit of the light receiving device;
An azimuth calculating unit that calculates an azimuth of a detection target based on an angle in a traveling direction of a laser beam detected by the angle detecting unit when the pulse component is detected by the pulse detecting unit. Item 10. The laser radar device according to any one of Items 6 to 9.
本体部と、
前記本体部を移動させる駆動部と、
前記本体部に設けられる請求項6〜10のいずれかに記載のレーザレーダ装置と、
前記レーザレーダ装置の前記変換部により得られる電圧に基づく情報を乗員に報知する報知部とを備えたことを特徴とする乗り物。
The main body,
A drive unit for moving the main body unit;
The laser radar device according to any one of claims 6 to 10, provided on the main body,
A vehicle comprising: an informing unit for informing an occupant of information based on a voltage obtained by the conversion unit of the laser radar device.
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