(57)【要約】【課題】セルフチェック機能を有する光検出及び測距システムを提供する。【解決手段】光検出及び測距システムの周囲に光パルスを放射するための少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光源による光パルスの放射を監視するための少なくとも１つの監視用光センサと、光検出及び測距システムの周囲から光信号を受信するための少なくとも１つの受信用光センサと、少なくとも１つの受信用光センサの信号を処理するための少なくとも１つの信号処理部と、を含み、少なくとも１つの信号処理部は、少なくとも１つの受信用光センサの信号と少なくとも１つの監視用光センサの信号との間を多重化するためのマルチプレクサを入力に備えることを特徴とする光検出及び測距システムが提供される。【選択図】図１
2020076763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出及び測距システムであって、
前記光検出及び測距システムの周囲に光信号を放射するための少なくとも１つの光源と、
前記少なくとも１つの光源による光信号の放射を監視するための少なくとも１つの監視用光センサと、
前記光検出及び測距システムの周囲から光信号を受信するための少なくとも１つの受信用光センサと、
前記少なくとも１つの受信用光センサの信号を処理するための少なくとも１つの信号処理部と、を備え、
前記少なくとも１つの信号処理部は、前記少なくとも１つの受信用光センサの信号と前記少なくとも１つの監視用光センサの信号との間を多重化するためのマルチプレクサを入力に備える、
光検出及び測距システム。
【請求項２】
請求項１に記載の光検出及び測距システムであって、
前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの監視用光センサは、単一のユニットに統合されている、
光検出及び測距システム。
【請求項３】
請求項１に記載の光検出及び測距システムであって、さらに、
複数の受信用光センサを備える、
光検出及び測距システム。
【請求項４】
請求項３に記載の光検出及び測距システムであって、さらに、
受信用光センサ毎に別個の信号処理部を備え、
前記信号処理部の各々は、好ましくは、別個のマルチプレクサを備える、
光検出及び測距システム。
【請求項５】
請求項１に記載の光検出及び測距システムであって、
前記少なくとも１つの信号処理部は、増幅器、好ましくは、相互インピーダンス増幅器を備える、
光検出及び測距システム。
【請求項６】
請求項１に記載の光検出及び測距システムであって、
前記少なくとも１つの信号処理部は、前記少なくとも１つの受信用光センサ又は前記少なくとも１つの監視用光センサのアナログ信号をアナログ領域からデジタル領域に変換するためのアナログ−デジタル変換器を備える、
光検出及び測距システム。
【請求項７】
請求項１に記載の光検出及び測距システムであって、さらに、
前記少なくとも１つの受信用光センサ又は前記少なくとも１つの監視用光センサの信号を処理するためのマイクロプロセッサを備える、
光検出及び測距システム。
【請求項８】
請求項１に記載の光検出及び測距システムであって、さらに、
前記少なくとも１つの光源と、前記少なくとも１つの監視用光センサと、前記少なくとも１つの受信用光センサと、前記マルチプレクサを含む前記少なくとも１つの信号処理部と、を制御するための制御部を備える、
光検出及び測距システム。
【請求項９】
光検出及び測距システムの動作方法であって、
前記光検出及び測距システムの周囲に光信号を放射するステップと、
監視用光センサを使用して、前記光信号の放射を監視するステップと、
受信用光センサを使用して、前記光検出及び測距システムの周囲から光信号を受信するステップと、
信号処理部によって、前記受信用光センサ又は前記監視用光センサの信号を処理するステップと、
前記処理するステップのための前記信号を提供するために、前記受信用光センサの信号と前記監視用光センサの信号との間を多重化するステップと、を備える、
光検出及び測距システムの動作方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の光検出及び測距システムの動作方法であって、
前記光検出及び測距システムの周囲からの前記光信号は、複数の受信用光センサによって受信される、
光検出及び測距システムの動作方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光検出及び測距システムの動作方法であって、
各受信用光センサの信号は、信号処理部によって別々に処理され、受信用光センサ毎に、多重化するステップが実行される、
光検出及び測距システムの動作方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光検出及び測距システムの動作方法であって、
前記監視用光センサの信号は、複数の信号処理部によって連続的に処理される、
光検出及び測距システムの動作方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の光検出及び測距システムの動作方法であって、
前記処理するステップは、前記受信用光センサ又は前記監視用光センサの信号を増幅するステップ、及び／又は、アナログ領域からデジタル領域に変換するステップを備える、
光検出及び測距システムの動作方法。
【請求項１４】
請求項９に記載の光検出及び測距システムの動作方法であって、さらに、
前記光検出及び測距システムを制御するステップ、特に、前記放射するステップ、前記監視するステップ、前記受信するステップ及び前記多重化するステップを含む前記処理するステップを制御するステップを備える、
光検出及び測距システムの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１８年１０月３１日に出願された、米国仮特許出願第６２／７５３，６２７号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により組み込まれる。
【０００２】
本発明は、光検出及び測距システムに関する。さらに、本発明は、光検出及び測距システムの動作方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザ検出及び測距（Ｌａｄａｒ）システムとも呼ばれる光検出及び測距（Ｌｉｄａｒ）システムは、パルスレーザ光でターゲットを照射し、光センサで反射パルスを測定することによって、ターゲットまでの距離を測定する。そして、レーザの戻り時間及び波長の差を使用して、ターゲットの３Ｄ画像を作成することができる。Ｌｉｄａｒ（ライダー）システムは、自動車用途、例えば、高度な安全システムにおいて普及している。ライダーシステムは、例えば、進路上の自動車と衝突する障害物を検出し、運転者に警告を発し、及び／又は、緊急ブレーキを開始するために、自動車の周囲をスキャンすることに使用される。ライダーシステムは、制御及びナビゲーション目的のために、自動運転車においてしばしば使用される。このような自動車用途では、ライダーシステムが検出エラーを最小限に抑えて、高度に利用可能であり、精密であることが不可欠である。
【０００４】
光検出及び測距システム内の放射システムは、光検出及び測距システムの周囲に光信号を放射するための光源、特にレーザダイオードのようなレーザ光源を備える。
【０００５】
この放射光信号は、光検出及び測距システムの周囲の物体によって反射又は散乱される。
【０００６】
光検出及び測距システムの光受信機システムは、通常、例えば自動車の前部に配置された一連の光センサを備えるか、又は一連の光センサに接続される。例えば、光受信機システムは、自動車の内部に配置され、ケーブルを介して、一連の光センサに接続される。光受信機システムは、それぞれの光センサに接続可能な少なくとも１つの光受信機チャネルを備える。通常、光受信機システムは、光センサ毎に別個の光受信機チャネルを備える。
【０００７】
光受信機システムは、光センサ信号を処理する前に、光センサの信号を増幅する。増幅された光センサ信号は、通常、アナログ−デジタル変換器によって、アナログ領域からデジタル領域に変換され、その後、デジタル信号プロセッサによって処理される。したがって、各光受信機チャネルは、それぞれの光センサ信号を増幅するための別個の増幅器システムを備える。
【０００８】
制御及びナビゲーション目的のために自動運転車で使用されるような高性能ライダーシステムは、最小限の検出エラーで高度に利用可能でなければならない。特に、光検出及び測距システムの機能は、定期的にチェックされなければならない。
【０００９】
先行技術から、光源に関連する監視用光センサを使用することによって、光放射システムの機能をチェックすることが知られている。監視用光センサは、放射光信号を検出し、対応する信号を別個の信号処理部に転送する。この信号処理部は、監視用光センサによって検出された信号を期待される結果と比較し、それによって光信号の放射をチェックする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、光受信機システム、特に複数の受信機チャネルの機能は、光検出及び測距システムの動作中にはチェックされていない。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、高度に利用可能であり、光放射システム及び光受信機システムのためのセルフチェック機能を有する光検出及び測距システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、光検出及び測距システムの周囲に光信号を放射するための少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光源による光信号の放射を監視するための少なくとも１つの監視用光センサと、光検出及び測距システムの周囲から光信号を受信するための少なくとも１つの受信用光センサと、少なくとも１つの受信用光センサの信号を処理するための少なくとも１つの信号処理部と、を含み、少なくとも１つの信号処理部は、少なくとも１つの受信用光センサの信号と少なくとも１つの監視用光センサの信号との間を多重化するためのマルチプレクサを入力に備えることを特徴とする光検出及び測距システムによって達成される。
【００１３】
本発明の一実施の形態によれば、少なくとも１つの信号処理部は、少なくとも１つの受信用光センサの信号と少なくとも１つの監視用光センサの信号との間で切り替えが可能である。したがって、第１の形態では、信号処理部は、光検出及び測距システムの周囲の物体を検出するために使用される少なくとも１つの受信用光センサの信号を処理する。第２の形態では、信号処理部は、期待される信号と比較され得る少なくとも１つの監視用光センサの信号を処理する。監視用光センサの処理された信号と期待される信号が相違する場合、光検出及び測距システムは、光検出及び測距システムの信号を使用して、ユーザ又は他のシステムに警告を発することができる。この相違は、光源又は信号処理部の不具合が原因である可能性がある。したがって、光検出及び測距システムは、少なくとも１つの光源及び信号処理部のためのセルフチェック機能を提供する。さらに、先行技術と比較して、監視用光センサのための追加の信号処理部は、不要であり、少なくとも１つの受信用光センサのための少なくとも１つの信号処理部のマルチプレクサによって、置き換えられている。マルチプレクサは、信号処理部よりも複雑ではなく、例えば、電力又はダイ面積がより小さい。
【００１４】
放射光信号は、好ましくは光パルス、特にレーザパルスである。
【００１５】
通常、光検出及び測距システムは、１つの光源と、１つの対応する監視用光センサと、を備える。光検出及び測距システムが、複数の光源を備える場合、光検出及び測距システムは、好ましくは光源毎に別個の監視用光センサを備える。
【００１６】
本発明の一実施の形態では、光源は、レーザダイオードである。監視用光センサ及び／又は受信用光センサは、例えば、フォトダイオードとすることができる。
【００１７】
本発明の一実施の形態によれば、少なくとも１つの光源及び少なくとも１つの監視用光センサは、単一のユニットに統合される。これは、少なくとも１つの監視用光センサが、少なくとも１つの光源のほとんど乱されていない光信号を検出することができ、少なくとも１つの光源に対するセルフチェックの精度を改善するという利点を有する。
【００１８】
本発明の一実施の形態によれば、光検出及び測距システムは、複数の受信用光センサを有する。これらの複数の受信用光センサは、特に対応する信号処理部と組み合わせて、光受信機チャネルとも呼ばれる。複数の受信用光センサは、受光信号の入射角を検出することができるため、光検出及び測距システムの精度を向上させ、さらに、より良好な物体認識を可能にする。
【００１９】
本発明の一実施の形態では、光検出及び測距システムは、受信用光センサ毎に別個の信号処理部を含み、各信号処理部は、好ましくは別個のマルチプレクサを含む。これは、光検出及び測距システムが、少なくとも１つの光源のエラーと信号処理部のエラーとを区別することができるという利点を有する。これは、異なる信号処理部が監視用光センサの信号を処理することによって達成される。全ての信号処理部が同じエラーを示す場合、これは、少なくとも１つの光源のエラーによるものである。１つ又は少数の信号処理部のみがエラーを示す場合、これは、それぞれの信号処理部のエラーによるものである。好ましくは、少なくとも１つの監視用光センサの信号が、異なる信号処理部によって連続的に処理される。これは、光検出及び測距システムが依然として機能するように、１つの受信用光センサの信号のみが、少なくとも１つの監視用光センサの信号に置き換えられるという利点を有する。少なくとも１つの監視用光センサの信号は、異なる信号処理部によって連続的に処理されるので、上記の利点を提供することが可能である。
【００２０】
本発明の一実施の形態によれば、少なくとも１つの信号処理部は、増幅器、好ましくは相互インピーダンス増幅器を備える。
【００２１】
本発明の一実施の形態によれば、少なくとも１つの信号処理部は、少なくとも１つの受信用光センサ又は少なくとも１つの監視用光センサのアナログ信号をアナログ領域からデジタル領域に変換するためのアナログ−デジタル変換器を備える。これは、受信用光センサ又は監視用光センサの信号の更なる処理を単純化する。
【００２２】
本発明の一実施の形態では、光検出及び測距システムが、少なくとも１つの受信用光センサ又は少なくとも１つの監視用光センサの変換された信号を処理するためのマイクロプロセッサをさらに備える。マイクロプロセッサは、例えば、反射された光信号及び／又は散乱された光信号を受信するまでの光源から放射された光信号の飛行時間を決定することによって、光検出及び測距システムの周囲の物体を検出するための受信用光センサの信号を処理することができる。複数の受信用光センサを使用することによって、受光信号の入射角を決定し、例えば、光検出及び測距システムの周囲における物体のサイズ又は形状を決定することも可能である。マイクロプロセッサは、さらに、光源の機能をチェックするために、監視用光センサの信号を監視用光センサの期待された信号と比較することができる。
【００２３】
本発明の一実施の形態によれば、光検出及び測距システムは、少なくとも１つの光源、少なくとも１つの監視用光センサ、少なくとも１つの受信用光センサ及びマルチプレクサを含む少なくとも１つの信号処理部を制御するための制御部をさらに備える。制御部は、特に、光検出及び測距システムのタイミング、すなわち、光検出及び測距システムの周囲への光信号の放射及び光信号の受信を開始する役割を担う。タイミング情報は、例えば、光信号の飛行時間を決定するために使用される。マイクロプロセッサ及び制御部は、一体的に構築することができる。
【００２４】
本発明の目的は、光検出及び測距システムの周囲に光信号を放射するステップと、監視用光センサを使用して、光信号の放射を監視するステップと、受信用光センサを使用して、光検出及び測距システムの周囲から光信号を受信するステップと、信号処理部によって、受信用光センサ又は監視用光センサの信号を処理するステップと、を含み、処理するステップのために受信用光センサの信号と監視用光センサの信号との間を多重化するステップを備えることを特徴とする光検出及び測距システムの動作方法によって達成される。
【００２５】
本発明の一実施の形態に係る方法は、受信用光センサの信号を処理するステップと監視用光センサの信号を処理するステップとの間の切り替えを行う。受信用光センサの信号は、光検出及び測距システムの周囲の物体を検出するために使用される。これは、例えば、放射され、反射／散乱された光信号の飛行時間を計算することによって実行される。監視用光センサの信号は、光源及び信号処理部の機能をテストするために使用される。これは、監視用光センサの処理された信号の結果を期待される結果と比較することによって行われる。したがって、本発明の方法は、光源及び／又は信号処理部の動作をチェックするために、監視用光センサの処理された信号を期待される信号、すなわち結果と比較するステップを備える。放射光信号は既知であり、監視用光センサは、光源の光信号を直接受信し、反射された光信号又は散乱された光信号を受信しないので、監視用光センサの結果を決定／予想することができる。処理された信号と期待される信号が相違する場合、光源及び／又は信号処理部にエラーがある。
【００２６】
本発明の一実施の形態では、周囲の光信号が複数の受信用光センサによって受信される。好ましくは、各受信用光センサの信号は、信号処理部によって別々に処理され、受信用光センサ毎に、多重化するステップが実行されるか、又は実行されることができる。したがって、本発明の方法によれば、反射及び／又は散乱された光信号は、複数の受信用光センサによって受信される。これらの受信用光センサの信号は、別個の信号処理部によって処理される。各信号処理部は、対応する受信用光センサの信号と監視用光センサの信号との間で切り替えが可能である。監視用光センサの信号は、異なる信号処理部によって処理することができ、光源のエラーの場合には、全ての信号処理部が期待される信号に対して同じ差異を示し、また、信号処理部におけるエラーの場合には、エラーに関連するそれぞれの信号処理部のみが、期待される信号に対して差異を示すことになるので、本発明の方法は、光源のエラーと信号処理部のエラーとを区別することができる。
【００２７】
本発明の一実施の形態によれば、監視用光センサの信号は、複数の信号処理部によって連続的に処理される。これは、複数の信号処理部のうちの１つだけが、対応する受信用光センサの信号の代わりに監視用光センサの信号を処理しているので、動作に悪影響を及ぼすことなく、光検出及び測距システムの通常動作中に行われ得る。
【００２８】
本発明の一実施の形態では、受信用光センサ又は監視用光センサの信号を処理するステップは、信号を増幅するステップ、及び／又は、信号をアナログ領域からデジタル領域に変換するステップを備える。
【００２９】
本発明の一実施の形態によれば、本発明の方法は、光検出及び測距システムを制御するステップ、特に、光信号の放射するステップ、光信号の放射を監視するステップ、反射及び／又は散乱された光を受信するステップ、及び／又は、受信用光センサ及び監視用光センサの信号を処理するステップを制御するステップを備える。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、セルフチェック機能を有する光検出及び測距システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明に係る光検出及び測距システムの実施の形態１のブロック図である。
【図２】図２は、本発明に係る光検出及び測距システムの実施の形態２のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を更に説明する。
【００３３】
［実施の形態１］
図１は、本発明の一実施の形態に係る光検出及び測距システム１の実施の形態１のブロック図である。
【００３４】
図１の光検出及び測距システム１は、光検出及び測距システム１の周囲に光信号３を放射するための光源２を備える。光源２は、例えばレーザダイオードであり、放射光信号３は、レーザパルスである。
【００３５】
光検出及び測距システム１は、光源２による光信号３の放射を監視するための監視用光センサ４をさらに備える。監視用光センサ４は、例えばフォトダイオードである。図１の実施の形態によれば、光源２及び監視用光センサ４は、箱１３によって示されるように、単一のユニット１３に統合されている。これにより、環境を乱すことなく、放射光信号３を監視用光センサ４で直接受信することができる。
【００３６】
図１の光検出及び測距システム１は、光検出及び測距システム１の周囲からの光信号６を受信するための受信用光センサ５をさらに備える。受信用光センサ５は、例えばフォトダイオードである。図１の光検出及び測距システム１は、単一の受信用光センサ５のみを備えるので、単一チャネル光検出及び測距システム１と呼ばれる。
【００３７】
受光信号６は、光検出及び測距システム１の周囲の物体７によって反射及び／又は散乱された放射光信号３に対応する。放射光信号３及び受光信号６の飛行時間を決定することによって、光検出及び測距システム１は、物体７までの距離を測定することができる。
【００３８】
光検出及び測距システム１は、受信用光センサ５の信号を処理するための信号処理部８をさらに備える。本発明によれば、信号処理部８は、受信用光センサ５の信号と監視用光センサ４の信号との間を多重化するためのマルチプレクサ６を入力に備える。信号処理部８は、受信用光センサ５又は監視用光センサ４の信号を増幅する増幅器１０と、増幅された信号をアナログ領域からデジタル領域に変換するアナログ−デジタル変換器１１と、をさらに備える。
【００３９】
光検出及び測距システム１は、受信用光センサ５又は監視用光センサ４の信号を処理するためのマイクロプロセッサ１２をさらに備える。マイクロプロセッサ１２は、例えば、物体７の検出のために、放射光信号３及び受光信号６の飛行時間を決定する。マイクロプロセッサ１２は、また、光放射及び信号処理におけるエラーを検出するために、監視用光センサ４の処理された信号を期待される結果と比較することができる。
【００４０】
図１の実施の形態によれば、マイクロプロセッサ１２は、光検出及び測距システム１のための制御部１２としても作用する。制御部１２は、光源２、監視用光センサ４、受信用光センサ５及びマルチプレクサ９を含む信号処理部８を制御する。しかしながら、制御部１２は、光検出及び測距システム１の独立した構成要素であることも可能である。
【００４１】
光検出及び測距システム１は、光源２を用いて光検出及び測距システム１の周囲に光信号３を放射する。同時に、光検出及び測距システム１は、外部の外乱を最小限に抑えるために光源２を備えた単一ユニット１３内に配置された監視用光センサ４を使用して、光信号３の放射を監視する。
【００４２】
放射光信号３は、光検出及び測距システム１の周囲の物体７によって反射及び／又は散乱される。反射及び／又は散乱された光信号６は、受信用光センサ５を使用して、光検出及び測距システム１によって受信される。
【００４３】
受信用光センサ５及び監視用光センサ４の信号は、信号処理部８で処理される。信号処理部８は、信号処理部８のマルチプレクサ９を使用して、受信用光センサ５の信号と監視用光センサ４の信号との間を多重化することができる。監視用光センサ４の信号を処理し、その結果を期待される結果と比較することによって、光検出及び測距システム１は、光放射及び信号処理におけるエラーを検出することができる。受信用光センサ５の信号を処理し、放射光信号３及び受光信号６の飛行時間を決定することによって、光検出及び測距システム１は、周囲の物体及び物体７までの距離を検出することができる。
【００４４】
受信用光センサ５及び監視用光センサ４の信号は、それぞれ、信号処理部で増幅された後、アナログ領域からデジタル領域に変換される。
【００４５】
［実施の形態２］
図２は、本発明に係る光検出及び測距システム１の実施の形態２のブロック図である。
【００４６】
図２の実施の形態２は、光検出及び測距システム１が複数の受信用光センサ５と、受信用光センサ５毎に別個の信号処理部８と、を備える点で、図１の実施の形態１とは異なる。各信号処理部８は、対応する受信用光センサ５の信号と監視用光センサ４の信号との間を多重化するための別個のマルチプレクサ９を備える。
【００４７】
図２の光検出及び測距システム１は、複数の受信用光センサ５を備えるので、多チャンネル光検出及び測距システム１と呼ばれる。
【００４８】
反射された光信号６は、複数の受信用光センサ５によって受信される。放射光信号３及び受光信号６の飛行時間は、受信用光センサ５毎に異なるので、光検出及び測距システム１は、例えば、受光信号６の入射角又は他の特徴をさらに決定することができる。
【００４９】
各信号処理部８は、対応する受信用光センサ５又は監視用光センサ４の信号を処理する。したがって、各信号処理部８は、別個のマルチプレクサ９を有する。好ましくは、別個の信号処理部８は、監視用光センサ４の信号を連続的に処理し、すなわち、各放射光信号３に対して、監視用光センサ４の対応する信号は、単一の信号処理部８によってのみ処理され、他の全ての信号処理部８は、対応する受信用光センサ５の信号を処理する。次の放射光信号３のために、監視用光センサ４の信号は、別の、すなわちシーケンスの次の信号処理部８によって処理される。このようにして、光検出及び測距システム１の機能は、中断されない。
【００５０】
監視用光センサ４の信号は、異なる信号処理部８によって処理されるので、光源３のエラーと信号処理部８のエラーとを区別することが可能である。全ての信号処理部８が、監視用光センサ４の信号の処理中に同じエラーを引き起こす／示す場合、光源２にエラーがある。１つの信号処理部８のみがエラーを引き起こす／示す場合、この信号処理部８がエラーを引き起こしている。
【符号の説明】
【００５１】
１：  光検出及び測距システム
２：  光源
３：  放射光信号
４：  監視用光センサ
５：  受信用光センサ
６：  受光信号
７：  物体
８：  信号処理部
９：  マルチプレクサ
１０：  増幅器
１１：  アナログ−デジタル変換器
１２：  マイクロプロセッサ／制御部
１３：  単一ユニット
【図１】
2020076763.tif 000003
【図２】
2020076763.tif 000004
【外国語明細書】
2020076763000001.pdf