(57)【要約】少なくとも１つの対象物までの距離を決定するためのアセンブリおよび方法が提案され、光信号は、第１の群の受光素子によって第１の電気信号に変換される。光信号は、第２の群の受光素子によって第２の電気信号にさらに変換される。距離は、光信号の放射のための開始信号の関数として時間相関光子計数を用いて第１の電気信号に基づいて決定される。さらに、距離は、時間相関光子計数とは異なる他の信号処理を用いて第２の電気信号に基づいて決定される。第２の群は、光子から電流への変換において第１の群よりも低い感度を有する。
2021507263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を使用して少なくとも１つの対象物の距離を決定するためのアセンブリであって、
前記光信号を第１の電気信号に変換する第１の群の受光素子と、
前記光信号を第２の電気信号に変換する第２の群の受光素子と、
前記第１の電気信号に基づいて、前記光信号の放射のための開始信号の関数として時間相関光子計数を用いて前記距離を決定する、第１の信号処理と、
前記第１の信号処理とは異なり、前記第２の電気信号に基づいて、前記開始信号の関数として前記距離を決定する第２の信号処理と、
電気信号への前記光信号の変換に対して前記第２の群の前記受光素子よりも高い感度を有する前記第１の群の前記受光素子とを有する、アセンブリ。
【請求項２】
前記第２の信号処理が、時間相関逐次サンプリングである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記第２の電気信号が、アナログである、請求項１または請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
時間相関逐次サンプリングが、前記第２の電気信号を少なくとも１つのランプ信号と比較し、この比較の出力信号を第１の時間・デジタル変換に供給し、第２の時間・デジタル変換に反転して供給し、前記第１および前記第２の時間・デジタル変換が、前記開始信号によって開始され、ヒストグラムをヒストグラム値で満たすために出力側でこのヒストグラムに接続される、請求項１または請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記第１の群が、受光素子として単一光子アバランシェ・ダイオードまたはシリコン光電子増倍管を有し、前記第２の群が、受光素子としてフォトダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオードを有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記フォトダイオードまたは前記アバランシェ・フォトダイオードが、前記単一光子アバランシェ・ダイオードが配置される半導体モジュールの縁部に配置される、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記フォトダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオードが、前記単一光子アバランシェ・ダイオード間に、好ましくは列または行に分離されて配置される、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記第１の群および前記第２の群の前記受光素子が、それぞれ、関連した受光レンズを有する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項９】
少なくとも１つのランプ計数器が、前記少なくとも１つのランプ信号を発生させるために用意され、前記ランプ計数器は、計数値が各開始信号を用いて所定の最終値まで増加され、前記計数値は、前記出力側で比較器に接続された少なくとも１つのデジタル・アナログ変換器に出力される、請求項４から請求項８のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのランプ信号の立ち上がり時間の逆数が、前記時間相関光子計数のパルスの周波数の整数倍である、請求項３から請求項８のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
光信号を使用して少なくとも１つの対象物までの距離を決定するための方法であって、
前記光信号が、第１の群の受光素子によって第１の電気信号に変換され、
前記光信号が、第２の群の受光素子によって第２の電気信号に変換され、
前記距離が、前記光信号の放射のための開始信号の関数として時間相関光子計数を用いて前記第１の電気信号に基づいて決定され、
前記距離が、開始信号の関数として前記時間相関光子計数とは異なる他の信号処理を用いて前記第２の電気信号に基づいて決定される、方法ステップを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項のカテゴリーにより、光信号を使用して少なくとも１つの対象物からの距離を決定するためのアセンブリおよび方法に基づく。
【背景技術】
【０００２】
変調された光学信号の位相を測定するためのシステムおよび方法が知られている（特許文献１参照）。この場合、いわゆる単一光子検出器ＳＰＤ（Single  Photon  Diode）が受信に使用される。さらに、ＳＰＡＤ（Single  Photon  Avalanche  Diode／単一光子アバランシェ・ダイオード）が属するこれらの種類の検出器が、いわゆる不感時間を有することが述べられている。
【０００３】
独立請求項の特徴を有する光信号を使用して少なくとも１つの対象物の距離を決定するための本発明によるアセンブリおよび本発明による方法は、対照的に、異なる群の受光素子であって、電気信号への光信号の変換に対して第１の群が第２の群の受光素子よりも高い感度を有し、異なる群の受光素子を使用することによって、近距離を特に良好に検出することができるという点において利点を有する。近距離を監視することは、いくつかの理由で特に重要である。すなわち、前面パネルの伝達関数は、ＬｉＤＡＲ（Light  Detection  and  Ranging）センサの自己診断のために監視すべきである。ＬｉＤＡＲシステムの正面の対象物は、数センチメートルの距離で検出可能でなければならない。すなわち、接近しつつある対象物は、この近距離において消滅してはならない。レーザの安全規制により、人または対象物がＬｉＤＡＲセンサに非常に近接しているとき、放射される光出力を低減することを要求される場合がある。
【０００４】
送信および受信デバイスの正面の共通の前面パネル上の反射光パルスが、例えば、ＳＰＡＤセルとして構成される受光素子を始動させることができることも問題である。そのような始動の後、ＳＰＡＤセルは、いわゆる不感時間を有する。これはおよそ１０乃至２０ナノ秒であり、その後、光信号の新たな検出が再度可能である。また、光信号が送られている場合、パルス幅は、例えば、５ナノ秒であり、測定は不可能である。前面パネルが、送信機と受信機との間の直接光フィードバックを提供することができる。例えば、システムが２００ｍの長距離用に設計されている場合、高エネルギーを有する光信号および非常に感度の高い受光素子を使用しなければならない。したがって、前面パネルの小さな後方散乱（例えば１％）は、受信機を完全な無力化に十分である。典型的なＳＰＡＤ受光セルは、１０乃至２０ナノ秒の不感時間をもたらし、これは１．５乃至３メートルの近距離に対応し、その場合、対象物は何も認識することができない。ＬｉＤＡＲシステムに加えて、本発明は関連したシステムに使用することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０２３３９４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
具体的には、本発明によるアセンブリおよび本発明による方法は、例えば、第１の群の受光素子が有する不感時間を、適切な受光素子を第２の群に提供することによって補償することができることを可能にする。すなわち、不感時間は、近距離においてはもう役割を果たさない。全体として、重要な近距離において何も見えなくなることのない光信号を使用して少なくとも１つの対象物の距離を決定するためのアセンブリおよび方法が、提案される。
【０００７】
光信号を使用して少なくとも１つの対象物の距離を決定するためのアセンブリは、例えば、筐体によって囲まれるコンパクトなアセンブリであり、光信号の１つの受信部だけがあるか、または光信号の送信部を有する組合せがあるかのいずれかである。代替案として、アセンブリの構成部品が分配され、局部的に結合されないことが可能である。
【０００８】
対象物とアセンブリとの間の距離は、これらの２つのものの間の伸長を介した接続である。対象物は、光信号を反射する空間形態である。これは、例えば、車両、歩行者、自転車、石または他の対象物であり得る。光信号は、通常、レーザ信号であるが、レーザによって放射されていない他の光信号も可能である。
【０００９】
光信号を第１の電気信号に変換する第１の群の受光素子は、例えば、いわゆる単一光子アバランシェ・ダイオード（ＳＰＡＤ）である。これらのＳＰＡＤには、高い逆電圧が供給されるため、これらのダイオードにおいてアバランシェ効果を始動させるには１つの光子だけで十分である。アバランシェ降伏は、構成部品が破壊されるのを防止するために、能動または受動クエンチ回路で停止する必要がある。アバランシェ降伏を停止し、ＳＰＡＤダイオードの受光の準備を回復するには、およそ１０乃至２０ｎｓを必要とする。その間、これ以上の検出は不可能である。
【００１０】
ＬｉＤＡＲ適用例において、様々なそのようなダイオードを組み合わせて、例えば、出力信号をＯＲ演算する、またはそれらを加算することによって、マクロ・ダイオードを形成することができる。例えば、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ、Silicon  Photomultiplier）は、複数のＳＰＡＤダイオードの出力信号の単純なアナログ加算を使用する。このような単一光子アバランシェ・ダイオードは、通常シリコン製である。しかし、化合物半導体も可能である。そのようなダイオードの動作モードは、ガイガー・モードとも呼ばれる。
【００１１】
第２の群は、例えば、光信号を第２の電気信号に変換するフォトダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）である。
【００１２】
信号処理は、ソフトウェア機能および／またはハードウェア機能とすることができる。ハードウェア・モジュールがある場合、これらを組み合わせて１つのハードウェア・モジュールとする、または異なるハードウェア・モジュールに分割することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の電気信号に基づく第１の信号処理は、光信号の放射のための開始信号の関数として時間相関光子計数を用いて距離を決定する。この場合、対象物検出は、例えば、ＴＣＳＰＣ（time-correlated single-photon counting／時間相関シングルフォトンカウンティング）測定原理を使用して実行することができる。この測定方法は、急速に変化する光の強度を測定するための技法である。この場合、測定は何度も繰り返され、励起パルスに関連した個々の時間相関光子は、測定時間に従っていわゆるＴＣＳＰＣヒストグラムに分類される。これは、典型的には、０．１乃至１ｎｓの時間的チャネル分解能またはクラス幅を有し、レーザ・パルスによって後方散乱された光の時間的経過を表す。これにより、後方散乱レーザ・パルスの非常に正確な時間測定が可能となる。例えば、対象物が、送信デバイスによって多くの光子でヒットされ、次いで、光子が受信機アセンブリによって受信される。この光子測定を頻繁に繰り返すことにより、飛行時間および振幅に関して光パルスを正確に決定することが可能である。測定が完了した後、極大値の回数がヒストグラムで決定される。最大値の時間的位置により、１つまたは複数の対象物までの距離測定が可能となる。
【００１４】
開始信号は、例えば、レーザ・ドライバを駆動するパルス発生器の信号である。このようにして、受信光信号と放射光信号との信号処理の同期は実現される。これにより、信号処理が簡略化される。光信号の放射のための開始信号は、送信機回路によって出力される。開始信号はインターフェースを介して信号処理に読み込まれる。光信号の放射とは、送信機回路からの放射光を意味する。代替案として、放射光の一部を受信機回路に供給することが可能である。そこで、この部分は電気信号に変換される。
【００１５】
第１の群の受光素子は、光信号から電気信号への変換において、第２の群の受光素子よりも高い感度を有する。この場合、例えば、ＳＰＡＤまたはＳｉＰＭを第１の群に使用することができ、フォトダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオードを第２の群に使用することができる。
【００１６】
光信号を受信するための受光素子の感度は、入射光と電気出力信号との関係として理解されたい。ＡＰＤなどのアナログ光検出器の場合、低感度とは、同じ光電流を得るのに、感度の高い受光素子の場合よりも多くの光が必要とされることを意味する。ＳＰＡＤ光検出器の場合、低感度のフォトセルは、高感度の受光セルよりも光子検出の確率が低い。
【００１７】
第２の信号処理は、時間相関光子計数とは異なる。例えば、ＳＰＡＤダイオードの第１の電気信号は直接デジタルで処理することができるが、第２の電気信号は、非常に高いサンプリングレートでデジタル化されなければならないアナログ信号であることが望ましい。高いサンプリングレートを有する従来のアナログ・デジタル変換は、高コストを生じさせ、大量のエネルギーを必要とする。時間相関光子計数と組み合わせて安価な逐次アナログ・デジタル変換を使用することは、特に有利である。
【００１８】
同じことが本発明による方法にも当てはまる。
【００１９】
独立請求項に規定されているように、光信号を使用して少なくとも１つの対象物の距離を決定するためのアセンブリおよび方法の有利な改善は、従属請求項に列記された方策および他の実施形態を通じて可能である。
【００２０】
第２の電気信号に基づく第２の信号処理は、開始信号の関数として時間相関逐次サンプリングを用いて対象物までの距離を決定する。時間相関逐次サンプリングは、周期的に繰り返される電気信号をデジタル化するための汎用的方法である。本ＬｉＤＡＲ適用例において、１ＧＨｚから１０ＧＨｚの間のサンプリングレートが、アナログ光検出器信号に対して実現されるものとする。これは、周知のアナログ・デジタル変換器による高コストおよび高いエネルギー消費を伴う場合にのみ可能である。
【００２１】
時間相関逐次サンプリングは、周期的に繰り返される信号を複数の信号周期にわたってデジタル化することができるという特性を利用する。この場合、アナログ入力信号はいくつかの信号周期にわたってサンプリングされ、サンプリングのパラメータは、目標を絞って変更される。したがって、サンプリングは、いくつかの信号周期にわたって順次実行される。次いで、個々の測定の結果は、入力信号の周期に関連付けられ、すなわち、時間とともに相関される。サンプリングされた信号は、時間分解能または品質がより高くなる。
【００２２】
具体的な適用例は、レーザ・パルスが既知の信号周期により繰り返し放射されるＴＣＳＰＣ距離測定方法の特性を使用する。対象物から後方散乱された光は、一方で、例えば、ＳＰＡＤ光検出器を用いて評価することができ、個々の光子事象が時間同期されたヒストグラムに入力される。並列に配置されたアナログ受光素子が光信号を受信することもできる。光パルスは何度も放射されるので、サンプリングは、パルス放射のいくつかの周期にわたって連続的に行うことができる。パルス送信の周期は既知であるので、逐次サンプリングの測定値を正しい時間的関係とすることは容易である。
【００２３】
この場合、第２の電気信号の時間相関逐次サンプリングが、好ましくは、アナログ値を少なくとも１つのランプ信号と比較し、出力信号を第１の時間・デジタル変換に供給し、第２の時間・デジタル変換に反転して供給し、第１および第２の時間・デジタル変換は、開始信号によって開始することができ、出力側でヒストグラムに接続することができることは有利である。ヒストグラムは第２のヒストグラム値で満たされる。ランプ信号は、のこぎり歯信号に等しい上昇電圧信号である。
【００２４】
対象物検出をサポートする測定方法は、いわゆるＴＤＣ（Time-to-Digital
Conversion／時間・デジタル変換）である。これは、状態を識別するデバイスであり、２つの事象間で発生した時間のデジタル表現を提供する。例えば、ＴＤＣは、各着信パルスの到着時間を出力することができる。具体的には、２つのパルス間の時間間隔は、ＴＤＣを用いて決定される。この場合、信号パルスの立ち上がりまたは立ち下がりエッジが対応する閾値を超えたとき、測定は、開始および停止することができる。時間・デジタル変換は、例えば、２つのパルス間の時間を決定し、それをデジタル語に変換するための方法である。例えば、この目的のために計数器を使用することができ、計数器は、例えば、受信光パルスまたは放射光パルスの開始および停止信号によって作動される。計数器によって決定された計数器表示の開始および終了における誤りを決定するために、いわゆる補間が使用される。遅延回路をこれに使用することができる。しかし、２つの相互に離調された発振器を使用すること、またはいわゆるオーバーサンプリング、例えば、四重オーバーサンプリングを使用すること、したがって、信号をサンプリングすることも可能である。時間、したがって、飛行時間を、計数器表示、および計数の開始および計数の終了における補間から取得した値を通じて正確に測定することができる。
【００２５】
さらに、第１の群が受光素子として単一光子アバランシェ・ダイオードを有し、第２の群が受光素子としてフォトダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオードを有することは有利である。
【００２６】
フォトダイオードは、受光を電流に変換する。アバランシェ効果がいわゆるアバランシェ・フォトダイオードに加えられる。したがって、これらのフォトダイオードは、従来のフォトダイオードよりも感度が高い。
【００２７】
フォトダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオードが、単一光子アバランシェ・ダイオードが上に位置する半導体モジュールの縁部に配置されることも有利である。代替案として、フォトダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオードが単一光子アバランシェ・ダイオード間に、好ましくは列または行に分離されて配置されることが可能である。この場合、第１の受光素子および第２の受光素子は、共通の受光レンズを有する。
【００２８】
さらに、フォトダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオードを半導体モジュールに隣接して配置することが可能である。この場合、第１の群の受光素子および第２の群の受光素子は、それぞれ関連した受光レンズを有する。したがって、レンズは、これらのそれぞれの受光素子に適合させることができる。
【００２９】
さらに、少なくとも１つのランプ計数器が、少なくとも１つのランプ信号を発生させるために提供され、その計数器の計数値は、各開始信号が所定の最終値になるまで増加させる。ここで計数値は、出力側で比較器に接続される少なくとも１つのデジタル・アナログ変換器に出力される。
【００３０】
さらに、少なくとも１つのランプ信号の立ち上がり時間の逆数が、時間相関光子測定のパルスの周波数の整数倍であることは有利である。これは有利な比率であると証明されている。
【００３１】
本発明の実施形態を図面に示し、以下の説明においてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ＬｉＤＡＲモジュールを搭載した車両を示す本発明の平面図である。
【図２】本発明によるアセンブリの第１のブロック図である。
【図３】本発明によるアセンブリの第２のブロック図である。
【図４】第１の群および第２の群の受光素子を有する半導体モジュールの表面を示す図である。
【図５】第１の群および第２の群の受光素子を有する半導体モジュールの他の表面を示す図である。
【図６】本発明による方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、方向Ｒに移動する車両Ｖを示す。車両Ｖは、ＬｉＤＡＲモジュールＬｉ１、Ｌｉ２、Ｌｉ３、Ｌｉ４、Ｌｉ５及びＬｉ６を有する。ＬｉＤＡＲモジュールは、光信号を送るための送信デバイスであり、次いで反射された光信号を受信するための本発明による受信アセンブリである。これらのＬｉＤＡＲモジュールは、車両Ｖの周囲を検出する。より多くのまたはより少ないＬｉＤＡＲモジュールを使用することができ、車両Ｖにおける他の位置においても使用することができる。したがって、対象物ＯＢはＬｉＤＡＲモジュールＬｉ１によって検出される。対象物の運動パラメータに基づいて距離を決定し、およびそれに対応して特徴付けすることによって、対象物ＯＢに衝突しないように衝突の可能性を推測し、車両Ｖの対応する運動に影響を与えることが可能である。
【００３４】
ＬｉＤＡＲモジュールＬｉ１乃至Ｌｉ６は、本発明による受信機アセンブリと、上記に説明したように、ＳＰＡＤアレイを使用して対象物ＯＢ上に反射されたレーザ・パルスを受信するためにレーザ・アレイを使用してレーザ・パルスを送信する送信デバイスを備える。次に時間相関光子計数を使用してそれらを評価して、対象物ＯＢと車両Ｖとの間の距離を決定する。これにはＴｏＦ（Time of Flight）方式が用いられる。
【００３５】
図２は、本発明によるアセンブリの第１のブロック図を示す。送信デバイスもブロック図上に示す。送信デバイスは、レーザ・ドライバＬＤにパルス信号を供給するパルス発生器ＰＧを有する。これらの信号に応じて、レーザ・ドライバは、レーザＬを駆動する。レーザＬは、レンズＯ１によって周囲に放射される光を放射する。レーザ・ドライバにも送られる開始信号は、パルス発生器ＰＧから本発明によるアセンブリの信号処理Ｓにも送信される。この場合、開始信号は、時間相関光子計数ｚＰｚ１および時間相関逐次サンプリングｚＰｚ２に供給される。したがって、受信光信号の評価は、送信機回路からの光信号の放射と同期される。本発明によるアセンブリは、ここでは、例えば受光素子の第１の群および第２の群を代表する１つだけに象徴されている。双方の受光素子は、それら独自のレンズを有する。１つのレンズだけを使用することも可能である。レンズはＯ２およびＯ３とラベル付けされ、レーザのレンズはＯ１とラベル付けされる。レンズＯ３は、光を第２の群の受光素子上に向ける。
【００３６】
レンズＯ２は、アバランシェ効果を使用して、単一光子でも電流に変換する単一光子アバランシェ・ダイオードＳＰＡＤに光を向ける。したがって、第１の群および第２の群の受光素子は、距離測定（距離）に同じ光源（レーザ）Ｌを使用する。
【００３７】
このダイオードが、対応する光子を受信する場合、時間相関光子計数ｚＰｚ１に供給される事象が作り出される。この事象の一時的な位置決めに応じて、対応する時間がヒストグラムに入力される。これは、パルス群内または単一パルス内のいずれかで非常に頻繁に繰り返される。
【００３８】
それは、ここではフォトダイオードＰＤに象徴される第２の群の受光素子の場合と同様である。フォトダイオードもバイアス電圧ＶＰＤの影響下にある。代替案として、アバランシェ・フォトダイオードを使用することができる。時間依存閾値決定の後、この光電流は時間相関逐次サンプリングｚＰｚ２に供給され、同様に、対応する時間としてヒストグラムに入力される。評価Ａは、これらのヒストグラム値、したがって、最終的には開始信号の関数として、対象物ＯＢまでのアセンブリの距離を決定する。この値が出力される。評価Ａを別の制御デバイスに配置することが可能であり、この場合、ヒストグラム値は直接送信されるか、または中間値のみ送信されることが可能である。
【００３９】
図３は、送信機回路と組み合わせた本発明によるアセンブリの第２のブロック図を示す。同じ参照記号は同じ要素を意味する。次に、開始信号は、パルス発生器ＰＧから本発明によるアセンブリの信号評価に送信される。時間・デジタル変換ＴＤＣ１を用いた時間相関フォトンカウンティングと、ＴＤＣ２およびＴＤＣ３を用いた時間相関逐次サンプリングが、ここで実行される。単一光子アバランシェ・ダイオードＳＰＡＤからの事象信号は、事象として時間・デジタル変換ＴＤＣ１に送信される。対応する時間が、各事象に対してヒストグラムＨ１に入力される。
【００４０】
フォトダイオードＰＤの出力信号は、トランスインピーダンス増幅器ＴＩＡを介して比較器Ｃｏｍｐの正入力に与えられる。ランプ計数器ＲＣおよびデジタル・アナログ変換器ＤＡから生成されたランプ信号は、比較器Ｃｏｍｐの負入力に送られる。それぞれの差に応じて、比較器Ｃｏｍｐは出力信号を出力し、その出力信号は事象として時間・デジタル変換ＴＤＣ２に出力される。またこの事象は、時間・デジタル変換ＴＤＣ３に反転出力される。２つの時間・デジタル変換ＴＤＣ２およびＴＤＣ３の出力信号は、第２のヒストグラムＨ２に入力される。ヒストグラムＨ２は、ランプ計数器ＲＣの計数器信号も含む。ランプ計数器ＲＣは、開始信号Ｓｔａｒｔによって始動される。
【００４１】
時間・デジタル変換は、開始信号に関連したいわゆる事象の時間を測定する。最終的に、フォトダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオードは、ＳＰＡＤ受光素子に並列の光学受信経路に配置される。光電流は、トランスインピーダンス増幅器ＴＩＡによって電圧に変換される。ランプ計数器ＲＣおよびデジタル・アナログ変換器ＤＡによって生成されるのこぎり歯信号の立ち上がり時間は、上述したようにパルス発生器ＰＧの周波数の倍数である。これの代替がある。パルス発生器ＰＧが開始されるたびに、ランプ計数器ＲＣが１つずつ増加する。２進値は、これをアナログ・ランプ信号に変換するデジタル・アナログ変換器ＤＡに転送される。ランプ計数器ＲＣが規定値に達すると停止され、測定結果を評価することができる。比較器Ｃｏｍｐの出力信号は、上述のように、２つの時間・デジタル変換ＴＤＣ２およびＴＤＣ３に接続される。時間・デジタル変換器ＴＤＣ２は、光検出器の出力信号がランプ信号の値を超えた回数を測定する。時間・デジタル変換器ＴＤＣ３は、反転された比較器信号を受け取り、光検出器信号がランプ信号の値未満に降下した回数を測定する。ランプ信号発生器は、ランプ閾値に対応するデジタル・計数器値も出力する。光検出器信号がランプ信号の値よりも上にある時間間隔が、ヒストグラムに記録される。すべてのヒストグラム値は、測定サイクルの開始において値ゼロで初期化される。光検出器信号がランプ信号を超えると、対応するビンが、ランプ計数器の現在の計数器値で満たされる。後続の測定サイクルにおいて、光検出器信号がランプ信号を上回る場合、小さい値が、大きい値で上書きされる。ランプ計数器ＲＣが最大値に達すると、ランプ発生器は停止しなければならない。ヒストグラムにおけるデータは、評価の準備が整っており、ランプ計数器ＲＣをリセットすることによって新たな測定サイクルを開始することができる。
【００４２】
２つのヒストグラムの評価は、図３に明示的には示さないが、図２の場合と同様に提示することもできる。
【００４３】
図４は、単一光子アバランシェ・ダイオードを大きなフィールドＳＰＡＤＡに有し、フォトダイオードを小さな側部領域ＰＤＣに有する半導体受信機モジュールの表面を示す。フォトダイオードを半導体モジュールの異なる縁部領域に配置することが可能であるが、列または行として配置することが好ましい。代替案として、フォトダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオードおよびＳＰＡＤが、ＰＤ１、ＰＤ２及びＰＤ３とＳＰＡＤ１、ＳＰＡＤ２及びＳＰＡＤ３で交互に列を配置することを図５に示す。
【００４４】
図６は、本発明による方法のフロー図を示す。方法ステップ６００において、第１の電気信号が、第１の群の受光素子を用いて生成される。同時に、方法ステップ６０１において、第２の電気信号が、第２の群の受光素子を変換することによって生成される。方法ステップ６０２において、本発明によるアセンブリは、対象物からのアセンブリの距離を第１および第２の電気信号から決定する。
【符号の説明】
【００４５】
Ｌｉ１、Ｌｉ２、Ｌｉ３、Ｌｉ４、Ｌｉ５、Ｌｉ６  レーザＬｉＤＡＲモジュール
ＯＢ  対象物
Ｒ  方向
Ｖ  車両
ＬＤ  レーザ・ドライバ
Ｌ  レーザ
ＰＧ  パルス発生器
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３  レンズ
ＶＳＰＡＤ  ＳＰＡＤのバイアス電圧
ＶＰＤ  フォトダイオードのバイアス電圧
ＳＰＡＤ  単一光子アバランシェ・ダイオード
ＰＤ  フォトダイオード
ＲＱ  クエンチ抵抗器
ｚＰｚ１、２  時間相関光子計数
Ａ  評価
Ｓ  信号処理
ＴＤＣ１、ＴＤＣ２、ＴＤＣ３  時間・デジタル変換
Ｈ１、２  ヒストグラム
ＲＣ  ランプ計数器
ＤＡ  デジタル・アナログ変換器
ＴＩＡ  トランスインピーダンス増幅器
Ｃｏｍｐ  比較器
Ｉ  インバータ
ＳＰＡＤＡ  ＳＰＡＤのフィールド
ＰＤＣ  フォトダイオードの列
ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３  フォトダイオードの列
ＳＰＡＤ１、ＳＰＡＤ２、ＳＰＡＤ３  単一光子アバランシェ・ダイオードの列
６００、６０１、６０２  方法ステップ
【図１】
2021507263.tif 000003
【図２】
2021507263.tif 000004
【図３】
2021507263.tif 000005
【図４】
2021507263.tif 000006
【図５】
2021507263.tif 000007
【図６】
2021507263.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月1日(2019.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を使用して少なくとも１つの対象物（ＯＢ）の距離を決定するためのアセンブリであって、
前記光信号を第１の電気信号に変換する第１の群の受光素子（ＳＰＡＤ）と、
前記光信号を第２の電気信号に変換する第２の群の受光素子（ＰＤ）と、
前記第１の電気信号に基づいて、前記光信号の放射のための開始信号（ＳＴＡＲＴ）の関数として時間相関光子計数を用いて前記距離を決定する、第１の信号処理（ｚＰｚ１）と、
前記第１の信号処理とは異なり、前記第２の電気信号に基づいて、前記開始信号の関数として前記距離を決定する第２の信号処理（ｚＰｚ２）と、
電気信号への前記光信号の変換に対して前記第２の群の前記受光素子（ＰＤ）よりも高い感度を有する前記第１の群の前記受光素子（ＳＰＡＤ）とを有する、アセンブリ。
【請求項２】
前記第２の信号処理（ｚＰｚ２）が、時間相関逐次サンプリングである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記第２の電気信号が、アナログである、請求項１または請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
時間相関逐次サンプリングが、前記第２の電気信号を少なくとも１つのランプ信号と比較し、この比較の出力信号を第１の時間・デジタル変換（ＴＤＣ２）に供給し、第２の時間・デジタル変換（ＴＤＣ３）に反転して供給し、前記第１および前記第２の時間・デジタル変換（ＴＤＣ２、３）が、前記開始信号によって開始され、ヒストグラム（Ｈ２）をヒストグラム値（Ｈ２）で満たすために出力側でこのヒストグラムに接続される、請求項１または請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記第１の群が、受光素子として単一光子アバランシェ・ダイオードまたはシリコン光電子増倍管を有し、前記第２の群が、受光素子としてフォトダイオード（ＰＤ）またはアバランシェ・フォトダイオードを有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記フォトダイオード（ＰＤ）または前記アバランシェ・フォトダイオードが、前記単一光子アバランシェ・ダイオード（ＳＰＡＤ）が上に位置する半導体モジュールの縁部に配置される、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記フォトダイオード（ＰＤ）または前記アバランシェ・フォトダイオードが、前記単一光子アバランシェ・ダイオード（ＳＰＡＤ）間に、好ましくは列または行に分離されて配置される、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記第１の群および前記第２の群の前記受光素子が、それぞれ、関連した受光レンズ（Ｏ１、Ｏ２）を有する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項９】
少なくとも１つのランプ計数器（ＲＣ）が、前記少なくとも１つのランプ信号を発生させるために用意され、前記ランプ計数器は、計数値が各開始信号を用いて所定の最終値まで増加され、前記計数値は、前記出力側で比較器（Ｃｏｍｐ）に接続された少なくとも１つのデジタル・アナログ変換器（ＤＡ）に出力される、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのランプ信号の立ち上がり時間の逆数が、前記時間相関光子計数のパルスの周波数の整数倍である、請求項３から請求項８のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
光信号を使用して少なくとも１つの対象物（ＯＢ）までの距離を決定するための方法であって、
前記光信号が、第１の群の受光素子（ＳＰＡＤ）によって第１の電気信号に変換され、
前記光信号が、第２の群の受光素子（ＰＤ）によって第２の電気信号に変換され、
前記距離が、前記光信号の放射のための開始信号の関数として時間相関光子計数を用いて前記第１の電気信号に基づいて決定され、
前記距離が、開始信号の関数として前記時間相関光子計数とは異なる他の信号処理を用いて前記第２の電気信号に基づいて決定される、方法ステップを有し、
前記第１の群の前記受光素子（ＳＰＡＤ）が、電気信号への前記光信号の前記変換に対して前記第２の群の前記受光素子（ＰＤ）よりも高い感度を有する、方法。
【国際調査報告】
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