本申请基于2017年1月4日在日本专利局提交的日本第2017-000160号专利申请，此处以引证的方式将该申请的整个内容并入。
本公开涉及一种扫描式距离测量设备，更具体地涉及一种通过投射激光束并接收反射激光束来测量距离的扫描式距离测量设备。
背景技术：
传统地，存在通过投射激光束以执行扫描并接收反射激光束来测量距离或检测障碍物的已知技术。例如，jp2004-177350a公开了一种车辆雷达设备，在该车辆雷达设备中，提高由反射物体反射的反射波的检测灵敏度。该车辆雷达设备累加基于彼此相邻的预定数量的所发射激光束输出的预定数量的光接收信号，并且输出所累加信号。通过累加预定数量的光接收信号，放大与来自反射物体的反射波对应的光接收信号分量。因此，可以提高来自反射物体的反射波的检测灵敏度。此时，可以在使要累加的所接收信号的范围一次移位一个光接收信号的量的同时，设置要累加的光接收信号的多个范围。由此，可以使由于所累加信号而产生的角分辨率的降低最小化。
另外，jp2005-300233a公开了一种累加式车辆雷达设备，在该累加式雷达设备中，在防止检测性能的降低(诸如可检测距离的缩短)的同时减小光接收信号的累加处理的计算处理负荷。该车辆雷达设备执行累加与彼此相邻的多个所发射激光束对应的多个光接收信号的累加处理。由此，可以提高反射物体的检测灵敏度。然而，在该累加处理中，因为同一采样时刻的数字数据被累加在以累加为目标的光接收信号的各范围中，所以计算量随着采样次数增加而增大。因此，延迟块参照激光束照射时刻来调节光接收信号的采样开始时刻的延迟时间。因此，即使为了减小计算负荷而使采样次数小于覆盖整个检测距离所需的采样次数，也可以通过适当改变延迟时间来在以上所描述的整个检测距离上检测反射物体。
另外，jp05-203738a公开了一种用于车辆的障碍物检测设备，该障碍物检测设备在检测区域内存在多个障碍物的情况下且在存在移动障碍物的情况下适当检测并评价障碍物，而不管车辆的行进状态的变化和障碍物的行为如何。该障碍物检测设备从车速和转向角来计算横向加速度、轮胎滑移角、轮胎滑移率、纵向加速度、转向角、横摆角速度等。例如，在横摆角速度大于预定值的情况下，障碍物检测设备确定车辆驾驶状态不稳定，并且将要由扇形束扫描的区域与彼此交叠的交叠宽度设置为大值。否则，障碍物检测设备将交叠宽度设置为正常值并设置小区域的扩散角。
在以上所描述的技术中，为了降低噪声对所接收反射束的影响并放大与来自对象的反射束对应的接收强度信号，将从光接收元件输出的信号累加(integrate)多次。如果来自多个光接收元件中的同一光接收元件与彼此相邻的多个所发射光束对应地连续输出接收强度信号，则更容易累加与来自同一障碍物的反射束对应的接收强度信号。因此，通常基于从同一光接收元件多次连续输出的光接收强度信号测量距离。然而，在扫描式设备的情况下，生成光接收元件无法从其接收反射束的区域，该区域与在设备需要来自另一个光接收元件的输出信号的同时移动的激光束的扫描角度对应。该区域是用于光接收元件的所谓的未检测区域。
鉴于上文，本公开提供了一种扫描式距离测量设备，其使得能够减小各光接收元件的未检测区域且使检测遗漏更不太可能发生。
技术实现要素：
为了解决以上所描述的问题，本公开提供了一种扫描式距离测量设备，该扫描式距离测量设备包括：光投射器，该光投射器被构造为以预定间隔投射激光束；光接收器，该光接收器包括多个光接收元件，并且被构造为接收光投射器投射的激光束的反射束，并且输出反射束的光接收强度信号；扫描操作单元，该扫描操作单元被构造为至少投射由光投射器投射的激光束，以执行扫描；累加器(integrator)，该累加器被构造为，当光接收器接收与以预定间隔投射的激光束对应的反射束时，针对各光接收元件累加由光接收器输出的时序光接收强度信号；以及距离计算器，该距离计算器被构造为，基于累加器执行的累加而针对各光接收元件来计算到对象的距离。累加器累加从一个光接收元件输出的一个光接收强度信号，然后累加从另一个光接收元件输出的一个光接收强度信号。
扫描式距离测量设备累加从一个光接收元件输出的一个光接收强度信号，然后累加从另一个光接收元件输出的一个光接收强度信号。由此，同一光接收元件不连续输出光接收强度信号，这导致减少获取来自另一个光接收元件的输出信号所花费的时间。因此，可以提供使得能够减小来自各光接收元件的各输出中的未检测区域，并使检测遗漏不太可能发生的扫描式距离测量设备。
扫描式距离测量设备还可以包括复用器，该复用器被构造为从来自多个光接收元件的输出中选择来自一个光接收元件的输出。复用器可以选择来自一个光接收元件的输出，然后选择来自另一个光接收元件的输出。
根据以上的扫描式距离测量设备，可以将来自一个光接收元件的输出容易地切换到来自另一个光接收元件的输出。
此外，光投射器可以包括光投射元件阵列，该光投射元件阵列包括被设置为行的多个光投射元件。光接收器可以包括光接收元件阵列，该光接收元件阵列包括：沿与光投射元件阵列的多个光投射元件设置的方向相同的方向被设置为行的多个光接收元件。扫描操作单元可以使光投射器和光接收器沿如下方向执行扫描，该方向与多个光投射元件设置在光投射元件阵列中的方向正交，且与多个光接收元件设置在光接收元件阵列中的方向正交。复用器可以从光接收元件阵列选择一个光接收元件。光投射器可以使光投射元件投射激光束，该光投射元件投射由复用器选择的光接收元件反射并接收的激光束。
由此，一维光投射器和一维光接收器可以测量二维区域中的距离。
本公开可以提供一种扫描式距离测量设备，该扫描式距离测量设备使得能够减小各光接收元件的未检测区域并使检测遗漏不太可能发生。
附图说明
图1a、图1b、图1c以及图1d分别是根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备的顶视图、正视图、立体图以及侧视图；
图2a、图2b、图2c以及图2d分别是在去除罩等的情况下的、根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备的顶视图、正视图、从与图1c中相同的方向看到的立体图以及底视图；
图3是根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备的框图；
图4a和图4b分别是根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备的示意侧视图和示意正视图；
图5a和图5b分别是根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备的激光二极管模块的示意图和光电二极管模块的示意图；
图6是根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备的光投射器的电路图；
图7是根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备的光接收器的电路图；
图8是例示了根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备安装在车辆中的情况的说明图；
图9是例示了根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备的扫描操作的说明图；
图10是例示了根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备的光接收和投射方法的说明图；
图11是用于说明根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备中的光投射和接收时刻的说明图；
图12是用于说明根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备的未检测区域的说明图；
图13是用于说明根据本公开的第一实施方式的扫描式距离测量设备的累加器的累加方法的说明图；
图14是根据本公开的第二实施方式的扫描式距离测量设备的框图；
图15a和图15b分别是根据本公开的第二实施方式的扫描式距离测量设备的激光二极管模块的示意图和光电二极管模块的示意图；
图16是根据本公开的第二实施方式的扫描式距离测量设备的光投射器的电路图；
图17是根据本公开的第二实施方式的扫描式距离测量设备的光接收器的电路图；
图18是例示了根据本公开的第二实施方式的扫描式距离测量设备的光接收和投射方法的说明图；
图19是用于说明根据本公开的第二实施方式的扫描式距离测量设备中的光投射和接收时刻的说明图；以及
图20是用于说明根据本公开的第二实施方式的扫描式距离测量设备的未检测区域的说明图。
具体实施方式
下面将参照附图来描述各实施方式。在附图中，相同或等效的部件由相同的附图标记来指定。在本公开的实施方式中，为了提供本发明的更彻底理解，阐述大量具体细节。然而，将对本领域普通技术人员明显的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，未详细描述公知特征，以避免使本发明模糊。
第一实施方式
将参照图1a至图13来描述根据本公开的一个或更多个实施方式的扫描式距离测量设备100。扫描式距离测量设备100安装在移动体上，并且检测到对象obj的距离。注意，在该规范中，在地面上移动的车辆(汽车、火车、摩托车等)将被描述为移动体的示例。然而，移动体可以是在水上移动的船或在空中移动的飞行器。
扫描式距离测量设备100基于激光发射与反射光束的接收之间的时间差和所发射激光束的投射方向，来测量到测量目标的距离和测量目标的方向。激光束在方向性和会聚上良好。扫描方向是投射激光束以执行扫描的方向。在实施方式中，如稍后将描述的，一维地改变光投射方向和光接收方向。光投射方向和光接收方向，与发射光的激光二极管一维地排列成激光二极管阵列的方向以及接收光的光电二极管一维地排列成光电二极管阵列的方向垂直。因此，在执行一次的扫描中扫描平面(执行二维扫描)。
如图1a至图1d例示，扫描式距离测量设备100包括：激光雷达罩90，该激光雷达罩90在正视图中为拱形；和激光雷达壳体91，该激光雷达壳体91大致为长方体，并且在内部包括诸如稍后描述的激光二极管和光电二极管这样的构成部分。激光雷达罩90由透过激光束和反射激光束(电磁波)的材料制成，并且允许从激光二极管发射的激光束投射在对象obj上，并且允许接收来自对象obj的反射激光束。
图2a至图2d是通过去除激光雷达罩90和激光雷达壳体91，仅例示了在激光雷达壳体91内部包括的主要构成部件的视图。图2a是如从拱形的激光雷达罩90观察的顶视图。扫描式距离测量设备100包括：激光二极管模块(ld模块)20，该ld模块发射激光束；光电二极管模块(pd模块)30，该pd模块接收反射激光束；以及旋转镜10，该旋转镜10在由马达13旋转的同时投射由激光二极管模块20发射的激光束，并向光电二极管30引导反射激光束。
激光二极管模块20包括：激光二极管阵列21，该激光二极管阵列21实际上发射激光束；和聚光透镜22，该聚光透镜22会聚展开的激光束，并且使激光束的发散角变窄。如图4a和图4b例示，光电二极管模块30包括：光电二极管阵列31，该光电二极管阵列31实际上接收反射激光束，并且将反射激光束转换成电信号；两个固定镜33，该两个固定镜33将反射激光束引导到光电二极管阵列31；以及光接收透镜32，该光接收透镜32被定位在反射束的光路径上，并且将反射束聚焦在光电二极管阵列31上。旋转镜10包括光投射镜11，该光投射镜在旋转的同时反射并投射由激光二极管模块20发射的激光束；和光接收镜12，该光接收镜12与光投射镜11同轴地旋转，并且在旋转的同时将反射激光束从该对象引导到光电二极管模块30。通过使镜旋转以投射激光束并接收反射激光束来执行扫描的方法被称为旋转镜系统。
在位于图2a的上部处的激光二极管模块20朝向图2a中的右边发射激光束时，激光束击中光投射镜11，并且旋转镜10朝向图2a的近侧(朝向激光雷达罩90)投射激光束。图2a中的从近侧到深度侧的反射束击中位于图2a的下部的光接收镜12，被反射到图2a中的左边，并且被引导到固定镜33。参照图2b，位于图2b的中心部的激光二极管阵列21向图2b中的右边发射激光束。聚光透镜22会聚激光束，并且使激光束的发散角变窄。然后，光投射镜11反射激光束并在图2b中向上(朝向激光雷达罩90)投射激光束。参照图2d，来自图2d中的上侧(来自激光雷达罩90侧)的反射激光束击中光接收镜12，朝向位于图2d的右部处的固定镜33反射，然后穿过光接收透镜32。然后，另一个固定镜33对反射激光束进行反射，并且光电二极管模块30接收反射激光束。
参照图3的框图，将更详细地描述扫描式距离测量设备100。扫描式距离测量设备100包括：光投射器(lightprojector)2a，该光投射器包括以上所描述的激光二极管模块(ld模块)20；光接收器3a，该光接收器3a包括光电二极管模块(pd模块)30；扫描操作单元1a，该扫描操作单元1a包括旋转镜10等；以及控制器40，该控制器40控制以上构成部件并向外部机构输出所测量距离。
光投射器2a包括：激光二极管模块20，该激光二极管模块20具有是光投射元件的两个激光二极管2b；和充电电路23。光投射器2a以预定时间间隔投射激光束。如图5a例示，两个激光二极管2b沿垂直方向(x轴方向)并排设置，并且被构造为沿与对象obj垂直的方向投射光束。如图6例示，充电电路23包括电容器c和fet。电容器c从电源v_ld接收电力并充电。各fet是布置在激光二极管2b与电容器c之间以控制从电容器c到激光二极管2b的供电的开关元件。控制器40控制导通和截止fet的控制信号ld1_trig和控制信号ld2_trig。
在完成电容器c的充电之后，光投射器2a导通与两个激光二极管2b中的一个对应的fet，以向激光二极管2b供电并投射激光束。因此，光投射器2a并不使两个激光二极管2b同时投射激光束。在将一个激光二极管2b投射激光束的时间与激光二极管2b投射激光束所需的电容器c的充电时间进行比较时，后者更长。因此，光投射器2a在预定时间通过之后投射激光束。稍后将描述充电时间与光投射时间等之间的关系。
光接收器3a包括：光电二极管模块30，该光电二极管模块30具有是光接收元件的两个光电二极管3b；和a/d转换器34。光接收器3a接收由光投射器2a投射的激光束的反射束，并且向控制器40输出反射束的光接收强度信号。如图5b例示，两个光电二极管3b沿垂直方向(z轴方向)并排设置，并且被构造为沿与对象obj垂直的方向接收光束。如图7例示，光电二极管3b包括：诸如光电二极管(例如，雪崩光电二极管apd)这样的元件，该元件将光能量转换成电能；跨阻放大器tia，该tia将来自元件的电流输出转换成电压信号；可变增益放大器vga，该vga放大电压信号；等。a/d转换器34将光电二极管3b接收的光信号转换成数字信号。
扫描操作单元1a包括：旋转镜10，该旋转镜10如上所述地由马达13驱动旋转；马达驱动电路14，该马达驱动电路14驱动马达13旋转；以及镜位置检测器15，该镜位置检测器检测15旋转镜10的位置(旋转角)。扫描操作单元1a操作为使旋转镜10沿水平方向(与设置激光二极管2b和光电二极管3b的方向正交的方向)旋转，并且通过沿水平方向投射和接收光束来执行扫描。注意，在实施方式中，因为光投射镜11和光接收镜12同轴旋转，所以扫描操作单元1a使光投射镜11和光接收镜12这两者旋转。然而，与在jp2004-177350a和jp2005-300233a中相同，以下构造是可行的：旋转镜仅设置在光投射侧，并且旋转镜不设置在光接收侧上。
控制器40驱动扫描操作单元1a并检测镜位置。当镜位置处于预定镜位置中时，控制器40使光投射器2a投射光束，并从已经接收反射光束的光接收器3a读取信号(光接收强度信号)。在控制器40从光接收器3a读取信号之后，控制器40在进一步驱动扫描操作单元1a每单位时间旋转预定角度的同时，重复光投射和接收。通过重复以上操作，扫描式距离测量设备100沿水平方向以预定视角执行扫描，并且测量到在视角内的对象obj的距离。例如，如图8例示，扫描式距离测量设备100设置在车辆cr的前部、后部、右部以及左部处。各扫描式距离测量设备100具有扫描范围sa(例如，140度)的水平视角。因此，扫描式距离测量设备100可以测量几乎沿任意方向定位的对象obj。
控制器40包括累加器41和距离计算器42。累加器41累加针对是光接收元件的各光电二极管3b累加时序光接收强度信号。光接收器3a在光接收器3a接收与以预定时间间隔投射的激光束对应的反射束时，输出时序光接收强度信号。距离计算器42基于累加器41执行的累加，针对各光接收元件计算到对象obj的距离。注意，控制器40是微计算机，该微计算机控制：rom(制度存储器)，该rom存储控制程序等；ram(随机存取存储器)，该ram临时存储所接收信号、诸如镜位置的数据等；网络适配器，该网络适配器用于与外部机构交换以上数据和程序；电源监测等。
如图13例示，累加器41获得从执行多次的光接收获得的时序光接收强度信号的和(即，累加这些时序光接收强度信号)。例如，在第一次光投射和接收中，获得图13中例示的光接收强度信号“光接收(lightreception)1-1”。在第二次光投射和接收中，获得光接收强度信号“光接收1-2”。在第n次光投射和接收中，获得光接收强度信号“光接收1-n”。因为所接收的信号中包括随机噪声，所以第1至第n个光接收强度信号彼此不同。然而，通过如在图13的右侧上的图形和表示图形的公式(1)例示地累加光接收强度信号，可以在不减小信号分量的情况下减小噪声分量，并且可以提高灵敏度。
【公式(1)】
图13所例示的时间t指示从光投射到光接收所花费的时间段。因此，距离计算器42基于所累加的光接收强度最大的时间t，针对各光接收元件来计算到对象的距离。例如，假定到测量目标的距离不大于100米，则tmax近似为700纳秒。
参照图9至图12，将详细描述在扫描式距离测量设备100中的扫描操作以及光投射和接收时刻。图9例示了在扫描式距离测量设备100对扫描范围sa进行扫描的情况下的扫描操作。在扫描式距离测量设备100中，两个激光二极管2b顺序投射激光束，并且两个光电二极管3b接收激光束。两个激光二极管2b和两个光电二极管3b如图5a和图5b例示地沿z轴方向(垂直方向)排列。图9中的向下(负z轴方向)实线箭头指示来自两个激光二极管2b中的上激光二极管2b首先发光，然后下激光二极管2b发光。这是因为，两个激光二极管如上所述地不同时发光。
上光电二极管3b接收由上激光二极管2b投射的激光束的反射束。下光电二极管3b接收由下激光二极管2b投射的激光束的反射束。因此，上激光二极管2b和上光电二极管3b分别首先投射和接收激光束。然后，下激光二极管2b和下光电二极管3b分别投射和接收激光束。在下激光二极管2b和下光电二极管3b分别投射和接收激光束之后，上激光二极管2b和上光电二极管3b分别投射和接收激光束。因此，扫描方向如由虚线箭头指示地为斜向上向右。注意，旋转镜10在在上激光二极管2b和上光电二极管3b分别投射和接收激光束且然后下激光二极管2b和下光电二极管3b分别投射和接收激光束的同时旋转。因此，实际扫描方向如由实线箭头指示地不是向下(负z轴方向)，而严格来说是斜向下向右。然而，为了附图的简单起见，实线箭头指示扫描方向。
扫描式距离测量设备100被构造为，使旋转镜10在上激光二极管和光电二极管以及下激光二极管和光电二极管重复地交替投射和接收激光束的同时使跨扫描范围sa朝向在水平方向上的右边(x轴正方向)执行扫描。因此，总体上与光栅扫描类似地执行扫描。更具体地，在实施方式中，旋转镜10在光投射和接收的一个执行与光投射和接收的下一执行之间旋转0.25度。例如，上激光二极管2b投射激光束，并且上光电二极管3b对应地接收激光束。然后，旋转镜10在下激光二极管2b投射激光束且下光电二极管3b对应地接收激光束之前旋转0.25度。旋转镜10还在上激光二极管2b再次投射激光束且上光电二极管3b再次对应地接收激光束之前旋转0.25度。因此，旋转镜从上光电二极管3b的光接收到下一上光电二极管3b的接收旋转0.5度。
图9作为示例例示了扫描式距离测量设备100的视场，在该视场中，英式足球存在于左下区域中，人存在于左上区域和右下区域中，并且汽车存在于近似上中心区域中。
图10比较地例示了这种视场中的未检测区域，未检测区域在传统技术的扫描式距离测量设备中生成，并且在根据本公开的一个或更多个实施方式的扫描式距离测量设备100中生成。通常，在扫描式距离测量设备中，为了减小所接收反射束的噪声的影响并放大与来自对象的反射束对应的光接收强度信号，将从光接收元件输出的信号累加多次。在传统技术的扫描式距离测量设备中，如果来自多个光接收元件中的同一光接收元件连续输出信号，则更容易累加与来自同一对象的反射束对应的信号，并区分对象与噪声。因此，通常基于同一光接收元件多次(图10中为两次)连续输出的光接收强度信号来测量距离。
在传统技术的扫描式距离测量设备中，首先，上激光二极管和上光电二极管连续执行光投射和接收两次(例如，“光投射和接收1-1”和“光投射和接收1-2”)。扫描式距离测量设备基于通过累加在执行两次的光投射和接收中输出的光接收强度信号获得的结果来计算距离。接着，下激光二极管和下光电二极管连续执行光投射和接收两次(例如，“光投射和接收2-1”和“光投射和接收2-2”)。扫描式距离测量设备基于通过累加在执行两次的光投射和接收中输出的光接收强度信号获得的结果来计算距离。然后，上激光二极管和上光电二极管连续执行光投射和接收两次(例如，“光投射和接收1-1”和“光投射和接收1-2”)。扫描式距离测量设备基于通过累加在执行两次的光投射和接收中输出的光接收强度信号获得的结果来计算距离。在这种情况下，旋转镜100在第一次“光投射和接收1-2”与第二次“光投射和接收1-1”之间旋转。因此，生成激光束无法投射到且无法从其接收激光束的区域(未检测区域)。未检测区域在图10的中间图中被例示为灰色。另外，在图10所例示的传统技术中，彼此相邻的“光投射和接收1-1”的区域与“光投射和接收1-2”的区域彼此部分交叠。
图11中的上图例示了电容器c的充电时刻和此时的光投射和接收时刻。图11例示了每10μs执行充电与光投射和接收(以及信号读取)的示例。首先，在从0至5μs的时段内对电容器c充电。使用充电电力，上激光二极管(图11中的ld1)投射激光束。随后，光电二极管(图11中的pd1)接收激光束。以上光投射、光接收以及信号读取在从5至10μs的时段中执行(“光投射和接收1-1”)。然后，在从10至15μs的时段中对电容器c充电。使用充电电力，同一上激光二极管(图11中的ld1)投射激光束。随后，光电二极管(图11中的pd1)接收激光束。以上光投射、光接收以及信号读取在从15至20μs的时段中执行(“光投射和接收1-2”)。即，在传统技术的扫描式距离测量设备的情况下，同一上(或下)激光二极管和光电二极管连续执行光投射和接收两次。因此，针对由光接收获得的信号，连续累加来自同一光接收元件的信号。
在根据本公开的一个或更多个实施方式的扫描式距离测量设备100中，如图10中的右图例示，首先，上激光二极管2b和上光电二极管3b执行光投射和接收一次(例如，“光投射和接收1-1”)。然后，下激光二极管2b和下光电二极管3b执行光投射和接收一次(例如，“光投射和接收2-1”)。然后，上激光二极管2b和上光电二极管3b执行光投射和接收一次(例如，“光投射和接收1-2”)。扫描式距离测量设备100基于通过累加在执行两次的光投射和接收(即，“光投射和接收1-1”和“光投射和接收1-2”)中输出的光接收强度信号获得的结果来计算距离。接着，下激光二极管2b和下光电二极管3b执行光投射和接收一次(例如，“光投射和接收2-2”)。扫描式距离测量设备100基于通过累加在执行两次的光投射和接收(即，“光投射和接收2-1”和“光投射和接收2-2”)中输出的光接收强度信号获得的结果来计算距离。在这种情况下，旋转镜10在“光投射和接收1-1”与“光投射和接收1-2”之间且在“光投射和接收2-1”与“光投射和接收2-2”之间旋转。因此，与传统技术的扫描式距离测量设备类似，生成被例示为灰色的、激光束无法投射到且无法从其接收激光束的区域(未检测区域)。
电容器c的充电时刻与此时的光投射和接收时刻如下。如图11例示，在从0至5μs的时段中对电容器c充电。使用充电电力，上激光二极管2b(图11中的ld1)投射激光束。随后，光电二极管3b(图11中的pd1)接收激光束。在该光接收之后，控制器40从光电二极管3b读取光接收强度信号。以上光投射、光接收以及信号读取在从5至10μs的时段中执行(“光投射和接收1-1”)。累加器41累加光接收强度信号与之前从上光电二极管3b获得的光接收强度信号。然后，在从10至15μs的时段中对电容器c充电。使用充电电力，下激光二极管2b(图11中的ld2)投射激光束。随后，光电二极管3b(图11中的pd2)接收激光束。该光投射和接收在从15至20μs的时段中执行(“光投射和接收2-1”)。在该光接收之后，控制器40从光电二极管3b读取光接收强度信号。以上光投射、光接收以及信号读取在从15至20μs的时段中执行(“光投射和接收2-1”)。累加器41累加光接收强度信号与之前从下光电二极管3b获得的光接收强度信号。
即，在根据本公开的一个或更多个实施方式的扫描式距离测量设备100的情况下，上激光二极管2b和光电二极管3b以及下激光二极管2b和光电二极管3b交替投射并接收激光束，并且对于各光电二极管3b累加从光电二极管3b获得的光接收强度信号。在这种情况下，累加器41交替地累加从上光电二极管3b获得的光接收强度信号和从下光电二极管3b获得的光接收强度信号。
在根据本公开的一个或更多个实施方式的扫描式距离测量设备100中也生成未检测区域。然而，在扫描式距离测量设备100中的各未检测区域的尺寸小于传统技术的扫描式距离测量设备中的各未检测区域的尺寸。如图12例示，各未检测区域的尺寸差防止较小对象的检测遗漏。注意，黑色遮蔽部在图12中指示未检测区域。很少发生的是，即使各未检测区域大，传统技术的扫描式距离测量设备也不检测是较大对象的汽车。然而，如果对象的尺寸与人的尺寸近似相同，则传统技术的扫描式距离测量设备可以检测该对象(在上级上的人)或可以不检测该对象(在下级上的人)。此外，估计传统技术的扫描式距离测量设备不太可能检测更小的英式足球。相比之下，因为各未检测区域更小，所以扫描式距离测量设备100更可能甚至检测英式足球。
如上所述，扫描式距离测量设备100的累加器41累加从作为一个光接收元件的光电二极管3b输出的光接收强度信号，并且累加从作为另一个光接收元件光电二极管3b输出的光接收强度信号。由此，同一光接收元件不连续输出光接收强度信号，这导致减少获取来自另一个光接收元件的输出信号所花费的时间。因此，可以提供如下扫描式距离测量设备，其使得能够减小在来自各光接收元件的各输出中生成的未检测区域，并使检测遗漏不太可能发生。
第二实施方式
将参照图14至图20来描述根据一个或更多个实施方式的扫描式距离测量设备100’。注意，为了省略与例示性实施方式中的描述交叠的描述，给予相同的构成部件相同的附图标记，并且将主要描述不同点。扫描式距离测量设备100’包括：光投射器2a’，该光投射器包括两个激光二极管模块20；光接收器3a’，该光接收器3a’包括光电二极管模块30’；扫描操作单元1a，该扫描操作单元1a包括旋转镜10等；以及控制器40，该控制器40控制以上构成部件并向外部机构输出所测量距离。
光投射器2a’包括激光二极管阵列21(光投射元件阵列)，该激光二极管阵列包括两个光投射器2a。各光投射器2a包括：激光二极管模块20，该激光二极管模块20具有两个激光二极管2b；和充电电路23。光投射器2a’以预定时间间隔投射激光束。如图15a例示，在光投射器2a’中，各包括沿垂直方向(z轴方向)排列的两个激光二极管2b沿垂直方向排列。即，总共四个激光二极管2b设置在光投射器2a’中。光投射器2a’被构造为，沿对象obj的高度方向投射激光束。如图16例示，以与图6所例示的充电电路23相同的方式在各光投射器2a’中设置充电电路23。控制器40控制用于导通和截止各fet的控制信号ld1_trig、控制信号ld2_trig、控制信号ld3_trig以及控制信号ld4_trig。
在光投射器2a’中，针对各激光二极管模块20设置一个充电电路23。因此，虽然一个激光二极管模块20中的两个激光二极管2b不同时投射激光束，但两个激光二极管20中的两个激光二极管2b可以同时投射激光束。
光接收器3a’包括：光电二极管模块30’，该光电二极管模块30’具有四个光电二极管3b；和a/d转换器34。光接收器3a’接收由光投射器2a’投射的激光束的反射束，并且向控制器40输出反射束的光接收强度信号。如图15b例示，四个光电二极管3b沿垂直方向(z轴方向)并排设置，以形成光电二极管阵列31(光接收元件阵列)，并且被构造为沿对象obj的高度方向接收激光束。在光电二极管阵列31中，多个光电二极管3b沿与激光二极管阵列21的多个激光二极管2b排列的方向相同的方向排列成行。
如图17例示，光电二极管3b包括：诸如光电二极管(例如，雪崩光电二极管apd)这样的元件，该元件将光能量转换成电能；跨阻放大器tia，该跨阻放大器tia将来自元件的电流输出转换成电压信号；复用器35，该复用器35从来自四个光电二极管3b的电压信号的输出中选择来自一个光电二极管3b的电压信号的输出；可变增益放大器vga，该可变增益放大器vga放大所选电压信号；等。
参照图18至图20，将详细描述在扫描式距离测量设备100’中的扫描操作以及光投射和接收时刻。图18比较地例示了与图9中的扫描区域类似的扫描区域sa中的未检测区域，未检测区域在传统技术的扫描式距离测量设备中生成，并且在根据本公开的一个或更多个实施方式的扫描式距离测量设备100’中生成。
在传统技术的扫描式距离测量设备中，首先，最上激光二极管和最上光电二极管连续执行光投射和接收两次(例如，“光投射和接收1-1”和“光投射和接收1-2”)。扫描式距离测量设备基于通过累加在执行两次的光投射和接收中输出的光接收强度信号获得的结果来计算距离。中下激光二极管和中下光电二极管连续执行光投射和接收两次(例如，“光投射和接收1-2”之前的“光投射和接收3-1”，以及“光投射和接收1-2”之后的“光投射和接收-2-2”)。扫描式距离测量设备基于通过累加在执行两次的光投射和接收中输出的光接收强度信号获得的结果来计算距离。然后，中上激光二极管和中上光电二极管连续执行光投射和接收两次(例如，“光投射和接收2-1”和“光投射和接收2-2”)。扫描式距离测量设备基于通过累加在执行两次的光投射和接收中输出的光接收强度信号获得的结果来计算距离。最下激光二极管和最下光电二极管连续执行光投射和接收两次(例如，“光投射和接收2-2”之前的“光投射和接收4-1”和“光投射和接收2-2”之后的“光投射和接收4-2”)。扫描式距离测量设备基于通过累加在执行两次的光投射和接收中输出的光接收强度信号获得的结果来计算距离。然后，最上激光二极管和最上光电二极管连续执行光投射和接收两次(例如，“光投射和接收1-1”和“光投射和接收1-2”)。扫描式距离测量设备基于通过累加在执行两次的光投射和接收中输出的光接收强度信号获得的结果来计算距离。在这种情况下，旋转镜100在第一次“光投射和接收1-2”与第二次“光投射和接收1-1”之间旋转。因此，生成被例示为灰色的、激光束无法投射到且无法从其接收激光束的区域(未检测区域)。类似地，在其他级中的每一个上的激光二极管和光电二极管中生成未检测区域。
图19例示了电容器c1和c2的充电时刻以及此时的光投射和接收时刻。在图19中，首先，在从0至5μs的时段中对电容器c1充电。使用充电电力，最上激光二极管(图19中的ld1)投射激光束。随后，光电二极管(图19中的pd1)接收激光束。以上光投射和光接收在从5至10μs的时段中执行(“光投射和接收1-1”)。另外，在从5至10μs的时段中对电容器c2充电。使用充电电力，中下激光二极管(图19中的ld3)投射激光束。随后，光电二极管(图19中的pd3)接收激光束。以上光投射和光接收在从10至15μs的时段中执行(“光投射和接收3-1”)。
然后，在从10至15μs的时段中对电容器c1充电。使用充电电力，同一最上激光二极管(图19中的ld1)投射激光束。随后，光电二极管(图19中的pd1)接收激光束。以上光投射和光接收在从10至15μs的时段中执行(“光投射和接收1-2”)。另外，在从15至20μs的时段中对电容器c2充电。使用充电电力，中下激光二极管(图19中的ld3)投射激光束。随后，光电二极管(图19中的pd3)接收激光束。以上光投射和光接收在从20至25μs的时段中执行(“光投射和接收3-2”)。
然后，在从20至25μs的时段中对电容器c1充电。使用充电电力，中上激光二极管(图19中的ld2)投射激光束。随后，光电二极管(图19中的pd2)接收激光束。以上光投射和光接收在从25至30μs的时段中执行(“光投射和接收2-1”)。另外，在从25至30μs的时段中对电容器c2充电。使用充电电力，最下激光二极管(图19中的ld4)投射激光束。随后，光电二极管(图19中的pd4)接收激光束。以上光投射和光接收在从30至35μs的时段中执行(“光投射和接收4-1”)。即，在传统技术的扫描式距离测量设备的情况下，同一级上的激光二极管和光电二极管连续执行光投射和接收两次。因此，复用器35还连续选择来自同一光接收元件的信号。因此，连续累加来自同一光接收元件的信号。另外，光投射器2a可以使光投射元件投射激光束，该光投射元件投射由复用器35选择的光接收元件所反射并接收的激光束。
在根据本公开的一个或更多个实施方式的扫描式距离测量设备100’中，如图18和图19例示，首先，最上激光二极管2b和最上光电二极管3b执行光投射和接收一次(例如，“光投射和接收1-1”)。电容器c2在最上激光二极管2b和最上光电二极管3b执行“光投射和接收1-1’”时充电。在完成电容器c2的充电时，中下激光二极管2b和中下光电二极管3b执行“光投射和接收3-1”一次。电容器c1在中下激光二极管2b和中下光电二极管3b执行“光投射和接收3-1’”时充电。在完成电容器c1的充电时，中上激光二极管2b和中上光电二极管3b执行“光投射和接收2-1”一次。电容器c2在中上激光二极管2b和中上光电二极管3b执行“光投射和接收2-1’”时充电。在完成电容器c2的充电时，最下激光二极管2b和最下光电二极管3b执行“光投射和接收4-1”。电容器c1在最下激光二极管2b和最下光电二极管3b执行“光投射和接收4-1’”时充电。
在完成电容器c1的充电时，最上激光二极管2b和最上光电二极管3b执行光投射和接收一次(例如，“光投射和接收1-2”)。扫描式距离测量设备100’基于通过累加在执行两次的光投射和接收(即，“光投射和接收1-1”和“光投射和接收1-2”)中输出的光接收强度信号获得的结果来计算距离。类似地，中下激光二极管2b和中下光电二极管3b执行“光投射和接收3-2”一次。扫描式距离测量设备100’基于通过累加在执行两次的光投射和接收(即，“光投射和接收3-1”和“光投射和接收3-2”)中输出的光接收强度信号获得的结果来计算距离。与例示性实施方式类似，旋转镜10例如在“光投射和接收1-1”与“光投射和接收1-2”之间且在“光投射和接收3-1”与“光投射和接收3-2”之间旋转。因此，与传统技术的扫描式距离测量设备类似，生成被例示为灰色的、激光束无法投射到且无法从其接收激光束的区域(未检测区域)。
在根据本公开的一个或更多个实施方式的扫描式距离测量设备100’中也生成未检测区域。然而，在扫描式距离测量设备100’中的各未检测区域的尺寸小于传统技术的扫描式距离测量设备中的各未检测区域的尺寸。如图20例示，各未检测区域的尺寸差防止较小对象的检测遗漏。很少发生的是，即使各未检测区域大，传统技术的扫描式距离测量设备也不检测是较大对象的汽车。然而，如果对象的尺寸与人的尺寸近似相同，则传统技术的扫描式距离测量设备可以检测对象(在中上级上的人)或可以不检测对象(在中下级上的人)。此外，传统技术的扫描式距离测量设备不太可能检测更小的英式足球。相比之下，因为各未检测区域更小，所以扫描式距离测量设备100’更可能甚至检测英式足球。
如上所述，扫描式距离测量设备100’的复用器35选择来自一个光接收元件的输出，然后选择来自另一个光接收元件的输出。根据以上的扫描式距离测量设备，可以将来自一个光接收元件的输出容易地切换到来自另一个光接收元件的输出。另外，扫描式距离测量设备100’的累加器41累加从作为一个光接收元件的光电二极管3b输出的光接收强度信号，然后累加从作为另一个光接收元件的光电二极管3b输出的光接收强度信号。由此，同一光接收元件不连续输出光接收强度信号，这导致减少获取来自另一个光接收元件的输出信号所花费的时间。因此，可以减小在来自各光接收元件的各输出中生成的未检测区域并使检测遗漏不太可能发生。
此外，光投射器2a可以包括光投射元件阵列21，该光投射元件阵列21包括设置为行的多个光投射元件2b。光接收器3a可以包括光接收元件阵列31，该光接收元件阵列31包括沿与光投射元件阵列21的多个光投射元件2b设置的方向相同的方向设置为行的多个光接收元件3b。复用器35可以从光接收元件阵列31选择一个光接收元件3b。光投射器2a可以使光投射元件2b投射激光束，该光投射元件投射由复用器35选择的光接收元件3b反射并接收的激光束。由此，一维光投射器2a和一维光接收器3a可以通过执行扫描一次来测量二维区域中的距离。
注意，本公开不限于被描述为示例的实施方式，并且可以在处于不与在各权利要求中描述的内容偏离的范围内的构造中实施。虽然已经主要参照特定实施方式特别例示并描述了本公开，但本领域技术人员可以在不偏离本公开的技术思想和范围的情况下对上述实施方式在数量和另一个详细说明的构造上进行各种改变。