JP2008286565A - 物体検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基準走査方向に存在する物体の検知可能距離を確保し、かつこの基準走査方向から外れた位置に存在する物体の検知能力を確保することができる物体検知装置を提供する。
【解決手段】レーダ装置１は、水平方向に分割した検知領域毎に、その検知領域における存在を検知したい物体の距離範囲に応じて垂直方向の走査範囲を変化させる。例えば、水平方向における基準走査方向を正面前方に決定している場合、この基準走査方向から離れるにつれて、レーザ光の垂直走査範囲を大きくする。これにより、レーダ装置１は、水平方向における走査角度毎に、その走査角度において、存在を検知したい物体の距離範囲で、垂直方向におけるレーザ光の照射範囲をほぼ同じにする。
【選択図】図９

Description

この発明は、レーザ光や電波等の電磁波を検知波として利用し、物体の位置を検知する物体検知装置に関する。

従来、車両の安全走行を援助する車載装置として、レーザ光や電波等の電磁波を検知波として利用し、車両の前方に存在する物体を検知するレーダ装置（物体検知装置）があった。レーダ装置は、検知波を発信してから、この検知波の反射波を受信するまでの経過時間を計測することにより、検知波を反射した物体までの距離を得る。また、このときの検知波の発信方向から、検知波を反射した物体が存在する方向を得る。レーダ装置は、予め定めた検知範囲において検知波を水平方向に走査しながら、すなわち検知波の発信方向を水平方向に変化させながら、上述した物体までの距離および方向を得る処理を繰り返し行い、この検知範囲内に存在する物体毎に、車両との相対位置を得る。また、レーダ装置は、検知した物体毎に、時間経過にともなう距離および方向の変化を検出する。さらには車両の走行速度や走行方向を用いて、その物体の移動速度を算出し、物体が停止しているのか、移動しているのかの区別も行える。車両側では、レーダ装置の検知結果に基づいて、検知した物体が前方を走行している車両である場合、追従走行等にかかる制御が行われる。

また、搭載した車両の走行速度に応じて、検知波として利用するレーザ光の水平方向の走査角、および拡がり角を調整するレーダ装置も提案されている（特許文献１参照）。レーダ装置は、特許文献２に記載されているように、検知対象の物体との距離が長くなるにつれて、受信される反射波のエネルギーが小さくなることから、物体の検知可能距離を長くするには、検知波の拡がり角を抑え、ビームを絞る必要がある。一方、近距離の物体を検知する場合には、検知波が物体に当たらない事態を回避するために、検知波の拡がり角を大きくし、ビームを大きくするのが好ましい。特許文献１は、以下の（ａ）、（ｂ）の考えに基づき、車両の走行速度が遅くなるにつれて、レーザ光の水平方向の走査角、および拡がり角を大きくすることを提案している。
（ａ）車両の走行速度が速いときには、車両の斜め前方に存在する物体の検知能力が低下しても、車両の正面前方に存在する物体を早めに検知することが、車両の安全走行の援助に効果的である。
（ｂ）車両の走行速度が遅いときには、反対に、車両の正面前方に存在する物体を早めに検知するよりも、車両の斜め前方に存在する物体の検知能力を向上させたほうが、車両の安全走行の援助に効果的である。

さらに、検知波の走査方向を水平方向、および垂直方向の２軸としたレーダ装置も提案されている（特許文献３参照）。
特開２０００− ７５０３０号公報 特開平１１ − ７２５５４号公報 特開２００４−１２５７３９号公報

しかしながら、車両に搭載されるレーダ装置は、車両の安全走行を援助することを目的としている。したがって、特許文献１のように、車両の走行速度が速いときに、車両の斜め前方に存在する物体の検知能力が低下したり、車両の走行速度が遅いときに、車両の正面前方に存在する物体の検知可能距離が短くなって、その物体の検知が遅れたりすることは、望ましいことではない。すなわち、車両の走行速度に関係なく、車両の正面前方に存在する物体の検知可能距離を確保し、かつ車両の斜め前方に存在する物体の検知能力の低下を抑えることが、車両の安全走行を援助する上で重要である。

この発明の目的は、前方に存在する物体の検知可能距離を確保し、かつこの前方から外れた位置に存在する物体の検知能力を確保することができる物体検知装置を提供することにある。

この発明の物体検知装置は、上記課題を解決し、その目的を達成するために以下のように構成している。

発信手段が、レーザ光や電波等の電磁波を検知波として発信する。走査手段が、前記発信手段が発信した検知波を水平方向に走査する。また、受信手段が、前記発信手段が発信した検知波の物体からの反射波を受信する。検知波を反射した物体までの距離は、前記発信手段が検知波を発信してから、前記受信手段が反射波を受信するまでの経過時間により求められる。また、この物体が存在する方向は、前記走査手段により走査されている検知波の発信方向である。そして、位置検出手段が、距離と方向に基づいて、前記発信手段が発信した検知波を反射した物体の位置を検出する。

物体に対する検知可能距離を最大にする方向を基準走査方向とし、例えば本体正面としてもよいし、本体を車両等の移動体に取り付ける場合には、その移動体が移動している移動路（道路等）の形状に応じて決定してもよい。また、本体を取り付けた移動体が移動している移動路の形状に応じて基準走査方向を決定する場合には、当該移動体が移動している移動路の形状を取得する構成を設ければよい。さらに、水平方向における検知波の基準走査方向は、基準走査方向決定手段が決定する。

前記走査手段による、水平方向における検知波の発信方向が前記基準走査方向決定手段により決定された前記基準走査方向から離れるにつれて、照射範囲調整手段が、前記発信手段からの距離が同じ位置において、検知波が照射される垂直方向の長さを大きくする。言い換えれば、水平方向における検知波の発信方向が前記基準走査方向から離れるにつれて、検知波が照射される垂直方向の長さが同じになる距離を短くする。例えば、走査手段を、検知波を垂直方向にも走査できる構成とし、検知波の発信方向が前記基準走査方向から離れるにつれて、垂直方向における検知波の走査角（走査範囲）を大きくすればよい。また、検知波の発信方向が前記基準走査方向から離れるにつれて、垂直方向における検知波の拡がり角を大きくしてもよい。さらには、これらを組みあわせた構成としてもよい。

したがって、決定した基準走査方向に対応する正面前方等に存在する物体の検知可能距離を確保することができるとともに、この基準走査方向から外れた位置に存在する物体の検知能力も確保することができる。

この発明によれば、基準走査方向に存在する物体の検知可能距離を確保することができるとともに、この基準走査方向から外れた位置に存在する物体の検知能力も確保することができる。

以下、この発明の実施形態であるレーダ装置について説明する。

図１は、この発明の実施形態であるレーダ装置の主要部の構成を示す図である。このレーダ装置１は、制御部２と、発信部３と、受信部４と、走査部５と、水平走査位置検出部６と、垂直走査位置検出部７と、外部インタフェース８（以下、外部Ｉ／Ｆ８と言う。）と、を備えている。このレーダ装置１は、移動体である車両に搭載される。制御部２は、本体各部の動作を制御する。制御部２は、後述する物体検知処理を実行するためのプログラムや、動作時に用いるパラメータ等を記憶するメモリ２ａを有している。発信部３は、発光素子であるレーザダイオード３ａ（以下、ＬＤ３ａと言う。）、ＬＤ３ａの発光を制御する発光制御部３ｂ、およびＬＤ３ａ発光面に対向して配置した投光レンズ３ｃを備えている。また、受信部４は、受光素子であるフォトダイオード４ａ（以下、ＰＤ４ａと言う。）、ＰＤ４ａの出力信号を処理する受信回路４ｂ、およびＰＤ４ａの受光面に対向して配置した受光レンズ４ｃを備えている。

走査部５は、ＬＤ３ａの発光面に対して、投光レンズ３ｃを水平方向、および垂直方向に移動する。ＬＤ３ａから発信されたレーザ光の発信方向は、投光レンズ３ｃの水平方向の移動にともなって水平方向に変化し、投光レンズ３ｃの垂直方向の移動にともなって垂直方向に変化する。すなわち、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光の水平方向の走査が、走査部５による投光レンズ３ｃの水平方向の移動により行える。また、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光の垂直方向の走査が、走査部５による投光レンズ３ｃの垂直方向の移動により行える。また、受光レンズ４ｃは、投光レンズ３ｃに連結されている（図２参照）ので、走査部５による投光レンズ３ｃの移動に同期して、受光レンズ４ｃはＰＤ４ａの受光面に対して水平方向、および垂直方向に移動する。これにより、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光の物体からの反射光をＰＤ４ａの受光面に集光することができる。図２において、投光レンズ３ｃを右方向に移動するにつれて、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光の発信方向が右側に傾き、反対に投光レンズ３ｃを左方向に移動するにつれて、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光の発信方向が左側に傾く。図２（Ａ）は、レーザ光の発信方向がほぼ正面になる状態を示しており、図２（Ｂ）は、レーザ光の発信方向が正面より右側に傾いた状態を示している。

なお、走査部５は、上述したように、投光レンズ３ｃ、および受光レンズ４ｃを図２における紙面の左右方向だけでなく、紙面に対して垂直方向にも移動できる。また、ここでは、曲率を内周側から外周側に段階的に変化させた、いわゆるフレスネルレンズを用いた投光レンズ３ｃ、および受光レンズ４ｃを示しているが、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光の走査範囲を確保することができれば、曲率が単一のレンズを用いてもよい。

水平走査位置検出部６は、走査部５から投光レンズ３ｃの水平方向の位置を取得し、これを制御部２に入力する。垂直走査位置検出部７は、走査部５から投光レンズ３ｃの垂直方向の位置を取得し、これを制御部２に入力する。制御部２は、水平走査位置検出部６から入力された投光レンズ３ｃの水平方向の位置から、ＬＤ３ａが発信したレーザ光について水平方向における発信方向を算出する。また、制御部２は、垂直走査位置検出部７から入力された投光レンズ３ｃの垂直方向の位置から、ＬＤ３ａが発信したレーザ光について垂直方向における発信方向を算出する。

外部Ｉ／Ｆ８は、搭載されている車両側の制御ユニット（以下、車両側制御ユニットと言う。）との入出力を制御する。車両側制御ユニットには、ＧＰＳ装置、ナビゲーション装置、ヨーレートセンサ、車速センサ等が接続されている。レーダ装置１は、検知した物体の位置等を、外部Ｉ／Ｆ８を介して車両側制御ユニットに通知する。また、レーダ装置１は、外部Ｉ／Ｆ８を介して車両側制御ユニットから車両の位置、地図情報、車両の角速度、車両の走行速度等の情報を取得する。例えば、レーダ装置１は、ＧＰＳ装置とナビゲーション装置から、車両の位置、進行方向前方の道路形状を取得し、車両と検知した物体の相対的な位置関係から、この物体が存在する地図上の位置を検出する。これにより、レーダ装置１は、検知した物体が、車両が走行している道路上に存在しているのか、道路外に存在しているのかの判断も行える。また、ヨーレートセンサにより得られた車両の角速度と、車速センサにより得られた車両の走行速度とから、走行している車両の走行軌跡の曲率半径を、
車両の走行軌跡の曲率半径＝走行速度／角速度
により求めることができる。したがって、レーダ装置１は検知した物体が、道路上で車両の走行軌跡上に存在しているのか、走行軌跡外に存在しているのかの判断も行える。また、ヨーレートセンサは、レーダ装置１側に設けてもよい。

ここで、このレーダ装置１における物体検知処理について簡単に説明する。レーダ装置１は、この物体検知処理を実行するためのプログラムをメモリ２ａに記憶している。また、外部Ｉ／Ｆ８を介して、車両側から車両の走行速度等の情報が制御部２に入力される。図３、および図４は、物体検知処理を説明する図である。ＬＤ３ａ，投光レンズ３ｃ、ＰＤ４ａ、受光レンズ４ｃ、および走査部５を組み込んだ検知ヘッド９が、車両１０の前面に取り付けられている。図３、および図４に示す１１は、車両１０の前方を走行している前方車両である。レーダ装置１は、図３に示す水平走査範囲において、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光を水平方向に走査する。具体的には、走査部５が、ＬＤ３ａに対して投光レンズ３ｃを水平方向に移動し、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光を水平走査範囲内で水平方向に走査する。その水平走査範囲が、水平方向における物体の検知範囲である。また、レーダ装置１は、図４に示す垂直走査範囲においても、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光を垂直方向に走査する。具体的には、走査部５が、ＬＤ３ａに対して投光レンズ３ｃを垂直方向に移動し、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光を垂直走査範囲で垂直方向に走査する。制御部２は、水平走査位置検出部６、および垂直走査位置検出部７から入力されている投光レンズ３ｃの水平方向の位置、および垂直方向の位置から、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光の水平方向の発信方向、および垂直方向の発信方向を検出する。

また、走査部５は、投光レンズ３ｃの移動に同期させて、受光レンズ４ｃを移動し、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光の物体からの反射光をＰＤ４ａの受光面に集光する。発光制御部３ｂは、制御部２からの指示にしたがって、ＬＤ３ａを制御し、図５に示すように、予め定めた時間間隔でレーザ光を発信する。受信回路４ｂは、ＰＤ４ａの出力信号を処理し、ＰＤ４ａにおける受光量レベルに対応した電気信号を制御部２に入力する。ＰＤ４ａの受光量は、図５に示すように、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光の反射光を受光したときに増大する。

制御部２は、ＬＤ３ａがレーザ光を発信したタイミングＴ１（またはＴ３）と、ＰＤ４ａがＬＤ３ａから発信されたレーザ光の反射光を受光したタイミングＴ２（またはＴ４）と、の時間から、ＬＤ３ａが発信したレーザ光を反射した物体までの距離Ｌを算出する。距離Ｌは、
Ｌ＝ｃ×（Ｔ２−Ｔ１）／２ （ｃ：レーザ光の伝搬速度）
で算出できる。また、制御部２は、水平走査位置検出部６、および垂直走査位置検出部７から得ている、ＬＤ３ａから発信したレーザ光の水平方向の発信方向、および垂直方向の発信方向を用いて、車両１０に対する物体の方向を得る。そして、この物体までの距離と、方向とに基づいて、車両１０に対する物体の相対位置を検知する。レーダ装置１は、検知した物体毎に、その位置を外部Ｉ／Ｆ８を介して車両側制御ユニットに通知する。

なお、車両側制御ユニットは、レーダ装置１からの通知に基づいて、車両１０を前方車両１１に追従して走行させる追従走行制御等を行う。

以下、このレーダ装置１における物体検知処理の詳細について説明する。

レーダ装置１は、搭載された車両１０の安全走行を十分に援助するために、物体の検知可能距離を確保し、存在する物体を早めに検知したい方向（以下、基準走査方向と言う。）を決める。例えば、車両１０が直線道路を走行している場合には、前方車両１１の存在を早めに検知したいので、正面前方をこの基準走査方向に決定する。

図６は、一車線一方通行の直線道路を走行している車両から見た前方風景を示す図である。ＬＤ３ａから発信されたレーザ光は、距離に比例して拡がるので、図中に示す前方車両１１に対する検知可能距離を確保するには、レーザ光の拡がり角を抑えて光エネルギー密度を保つ必要がある。一方、水平方向におけるレーザ光の走査角が大きくなるにつれて（歩行者１２や物体の存在を検知する方向が、車両１０の正面前方から水平方向に離れるにつれて）、図７（Ａ）に示すように、存在を検知したい歩行者１２や、物体が存在する範囲が道路から歩道等に変化するとともに、徐々に車両１０に近づいてくる。すなわち、水平方向におけるレーザ光の走査角が大きくなるにつれて、存在を検知したい歩行者１２や物体と、車両１０と、の距離が実質的に短くなる。上述したように、レーザ光は距離に比例して広がるので、レーザ光の拡がり角を抑えて水平方向に走査すると、図７（Ｂ）や図８に示すように、車両１０近くの歩道を通行している歩行者１２等に当たる位置では、レーザ光の垂直方向のビーム径が小さい。すなわち、車両１０近くの歩道を通行している歩行者１２等に当たる位置では、レーザ光の垂直方向の照射範囲が小さい。このため、レーザ光が、車両１０近くの歩道を通行している歩行者１２等に当たらなかったり、当たったとしても反射率が極めて低い部分に当たったり、または反射率は高いが反射波がレーダ装置１に戻らない角度となっている部分に当たる等の可能性が高くなり、車両１０近くの歩道を通行している歩行者１２等の検知能力の低下を招く。

また、図９に示すように、レーザ光の拡がり角を大きくして、車両１０近くの歩道を通行している歩行者１２等に当たる位置でレーザ光の垂直方向のビーム径を大きくすることもできるが、この場合には、基準走査方向において反射波が検知できる物体までの距離が短くなる。すなわち、基準走査方向における検知可能距離が短くなり、基準走査方向に存在する物体を早めに検知することができなくなる。このレーダ装置１は、図７（Ｃ）に示すように、車両１０の正面前方から水平方向に離れるにつれて、この車両１０との距離が短くなる、存在を検知したい歩行者１２や、物体が存在する範囲で、垂直方向におけるレーザ光の照射範囲をほぼ同じにする。

このレーダ装置１は、基準走査方向における物体の検知可能距離を確保するとともに、この基準走査方向から離れた方向については比較的近くに存在する物体の検知能力も確保した物体検知処理を実行する。具体的には、図１０に示すように、水平方向における走査角度毎に、その走査角度において、存在を検知したい物体の距離範囲で、垂直方向におけるレーザ光の照射範囲を略同じにする。例えば、図１１に示すように、１１区分に分割した水平方向における物体の検知領域１００〜１１０毎に、その検知領域１００〜１１０における存在を検知したい物体の距離範囲に応じて垂直方向の走査範囲を変化させる。具体的には、図１１において、水平方向における基準走査方向を検知領域１０５に決定している場合、この基準走査方向から離れるにつれて、レーザ光の垂直走査範囲を大きくする。例えば、検知領域１０５における垂直方向の走査範囲をθ１とした場合、検知領域１０４、１０６の垂直方向の走査範囲をθ２、検知領域１０３、１０７の垂直方向の走査範囲をθ３、検知領域１０２、１０８の垂直方向の走査範囲をθ４、検知領域１０１、１０９の垂直方向の走査範囲をθ５、検知領域１００、１１０の垂直方向の走査範囲をθ６とする。ここでは、θ１〜θ６の関係を、
θ１＜θ２＜θ３＜θ４＜θ５＜θ６
とする。また、検知領域１００〜１１０毎に、その検知領域において存在を検知したい物体の距離範囲で、レーザ光が照射される垂直方向の長さがほぼ同じになるように、θ１〜θ６を設定する。

したがって、レーダ装置１は、基準走査方向に存在する物体の検知可能距離を確保することができるとともに、この基準走査方向から外れた位置に存在する物体の検知能力も確保することができる。このため、搭載された車両１０に対する安全走行の援助が十分に行える。

なお、ここでは、検知領域１００〜１１０毎に、その検知領域において存在を検知したい物体の距離範囲で、レーザ光が照射される垂直方向の範囲をほぼ同じにするとしたが、基準走査方向から離れるにつれて、レーザ光が照射される垂直方向の範囲が大きくなるように、θ１〜θ６を設定してもよい。

また、上記実施形態では、垂直方向の走査範囲を、基準走査方向を中心に左右対称であるとしたが、左右非対称であってもよい。例えば、車両１０の左側が歩道で右側が対向車線である場合、基準走査方向より左側は、徐々に上下広がり角を広げ近距離での検出性能を向上し、基準走査方向よりも右側は、上下広がり角を広げずに遠方から来る対向車を早期に発見できるようにしてもよい。道路の状況は、外部Ｉ／Ｆ８を通してＧＰＳ装置とナビゲーション装置の情報から車線数などの情報を得る事ができる。

また、垂直方向の走査範囲は、路面からの反射を抑えるため、基準走査方向での垂直方向におけるレーザ光の発信方向を基準としたときに、下方向に広げる量を小さくし、上方に広げる量を大きくするのが好ましい。また、垂直方向の走査範囲の上限を定めておいてもよい。例えば、垂直方向の走査範囲の上限を、上述したθ４に設定し、
θ１＜θ２＜θ３＜θ４＝θ５＝θ６
としてもよい。

また、上記説明では、車両１０の正面前方を水平方向における基準走査方向に決定した場合を例にしたが、車両の走行状態や、走行している道路形状等に基づいて、基準走査方向を決定することもできる。例えば、図１２に示すように、レーダ装置１を搭載し、検知ヘッド９が前面に取り付けられた車両１０が曲線道路を走行している場合、検知している前方車両１１の向きを基準走査方向に決定し、この基準走査方向から離れるにつれて、垂直走査範囲を大きくするようにしてもよい。

また、レーダ装置１は、外部Ｉ／Ｆ８で、車両側制御ユニットを介してＧＰＳ装置とナビゲーション装置から、車両の位置、進行方向前方の道路形状を取得できる。また同様に、ヨーレートセンサから得られた角速度を用いて、車両１０が走行している道路の形状を得ることができる。これにより、車両１０が走行している道路状況に応じて、基準走査方向を定め物体の検知を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、検知領域１００〜１１０毎に、レーザ光の垂直走査範囲を変更することにより、その検知領域において存在を検知したい物体の距離範囲で、レーザ光が照射される垂直方向の範囲をほぼ同じにするとしたが、投光レンズ３ｃの形状を、レーザ光の入射位置が投光レンズ３ｃの中心から水平方向に離れるにつれて、垂直方向におけるレーザ光の拡がり角が段階的に大きくなる形状としてもよい（図１３〜図１５参照）。図１３はレーザ光の発信方向がほぼ正面である状態を示しており、図１４はレーザ光の発信方向が左斜め前方である状態を示しており、図１５はレーザ光の発信方向が右斜め前方である状態を示している。また、図１３（Ａ）、図１４（Ａ）、および図１５（Ａ）は、水平方向におけるレーザ光の照射を示しており、図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）、および図１５（Ｂ）は、垂直方向におけるレーザ光の照射を示している。

垂直方向におけるレーザ光の拡がり角は、投光レンズ３ｃの水平方向の移動により、レーザ光の発信方向が正面前方から水平方向に離れるにつれて段階的に大きくなる。また、投光レンズ３ｃは、図１１に示した検知領域１００〜１１０毎に、その検知領域において存在を検知したい物体の距離範囲で、レーザ光が照射される垂直方向の範囲がほぼ同じ大きさになるように、垂直方向におけるレーザ光の拡がり角を段階的に大きくする形状である。したがって、レーダ装置１は、正面前方を基準走査方向とした場合、投光レンズ３ｃを水平方向に移動させることにより、基準走査方向に存在する物体の検知可能距離を確保することができるとともに、この基準走査方向から外れた位置に存在する物体の検知能力も確保することができる。このため、搭載された車両１０に対する安全走行の援助が十分に行える。また、レーザ光を垂直方向に走査する構成を不要にでき、装置本体の小型化や、コストダウンが図れる。

なお、この構成では、基準走査方向を正面前方以外の方向に決定した場合、投光レンズ３ｃの水平方向の移動だけでは、検知領域１００〜１１０において存在を検知したい物体の距離範囲で、レーザ光が照射される垂直方向の範囲をほぼ同じ大きさにすることはできない。ただし、上述した垂直方向におけるレーザ光の走査が行える構成とすれば、基準走査方向を正面前方以外の方向に決定した場合であっても、検知領域１００〜１１０において存在を検知したい物体の距離範囲で、レーザ光が照射される垂直方向の範囲をほぼ同じ大きさにできる。

また、上記実施形態では投光レンズ３ｃを移動することにより、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光を走査する構成の装置について説明したが、電気光学素子（Ｅ／Ｏ）を用いて、レーザ光を走査する構成としてもよい。図１６は、電気光学素子を用いたレーダ装置の主要部の構成を示す図である。図１６では、図１と同じ構成については、同じ符号を付している。このレーダ装置１は、上述した走査部５に換えて、電気光学素子２１に電界をかける電界制御部２２を設けている。電気光学素子２１は、図１７に示すように、投光レンズ３ｃの前方に配置される。ＬＤ３ａから発信されたレーザ光は、投光レンズ３ｃ、および電気光学素子２１を通って検知領域に照射される。

電気光学素子２１は、周知のように、印加する電界強度により、屈折率が変化する。図１７では、水平方向における屈折率を変化させる電気光学素子２１ａと、垂直方向における屈折率を変化させる電気光学素子２１ｂを並べ、ＬＤ３ａから発信されたレーザ光を水平方向、および垂直方向に走査可能に構成している。電界制御部２２は、電気光学素子２１ａ、２１ｂに印加する電界強度を個別に制御する。すなわち、電界制御部２２は、電気光学素子２１ａに印加する電界強度を変化させることによりレーザ光を水平方向に走査し、電気光学素子２１ｂに印加する電界強度を変化させることによりレーザ光を垂直方向に走査する。また、水平走査位置検出部６は、電界制御部２２が電気光学素子２１ａに印加している電界強度から、水平方向におけるレーザ光の発信方向を検出する。また、垂直走査位置検出部７は、電界制御部２２が電気光学素子２１ｂに印加している電界強度から、垂直方向におけるレーザ光の発信方向を検出する。

このように、この図１６に示す構成のレーダ装置１も、上述した実施形態のレーダ装置１と同様に、ＬＤ３ａから照射されたレーザ光を水平方向、および垂直方向に走査することができる。したがって、基準走査方向に存在する物体の検知可能距離を確保することができるとともに、この基準走査方向から外れた位置に存在する物体の検知能力も確保することができる。また、基準走査方向については、上述したように、車両の走行状態や、走行している道路形状等に基づいて決定してもよい。

また、レーザ光を水平方向に走査する電気光学素子２１ａと、垂直方向に走査する電気光学素子２１ｂと、を設けるとしたが、図１８に示すように、レーザ光を垂直方向に走査する電気光学素子２１ｂを設けずに、レーザ光を水平方向に走査する電気光学素子２１ａにおけるレーザ光の出射面を、レーザ光の出射位置が投光レンズ３ｃの中心から水平方向に離れるにつれて、垂直方向におけるレーザ光の拡がり角が段階的に大きくなる形状としてもよい。図１８（Ａ）は電気光学素子の上面図であり、図１８（Ｂ）〜（Ｄ）は、それぞれ図１８（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図である。

このようにすれば、図１３〜図１５に示した、投光レンズ３ｃを水平方向に移動する場合と同様に、レーダ装置１は、正面前方を基準走査方向とした場合、この基準走査方向に存在する物体の検知可能距離を確保することができるとともに、この基準走査方向から外れた位置に存在する物体の検知能力も確保することができる。また、レーザ光を垂直方向に走査するための電気光学素子２１ｂが不要になる。これにともない、電界制御部２２は、電気光学素子２１ｂに印加する電界強度を制御する構成が不要になり、装置本体の小型化や、コストダウンが図れる。

また、電気光学素子２１ａは、レーザ光の出射面を、マイクロレンズアレーを成型した光学部品を設けた構成としてもよいし、凸面として一旦集光した後に拡散する構成としてもよいし、さらには非球面であってもよい。

上記実施形態では、電界制御部２２が電気光学素子２１ａに印加している電界強度に基づいて、水平方向におけるレーザ光の発信方向を検出するとしたが、図１９に示すように、ハーフミラー２５と、光位置センサ２６（ＰＳＤ２６と言う。）と、を用いてレーザ光の発信方向を検出する構成としてもよい。図１９は、水平方向についてレーザ光の発信方向を検出する構成を示している。ハーフミラー２５は、電気光学素子２１の前方に配置される。ＰＳＤ２６は、複数の受光素子が水平方向に並び、且つハーフミラー２５で反射されたレーザ光がいずれかの受光素子で受光される位置に配置される。水平方向走査位置検出部６は、どの受光素子でレーザ光が受光されたかに基づいて、水平方向におけるレーザ光の発信方向を検出する。このように、レーザ光の発信方向が、直接的に検出できるので、存在を検知した物体の位置検出精度の向上が図れる。

また、ここではレーザ光が水平走査範囲全体でハーフミラー２５を通過する構成を示したが、水平方向における左右の走査端部分にのみハーフミラー２５を設置し、左右の走査端にレーザ光が届いたときに、電気光学素子２１ａに印加している電界強度を検出し、電気光学素子２１ａに印加する電界強度と、レーザ光の発信方向と、の関係を補正するようにしてもよい。この補正は、装置本体の起動時や所定時間経過時等に行えばよい。これにより、周囲環境の変化や、計時変化による物体の位置検出精度の低下が抑えられる。

なお、周知のように、電気光学素子２１ａは、印加する電界強度と屈折率が比例する。したがって、左右の走査端にレーザ光が届いたときに、電気光学素子２１ａに印加している電界強度を検出することで、中間域におけるレーザ光の発信方向と、電気光学素子２１ａに印加している電界強度と、の関係を補正することができる。

また、水平方向における左右の走査端部分にのみハーフミラー２５を設置する構成であれば、水平走査範囲の中央部分にハーフミラー２５が介在しないので、レーザ光の損失が抑えられ、その結果、物体の検知可能距離の低下が抑えられる。

また、水平走査範囲外の左右端部に、ハーフミラー２５と、このハーフミラー２５で反射されたレーザ光を検出する受光素子を配置した構成としてもよい。この場合、装置本体の起動時や所定時間経過時等に、レーザ光を、水平走査範囲外の左右端部に配置したハーフミラー２５に照射し、電気光学素子２１ａに印加する電界強度と、レーザ光の発信方向と、の関係を補正すればよい。

さらに、レーザ光が直接照射される受光素子を水平走査範囲外の左右端部に配置した構成としてもよい。

上記説明は、水平方向に走査されるレーザ光を例にして説明したが、垂直方向についても、同様の構成で、レーザ光の発信方向が直接的に検出できるとともに、電気光学素子２１ｂに印加する電界強度と、レーザ光の発信方向と、の関係の補正も行える。

また、複数の電気光学素子２１を、図２０（Ａ）に示すように垂直方向に積層し、それぞれの電気光学素子２１に対して個別に電界を印加できる構成とすれば、垂直方向のビーム径を変化させることができる。レーザ光を入射する光源を電気光学素子２１毎に設けてもよいが、図２０（Ａ）ではライトガイド３０を用いて、単一の光源から出射されたレーザ光を、各電気光学素子２１に分配する構成を示している。この構成では、ＬＤ３ａの発光タイミングにズレが生じることがない。

この構成では、各電気光学素子２１に同一の電界を印加すると、同様の屈折率変化を起こし、ライトガイド３０から入った光は、図２０（Ｂ）に示すように、同様の方向に出射される。すなわち、広がらずに出射される。図２０（Ｂ）では、３本の出射光が独立しているが、レーザ光は上下拡がり角を有することから、各電気光学素子２１を出た時点では分離したレーザ光であるが、その後、重なりあって、１つのビームとして見なすことができる。また、ライトガイド３０を、出射されるレーザ光にある程度の上下拡がり角を持たせる形状としてもよい。

図２０（Ｃ）は、各電気光学素子２１に異なる電界を印加した場合を示している。図２０（Ｃ）では、積層されている電気光学素子２１に対して上側ほど印加する電界強度が大きい場合を示している。このため、各電気光学素子２１を出て重なりあったレーザ光は、垂直方向のビーム径が大きくなる。

レーザ光を水平方向に走査する構成としてポリゴンミラー等を用い、シリンドリカルレンズにおけるレーザ光の入射位置を変化させることで、上述したレーダ装置１と同様に、基準走査方向に存在する物体の検知可能距離を確保することができるとともに、この基準走査方向から外れた位置に存在する物体の検知能力も確保することができる。さらに、水平方向の中心で、入射されたレーザ光の垂直方向の拡がり角が最小になり、この水平方向の中心から離れるにつれて入射されたレーザ光の垂直方向の拡がり角が大きくなる形状のシリンドリカルレンズを用いてもよい。また、シリンドリカルレンズを水平方向に移動可能に構成することで、基準走査方向を正面前方以外の方向に決定した場合であっても、存在を検知したい物体の距離範囲で、垂直方向におけるレーザ光の照射範囲をほぼ同じ大きさにできる。

この発明の実施形態であるレーダ装置の主要部の構成を示す図である。 レーザ光を走査する機構部を説明する図である。 レーダ装置における物体検知処理の概要を説明する図である。 レーダ装置における物体検知処理の概要を説明する図である。 レーダ装置における物体検知処理の概要を説明する図である。 一車線一方通行の直線路を走行している車両から見た前方風景を示す図である。 存在を検知したい物体の距離範囲での、垂直方向におけるレーザ光の照射範囲を説明する図である。 存在を検知したい物体の距離範囲での、垂直方向におけるレーザ光の照射範囲を説明する図である。 存在を検知したい物体の距離範囲での、垂直方向におけるレーザ光の照射範囲を説明する図である。 存在を検知したい物体の距離範囲での、垂直方向におけるレーザ光の照射範囲を説明する図である。 水平方向における物体の検知領域を示す図である。 曲線道路を走行している車両の基準走査方向を示す図である。 水平方向におけるレーザ光の拡がり角を投光レンズにより変化させる構成を説明する図である。 水平方向におけるレーザ光の拡がり角を投光レンズにより変化させる構成を説明する図である。 水平方向におけるレーザ光の拡がり角を投光レンズにより変化させる構成を説明する図である。 別のレーダ装置の主要部の構成を示す図である。 レーザ光の走査を電気光学素子で行う構成を説明する図である。 レーザ光の走査を電気光学素子で行う構成を説明する図である。 レーザ光の走査を電気光学素子で行う構成を説明する図である。 レーザ光の走査を電気光学素子で行う構成を説明する図である。

符号の説明

１−レーダ装置
２−制御部
２ａ−メモリ
３−発信部
３ａ−レーザダイオード（ＬＤ）
３ｂ−発光制御部
４−受信部
４ａ−フォトダイオード（ＰＤ）
４ｂ−受信回路
４ｃ−受光レンズ
５−走査部
６−水平走査位置検出部
７−垂直走査位置検出部
８−外部インタフェース（外部Ｉ／Ｆ）
２１、２１ａ、２１ｂ−電気光学素子（Ｅ／Ｏ）
２２−電界制御部
２５−ハーフミラー
２６−光位置センサ（ＰＳＤ）
３０−ライトガイド

Claims (5)

1. 検知波を発信する発信手段と、
   前記発信手段が発信した検知波を水平方向に走査する走査手段と、
   前記発信手段が発信した検知波について、物体で反射したその反射波を受信する受信手段と、
   前記発信手段が検知波を発信してから、前記受信手段が反射波を受信するまでの経過時間、および前記走査手段による検知波の発信方向に基づいて、その検知波を反射した物体の位置を検出する位置検出手段と、を備えた物体検知装置において、
   水平方向における走査範囲の基準走査方向を決定する基準走査方向決定手段と、
   前記走査手段による、水平方向における検知波の発信方向が前記基準走査方向決定手段により決定された前記基準走査方向から離れるにつれて、前記発信手段からの距離が同じ位置において、検知波が照射される垂直方向の長さを大きくする照射範囲調整手段と、を備えた物体検知装置。
2. 前記走査手段は、前記発信手段が発信した検知波を垂直方向にも走査する手段であり、
   前記照射範囲調整手段は、前記走査手段による、水平方向における検知波の発信方向が前記基準走査方向から離れるにつれて、前記発信手段から発信された検知波の垂直方向の走査範囲を大きくする手段である、請求項１に記載の物体検知装置。
3. 前記照射範囲調整手段は、前記走査手段による、水平方向における検知波の発信方向が前記基準走査方向から離れるにつれて、前記発信手段から発信された検知波の垂直方向における拡がり角を大きくする手段である、請求項１、または２に記載の物体検知装置。
4. 物体検知装置本体を搭載した移動体が移動している移動路の形状を取得する移動路形状取得手段を備え、
   前記基準走査方向決定手段は、前記移動路形状取得手段が取得した移動路の形状に基づいて、前記基準走査方向を決定する手段である、請求項１〜３のいずれかに記載の物体検知装置。
5. 前記発信手段は、検知波としてレーザ光を発信する手段であり、
   前記照射範囲調整手段は、電気光学素子を用いて検知波が照射される垂直方向の長さを調整する手段である、請求項１〜４のいずれかに記載の物体検知装置。

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