JP2012058079A - Laser radar system and mobile - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザレーダシステム及び移動体に関するものである。 The present invention relates to a laser radar system and a moving body.
レーザレーダシステムは、パルス波又は変調波のレーザ光を対象物に出射して対象物からのレーザの反射光を検出することで対象物の位置を検知し、パルスレーザ光を対象物に照射し対象物からの反射光を受光するまでの時間を計時することで、又は変調波レーザ光と反射光との位相差を検知することで、対象物までの距離を算出し、レーザレーダシステム及び対象物が移動体であればレーザレーダシステムと移動体との差速を算出するシステムである。このようなレーザレーダシステムでは検出範囲を広げるためにモータアクチュエータ及びポリゴンミラーなどの光走査デバイスが用いられている。 The laser radar system detects the position of an object by emitting laser light of a pulse wave or modulated wave to the object and detecting the reflected light of the laser from the object, and irradiates the object with the pulsed laser light. By measuring the time to receive the reflected light from the object, or by detecting the phase difference between the modulated laser beam and the reflected light, the distance to the object is calculated, and the laser radar system and the object If the object is a moving object, it is a system for calculating the differential speed between the laser radar system and the moving object. In such a laser radar system, an optical scanning device such as a motor actuator and a polygon mirror is used to widen the detection range.
このレーザレーダシステムを移動体の一つである車輌に搭載した車輌用レーザレーダシステムにおいては、スキャンモードとトラッキングモードの2つのモードがある。スキャンモードはレーザ光を広域に走査して前方の検出範囲に前方車輌が存在するのか否かを探索するモードである。一方、トラッキングモードは移動する前方車輌に一定時間レーザ光を照射し続けて反射光を基に前方車輌を追尾するモードである。このトラッキングモードにおいてS/N比を上げるためには、移動する前方車輌にレーザ光を照射し続けることになる。 In a vehicle laser radar system in which this laser radar system is mounted on a vehicle that is one of moving bodies, there are two modes: a scan mode and a tracking mode. The scan mode is a mode in which a laser beam is scanned over a wide area to search for the presence of a forward vehicle in the forward detection range. On the other hand, the tracking mode is a mode in which the moving forward vehicle is continuously irradiated with laser light for a predetermined time and the forward vehicle is tracked based on the reflected light. In order to increase the S / N ratio in this tracking mode, the moving vehicle ahead is continuously irradiated with laser light.
この車輌用レーザレーダシステムとして、特許文献1に記載のものが知られている。この特許文献1に記載の車輌用レーザレーダシステムは、トラッキングモード時の自車輌の前方の割り込みを早期に捕捉する目的で、スキャンモードとトラッキングモードの双方を兼ね備え、更にスキャンモードとトラッキングモードを切り替える処理手段を有している。そして、レーザヘッドから放出したパルスレーザ光の反射光を受光部で検出することによって、対象物を捕捉している。
As this vehicle laser radar system, the one described in
捕捉している対象物である前方車輌が車線変更などで自車輌に対して大きく左右のいずれかの方向に動いた場合、トラッキングモードでの1つのレーザ光の反射光量の情報のみからでは左右のどちらの方向に動いたのかを識別することが困難であった。その対策として2つの方法があり、1つは上記特許文献1のようにトラッキングモードからスキャンモードに切り替える方法である。つまり、1つのレーザ光を前方車輌に照射して追尾しているトラッキングモードからスキャンモードに切り替えて広域の検出範囲を再度走査してあらためて前方車輌を捕捉することで前方車輌の左右の移動方向を検知する。その後、再びトラッキングモードに切り替えて前方車輌の追尾を行う。しかし、上記特許文献1のモードを切り替える方式を用いた場合ではトラッキングモードからスキャンモードへ切り替えて対象物の探索を再度行うので前方車輌と自車輌の距離データが変わってしまい、再びトラッキングモードに切り替わった直後では追尾ができない。このため、あらためて対象物までの距離や差速の計算を行う必要があり、処理が煩雑となるといった問題があった。上記対策のもう1つの方法とは、車載カメラとの併用である。スキャンモードの代替としてカメラを用いて前方を広範囲に検出して画像処理で前方車輌を認識しながらトラッキングモードで前方車輌を追尾する車載カメラとの併用方法である。しかし、この方法ではシステム全体が大規模になり、簡便で、小型なレーザレーダシステムのニーズを満たせないといった問題があった。
If the front vehicle, which is the object being captured, moves greatly in either the left or right direction relative to the subject vehicle due to a lane change or the like, the left and right sides are determined only from the information on the amount of reflected light from one laser beam in the tracking mode. It was difficult to identify which direction it moved. There are two methods as countermeasures, and one is a method of switching from the tracking mode to the scan mode as in
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、簡便な処理で、小型なレーザレーダシステム、及び該レーザレーダシステムを搭載した移動体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a small-sized laser radar system and a moving body equipped with the laser radar system by simple processing.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、移動する対象物にレーザ光を照射する発光手段、該発光手段によって照射される前記レーザ光の偏向角を変化させて走査範囲で前記レーザ光を走査する光偏向手段、対象物から反射されたレーザ光を受光する受光手段、前記発光手段及び前記受光手段を駆動させる駆動手段、前記発光手段によって照射される前記レーザ光を前記光偏向手段によって偏向走査し、対象物からの反射光を前記受光手段によって受光して対象物を捕捉するスキャンモードと、対象物からの反射光を前記受光手段によって受光して対象物を追尾するトラッキングモードとの切替えを行う切替手段を有するレーザレーダモジュールと、前記発光手段に発光信号を供給する発光信号供給部、前記発光手段によって照射される前記レーザ光と前記レーザ光が対象物に向けて照射され対象物から反射されたレーザ光とに基づいて対象物までの距離及び差速を算出する距離差速算出部を有する信号処理部と、を備え、対象物の有無、対象物までの距離や差速を検出するレーザレーダシステムにおいて、前記トラッキングモードでは、前記光偏向手段によってスキャンモード時の偏向角より微小な偏向角で前記発光手段から照射された前記レーザ光を偏向走査し、対象物からの複数の反射光を前記受光手段によって受光して対象物を追尾することを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1記載のレーザレーダシステムにおいて、前記光偏向手段によって微小な偏向角での偏向走査によるレーザ光の対象物から反射されたレーザ光の信号情報に基づいて前記光偏向手段の偏向角を補正する偏向角補正手段を備えることを特徴とするものである。
更に、請求項3の発明は、請求項1又は2に記載のレーザレーダシステムにおいて、前記光偏向手段は、プリズム型の分極反転領域が形成されている電気光学結晶を用いた光偏向素子を有すること特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項3記載のレーザレーダシステムにおいて、前記電気光学結晶はニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムのいずれかであることを特徴とするものである。
更に、請求項5の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーザレーダシステムにおいて、前記光偏向手段に対し垂直に前記レーザ光を偏向させる偏向手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載されたレーザレーダシステムを搭載したことを特徴とする移動体である。
In order to achieve the above object, the invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the laser radar system according to the first aspect of the present invention, based on signal information of a laser beam reflected from an object of the laser beam by deflection scanning at a small deflection angle by the optical deflection unit. A deflection angle correction unit that corrects a deflection angle of the light deflection unit is provided.
Further, the invention of
According to a fourth aspect of the present invention, in the laser radar system according to the third aspect, the electro-optical crystal is any one of lithium niobate, magnesium oxide-added lithium niobate, and lithium tantalate. is there.
Further, the invention of
A sixth aspect of the present invention is a moving body including the laser radar system according to any one of the first to fifth aspects.
本発明においては、トラッキングモード時移動体の対象物にレーザ光を微小偏向角で走査して複数の反射光を受光する。それらの各受光強度は対象物の左右移動に伴い増減する。各受光信号の増減から対象物の左右への相対位置の移動方向を検出できる。これにより、従来のようにスキャンモードに切り替え対象物を捕捉しその後トラッキングモードに切り替え、更には移動体への距離や差速の計算を行う処理を行うという煩雑な処理を行うことなくトラッキングモードのままの処理で対象物を精度良く追尾することができる。 In the present invention, a laser beam is scanned on the object of the moving body in the tracking mode at a minute deflection angle to receive a plurality of reflected lights. Each received light intensity increases or decreases as the object moves left and right. The direction of movement of the relative position of the object to the left and right can be detected from the increase / decrease of each received light signal. As a result, the tracking mode is switched to the scan mode as before, the tracking mode is switched to the tracking mode, and the tracking mode is performed without performing the complicated process of calculating the distance to the moving body and the differential speed. The object can be tracked with high accuracy by the processing as it is.
以上、本発明によれば、簡便な処理で、小型なレーザレーダシステム、及び該レーザレーダシステムを搭載した移動体を提供できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a small laser radar system and a moving body equipped with the laser radar system by simple processing.
以下、本発明を適用したレーザレーダシステムの実施形態について説明する。
図1は実施形態のレーザレーダシステムにおける発光部、光偏向部及び受光部の構成を示す図である。同図において、図1と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図の(a)に示す発光部10の光源としての発光素子11には小型で安価なレーザダイオードが使用されている。また、発光素子11の直前にコリメートレンズ13が置かれ、レーザ光をコリメートする。光偏向部20には発光部10からのレーザ光をシリンドリカルレンズなどの集光レンズ23で集光し、電気光学プリズムを形成した電気光学結晶を用いた光偏向素子24を介して偏向させる。光偏向素子24によって偏向されたレーザ光の画角を拡大するため、平凹レンズのコリメートレンズ25と平凸レンズの画角拡大レンズ26を光偏向素子24の直後に配置させる。一方、同図の(b)に示す受光部30にはフォトダイオードの受光素子31を設け、その直前に外部光を遮光する遮光フィルタ33及び集光レンズ34を設置する。レーザ光の波長は人間の目では視認できず、かつフォトダイオードに安価なSiが良いことから、850[nm]〜1000[nm]の近赤外線を用いる。
Hereinafter, embodiments of a laser radar system to which the present invention is applied will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a light emitting unit, a light deflecting unit, and a light receiving unit in the laser radar system of the embodiment. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. A small and inexpensive laser diode is used for the
図2は光偏向素子の構成を示す概略斜視図である。同図に示す光偏向素子24は、光導波層24−1、上部電極24−2及び下部電極24−3を積層して構成されている。光導波層24−1に利用する電気光学材料の一つとしては、酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウムがある。この材料は、電気光学定数が大きく、光損傷耐性が大きいことが特徴である。光源の使用波長が900[nm]以上、光エネルギー密度が10[W/cm2]以下であればニオブ酸リチウムもしくはタンタル酸リチウムが好ましい。本実施形態のレーザレーダシステム1の光偏向素子24には酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウムのZ板を使用した。このZ板を挟むように上部電極24−2及び下部電極24−3をそれぞれスパッタ法で成膜し、X方向ないしはY方向にレーザ光を伝搬させる。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of the optical deflection element. The
更に、図3に示すように、光導波層24−1には少なくとも1つの電気光学プリズム24−4が形成されている。この電気光学プリズム24−4の形成方法は2種類あり、プリズム型の電極を形成するか、もしくはプリズム型の分極反転領域を形成する方法である。後者の方が、同じ素子印加電圧で偏向角を2倍にすることができるため、本実施形態ではプリズム型の分極反転領域を形成した素子を使用した。 Furthermore, as shown in FIG. 3, at least one electro-optic prism 24-4 is formed in the optical waveguide layer 24-1. There are two methods for forming the electro-optic prism 24-4. The method includes forming a prism-type electrode or a prism-type domain-inverted region. In the latter case, the deflection angle can be doubled with the same element applied voltage. Therefore, in this embodiment, an element in which a prism-type domain-inverted region is formed is used.
ここで、光偏向素子24の屈折率をnとし、電気光学効果によって発生する屈折率変化量をΔnとしたとき、光偏向素子24の光導波層24−1に交流電圧を印加すると、分極反転領域はn+Δn〜n−Δn、分極未反転領域はn−Δn〜n+Δnと、屈折率変化が逆符号になることが知られている。そのため、2Δnの屈折率差がプリズム分極反転領域の境界で生じる。この屈折率差によってレーザ光が各プリズム分極反転領域で屈折し、その結果光導波層からの出射光は偏向する。光偏向素子24は、図2に示すように、光導波層24−1、上部電極24−2、下部電極24−3から構成されている。
Here, assuming that the refractive index of the
また、図4に示すように、光導波層24−1を導波路構造にすることで、バルク型よりも低電圧で駆動させることができる。その結果、光偏向機能を有する光偏向素子24を用いた光偏向器の消費電力を低減させることができる。導波路型の光偏向素子24は上部クラッド層24−1a、コア層24−1b及び下部クラッド層24−1cを含む光導波層24−1、上部電極24−2、下部電極24−3、接着層24−5、支持基板24−6、下部引き出し電極24−7から構成されている。従来、用いられた光偏向素子は、ポリゴンミラーや駆動アクチュエータなどがあった。それに対し、図2〜図4に示す光偏向素子は微小偏向角を有し、低電力で駆動可能で、かつモータのような駆動部を必要としないため振動などの外乱の影響を受けにくい。車載用のレーザレーダは、例えば運転時に車が動作するなど、動的な状況で光走査を行うため、駆動部を必要としない電気光学結晶を用いた光偏向素子が好適である。更に、電気光学結晶のみで動作させることができるため、レーザレーダモジュールを小型に作製することが可能である。
Also, as shown in FIG. 4, the optical waveguide layer 24-1 can be driven at a lower voltage than the bulk type by having a waveguide structure. As a result, the power consumption of the optical deflector using the
そして、電気光学結晶の光偏向素子は不連続な光走査(ランダムアクセス)が可能である。図5は電気光学結晶の光偏向素子にステップ電圧を印加したときのレーザ光の偏向応答を計測した結果である。同図に示すように、偏向応答におよそ3.3[μs]かかることから、100kHzまでの光走査であれば、ランダムアクセスは可能である。更に、直流電圧を印加すれば、一定方向に光を変更させることもできる。そのため、トラッキングモード時では不必要な光走査を無くすことができ、受光信号のS/N比を向上させることができる。 The optical deflection element of the electro-optic crystal can perform discontinuous optical scanning (random access). FIG. 5 shows the result of measuring the deflection response of the laser beam when a step voltage is applied to the optical deflection element of the electro-optic crystal. As shown in the figure, since the deflection response takes about 3.3 [μs], random access is possible for optical scanning up to 100 kHz. Furthermore, if a DC voltage is applied, the light can be changed in a certain direction. Therefore, unnecessary optical scanning can be eliminated in the tracking mode, and the S / N ratio of the received light signal can be improved.
図6は本実施形態の光偏光素子の偏光角度と印加電圧の関係を示す図である。1次の電気光学効果を利用したため、偏向角と印加電圧は線形の関係となっている。本実施形態では、この電気光学結晶の光偏向素子の特徴を利用して、トラッキングモード時の追尾精度を向上したレーザレーダシステムを作製した。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the polarization angle of the light polarizing element of this embodiment and the applied voltage. Since the primary electro-optic effect is used, the deflection angle and the applied voltage have a linear relationship. In this embodiment, a laser radar system with improved tracking accuracy in the tracking mode is manufactured by using the characteristics of the optical deflection element of the electro-optic crystal.
図7は本実施形態のレーザレーダシステムの構成を示す概略構成図である。同図に示す実施形態のレーザレーダシステム1はレーザレーダモジュール100と信号処理部200とを含んで構成されている。そして、レーザレーダモジュール100は、発光部10、光偏向部20及び受光部30を含んで構成されている。更に、発光部10は発光素子11及び後述するパルス発生部からのスタートパルスに従って発光素子11を駆動する発光回路12を有している。また、光偏向部20は光偏向素子21及び光偏向回路22を有している。更に、受光部30は受光素子31及び受光素子31によって受光した信号からストップパルスを出力する発光回路32を有している。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the laser radar system of this embodiment. The
一方、信号処理部200は、発光回路12にスタートパルスを出力するパルス発生部210、パルス発生部210から供給されたスタートパルスと受光回路32から供給されたストップパルスとの時間差を計測する時間計測部220、当該時間差に基づいて車間距離・差速を計算する距離・差速計算部231及びスキャンモード・トラッキングモードの切換えを判別するスキャンモード・トラッキングモード切替え判別部232並びに距離・差速計算部231によって計算した車間距離や差速に応じて危険を報知するかを判別する警報判別部233を備える主制御部230を含んで構成されている。そして、レーザレーダシステム1は警報判別部233によって警報を出すと判別された場合警報で運転手を含む乗車者に警告を報知する警報手段300と、距離・差速計算部231によって計算された車間距離や差速を表示する表示手段400と、発光回路12及びパルス発生部210に駆動電力を供給する電源500とを備えている。なお、本実施形態では発光部10から発光されるレーザ光はパルス波であったが変調波でもよい。変調波の場合は出射されたレーザ光と反射されてくるレーザ光との位相差を検出することで車間距離を計算することができる。
On the other hand, the
このような構成を有する実施形態のレーザレーダシステムによれば、電源部500のON/OFFで、パルス発生部210は発光回路12にスタートパルスを発生させ、レーザダイオードの発行素子11からパルスレーザが出射する。それと同時に、時間計測部220はパルス発生部210からのスタートパルスにより計時を開始する。スタートパルスが発生すると、光偏向回路22からスキャンモードの電圧信号が光偏向素子21に印加される。発光素子11から出射されたパルスレーザは対象物である前方車輌に照射され、この前方車輌から反射される。その反射光を受光素子31で受光して受光回路32で信号が増幅される。その信号がストップパルスとして時間計測部220に出力される。
According to the laser radar system of the embodiment having such a configuration, when the
そして、図8に示すように、時間計測部220はパルス発生部210からのスタートパルスと受光回路32からのストップパルスの時間間隔Δtnを計測し、時間データとして距離・差速計測部231に出力する。この距離・差速計測部231では時間データから前方車輌との間の距離を算出する。また、パルス発生部210からのスタートパルスと受光回路32からのストップパルスの時間間隔を複数回数計測し、時間間隔の変化量Δtn+1−Δtnを求めて前方車輌との差速を算出する。距離・差速計測部231から距離・差速情報を速表示手段400で運転者や同乗者に知らせる。得られた距離・差速情報から警報判別部233によって衝突が予測されるような時は、運転者や同乗者に警報を出す警報手段300を作動させる。これにより運転支援装置等に適用が可能となる。
Then, as shown in FIG. 8, the
次に、本実施形態のレーザレーダシステムにおけるスキャンモード及びトラッキングモードについて概説する。
図9はスキャンモード時のレーザ光走査の様子を示す概略図である。スキャンモードでは自車輌Aから広範囲にレーザ光を走査して、前方車輌Bの有無を探索するモードである。光偏向素子に図9のような直線の電圧信号を印加し、レーザ光をラインスキャンさせる。本実施形態のレーザレーダシステムではパルスレーザ光はλ870[nm]、繰り返し周波数100[kHz]、パルス幅30[ns]、平均パワーは100[mW]を用いている。光偏向素子の印加電圧は±150[V]、走査周波数は30[Hz]であり、走査角度は30°、角度分解能は0.3°である。走査初期角θsから走査終了角θeまで走査すると、図7の主制御部230のスキャンモード・トラッキングモード切替え判別部232は受光信号データから前方車輌の存在の有無を判定する。図9の前方車輌Bのリフレクタからの反射強度を受光量の閾値として、前方車輌の存在を判断する。前方車輌無しと判別するとスキャンモードを継続する。前方車輌有りと判別するとトラッキングモードへと切り替える。一方、トラッキングモードは光偏向素子に一定の電圧信号を印加して、レーザ光を前方車輌のリフレクタに出射する。前方車輌Bに2つのリフレクタB1、B2を検出した場合は、受光信号量が大きい方のリフレクタを追尾する。主制御部230の距離・差速計算部231はレーザ光のスタートパルスとのストップパルスの時間差から車間距離と差速を算出する。
Next, the scan mode and tracking mode in the laser radar system of this embodiment will be outlined.
FIG. 9 is a schematic view showing a state of laser beam scanning in the scan mode. In the scan mode, a laser beam is scanned from the own vehicle A over a wide range to search for the presence of the forward vehicle B. A linear voltage signal as shown in FIG. 9 is applied to the optical deflection element, and the laser light is line-scanned. In the laser radar system of the present embodiment, λ870 [nm], a repetition frequency of 100 [kHz], a pulse width of 30 [ns], and an average power of 100 [mW] are used. The applied voltage of the optical deflection element is ± 150 [V], the scanning frequency is 30 [Hz], the scanning angle is 30 °, and the angular resolution is 0.3 °. When scanning from the initial scanning angle θs to the scanning end angle θe, the scan mode / tracking mode switching
次に、本実施形態のレーザレーダシステムにおけるモード切替え動作について当該動作フローを示す図10に従って説明する。
前方車輌を探索するために、スキャンモードで光偏向素子に図11のような直線の電圧信号を印加し、レーザ光をラインスキャンさせる(ステップS101)。図9の前方車輌BのリフレクタB1、B2の2箇所からの比較的高い反射強度の受光強度と閾値Ithとを比較し、受光強度が閾値Ithより大きいときに前方車輌の存在有りと判断する(ステップS102;YES)。そして、スキャンモードからトラッキングモードに移行し、前方車輌を追尾する(ステップS103、S104)。このとき、図12に示すように、追尾している前方車輌BのリフレクタB1の中心B1−aからの1方向と、リフレクタB1の周囲2箇所B1−b,B1−cからの2方向と、合計3方向に一定時間パルスレーザ光を出射する。各方向への出力時間は11.11[ms]である。B1−aへの偏向角はθであって、スキャンモードでリフレクタを検出した角度である。また、周囲2箇所B1−b,B1−cへの微小偏向角Δθは3°である。ここで、図13は3方向の光偏光素子の印加電圧の経時変化を示す図である。
Next, the mode switching operation in the laser radar system of the present embodiment will be described with reference to FIG.
In order to search for a vehicle ahead, a linear voltage signal as shown in FIG. 11 is applied to the light deflection element in the scan mode, and the laser light is line-scanned (step S101). The received light intensity of the relatively high reflection intensity from the two locations of the reflectors B1 and B2 of the forward vehicle B in FIG. 9 is compared with the threshold value Ith, and when the received light intensity is greater than the threshold value Ith, it is determined that the forward vehicle is present ( Step S102; YES). Then, the scan mode is shifted to the tracking mode, and the vehicle ahead is tracked (steps S103 and S104). At this time, as shown in FIG. 12, one direction from the center B1-a of the reflector B1 of the front vehicle B being tracked, two directions from the two locations B1-b and B1-c around the reflector B1, Pulse laser light is emitted for a certain time in a total of three directions. The output time in each direction is 11.11 [ms]. The deflection angle to B1-a is θ and is the angle at which the reflector is detected in the scan mode. The minute deflection angle Δθ to the two surrounding locations B1-b and B1-c is 3 °. Here, FIG. 13 is a diagram showing the change with time of the applied voltage of the light polarizing element in three directions.
本実施形態のレーザレーダシステムは33.33[ms]間隔で3方向からの受光信号を取得することができる(ステップS105)。リフレクタからの受光強度をI(θ)とした時、このようなトラッキングモード時に、例えば図12に示すように、I(θ)>I(θ-Δθ) かつ I(θ)>I(θ+Δθ)であれば(ステップS106;YES、ステップS107;YES)、スタートパルスとストップパルスの時間差から距離・差速を計算し(ステップS108)、車内のディスプレイに表示するとともに、レーザ光を照射して前方車輌を継続して追尾する。例えば前方車輌Bが自車輌Aに対して左右方向に移動した場合、I(θ)<I(θ-Δθ) あるいは I(θ)<I(θ+Δθ)であれば(ステップS106;NO、ステップS107;NO)、前方車輌Bが自車輌Aに対して相対的に左右方向へ移動したと判断し、θ→θ+Δθ又はθ−Δθとなるように、主偏向角θを補正する(ステップS109)。 The laser radar system of the present embodiment can acquire received light signals from three directions at intervals of 33.33 [ms] (step S105). When the received light intensity from the reflector is I (θ), in such a tracking mode, for example, as shown in FIG. 12, I (θ)> I (θ−Δθ) and I (θ)> I (θ + Δθ) If so (step S106; YES, step S107; YES), the distance and speed are calculated from the time difference between the start pulse and the stop pulse (step S108), displayed on the display in the vehicle, and irradiated with laser light in front. Keep track of the vehicle. For example, when the forward vehicle B moves in the left-right direction with respect to the own vehicle A, if I (θ) <I (θ−Δθ) or I (θ) <I (θ + Δθ) (step S106; NO, step S107) NO), it is determined that the forward vehicle B has moved in the left-right direction relative to the own vehicle A, and the main deflection angle θ is corrected so that θ → θ + Δθ or θ−Δθ (step S109).
図14のように前方車輌Bが自車輌Aに対して相対的に右方向へ移動した場合は、受光強度特性を示す図15での300[ms]時のようにI(θ)<I(θ-Δθ)となる。また、I(θ)<Ith かつ I(θ−Δθ)<Tthを満たした場合には、前方車輌Bと自車輌Aとの間に別の車輌が割り込んだか、もしくは前方車輌Bの右左折によって追尾していた対象物を見失ったと判断し、トラッキングモードからスキャンモードへ切り替える(ステップS110;YES)。I(θ)<Ith かつ I(θ−Δθ)<Tthを満たすまではトラッキングモードを継続する。 When the forward vehicle B moves in the right direction relative to the own vehicle A as shown in FIG. 14, I (θ) <I () at 300 [ms] in FIG. θ−Δθ). In addition, when I (θ) <Ith and I (θ−Δθ) <Tth are satisfied, another vehicle has entered between the front vehicle B and the own vehicle A, or the front vehicle B is turned right or left. It is determined that the tracked object has been lost, and the tracking mode is switched to the scan mode (step S110; YES). The tracking mode is continued until I (θ) <Ith and I (θ−Δθ) <Tth are satisfied.
なお、上述した実施形態は1次レーザレーダシステムであるが、2次元レーザレーダシステムは距離情報だけではなく、高さ情報を得ることが可能である。光源は1次元レーザレーダシステムと同様、850[nm]〜1000[nm]の半導体レーザを用いて、X方向光偏向素子、Z方向光偏向素子ともに電気光学素子からなる。X方向光偏光素子とZ方向光偏向素子の間には、λ/2偏向板を設置し、両光偏向素子に入射する偏光方向をP偏光にする。Z方向光偏向素子はガルバノミラーやMEMSミラーも使用可能である。 In addition, although embodiment mentioned above is a primary laser radar system, a two-dimensional laser radar system can obtain not only distance information but height information. Similar to the one-dimensional laser radar system, the light source uses a semiconductor laser of 850 [nm] to 1000 [nm], and both the X-direction light deflection element and the Z-direction light deflection element are electro-optic elements. A λ / 2 deflection plate is installed between the X-direction light polarization element and the Z-direction light deflection element, and the polarization direction incident on both the light deflection elements is P-polarized light. A galvanometer mirror or a MEMS mirror can also be used as the Z-direction light deflection element.
以上説明したように、実施形態によれば、図7に示すように、発光部10発光素子11から照射されるレーザ光は、図2〜図4に示すような電気光学結晶を用いた光偏向素子21によって所定の偏向角に可変され走査される。そして、スキャンモードでは電気光学結晶を用いた光偏向素子21によって広範囲な偏向範囲で走査する。対象物からの反射光を受光素子31によって受光して対象物を捕捉する。時間計測部220によって発光して受光するまでの時間を計測し、この時間に基づいて距離・差速計算部231によって対象物までの距離や差速が計算される。一方、スキャンモードから切り替わったトラッキングモードでは、光偏向素子21によってスキャンモード時の偏向角より微小な偏向角で偏向走査する。対象物からの複数の反射光を受光素子によって受光して対象物を追尾する。複数の反射光の強度変化によって対象物の移動方向が検出することができる。これにより、簡便な処理で、精度良く対象物を追尾することができるレーザレーダシステムを提供できる。
As described above, according to the embodiment, as shown in FIG. 7, the laser light emitted from the
そして、光偏向素子21によって微小な偏向角での偏向走査によるレーザ光の対象物から反射されたレーザ光の信号情報に基づいて光偏向素子の偏向角を補正する。より精度良く対象物を追尾することができる。
Then, the deflection angle of the light deflection element is corrected based on the signal information of the laser beam reflected from the object of the laser beam by the deflection scanning with the minute deflection angle by the
また、実施形態によれば、光偏向素子21に用いた電気光学結晶には、ニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムのいずれかを用いることが望ましい。これにより、小型化を図れる。
In addition, according to the embodiment, it is desirable to use any one of lithium niobate, magnesium oxide-added lithium niobate, and lithium tantalate for the electro-optic crystal used in the
更に、実施形態によれば、光偏向部20に対し垂直に光を偏向させる別の偏向部を設けることで2次元レーザレーダシステムを構築することができる。
Furthermore, according to the embodiment, it is possible to construct a two-dimensional laser radar system by providing another deflecting unit that deflects light perpendicular to the
また、実施形態によれば、車輌にレーザレーダシステムを搭載し、前方車輌を精度よく捕捉、追尾することができ、追突等の事故を避けることができ、運転支援装置に適用可能となる。 In addition, according to the embodiment, a laser radar system is mounted on the vehicle, the vehicle ahead can be captured and tracked with high accuracy, accidents such as rear-end collisions can be avoided, and the vehicle can be applied to a driving support device.
1 レーザレーダシステム
10 発光部
11 発光素子
12 発光回路
13 光源
14 コリメートレンズ
20 光偏向部
21 光偏向素子
22 光偏向回路
23 集光レンズ
24 光偏向素子
24−1 光導波層
24−2 上部電極
24−3 下部電極
24−4 電気光学プリズム
25 コリメートレンズ
26 画角拡大レンズ
30 受光部
31 受光素子
32 受光回路
33 遮光フィルタ
34 集光レンズ
100 レーザレーダモジュール
200 信号処理部
210 パルス発生部
220 時間計測部
230 主制御部
231 距離・差速計算部
232 スキャンモード・トラッキングモード切替え判別部
233 警報判別部
300 警報手段
400 表示手段
500 電源
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記発光手段に発光信号を供給する発光信号供給部、前記発光手段によって照射される前記レーザ光と前記レーザ光が対象物に向けて照射され対象物から反射されたレーザ光とに基づいて対象物までの距離及び差速を算出する距離差速算出部を有する信号処理部と、
を備え、対象物の有無、対象物までの距離や差速を検出するレーザレーダシステムにおいて、
前記トラッキングモードでは、前記光偏向手段によってスキャンモード時の偏向角より微小な偏向角で前記発光手段から照射された前記レーザ光を偏向走査し、対象物からの複数の反射光を前記受光手段によって受光して対象物を追尾することを特徴とするレーザレーダシステム。 Light emitting means for irradiating a moving object with laser light, light deflecting means for scanning the laser light by changing a deflection angle of the laser light emitted by the light emitting means, and receiving laser light reflected from the object Receiving light means, driving means for driving the light receiving means, laser light emitted from the light emitting means is deflected and scanned by the light deflecting means, and reflected light from the object is received by the light receiving means. A laser radar module having switching means for switching between a scan mode for capturing an object and a tracking mode for receiving reflected light from the object by the light receiving means and tracking the object;
A light emission signal supply unit that supplies a light emission signal to the light emission means, the laser beam irradiated by the light emission means, and a laser beam that is irradiated toward the object and reflected from the target object. A signal processing unit having a distance difference speed calculation unit for calculating a distance to and a difference speed,
In the laser radar system that detects the presence or absence of the object, the distance to the object and the differential speed,
In the tracking mode, the laser beam emitted from the light emitting unit is deflected and scanned by the light deflecting unit with a deflection angle smaller than that in the scan mode, and a plurality of reflected lights from an object are received by the light receiving unit. A laser radar system characterized by receiving light and tracking an object.
前記光偏向手段によって微小な偏向角での偏向走査によるレーザ光の対象物から反射されたレーザ光の信号情報に基づいて前記光偏向手段の偏向角を補正する偏向角補正手段を備えることを特徴とするレーザレーダシステム。 The laser radar system according to claim 1, wherein
A deflection angle correction unit that corrects the deflection angle of the light deflection unit based on the signal information of the laser beam reflected from the laser beam object by deflection scanning at a minute deflection angle by the light deflection unit is provided. Laser radar system.
前記光偏向手段は、プリズム型の分極反転領域が形成されている電気光学結晶を用いた光偏向素子を有すること特徴とするレーザレーダシステム。 The laser radar system according to claim 1 or 2,
The laser beam radar system according to claim 1, wherein the light deflection unit includes a light deflection element using an electro-optic crystal in which a prism type polarization inversion region is formed.
前記電気光学結晶はニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムのいずれかであることを特徴とするレーザレーダシステム。 The laser radar system according to claim 3, wherein
2. The laser radar system according to claim 1, wherein the electro-optic crystal is any one of lithium niobate, magnesium oxide-added lithium niobate, and lithium tantalate.
前記光偏向手段に対し垂直に前記レーザ光を偏向させる偏向手段を有することを特徴とするレーザレーダシステム。 The laser radar system according to any one of claims 1 to 3,
A laser radar system comprising a deflecting means for deflecting the laser beam perpendicularly to the light deflecting means.
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