JP2016048211A - 光走査装置、物体検出装置及びセンシング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化と走査位置の高精度化とを両立させることができる光走査装置を提供する。【解決手段】 光射出系と光偏向器と反射ミラーとを備え、光射出系は、光源、カップリングレンズ、同期レンズ、同期検知用光検出器、及び光源駆動装置などを有している。光源駆動装置は、光偏向器で偏向された光が同期検知用光検出器を走査するとき、第１の駆動方法として光源を連続発光させ、光偏向器で偏向された光が検出領域を走査するとき、第２の駆動方法として光源をパルス発光させる。この場合、装置の小型化と走査位置の高精度化とを両立させることができる。【選択図】図１７

Description

本発明は、光走査装置、物体検出装置及びセンシング装置に係り、更に詳しくは、光によって所定の走査領域を走査する光走査装置、該光走査装置を有する物体検出装置、及び該物体検出装置を備えるセンシング装置に関する。

近年、物体の有無や、その物体までの距離などを検出するための物体検出装置の開発が盛んに行われている（例えば、特許文献１〜５参照）。

また、特許文献６には、光ビームの走査位置の高精度な検出を目的とする光走査装置が開示されている。

しかしながら、従来の装置では、装置の小型化と走査位置の高精度化とを両立させるのは困難であった。

本発明は、光によって所定の走査領域を走査する光走査装置であって、光源と、前記光源を駆動する光源駆動装置と、回転する少なくとも１つの反射面を有し、前記光源からの光を偏向する光偏向器と、前記走査領域の走査を開始するタイミングを決定するための光検出器とを備え、前記光偏向器の一の反射面による１回の走査で前記光検出器と前記走査領域が順次走査され、前記光源駆動装置は、前記光偏向器で偏向された光が前記光検出器を走査するとき第１の駆動方法で前記光源を駆動し、前記光偏向器で偏向された光が前記走査領域を走査するとき前記第１の駆動方法とは異なる第２の駆動方法で前記光源を駆動する光走査装置である。

本発明の光走査装置によれば、装置の小型化と走査位置の高精度化とを両立させることができる。

本発明の一実施形態に係るレーザレーダ２０を搭載した車両の外観図である。 本発明の一実施形態に係る監視装置１０の構成を説明するためのブロック図である。 レーザレーダ２０の構成を説明するための図である。 光射出系２０１を説明するための図である。 反射ミラー２０５を説明するための図である。 光偏向器の回転ミラー２０４ａを説明するための図である。 反射ミラー２０５と回転ミラー２０４ａの位置関係を説明するための図である。 同期検知用光を説明するための図である。 検出光の進行方向を説明するための図（その１）である。 検出光の進行方向を説明するための図（その２）である。 検出光の進行方向を説明するための図（その３）である。 検出領域を説明するための図である。 第２の駆動方法を説明するための図である。 第１の駆動方法を説明するための図である。 図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、それぞれ仮に第１の駆動方法が第２の駆動方法と同じ場合の不都合を説明するための図である。 同期検知信号を説明するための図である。 光源駆動信号を説明するための図である。 光源駆動装置２５に含まれる駆動回路の一例を説明するための図である。 図１９（Ａ）は第１の駆動方法に対応した駆動回路の一例を説明するための図であり、図１９（Ｂ）は第２の駆動方法に対応した駆動回路の一例を説明するための図である。 回転ミラーの回転ジッタの影響を説明するための図である。 光源駆動装置２５の動作を説明するためのフローチャートである。 光検出系２０２を説明するための図である。 物体からの反射光の入射方向を説明するための図（その１）である。 物体からの反射光の入射方向を説明するための図（その２）である。 物体からの反射光の入射方向を説明するための図（その３）である。 物体情報取得部２０３における物体までの距離計測を説明するための図である。 音声・警報発生装置６０の構成を説明するためのブロック図である。 第２の駆動方法の変形例を説明するための図である。 モニタ用受光器を備える場合を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２７に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る物体検出装置としてのレーザレーダ２０を搭載した車両１の外観が示されている。

ここでは、レーザレーダ２０は、一例として、車両１の前方のナンバープレート近傍に取り付けられている。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、路面に直交する方向をＺ軸方向、車両１の前進方向を＋Ｘ方向として説明する。また、レーザレーダ２０によって物体検出が可能な領域を「検出領域」という。

車両１の車内には、一例として図２に示されるように、表示装置３０、監視制御装置４０、メモリ５０、及び音声・警報発生装置６０などが備えられている。これらは、データの伝送が可能なバス７０を介して電気的に接続されている。

ここでは、レーザレーダ２０と、表示装置３０と、監視制御装置４０と、メモリ５０と、音声・警報発生装置６０とによって、センシング装置としての監視装置１０が構成されている。すなわち、監視装置１０は、車両１に搭載されている。また、監視装置１０は、車両１のメインコントローラと電気的に接続されている。

レーザレーダ２０は、一例として図３に示されるように、光射出系２０１、光偏向器２０４、光検出系２０２、物体情報取得部２０３、及び反射ミラー２０５（図３では光偏向器２０４によって隠されている。図７参照）などを有している。そして、これらは、筐体内に収納されている。ここでは、光射出系２０１は、光検出系２０２の＋Ｚ側に配置されている。

光射出系２０１は、一例として図４に示されるように、光源２１、カップリングレンズ２２、同期レンズ２３、同期検知用光検出器２４、及び光源駆動装置２５などを有している。

光源２１は、半導体レーザを有し、光源駆動装置２５によって点灯及び消灯される。ここでは、光源２１は、＋Ｘ方向に光を射出するように配置されている。なお、以下では、光源駆動装置２５から光源２１に送出され、光源２１を駆動するための信号を「光源駆動信号」という。

カップリングレンズ２２は、光源２１の＋Ｘ側に配置され、光源２１から射出された光を平行光あるいは、わずかに発散した発散光とする。ここでは、カップリングレンズ２２として平凸レンズが用いられている。カップリングレンズ２２を介した光が、光射出系２０１から射出される光である。なお、カップリングレンズ２２に代えて、同等の機能を有し、複数の光学素子を含むカップリング光学系を用いても良い。

同期レンズ２３は、光射出系２０１に入射する同期検知用光の光路上に配置されている。なお、同期検知用光については後述する。

同期検知用光検出器２４は、同期レンズ２３を介した同期検知用光の集光位置に配置されている。同期検知用光検出器２４は、受光光量に対応した信号を光源駆動装置２５に出力する。なお、以下では、同期検知用光検出器２４から光源駆動装置２５に出力される信号を「同期検知信号」ともいう。

反射ミラー２０５は、光射出系２０１及び光検出系２０２の＋Ｘ側に配置されている。そして、一例として図５に示されるように、反射ミラー２０５は、光射出系２０１から射出された光を光偏向器２０４に向けて折り返す。なお、反射ミラー２０５は、光路を折りたたむことによって、レーザレーダ２０を小型化するために設けられている。

光偏向器２０４は、２つの反射面を有し、Ｚ軸に平行な回転軸まわりに回転する回転ミラー２０４ａ（図６参照）、及び該回転ミラー２０４ａを回転駆動させるための駆動機構などを備えている。該駆動機構は、物体情報取得部２０３によって制御される。ここでは、回転ミラー２０４ａは、＋Ｚ側からみたとき、時計回りに回転するように設定されている。また、各反射面はＺ軸方向に平行である。

なお、回転ミラー２０４ａにおける反射面の数は２面に限定するものではなく、１面であっても良いし、３面以上であっても良い。また、少なくとも２つの反射面を、回転軸に対してそれぞれ異なった傾斜角度とし、走査領域をＺ軸方向に関して切り替えることも可能である。

回転ミラー２０４ａは、光射出系２０１から射出され、反射ミラー２０５で反射された光の光路上に配置されている（図７参照）。すなわち、光射出系２０１から射出され、反射ミラー２０５で反射された光は、光偏向器２０４で偏向される。

そして、一例として図８に示されるように、回転ミラー２０４ａの回転角が所定の角度のとき、光偏向器２０４で偏向された光は反射ミラー２０５に戻り、反射ミラー２０５で反射され、同期レンズ２３を介して同期検知用光検出器２４で受光される。このとき、反射ミラー２０５で反射された光が前記同期検知用光である。

さらに回転ミラー２０４ａが回転すると、光偏向器２０４で偏向された光は、検出領域に向かう。なお、以下では、光偏向器２０４によって偏向され、検出領域に向かう光を「検出光」ともいう。

Ｚ軸方向に直交する平面内において、検出光の進行方向は、回転ミラー２０４ａの回転角に応じて異なっている（図９〜図１１参照）。すなわち、検出領域は、回転ミラー２０４ａの回転に伴って、検出光によって−Ｙ方向に走査される（図１２参照）。

そして、Ｚ軸に直交する平面内において、検出領域の＋Ｙ側端部に向かう検出光の進行方向と、検出領域の−Ｙ側端部に向かう検出光の進行方向とのなす角度φ（図１２参照）を走査角ともいう。換言すれば、Ｚ軸方向に直交する平面内における検出領域は、走査角φで規定される走査領域（所定の走査領域）である。

このように、回転ミラー２０４ａの一の反射面による１回の走査で、同期検知用光検出器２４と検出領域とが順次走査される。

光源駆動装置２５は、光偏向器２０４によって偏向された光が同期検知用光検出器２４を走査するときと、光偏向器２０４によって偏向された光が検出領域を走査するときとで、光源２１の駆動方法を異ならせている。以下では、便宜上、光偏向器２０４によって偏向された光が同期検知用光検出器２４を走査するときの駆動方法を「第１の駆動方法」といい、光偏向器２０４によって偏向された光が検出領域を走査するときの駆動方法を「第２の駆動方法」という。

本実施形態では、光源駆動装置２５は、第１の駆動方法では光源２１を連続発光させ、第２の駆動方法では光源２１をパルス発光させる。

ここで、第２の駆動方法における発光パルス数をＮ個とする。この発光パルス数Ｎは、物体を検出した際の物体位置の分解能（精度）に関係している。この場合、第２の駆動方法における最初（１番目）のパルス発光によって光源２１から射出された光は、光偏向器２０４で偏向され、検出領域の＋Ｙ側端部に向かう検出光となる。また、第２の駆動方法における最後（Ｎ番目）のパルス発光によって光源２１から射出された光は、光偏向器２０４で偏向され、検出領域の−Ｙ側端部に向かう検出光となる。すなわち、パルス発光の順番（１番目〜Ｎ番目）から、検出光の進行方向を知ることができる。例えば、Ｎが奇数のとき、「（Ｎ＋１）／２」番目のパルス発光によって光源２１から射出された光は、光偏向器２０４で偏向され、検出領域の中央部に向かう検出光となる。

「設定１」
そして、第２の駆動方法におけるパルス発光では、パルス幅が１００ｎ秒以下となるように設定される。この場合は、省電力及び半導体レーザの長寿命化を図ることができる。なお、光源２１をパルス発光させたときの光出力における半値幅をパルス幅としている。ここでは、一例として、パルス幅を１５ｎ秒としている（図１３参照）。

「設定２」
また、第２の駆動方法におけるパルス発光では、発光間隔に対するパルス幅の割合であるデューティ（Ｄｕｔｙ）比が１％以下となるように設定される。この場合は、半導体レーザに大きな電流を流してても、放熱のための休止時間が長くなるので、発熱の影響を低減することができる。そのため、半導体レーザの劣化を招くことなく、半導体レーザから射出される光の強度を高くすることができる。その結果、検出可能距離を長くすることができる。

ここでは、発光間隔の基準値を２０．８μ秒としている（図１３参照）。この場合、デューティ（Ｄｕｔｙ）比は、０．０７２％である。なお、発光間隔の基準値とは、回転ミラーの回転速度、走査角φ、パルス数Ｎなどから算出される値である。

「設定３」
第１の駆動方法における連続発光では、発光時間が１μ秒以上となるように設定される。この場合、一例として図１４に示されるように、同期検知用光は途切れることなく同期検知用光検出器２４を走査することができる。そして、同期検知用光検出器２４は、受光光量及び受光領域の大きさに対応したパルスを出力する。なお、以下では、便宜上、同期検知信号におけるパルスを「同期パルス」ともいう。

ところで、仮に、第１の駆動方法が第２の駆動方法と同じであれば、一例として図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示されるように、同期検知用光検出器２４からの同期パルスの出力タイミングがばらついてしまい、検出領域の走査開始タイミングに誤差が生じる。

そして、一の反射面による１回の走査中に同期検知用光が同期検知用光検出器２４を横切ると同期検知用光検出器２４から１個の同期パルスが出力されるため、回転ミラー２０４ａが連続して回転している間は同期検知用光検出器２４からは定期的に同期パルスが出力されることになる（図１６参照）。ここでは、同期検知用光検出器２４は、回転ミラー２０４ａが１／２回転する毎に同期パルスを出力する。すなわち、同期検知信号は、回転ミラー２０４ａの反射面の回転に同期したパルス信号である。

「設定４」
また、第２の駆動方法における光源２１の光出力のピーク値（以下では、「第２のピーク値」という。）は、第１の駆動方法における光源２１の光出力のピーク値（以下では、「第１のピーク値」という。）の１００倍以上となるように設定される。

仮に第１のピーク値が大きいと、同期検知用光検出器２４での受光量が大きくなりすぎてしまい、同期検知用光検出器２４の出力信号が飽和したり、不要光の光量が大きくなる。この場合、同期検知の精度が低下したり、誤検知するおそれがある。一方、第２のピーク値が小さいと、検出可能距離が短くなる。

そこで、第１のピーク値と第２のピーク値との間に、第２のピーク値が第１のピーク値の１００倍以上となる関係をもたせることにより、同期検知精度を低下させることなく、検出可能距離を長くすることが可能となる。

図１７には、本実施形態における光源駆動信号及び同期検知信号の一例が模式図的に示されている。なお、光源２１の光出力と光源駆動信号における信号強度との関係は、予め実験等によって求められている。そして、上記設定１〜設定４は満足されている。

図１８には、光源駆動装置２５に含まれる駆動回路の一例が示されている。該駆動回路は、電源Ｖｃｃ、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を有している。ここでは、電源Ｖｃｃの電圧は５０Ｖ、抵抗Ｒ１の抵抗値は１５０Ω、抵抗Ｒ２の抵抗値は３６７Ω、コンデンサＣ１の静電容量は２２μＦである。

半導体レーザを発光させないときは、トランジスタＴｒ１はオフ状態になっており、その間に、電源ＶｃｃからコンデンサＣ１に電荷がチャージされる。

第２の駆動方法では、Ｉｎ＿ａに電圧が印加される。これによりトランジスタＴｒ１がオン状態になり、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が瞬間的に半導体レーザを流れる。このとき、半導体レーザの抵抗は数Ω程度であるので、半導体レーザを流れる電流は数十Ａとなる。コンデンサＣ１に蓄えられている電荷は有限であるため、電荷がなくなると半導体レーザの発光は終了する。このため、大きいピーク値、かつ短いパルス幅で半導体レーザを発光させることができる。

なお、電源Ｖｃｃから供給される電流が半導体レーザを流れるが、このときの電流は、５０÷１５０＝０．３３３Ａ程度であり、コンデンサＣ１から供給される電流に比べて十分小さいため、無視することができる。

第１の駆動方法では、Ｉｎ＿ｂに電圧が印加される。これによりトランジスタＴｒ２がオン状態になり、電源Ｖｃｃから供給される電流が半導体レーザを流れる。そして、Ｉｎ＿ｂに印加される電圧がオフ状態になるまで、半導体レーザは発光し続ける。このときに半導体レーザを流れる電流は、５０÷（１５０＋３６７）＝０．０９７Ａである。

なお、トランジスタＴｒ２をオン状態にした瞬間に、コンデンサＣ１から供給される電流（５０÷３６７＝０．１３６Ａ）が半導体レーザを流れるが、コンデンサＣ１に蓄えられている電荷は有限のため、すぐに（数１０μ秒のオーダーで）なくなり、コンデンサＣ１から電流が流れなくなるため、実用的には無視することができる。

ここでは、第１の駆動方法と第２の駆動方法とでは、半導体レーザを流れてグランドに落ちる電流経路を異ならせている。これにより、第２の駆動方法では、大きな電流を瞬間的に流し、第１の駆動方法では、弱い電流を長時間流すことを可能にするとともに、光源駆動装置２５の駆動回路を単純化することが可能である。

ところで、第２の駆動方法のときはコンデンサから供給される電流のみとし、第１の駆動方法のときは電源から供給される電流のみとすることも可能であるが、この場合は、回路構成が複雑になり、駆動回路の大きさが大きくなるおそれがある。

なお、仮に、第１の駆動方法に対応した駆動回路と第２の駆動方法に対応した駆動回路とが個別に設けられる場合には、第１の駆動方法に対応して図１９（Ａ）に示される駆動回路が設けられ、第２の駆動方法に対応して図１９（Ｂ）に示される駆動回路が設けられる。

ここで、光源駆動装置２５が受信した同期検知信号における同期パルスについて、物体計測を開始してからｋ番目の同期パルスをｐ（ｋ）、ｋ−１番目の同期パルスをｐ（ｋ−１）、ｋ−２番目の同期パルスをｐ（ｋ−２）、・・・・・と表記する（図２０参照）。

また、ｐ（ｋ−１）からｐ（ｋ）までの経過時間をΔｔ（ｋ）、ｐ（ｋ−２）からｐ（ｋ−１）までの経過時間をΔｔ（ｋ−１）、ｐ（ｋ−３）からｐ（ｋ−２）までの経過時間をΔｔ（ｋ−２）、・・・・・と表記する（図２０参照）。なお、以下では、連続する２つの同期パルス間の経過時間を「同期パルス間隔」ともいう。

回転ミラー２０４ａが完全に等速で回転しており、かつ回転ミラー２０４ａの反射面形状が完全に平面であれば、Δｔ（ｋ）、Δｔ（ｋ−１）、Δｔ（ｋ−２）、・・・・・はすべて同じ値となる。しかし、回転ミラー２０４ａが完全に等速で回転していない場合や、回転ミラー２０４ａが複数の反射面を有し、その複数の反射面における反射面間に形状誤差が存在する場合、すなわち、回転ミラー２０４ａに回転ジッタが存在する場合には、Δｔ（ｋ）、Δｔ（ｋ−１）、Δｔ（ｋ−２）、・・・・・は完全に同じ値にならず、わずかながら差異が発生する。その結果、走査毎に、走査角φ、すなわち検出領域の大きさが変化する。

そこで、本実施形態では、光源駆動装置２５は、以下のようにして上記検出領域の大きさの変化を抑制している。なお、同期パルス間隔の基準値をΔｔとする。また、第２の駆動方法における発光間隔の基準値をΔｔｐとする。

「方法１」
この方法１は、上記回転ジッタが発生する要因として、回転ミラー２０４ａそのものの回転むらの寄与が大きい場合に用いられる方法である。

方法１では、ｋ番目の走査を実施する際、直前の同期パルス間隔Δｔ（ｋ）に基づいて第２の駆動方法における発光間隔を決定する。

例えば、直前の同期パルス間隔Δｔ（ｋ）がΔｔよりも大きいときは、回転ミラー２０４ａの回転が局所的に遅くなっているときであり、そのときには第２の駆動方法における発光間隔をΔｔｐよりも大きくする。

逆に、同期パルス間隔Δｔ（ｋ）がΔｔよりも小さいときは、回転ミラーの回転が局所的に速くなっているときであり、そのときには第２の駆動方法における発光間隔をΔｔｐよりも小さくする。

具体的には、同期パルス間隔Δｔ（ｋ）が基準値Δｔに対してＭ％だけ大きい場合には、第２の駆動方法における発光間隔をΔｔｐに対してＭ％だけ大きくする。一方、同期パルス間隔Δｔ（ｋ）が基準値Δｔに対してＭ％だけ小さい場合には、第２の駆動方法における発光間隔をΔｔｐに対してＭ％だけ小さくする。

このように、回転ジッタが発生する要因として回転ミラー２０４ａそのものの回転むらの寄与が大きい場合には、検出領域の走査が開始される直前の同期パルス間隔を用いて、第２の駆動方法における発光間隔を決定することで、回転ミラー２０４ａに回転ジッタが存在していても、検出領域の大きさの精度向上を図ることができる。

「方法２」
この方法２は、上記回転ジッタが発生する要因として、複数の反射面における反射面間の形状誤差の寄与が大きい場合に用いられる方法である。

方法２では、回転ミラー２０４ａにおける反射面の数をｎ（２以上の整数）として、ｋ番目の走査を実施する際、Δｔ（ｋ−ｎ＋１）の値を用いて、第２の駆動方法における発光間隔を決定する。例えば、ｎ＝２のときは、Δｔ（ｋ−１）の値を用いる。

具体的には、同期パルス間隔Δｔ（ｋ−ｎ＋１）が基準値Δｔに対してＭ％だけ大きい場合には、第２の駆動方法における発光間隔をΔｔｐに対してＭ％だけ大きくする。一方、同期パルス間隔Δｔ（ｋ−ｎ＋１）が基準値Δｔに対してＭ％だけ小さい場合には、第２の駆動方法における発光間隔をΔｔｐに対してＭ％だけ小さくする。

「方法３」
この方法３は、上記回転ジッタが発生する要因として、回転ミラー２０４ａそのものの回転むらと複数の反射面における反射面間の形状誤差とがある場合に用いられる方法である。

方法３では、回転ミラー２０４ａにおける反射面の数をｎ（２以上の整数）として、ｋ番目の走査を実施する際、Δｔ（ｋ−ｎ＋１）からΔｔ（ｋ）までの平均値を用いて、第２の駆動方法における発光間隔を決定する。すなわち、回転ミラー１回転分の同期パルス間隔の平均値を用いて、第２の駆動方法における発光間隔を決定する。

具体的には、上記平均値が基準値Δｔに対してＭ％だけ大きい場合には、第２の駆動方法における発光間隔をΔｔｐに対してＭ％だけ大きくする。一方、上記平均値が基準値Δｔに対してＭ％だけ小さい場合には、第２の駆動方法における発光間隔をΔｔｐに対してＭ％だけ小さくする。

以上のように、発生している回転ジッタの状況に合わせて、適切な同期パルス間隔を用いて第２の駆動方法における発光間隔を決定することにより、検出領域の大きさの変動を抑制することができる。

上記では、同期パルス間隔を用いて、回転ミラーのジッタの影響による検出範囲の大きさの変動を抑制する方法を示した。同様に、回転ミラーのジッタがあると、検出範囲の開始位置も変動する。その検出範囲の開始位置についても、上記と同様の考え方で、変動を抑制することができる。具体的には、同期パルスを検出してから検出範囲の開始までの時間（以下では、「ディレイ時間」という）をΔｔ＿ｄｅｌａｙとする。同期パルス間隔Δｔ（ｋ）が基準値Δｔに対してＭ％だけ大きい場合には、Δｔ＿ｄｅｌａｙをＭ％だけ大きくする。一方、同期パルス間隔Δｔ（ｋ）が基準値Δｔに対してＭ％だけ小さい場合には、Δｔ＿ｄｅｌａｙをＭ％だけ小さくする。

物体情報取得部２０３は、監視制御装置４０から物体情報の取得開始要求を受信すると、光偏向器２０４の駆動機構を駆動させる。そして、物体情報取得部２０３は、回転ミラー２０４ａの回転速度が所定の回転速度に達すると、光源２１の駆動開始要求を光源駆動装置２５に送信する。

そして、物体情報取得部２０３は、監視制御装置４０から物体情報の取得終了要求を受信すると、光源２１の駆動終了要求を光源駆動装置２５に送信する。

次に、物体情報取得部２０３から光源２１の駆動開始要求を受信したときに、光源駆動装置２５で行われる光源駆動処理について、図２１を用いて説明する。図２１のフローチャートは、光源駆動装置２５によって実行される一連の処理アルゴリズムに対応している。

最初のステップＳ４０１では、第１の駆動方法に対応した光源駆動信号の出力を開始する。

次のステップＳ４０３では、同期検知信号を監視し、同期パルスを受信したか否かを判断する。ここでは、同期検知信号の信号強度が予め設定されているしきい値を超えると同期パルスを受信したと判断する。そして、同期パルスを受信していなければ、ここでの判断は否定され、第１の駆動方法に対応した光源駆動信号の出力を継続しつつ、同期パルスを受信するのを待つ。同期パルスを受信すれば、ここでの判断は肯定され、ステップＳ４０５に移行する。

このステップＳ４０５では、光源駆動信号の出力を停止する。

次のステップＳ４０７では、第２の駆動方法における発光間隔を決定する。ここでは、上記方法１〜方法３のいずれかの方法を用いて発光間隔を決定する。

次のステップＳ４０９では、同期パルスを受信してからの経過時間が予め設定されている時間になるまで待機する。そして、該経過時間が予め設定されている時間になると、ステップＳ４１１に移行する。

次のステップＳ４１１では、第２の駆動方法に対応した光源駆動信号の出力を開始する。すなわち、光源駆動装置２５は、同期検知信号に基づいて、検出領域の走査を開始するタイミングを決定する。

次のステップＳ４１３では、Ｎ個のパルス発光が終了したか否かを判断する。Ｎ個のパルス発光が終了していなければ、第２の駆動方法に対応した光源駆動信号の出力を継続しつつ、Ｎ個のパルス発光が終了するのを待つ。Ｎ個のパルス発光が終了すれば、ここでの判断は肯定され、ステップＳ４１５に移行する。

このステップＳ４１５では、光源駆動信号の出力を停止する。

次のステップＳ４１７では、物体情報取得部２０３から光源２１の駆動終了要求を受信したか否かを判断する。該駆動終了要求を受信していなければ、ここでの判断は否定され、上記ステップＳ４０１に戻る。

一方、駆動終了要求を受信していれば、光源駆動処理を終了する。

ところで、検出領域内に物体があると、レーザレーダ２０から射出され物体で反射された光の一部は、レーザレーダ２０に戻ってくる。以下では、便宜上、物体で反射されレーザレーダ２０に戻ってくる光を「物体からの反射光」ともいう。

物体からの反射光であって、光偏向器２０４により反射ミラー２０５に向かう方向に偏向された光は、反射ミラー２０５で反射され、光検出系２０２に入射する。

光検出系２０２は、一例として図２２に示されるように、結像光学系２８、及び受光器２９などを有している。

結像光学系２８は、反射ミラー２０５で反射された物体からの反射光の光路上に配置され、該光を集光する。ここでは、結像光学系２８は２枚のレンズで構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、結像光学系２８が１枚のレンズで構成されていても良いし、３枚以上のレンズで構成されていても良い。また、結像光学系２８としてミラー光学系を用いても良い。

受光器２９は、結像光学系２８を介した光を受光し、受光光量に対応した信号を物体情報取得部２０３に出力する。

受光器２９の受光素子としては、ＰＤ（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、ＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、ガイガーモードＡＰＤであるＳＰＡＤ（ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ａｖａｌａｎｃｈｅ ｄｉｏｄｅ）等を用いることができる。なお、ＡＰＤやＳＰＡＤはＰＤに対して感度が高いため、検出精度や検出可能距離の点で有利である。

物体情報取得部２０３は、受光器２９の出力レベルが予め設定されているしきい値以上のとき、受光器２９が物体からの反射光を受光したと判断する。

そして、物体情報取得部２０３は、受光器２９が物体からの反射光を受光すると、そのときの第２の駆動方法におけるパルス発光がＮ個のうちの何番目のパルス発光であるかから、物体からの反射光の入射方向（図２３〜図２５参照）を知ることができる。

また、物体情報取得部２０３は、受光器２９が物体からの反射光を受光すると、一例として図２６に示されるように、光源２１の発光タイミングから受光器２９での受光タイミングまでの経過時間ｔから物体までの距離を求める。

さらに、物体情報取得部２０３は、物体の位置、物体の大きさ及び物体の形状などの物体情報を求め、メモリ５０に保存する。

また、物体情報取得部２０３は、光源２１を発光させてから所定の時間が経過しても、受光器２９の出力レベルが予め設定されているしきい値未満のままであれば、物体は検出されなかったものと判断し、該判断結果をメモリ５０に保存する。

図２に戻り、監視制御装置４０は、所定のタイミング毎に、メモリ５０に格納されている物体情報などに基づいて、車両１の前方に物体があるときにその物体の移動の有無を求めるとともに、該物体が移動しているときにはその移動方向及び移動速度を含む移動情報を求める。そして、物体情報及び移動情報を表示装置３０に表示する。

また、監視制御装置４０は、物体情報及び移動情報に基づいて、危険の有無を判断し、危険があると判断すると、車両１のメインコントローラ及び音声・警報発生装置６０に通知する。

音声・警報発生装置６０は、一例として図２７に示されるように、音声合成装置６１、警報信号生成装置６２及びスピーカ６３などを有している。

音声合成装置６１は、複数の音声データを有しており、監視制御装置４０から危険有りの情報を受け取ると、対応する音声データを選択し、スピーカ６３に出力する。

警報信号生成装置６２は、監視制御装置４０から危険有りの情報を受け取ると、対応する警報信号を生成し、スピーカ６３に出力する。

本実施形態では、光射出系２０１と光検出系２０２は、Ｚ方向に関して重なって配置されており、光偏向器２０４と反射ミラー２０５は、光射出系２０１と光検出系２０２とで共用されている。この場合は、物体における光源２１からの光の照射範囲と受光器２９における受光可能範囲の相対的な位置ずれを小さくすることができ、安定した物体検出を実現できる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態では、光射出系２０１と光偏向器２０４と反射ミラー２０５とによって、本発明の光走査装置が構成されている。そして、同期検知用光検出器２４によって本発明の光走査装置における光検出器が構成されている。また、光検出系２０２によって、本発明の物体検出装置における受光手段が構成されている。

以上説明したように、本実施形態に係るレーザレーダ２０は、光射出系２０１、反射ミラー２０５、光偏向器２０４、光検出系２０２、及び物体情報取得部２０３などを有している。

光射出系２０１は、光源２１、カップリングレンズ２２、同期レンズ２３、同期検知用光検出器２４、及び光源駆動装置２５などを有している。光検出系２０２は、結像光学系２８、及び受光器２９などを有している。

光源駆動装置２５は、光偏向器２０４によって偏向された光が同期検知用光検出器２４を走査するとき、第１の駆動方法として光源２１を連続発光させ、光偏向器２０４によって偏向された光が検出領域を走査するとき、第２の駆動方法として光源２１をパルス発光させる。この場合、装置の小型化と走査位置の高精度化とを両立させることができる。

そして、第２の駆動方法におけるパルス発光では、パルス幅を１００ｎｓ以下とし、デューティ（Ｄｕｔｙ）を１％以下としている。この場合は、省電力及び半導体レーザの長寿命化を図ることができる。

また、第１の駆動方法における連続発光では、発光時間を１μｓ以上としている。さらに、第２の駆動方法における光源２１の光出力のピーク値を、第１の駆動方法における光源２１の光出力のピーク値の１００倍以上としている。この場合は、同期検知精度を低下させることなく、物体の検出可能距離の長距離化を図ることができる。

また、物体情報取得部２０３は、光源２１での発光タイミングと受光器２９での受光タイミングとに基づいて、物体までの距離を含む物体情報を取得する。ここでは、物体情報を精度良く取得することができる。

そして、本実施形態に係る監視装置１０によると、レーザレーダ２０を備えているため、物体情報及び移動情報の検出精度を低下させることなく、小型化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、第２の駆動方法におけるパルス幅が１５ｎ秒の場合について説明したが、これに限定されるものではない。パルス幅は１００ｎ秒以下であれば良い。

また、上記実施形態では、第２の駆動方法において、デューティ（Ｄｕｔｙ）比が０．０７２％の場合について説明したが、これに限定されるものではない。デューティ（Ｄｕｔｙ）比は１％以下であれば良い。

第２の駆動方法の変形例が図２８に示されている。この場合、連続して３つのパルス発光（各パルス幅は１５ｎ秒）がなされ、３連続パルスの発光間隔を２０．８μ秒としている。このときのデューティ（Ｄｕｔｙ）比は０．２１６％（＝パルス幅１５ｎ秒×３÷２０．８μ秒）となり、１％以下を満足している。

また、上記実施形態では、同期検知用光を受光すると、同期検知用光検出器２４の出力信号がローレベルからハイレベルに変化するものとしているが、これに限定されるものではなく同期検知用光を受光すると、同期検知用光検出器２４の出力信号がハイレベルからローレベルに変化しても良い。

また、上記実施形態において、光射出系２０１は、光源２１の光出力を求めるために、光源２１から射出されカップリングレンズ２２で反射された光の一部を受光するモニタ用受光器を備えていても良い。この場合、一例として図２８に示されるように、モニタ用受光器の出力が、予め設定されているしきい値を超えるタイミングを受光タイミングとしても良い。

なお、この場合、モニタ用受光器の出力及び受光器２９の出力をＡ／Ｄ変換し、モニタ用受光器の出力と受光器２９の出力を相関演算することで、時間ｔを求めることも可能である。

また、上記実施形態において、光偏向器２０４は、前記回転ミラーに代えて、回転多面鏡を有していても良い。

また、上記実施形態では、光射出系２０１が、光検出系２０２の＋Ｚ側に配置されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態において、物体情報取得部２０３での処理の一部を監視制御装置４０が行っても良いし、監視制御装置４０での処理の一部を物体情報取得部２０３が行っても良い。

また、上記実施形態では、監視装置１０が１つのレーザレーダ２０を備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。車両の大きさ、監視領域などに応じて、複数のレーザレーダ２０を備えても良い。

また、上記実施形態では、レーザレーダ２０が車両の進行方向を監視する監視装置１０に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、車両の後方や側面を監視する装置に用いられても良い。

さらに、レーザレーダ２０は、車載用以外のセンシング装置にも用いることができる。この場合には、監視制御装置４０は、センシングの目的に応じたアラーム情報を出力する。

また、レーザレーダ２０は、物体の有無のみを検出する用途にも用いることができる。

また、レーザレーダ２０は、センシング装置以外の用途（例えば、距離計測装置や形状測定装置）にも用いることができる。

また、光射出系２０１と光偏向器２０４と反射ミラー２０５とからなる光走査装置は、物体検出装置以外の用途（例えば、画像表示装置や画像形成装置）にも用いることができる。

１…車両、１０…監視装置（センシング装置）、２０…レーザレーダ（物体検出装置）、２１…光源、２２…カップリングレンズ、２３…同期レンズ、２４…同期検知用光検出器（光検出器）、２５…光源駆動装置、２８…結像光学系、２９…受光器、４０…監視制御装置、５０…メモリ、６０…音声・警報発生装置、２０１…光射出系、２０２…光検出系（受光手段）、２０３…物体情報取得部（処理部）、２０４…光偏向器、２０４ａ…回転ミラー、２０５…反射ミラー。

特許第５２５１８５８号公報 特開２００９−０６３３３９号公報 特開２０１２−１０７９８４号公報 特許第５０８２７０４号公報 特開２０１１−０８５５７７号公報 特許第４６７３０７８号公報

Claims (14)

1. 光によって所定の走査領域を走査する光走査装置であって、
   光源と、
   前記光源を駆動する光源駆動装置と、
   回転する少なくとも１つの反射面を有し、前記光源からの光を偏向する光偏向器と、
   前記走査領域の走査を開始するタイミングを決定するための光検出器とを備え、
   前記光偏向器の一の反射面による１回の走査で前記光検出器と前記走査領域が順次走査され、
   前記光源駆動装置は、前記光偏向器で偏向された光が前記光検出器を走査するとき第１の駆動方法で前記光源を駆動し、前記光偏向器で偏向された光が前記走査領域を走査するとき前記第１の駆動方法とは異なる第２の駆動方法で前記光源を駆動する光走査装置。
2. 前記光源駆動装置は、前記第１の駆動方法では前記光源を連続発光させ、前記第２の駆動方法では前記光源をパルス発光させることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記光源駆動装置は、前記第１の光源駆動方法に対応した第１の電流経路と、前記第２の光源駆動方法に対応した第２の電流経路とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記光源駆動装置は、電源及びコンデンサを有し、
   前記第１の電流経路は、前記電源から前記光源に供給される電流が主となる電流経路であり、前記第２の電流経路は、前記コンデンサに蓄えられた電荷により前記光源に供給される電流が主となる電流経路であることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記第２の駆動方法における前記光源の光出力のピーク値は、前記第１の駆動方法における前記光源の光出力のピーク値の１００倍以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 前記光検出器の出力信号は、前記光偏向器の反射面の回転に同期したパルス信号であり、
   前記光源駆動装置は、前記光検出器の出力信号に基づいて、前記第２の駆動方法における発光間隔を決定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記光源駆動装置は、前記光検出器の出力信号における直前のパルス間隔に基づいて、前記第２の駆動方法における発光間隔を決定することを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
8. 前記光偏向器における前記少なくとも１つの反射面はｎ（２以上の整数）個の反射面であり、
   前記光源駆動装置は、前記光検出器の出力信号におけるｎ回前のパルス間隔に基づいて、前記第２の駆動方法における発光間隔を決定することを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
9. 前記光偏向器における前記少なくとも１つの反射面はｎ（２以上の整数）個の反射面であり、
   前記光源駆動装置は、前記光検出器の出力信号におけるｎ回前から直前までのパルス間隔の平均値に基づいて、前記第２の駆動方法における発光間隔を決定することを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の光走査装置と、
    前記光走査装置から走査領域に向けて射出され、前記走査領域に物体があるときに、該物体で反射された光を受光する受光手段とを備える物体検出装置。
11. 前記光走査装置の光源駆動装置は、第２の駆動方法として光源を１％以下のデューティ（Ｄｕｔｙ）比でパルス発光させることを特徴とする請求項１０に記載の物体検出装置。
12. 前記光走査装置の光源駆動装置は、第１の駆動方法として光源を１μ秒以上連続発光させ、第２の駆動方法として光源を１００ｎ秒以下のパルス幅でパルス発光させることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の物体検出装置。
13. 請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の物体検出装置と、
    前記物体検出装置の出力に基づいて、物体の有無、物体の位置、及び物体の移動速度の少なくともいずれかを求める監視制御装置とを備えるセンシング装置。
14. 車両に搭載され、
    前記監視制御装置は、前記物体の位置情報及び移動情報の少なくとも一方に基づいて危険の有無を判断することを特徴とする請求項１３に記載のセンシング装置。

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