JP2016075495A - 物体検出装置及びセンシング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出分解能の向上と光源の長寿命化とを両立させることができる物体検出装置を提供する。
【解決手段】 レーザレーダは、光射出系、光検出系、及び物体情報取得部などを有している。光射出系は光源を含み、該光源は、Ｚ軸方向に沿って、等間隔で配置されている複数の発光エリアを有している。物体情報取得部は、検出領域をＺ軸方向に関して複数の部分領域に分割する際に、分割数を可変としている。検出領域の分割数がＮ_Ｓのときに光射出系から射出される光の光量をＰ_Ｓ、検出領域の分割数がＮ_Ｌ（＜Ｎ_Ｓ）のときに光射出系から射出される光の光量をＰ_Ｌとすると、物体情報取得部は、Ｐ_Ｓ＜Ｐ_Ｌの関係が満たされるように、複数の発光エリアにおける点灯させる発光エリアを決定する。
【選択図】図３４

Description

本発明は、物体検出装置及びセンシング装置に係り、更に詳しくは、物体を検出対象とする物体検出装置、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には、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、前記投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する制御部と、前記走査部によるレーザ光走査により計測対象で反射して戻る反射レーザ光のみを前記制御部からの指令に基づいて選択する選択手段と、この選択手段で選択された反射レーザ光を受ける受光部と、前記制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の距離情報を取得する距離演算部を備えたことを特徴とするレーザレーダが開示されている。

また、特許文献２には、車両に搭載して進行方向の前方の空間に発射したレーザ光の物体反射光から障害物の有無等を判定するレーザレーダ装置において、レーザ光を車両の進行方向の前方の視野領域に送光する送光部と、前記視野領域からの反射レーザ光を受光する受信光学系を有し、受光視野が前記視野領域を左右方向に３つ以上に分割され、受信光学系で集光された反射レーザ光の電気変換、増幅及びディジタル化等の処理を各分割視野毎に独立して行う受光部と、前記受光部の各出力を一定の順序で時系列的に処理し、各分割視野での障害物の有無判定、障害物までの測距及び各分割視野における障害物の時系列的な動向監視を行う信号処理部とを備えたことを特徴とするレーザレーダ装置が開示されている。

また、特許文献３には、回転軸に対する倒れ角が異なる複数の反射面を外周部に備えた回転多面鏡と、パルス光を発生させる光源を有し、該パルス光を前記回転多面鏡に所定方向から入射させるパルス光入射手段と、前記回転多面鏡の反射面から前方の測定エリアに向けて出射され、測定エリア内の物体で反射されて戻って来るパルス光を受光する受光手段とを備える反射測定装置が開示されている。

しかしながら、従来の装置では、検出分解能の向上と光源の長寿命化とを両立させるのは困難であった。

本発明は、所定の検出領域内に存在する物体の情報を検出する物体検出装置であって、少なくとも第１の方向に沿って配列されている複数の発光エリアを有する光源を含む投光部と、前記投光部から射出された光を前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って走査する光走査部と、前記光走査部から射出され、前記物体で反射された光を受光する受光部と、前記第２の方向に直交する第３の方向に関して、前記検出領域を複数の部分領域に分割する制御部とを備え、前記検出領域の分割数が可変である物体検出装置である。

本発明の物体検出装置によれば、検出分解能の向上と光源の長寿命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。 光射出系を説明するための図（その１）である。 光射出系を説明するための図（その２）である。 光検出系を説明するための図（その１）である。 光検出系を説明するための図（その２）である。 複数の発光エリアを説明するための図である。 各発光エリアに含まれる複数の発光部を説明するための図である。 第１回転ミラーの走査範囲を説明するための図である。 配置例１におけるカップリングレンズ２２の位置を説明するための図である。 配置例１におけるカップリングレンズ２２を通過した光を説明するための図である。 配置例１における発光エリアＡから射出された光の光路を説明するための図（その１）である。 配置例１における発光エリアＡから射出された光の光路を説明するための図（その２）である。 配置例１における検出光の照射領域を説明するための図である。 照射角θの定義を説明するための図である。 配置例１における照射角θを説明するための図（その１）である。 配置例１における照射角θを説明するための図（その２）である。 配置例１における結像レンズ２８の位置を説明するための図である。 配置例１における光検出器２９の共役位置を説明するための図である。 配置例１における物体からの反射光の光路を説明するための図（その１）である。 配置例１における物体からの反射光の光路を説明するための図（その２）である。 配置例１における光検出器２９の共役位置での照射領域と検出領域との関係を説明するための図である。 配置例１における検出角αを説明するための図である。 配置例２におけるカップリングレンズ２２の位置を説明するための図である。 配置例２における検出光を説明するための図である。 配置例２における発光エリアＡから射出された光の光路を説明するための図（その１）である。 配置例２における発光エリアＡから射出された光の光路を説明するための図（その２）である。 配置例２における結像レンズ２８の位置を説明するための図である。 配置例２における物体からの反射光の光路を説明するための図（その１）である。 配置例２における物体からの反射光の光路を説明するための図（その２）である。 配置例２における検出光と光検出器２９で受光可能な領域との関係を説明するための図である。 光源２１の構成例における複数の発光エリアを説明するための図である。 検出領域の分割１を説明するための図である。 分割１に対応する複数の発光エリアのグループ分けを説明するための図である。 検出領域の分割２を説明するための図である。 分割２に対応する複数の発光エリアのグループ分けを説明するための図である。 検出領域の分割３を説明するための図である。 分割３に対応する複数の発光エリアのグループ分けを説明するための図である。 物体情報取得部の動作を説明するためのフローチャートである。 音声・警報発生装置の構成を説明するためのブロック図である。 第１回転ミラーと第２回転ミラーの一体化の例１を説明するための図である。 第１回転ミラーと第２回転ミラーの一体化の例２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４１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。

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。

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、主制御装置４０、メモリ５０、及び音声・警報発生装置６０などを備えている。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、表示装置３０、主制御装置４０、メモリ５０、及び音声・警報発生装置６０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。

レーザレーダ２０は、一例として図３に示されるように、＋Ｘ方向に検出光を射出する光射出系２０１、物体で反射された光を検出する光検出系２０２、光射出系２０１を制御するとともに、光検出系２０２での検出結果に基づいて、物体の有無、物体までの距離、物体の大きさ、物体の形状、物体の位置などの物体情報を取得する物体情報取得部２０３などを有している。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。なお、光射出系２０１、光検出系２０２及び物体情報取得部２０３は、筐体内に納められている。

光射出系２０１は、一例として図４及び図５に示されるように、光源２１、カップリングレンズ２２、第１反射ミラー２３、及び第１回転ミラー２４などを有している。

光検出系２０２は、一例として図６及び図７に示されるように、第２回転ミラー２６、第２反射ミラー２７、結像レンズ２８、及び光検出器２９などを有している。

光源２１は、一例として図８に示されるように、複数の発光エリアＡがＺ軸方向に沿って、等間隔で配置されている。ここでは、各発光エリアの形状は、正方形状であり、その一辺の長さをｄ１とする。また、隣接する２つの発光エリアの間隙をｄ２とする。

各発光エリアＡは、一例として図９に示されるように、複数の発光部が２次元配列されている。各発光部の形状は、正方形状であり、その一辺の長さをｄ３とする。また、隣接する２つの発光部の間隙をｄ４とする。上記ｄ１の大きさは、発光エリアに含まれる発光部の数によって決まる。

各発光部は、垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）である。すなわち、光源２１は、いわゆる面発光レーザアレイである。

各発光部は、物体情報取得部２０３によって点灯及び消灯される。点灯された発光部からは、＋Ｘ方向に光が射出される。

カップリングレンズ２２は、光源２１の＋Ｘ側に配置されている。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。

第１反射ミラー２３は、カップリングレンズ２２を介した光を第１回転ミラー２４に向けて反射する。

第１回転ミラー２４は、Ｚ軸に平行な回転軸まわりに回転する複数の鏡面（反射面）を有し、第１反射ミラー２３からの光をＹ軸方向に沿って走査する。第１回転ミラー２４の各鏡面はいずれも回転軸に平行である。ここでは、第１回転ミラー２４は４つの鏡面を有している。第１回転ミラー２４の回転制御は、物体情報取得部２０３によって行われる。第１回転ミラー２４の鏡面で反射された光がレーザレーダ２０から射出される検出光である。

第１回転ミラー２４が回転すると、一例として図１０に示されるように、Ｚ軸方向に直交する平面内において、検出光の進行方向が変化する。すなわち、検出光は、第１回転ミラー２４の回転に伴って、Ｙ軸方向に沿って走査される。ここでは、検出光は、＋Ｙ方向に走査される。そして、以下では、Ｚ軸に直交する平面内において、走査領域の−Ｙ側端部に向かう光の進行方向と、走査領域の＋Ｙ側端部に向かう光の進行方向とのなす角度φ（図１０参照）を走査角ともいう。

検出範囲内に物体があると、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に戻ってきた光を「物体からの反射光」ともいう。

第２回転ミラー２６は、Ｚ軸に平行な回転軸まわりに回転する複数の鏡面を有し、物体からの反射光を第２反射ミラー２７のミラー面に向けて反射する。第２回転ミラー２６の各鏡面はいずれも回転軸に平行である。ここでは、第２回転ミラー２６は４つの鏡面を有している。第２回転ミラー２６の回転制御は、物体情報取得部２０３によって行われる。

物体情報取得部２０３は、第１回転ミラー２４と第２回転ミラー２６とを同期させ、同じ回転角となるように制御する。なお、第１回転ミラー２４及び第２回転ミラー２６には、回転角を検出するためのセンサ（例えば、ホール素子）がそれぞれ設けられており、各センサの出力信号は、物体情報取得部２０３に送られるようになっている。すなわち、物体情報取得部２０３は、各センサの出力信号に基づいて、第１回転ミラー２４及び第２回転ミラー２６の回転角を知ることができる。

第２反射ミラー２７は、第２回転ミラー２６からの光を−Ｘ方向に反射する。

結像レンズ２８は、第２反射ミラー２７の−Ｘ側に配置され、第２反射ミラー２７で反射された光を集光する。

光検出器２９は、結像レンズ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。物体情報取得部２０３は、光検出器２９の出力レベルが予め設定されている閾値以上のとき、物体からの反射光を受光したと判断する。光検出器２９の受光素子として、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、及び通常のピンフォトダイオード（ＰＤ）を用いることができる。

物体情報取得部２０３は、光源２１を点灯及び消去させるとともに、第１回転ミラー２４及び第２回転ミラー２６を駆動制御する。また、物体情報取得部２０３は、光検出器２９の出力信号に基づいて、物体の有無を取得する。そして、物体が有ると、物体情報取得部２０３は、光源２１の点灯タイミングと光検出器２９の受光タイミングとに基づいて、物体までの距離などを取得する。

《カップリングレンズ２２及び結像レンズ２８の配置例１》
この配置例１では、図１１に示されるように、カップリングレンズ２２は、Ｘ軸方向に関して光源２１との距離がカップリングレンズ２２の焦点距離（ｆ１とする）と一致する位置に配置されている。

この場合、光源２１の１つの発光部から射出された光は、カップリングレンズ２２で略平行光とされるが、ここでは、発光エリアＡに含まれる複数の発光部が同時に点灯されるため、発光エリアＡから射出された光は、カップリングレンズ２２を通過すると発散光となる（図１２参照）。そして、カップリングレンズ２２による光源２１の共役像の形成位置は無限遠になる。

光源２１の１つの発光エリアＡから射出された光の光路の一例が、図１３及び図１４に示されている。

ところで、レーザレーダ２０から射出される検出光は、発散光であるため、一例として図１５に示されるように、検出距離によって、検出光の照射領域の大きさが異なる。なお、以下では、煩雑さを避けるため、検出光の照射領域を単に照射領域ともいう。

ここで、一例として図１６に示されるように、カップリングレンズ２２の中心を視点としたときの照射領域の広がり角度θを照射角と定義する。この照射角θは、検出距離が小さいほど大きい（図１７及び図１８参照）。

結像レンズ２８は、図１９に示されるように、Ｘ軸方向に関して光検出器２９との距離が結像レンズ２８の焦点距離（ｆ２とする）よりも大きい位置であって、光検出器２９を物点としたときに、光検出器２９が結像レンズ２８によって、Ｘ軸方向に関するレーザレーダ２０からの距離がＬ_Ｓの位置（図２０参照）に結像されるように配置されている。すなわち、Ｌ_Ｓは、結像レンズ２８による光検出器２９の共役像の形成位置である。ここでは、一例として、Ｌ_Ｓ＝８０ｍとしている。

物体からの反射光の光路の一例が、図２１及び図２２に示されている。

すなわち、配置例１では、光源２１の共役像が無限遠に形成され、光検出器２９の共役像がレーザレーダ２０の近傍に形成されるように、カップリングレンズ２２及び結像レンズ２８が配置されている。

例えば、図２３に示されるように、物体がＸ軸方向に関するレーザレーダ２０からの距離がＬ_Ｓの位置であって、Ｙ軸方向に関して光検出器２９の共役像内にあるときに、該物体からの反射光を光検出器２９で受光することができる。ここでは、光検出器２９の共役像が形成される領域が「検出領域」となる。

そして、カップリングレンズ２２の中心を視点としたときの検出領域の広がり角度αを検出角と定義する。検出距離がＬ_Ｓ以上の位置では、図２４に示されるように、検出角αはほぼ一定である。また、レーザレーダ２０に要求される検出距離の範囲内では、検出領域の大きさは、照明領域の大きさよりも小さい。従って、レーザレーダ２０は、従来のレーザレーダよりも検出分解能を向上させることができる。

なお、検出距離がＬ_Ｓよりも小さい位置では、検出領域の大きさは、Ｌ_Ｓでの検出領域の大きさよりも大きくなる。すなわち、検出領域の大きさは、Ｌ_Ｓで最小となる。そこで、Ｌ_Ｓを最小検出距離としても良い。この場合は、物体情報取得部２０３での物体情報の取得処理（例えば、各種演算処理）を簡略化することができる。

《カップリングレンズ２２及び結像レンズ２８の配置例２》
この配置例２では、図２５に示されるように、カップリングレンズ２２は、Ｘ軸方向に関して光源２１との距離がカップリングレンズ２２の焦点距離ｆ１よりも大きくなる位置であって、図２６に示されるように、カップリングレンズ２２による光源２１の共役像の形成位置が上記Ｌ_Ｓとなるように配置されている。

光源２１の１つの発光エリアＡから射出された光の光路の一例が、図２７及び図２８に示されている。

結像レンズ２８は、図２９に示されるように、Ｘ軸方向に関して光検出器２９との距離が結像レンズ２８の焦点距離ｆ２と一致する位置に配置されている。

物体からの反射光の光路の一例が、図３０及び図３１に示されている。

すなわち、配置例２では、光源２１の共役像がレーザレーダ２０の近傍に形成され、光検出器２９の共役像が無限遠に形成されるように、カップリングレンズ２２及び結像レンズ２８が配置されている。

図３２には、検出光と光検出器２９で受光可能な領域との関係が示されている。配置例２では、物体からの反射光の全てが光検出器２９で受光可能である。すなわち、照射領域と検出領域は一致している。

配置例２における検出領域の大きさは、配置例１における検出領域の大きさと同じであり、この配置例２の場合も、前述した配置例１の場合と同等の効果を得ることができる。

換言すれば、物体を検出できる領域は、光源２１の像（以下、「光源像」ともいう）と、光検出器２９の像（以下、「検出器像」ともいう）とが重なり合う領域である。例えば、上記配置例１のように、物体の位置が光源像の領域内であっても、検出器像の領域外であれば、物体からの反射光は光検出器２９に導光されないため、物体は検出されない。また、上記配置例２のように、物体の位置が検出器像の領域内であっても、光源像の領域外であれば、光源２１から射出された光（検出光）が物体に照射されないため、物体からの反射光が発生せず、光検出器２９において検出可能な光は存在しない。

《光源２１の構成例》
この構成例では、光源２１は、７２個の発光エリアＡを有している。そして、各発光エリアＡでは、Ｙ軸方向に沿って１００個の発光部が配列され、Ｚ軸方向に沿って１００個の発光部が配列されている。そこで、各発光エリアＡは、１００００（＝１００×１００）個の発光部を有している。ｄ２は約０．０２ｍｍであり、ｄ３は約０．７μｍであり、ｄ４は約１μｍである。この場合、仮に、１つの発光部の発光パワーが１ｍＷであっても、１００００個の発光部を集積させて１つの発光エリアＡを構成することで、１０Ｗの発光パワーを得ることができる。

なお、７２個の発光エリアを区別する必要があるときは、図３３に示されるように、―Ｚ方向に関する並び順をｉ（１≦ｉ≦７２）として、Ａ（ｉ）と表記する。

（１）検出距離が短い位置（「近距離位置」ともいう）に存在する物体の情報を取得する場合：
このときは、検出光の光量が小さくても充分な光量の反射光が光検出系２０２に戻ってくる。そして、近距離位置で検出すべき物体は、子供、自転車、オートバイ、縁石、小動物などであり、Ｚ軸方向に関して高い分解能が求められる。

この場合は、図３４に示されるように、Ｚ軸方向に関して、検出領域を３６個の部分領域（Ｂ（１）〜Ｂ（３６））に分割する。

また、図３５に示されるように、７２個の発光エリアを、２個ずつにグループ分けする。ここでは、発光エリアＡ（１）と発光エリアＡ（２）とからなるグループを発光グループＧ（１）、発光エリアＡ（３）と発光エリアＡ（４）とからなるグループを発光グループＧ（２）、・・・・・、発光エリアＡ（７１）と発光エリアＡ（７２）とからなるグループを発光グループＧ（３６）とする。

そして、部分領域Ｂ（１）における物体情報を検出する際には発光グループＧ（１）を点灯させ、部分領域Ｂ（２）における物体情報を検出する際には発光グループＧ（２）を点灯させ、・・・・・・、部分領域Ｂ（３６）における物体情報を検出する際には発光グループＧ（３６）を点灯させる。

このとき、一の部分領域における検出光の光量（Ｐ_Ｓとする）は、２０Ｗ（＝２個×１０Ｗ）となる。

すなわち、１つの発光エリアＡの光量を増加させることなく、１つの部分領域における検出光の光量を増加させることができる。

（２）検出距離が長い位置（「長距離位置」ともいう）に存在する物体の情報を取得する場合：
このときは、検出光の光量が大きくないと、充分な光量の反射光が光検出系２０２に戻ってこない。反射光の光量は距離の２乗に反比例するので、上記近距離位置をＬ_Ｓ、長距離位置をＬ_Ｌとし、光射出系２０１から射出される光の光量が同じで、かつ物体の反射率が同じであれば、長距離位置からの反射光の光量は、Ｐ_Ｓ×（Ｌ_Ｓ／Ｌ_Ｌ）^２となる。

ところで、光検出器２９の受光感度は、近距離位置、遠距離位置に関係なく一定なので、遠距離位置であっても近距離位置と同程度の検出精度を確保するには、遠距離位置からの反射光の光量は近距離位置からの反射光の光量と同じ程度にする必要がある。従って、遠距離位置にある物体を検出するためには、Ｌ_Ｓ＝８０ｍ、Ｌ_Ｌ＝２４０ｍであれば、検出光の光量を近距離位置の９倍（＝（２４０／８０）^２）にしなければならない。

なお、遠距離位置で検出すべき物体は、前方を走行している自転車やオートバイであり、Ｚ軸方向に関する分解能は低くても良い。

この場合は、図３６に示されるように、Ｚ軸方向に関して、検出領域を４個の部分領域（Ｂ（１）〜Ｂ（４））に分割する。

また、図３７に示されるように、７２個の発光エリアを、１８個ずつにグループ分けする。ここでは、発光エリアＡ（１）〜発光エリアＡ（１８）からなるグループを発光グループＧ（１）、発光エリアＡ（１９）〜発光エリアＡ（３６）からなるグループを発光グループＧ（２）、発光エリアＡ（３７）〜発光エリアＡ（５４）からなるグループを発光グループＧ（３）、発光エリアＡ（５５）〜発光エリアＡ（７２）からなるグループを発光グループＧ（４）とする。

そして、部分領域Ｂ（１）における物体情報を検出する際には発光グループＧ（１）を点灯させ、部分領域Ｂ（２）における物体情報を検出する際には発光グループＧ（２）を点灯させ、部分領域Ｂ（３）における物体情報を検出する際には発光グループＧ（３）を点灯させ、部分領域Ｂ（４）における物体情報を検出する際には発光グループＧ（４）を点灯させる。

このとき、一の部分領域における検出光の光量（Ｐ_Ｌとする）は、１８０Ｗ（＝１８個×１０Ｗ）となる。

すなわち、１つの発光エリアＡの光量を増加させることなく、１つの部分領域における検出光の光量を増加させることができる。

ところで、近距離位置にある物体を検出する際には、遠距離位置にある物体を検出する際よりも、物体の反射率が小さい場合を考慮する必要がある。

（３）近距離位置に存在する反射率が小さい物体の情報を取得する場合：
このときは、図３８に示されるように、Ｚ軸方向に関して、検出領域を１２個の部分領域（Ｂ（１）〜Ｂ（１２））に分割する。

また、図３９に示されるように、７２個の発光エリアを、６個ずつにグループ分けしても良い。ここでは、発光エリアＡ（１）〜発光エリアＡ（６）からなるグループを発光グループＧ（１）、発光エリアＡ（７）〜と発光エリアＡ（１２）からなるグループを発光グループＧ（２）、・・・・・、発光エリアＡ（６７）〜発光エリアＡ（７２）からなるグループを発光グループＧ（１２）とする。

そして、部分領域Ｂ（１）における物体情報を検出する際には発光グループＧ（１）を点灯させ、部分領域Ｂ（２）における物体情報を検出する際には発光グループＧ（２）を点灯させ、・・・・・・、部分領域Ｂ（１２）における物体情報を検出する際には発光グループＧ（１２）を点灯させる。

このとき、一の部分領域における検出光の光量は、６０Ｗ（＝６個×１０Ｗ）となる。これにより、近距離位置にある物体の反射率が、遠距離位置にある物体よりも低くても、検出精度を向上させることができる。

このように、本実施形態では、Ｚ軸方向に関して、検出領域を複数の部分領域に分割している。そして、検出距離に応じて、検出領域の分割数を可変としている。

すなわち、検出領域の分割数がＮ_Ｓのときに光射出系２０１から射出される光の光量をＰ_Ｓ、検出領域の分割数がＮ_Ｌ（＜Ｎ_Ｓ）のときに光射出系２０１から射出される光の光量をＰ_Ｌとすると、物体情報取得部２０３は、Ｐ_Ｓ＜Ｐ_Ｌの関係が満たされるように、複数の発光エリアにおける点灯させる発光エリアを決定する。上記（１）の場合は、Ｐ_Ｓ＝２０Ｗ、上記（２）の場合は、Ｐ_Ｌ＝１８０Ｗ、上記（３）の場合は、Ｐ_Ｓ＝６０Ｗであり、Ｐ_Ｓ＜Ｐ_Ｌの関係が満たされている。

また、光源２１における発光エリアの数をｊ個、１個の発光エリアの光量をｗ、ｋを１以上の自然数とすると、検出領域の分割数がＮ_Ｓのとき、ｊ＝ｋ×Ｎ_Ｓが満され、かつ、Ｐ_Ｓ＝ｋ×ｗが満たされる。上記（１）の場合は、ｊ＝７２、Ｎ_Ｓ＝３６、ｋ＝２、ｗ＝１０であり、Ｐ_Ｓ＝ｋ×ｗが満たされている。上記（３）の場合は、ｊ＝７２、Ｎ_Ｓ＝１２、ｋ＝６、ｗ＝１０であり、Ｐ_Ｓ＝ｋ×ｗが満たされている。

また、ｍを前記ｋより大きい自然数とすると、検出領域の分割数がＮ_Ｌのとき、ｊ＝ｍ×Ｎ_Ｌが満たされ、かつ、Ｐ_Ｌ＝ｍ×ｗが満たされる。上記（２）の場合は、ｊ＝７２、Ｎ_Ｌ＝４、ｍ＝１８（＞ｋ）、ｗ＝１０であり、Ｐ_Ｌ＝ｍ×ｗが満たされている。

そして、検出領域の分割数がＮ_Ｓのときの検知距離をＬ_Ｓ、検出領域の分割数がＮ_Ｌのときの検知距離をＬ_Ｌとすると、前記ｍ／ｋは（Ｌ_Ｌ／Ｌ_Ｓ）^２に最も近い自然数である。上記（２）の場合は、Ｌ_Ｓ＝８０ｍ、Ｌ_Ｌ＝２４０ｍであれば、（Ｌ_Ｌ／Ｌ_Ｓ）^２＝９であり、上記（１）と（２）の場合は、ｋ＝２、ｍ＝１８なので、ｍ／ｋは（Ｌ_Ｌ／Ｌ_Ｓ）^２に最も近い自然数であることが満たされている。

以下では、煩雑さを避けるため、近距離位置にある物体を検出することを「近距離検出」と略述し、遠距離位置にある物体を検出することを「遠距離検出」と略述する。

図４０には、物体情報取得部２０３で行われる物体情報取得処理のフローチャートが示されている。なお、物体情報取得部２０３は、電源がオフになるまで、この物体情報取得処理を所定のタイミング毎（例えば、２１ｍ秒毎）に繰り返し実行する。

ここでは、近距離検出における発光グループの数をＮ_Ｓとし、遠距離検出における発光グループの数をＮ_Ｌとする。また、１回の走査中に、光源２１はＰ回のパルス発光がなされるものとする。

最初のステップＳ４０１では、近距離検出か否かを判断する。ここでは、車両１の速度が予め設定されている閾値以下であれば、ここでの判断は肯定され、ステップＳ４０３に移行する。

このステップＳ４０３では、Ｚ軸方向に関して検出領域をＮ_Ｓ個に分割する。
次のステップＳ４０５では、複数の発光エリアをＮ_Ｓ個の発光グループに分割する。
次のステップＳ４０７では、繰り返し回数を意味する定数ＭにＮ_Ｓをセットする。そして、ステップＳ４１５に移行する。

一方、上記ステップＳ４０１において、車両１の速度が上記閾値を超えていれば、ステップＳ４０１での判断は否定され、ステップＳ４０９に移行する。
このステップＳ４０９では、Ｚ軸方向に関して検出領域をＮ_Ｌ個に分割する。

次のステップＳ４１１では、複数の発光エリアをＮ_Ｌ個の発光グループに分割する。
次のステップＳ４１３では、繰り返し回数を意味する定数ＭにＮ_Ｌをセットする。そして、ステップＳ４１５に移行する。
このステップＳ４１５では、発光グループを特定するための変数ｉに初期値１をセットする。

次のステップＳ４１７では、発光グループＧ（ｉ）を選択する。
次のステップＳ４１９では、１回の走査においてそのときまでになされたパルス発光の回数を意味する変数ｐに初期値１をセットする。
次のステップＳ４２１では、光源２１に対し、発光グループＧ（ｉ）のｐ回目のパルス発光を指示する。

次のステップＳ４２３では、所定の時間内に物体からの反射光を受光したか否かを判断する。所定の時間内に物体からの反射光を受光すると、ここでの判断は肯定され、ステップＳ４２５に移行する。ここでの所定の時間は２μ秒であるが、これに限定されるものではない。
このステップＳ４２５では、物体有りと判断する。

次のステップＳ４２７では、光源２１の発光タイミングと光検出器２９の受光タイミングとから物体までの距離を求める。そして、ここで得られた物体までの距離を、物体有り情報、検出時間、変数ｉ及びｐの値とともに物体情報取得部２０３のメモリに保存する。そして、ステップＳ４３１に移行する。

なお、上記ステップＳ４２３において、所定の時間内に物体からの反射光を受光しないと、ステップＳ４２３での判断は否定され、ステップＳ４２９に移行する。

このステップＳ４２９では、物体無しと判断する。そして、物体無し情報を、検出時間、変数ｉ及びｐの値とともに物体情報取得部２０３のメモリに保存する。そして、ステップＳ４３１に移行する。

このステップＳ４３１では、変数ｐの値がＰ以上であるか否かが判断される。変数ｐの値がＰ未満であれば、ここでの判断は否定され、ステップＳ４３３に移行する。
このステップＳ４３３では、変数ｐの値を＋１し、上記ステップＳ４２１に戻る。

以降、ステップＳ４３１での判断が肯定されるまで、ステップＳ４２１〜ステップＳ４３３の処理を繰り返す。

変数ｐの値がＰ以上になると、ステップＳ４３１での判断が肯定され、ステップＳ４３５に移行する。

このステップＳ４３５では、変数ｉの値が定数Ｍ以上であるか否かを判断する。変数ｉの値が定数Ｍ未満であれば、ここでの判断は否定され、ステップＳ４３７に移行する。
このステップＳ４３７では、変数ｉの値を＋１し、上記ステップＳ４１７に戻る。

以降、ステップＳ４３５での判断が肯定されるまで、ステップＳ４１７〜ステップＳ４３７の処理を繰り返す。

変数ｉの値が定数Ｍ以上になると、上記ステップＳ４３５での判断が肯定され、ステップＳ４３９に移行する。

このステップＳ４３９では、検出領域の全てについて、物体の有無、物体までの距離を物体情報取得部２０３のメモリ（不図示）から読み出す。そして、物体が有ると、光の射出方向毎の物体までの距離情報に基づいて、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る。さらに、ここで得られた物体情報を検出時間とともにメモリ５０に保存する。そして、物体情報取得処理を終了する。

図２に戻り、主制御装置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、主制御装置４０は、物体情報及び移動情報に基づいて、危険があると判断すると、音声・警報発生装置６０にアラーム情報を出力する。

音声・警報発生装置６０は、一例として図４１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、主制御装置４０からアラーム情報を受け取ると、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、主制御装置４０からアラーム情報を受け取ると、対応する警報信号を生成し、スピーカ６３に出力する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る物体情報取得部２０３によって、本発明の物体検出装置における制御部及び処理部が構成されている。また、主制御装置４０とメモリ５０と音声・警報発生装置６０とによって、本発明のセンシング装置における監視制御装置が構成されている。

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、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、第１反射ミラー２３、及び第１回転ミラー２４などを有している。光検出系２０２は、第２回転ミラー２６、第２反射ミラー２７、結像レンズ２８、及び光検出器２９などを有している。

光源２１は、Ｚ軸方向に沿って、等間隔で配置されている複数の発光エリアを有している。そして、各発光エリアは２次元配列された複数の発光部を含んでいる。

物体情報取得部２０３は、検出領域をＺ軸方向に関して複数の部分領域に分割する際に、分割数を可変としている。

そして、検出領域の分割数がＮ_Ｓのときに光射出系２０１から射出される光の光量をＰ_Ｓ、検出領域の分割数がＮ_Ｌ（＜Ｎ_Ｓ）のときに光射出系２０１から射出される光の光量をＰ_Ｌとすると、物体情報取得部２０３は、Ｐ_Ｓ＜Ｐ_Ｌの関係が満たされるように、複数の発光エリアにおける点灯させる発光エリアを決定する。

また、光源２１における発光エリアの数をｊ個、１個の発光エリアの光量をｗ、ｋを１以上の自然数とすると、検出領域の分割数がＮ_Ｓのとき、ｊ＝ｋ×Ｎ_Ｓが満され、かつ、Ｐ_Ｓ＝ｋ×ｗが満たされる。

さらに、ｍをｋより大きい自然数とすると、検出領域の分割数がＮ_Ｌのとき、ｊ＝ｍ×Ｎ_Ｌが満たされ、かつ、Ｐ_Ｌ＝ｍ×ｗが満たされる。

そして、検出領域の分割数がＮ_Ｓのときの検知距離をＬ_Ｓ、検出領域の分割数がＮ_Ｌのときの検知距離をＬ_Ｌとすると、ｍ／ｋは（Ｌ_Ｌ／Ｌ_Ｓ）^２に最も近い自然数である。

この場合は、レーザレーダ２０におけるＺ軸方向の関する検出分解能の向上と光源の長寿命化とを両立させることができる。

また、物体情報取得部２０３は、光源２１の発光タイミングと光検出器２９の受光タイミングとに基づいて、物体までの距離を求める。更に、物体情報取得部２０３は、物体までの距離に基づいて、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。

また、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を精度良く求めることができ、その結果、監視精度を向上させることができる。

なお、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、上記実施形態では、発光エリアの形状が正方形状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。

また、上記実施形態では、発光部の形状が正方形状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。

また、上記実施形態では、第１回転ミラー２４及び第２回転ミラー２６が４つの鏡面を有す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、レーザレーダ２０をＺ軸まわりに回動させる回動機構を有していても良い。

また、上記実施形態において、カップリングレンズ２２及び結像レンズ２８の位置は、前記配置例１、前記配置例２に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、光源２１が７２個の発光エリアを有す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。要求されるＺ軸方向に関する検出領域の大きさに応じて発光エリアの数を決定すれば良い。

また、上記実施形態では、各発光エリアが、Ｙ軸方向に沿って１００個の発光部が配列され、Ｚ軸方向に沿って１００個の発光部が配列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、上記実施形態では、各発光エリアにおいて、Ｙ軸方向に沿った発光部の個数と、Ｚ軸方向に沿った発光部の数とが等しい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、上記実施形態では、各発光エリアにおいて、複数の発光部が２次元的に配列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く、複数の発光部が１次元的に配列されていても良い。

また、上記実施形態では、ｄ_２が約０．０２ｍｍ、ｄ_３が約０．７μｍ、ｄ_４が約１μｍ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。

また、上記実施形態において、カップリングレンズ２２の焦点距離ｆ_１と、結像レンズ２８の焦点距離ｆ_２とは、等しくても良い。この場合は、カップリングレンズ２２と結像レンズ２８とを共通化することができ、コスト低減を図ることができる。

また、上記実施形態において、物体情報取得部２０３での処理の一部を主制御装置４０が行っても良いし、主制御装置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、上記実施形態において、図４２及び図４３に示されるように、第１回転ミラー２４と第２回転ミラー２６とが一体化されても良い。

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に用いられた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、主制御装置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。

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…第１反射ミラー、２４…第１回転ミラー（光走査部）、２６…第２回転ミラー、２７…第２反射ミラー、２８…結像レンズ、２９…光検出器（受光部）、４０…主制御装置（監視制御装置の一部）、５０…メモリ（監視制御装置の一部）、６０…音声・警報発生装置（監視制御装置の一部）、２０１…光射出系（投光部）、２０２…光検出系、２０３…物体情報取得部（制御部、処理部）。

特開２０１０−０９６５７４号公報 特許第２８９４０５５号公報 特許第３４４６４６６号公報

Claims (12)

1. 所定の検出領域内に存在する物体の情報を検出する物体検出装置であって、
   少なくとも第１の方向に沿って配列されている複数の発光エリアを有する光源を含む投光部と、
   前記投光部から射出された光を前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って走査する光走査部と、
   前記光走査部から射出され、前記物体で反射された光を受光する受光部と、
   前記第２の方向に直交する第３の方向に関して、前記検出領域を複数の部分領域に分割する制御部とを備え、
   前記検出領域の分割数が可変である物体検出装置。
2. 前記分割数がＮ_Ｓのときに前記投光部から射出される光の光量をＰ_Ｓ、前記分割数がＮ_Ｌ（＜Ｎ_Ｓ）のときに前記投光部から射出される光の光量をＰ_Ｌとしたとき、
   前記制御部は、Ｐ_Ｓ＜Ｐ_Ｌの関係が満たされるように、前記複数の発光エリアにおける点灯させる発光エリアを決定することを特徴とする請求項１に記載の物体検出装置。
3. 前記光源における発光エリアの数をｊ個、１個の発光エリアの光量をｗ、ｋを１以上の自然数としたとき、
   前記分割数がＮ_Ｓのとき、ｊ＝ｋ×Ｎ_Ｓが満され、かつ、Ｐ_Ｓ＝ｋ×ｗが満たされることを特徴とする請求項２に記載の物体検出装置。
4. ｍを前記ｋより大きい自然数としたとき、
   前記分割数がＮ_Ｌのとき、ｊ＝ｍ×Ｎ_Ｌが満たされ、かつ、Ｐ_Ｌ＝ｍ×ｗが満たされることを特徴とする請求項３に記載の物体検出装置。
5. 前記分割数がＮ_Ｓのときの検知距離をＬ_Ｓ、前記分割数がＮ_Ｌのときの検知距離をＬ_Ｌとしたとき、
   前記ｍ／ｋは（Ｌ_Ｌ／Ｌ_Ｓ）^２に最も近い自然数であることを特徴とする請求項４に記載の物体検出装置。
6. 前記複数の発光エリアにおける各発光エリアは、複数の発光部を有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物体検出装置。
7. 前記受光部が前記物体で反射された光を受光すると、前記光源の発光タイミングと前記受光部の受光タイミングとに基づいて、前記物体までの距離情報を求める処理部を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の物体検出装置。
8. 前記処理部は、前記光走査部から射出される光の射出方向毎の前記物体までの距離情報に基づいて、前記物体の形状を求めることを特徴とする請求項７に記載の物体検出装置。
9. 前記第１の方向は、前記第３の方向と同じであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の物体検出装置。
10. 請求項１〜９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、物体の移動の有無、移動方向、及び移動速度の少なくともいずれかを含む移動情報を求める監視制御装置と、を備えるセンシング装置。
11. 前記物体の位置情報及び移動情報の少なくとも一方を表示する表示装置を備えることを特徴とする請求項１０に記載のセンシング装置。
12. 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１０又は１１に記載のセンシング装置。