JP2018004256A - 光走査装置、物体検出装置、センシング装置及び走行体 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、長寿命化及び低消費電力化を図ることができる光走査装置を提供する。【解決手段】 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、光源駆動部、同期信号生成部、反射ミラー、光偏向器などを有している。光源駆動部は、直前の走査で同期検知用光検出器からの同期パルスを検出していないときは、走査領域の外では第１の駆動方法で光源を駆動し、直前の走査で同期検知用光検出器からの同期パルスを検出しているときは、走査領域の外では第１の駆動方法とは異なる第２の駆動方法で光源を駆動する。【選択図】図２６

Description

本発明は、光走査装置、物体検出装置、センシング装置及び走行体に係り、更に詳しくは、光によって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、該物体検出装置を有するセンシング装置、及び該センシング装置を備える走行体に関する。

近年、光を用いて物体を検出する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１〜６参照）。

この物体検出装置は、光走査装置によって検出領域を光走査し、物体で反射された光を受光することによって物体を検出している。

近年、物体検出装置に対して、小型化、長寿命化、低消費電力化の要求が高まっている。このためには、物体検出装置に用いられている光走査装置を、小型化、長寿命化、低消費電力化することが有効である。しかしながら、従来の光走査装置では、小型化と長寿命化と低消費電力化とをすべて満足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、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、直前の前記光偏向器による走査で前記光検出器の受光を検出していないときは、前記走査領域の外では第１の駆動方法で前記光源を駆動し、直前の走査で前記光検出器の受光を検出しているときは、前記走査領域の外では前記第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、小型化、長寿命化及び低消費電力化を図ることができる。

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である。 同期信号生成部を説明するための図である。 受光信号と同期信号との関係を説明するための図である。 光偏向系を説明するための図である。 光偏向器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。 光源駆動信号を説明するための図である。 同期検知範囲を説明するための図である。 光検出系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。 検出信号生成部を説明するための図である。 受光信号と検出信号との関係を説明するための図である。 物体情報取得部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。 光源と受光器との位置関係を説明するための図である。 光源駆動信号と同期検知範囲と同期信号との関係を説明するためのタイミングチャートである。 従来例を説明するためのタイミングチャートである。 具体例を説明するためのタイミングチャートである。 具体例を説明するためのフローチャートである。 分割例１を説明するためのタイミングチャートである。 分割例１における点灯タイミングと同期検知周期との関係を説明するための図である。 分割例２を説明するためのタイミングチャートである。 分割例２における点灯タイミングと同期検知周期との関係を説明するための図である。 比較例１を説明するためのタイミングチャートである。 比較例１における点灯タイミングと同期検知周期との関係を説明するための図である。 比較例２を説明するためのタイミングチャートである。 比較例２における点灯タイミングと同期検知周期との関係を説明するための図である。 比較例３を説明するためのタイミングチャートである。 比較例３における点灯タイミングと同期検知周期との関係を説明するための図である。 比較例４を説明するためのタイミングチャートである。 比較例４における点灯タイミングと同期検知周期との関係を説明するための図である。 図４０（Ａ）及び図４０（Ｂ）は、それぞれ回転ミラーの回転変動の影響を説明するための図である。 図４１（Ａ）及び図４１（Ｂ）は、それぞれ回転ミラーの回転変動に対する対策を説明するための図である。 図４２（Ａ）及び図４２（Ｂ）は、それぞれパルス点灯の遅れ（第１の例）を説明するための図である。 図４３（Ａ）は、パルス点灯の遅れ（第１の例）に対する対策を説明するための図であり、図４３（Ｂ）は、パルス点灯の遅れがないときを説明するための図である。 パルス点灯の遅れ（第２の例）を説明するための図である。 パルス点灯の遅れ（第２の例）に対する対策を説明するための図である。 同期点灯時間及び同期点灯周期が可変であることを説明するための図である。 同期検知エラーを説明するための図である。 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。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４８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を搭載した走行体としての車両１の外観が示されている。

このレーザレーダ２０は、レーザ光を射出し、物体（例えば先行車両、停車車両、障害物、歩行者等）からの反射光（散乱光）を受光して該物体までの距離を測定する走査型のレーザーレーダである。レーザレーダ２０は、例えば、車両１のバッテリ（蓄電池）から電力の供給を受ける。

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次元直交座標系を用い、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。さらに、Ｚ軸に平行な方向を「高さ方向」や「垂直方向」ともいい、Ｚ軸に直交する方向を「水平方向」ともいう。

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、光走査装置２００、光検出系２０２、及び物体情報取得部２０３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。

光走査装置２００は、光射出系２０１、光偏向系２０４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。

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、光源駆動部２５、及び同期信号生成部２６などを有している。

光源２１は、半導体レーザ（端面発光レーザ）を有し、光源駆動部２５からの光源駆動信号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。

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、該同期検知用光を集光する。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（受光信号）を同期信号生成部２６に出力する。

同期信号生成部２６は、受光信号から同期信号を生成し、該同期信号を光源駆動部２５に出力する。この同期信号生成部２６は、一例として図５に示されるように、受光信号の信号増幅と受光信号からのタイミング検出の２つの機能を有している。

受光信号の信号増幅については、アンプなどの信号増幅器を用いて増幅する。受光信号からのタイミング検出については、コンパレータなどの比較器を用いて、受光信号における一定出力レベル（スレッシュレベル）以上となる信号波形の立ち上りタイミングを検出する。すなわち、同期信号生成部２６は、受光信号をコンパレータを用いて２値化した論理信号を同期信号として出力する（図６参照）。なお、以下では、便宜上、同期信号におけるハイレベル部分を「同期パルス」ともいう。

光源駆動部２５は、同期信号生成部２６からの同期信号を参照し、光源２１を駆動するための光源駆動信号を生成する。光源駆動部２５は、一例として、光源２１に電流を供給可能に接続されたコンデンサ、該コンデンサと光源２１との間の導通／非導通を切り替えるためのトランジスタ、該コンデンサを充電するための充電装置等を含んでいる。

光源駆動部２５は、同期信号生成部２６からの同期信号において、同期パルスを検出すると、同期検知用光検出器２４が同期検知用光を受光したと判断する。

光偏向系２０４は、光射出系２０１の＋Ｘ側に配置されている。この光偏向系２０４は、一例として図７に示されるように、反射ミラー３１、光偏向器３２などを有している。

反射ミラー３１は、光射出系２０１から射出された光を光偏向器３２に向けて折り返す。なお、反射ミラー３１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３２は、回転ミラー、及び該回転ミラーを回転駆動させるための駆動機構などを備えている。一例として図８に示されるように、回転ミラーは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。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。

図７に戻り、光偏向器３２は、光射出系２０１から射出され、反射ミラー３１で反射された光の光路上に配置されている。すなわち、光射出系２０１から射出され、反射ミラー３１で反射された光は、光偏向器３２で偏向される。

そこで、光源２１から射出された光は、カップリングレンズ２２により所定のビームプロファイルの光に整形された後、反射ミラー３１で反射され、光偏向器３２でＺ軸周りに偏向される。

そして、一例として図９に示されるように、回転ミラーの回転角が所定の角度のとき、光偏向器３２で偏向された光は反射ミラー３１に戻り、反射ミラー３１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３１で反射された光が前記同期検知用光である。

さらに回転ミラーが回転すると、光偏向器３２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３２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、回転ミラーの回転角に応じて異なっている（図１０〜図１２参照）。すなわち、検出領域は、回転ミラーの回転に伴って、検出光によって−Ｙ方向に走査される（図１３参照）。

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１３参照）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。

そこで、回転ミラーが回転すると、回転ミラーの各反射面で反射された光が同期検知用光検出器２４で受光される度に、同期信号生成部２６から同期パルスが出力される。すなわち、同期信号生成部２６から定期的に同期パルスが出力されることになる。

同期検知用光検出器２４に回転ミラーからの光が入射するように、光源２１を点灯させることにより、同期検知用光検出器２４での受光タイミングから、回転ミラーの回転タイミングを知ることができる。なお、以下では、便宜上、同期検知のために光源２１を点灯させること「同期点灯」ともいう。

そこで、光源２１を同期点灯させ、同期パルスを検出してから所定時間（Ｔｄ）経過後に光源２１をパルス点灯させることで検出領域を光走査することができる（図１４参照）。すなわち、同期検知用光検出器２４に光が入射するタイミングの前後期間に光源２１をパルス点灯することで検出領域を光走査することができる。なお、以下では、便宜上、検出領域を光走査する際のパルス点灯を「走査パルス点灯」ともいう。

このとき、同期点灯における発光出力、及び走査パルス点灯における発光出力（発光光量）は、（同期点灯における発光出力）＜（走査パルス点灯における発光出力）の関係が満たされるように制御される。

なお、以下では、回転ミラーが回転しているときに、光源２１から射出された光が、同期検知用光検出器２４で受光される設計上の期間を「同期検知範囲」ともいう（図１５参照）。

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３２の駆動機構を駆動させるとともに、光源２１の駆動開始要求を光源駆動部２５に送信する。これにより、光源駆動部２５は、光源２１の駆動を開始する。

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部２５に送信する。これにより、光源駆動部２５は、光源２１の駆動を終了する。

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３２により反射ミラー３１に向かう方向に偏向された光は、反射ミラー３１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１６に示されるように、結像光学系４１、受光器４２、及び検出信号生成部４３などを有している。

結像光学系４１は、反射ミラー３１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（図１７〜図１９参照）。ここでは、結像光学系４１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４１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４１としてミラー光学系を用いても良い。

受光器４２は、結像光学系４１を介した光を受光し、受光光量に対応した信号（受光信号）を検出信号生成部４３に出力する。

受光器４２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）など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。

検出信号生成部４３は、受光信号から検出信号を生成し、該検出信号を物体情報取得部２０３に出力する。この検出信号生成部４３は、一例として図２０に示されるように、受光信号の信号増幅と受光信号からのタイミング検出の２つの機能を有している。

受光信号の信号増幅については、アンプなどの信号増幅器を用いて増幅する。受光信号からのタイミング検出については、コンパレータなどの比較器を用いて、受光信号における一定出力レベル（スレッシュレベル）以上となる信号波形の立ち上りタイミングを検出する。すなわち、検出信号生成部４３は、受光信号をコンパレータを用いて２値化した論理信号を検出信号として出力する（図２１参照）。なお、以下では、便宜上、検出信号におけるハイレベル部分を「検出パルス」ともいう。

物体情報取得部２０３は、検出信号生成部４３からの検出信号において、検出パルスを検出すると、受光器４２が物体からの反射光を受光したと判断する。

そして、一例として図２２に示されるように、光源２１の発光タイミングから受光器４２での受光タイミングまでの経過時間ｔｋから物体までの距離を求める。このとき、物体情報取得部２０３は、必要に応じて補正処理を行う場合もある。

なお、発光パルスと受光パルスの波形をＡ／Ｄ変換してデジタルデータに変換し、光源２１の出力信号と受光器４２の出力信号を相関演算することで、時間ｔｋを計測することも可能である。

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、光偏向系２０４は、光射出系２０１と光検出系２０２とで共用されている（図２３参照）。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４２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。

次に、同期検知タイミングについて説明する。

回転ミラーが安定して回転している場合には、一例として図２４に示されるように、同期信号生成部２６から一定の周期で同期パルスが出力されるため、次の同期検知タイミングは予測できる。なお、以下では、この周期を「同期検知周期」ともいう。

この場合、同期点灯を行うタイミングは、同期検知されてから次の同期検知タイミングより少し前のタイミング、すなわち、同期検知周期より少し短い時間経過後のタイミングで同期点灯を開始することにより、次の同期検知を行うことができる。

しかし、起動時、及び何らかの原因で同期が外れたときは、同期検知タイミングの予測はできない。

＜従来例＞
従来例が図２５に示されている。ここで、ポリゴンロック検出信号は、回転ミラーの回転が安定したときにハイレベルからローレベルに変化する信号である。

ポリゴンロック検出信号がハイレベルからローレベルに変化すると、回転ミラーの回転速度が安定したと判断して同期点灯を開始する。そして、同期パルスを検出するまで連続して点灯させる。

同期パルスを検出すると、同期探索を終了し、測定モードに移行する。そして、同期検知タイミングを基準にして、走査パルス点灯を行う。所定の走査パルス点灯が終了すると、同期検知タイミングを基準にして、次の同期検知タイミングより少し前のタイミング、すなわち同期検知周期より少し短い時間経過後に同期点灯を開始する。以下、走査毎に同様のシーケンスを繰り返し実行する。

しかしながら、この従来例では、光源駆動部２５の発熱、光源２１の寿命低下、及び消費電力の増加、という観点で改善の余地があった。

ここで、本実施形態における同期検知タイミングの探索方法について説明する。

まず、直前の走査で同期パルスが検出されたか否かを判断する。すなわち、周期的に検知される同期検知タイミングがわかっているか否かを判断する。

直前の走査で同期パルスが検出されていなければ、同期探索モードに切り替える。一方、直前の走査で同期パルスが検出されていれば、測定モードに切り替える。

同期探索モードの場合、予め設定されている発光開始タイミング信号を検出したタイミング、又は、該検出したタイミングから所定時間経過後に、同期点灯を開始する。

測定モードの場合、同期検知タイミングを基準にして、走査領域における各パルスの発光タイミングで走査パルス点灯を行う。また、同期検知タイミングを基準にして、次の同期検知タイミングより少し前のタイミング、すなわち同期検知周期より少し短い時間経過後の走査領域外のタイミングで同期点灯を開始する。

同期探索モードの具体例について説明する。なお、ここでは、一例として、回転ミラーの回転速度が２０００［ｒｐｍ］、反射面の数が２［面］、すなわち、同期検知周期が１５［ｍ秒］であるものとする。

＜具体例＞
具体例の同期探索モードが図２６に示されている。具体例の同期探索モードでは、同期点灯を分割して行い、同期検知タイミングを探している。

ポリゴンロック検出信号がハイレベルからローレベルに変化すると、回転ミラーの回転速度が安定したと判断して同期点灯を開始する。ここでは、点灯時間３［ｍ秒］、周期１８［ｍ秒］で、同期点灯を行う。なお、以下では、同期探索モードにおいて、同期点灯を分割して行う場合の同期点灯の周期を「同期点灯周期」ともいう。

同期点灯周期は、同期検知周期（ここでは、１５［ｍ秒］）に対して３［ｍ秒］長いため、同期点灯における点灯タイミングは、同期パルスに対して３［ｍ秒］ずつ位相がずれていくことになる。この場合、同期点灯を繰り返し行うと、同期パルスを検出することができる。

同期パルスを検出すると、同期探索モードを終了し、測定モードに移行する。そして、同期検知タイミングを基準にして、走査パルス点灯を行う。所定の走査パルス点灯が終了すると、同期検知タイミングを基準にして、次の同期検知タイミングより少し前のタイミング、すなわち同期検知周期より少し短い時間経過後に同期点灯を開始する。以下、走査毎に同様のシーケンスを繰り返し実行する。

この場合のフローチャートが図２７に示されている。

最初のステップＳ４０１では、ポリゴンロック検出信号がハイレベルからローレベルに変化したか否かを判断する。ポリゴンロック検出信号がハイレベルのままであれば、ローレベルになるまで待機する。ポリゴンロック検出信号がローレベルになると、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、光源２１を点灯させる。このとき、点灯時間及び同期点灯周期と比較するためのタイマカウンタの値をそれぞれ０リセットする。なお、各タイマカウンタの値は、タイマ割り込み処理のなかでカウントアップされる。

次のステップＳ４０５では、同期パルスを検出したか否かを判断する。同期パルスを検出していなければ、ここでの判断は否定され、ステップＳ４０７に移行する。

このステップＳ４０７では、所定の点灯時間（ここでは、３ｍ秒）が経過したか否かを判断する。所定の点灯時間が経過していなければ、ここでの判断は否定され、上記ステップＳ４０５に戻る。

ステップＳ４０７において、所定の点灯時間が経過していれば、ステップＳ４０７での判断は肯定され、ステップＳ４０９に移行する。

このステップＳ４０９では、光源２１を消灯させる。

次のステップＳ４１１では、所定の同期点灯周期（ここでは、１８ｍ秒）が経過したか否かを判断する。所定の同期点灯周期が経過していなければ、該同期点灯周期が経過するのを待つ。所定の同期点灯周期が経過していれば、ここでの判断は肯定され、ステップＳ４１３に移行する。

このステップＳ４１３では、同期点灯の回数が所定回数内であるか否かを判断する。同期点灯の回数が所定回数内であれば、ここでの判断は肯定され、上記ステップＳ４０３に戻る。一方、同期点灯の回数が所定回数を超えていれば、ここでの判断は否定され、エラー処理に移行する。

なお、上記ステップＳ４０５において、同期パルスを検出していれば、ステップＳ４０５での判断は肯定され、測定モードに移行する。

次に、同期探索モードにおいて、同期点灯を分割して行う際の、同期検知周期（ここでは、１５ｍ秒）と、点灯時間と、同期点灯周期との関係について説明する。

＜分割例１＞
図２８に示されるように、上記具体例と同様に、点灯時間３［ｍ秒］、同期点灯周期１８［ｍ秒］の場合を分割例１とする。

図２９には、分割例１の場合に、光源駆動信号を同期検知周期で切り出して重ね合わせた図が示されている。この場合は、５回以内の同期点灯のいずれかのタイミングで、同期パルスを検出することができる。

このときの同期検知周期１５［ｍ秒］と点灯周期１８［ｍ秒］とは非同期の関係にある。また、同期パルスが検出されるまでの最長時間は、同期検知周期１５［ｍ秒］と点灯周期１８［ｍ秒］の最小公倍数である９０［ｍ秒］である。

＜分割例２＞
図３０に示されるように、点灯時間３［ｍ秒］、同期点灯周期１２［ｍ秒］の場合を分割例２とする。

図３１には、分割例２の場合に、光源駆動信号を同期検知周期で切り出して重ね合わせた図が示されている。この場合は、５回以内の同期点灯のいずれかのタイミングで、同期パルスを検出することができる。

このときの同期検知周期１５［ｍ秒］と点灯周期１２［ｍ秒］とは非同期の関係にある。また、同期パルスが検出されるまでの最長時間は、同期検知周期１５［ｍ秒］と点灯周期１２［ｍ秒］の最小公倍数である６０［ｍ秒］である。

＜比較例１＞
図３２に示されるように、点灯時間３［ｍ秒］、同期点灯周期１５［ｍ秒］の場合を比較例１とする。

図３３には、比較例１の場合に、光源駆動信号を同期検知周期で切り出して重ね合わせた図が示されている。この場合は、同期点灯のタイミングは、同期検知のタイミングと常に同位相となる。したがって、同期点灯のタイミングが同期パルスのタイミングと同じ場合は同期パルスを検出することができるが、同期点灯のタイミングと同期パルスのタイミングとが異なる場合は、永久に同期パルスを検出することはできない。

＜比較例２＞
図３４に示されるように、点灯時間２［ｍ秒］、同期点灯周期５［ｍ秒］の場合を比較例２とする。

図３５には、比較例２の場合に、光源駆動信号を同期検知周期で切り出して重ね合わせた図が示されている。この場合も、比較例１と同様に、同期点灯のタイミングは、同期検知のタイミングと常に同位相となる。したがって、同期点灯のタイミングが同期パルスのタイミングと同じ場合は同期パルスを検出することができるが、同期点灯のタイミングと同期パルスのタイミングとが異なる場合は、永久に同期パルスを検出することはできない。

＜比較例３＞
図３６に示されるように、点灯時間２［ｍ秒］、同期点灯周期１８［ｍ秒］の場合を比較例３とする。

図３７には、比較例３の場合に、光源駆動信号を同期検知周期で切り出して重ね合わせた図が示されている。この場合、同期検知周期内に光源２１が点灯されない時間がある。この時間が、同期パルスを検出するのに要する時間より長いときは、タイミングによっては同期パルスを検出することができない。

＜比較例４＞
図３８に示されるように、点灯時間２［ｍ秒］、同期点灯周期１２［ｍ秒］の場合を比較例４とする。

図３９には、比較例４の場合に、光源駆動信号を同期検知周期で切り出して重ね合わせた図が示されている。この場合、同期検知周期内に光源２１が点灯されない時間がある。この時間が、同期パルスを検出するのに要する時間より長いときは、タイミングによっては同期パルスを検出することができない。

そこで、同期探索モードにおいて、同期点灯を分割して行う場合、光源駆動部２５は、同期検知周期の整数倍及び整数分の一とはいずれも異なる周期で同期点灯を行う。また、光源駆動部２５は、同期検知周期をＴ、同期点灯周期をｔ、同期点灯における点灯時間（パルス幅）をｐｗとすると、ｔ＞Ｔのときは、ｐｗ≧ｔ／ｎ−Ｔ（ｎは、Ｔ＞ｔ−Ｔ×ｎを満たす最小の正の整数）を満たし、ｔ＜Ｔのときは、ｐｗ≧Ｔ−ｔ×ｎ（ｎは、ｔ＞Ｔ−ｔ×ｎを満たす最小の正の整数）を満たすように光源２１を駆動する。この場合は、同期検知漏れを起こさないで、かつ点灯時間を短くすることができる。

次に、同期探索モードにおいて、同期点灯を分割して行う際、回転ミラーの回転変動が無視できない場合について説明する。ここでは、一例として、同期検知周期が１５［ｍ秒］、点灯周期が１８［ｍ秒］、点灯時間が３［ｍ秒］の場合について説明する。

図４０（Ａ）及び図４０（Ｂ）には、光源駆動信号を同期検知周期で切り出して重ね合わせた図が示されている。図４０（Ａ）は、回転ミラーの回転変動がない場合であり、図４０（Ｂ）は、回転ミラーの回転変動が大きい場合である。

回転ミラーの回転変動がなければ、５回以内の同期点灯のいずれかのタイミングで、同期パルスを検出することができる。一方、回転ミラーの回転変動があれば、同期検知周期内に光源２１が点灯されない時間が生じる。この時間が、同期パルスを検出するのに要する時間より長いときは、タイミングによっては同期パルスを検出することができない。

このことが予想される場合には、図４１（Ａ）に示されるように、回転ミラーの回転変動がない場合に一部の点灯期間が重複するように点灯時間を設定する。これにより、図４１（Ｂ）に示されるように、回転ミラーの回転変動があっても、同期検知周期内に光源２１が点灯されない時間が短くなり、同期パルスを検出することが可能となる。

なお、点灯時間の重複期間は、同期パルスの幅や、回転ミラーの最大変動量から決定することができる。

ところで、すでに同期パルスが検出されている場合には、図４２（Ａ）に示されるように、同期検知範囲の少し前のタイミングで同期点灯が開始され、同期検知範囲の入り口のタイミングで同期パルスが出力される。そして、同期パルスを検出してから所定時間（図４２（Ａ）ではＴｄ）経過後に、走査パルス点灯が開始される。このときは、設計仕様通りのタイミングで走査パルス点灯が行われる。

一方、起動後のように同期検知タイミングが不明のときには、一例として図４２（Ｂ）に示されるように、同期検知範囲の途中で同期点灯が開始される場合がある。この場合、同期パルスは、通常の同期検知よりも遅れて出力される。そして、その遅れて出力された同期パルスを検出してから所定時間（Ｔｄ）経過後に走査パルス点灯が開始されるため、走査パルス点灯が設計仕様よりも遅れることとなり、その結果、測定位置がずれてしまう。

そこで、同期検知範囲の途中で同期点灯が開始されるおそれがある場合は、一例として図４３（Ａ）に示されるように、初回の同期検知直後の少なくとも最初の走査では、走査パルス点灯を行わないことが好ましい。なお、図４３（Ｂ）には、比較のためにすでに同期パルスが検出されている場合が示されている。

ところで、同期検知範囲が長く、同期点灯における点灯時間が短い場合には、一例として図４４に示されるように、初回の同期検知から３回目の同期検知まで、同期検知範囲の途中で同期点灯が開始されることがある。

この場合は、一例として、図４５に示されるように、初回の同期検知から次の同期点灯を開始するまでの時間を、通常の時間ｔ１よりも少し短いｔ２とすることにより、２回目の同期点灯を同期検知範囲よりも前のタイミングで行うことができる。

また、同期点灯周期や点灯時間は変更できるようになっている（図４６参照）。これにより、種々の設計条件に容易に対応することができる。また、回転ミラーの回転数や回転変動にも容易に対応することができる。

次に、何らかの原因で同期パルスが出力されない場合について説明する。ここでは、図４７に示されるように、上記分割例１を用いて説明する。この例では、４回目の同期点灯が同期検知範囲と重なり、そのタイミングで同期パルスが出力されるはずである。しかし、何らかの原因でこのタイミングで同期パルスが出力されないと、同期点灯を開始してから９０［ｍ秒］経過しても同期パルスは出力されない。

このように、正常時に同期検知される最長の時間を経過しても同期パルスが出力されない場合、同期検出異常と判断する。このときの判断時間は、マージンを見て正常時に同期検知される最長の時間より少し長い時間とすることが好ましい。

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を点灯させてから所定の時間が経過しても、検出信号から検出パルスを検出することができなければ、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を参照し、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は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４８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。

車両１のメインコントローラは、監視装置１０からの情報に基づいて車両１の走行を制御する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態では、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、光源駆動部２５によって光源駆動装置が構成されている。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。

また、本実施形態では、同期探索モードにおいて光源２１を同期点灯させる際の駆動方法が、本発明の光走査装置における第１の駆動方法であり、測定モードにおいて光源２１を同期点灯させる際の駆動方法が、本発明の光走査装置における第２の駆動方法である。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置２００は、光射出系２０１、光偏向系２０４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、光源駆動部２５、同期信号生成部２６などを有している。光偏向系２０４は、反射ミラー３１、光偏向器３２などを有している。

光源駆動部２５は、直前の走査で同期検知用光検出器２４からの同期パルスを検出していないときは、走査領域の外では第１の駆動方法で光源２１を駆動し、直前の走査で同期検知用光検出器２４からの同期パルスを検出しているときは、走査領域の外では第１の駆動方法とは異なる第２の駆動方法で光源２１を駆動する。

第１の駆動方法として、ポリゴンロック検出信号がハイレベルからローレベルに変化すると、同期点灯を開始し、同期点灯を分割して行なう。

この場合は、回転ミラーの回転方向の角度位置を検出するためのロータリーエンコーダを用いることなく、回転ミラーとの同期を検出することができる。すなわち、ロータリーエンコーダが不要であるため、光走査装置２００を小型化、特に薄型化することができる。また、同期検知用の光と物体検出用の光を、同じ光源を使用して発光制御することができる。

さらに、起動時及び同期が外れたときのように同期検知タイミングがわからないときと、物体検出時のように同期検知タイミングがわかっているときとで、同期検知の際の光源２１の駆動方法を切り替えているため、光源２１の点灯時間を短く抑えて同期検知することができる。これにより、光源駆動部２５の発熱、光源２１の寿命低下、及び消費電力の増加、を抑制することができる。

そこで、本実施形態に係る光走査装置２００によれば、小型化、長寿命化及び低消費電力化を図ることができる。

そして、本実施形態に係るレーザレーダ２０によれば、光走査装置２００を備えているため、結果として、小型化、長寿命化及び低消費電力化を図ることができる。

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、小型化、長寿命化及び低消費電力化を図ることができる。

そして、本実施形態に係る車両１によると、監視装置１０の小型化、長寿命化及び低消費電力化が図られているため、監視装置１０の設置位置の自由度を向上させることができるとともに、安全な走行を安定して行うことができる。

なお、上記実施形態において、光偏向器３２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、上記実施形態において、光源駆動部２５での処理の一部を物体情報取得部２０３が行っても良いし、物体情報取得部２０３での処理の一部を光源駆動部２５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、光走査装置２００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（走行体）、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…光源駆動部（光源駆動装置）、２６…同期信号生成部、３１…反射ミラー、３２…光偏向器、４０…監視制御装置、４１…結像光学系、４２…受光器、４３…検出信号生成部、５０…メモリ、６０…音声・警報発生装置、２００…光走査装置、２０１…光射出系、２０２…光検出系（受光手段）、２０３…物体情報取得部、２０４…光偏向系。

特許第５２５１８５８号公報 特許第５５９８８３１号公報 特許第５６１７５５４号公報 特許第５０８２７０４号公報 特許第５６６０４２９号公報 特許第４６７３０７８号公報

Claims (17)

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、
   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、直前の前記光偏向器による走査で前記光検出器の受光を検出していないときは、前記走査領域の外では第１の駆動方法で前記光源を駆動し、直前の走査で前記光検出器の受光を検出しているときは、前記走査領域の外では前記第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、前記光検出器の走査周期の整数倍及び整数分の一とはいずれも異なる周期で前記光源をパルス点灯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. 前記第１の駆動方法では、前記走査周期をＴ、前記パルス点灯の周期をｔ、該パルス点灯のパルス幅をｐｗとすると、ｔ＞Ｔのときは、ｐｗ≧ｔ／ｎ−Ｔ（ｎは、Ｔ＞ｔ−Ｔ×ｎを満たす最小の正の整数）を満たし、ｔ＜Ｔのときは、ｐｗ≧Ｔ−ｔ×ｎ（ｎは、ｔ＞Ｔ−ｔ×ｎを満たす最小の正の整数）を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記第１の駆動方法におけるパルス点灯は、前記光検出器の走査周期で切り出し、重ね合わせたとき、隣接するパルスの点灯期間の一部が重複していることを特徴とする請求項２又は３に記載の光走査装置。
5. 前記光源駆動装置は、前記第１の駆動方法におけるパルス点灯の周期及びパルス点灯時間を変更可能であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 前記光源駆動装置は、前記第１の駆動方法で前記光源を駆動した後、予め設定された時間が経過しても前記光検出器の受光を検出しないと、異常と判断することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記異常と判断する際の前記予め設定された時間は、前記光検出器の走査周期と、前記第１の駆動方法におけるパルス点灯の周期の最小公倍数よりも長いことを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
8. 前記光源駆動装置は、前記第１の駆動方法で前記光源を駆動し、前記光検出器の受光を検出すると、その後、前記走査領域の外では前記第２の駆動方法で前記光源を駆動することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光走査装置。
9. 前記光源駆動装置は、前記第１の駆動方法で前記光源を駆動し、前記光検出器の受光を検出すると、その後の前記走査領域の少なくとも１回の走査について、前記光源の駆動を休止す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光走査装置。
10. 前記光源駆動装置は、前記第１の駆動方法で前記光源を駆動し、前記光検出器の受光を検出すると、前記第２の駆動方法で前記光源を駆動するタイミングを、予め設定されている時間より早めることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光走査装置。
11. 前記光偏向器は、回転が安定すると信号を出力し、
    前記光源駆動装置は、前記光偏向器から該信号を受け取ると、前記第１の駆動方法で前記光源を駆動することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光走査装置。
12. 前記光源駆動装置は、前記第２の駆動方法で前記光源を駆動した後、予め設定された時間が経過しても前記光検出器の受光を検出しないと、異常と判断することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光走査装置。
13. 前記第１の駆動方法及び前記第２の駆動方法で駆動する際の前記光源の出力は、前記走査領域を走査する際の前記光源の出力よりも小さいことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光走査装置。
14. 請求項１〜１３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。
15. 請求項１４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１つを求める監視制御装置と、を備えるセンシング装置。
16. 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１５に記載のセンシング装置。
17. 請求項１５又は１６に記載のセンシング装置と、
    前記センシング装置からの情報に基づいて走行を制御する制御装置と、を備える走行体。

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