JP2018059847A - Laser radar device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザレーダ装置に関し、特に、レーザ光を自車両前方に対して出射すると共に、対象物で反射されたレーザ光を受波することにより、自車両と対象物との間の距離を検出するレーザレーダ装置に関する。 The present invention relates to a laser radar device, and in particular, emits laser light to the front of the host vehicle and receives the laser beam reflected by the target, thereby reducing the distance between the host vehicle and the target. The present invention relates to a laser radar device for detection.
従来から、レーザ光を自車両前方に対して出射し、対象物で反射されたレーザ光を受波することにより、路面および路面より上に位置する対象物との間の距離を検出する技術が知られている。例えば、特許文献１は、電磁波が送信される検知領域の上下方向の位置ずれを確実に判定することのできる電磁波を用いた物体検知装置を開示する。この物体検知装置は、前走車等の障害物を検知すべく車両から電磁波を進行方向前方に送信する検知領域を、路面に対して僅かに上向きの第１検知領域と、路面に対して僅かに下向きの第２検知領域とから構成し、第１、第２検知領域の反射波の受信強度を比較する。両方の受信強度がほぼ一致していれば物体検知装置の上下方向角度が適切であると判定する。上側の第１検知領域の反射波の受信強度が大きい場合にはその角度が下向きであると判定し、また下側の第２検知領域の反射波の受信強度が大きい場合にはその角度が上向きであると判定し、物体検知装置の取付角度を自動的に調整する。 Conventionally, there is a technique for detecting a distance between a road surface and an object located above the road surface by emitting laser light to the front of the vehicle and receiving the laser light reflected by the object. Are known. For example, Patent Document 1 discloses an object detection device using an electromagnetic wave that can reliably determine a positional shift in a vertical direction of a detection region to which the electromagnetic wave is transmitted. In this object detection device, a detection region for transmitting electromagnetic waves from the vehicle forward in the traveling direction to detect an obstacle such as a preceding vehicle is set to a first detection region slightly upward with respect to the road surface, and slightly to the road surface. And the second detection area facing downward, and the reception intensity of the reflected wave in the first and second detection areas is compared. If both received intensities substantially match, it is determined that the vertical angle of the object detection device is appropriate. When the reception intensity of the reflected wave in the upper first detection area is large, the angle is determined to be downward, and when the reception intensity of the reflected wave in the lower second detection area is large, the angle is upward. And the mounting angle of the object detection device is automatically adjusted.
また、特許文献２は、高さ方向及び水平方向の所定の範囲に検知波を送信し、検知波の送信範囲を分割した各領域毎に取得した距離データに基づいて、自車両周囲の物体を検知すると共に、自車両と物体との相対位置に応じて警報等を行う車両の制御装置を開示する。この制御装置は、同一の物体を検知した領域をグループ化し、グループ化した領域群から、所定高さ以下の領域を除くデータ除去処理を行うと共に、自車両から物体までの距離を、処理後の領域群の内で自車両との距離が最も短い距離データに基づいて検出する。 Further, Patent Document 2 transmits a detection wave in a predetermined range in the height direction and the horizontal direction, and based on distance data acquired for each area obtained by dividing the transmission range of the detection wave, Disclosed is a vehicle control device that detects and issues an alarm or the like according to the relative position between the host vehicle and an object. This control device groups the areas where the same object is detected, performs a data removal process for excluding areas below a predetermined height from the grouped area group, and calculates the distance from the vehicle to the object after the process. Detection is performed based on distance data having the shortest distance from the host vehicle in the region group.
また、特許文献３は、上下方向の移動にも追従しながら、必要な検知範囲のみを１次元スキャンで対応できるようにすることで、処理負荷、消費電力の増大を招来することなく適切な物体認識を行う物体認識装置を開示する。この物体認識装置は、全検知照射視野を大きくしたままで、横方向の１スキャンあたりの照射視野を全検知照射視野の一部にし、検知窓移動用ミラーを揺動させることにより、検知した先行車が掃引照射エリアのほぼ中央となるように掃引照射エリア自体を上下に移動させる。こうすることで、先行車の上下方向の移動にも追従しながら、必要な検知範囲のみを１次元スキャンで対応でき、先行車を見落とすことがなくなる。 Patent Document 3 discloses that a suitable object can be handled without causing an increase in processing load and power consumption by allowing only a necessary detection range to be dealt with by a one-dimensional scan while following up and down movement. An object recognition apparatus that performs recognition is disclosed. In this object recognition device, the detection field is detected by making the irradiation field per scan in the horizontal direction a part of the entire detection field and swinging the detection window moving mirror while keeping the entire field of detection irradiation large. The sweep irradiation area itself is moved up and down so that the vehicle is approximately at the center of the sweep irradiation area. In this way, only the necessary detection range can be dealt with by a one-dimensional scan while following the vertical movement of the preceding vehicle, and the preceding vehicle is not overlooked.
また、特許文献４は、安定して前方車両と自車両との車間距離を検出することができるレーザレーダシステムを開示する。このレーザレーダシステムは、レーザ光を自車両前方の車両に向けて出射し、前方車両で反射されたレーザを受波する。レーザレーダシステムは、レーザ光の出射方向を、水平方向に走査する水平走査アクチュエータと、垂直方向に走査する垂直走査アクチュエータと、水平走査アクチュエータと垂直走査アクチュエータを制御し、レーザ光の出射と受波の時間差から車間距離を算出するレーダ信号処理・制御部を備える。レーダ信号処理・制御部は、車間距離が所定距離以上である場合は、レーザ光を水平方向に走査し、車間距離が所定距離未満の場合は、垂直方向に走査するとともに、水平方向に走査することにより確実に近接車両の車体後部を検出する。 Patent Document 4 discloses a laser radar system that can stably detect the inter-vehicle distance between the preceding vehicle and the host vehicle. This laser radar system emits laser light toward a vehicle ahead of the host vehicle and receives a laser beam reflected by the preceding vehicle. The laser radar system controls the emission direction of laser light by controlling a horizontal scanning actuator that scans in the horizontal direction, a vertical scanning actuator that scans in the vertical direction, a horizontal scanning actuator, and a vertical scanning actuator. A radar signal processing / control unit for calculating the inter-vehicle distance from the time difference between the two. The radar signal processing / control unit scans the laser beam in the horizontal direction when the inter-vehicle distance is equal to or greater than the predetermined distance, and scans in the vertical direction and the horizontal direction when the inter-vehicle distance is less than the predetermined distance. This reliably detects the rear part of the vehicle body of the close vehicle.
また、特許文献５は、障害物中の反射物体が高い位置にある場合においても、送信波をその反射物体に照射でき、正確な距離検出を行うことができる車両用物体認識装置を開示する。この車両用物体認識装置は、低速状態もしくは近距離状態であることが検出された場合に、通常走行時の場合と比べて上方にレーザ光が照射されるようにする。例えば、ポリゴンミラーの各側面のうち認識使用範囲に相当するものが面番号４、５、６であったとすると、低速状態もしくは近距離状態のときには、その面番号を１つ減らし、認識使用範囲を面番号３、４、５に切り替える。これにより、トラック等と自車両との距離が近づいたとしても、レーザ光が上方に照射され、高い位置のリフレクタに当たるようにすることが可能となる。したがって、トラック等と自車両との距離が近づいて、レーザ光がリフレクタに当たらなくなり、突然距離検出が正確に行えなくなるという状態を防ぐことができる。 Further, Patent Document 5 discloses a vehicle object recognition device that can irradiate a reflected wave to the reflected object and perform accurate distance detection even when the reflected object in the obstacle is at a high position. This vehicle object recognition device is configured to irradiate a laser beam upward when it is detected that the vehicle is in a low speed state or a short distance state, as compared with the case of normal driving. For example, if the side numbers of the polygon mirror corresponding to the recognition usage range are surface numbers 4, 5, and 6, the surface number is reduced by one in the low speed state or the short distance state, and the recognition usage range is reduced. Switch to surface numbers 3, 4, and 5. As a result, even when the distance between the truck or the like and the host vehicle is short, the laser beam is irradiated upward, and can hit the reflector at a high position. Therefore, it is possible to prevent a situation in which the distance between the truck and the own vehicle approaches and the laser light does not hit the reflector and the distance detection cannot be performed suddenly.
また、特許文献６は、コントローラによる制御が不要で、且つ省資源化も可能な物体検知方法を開示する。この物体検知方法は、車両の前部に、発光部と受光部を備えたレーダ装置を左右に配置し、左側のレーダ装置の発光部が発射したレーザ光の反射光を右側のレーダ装置の受光部で受信した後に右側のレーダ装置の発光部がレーザ光を発射し、右側のレーダ装置の発光部が発射したレーザ光の反射波を左側のレーダ装置の受光部で受光した後に左側のレーダ装置の発光部がレーザ光を発射する。 Patent Document 6 discloses an object detection method that does not require control by a controller and can save resources. In this object detection method, radar devices having a light emitting unit and a light receiving unit are arranged on the left and right in front of a vehicle, and the reflected light of the laser beam emitted by the light emitting unit of the left radar device is received by the right radar device. The right-side radar device emits laser light after being received by the right-side radar device, and the left-side radar device receives the reflected wave of the laser light emitted by the right-side radar device and the left-side radar device. The light emitting unit emits laser light.
また、特許文献７は、道路の状態や車両の姿勢の変化にかかわらず、路面の上方に存在する物標から路面までの距離を求めることができる上方障害物検知装置、衝突防止装置および上方障害物検知方法を開示する。これらの上方障害物検知装置等では、頭上物標検知手段によりレーザ光が出射されてから戻るまでの第１の時間と、当該レーザ光が頭上物標検知手段から出射された際の出射角である仰角を検知し、頭上物標算出手段は、第１の時間および仰角に基づいて頭上物標距離および頭上物標高さを算出する。その一方で、路面検知手段によりレーザ光が路面で反射して路面検知手段に戻るまでの第２の時間と、当該レーザ光が出射された際の出射角である俯角を検知し、路面高さ算出手段は、第２の時間および俯角に基づいて路面高さを算出する。道路高さ幅算出手段は、頭上物標高さ、および、路面高さを足し合わせて道路高さ幅を算出する。 Patent Document 7 discloses an upper obstacle detection device, a collision prevention device, and an upper obstacle that can determine the distance from a target existing above the road surface to the road surface regardless of changes in road conditions and vehicle postures. An object detection method is disclosed. In these upper obstacle detection devices and the like, the first time from when laser light is emitted by the overhead target detection means to return and the emission angle when the laser light is emitted from the overhead target detection means. A certain elevation angle is detected, and the overhead target calculation means calculates the overhead target distance and the overhead target height based on the first time and the elevation angle. On the other hand, the road surface height is detected by the road surface detection means for the second time until the laser light is reflected on the road surface and returned to the road surface detection means, and the depression angle that is the emission angle when the laser light is emitted. The calculating means calculates the road surface height based on the second time and the depression angle. The road height width calculating means adds the overhead target height and the road surface height to calculate the road height width.
また、特許文献８は、レーザ光束の機械的な走査を必要としない新規なレーザレーダ装置を開示する。このレーザレーダ装置は、ｎ（≧２）本の発散性レーザ光束を、相互に離間しないように所定の開き角の扇面状に放射するレーザ光束投射部と、該レーザ光束投射部から放射され、物体により反射された戻りレーザ光を、その物体の方位を特定可能に受光するレーザ光受光部と、レーザ光束投射部およびレーザ光受光部を制御し、レーザ光受光部の受光情報により、戻りレーザ光を反射した物体の方位と、該物体までの距離とを特定して出力する制御演算部と、該制御演算部の出力を表示する表示部とを有する。 Patent Document 8 discloses a novel laser radar apparatus that does not require mechanical scanning of a laser beam. The laser radar device emits n (≧ 2) divergent laser light beams in a fan shape with a predetermined opening angle so as not to be separated from each other, and is emitted from the laser light beam projection unit. The laser beam receiving unit that receives the return laser beam reflected by the object so that the direction of the object can be specified, the laser beam projection unit, and the laser beam receiving unit are controlled. A control calculation unit that specifies and outputs the orientation of the object that reflects the light and the distance to the object, and a display unit that displays the output of the control calculation unit.
また、特許文献９は、車両に搭載されレーザレーダ装置を開示する。このレーザレーダ装置は、レーザ源が放射するレーザビームを用いて測定用レーザビームを生成し、進行方向前方の所定範囲を照射する第一レーザ照射部と、レーザ源が放射するレーザビームを用いて測定用レーザビームを生成し、路面上の所定範囲を照射する第二レーザ照射部とを備え、第二レーザ照射部が生成する測定用レーザビームの車両側方から見たビーム拡がり角は、第一レーザ照射部が生成する測定用レーザビームの車両側方から見たビーム拡がり角よりも大きい。 Patent Document 9 discloses a laser radar device mounted on a vehicle. This laser radar device generates a measurement laser beam using a laser beam emitted from a laser source, and uses a first laser irradiation unit that irradiates a predetermined range ahead of the traveling direction, and a laser beam emitted from the laser source. A second laser irradiation unit that generates a measurement laser beam and irradiates a predetermined range on the road surface, and the beam divergence angle of the measurement laser beam generated by the second laser irradiation unit viewed from the side of the vehicle is The measurement laser beam generated by one laser irradiation unit is larger than the beam divergence angle viewed from the side of the vehicle.
本発明は、路面および路面より上に位置する検出対象物をその位置に合わせて適切に検出するレーザレーダ装置を提供する。 The present invention provides a laser radar device that appropriately detects a road surface and a detection object located above the road surface according to the position.
上記課題を解決するために、車両に設置され、車両の進行方向に対して路面に垂直な方向における所定の視野角を以って走査し、対象物までの距離を検出する走査式レーザレーダ装置であって、路面に垂直な方向における対象物を検出できる検出可能距離は、以下の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の特徴を有するレーザレーダ装置が提供される。
（Ａ）視野角におけるほぼ水平方向の第１検出可能距離は、最も長く、
（Ｂ）視野角におけるほぼ水平方向より下方の第２検出可能距離は、第１検出可能距離より短く、
（Ｃ）視野角におけるほぼ水平方向より上方の第３検出可能距離は、第１検出可能距離より短く、第２検出可能距離より短い検出可能距離を少なくとも一部に有する。
これによれば、路面と垂直方向における視野角内での位置に応じて、検出可能距離を変化させることにより、検出対象物をその位置に合わせて適切に検出するレーザレーダ装置を提供することができる。
In order to solve the above-mentioned problem, a scanning laser radar device that is installed in a vehicle, scans with a predetermined viewing angle in a direction perpendicular to the road surface with respect to the traveling direction of the vehicle, and detects a distance to an object. Thus, a laser radar device having the following features (A), (B), and (C) for the detectable distance that can detect the object in the direction perpendicular to the road surface is provided.
(A) The first detectable distance in the substantially horizontal direction at the viewing angle is the longest,
(B) The second detectable distance below the substantially horizontal direction at the viewing angle is shorter than the first detectable distance,
(C) The third detectable distance above the substantially horizontal direction in the viewing angle has at least a part of the detectable distance that is shorter than the first detectable distance and shorter than the second detectable distance.
According to this, it is possible to provide a laser radar device that appropriately detects a detection target according to a position by changing a detectable distance according to a position within a viewing angle in a direction perpendicular to the road surface. it can.
上記課題を解決するために、車両に設置され、車両の進行方向に対して路面に垂直な方向における所定の視野角を以って走査し、対象物までの距離を検出する走査式レーザレーダ装置であって、所定の視野角を規定する受光素子アレイを備え、受光素子アレイを構成する受光素子は、以下の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の特徴を有するレーザレーダ装置が提供される。
（Ａ）視野角におけるほぼ水平方向からの光を受光する前記受光素子アレイを構成する第１受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、最も多く、
（Ｂ）視野角におけるほぼ水平方向より下方からの光を受光する受光素子アレイを構成する第２受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、第１受光素子より少なく、
（Ｃ）視野角におけるほぼ水平方向より上方からの光を受光する受光素子アレイを構成する第３受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、第１受光素子より少なく、第２受光素子より少ない受光素子数を少なくとも一部に有する。
これによれば、路面と垂直方向における視野角内での位置に応じて、受光素子アレイを構成する受光素子の単位角度当たりの受光素子数を変化させることにより、検出対象物をその位置に合わせて適切に検出するレーザレーダ装置を提供することができる。
In order to solve the above-mentioned problem, a scanning laser radar device that is installed in a vehicle, scans with a predetermined viewing angle in a direction perpendicular to the road surface with respect to the traveling direction of the vehicle, and detects a distance to an object. A light-receiving element array that defines a predetermined viewing angle is provided, and the light-receiving element that constitutes the light-receiving element array is provided with a laser radar device having the following characteristics (A), (B), and (C): The
(A) The number of light receiving elements per unit angle of the first light receiving elements constituting the light receiving element array that receives light from a substantially horizontal direction at a viewing angle is the largest,
(B) The number of light receiving elements per unit angle of the second light receiving elements constituting the light receiving element array that receives light from below the substantially horizontal direction at the viewing angle is less than that of the first light receiving elements,
(C) The number of light receiving elements per unit angle of the third light receiving element constituting the light receiving element array that receives light from above the substantially horizontal direction at the viewing angle is less than that of the first light receiving element and less than that of the second light receiving element. The number of light receiving elements is at least partially.
According to this, by changing the number of light receiving elements per unit angle of the light receiving elements constituting the light receiving element array according to the position within the viewing angle in the direction perpendicular to the road surface, the detection object is adjusted to the position. Therefore, it is possible to provide a laser radar device that detects appropriately.
上記課題を解決するために、車両に設置され、車両の進行方向に対して路面に垂直な方向における所定の視野角を以って走査し、対象物までの距離を検出する走査式レーザレーダ装置であって、所定の視野角でレーザを投光する投光素子アレイと、所定の視野角から投光素子アレイが投光したレーザの反射光を受光する受光素子アレイと、を備え、投光素子アレイを構成する投光素子と受光素子アレイを構成する受光素子は、以下の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の特徴を有するレーザレーダ装置が提供される。
（Ａ）視野角におけるほぼ水平方向へ投光する投光素子アレイを構成する第１投光素子の単位角度当たりの投光素子数およびほぼ水平方向からの反射光を受光する受光素子アレイを構成する第１受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、最も多く、
（Ｂ）視野角におけるほぼ水平方向より下方へ投光する投光素子アレイを構成する第２投光素子の単位角度当たりの投光素子数は、第１投光素子より少なく、および下方からの反射光を受光する受光素子アレイを構成する第２受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、第１受光素子より少なく、
（Ｃ）視野角におけるほぼ水平方向より上方へ投光する投光素子アレイを構成する第３投光素子の単位角度当たりの投光素子数は、第１投光素子より少なく、第２投光素子より少ない投光素子数を少なくとも一部に有し、上方からの反射光を受光する受光素子アレイを構成する第３受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、第１受光素子より少なく、第２受光素子より少ない受光素子数を少なくとも一部に有する。
これによれば、路面と垂直方向における視野角内での位置に応じて、投光素子アレイを構成する投光素子の単位角度当たりの投光素子数および受光素子アレイを構成する受光素子の単位角度当たりの受光素子数を変化させることにより、検出対象物をその位置に合わせて適切に検出するレーザレーダ装置を提供することができる。
In order to solve the above-mentioned problem, a scanning laser radar device that is installed in a vehicle, scans with a predetermined viewing angle in a direction perpendicular to the road surface with respect to the traveling direction of the vehicle, and detects a distance to an object. And a light projecting element array for projecting a laser at a predetermined viewing angle and a light receiving element array for receiving the reflected light of the laser projected by the light projecting element array from a predetermined viewing angle. A laser radar device having the following features (A), (B), and (C) is provided for the light projecting elements constituting the element array and the light receiving elements constituting the light receiving element array.
(A) Constructs a light receiving element array for receiving the number of light projecting elements per unit angle of the first light projecting elements constituting the light projecting element array that projects light in the substantially horizontal direction at the viewing angle and the reflected light from the substantially horizontal direction. The number of light receiving elements per unit angle of the first light receiving element is the largest,
(B) The number of light projecting elements per unit angle of the second light projecting elements constituting the light projecting element array that projects downward from the substantially horizontal direction at the viewing angle is smaller than that of the first light projecting elements, and The number of light receiving elements per unit angle of the second light receiving elements constituting the light receiving element array that receives the reflected light is smaller than that of the first light receiving elements,
(C) The number of light projecting elements per unit angle of the third light projecting element that constitutes the light projecting element array that projects upward from the substantially horizontal direction at the viewing angle is smaller than that of the first light projecting element. The number of light receiving elements per unit angle of the third light receiving element constituting the light receiving element array that receives the reflected light from above having at least a part of the light projecting elements smaller than the elements is smaller than that of the first light receiving element, At least part of the number of light receiving elements is smaller than that of the second light receiving elements.
According to this, according to the position within the viewing angle in the direction perpendicular to the road surface, the number of light projecting elements per unit angle of the light projecting elements constituting the light projecting element array and the unit of the light receiving elements constituting the light receiving element array By changing the number of light receiving elements per angle, it is possible to provide a laser radar device that appropriately detects a detection target in accordance with its position.
本発明によれば、路面および路面より上に位置する検出対象物をその位置に合わせて適切に検出するレーザレーダ装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser radar apparatus which detects appropriately the detection target located on a road surface and a road surface according to the position can be provided.
＜第一実施例＞
図１乃至図３を参照し、本実施例における走査式レーザレーダ装置１００を説明する。走査式レーザレーダ装置１００は、車両の進行方向に対して車両に設置され、対象物ＯＢＪまでの距離を検出する。なお、車両とは、自動車、電車、自動二輪車などをいう。走査式レーザレーダ装置１００は、車両が走行する路面に垂直な方向における所定の視野角を以って走査する。所定の視野角とは、路面に垂直な方向におけるレーザ光を投光し反射光を受光する範囲であり、車両の進行方向に向けて路面と平行な方向（±０°）を挟んで、路面側の下方の最大角度から路面と反対側の上方の最大角度までの合計角度を言う。
<First Example>
A scanning laser radar device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Scanning laser radar apparatus 100 is installed in a vehicle with respect to the traveling direction of the vehicle, and detects the distance to object OBJ. The vehicle refers to an automobile, a train, a motorcycle, and the like. Scanning laser radar apparatus 100 scans with a predetermined viewing angle in a direction perpendicular to the road surface on which the vehicle travels. The predetermined viewing angle is a range in which laser light in a direction perpendicular to the road surface is projected and reflected light is received, and the road surface across the direction parallel to the road surface (± 0 °) toward the traveling direction of the vehicle. The total angle from the maximum angle below the side to the maximum angle above the road surface.
走査式レーザレーダ装置１００は、レーザ光を発光してから反射光を受光するまでの時間差と、発光したレーザ光の投光方向に基づいて、測定対象物までの距離や方向を測定する。レーザ光は、指向性や収束性に優れた光である。走査方向は、レーザ光を走査する方向である。本実施例では、後述するように発光するレーザダイオードと受光するフォトダイオードが一次元に配列されたレーザダイオードアレイとフォトダイオードアレイを配列方向に対して垂直な方向に投光する方向および受光する方向を一次元方向に変化させることで、１回の走査（スキャン）で面（二次元）の走査を行う。 The scanning laser radar device 100 measures the distance and the direction to the measurement object based on the time difference from when the laser light is emitted until the reflected light is received and the light projection direction of the emitted laser light. Laser light is light with excellent directivity and convergence. The scanning direction is a direction in which laser light is scanned. In the present embodiment, as will be described later, a laser diode array in which a laser diode that emits light and a photodiode that receives light are arranged one-dimensionally, and a direction in which light is projected and received in a direction perpendicular to the arrangement direction. The surface (two-dimensional) is scanned by one scanning (scanning) by changing in a one-dimensional direction.
図１に示すように、走査式レーザレーダ装置１００は、正面視でアーチ状のレーザレーダカバー９０と、後述するレーザダイオードやフォトダイオードなどの構成要素を内に有するほぼ直方体のレーザレーダ筐体９１と備える。レーザレーダカバー９０は、レーザ光およびその反射光（電磁波）を透過する材質からなり、レーザダイオードから発せられるレーザ光を対象物ＯＢＪに投光すると共に、その対象物ＯＢＪからの反射光を受光することを可能とする。 As shown in FIG. 1, a scanning laser radar device 100 includes a substantially rectangular parallelepiped laser radar casing 91 having an arched laser radar cover 90 in front view and components such as a laser diode and a photodiode described later. Prepare. The laser radar cover 90 is made of a material that transmits laser light and its reflected light (electromagnetic wave). The laser radar cover 90 projects laser light emitted from a laser diode onto the object OBJ and receives reflected light from the object OBJ. Make it possible.
図２は、レーザレーダカバー９０とレーザレーダ筐体９１を取り除いて、内部に含まれる主な構成要素のみを表した図である。図２（Ａ）は、上面図であり、アーチ状のレーザレーダカバー９０の方から見た図である。走査式レーザレーダ装置１００は、レーザ光を発光するレーザダイオードモジュール（ＬＤモジュール）２０と、反射光を受光するフォトダイオードモジュール（ＰＤモジュール）３０と、レーザダイオードモジュール２０が発光したレーザ光をモータ１３により回転されながら投光すると共に反射光をフォトダイオードモジュール３０に導光する回転ミラー１０とを備える。 FIG. 2 is a diagram showing only main components included in the interior, with the laser radar cover 90 and the laser radar casing 91 removed. FIG. 2A is a top view, as viewed from the arched laser radar cover 90. The scanning laser radar apparatus 100 includes a laser diode module (LD module) 20 that emits laser light, a photodiode module (PD module) 30 that receives reflected light, and laser light emitted from the laser diode module 20 by a motor 13. And a rotating mirror 10 that projects the light while being rotated and guides the reflected light to the photodiode module 30.
レーザダイオードモジュール２０は、レーザ光を実際に発光するレーザダイオードアレイ２１と、発光したレーザ光を平行光線にするコリメートレンズ２２から構成される。フォトダイオードモジュール３０は、レーザ光の反射光を実際に受光して電気信号に変換するフォトダイオードアレイ３１（図５に示す）と、反射光をフォトダイオードアレイ３１に導光する２つの受光板３３と、反射光の光路上に位置し反射光をフォトダイオードアレイ３１に結像する受光レンズ３２から構成される。回転ミラー１０は、レーザダイオードモジュール２０が発光したレーザ光を回転しながら反射し投光する投光ミラー１１と、投光ミラー１１と同軸で回転し、回転しながら対象物で反射した反射光をフォトダイオードモジュール３０に導光する受光ミラー１２と有する。このように、ミラーが回転することによりレーザ光を投光し、反射光を受光することにより走査する方式を回転ミラー方式と呼ぶ。 The laser diode module 20 includes a laser diode array 21 that actually emits laser light and a collimator lens 22 that converts the emitted laser light into parallel rays. The photodiode module 30 includes a photodiode array 31 (shown in FIG. 5) that actually receives the reflected light of the laser light and converts it into an electrical signal, and two light receiving plates 33 that guide the reflected light to the photodiode array 31. And a light receiving lens 32 that is located on the optical path of the reflected light and forms an image of the reflected light on the photodiode array 31. The rotating mirror 10 is configured to reflect and project the laser light emitted from the laser diode module 20 while rotating it, and the reflecting mirror 11 that rotates coaxially with the projecting mirror 11 and that is reflected by the object while rotating. The light receiving mirror 12 guides light to the photodiode module 30. In this way, a method of projecting laser light by rotating the mirror and scanning by receiving reflected light is called a rotating mirror method.
図２（Ａ）の上部にあるレーザダイオードモジュール２０は、図視右方向へ発光すると投光ミラー１１に当たり、回転ミラー１０は図視手前側（レーザレーダカバー９０側）へレーザ光を投光する。図視手前側から奥行き方向への反射光は、本図下部にある受光ミラー１２に当たり図視左方向へ反射され、受光板３３へ導光する。図２（Ｂ）を参照すると、本図中央部にあるレーザダイオードアレイ２１から図視右方向へ発光したレーザ光は、コリメートレンズ２２で平行化された後、投光ミラー１１に反射して、図視上方へ（レーザレーダカバー９０方向へ）投光される。図２（Ｄ）を参照すると、図視上方から（レーザレーダカバー９０方向から）くる反射光は、受光ミラー１２に当たり図視右方向の受光板３３の方へ反射され、その後受光レンズ３２を通過し、フォトダイオードモジュール３０に受光される。 The laser diode module 20 in the upper part of FIG. 2A hits the projection mirror 11 when emitting light in the right direction in the figure, and the rotating mirror 10 projects the laser beam toward the front side (laser radar cover 90 side) in the figure. . Reflected light in the depth direction from the front side of the figure hits the light receiving mirror 12 at the lower part of the figure and is reflected leftward in the figure and guided to the light receiving plate 33. Referring to FIG. 2B, the laser light emitted from the laser diode array 21 in the center of the figure in the right direction in the figure is collimated by the collimator lens 22 and then reflected by the light projecting mirror 11. Light is projected upward in the figure (in the direction of the laser radar cover 90). Referring to FIG. 2D, the reflected light coming from the top of the drawing (from the direction of the laser radar cover 90) hits the light receiving mirror 12 and is reflected toward the light receiving plate 33 in the right direction of the drawing, and then passes through the light receiving lens 32. Then, the light is received by the photodiode module 30.
図３のブロック図を参照し、走査式レーザレーダ装置１００をより詳細に説明する。走査式レーザレーダ装置１００は、上述したレーザダイオードモジュール（ＬＤモジュール）２０、フォトダイオードモジュール（ＰＤモジュール）３０および回転ミラー１０に加えて、レーザダイオードモジュール２０の発光を駆動するＬＤドライバ２３と、フォトダイオードモジュール３０が受光した光信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部３４と、回転ミラー１０を回転させるモータ１３の回転を駆動するモータドライバ１４と、回転ミラー１０におけるミラーの位置（回転角度）を検出するミラー位置検出部１５と、これらを制御する制御部４０とを備える。制御部４０は、制御プログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、受光した信号やミラー位置などのデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、これらのデータやプログラムを外部の機構とやり取りするためのネットワークアダプターのＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、その他電源監視などの制御を行うマイクロコンピュータである。 The scanning laser radar apparatus 100 will be described in more detail with reference to the block diagram of FIG. In addition to the above-described laser diode module (LD module) 20, photodiode module (PD module) 30, and rotating mirror 10, the scanning laser radar apparatus 100 includes an LD driver 23 that drives light emission of the laser diode module 20, and a photo The AD converter 34 that converts the optical signal received by the diode module 30 into a digital signal, the motor driver 14 that drives the rotation of the motor 13 that rotates the rotating mirror 10, and the position (rotation angle) of the mirror in the rotating mirror 10 It includes a mirror position detection unit 15 for detecting, and a control unit 40 for controlling them. The control unit 40 includes a ROM (Read Only Memory) that stores control programs and the like, a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores data such as received signals and mirror positions, and these data and programs as external mechanisms. A network adapter Ethernet (registered trademark) for communication and a microcomputer for controlling power supply monitoring and the like.
なお、レーザダイオードモジュール２０は、８個のレーザダイオードから構成されるレーザダイオードアレイ２１を含む。８つのレーザダイオードは、レーザダイオードアレイ２１の中で、走査方向に対して垂直方向に一列に並ぶように配置されている。また、フォトダイオードモジュール３０は、３２個のフォトダイオードのチャネルから構成されるフォトダイオードアレイ３１を含む。３２個のフォトダイオードチャネルは、フォトダイオードアレイ３１の中で、同様に、走査方向に対して垂直方向に一列に並ぶように配置されている。これにより、一回の走査で二次元の走査を行うことができる。ただし、これに限定されず、一次元方向の走査を多段に繰り返して行くことで、二次元の走査を行ってもよい。 The laser diode module 20 includes a laser diode array 21 composed of eight laser diodes. The eight laser diodes are arranged in a line in the laser diode array 21 in a direction perpendicular to the scanning direction. Further, the photodiode module 30 includes a photodiode array 31 composed of 32 photodiode channels. The 32 photodiode channels are similarly arranged in the photodiode array 31 so as to be aligned in a line perpendicular to the scanning direction. Thereby, two-dimensional scanning can be performed by one scanning. However, the present invention is not limited to this, and two-dimensional scanning may be performed by repeating scanning in the one-dimensional direction in multiple stages.
レーザダイオードアレイ２１は、８個の投光素子のレーザダイオードを有するが、図４に示すように、それぞれのレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８は、車両の進行方向に向けて路面に垂直な方向においてそれぞれ異なる角度で投光する。また、レーザダイオードアレイ２１のレーザダイオードが投光する領域の大きさは、路面に垂直な方向において異なっている。 The laser diode array 21 has eight light emitting element laser diodes. As shown in FIG. 4, the laser diodes LD1 to LD8 are different from each other in the direction perpendicular to the road surface toward the traveling direction of the vehicle. Flood light at an angle. Further, the size of the region where the laser diodes of the laser diode array 21 project differs in the direction perpendicular to the road surface.
具体的には、レーザダイオードＬＤ１は、路面と平行な方向（±０°）に対して上方の＋７．５°〜＋２０°の範囲に投光する。また、同様に、レーザダイオードＬＤ２は上方の±０°〜＋７．５°の範囲に、レーザダイオードＬＤ３は下方の±０°〜−１．２５°の範囲に、レーザダイオードＬＤ４は下方の−１．２５°〜−２．５°の範囲に、レーザダイオードＬＤ５は下方の−２．５°〜−３．７５°の範囲に、レーザダイオードＬＤ６は下方の−３．７５°〜−５．０°の範囲に、レーザダイオードＬＤ７は下方の−５．０°〜−７．５°の範囲に、レーザダイオードＬＤ８は下方の−７．５°〜−１０．０°の範囲に投光する。なお、本実施例における所定の視野角は、路面に垂直な方向において３０°であり、８個のレーザダイオードは、かかる所定の視野角を規定している。 Specifically, the laser diode LD1 projects light in a range of + 7.5 ° to + 20 ° above the direction parallel to the road surface (± 0 °). Similarly, the laser diode LD2 is in the upper range of ± 0 ° to + 7.5 °, the laser diode LD3 is in the lower range of ± 0 ° to −1.25 °, and the laser diode LD4 is in the lower range of −1. In the range of .25 ° to -2.5 °, the laser diode LD5 is in the lower range of -2.5 ° to -3.75 °, and the laser diode LD6 is in the lower range of -3.75 ° to -5.0. The laser diode LD7 projects light in the lower range of -5.0 ° to -7.5 °, and the laser diode LD8 projects in the lower range of -7.5 ° to -10.0 °. The predetermined viewing angle in this embodiment is 30 ° in the direction perpendicular to the road surface, and the eight laser diodes define the predetermined viewing angle.
すなわち、路面と垂直方向の視野角において、レーザダイオードＬＤ１は、上方の＋７．５°〜＋２０°の範囲、すなわち角度差１２．５°を担当し、レーザダイオードＬＤ２は、上方の±０°〜＋７．５°の範囲、すなわち角度差７．５°を担当し、レーザダイオードＬＤ３〜６はそれぞれ角度差１．２５°を担当し、レーザダイオードＬＤ７〜８はそれぞれ角度差２．５°を担当する。換言すれば、視野角内における単位角度当たりの投光素子の数が、上下の方向により異なっていると言える。それぞれのレーザダイオードが投光を担当する領域は、コリメートレンズ２２やポリゴンミラーの回転ミラー１０により調整を行う。 That is, at the viewing angle perpendicular to the road surface, the laser diode LD1 is responsible for the upper + 7.5 ° to + 20 ° range, that is, the angle difference of 12.5 °, and the laser diode LD2 is the upper ± 0 ° to The range of + 7.5 °, that is, the angle difference of 7.5 °, the laser diodes LD3 to LD6 are responsible for the angle difference of 1.25 °, and the laser diodes LD7 to LD8 are respectively responsible for the angle difference of 2.5 °. To do. In other words, it can be said that the number of light projecting elements per unit angle within the viewing angle varies depending on the vertical direction. The area in which each laser diode is responsible for light projection is adjusted by the collimating lens 22 and the rotating mirror 10 of the polygon mirror.
レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８は、それぞれが異なる領域に投光すると共に、投光する領域の大きさは異なっている。各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８が同じ光量で発光する場合、同じ距離に位置する対象物ＯＢＪにおける照度は、投光する領域が大きいと光束が広がるので小さくなり、投光する領域が小さいと光束があまり広がらないので大きくなる。したがって、投光する領域が小さいレーザダイオードＬＤ３〜ＬＤ６は、対象物ＯＢＪを明るく照らすことができ、逆に、投光する領域が大きいレーザダイオードＬＤ１は、対象物ＯＢＪをあまり明るく照らすことはない。すなわち、路面と平行な方向（±０）から下方−５°の領域は、前方の車両や歩行者など注意を図るべき対象物が多く存在するものと解されるから、明るく照らされることが好ましい。一方、路面と平行な方向（±０）から上方、特に路面と平行な方向（±０°）に対して＋７．５°〜＋２０°上方の領域は、道路に設置された反射率の高い案内表示板などを照らすことになるのであまり明るく照らされる必要はない。 The laser diodes LD1 to LD8 project light to different regions, and the sizes of the light projecting regions are different. When each of the laser diodes LD1 to LD8 emits light with the same amount of light, the illuminance at the object OBJ located at the same distance is small because the luminous flux spreads when the area to be projected is large, and the luminous flux is too small when the area to be projected is small. Because it doesn't spread, it grows. Therefore, the laser diodes LD3 to LD6 having a small projection area can illuminate the object OBJ brightly, and conversely, the laser diode LD1 having a large projection area does not illuminate the object OBJ very brightly. That is, it is understood that a region −5 ° downward from the direction parallel to the road surface (± 0) is lit brightly because it is understood that there are many objects to be noted such as vehicles and pedestrians ahead. . On the other hand, in the region above + 7.5 ° to + 20 ° from the direction parallel to the road surface (± 0), particularly above the direction parallel to the road surface (± 0 °), a highly reflective guide installed on the road It does not need to be illuminated very brightly because it will illuminate the display board.
フォトダイオードアレイ３１は、３２個の受光素子であるフォトダイオードのチャネルを有するが、図４に示すように、それぞれのフォトダイオードチャネルＰＤＣＨ１〜ＰＤＣＨ３２は、車両の進行方向での路面に垂直な方向においてそれぞれ異なる角度から受光する。また、フォトダイオードアレイ３１のフォトダイオードチャネルが受光する領域の大きさは、路面に垂直な方向において異なっている。 The photodiode array 31 has photodiode channels that are 32 light receiving elements. As shown in FIG. 4, each of the photodiode channels PDCH <b> 1 to PDCH <b> 32 is in a direction perpendicular to the road surface in the traveling direction of the vehicle. Light is received from different angles. Further, the size of the region received by the photodiode channel of the photodiode array 31 differs in the direction perpendicular to the road surface.
具体的には、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ１〜ＰＤＣＨ４は、路面と平行な方向（±０°）に対して上方の＋７．５°〜＋２０°の範囲から受光する。また、同様に、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ５〜ＰＤＣＨ８は上方の±０°〜＋７．５°の範囲から、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ９〜ＰＤＣＨ１２は下方の±０°〜−１．２５°の範囲から、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ１３〜ＰＤＣＨ１６は下方の−１．２５°〜−２．５°の範囲から、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ１７〜ＰＤＣＨ２０は下方の−２．５°〜−３．７５°の範囲から、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ２１〜ＰＤＣＨ２４は下方の−３．７５°〜−５．０°の範囲から、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ２５〜ＰＤＣＨ２８は下方の−５．０°〜−７．５°の範囲から、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ２９〜ＰＤＣＨ３２は下方の−７．５°〜−１０．０°の範囲から受光する。なお、本実施例における所定の視野角は、路面に垂直な方向において３０°であり、３２個のフォトダイオードのチャネルを有するフォトダイオードは、レーザダイオードと共に、かかる所定の視野角を規定している。 Specifically, the photodiode channels PDCH1 to PDCH4 receive light from a range of + 7.5 ° to + 20 ° above the direction parallel to the road surface (± 0 °). Similarly, the photodiode channels PDCH5 to PDCH8 are from the upper range of ± 0 ° to + 7.5 °, and the photodiode channels PDCH9 to PDCH12 are from the lower range of ± 0 ° to −1.25 °. The channels PDCH13 to PDCH16 are from the lower range of -1.25 ° to -2.5 °, and the photodiode channels PDCH17 to PDCH20 are from the lower range of -2.5 ° to -3.75 °, the photodiode channel PDCH21. ~ PDCH24 from the lower -3.75 ° to -5.0 ° range, and photodiode channel PDCH25 to PDCH28 from the lower -5.0 ° to -7.5 ° range, photodiode channels PDCH29 to PDCH32 Receives light from a lower range of -7.5 ° to -10.0 °. The predetermined viewing angle in the present embodiment is 30 ° in the direction perpendicular to the road surface, and the photodiode having 32 photodiode channels defines the predetermined viewing angle together with the laser diode. .
すなわち、路面と垂直方向の視野角において、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ１〜ＰＤＣＨ４は１２．５°を担当し、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ５〜ＰＤＣＨ８は７．５°を担当し、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ９〜ＰＤＣＨ１２、ＰＤＣＨ１３〜ＰＤＣＨ１６、ＰＤＣＨ１７〜ＰＤＣＨ２０、およびＰＤＣＨ２１〜ＰＤＣＨ２４はそれぞれ１．２５°を担当し、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ２５〜ＰＤＣＨ２８およびＰＤＣＨ２９〜ＰＤＣＨ３２はそれぞれ２．５°を担当する。換言すれば、視野角内における単位角度当たりの受光素子の数が、上下の方向により異なっていると言える。 That is, at the viewing angle perpendicular to the road surface, the photodiode channels PDCH1 to PDCH4 are responsible for 12.5 °, the photodiode channels PDCH5 to PDCH8 are responsible for 7.5 °, and the photodiode channels PDCH9 to PDCH12, PDCH13 to PDCH16, PDCH17-PDCH20, and PDCH21-PDCH24 are each responsible for 1.25 °, and photodiode channels PDCH25-PDCH28 and PDCH29-PDCH32 are each responsible for 2.5 °. In other words, it can be said that the number of light receiving elements per unit angle within the viewing angle varies depending on the vertical direction.
フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ１〜ＰＤＣＨ３２は、それぞれが異なる領域から受光すると共に、受光する領域において受光素子数は異なっている。換言すれば、対象物ＯＢＪからの反射光を受光する受光素子であるフォトダイオードの各チャネルの単位角度当たりの受光素子数は、受光する領域により異なっている。路面と平行な方向（±０）から下方−５°の領域は、上述ように注意を図るべき対象物が多く存在するものと解されるから、受光素子の密度を高くして解像度を高めることが好ましい。一方、路面と平行な方向（±０）から上方、特に路面と平行な方向（±０°）に対して＋７．５°〜＋２０°上方の領域は、道路に設置された反射率の高い案内表示板などからの反射光を受光することになるのであまり解像度を高める必要はない。 The photodiode channels PDCH1 to PDCH32 receive light from different regions, and the number of light receiving elements is different in the light receiving region. In other words, the number of light-receiving elements per unit angle of each channel of the photodiode, which is a light-receiving element that receives reflected light from the object OBJ, differs depending on the light-receiving region. Since it is understood that there are many objects to be noted as described above in the region −5 ° below from the direction (± 0) parallel to the road surface, the resolution is increased by increasing the density of light receiving elements. Is preferred. On the other hand, in the region above + 7.5 ° to + 20 ° from the direction parallel to the road surface (± 0), particularly above the direction parallel to the road surface (± 0 °), a highly reflective guide installed on the road Since the reflected light from the display panel or the like is received, it is not necessary to increase the resolution much.
すなわち、対象物ＯＢＪからの反射光を受光する受光素子であるフォトダイオードの各チャネルの単位角度当たりの受光素子数は、以下の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の特徴を有する。
（Ａ）路面と垂直方向の視野角におけるほぼ水平方向からの光を受光する受光素子アレイを構成する受光素子（第１受光素子）の単位角度当たりの受光素子数は、最も多い。
（Ｂ）その視野角におけるほぼ水平方向より下方からの光を受光する受光素子アレイを構成する受光素子（第２受光素子）の単位角度当たりの受光素子数は、第１受光素子より少ない。
（Ｃ）その視野角におけるほぼ水平方向より上方からの光を受光する受光素子アレイを構成する受光素子（第３受光素子）の単位角度当たりの受光素子数は、第１受光素子より少なく、第２受光素子より少ない受光素子数を少なくとも一部に有する。もちろん、第３受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、第２受光素子の単位角度当たりの受光素子数より多い部分があってもよい。
That is, the number of light receiving elements per unit angle of each channel of the photodiode, which is a light receiving element that receives reflected light from the object OBJ, has the following characteristics (A), (B), and (C).
(A) The number of light receiving elements per unit angle of the light receiving elements (first light receiving elements) constituting the light receiving element array that receives light from a substantially horizontal direction at a viewing angle perpendicular to the road surface is the largest.
(B) The number of light receiving elements per unit angle of the light receiving elements (second light receiving elements) constituting the light receiving element array that receives light from below the substantially horizontal direction at the viewing angle is smaller than that of the first light receiving elements.
(C) The number of light receiving elements per unit angle of the light receiving element (third light receiving element) constituting the light receiving element array that receives light from above the substantially horizontal direction at the viewing angle is smaller than that of the first light receiving element. The number of light receiving elements smaller than two light receiving elements is at least partially included. Of course, the number of light receiving elements per unit angle of the third light receiving element may be larger than the number of light receiving elements per unit angle of the second light receiving element.
このように、路面と垂直方向における視野角内での位置に応じて、受光素子アレイを構成する受光素子の単位角度当たりの受光素子数を変化させることにより、検出対象物ＯＢＪをその位置に合わせて適切に検出するレーザレーダ装置を提供することができる。 In this way, by changing the number of light receiving elements per unit angle of the light receiving elements constituting the light receiving element array according to the position within the viewing angle in the direction perpendicular to the road surface, the detection object OBJ is adjusted to the position. Therefore, it is possible to provide a laser radar device that detects appropriately.
また、換言すれば、路面に垂直な方向における対象物ＯＢＪを検出できる検出可能距離は、以下の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の特徴を有していてもよい。
（Ａ）路面と垂直方向の視野角におけるほぼ水平方向の検出可能距離（第１検出可能距離）は、最も長い。
（Ｂ）その視野角におけるほぼ水平方向より下方の検出可能距離（第２検出可能距離）は、第１検出可能距離より短い。
（Ｃ）その視野角におけるほぼ水平方向より上方の検出可能距離（第３検出可能距離）は、第１検出可能距離より短く、第２検出可能距離より短い検出可能距離を少なくとも一部に有する。もちろん、第３検出可能距離の検出可能距離は、第２検出可能距離より長い部分があってもよい。
In other words, the detectable distance capable of detecting the object OBJ in the direction perpendicular to the road surface may have the following features (A), (B), and (C).
(A) The almost horizontal detectable distance (first detectable distance) at the viewing angle perpendicular to the road surface is the longest.
(B) The detectable distance (second detectable distance) below the substantially horizontal direction at the viewing angle is shorter than the first detectable distance.
(C) The detectable distance (third detectable distance) substantially higher than the horizontal direction at the viewing angle has a detectable distance shorter than the first detectable distance and shorter than the second detectable distance at least in part. Of course, the detectable distance of the third detectable distance may be longer than the second detectable distance.
このように、路面と垂直方向における視野角内での位置に応じて、検出可能距離を変化させることにより、検出対象物をその位置に合わせて適切に検出するレーザレーダ装置を提供することができる。 As described above, it is possible to provide a laser radar device that appropriately detects a detection target in accordance with the position by changing the detectable distance in accordance with the position within the viewing angle in the direction perpendicular to the road surface. .
図５は、走査式レーザレーダ装置１００の投光方法および受光方法を示す模式図である。レーザダイオードアレイ２１に含まれる投光素子のレーザダイオードが発光したレーザ光は、コリメートレンズ２２を介して投光ミラー１１に反射して対象物ＯＢＪに投光される。また、対象物ＯＢＪに反射して戻ってきた反射光は、受光ミラー１２に反射して受光レンズ３２を介して受光素子であるフォトダイオードアレイ３１中のフォトダイオードに受光され結像される。 FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a light projecting method and a light receiving method of the scanning laser radar apparatus 100. The laser light emitted from the laser diode of the light projecting element included in the laser diode array 21 is reflected by the light projecting mirror 11 via the collimator lens 22 and projected onto the object OBJ. The reflected light that has been reflected and returned from the object OBJ is reflected by the light receiving mirror 12 and received by the photodiodes in the photodiode array 31 that is the light receiving elements via the light receiving lens 32 to form an image.
たとえば、投光素子であるレーザダイオードＬＤ１が発光したレーザ光は、対象物ＯＢＪでは、路面と平行な方向（±０°）に対して上方＋７．５°〜＋２０°の投光範囲（１２．５°の範囲）に拡がって照射される。逆に、レーザダイオードＬＤ３が発光したレーザ光は、路面と平行な方向（±０°）からやや下方の±０°〜−１．２５°の投光範囲（１．２５°の範囲）に拡がって照射される。また、レーザダイオードＬＤ８が発光したレーザ光は、路面と平行な方向（±０°）から下方の−７．５°〜−１０．０°の投光範囲（２．５°の範囲）に拡がって照射される。 For example, the laser light emitted from the laser diode LD1 that is a light projecting element is projected from the upper + 7.5 ° to + 20 ° (12.20 °) with respect to the direction (± 0 °) parallel to the road surface in the object OBJ. Irradiated in a range of 5 °. On the contrary, the laser beam emitted from the laser diode LD3 spreads from a direction parallel to the road surface (± 0 °) to a light projection range (range of 1.25 °) of ± 0 ° to −1.25 ° slightly below. Is irradiated. The laser light emitted from the laser diode LD8 extends from the direction parallel to the road surface (± 0 °) to the lower light projection range (2.5 ° range) of −7.5 ° to −10.0 °. Is irradiated.
また、レーザダイオードＬＤ１が照射した投光範囲（１２．５°の範囲）からの反射光は、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ１〜ＰＤＣＨ４により受光され、すなわち１つのフォトダイオードチャネル当たり約３．１°の視野角からの反射光を受光する。逆に、レーザダイオードＬＤ３が照射した投光範囲（１．２５°の範囲）からの反射光は、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ９〜ＰＤＣＨ１２により受光され、すなわち１つのフォトダイオードチャネル当たり約０．３°の視野角からの反射光を受光する。また、レーザダイオードＬＤ８が照射した投光範囲（２．５°の範囲）からの反射光は、フォトダイオードチャネルＰＤＣＨ２９〜ＰＤＣＨ３２により受光され、すなわち１つのフォトダイオードチャネル当たり約０．６°の視野角からの反射光を受光する。 Reflected light from the light projection range (12.5 ° range) irradiated by the laser diode LD1 is received by the photodiode channels PDCH1 to PDCH4, that is, a viewing angle of about 3.1 ° per one photodiode channel. The reflected light from is received. On the contrary, the reflected light from the light projection range (range of 1.25 °) irradiated by the laser diode LD3 is received by the photodiode channels PDCH9 to PDCH12, that is, a field of view of about 0.3 ° per one photodiode channel. The reflected light from the corner is received. Reflected light from the light projection range (2.5 ° range) irradiated by the laser diode LD8 is received by the photodiode channels PDCH29 to PDCH32, that is, a viewing angle of about 0.6 ° per one photodiode channel. The reflected light from is received.
このように、路面に垂直な方向において、高い検出感度を必要とするほぼ水平方向からやや下方の領域には、対象物ＯＢＪに対して明るい照度で照射するために投光素子の単位角度当たりの投光素子数を最も多くすると共に、対象物ＯＢＪからの反射光を高い解像度で受光するために受光素子の密度を高く（単位角度当たりの受光素子数を多く）する。逆に、高い検出感度を必要としない上方の領域には、対象物ＯＢＪに対して暗い照度で照射するために投光素子の単位角度当たりの投光素子数を最も少なくすると共に、対象物ＯＢＪからの反射光を低い解像度で受光するために受光素子の密度を低く（単位角度当たりの受光素子数を少なく）する。また、ほぼ水平方向から路面に近い下方の領域には、両者の中間的な単位角度当たりの投光素子数および単位角度当たりの受光素子数とする。 Thus, in the direction perpendicular to the road surface, the area slightly below the horizontal direction that requires high detection sensitivity is irradiated per unit angle of the light projecting element to irradiate the object OBJ with bright illuminance. In addition to maximizing the number of light projecting elements, the density of the light receiving elements is increased (the number of light receiving elements per unit angle is increased) in order to receive the reflected light from the object OBJ with high resolution. On the other hand, in the upper region that does not require high detection sensitivity, the number of light projecting elements per unit angle of the light projecting elements is minimized in order to irradiate the object OBJ with dark illuminance, and the object OBJ. In order to receive the reflected light from the light with a low resolution, the density of the light receiving elements is reduced (the number of light receiving elements per unit angle is reduced). Also, in the lower region from the substantially horizontal direction to the road surface, the number of light projecting elements per unit angle and the number of light receiving elements per unit angle are intermediate between the two.
すなわち、投光素子アレイを構成する投光素子と受光素子アレイを構成する受光素子は、以下の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の特徴を有する。
（Ａ）路面と垂直方向の視野角におけるほぼ水平方向へ投光する投光素子アレイを構成する投光素子（第１投光素子）の単位角度当たりの投光素子数およびほぼ水平方向からの反射光を受光する受光素子アレイを構成する受光素子（第１受光素子）の単位角度当たりの受光素子数は、最も多い。
（Ｂ）その視野角におけるほぼ水平方向より下方へ投光する投光素子アレイを構成する投光素子（第２投光素子）の単位角度当たりの投光素子数は、第１投光素子より少なく、および下方からの反射光を受光する受光素子アレイを構成する受光素子（第２受光素子）の単位角度当たりの受光素子数は、第１受光素子より少ない。
（Ｃ）その視野角におけるほぼ水平方向より上方へ投光する投光素子アレイを構成する投光素子（第３投光素子）の単位角度当たりの投光素子数は、第１投光素子より少なく、第２投光素子より少ない投光素子数を少なくとも一部に有し、上方からの反射光を受光する受光素子アレイを構成する受光素子（第３受光素子）の単位角度当たりの受光素子数は、第１受光素子より少なく、第２受光素子より少ない受光素子数を少なくとも一部に有する。もちろん、第３受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、第２受光素子より多い受光素子数を有していてもよい。
That is, the light projecting elements constituting the light projecting element array and the light receiving elements constituting the light receiving element array have the following features (A), (B) and (C).
(A) The number of light projecting elements per unit angle of the light projecting element array (first light projecting element) that constitutes a light projecting element array that projects light in a substantially horizontal direction at a viewing angle perpendicular to the road surface, and from a substantially horizontal direction. The number of light receiving elements per unit angle of the light receiving elements (first light receiving elements) constituting the light receiving element array for receiving the reflected light is the largest.
(B) The number of light projecting elements per unit angle of the light projecting element array (second light projecting element) that projects downward from the substantially horizontal direction at the viewing angle is greater than that of the first light projecting element. The number of light receiving elements per unit angle of the light receiving elements (second light receiving elements) constituting the light receiving element array that receives the reflected light from below is smaller than that of the first light receiving elements.
(C) The number of light projecting elements per unit angle of the light projecting element array (third light projecting element) that projects upward from the substantially horizontal direction at the viewing angle is greater than that of the first light projecting element. A light receiving element per unit angle of a light receiving element (third light receiving element) that has a small number of light projecting elements at least in part and smaller than the second light projecting elements, and constitutes a light receiving element array that receives reflected light from above The number of light receiving elements is at least partially smaller than that of the first light receiving elements and less than that of the second light receiving elements. Of course, the number of light receiving elements per unit angle of the third light receiving element may be larger than that of the second light receiving elements.
このように、路面と垂直方向における視野角内での位置に応じて、投光素子アレイを構成する投光素子の単位角度当たりの投光素子数および受光素子アレイを構成する受光素子の単位角度当たりの受光素子数を変化させることにより、検出対象物をその位置に合わせて適切に検出するレーザレーダ装置を提供することができる。 Thus, according to the position within the viewing angle in the direction perpendicular to the road surface, the number of light projecting elements per unit angle of the light projecting elements constituting the light projecting element array and the unit angle of the light receiving elements constituting the light receiving element array By changing the number of light receiving elements per unit, it is possible to provide a laser radar device that appropriately detects the detection target according to the position.
図６は、走査式レーザレーダ装置１００における垂直方向の検出可能距離を示す。走査式レーザレーダ装置１００は、上述した特徴（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を有することで、注意を図るべき対象物が多く存在するほぼ水平方向に対して最も長い検出可能距離を実現し、早く検出することができると共に、あまり長い検出可能距離を必要としない上方には最も短い検出可能距離を実現し、ほぼ水平方向から路面に近い下方には両者の中間的な検出可能距離を実現する。なお、この検出可能距離は、対象物ＯＢＪがたとえば照射されたレーザ光に対して１０％の反射率を持つ標準対象物であることを前提とする。図６の例では、水平方向より少し上側の角度範囲に対して、最も長い検出可能距離を実現している。一方で、図４に示したように、水平方向より少し下側の角度範囲±０°〜−１．２５°や−１．２５°〜−２．５°の角度範囲に対して、最も長い検出可能距離を実現するようにしてもよい。 FIG. 6 shows the detectable distance in the vertical direction in the scanning laser radar apparatus 100. The scanning laser radar device 100 has the features (A), (B), and (C) described above, thereby realizing the longest detectable distance in the substantially horizontal direction where there are many objects to be noted. In addition, the shortest detectable distance is realized in the upper part that does not require a very long detectable distance, and the intermediate detectable distance between the two in the lower part near the road surface from the substantially horizontal direction. Realize. This detectable distance is based on the premise that the object OBJ is a standard object having a reflectance of 10% with respect to, for example, irradiated laser light. In the example of FIG. 6, the longest detectable distance is realized with respect to the angle range slightly above the horizontal direction. On the other hand, as shown in FIG. 4, it is the longest with respect to an angular range of ± 0 ° to −1.25 ° or −1.25 ° to −2.5 ° slightly below the horizontal direction. You may make it implement | achieve a detectable distance.
なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。 In addition, this invention is not limited to the illustrated Example, The implementation by the structure of the range which does not deviate from the content described in each item of a claim is possible. That is, although the present invention has been particularly illustrated and described with respect to particular embodiments, it should be understood that the present invention has been described in terms of quantity, quantity, and amount without departing from the scope and spirit of the present invention. In other detailed configurations, various modifications can be made by those skilled in the art.
第一実施例の走査式レーザレーダ装置１００は、車両の進行方向に向けてレーザ光を照射したが、これに限られず、車両の後方や側方に向けてレーザ光を照射し、車両が走行する路面に垂直な方向における所定の視野角を以って走査してもよい。 Although the scanning laser radar apparatus 100 of the first embodiment irradiates the laser beam in the traveling direction of the vehicle, the present invention is not limited to this, and the laser beam is irradiated toward the rear or side of the vehicle, and the vehicle travels. Scanning may be performed with a predetermined viewing angle in a direction perpendicular to the road surface.
１００ 走査式レーザレーダ装置
１０ 回転ミラー
１１ 投光ミラー
１２ 受光ミラー
１３ モータ
１４ モータドライバ
１５ ミラー位置検出部
２０ レーザダイオードモジュール（ＬＤモジュール）
２１ レーザダイオードアレイ
２２ コリメートレンズ
２３ レーザダイオードドライバ（ＬＤドライバ）
３０ フォトダイオードモジュール（ＰＤモジュール）
３１ フォトダイオードアレイ
３２ 受光レンズ
３３ 受光板
３４ ＡＤ変換部
４０ 制御部
９０ レーザレーダカバー
９１ レーザレーダ筐体
ＯＢＪ 対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Scanning laser radar apparatus 10 Rotating mirror 11 Emitting mirror 12 Receiving mirror 13 Motor 14 Motor driver 15 Mirror position detection part 20 Laser diode module (LD module)
21 Laser diode array 22 Collimating lens 23 Laser diode driver (LD driver)
30 Photodiode module (PD module)
31 Photodiode array 32 Light receiving lens 33 Light receiving plate 34 AD conversion unit 40 Control unit 90 Laser radar cover 91 Laser radar housing OBJ Object
Claims (3)
前記路面に垂直な方向における対象物を検出できる検出可能距離は、以下の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の特徴を有するレーザレーダ装置。
（Ａ）前記視野角におけるほぼ水平方向の第１検出可能距離は、最も長く、
（Ｂ）前記視野角における前記ほぼ水平方向より下方の第２検出可能距離は、前記第１検出可能距離より短く、
（Ｃ）前記視野角における前記ほぼ水平方向より上方の第３検出可能距離は、前記第１検出可能距離より短く、前記第２検出可能距離より短い検出可能距離を少なくとも一部に有する。 A scanning laser radar device that is installed in a vehicle, scans with a predetermined viewing angle in a direction perpendicular to the road surface with respect to the traveling direction of the vehicle, and detects a distance to an object,
A detectable distance at which a target in a direction perpendicular to the road surface can be detected is a laser radar device having the following characteristics (A), (B), and (C).
(A) The first detectable distance in the substantially horizontal direction at the viewing angle is the longest,
(B) a second detectable distance below the substantially horizontal direction at the viewing angle is shorter than the first detectable distance;
(C) The third detectable distance above the substantially horizontal direction at the viewing angle has a detectable distance shorter than the first detectable distance and shorter than the second detectable distance at least in part.
前記所定の視野角を規定する受光素子アレイを備え、
前記受光素子アレイを構成する受光素子は、以下の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の特徴を有するレーザレーダ装置。
（Ａ）前記視野角におけるほぼ水平方向からの光を受光する前記受光素子アレイを構成する第１受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、最も多く、
（Ｂ）前記視野角における前記ほぼ水平方向より下方からの光を受光する前記受光素子アレイを構成する第２受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、前記第１受光素子より少なく、
（Ｃ）前記視野角における前記ほぼ水平方向より上方からの光を受光する前記受光素子アレイを構成する第３受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、前記第１受光素子より少なく、前記第２受光素子より少ない受光素子数を少なくとも一部に有する。 A scanning laser radar device that is installed in a vehicle, scans with a predetermined viewing angle in a direction perpendicular to the road surface with respect to the traveling direction of the vehicle, and detects a distance to an object,
A light receiving element array that defines the predetermined viewing angle;
The light receiving element constituting the light receiving element array is a laser radar device having the following features (A), (B), and (C).
(A) The number of light receiving elements per unit angle of the first light receiving elements constituting the light receiving element array that receives light from the substantially horizontal direction at the viewing angle is the largest,
(B) The number of light receiving elements per unit angle of the second light receiving elements constituting the light receiving element array that receives light from below the substantially horizontal direction at the viewing angle is less than that of the first light receiving elements,
(C) The number of light receiving elements per unit angle of the third light receiving element that constitutes the light receiving element array that receives light from above the substantially horizontal direction at the viewing angle is smaller than that of the first light receiving element. The number of light receiving elements smaller than two light receiving elements is at least partially included.
前記所定の視野角でレーザを投光する投光素子アレイと、
前記所定の視野角から前記投光素子アレイが投光したレーザの反射光を受光する受光素子アレイと、
を備え、
前記投光素子アレイを構成する投光素子と前記受光素子アレイを構成する受光素子は、以下の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の特徴を有するレーザレーダ装置。
（Ａ）前記視野角におけるほぼ水平方向へ投光する前記投光素子アレイを構成する第１投光素子の単位角度当たりの投光素子数および前記ほぼ水平方向からの反射光を受光する前記受光素子アレイを構成する第１受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、最も多く、
（Ｂ）前記視野角における前記ほぼ水平方向より下方へ投光する前記投光素子アレイを構成する第２投光素子の単位角度当たりの投光素子数は、前記第１投光素子より少なく、および前記下方からの反射光を受光する前記受光素子アレイを構成する第２受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、前記第１受光素子より少なく、
（Ｃ）前記視野角における前記ほぼ水平方向より上方へ投光する前記投光素子アレイを構成する第３投光素子の単位角度当たりの投光素子数は、前記第１投光素子より少なく、前記第２投光素子より少ない投光素子数を少なくとも一部に有し、前記上方からの反射光を受光する前記受光素子アレイを構成する第３受光素子の単位角度当たりの受光素子数は、前記第１受光素子より少なく、前記第２受光素子より少ない受光素子数を少なくとも一部に有する。
A scanning laser radar device that is installed in a vehicle, scans with a predetermined viewing angle in a direction perpendicular to the road surface with respect to the traveling direction of the vehicle, and detects a distance to an object,
A light projecting element array for projecting a laser at the predetermined viewing angle;
A light receiving element array that receives the reflected light of the laser projected by the light projecting element array from the predetermined viewing angle;
With
The light projecting element constituting the light projecting element array and the light receiving element constituting the light receiving element array are laser radar devices having the following characteristics (A), (B) and (C).
(A) The number of light projecting elements per unit angle of the first light projecting elements constituting the light projecting element array that projects light in a substantially horizontal direction at the viewing angle, and the light reception that receives reflected light from the substantially horizontal direction. The number of light receiving elements per unit angle of the first light receiving elements constituting the element array is the largest,
(B) The number of light projecting elements per unit angle of the second light projecting elements constituting the light projecting element array that projects downward from the substantially horizontal direction at the viewing angle is less than that of the first light projecting elements, And the number of light receiving elements per unit angle of the second light receiving elements constituting the light receiving element array for receiving reflected light from below is smaller than that of the first light receiving elements,
(C) The number of light projecting elements per unit angle of the third light projecting elements constituting the light projecting element array that projects upward from the substantially horizontal direction at the viewing angle is less than that of the first light projecting elements, The number of light receiving elements per unit angle of the third light receiving element that has at least a part of the number of light projecting elements smaller than the second light projecting element and constitutes the light receiving element array that receives the reflected light from above is as follows: The number of light receiving elements is smaller than that of the first light receiving element and less than that of the second light receiving element.
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