JP2021063696A - 物体情報検知装置及び物体情報検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を招くことがなく、かつ、長期に渡って高い信頼性を維持することができる物体情報検知装置及び物体情報検知方法を提供する。【解決手段】光源から入射したコヒーレント光を変調し、変調光を所定の方向へ出射する空間光変調ユニットと、球面の少なくとも一部である反射面を有し、反射面において、空間光変調ユニットから入射した変調光を反射させて外部へ放射する反射体と、所定の制御条件に基づいて、空間光変調ユニットから出射される変調光の出射角度範囲を制御する制御部と、変調光が照射された物体からの反射光を受光する受光部と、受光部における受光結果に基づいて、物体の物体情報を検知する物体情報検知部とを備え、変調光の照射距離は、コヒーレント光の出力と、制御部によって設定される出射角度範囲とに応じて定まり、制御部は、制御条件に基づいて、複数の出射角度範囲から択一的に１つの範囲を設定可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、変調光が照射された物体からの反射光に基づいて、この物体の物体情報を検知する物体情報検知装置及び物体情報検知方法に関する。

特許文献１に記載の光出力モジュールは、走査領域を走査するために複数のビームを走査領域に出射する光送信部と、走査領域内に位置する物体の情報を測定する受光部とを備え、出射されたビームが物体に当たった後に物体から反射して戻る光を利用する。走査領域は、少なくとも１つの領域を含み、光送信部は、少なくとも１つの走査領域を少なくとも１つの走査速度で走査する。

特許文献２に記載のレーザレーダ装置は、レーザー光の光路に配置された状態と配置されない状態とを切り替えることで、レーザー光の照射形状を第１照射形状と第２照射形状との間で切り替える挿抜光学素子を有し、レーザー光源から発光されるレーザー光を成形する送光側光学系は、レーザー光の光路に挿抜光学素子が配置されていない状態で照射形状を第１照射形状とし、挿抜光学素子が光路に配置されることで照射形状を第２照射形状とする。上記挿抜光学素子は、レーザー光の光線を集光させる素子であり、通過したレーザー光について集光後に光線を拡散させることで第２照射形状とし、送光側光学系で成形されたレーザー光を計測対象エリアに照射する照射スキャナは、照射スキャナを構成する光学素子が、レーザー光が集光する領域からずらして配置されている。

米国公開特許２０１８／０３１２１２５号公報 特開２０１７−１５０９９０号公報

特許文献１に記載の光出力モジュールは、光送信部が走査領域に応じた速度で走査されるものであり、可動部を有する。また、特許文献２に記載のレーザレーダ装置は、挿抜光学素子の出し入れによって照射形状を変更する。したがって、特許文献１に記載の光出力モジュールと特許文献２に記載のレーザレーダ装置のいずれにおいても、照射範囲を設定するための可動部を備えることから、装置が大型化しやすく、また、長期に渡って使用した場合の可動部の信頼性の低下が懸念される。

そこで本発明は、出射光の出射角度範囲を任意に変更できる物体情報検知装置であって、出射光の出射角度範囲の変更のために光送信部や光学素子等の可動部材を設けることがないために、装置の大型化を招くことがなく、かつ、長期に渡って高い信頼性を維持することができる物体情報検知装置及び物体情報検知方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の物体情報検知装置は、所定の出力でコヒーレント光を出射する光源と、前記光源から入射した光を変調し、変調光を所定の方向へ出射する空間光変調ユニットと、球面の少なくとも一部である反射面を有し、反射面において、空間光変調ユニットから入射した変調光を反射させて外部へ放射する反射体と、所定の制御条件に基づいて、空間光変調ユニットから出射される変調光の出射角度範囲を制御する制御部と、変調光が照射された物体からの反射光を受光する受光部と、受光部における受光結果に基づいて、物体の物体情報を検知する物体情報検知部とを備え、変調光の照射距離は、コヒーレント光の出力と、制御部によって設定される出射角度範囲とに応じて定まり、制御部は、制御条件に基づいて、複数の出射角度範囲から択一的に１つの範囲を設定可能であることを特徴としている。

本発明の物体情報検知装置において、複数の出射角度範囲は、互いに重ならない離散的な範囲をそれぞれ有することが好ましい。または、上記複数の出射角度範囲は、互いに重なる範囲を有することが好ましい。

本発明の物体情報検知装置において、制御部は、出射角度範囲が略連続的に変化するように、複数の出射角度範囲を順に設定可能であることが好ましい。

本発明の物体情報検知装置において、制御部は、制御条件としての所定の時間ごとに、変調光の出射角度範囲を異なる範囲に変更することが好ましい。

本発明の物体情報検知装置において、制御部は、制御条件としての受光部における受光結果に基づいて、変調光の出射角度範囲を制御することが好ましい。

本発明の物体情報検知装置において、空間光変調ユニットは、液晶層を有する、液晶パネル又はＬＣＯＳであることが好ましい。

本発明の物体情報検知方法は、光源から、所定の出力でコヒーレント光を出射するコヒーレント光出射ステップと、空間光変調ユニットにおいて、光源から入射した光を変調し、変調光を所定の方向へ出射するステップと、制御部において、所定の制御条件に基づいて、空間光変調ユニットから出射される変調光の出射角度範囲を、複数の出射角度範囲から択一的に１つの範囲として設定する制御ステップとを備え、変調光の照射距離は、コヒーレント光の出力と、制御部によって設定される出射角度範囲とに応じて定まり、さらに、空間光変調ユニットから出射した変調光を、反射体における、球面の少なくとも一部である反射面で反射させ外部へ放射するステップと、変調光が照射された物体からの反射光を受光部で受光するステップと、受光部における受光結果に基づいて、物体の物体情報を検知する物体情報検知ステップとを備えることを特徴としている。

本発明によると、装置の大型化を招くことがなく、かつ、長期に渡って高い信頼性を維持することができる物体情報検知装置及び物体情報検知方法を提供することができる。

（ａ）は本発明の実施形態における光放射装置の配置例と出射角度範囲を概念的に示す平面図、図１（ｂ）は一部の光放射装置が故障したときの出射角度範囲の例を示す平面図である。 本発明の実施形態における光放射装置及び物体情報検知装置の構成を概念的に示すブロック図である。 本発明の実施形態における光放射装置の構成例を示す図である。 本発明の実施形態における光放射装置の構成例を示す図である。 実施例３における光放射装置の構成を示す図である。 実施例３におけるシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る物体情報検知装置及び物体情報検知方法について図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１（ａ）は本実施形態における光放射装置１０の配置例と出射角度範囲を概念的に示す平面図、図１（ｂ）は一部の光放射装置１０が故障したときの出射角度範囲の例を示す平面図である。図２は、本実施形態における光放射装置１０及び物体情報検知装置４０の構成を概念的に示すブロック図である。図３と図４は、本実施形態における光放射装置１０の構成例を示す図である。

＜光放射装置＞
図１に示すように、本実施形態における光放射装置１０は、対応する物体情報検知装置４０とともに、例えば車両ＣのルーフＲ（屋根）上の前後左右の四隅に１つずつ配置される。これらの光放射装置１０から放射される変調光の出射角度範囲が狭い場合は、図１に示す出射角度範囲Ａ１１（前方右側）、Ａ１２（後方右側）、Ａ１３（後方左側）、Ａ１４（前方左側）へ変調光がそれぞれ放射され、これよりも出射角度範囲を広くした場合は、例えば図１に示す出射角度範囲Ａ２１（前方右側）、Ａ２２（後方右側）、Ａ２３（後方左側）、Ａ２４（前方左側）へ変調光がそれぞれ放射される。

ここで、光放射装置１０は、前後、左右、又は上下に互いに離間した位置に複数設けることが好ましく、設置場所は、変調光が出射可能であれば、ルーフ上に限定されず、例えば、ボンネット、トランク、又は、ドアに設置することもできる。

図２又は図３に示すように、本実施形態における光放射装置１０は、光源１１、制御部としての変調光制御部１２、空間光変調ユニットとしての空間光変調器２０、及び、反射体３０を備える。さらに、この光放射装置１０は光学要素１５を備えることが好ましい。ここで、後述する物体情報検知装置４０としては、上記光放射装置１０に加えて、受光部４１と物体情報検知部４２を備える。

光源１１は、所定の出力でコヒーレント光を出射する光源（コヒーレント光源）であって、例えば、ガウシアンビームを出射するレーザー光源であり、レーザーダイオードが挙げられる。

図３に示すように、光源１１からの出射光Ｌ１０をコリメート光とし、空間光変調器２０へ出射するコリメート光学系１３が設けられ、コリメート光は平面ミラー１４によって反射されて空間光変調器２０へ入射する。

空間光変調器２０は、平面２１上に設置され、入射光を変調して出射する。変調としては、例えば、出射光の位相及び強度の少なくとも一方の変更、出射方向の変更を含む。空間光変調器２０としては、例えば、液晶パネルやＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いる。液晶パネルとＬＣＯＳは、液晶層を有しており、変調光を生成する領域（変調領域）としての画素を複数備える。

空間光変調ユニットとしての空間光変調器２０は、制御部としての変調光制御部１２の制御により、光源１１からの入射光に基づいて変調光を生成する。この変調光は、液晶パネルやＬＣＯＳにおいては、例えば液晶分子の配向方向を変えることによって出射方向が所定の方向、すなわち、反射体３０側へ向かう角度に調整される。変調光制御部１２には、光源１１、空間光変調器２０、及び反射体３０の位置情報が予め入力されており、これらに基づいて、変調光制御部１２は、空間光変調器２０における出射方向を調整する。

図１に示すように複数の光放射装置１０を設けた場合、それぞれの光放射装置１０からの変調光の出射方向の調整は、共通する１つの変調光制御部１２によって行ってもよいし、光放射装置１０ごとに設けた変調光制御部１２によって行っても良い。また、それぞれの光放射装置１０からの変調光の出射方向の調整は、互いに独立して制御することもできるが、同一の制御信号にしたがって同一の出射方向となるように調整することもできる。

変調光制御部１２（制御部）は、所定の制御条件に基づいて、空間光変調器２０から出射される変調光の出射角度範囲を制御する。さらに、変調光制御部１２は、上記制御条件に基づいて、複数の出射角度範囲から択一的に１つの範囲を設定する。

ここで、光源１１は出力が定まっているため、変調光の照射距離は、光源１１の出力と、変調光の出射角度範囲とに応じて定まる。言い換えれば、変調光においては、出射角度範囲を小さくするほど照射距離が長くなり、出射角度範囲を大きくするほど照射距離が短くなる。よって、出射角度範囲の調整によって照射距離も設定される。

変調光制御部１２の制御の基礎となる上記制御条件としては、例えば次のような条件が挙げられる。
（１）出射角度範囲を継続する所定の時間（継続時間）
変調光制御部１２によって選択可能な複数の出射角度範囲のそれぞれについて、次の出射角度範囲に変更するまで継続する時間である。複数の出射角度範囲の順序も含めて設定することが好ましい。これにより、上記所定の時間ごと（継続時間ごと）に出射角度範囲が略連続的に変化するように、複数の出射角度範囲が順に設定され、又は、上記所定の時間（継続時間）ごとに、変調光の出射角度範囲が異なる範囲に変更される。

出射角度範囲の継続時間は、物体情報検知装置４０の使用形態等に応じて予め定められており、それぞれの出射角度範囲について決まった時間が設定される。この時間は、各出射角度範囲について同一の時間に設定してもよいし、それぞれ独立して設定してもよい。

（２）受光部４１における受光結果
物体情報検知装置４０を設置した環境の変化等によって、予め設定した出射角度範囲では、適切な検知結果を得られない場合がある。または、異なる出射角度範囲に変更した方が、適切な検知結果を得られる場合がある。環境の変化等は、受光部４１における受光結果や、これに基づいて検知される物体情報によって判別することができるため、受光部における受光結果を制御条件として出射角度範囲を制御することが考えられる。例えば、物体情報検知装置を複数設けた場合に、いずれか１つ又は２つ以上が故障等によって動作しないときに、故障した物体情報検知装置からの出射光の出射角度範囲を補うように、動作している物体情報検知装置の出射角度範囲を広くするように制御することもできる。以上の制御により、異なる出射角度範囲への変更や、現在の出射角度範囲を継続する時間の変更、出射角度範囲の順序の変更などが行われる。

複数の出射角度範囲は、任意に設定可能であり、互いに重ならない離散的な範囲に設定することも、一部が重なった範囲に設定することも可能である。図１（ａ）においては、隣り合う出射角度範囲の一部が重なった範囲に設定した例を示している。

図３に示すように、反射体３０は、球面の一部又は全部で構成される反射面３１と、反射面３１を覆うように積層される透明層３２とを備える。空間光変調器２０から放射された変調光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３は、透明層３２に入射する際に屈折し、その後反射面３１で反射され、透明層３２から出射する際にも屈折して外部へ放射される。このようにして、反射体３０の反射面３１からの反射光が外部へ放射される。

透明層３２は、反射面３１に対して均一な厚さで形成することが好ましく、これにより、反射面３１を構成する球面上を、これと中心位置が実質的に同一となる球面を構成する透明層３２で覆うことができる。透明層３２の形成は任意の方法によって行うことができ、その厚さは、光放射装置１０としての放射範囲などの仕様に応じて任意に設定することができる。

反射面３１を構成する球面は、反射体３０からの反射光の放射方向上の物体である対象物Ｓ側に凸面を向けた凸面鏡の一部、又は、対象物Ｓ側に凹面を向けた凹面鏡の一部であるとよい。
なお、図３は、反射体３０のうち、反射面３１とこれを覆う透明層３２を含む一部のみを示している。

上述のように反射面３１を覆うように透明層３２を設けることによって、空間光変調器２０からの出射光は、反射面３１で反射されるだけでなく、透明層３２への入射・出射の際に屈折される。このため、より広い角度範囲に対して反射体３０から光が出射される。

さらに、球面状の反射面３１を覆うように、表面３３が球面状の透明層３２を形成しているため、反射体３０からの出射光の広がり角度が出射角度によってばらつくのを抑えることができる。このような広がり角度のばらつきの抑制は、反射面を非球面形状等の複雑な形状とすることによっても実現可能である。これに対して、本実施形態の反射体３０においては、球面状の反射面３１と、表面３３が球面状の透明層３２との組み合わせによって、製造及び設計のいずれにおいても安価に実現することを可能としている。さらに、透明層３２の表面３３及び反射面３１を球面で構成しているため、反射体３０の位置が既知であれば、その姿勢を検知する必要がないため、姿勢検知のためのセンサや検知回路等が不要となり、簡便な構成とすることができる。

反射体３０は、例えば、一定以上の硬性を有するプラスチック製の球体の表面に金属めっきを施して反射面３１を形成し、さらに、反射面３１を覆うようにプラスチック材料で透明層３２を形成することによって製造する。

反射体３０を構成するプラスチックとしては、例えば、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネートその他のポリカーボネート、スチレン樹脂、ポリメチルメタクリレートその他のアクリル樹脂が挙げられる。透明層３２を構成するプラスチックとしては、光放射装置１０の仕様に対応した透明性を備えた材料が好ましく、反射体３０の球体を構成する材料と同一としてもよい。

反射面３１を形成する金属めっきとしては、例えば銀、アルミニウム、ニッケル、クロムが挙げられ、高い反射特性と製造の容易性から、銀が特に好ましい。なお、反射面３１は金属めっき以外の薄膜形成方法によって形成してもよい。

反射体３０は、プラスチック以外で一定以上の硬性を有する材料、例えば、ガラスや金属で構成することもできる。金属で構成する場合、その表面の反射性を利用して表面を反射面３１として用いてもよい。

＜光学要素＞
空間光変調器２０と反射体３０の透明層３２とを結ぶ光路上には、例えば次の（１）〜（４）のような、１枚以上のレンズ又は１枚以上の鏡を含む光学要素が配置されている。図２と図３に示す例では、１枚のメニスカスレンズからなる光学要素１５が配置されており、図４に示す例では凹面鏡と凸面鏡を組み合わせた光学要素が配置されている。

空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に光学要素を配置することにより、空間光変調器２０から透明層３２へ向かう光束の広がりを調整することができる。このため、例えば、正の屈折力を有する光学要素を用いた場合には、空間光変調器２０と反射体３０の距離を短くすることができ、これによって光放射装置１０のサイズを小さく抑えることが可能となる。また、光学要素への入射面、光学要素からの出射面、及び、これらの間に存在する光学面について、曲率半径、凹凸の向きその他の光学特性を調整することによって、透明層３２へ入射する光束の広がりを、入射角度に応じて調整することもできる。すなわち空間光変調器２０からの出射光を調整することが可能となり、これによって、光放射装置１０からの放射光が等しい距離かつ異なる角度へ投映されたときの投影面積の差を低減させることができる。

（１）空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に配置された、１枚以上の凹レンズ、１枚以上の凸レンズ、又は、これらの組み合わせからなる光学要素：
この光学要素においては、凹レンズの凹面と凸レンズの凸面がそれぞれ球面とされている。この光学要素の、１枚以上の凹レンズ、１枚以上の凸レンズ、又は、これらの組み合わせについては、それぞれの光軸が空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上にあることが好ましい。

（２）空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に配置された、１枚以上のメニスカスレンズからなる光学要素：
この光学要素におけるメニスカスレンズは、凸面と凹面の両方が球面とされている。この光学要素の１枚以上のメニスカスレンズについては、それぞれの光軸が空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上にあることが好ましい。図３に示す例では、メニスカスレンズが１枚の場合の構成を示している。

（３）空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に配置された、１枚以上の凹面鏡と１枚以上の凸面鏡の球面鏡との組み合わせからなる光学要素：
この光学要素における、１枚以の凹面鏡と１枚以上の凸面鏡の球面鏡については、それぞれの光軸が空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上にあることが好ましい。図４に示す例では、反射体３０側に配置された１枚の凹面鏡１７と、空間光変調器２０側に配置された１枚の凸面鏡１６とを組み合わせた場合の構成を示している。図４に示すように、光源１１からの出射光Ｌ２０はコリメート光学系１３によってコリメート光とされ、空間光変調器２０へ入射する。空間光変調器２０から放射された変調光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、透明層３２に入射する際に屈折し、その後反射面３１で反射され、透明層３２から出射する際にも屈折して外部へ放射される。この構成によれば、空間光変調器２０から透明層３２までの光路長を変えることなく、空間光変調器２０と反射体３０の距離を短くすることができるため、光放射装置１０のサイズを小さく抑えることが可能となる。

（４）空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に配置された、球面レンズと球面鏡の組み合わせからなる光学要素：
この光学要素における球面レンズと球面鏡は、その焦点距離の正負が互いに異なるような形状とされている。この光学要素の、球面レンズと球面鏡の組み合わせについては、それぞれの光軸が空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上にあることが好ましい。

＜物体情報検知装置＞
本実施形態に係る物体情報検知装置４０は、上述の光放射装置１０に加えて、受光部４１と物体情報検知部４２を備える。

受光部４１は、対象物Ｓで反射された反射光としての変調光を受光する。受光部４１は、変調光の強度を検知できれば、各種の光センサを用いることができる。検知結果は、物体情報検知部４２へ出力される。

物体情報検知部４２は、受光部４１における受光結果に基づいて、対象物Ｓの物体情報を検知する。対象物Ｓの物体情報としては、位置、向き、形状、色などが含まれる。物体情報検知部４２は、受光部４１から離れた位置に配置してもよく、車内の任意の位置に配置できる。また、複数の光放射装置１０に対応する物体情報検知部４２を、１カ所にまとめて配置することもできる。さらにまた、物体情報検知部４２を共用して、複数の光放射装置１０に対応する受光部４１からの信号を時分割で受信するようにしてもよい。

物体情報検知装置４０は、以下の工程（ステップ）にしたがって物体情報を検知する。
（１）光源１１から、所定の出力でコヒーレント光を出射する（コヒーレント光出射ステップ）。
（２）空間光変調器２０（空間光変調ユニット）において、光源１１から入射した光を変調し、変調光を所定の方向へ出射する（変調光出射ステップ）。
（３）変調光制御部１２（制御部）において、所定の制御条件に基づいて、空間光変調器２０から出射される変調光の出射角度範囲を、複数の出射角度範囲から択一的に１つの範囲として設定する（制御ステップ）。この制御ステップにおいて、変調光の照射距離は、コヒーレント光の出力と、制御部によって設定される出射角度範囲とに応じて定まる。
（４）空間光変調器２０から出射した変調光を、反射体３０の反射面３１で反射させ外部へ放射する（放射ステップ）。
（５）変調光が照射された物体からの反射光を受光部４１で受光する（受光ステップ）。
（６）受光部４１における受光結果に基づいて、物体の物体情報を検知する（物体情報検知ステップ）。

物体情報検知装置４０は、出射光の出射角度範囲の変更のために光送信部や光学素子等の可動部材を設けていないため、装置の大型化を招くことがないとともに、使用することによる変形や破損等が起きづらいことから、高い信頼性を長期間に渡って維持することができる。

以下に実施例について説明する。
（実施例１）
シミュレーションにより、対象物の検出距離、視野の更新頻度を算出した。この計算のために、レーザー光源、空間光変調器、球面鏡、受光光学系、検出器アレイからなるＬＩＤＡＲ（物体情報検知装置４０）を定義した。空間光変調器（空間光変調器２０）と球面鏡（反射体３０）の構成は、図３に示すとおりとした。レーザー光源（光源１１）の仕様は、光出力が１００Ｗ、波長は９０５ｎｍ、ビームの半径８００μｍの平行ガウシアンビームとした。受光部４１における受光系（受光光学系）の有効径は４０ｍｍ、検出器アレイは３２×３２ピクセルのガイガーモード動作フォトダイオードアレイとした。受光範囲は、外部へ投射されたビームの投映円に内接する正方形とした。

検出器アレイのそれぞれのピクセルに対応するビーム投映領域内にある対象物により散乱された、照射ビームに由来する光子、環境光の散乱に由来する光子が検出器アレイの各ピクセルに到達した個数、および近隣にあるＬＩＤＡＲ（物体情報検知装置４０）のプローブ光の検出器アレイへの到達をモンテカルロ法で計算した。この環境光の光量は１００００ルクスとし、バンドパスフィルターによりこの光の９９％のエネルギーが検出器アレイへ入射する前に阻止される構成とした。球面鏡（反射体３０）経由で放出されるビームの発散角を７°と５１°の２種類に設定した。この場合の有効な照射領域は、それぞれ、５°平方、３５°平方となる。このほかの仕様として、照射領域の変更に必要な時間を１６ｍｓ、積分時間を７００μｓとした。それぞれの発散角のビームを水平方向に３視野分走査することにより、１５°×５°、３５°×１０５°の領域の走査ができる。また、対象物からの散乱光検出に９９％以上の確率で成功した距離はそれぞれ、１４０ｍ、５０ｍであった。よってこの構成では、ＬＩＤＡＲ（物体情報検知装置４０）からの距離が５０ｍ以上１４０ｍ以内の領域については１５°×５°の視野を持ち、距離が５０以内の領域では３５°×１０５°の視野を持つ。視野の更新に要する時間が１００．２ｍｓとなることから、視野の更新頻度は９．８ＦＰＳ（ｆｒａｍｅｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）となる。

（比較例１）
ＬＩＤＡＲ（物体情報検知装置）の構成、及び、周囲の環境は実施例１と同じとした。球面鏡（反射体３０）経由で放出されるビームの発散角を７°のみとすると、１０５°の領域の走査に要する時間は３６７．４ｍｓとなり、視野の更新頻度は２．７ＦＰＳとなる。また、発散角５１°のビームで１４０ｍの検出距離を得られる積分時間を実施例１と同じ方法でシミュレートしたところ、１８０ｍｓとなった。前方のみ１視野についてのみこの積分時間を適用し、他の２視野分については実施例１と同じ７００μｓの積分時間とした場合、視野の更新に要する時間は約２２９ｍｓとなる。この場合の視野の更新頻度は４．４ＦＰＳとなる。よって、複数の出射角度範囲から択一的に１つの範囲を設定可能な実施例１と比べて、比較例１においては視野の更新頻度が低くなることが分かる。

（実施例２）
注視する領域との距離が変動し、領域の大きさが変動しない場合に、注視する領域の走査に必要な時間をシミュレートした。ＬＩＤＡＲ（物体情報検知装置４０）の構成、周囲の環境は実施例１と同じとした。ビームの発散角が、７°、３０°、５１°の３種のビームを準備した。実施例１と同じ条件で視野を見積もると、それぞれ５°平方、２１°平方、３５°平方となる。また実施例１と同じ条件で最大検出距離を求めるとそれぞれ、１４０ｍ、７０ｍ、５０ｍとなる。注視する領域の大きさを２０ｍとし、その領域の走査に掛かる時間を計算した結果を表１に示す。表１から分かるように、ビームの発散角を適宜切り替えることで、注視領域の走査に必要な時間を短縮することが出来た。

（実施例３）
実施例３では、複数設けた光放射装置１０のうちの１つの光源１１（例えばレーザーダイオード）の故障に対応するため、広角の走査が可能な光学系を設計し、このために座標系を定義した。この光学系は、図５に示すように、上記実施形態の光源１１としてのレーザー光源（不図示）、空間光変調器としてのＬＣＯＳ１２０、光学要素としての凸レンズ１１５ａと凹レンズ１１５ｂ、及び、反射体としての、透明層１３２が表面にある球面鏡１３０で構成した。

レーザー光源、ＬＣＯＳ１２０、凸レンズ１１５ａ、凹レンズ１１５ｂ、及び、球面鏡１３０の相対位置の定義のために座標系を定義した。レーザー光源より射出されるビームの中心がＬＣＯＳ表面と交差する位置を原点Ｐ１（０，０，０）とした。ｚ軸は、ＬＣＯＳ１２０の法線ベクトルと平行とした。座標系は、右手系で定義した。レーザー光源より射出されるビームは、ビーム径８００μｍのガウシアンビームとし、ＬＣＯＳ１２０への入射ベクトルは（０．１７４，０，−０．９８５）とした。ＬＣＯＳ１２０はマイクロプリズムの集合体として近似し、最大走査角度を２．１°とした。厚さ１．５ｍｍの片面凸レンズである凸レンズ１１５ａを、光軸がｚ軸と平行になり、かつ、その平面の中心Ｐ２が座標（３．５，０，１８．３）上に位置するように設置した。凸レンズ１１５ａの凸面の曲率半径は１２．５ｍｍとした。凹レンズ１１５ｂは厚さ１．５ｍｍの片面凹レンズであり、光軸がｚ軸と平行となり、かつ、その平面の中心Ｐ３が座標（５．７，０，３２）上に位置するように設置した。球面鏡１３０は、半径４．８ｍｍの球面鏡の表面１３１（反射面）上に１．２ｍｍの透明層１３２を積層した球面鏡であり、球面鏡の中心Ｐ４を座標（１２．８，０，７３．９）上に位置するように設置した。

実施例３のシミュレーションは、ビームをビームレットに分割した後、光線追跡により行った。ビームレットの操作は、ＬＣＯＳ１２０上に有限のサイズの仮想プリズムを形成することにより行った。球面鏡１３０の表面１３１上のビーム照射位置、ＬＣＯＳ１２０の角度分解能、および何らかの理由により光学系に誤差が発生する影響で射出ビームの角度に誤差が発生することを再現するため、ビームの射出角度誤差をある範囲でランダムに変動させるモンテカルロシミュレーションを行い強度分布を評価した。発散角５１°のビーム３つを用いて、水平方向で−１°〜３４°、３４°〜６９°、６９°〜１０４°の、垂直方向で＋５°〜−３０°の範囲をカバーするビームを送出した。

このシミュレーションの結果、照射範囲内における強度の変動が±２０％の範囲内に収まることを確認した。図６は、典型的なシミュレーション結果を図示したものであり、光放射装置から出射されるビームの角度（単位：度）を横軸にとり、照射強度（任意単位）を縦軸にとったグラフであって、走査方位角範囲については、−１°〜３４°を破線で示し、３４°〜６９°を実線で示し、６９°〜１０４°を一点鎖線で示している。

（実施例４）
実施例３のＬＩＤＡＲ（物体情報検知装置４０）を、図１（ａ）に示すように車両Ｃの４箇所へ取り付けた場合の視野をシミュレートした。９．８ＦＰＳで視野を更新する場合、実施例１にあるとおり、１台あたり９６°の視野を得ることが出来る。ここで、車両の進行方向を０°とし、視野端の水平面への射影と進行方向ベクトルがなす角で視野を記述する。発散角５１°のビーム使用時には、それぞれのＬＩＤＡＲ（物体情報検知装置４０）で、２６４°〜３６０°（図１（ａ）の出射角度範囲Ａ２４）、０°〜９６°（図１（ａ）の出射角度範囲Ａ２１）、８４°〜１８０°（図１（ａ）の出射角度範囲Ａ２２）、１８０°〜２７６°（図１（ａ）の出射角度範囲Ａ２３）の視野が得られる。発散角７°のビーム使用時には、同様に、３５０°〜５°（図１（ａ）の出射角度範囲Ａ１４）、３５５°〜１０°（図１（ａ）の出射角度範囲Ａ１１）、１７０°〜１８５°（図１（ａ）の出射角度範囲Ａ１２）、１７５°〜１９０°（図１（ａ）の出射角度範囲Ａ１３）の視野が得られる。

ここで、１台のＬＩＤＡＲ（物体情報検知装置４０）が故障した場合、走査角度を変更することで故障の影響を低減することが出来る。図１（ａ）に示す４台のＬＩＤＡＲ（物体情報検知装置４０）のうち前方左側の１台のＬＩＤＡＲが故障した場合（図１（ｂ）に示す場合）、その他のＬＩＤＡＲ（物体情報検知装置４０）の走査範囲を、発散角５１°のビーム使用時で３４５°〜８１°（図１（ｂ）の出射角度範囲Ｂ２１）、７９°〜１７５°（図１（ｂ）の出射角度範囲Ｂ２２）、１８５°〜２８１°（図１（ｂ）の出射角度範囲Ｂ２３）とし、発散角７°のビームの走査範囲を３５２．５°〜７．５°（図１（ｂ）の出射角度範囲Ｂ１１）、１７０°〜１８５°（図１（ｂ）の出射角度範囲Ｂ１２）、１７５°〜１９０°（図１（ｂ）の出射角度範囲Ｂ１３）とすることで、死角を２８１°〜３４５°の範囲に限ることができ、進行方向正面の視野は確保される。これにより、非常時の最低限の安全性を確保できる。

（実施例５）
受光部４１の検出器アレイを構成する各検出器の中心間最短距離が４５μｍ、アレイのサイズが、１９２×６４のガイガーモード動作フォトダイオードアレイで散乱光を検出した。このセンサアレイと、焦点距離３５ｍｍ、もしくは５ｍｍの単焦点レンズと組み合わせた。このようなレンズとしては、例えば、ＣＢＣ社製のＭ３５１４−ＭＰ（型番）、興和光学社製のＬＭ５ＪＣ１０Ｍ（型番）がある。これらのレンズの直径は５０ｍｍ程度である。よって、光検出部前面の大きさは、５０ｍｍ×１００ｍｍ以上となる。実施例３にある光源及び光走査部前面の大きさは、１００ｍｍ×５０ｍｍ以下となると想定される。よって光検出部と光走査部を同じ筐体に入れた場合、筐体前面の大きさは１００ｍｍ×１００ｍｍ以上となる。実施例３のＬＩＤＡＲ（物体情報検知装置４０）は同軸光学系を採用していないため、光検出部と光走査部を同位置の筐体へ組み付ける必要が無い。このため、前面大きさが１００ｍｍ×５０ｍｍ以上の光検出部と１００ｍｍ×５０ｍｍ以下の光走査部に分離することが出来る。前面大きさを減ずることにより意匠上の自由度が増す。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上のように、本発明に係る物体情報検知装置は、可動部材を設けることなく出射光の出射角度範囲を任意に変更でき、可動部材を設けることがないために装置の大型化を招くことがなく、かつ、長期に渡って高い信頼性を維持することができる点で有用である。

１０ 光放射装置
１１ 光源（コヒーレント光源）
１２ 変調光制御部（制御部）
１３ コリメート光学系
１４ 平面ミラー
１５ 光学要素
１６ 凸面鏡
１７ 凹面鏡
２１ 平面
２０ 空間光変調器（空間光変調ユニット）
３０ 反射体
３１ 反射面
３２ 透明層
３３ 表面
４０ 物体情報検知装置
４１ 受光部
４２ 物体情報検知部
１１５ａ 凸レンズ（平凸レンズ）
１１５ｂ 凹レンズ（平凹レンズ）
１２０ ＬＣＯＳ
１３０ 球面鏡
１３１ 球面鏡の表面
１３２ 透明層
Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４ 出射角度範囲
Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３ 出射角度範囲
Ｃ 車両
Ｌ１０、Ｌ２０ 出射光
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３ 変調光
Ｐ１ 原点
Ｐ２ 凸レンズの平面の中心
Ｐ３ 凹レンズの平面の中心
Ｐ４ 球面鏡の中心
Ｒ ルーフ
Ｓ 対象物

Claims (8)

1. 所定の出力でコヒーレント光を出射する光源と、
   前記光源から入射した光を変調し、変調光を所定の方向へ出射する空間光変調ユニットと、
   球面の少なくとも一部である反射面を有し、前記反射面において、前記空間光変調ユニットから入射した前記変調光を反射させて外部へ放射する反射体と、
   所定の制御条件に基づいて、前記空間光変調ユニットから出射される前記変調光の出射角度範囲を制御する制御部と、
   前記変調光が照射された物体からの反射光を受光する受光部と、
   前記受光部における受光結果に基づいて、前記物体の物体情報を検知する物体情報検知部とを備え、
   前記変調光の照射距離は、前記コヒーレント光の前記出力と、前記制御部によって設定される前記出射角度範囲とに応じて定まり、
   前記制御部は、前記制御条件に基づいて、複数の前記出射角度範囲から択一的に１つの範囲を設定可能であることを特徴とする物体情報検知装置。
2. 前記複数の前記出射角度範囲は、互いに重ならない離散的な範囲をそれぞれ有する請求項１に記載の物体情報検知装置。
3. 前記複数の前記出射角度範囲は、互いに重なる範囲を有する請求項１に記載の物体情報検知装置。
4. 前記制御部は、前記出射角度範囲が略連続的に変化するように、前記複数の出射角度範囲を順に設定可能である請求項１に記載の物体情報検知装置。
5. 前記制御部は、前記制御条件としての所定の時間ごとに、前記変調光の前記出射角度範囲を異なる範囲に変更する請求項１に記載の物体情報検知装置。
6. 前記制御部は、前記制御条件としての前記受光部における受光結果に基づいて、前記変調光の前記出射角度範囲を制御する請求項１に記載の物体情報検知装置。
7. 前記空間光変調ユニットは、液晶層を有する、液晶パネル又はＬＣＯＳである請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の物体情報検知装置。
8. 光源から、所定の出力でコヒーレント光を出射するコヒーレント光出射ステップと、
   空間光変調ユニットにおいて、前記光源から入射した光を変調し、この変調光を所定の方向へ出射するステップと、
   制御部において、所定の制御条件に基づいて、前記空間光変調ユニットから出射される前記変調光の出射角度範囲を、複数の前記出射角度範囲から択一的に１つの範囲として設定する制御ステップとを備え、
   前記変調光の照射距離は、前記コヒーレント光の出力と、前記制御部によって設定される前記出射角度範囲とに応じて定まり、
   さらに、前記空間光変調ユニットから出射した前記変調光を、反射体における、球面の少なくとも一部である反射面で反射させ外部へ放射するステップと、
   前記変調光が照射された物体からの反射光を受光部で受光するステップと、
   前記受光部における受光結果に基づいて、前記物体の物体情報を検知する物体情報検知ステップとを備えることを特徴とする物体情報検知方法。
   

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