JP2022045235A - 投光装置、物体検出装置、移動体、投光方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】投光制御可能な投光装置を提供すること。【解決手段】光を投光する投光装置１０であって、光を発する光源部と、光のパルス幅と、前記光源部への印加電圧と、を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、第１領域に光が投光される際に、投光光量が第１光量になり、前記第１領域とは異なる第２領域に光が投光される際に、前記投光光量が前記第１光量とは異なる第２光量になるように、前記パルス幅及び前記印加電圧を制御する。【選択図】図１

Description

本願は、投光装置、物体検出装置、移動体、投光方法及びプログラムに関する。

従来、レーザ光の投光装置を有し、投光したレーザ光が物体により反射又は散乱された戻り光の受光信号を処理し、物体の有無又は物体までの距離等の物体情報を検出する装置が知られている。また投光領域における中央部等の特定領域で、より長距離の距離情報、又は高精度な物体情報を取得したい場合には、この所定領域への投光光量を増加させる技術が知られている。

また長距離の投光を可能にするために、半導体レーザ等の光源部を電圧制御する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１の装置では、特定領域への投光光量を増加させる場合等に、電圧が所望の電圧に達するまでの安定化時間が長くなり、投光の制御に改善の余地がある。

本発明は、投光制御可能な投光装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る投光装置は、光を投光する投光装置であって、前記光を発する光源部と、前記光のパルス幅と、前記光源部への印加電圧と、を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、第１領域に前記光が投光される際に、投光光量が第１光量になり、前記第１領域とは異なる第２領域に前記光が投光される際に、前記投光光量が前記第１光量とは異なる第２光量になるように、前記パルス幅及び前記印加電圧を制御する。

本発明によれば、投光制御できる。

第１実施形態に係るＬＩＤＡＲ装置の全体構成例を示すブロック図である。 発光部の構成例を示すブロック図である。 発光回路部の機能例を説明する回路図である。 各種駆動波形例の図であり、（ａ）はＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧、（ｂ）は発光制御部のパルス幅、（ｃ）は発光回路部印加電圧、（ｄ）はＬＤに流れる電流を示す。 発光回路部の制御動作の第１例のタイミングチャートである。 発光回路部の制御動作の第２例のタイミングチャートである。 発光回路部の制御動作の第３例のタイミングチャートである。 発光回路部の制御動作の第４例のタイミングチャートである。 光走査範囲を説明する図である。 走査角度に応じたパルス幅及び印加電圧の制御動作の第１例の図である。 走査角度に応じた各種のパルス幅及び印加電圧の制御動作の図であり、（ａ）は第２例、（ｂ）は第３例、（ｃ）は第４例を示す。 第１の検出シーンに応じたパルス幅及び印加電圧の制御動作例の図であり、（ａ）は第１の検出シーン、（ｂ）は第１例、（ｃ）は第２例を示す。 第２の検出シーンに応じたパルス幅及び印加電圧の制御動作例の図であり、（ａ）は第２の検出シーン、（ｂ）は第１例、（ｃ）は第２例を示す。 第１実施形態に係るＬＩＤＡＲ装置の動作例のフローチャートである。 第２実施形態に係る移動体の全体構成例の図である。 第２実施形態に係る移動体のハードウェア構成例の図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための投光装置及び物体検出装置を例示するものであって、本発明を以下に示す実施形態に限定するものではない。以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。

実施形態に係る投光装置は、光を発する光源部と、光のパルス幅と光源部への印加電圧とを制御する制御部とを有する。この投光装置は、投光した光が物体により反射又は散乱された戻り光に基づき、物体の有無又は物体までの距離等の物体情報を検出する物体検出装置が使用する装置である。このような物体検出装置には、車両等の移動体に搭載されるＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）装置等がある。

実施形態では、第１領域に光が投光される際に投光光量が第１光量になり、第１領域とは異なる第２領域に光が投光される際に投光光量が第１光量とは異なる第２光量になるように、パルス幅及び印加電圧を制御する。

例えば、第１領域は特定領域に対応し、第１光量は第２光量より大きい投光光量に対応する。パルス幅と印加電圧の両方を制御することで、特定領域への投光光量を増加させる場合にも高速に投光光量を変化させ、投光制御可能にする。

以下では、実施形態に係る投光装置を有し、自動車（移動体の一例）に搭載されるＬＩＤＡＲ装置を一例として、実施形態を説明する。

［第１実施形態］
＜ＬＩＤＡＲ装置１００の全体構成例＞
まず図１を参照して、第１実施形態に係るＬＩＤＡＲ装置１００の全体構成例を説明する。図１は、ＬＩＤＡＲ装置１００の全体構成の一例を説明するブロック図である。

ＬＩＤＡＲ装置１００は、自動車に搭載され、自動車の移動方向に対応するＸ軸正方向に存在する物体の有無又は物体までの距離を含む物体情報を検出する物体検出装置の一例である。図１に示すように、ＬＩＤＡＲ装置１００は、投光装置１０と、受光部３と、受光回路４と、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換部５と、信号処理部６と、領域情報取得部７とを有する。各構成部は、図示を省略する筐体内に固定され、ＬＩＤＡＲ装置１００を構成している。但し、構成部のうちの一部を筐体の外部に配置してもよい。

これらのうち、投光装置１０は、発光部１と、走査部２とを有し、投光領域２００に向けてレーザ光１０１の走査光を投光する。

発光部１は、パルス状のレーザ光１０１を発する光源部の一例である。レーザ光１０１は、光源部が発する光の一例である。レーザ光１０１の波長は、特に限定されないが、ＬＩＤＡＲ装置１００を自動車に搭載する場合には、波長が７６０ｎｍより長い光等の人が肉眼で見ることができない非可視光が安全性の観点で好適である。なお、発光部１の詳細は図２を用いて次述する。

走査部２は、発光部１が発するレーザ光１０１を、自動車の移動方向に交差する走査方向（Ｙ軸方向）に走査する光走査部の一例である。この走査方向は、所定方向の一例である。走査部２は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechnical System）ミラーやポリゴンミラー、ガルバノミラー等の偏向素子を有し、偏向素子における偏向面の角度を変化させることで、レーザ光１０１を走査する。これにより広範囲への投光を可能にする。

受光部３は、受光素子を有し、レーザ光１０１が投光領域２００に存在する物体２０１により反射又は散乱された戻り光１０２を受光し、戻り光１０２の光強度に応じた電圧信号を受光回路４に出力する。受光部３は、投光装置１０により投光されたレーザ光１０１が物体により反射又は散乱された戻り光１０２を受光する光検出部の一例である。

受光素子には、ＰＤ（Photo Diode）やＡＰＤ（Avalanch Photo Diode）、ガイガーモードＡＰＤであるＳＰＡＤ（Single Photo Avalanch Photo Diode）等を適用可能である。なお、受光部３は、レンズやミラー等の光学素子を備えてもよい。

受光回路４は、この電圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換部５に出力する。受光回路４は、ノイズをカットするためのフィルタ等を備えることもできる。

Ａ／Ｄ変換部５は、Ａ／Ｄ変換器を有し、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号を信号処理部６に出力する。なお、Ａ／Ｄ変換部５は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路や、Ａ／Ｄ変換に加えて他の機能を追加したＩＣ（Integrated Circuit）等で構成されてもよい。またＡ／Ｄ変換部５と等価の機能をコンパレータで実現することもできる。

信号処理部６は、入力したデジタル信号に基づき、物体情報を演算で取得し、取得した物体情報を外部装置に出力することができる。この場合の外部装置には、自動車のＥＣＵ（Electronic Control Unit）等がある。ここで、信号処理部６は、受光部３による検出情報に基づいて取得される物体の有無情報、又は物体までの距離情報の少なくとも一方を含む物体情報を出力する出力部の一例である。

領域情報取得部７は、投光領域２００内で物体２０１が存在する領域の位置等を示す領域情報を取得し、投光装置１０に提供する。この領域情報取得部７は、例えば速度計やステレオカメラ等である。また信号処理部６で直前に取得された情報に基づいて領域情報を取得する処理回路等により、領域情報取得部７を構成することもできる。

＜発光部１の構成例＞
次に図２を参照して、発光部１の構成について説明する。図２は発光部１の構成の一例を説明するブロック図である。図２に示すように、発光部１は、制御部１１と、発光回路部１２と、温度検出部１３とを有する。各構成部は、電気基板等に実装され、発光部１を構成している。

制御部１１は、ＤＣ／ＤＣ（Direct Current／Direct Current）コンバータ１１１と、発光制御部１１２とを有し、発光回路部１２が発する光のパルス幅と、発光回路部１２への印加電圧とを制御する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１は、外部電源から入力する電圧を所定値の電圧に変換して、発光回路部１２への印加電圧を生成する電圧印加部の一例である。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１は、外部電源が出力する５［Ｖ］、１２［Ｖ］又は２４［Ｖ］等の電圧を、５［Ｖ］乃至１００［Ｖ］に変換して印加電圧を生成することができる。外部電源には、例えばＬＩＤＡＲ装置１００が搭載される自動車が備えるバッテリ等がある。

発光制御部１１２は、ＦＰＧＡ又はＳｏＣ（System on a Chip）等を含んで構成されている。発光制御部１１２は、ＬＤ駆動スイッチ１２２を所望のタイミングでスイッチング駆動させることで、発光回路部１２が発する光のパルス幅を制御するパルス幅制御部の一例である。

発光回路部１２は、ＬＤ（Laser Diode）１２１と、ＬＤ駆動スイッチ１２２とを有し、レーザ光１０１（図１参照）を発する光源部の一例である。

ＬＤ１２１は、レーザ光１０１を射出する光源である。なお、ＬＤに代えて、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting LASER）や発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）等を使用してもよい。

ＬＤ駆動スイッチ１２２は、ＬＤ１２１によるレーザ光１０１の射出（オン）と非射出（オフ）を切り替えるスイッチング回路であり、切替部の一例である。実施形態では、ＬＤ駆動スイッチ１２２は、ＧａＮ（窒化ガリウム）ＦＥＴを含んでいる。但し、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）や他のトランジスタ等を含んで構成することもできる。

温度検出部１３は、発光部１、及び／又は発光部１周辺の温度を検出する熱電対等の温度センサを含んでいる。ＬＤ１２１は、発光部１の温度によりＩ－Ｖ特性やＩ－Ｌ特性が変化する場合があるため、温度検出部１３による検出値に基づき、ＬＤ１２１を制御できるようになっている。

なお、発光部１は、上記の構成の他、レンズやミラー等の光学素子や、投光するレーザ光を分光する分光器、投光するレーザ光の光量を測定する光量測定器等を備えることもできる。

＜発光回路部１２の詳細機能例＞
次に図３を参照して、発光部１における発光回路部１２の機能の詳細について説明する。図３は、発光回路部１２の機能の一例を説明する回路図である。図３に示すように、抵抗Ｒと、インダクタンスＬと、ＬＤ１２１と、ＬＤ駆動スイッチ１２２とが直列に接続され、発光回路部１２を構成している。

ここで、発光回路部１２に流れる電流Ｉは次の（１）式のように表すことができる。

なお、（１）式において、ｔは時間、Ｖｏｐは入力電圧、ＶｌｄはＬＤ１２１への印加電圧、Ｒは抵抗値、Ｌはインダクタンス値を示す。

投光されるレーザ光１０１の光量は、電流Ｉに比例するため、比例係数ηを用いて次の（２）式のように表すことができる。

ＬＤ駆動スイッチ１２２は、ＧａＮ ＦＥＴを含むことで高速にスイッチング可能に構成され、時定数（Ｌ／Ｒ）が小さく立ち上がり時間が短い。これにより立ち上がり途中でも、ＬＤ１２１に流れる電流を十分に確保できるようになっている。ＬＤ駆動スイッチ１２２は、オフへのスイッチングのタイミングによりパルス幅を制御することで、ＬＤ１２１が射出するレーザ光の光量を制御できる。

また、（１）式から分かるように、発光回路部１２への印加電圧を制御することによっても、ＬＤ１２１の電圧を直接制御することなく、ＬＤ１２１が射出する光量の制御が可能である。

なお、一般的にＤＣ／ＤＣコンバータが安定化するための時間はミリ秒から秒のスケールであり、電圧制御だけでは光源の光量が安定するまでにミリ秒から秒のスケールの時間が必要になる。一方で、光源のオン時間を長くした状態でも、最大電流はＶｏｐ－Ｖｌｄ／Ｒであるため、電流ダイナミックレンジは狭い。

これに対し、実施形態では、（２）式のように、パルス幅に対応する時間ｔと、印加電圧に対応する電圧Ｖの両方により、レーザ光の光量を制御できる。そのため、発光回路部１２は、特定領域への投光光量を増加させる場合にも高速に投光光量を変化させ、特定領域に向けて高速に投光できるように投光制御可能になっている。

次に図４も参照して、発光部１の各構成部の駆動波形について説明する。図４は、各種駆動波形の一例を示すタイミングチャートである。（ａ）はＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧、（ｂ）は発光制御部１１２によるパルス幅、（ｃ）は発光回路部１２への印加電圧、（ｄ）はＬＤ１２１に流れる電流をそれぞれ示す。なお、ＬＤ１２１に流れる電流は、ＬＤ１２１が射出するレーザ光の光量に比例するため、図４（ｄ）は投光光量にも対応する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の安定化時間は長いため、図４（ａ）に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１は、期間を区切って段階的に出力電圧を上げる。出力電圧の上昇に応じて発光回路部１２への印加電圧が大きくなる。またＤＣ／ＤＣコンバータ１１１が出力電圧を上げる期間に応じて、発光制御部１１２は、図４（ｂ）に示すようにパルス幅が広くなるように制御する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧と、発光制御部１１２によるパルス幅に応じて、発光回路部１２では、図４（ｃ）に示すように電圧印加時間が長くなり、また電圧値が大きくなる。また発光回路部１２への印加電圧に応じて、図４（ｄ）に示すように、ＬＤ１２１に流れる電流量が大きくなり、ＬＤ１２１に電流が流れる期間が長くなるように変化する。

このようにして、制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１と発光制御部１１２を用い、ＬＤ１２１が射出するレーザ光のパルス幅と発光回路部１２への印加電圧とを制御し、投光光量を制御できる。

＜発光回路部１２の制御動作例＞
次に図５乃至図８を参照して、発光回路部１２の制御動作例を説明する。ここで、ＬＩＤＡＲ装置では、適切に物体情報を検出するために、検出シーンに応じてレーザ光の投光光量を適正化したい場合がある。図５乃至図８は、さまざまな検出シーンに応じたＬＤ１２１の制御動作を例示するものである。なお、図３の構成図も適宜参照しながら説明する。

（第１例）
図５は、発光回路部１２の制御動作の第１例を説明するタイミングチャートである。第１例は、ＬＤ１２１に流れる電流を急激に変更したい場合の発光回路部１２の制御動作例である。より具体的には、ＬＩＤＡＲ装置１００を搭載する自動車の走行車道が市街地の道路から高速道路に変わる場合等である。

例えば市街地では、対向車や歩行者、自転車等の自車両の近距離に存在する物体の情報を主に検出でればよい。一方、高速道路では、自車両の前方を走行する先行車両等の遠距離に存在する物体の情報も含めて検出できることが好ましい。従って、市街地の道路から高速道路に車道が変わる場合には、ＬＤ１２１に流れる電流を急激に大きくして投光光量を上げ、遠距離に存在する物体情報も直ちに検出可能になると好適である。

図５の上段はＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧、中段は発光制御部１１２によるパルス幅、下段はＬＤ１２１に流れる電流をそれぞれ示すタイミングチャートである。なお、下段のグラフは、レーザ光の投光光量にも対応する。

図５に示すように、発光制御部１１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧に合わせてパルス幅を広くする。これにより、発光回路部１２に印加される電圧値が大きくなり、且つ印加時間が長くなることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧のみを制御する場合と比較して、高速に投光光量を大きくするように制御できる。

（第２例）
次に図６は、発光回路部１２の制御動作の第２例を説明するタイミングチャートである。図の見方は図５と同様であるが、図５と比較して最下段に単位時間当たりの発光回数を示すグラフを追加している。

第２例は、ＬＤ１２１に流れる電流を、複数の動作モードごとで一定にしたい場合の発光回路部１２の制御動作である。図６では、複数の動作モードとして、通常の動作モードＡと、消費電力を低減する動作モードＢを示している。動作モードＢでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧を小さく、且つ発光制御部１１２によるパルス幅を狭くすることで、ＬＤ１２１に流れる電流を抑制し、消費電力を抑制できる。なお、消費電力を抑えた状態で単位時間当たりの発光回数を増やして角度分解能を向上させることも可能である。

図６に示すように、動作モードＡと比較して、動作モードＢでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧が小さく、発光制御部１１２によるパルス幅が狭くなっている。これによりＬＤ１２１を流れる電流が少なくなり、消費電力が抑制される。なお、各動作モードにおける動作期間では、ＬＤ１２１を流れる電流等は一定になっている。

（第３例）
次に図７は、ＬＤ制御動作の第３例のタイミングチャートである。図の見方は図５と同様である。第３例は、気温の変動等の影響によってＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧が変動し、投光光量が目標値からずれる可能性がある場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧の変化を発光制御部１１２によるパルス幅で補助する制御動作である。

図７に示すように、気温の上昇に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧の上昇に応じて、発光制御部１１２はパルス幅を徐々に狭くする。その結果、ＬＤ１２１に流れる電流は目標値にほぼ一致し、一定になっている。

（第４例）
図８は、発光回路部１２の制御動作の第４例のタイミングチャートである。図の見方は図５と同様である。第４例は、ＬＤ１２１に流れる電流を高速に増大させ、投光光量を目標値に到達させた後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧をさらに上昇させ、逆にパルス幅を狭くする制御動作である。パルス幅が広い状態では、消費電力が大きくなる懸念があるため、投光光量を目標値に到達させた後にパルス幅を狭くし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧を大きくすることで、投光光量を一定に保ちながら消費電力を抑制可能にする。

図８に示すように、投光光量が目標値に到達するまでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧を大きくし、発光制御部１１２によるパルス幅を広くする。投光光量が目標値に到達した後は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧を大きくするが、発光制御部１１２によるパルス幅を狭くする。これにより、投光光量を目標値に保ちながら、消費電力を抑制している。

＜走査角度に応じた制御動作例＞
次に、走査部２（図１参照）による走査角度に応じた印加電圧及びパルス幅制御動作の制御動作について説明する。

まず図９は、走査部２による光走査範囲の一例を説明する図である。図９は、ＬＩＤＡＲ装置１００は、Ｙ軸方向に沿った走査方向にレーザ光１０１を走査しながら、移動方向に対応するＸ軸正方向にレーザ光１０１を投光する様子を示している。移動方向に沿った方向は走査角度０度の方向に対応し、＋α度から－α度の走査範囲で、ＬＩＤＡＲ装置１００はレーザ光１０１を走査する。

実施形態では、走査角度が０度等の所定角度に対応する領域を注目領域に設定し、レーザ光１０１の光量を増加させて遠距離にある物体でも物体情報を検出可能にする。この注目領域は特定領域に対応し、第１領域の一例である。注目領域において増加させたレーザ光１０１の光量は第１光量の一例である。また走査範囲内における注目領域以外の領域は第２領域の一例である。この第２領域に投光され、注目領域における第１光量より小さいレーザ光１０１の投光光量は、第２光の一例である。以下、走査角度に応じたパルス幅及び印加電圧の各種制御動作例を説明する。

（第１例）
図１０は、走査角度に応じたパルス幅及び印加電圧の制御動作の第１例を説明する図である。図１０は、図９と同様にＸ軸正方向は自動車の移動方向に対応し、Ｙ軸方向はレーザ光の走査方向に対応する。移動方向に沿った方向は走査角度０度の方向に対応し、＋α度から－α度の範囲がレーザ光の走査範囲である。

破線で示したパルス幅１０３は、走査角度ごとでのレーザ光のパルス幅を示すグラフである。実線で示した印加電圧１０４は、走査角度ごとでの発光回路部１２への印加電圧を示すグラフである。これらのグラフにおいて、Ｘ軸正方向に向かうほど、パルス幅１０３が広いことを意味し、また印加電圧１０４が大きいことを意味している。

図１０の例では、注目領域は走査角度が０度に対応する領域とする。ＬＩＤＡＲ装置１００は、走査角度０度では、パルス幅１０３を広くし、また印加電圧１０４を増加させる。パルス幅１０３及び印加電圧１０４の両方を制御することで、高速に投光光量を制御し、注目領域での投光光量を高速に増加できるようになっている。換言すると、ＬＩＤＡＲ装置１００は、レーザ光１０１が投光される領域に応じて、パルス幅１０３及び印加電圧１０４の両方を制御することで、発光回路部１２への印加電圧の波形を変化させ、高速に投光光量を制御できる。

（第２例乃至第４例）
次に図１１は、走査角度に応じた各種のパルス幅及び印加電圧の制御動作を説明する図である。（ａ）は第２例、（ｂ）は第３例、（ｃ）は第４例をそれぞれ示す。

図１１（ａ）乃至（ｃ）のそれぞれの見方は図９と同様であるが、図を簡略化するため、図１１では、ＬＩＤＡＲ装置１００の表示と、走査角度α，－αの表示を省略している。

図１１（ａ）は、注目領域を走査角度０度に対応する領域に設定し、走査角度０度でパルス幅１０３を狭くし、印加電圧１０４を大きくした場合の制御動作である。印加電圧とともにパルス幅を広くした場合に比べ、投光光量の制御幅は狭くなるが、パルス幅を狭くすることで、物体検出の時間的なばらつきを低減できるようになっている。

図１１（ｂ），（ｃ）は注目領域を走査角度が０度に対応する領域以外の領域に設定した場合の制御動作である。図１１（ｂ）では、注目領域に対応する走査角度でパルス幅１０３を狭くし、印加電圧１０４を大きくしている。図１１（ｃ）では、注目領域に対応する走査角度でパルス幅１０３を広くし、且つ印加電圧１０４を大きくしている。

＜検出シーンに応じた制御動作例＞
次に、ＬＩＤＡＲ装置による各種の検出シーンに応じたパルス幅及び印加電圧の制御動作について説明する。

（第１の検出シーンでの制御動作例）
図１２は、第１の検出シーンに応じたパルス幅及び印加電圧の制御動作の一例を説明する図である。（ａ）は第１の検出シーン、（ｂ）は第１例、（ｃ）は第２例をそれぞれ示す。なお、図１２（ｂ），（ｃ）の見方は、図１１と同様である。

図１２（ａ）は、矢印３０１で示すように、ＬＩＤＡＲ装置を搭載する自車両３００が市街地をＸ軸正方向に走行し、その後、交差点でＹ軸負方向に左折する様子を示している。交差点付近では、歩行者２０２、先行車両２０３及び対向車両２０４等の物体が広い範囲に点在している。そのため、広い走査角度において同じ投光光量でレーザ光を投光することが好ましい。図１２（ｂ）に示すように、走査角度によらず等しいパルス幅１０３と印加電圧１０４で投光するように制御が行われる。

また図１２（ａ）に示すように、自車両３００が交差点を左折する際に、歩行者２０２が存在する場合には、この歩行者２０２を注目領域（注目物体）として、歩行者２０２までの距離を正確に検出したい。

歩行者２０２が走査角度βに対応する領域に存在する場合、図１２（ｃ）に示すように、走査角度βで投光光量が大きくなるように、パルス幅１０３と印加電圧１０４が制御される。パルス幅１０３と印加電圧１０４の両方を制御するため、より高速に投光光量を大きくでき、走行中に状況が目まぐるしく変わる中で、歩行者２０２までの距離を正確に検出可能な状態に素早く切り替えることができる。自車両３００が歩行者２０２の近傍を通過した後に、制御は図１２（ｂ）の状態に戻る。

（第２の検出シーンでの制御動作例）
図１３は、第２の検出シーンに応じたパルス幅及び印加電圧の制御動作の一例を説明する図である。（ａ）は第２の検出シーン、（ｂ）は第１例、（ｃ）は第２例をそれぞれ示す。図１３（ｂ），（ｃ）の見方は、図１１と同様である。

図１３（ａ）では、ＬＩＤＡＲ装置を搭載する自車両３００ａは、高速道路をＸ軸正方向に走行する様子を示している。高速道路では車速が速いため、遠距離に存在する物体の検出が求められる。また高速道路では歩行者等もいないため、図１３（ｂ）に示すように、走行中の道路の幅に対応する範囲等の狭い範囲で検出が行えればよい。

図１３（ａ）に示すように、自車両３００ａが矢印３０１の方向に車線変更をし、自車両３００ｂの位置に移動しようとした際に、先行車両２０５が右側の車線に存在する場合、この先行車両２０５を注目領域（注目物体）として、先行車両２０５までの距離を正確に検出したい。

先行車両２０５が走査角度γに対応する領域に存在する場合には、図１３（ｃ）に示すように、走査角度γで投光光量が大きくなるように、パルス幅１０３と印加電圧１０４が制御される。パルス幅１０３と印加電圧１０４の両方を制御するため、より高速に投光光量を大きくでき、先行車両２０５までの距離を正確に検出可能な状態に、素早く切り替えることができる。自車両３００ｂが自車両３００ｃの位置に移動する等して車線変更を終了した後に、動作は図１３（ｂ）の状態に戻る。

なお、第１の検出シーンと第２の検出シーンの２つの検出シーンを例示したが、これに限定されるものではなく、ＬＩＤＡＲ装置１００は、様々な検出シーンに対応可能である。

＜ＬＩＤＡＲ装置１００の制御動作例＞
次に図１４を参照して、ＬＩＤＡＲ装置１００の動作について説明する。図１４は、ＬＩＤＡＲ装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図１４では、ＬＩＤＡＲ装置１００による検出動作の開始がトリガーになっている。適宜図１及び図２も参照しながら説明する。

まずステップＳ１４１において、領域情報取得部７は、ＬＩＤＡＲ装置１００を搭載する自動車の移動方向前方における領域情報を取得し、投光装置１０に提供する。

例えば、ＬＩＤＡＲ装置１００で以前に取得した周囲の距離データ、或いは距離データの集合体である距離データ群や、直接的又は間接的に距離データを取得可能な距離計測装置による計測データを用いて周囲の状況を取得する。また自動車であればＧＰＳ（Global Positioning System）による位置情報や地図情報等に基づき、周囲の状況を取得してもよいし、無人走行車であれば、室内の配置図や倉庫での搬送物の有無等の配置情報に基づき周囲の状況を取得してもよい。

続いて、ステップＳ１４２において、投光装置１０は、投光モードを選択する。投光モードは、例えば図１３（ａ）に示した自車両３００ａ，３００ｂ，３００ｃ等の自車両の位置に応じた投光モードであり、予め定められている。

続いて、ステップＳ１４３において、投光装置１０は走査部２による走査角度を検出し、投光の準備を行う。走査角度は、例えば走査原点からの経過時間に基づき検出できる。

なお、ステップＳ１４１乃至Ｓ１４３の動作は、適宜順番が変更されてもよく、これらが並行して実行されてもよい。

続いて、ステップＳ１４４において、投光装置１０は、ステップＳ１４１で取得された領域情報又はステップＳ１４２で選択された投光モードに基づき、投光するレーザ光１０１のパルス幅、及び発光回路部１２への印加電圧を設定する。

続いて、ステップＳ１４５において、投光装置１０はレーザ光１０１を投光する。

続いて、ステップＳ１４６において、受光部３は戻り光１０２を受光し、戻り光１０２の光強度に応じた電圧信号を受光回路４に出力する。受光回路４は、電圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換部５に出力し、Ａ／Ｄ変換部５は、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号を信号処理部６に出力する。信号処理部６は入力したデジタル信号に基づいて演算で取得した物体情報を出力する。

続いて、ステップＳ１４７において、ＬＩＤＡＲ装置１００は、１回の走査を終了したか否かを判定する。

ステップＳ１４７で終了していないと判定された場合には（ステップＳ１４７、Ｎｏ）、ＬＩＤＡＲ装置１００はステップＳ１４３に動作を戻し、ステップＳ１４３以降の動作を再度行う。一方、ステップＳ１４７で終了したと判定された場合には（ステップＳ１４７、Ｙｅｓ）、ＬＩＤＡＲ装置１００は、ステップＳ１４８において、検出動作を終了するか否かを判定する。

ステップＳ１４８で終了しないと判定された場合には（ステップＳ１４８、Ｎｏ）、ＬＩＤＡＲ装置１００はステップＳ１４１に動作を戻し、ステップＳ１４１以降の動作を再度行う。一方、ステップＳ１４８で終了すると判定された場合には（ステップＳ１４８、Ｙｅｓ）、ＬＩＤＡＲ装置１００は動作を終了する。

このようにして、ＬＩＤＡＲ装置１００は、物体情報を検出することができる。

＜投光装置１０の作用効果＞
次に、投光装置１０の作用効果について説明する。

近年、レーザ光を投光し、物体で反射又は散乱された戻り光を受光して、投光と受光の時間差に基づき、物体情報を検出する装置の開発が盛んに行われている。このような装置では、レーザ光の投光光量が大きいほど長距離の検出が可能になる。

また、レーザ光を投光する投光装置でＬＤを使用し、特定領域でより長距離の距離情報や高精度な物体情報等を検出したい場合に、特定領域への投光光量を増加させる技術が知られている。

ＬＤの制御方式には電流制御方式と電圧制御方式があり、ＬＩＤＡＲ装置のように大きな光量が求められる場合には、電圧制御方式が使用されることが多い。電圧制御方式で大きな光量でレーザ光を射出する方法として、充電されたコンデンサの電荷をＬＤの駆動時に一気に放出する方法が知られている。この方法では、電荷放出タイミングのみを制御するため、レーザのパルス幅等の波形を変化させることができない。

これに対し、ＧａＮ ＦＥＴ等の高速スイッチング素子の出現に伴って、スイッチのオン及びオフのタイミングで大きな光量のレーザ光を射出させるＬＤの制御方式が開発された。

しかしながら、従来の制御方式では、特定領域で投光光量を増加させる場合には、印加電圧が所望の電圧に達するまでの安定化時間が長くなり、投光制御に改善の余地がある。

本実施形態では、第１領域にレーザ光が投光される際に投光光量が第１光量になり、第１領域とは異なる第２領域にレーザ光が投光される際に投光光量が第１光量とは異なる第２光量になるように、パルス幅及び印加電圧を制御する。

例えば、第１領域にレーザ光が投光される際に、第２領域にレーザ光が投光される際と比較して、印加電圧を上げ、パルス幅を広くする。或いは、第１領域にレーザ光が投光される際に、第２領域にレーザ光が投光される際と比較して、印加電圧を下げ、パルス幅を狭くする。

このように、パルス幅と印加電圧の両方を制御することで、印加電圧が所望の電圧に達するまでの待機時間を経ずに投光光量を増加させることができるため、特定領域への投光光量を増加させる場合にも高速に投光光量を変化させ、投光制御ができる。

また本実施形態では、レーザ光が投光される領域に応じて、印加電圧の波形を変化させる。これにより、注目領域等の特定領域に他の領域より大きい光量のレーザ光を投光でき、特定領域において、長距離の距離情報や高精度な物体情報を取得することができる。

また本実施形態では、第１領域を、投光装置による投光可能な領域における中央領域とする。例えばこの第１領域に他の領域より大きい光量のレーザ光を投光ですることで、高速道路等における自車両前方の遠い距離にある物体の情報を検出することが可能になる。

また本実施形態では、レーザ光を所定方向に走査する光走査部を含み、光走査部による走査光を投光する。これにより、より広い範囲にレーザ光を投光し、広い範囲での物体情報の検出が可能になる。所定方向は、例えば移動体の進行方向の水平面と平行な方向である。

また本実施形態では、光源部はＧａＮを有する切替部を含み、制御部は、切替部を用いてパルス幅を制御する。ＧａＮを有する切替部は、時定数が小さいことで立ち上がり時間が短い。これにより立ち上がり途中においても、パルス幅を制御してレーザ光の光量を制御できる。

また本実施形態では、物体の存在する領域情報を取得し、取得された領域情報に基づいて第１領域を決定する。これにより、物体の周囲の状況に応じて注目領域等の第１領域を決定し、光源部を適切に制御することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る移動体について説明する。

図１５は、ＬＩＤＡＲ装置１００を備える移動体４００の構成の一例を示す図である。移動体４００は、荷物を目的地に無人搬送する無人搬送車である。なお、図１５において、Ｚ軸方向は移動体４００の移動方向を示し、Ｘ軸方向はＺ軸と直交する平面内での所定方向を示し、Ｙ軸方向はＺ軸と直交する平面内でＸ軸と直交する方向を示す。

ＬＩＤＡＲ装置１００は、移動体４００の前部（Ｚ軸正方向側）に取り付けられ、移動体４００のＺ軸正方向側の距離画像等の物体情報を取得する。ＬＩＤＡＲ装置１００の出力によって、移動体４００のＺ軸正方向側の障害物等の物体情報を検出できる。

次に図１６は、移動体４００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１６に示すように、移動体４００は、ＬＩＤＡＲ装置１００と、表示装置３０と、位置制御装置４０と、メモリ５０と、音声・警報発生装置６０とを有する。これらは、信号やデータの伝送が可能なバス７０を介して電気的に接続している。

本実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置１００と、表示装置３０と、位置制御装置４０と、メモリ５０と、音声・警報発生装置６０とによって、走行管理装置４０１が構成されている。走行管理装置４０１は、移動体４００に搭載されている。また、走行管理装置４０１は、移動体４００のメインコントローラ８０と電気的に接続している。

表示装置３０は、ＬＩＤＡＲ装置１００が取得した物体情報や移動体４００に関わる各種設定情報等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のディスプレイである。位置制御装置４０は、ＬＩＤＡＲ装置１００が取得した物体情報に基づき、移動体４００の位置を制御するＣＰＵ等の演算装置である。音声・警報発生装置６０は、ＬＩＤＡＲ装置１００が取得した物体情報から、障害物の回避の可否を判定し、回避不可と判断された場合に周囲の人員に通知するスピーカー等の装置である。

このようにして、ＬＩＤＡＲ装置１００を有する移動体を提供することができる。

なお、ＬＩＤＡＲ装置１００を備える移動体は無人搬送車に限定されるものではない。自動車等の車両や、ドローン等の飛行体等に搭載することもできる。また、移動体だけでなく、スマートフォンやタブレット等の情報端末に搭載することも可能である。

なお、上述したもの以外の効果は、第１実施形態で説明したものと同様であるため、ここでは重複した説明を省略する。

以上、実施形態を説明してきたが、本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

なお、ＬＩＤＡＲ装置１００により投光される光は、レーザ光に限定されるものではなく、指向性を有さない光であってもよい。またレーダー等の波長の長い電磁波等を用いることもできる。

また、実施形態は投光方法を含む。例えば、投光方法は、光を投光する投光装置による投光方法であって、光源部が光を発する工程と、前記光のパルス幅と、前記光源部への印加電圧と、を制御する工程と、を行い、前記制御する工程では、第１領域に前記光が投光される際に、投光光量が第１光量になり、前記第１領域とは異なる第２領域に前記光が投光される際に、前記投光光量が前記第１光量とは異なる第２光量になるように、前記パルス幅及び前記印加電圧を制御する。このような投光方法により上述した投光装置と同様の効果を得ることができる。

また、実施形態はプログラムを含む。例えば、プログラムは、光源部が発する光のパルス幅と、前記光源部への印加電圧と、を制御する処理をコンピュータに実行させ、前記制御する処理では、第１領域に前記光が投光される際に、投光光量が第１光量になり、前記第１領域とは異なる第２領域に前記光が投光される際に、前記投光光量が前記第１光量とは異なる第２光量になるように、前記パルス幅及び前記印加電圧を制御する処理を前記コンピュータに実行させる。このようなプログラムにより上述した投光装置と同様の効果を得ることができる。

なお、実施形態の説明で用いた序数、数量等の数字は、全て本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係をこれに限定するものではない。

また、機能ブロック図におけるブロックの分割は一例であり、複数のブロックを一つのブロックとして実現する、一つのブロックを複数に分割する、及び／又は、一部の機能を他のブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数のブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。

１ 発光部
２ 走査部
３ 受光部（光検出部の一例）
４ 受光回路
５ Ａ／Ｄ変換部
６ 信号処理部（出力部の一例）
７ 領域情報取得部
１０ 投光装置
１１ 制御部
１１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧印加部の一例）
１１２ 発光制御部（パルス幅制御部の一例）
１２ 発光回路部（光源部の一例）
１２１ ＬＤ
１２２ ＬＤ駆動スイッチ
１３ 温度検出部
１００ ＬＩＤＡＲ装置（物体検出装置の一例）
１０１ レーザ光
１０２ 戻り光
１０３ パルス幅
１０４ 印加電圧
２００ 投光領域
２０１ 物体

特開２０１９－０２７７８３号公報

Claims (13)

1. 光を投光する投光装置であって、
   前記光を発する光源部と、
   前記光のパルス幅と、前記光源部への印加電圧と、を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、第１領域に前記光が投光される際に、投光光量が第１光量になり、前記第１領域とは異なる第２領域に前記光が投光される際に、前記投光光量が前記第１光量とは異なる第２光量になるように、前記パルス幅及び前記印加電圧を制御する
   投光装置。
2. 前記制御部は、前記光が投光される領域に応じて、前記印加電圧の波形を変化させる
   請求項１に記載の投光装置。
3. 前記制御部は、前記第１領域に前記光が投光される際に、前記第２領域に前記光が投光される際と比較して、前記印加電圧を上げ、前記パルス幅を広くする
   請求項１、又は２に記載の投光装置。
4. 前記制御部は、前記第１領域に前記光が投光される際に、前記第２領域に前記光が投光される際と比較して、前記印加電圧を下げ、前記パルス幅を狭くする
   請求項１、又は２に記載の投光装置。
5. 前記第１領域は、前記投光装置による投光可能な領域における中央領域である
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の投光装置。
6. 前記光を所定方向に走査する光走査部を有し、
   前記光走査部による走査光を投光する
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の投光装置。
7. 前記光源部は、ＧａＮを有する切替部を含み、
   前記制御部は、前記切替部を用いて前記パルス幅を制御する
   請求項１乃至６の何れか１項に記載の投光装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の投光装置と、
   前記投光装置により投光された前記光が物体により反射又は散乱された戻り光を受光する光検出部と、
   前記光検出部による検出情報に基づいて取得される前記物体の有無情報、又は前記物体までの距離情報の少なくとも一方を含む物体情報を出力する出力部と、を有する
   物体検出装置。
9. 前記物体の存在する領域情報を取得する領域情報取得部を有し、
   前記制御部は、前記領域情報に基づいて前記第１領域を決定する
   請求項８に記載の物体検出装置。
10. 請求項８、又は９に記載の物体検出装置を有し、
    進行方向の水平面における前記第１領域、又は前記第２領域での前記物体情報を検出する
    移動体。
11. 前記移動体の位置情報、地図情報、又は前記物体の配置情報の少なくとも１つに基づき、移動に応じて前記第１又は前記第２領域での投光を変える
    請求項１０に記載の移動体。
12. 光を投光する投光装置による投光方法であって、
    光源部が光を発する工程と、
    前記光のパルス幅と、前記光源部への印加電圧と、を制御する工程と、を行い、
    前記制御する工程では、第１領域に前記光が投光される際に、投光光量が第１光量になり、前記第１領域とは異なる第２領域に前記光が投光される際に、前記投光光量が前記第１光量とは異なる第２光量になるように、前記パルス幅及び前記印加電圧を制御する
    投光方法。
13. 光源部が発する光のパルス幅と、前記光源部への印加電圧と、を制御する処理をコンピュータに実行させ、
    前記制御する処理では、第１領域に前記光が投光される際に、投光光量が第１光量になり、前記第１領域とは異なる第２領域に前記光が投光される際に、前記投光光量が前記第１光量とは異なる第２光量になるように、前記パルス幅及び前記印加電圧を制御する
    処理を前記コンピュータに実行させる
    プログラム。

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