JP2023070546A - 投光装置、測距装置、及びレーザ光の投光制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能で、かつレーザ安全規格に準拠しつつレーザ光の届く距離を長くすることができる。【解決手段】投光装置は、光信号の出射方向及び出射タイミングを切替可能な複数の投光部と、複数の投光部のうち、対応する投光部から出射される光信号の出射方向及び出射タイミングを制御する複数の第１制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の一実施形態は、投光装置、測距装置、及びレーザ光の投光制御方法に関する。

自動運転技術では、車両の周囲に存在する物体を非接触で高速かつ高精度に検出する技術が必要となる。車両から出射されたレーザ光が物体で反射されて受光されるまでの時間により、物体までの距離を検出するＴｏＦ（Time of Flight）方式を採用するのが一般的である。車両の周囲にいる物体を検出するには、比較的広い範囲にレーザ光を照射する必要があり、レーザ光を二次元方向に周期的に走査させるスキャン機構が設けられることが多い。しかしながら、スキャン機構は小型化するのが容易ではない。

また、レーザ光は、他の照明光に比べて単位面積当たりの光強度が極端に高いため、人間の目に直接入ると、目を痛めるおそれがある。このため、レーザ安全規格に準拠した光強度にする必要がある。しかしながら、光強度を弱くすると、遠方の物体までレーザ光が届かなくなり、距離を計測できる範囲が制限されてしまう。さらに、レーザ光源は発光能力には限界があり、長距離を計測できる範囲をさらに伸ばすアプリケーションには複数のレーザ光源を利用する必要がある。しかしながら、複数のレーザ光源を利用する場合には、複数のレーザ光源を１つのレーザビームにまとめる光学系などが煩雑になり、設計コスト増加と投光系の大型化につながる。

特開２０１７－１５０９０２号公報

そこで、本発明の一実施形態では、小型化が可能で、レーザ光の届く距離を長くすることができる投光装置、測距装置、及びレーザ光の投光制御方法を提供するものである。特に提供する投光装置はレーザ安全規格に準拠させることも可能である。

上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態によれば、光信号の出射方向及び出射タイミングを切替可能な複数の投光部と、
前記複数の投光部のうち、対応する投光部から出射される光信号の出射方向及び出射タイミングを制御する複数の第１制御部と、を備える、投光装置が提供される。

第１の実施形態による投光装置１の概略構成を示すブロック図。 複数の投光部２の斜視図。 各投光部２の内部構成の一例を示すブロック図。 図１の構成に第２制御部７を追加した投光装置１ａのブロック図。 第２制御部７の内部構成の一例を示すブロック図。 複数種類の基準指令信号の第１具体例を説明する図。 複数種類の基準指令信号の第２具体例を説明する図。 図４の構成に走査制御部１２を追加した投光装置１ｂの概略構成を示すブロック図。 図６の投光装置１ｂの斜視図。 複数の投光部２から出射される光信号のビーム形状を模式的に示す図。 水平方向のビーム幅の変化を示す図。 垂直方向のビーム幅の変化を示す図。 第３の実施形態による投光装置の特徴部分を模式的に説明する図。 投光装置を内蔵する測距装置の概略構成を示すブロック図。 図１１の構成に物体検出部と走査速度調整部とを追加した測距装置のブロック図。 光出射範囲内に１個の物体が存在する例を示す図。 光出射範囲内に複数の物体が存在する例を示す図。

以下、図面を参照して、投光装置、測距装置、及びレーザ光の投光制御方法の実施形態について説明する。以下では、投光装置及び測距装置の主要な構成部分を中心に説明するが、投光装置及び測距装置には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態による投光装置１の概略構成を示すブロック図である。図１の投光装置１は、複数の光信号を出射する機能を備えており、後述するように、例えば測距装置に内蔵することができる。なお、図１の投光装置１は、測距装置以外の種々の目的にも使用可能である。

図１の投光装置１は、複数の投光部２と、複数の第１制御部３とを備えている。複数の投光部２のそれぞれは、光信号の出射方向及び出射タイミングを切り替えることができる。複数の第１制御部３のそれぞれは、いずれかの投光部２に対応づけて設けられている。複数の第１制御部３のそれぞれは、対応する投光部２から出射される光信号の出射方向及び出射タイミングを制御する。より具体的には、複数の第１制御部３のそれぞれは、対応する投光部２に対して制御信号を供給する。各投光部２は、対応する第１制御部３からの制御信号に応じた出射方向及び出射タイミングの光信号を出射する。

各投光部２から出射される光信号は、いわゆるレーザ光パルスである。レーザ光は波長及び位相が揃ったコヒーレント光であり、例えば９００ｎｍの単波長を有する。なお、各投光部２から出射される光信号の波長は任意である。

各投光部２から出射される光信号の光強度は、一般的にはレーザ（アイセーフ）安全規格に準拠する値である必要がある。光強度、パルス時間、パルスの繰り返し頻度などがレーザ安全規格に準拠した光信号を各投光部２から出射することにより、光信号が人間の目に入っても、人間の目を痛めるおそれがなくなる。しかし、アイセーフ安全規格に準拠しなくても良い特殊環境では各投光部２はレーザパルスの電力や時間などを増やしてLiDAR (Light Detection And Ranging)装置の測距距離の範囲を伸ばす事もあり得る。

このように、本実施形態では、個々の投光部２から出射される光信号の光強度をレーザ安全規格に準拠した値にする。光信号の光強度が高いほど、より遠方まで光信号を届かせることができるが、アイセーフの観点では好ましくない。そこで、本実施形態では、レーザ安全規格に準拠する光強度の光信号を各投光部２から出射させることを念頭に置いている。レーザ光は、直進性が高いものの、光路長が長くなるほど、ビーム径が広がるとともに、単位面積当たりの光強度が小さくなる。本実施形態では、複数の投光部２から出射された複数の光信号のビーム範囲の少なくとも一部が遠方では互いに重なり合うようにする。複数の光信号のビーム範囲同士が重なり合った領域では光強度が高くなる。このように、各投光部２から出射される光信号の光強度がそれほど高くなくても、遠方では複数の光信号のビーム範囲が重なり合うことで、光強度を高く維持でき、光信号を遠方まで届かせることができる。

図２は複数の投光部２の斜視図である。図示のように、複数の投光部２は水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙに複数個ずつ配置されている。図２は水平方向Ｘに３個、垂直方向Ｙに４個の投光部２を有する例を示しているが、投光部２の数に制限はない。また、複数の投光部２は一次元方向（水平方向Ｘ又は垂直方向Ｙ）に配置されていてもよい。

図３は各投光部２の内部構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、各投光部２は、光源４と、光学系５と、走査部６とを有する。

光源４は、上述したようにレーザ光を出射するレーザ光源４である。レーザ光源４は、例えば半導体レーザである。あるいは、レーザ光源４は、ＨｅＮｅレーザなどの半導体レーザ以外でもよい。光源４からはパルス状の光信号が出射される。光源４は、対応する第１制御部３からの制御信号に基づいて、光信号の出射タイミングを切り替えることができる。

光学系５は、光源４から出射された光信号を整形する。ここで、整形とは、光信号のビーム形状や進行方向、ビームの広がり角度などを調整することを意味する。光学系５の一例は、コリメートレンズである。コリメートレンズは、入射された拡散光信号を平行化することができる。

走査部６は、光学系５で整形された光信号を所定の光出射範囲内で走査させる。走査部６は、対応する第１制御部３からの制御信号に基づいて、光出射範囲を制御できる。光出射範囲は、二次元方向又は一次元方向に広がる任意のサイズの範囲である。また、走査部６は、対応する第１制御部３からの制御信号に基づいて、光出射範囲内で光信号を走査させる際の走査速度を調整できる。

より具体的には、走査部６は、例えばＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）ミラーを有する。ＭＥＭＳミラーの角度は、電気的に可変させることができる。ＭＥＭＳミラーの角度を変えると、ＭＥＭＳミラーに照射された光信号の反射方向を変更することができる。よって、対応する第１制御部３からの制御信号に基づいてＭＥＭＳミラーの角度を変えることで、各投光部２から出射される光信号の出射方向を少しずつ変化させることができ、所定の光出射範囲内で光信号を走査させることができる。

ＭＥＭＳミラーには、一軸周りに回転するものと、二軸周りに回転するものがある。二軸周りに回転するＭＥＭＳミラーを用いて、ＭＥＭＳミラーの角度を二軸方向に少しずつ変化させることで、光信号を二次元方向に広がる光出射範囲内で走査させることができる。

このように、各投光部２は、対応する第１制御部３からの制御信号に基づいて、光信号の出射方向と出射タイミングを個別に調整できる。よって、複数の投光部２から出射された複数の光信号を略同一方向に出射させることもできるし、個々の投光部２ごとに、任意の方向に光信号を出射させることができる。また、すべての投光部２が略同タイミングで複数の光信号を出射させることもできるし、個々の投光部２が任意のタイミングで光信号を出射させることもできる。

複数の第１制御部３は、第２制御部７によって制御されるようにしてもよい。図４は図１の構成に第２制御部７を追加した投光装置１ａのブロック図である。第２制御部７は、複数の第１制御部３のそれぞれに対して、光信号の出射方向に関する角度指令信号を供給する。角度指令信号は、複数の第１投光部２のそれぞれから出射される光信号の出射方向を指令する信号である。すなわち、図４の投光装置１ａでは、各投光部２から出射される光信号の出射方向を第２制御部７が制御する。第２制御部７を設けることで、複数の投光部２からどの方向に光信号を出射させるかを一括で制御でき、複数の投光部２の制御が容易になる。また、第２制御部７は、各投光部２から出射される光信号の出射方向だけでなく、出射タイミングを制御してもよい。

図５は第２制御部７の内部構成の一例を示すブロック図である。図５の第２制御部７は、基準指令生成部８と、角度補正テーブル９と、複数の加算器１０と、更新制御部１１とを有する。

基準指令生成部８は、すべての投光部２に共通に与えられる基準指令信号を生成する。基準指令信号は、必ずしも一種類である必要はない。基準指令生成部８は、複数種類の基準指令信号のいずれかを生成してもよい。基準指令生成部８が生成した基準指令信号は、複数の加算器１０に入力される。

角度補正テーブル９は、複数の投光部２のそれぞれごとに、基準指令信号を補正するための角度補正信号を記憶する。基準指令生成部８が複数種類の基準指令信号のいずれかを生成する場合、角度補正テーブル９は、基準指令信号ごとに、複数の投光部２のそれぞれに対応する角度補正信号を記憶する。この角度補正信号はそれぞれの投光部２に意図した角度のオフセットや設置、製造などによるそれぞれの投光部２の角度誤差を含む。角度誤差のデータ作成について、あらかじめそれぞれの投光部２からレーザを出射させ、図５では不図示の受光装置や感光紙などでその角度を測定しても良い。

このように、角度補正テーブル９は、基準指令信号と複数の角度補正信号との対応関係を複数組記憶し、組ごとに複数の角度補正信号が相違するようにしてもよい。この場合、第２制御部７は、角度補正テーブル９に記憶された複数組から一つの組を選択し、選択された組の対応関係に基づいて、複数の投光部２のそれぞれごとに、角度補正テーブル９から対応する角度補正信号を読み出して基準指令信号を負荷することにより、角度指令信号を生成する。

以下、基準指令生成部８が生成する複数種類の基準指令信号と角度補正テーブル９の具体例を二つ説明する。図６Ａは複数種類の基準指令信号の第１具体例を説明する図である。第１具体例における基準指令信号は、図６Ａに示すように、所定の周期ごとに時間に応じて出射方向を連続的又は段階的に変化させることを指令する信号である。基準指令信号は、アナログ値又はデジタル値であり、電圧信号でも電流信号でもよい。角度補正テーブル９は、複数の投光部２のそれぞれごとに、例えば出射方向を平行にするための角度補正信号を記憶する。例えば、隣接して配置された２つの投光部２のうち一方の出射方向がデフォルトの状態で他方の投光部よりもプラス１度ずれている場合、角度補正テーブル９は、２つの投光部２のうち一方の出射方向の角度補正信号を０度とし、他方の出射方向の角度補正信号を－１度とする。これにより、２つの投光部２から出射される光信号の出射方向を平行にすることができる。

図６Ｂは複数種類の基準指令信号の第２具体例を説明する図である。第２具体例における基準指令信号は、所定の時間間隔で複数回出射され、図６Ｂのようなパルス列信号となる。各回の基準指令信号は、光信号が出射された回数に応じた角度だけ出射方向が変更される。例えば、基準指令信号が出射されるたびに、光信号の出射方向がｍ度変化するようにすると、ｎ回目の基準指令信号は、１回目の基準指令信号と比べて、ｍ×ｎ度だけ出射方向が変更される。出射方向は、図６Ｂに示すように、０～３６０度の範囲で、周期的に変更される。

第２具体例における角度補正テーブル９は、第１具体例における角度補正テーブル９と同様に、例えば、複数の投光部２から出射される光信号の出射方向が平行になるように角度補正信号を記憶する。

なお、複数種類の基準指令信号と角度補正テーブル９に記憶される角度補正信号は、必ずしも上述した第１具体例と第２具体例に限定されない。

複数の加算器１０は、複数の第１制御部３に対応づけて設けられる。複数の加算器１０のそれぞれは、基準指令信号と、角度補正テーブル９から読み出された対応する角度補正信号とを加算して、対応する第１制御部３用の角度指令信号を生成する。

角度補正テーブル９に記憶された角度補正信号は、必要に応じて更新できるようにしてもよい。角度補正テーブル９に記憶された角度補正信号の更新は、例えば、第２制御部７内の更新制御部１１が行う。更新制御部１１にて角度補正テーブル９に記憶された角度補正信号を更新することで、複数の投光部２から出射される光信号の出射方向を必要に応じて切り替えることができ、再構成可能な投光装置１ａを実現できる。なお、更新制御部１１と基準指令生成部８を一体化してもよい。

第２制御部７は、必ずしも図５のように構成されている必要はない。例えば、基準指令信号を設けずに、複数の第１制御部３用の角度指令信号を直接、第２制御部７にて生成して、対応する第１制御部３に供給してもよい。

図１～図５の投光装置１、１ａでは、複数の投光部２のそれぞれから出射される光信号の出射方向を個別に制御可能な構成を説明したが、複数の投光部２を一体として、複数の投光部２から出射される複数の光信号を一次元方向又は二次元方向に一括して走査させてもよい。

図７は図４の構成に走査制御部１２を追加した投光装置１ｂの概略構成を示すブロック図、図８は図７の投光装置１ｂの斜視図である。走査制御部１２は、複数の投光部２から出射された光信号を一体的に一次元方向又は二次元方向に周期的に走査させる。例えば、走査制御部１２は、図８に示すように、投光装置１ｂをその筐体ごと、水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙの少なくとも一方に周期的に走査させてもよい。

図７の投光装置１ｂによれば、複数の投光部２から出射される複数の光信号の出射方向は、対応する第１制御部３にて個別に制御できるとともに、走査制御部１２にて一体的に複数の光信号の出射方向を制御することもできる。

このように、第１の実施形態による投光装置１、１ａ、１ｂは、複数の投光部２と複数の第１制御部３を備え、複数の投光部２のそれぞれから出射される光信号の出射方向と出射タイミングを、対応する第１制御部３にて制御する。これにより、複数の投光部２のそれぞれから出射される光信号の出射方向と出射タイミングを個別かつ任意に調整でき、複数の投光部２から出射される複数の光信号を種々の用途に使用することができる。

また、複数の第１制御部３を制御する第２制御部７を設けて、第２制御部７から複数の第１制御部３に角度指令信号を供給するようにしたため、角度指令信号を必要に応じて更新することで、複数の投光部２からの光信号の出射方向及び出射タイミングを変更した再構成可能な投光装置１、１ａ、１ｂを実現できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態による投光装置１ａ、１ｂは、図４～図７と同様のブロック構成を備えている。第２の実施形態による投光装置１ａ、１ｂでは、複数の投光部２から略平行に進行する光信号が出射されるように第２制御部７が複数の投光部２を制御するものである。

図９は複数の投光部２から出射される光信号のビーム形状を模式的に示す図である。図９に示すように、複数の投光部２から出射される複数の光信号は略平行な方向に進行する。複数の投光部２のそれぞれから出射される光信号の出射方向は、対応する第１制御部３にて制御される。複数の投光部２に対応する複数の第１制御部３のそれぞれには、図４に示すように、第２制御部７から角度指令信号が供給される。複数の第１制御部３のそれぞれは、対応する角度指令信号に基づいて、対応する投光部２から出射される光信号の出射方向を制御する。本実施形態の場合、第２制御部７からの角度指令信号にて、対応する第１制御部３が対応する投光部２から出射される光信号の出射方向を制御し、複数の投光部２から出射される複数の光信号が略平行になるようにする。

各投光部２から出射される光信号は、遠方にいくほどビーム幅が広がるが、水平方向と垂直方向でビーム幅の広がる度合が異なる。図１０Ａ及び図１０Ｂは各投光部２から出射される光信号のビーム幅を模式的に示す図であり、図１０Ａは水平方向のビーム幅の変化を示し、図１０Ｂは垂直方向のビーム幅の変化を示している。

各投光部２から出射される光信号は、図１０Ａに示すように、距離が変化しても水平方向のビーム幅はほとんど変化しないのに対し、図１０Ｂに示すように、垂直方向のビーム幅は距離に応じて大きく変化する。より具体的には、垂直方向のビーム幅は距離が大きくなるに従って広くなる。

複数の投光部２を垂直方向に配置することで、投光装置１ａ、１ｂから遠方の場所では、複数の投光部２から出射された光信号同士が垂直方向に重なりあう領域が生じる。この領域では、単体の光信号よりも、光強度が高くなる。

このように、第２の実施形態では、複数の投光部２から略平行な方向に複数の光信号を出射し、複数の投光部２から出射された複数の光信号の一部が垂直方向に重なり合うようにすることで、遠方における光強度を高めることができる。図１０Ｂに示すように、垂直方向に配置される複数の投光部２の間隔が変わると、遠方において複数の光信号同士が垂直方向に重なり合う範囲が変化する。各々のレーザビームがあまり広がらず、レーザ強度が強い近距離で重なり合うと、重なり合う部分がアイセーフを準拠できなくなる可能性がある。よって、重なり合う範囲がアイセーフ基準を準拠できるように垂直方向に配置される複数の投光部２の間隔を調整するのが望ましい。

また、第２の実施形態による投光装置１ａ、１ｂにおいて、複数の投光部２が略同一の出射タイミングで光信号を出射するようにしてもよい。例えば、本実施形態による投光装置１ａ、１ｂの適用例である測距装置では、所定の時間間隔で繰り返し光信号を出射して、物体からの反射光信号を繰り返し受光して、受光結果に基づいて物体までの距離を計測する。このように、本実施形態による投光装置１ａ、１ｂを測距装置で使用する場合には、複数の投光部２から略同一のタイミングで光信号を出射する動作を、所定の時間間隔で繰り返し行い、物体からの反射光信号を繰り返し受光して、物体までの距離を計測する。

（第３の実施形態）
第３の実施形態による投光装置１ａ、１ｂは、複数の投光部２を複数の投光群に分類するものである。第２の実施形態では、複数の投光部２から略同一の出射方向に複数の光信号を出射する例を説明したが、第３の実施形態では、複数の投光部２を２以上の複数の投光群に分類して、投光群ごとに光信号の出射方向を個別に制御する。

より具体的には、第３の実施形態では、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の投光部２をＭ個の（２＜Ｍ≦Ｎ）の投光群に分類し、同一の投光群に属する投光部２は、同じ出射方向に光信号を出射する。また、互いに異なる投光群に属する投光部２の光出射範囲同士は、重ならないか、又は一部しか重ならないようにする。

これにより、複数の投光部２を備えた投光装置１ａ、１ｂの光出射範囲を、単一の投光部２の光出射範囲よりも広げることができる。例えば、投光部２の走査部６にＭＥＭＳミラーを使う場合、ＭＥＭＳミラーは駆動範囲が狭いため、投光部２の光出射範囲が狭くなる。よって、ＭＥＭＳミラーを複数設けることで、全体としての光出射範囲を広げることができる。

図１１は第３の実施形態による投光装置１ａ、１ｂの特徴部分を模式的に説明する図である。図１１は、複数の（例えば４個の）投光部２を３つの投光群（以下、第１～第３投光群）２－１、２－２、２－３に分類し、投光群ごとに光信号の出射方向を個別に制御する例を示している。

第１投光群２－１に属する投光部２は、第１光出射範囲ＯＲ１内で光信号を走査させる。第２投光群２－２に属する投光部２は、第２光出射範囲ＯＲ２内で光信号を走査させる。第３投光群２－３に属する投光部２は、第３光出射範囲ＯＲ３内で光信号を走査させる。図１１は、第１光出射範囲ＯＲ１、第２光出射範囲ＯＲ２、及び第３光出射範囲ＯＲ３が重ならない例を示しているが、一部が重なり合ってもよい。すなわち、第１投光群２－１に属する投光部２から出射される光信号の出射方向と、第２投光群２－２に属する投光部２から出射される光信号の出射方向と、第３投光群２－３に属する投光部２から出射される光信号の出射方向とは、まったく異なっていてもよいし、一部が重複していてもよい。

図１１からわかるように、第１～第３投光群２－１～２－３のそれぞれは、少なくとも一部の光出射範囲が異なるため、投光装置１ａ、１ｂ全体での光出射範囲を、一つの投光群の光出射範囲よりも広げることができる。

複数の投光部２を複数の投光群に分類する仕方は、予め定めてもよい。この場合、各投光部２に対応する第１制御部３が光信号の出射方向と出射タイミングを把握しておければよい。

あるいは、複数の投光部２をどのような投光群に分類するかを、任意に調整できるようにしてもよい。この場合、第２制御部７が複数の投光部２を複数の投光群に分類する制御を行う。第２制御部７は、複数の第１制御部３に対して、対応する投光部２がどの投光群に属するかに関する情報を送信する。第２制御部７から複数の第１制御部３に送信される情報の中には、各投光群の光出射範囲を示す情報も含まれる。

第２制御部７が複数の投光部２をどのような投光群に分類するかを必要に応じて変更できるようにすることで、再構成可能な投光装置１ａ、１ｂを実現できる。また、第２制御部７は、複数の投光群が光信号を出射するタイミングを制御してもよい。例えば、図１１の場合、第１～第３投光群２－１～２－３に属する各投光部２は、略同一のタイミングで光信号を出射してもよいし、それぞれ異なるタイミングで光信号を出射してもよい。

このように、第３の実施形態では、複数の投光部２を複数の投光群に分類し、投光群ごとに光出射方向を制御するため、複数の投光部２の光出射範囲を揃える場合と比べて、光出射範囲を広げることができる。よって、本実施形態による投光装置１ａ、１ｂを測距装置に適用した場合には、より広い範囲に存在する物体の距離を計測でき、実用性が高くなる。また、どの投光部２をどの投光群に分類するかを必要に応じて変更できるようにすることで、再構成可能な投光装置１ａ、１ｂを実現できる。

（第４の実施形態）
上述したように、第１～第３の実施形態による投光装置１、１ａ、１ｂは、測距装置に適用することができる。

図１２は第１～第３の実施形態のいずれかによる投光装置１、１ａ、１ｂを内蔵する測距装置２１の概略構成を示すブロック図である。図１２の測距装置２１は、第１～第３の実施形態のいずれかによる投光装置１、１ａ、１ｂと、受光装置２２と、距離計測部２３とを備えている。

受光装置２２は、投光装置１、１ａ、１ｂから出射された複数の光信号が物体で反射された反射光信号を受光する。受光装置２２は、複数の受光素子が二次元状に配置された受光モジュールを有していてもよい。受光素子は、ＳＰＡＤ（Single Photo Avalanche Diode）であってもよい。ＳＰＡＤは、１つの光子を検出できるため、遠方の物体からの微弱な反射光信号を検出可能となる。

測距装置２１は、例えばｄＴｏＦ（direct Time of Flight）方式にて距離を計測する。ｄＴｏＦ方式では、投光装置１、１ａ、１ｂが光信号を出射したタイミングと、受光装置２２が反射光信号を受光したタイミングとの時間差に基づいて物体の距離を計測する。

図１２の測距装置２１内の第２制御部７は、複数の投光部２が略同一の出射方向に光信号を出射するように角度指令信号を複数の第１制御部３に供給してもよいし、複数の投光部２を複数の投光群に分類した投光群ごとに、角度指令信号を対応する第１制御部３に供給してもよい。

上述したように、測距装置２１内の各投光部２は、所定の光出射範囲内で光信号を二次元方向に走査させながら繰り返し光信号を出射し、受光装置２２は継続的に反射光信号を受光し、距離計測部２３は受光結果に基づいて物体の距離を計測する。各投光部２が光出射範囲内で光信号を走査させる周期は、必ずしも同一でなくてもよい。

各投光部２が予め定めた時間間隔（例えばアイセーフ基準が定める時間間隔）で光信号を出射するものとすると、各投光部２が光出射範囲内で光信号を走査する時間が長いほど、光出射範囲を走査する間に各投光部２から出射される光信号の数が増え、光出射範囲内の物体の有無と物体の形状をより精度よく検出できる。

図１３は図１２の構成に物体検出部２４と走査速度調整部２５とを追加した測距装置２１ａのブロック図である。

物体検出部２４は、複数の投光部２が光出射範囲内で光信号を走査させる間に、光出射範囲内に存在する物体を検出する。走査速度調整部２５は、光出射範囲を光信号が走査する周期の長さを調整する。より具体的には、走査速度調整部２５は、物体検出部で検出された物体が存在する範囲内で光信号を走査させる際の走査速度を、範囲外で光信号を走査させる際の走査速度よりも遅くする。なお、各投光部２は、一定の時間間隔で光信号を出射するものとする。

図１３の測距装置２１ａでは、走査速度調整部２５が光出射範囲を光信号が走査する周期の長さを第１走査周期に設定した上で、測距動作を開始する。物体検出部２４は、投光装置１、１ａ、１ｂが光出射範囲を第１走査周期で光信号の走査を行っている間に、受光装置２２が物体からの反射光信号を受光したか否かを検出する。

物体検出部２４は、受光装置２２の受光信号の信号レベルが所定の閾値レベル以上であれば、反射光信号を受光したと判断する。物体検出部２４は、光出射範囲内の全域に存在する物体をすべて検出する。

例えば、光出射範囲内に１個の物体が検出された場合、走査速度調整部２５は、光出射範囲内の物体の検出位置付近を走査する際に、光信号の走査速度を低くする。これにより、光出射範囲内の物体の検出位置付近により多くの光信号を出射でき、物体の奥行き形状をより精度よく検出できる。

図１４は、光出射範囲内の右下領域に１個の物体（図１４の例では車両）２６が存在する例を示している。図１４の光出射範囲内の各マス目は、光信号の出射タイミングを示している。物体２６の検出位置付近では、マス目のサイズが小さくなっており、物体２６の検出位置付近により多くの光信号を照射して、物体２６の奥行き形状をより細かく検出することを示している。

図１４の下側には、光出射範囲を２回走査する場合のタイミング図が図示されている。以下では、１回目の走査周期を第１走査周期、２回目の走査周期を第２走査周期と呼ぶ。

図１４の右下のタイミング図の横軸は時間、縦軸は光出射範囲内の走査位置である。なお、縦軸は走査角度でもよい。図１４の時刻ｔ１～ｔ４は第１走査周期、時刻ｔ４～ｔ９は第２走査周期である。第１走査周期では、各投光部２は一定の走査速度で光信号を走査させるため、走査位置が時間に対して線形に変化する。第１走査期間内の時刻ｔ２～ｔ３は、光出射範囲内の車両が存在する領域を走査する期間である。この期間内に受光装置２２が受光する受光信号の信号レベルは高くなるため、物体検出部２４は物体２６を検出する。

第２走査周期では、当初は第１走査周期と同様の走査速度で光信号を走査させる。光信号の走査位置が物体２６の位置付近になると、走査速度調整部２５は、光信号の走査速度を低くする。上述したように、各投光部２は一定の時間間隔で光信号を出射するため、光信号の走査速度が低下すると、物体２６の位置付近を走査する間に、より多くの光信号を出射することができる。よって、物体２６の奥行き形状をより精度よく検出可能となる。

図１４では、時刻ｔ４～ｔ５は、時刻ｔ１～ｔ４と同様の傾きで走査位置が変化するのに対して、物体２６の位置付近である時刻ｔ５～ｔ８は、単位時間当たりの走査位置の変化がより小さくなる。時刻ｔ６～ｔ７の期間内に物体２６が検出される。第２走査周期内に物体２６が検出される期間ｔ６～ｔ７は、第１走査周期内に物体２６が検出される期間ｔ２～ｔ３よりも長い。よって、時刻ｔ６～ｔ７の期間内には、時刻ｔ２～ｔ３の期間内よりも、より多くの光信号を物体２６に照射できる。

図１５は光出射範囲内に複数の（図１５の例では２つの）物体２６が検出された例を示す図である。この場合、複数の投光部２を、検出された物体２６の数に合わせて、複数の投光群に分類する。図１５の場合は、光出射範囲内に２つの物体２６が検出されたため、２つの投光群に分類する。各投光群に属する投光部２の数は任意である。

図１５の時刻ｔ１～ｔ６は第１走査周期、時刻ｔ６～ｔ１５は第２走査周期である。第１走査周期では、光出射範囲内の全域を一定の走査速度で走査させる。第１走査周期で光出射範囲内を走査している間に、物体検出部２４は、光出射範囲内に２つの物体２６を検出する。上述したように、物体検出部２４は、受光装置２２の受光信号の信号レベルが所定の閾値を超えたときに物体２６を検出する。

物体検出部２４は、第１走査周期内の時刻ｔ２～ｔ３と時刻ｔ４～ｔ５で２つの物体２６を検出する。

第１制御部３は、物体検出部２４にて２つの物体（第１物体と第２物体）２６ａ、２６ｂが検出されたことから、複数の投光部２を例えば２つの投光群（第１投光群２－１と第２投光群２－２）に分類し、第１投光群２－１に属する２つの投光部２が第１物体２６ａの位置付近を走査する際に走査速度を低下させて、第１物体２６ａの奥行き形状をより精度よく検出する。また、第２投光群２－２に属する２つの投光部２が第２物体２６ｂの位置付近を走査する際に走査速度を低下させて、第２物体２６ｂの奥行き形状をより精度よく検出する。図１５の例では、第１投光群２－１は、第２走査周期内では、時刻ｔ６～ｔ７とｔ１０～ｔ１５の期間内に第１走査周期と同様の周期で光信号を走査させる。時刻ｔ７～ｔ１０の期間内は、物体２６の位置付近であるため、光信号の走査速度を低下させる。時刻ｔ８～ｔ９の期間内に物体２６が検出される。一方、第２投光群２－２は、第２走査周期内では、時刻ｔ６～ｔ１１とｔ１４～ｔ１５の期間内に第１走査周期と同様の周期で光信号を走査させる。時刻ｔ１１～ｔ１４の期間内は、物体２６の位置付近であるため、光信号の走査速度を低下させる。時刻ｔ１２～ｔ１３の期間内に物体２６が検出される。

図１５のように、光出射範囲内に検出された物体２６ごとに別個の投光群で走査速度を遅くして物体２６の奥行き形状を検出するようにすれば、第２走査周期を第１走査周期に比べて、あまり長くすることなく、各物体２６の奥行き形状を精度よく検出できる。

このように、第４の実施形態では、第１～第３の実施形態による投光装置１、１ａ、１ｂを測距装置２１、２１ａに適用するため、広範な範囲内の物体２６を精度よく検出できる。

また、図１３の測距装置２１ａでは、光出射範囲内に物体２６が検出されると、検出された物体２６の位置付近を光信号で走査させる際に、走査速度を遅くする。これにより、物体２６の奥行き形状をより精度よく検出できる。

さらに、光出射範囲内に複数の物体２６が検出された場合、検出された物体２６の数に合わせて、複数の投光部２を複数の投光群に分類し、各投光群にて対応する物体２６を走査速度を遅くして検出できるため、光出射範囲内の複数の物体２６の奥行き形状を精度よく検出できる。

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１ 投光装置、１ａ 投光装置、１ｂ 投光装置、２ 投光部、２－１ 第１投光群、２－２ 第２投光群、２－３ 第３投光群、３ 第１制御部、４ 光源、５ 光学系、６ 走査部、７ 第２制御部、８ 基準指令生成部、９ 角度補正テーブル、１０ 加算器、１１ 更新制御部、１２ 走査制御部、２１ 測距装置、２１ａ 測距装置、２２ 受光装置、２３ 距離計測部、２４ 物体検出部、２５ 走査速度調整部、２６ 物体、２６ａ 第１物体、２６ｂ 第２物体

Claims (18)

1. 光信号の出射方向及び出射タイミングを切替可能な複数の投光部と、
   前記複数の投光部のうち、対応する投光部から出射される光信号の出射方向及び出射タイミングを制御する複数の第１制御部と、を備える、投光装置。
2. 前記複数の第１制御部のそれぞれに対して、光信号の出射方向に関する角度指令信号を供給する第２制御部をさらに備え、
   前記第２制御部は、前記複数の投光部で共通に用いられる基準指令信号に対して、前記複数の投光部のそれぞれに応じた角度補正信号を付加することにより、前記角度指令信号を生成する、請求項１に記載の投光装置。
3. 前記基準指令信号と、前記複数の投光部のそれぞれに応じた複数の前記角度補正信号との対応関係を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記第２制御部は、前記複数の投光部のそれぞれごとに、前記記憶部から対応する前記角度補正信号を読み出して前記基準指令信号に付加することにより、前記角度指令信号を生成する、請求項２に記載の投光装置。
4. 前記記憶部は、前記基準指令信号と前記複数の角度補正信号との対応関係を複数組記憶し、組ごとに前記複数の角度補正信号が相違しており、
   前記第２制御部は、前記記憶部に記憶された前記複数組から一つの組を選択し、選択された組の前記対応関係に基づいて、前記複数の投光部のそれぞれごとに、前記記憶部から対応する前記角度補正信号を読み出して前記基準指令信号に付加することにより、前記角度指令信号を生成する、請求項３に記載の投光装置。
5. 前記複数の投光部から出射される複数の光信号を一括して一次元方向又は二次元方向に走査させる走査制御部を備える、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の投光装置。
6. 前記第２制御部は、前記複数の投光部から出射される複数の光信号が略平行に進行するように複数の前記角度指令信号のそれぞれを対応する前記投光部に供給する、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の投光装置。
7. 前記複数の第１制御部は、略同一のタイミングで前記光信号を出射する、請求項６に記載の投光装置。
8. 前記複数の投光部は、それぞれが異なる出射方向に光信号を出射する複数の投光群を有し、
   前記複数の投光群のそれぞれに属する１以上の前記投光部は、対応する出射方向に光信号を出射する、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の投光装置。
9. 前記第２制御部は、前記複数の投光部のそれぞれを前記複数の投光群のいずれか一つに分類して、前記複数の投光群のそれぞれごとに出射方向を制御する、請求項８に記載の投光装置。
10. 前記複数の投光部のそれぞれは、
    前記第１制御部の制御に従って光信号を出射する光源と、
    前記光源から出射された光信号を整形する光学系と、
    前記第１制御部の制御に従って前記光学系で整形された光信号の出射方向を切り替える走査部と、を有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の投光装置。
11. 前記光源は、一定周期で光信号を繰り返し出射し、
    前記走査部は、光信号の走査範囲内の一部領域内で光信号の走査速度を変更可能である、請求項１０に記載の投光装置。
12. 前記複数の投光部は、レーザ安全規格に準拠した光信号を出射するとともに、前記複数の投光部から所定距離以上離れた範囲で光信号の少なくとも一部が重なり合い、重なり合った状態でレーザ安全規格に準拠するよう光信号の光強度を設定する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の投光装置。
13. 前記複数の投光部が出射する光信号は、第１方向よりも第２方向において、光路長に対するビーム幅の変化が大きく、
    前記複数の投光部のうち、少なくとも２以上の投光部は、前記第２方向に間隔を隔てて配置される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の投光装置。
14. 投光装置と、
    前記投光装置から出射された光信号が物体で反射された反射光信号を受光する受光装置と、
    前記投光装置から出射された光信号と、前記受光装置で受光された反射光信号とに基づいて、前記物体までの距離を計測する距離計測部と、を備え、
    前記投光装置は、
    光信号の出射方向及び出射タイミングを個別に制御可能な複数の投光部と、
    前記複数の投光部のうち、対応する投光部から出射される光信号の出射方向及び出射タイミングを制御する複数の第１制御部と、を有する、測距装置。
15. 前記複数の投光部のそれぞれは、
    前記第１制御部の制御に従って光信号を出射する光源と、
    前記光源から出射された光信号を整形する光学系と、
    前記光学系で整形された光信号を一次元方向又は二次元方向に走査させる走査部と、を有する、請求項１４に記載の測距装置。
16. 前記受光装置で受光された前記反射光信号に基づいて、前記物体の位置を検出する物体検出部と、
    前記物体検出部で検出された前記物体が存在する範囲内で光信号を走査させる際の走査速度を、前記範囲外で光信号を走査させる際の走査速度よりも遅くする走査速度調整部と、を備える、請求項１５に記載の測距装置。
17. 前記投光装置は、前記複数の第１制御部のそれぞれに対して、光信号の出射方向に関する角度指令信号を供給する第２制御部を有し、
    前記第２制御部は、前記物体検出部が複数の前記物体の位置を検出した場合には、検出された前記物体の数に合わせて、前記複数の投光部を複数の投光群に分けて、各投光群にいずれかの物体を対応づけ、
    前記複数の投光群のそれぞれに属する前記投光部は、前記走査速度調整部による制御に基づいて、対応する物体が存在する範囲内で光信号を走査させる際の走査速度を、前記範囲外で光信号を走査させる際の走査速度よりも遅くする、請求項１６に記載の測距装置。
18. 複数の投光部は、レーザ光の出射位置から所定距離以上離れた範囲で少なくとも一部のレーザ光が重なり合うようにレーザ光を照射し、
    レーザ光の出射時の光強度と、前記重なり合ったレーザ光の光強度とがレーザ安全規格に準拠するように、前記複数の投光部が出射するレーザ光の光強度と前記複数の投光部の間隔が設定され、
    前記複数の投光部のそれぞれは、レーザ光の出射方向及び出射タイミングを制御可能である、レーザ光の投光制御方法。

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