JP2023160407A - Lidar device, and lighting fixture for vehicle - Google Patents

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Abstract

To provide a lidar device that can recognize a remote obstacle with high accuracy.SOLUTION: A lidar device 1 comprises: a laser source 3 that emits a laser beam; an optical deflector 10 that reflects a laser beam La on a mirror part 12 to perform scanning in the horizontal direction and the vertical direction; and a control unit 40 that controls rotation of the mirror part 12. The control unit 40 performs scanning in the horizontal direction with a laser beam Lb by using a resonance mode of the mirror part 12, and performs scanning in the vertical direction with the laser beam Lb by using a non-resonance mode. In the scanning in the vertical direction with the laser beam Lb, the control unit 40 controls to decrease a scan speed on the lower side of a boundary scan line compared to that on the upper side.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、車両等に搭載されるLiDAR装置及び当該LiDAR装置を内蔵する車両用灯具に関する。 The present invention relates to a LiDAR device mounted on a vehicle or the like, and a vehicle lamp incorporating the LiDAR device.

従来、車両にLiDAR(Light Detection and Ranging)装置等の物体認識装置を搭載し、走行中に自車周辺の車両や障害物を認識して運転者に報知するシステムが知られている。 BACKGROUND ART Conventionally, systems are known in which a vehicle is equipped with an object recognition device such as a LiDAR (Light Detection and Ranging) device, and the vehicle recognizes vehicles and obstacles around the vehicle while driving and notifies the driver.

例えば、特許文献1の運転支援システムは、レーダ装置と、車両制御部と、通信部と、外部装置を備えている。レーダ装置は、自車両周囲の任意方向の所定領域に対して、間欠的に電磁波であるレーザ光を照射し、その反射光をそれぞれ受信することによって、物体の各測距点を検出するレーザレーダである。 For example, the driving support system of Patent Document 1 includes a radar device, a vehicle control section, a communication section, and an external device. A radar device is a laser radar that detects each distance measurement point of an object by intermittently irradiating laser light, which is an electromagnetic wave, to a predetermined area in any direction around the vehicle and receiving each reflected light. It is.

レーダ制御部は、走査駆動部を利用して光学ユニットからのレーザ光を所定の領域内で走査させる。そして、この領域の左上隅から右上隅に水平方向にレーザ光を照射させる範囲を変化させつつ、間欠的に等間隔かつ等角度でレーザ光を照射させる。レーザ光が右上隅に到達すると、レーザ光を照射させる範囲を変化させ、再びレーザ光を照射させて走査する(特許文献1/段落0018,0019、図2)。 The radar control section causes the laser beam from the optical unit to scan within a predetermined area using the scanning drive section. Then, while changing the range in which the laser beam is irradiated in the horizontal direction from the upper left corner to the upper right corner of this region, the laser beam is intermittently irradiated at equal intervals and at equal angles. When the laser beam reaches the upper right corner, the range to which the laser beam is irradiated is changed, and the laser beam is irradiated again to scan (Patent Document 1/Paragraphs 0018 and 0019, FIG. 2).

特許第6938846号Patent No. 6938846

しかしながら、特許文献1のようにレーザ光を等間隔、等角度で走査すると、車両からの距離が延びるほどレーザビーム間の距離が広がる。その結果、遠方の障害物の認識精度が低下するという問題があった。 However, when the laser beams are scanned at equal intervals and at equal angles as in Patent Document 1, the distance between the laser beams increases as the distance from the vehicle increases. As a result, there has been a problem in that the accuracy of recognizing distant obstacles is reduced.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、遠方の障害物等を高い精度で認識することができるLiDAR装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a LiDAR device that can recognize distant obstacles with high accuracy.

上記目的を達成するため、本発明のLiDAR装置は、
レーザ光を出射する光源と、互いに直交する各軸に関して回動するミラー部を有し、前記レーザ光を前記ミラー部で反射させて水平方向及び垂直方向に走査する光偏向器と、前記光源の発光と前記ミラー部の回動とを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ミラー部の共振モードを利用して前記レーザ光を水平方向に走査するとともに、非共振モードを利用して前記レーザ光を垂直方向に走査し、前記レーザ光の垂直方向の走査は、前記垂直方向の中心位置の下方に存在する境界走査線に対して、その上側よりも下側の走査速度が遅くなるように行われることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the LiDAR device of the present invention includes:
a light source that emits a laser beam, an optical deflector that has a mirror section that rotates about each axis orthogonal to each other, and that scans the laser beam in the horizontal and vertical directions by reflecting the laser beam on the mirror section; A control unit that controls light emission and rotation of the mirror unit,
The control unit scans the laser beam in the horizontal direction using a resonance mode of the mirror unit, scans the laser beam in the vertical direction using a non-resonance mode, and scans the laser beam in the vertical direction using a non-resonance mode. Scanning is performed with respect to a boundary scanning line existing below the center position in the vertical direction such that the scanning speed is slower below the boundary scanning line than above the boundary scanning line.

本発明のLiDAR装置は、レーザ光を光偏向器のミラー部で反射し、水平方向と垂直方向の2方向に走査することができる。ミラー部を制御する制御部は、水平方向の走査は共振モードを利用し、垂直方向の走査は非共振モードを利用しているため、垂直方向の走査は水平方向の走査と比較して低速となる。 The LiDAR device of the present invention can scan in two directions, a horizontal direction and a vertical direction, by reflecting a laser beam on a mirror portion of an optical deflector. The control unit that controls the mirror unit uses a resonant mode for horizontal scanning and a non-resonant mode for vertical scanning, so vertical scanning is slower than horizontal scanning. Become.

制御部は、垂直方向の走査速度をさらに制御して、境界走査線に対して上側よりも、その下側(路面側)の走査速度が遅くなるように制御する。これにより、LiDAR装置は、正面方向から路面にかけて存在する障害物等を高い精度で認識することができる。 The control unit further controls the scanning speed in the vertical direction so that the scanning speed below the boundary scanning line (on the road surface side) is slower than that above the boundary scanning line. Thereby, the LiDAR device can recognize obstacles and the like that are present from the front direction to the road surface with high accuracy.

本発明のLiDAR装置において、前記制御部は、前記レーザ光を垂直方向に走査するとき、前記境界走査線に近づくにつれて水平走査線の間隔が徐々に狭くなるように走査することが好ましい。 In the LiDAR device of the present invention, it is preferable that, when scanning the laser beam in the vertical direction, the control unit scans so that the interval between horizontal scanning lines becomes gradually narrower as it approaches the boundary scanning line.

このLiDAR装置では、レーザ光を水平方向に走査しながら垂直方向に進めて、所定の照射領域内を走査する。ここで、制御部は、レーザ光を垂直方向に走査するとき、境界走査線に近づくにつれて水平走査線の間隔が徐々に狭くなるように走査する。これにより、前記境界走査線に近い正面方向での測定点が多くなるので、物体の認識精度を向上させることができる。 This LiDAR device scans a predetermined irradiation area by scanning the laser beam in the horizontal direction and advancing it in the vertical direction. Here, when scanning the laser beam in the vertical direction, the control unit scans so that the interval between the horizontal scanning lines becomes gradually narrower as it approaches the boundary scanning line. As a result, the number of measurement points in the front direction near the boundary scanning line increases, so that object recognition accuracy can be improved.

また、本発明のLiDAR装置において、前記制御部は、前記レーザ光を垂直方向に走査するとき、前記境界走査線から前記垂直方向の中心位置までの間で水平走査線の間隔が最も狭くなるように走査することが好ましい。 Further, in the LiDAR device of the present invention, the control unit may be configured such that when scanning the laser beam in the vertical direction, the interval between horizontal scanning lines is the narrowest between the boundary scanning line and the vertical center position. It is preferable to scan.

制御部は、前記境界走査線から、その上方の走査の垂直方向の中心位置までの間で水平走査線の間隔が最も狭くなるように走査する。障害物が最も多く存在する領域において、測定点の密度を高めることで、当該領域の認識精度を向上させることができる。 The control unit scans so that the interval between the horizontal scanning lines becomes the narrowest between the boundary scanning line and the center position in the vertical scanning direction above the boundary scanning line. By increasing the density of measurement points in a region where the most obstacles exist, it is possible to improve the recognition accuracy of the region.

また、本発明のLiDAR装置は、車両の高さの半分以下の位置に配設されたとき、前記境界走査線が路面よりも上方位置に保持されることが好ましい。 Further, when the LiDAR device of the present invention is disposed at a position less than half the height of the vehicle, it is preferable that the boundary scanning line is maintained at a position above the road surface.

本発明のLiDAR装置は、車両の高さの半分以下の位置に配設された場合であっても、境界走査線が路面の上方位置に保持される。よって、LiDAR装置は、境界走査線付近(車両の正面方向)の認識を高精度で保てるため、従来装置と比較して遠方の障害物等を検知することができる。 Even when the LiDAR device of the present invention is installed at a position less than half the height of the vehicle, the boundary scanning line is maintained at a position above the road surface. Therefore, the LiDAR device can maintain recognition near the boundary scanning line (in the front direction of the vehicle) with high accuracy, and can therefore detect obstacles in the distance compared to conventional devices.

別発明は、上記のLiDAR装置が内蔵された車両用灯具である。この構成によれば、車両用灯具の空き空間を有効活用してLiDAR装置を設置し、車両周辺の障害物等を検知することができる。 Another invention is a vehicle lamp incorporating the above LiDAR device. According to this configuration, the LiDAR device can be installed by effectively utilizing the empty space of the vehicle lamp, and obstacles etc. around the vehicle can be detected.

本発明の第1実施形態に係るLiDAR装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a LiDAR device according to a first embodiment of the present invention. LiDAR装置の内部構造を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the internal structure of a LiDAR device. LiDAR装置の内部信号の流れを説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the flow of internal signals of a LiDAR device. LiDAR装置から出射されたレーザ光の走査パターン(側方視)を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a scanning pattern (side view) of laser light emitted from the LiDAR device. 図4のLiDAR装置のレーザ光が生成する照射領域(正面視)を説明する図である。5 is a diagram illustrating an irradiation area (front view) generated by a laser beam of the LiDAR device in FIG. 4. FIG. 第2実施形態のLiDAR装置から出射されたレーザ光の走査パターン(側方視)を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a scanning pattern (side view) of laser light emitted from the LiDAR device of the second embodiment. 図6のLiDAR装置のレーザ光が生成する照射領域(正面視)を説明する図である。7 is a diagram illustrating an irradiation area (front view) generated by a laser beam of the LiDAR device of FIG. 6. FIG.

以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。なお、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付して説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below, but these may be modified and combined as appropriate. In the following description and accompanying drawings, substantially the same or equivalent parts are designated by the same reference numerals.

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るLiDAR装置1の概略図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram of a LiDAR device 1 according to a first embodiment of the present invention.

LiDAR装置1は、車両Vの前方に搭載されており、レーザ光により車両Vの周辺に存在する他車両、障害物、歩行者、自転車等を検知することができる。本実施形態において、LiDAR装置1は、車両Vのヘッドライト2L、2Rの間のボンネット先端部に内蔵されている。なお、LiDAR装置1は、車両Vのバンパー又はグリルの位置に配設されていてもよい。 The LiDAR device 1 is mounted in front of the vehicle V, and can detect other vehicles, obstacles, pedestrians, bicycles, etc. around the vehicle V using laser light. In this embodiment, the LiDAR device 1 is built into the tip of the hood of the vehicle V between the headlights 2L and 2R. Note that the LiDAR device 1 may be disposed at the bumper or grill of the vehicle V.

LiDAR装置1は、光源からレーザ光(波長:約900nm)を出射する。さらに、LiDAR装置1は、車両Vの周辺の物体(例えば、歩行者P)に当たって反射され跳ね返ってきたレーザ光を受信し、車両Vと物体との距離を計測する(アクティブ方式)。当該物体までの距離計測は、送信したレーザ光(パルス波)が物体に到達後に反射し、何秒後に受信されるかの時間を計測する飛行時間計測(TOF:Time Of Flight)方式が用いられる。 The LiDAR device 1 emits laser light (wavelength: approximately 900 nm) from a light source. Furthermore, the LiDAR device 1 receives laser light that has been reflected and bounced back from an object (for example, a pedestrian P) around the vehicle V, and measures the distance between the vehicle V and the object (active method). To measure the distance to the object, a time-of-flight (TOF) method is used, in which the transmitted laser light (pulse wave) is reflected after reaching the object and measures how many seconds it takes to be received. .

図2は、上述のLiDAR装置1の内部構造を示している。LiDAR装置1は、光偏向器10、レーザ光源20、受光素子30及び制御装置40で構成される。 FIG. 2 shows the internal structure of the LiDAR device 1 described above. The LiDAR device 1 includes an optical deflector 10, a laser light source 20, a light receiving element 30, and a control device 40.

光偏向器10は、半導体プロセスやMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を利用して作製される。光偏向器10は、一定の方向から入射する入射光を互いに直交する各軸に関して回動するミラー部12で反射し、走査光として出射する。 The optical deflector 10 is manufactured using a semiconductor process or MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology. The optical deflector 10 reflects incident light from a certain direction with a mirror section 12 that rotates about mutually orthogonal axes, and outputs the reflected light as scanning light.

光偏向器10の可動枠13の内側には、ミラー部12、円形型圧電アクチュエータ14、水平駆動梁であるトーションバー15a、15b等が配設されている。また、レーザ光源20(本発明の「光源」)は、レーザ光La(実線)を出射する。レーザ光Laはミラー部12で反射され、レーザ光Lbが所定の照射領域を走査する。 Inside the movable frame 13 of the optical deflector 10, a mirror section 12, a circular piezoelectric actuator 14, torsion bars 15a and 15b, which are horizontal driving beams, and the like are arranged. Further, the laser light source 20 (the "light source" of the present invention) emits laser light La (solid line). The laser beam La is reflected by the mirror section 12, and the laser beam Lb scans a predetermined irradiation area.

制御装置40(本発明の「制御部」)は、図示しない配線により可動枠13及びレーザ光源20に制御信号を送信する。この制御信号により、可動枠13の円形型圧電アクチュエータ14が駆動される。そして、Y軸方向に延びる軸線上で円形型圧電アクチュエータ14と結合されたトーションバー15a、15bが捩れることで、ミラー部12がY軸周りに回動する。また、レーザ光源20は、制御装置40の制御信号によりレーザ光Laのオン、オフや輝度が制御される。 The control device 40 (the "control unit" of the present invention) transmits control signals to the movable frame 13 and the laser light source 20 via wiring (not shown). This control signal drives the circular piezoelectric actuator 14 of the movable frame 13. When the torsion bars 15a and 15b coupled to the circular piezoelectric actuator 14 are twisted on the axis extending in the Y-axis direction, the mirror portion 12 rotates around the Y-axis. Further, in the laser light source 20, the on/off and brightness of the laser light La are controlled by control signals from the control device 40.

可動枠13は、その下端側において、それぞれミアンダ型圧電アクチュエータ16a、16bと結合している。制御装置40は、図示しない配線によりミアンダ型圧電アクチュエータ16a、16bに制御信号を送信する。これにより、ミラー部12がX軸周りに回動する。その結果、光偏向器10は、レーザ光Laをミラー部12で反射する際、レーザ光Laを光偏向器10の前方に出射して、X軸方向とY軸方向の2方向に走査することができる。 The movable frame 13 is coupled to meander-type piezoelectric actuators 16a and 16b, respectively, at its lower end side. The control device 40 transmits control signals to the meandering piezoelectric actuators 16a and 16b via wiring (not shown). As a result, the mirror section 12 rotates around the X axis. As a result, when the optical deflector 10 reflects the laser beam La at the mirror section 12, the optical deflector 10 emits the laser beam La in front of the optical deflector 10 and scans it in two directions, the X-axis direction and the Y-axis direction. I can do it.

ミラー部12で反射されたレーザ光Lbは、周辺の障害物50に当たり反射される。反射光Ra(破線)は、光偏向器10のミラー部12に入射して再度反射される。また、反射光Rbは、フォトダイオードで構成される受光素子30により検出される。反射光Rbの情報は制御装置40に送信され、LiDAR装置1から障害物50までの距離である測距情報が生成される。 The laser beam Lb reflected by the mirror section 12 hits a surrounding obstacle 50 and is reflected. The reflected light Ra (broken line) enters the mirror portion 12 of the optical deflector 10 and is reflected again. Further, the reflected light Rb is detected by a light receiving element 30 composed of a photodiode. Information on the reflected light Rb is transmitted to the control device 40, and ranging information that is the distance from the LiDAR device 1 to the obstacle 50 is generated.

図3は、LiDAR装置1の内部信号の流れを示している。 FIG. 3 shows the internal signal flow of the LiDAR device 1.

図示するように、制御装置40は、レーザ光源20に対して発光制御信号を送信する。また、制御装置40は、光偏向器10に対してミラー部12の2軸方向の回転角制御信号を送信する。 As illustrated, the control device 40 transmits a light emission control signal to the laser light source 20. Further, the control device 40 transmits a rotation angle control signal in two axial directions of the mirror section 12 to the optical deflector 10.

レーザ光Lbは障害物50で反射されるため、その反射光Rbが受光素子30に入射する。受光素子30は、反射光Rbによる光情報を制御装置40に送信する。制御装置40は、受信した光信号に基づいて測定結果(測距情報)を出力する。この測定は、LiDAR装置1から障害物50までの距離、障害物50の3次元形状等を車両Vの運転者に提供することができる。 Since the laser beam Lb is reflected by the obstacle 50, the reflected light Rb enters the light receiving element 30. The light receiving element 30 transmits optical information based on the reflected light Rb to the control device 40. The control device 40 outputs measurement results (distance information) based on the received optical signal. This measurement can provide the driver of the vehicle V with the distance from the LiDAR device 1 to the obstacle 50, the three-dimensional shape of the obstacle 50, and the like.

図4は、車両VのLiDAR装置1から出射されたレーザ光Lbの走査パターン(側方視)を示している。 FIG. 4 shows a scanning pattern (side view) of the laser beam Lb emitted from the LiDAR device 1 of the vehicle V.

図示するように、LiDAR装置1(レーザ光出射部)は、車両Vの前方かつ車高の半分以下の位置(高さh)に配設されている。水平走査線の間隔が均一のLiDAR装置(従来品)は、車高の半分以下の位置に配設した場合、車両正面側の認識が粗くなるため、できる限り車高の上方位置に取り付ける必要があった。この点、本発明に係るLiDAR装置1は、車両Vの前方路面側から正面方向まで広範囲に亘って障害物の認識が可能となる(詳細は後述する)。 As illustrated, the LiDAR device 1 (laser light emitting unit) is disposed in front of the vehicle V at a position (height h) that is less than half the vehicle height. If a LiDAR device (conventional product) with uniform horizontal scanning line spacing is installed at a position less than half the vehicle height, recognition of the front side of the vehicle will be poor, so it is necessary to install it as high as possible in the vehicle height. there were. In this regard, the LiDAR device 1 according to the present invention can recognize obstacles over a wide range from the road surface in front of the vehicle V to the front direction (details will be described later).

図4において、“dmin”はレーザ光Lbが路面に到達する最短距離、すなわち観測可能な最短距離である。また、“dmax”はレーザ光Lbが路面に到達する最長距離である。LiDAR装置1のレーザ光出射部から略水平方向に照射されたレーザ光Laは、LiDAR装置1の中心軸Cと一致する。 In FIG. 4, "dmin" is the shortest distance that the laser beam Lb reaches the road surface, that is, the shortest observable distance. Moreover, "dmax" is the longest distance that the laser beam Lb reaches the road surface. The laser beam La emitted from the laser beam emitting section of the LiDAR device 1 in a substantially horizontal direction coincides with the central axis C of the LiDAR device 1 .

図5は、LiDAR装置1のレーザ光Lbが生成する照射領域R(正面視)を示している。 FIG. 5 shows an irradiation area R (front view) generated by the laser beam Lb of the LiDAR device 1.

LiDAR装置1は、照射領域Rの上方左端から上方右端へ水平方向に走査しながら、下方に向かってレーザ光Lbを垂直方向に移動させていく。照射領域Rにおける水平方向の走査線を、その上方から第1水平走査線SL1、第2水平走査線SL2、・・・、第n水平走査線SLnと称する。なお、図5は概念を説明する図であり、実際の水平走査線の間隔は図示する間隔よりも狭い。 The LiDAR device 1 moves the laser beam Lb vertically downward while scanning horizontally from the upper left end to the upper right end of the irradiation area R. The horizontal scanning lines in the irradiation area R are referred to as a first horizontal scanning line SL1, a second horizontal scanning line SL2, . . . , an n-th horizontal scanning line SLn from above. Note that FIG. 5 is a diagram for explaining the concept, and the actual interval between horizontal scanning lines is narrower than the interval shown.

照射領域Rの中心軸Cに対して上方の領域は、ほぼ等間隔で水平走査線が存在する。また、中心軸Cの下には、境界走査線となる第j水平走査線SLjが存在する。第j水平走査線SLjは、路面より遠方まで届くレーザ光Lbによる水平走査線である。第j水平走査線SLjの下には、第k水平走査線SLk(“dmax”に対応)が存在する。第k水平走査線SLk付近の高さでは、水平走査線の間隔が最も狭くなっている。 In the area above the central axis C of the irradiation area R, horizontal scanning lines exist at approximately equal intervals. Further, below the central axis C, there is a j-th horizontal scanning line SLj that is a boundary scanning line. The j-th horizontal scanning line SLj is a horizontal scanning line by the laser beam Lb that reaches far from the road surface. A k-th horizontal scanning line SLk (corresponding to "dmax") exists below the j-th horizontal scanning line SLj. At a height near the k-th horizontal scanning line SLk, the interval between the horizontal scanning lines is the narrowest.

また、照射領域Rの最も下方に位置する水平走査線が第n水平走査線SLn(“dmin”に対応)であり、第k水平走査線SLkから第n水平走査線SLnまでが路面領域に対応する。制御装置40は、第n水平走査線SLnから第k水平走査線SLkの方向に進むにつれて、水平走査線の間隔が徐々に狭くなるように走査を制御する。 Furthermore, the lowest horizontal scanning line of the irradiation area R is the n-th horizontal scanning line SLn (corresponding to "dmin"), and the range from the k-th horizontal scanning line SLk to the n-th horizontal scanning line SLn corresponds to the road surface area. do. The control device 40 controls scanning so that the interval between the horizontal scanning lines gradually narrows as the scanning progresses from the n-th horizontal scanning line SLn to the k-th horizontal scanning line SLk.

障害物があった場合に受光素子30で検出される反射光Ra(点群、ポイントクラウド)は、第n水平走査線SLnから、その上方の第j水平走査線SLj(境界走査線)に近づくにつれて多く、高密度となる。LiDAR装置1(レーザ光出射部)が、たとえ車両Vの前方かつ車高の半分以下の位置に配設されたとしても、第j水平走査線SLjの付近に測定点を多くとることができるので、路面から正面方向にかけて存在する障害物の認識精度を向上させることができる。 When there is an obstacle, reflected light Ra (point cloud) detected by the light receiving element 30 approaches from the n-th horizontal scanning line SLn to the j-th horizontal scanning line SLj (boundary scanning line) above it. As the number increases, the density increases. Even if the LiDAR device 1 (laser light emitting unit) is disposed in front of the vehicle V and at a position less than half the vehicle height, many measurement points can be taken near the j-th horizontal scanning line SLj. , it is possible to improve the recognition accuracy of obstacles that exist from the road surface to the front direction.

また、障害物が遠方に存在している場合、従来であれば路面に照射される水平走査線の密度がほぼ均一であったため、当該水平走査線は遠方ほど間隔が広くなり、路面位置(高さ)の情報が得られない可能性があった。 In addition, when an obstacle is located far away, the density of the horizontal scanning lines irradiated onto the road surface was conventionally almost uniform, so the distance between the horizontal scanning lines becomes wider as the distance increases, and the road surface position (higher There was a possibility that information on

この点、本発明は、遠方の路面ほど水平走査線の密度を高めている。そのため、路面上に照射される水平走査線は、遠方においてもほぼ等間隔にすることができる。そして、路面位置(高さ)を正確に認識することができ、境界走査線以上に照射された水平走査線で得られる障害物の高さに対して、障害物が存在する路面の高さを差し引いて、正確な障害物の高さを算出することができる。これにより、さらなる認識精度の向上が可能となる。 In this regard, in the present invention, the density of horizontal scanning lines is increased as the distance from the road surface increases. Therefore, the horizontal scanning lines irradiated onto the road surface can be arranged at approximately equal intervals even in a far distance. The road surface position (height) can be accurately recognized, and the height of the road surface where the obstacle is located can be calculated based on the height of the obstacle obtained from the horizontal scanning line illuminated above the boundary scanning line. By subtracting it, the exact height of the obstacle can be calculated. This makes it possible to further improve recognition accuracy.

レーザ光Lbの水平方向の走査は、光偏向器10の円形型圧電アクチュエータ14(トーションバー15a,15b)の駆動により実行される。水平方向の光走査は、トーションバー15a,15bの共振モード(共振周波数)を利用しているため、垂直方向の光走査よりも高速である。 The horizontal scanning of the laser beam Lb is performed by driving the circular piezoelectric actuator 14 (torsion bars 15a, 15b) of the optical deflector 10. Since the horizontal optical scanning utilizes the resonance mode (resonant frequency) of the torsion bars 15a and 15b, it is faster than the vertical optical scanning.

一方で、レーザ光Lbの垂直方向の走査は、光偏向器10のミアンダ型圧電アクチュエータ16a,16bの駆動により実行される。垂直方向の光走査は、ミアンダ型圧電アクチュエータ16a,16bの非共振モード(共振周波数以外の周波数)を利用しているため、走査速度は水平方向の光走査の速度の1/1000~1/100程度である。 On the other hand, vertical scanning of the laser beam Lb is performed by driving the meandering piezoelectric actuators 16a and 16b of the optical deflector 10. Vertical optical scanning uses the non-resonant mode (frequency other than the resonant frequency) of the meandering piezoelectric actuators 16a and 16b, so the scanning speed is 1/1000 to 1/100 of the horizontal optical scanning speed. That's about it.

レーザ光Lbの垂直方向の走査は比較的低速であるため、さらに走査速度を制御することができる。照射領域Rの第j水平走査線SLj(境界走査線)より下側の走査では、制御装置40は、まずレーザ光源20から出力される発光パルスが一定となるように発光制御信号を生成する。 Since the scanning speed of the laser beam Lb in the vertical direction is relatively low, the scanning speed can be further controlled. In scanning below the j-th horizontal scanning line SLj (boundary scanning line) of the irradiation area R, the control device 40 first generates a light emission control signal so that the light emission pulse output from the laser light source 20 is constant.

さらに、制御装置40は、第n水平走査線SLnから第k水平走査線SLkに近づくにつれて、ミラー部12が徐々に低速となるように回転角制御信号(電圧波形)を生成する。これにより、第k水平走査線SLk(さらに、第j水平走査線SLj)に近づくにつれて水平走査線の数を増加させることができる。 Further, the control device 40 generates a rotation angle control signal (voltage waveform) such that the mirror unit 12 gradually becomes slower as it approaches the k-th horizontal scanning line SLk from the n-th horizontal scanning line SLn. Thereby, the number of horizontal scanning lines can be increased as it approaches the k-th horizontal scanning line SLk (furthermore, the j-th horizontal scanning line SLj).

また、このLiDAR装置1では、車両Vのすぐ手前(路面)側の水平走査線が比較的少なく、最短距離dminの測定点が従来よりも車両Vに近い位置となる。このため、車両Vの前方の障害物の認識範囲を拡張することができる。 Furthermore, in this LiDAR device 1, the number of horizontal scanning lines immediately in front of the vehicle V (road surface) is relatively small, and the measurement point of the shortest distance dmin is located closer to the vehicle V than in the past. Therefore, the recognition range of obstacles in front of the vehicle V can be expanded.

なお、照射領域Rの路面領域における測定点の数を“num(>1)”とするとき、LiDAR装置1の測定点間の最長距離“interval_max”は、以下の式(1)で与えられる。
interval_max=(dmax - dmin)/num-1 ・・・(1)
Note that when the number of measurement points in the road surface area of the irradiation area R is "num(>1)", the longest distance "interval_max" between the measurement points of the LiDAR device 1 is given by the following equation (1).
interval_max=(dmax - dmin)/num-1...(1)

例えば、num=36(個)、dmax=40(m)、dmin=5(m)の場合、interval_max=1(m)となる。これは、従来LiDAR装置の測定点間の距離の1/6程度の数値であるため、物体の認識精度が向上したといえる。 For example, when num=36 (pieces), dmax=40 (m), and dmin=5 (m), interval_max=1 (m). Since this value is approximately 1/6 of the distance between measurement points of conventional LiDAR devices, it can be said that object recognition accuracy has been improved.

制御装置40は、上記方法とは異なる制御により物体の認識精度を高めることもできる。例えば、制御装置40は、ミラー部12の走査速度を一定に制御する。そして、制御装置40は、水平走査線SLnから第k水平走査線SLk(さらに、第j水平走査線SLj)に近づくにつれて、レーザ光源20から出力される発光パルスが多くなるように制御すればよい。 The control device 40 can also improve the object recognition accuracy by a control method different from the above method. For example, the control device 40 controls the scanning speed of the mirror section 12 to be constant. Then, the control device 40 may perform control such that the number of light emission pulses output from the laser light source 20 increases as the horizontal scanning line SLn approaches the k-th horizontal scanning line SLk (furthermore, the j-th horizontal scanning line SLj). .

[第2実施形態]
次に、図6、図7を参照して、本発明の第2実施形態に係る物体検知システム及びLiDAR装置について説明する。
[Second embodiment]
Next, an object detection system and LiDAR device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

図6は、車両VのLiDAR装置60から出射されたレーザ光Lbの走査パターン(側方視)を示している。 FIG. 6 shows a scanning pattern (side view) of the laser beam Lb emitted from the LiDAR device 60 of the vehicle V.

図示するように、LiDAR装置60は、車両Vの前方かつ車高の半分以下の位置(高さh)に配設されている。LiDAR装置60から略水平方向に照射されたレーザ光Laは、LiDAR装置60の中心軸Cと一致する。 As illustrated, the LiDAR device 60 is disposed in front of the vehicle V at a position (height h) that is less than half the vehicle height. Laser light La irradiated from the LiDAR device 60 in a substantially horizontal direction coincides with the central axis C of the LiDAR device 60.

図7は、LiDAR装置60のレーザ光Lbが生成する照射領域S(正面視)を示している。 FIG. 7 shows an irradiation area S (front view) generated by the laser beam Lb of the LiDAR device 60.

照射領域Sの第j水平走査線SLj(境界走査線)よりも上方の領域は、車両Vの前方領域に相当するが、中心軸Cを含む障害物密集領域と、その上方の障害物過疎領域とに分けられている。障害物過疎領域は、障害物がほとんど存在しない領域であるため、水平走査線は少なくてよい。 The area above the j-th horizontal scanning line SLj (boundary scanning line) of the irradiation area S corresponds to the area in front of the vehicle V, and includes an obstacle dense area including the central axis C and an obstacle sparse area above it. It is divided into. The obstacle sparsely populated area is an area where there are almost no obstacles, so the number of horizontal scanning lines may be small.

一方、障害物密集領域は、第1水平走査線SL1から第j水平走査線SLj(境界走査線)に進むにつれて、水平走査線の間隔が徐々に狭くなるように設定され、制御装置40はそのように走査を制御する。 On the other hand, the obstacle dense area is set such that the interval between the horizontal scanning lines gradually narrows as it progresses from the first horizontal scanning line SL1 to the j-th horizontal scanning line SLj (boundary scanning line), and the control device 40 Control scanning as follows.

例えば、障害物密集領域は、障害物の高さが路面から車両の高さの範囲内とし、その範囲の高さの障害物が高精度で認識できればよい。もしくは、LiDAR装置60を起点とし、中心軸Cに対して上下方向の所定の角度(例えば、±1°から±15°)の範囲内を障害物密集領域と規定してもよい。 For example, the obstacle dense area may be set such that the height of the obstacle is within the height range of the vehicle from the road surface, and obstacles within the height range can be recognized with high accuracy. Alternatively, the area within a predetermined angle (for example, ±1° to ±15°) in the vertical direction with respect to the central axis C, starting from the LiDAR device 60, may be defined as the obstacle dense area.

これにより、障害物があった場合に受光素子30で検出される受光素子30で検出される反射光Ra(点群、ポイントクラウド)は、第1水平走査線SL1から、その下方の第j水平走査線SLj(境界走査線)に近づくにつれて多く、高密度となる。 As a result, the reflected light Ra (point cloud) detected by the light receiving element 30 when there is an obstacle is transmitted from the first horizontal scanning line SL1 to the j-th horizontal line below the first horizontal scanning line SL1. The closer to the scanning line SLj (boundary scanning line), the larger the number of lines, and the higher the density.

また、第j水平走査線SLj(境界走査線)よりも下方の領域は、路面領域に相当する。障害物があった場合に受光素子30で検出される反射光Raは、第n水平走査線SLnから、その上方の第j水平走査線SLj(境界走査線)からに近づくにつれて多く、高密度となる。 Further, the area below the j-th horizontal scanning line SLj (boundary scanning line) corresponds to a road surface area. When there is an obstacle, the reflected light Ra detected by the light receiving element 30 increases as it approaches from the n-th horizontal scanning line SLn to the j-th horizontal scanning line SLj (boundary scanning line) above it, and becomes denser. Become.

障害物密集領域及び路面領域におけるレーザ光Lbの垂直方向の走査では、制御装置40は、まず、レーザ光源20から出力される発光パルスが一定となるように発光制御信号を生成する。 In the vertical scanning of the laser beam Lb in the obstacle-dense area and the road surface area, the control device 40 first generates a light emission control signal so that the light emission pulse output from the laser light source 20 is constant.

さらに、制御装置40は、路面の最長距離に対応する第k水平走査線SLkに近づくにつれて、ミラー部12が徐々に低速となるように回転角制御信号を生成する。これにより、第k水平走査線SLk(さらに、水平走査線SLj)に近づくにつれて水平走査線の数を増加させることができる。 Further, the control device 40 generates a rotation angle control signal such that the mirror unit 12 gradually becomes slower as it approaches the k-th horizontal scanning line SLk corresponding to the longest distance on the road surface. Thereby, the number of horizontal scanning lines can be increased as the k-th horizontal scanning line SLk (furthermore, horizontal scanning line SLj) is approached.

障害物があった場合に受光素子30で検出される反射光Raは、中心軸C付近の比較的広い範囲が最大となっている。このため、車両Vの正面方向を中心に、より広範囲に亘って遠方の物体の認識精度を向上させることができる。 The reflected light Ra detected by the light receiving element 30 when there is an obstacle is at its maximum in a relatively wide range near the central axis C. Therefore, the recognition accuracy of distant objects can be improved over a wider range centering on the front direction of the vehicle V.

本発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。LiDAR装置1,60は、車両Vのヘッドライト2L,2R(図1参照。本発明の「車両用灯具」。)に内蔵することもできる。これにより、車両用灯具の空間を有効活用して、車両V周辺の障害物を検知することができる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various forms without departing from the spirit thereof. The LiDAR devices 1 and 60 can also be built into the headlights 2L and 2R of the vehicle V (see FIG. 1; the "vehicle lamp" of the present invention). Thereby, obstacles around the vehicle V can be detected by effectively utilizing the space of the vehicle lamp.

1,60…LiDAR装置、2L,2R…ヘッドライト、10…光偏向器、12…ミラー部、13…可動枠、14…円形型圧電アクチュエータ、15a,15b…トーションバー、16a,16b…ミアンダ型圧電アクチュエータ、20…レーザ光源、30…受光素子、40…制御装置、50…障害物、P…歩行者、R,S…照射領域、V…車両。 1, 60... LiDAR device, 2L, 2R... headlight, 10... optical deflector, 12... mirror section, 13... movable frame, 14... circular piezoelectric actuator, 15a, 15b... torsion bar, 16a, 16b... meander type Piezoelectric actuator, 20... Laser light source, 30... Light receiving element, 40... Control device, 50... Obstacle, P... Pedestrian, R, S... Irradiation area, V... Vehicle.

Claims (5)

レーザ光を出射する光源と、
互いに直交する各軸に関して回動するミラー部を有し、前記レーザ光を前記ミラー部で反射させて水平方向及び垂直方向に走査する光偏向器と、
前記光源の発光と前記ミラー部の回動とを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記ミラー部の共振モードを利用して前記レーザ光を水平方向に走査するとともに、非共振モードを利用して前記レーザ光を垂直方向に走査し、
前記レーザ光の垂直方向の走査は、前記垂直方向の中心位置の下方に存在する境界走査線に対して、その上側よりも下側の走査速度が遅くなるように行われることを特徴とするLiDAR装置。
a light source that emits laser light;
an optical deflector that has a mirror section that rotates about each axis orthogonal to each other, and that scans the laser beam in the horizontal and vertical directions by reflecting the laser beam on the mirror section;
a control unit that controls the light emission of the light source and the rotation of the mirror unit,
The control unit includes:
Scanning the laser beam in the horizontal direction using a resonant mode of the mirror portion, and scanning the laser beam in the vertical direction using a non-resonant mode;
LiDAR characterized in that the vertical scanning of the laser beam is performed with respect to a boundary scanning line existing below the vertical center position such that the scanning speed on the lower side is slower than on the upper side. Device.
前記制御部は、前記レーザ光を垂直方向に走査するとき、前記境界走査線に近づくにつれて水平走査線の間隔が徐々に狭くなるように走査する、請求項1に記載のLiDAR装置。 The LiDAR device according to claim 1, wherein when the control unit scans the laser beam in the vertical direction, it scans so that the interval between horizontal scanning lines becomes gradually narrower as it approaches the boundary scanning line. 前記制御部は、前記レーザ光を垂直方向に走査するとき、前記境界走査線から前記垂直方向の中心位置までの間で水平走査線の間隔が最も狭くなるように走査する、請求項2に記載のLiDAR装置。 3. The control unit scans the laser beam in a vertical direction such that an interval between horizontal scanning lines is the narrowest between the boundary scanning line and the vertical center position. LiDAR device. 車両の高さの半分以下の位置に配設されたとき、前記境界走査線が路面よりも上方位置に保持される、請求項1又は2に記載のLiDAR装置。 The LiDAR device according to claim 1 or 2, wherein the boundary scanning line is maintained at a position above a road surface when disposed at a position less than half the height of a vehicle. 請求項1又は2に記載のLiDAR装置が内蔵された車両用灯具。 A vehicular lamp incorporating the LiDAR device according to claim 1 or 2.
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