JP4147947B2 - Optical scanning device, object detection device using the same, and drawing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、揺動操作されるミラー部で光源からの光を反射させて所定の範囲に走査させる光走査装置及びこれを用いた物体検出装置、描画装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光源からの光を走査して対象物に照射させる光走査装置が提案されており、例えば、車両用レーザレーダ等に利用されている。車両用レーザレーダは、光走査装置を用いて車両周囲の対象物にレーザ光を照射させ、この対象物からの反射レーザ光を検出して、光走査装置からの出射レーザ光と対象物からの反射レーザ光との関係に基づいて、対象物までの距離や方位等を検出するものである。
【0003】
このような車両用レーザレーダでは、例えば車両前方の障害物等を確実に検出して車両の安全な走行を有効に支援できるように、高い検出性能が求められており、このような要求を実現するための様々な研究開発が盛んに行われている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
特許文献1には、揺動操作される単体のミラーで出射レーザ光を反射させて所定の範囲に走査させる構造のものにおいて、出射レーザ光を反射させるミラーの振れ角を、障害物検出信号の状態に応じて選択的に調整することにより、不要反射光等の外乱を排除して、検出精度を向上させる技術が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−152476号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような車両用レーザレーダ、とりわけ出射レーザ光を2次元方向に走査して対象物に照射させる2次元レーザレーダの検出精度を向上させるためには、これに用いる光走査装置の性能として、以下のような性能が要求される。先ず第1に、高速スキャン性能である。これは、自車前方の障害物を迅速に発見するために特に求められる性能である。第2に、高速応答性能である。これは、自車前方への割り込み車や歩行者を確実に検出するために、検出領域を急峻に変更することが求められるからである。第3に、広い水平検出領域対応性能である。これは、自車前方の割り込み車をいち早く検出するために、水平方向に広い範囲で検出領域を設定することが求められるからである。そして、車両搭載用として、以上のような性能を小型且つ低コストで実現できることが求められる。
【0007】
ミラーを揺動させて光を走査させる構造の光走査装置では、その駆動方式として、非共振周波数領域を用いる方式と共振周波数領域を用いる方式とが一般的である。これらのうち、非共振周波数領域を用いてミラーを駆動する非共振型の光走査装置は、ステップ状の急激な入力に対する高速応答性能、広い水平検出領域対応性能は優れるものの、共振周波数が比較的低いことに起因する高速スキャン性能の不十分、エネルギー効率の悪い非共振領域で動作することに起因する駆動装置の大型化、高コスト化といった課題があり、2次元レーザレーダに適用するには、これらの課題を解決することが求められる。
【0008】
一方、共振周波数領域を用いてミラーを駆動する共振型の光走査装置は、共振周波数を高く設定できることによる高速スキャン性能、及び少ないエネルギで動作可能なことから小型、低コスト化が達成できる反面、共振Qが高い程、少ない振動エネルギで大きな振幅を得られ高性能であるが、共振Qが高いと、急激に振幅を変化させるよう制御を行っても、残響振動もまた大きいため、急激な振幅変化不能であるといった効率と応答性の同時達成が困難であること、また共振周波数が高いことに起因して広い水平検出領域の確保が困難であるといった課題があり、こちらのタイプの光走査装置も、そのまま2次元レーザレーダに適用するのは困難である。
【0009】
上述した特許文献1にて開示される技術は、ミラーの駆動方法に関しては詳細な記述がなされていないものの、単独のミラー駆動部によってミラーの振れ角を状況に応じて変更する構成であり、以上のような課題を根本的に解決するには至っていない。
【0010】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて創案されたものであって、非共振型の利点と共振型の利点とを兼ね備えた新規な構造の光走査装置を提供し、また、これを用いた物体検出装置及び描画装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光走査装置は、揺動操作されるミラー部で光源からの光を反射させて所定の範囲に走査させるものであり、ミラー部を非共振振動により揺動させる非共振梁により形成され、光源からの光を水平方向に走査する第1のスキャナ手段と、ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、第1のスキャナ手段と比べて低速の走査速度で且つ広域の走査範囲で、光源からの光を水平方向に走査する第2のスキャナ手段と、照射対象が特定されたときに、第1のスキャナ手段によりミラー部の向きを照射対象の方向に維持させると共に、第2のスキャナ手段の共振振動によりミラー部を照射対象の方向で揺動させる照射制御手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明に係る他の光走査装置は、揺動操作されるミラー部で光源からの光を反射させて所定の範囲に走査させるものであり、ミラー部を非共振振動により揺動させる非共振梁により形成され、光源からの光を水平方向に走査する第1のスキャナ手段と、ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、第1のスキャナ手段と比べて低速の走査速度で且つ広域の走査範囲で、光源からの光を水平方向に走査する第2のスキャナ手段と、ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、光源からの光を垂直方向に走査する第3のスキャナ手段と、第2のスキャナ手段及び第3のスキャナ手段相互の共振周波数の比に従い照射欠損部が生じるか否かを判定し、その判定結果に基づいて第1のスキャナ手段の非共振振動を制御する照射制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明に係る物体検出装置は、光源と、この光源からの光を揺動操作されるミラー部で反射させて所定の範囲に走査させる光走査装置と、照射対象からの反射光を受光する受光手段と、この受光手段からの出力をもとに照射対象までの距離及び方位を算出する距離算出手段とを備え、光走査装置が、ミラー部を非共振振動により揺動させる非共振梁により形成され、光源からの光を水平方向に走査する第1のスキャナ手段と、ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、第1のスキャナ手段と比べて低速の走査速度で且つ広域の走査範囲で、光源からの光を水平方向に走査する第2のスキャナ手段と、照射対象が特定されたときに、第1のスキャナ手段によりミラー部の向きを照射対象の方向に維持させると共に、第2のスキャナ手段の共振振動によりミラー部を照射対象の方向で揺動させる照射制御手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明に係る他の物体検出装置は、光源と、この光源からの光を揺動操作されるミラー部で反射させて所定の範囲に走査させる光走査装置と、照射対象からの反射光を受光する受光手段と、この受光手段からの出力をもとに照射対象までの距離及び方位を算出する距離算出手段とを備え、光走査装置が、ミラー部を非共振振動により揺動させる非共振梁により形成され、光源からの光を水平方向に走査する第1のスキャナ手段と、ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、第1のスキャナ手段と比べて低速の走査速度で且つ広域の走査範囲で、光源からの光を水平方向に走査する第2のスキャナ手段と、ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、光源からの光を垂直方向に走査する第3のスキャナ手段と、第2のスキャナ手段及び第3のスキャナ手段相互の共振周波数の比に従い照射欠損部が生じるか否かを判定し、その判定結果に基づいて第1のスキャナ手段の非共振振動を制御する照射制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明に係る描画装置は、光源と、この光源からの光を揺動操作されるミラー部で反射させて所定の範囲に走査させる光走査装置と、所定の位置に所定の情報が描画されるように光源及び光走査装置の動作を制御する描画制御手段とを備え、光走査装置が、ミラー部を非共振振動により揺動させる非共振梁により形成され、光源からの光を水平方向に走査する第1のスキャナ手段と、ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、第1のスキャナ手段と比べて低速の走査速度で且つ広域の走査範囲で、光源からの光を水平方向に走査する第2のスキャナ手段と、照射対象が特定されたときに、第1のスキャナ手段によりミラー部の向きを照射対象の方向に維持させると共に、第2のスキャナ手段の共振振動によりミラー部を照射対象の方向で揺動させる照射制御手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明に係る他の描画装置は、光源と、この光源からの光を揺動操作されるミラー部で反射させて所定の範囲に走査させる光走査装置と、所定の位置に所定の情報が描画されるように光源及び光走査装置の動作を制御する描画制御手段とを備え、光走査装置が、ミラー部を非共振振動により揺動させる非共振梁により形成され、光源からの光を水平方向に走査する第1のスキャナ手段と、ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、第1のスキャナ手段と比べて低速の走査速度で且つ広域の走査範囲で、光源からの光を水平方向に走査する第2のスキャナ手段と、ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、光源からの光を垂直方向に走査する第3のスキャナ手段と、第2のスキャナ手段及び第3のスキャナ手段相互の共振周波数の比に従い照射欠損部が生じるか否かを判定し、その判定結果に基づいて第1のスキャナ手段の非共振振動を制御する照射制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【0014】
【発明の効果】
本発明によれば、第1のスキャナ手段と第2のスキャナ手段とを併用してミラー部を揺動操作することで、共振型の利点と非共振型の利点との両立が実現され、良好な高速スキャン性能、高速応答性能、広い水平検出領域対応性能を兼ね備えた、小型化で低コストな光走査装置を実現することができる。また、このような光走査装置を用いることで、物体検出装置や描画装置の性能を極めて良好なものとすることが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
(第1の実施形態)
先ず、車両用2次元レーザレーダに本発明を適用した例について具体的に説明する。
【0017】
本発明を適用した車両用2次元レーザレーダの全体構成を図1に示す。この図1に示す車両用2次元レーザレーダは、レーザダイオード(以下、LDと略称する。)1及びLD駆動回路2を有する照射系と、フォトディテクタ(以下、PDと略称する。)3及び受光回路4を有する受光系と、2次元スキャナ10、第1乃至第3の走査駆動部5a,5b,5c、第1乃至第3の走査位置検出部6a,6b,6c、反射ミラー7を有する走査系とを備えており、これらの各部が制御部8による制御のもとで動作するようになっている。また、制御部8には障害物判定部9が接続されており、この障害物判定部9によって車両周囲の物体100までの距離及び方位が算出されるようになっている。
【0018】
制御部8は、所定のタイミング毎に、LD駆動回路2にLD1を発光させる旨の発光司令を出力する。LD駆動回路2は、この制御部8からの発光司令を受けて、所定のタイミング毎にLD1を発光させる。これにより、LD1からレーザ光が出射されることになる。LD1から出射されたレーザ光は、2次元スキャナ10及び反射ミラー7により順次反射されて、車両周囲の物体100に照射されることになる。
【0019】
2次元スキャナ10は、制御部8による制御のもとで、第1乃至第3の走査駆動部5a,5b,5cによって駆動されて、ミラー部を水平方向及び垂直方向の互いに直交する2方向に同時に揺動させ、LD1から出射されたレーザ光を車両周囲の路面に水平な方向と垂直な方向との2次元方向に走査させる。この2次元スキャナ10によるレーザ光の走査位置は、第1乃至第3の走査位置検出部6a,6b,6cにより検出されるようになっている。2次元スキャナ10により2次元方向に走査されて車両周囲の物体100に照射されたレーザ光は、この物体100によって反射され、この物体100からの反射レーザ光が、PD3により受光されることになる。
【0020】
PD3は、受光した物体100からの反射レーザ光を光電変換し、この反射レーザ光の光量に応じた電気信号を受光回路4に出力する。受光回路4は、PD3からの信号強度を所定の基準値と比較して、その比較結果を制御部8に出力する。
【0021】
障害物判定部9は、制御部8からの情報に基づいて、車両周囲の物体100までの距離及び方位を算出する。具体的には、障害物判定部9は、LD1によるレーザ光の発光からPD3による反射レーザ光の受光までの時間、すなわち、LD1から出射され車両周囲の物体100により反射されてPD3に受光されるまでのレーザ光の伝播遅延時間に基づいて、車両周囲の物体100までの距離を算出すると共に、走査位置検出部6a,6b,6cにより検出されたレーザ光の走査位置に基づいて、物体100が存在する方向を検出する。
【0022】
ここで、以上のような車両用2次元レーザレーダに用いられる2次元スキャナ10について、更に詳しく説明する。図2はこの2次元スキャナ10を模式的に示す側面図、図3はこの2次元スキャナ10の平面図である。
【0023】
2次元スキャナ10は、図2に示すように、剛性を有するベースプレート11上にスペーサ12を介してシリコンプレート13が配置された構造となっている。シリコンプレート13は、シリコンウエハを各種マイクロマシニング加工技術によって加工することで形成され、その外周部分がスペーサ12上に支持されて、スペーサ12及びベースプレート11に固定されている。また、このシリコンプレート13の裏面側(ベースプレート11と対向する面側)には、強磁歪材料よりなる機能薄膜14が形成されている。
【0024】
このシリコンプレート13は、LD1からの出射レーザ光を反射させるミラー部としての機能と、ミラー部を揺動させるスキャナ手段としての機能とを併せ持つものであり、図3に示すように、その最外周から内周側へ向かって順に同心円状に配置された固定フレーム部15、第1の可動フレーム部16、第2の可動フレーム部17、ミラー部18を有している。
【0025】
固定フレーム部15と第1の可動フレーム部16とは、スリット19によって区分けされることで互いに独立した部材とされており、第1のスキャナ手段として機能する一対の弾性梁(第1の弾性梁)20を介して連結されている。また、第1の可動フレーム部16と第2の可動フレーム部17とは、スリット21によって区分けされることで互いに独立した部材とされており、第3のスキャナ手段として機能する一対の弾性梁(第3の弾性梁)22を介して連結されている。また、第2の可動フレーム部17とミラー部18とは、スリット23によって区分けされることで互いに独立した部材とされており、第2のスキャナ手段として機能する一対の弾性梁(第2の弾性梁)24を介して連結されている。
【0026】
なお、シリコンプレート13における以上の各部は、同一の製造プロセスにより一体に形成されるものであり、近年のマイクロマシニング加工技術によれば、これらの各部の形成は、極めて高精度且つ簡便に行うことができる。
【0027】
一対の第1の弾性梁20及び一対の第2の弾性梁24は、強磁歪材料よりなる機能薄膜14の磁化容易軸が設定される方向(図3中矢印A方向)に対して概ね45度で、ミラー部18の中心を通る直線上にそれぞれ配置されている。また、一対の第3の弾性梁22は、ミラー部18の中心を通り、一対の第1の弾性梁20及び一対の第2の弾性梁24が並ぶ直線と直交する直線上に配置されている。
【0028】
ミラー部18には、その表面に例えばアルミ蒸着等により高反射コーティングが施されることで反射面が形成されており、LD1から出射されたレーザ光を十分な反射率で反射ミラー7側へと反射するようになっている。そして、このミラー部18は、一対の第2の弾性梁24によって第2の可動フレーム部17に対して両持ち梁状に支持され、これら一対の第2の弾性梁24が図3中矢印Bで示す捩り方向に振動することによって、一対の第2の弾性梁24が配置された直線を揺動中心として、ミラー部18が第2の可動フレーム部17に対して揺動するようになっている。
【0029】
また、第2の可動フレーム部17は、一対の第3の弾性梁22によって第1の可動フレーム部16に対して両持ち梁状に支持され、これら一対の第3の弾性梁22が図3中矢印Cで示す捩り方向に振動することによって、一対の第3の弾性梁22が配置された直線を揺動中心として、第2の可動フレーム部17が第1の可動フレーム部16に対して揺動するようになっている。更に、第1の可動フレーム部16は、一対の第1の弾性梁20によって固定フレーム部15に対して両持ち梁状に支持され、これら一対の第1の弾性梁20が図3中矢印Bで示す捩り方向(第2の弾性梁24と同一方向)に振動することによって、一対の第1の弾性梁20が配置された直線を揺動中心として、第1の可動フレーム部16が固定フレーム部15に対して揺動するようになっている。
【0030】
以上のような構造によって、ミラー部18は、第1乃至第3の弾性梁20,22,24が捩り方向に振動することにより、固定フレーム部15に対して2次元方向に揺動し、このミラー部18で反射されたレーザ光が2次元方向に走査されるようになっている。具体的には、第1の弾性梁20及び第2の弾性梁24の捩り振動によりミラー部18が揺動操作されることで、LD1からのレーザ光が水平方向に走査され、第3の弾性梁22の捩り振動によりミラー部18が揺動操作されることで、LD1からのレーザ光が垂直方向に走査されることになる。
【0031】
また、第1の弾性梁20の近傍には、この第1の弾性梁29の捩れ角度を検出するための第1の角度検出器25が設けられている。同様に、第2の弾性梁24の近傍には、この第2の弾性梁24の捩れ角度を検出するための第2の角度検出器26が設けられ、第3の弾性梁22の近傍には、この第3の弾性梁22の捩れ角度を検出するための第3の角度検出器27が設けられている。これら第1乃至第3の角度検出器25,26,27は、例えばピエゾ抵抗素子の原理を用いて捩れ角度の検出を行うように形成される。そして、これら第1乃至第3の角度検出器25,26,27からの出力は、図示を省略する信号線によって固定フレーム部15に形成されたコンタクトパッド28に導かれ、ここから、第1乃至第3の走査位置検出部6a,6b,6c(図1参照)へと送られるようになっている。
【0032】
第1の走査位置検出部6aは、第1の角度検出器25からの出力に基づいて、第1の弾性梁20によるミラー部25の振れ角を検出する。同様に、第2の走査位置検出部6bは、第2の角度検出器26からの出力に基づいて第2の弾性梁2によるミラー部25の振れ角を検出し、第3の走査位置検出部6cは、第3の角度検出器27からの出力に基づいて第3の弾性梁22によるミラー部25の振れ角を検出する。これにより、2次元スキャナ10によるレーザ光の走査位置が検出されることになる。
【0033】
また、第1乃至第3の弾性梁20,22,24の近傍には、図2に示すような一対の磁界発生器29がそれぞれ配設されている。なお、図2においては、図を分かり易く表示するために、第3の弾性梁22近傍に配設された一対の磁界発生器29のみを図示している。各磁界発生器29は、それぞれエアギャップ部を有するヨーク29aにコイル29bが巻回された構造となっている。そして、一対の磁界発生器29同士では、各コイル29bの巻回方向が逆向きとされ、これらコイル29bが連結線30によって導通されている。したがって、駆動信号線31,32の両端に電流を印加すると、一対の磁界発生器29では、各ヨーク29aのエアギャップ部において互いに逆向き(図2中矢印D方向)の磁界が発生することになる。これにより、磁界発生器29からの局所的磁場が第1乃至第3の弾性梁20,22,24にそれぞれ作用して、第1乃至第3の弾性梁20,22,24がそれぞれ捩り振動することになる。
【0034】
第1乃至第3の弾性梁20,22,24の近傍に配設された各磁界発生器29の駆動は、第1乃至第3の走査駆動部5a,5b,5c(図1参照)によって行われる。すなわち、第1の走査駆動部5aは、制御部8からの指令振れ角に基づいた駆動電流を設定し、この駆動電流が第1の弾性梁20近傍に配設された磁界発生器29に供給されて、磁界発生器29が駆動される。そして、この磁界発生器29からの局所的磁場が第1の弾性梁20に作用して、第1の弾性梁20が指令振れ角に応じた捩り振動を行う。同様に、第2の走査駆動部5bにより設定された駆動電流が第2の弾性梁24近傍に配設された磁界発生器29に供給され、この磁界発生器29からの局所的磁場が第2の弾性梁24に作用することで、第2の弾性梁24が指令振れ角に応じた捩り振動を行う。更に、第3の走査駆動部5cにより設定された駆動電流が第3の弾性梁22近傍に配設された磁界発生器29に供給され、この磁界発生器29からの局所的磁場が第3の弾性梁22に作用することで、第3の弾性梁22が指令振れ角に応じた捩り振動を行う。
【0035】
なお、第1の走査駆動部5aと第1の走査位置検出部6a、第2の走査駆動部5bと第2の走査位置検出部6b、第3の走査駆動部5cと第3の走査位置検出部6cは、それぞれ一対で同一筐体内に配設される。そして、各走査駆動部5a,5b,5cにおける駆動電流の設定には、各走査位置検出部6a,6b,6cの検出値がフィードバックされ、制御部8からの指令振れ角に実際の振れ角が加味されて、駆動電流に補正が加えられる。
【0036】
次に、以上のように構成される2次元スキャナ10の動作について、具体的な例を挙げて説明する。
【0037】
2次元スキャナ10において、第1乃至第3の弾性梁20,22,24は、それぞれ5Hz、200Hz、2KHzの捩り振動周波数を有している。第1の弾性梁20近傍に配設された磁界発生器29は、第1の走査駆動部5aにより設定された駆動電流に応じて、10Hz程度の交流磁界を発生する。また、第2の弾性梁24近傍に配設された磁界発生器29は、第2の走査駆動部5bにより設定された駆動電流に応じて、200Hzの交流磁界を発生する。また、第3の弾性梁22近傍に配設された磁界発生器29は、第3の走査駆動部5cにより設定された駆動電流に応じて、2KHzの交流磁界を発生する。
【0038】
これにより、第1の弾性梁20及び第2の弾性梁24には、図3中上下方向での局所的磁場がそれぞれ印加され、第3の弾性梁22には、図3中左右方向での局所的磁場が印加されることになる。そして、各弾性梁20,22,24は、それぞれの裏面側に形成された強磁歪材料よりなる機能薄膜14の磁歪効果により、機能性薄膜14の磁化容易軸の方向(図3中矢印A方向)に伸縮する磁歪応力が発生し、それぞれ磁界発生器29からの交流磁界に応じた捩り振動を行う。
【0039】
第1の弾性梁20が捩り振動を行うことによって、固定フレーム部15を固定端として、第1の可動フレーム部16と第2の可動フレーム部17とミラー部18とが一体となって、図3中矢印B方向に周波数10Hz、振れ角15度で揺動操作されることになる。同様に、第3の弾性梁22が捩り振動を行うことによって、第1の可動フレーム部16を固定端として、第2の可動フレーム部17とミラー部18とが一体となって、図3中矢印C方向に周波数2KHz、振れ角5度で揺動操作されることになる。更に、第2の弾性梁24が捩り振動を行うことによって、第2のフレーム部16を固定端として、ミラー部18が、図3中矢印B方向に周波数200Hz、振れ角5度で揺動操作されることになる。
【0040】
ここで、第1の弾性梁20の共振周波数は上述したように5Hzであるが、電気的サーボ帰還制御により、例えば周波数10Hzの交流磁界を印加して制限振動を行っている。すなわち、この第1の弾性梁20は非共振振動を行う非共振梁とされている。これに対して、第2の弾性梁24及び第3の弾性梁22は、それぞれ共振振動を行う共振梁とされている。したがって、2次元スキャナ10においては、第1の弾性梁20と第2の弾性梁24とはミラー部18を同一方向に揺動させるが、非共振振動によりミラー部18を揺動させる第1の弾性梁20による走査速度と走査範囲は、共振振動によりミラー部18を揺動させる第2の弾性梁24の走査速度と走査範囲に比べて、低速且つ広域となっている。
【0041】
次に、以上のような2次元スキャナ10を備える車両用2次元レーザレーダを用いて自車両前方の障害物を検出する動作について、図4乃至図7を参照して具体的に説明する。
【0042】
図4は、自車両40の前方に障害物が存在しない場合の様子を示している。この図4において、自車両40は、走行車線L1と追い越し車線L2の片側2車線の道路の走行車線L1を走行している。そして、自車両40に搭載された車両用2次元レーザレーダでは、自車両前方に今後現れることが予測される障害物を確実に検出できるように、レーザ光の水平方向の照射領域(水平方向走査範囲)S1を比較的広い範囲、例えば自車両40からその前方に40度の範囲に設定している。水平方向走査範囲S1を40度とした場合、2次元スキャナ10におけるミラー部18の水平方向における振れ角は、その半分の20度となる。また、図4においては図示をしないが、車両用2次元レーザレーダでは、レーザ光の垂直方向の照射領域(垂直方向走査範囲)が自車両40からその前方に10度の範囲に設定されており、2次元スキャナ10におけるミラー部18の垂直方向における振れ角は、その半分の5度となる。
【0043】
このときの2次元スキャナ10における第1及び第2の弾性梁20,24の振れ角を時間的に記録したグラフを図5に示す。図5(a)に示すように、第1の弾性梁20は、最大振れ角(片振幅)W1が7.5度、振動周期R1が100msecの正弦振動を行っている。また、図5(b)に示すように、第2の弾性梁24は、最大振れ角(片振幅)W2が2.5度、振動周期R2が5msecの正弦振動を行っている。なお、図5(b)は図5(a)における時間t0からt1を時間軸方向に拡大して示したグラフである。
【0044】
2次元スキャナ10における第1の弾性梁20は、上述したように非共振振動によりミラー部18を揺動させる非共振梁として構成されており、大振幅は容易である反面、振動周期(移動角速度)は遅く、車両用2次元レーザレーダとしての距離測定頻度を十分に取れない、すなわち、多くのレーザ光パルスを均一に照射できない。このため、2次元スキャナ10では、振動周期(移動角速度)が早い共振梁として構成された第2の弾性梁24も同時に正弦振動を行うようにして、第1の弾性梁20と第2の弾性梁24との連成振動により、大振幅且つ高速な振動を実現している。これら第1の弾性梁20と第2の弾性梁24とが連成振動を行う結果、2次元スキャナ10の水平方向におけるミラー部18の振れ角は、片振幅あたり第1の弾性梁20の7.5度に第2の弾性梁24の2.5度を加えた10度となり、全振幅で20度となる。その結果、車両用2次元レーザレーダの水平方向走査範囲は40度となる。
【0045】
また、車両用2次元レーザレーダでは、垂直方向に関してはレーザ光の照射範囲が比較的狭くてもよいため、2次元スキャナ10におけるミラー部18は、垂直方向に関して、第3の弾性梁22による高速共振振動を行っている。具体的には、第3の弾性梁22は、図示しないが、例えば最大振れ角(片振幅)が2.5度、振幅周期が0.5msecの正弦振動を行っている。
【0046】
図6は、自車両40の前方に障害物である先行車両41が存在する場合の様子を示している。このような場合、車両用2次元レーザレーダとしては、障害物判定手段9(図1参照)において、自車両40の前方に存在する物体が先行車両41であるか否かを早急に判別し、且つ先行車両41である場合には、その先行車両41までの距離及び方位を高精度に検出する必要がある。このため、車両用2次元レーザレーダでは、自車両40の前方に先行車両41等の物体が存在することを検知した場合には、その物体が存在する領域に集中的にレーザ光を照射して、一般的に追従測距或いはトラッキング測距と呼ばれる方法で、その物体までの距離及び方位を検出するようにしている。
【0047】
図6において、自車両40は、走行車線L1と追い越し車線L2の片側2車線の道路の走行車線L1を走行しており、自車両40前方の右4度の方向に先行車両41が位置している。そして、自車両40に搭載された車両用2次元レーザレーダでは、先行車両41の存在を検知した段階で、先行車両41が存在する領域に集中的にレーザ光を照射させるために、水平方向走査範囲S2を先行車両41を中心とした狭い範囲、例えば先行車両41を中心として10度の範囲に設定する。水平方向走査範囲S2を10度とした場合、2次元スキャナ10におけるミラー部18の水平方向における振れ角は、その半分の5度となる。また、図6においては図示をしないが、垂直方向走査範囲は10度の範囲に設定されており、2次元スキャナ10におけるミラー部18の垂直方向における振れ角は、その半分の5度となる。
【0048】
このときの2次元スキャナ10における第1及び第2の弾性梁20,24の振れ角を時間的に記録したグラフを図7に示す。時間t0において、障害物判定部9によって自車両40前方の右4度の方向に先行車両41が存在することが検知されると、制御部8(照射制御手段)による制御のもとで、第1の弾性梁20は、振れ角W3が右側4度で固定され、ミラー部18の向きを先行車両41の方向に維持させる。また、第2の弾性梁24は、最大振れ角(片振幅)が2.5度、振動周期が5msecの正弦振動を行い、ミラー部18を先行車両41の方向で揺動させる。
【0049】
ここで、仮に時間t1において先行車両41の位置が自車両40前方0度の位置に急変した場合には、制御部8による制御のもとで先行車両41への追従が行われ、第1の弾性梁20の振れ角が0度に固定される。そして、この位置で第2の弾性梁24が同様の正弦振動を行って、ミラー部18を先行車両41の方向で揺動させる。これにより、追従測距による先行車両41までの距離や方位の検出が高精度に行われることになる。
【0050】
なお、以上は、先行車両41の存在領域が急変した場合を例に挙げて説明したが、先行車両41が緩慢な動きをしている場合も同様に、追従測距による距離や方位の検出を有効に行うことができる。また、先行車両41以外にも、例えば歩行者や自転車、対向車等の検出を行う場合にも、高精度な検出が可能である。
【0051】
以上説明したように、本発明を適用した車両用2次元レーザレーダでは、2次元スキャナ10が非共振梁である第1の弾性梁20と共振梁である第2の弾性梁24とを併用してLD1からのレーザ光を水平方向に走査させるようにしており、共振型スキャナの利点と非共振型スキャナの利点との両立が図られている。すなわち、2次元スキャナ10は、良好な高速スキャン性能、高速応答性能、広い水平検出領域対応性能を兼ね備えた、小型化で低コストな光走査装置として構成されており、したがって、このような2次元スキャナ10を備える車両用2次元レーザレーダは、先行車両等の障害物を極めて高精度に検出することができる。また、この車両用2次元レーザレーダでは、2次元スキャナ10が以上のような構成とされていることによって、先行車両等の障害物までの距離や方位を追従測距により極めて迅速且つ高精度に検出することができる。
【0052】
なお、以上説明した例では、2次元スキャナ10における第1の弾性梁20と第2の弾性梁24とが、それぞれ非共振梁と共振梁とで構成されているが、これらの共振周波数を適切に選択すれば、双方を共振梁で構成した場合、或いは双方を非共振梁で構成した場合であっても、同様の効果を達成することが可能である。
【0053】
また、以上は、レーザ光を水平方向及び垂直方向に走査させる2次元スキャナ10に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、レーザ光を水平方向にのみ走査させる1次元のスキャナ装置に対しても有効に適用可能である。
【0054】
また、以上は、車両用2次元レーザレーダに用いられる2次元スキャナ10に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、以上の例に限定されるものではなく、揺動操作されるミラー部で光源からの光を反射させて所定の範囲に走査させる各種の光走査装置に対して広く適用可能である。
【0055】
(第2の実施形態)
次に、本発明を適用した車両用2次元レーザレーダの他の例について説明する。
【0056】
本実施形態の車両用2次元レーザレーダは、上述した第1の実施形態の車両用2次元レーザレーダと同様の構成を有し、2次元スキャナ10によってレーザ光を走査させる具体的な制御内容が、上述した第1の実施形態と異なるものである。以下、車両用2次元レーザレーダの各構成要素に対しては、第1の実施形態と同一の符号を付して重複した説明を省略し、本実施形態において特徴的な部分についてのみ説明する。
【0057】
本実施形態の車両用2次元レーザレーダでは、制御部8(照射制御手段)が、2次元スキャナ10における第2の弾性梁24及び第3の弾性梁22の相互の共振周波数の比に従い、第2の弾性梁24の捩り振動及び第3の弾性梁22の捩り振動のみによりミラー部18を揺動させたときに、所定の走査範囲内においてレーザ光が照射されない照射欠損部が生じるか否かを判定するようにしている。そして、このような照射欠損部が生じると判定されたときは、制御部8がその判定結果に基づいて第1の弾性梁20による捩り振動(非共振振動)を制御することで、照射欠損部の発生を抑制するようにしている。これによって、車両用2次元レーザレーダとしての信頼性が更に向上することになる。
【0058】
図8は、第2の弾性梁24及び第3の弾性梁22のみによりミラー部18を揺動操作した様子を、水平方向及び垂直方向の2次元にて表示したものであり、第2の弾性梁24の捩り振動及び第3の弾性梁22の捩り振動によりミラー部18を揺動操作したときのレーザ光の軌跡T1を前方のスクリーン上に投影したものである。この図8において、図中左右方向には、第2の弾性梁24の捩り振動によってレーザ光が走査され、図中上下方向には、第3の弾性梁22の捩り振動によってレーザ光が走査されている。ここで、第2の弾性梁24は、周波数200Hz、振れ角15度の共振振動でミラー部18を図中左右方向に揺動させている。また、第3の弾性梁22は、周波数1KHz、振れ角5度の共振振動でミラー部18を図中上下方向に揺動させている。
【0059】
この図8に示す例では、第2の弾性梁24及び第3の弾性梁22の周波数比が整数(1KHz/200Hz=5)となっているため、照射欠損部Bが定常的に生じ、レーザ光の軌跡T1もまた定常的な軌跡を描いている。このように、第2の弾性梁24及び第3の弾性梁22の周波数比が整数となっているときは、定常的に照射欠損部Bが生じて、レーザ光を所定の走査範囲に均一に照射させることができない。このような照射欠損部Bを生じさせないために、通常は、第2の弾性梁24及び第3の弾性梁24の周波数比が整数とならないように、それぞれの共振周波数を設定するが、第2の弾性梁24及び第3の弾性梁24の共振周波数は、周囲温度等の環境変化に応じて変化することも多く、照射欠損部Bを完全に生じさせないようにすることは困難である。
【0060】
そこで、本実施形態の車両用2次元レーザレーダでは、制御部8が第2の弾性梁24及び第3の弾性梁22の周波数比に応じて第1の弾性梁20による捩り振動(非共振振動)を制御することによって、以上のような照射欠損部Bの発生を抑制するようにしている。
【0061】
図9は、第2の弾性梁24及び第3の弾性梁22に第1の弾性梁20を加えてミラー部18を揺動操作した様子を水平方向及び垂直方向の2次元にて表示したものであり、第1乃至第3の弾性梁20,22,24の捩り振動によりミラー部18を揺動操作したときのレーザ光の軌跡T2を前方のスクリーン上に投影したものである。この図9において、図中左右方向には、第1の弾性梁20の捩り振動及び第2の弾性梁24の捩り振動によってレーザ光が走査され、図中上下方向には、第3の弾性梁22の捩り振動によってレーザ光が走査されている。ここで、第1の弾性梁20は、周波数10Hz、振れ角15度の非共振振動でミラー部18を図中左右方向に揺動させている。また、第2の弾性梁24は、周波数200Hz、振れ角5度の共振振動でミラー部18を図中左右方向に揺動させている。また、第3の弾性梁22は、周波数1KHz、振れ角5度の共振振動でミラー部18を図中上下方向に揺動させている。
【0062】
この図9に示す例では、図中左右方向(水平方向)に関し、第1の弾性梁20が振れ角15度の非共振振動でミラー部18を揺動させて、レーザ光を水平走査範囲の全域に亘り走査させている間に、第2の弾性梁24が振れ角5度の共振振動でミラー部18を揺動させて、レーザ光を微小区間にて細かく走査させている。したがって、この例では、このような第1の弾性梁20と第2の弾性梁24とによる連成振動によってレーザ光が満遍なく走査されることになり、照射欠損部Bの発生が抑制される。
【0063】
なお、以上の例のように、第2の弾性梁24及び第3の弾性梁22の周波数比が整数となっているときは、実際には微小な照射欠損部Bが生じているが、このような微小な照射欠損部Bは、自車両前方に均一にレーザ光を照射するという車両用2次元レーザレーダとしての本来の目的からすれば、問題とならないものである。
【0064】
(第3の実施形態)
次に、車両前方の所定の位置にレーザ光を走査させて所定の情報を描画する車両用描画装置に本発明を適用した例について具体的に説明する。
【0065】
本発明を適用した車両用描画装置の全体構成を図10に示す。この図10に示す車両用描画装置は、自車両前方に障害物が存在する場合にその近傍にマークを描画表示させることで、運転者に注意を促す描画警告ディスプレイとして構成されるものであり、上述した車両用2次元レーザレーダと同様の照射系及び走査系を有している。そして、この車両用描画装置では、上述した車両用2次元レーザレーダにおける受光系の代わりに、前方センサ50を備えており、前方センサ50からの情報をもとに障害物判定部9において自車両前方に障害物が存在することが検出されたときに、制御部8による制御のもとで照射系及び走査系を駆動して、障害物の近傍に所定のマークを描画表示させるようになっている。以下、この車両用描画装置の説明において、上述した車両用2次元レーザレーダと同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、重複した説明は省略する。
【0066】
前方センサ50としては、例えば、可視カメラや赤外線カメラ、レーザレーダ、電磁波レーダ等が有効に適用可能である。この前方センサ50からの情報は、制御部8を介して障害物判定部9に送られる。障害物判定部9は、前方センサ50からの情報に基づいて、自車両前方に自車両の走行の妨げとなる障害物が存在するかどうかを判定する。
【0067】
障害物判定部9によって自車両前方に障害物が存在すると判定された場合、制御部8は、照射系のLD駆動回路2にLD1を発光させる旨の発光司令を出力すると共に、走査系の第1乃至第3の走査駆動部5a,5b,5cに2次元スキャナ10を駆動させる指令を出力する。そして、LD駆動回路2が、制御部8からの発光司令を受けてLD1を発光させ、第1乃至第3の走査駆動部5a,5b,5cが、制御部8からの指令振れ角に応じて2次元スキャナ10のミラー部18を揺動させる。これにより、LD1から出射されたレーザ光が、2次元スキャナ10及び反射ミラー7により順次反射されて、自車両前方に存在する障害物の近傍に照射され、この位置に、制御部8による制御に応じた所定のマークが描画表示されることになる。
【0068】
以上のように構成される車両用描画装置において、2次元スキャナ10は、上述した車両用2次元レーザレーダにおける2次元スキャナ10と同様の構造となっている。すなわち、この2次元スキャナ10では、第1の弾性梁20及び第2の弾性梁24の捩り振動によりミラー部18を揺動操作して、LD1からのレーザ光を水平方向に走査させると共に、第3の弾性梁22の捩り振動によりミラー部18が揺動操作して、LD1からのレーザ光を垂直方向に走査させるようになっている。そして、レーザ光を水平方向に走査させる第1の弾性梁20と第2の弾性梁24とでは、第1の弾性梁20が非共振梁で構成されているのに対して、第2の弾性梁24が共振梁で構成され、第1の弾性梁20による走査速度と走査範囲が、第2の弾性梁24の走査速度と走査範囲に比べて低速且つ広域となっている。
【0069】
次に、以上のような車両用描画装置の動作について、図11を参照して具体的に説明する。なお、図11は、自車両40の前方に自車両40の走行の妨げとなる歩行者42が存在する場合の様子を示している。
【0070】
図11において、自車両40は、走行車線L1と追い越し車線L2の片側2車線の道路の走行車線L1を走行しており、自車両40前方の左15度の方向に歩行者42が位置している。そして、自車両40に搭載された車両用描画装置では、自車両40前方の様子が前方センサ50によって検出され、障害物判定部9によって歩行者42の存在が検知された段階で、歩行者42の近傍にマーク51を滑らかに描画表示するために、2次元スキャナ10の水平方向走査範囲S3を歩行者42近傍の比較的狭い範囲、例えば10度の範囲に設定する。また、図9においては図示をしないが、垂直方向走査範囲は10度の範囲に設定される。
【0071】
2次元スキャナ10の走査範囲が以上のように設定されると、制御部8(描画制御手段)による制御のもとで、2次元スキャナ10の第1の弾性梁20が、振れ角が左側15度で固定され、ミラー部18の向きが歩行者42の近傍、例えば歩行者42直前の路面の方向に維持される。また、2次元スキャナ10の第2の弾性梁24は、例えば最大振れ角が2.5度、振動周期が5msecの正弦振動を行い、第3の弾性梁22は、例えば最大振れ角が2.5度、振幅周期が0.5msecの正弦振動を行って、ミラー部18を歩行者42直前の路面に向かう方向にて揺動させる。
【0072】
また、これと同時に、LD1からレーザ光が出射され、このレーザ光が2次元スキャナ10及び反射ミラー7により反射されることで、歩行者42直前の路面上にて走査される。これにより、歩行者42直前の路面上に、例えば三角形のマーク51が描画表示され、このマーク51の描画表示によって、自車両40の前方に歩行者42が存在することが運転者に報知される。
【0073】
なお、以上の例では、歩行者42直前の路面上に三角形のマーク51を描画表示することで、自車両40の前方に歩行者42が存在することを運転者に報知するようにしているが、マーク51を描画表示する位置やそのマーク51の形状等は以上の例に限定されるものではなく、その状況に応じて最適な表示位置や形状等を適宜選択すればよい。また、歩行者42以外にも、例えば先行車両や自転車、対向車等が存在する場合にも、以上の例と同様に所定のマーク51を描画表示して、運転者に注意を促すことが可能である。
【0074】
以上説明したように、本発明を適用した車両用描画装置では、2次元スキャナ10が非共振梁である第1の弾性梁20と共振梁である第2の弾性梁24とを併用してLD1からのレーザ光を水平方向に走査させるようにしており、共振型スキャナの利点と非共振型スキャナの利点との両立が図られている。したがって、このような2次元スキャナ10を備える車両用描画装置は、自車両前方に障害物が存在する場合に、それを運転者に報知するためのマークを所定の位置に適切且つ滑らかに描画表示することができ、運転者に注意を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した車両用2次元レーザレーダの全体構成を概略的に示すブロック図である。
【図2】前記車両用2次元レーザレーダが備える2次元スキャナを模式的に示す側面図である。
【図3】前記2次元スキャナの平面図である。
【図4】前記車両用2次元レーザレーダを用いて自車両前方の障害物を検出する動作を説明する図であり、自車両前方に障害物が存在しない場合の様子を示す図である。
【図5】前記2次元スキャナにおける第1及び第2の弾性梁の振れ角を時間的に記録したグラフを示す図である。
【図6】前記車両用2次元レーザレーダを用いて自車両前方の障害物を検出する動作を説明する図であり、自車両前方に先行車両が存在する場合の様子を示す図である。
【図7】先行車両に対して追従測距を行う際の前記2次元スキャナにおける第1及び第2の弾性梁の振れ角を時間的に記録したグラフを示す図である。
【図8】第2の弾性梁及び第3の弾性梁のみによりミラー部を揺動操作した際のレーザ光の軌跡を水平方向及び垂直方向の2次元にて示した図である。
【図9】第2の弾性梁及び第3の弾性梁に第1の弾性梁を加えてミラー部を揺動操作した際のレーザ光の軌跡を水平方向及び垂直方向の2次元にて示した図である。
【図10】本発明を適用した車両用描画装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。
【図11】前記車両用描画装置を用いて自車両前方の障害物の近傍に所定のマークを描画表示する動作を説明する図であり、自車両前方に歩行者が存在する場合の様子を示す図である。
【符号の説明】
1 レーザダイオード(LD)
2 LD駆動回路
3 フォトディテクタ(PD)
4 受光回路
5a,5b,5c 走査駆動部
6a,6b,6c 走査位置検出部
8 制御部
9 障害物判定部
10 2次元スキャナ
18 ミラー部
20 第1の弾性梁
22 第3の弾性梁
24 第2の弾性梁
50 前方センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning device that reflects light from a light source by a mirror unit that is oscillated and scans it within a predetermined range, an object detection device using the same, and a drawing device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical scanning device that scans light from a light source and irradiates an object has been proposed, and is used for, for example, a vehicle laser radar. The vehicle laser radar irradiates an object around the vehicle with a laser beam using an optical scanning device, detects a reflected laser beam from the object, and emits laser light emitted from the optical scanning device and the object. Based on the relationship with the reflected laser beam, the distance to the object, the direction, and the like are detected.
[0003]
In such a vehicle laser radar, for example, high detection performance is required so that obstacles in front of the vehicle can be reliably detected and safe driving of the vehicle can be effectively supported. Various research and developments have been actively conducted to achieve this (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
In
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-8-152476
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to improve the detection accuracy of the above-described vehicle laser radar, in particular, the two-dimensional laser radar that scans the emitted laser light in the two-dimensional direction and irradiates the object, the performance of the optical scanning device used therefor The following performance is required. The first is high-speed scanning performance. This is a performance particularly required in order to quickly find an obstacle ahead of the host vehicle. Second, high-speed response performance. This is because it is required to sharply change the detection area in order to reliably detect an interrupted vehicle or a pedestrian in front of the host vehicle. Third, the wide horizontal detection area support performance. This is because it is required to set a detection region in a wide range in the horizontal direction in order to quickly detect an interrupting vehicle ahead of the host vehicle. And for vehicle mounting, it is required that the above performance can be realized in a small size and at low cost.
[0007]
In an optical scanning apparatus having a structure in which a mirror is swung to scan light, a driving method using a non-resonant frequency region and a method using a resonant frequency region are generally used. Among these, the non-resonant type optical scanning device that drives the mirror using the non-resonant frequency region is excellent in the high-speed response performance to a step-like sudden input and the performance corresponding to a wide horizontal detection region. There are problems such as insufficient high-speed scanning performance due to low, large size of drive device due to operating in non-resonant region where energy efficiency is low, and high cost, and to apply to 2D laser radar, It is required to solve these problems.
[0008]
On the other hand, the resonance type optical scanning device that drives the mirror using the resonance frequency region can achieve a high speed scanning performance by setting the resonance frequency high, and can operate with a small amount of energy. The higher the resonance Q is, the higher the amplitude is obtained with less vibration energy, but the higher the resonance Q is, the higher the resonance Q is, the larger the reverberation vibration, the greater the sudden amplitude. This type of optical scanning device has the problems that it is difficult to achieve both efficiency and responsiveness, such as inability to change, and that it is difficult to secure a wide horizontal detection area due to the high resonance frequency. However, it is difficult to apply to a two-dimensional laser radar as it is.
[0009]
Although the technique disclosed in
[0010]
The present invention was devised in view of the above-described conventional situation, and provides an optical scanning device having a novel structure that has both a non-resonant type advantage and a resonant type advantage. It is an object to provide an object detection device and a drawing device using the above.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The optical scanning device according to the present invention reflects light from a light source by a mirror unit that is oscillated and scans within a predetermined range.Formed by a non-resonant beam that oscillates the mirror portion by non-resonant vibration, and formed by a first scanner means that scans light from the light source in the horizontal direction, and a resonance beam that oscillates the mirror portion by resonance vibration, A second scanner unit that scans light from a light source in a horizontal direction at a scanning speed that is lower than that of the first scanner unit and in a wide scanning range; and a first scanner unit when an irradiation target is specified Irradiating control means for maintaining the orientation of the mirror portion in the direction of the irradiation target by the rotation and swinging the mirror portion in the direction of the irradiation target by the resonance vibration of the second scanner means.It is characterized by this.
In another optical scanning device according to the present invention, light from a light source is reflected by a mirror unit that is oscillated and scanned within a predetermined range, and the mirror unit is oscillated by non-resonant vibration. A first scanner unit that is formed by a resonant beam and that scans light from the light source in the horizontal direction and a resonant beam that swings the mirror portion by resonant vibration, and has a lower scanning speed than the first scanner unit. In a wide scanning range, the second scanner means that scans light from the light source in the horizontal direction and a resonance beam that swings the mirror portion by resonance vibration scans light from the light source in the vertical direction. It is determined whether or not an irradiation defect portion is generated according to the resonance frequency ratio between the third scanner unit and the second scanner unit and the third scanner unit, and the non-existence of the first scanner unit is determined based on the determination result. Resonant vibration It is characterized in further comprising an irradiation control means for controlling the.
[0012]
The object detection device according to the present invention includes a light source, an optical scanning device that reflects light from the light source by a mirror unit that is operated to swing and scans within a predetermined range, and receives reflected light from an irradiation target. And a distance calculation unit that calculates a distance and an azimuth to the irradiation target based on an output from the light receiving unit, and the optical scanning device includes:Formed by a non-resonant beam that oscillates the mirror portion by non-resonant vibration, and formed by a first scanner means that scans light from the light source in the horizontal direction, and a resonance beam that oscillates the mirror portion by resonance vibration, A second scanner unit that scans light from a light source in a horizontal direction at a scanning speed that is lower than that of the first scanner unit and in a wide scanning range; and a first scanner unit when an irradiation target is specified Irradiating control means for maintaining the orientation of the mirror portion in the direction of the irradiation target by the rotation and swinging the mirror portion in the direction of the irradiation target by the resonance vibration of the second scanner means.It is characterized by this.
In addition, another object detection device according to the present invention includes a light source, an optical scanning device that reflects light from the light source by a mirror unit that is oscillated, and scans within a predetermined range, and reflected light from an irradiation target. A light receiving means for receiving light and a distance calculating means for calculating a distance and an azimuth to the irradiation object based on an output from the light receiving means, and the optical scanning device is configured to swing the mirror portion by non-resonant vibration. A first scanner unit that is formed by a resonant beam and that scans light from the light source in the horizontal direction and a resonant beam that swings the mirror portion by resonant vibration, and has a lower scanning speed than the first scanner unit. In a wide scanning range, the second scanner means that scans light from the light source in the horizontal direction and a resonance beam that swings the mirror portion by resonance vibration scans light from the light source in the vertical direction. Third scan Is determined according to the ratio of the resonance frequency between the first scanner means and the second scanner means and the third scanner means, and the non-resonant vibration of the first scanner means is controlled based on the determination result. And an irradiation control means.
[0013]
Further, the drawing apparatus according to the present invention includes a light source, an optical scanning device that reflects light from the light source by a mirror unit that is operated to swing and scans a predetermined range, and predetermined information is drawn at a predetermined position. And a drawing control means for controlling the operation of the light source and the optical scanning device.Formed by a non-resonant beam that oscillates the mirror portion by non-resonant vibration, and formed by a first scanner means that scans light from the light source in the horizontal direction, and a resonance beam that oscillates the mirror portion by resonance vibration, A second scanner unit that scans light from a light source in a horizontal direction at a scanning speed that is lower than that of the first scanner unit and in a wide scanning range; and a first scanner unit when an irradiation target is specified Irradiating control means for maintaining the orientation of the mirror portion in the direction of the irradiation target by the rotation and swinging the mirror portion in the direction of the irradiation target by the resonance vibration of the second scanner means.It is characterized by this.
In addition, another drawing apparatus according to the present invention includes a light source, an optical scanning device that reflects light from the light source by a mirror unit that is operated to swing and scans within a predetermined range, and predetermined information at a predetermined position. And a drawing control means for controlling the operation of the light source and the optical scanning device, and the optical scanning device is formed by a non-resonant beam that swings the mirror portion by non-resonant vibration, and emits light from the light source. The first scanner means that scans in the horizontal direction and the resonant beam that swings the mirror portion by resonance vibration, and at a lower scanning speed than the first scanner means and in a wide scanning range, from the light source. Second scanner means for scanning light in the horizontal direction, third scanner means for scanning light from the light source in the vertical direction, formed by a resonant beam that swings the mirror portion by resonance vibration, and a second scanner Means and third An irradiation control unit that determines whether or not an irradiation defect portion is generated according to a resonance frequency ratio between the caner units, and controls non-resonant vibration of the first scanner unit based on the determination result. Is.
[0014]
【The invention's effect】
According to the present invention, both the advantages of the resonance type and the advantages of the non-resonance type are realized by swinging the mirror unit using the first scanner unit and the second scanner unit together, which is favorable. Therefore, it is possible to realize a compact and low-cost optical scanning device that combines high-speed scanning performance, high-speed response performance, and wide horizontal detection area compatibility. Further, by using such an optical scanning device, the performance of the object detection device and the drawing device can be made extremely good.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
(First embodiment)
First, an example in which the present invention is applied to a vehicle two-dimensional laser radar will be described in detail.
[0017]
FIG. 1 shows the overall configuration of a vehicle two-dimensional laser radar to which the present invention is applied. The vehicle two-dimensional laser radar shown in FIG. 1 includes an irradiation system having a laser diode (hereinafter abbreviated as LD) 1 and an
[0018]
The controller 8 outputs a light emission command for causing the
[0019]
The two-
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
Here, the two-
[0023]
As shown in FIG. 2, the two-
[0024]
This
[0025]
The fixed
[0026]
The above-described portions of the
[0027]
The pair of first
[0028]
The
[0029]
In addition, the second
[0030]
With the structure as described above, the
[0031]
A
[0032]
The first scanning
[0033]
A pair of
[0034]
The respective
[0035]
The
[0036]
Next, the operation of the two-
[0037]
In the two-
[0038]
Accordingly, a local magnetic field in the vertical direction in FIG. 3 is applied to the first
[0039]
When the first
[0040]
Here, the resonance frequency of the first
[0041]
Next, an operation for detecting an obstacle ahead of the host vehicle using the vehicle two-dimensional laser radar including the two-
[0042]
FIG. 4 shows a state where no obstacle exists in front of the
[0043]
FIG. 5 shows a graph in which the deflection angles of the first and second
[0044]
As described above, the first
[0045]
Further, in the vehicular two-dimensional laser radar, the irradiation range of the laser beam may be relatively narrow in the vertical direction. Resonant vibration is performed. Specifically, although not shown, the third
[0046]
FIG. 6 shows a state where a preceding vehicle 41 that is an obstacle is present in front of the
[0047]
In FIG. 6, the
[0048]
A graph in which the deflection angles of the first and second
[0049]
Here, if the position of the preceding vehicle 41 suddenly changes to a position of 0 degrees ahead of the
[0050]
In the above description, the case where the existence area of the preceding vehicle 41 has suddenly changed has been described as an example. Similarly, when the preceding vehicle 41 is moving slowly, the distance and the direction are detected by the tracking distance measurement. It can be done effectively. In addition to the preceding vehicle 41, for example, when detecting a pedestrian, a bicycle, an oncoming vehicle, or the like, highly accurate detection is possible.
[0051]
As described above, in the vehicle two-dimensional laser radar to which the present invention is applied, the two-
[0052]
In the example described above, the first
[0053]
Further, the example in which the present invention is applied to the two-
[0054]
Further, the example in which the present invention is applied to the two-
[0055]
(Second Embodiment)
Next, another example of the vehicle two-dimensional laser radar to which the present invention is applied will be described.
[0056]
The two-dimensional laser radar for vehicles according to the present embodiment has the same configuration as the two-dimensional laser radar for vehicles according to the first embodiment described above, and has specific control contents for scanning the laser beam by the two-
[0057]
In the two-dimensional laser radar for vehicles according to the present embodiment, the control unit 8 (irradiation control means) performs the first operation according to the ratio of the resonance frequencies of the second
[0058]
FIG. 8 shows a state in which the
[0059]
In the example shown in FIG. 8, since the frequency ratio of the second
[0060]
Therefore, in the vehicle two-dimensional laser radar of this embodiment, the control unit 8 causes torsional vibration (non-resonant vibration) caused by the first
[0061]
FIG. 9 shows the state in which the first
[0062]
In the example shown in FIG. 9, with respect to the horizontal direction (horizontal direction) in the figure, the first
[0063]
As in the above example, when the frequency ratio between the second
[0064]
(Third embodiment)
Next, an example in which the present invention is applied to a vehicle drawing apparatus that draws predetermined information by scanning a laser beam at a predetermined position in front of the vehicle will be described in detail.
[0065]
FIG. 10 shows the overall configuration of a vehicle drawing apparatus to which the present invention is applied. The vehicle drawing device shown in FIG. 10 is configured as a drawing warning display that draws a mark in the vicinity of an obstacle in front of the host vehicle to draw attention to the driver, It has the same irradiation system and scanning system as the above-described two-dimensional laser radar for vehicles. The vehicle drawing apparatus includes a
[0066]
As the
[0067]
When the
[0068]
In the vehicle drawing apparatus configured as described above, the two-
[0069]
Next, the operation of the vehicle drawing apparatus as described above will be specifically described with reference to FIG. FIG. 11 shows a state where a
[0070]
In FIG. 11, the
[0071]
When the scanning range of the two-
[0072]
At the same time, laser light is emitted from the
[0073]
In the above example, the
[0074]
As described above, in the vehicle drawing apparatus to which the present invention is applied, the two-
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a vehicular two-dimensional laser radar to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a side view schematically showing a two-dimensional scanner provided in the two-dimensional laser radar for vehicles.
FIG. 3 is a plan view of the two-dimensional scanner.
FIG. 4 is a diagram for explaining an operation of detecting an obstacle ahead of the host vehicle using the two-dimensional laser radar for a vehicle, and showing a state when no obstacle exists in front of the host vehicle.
FIG. 5 is a graph showing temporal recording of deflection angles of the first and second elastic beams in the two-dimensional scanner.
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation of detecting an obstacle ahead of the host vehicle using the vehicle two-dimensional laser radar, and is a diagram illustrating a state where a preceding vehicle exists in front of the host vehicle.
FIG. 7 is a graph showing temporally recorded deflection angles of the first and second elastic beams in the two-dimensional scanner when performing tracking distance measurement with respect to a preceding vehicle.
FIG. 8 is a diagram showing a trajectory of laser light in two dimensions in a horizontal direction and a vertical direction when a mirror unit is swung only by a second elastic beam and a third elastic beam.
FIG. 9 shows two-dimensional horizontal and vertical trajectories of the laser beam when the first elastic beam is added to the second elastic beam and the third elastic beam to swing the mirror unit. FIG.
FIG. 10 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a vehicle drawing apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 11 is a diagram for explaining an operation of drawing and displaying a predetermined mark in the vicinity of an obstacle in front of the host vehicle using the vehicle drawing device, and shows a situation when a pedestrian is present in front of the host vehicle. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Laser diode (LD)
2 LD drive circuit
3 Photo detector (PD)
4 Light receiving circuit
5a, 5b, 5c Scan driver
6a, 6b, 6c Scanning position detector
8 Control unit
9 Obstacle judgment part
10 Two-dimensional scanner
18 Mirror part
20 First elastic beam
22 Third elastic beam
24 Second elastic beam
50 Front sensor
Claims (10)
前記ミラー部を非共振振動により揺動させる非共振梁により形成され、前記光源からの光を水平方向に走査する第1のスキャナ手段と、
前記ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、前記第1のスキャナ手段と比べて低速の走査速度で且つ広域の走査範囲で、前記光源からの光を水平方向に走査する第2のスキャナ手段と、
照射対象が特定されたときに、前記第1のスキャナ手段により前記ミラー部の向きを前記照射対象の方向に維持させると共に、前記第2のスキャナ手段の共振振動により前記ミラー部を前記照射対象の方向で揺動させる照射制御手段と、を備えることを特徴とする光走査装置。In an optical scanning device that scans a predetermined range by reflecting light from a light source with a mirror unit that is oscillated,
A first scanner means that is formed of a non-resonant beam that swings the mirror part by non-resonant vibration, and that scans light from the light source in a horizontal direction ;
A second beam is formed by a resonant beam that swings the mirror portion by resonance vibration, and scans light from the light source in the horizontal direction at a scanning speed lower than that of the first scanner means and in a wide scanning range . The scanner means ,
When the irradiation target is specified, the first scanner unit maintains the direction of the mirror unit in the direction of the irradiation target, and the mirror unit is placed on the irradiation target by resonance vibration of the second scanner unit. And an irradiation control means for swinging in the direction .
前記ミラー部を非共振振動により揺動させる非共振梁により形成され、前記光源からの光を水平方向に走査する第1のスキャナ手段と、A first scanner means formed by a non-resonant beam that swings the mirror part by non-resonant vibration, and scans light from the light source in a horizontal direction;
前記ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、前記第1のスキャナ手段と比べて低速の走査速度で且つ広域の走査範囲で、前記光源からの光を水平方向に走査する第2のスキャナ手段と、A second beam is formed by a resonant beam that swings the mirror portion by resonant vibration, and scans light from the light source in a horizontal direction at a scanning speed lower than that of the first scanner means and in a wide scanning range. The scanner means,
前記ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、前記光源からの光を垂直方向に走査する第3のスキャナ手段と、A third scanner unit formed by a resonant beam for swinging the mirror unit by resonant vibration, and scanning light from the light source in a vertical direction;
前記第2のスキャナ手段及び第3のスキャナ手段相互の共振周波数の比に従い照射欠損部が生じるか否かを判定し、その判定結果に基づいて前記第1のスキャナ手段の非共振振動を制御する照射制御手段と、を備えることを特徴とする光走査装置。It is determined whether or not an irradiation defect portion is generated according to the resonance frequency ratio between the second scanner unit and the third scanner unit, and the non-resonant vibration of the first scanner unit is controlled based on the determination result. And an irradiation control means.
前記光源からの光を揺動操作されるミラー部で反射させて所定の範囲に走査させる光走査装置と、An optical scanning device that reflects light from the light source by a mirror unit that is oscillated and scans the light within a predetermined range;
照射対象からの反射光を受光する受光手段と、A light receiving means for receiving reflected light from the irradiation target;
前記受光手段からの出力をもとに、前記照射対象までの距離及び方位を算出する距離算出手段とを備え、Based on the output from the light receiving means, comprising a distance calculating means for calculating the distance and azimuth to the irradiation target,
前記光走査装置が、The optical scanning device is
前記ミラー部を非共振振動により揺動させる非共振梁により形成され、前記光源からのFormed by a non-resonant beam that swings the mirror part by non-resonant vibration, 光を水平方向に走査する第1のスキャナ手段と、First scanner means for scanning light horizontally,
前記ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、前記第1のスキャナ手段と比べて低速の走査速度で且つ広域の走査範囲で、前記光源からの光を水平方向に走査する第2のスキャナ手段と、A second beam is formed by a resonant beam that swings the mirror portion by resonant vibration, and scans light from the light source in a horizontal direction at a scanning speed lower than that of the first scanner means and in a wide scanning range. The scanner means,
照射対象が特定されたときに、前記第1のスキャナ手段により前記ミラー部の向きを前記照射対象の方向に維持させると共に、前記第2のスキャナ手段の共振振動により前記ミラー部を前記照射対象の方向で揺動させる照射制御手段と、を備えることを特徴とする物体検出装置。When the irradiation target is specified, the first scanner unit maintains the direction of the mirror unit in the direction of the irradiation target, and the mirror unit is placed on the irradiation target by resonance vibration of the second scanner unit. And an irradiation control means for swinging in the direction.
前記光源からの光を揺動操作されるミラー部で反射させて所定の範囲に走査させる光走査装置と、An optical scanning device that reflects light from the light source by a mirror unit that is oscillated and scans the light within a predetermined range;
照射対象からの反射光を受光する受光手段と、A light receiving means for receiving reflected light from the irradiation target;
前記受光手段からの出力をもとに、前記照射対象までの距離及び方位を算出する距離算出手段とを備え、Based on the output from the light receiving means, comprising a distance calculating means for calculating the distance and azimuth to the irradiation target,
前記光走査装置が、The optical scanning device is
前記ミラー部を非共振振動により揺動させる非共振梁により形成され、前記光源からの光を水平方向に走査する第1のスキャナ手段と、A first scanner means formed by a non-resonant beam that swings the mirror part by non-resonant vibration, and scans light from the light source in a horizontal direction;
前記ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、前記第1のスキャナ手段と比べて低速の走査速度で且つ広域の走査範囲で、前記光源からの光を水平方向に走査する第2のスキャナ手段と、A second beam is formed by a resonant beam that swings the mirror portion by resonant vibration, and scans light from the light source in a horizontal direction at a scanning speed lower than that of the first scanner means and in a wide scanning range. The scanner means,
前記ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、前記光源からの光を垂直方向に走査する第3のスキャナ手段と、A third scanner unit formed by a resonant beam for swinging the mirror unit by resonant vibration, and scanning light from the light source in a vertical direction;
前記第2のスキャナ手段及び第3のスキャナ手段相互の共振周波数の比に従い照射欠損部が生じるか否かを判定し、その判定結果に基づいて前記第1のスキャナ手段の非共振振動を制御する照射制御手段と、を備えることを特徴とする物体検出装置。It is determined whether or not an irradiation defect portion is generated according to the resonance frequency ratio between the second scanner unit and the third scanner unit, and the non-resonant vibration of the first scanner unit is controlled based on the determination result. And an irradiation control means.
前記光源からの光を揺動操作されるミラー部で反射させて所定の範囲に走査させる光走査装置と、An optical scanning device that reflects light from the light source by a mirror unit that is oscillated and scans the light within a predetermined range;
所定の位置に所定の情報が描画されるように前記光源及び光走査装置の動作を制御する描画制御手段とを備え、Drawing control means for controlling the operation of the light source and the optical scanning device so that predetermined information is drawn at a predetermined position;
前記光走査装置が、The optical scanning device is
前記ミラー部を非共振振動により揺動させる非共振梁により形成され、前記光源からの光を水平方向に走査する第1のスキャナ手段と、A first scanner means formed by a non-resonant beam that swings the mirror part by non-resonant vibration, and scans light from the light source in a horizontal direction;
前記ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、前記第1のスキャナ手段と比べて低速の走査速度で且つ広域の走査範囲で、前記光源からの光を水平方向に走査する第2のスキャナ手段と、A second beam is formed by a resonant beam that swings the mirror portion by resonant vibration, and scans light from the light source in a horizontal direction at a scanning speed lower than that of the first scanner means and in a wide scanning range. The scanner means,
照射対象が特定されたときに、前記第1のスキャナ手段により前記ミラー部の向きを前記照射対象の方向に維持させると共に、前記第2のスキャナ手段の共振振動により前記ミラー部を前記照射対象の方向で揺動させる照射制御手段と、を備えることを特徴とする描画装置。When the irradiation target is specified, the first scanner unit maintains the direction of the mirror unit in the direction of the irradiation target, and the mirror unit is placed on the irradiation target by resonance vibration of the second scanner unit. And an irradiation control means for swinging in a direction.
前記光源からの光を揺動操作されるミラー部で反射させて所定の範囲に走査させる光走査装置と、An optical scanning device that reflects light from the light source by a mirror unit that is oscillated and scans the light within a predetermined range;
所定の位置に所定の情報が描画されるように前記光源及び光走査装置の動作を制御する描画制御手段とを備え、Drawing control means for controlling the operation of the light source and the optical scanning device so that predetermined information is drawn at a predetermined position;
前記光走査装置が、The optical scanning device is
前記ミラー部を非共振振動により揺動させる非共振梁により形成され、前記光源からのFormed by a non-resonant beam that swings the mirror part by non-resonant vibration, 光を水平方向に走査する第1のスキャナ手段と、First scanner means for scanning light horizontally,
前記ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、前記第1のスキャナ手段と比べて低速の走査速度で且つ広域の走査範囲で、前記光源からの光を水平方向に走査する第2のスキャナ手段と、A second beam is formed by a resonant beam that swings the mirror portion by resonant vibration, and scans light from the light source in a horizontal direction at a scanning speed lower than that of the first scanner means and in a wide scanning range. The scanner means,
前記ミラー部を共振振動により揺動させる共振梁により形成され、前記光源からの光を垂直方向に走査する第3のスキャナ手段と、A third scanner unit formed by a resonant beam for swinging the mirror unit by resonant vibration, and scanning light from the light source in a vertical direction;
前記第2のスキャナ手段及び第3のスキャナ手段相互の共振周波数の比に従い照射欠損部が生じるか否かを判定し、その判定結果に基づいて前記第1のスキャナ手段の非共振振動を制御する照射制御手段と、を備えることを特徴とする描画装置。It is determined whether or not an irradiation defect portion is generated according to the resonance frequency ratio between the second scanner unit and the third scanner unit, and the non-resonant vibration of the first scanner unit is controlled based on the determination result. And a radiation control unit.
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