JP6309754B2 - レーザレーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、自車両の前方に位置する物標を検出し、これらの物標と自車両との相対距離や相対速度を測定する技術に関する。

特許文献１には、ポリゴンミラーに高反射率面と低反射率面とを形成することにより、反射波の強度が高すぎるときには低反射率面を使用して受光信号が所定の閾値を上回らないようにする点が記載されている。

また、特許文献２には、ポリゴンミラーに当たる角度により受光量を変化させる点、水平方向の走査には別途ガルバノミラーを用いる点が記載されている。

特開２００５−７７３７９号公報 特開２０１１−２５７１９３号公報

しかし、上記特許文献１，２に記載の技術には、次のような問題があった。
まず、特許文献１に記載の技術では、反射波の強度が高すぎるときに低反射率面を使用して受光量を下げるため、近距離に存在する物体を検出する場合には好適であるが、遠距離に存在する物体を検出するために受光量を上げるという要請には応えることができないという問題があった。

また、特許文献２に記載の技術では、ポリゴンミラーに当たる角度により受光量を変化させるため、受光量を下げることが可能であり、近距離に存在する物体を検出する場合には好適であるが、遠距離に存在する物体を検出するために受光量を上げるという要請には応えることができないという問題があった。また、特許文献２に記載の技術では、水平方向の走査には別途ガルバノミラーを用いるため、構成が複雑になるという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で、遠距離に存在する物体を精度良く検出するとともに、より遠距離に存在する物体の検出を可能とする技術を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明によれば、複数のミラー面（４ｅ）のうちの一つ以上（４ｅ）（以下ミラー面Ａ）の面積ＳＡと他のミラー面（４ｅ）（以下ミラー面Ｂ）の面積ＳＢとの間には次の式（１）の関係が成り立つよう構成されている。

ＳＡ＞ＳＢ・・・式（１）
このことにより、ミラー面Ａ（５ｂ）がミラー面Ｂ（５ｂ）よりも多くの入射光を受光することができるので、このミラー面Ａ（５ｂ）を用いれば、遠距離に存在する物体を検出するために受光量を上げることができる。また、特許文献２に記載の技術とは異なり、ガルバノミラーなどの構成を備える必要がなく、構造が複雑になることはない。

したがって、本発明によれば、簡単な構成で、遠距離に存在する物体を精度良く検出するとともに、より遠距離に存在する物体の検出を可能とすることができる。

本実施形態のレーザレーダ装置の使用状況を示す概略図である。 （ａ）は本実施形態のレーザレーダ装置の全体構成を示す概略図であり、（ｂ）はその光学部品の構成を示す概略図である。 本実施形態のポリゴンミラーの構成を示す概略図である。 本実施形態のポリゴンミラーの構成を示す概略図である。 本実施形態のポリゴンミラーにおける変形割合と受光効率との関係を示すグラフである。 本実施形態のポリゴンミラーにおける受光距離と受光量との関係を示すグラフである。 別実施形態のポリゴンミラーの構成を示す概略図である。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
［１．レーザレーダ装置１の構成の説明］
本実施形態のレーザレーダ装置１は、図１に示すように、例えば自車両の室内に設置され、自車両の前方に位置する先行車などの他車両や歩行者、車線、障害物といった物標を検出し、これらの物標と自車両との相対距離や相対速度を測定する測距装置として構成されている。

このため、レーザレーダ装置１は、図２（ａ）に示すように、レーザ光を照射する光源としての発光部１０と、発光部１０によるレーザ光の照射方向から到来するレーザ光の反射光を受光する受信部２０と、受信部２０による受信信号に基づいて、レーザ光を反射した物標との相対関係を示す相対値（相対距離や相対速度など）を測定する制御部３０と、発光部１０により出射されるレーザ光の走査および入射される反射光を受信部２０に導く光路の調整を行う光学部品４０と、光学部品４０を駆動する駆動部５０と、を備え、これら発光部１０、受信部２０、制御部３０、光学部品４０および駆動部５０が筐体２に収容されることにより構成されている。なお、筐体２には、レーザ光を筐体２の外部（自車両の前方）に出射し、筐体２の外部（自車両の前方）から到来する反射光を入射するためのスリット２ａと、スリット２ａの上方に後述する校正用のレーザ光を光学部品４０に向けて反射する角度を有するコーナー部２ｂとが設けられている。

［２．光学部品４０および駆動部５０の構成の説明］
次に、光学部品４０および駆動部５０の各構成について図２（ｂ）を参照しながら説明する。

光学部品４０は、発光部１０の後方に位置する反射ミラー４ａと、反射ミラー４ａの上方に位置するポリゴンミラー４ｂと、反射ミラー４ａの後方に位置し、受信部２０の前方に位置する受光レンズ４ｃとによって構成される。

なお、本実施形態では、ポリゴンミラー４ｂは、そのミラー面４ｅが下向きになる姿勢で配置されており、他の構成もこれに合わせた配置となっている。
反射ミラー４ａは、発光部１０から出射されたレーザ光（出射光）を反射し、出射光の光路を進行方向に対して上方に変化させることによって、出射光をポリゴンミラー４ｂに導くとともに、ポリゴンミラー４ｂを介して入射されたレーザ光（入射光）を反射し、入射光の光路を進行方向に対して後方に変化させることによって、入射光を受光レンズ４ｃに導くように配置されている。

受光レンズ４ｃは、反射ミラー４ａを介して入射されたレーザ光（入射光）を集束させることによって、入射光を受信部２０に導くように配置されている。
ポリゴンミラー４ｂは、回転軸に対する倒れ角がそれぞれ異なる複数のミラー面４ｅを有し、駆動部５０によって駆動されると、一定の回転速度で回転軸４ｄを中心に回転するよう構成されている。そして、ポリゴンミラー４ｂは、回転軸４ｄを中心とした回転時には、光源としての発光部１０から反射ミラー４ａを介して出射されたレーザ光（出射光）を左右方向（ヨー方向）に走査させながら、出射光が当たるミラー面４ｅが変わる毎に出射光を上下方向（ピッチ方向）に走査させ、出射光の照射方向から到来する入射光を出射に用いたミラー面４ｅで受光レンズ４ｃへ反射するよう構成されている。

なお、本実施形態のポリゴンミラー４ｂは、３面ポリゴンであり、三つのミラー面４ｅのうちの一つが遠方から到来する入射光を受光レンズ４ｃに反射する遠距離用のミラー面４ｅ（ミラー面Ａ）として構成され、他の二つのミラー面４ｅが近くから到来する入射光を受光レンズ４ｃに反射する近距離用のミラー面４ｅ（ミラー面Ｂ）として構成されている（図３参照）。また、ポリゴンミラー４ｂの前端部には、回転軸４ｄに直交する平面（前端面）４ｆが形成されている。そして、ポリゴンミラー４ｂにおいては、三つのミラー面４ｅの走査角度が均等となるよう構成されているが、ポリゴンミラー４ｂの前端部の前端面４ｆの重心が当該ポリゴンミラー２ｂの回転中心から外れた箇所に位置しており、遠距離用のミラー面４ｅと近距離用のミラー面４ｅの面積比は２倍以上（図４の例では２：０．７）に設定されており、遠距離用のミラー面４ｅの面積ＳＡが近距離用のミラー面４ｅの面積ＳＢよりも大きく（ＳＡ＞ＳＢ）なっている（図４参照）。

また、ポリゴンミラー４ｂは、筐体２内部において、当該ポリゴンミラー４ｂの前端側が下側になるとともに当該ポリゴンミラー４ｂの後端側が上側になる姿勢（当該ポリゴンミラー４ｂのミラー面４ｅおよび前端面４ｆが下向きになる姿勢）に配置されており（図２参照）、前端面４ｆと遠距離用のミラー面４ｅとがなす角度αが、前端面４ｆと近距離用のミラー面４ｅとがなす角度βよりも大きくなるよう設定されている（図３参照）。また、ポリゴンミラー４ｂにおいては、回転軸４ｄが当該ポリゴンミラー４ｂの前端部からは突出しないよう構成されている（図３参照）。

駆動部５０は、図示しないモータおよび駆動回路によって構成され、制御部３０からの指令に従った方向にレーザ光を照射させるように、ポリゴンミラー４ｂを回転軸４ｄを介して駆動する。

［３．発光部１０、受信部２０および制御部３０の構成の説明］
次に、発光部１０、受信部２０および制御部３０の構成について図２（ｂ）を参照しながら説明する。

発光部１０は、図示しない半導体レーザダイオードおよび駆動回路によって構成され、制御部３０からの指令に従ったタイミング（周期）でレーザ光を照射する。
受信部２０は、受光した光量を示す電気的信号を制御部３０に供給する。

制御部３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを有する周知のマイクロコンピュータ（以下「マイコン部」という）３０ａと、受信部２０から供給される受信信号の強度（信号レベル）を測定し、その測定結果をマイコン部３０ａに伝達する信号処理部３０ｂとを備えて構成される。なお、制御部３０は、マイコン部３０ａではなく、ＦＰＧＡやロジックＩＣなどのハードウェアによって各種処理を行う構成でもよい。

マイコン部３０ａでは、ＣＰＵが、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて、ＲＡＭを作業エリアとして用い、レーザ光を反射した物標との距離を測定する測距処理を実行する。なお、プログラムは、ＲＯＭに限らず、ＣＰＵにて読み取り可能なあらゆる形態の記録媒体に記録されて用いられる。この記録媒体としては、例えば、持ち運び可能な半導体メモリ（例えばＵＳＢメモリ、メモリカード（登録商標）等）などが含まれる。

また、マイコン部３０ａは、駆動部５０にレーザ光の照射方向を示す指令（照射方向指令）を出力することにより駆動部５０を制御し、発光部１０にレーザ光の照射タイミングを示す指令（照射タイミング指令）を出力することにより発光部１０を制御するように構成されている。

そして、マイコン部３０ａは、自車両のバッテリから電源が供給された状態で、例えばユーザの操作によって立ち上げられると、測距処理を開始する。なお、測距処理を行う際には、マイコン部３０ａは、筐体２のスリット２ａを抜けて自車両の外部（前方）にレーザ光を照射させる照射方向指令を駆動部５０に出力し、発光部１０に所定のタイミングで照射タイミング指令を出力することにより、レーザ光を自車両の前方に照射させる。そして、測距処理では、レーザ光を照射したタイミング（照射タイミング指令を出力したタイミング）と、そのレーザ光の照射方向から到来するレーザ光の反射光を受光したタイミング（受信部２０から増倍後の受信信号を入力したタイミング）との時間差に基づいて、レーザ光を反射した物標と自車両との距離を測定する。また、駆動部５０に出力した照射方向指令が、レーザ光の照射方向（つまり、物標の方位）を示すため、物標との距離（相対距離）および物標の方位によって、自車両に対する物標の位置を特定することができ、同一の物標の位置を連続的に検出することによって、物標の移動方向や速度（相対速度）を測定することができる。

［４．実施形態の効果］
次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）図５は、本実施形態のポリゴンミラー４ｂにおける変形割合と受光効率との関係を示すグラフである。ここでは、対称系のポリゴンミラーをベースに外径はそのままで、ポリゴンミラー４ｂを非対称にしていった場合の変形割合と受光効率を計算してグラフにしている。このグラフが示すように、ポリゴンミラー４ｂにおける変形割合を増加させると遠距離用のミラー面４ｅの受光効率（受光量）がそれにつれて増加し、一方、近距離用のミラー面４ｅの受光効率（受光量）がそれにつれて減少するのがわかる。

（２）また、図６は、本実施形態のポリゴンミラー４ｂにおける受光距離と受光量との関係をグラフにしたものである。従来の（対称系の）ポリゴンミラーでは物標の検出に適切な光量の範囲（適正光量範囲）に対して、遠距離からの受光量が大幅に少なく、近距離からの受光量が大幅に多い状態にあった。これに対して、本実施形態のポリゴンミラー４ｂを使用することで、遠距離からの受光量および近距離からの受光量の双方を上記適正光量範囲に近づけることができ、遠距離での物標検出の能力および近距離での物標検出の能力を共に向上させることができる。

（３）そして、本実施形態のレーザレーダ装置１によれば、ポリゴンミラー４ｂにおける遠距離用のミラー面４ｅと近距離用のミラー面４ｅの面積比が２倍以上に設定されており、このように遠距離用のミラー面４ｅの面積ＳＡが近距離用のミラー面４ｅの面積ＳＢよりも大きくなっていることから（ＳＡ＞ＳＢ）、遠距離用のミラー面４ｅが近距離用のミラー面４ｅよりも多くの入射光を受光することができるので、この遠距離用のミラー面４ｅを用いれば、遠距離に存在する物体を検出するために受光量を上げることができる。また、特許文献２に記載の技術とは異なり、ガルバノミラーなどの構成を備える必要がなく、構造が複雑になることはない。したがって、簡単な構成で、遠距離に存在する物体を精度良く検出するとともに、より遠距離に存在する物体の検出を可能とすることができる。

［５．他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような様々な態様にて実施することが可能である。

（１）上記実施形態のポリゴンミラー４ｂは、当該ポリゴンミラー４ｂの前端側が下側になるとともに当該ポリゴンミラー４ｂの後端側が上側になる姿勢（当該ポリゴンミラー４ｂのミラー面４ｅおよび前端面４ｆが下向きになる姿勢）に配置されており（図２参照）、前端面４ｆと遠距離用のミラー面４ｅとがなす角度αが、前端面４ｆと近距離用のミラー面４ｅとがなす角度βよりも大きくなるよう設定されているが、これには限られず、当該ポリゴンミラー４ｂの前端側が上側になるとともに当該ポリゴンミラー４ｂの後端側が下側になる姿勢（当該ポリゴンミラー４ｂのミラー面４ｅおよび前端面４ｆが上向きになる姿勢）に配置され、前端面４ｆと遠距離用のミラー面４ｅとがなす角度αが、前端面４ｆと近距離用のミラー面４ｅとがなす角度βよりも小さくなるよう設定してもよい。

（２）また、遠距離用のミラー面４ｅの数量については全ミラー面４ｅの半数以下であればよく、例えばポリゴンミラー４ｂが４面ポリゴンまたは５面ポリゴンである場合には、遠距離用のミラー面４ｅの数量を２つ以下に設定し、ポリゴンミラー４ｂが６面ポリゴンである場合には、遠距離用のミラー面４ｅの数量を３つ以下に設定するといった具合である。

（３）例えば、ポリゴンミラー４ｂが４面ポリゴンである場合には、図７に例示するように、四つのミラー面４ｅのうちの二つが遠距離用のミラー面４ｅとして構成され、他の二つのミラー面４ｅが近距離用のミラー面４ｅとして構成されるが、四つのミラー面４ｅの走査角度が均等となり、ポリゴンミラー４ｂの前端面４ｆの重心が回転軸４ｄから外れた箇所に位置するよう構成されるといった具合である。このポリゴンミラー４ｂにおいては、回転軸４ｄが当該ポリゴンミラー４ｂの前端部からは突出しないよう構成されている。さらに、このポリゴンミラー４ｂにおいては、当該ポリゴンミラー４ｂの前端側が下側になるとともに当該ポリゴンミラー４ｂの後端側が上側になる姿勢（当該ポリゴンミラー４ｂのミラー面４ｅおよび前端面４ｆが下向きになる姿勢）に配置されており、前端面４ｆと遠距離用のミラー面４ｅとがなす角度αが、前端面４ｆと近距離用のミラー面４ｅとがなす角度βよりも大きくなるよう設定されている。なお、ポリゴンミラー４ｂを、当該ポリゴンミラー４ｂの前端側が上側になるとともに当該ポリゴンミラー４ｂの後端側が下側になる姿勢（当該ポリゴンミラー４ｂのミラー面４ｅおよび前端面４ｆが上向きになる姿勢）に配置し、前端面４ｆと遠距離用のミラー面４ｅとがなす角度αが、前端面４ｆと近距離用のミラー面４ｅとがなす角度βよりも小さくなるよう設定してもよい。

また、ミラー面４ｅの面積は２段階だけではなく、すべてのミラー面４ｅの面積を変えても良い。これは、検知距離範囲は、俯角によって連続的に変わるので、ポリゴンミラー４ｂのミラー面４ｅも、俯角に合わせて面積を変えるとよい。

１…レーザレーダ装置、２…筐体、２ａ…スリット、２ｂ…コーナー部、４ａ…反射ミラー、４ｂ…ポリゴンミラー、４ｃ…受光レンズ、４ｄ…回転軸、４ｅ…ミラー面、４ｆ…平面（前端面）、１０…発光部、２０…受信部、３０…制御部、３０ａ…マイコン部、３０ｂ…信号処理部、４０…光学部品、５０…駆動部。

Claims (6)

1. 回転軸（４ｄ）に対する倒れ角がそれぞれ異なる複数のミラー面（４ｅ）を有し、前記回転軸（４ｄ）を中心として回転可能なポリゴンミラー（４ｂ）と、
   前記ポリゴンミラー（４ｂ）に対して出射光を出射する光源（１０）と、
   前記ポリゴンミラー（４ｂ）によって反射された入射光を受光する受信部（２０）と、
   前記受信部が受光した入射光に基づき出射光を反射した物標との相対関係を示す相対値を測定する制御部（３０）と、
   を備え、
   前記ポリゴンミラー（４ｂ）は、前記回転軸（４ｄ）を中心とした回転時には、前記光源（１０）から出射された出射光を前記ミラー面（４ｅ）で反射して左右方向に走査させながら、出射光が当たるミラー面（４ｅ）が変わる毎に出射光を走査する方向を上下に変化させ、出射光の照射方向から到来する入射光を出射に用いたミラー面（４ｅ）で受光レンズ（４ｃ）へ反射し、
   前記複数のミラー面（４ｅ）のうちの一つ以上（４ｅ）（以下ミラー面Ａ）の面積ＳＡと他の前記ミラー面（４ｅ）（以下ミラー面Ｂ）の面積ＳＢとの間には「ＳＡ＞ＳＢ」との関係が成り立つよう構成されており、
   前記ポリゴンミラーの回転中心は前記ミラー面Ａ上を通過すること
   を特徴とするレーザレーダ装置（１）。
2. 請求項１に記載のレーザレーダ装置（１）において、
   前記ミラー面Ａ（４ｅ）は、出射光の照射方向から到来する入射光を前記受光レンズ（４ｃ）に反射するミラー面（４ｅ）として構成されていること
   を特徴とするレーザレーダ装置（１）。
3. 請求項１または請求項２に記載のレーザレーダ装置（１）において、
   前記ポリゴンミラー（４ｂ）の前記回転軸（４ｄ）に沿った方向の両方の端部のうちの一方の端部を前端部とし、他の端部を後端部とした場合に、当該ポリゴンミラー（４ｂ）の前端部には、前記回転軸（４ｄ）に直交する平面（４ｆ）が形成されており、
   前記平面（４ｆ）は、その重心が当該ポリゴンミラーの回転中心から外れた箇所に位置すること
   を特徴とするレーザレーダ装置（１）。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のレーザレーダ装置（１）において、
   前記ポリゴンミラー（４ｂ）の前記回転軸（４ｄ）に沿った方向の両方の端部のうちの一方の端部を前端部とし、他の端部を後端部とした場合に、前記回転軸（４ｄ）は、当該ポリゴンミラー（４ｂ）の前端部からは突出しないよう構成されていること
   を特徴とするレーザレーダ装置（１）。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のレーザレーダ装置（１）において、
   前記ポリゴンミラー（４ｂ）の前記回転軸（４ｄ）に沿った方向の両方の端部のうちの一方の端部を前端部とし、他の端部を後端部とした場合に、前記回転軸（４ｄ）に直交する面と前記ミラー面Ａ（４ｅ）とがなす角度αと、前記回転軸（４ｄ）に直交する面と前記ミラー面Ｂ（４ｅ）とがなす角度βとの間には、当該ポリゴンミラー（４ｂ）の前端側が相対的に上側になるとともに当該ポリゴンミラー（４ｂ）の後端側が相対的に下側になる場合には前記角度αの値が前記角度βの値よりも大きく、当該ポリゴンミラー（４ｂ）の前端側が相対的に下側になるとともに当該ポリゴンミラー（４ｂ）の後端側が相対的に上側になる場合には前記角度αの値が前記角度βの値よりも小さくなること
   を特徴とするレーザレーダ装置（１）。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のレーザレーダ装置（１）において、
   前記ミラー面Ａ（４ｅ）は、前記複数のミラー面（４ｅ）の半数以下であること
   を特徴とするレーザレーダ装置（１）。