WO2023203922A1 - ＬｉＤＡＲ装置、車両用灯具 - Google Patents

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幸一 熱田
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スタンレー電気株式会社
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    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems

Definitions

  • the present invention relates to a LiDAR device mounted on a vehicle or the like, and a vehicle lamp incorporating the LiDAR device.
  • a vehicle is equipped with an object recognition device such as a LiDAR (Light Detection and Ranging) device to recognize vehicles and obstacles around the vehicle while driving and notify the driver.
  • object recognition device such as a LiDAR (Light Detection and Ranging) device to recognize vehicles and obstacles around the vehicle while driving and notify the driver.
  • LiDAR Light Detection and Ranging
  • 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.
  • the radar control section uses the scanning drive section to scan the laser beam from the optical unit within a predetermined area. 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).
  • the present invention has been made in view of these circumstances, and an object of the present invention is to provide a LiDAR device that can recognize distant obstacles with high accuracy.
  • 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.
  • the LiDAR device of the present invention can scan in two directions, the horizontal direction and the vertical direction, by reflecting the laser light on the mirror part of the 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.
  • 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 above the boundary scanning line.
  • the LiDAR device can recognize obstacles and the like that are present from the front direction to the road surface with high accuracy.
  • the control unit scans so that the interval between horizontal scanning lines becomes gradually narrower as it approaches the boundary scanning line.
  • This LiDAR device scans a predetermined irradiation area by advancing the laser beam in the vertical direction while scanning in the horizontal 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.
  • 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.
  • the control unit scans so that the interval between horizontal scanning lines is the narrowest between the boundary scanning line and the center position in the vertical scanning direction above the boundary scanning line.
  • the LiDAR device of the present invention 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.
  • the LiDAR device of the present invention 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.
  • Another invention is a vehicle lamp incorporating the above LiDAR device.
  • 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.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a LiDAR device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the internal structure of a LiDAR device.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the flow of internal signals of a LiDAR device.
  • FIG. 2 is a diagram showing a scanning pattern (side view) of laser light emitted from the LiDAR device.
  • 5 is a diagram illustrating an irradiation area (front view) generated by a laser beam of the LiDAR device in FIG. 4.
  • FIG. FIG. 7 is a diagram showing a scanning pattern (side view) of laser light emitted from the LiDAR device of the second embodiment. 7 is a diagram illustrating an irradiation area (front view) generated by a laser beam of the LiDAR device of FIG. 6.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the internal structure of a LiDAR device.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the flow of internal signals of a LiDAR
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a LiDAR device 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • 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.
  • 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.
  • 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, the 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. .
  • TOF time-of-flight
  • 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.
  • 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.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the on/off and brightness of the laser light La are controlled by control signals from the control device 40.
  • 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).
  • the mirror section 12 rotates around the X axis.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 3 shows the internal signal flow of the LiDAR device 1.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 4 shows a scanning pattern (side view) of the laser beam Lb emitted from the LiDAR device 1 of the vehicle V.
  • 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.
  • 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).
  • dmin is the shortest distance that the laser beam Lb reaches the road surface, that is, the shortest observable distance.
  • dmax is the longest distance that the laser beam Lb reaches the road surface.
  • FIG. 5 shows the irradiation area R (front view) generated by the laser beam Lb of the LiDAR device 1.
  • 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.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the concept, and the actual interval between horizontal scanning lines is narrower than the interval shown.
  • 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.
  • 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.
  • reflected light Ra point cloud
  • SLn the n-th horizontal scanning line
  • SLj boundary scanning line
  • 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.
  • the present invention increases the density of horizontal scanning lines 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.
  • 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.
  • 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.
  • the control device 40 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.
  • 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).
  • interval_max (dmax - dmin)/num-1...(1)
  • 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.
  • the control device 40 can also improve the object recognition accuracy through control different from the above method.
  • 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). .
  • FIG. 6 shows a scanning pattern (side view) of the laser beam Lb emitted from the LiDAR device 60 of the vehicle V.
  • 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.
  • FIG. 7 shows the irradiation area S (front view) generated by the laser beam Lb of the LiDAR device 60.
  • 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.
  • 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.
  • the obstacle dense area may be set within the height range of the vehicle from the road surface, and obstacles within this height range can be recognized with high accuracy.
  • 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.
  • 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 area below the j-th horizontal scanning line SLj corresponds to the road surface area.
  • 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.
  • control device 40 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.
  • control device 40 generates a rotation angle control signal so 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.
  • 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.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, 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.

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Abstract

ＬｉＤＡＲ装置１は、レーザ光を出射するレーザ光源３と、レーザ光Ｌａをミラー部１２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１０と、ミラー部１２の回動を制御する制御装置４０を備えている。制御装置４０は、ミラー部１２の共振モードを使用してレーザ光Ｌｂを水平方向に走査するとともに、非共振モードを使用してレーザ光Ｌｂを垂直方向に走査する。制御装置４０は、レーザ光Ｌｂの垂直方向の走査では、境界走査線に対して上側よりもその下側の走査速度が遅くなるよう制御する。

Description

ＬｉＤＡＲ装置、車両用灯具
　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。
　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。
　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。
　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)。
特許第６９３８８４６号
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
本発明の第１実施形態に係るＬｉＤＡＲ装置の概略図である。 ＬｉＤＡＲ装置の内部構造を説明する図である。 ＬｉＤＡＲ装置の内部信号の流れを説明する図である。 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。 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。 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。 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。
　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。
［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　図３は、ＬｉＤＡＲ装置１の内部信号の流れを示している。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）
　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。
　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。
　［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
 

Claims (5)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
     
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