6595095 光制御装置、光制御方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6595095

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】光制御装置、光制御方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G08G 1/16 20060101AFI20191010BHJP

   B60R 21/00 20060101ALI20191010BHJP

   B60W 30/08 20120101ALI20191010BHJP

【ＦＩ】

   G08G1/16 C

   B60R21/00 991

   B60W30/08

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-507892(P2018-507892)

(86)(22)【出願日】2016年3月29日

(86)【国際出願番号】JP2016060166

(87)【国際公開番号】WO2017168576

(87)【国際公開日】20171005

【審査請求日】2018年9月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005016

【氏名又は名称】パイオニア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107331

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 聡延

(72)【発明者】

【氏名】北野 和俊

【審査官】 白石 剛史

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６０−１５３４００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０７−２０９４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３２７７２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０８Ｇ １／１６

Ｂ６０Ｒ ２１／００

Ｂ６０Ｗ ３０／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体に設置される光制御装置であって、
出射方向が走査範囲内で連続的に推移するように光を出射する出射部と、
対象物にて反射された前記光を受光する受光部と、
第１の方向における前記移動体の回転運動の方向角度、前記第１の方向と交わる第２の方向における前記回転運動の振幅角度、及び、前記回転運動の周波数を含む傾斜情報を取得する取得部と、
前記傾斜情報に基づいて、前記走査範囲の方向を変化させるように、前記出射部を制御する制御部と、
を備える光制御装置。

【請求項2】

前記出射部は、前記光の遷移軌跡が螺旋状となるように、前記走査範囲内での前記光の出射方向を連続的に推移させる請求項１に記載の光制御装置。

【請求項3】

前記受光部の受光結果に基づいて、前記対象物までの距離及び角度の少なくとも一方を検出する検出部をさらに備える請求項１または２に記載の光制御装置。

【請求項4】

移動体に設置され、出射方向が走査範囲内で連続的に推移するように光を出射する出射部及び対象物にて反射された前記光を受光する受光部を備える光制御装置によって実行される光制御方法であって、
第１の方向における前記移動体の回転運動の方向角度、前記第１の方向と交わる第２の方向における前記回転運動の振幅角度、及び、前記回転運動の周波数を含む傾斜情報を取得する取得工程と、
前記傾斜情報に基づいて、前記走査範囲の方向を変化させるように、前記出射部を制御する制御工程と、
を備える光制御方法。

【請求項5】

移動体に設置され、出射方向が走査範囲内で連続的に推移するように光を出射する出射部、対象物にて反射された前記光を受光する受光部及びコンピュータを備える光制御装置によって実行されるプログラムであって、
第１の方向における前記移動体の回転運動の方向角度、前記第１の方向と交わる第２の方向における前記回転運動の振幅角度、及び、前記回転運動の周波数を含む傾斜情報を取得する取得部、
前記傾斜情報に基づいて、前記走査範囲の方向を変化させるように、前記出射部を制御する制御部、
として前記コンピュータを機能させるプログラム。

【請求項6】

移動体に設置される光制御装置であって、
出射方向が走査範囲内で連続的に推移するように光を出射する出射部と、
対象物にて反射された前記光を受光する受光部と、
第１の方向における前記移動体の回転運動の方向角度、前記第１の方向と交わる第２の方向における前記回転運動の振幅角度、及び、前記回転運動の周波数を含む傾斜情報を取得する取得部と、
前記傾斜情報に基づいて、前記出射部が出射する前記光の軌跡が、前記傾斜によらず一定の形状となるように、前記出射部が出射する前記光の出射方向を制御する制御部と、
を備える光制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、出射光の遷移を制御する光制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光を間欠的に発光させつつ水平方向を走査し、その反射光を受信することで物体表面の点群を検出するライダ（ＬＩＤＡＲ）が知られている。特許文献１は、自動車に搭載したライダにより１次元又は２次元で周囲を走査し、自動車の周囲の状況についての情報を検出する手法を記載している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−８９６９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

周囲の状況についての情報を３次元で取得したい場合、多層型のライダを使用する必要がある。しかし、多層型のライダは層数分の光送受信器を必要とするため、非常に高コストとなる。また、ライダを搭載した車両などの移動体が傾斜した場合、それによりライダが出射するレーザ光の方向が変動してしまい、物体を正しく検出できなくなってしまう。

【0005】

本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが例として挙げられる。本発明は、移動体が傾斜した状態でも、単一の送受信器を用いて３次元の情報を取得することを可能とする光制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に記載の発明は、移動体に設置される光制御装置であって、出射方向が走査範囲内で連続的に推移するように光を出射する出射部と、対象物にて反射された前記光を受光する受光部と、第１の方向における前記移動体の回転運動の方向角度、前記第１の方向と交わる第２の方向における前記回転運動の振幅角度、及び、前記回転運動の周波数を含む傾斜情報を取得する取得部と、前記傾斜情報に基づいて、前記走査範囲の方向を変化させるように、前記出射部を制御する制御部と、を備える。

【0007】

請求項４に記載の発明は、移動体に設置され、出射方向が走査範囲内で連続的に推移するように光を出射する出射部及び対象物にて反射された前記光を受光する受光部を備える光制御装置によって実行される光制御方法であって、第１の方向における前記移動体の回転運動の方向角度、前記第１の方向と交わる第２の方向における前記回転運動の振幅角度、及び、前記回転運動の周波数を含む傾斜情報を取得する取得工程と、前記傾斜情報に基づいて、前記走査範囲の方向を変化させるように、前記出射部を制御する制御工程と、を備える。

【0008】

請求項５に記載の発明は、移動体に設置され、出射方向が走査範囲内で連続的に推移するように光を出射する出射部、対象物にて反射された前記光を受光する受光部及びコンピュータを備える光制御装置によって実行されるプログラムであって、第１の方向における前記移動体の回転運動の方向角度、前記第１の方向と交わる第２の方向における前記回転運動の振幅角度、及び、前記回転運動の周波数を含む傾斜情報を取得する取得部、前記傾斜情報に基づいて、前記走査範囲の方向を変化させるように、前記出射部を制御する制御部、として前記コンピュータを機能させる。

【0009】

請求項６に記載の発明は、移動体に設置される光制御装置であって、出射方向が走査範囲内で連続的に推移するように光を出射する出射部と、対象物にて反射された前記光を受光する受光部と、第１の方向における前記移動体の回転運動の方向角度、前記第１の方向と交わる第２の方向における前記回転運動の振幅角度、及び、前記回転運動の周波数を含む傾斜情報を取得する取得部と、前記傾斜情報に基づいて、前記出射部が出射する前記光の軌跡が、前記傾斜によらず一定の形状となるように、前記出射部が出射する前記光の出射方向を制御する制御部と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例に係るライダユニットの構成を示すブロック図である。

【図2】送受光部の構成を示すブロック図である。

【図3】トリガ信号及びセグメント抽出信号の波形を示す。

【図4】全方位走査部による走査状態の例を示す。

【図5】螺旋走査の軌跡を示す。

【図6】螺旋走査による走査視野を示す。

【図7】螺旋走査の軌跡の例を示す。

【図8】車両の傾斜による目標物の検出状態の変化を模式的に示す。

【図9】適応螺旋走査による走査範囲の補正を示す。

【図10】第１実施例の適応螺旋走査の軌跡の例を示す。

【図11】第１実施例の適応螺旋走査の軌跡の他の例を示す。

【図12】第１実施例の適応螺旋走査の軌跡の他の例を示す。

【図13】第１実施例の適応螺旋走査の軌跡の他の例を示す。

【図14】第１実施例の適応螺旋走査のフローチャートである。

【図15】車両のピッチング運動を模式的に示す。

【図16】第２実施例の適応螺旋走査の軌跡の例を示す。

【図17】第２実施例の適応螺旋走査のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の好適な実施形態では、移動体に設置される光制御装置は、光を出射する出射部と、対象物にて反射された前記光を受光する受光部と、前記移動体の傾斜に関する傾斜情報を取得する取得部と、前記傾斜情報に基づいて、前記出射部が出射する前記光の出射方向を制御する制御部と、を備える。

【0012】

上記の光制御装置は、出射部から光を出射し、対象物にて反射された光を受光部により受光する。また、取得部は、移動体の傾斜に関する傾斜情報を取得し、制御部は、傾斜情報に基づいて、前記出射部が出射する光の出射方向を制御する。これにより、移動体の傾斜に応じて、出射する光の方向を適切に制御することができる。

【0013】

上記の光制御装置の一態様では、前記傾斜情報は、第１の方向における前記移動体の方向角度、及び、前記第１の方向と交わる第２の方向における前記移動体の傾斜角度を示す情報を含む。この態様では、第１の方向における方向角度と第２の方向における傾斜角度に基づいて、光の出射方向が制御される。

【0014】

上記の光制御装置の他の一態様では、前記傾斜情報は、第１の方向における前記移動体の回転運動の方向角度、前記第１の方向と交わる第２の方向における前記回転運動の振幅角度、及び、前記回転運動の周波数を含む。この態様では、回転運動の方向角度、振幅角度及び周波数に基づいて、光の出射方向が制御される。

【0015】

上記の光制御装置の他の一態様では、前記制御部は、前記出射部によって出射される光を、前記第１の方向と前記第２の方向とに連続的に推移させることで、前記光の遷移軌跡が螺旋状となるように前記出射部を制御する。この態様では、遷移軌跡が螺旋状となるように光が出射されるため、全方位の対象物により反射された光を受光することができる。

【0016】

上記の光制御装置の他の一態様は、前記受光部の受光結果に基づいて、前記対象物までの距離及び角度の少なくとも一方を検出する検出部をさらに備える。この態様では、受光部の受光結果に基づいて、対象物までの距離及び角度の少なくとも一方を得ることができる。

【0017】

本発明の他の好適な実施形態では、移動体に設置され、光を出射する出射部及び対象物にて反射された前記光を受光する受光部を備える光制御装置によって実行される光制御方法は、前記移動体の傾斜に関する傾斜情報を取得する取得工程と、前記傾斜情報に基づいて、前記出射部が出射する前記光の出射方向を制御する制御工程と、を備える。この方法によっても、移動体の傾斜に応じて、出射する光の方向を適切に制御することができる。

【0018】

本発明の他の好適な実施形態では、移動体に設置され、光を出射する出射部、対象物にて反射された前記光を受光する受光部及びコンピュータを備える光制御装置によって実行されるプログラムは、前記移動体の傾斜に関する傾斜情報を取得する取得部、前記傾斜情報に基づいて、前記出射部が出射する前記光の出射方向を制御する制御部、として前記コンピュータを機能させる。このプログラムをコンピュータで実行することにより、移動体の傾斜に応じて、出射する光の方向を適切に制御することができる。

【0019】

本発明の他の好適な実施形態では、移動体に設置される光制御装置は、光を出射する出射部と、対象物にて反射された前記光を受光する受光部と、前記移動体の傾斜に関する傾斜情報を取得する取得部と、前記傾斜情報に基づいて、前記出射部が出射する前記光の軌跡が、前記傾斜によらず一定の形状となるように、前記出射部が出射する前記光の出射方向を制御する制御部と、を備える。

【0020】

上記の光制御装置は、出射部から光を出射し、対象物にて反射された光を受光部により受光する。また、取得部は、移動体の傾斜に関する傾斜情報を取得し、制御部は、傾斜情報に基づいて、前記出射部が出射する前記光の軌跡が前記傾斜によらず一定の形状となるように、前記出射部が出射する光の出射方向を制御する。これにより、移動体の傾斜に応じて、出射する光の方向を適切に制御することができる。

【実施例】

【0021】

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

【0022】

［構成］
図１は、本発明の光制御装置の実施例に係るライダユニット１００の構成を示すブロック図である。実施例のライダユニット１００は、車両などの移動体に搭載される。ライダユニット１００は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式のライダ（Ｌｉｄａｒ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、または、Ｌａｓｅｒ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）であって、水平方向の全方位における物体（対象物）の測距を行う。図示のように、ライダユニット１００は、送受光部１と、信号処理部２と、全方位走査部３と、走査角度制御部４と、走査角度検出部５と、姿勢角度検出部６とを備える。

【0023】

送受光部１は、レーザダイオードなどを備え、レーザパルスＰＬを生成して全方位走査部３に供給する。全方位走査部３は、出射方向を垂直方向に変化させつつ、水平方向の３６０°の全方位にレーザパルス（以下、「送信光パルスＰｔ」とも呼ぶ。）を出射する。このとき、全方位走査部３は、水平方向の３６０°の全方位を等角度により区切ったセグメント（本実施例では９００セグメント）ごとに送信光パルスＰｔを出射する。さらに、全方位走査部３は、送信光パルスＰｔ出射後の所定期間内に当該送信光パルスＰｔの反射光（以下、「受信光パルスＰｒ」とも呼ぶ。）を受光し、送受光部１へ供給する。送受光部１は、受信光パルスＰｒに基づいて、セグメントごとの受光強度に関する信号（以下、「セグメント信号Ｓｓｅｇ」とも呼ぶ。）を生成し、信号処理部２へ出力する。

【0024】

走査角度検出部５は、全方位走査部３が出射する送信光パルスＰｔの出射方向を示す水平角度θ及び垂直角度φを検出し、信号処理部２へ供給する。

【0025】

姿勢角度検出部６は、例えば車両に取り付けられたセンサであり、ライダユニット１００が搭載された車両の姿勢を検出する。具体的には、姿勢角度検出部６は、外部（道路）環境によって生じる車両の傾斜を検出し、傾斜を示す傾斜推定値として、車両の傾斜している方向の角度（以下、「傾斜方向」と呼ぶ。）θ_ｄｉｒと、車両の傾斜している角度（以下、「傾斜角度」と呼ぶ。）φ_ｔｉｌｔを検出して信号処理部２へ供給する。なお、ここでいう車両の傾斜は、ライダユニット１００を車両に取り付けた際に生じる傾斜（取付誤差）を意味するものではない。もしくは、姿勢角度制御部６は、車両のピッチング運動を検出し、ピッチング運動を示すピッチング運動推定値として、ピッチング運動の方向θ_ｄｉｒ、周波数ｆ_{ｐｉｔｃｈ}、振幅φ_{ｐｉｔｃｈ}、ピッチング運動のフレーム時間に対する位相ずれｐ_{ｐｉｔｃｈ}などを検出して信号処理部２へ供給する。なお、姿勢角度検出部６として、車両にセンサを取り付ける代わりに全方位走査部３にセンサを取り付け、全方位走査部３自体の傾斜を検出するようにしてもよい。

【0026】

信号処理部２は、送受光部１から受信したセグメントごとのセグメント信号Ｓｓｅｇに基づいて、対象物までの距離又は対象物の角度の少なくとも一方を含む周辺環境情報を出力する。周辺環境情報は、ライダユニット１００が搭載された車両の周辺環境を示す情報であり、具体的には、車両を中心とする全方位に存在する対象物の距離及び角度を示す情報である。

【0027】

信号処理部２は、走査角度検出部５により検出された水平角度θ及び垂直角度φに基づいて、制御目標としての目標水平角度θ_ｘ及び目標垂直角度φ_ｘを生成し、走査角度制御部４へ供給する。走査角度制御部４は、信号処理部２から供給された目標水平角度θ_ｘ及び目標垂直角度φ_ｘに基づいて全方位走査部３による送信光パルスＰｔの走査角度を制御する。これにより、全方位走査部３は、目標水平角度θ_ｘ及び目標垂直角度φに送信光パルスＰｔを出射するように制御される。

【0028】

なお、姿勢角度検出部６が車両の傾斜又はピッチング運動を検出した場合には、信号処理部２は、走査角度検出部５が検出した走査角度θと、姿勢角度検出部６が検出した傾斜推定値又はピッチング運動推定値とに基づいて、車両の傾斜又はピッチング運動による走査角度の変動分を補正した後の垂直角度（以下、「補正垂直角度」と呼ぶ。）φを生成し、これを目標垂直角度φ_ｘとして走査角度制御部４へ供給する。よって、走査角度制御部４は、車両の傾斜又はピッチング運動による影響を補正するように送信光パルスＰｔの走査角度を制御することができる。

【0029】

次に、送受光部１について詳しく説明する。送受光部１の構成を図２に示す。送受光部１は、主に、水晶発振器１０と、同期制御部１１と、ＬＤドライバ１２と、レーザダイオード（ＬＤ）１３と、受光素子１６と、電流電圧変換回路（トランスインピーダンスアンプ）１７と、Ａ／Ｄコンバータ１８と、セグメンテータ１９とを有する。

【0030】

水晶発振器１０は、同期制御部１１及びＡ／Ｄコンバータ１８にパルス状のクロック信号Ｓ１を出力する。本実施例では、一例としてクロック周波数は、１．８ＧＨｚであるものとする。また、以後では、クロック信号Ｓ１が示すクロックを「サンプルクロック」とも呼ぶ。

【0031】

同期制御部１１は、パルス状の信号（以下、「トリガ信号Ｓ２」と呼ぶ。）をＬＤドライバ１２に出力する。本実施例では、トリガ信号Ｓ２は、１３１０７２（＝２^１７）サンプルクロック分の周期で周期的にアサートされる。以後では、トリガ信号Ｓ２がアサートされてから次にアサートされるまでの期間を「セグメント期間」とも呼ぶ。また、同期制御部１１は、後述するセグメンテータ１９がＡ／Ｄコンバータ１８の出力を抽出するタイミングを定める信号（以下、「セグメント抽出信号Ｓ３」と呼ぶ。）をセグメンテータ１９に出力する。トリガ信号Ｓ２及びセグメント抽出信号Ｓ３は論理信号であり、後述する図３に示すように同期している。本実施例では、同期制御部１１は、セグメント抽出信号Ｓ３を、２０４８サンプルクロック分の時間幅（「ゲート幅Ｗｇ」とも呼ぶ。）だけアサートする。

【0032】

ＬＤドライバ１２は、同期制御部１１から入力されるトリガ信号Ｓ２に同期してパルス電流をレーザダイオード１３へ流す。レーザダイオード１３は、例えば赤外（９０５ｎｍ）パルスレーザであって、ＬＤドライバ１２から供給されるパルス電流に基づき光パルスを出射する。本実施例では、レーザダイオード１３は、５ｎｓｅｃ程度の光パルスを出射する。

【0033】

レーザダイオード１３から出射された光パルスは、光学系を経由して全方位走査部３へ送られる。全方位走査部３は送信光パルスＰｔを出射するとともに、対象物で反射された光パルスを受信光パルスＰｒとして受信し、受光素子１６へ送る。

【0034】

受光素子１６は、例えば、アバランシェフォトダイオードであり、全方位走査部３により導かれた受信光パルスＰｒの光量に応じた微弱電流を生成する。受光素子１６は、生成した微弱電流を、電流電圧変換回路１７へ供給する。電流電圧変換回路１７は、受光素子１６から供給された微弱電流を増幅して電圧信号に変換し、変換した電圧信号をＡ／Ｄコンバータ１８へ入力する。

【0035】

Ａ／Ｄコンバータ１８は、水晶発振器１０から供給されるクロック信号Ｓ１に基づき、電流電圧変換回路１７から供給される電圧信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号をセグメンテータ１９に供給する。以後では、Ａ／Ｄコンバータ１８が１クロックごとに生成するデジタル信号を「サンプル」とも呼ぶ。

【0036】

セグメンテータ１９は、セグメント抽出信号Ｓ３がアサートされているゲート幅Ｗｇ分の期間における２０４８サンプルクロック分のＡ／Ｄコンバータ１８の出力であるデジタル信号を、セグメント信号Ｓｓｅｇとして生成する。セグメンテータ１９は、生成したセグメント信号Ｓｓｅｇを信号処理部２へ供給する。

【0037】

図３は、トリガ信号Ｓ２及びセグメント抽出信号Ｓ３の時系列での波形を示す。図３に示すように、本実施例では、トリガ信号Ｓ２がアサートされる１周期分の期間であるセグメント期間は、１３１０７２サンプルクロック（図面では「ｓｍｐｃｌｋ」と表記）分の長さに設定され、トリガ信号Ｓ２のパルス幅は６４サンプルクロック分の長さ、ゲート幅Ｗｇは２０４８サンプルクロック分の長さに設定されている。

【0038】

この場合、トリガ信号Ｓ２がアサートされた後のゲート幅Ｗｇの期間だけセグメント抽出信号Ｓ３がアサートされているため、セグメンテータ１９は、トリガ信号Ｓ２がアサート中の２０４８個分のＡ／Ｄコンバータ１８が出力するサンプルを抽出することになる。そして、ゲート幅Ｗｇが長いほど、ライダユニット１００からの最大測距距離（測距限界距離）が長くなる。

【0039】

次に、全方位走査部３について詳しく説明する。全方位走査部３は、例えば３６０°に送信光パルスＰｔを走査するための回転可能なミラー及び光学系などにより構成される。全方位走査部３が周辺環境に対して光パルスを送受信する方向（以下、「出射方向」とも呼ぶ。）は、水平角度θ及び垂直角度φにより決定される。図４は、全方位走査部３による走査状態の例を示す。図４（Ａ）は、全方位走査部３が水平走査している状態を示す斜視図である。図４（Ｂ）は、全方位走査部３の走査状態を上方から見た平面図である。予め決められた水平基準軸に対して、光パルスが水平角度θで走査されている。水平角度θは、水平基準軸を基準として３６０°（［ｄｅｇ］）変化する。即ち、光パルスは全方位（０°〜３６０°）を走査できる。図４（Ｃ）は、全方位走査部３が図３（Ａ）に示す水平走査状態よりも上方を走査している状態を示す。具体的に、全方位走査部３は、垂直基準軸を基準として、光パルスを垂直角度φで走査している。このように、全方位走査部３は、水平方向及び垂直方向の角度を連続的に変化させることにより、３次元の走査が可能となっている。

【0040】

上記の構成において、送受光部１は本発明における出射部及び受光部の一例であり、姿勢角度検出部６は本発明における取得部の一例であり、信号処理部２、全方位走査部３及び走査角度制御部４は本発明における制御部の一例であり、信号処理部２は本発明における検出部の一例である。

【0041】

［走査制御］
（螺旋走査）
次に、全方位走査部３による走査について説明する。全方位走査部３は、垂直方向に複数層の走査を行う。具体的に、本実施例では、全方位走査部３は、垂直方向に７層（層数ｎ＝７）の螺旋走査を行う。

【0042】

図５は、螺旋走査の軌跡を示す。図５（Ａ）は螺旋走査による軌跡の斜視図であり、図５（Ｂ）は螺旋走査による軌跡の平面図であり、図５（Ｃ）は螺旋走査による軌跡の側面図である。なお、図５は、全方位走査部３の走査により、送信光パルスＰｔの出射方向における、ある距離の一点が作る軌跡を示している。言い換えると、図５は、全方位走査部３により出射される送信光パルスＰｔが、空間における所定の半径の球面上で描く軌跡を示している。

【0043】

図示のように、全方位走査部３による１回（１フレーム）の螺旋走査は、開始点Ｓから７層（７巻き）の螺旋状の旋回を経て終了点Ｅに至り、その後、開始点Ｓへ戻る。全方位走査部３は、この螺旋走査を繰り返す。具体的に、１フレームの螺旋走査中に、水平角度θは、０°〜３６０°までの変化を７回繰り返す。その間に、垂直角度φは、開始点Ｓにおける垂直角度−φ_０から終了点Ｅにおける垂直角度φ_０へと一定の変化率で変化する。なお、送信光パルスＰｔの出射方向が終了点Ｅから開始点Ｓへ戻る間を「帰線範囲」と呼ぶ。帰線範囲は、螺旋走査を繰り返すために送信光パルスＰｔの出射方向を所定の方向に戻すための範囲である。

【0044】

次に、走査視野について説明する。図６（Ａ）は螺旋走査の水平視野を示す。本実施例では、全方位３６０°のうち、帰線範囲を９０°とし、残りの２７０°を「有効水平視野角度範囲θｔ」とする。即ち、θｔ＝２７０°である。有効水平視野角度範囲とは、全方位３６０°から帰線範囲を除いた範囲であり、受信光パルスＰｒから有効なセグメントデータを取得できる範囲である。いま、全方位走査部３による３６０°の走査が９００セグメントに相当するものとすると、
１巻き当たりのセグメント数＝９００
となる。また、水平角度分解能Δθは、
Δθ＝３６０／９００＝０．４°／ｓｅｇ
となる。

【0045】

図６（Ｂ）は、螺旋走査の垂直視野を示す。螺旋走査の層数（巻き数）をｎ（＝７）とし、１層の垂直角度分解能がΔφ＝５°であるとすると、
垂直視野角度範囲＝（ｎ−１）×Δφ＝３０°
となり、垂直角度φは、−１５°≦φ≦１５°の範囲で変化することとなる。螺旋走査において、仮に垂直角度φを負側から正側へ変化させるとすると、時刻ｔ＝０において、垂直角度φ＝−φ_０＝−１５°となる。

【0046】

次に、上記の螺旋走査による水平角度θ及び垂直角度φの値について説明する。いま、全方位走査部３が下記の仕様の螺旋走査を行うものとする。
・層数：ｎ＝７
・フレームレート：ｆ_{ｆｒａｍｅ}＝２５Ｈｚ
・垂直視野下限：φ_Ｌ＝−１０°
・垂直視野上限：φ_Ｈ＝＋１０°
・帰線開始水平角度（有効水平視野角度範囲）：θ’ｔ＝２７０°＋３６０°×（７−１）＝２４３０°
・帰線終了水平角度：３６０°
このとき、走査角速度ω、水平角度θ、水平走査角度（フレーム内累積）θ’、垂直角度φは以下の式で与えられる。なお、ｔ：時間、ｇ（θ’）：帰線を表現する関数、ｍｏｄ：剰余関数である。

【0047】

【数1】

図７は、車両の傾斜やピッチング運動が生じていない場合の螺旋走査の軌跡の例を示す。図７（Ａ）は上記の螺旋走査の斜視図であり、図７（Ｂ）はＸＹ平面図であり、図７（Ｃ）はＸＺ平面図であり、図７（Ｄ）はＹＺ平面図である。

【0048】

（適応螺旋走査）
次に、車両に傾斜やピッチング運動が生じている場合に行われる適応螺旋走査について説明する。

【0049】

（ｉ）第１実施例
第１実施例は、車両が傾斜している場合の適応螺旋走査に関する。いま、上記の螺旋走査を行うライダユニット１００が車両に搭載されているものとする。このとき、ピッチングやローリングなどの車体振動や路面の起伏の影響によって車体が傾斜した場合、車両に搭載された全方位走査部３も同様に傾斜してしまう。

【0050】

具体的に、図８（Ａ）に示すように車両Ｖに傾斜が生じていない場合には、図８（Ｂ）に示すようにライダユニット１００は全方位走査部３から出射される光ビームにより、低位置の対象物ＯＢ_Ｌと高位置の対象物ＯＢ_Ｈを検出することができる。しかし、図８（Ｃ）に示すように車両Ｖが下方に傾斜している場合には、図８（Ｄ）に示すように、ライダユニット１００は光ビームにより低位置の対象物ＯＢ_Ｌを検出することはできるが、高位置の対象物ＯＢ_Ｈを検出することはできない。なお、図示していないが、逆に車両Ｖが上方に傾斜している場合には、ライダユニット１００は高位置の対象物ＯＢ_Ｈを検出することはできるが、低位置の対象物ＯＢ_Ｌを検出することはできなくなる。

【0051】

そこで、車両Ｖが傾斜している場合には、その方向及び角度に応じて、全方位走査部３が出射する光ビームの垂直角度を補正する。例えば、図９（Ａ）に示すように車両Ｖが下方に傾斜している場合には、図９（Ｂ）の矢印Ｘに示すように、全方位走査部３から出射される光ビームを標準の出射方向よりも上方へ向ける補正を行う。図９（Ｃ）は車両Ｖに傾斜が生じていない場合の螺旋走査の軌跡を示す。これに対し、車両Ｖが下方に角度φｃだけ傾斜している場合には、図９（Ｄ）に示すように全方位走査部３は螺旋走査の垂直角度を角度φｃ上方に変更する。即ち、全方位走査部３は、螺旋走査の水平基準軸Ｖ_０を角度φｃ上方へ向ける。これにより、車両Ｖが傾斜している場合でも、ライダユニット１００は低位置の対象物ＯＢ_Ｌと高位置の対象物ＯＢ_Ｈを正しく検出することができるようになる。

【0052】

次に、上記の補正の具体的な処理について説明する。図１を参照すると、姿勢角度検出部６は、車両の傾斜を検出する。車両の傾斜は、水平面内における車両が傾斜している方向を示す傾斜方向θ_ｄｉｒと、垂直面内における車両が傾斜している角度である傾斜角度φ_ｔｉｌｔにより示される。そして、信号処理部２は、姿勢角度検出部６から供給された傾斜方向θ_ｄｉｒと傾斜角度φ_ｔｉｌｔに基づいて、下記の式（２）により、補正垂直角度φを算出する。式（２）は、φ_ｔｉｌｔ＜３０°のような傾斜角度が小さい範囲で成立する近似式であり、補正垂直角度φを、水平走査角度θ’の単純な関数として表現できているため、制御の実装に適している。

【0053】

【数2】

そして、信号処理部２は、算出した補正垂直角度φを、目標垂直角度φ_ｘとして走査角度制御部４に供給する。走査角度制御部４は、入力された目標垂直角度φ_ｘに基づいて、送信光パルスＰｔの垂直角度を制御する。こうして、車両の傾斜による螺旋走査範囲の変動を正しく補正することができる。

【0054】

図１０は、傾斜方向θ_ｄｉｒ＝０°、傾斜角度φ_ｔｉｌｔ＝３°の場合の螺旋走査の軌跡の例を示す。なお、傾斜角度φｔｉｌｔは、水平方向を基準として上方を正、下方を負で示すものとする。図１０（Ａ）は補正後の螺旋走査の斜視図であり、図１０（Ｂ）はＸＹ平面図であり、図１０（Ｃ）はＸＺ平面図であり、図１０（Ｄ）はＹＺ平面図である。

【0055】

図１１は、傾斜方向θ_ｄｉｒ＝４５°、傾斜角度φ_ｔｉｌｔ＝３°の場合の螺旋走査の軌跡の例を示す。図１１（Ａ）は補正後の螺旋走査の斜視図であり、図１１（Ｂ）はＸＹ平面図であり、図１１（Ｃ）はＸＺ平面図であり、図１１（Ｄ）はＹＺ平面図である。

【0056】

図１２は、傾斜方向θ_ｄｉｒ＝０°、傾斜角度φ_ｔｉｌｔ＝１２°の場合の螺旋走査の軌跡の例を示す。図１２（Ａ）は補正後の螺旋走査の斜視図であり、図１２（Ｂ）はＸＹ平面図であり、図１２（Ｃ）はＸＺ平面図であり、図１２（Ｄ）はＹＺ平面図である。

【0057】

図１３は、傾斜方向θ_ｄｉｒ＝４５°、傾斜角度φ_ｔｉｌｔ＝１２°の場合の螺旋走査の軌跡の例を示す。図１３（Ａ）は補正後の螺旋走査の斜視図であり、図１３（Ｂ）はＸＹ平面図であり、図１３（Ｃ）はＸＺ平面図であり、図１３（Ｄ）はＹＺ平面図である。

【0058】

次に、上記の適応螺旋走査の処理について説明する。図１４は、第１実施例の適応螺旋走査のフローチャートである。まず、姿勢角度検出部６は、車両の傾斜を検出する（ステップＳ１１）。次に、姿勢角度検出部６は、車両の傾斜方向θ_ｄｉｒと傾斜角度φ_ｔｉｌｔを推定する（ステップＳ１２）。検出された傾斜方向θ_ｄｉｒと傾斜角度φ_ｔｉｌｔ（以下、「傾斜推定値」と呼ぶ。）は、傾斜推定値として信号処理部２に送られる。

【0059】

信号処理部２は、走査角度検出部５が検出した垂直角度θと、姿勢角度検出部６が検出した傾斜推定値とに基づいて、式（２）により補正垂直角度φを計算する（ステップＳ１３）。計算された補正垂直角度φは、目標垂直角度φ_ｘとして走査角度制御部４へ送られる。そして、走査角度制御部４は、目標垂直角度φ_ｘに基づいて、送信光パルスＰｒの垂直角度φを制御する（ステップＳ１４）。

【0060】

（ｉｉ）第２実施例
第２実施例は、車両がピッチング運動している場合の適応螺旋走査に関する。図１５に模式的に示すように、走行している路面の状況などに起因して、車両Ｖにはピッチ方向への変動であるピッチング運動が生じることがある。ピッチング運動によっても、全方向走査部３から出射される光ビームの方向が変動する。よって、第２実施例では、ライダユニット１００は、車両Ｖのピッチング運動を検出し、これに応じて全方位走査部３が出射する光ビームの垂直角度を補正する。

【0061】

具体的には、図１を参照すると、姿勢角度検出部６は、車両のピッチング運動を検出する。車両のピッチング運動は、ピッチング運動の方向θ_ｄｉｒと、周波数ｆ_{ｐｉｔｃｈ}と、振幅φ_{ｐｉｔｃｈ}と、ピッチング運動のフレーム時間に対する位相ずれｐ_{ｐｉｔｃｈ}とにより示される。信号処理部２は、姿勢角度検出部６から供給されたこれらの値に基づいて、下記の式（３）により、補正垂直角度φを算出する。

【0062】

【数3】

そして、信号処理部２は、算出した補正垂直角度φを、目標垂直角度φ_ｘとして走査角度制御部４に供給する。走査角度制御部４は、入力された目標垂直角度φ_ｘに基づいて、送信光パルスＰｔの垂直角度を制御する。こうして、車両の傾斜による螺旋走査範囲の変動を正しく補正することができる。

【0063】

図１６は、ピッチング運動の方向θ_ｄｉｒ＝０°、振幅φ_{ｐｉｔｃｈ}＝３°、周波数ｆ_{ｐｉｔｃｈ}＝２Ｈｚの場合の螺旋走査の軌跡の例を示す。なお、振幅φ_{ｐｉｔｃｈ}は、水平方向を基準として上方を正、下方を負で示すものとする。図１６（Ａ）は補正後の螺旋走査の斜視図であり、図１６（Ｂ）はＸＹ平面図であり、図１６（Ｃ）はＸＺ平面図であり、図１６（Ｄ）はＹＺ平面図である。

【0064】

次に、上記の適応螺旋走査の処理について説明する。図１７は、第２実施例の適応螺旋走査のフローチャートである。まず、姿勢角度検出部６は、車両のピッチング運動を検出する（ステップＳ２１）。次に、姿勢角度検出部６は、ピッチング運動推定値として、ピッチング運動の方向θ_ｄｉｒと、周波数ｆ_{ｐｉｔｃｈ}と、振幅φ_{ｐｉｔｃｈ}と、ピッチング運動のフレーム時間に対する位相ずれｐ_{ｐｉｔｃｈ}とを推定する（ステップＳ２２）。得られたピッチング運動推定値は、は信号処理部２に送られる。

【0065】

信号処理部２は、走査角度検出部５が検出した垂直角度θと、姿勢角度検出部６が推定したピッチング運動推定値とに基づいて、式（３）により補正垂直角度φを計算する（ステップＳ２３）。計算された補正垂直角度φは、目標垂直角度φ_ｘとして走査角度制御部４へ送られる。そして、走査角度制御部４は、目標垂直角度φ_ｘに基づいて、送信光パルスＰｒの垂直角度φを制御する（ステップＳ２４）。

【0066】

［変形例］
上記の実施例では、螺旋走査又は部分多層走査の層数を７層としているが、これは一例に過ぎず、任意の層数で走査を行うことができる。また、上記の実施例では、最下層から上層側へ垂直角度φを増加させて出射方向を移動させているが、その代わりに、最上層から下層側へ垂直角度φを減少させて出射方向を移動させてもよい。

【0067】

さらに、上記の実施例では、ピッチング運動に関する補正処理を行っているが、ローリング運動に関する補正処理を行ってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明は、レーザ光の出射により周囲環境情報を取得する技術に利用することができる。

【符号の説明】

【0069】

１ 光送受信部
２ 信号処理部
３ 全方位走査部
４ 走査角度制御部
５ 走査角度検出部
６ 姿勢角度検出部
１３ レーザダイオード
１６ 受光素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】