JP6819098B2 - 物体検出装置、センシング装置及び移動体装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体検出装置、センシング装置及び移動体装置に関する。

従来、投光系と受光系を有し、物体の有無、物体までの距離等の物体に関する情報を検出する装置が知られている（例えば特許文献１〜４参照）。

しかしながら、特許文献１〜４に開示されている装置では、検出距離の長距離化と誤検出の抑制を両立することに関して改善の余地があった。

本発明は、一軸方向に配置された複数の発光素子を有する光源と、前記光源からの光を導光する光学系とを含む投光系と、前記投光系から投光され物体で反射もしくは散乱された光を受光する受光系と、を備え、前記複数の発光素子からの複数の光は、前記一軸方向の異なる複数の領域に投光され、前記複数の発光素子のうち少なくとも１つの発光素子からの光の少なくとも一部が前記光学系の外側に外れることにより、前記複数の領域のうち前記少なくとも１つの発光素子の光が投光される領域の光の光量を、前記複数の発光素子のうち前記少なくとも１つの発光素子とは異なる他の発光素子の光が投光される領域の光の光量と異ならせることを特徴とする物体検出装置である。

本発明によれば、検出距離の長距離化と誤検出の抑制を両立することができる。

一実施形態に係る物体検出装置の概略構成を示す図である。 図２（Ａ）は、投光光学系、同期系を説明するための図であり、図２（Ｂ）は、受光光学系を説明するための図であり、図２（Ｃ）は、ＬＤから反射ミラーまでの光の光路、及び反射ミラーから時間計測用ＰＤまでの光の光路を概略的に示す図である。 光検出器の構成例を示す図である。 図４（ａ）は、複数のＬＤと複数の照射範囲の対応関係を示す図であり、図４（ｂ）は、複数の光検出器と複数の受光可能範囲の対応関係を示す図である。 複数のＬＤの照射範囲と複数の光検出器の受光可能範囲の対応関係を示す図である。 検出対象の物体上における走査方向と走査直交方向の解像度を示す模式的に示す図である。 実施例１における複数のＬＤの照射範囲と１つの光検出器の受光可能範囲の関係を示す図である。 実施例１における複数のＬＤの発光タイミングを示すタイミングチャートである。 照射範囲と検出距離の関係を示す図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、それぞれ実施例２を説明するための図（その１及びその２）である。 実施例３を説明するための図である。 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、それぞれ実施例４を説明するための図（その１及びその２）である。 実施例５を説明するための図（その１）である。 実施例５を説明するための図（その２）である。 実施例５を説明するための図（その３）である。 図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、それぞれ実施例６を説明するための図（その１〜その３）である。 センシング装置を説明するための図である。 変形例の物体検出装置の構成を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態の物体検出装置１００について、図面を参照して説明する。

図１には、物体検出装置１００の概略的構成がブロック図にて示されている。

物体検出装置１００は、物体（例えば先行車両、停車車両、構造物、歩行者等）の有無や、該物体までの距離等の物体に関する情報（物体情報）を検出するレーザレーダである。物体検出装置１００は、一例として、移動体としての車両（例えば自動車）に搭載され、例えば自動車のバッテリ（蓄電池）から電力の供給を受ける。以下では、物体検出装置１００として、走査型のレーザレーダについて説明を進めるが、非走査型のレーザレーダとすることも可能である。

物体検出装置１００は、投光系１０、受光光学系３０、検出系４０、同期系５０、時間計測部４５、測定制御部４６、物体認識部４７などを備えている。

投光系１０は、光源としてのＬＤ（レーザダイオード）、ＬＤ駆動回路１２、投光光学系２０を含む。

ＬＤは、端面発光レーザとも呼ばれ、ＬＤ駆動回路１２により駆動され、レーザ光を射出する。ＬＤ駆動回路１２は、測定制御部４６からのＬＤ駆動信号（矩形パルス信号）が入力されると駆動電流を生成し該駆動電流をＬＤに印加して該ＬＤを点灯（発光）させる。測定制御部４６は、自動車のＥＣＵ（エレクトリックコントロールユニット）からの測定制御信号（測定開始信号や測定停止信号）を受けて測定開始や測定停止を行う。

図２（Ａ）には、投光光学系２０、同期系５０が模式的に示されている。図２（Ｂ）には、受光光学系３０が模式的に示されている。以下では、図２（Ａ）等に示されるＺ軸方向を鉛直方向とするＸＹＺ３次元直交座標系を適宜用いて説明する。

投光光学系２０は、図２（Ａ）に示されるように、ＬＤからの光の光路上に配置されたカップリングレンズ２２と、該カップリングレンズ２２を介した光の光路上に配置された反射ミラー２４と、該反射ミラー２４で反射された光の光路上に配置された光偏向器としての回転ミラー２６と、を含む。ここでは、装置を小型化するために、カップリングレンズ２２と回転ミラー２６との間の光路上に反射ミラー２４を設けて光路を折り返している。

そこで、ＬＤから出射された光は、カップリングレンズ２２により所定のビームプロファイルの光に整形された後、反射ミラー２４で反射され、回転ミラー２６でＺ軸周りに偏向される。

回転ミラー２６でＺ軸周りの所定の偏向範囲に偏向された光が投光光学系２０から投射された光、すなわち物体検出装置１００から投光された光である。

回転ミラー２６は、Ｚ軸に平行な回転軸周りに複数の反射面を有し、反射ミラー２４からの光を回転軸周りに回転しながら反射（偏向）することで該光により上記偏向範囲に対応する有効走査領域を水平な１軸方向（ここではＹ軸方向）に１次元走査する。ここでは、偏向範囲、有効走査領域は、物体検出装置１００の＋Ｘ側である。以下では、回転ミラー２６の回転方向を「ミラー回転方向」とも呼ぶ。また、本明細書では「有効走査領域」を「投光範囲」とも呼ぶ。

回転ミラー２６は、図２（Ａ）から分かるように、反射面を２面（対向する２つの面）有しているが、これに限らず、１面でも３面以上でも良い。また、少なくとも２つの反射面を設け、回転ミラーの回転軸に対して異なった角度で傾けて配置して、走査・検出する領域をＺ軸方向に切り替えることも可能である。

受光光学系３０は、図２（Ｂ）に示されるように、投光光学系２０から投射され有効走査領域内にある物体で反射（散乱）された光を反射する回転ミラー２６と、該回転ミラー２６からの光を反射する反射ミラー２４と、該反射ミラー２４からの光の光路上に配置され、該光を後述する時間計測用ＰＤ４２に結像させる結像光学系と、を含む。

図２（Ｃ）には、ＬＤから反射ミラー２４までの光路と、反射ミラー２４から時間計測用ＰＤ４２までの光路が示されている。

図２（Ｃ）から分かるように、投光光学系２０と受光光学系３０は、Ｚ軸方向に重なるように配置されており、回転ミラー２６と反射ミラー２４は、投光光学系２０と受光光学系３０で共通となっている。これにより、物体上におけるＬＤの照射範囲と時間計測用ＰＤ４２の受光可能範囲の相対的な位置ずれを小さくでき、安定した物体検出を実現できる。

そこで、投光光学系２０から投射され物体で反射（散乱）された光は、回転ミラー２６、反射ミラー２４を介して結像光学系に導かれ、該結像光学系により時間計測ＰＤ４２に集光する（図２（Ｂ）参照）。図２（Ｂ）では、装置を小型化するために、回転ミラー２６と結像光学系との間に反射ミラー２４を設けて光路を折り返している。ここでは、結像光学系は２枚のレンズ（結像レンズ）で構成されているが、１枚のレンズとしても良いし、３枚以上のレンズとしても良いし、ミラー光学系を用いても良い。

図１に戻り、検出系４０は、光検出器４３、二値化回路４４（コンパレータ）を含む。

図３には、光検出器４３の構成例が示されている。

光検出器４３は、図３に示されるように、投光光学系２０から投射され有効走査領域内に存在する物体で反射もしくは散乱された光を受光光学系３０を介して受光する受光素子としての時間計測用ＰＤ４２（フォトダイオード）と、該時間計測用ＰＤ４２の出力電流を処理する処理回路６０と、を含む。

処理回路６０は、時間計測用ＰＤ４２からの出力電流（電流値）を電圧信号（電圧値）に変換する電流電圧変換器６０ａ（例えばＴＩＡ：トランスインピーダンスアンプ）と、該電流電圧変換器からの電圧信号を増幅する信号増幅器６０ｂ（例えばＶＧＡ：高リニアリティアナログ可変利得アンプ）とを有する。

二値化回路４４は、処理回路６０からのアナログの電圧信号（受光信号）を閾値電圧を基準に二値化し、その二値化信号（デジタル信号）を検出信号として時間計測部４５に出力する。

図１に戻り、同期系５０は、光検出器５３、二値化回路５６を含む。

光検出器５３は、図２（Ａ）及び図１に示されるように、ＬＤから出射されカップリングレンズ２２を介して反射ミラー２４で反射された光であって回転ミラー２６で偏向され反射ミラー２４で再び反射された光の光路上に配置された同期レンズ５２と、該同期レンズ５２を介した光の光路上に配置された受光素子としての同期検知用ＰＤ５４と、該同期検知用ＰＤ５４の出力電流を処理する処理回路と、を含む。光検出器５３の処理回路は、光検出器４３の処理回路６０と同様の構成を有している。

反射ミラー２４は、上記偏向範囲に対して回転ミラー２６の回転方向上流側に配置され、回転ミラー２６で上記偏向範囲の上流側に偏向された光が入射される。そして、回転ミラー２６で偏向され反射ミラー２４で反射された光が同期レンズ５２を介して同期検知用ＰＤ５４に入射される。このとき、光検出器５３では、同期検知用ＰＤ５４からの出力電流が処理回路に送られる。

なお、反射ミラー２４は、上記偏向範囲に対して回転ミラー２６の回転方向下流側に配置されても良い。そして、回転ミラー２６で偏向され反射ミラー２４で反射された光の光路上に同期系５０が配置されても良い。

回転ミラー２６の回転により、該回転ミラー２６の反射面で反射された光が同期検知用ＰＤ５４で受光される度に同期検知用ＰＤ５４から電流が出力される。すなわち、同期検知用ＰＤ５４からは定期的に電流が出力される。

このように回転ミラー２６からの光を同期検知用ＰＤ５４に照射するための同期点灯を行うことで、同期検知用ＰＤ５４での受光タイミングから、回転ミラー２６の回転タイミングを得ることが可能となる。

そこで、ＬＤを同期点灯してから所定時間経過後にＬＤをパルス点灯することで有効走査領域を光走査することができる。すなわち、同期検知用ＰＤ５４に光が照射されるタイミングの前後期間にＬＤをパルス点灯することで有効走査領域を光走査することができる。

ここで、時間計測や同期検知に用いる受光素子としては、上述したＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）の他、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、ガイガーモードＡＰＤであるＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）等を用いることが可能である。ＡＰＤやＳＰＡＤは、ＰＤに対して感度が高いため、検出精度や検出距離の点で有利である。

二値化回路５６は、光検出器５３の処理回路からのアナログの電圧信号（出力電圧）を閾値電圧を基準に二値化し、その二値化信号（デジタル信号）を同期信号として測定制御部４６に出力する。

測定制御部４６は、二値化回路５６からの同期信号に基づいてＬＤ駆動信号を生成し、該ＬＤ駆動信号をＬＤ駆動回路１２及び時間計測部４５に出力する。

すなわち、ＬＤ駆動信号は、同期信号に対して遅延した発光制御信号（周期的なパルス信号）である。

ＬＤ駆動信号がＬＤ駆動回路１２に入力されると、ＬＤ駆動回路１２からＬＤに駆動電流が印加され、ＬＤから発光パルスが出力される。なお、ＬＤの安全性やＬＤの耐久性の観点からＬＤの発光のデューティが制限されるため、発光パルスはパルス幅が狭い方が望ましく、該パルス幅は、一般に１０ｎｓ〜数十ｎｓ程度に設定される。また、パルス間隔は一般に数十μ秒程度である。

時間計測部４５は、測定制御部４６からのＬＤ駆動信号の入力タイミングと二値化回路４４からの検出信号（二値化信号）の入力タイミングの時間差を、ＬＤでの発光タイミングと時間計測用ＰＤ４２での受光タイミングの時間差として求め、該時間差を時間計測結果として測定制御部４６に出力する。

測定制御部４６は、時間計測部４５からの時間計測結果を距離に変換することで物体までの往復距離を算出し、該往復距離の１／２を距離データとして物体認識部４７に出力する。

物体認識部４７は、測定制御部４６からの１走査もしくは複数の走査で取得した複数の距離データに基づいて、どこに物体があるかを認識し、その物体認識結果を測定制御部４６に出力する。測定制御部４６は、該物体認識結果をＥＣＵに転送する。

ＥＣＵは、転送された物体認識結果に基づいて、例えば自動車の操舵制御（例えばオートステアリング）、速度制御（例えばオートブレーキ）等を行う。

以下に、物体検出装置１００において、複数のＬＤがＺ軸方向にアレイ状に配置されたＬＤアレイと複数の光検出器がＺ軸方向にアレイ状に配置された光検出器アレイを用いる例について説明する。

図４（ａ）には各ＬＤと該ＬＤに対応する照射範囲が示され、図４（ｂ）には各光検出器と該光検出器に対応する受光可能範囲が示されている。なお、図４（ｂ）では、結像光学系は１枚の結像レンズで構成されている。

図４（ａ）のように、ＬＤアレイからの光の光路上にカップリングレンズを配置することで、複数のＬＤからの複数の光をそれぞれ物体のＺ軸方向の異なる複数の範囲（照射範囲）に照射することができる。

図４（ｂ）のように、ＬＤアレイから照射され物体で反射もしくは散乱された光を結像レンズを介して光検出器アレイに導くことで、物体のＺ軸方向の異なる複数の範囲（受光可能範囲）からの複数の光をそれぞれ複数の光検出器で受光することができる。

図５には、検出対象の物体上における複数のＬＤの照射範囲と複数の光検出器の受光可能範囲の関係が示されている。

ここでは、ＬＤアレイにおけるＬＤの数が１６個、光検出器アレイにおける光検出器の数が４個とされている。そして、Ｚ軸方向に配置された１６個のＬＤを−Ｚ側から＋Ｚ側へ順にＬＤ１〜１６とし、Ｚ軸方向に配置された４個の光検出器を−Ｚ側から＋Ｚ側へ順に光検出器１〜４とすると、ＬＤ１〜４の照射範囲が光検出器１の受光可能範囲に対応し、ＬＤ５〜８の照射範囲が光検出器２の受光可能範囲に対応し、ＬＤ９〜１２の照射範囲が光検出器３の受光可能範囲に対応し、ＬＤ１３〜１６の照射範囲が光検出器４の受光可能範囲に対応している。この場合、各光検出器に対応する４つのＬＤから成るＬＤ群の１つのＬＤを同時に点灯させることもできる。

このように４個のＬＤの照射範囲を１個の光検出器の受光可能範囲に対応させているが、例えば光検出器の個数を１個として、１個の光検出器の受光可能範囲を１６個のＬＤの照射範囲に対応させることも可能である。

また、受光可能範囲は、４つのＬＤの照射範囲よりもわずかに大きくなるように設定されている。この場合、受光可能範囲を効率よく照射できるため、受光可能範囲における光量を増大でき、検出精度及び検出距離の点で好ましい。また、製造誤差の範囲で照射範囲と受光可能範囲がわずかにずれても、検出精度及び検出距離の低下を抑制できる。

図６には、ＬＤアレイからの光により物体をＹ軸方向に走査したときの該物体上おけるＹＺ２次元の解像度が模式的に示されている。図６において最小の四角形は１回の計測で計測できる範囲（解像度）を示す。走査方向（Ｙ軸方向）の解像度を高めるためには、ＬＤの射出時間間隔を短くすれば実現できる。走査直交方向（Ｚ軸方向）の解像度を高めるためには、ＬＤの個数を増やすか、光検出器の個数を増やすことで実現できるが、前述のように、検出距離を長くするという点では、ＬＤの個数を増やした方が望ましい。なお、図６では、走査直交方向の解像度を１６としている。

［実施例１］
図７には、ＬＤの個数を１６個、光検出器の個数を１個とした構成例である実施例１が示されている。すなわち、実施例１では、１６個のＬＤ１〜１６の照射範囲が１個の光検出器の受光可能範囲に対応している。

実施例１では、１６個のＬＤと１個の光検出器が対応するため、１６個のＬＤの点灯タイミングを時分割で切り替えることにより、１６個のＬＤから異なるタイミングで射出され物体で反射もしくは散乱された光を１個の光検出器で異なるタイミングで受光する。

図８は、実施例１における１６個のＬＤの点灯タイミングを示すタイミングチャートである。実施例１では、図８のように、ＬＤ１〜１６の点灯時間が重ならないようにＬＤ１〜１６を順次点灯させている。

図９には、照射範囲と検出距離の関係が示されている。図９では、物体検出装置１００においてＺ軸方向に配置された１６個のＬＤ１〜１６を含むＬＤアレイから光を照射している。ここでは、物体検出装置１００は自動車の高さ０．５ｍの位置に取り付けられている。図９において、０．０ｍは地面の高さを示す。

図９の縦軸は鉛直方向（Ｚ軸方向）の位置であり、横軸は物体検出装置１００から物体までの距離（Ｘ軸方向の距離）である。図９に示される１点（物体検出装置１００とする）から放射状に延びる複数の線は物体検出装置１００の検出角度範囲の境界線であり、各検出角度範囲は垂直方向に０．５ｄｅｇとされている。図９において、−Ｚ側から＋Ｚ側へ順に並ぶＬＤ１〜１６の照射範囲をそれぞれ照射範囲１〜１６としている。すなわち、照射範囲１〜１６は＋Ｚ側から−Ｚ側へこの順に並んでいる。

図９から、照射範囲１０〜１６は、物体検出装置１００から距離３０ｍまでに地面があるため、３０ｍ以上の距離を検出する必要はなく、照射範囲の番号が大きくなるほど（照射範囲が低くなるほど）、検出すべき距離が短くなる。

検出距離を長くするためには、照射範囲を照射する光の光量（以下では「照射光量」とも呼ぶ）を大きくする必要があり、そうすることで照射範囲１〜９までは、物体検出装置１００から３０ｍ以上の距離にある物体も検出可能である。

一方、照射範囲１０〜１６は、検出距離を長くとる必要がないため、照射光量を大きくする必要はない。照射光量を大きくする必要がないのに、照射光量を大きくしてしまうと、安全上好ましくなく、また、ゴースト光や迷光が発生して誤検出したり、検出性能に悪影響が生じる恐れがある。

そこで、物体検出装置１００から投光され照射範囲を照射する光の光量（照射光量）を照射範囲間で異ならせるのが好ましい。照射光量を照射範囲間で異ならせるために、例えばＬＤ間で発光光量を異ならせることが一例として考えられる。

ここでは、照射範囲１〜９に対する照射光量（例えばＬＤ１〜９の発光光量）を、照射範囲１０〜１６に対する照射光量（例えばＬＤ１０〜１６の発光光量）よりも大きくすることで、照射範囲１０〜１６における安全性や誤検出の問題を解消でき、かつ照射範囲１〜９における検出距離の長距離化を図ることができる。

なお、照射光量は全ての照射範囲で異ならせる必要はなく、少なくとも１つの照射範囲に対する照射光量を他の照射領域に対する照射光量と異ならせることで、照射光量を全ての照射範囲で同じにする場合に対して上記のような効果が得られる。

［実施例２］
照射領域間で光量を異ならせるために、ＬＤアレイから光が射出されてから、物体で反射もしくは散乱され物体検出装置１００に戻ってくるまでの光路上で、一部の光を損失させることが一例として考えられる。

そこで、実施例２では、図１０に示されるように、カップリングレンズ２２を用いて一部の光を損失させている。ここでは、ＬＤアレイのＬＤ数を例えば３つとしている。

図１０（ａ）のようにカップリングレンズ２２の光軸近傍のＬＤから射出されカップリングレンズ２２を介した光においてカップリングレンズ２２での光量損失はほとんど発生しない。

図１０（ｂ）のようにカップリングレンズ２２の光軸から離れた位置にあるＬＤから射出されカップリングレンズ２２を介した光においてカップリングレンズ２２で光量損失が発生する。

すなわち、ＬＤから射出された光は所定の発散角で発散する光であり、カップリングレンズ２２の光軸から離れた位置にあるＬＤから射出された光は、一部がカップリングレンズ２２から外れ、光量損失が発生する。

実施例２では、複数のＬＤの発光光量を同じにしても、物体検出装置１００から投光され照射範囲を照射する光の光量（照射光量）を照射領域間で異ならせることができる。複数のＬＤの発光光量を同じにすると、制御が単純になり、ＬＤ駆動回路も簡単化、小型化できる。また、カップリングレンズ２２の径を小さくすることができるので、装置を小型化できる。

［実施例３］
ところで、図９では、照射範囲の番号が大きくなるにつれて検出すべき距離が短くなり、検出に必要な光量が小さくなる。この場合、下側の照射範囲１０〜１６が地面を検出することになるため、照射範囲１０〜１６に対応するＬＤ１０〜１６の射出光で光量損失を発生させればよい。

これを実現するために、実施例３では、図１１に示されるように、Ｚ軸方向に関して、ＬＤアレイの中心位置とカップリングレンズ２２の中心位置（光軸位置）をずらしている。具体的には、ＬＤアレイの中心位置をカップリングレンズ２２の光軸の＋Ｚ側に位置させている。ここでは、ＬＤアレイのＬＤ数を例えば１０個としている。

この場合、特にカップリングレンズ２２の光軸の＋Ｚ側では、カップリングレンズ２２の光軸から離れたＬＤの（番号が大きい上側のＬＤの）射出光の光量損失を大きくすることができ、結果的に番号が大きい下側の照射範囲に対する照射光量を小さくできる。

具体的には、照射範囲１０〜１６に対応するＬＤ１０〜１６の射出光で光量損失を発生させて、照射範囲１０〜１６での検出距離を照射範囲１〜９での検出距離よりも短くすることができる。

［実施例４］
図１２を用いて実施例４について説明する。光量損失は、カップリングレンズ２２に限らず、他の素子で発生させることも可能である。実施例４では、光偏向器としての回転ミラー２６で光量損失を発生させることとしている。

図１２（ａ）に示されるようにカップリングレンズ２２の光軸付近に配置されたＬＤから射出されカップリングレンズ２２を介した光は回転ミラー２６で光量損失が発生しないが、図１２（ｂ）に示されるようにカップリングレンズ２２の光軸から離れた位置に配置されたＬＤから射出されたカップリングレンズ２２を介した光は回転ミラー２６で一部が蹴られ光量損失が発生している。ここでは、ＬＤアレイのＬＤ数を例えば３個としている。

このように、実施例４では、各照射範囲が、ＬＤの配列方向（Ｚ軸方向）にずれていることを利用しており、このずれによって、回転ミラー２６上の照射位置がずれ、光量損失を発生させることができる。実施例４では、回転ミラー２６の高さ方向の寸法を短くでき、その結果、装置の高さ方向の寸法を短くできる。

また、照射範囲間で照射光量を異ならせる方法として、前述したように発光素子間（例えばＬＤ間）で発光光量を異ならせる方法もある。発光光量を異ならせる、つまり光量があまり必要でない照射範囲に対応する発光素子の発光光量を小さく設定することで、消費電力を小さくでき、安全性の観点からもより好ましい。

［実施例５］
発光素子アレイの発光素子間の発光光量を異ならせる例として実施例５を、図１３及び図１４を用いて説明する。

実施例５では、発光素子アレイとして、ｎ個の発光素子であるＬＤ又はＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）をそれぞれ含むＬＤアレイ又はＶＣＳＥＬアレイを用いている。そして、各発光素子に対して少なくとも１つのコンデンサを設けている。

以下では、発光素子アレイとして、ＬＤアレイを用いる場合について説明するが、ＶＣＳＥＬアレイを用いる場合にも、同様の議論が成立する。

実施例５では、ＬＤアレイのｎ個のＬＤ１〜ＬＤｎに対してそれぞれＬＤ駆動回路ＤＣ１〜ＬＤ駆動回路ＤＣｎが設けられている。ｎ個のＬＤ１〜ＬＤｎのうち任意のＬＤをＬＤｋ（ｋ：１〜ｎ）と表記する。ｎ個のＬＤ駆動回路ＤＣ１〜ＬＤ駆動回路ＤＣｎのうち任意のＬＤ駆動回路をＬＤ駆動回路ＤＣｋ（ｋ：１〜ｎ）と表記する。

ＬＤ駆動回路ＤＣ１〜ＬＤ駆動回路ＤＣｎは、それぞれ一端がスイッチＳＷ１〜ＳＷｎを介して電圧源に選択的に接続されるようになっており、他端がスイッチＳＷｍａｉｎを介して接地されるようになっている。ｎ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎのうち任意のスイッチをスイッチＳＷｋ（ｋ：１〜ｎ）と表記する。スイッチＳＷｋとしては、例えばトランジスタ（例えばバイポーラトランジスタ、ＦＥＴ等）が用いられる。

ここで、測定制御部４６は、点灯対象のＬＤｋ（ｋ：１〜ｎ）に対応するスイッチＳＷｋ（ｋ：１〜ｎ）のベース（ＳＷｋがバイポーラトランジスタの場合）やゲート（ＳＷｋがＦＥＴの場合）にＬＤ駆動信号を印加する。ＳＷｋは、ＬＤ駆動信号が印加されている間（ＬＤ駆動信号がハイレベルの間）だけオンとなる。

ＬＤ駆動回路ＤＣｋは、ＬＤｋのアノードにダイオードＤｋを介して一の極板が接続され他の極板が接地されたコンデンサＣｋ（ｋ：１〜ｎ）を含む。

実施例５のｎ個のＬＤ駆動回路ＤＣｋを含む回路の動作を説明する。当初スイッチＳＷｍａｉｎがオフ（開）になっている。先ず、測定制御部４６は、図１３に示されるように、スイッチＳＷｋをオン（閉）にしてＬＤ駆動回路ＤＣｋに高電圧（ＨＶｉｎ）を印加して、コンデンサＣｋを充電する。図１３にはＣ１を充電する例が示されている。

その後、測定制御部４６は、図１４に示されるように、ＳＷｍａｉｎをＯＮ（閉）、ＳＷｋをＯＦＦ（開）にしてコンデンサＣｋに蓄えられた電荷を放電してＬＤｋに流す。これにより、ＬＤｋから数ｎｓ〜数１０ｎｓの細いパルス幅でピーク出力が数１０Ｗ〜数１００Ｗ程度の高い出力の光を射出させることができる。

ここで、ピーク出力は、コンデンサＣｋの容量に依存して決まり、コンデンサＣｋの容量を小さくするとピーク出力は小さくなり、コンデンサ容量を大きくするとピーク出力が大きくなる。

図１５には、コンデンサの容量を異ならせたときのＬＤの射出光の光波形が模式的に示されている。上記のように、コンデンサの容量を異ならせるだけで、ＬＤ間で発光光量を異ならせることができるため、単純なＬＤ駆動回路で実現でき、回路基板（ボード）を小型化できる。

［実施例６］
実施例６では、図１６に示されるように、Ｚ軸方向に配置された複数（ｎ個）の発光素子（例えばＬＤやＶＣＳＥＬ）の各発光素子を複数の発光部を含む発光部アレイで構成している。図１６において、最小の四角形は各発光素子を示し、該四角形の中にある複数の黒丸が発光部を示している。このとき各発光部をＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）とすると好ましく、容易に２次元配列させることができる。さらにＶＣＳＥＬを用いると２次元配列が容易であることから、２次元状に発光部の個数を増やすと、簡単に高出力化ができるため好ましく、さらに、発光部の個数を変えるだけで、簡単に必要な出力に変えることができる。

実施例６では、照射範囲間で照射光量を異ならせるために、発光素子間で発光部数を異ならせている。図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に、発光部数の調整例が示されている。図１６（ａ）には−Ｚ側の発光素子から＋Ｚ側の発光素子にかけて発光部数を均一に減らしていく方法が示され、図１６（ｂ）には−Ｚ側の発光素子から＋Ｚ側の発光素子にかけて発光素子の上端側、下端側から発光部数を減らしていく方法が示され、図１６（ｃ）には−Ｚ側の発光素子から＋Ｚ側の発光素子にかけて発光素子のＹ軸方向の一端側から発光部数を減らしていく方法が示されている。図１６（ａ）は照射範囲を満遍なく検出したい場合に有効であり、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）は、照射範囲の特に一部を重点的に検出したい場合に有効である。

図１７には、物体検出装置１００を備えるセンシング装置１０００が示されている。センシング装置１０００は、移動体に搭載され、物体検出装置１００に加えて、該物体検出装置１００に電気的に接続された監視制御装置３００を備えている。物体検出装置１００は、車両のバンパー付近やバックミラーの近傍に取り付けられる。監視制御装置３００は、物体検出装置１００での検出結果に基づいて、物体の形状や大きさの推定、物体の位置情報の算出、移動情報の算出、物体の種類の認識等の処理を行って、危険の有無を判断する。そして、危険有りと判断した場合には、アラーム等の警報を発して移動体の操縦者に注意を促したり、ハンドルを切って危険を回避する指令を移動体の操舵制御部に出したり、制動をかけるための指令を移動体のＥＣＵに出す。なお、センシング装置１０００は、例えば車両のバッテリから電力の供給を受ける。

なお、監視制御装置３００は、物体検出装置１００と一体的に設けられても良いし、物体検出装置１００とは別体に設けられても良い。また、監視制御装置３００は、ＥＣＵが行う制御の少なくとも一部を行っても良い。

以上説明した本実施形態の物体検出装置１００は、一軸方向に配置された複数の発光素子（例えばＬＤ）を有する光源（例えばＬＤアレイやＶＣＳＥＬアレイ）含む投光系１０と、該投光系１０から投光され物体で反射もしくは散乱された光を受光する、受光光学系３０及び光検出器４３を含む受光系と、複数の発光素子からの複数の光は、上記一軸方向の異なる複数の領域（照射範囲）に投光され、複数の領域のうち一部の領域に投光される光の光量（照射光量）と他の一部の領域に投光される光の光量（照射光量）は互いに異なる。

この場合、検出距離の長距離化が要求される領域に投光される光の光量を大きくし、誤検出の抑制が要求される領域に投光される光の光量を小さくすることができる。

この結果、検出距離の長距離化と誤検出の抑制を両立することができる。

また、上記一軸方向は鉛直方向（Ｚ軸方向）であることが好ましい。物体検出装置１００から見て鉛直下方に路面があるため路面に照射される光の光量を小さくし、路面よりも鉛直上方の空間に照射される光の光量を大きくすることで上記効果を得ることができる。

なお、上記一軸方向は例えば水平方向（例えばＹ軸方向）であっても良い。投光系１０の投光範囲の水平方向両端部には比較的近距離に対象物があることが多く、水平方向中央部には比較的遠距離に対象物があることが多いため、投光範囲の水平方向両端部に照射される光の光量を小さくし、水平方向中央部に照射する光の光量を大きくしても良い。これにより上記効果を得ることができる。

また、上記一軸方向は例えば鉛直方向に対して傾斜する方向であっても良い。

また、投光系１０は、複数の発光素子からの光を導光する光学系を更に含み、複数の発光素子のうち少なくとも１つの発光素子からの光は、一部が光学系で損失される。

この場合、複数の発光素子の発光光量を同じにすることができるため、制御が単純になり、回路（ＬＤ駆動回路）も単純化、小型化できる。

また、上記光学系は、複数の発光素子からの光の光路上に配置されたカップリングレンズを有し、上記少なくとも１つの発光素子からの光は、他の一部のみがカップリングレンズを透過する。

この場合、カップリングレンズの径を小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。

また、上記一軸方向に関して、発光素子アレイの中心位置とカップリングレンズの中心位置（光軸位置）を、互いに異ならせても良い。

また、上記光学系は、反射部材を有し、上記少なくとも１つの発光素子からの光は、一部が反射部材で蹴られることが好ましい。

また、上記反射部材は、例えば上記一軸方向に平行な回転軸を有する回転ミラー２６（光偏向器）である。
この場合、回転ミラー２６の高さ方向の寸法を小さくできる。

なお、回転ミラー２６に加えて又は代えて、上記少なくとも１つの発光素子からの光を上記反射部材としての反射ミラー２４で蹴るようにしても良い。
この場合、反射ミラー２４の高さ方向の寸法を小さくできる。

また、上記複数の領域のうち一部の領域に対応する一部の発光素子の発光光量と、他の一部の領域に対応する他の一部の発光素子の発光光量は互いに異なる。
この場合、消費電力を小さくでき、安全性をより高めることができる。

例えば、投光系１０は、複数の発光素子（例えばＬＤｋ）をそれぞれ駆動する複数の駆動回路（例えばＬＤ駆動回路ＤＣｋ）を更に含み、複数の駆動回路のうち一部の発光素子を駆動する一部の駆動回路は、一部の発光素子に供給される電荷を蓄積するコンデンサを有し、複数の駆動回路のうち他の一部の発光素子を駆動する他の一部の駆動回路は、他の一部の発光素子に供給される電荷を蓄積する、コンデンサとは容量が異なるコンデンサを有する。

この場合、一部の発光素子に対応するコンデンサと他の一部の発光素子に対応するコンデンサの容量を異ならせるだけで、一部の発光素子と他の一部の発光素子の発光光量を異ならせることができる。
この結果、ＬＤ駆動回路を単純化、小型化できる。

なお、例えば一部の駆動回路と他の一部の駆動回路を印加電圧の異なる電圧源に接続することにより、一部の発光素子と他の一部の発光素子の間で発光光量を異ならせても良い。

また、例えば各駆動回路をコンデンサと抵抗とが直列に接続された複数の直列接続体を含んで構成し、該直列接続体の両端に電圧を印加するようにしても良い。この場合、一部の駆動回路と他の一部の駆動回路のコンデンサの容量を同じにし、かつ抵抗の抵抗値を変えることにより、一部の発光素子と他の一部の発光素子の間で発光光量を異ならせることができる。

また、発光素子は、複数の発光部を有し、一部の発光素子と他の一部の発光素子は、発光素子毎の発光部の数が互いに異なっていても良い。

この場合、一部の発光素子と他の一部の発光素子の発光部の数を変えるだけで、一部の発光素子と他の一部の発光素子の発光光量を異ならせることができる。

また、光源は、それぞれが複数の発光素子から成り、上記一軸方向に直交する方向に並ぶ複数の発光素子列を有していても良い。すなわち、物体検出装置を非走査型のレーザレーダとしても良い。この場合、物体検出装置１００と同様の構成（例えば実施例１〜３、５、６等）を採用することで同様の効果を得ることができる。

また、物体検出装置１００と、該物体検出装置１００が搭載される移動体と、を備える移動体装置によれば、安全性に優れた移動体装置を提供できる。

また、物体検出装置１００と、該物体検出装置１００の出力に基づいて、物体情報（物体の有無、物体の位置、物体の移動方向及び物体の移動速度の少なくとも１つ）を求める監視制御装置３００と、を備えるセンシング装置１０００によれば、安全性に配慮しつつ物体情報を精度良く取得することができる。

また、センシング装置１０００は移動体に搭載され、監視制御装置３００は物体の位置情報及び移動情報の少なくとも一方に基づいて危険の有無を判断するため、例えば移動体の操縦制御系、速度制御系等に危険回避のための有効な情報を提供することができる。

また、移動体と、該移動体に搭載される物体検出装置１００又は該移動体に搭載されるセンシング装置１０００と、を備える移動体装置によれば、衝突安全性に優れる。

［変形例の物体検出装置］
図１８には、本発明の物体検出装置の変形例の概略構成が示されている。変形例の物体検出装置は、複数の発光素子（例えばＬＤやＶＣＳＥＬ）を含む発光素子アレイ、投光光学系、少なくとも１つのＬＤ駆動回路、受光光学系、受光素子、処理回路、二値化回路を含んで構成されている。すなわち、本発明の物体検出装置において、時間計測部４５、測定制御部４６、物体認識部４７、同期系５０は、必須ではない。なお、同期系５０は、走査型の場合に必要であるが、非走査型の場合は不要である。

また、変形例の物体検出装置でも、上記実施形態の物体検出装置１００と同様に一部の照射範囲に対する照射光量と他の一部の照射範囲に対する照射光量を互いに異ならせることで、同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態及び変形例では、発光素子として、ＬＤやＶＣＳＥＬを用いているが、これに限られない。例えば、有機ＥＬ素子、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の他の発光素子を用いても良い。

また、投光光学系、受光光学系は、反射ミラーを有していなくても良い。すなわち、ＬＤからの光を、光路を折り返さずに回転ミラーに入射させても良い。

また、受光光学系は、結像レンズに代えて、他の光学素子（例えば集光ミラー）を有していても良い。

また、光偏向器として、回転ミラーに代えて、例えば、ポリゴンミラー（回転多面鏡）、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー等の他のミラーを用いても良い。

また、上記実施形態では、物体検出装置が搭載される移動体として自動車を例にとって説明したが、該移動体は、自動車以外の車両、航空機、無人航空機、船舶、ロボット等であっても良い。

また、以上の説明で用いた具体的な数値、形状などは、一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なことは言うまでもない。

以上の説明から明らかなように、上記実施形態及び変形例の物体検出装置、センシング装置、移動体装置は、物体までの距離を測定する所謂Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法を用いる技術又はＴＯＦ法に用いられる技術であり、移動体におけるセンシングの他、モーションキャプチャ技術、測距計、３次元形状計測技術などの産業分野などで幅広く用いることができる。すなわち、本発明の物体検出装置、センシング装置は、必ずしも移動体に搭載されなくても良い。

以下に、発明者が上記実施形態を発案するに至った思考プロセスを説明する。

走行中の車両の前方の物体の有無や、その物体までの距離を検出する車載装置として、レーザレーダがある。レーザレーダ用の光学系としては様々なものが知られているが、特許文献１〜４に開示されているように、光源から射出されたレーザ光を回転ミラーで走査し、物体で反射もしくは散乱された光を再度回転ミラーを介して光検出器で検出することで、所望の範囲の物体の有無やその物体までの距離を検出できる。このように、レーザ光により、光検出器で検出できる検出可能領域を走査する走査型レーザレーダは、検出が必要な部分のみにレーザ光を集中できるので、検出精度や検出距離の点で有利であり、また、光検出器で検出可能な領域も最小限にすることができるため、光検出器のコスト的にも有利である。

このような走査型レーザレーダにおいて、走査方向についてはレーザの射出時間間隔を細かくすることで高分解能化が可能である。走査直交方向（走査方向に直交する方向）を高分解能化するためには、走査直交方向にレーザの個数を増やすか、走査直交方向に光検出器の個数を増やすことで、鉛直方向の層数（Layer数）を増大させることができる。

走査直交方向に光検出器の個数を増やして層数を増やすと、１層あたりの光量が低下するため、通常は検出距離が低下してしまう。このため、走査直交方向にレーザの個数を増やすのが好ましい。また、レーザはアレイ化した方が、装置を小型化でき、好ましい。

層数を増やすと、鉛直方向に広い範囲を検出することができ、例えば地面から正面の物体までを略同時に検出できる。このとき、正面の物体は、遠くの距離まで検出する必要があるが、地面を検出するときは、あまり遠くまで検出できるようにしておく必要はない。

レーザレーダにおける検出距離は、大部分は装置から射出される光の光量で決まる。そのため、例えば地面を検出する層は、あまり光量が必要なく、逆に光量が高すぎると、安全上好ましくなく、また、ゴースト光や迷光が発生して誤検出することが懸念される。このように、検出可能な層数が増えてくると、各層で必要な光量は変わってくる。

そこで、発明者は、層間で光量を変化させることで、より安全で、検出距離の長距離化と誤検出の抑制を両立できる物体検出装置を実現すべく、上記実施形態を発案した。

１０…ＬＤ（発光素子、投光系の一部）、２０…投光光学系（投光系の一部）、２２…カップリングレンズ（光学系の一部）、２４…反射ミラー（光学系の一部、反射部材）、２６…回転ミラー（光学系の一部、反射部材、光偏向器）、３０…受光光学系（受光系の一部）、４３…光検出器（受光系の一部）、１００…物体検出装置、１０００…センシング装置。

特開２０１１−１２８１１２ 特開２００９−０６３３３９ 特開２０１２−１０７９８４ 特開２００９−０６９００３

Claims (14)

1. 一軸方向に配置された複数の発光素子を有する光源と、前記光源からの光を導光する光学系とを含む投光系と、
   前記投光系から投光され物体で反射もしくは散乱された光を受光する受光系と、を備え、
   前記複数の発光素子からの複数の光は、前記一軸方向の異なる複数の領域に投光され、
   前記複数の発光素子のうち少なくとも１つの発光素子からの光の少なくとも一部が前記光学系の外側に外れることにより、前記複数の領域のうち前記少なくとも１つの発光素子の光が投光される領域の光の光量を、前記複数の発光素子のうち前記少なくとも１つの発光素子とは異なる他の発光素子の光が投光される領域の光の光量と異ならせることを特徴とする物体検出装置。
2. 前記一軸方向は、鉛直方向であることを特徴とする請求項１に記載の物体検出装置。
3. 前記光学系は、前記複数の発光素子からの光の光路上に配置されたカップリングレンズを有し、
   前記少なくとも１つの発光素子からの光は、一部が前記カップリングレンズの外側に外れることを特徴とする請求項１又は２に記載の物体検出装置。
4. 前記一軸方向に関して、前記光源の中心位置と前記カップリングレンズの中心位置は、ずれていることを特徴とする請求項３に記載の物体検出装置。
5. 前記光学系は、前記複数の発光素子からの光の光路上に反射部材を有し、
   前記少なくとも１つの発光素子からの光は、一部が前記反射部材の外側に外れることを特徴とする請求項１又は２に記載の物体検出装置。
6. 前記反射部材は、前記一軸方向に平行な回転軸を有する光偏向器であることを特徴とする請求項５に記載の物体検出装置。
7. 前記光源は、それぞれが前記複数の発光素子から成り、前記一軸方向に直交する方向に並ぶ複数の発光素子列を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の物体検出装置。
8. 前記複数の領域における一部の領域に対応する一部の前記発光素子の発光光量と、前記複数の領域における他の一部の領域に対応する他の一部の前記発光素子の発光光量は、互いに異なることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の物体検出装置。
9. 前記投光系は、前記複数の発光素子をそれぞれ駆動する複数の駆動回路を更に含み、
   前記複数の駆動回路のうち前記一部の発光素子を駆動する一部の駆動回路は、前記一部の発光素子に供給される電荷を蓄積するコンデンサを有し、
   前記複数の駆動回路のうち前記他の一部の発光素子を駆動する他の一部の駆動回路は、前記他の一部の発光素子に供給される電荷を蓄積する、前記コンデンサとは容量が異なるコンデンサを有することを特徴とする請求項８に記載の物体検出装置。
10. 前記発光素子は、複数の発光部を有し、
    前記一部の発光素子と前記他の一部の発光素子は、前記発光素子毎の前記発光部の数が互いに異なることを特徴とする請求項８に記載の物体検出装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の物体検出装置と、
    前記物体検出装置の出力に基づいて、物体の有無や、物体の移動方向及び移動速度の少なくとも１つを含む移動情報を求める監視制御装置と、を備えるセンシング装置。
12. ）
    前記監視制御装置は、前記物体の位置情報及び移動情報の少なくとも一方に基づいて危険の有無を判断することを特徴とする請求項１１に記載のセンシング装置。
13. ）
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の物体検出装置と、
    前記物体検出装置が搭載される移動体と、を備える移動体装置。
14. 請求項１１又は１２に記載のセンシング装置と、
    前記センシング装置が搭載される移動体と、を備える移動体装置。
    
    

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