(57)【要約】  光制御装置は、移動体に設置され、出射部と受光部とを有する送受光部を備える。出射部は光を出射し、受光部は移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する。制御部は、出射部によって出射される光を、第１の方向と、第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、出射部によって出射される光の遷移軌跡が螺旋状となるように出射部を制御する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に設置され、光を出射する出射部と前記移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する受光部とを有する送受光部と、
前記出射部によって出射される光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、前記出射部によって出射される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制御部と、
を備えることを特徴とする光制御装置。
【請求項２】
前記第１の方向における前記出射部によって出射される光の出射角度を示す第１角度情報を取得する第１取得部と、
前記第２の方向における前記出射部によって出射される光の出射角度を示す第２角度情報を取得する第２取得部と、
を更に備え、
前記制御部は、前記第１角度情報と前記第２角度情報とに基づいて、前記制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２角度が所定の角度となった場合に、所定時間内に前記第１角度及び前記第２角度がそれぞれ基準角度となるように、前記出射部を制御することを特徴とする請求項２に記載の光制御装置。
【請求項４】
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更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光制御装置。
【請求項５】
前記第１の方向は水平方向であり、
前記制御部は、光が前記第１の方向の全方位に出射されるように前記出射部を制御し、
前記受光部は、前記第１の方向の全方位に存在する対象物によって反射された光を受光することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光制御装置。
【請求項６】
移動体に設置され、光を出射する出射部と前記移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する受光部とを有する送受光部とを備える光制御装置により実行される光制御方法であって、
前記出射部によって出射される光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、前記出射部によって出射される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制御工程を有することを特徴とする光制御方法。
【請求項７】
移動体に設置され、光を出射する出射部と前記移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する受光部とを有する送受光部と、コンピュータとを備える光制御装置により実行されるプログラムであって、
前記出射部によって出射される光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、前記出射部によって出射される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制御部として前記コンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項８】
移動体に設置され、光を出射する出射部と前記移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する受光部とを有する送受光部と、
前記光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、空間における所定の面上で前記出射部によって出射される光が螺旋状の軌跡を描くように前記出射部を制御する制御部と
を備えることを特徴とする光制御装置。
【請求項９】
移動体に設置され、光を出射する出射部と前記光を受光する受光部とを備える送受光部と、
前記光を第１の方向に連続的に遷移させる第１制御と、前記光を前記第１の方向と交わる第２の方向に連続的に遷移させる第２制御とを行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１の方向における前記出射部からの前記光の出射角度が所定の角度になった際に、前記光を前記第１の方向に連続的に遷移させつつ、前記第２の方向における前記出射部からの前記光の出射角度を所定角度分だけ遷移させることを特徴とする光制御装置。
【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。【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、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、光制御装置であって、移動体に設置され、光を出射する出射部と前記移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する受光部とを有する送受光部と、前記出射部によって出射される光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、前記出射部によって出射される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制御部と、を備えることを特徴とする。【０００７】
請求項６に記載の発明は、移動体に設置され、光を出射する出射部と前記移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する受光部とを有する送受光部とを備える光制御装置により実行される光制御方法であって、前記出射部によって出射される光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、前記出射部によって出射される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制御工程を有することを特徴とする。【０００８】
請求項７に記載の発明は、移動体に設置され、光を出射する出射部と前記移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する受光部とを有する送受光部と、コンピュータとを備える光制御装置により実行されるプログラムであって、前記出射部によって出射される光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、前記出射部によって出射される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制御部として前記コンピュータを機能させることを特徴とする。【０００９】
請求項８に記載の発明は、光制御装置であって、移動体に設置され、光を出射する出射部と前記移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する受光部とを有する送受光部と、前記光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、空間における所定の面上で前記出射部によって出射される光が螺旋状の軌跡を描くように前記出射部を制御する制御部とを備えることを特徴とする。【００１０】
請求項９に記載の発明は、光制御装置であって、移動体に設置され、光を出射する出射部と前記光を受光する受光部とを備える送受光部と、前記光を第１の方向に連続的に遷移させる第１制御と、前記光を前記第１の方向と交わる第２の方向に連続的に遷移させる第２制御とを行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１の方向における前記出射部からの前記光の出射角度が所定の角度になった際に、前記光を前記第１の方向に連続的に遷移させつつ、前記第２の方向における前記出射部からの前記光の出射角度を所定角度分だけ遷移させることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】光送受信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】全方位走査部の動作を模式的に示す。
【図５】第１実施例による螺旋走査の軌跡を示す。
【図６】第１実施例の螺旋走査による走査視野を示す。
【図７】第２実施例による部分多層走査の軌跡を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の好適な実施形態では、光制御装置は、移動体に設置され、光を出射する出射部と前記移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する受光部とを有する送受光部と、前記出射部によって出射される光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、前記出射部によって出射される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制御部と、を備える。
【００１３】
上記の光制御装置は、移動体に設置され、出射部と受光部とを有する送受光部を備える。出射部は光を出射し、受光部は移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する。また、制御部は、出射部によって出射される光を、第１の方向と、第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、出射部によって出射される光の遷移軌跡が螺旋状となるように出射部を制御する。このように、出射部から出射される光を、第１の方向及び第２の方向に連続的に遷移させることにより、移動体周辺の対象物を３次元で検出することが可能となる。
【００１４】
上記の光制御装置の一態様は、前記第１の方向における前記出射部によって出射される光の出射角度を示す第１角度情報を取得する第１取得部と、前記第２の方向における前記出射部によって出射される光の出射角度を示す第２角度情報を取得する第２取得部と、を更に備え、前記制御部は、前記第１角度情報と前記第２角度情報とに基づいて、前記制御を行う。この態様では、制御部は、第１角度情報及び第２角度情報に基づいて、出射される光の遷移軌跡を螺旋状に制御する。
【００１５】
上記の光制御装置の他の一態様では、前記制御部は、前記第２角度が所定の角度となった場合に、所定時間内に前記第１角度及び前記第２角度がそれぞれ基準角度となるように、前記出射部を制御する。これにより、基準角度から同様の制御を繰り返すことができる。
【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更に備える。これにより、移動体の周辺環状情報を得ることができる。
【００１７】
好適な例では、前記第１の方向は水平方向であり、前記制御部は、光が前記第１の方向の全方位に出射されるように前記出射部を制御し、前記受光部は、前記第１の方向の全方位に存在する対象物によって反射された光を受光する。
【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と前記移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する受光部とを有する送受光部とを備える光制御装置により実行される光制御方法は、前記出射部によって出射される光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、前記出射部によって出射される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制御工程を有する。この方法によっても、出射部から出射される光を第１の方向及び第２の方向に連続的に遷移させることにより、移動体周辺の対象物を３次元で検出することが可能となる。
【００１９】
本発明の他の好適な実施形態では、移動体に設置され、光を出射する出射部と前記移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する受光部とを有する送受光部と、コンピュータとを備える光制御装置により実行されるプログラムは、前記出射部によって出射される光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、前記出射部によって出射される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。このプログラムを実行し、出射部から出射される光を第１の方向及び第２の方向に連続的に遷移させることにより、移動体周辺の対象物を３次元で検出することが可能となる。
【００２０】
本発明の他の好適な実施形態では、光制御装置は、移動体に設置され、光を出射する出射部と前記移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する受光部とを有する送受光部と、前記光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、空間における所定の面上で前記出射部によって出射される光が螺旋状の軌跡を描くように前記出射部を制御する制御部と、を備える。
【００２１】
上記の光制御装置は、移動体に設置され、出射部と受光部とを有する送受光部を備える。出射部は光を出射し、受光部は移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する。また、制御部は、出射部によって出射される光を、第１の方向と、前記第１の方向と交わる第２の方向とに連続的に遷移させることで、空間における所定の面上で出射部によって出射される光が螺旋状の軌跡を描くように出射部を制御する。このように、出射部から出射される光を、第１の方向及び第２の方向に連続的に遷移させることにより、移動体周辺の対象物を３次元で検出することが可能となる。
【００２２】
本発明の他の好適な実施形態では、光制御装置は、移動体に設置され、光を出射する出射部と前記光を受光する受光部とを備える送受光部と、前記光を第１の方向に連続的に遷移させる第１制御と、前記光を前記第１の方向と交わる第２の方向に連続的に遷移させる第２制御とを行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１の方向における前記出射部からの前記光の出射角度が所定の角度になった際に、前記光を前記第１の方向に連続的に遷移させつつ、前記第２の方向における前記出射部からの前記光の出射角度を所定角度分だけ遷移させる。
【００２３】
上記の光制御装置は、移動体に設置され、出射部と受光部とを有する送受光部を備える。出射部は光を出射し、受光部は移動体周辺の対象物にて反射された光を受光する。また、制御部は、出射部によって出射される光を、第１の方向に連続的に遷移させる第１制御と、第１の方向と交わる第２の方向に連続的に遷移させる第２制御とを行う。そして、制御部は、第１の方向における前記出射部からの光の出射角度が所定の角度になった際に、前記光を前記第１の方向に連続的に遷移させつつ、第２の方向における出射部からの光の出射角度を所定角度分だけ遷移させる。このように、出射部から出射される光を、第１の方向及び第２の方向に連続的に遷移させることにより、移動体周辺の対象物を３次元で検出することが可能となる。
【実施例】
【００２４】
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。【００２５】
［構成］
図１は、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、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、光送受信部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、とを備える。【００２６】
光送受信部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°の全方位を対象にレーザパルス（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、光送受信部１へ供給する。光送受信部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。【００２７】
信号処理部２は、光送受信部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。【００２８】
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。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θｔ及び目標垂直角度φｔ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θｔ及び目標垂直角度φｔ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θｔ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。【００２９】
次に、光送受信部１について詳しく説明する。光送受信部１の構成を図２に示す。光送受信部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。なお、光送受信部１は、本発明における「送受光部」の一例である。【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（＝２１７）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。レーザダイオード１３は本発明における「出射部」の一例である。【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。受光素子１６、電流電圧変換回路１７及びＡ／Ｄコンバータ１８は、本発明における「受光部」の一例である。【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。なお、全方位走査部３は、本発明における「制御部」の一例である。【００４０】
［走査制御］
（第１実施例）
次に、全方位走査部３による走査制御の実施例について説明する。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、以下に述べる第１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。【００４１】
図５は、第１実施例における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面上で描く軌跡を示している。【００４２】
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−φ０から終了点Ｅにおける垂直角度φ０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「垂直角度遷移範囲」と呼ぶ。垂直角度遷移範囲は、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。【００４３】
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、垂直角度遷移範囲を９０°とし、残りの２７０°を「有効水平視野角度範囲θ１」とする。即ち、θ１＝２７０°である。有効水平視野角度範囲とは、全方位３６０°から垂直角度遷移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／層数
となる。また、水平角度分解能Δθは、
Δθ＝３６０／９００＝０．４°／ｓｅｇ
となる。【００４４】
図６（Ｂ）は、螺旋走査の水平視野を示す。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。【００４５】
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＝−φ０＝−１５°となる。また、例えば７層分のセグメントデータをフレームレート１５．２６Ｈｚで取得したい場合、全方位走査部３は、送信光パルスＰｔを角速度ω：
ω＝２π×１５．２６×７＝３８４６ｄｅｇ／ｓ
で走査する。【００４６】
螺旋走査開始後の経過時間を「ｔ」とすると、水平角度は以下のように求められる。【００４７】
【数１】
2017060976.tif 000003
なお、式（１）に示す水平角度θは螺旋の回転に沿った累積の水平角度であり、式（２）に示す水平角度θ’は螺旋走査の軌跡を図５（Ｂ）のように水平視した場合の水平角度である。【００４８】
また、螺旋走査の層数をｎとし、開始点における垂直角度φ０＝−１５°とし、係数Ｋ＝０．１３８９とし、有効水平視野角度範囲θ１＝２７０°とすると、垂直角度は以下のように求められる。式（３）は有効水平視野角度範囲内における垂直角度を示し、式（４）は垂直角度遷移範囲内における垂直角度を示す。【００４９】
【数２】
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このように、第１実施例では、全方位走査部３は、送信光パルスＰｔで複数層の螺旋走査を行うことにより、３次元のセグメントデータを取得することができる。【００５０】
（第２実施例）
第１実施例の螺旋走査では、送信光パルスＰｔの出射方向の垂直角度φを一定変化率で螺旋状に変化させている。しかし、第１実施例の螺旋走査では、１つの層内で得られたデータは、垂直角度φを徐々に変化させつつ得たデータであるので、その後の信号処理部２における信号処理に利用しにくい場合も考えられる。【００５１】
これに対し、第２実施例の走査では、垂直角度φの遷移を毎層行うこととする。即ち、全方位走査部３は、垂直角度遷移範囲において各層で垂直角度φを増加させて走査方向を次の層へと移動させる。このような第２実施例による走査を「部分多層走査」とも呼ぶ。【００５２】
第２実施例による部分多層走査による軌跡を図７に示す。図７（Ａ）は部分多層走査による軌跡の斜視図であり、図７（ｂ）は部分多層走査による軌跡の平面図であり、図７（Ｃ）は部分多層走査による軌跡の側面図である。なお、図７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一点が作る軌跡を示している。【００５３】
図示のように、第２実施例の部分多層走査において、各層の有効水平視野角度（θ＝θ１＝２７０°）までの範囲では、全方位走査部３は垂直角度φを変化させずに走査を行う。そして、全方位走査部３は、それに続く垂直角度遷移範囲において垂直角度φを増加させて、出射方向を１つ上の層へ移動させる。全方位走査部３は、このような走査を各層において行う。【００５４】
具体的には、図７（Ａ）、（Ｃ）に示すように、まず、全方位走査部３は、最下層（第１層）の開始点Ｓ１から終了点Ｅ１まで垂直角度φを変化させずに走査し、それに続く最下層の垂直角度遷移範囲において、垂直角度φを１層分増加させて出射方向を第２層の開始点Ｓ２に移動させる。【００５５】
次に、全方位走査部３は、第２層の開始点Ｓ２から終了点Ｅ２まで垂直角度φを変化させずに走査し、それに続く第２層の垂直角度遷移範囲において、垂直角度φを１層分増加させて出射方向を第３層の開始点Ｓ３に移動させる。全方位走査部３は、このような各層毎の走査を順次行い、出射方向が最上層（第７層）の終了点Ｅ７に到達すると、第１実施例の螺旋走査の場合と同様に、垂直角度遷移範囲において垂直角度φを最上層の終了点Ｅ７から最下層の開始点Ｅ１へ移動させる。そして、最下層の開始点Ｓ１から、同様の方法で次の１フレームの走査を続ける。【００５６】
第１実施例と同様に、層数ｎ＝７とし、垂直角度φの範囲を−１５°≦φ≦１５°とすると、全方位走査部３は、各層の垂直角度遷移範囲内で垂直角度φを５°増加させることにより、出射方向を１つ上の層へと移動させることになる。【００５７】
第２実施例において、部分多層走査開始後の経過時間を「ｔ」とすると、水平角度は以下のように求められる。【００５８】
【数３】
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なお、式（５）で示す水平角度θは螺旋の回転に沿った累積の水平角度であり、式（６）で示す水平角度θ’は螺旋走査の軌跡を図５（Ｂ）のように水平視した場合の水平角度である。【００５９】
また、部分多層走査の層数をｎとし、開始点における垂直角度φ０＝−１５°とし、有効水平視野角度範囲θ１＝を２７０°とすると、垂直角度φは以下のように求められる。【００６０】
【数４】
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なお、式（７）の関数「ｆｌｏｏｒ（引数）」は送信光パルスＰｔによる走査中の層を示し、その値は「引数の整数部」となる。例えば第１層を走査中の場合、ｆｌｏｏｒ（０）＝０となる。また、式（８）は各層の垂直角度遷移範囲内の垂直角度φを示し、式（９）は終了点Ｅ７から開始点Ｓ１への遷移中の垂直角度φを示す。【００６１】
第２実施例では、全方位走査部３は、送信光パルスＰｔで部分多層走査を行うことにより、３次元のセグメントデータを取得することができる。また、第２実施例では、垂直角度遷移範囲以外の有効水平視野角度範囲内において垂直角度φが一定の多層状走査を実現することができ、垂直角度φを固定した状態でのセグメントデータを得ることができる。【００６２】
［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。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
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】
【００６４】
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
１３  レーザダイオード
１６  受光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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