(57)【要約】【課題】  走査点の密度を動的に変えることが可能であり、かつ信頼性を向上させることが可能なレーザ走査装置を提供する。【解決手段】  レーザ光によって被走査領域の走査を行うレーザ走査装置であって、レーザ光を一定の周期で出射するレーザ源２１と、レーザ源２１から出射したレーザ光を透過し、レーザ光の出射角を変える走査素子２２と、走査素子２２を制御する制御部１５とを含む。制御部１５は、レーザ光により走査される被走査領域のサイズ及び被走査領域に対してレーザ光を送信する点の密度を変えるように走査素子２２を制御する。【選択図】  図１
2018180181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光によって被走査領域の走査を行うレーザ走査装置であって、
前記レーザ光を一定の周期で出射するレーザ源と、
前記レーザ源から出射した前記レーザ光を透過し、前記レーザ光の出射角を変える走査素子と、
前記走査素子を制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、前記レーザ光により走査される前記被走査領域のサイズ及び前記被走査領域に対して前記レーザ光を送信する点の密度を変えるように前記走査素子を制御する
レーザ走査装置。
【請求項２】
前記制御部は、走査可能な最も大きい走査範囲のうち互いに離れた第１領域及び第２領域を走査するように前記走査素子を制御する
請求項１に記載のレーザ走査装置。
【請求項３】
車両周辺の情報を取得するセンサをさらに具備し、
前記制御部は、前記センサからの情報に基づいて、前記被走査領域のサイズ及び前記被走査領域に対して前記レーザ光を送信する点の密度を決定する
請求項１又は２に記載のレーザ走査装置。
【請求項４】
前記制御部は、
第１走査動作と、第２走査動作とを所定回ずつ順に実行し、
前記第１走査動作において、第３領域を走査対象とし、
前記第２走査動作において、前記第３領域からレーザ光が受信されない領域を除いた第４領域を走査対象とする
請求項１から３のいずれかに記載のレーザ走査装置。
【請求項５】
対象物によって反射されたレーザ光を受信し、対象物までの距離を検出する検出回路をさらに具備し、
前記制御部は、
前記検出回路による複数の検出結果を用いて、走査範囲に含まれる道路の傾斜を算出し、
前記道路の傾斜に応じて、走査範囲を変える
請求項１から４のいずれかに記載のレーザ走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるレーザ走査装置に係り、例えば、赤外線レーザを用いたレーザ走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の自動運転、又は車両の運転支援を行う機器が盛んに開発されている。また、車両などに搭載されるＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）が知られている。ＬＩＤＡＲは、レーザ光（例えば、波長λ＝９０５ｎｍ）を用いて車両前方のある範囲を走査し、この走査範囲にある検出物からの反射光を検出することによって、対象物の検出、及び車両から対象物までの距離を測定する。
【０００３】
ＬＩＤＡＲとしては、いくつかの方式が提案されている。レーザ光を出射する複数の送信部を縦方向に配置し、全体を水平面で回転させて走査する方式（特許文献１）、レーザ入射角を変化させて垂直方向（縦方向）を走査し、ポリゴンミラーの回転で水平方向（横方向）を走査する方式（特許文献２）、及び２軸で独立に角度の変えられるＭＥＭＳミラーを用いる方式（特許文献３）などがある。これらメカニカルな手法以外にも、電気的に位相を変えることにより光の出射角度を変える方式（特許文献４、５）などがある。
【０００４】
しかし、メカニカルな手法では、素早く走査範囲を変更したり、細かく走査するのが困難である。また、特許文献４、５では、光パワースプリッタ、光フェーズシフタ、光カプラなどが必要であり、構成部品が多く、構造が複雑になってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００２０３０６号明細書
【特許文献２】特開２０１０−３８８５９号公報
【特許文献３】特開２００９−２１６７８９号公報
【特許文献４】国際公開２０１４／１１００１７号
【特許文献５】国際公開２０１６／０２２２２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、走査点の密度を動的に変えることが可能であり、かつ信頼性を向上させることが可能なレーザ走査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係るレーザ走査装置は、レーザ光によって被走査領域の走査を行うレーザ走査装置であって、前記レーザ光を一定の周期で出射するレーザ源と、前記レーザ源から出射した前記レーザ光を透過し、前記レーザ光の出射角を変える走査素子と、前記走査素子を制御する制御部とを具備する。前記制御部は、前記レーザ光により走査される前記被走査領域のサイズ及び前記被走査領域に対して前記レーザ光を送信する点の密度を変えるように前記走査素子を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、走査点の密度を動的に変えることが可能であり、かつ信頼性を向上させることが可能なレーザ走査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る車載システムの構成を示すブロック図。
【図２】運転支援ＥＣＵの構成を示すブロック図。
【図３】ＬＩＤＡＲの構成を示すブロック図。
【図４】液晶素子の平面図。
【図５】図４に示したＡ−Ａ´線に沿った液晶素子の断面図。
【図６】液晶素子の動作を説明する図。
【図７】液晶素子によりレーザ光が屈折する動作を説明する図。
【図８】セル電極に印加される実効電圧を説明する図。
【図９】液晶素子によりレーザ光が屈折する動作を説明する図。
【図１０】液晶素子によりレーザ光が屈折する動作を説明する図。
【図１１】液晶分子の傾斜角と実効電圧との関係の一例を示すグラフ。
【図１２】走査角と実効電圧との関係の一例を示すグラフ。
【図１３】運転支援ＥＣＵによる対象物を検知する動作を説明するフローチャート。
【図１４】運転支援ＥＣＵによる自車位置を推定する動作を説明するフローチャート。
【図１５】ＬＩＤＡＲの基本動作を説明する概略図。
【図１６】ＬＩＤＡＲによるレーザ光の波形を説明する図。
【図１７】ＬＩＤＡＲによる走査領域制御動作を説明する模式図。
【図１８】ＬＩＤＡＲによる走査領域制御動作を説明する模式図。
【図１９】ＬＩＤＡＲによる走査領域制御動作を説明する模式図。
【図２０】ＬＩＤＡＲによる走査領域制御動作を説明する模式図。
【図２１】ＬＩＤＡＲによる走査領域制御動作を説明する模式図。
【図２２】第１実施例に係る走査動作を説明するフローチャート。
【図２３】走査対象の下側領域を走査する様子を説明する図。
【図２４】走査対象の上側領域を走査する様子を説明する図。
【図２５】車両から近い人物がいる領域を走査する様子を説明する図。
【図２６】第２実施例に係る走査動作を説明するフローチャート。
【図２７】通常時における走査範囲を説明する模式図。
【図２８】ＬＩＤＡＲによる走査の一例を説明する図。
【図２９】ＬＩＤＡＲによる走査の一例を説明する図。
【図３０】ＬＩＤＡＲによる走査の一例を説明する図。
【図３１】第３実施例に係る走査動作を説明するフローチャート。
【図３２】第３実施例に係る走査領域を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１１】
［１］  車載システム１の構成
まず、車両に搭載される車載システム１の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車載システム１の構成を示すブロック図である。
【００１２】
車載システム１は、運転支援ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０、レーザ走査装置としてのＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、又はLaser Imaging Detection and Ranging）２０、カメラ３０、超音波レーダ３１、ミリ波レーダ３２、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信部３３、通信部３４、車両ＥＣＵ３５、操舵装置３６、駆動装置３７、及び制動装置３８などを備える。ＬＩＤＡＲ２０、カメラ３０、超音波レーダ３１、ミリ波レーダ３２、及びＧＮＳＳ受信部３３はそれぞれ、センサと呼ぶ場合もある。
【００１３】
車両ＥＣＵ３５は、車両の走行を統括的に制御する装置である。車両ＥＣＵ３５は、１つ又は複数のプロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）、及び／又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを含む周知のマイクロコンピュータである。車両ＥＣＵ３５は、ＲＯＭに記憶されているプログラムに基づいて、走行制御を実行する。車両ＥＣＵ３５は、操舵装置３６、駆動装置３７、及び制動装置３８などを制御する。
【００１４】
操舵装置３６は、車両ＥＣＵ３５の指令に基づいて、車両の進行方向を切り換える。
【００１５】
駆動装置３７は、車両ＥＣＵ３５の指令に基づいて、車両の駆動力を生成する。例えば、車両がエンジン車両である場合、駆動装置３７は、エンジン及びトランスミッション（図示せず）などを有する。車両が電気自動車である場合、駆動装置３７は、走行モータ及びトランスミッション（図示せず）などを有する。
【００１６】
制動装置３８は、車両ＥＣＵ３５の指令に基づいて、車両の制動力を生成する。
【００１７】
運転支援ＥＣＵ１０は、運転支援又は自動運転を統括的に制御する装置である。運転支援ＥＣＵ１０は、１つ又は複数のプロセッサ（ＣＰＵ、及び／又はＭＰＵを含む）、ＲＯＭ、及びＲＡＭなどを含む周知のマイクロコンピュータである。運転支援ＥＣＵ１０は、ＲＯＭに記憶されているプログラムに基づいて、運転支援制御を実行する。
【００１８】
運転支援ＥＣＵ１０には、それぞれ通信用バスを介して、ＬＩＤＡＲ２０、カメラ３０、超音波レーダ３１、ミリ波レーダ３２、ＧＮＳＳ受信部３３、及び通信部３４が接続される。なお、図１では、簡略化のために、ＬＩＤＡＲ２０、カメラ３０、超音波レーダ３１、及びミリ波レーダ３２をそれぞれ１個のみ図示している。しかし、ＬＩＤＡＲ２０、カメラ３０、超音波レーダ３１、及びミリ波レーダ３２はそれぞれ、複数個設けられていてもよい。例えば、車両の前後左右に４個のＬＩＤＡＲが取り付けられ、４個のＬＩＤＡＲは、車両の前後左右を走査可能である。カメラ３０、超音波レーダ３１、及びミリ波レーダ３２についても、ＬＩＤＡＲ２０の配置例と同様である。
【００１９】
ＬＩＤＡＲ２０は、車両の前側（例えば、フロントバンパー、又はフロントグリル）、車両の後ろ側（例えば、リアバンパー、又はリアグリル）、及び／又は、車両の側方（例えば、フロントバンパーの側方）に配置される。また、ＬＩＤＡＲ２０は、ルーフやボンネット等、車両の上部に配置されてもよい。
【００２０】
ＬＩＤＡＲ２０は、レーザ光（赤外線レーザ）を車両周辺の所定範囲に送信し、その反射光を受信する。そして、ＬＩＤＡＲ２０は、反射点（対象物）の存在、及び対象物までの距離を検出する。一例として、ＬＩＤＡＲ２０は、レーザ光を用いて、車両の前方の所定範囲を走査する。
【００２１】
カメラ（画像処理装置）３０は、所定周期で車両周辺を撮像する。また、カメラ３０は、周辺の車両や人などの対象物、及び、走行車線の特定に用いられる対象物（区画線、縁石、及び中央分離帯など）を検出する。カメラ３０は、ＣＣＤ（charge-coupled device）やＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）などの撮像素子を含む。
【００２２】
超音波レーダ３１は、超音波を用いて、車両周辺の対象物を検出する。ミリ波レーダ３２は、ミリ波を用いて、車両周辺の対象物を検出する。
【００２３】
ＧＮＳＳ受信部３３は、複数のＧＮＳＳ（Global Positioning System）衛星から信号を受信し、自車両の位置を示す位置情報を取得する。位置情報には、例えば緯度及び経度が含まれる。なお、本実施形態では、ＧＮＳＳを用いる構成を示したが、例えばＧＰＳのように、ＧＮＳＳ以外の測位システムの受信機を用いる構成としてもよい。
【００２４】
通信部３４は、ネットワークを介して、運転支援サーバや管理センタとの間で無線通信を行う。そして、通信部３４は、運転支援サーバや管理センタから、様々な情報を取得する。
【００２５】
［１−１］  運転支援ＥＣＵ１０の構成
次に、運転支援ＥＣＵ１０の構成について説明する。図２は、運転支援ＥＣＵ１０の構成を示すブロック図である。
【００２６】
運転支援ＥＣＵ１０は、記憶部１１、自車位置推定部１２、対象物検出部１３、センサ制御部１４、走査制御部１５、電圧制御部１６、及び行動計画生成部１７を備える。
【００２７】
記憶部１１は、参照用３次元地図データ（３Ｄ地図データ）１１Ａを記憶する記憶領域を備える。また、記憶部１１は、行動計画（走行計画）などを記憶する。
【００２８】
参照用３次元地図データ１１Ａは、道路の位置情報、道路形状の情報（カーブと直線部との種別、カーブの曲率、車線幅、及び路肩幅などを含む）、交差点及び分岐点の位置情報、施設の情報、信号機の情報、及び交通標識の情報などが含まれている。参照用３次元地図データ１１Ａは、自動車が走行可能な範囲について、３次元地図作成用である本システムとは別のＬＩＤＡＲによって、あらかじめ作成されているものである。参照用３次元地図データ１１Ａには、３次元地図作成時における車両の位置情報が含まれていてもよい。参照用３次元地図データ１１Ａは、記憶部１１が備える不揮発性メモリに格納される。参照用３次元地図データ１１Ａは、通信部３４を用いて、最新の情報に更新することが可能である。
【００２９】
センサ制御部１４は、カメラ３０、超音波レーダ３１、ミリ波レーダ３２、及びＧＮＳＳ受信部３３を含むセンサ群の動作を制御する。センサ制御部１４は、センサ群によって検出された情報を用いて、対象物を認識及び特定する。
【００３０】
走査制御部１５は、ＬＩＤＡＲ２０の走査動作を制御する。走査制御部１５は、ＬＩＤＡＲ２０による走査領域（フレーム）のサイズを変える制御、及び走査領域を走査するための走査点（レーザ光が送信される点）の密度を変える制御などを実行する。
【００３１】
電圧制御部１６は、ＬＩＤＡＲ２０を駆動する。具体的には、電圧制御部１６は、ＬＩＤＡＲ２０に含まれる液晶素子２２が所望の動作を実現できるように、各種電圧を液晶素子２２に供給する。
【００３２】
自車位置推定部１２は、各種センサによる情報に基づいて、自車の位置を推定する。対象物検出部１３は、各種センサによる情報に基づいて、車両周囲の対象物を検出する。行動計画生成部１７は、自車位置の推定結果、及び対象物の検知結果に基づいて、車両が走行するルートである行動計画を生成する。
【００３３】
［１−２］  ＬＩＤＡＲ２０の構成
次に、ＬＩＤＡＲ２０の構成について説明する。図３は、ＬＩＤＡＲ２０の構成を示すブロック図である。
【００３４】
ＬＩＤＡＲ２０は、レーザ源２１、走査素子としての液晶素子２２、及び検出回路２３を備える。ＬＩＤＡＲ２０の基本的な動作は、送信したレーザ光が対象物で反射して検出回路２３に戻るまでの光の往復時間（ＴＯＦ：Time of Flight）を計測する。
【００３５】
レーザ源２１は、レーザ光を発生及び出射する。レーザ光としては、赤外線レーザ（例えば波長λ＝９０５ｎｍ）が用いられる。
【００３６】
液晶素子２２は、レーザ源２１からの赤外線レーザを透過させるとともに、赤外線レーザを走査、すなわち赤外線レーザの出射角を時分割で変える。これにより、対象物の複数点に対して赤外線レーザを照射することができる。液晶素子２２の具体的な構成については後述する。
【００３７】
検出回路２３は、対象物によって反射された赤外線レーザを検出する。検出回路２３は、例えば赤外線センサから構成される。その他、検出回路２３として赤外線カメラを用いてもよい。
【００３８】
［１−３］  液晶素子２２の構成
次に、ＬＩＤＡＲ２０に含まれる液晶素子２２の構成について説明する。図４は、液晶素子２２の平面図である。図５は、図４に示したＡ−Ａ´線に沿った液晶素子２２の断面図である。
【００３９】
液晶素子２２は、透過型の液晶パネルである。液晶素子２２は、対向配置された基板４０、４１と、基板４０、４１間に挟持された液晶層４２とを備える。基板４０、４１の各々は、透明基板（例えば、ガラス基板、又はプラスチック基板）から構成される。基板４０は、レーザ源２１に対向配置され、レーザ源２１からのレーザ光は、基板４０側から液晶層４２に入射する。
【００４０】
液晶層４２は、基板４０、４１間に充填される。具体的には、液晶層４２は、基板４０、４１と、シール材４３とによって包囲された領域内に封入される。シール材４３は、例えば、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいて基板４０又は基板４１に塗布された後、紫外線照射、又は加熱等により硬化させられる。
【００４１】
液晶層４２を構成する液晶材料は、基板４０、４１間に印加された電圧（電界）に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。本実施形態の液晶素子２２は、ホモジニアスモードある。すなわち、液晶層４２として正の誘電率異方性を有するポジ型（Ｐ型）のネマティック液晶が用いられ、液晶分子は、電圧（電界）を印加しない時には基板面に対して概略水平方向に配向する。ホモジニアスモードでは、電圧を印加しない時に液晶分子の長軸（ダイレクタ）が概略水平方向に配向し、電圧を印加した時に液晶分子の長軸が垂直方向に向かって傾く。傾斜角の大きさは、印加される実効電圧に応じて変化する。液晶層の初期配向は、液晶層４２を挟むようにして基板４０、４１にそれぞれ設けられた２つの配向膜（図示せず）によって制御される。
【００４２】
なお、液晶モードとして、ネガ型（Ｎ型）のネマティック液晶を用いた垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードを用いてもよい。ＶＡモードでは、電界を印加しない時に液晶分子の長軸が概略垂直方向に配向し、電圧を印加した時に液晶分子の長軸が水平方向に向かって傾く。
【００４３】
基板４０の液晶層４２側には、それぞれがＹ方向に延びる複数のセル電極４４が設けられる。任意の数のセル電極群は、単位電極４５を構成する。図４には、３個の単位電極４５−１〜４５−３を例示しているが、実際には、さらに多くの単位電極４５が設けられる。また、図４では、１つの単位電極４５が１０個のセル電極を備えているが、セル電極の数は、任意に設定可能である。単位電極４５のＸ方向の長さは、これを構成するセル電極４４の数を変更することで変えることができる。セル電極４４は、透明電極から構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。
【００４４】
複数の単位電極４５は、互いに電気的に分離されており、また、複数のセル電極４４は、互いに電気的に分離されている。すなわち、セル電極４４に対して個別に電圧制御が可能であり、また、単位電極４５に対して個別に電圧制御が可能である。
【００４５】
基板４１の液晶層４２側には、それぞれがＸ方向に延びる複数のセル電極４６が設けられる。任意の数のセル電極群は、単位電極４７を構成する。図４には、３個の単位電極４７−１〜４７−３を例示しているが、実際には、さらに多くの単位電極４５が設けられる。単位電極４７のＹ方向の長さは、これを構成するセル電極４６の数を変更することで変えることができる。セル電極４６は、透明電極から構成され、例えばＩＴＯが用いられる。
【００４６】
複数の単位電極４７は、互いに電気的に分離されており、また、複数のセル電極４６は、互いに電気的に分離されている。すなわち、セル電極４６に対して個別に電圧制御が可能であり、また、単位電極４７に対して個別に電圧制御が可能である。
【００４７】
図４から理解されるように、液晶素子２２は、パッシブマトリクス方式（単純マトリクス方式）であり、また、ドットマトリクス方式である。すなわち、液晶素子２２は、ドットマトリクスのパターンを有する。液晶素子２２は、１つのセル電極４４と１つのセル電極４６とが交差する１つのドット毎に、液晶配向を制御できる。
【００４８】
単位電極４５と単位電極４７との１つの交差領域は、図４の例では概略正方形であり、この交差領域は、光の位相を制御する単位となる。単位電極４５及び単位電極４７の電圧制御は、運転支援ＥＣＵ１０に含まれる電圧制御部１６によって行われる。
【００４９】
なお、液晶素子２２として、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）方式を用いた透過型液晶パネル（透過型ＬＣＯＳ）を用いてもよい。透過型ＬＣＯＳを用いることで、電極を微細加工することが可能となり、より小型の液晶素子２２を実現できる。透過型ＬＣＯＳでは、シリコン基板（又は透明基板上に形成されたシリコン層）が用いられる。シリコン基板は、バンドギャップとの関係で、特定の波長以上の波長を有する光（赤外線を含む）を透過するため、ＬＣＯＳを透過型液晶パネルとして使用することができる。ＬＣＯＳを使用することにより、セル電極がより小さい液晶パネルとすることができるため、さらに小型化することが可能となる。また、液晶分子の移動度が高いため、レーザ光を高速で走査することが可能となる。
【００５０】
（液晶素子２２の動作）
次に、ＬＩＤＡＲ２０に含まれる液晶素子２２の動作について説明する。図６は、液晶素子２２の動作を説明する図である。レーザ源２１からのレーザ光は、基板４０側から液晶層４２に入射する。液晶素子２２の電圧制御は、運転支援ＥＣＵ１０に含まれる電圧制御部１６によって実行される。以下の説明では、図６のＸ方向に走査する例について説明する。
【００５１】
電圧制御部１６は、基板４０に設けられた単位電極４５に含まれる全てのセル電極４４、及び基板４１に設けられた単位電極４７に含まれる全てのセル電極４６に０Ｖを印加する。この場合、図６に示すように、液晶層４２の全領域にわたって、液晶分子は、概略水平方向に配向する。この時、液晶層４２に屈折率の勾配は生じていない。よって、レーザ源２１から入射したレーザ光は、屈折せずに液晶素子２２を透過する。
【００５２】
図７は、液晶素子２２によりレーザ光が屈折する動作を説明する図である。電圧制御部１６は、１つの単位電極４５に含まれる複数のセル電極４４に、図７の左から右に向かって順に高くなる実効電圧を印加する。
【００５３】
図８は、セル電極４４に印加される実効電圧を説明する図である。図８の横軸は、１つの単位電極４５に含まれる複数のセル電極４４の番号に対応しており、図７の左から右に順に配置された例えば１０個のセル電極を表している。図８の縦軸は、実効電圧（Ｖ）であり、セル電極４４には交流電圧が印加される。
【００５４】
勾配を有する複数の実効電圧を複数のセル電極４４に印加すると、液晶層４２に屈折率の勾配が形成される。すなわち、印加電圧が高くなるにつれて、液晶分子の水平方向に対する傾きが大きくなる。液晶層４２の屈折率の勾配に起因して、液晶素子２２を透過したレーザ光は、角度θで屈折する。
【００５５】
図９及び図１０は、実効電圧を順に高くした場合におけるレーザ光が屈折する動作を説明する図である。単位電極４５に印加する最大の実効電圧を高くするにつれて、水平方向に対する液晶分子の傾きが大きくなる。これにより、液晶層４２の屈折率の勾配がより大きくなる。すなわち、実効電圧を変えることで、レーザ光の角度θを任意に変えることができる。
【００５６】
次に、ＬＩＤＡＲ２０が出射するレーザ光の走査角θについて説明する。液晶層４２の厚さｄＬＣ、単位電極４５及び単位電極４７の各々における走査方向の長さＬ、異常光の屈折率ｎｅ、正常光の屈折率ｎｏ、水平方向に対する液晶分子の傾斜角αｍａｘ、係数Ａ、Ｂとする。“Δｎ”は、液晶の屈折率異方性（複屈折性）であり、異常光の屈折率と正常光の屈折率との差である。“Δｎ＊”は、見かけの複屈折性である。走査角θは、以下の式（１）〜（３）で表される。
【００５７】
【数１】
2018180181.tif 000003
【００５８】
【数２】
2018180181.tif 000004
【００５９】
αｍａｘ＝９０／（１＋Ａ・ｅｘｐ（−Ｂ・Ｖ））          ・・・（３）
【００６０】
図１１は、液晶分子の傾斜角と実効電圧との関係の一例を示すグラフである。図１１の縦軸は、水平方向に対する液晶分子の最大傾斜角αｍａｘ（度）であり、すなわち、１つの単位電極４５（又は単位電極４７）内で最大の実効電圧が印加された領域に存在する液晶分子の傾斜角である。図１１の横軸は、実効電圧（Ｖ）である。
【００６１】
図１２は、走査角θと実効電圧との関係の一例を示すグラフである。図１２の縦軸は、走査角θ（度）であり、図１２の横軸は、実効電圧（Ｖ）である。図１２の実効電圧は、単位電極４５（又は単位電極４７）に印加する最大の実効電圧、すなわち、勾配を有する複数の実効電圧のうち最大の実効電圧である。
【００６２】
図１１及び図１２では、例えば、液晶層４２の厚さｄＬＣ＝３０μｍ、単位電極４５の長さＬ＝３０μｍ、異常光の屈折率ｎｅ＝１．５９２、正常光の屈折率ｎｏ＝１．４１５、係数Ａ＝８６３、係数Ｂ＝０．２４としている。例えば、１つの単位電極が１０本のセル電極で構成されているとすると、１本のセル電極の幅は概略２．５μｍ、２本のセル電極間の距離は概略０．５μｍである。この例の場合、実効電圧を１５Ｖ〜４０に変化させると、走査角を０度〜１０度に変化させることができる。
【００６３】
なお、図１１及び図１２は、基板４１に垂直方向（すなわち、液晶素子２２内を屈折しないで進んだ光の進行方向）に対して一方の側に走査する走査角を示している。実際には、基板４１に垂直方向に対して両側に走査することが可能であり、この場合の走査角は２θとなる。基板４１に垂直方向に対して他方の側に走査する場合は、実効電圧の傾斜を図８の逆、すなわち、図８の左から右に順に実効電圧が高くなるようにすれば、レーザ光を図７の逆側（右側）に走査することができる。
【００６４】
また、Ｙ方向に沿った一次元で走査する場合は、Ｙ方向に沿って屈折率の勾配を形成すればよい。すなわち、１つの単位電極４７に含まれる複数のセル電極４６に、勾配を有する複数の実効電圧を印加する。また、二次元で走査する場合は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて、屈折率の勾配を形成すればよい。
【００６５】
［２］  車載システム１の動作
上記のように構成された車載システム１の動作について説明する。
【００６６】
まず、対象物を検知する動作について説明する。図１３は、運転支援ＥＣＵ１０による対象物を検知する動作を説明するフローチャートである。
【００６７】
カメラ３０は、所定周期ごとに、車両周辺のうち所定領域を撮像する（ステップＳ１００）。カメラ３０による撮像データは、運転支援ＥＣＵ１０に送られる。
【００６８】
続いて、超音波レーダ３１は、超音波を用いて、所定周期ごとに、車両周辺のうち所定の走査範囲を走査する（ステップＳ１０１）。また、ミリ波レーダ３２は、ミリ波を用いて、所定周期ごとに、車両周辺のうち所定の走査範囲を走査する（ステップＳ１０１）。超音波レーダ３１及びミリ波レーダ３２による測定データは、運転支援ＥＣＵ１０に送られる。
【００６９】
続いて、ＬＩＤＡＲ２０は、レーザ光を用いて、所定周期ごとに、車両周辺のうち所定の走査範囲を走査する（ステップＳ１０２）。ＬＩＤＡＲ２０による測定データは、運転支援ＥＣＵ１０に送られる。
【００７０】
なお、ステップＳ１００〜Ｓ１０２の順序は任意であり、例えば、ＬＩＤＡＲ２０、超音波レーダ３１、ミリ波レーダ３２、及びカメラ３０は、並行して測定動作を行ってもよい。また、前述したように、複数のＬＩＤＡＲ２０が車両に取り付けられ、複数のＬＩＤＡＲ２０が測定動作を行う。超音波レーダ３１、ミリ波レーダ３２、及びカメラ３０についても同様である。
【００７１】
続いて、対象物検出部１３は、カメラ３０による撮像データと、超音波レーダ３１及びミリ波レーダ３２による測定データと、ＬＩＤＡＲ２０による測定データとを用いて、例えば車両前方の対象物（人や障害物を含む）を検知したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。具体的には、対象物検出部１３は、カメラ３０により時間差で撮像された２つ以上のデータを比較し、比較結果としての差分情報を判定することで、対象物を検知する。また、カメラ３０により撮像されたデータから、公知のパターン認識技術や形状マッチング技術等を用いて対象物を検知するようにしてもよい。超音波レーダ３１及びミリ波レーダ３２による測定データを用いることにより、車両から対象物までの距離および方向を検出することができる。ＬＩＤＡＲ２０による測定データを用いることにより、車両周囲における対象物の立体形状を検出することができる。
【００７２】
ステップＳ１０３において対象物を検出しなかった場合、ステップＳ１０６に移行する。
【００７３】
ステップＳ１０３において対象物を検出した場合、対象物検出部１３は、ＬＩＤＡＲ２０による走査範囲を限定し、走査可能な範囲のうち一部を詳細に走査する必要があるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。Ｓ１０３において例えば車両前方に人を検出した場合、人の人数や歩いている向きなどを認識する必要があるため、詳細な走査が必要であると判定する。一方、Ｓ１０３において車両周囲に人や他の車両が検出されなかった場合、特定の対象物に注目する必要がないため、詳細な走査が必要でないと判定する。
【００７４】
ステップＳ１０４において詳細な走査が必要でないと判定された場合、ステップＳ１０６に移行する。
【００７５】
ステップＳ１０４において詳細な走査が必要であると判定された場合、対象物検出部１３は、どの領域に走査範囲を限定するのかを特定し、ＬＩＤＡＲ２０に対して走査範囲を変更する指示を送信する（ステップＳ１０５）。ＬＩＤＡＲ２０に対する指示の送信が完了すると、ステップＳ１０６に移行する。
【００７６】
続いて、行動計画生成部１７は、車両のルートを決定し、行動計画を立てる（ステップＳ１０６）。対象物の検出動作において検出された対象物についての情報から、対象物を回避しながら進行方向へ進むために最適なルートを計算する。最適なルートとは、通常であれば自動車の機構にかかる負荷が小さく、運転者にも肉体的負担が小さいルートである。しかし、対象物を検知した結果、事故等の危険が予想される場合には、急加速、急減速あるいは急転回といった行動が必要となるルートを選択してもよい。立てられた行動計画は、車両ＥＣＵ３５に送られる。車両ＥＣＵ３５は、ステップＳ１０６で立てた行動計画に従って走行するため、操舵装置３６、駆動装置３７、および制動装置３８等の走行に必要な機構を制御する。
【００７７】
その後、ステップＳ１００に戻り、運転支援ＥＣＵ１０は、対象物の検出動作を繰り返す。
【００７８】
次に、自車位置を推定する動作について説明する。図１４は、運転支援ＥＣＵ１０による自車位置を推定する動作を説明するフローチャートである。
【００７９】
ＧＮＳＳ受信部３３は、所定周期ごとに、ＧＮＳＳ衛星から位置情報を受信する（ステップＳ１１０）。ＧＮＳＳ受信部３３により受信された位置情報は、運転支援ＥＣＵ１０に送られる。運転支援ＥＣＵ１０は、位置情報を用いて、大まかな自車位置を推定する。このときに受信する位置情報は、数メートルから十数メートル程度の誤差を含んでいてもよい。トンネル内やビルの間など、ＧＮＳＳ衛星から位置情報を受信できない場所を走行している場合には、位置情報を受信せずに次のステップに進んでも構わない。また、ジャイロセンサや加速度センサを用いることにより、自車の向きについての情報を取得することができ、自車位置を推定する精度を向上させることができる。
【００８０】
続いて、ＬＩＤＡＲ２０は、レーザ光を用いて、車両周辺のうち所定の走査範囲を走査する（ステップＳ１１１）。ＬＩＤＡＲ２０による測定データは、運転支援ＥＣＵ１０に送られる。
【００８１】
続いて、自車位置推定部１２は、ステップＳ１１１の測定データを用いて、３次元地図データを作成する（ステップＳ１１２）。続いて、自車位置推定部１２は、記憶部１１から参照用３次元地図データ１１Ａを読み出す（ステップＳ１１３）。
【００８２】
続いて、自車位置推定部１２は、ステップＳ１１２で作成した３次元地図データと、ステップＳ１１３で読み出した参照用３次元地図データ１１Ａとを比較する（ステップＳ１１４）。続いて、自車位置推定部１２は、ステップＳ１１４の比較結果（例えばマッチング結果）に基づいて、自車位置を推定する（ステップＳ１１５）。２つの３次元地図のマッチング方法は、一般的なマッチング方法を適用できる。また、公知のＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）を用いて、自車位置を推定してもよい。また、参照用３次元地図データ１１Ａに含まれる地図作成時における車両の位置情報を利用することにより、３次元地図内におけるより詳細な自車位置を推定することができる。
【００８３】
続いて、対象物検出部１３は、ステップＳ１１４の比較結果に基づいて、対象物を検知したか否かを判定する（ステップＳ１１６）。すなわち、対象物検出部１３は、２つの３次元地図データのうち一致していない領域を対象物であると判定する。なお、ステップＳ１１６の判定は行わずに、次のステップＳ１１７に進んでも構わない。
【００８４】
ステップＳ１１６において対象物を検出しなかった場合、ステップＳ１１９に移行する。
【００８５】
ステップＳ１１６において対象物を検出した場合、対象物検出部１３は、ＬＩＤＡＲ２０による走査範囲を限定し、走査可能な範囲のうち一部を詳細に走査する必要があるか否かを判定する（ステップＳ１１７）。
【００８６】
ステップＳ１１７において詳細な走査が必要でないと判定された場合、ステップＳ１１９に移行する。
【００８７】
ステップＳ１１７において詳細な走査が必要であると判定された場合、対象物検出部１３は、どの領域に走査範囲を限定するのかを特定し、ＬＩＤＡＲ２０に対して走査範囲を変更する指示を送信する（ステップＳ１１８）。ＬＩＤＡＲ２０に対する指示の送信が完了すると、ステップＳ１１９に移行する。
【００８８】
続いて、行動計画生成部１７は、車両のルートを決定し、行動計画を立てる（ステップＳ１１９）。対象物の検出動作において検出された対象物についての情報から、対象物を回避しながら進行方向へ進むために最適なルートを計算する。立てられた行動計画は、車両ＥＣＵ３５に送られる。車両ＥＣＵ３５は、ステップＳ１１９で立てた行動計画に従って走行するため、操舵装置３６、駆動装置３７、および制動装置３８等の走行に必要な機構を制御する。
【００８９】
その後、ステップＳ１１０に戻り、運転支援ＥＣＵ１０は、自車位置推定動作を繰り返す。
【００９０】
上述の対象物の検出動作におけるステップＳ１０６と、自車位置推定動作におけるステップＳ１１９とは、検出動作における判定結果と、自車位置推定動作における判定結果とを同時に処理して並行して行われてもよい。この場合は、立てられる行動計画は２つではなく、１つのみとなる。
【００９１】
［２−１］  ＬＩＤＡＲ２０の基本動作
次に、ＬＩＤＡＲ２０の基本動作について説明する。図１５は、ＬＩＤＡＲ２０の基本動作を説明する概略図である。なお、図１５では、ＬＩＤＡＲ２０が車両２の前方を走査する態様を一例として示している。
【００９２】
ＬＩＤＡＲ２０に含まれるレーザ源２１及び液晶素子２２は、角度θの範囲でレーザ光を送信する。検出回路２３は、対象物によって反射されたレーザ光を検出する。想定する対象物までの距離Ｌ、距離Ｌにおける走査範囲Ｒとする。例えば、角度θ＝１０度、距離Ｌ＝１０ｍである場合は、走査範囲Ｒ＝１．７ｍであり、角度θ＝１０度、距離Ｌ＝５０ｍである場合は、走査範囲Ｒ＝８．７ｍである。角度θ、距離Ｌ、及び走査範囲Ｒは、ＬＩＤＡＲ２０に求められる仕様に応じて任意に設計可能である。
【００９３】
図１６は、ＬＩＤＡＲ２０によるレーザ光の波形を説明する図である。図１６の上側が送信の波形、下側が受信の波形である。図１６の横軸が時間であり、図１６の縦軸が強度（光強度）である。
【００９４】
レーザ源２１は、パルス信号からなるレーザ光を出射する。すなわち、レーザ源２１は、時分割でレーザ光を出射する。ＬＩＤＡＲ２０は、パルス信号としてレーザ光を送信する。パルス信号の周期Ｐ、パルス幅Ｗとする。１つのパルスを送信してから、このパルスが対象物で反射されたパルスを受信するまでの時間である遅れ量Δ、光の速度Ｃとする。遅れ量Δは、“Δ＝２Ｌ／Ｃ”で算出される。
【００９５】
例えば、パルス幅Ｗ＝１０ｎｓｅｃ、周期Ｐ＝１０μｓｅｃ（すなわち、周波数ｆ＝１００ｋＨｚ）であるものとする。遅れ量Δ＝６７ｎｓｅｃの場合、距離Ｌ＝１０ｍが算出される。
【００９６】
このような動作により、対象物が検出でき、また、対象物までの距離が算出できる。
【００９７】
［２−２］  ＬＩＤＡＲ２０の走査領域制御動作
次に、ＬＩＤＡＲ２０の走査領域制御動作について説明する。本実施形態では、ＬＩＤＡＲ２０は、状況に応じて、走査領域のサイズ、及び走査領域の位置を変化させることができる。図１７乃至図２１は、ＬＩＤＡＲ２０による走査領域制御動作を説明する模式図である。ＬＩＤＡＲ２０の走査領域は、運転支援ＥＣＵ１０に含まれる走査制御部１５によって制御される。
【００９８】
図１７は、ＬＩＤＡＲ２０から距離Ｌにおける走査領域ＡＲ１を走査する動作を説明する図である。走査領域ＡＲ１のサイズが、最大の走査領域であるものとする。図１７の丸は、ＬＩＤＡＲ２０が送信するレーザ光の走査点ＳＰ（図１６の１つのパルスに相当する）を表している。図１６に示すように、ＬＩＤＡＲ２０がレーザ光を送信する周期は、予め決まっている。１つの走査領域ＡＲ１に対応する１つのフレームは、所定数の走査点ＳＰによって走査される。
【００９９】
図１７に示すように、簡略化のために、１つのフレームは、１２個の走査点ＳＰで走査されるものとするが、実際には、１つのフレームを取得するために、より多くの走査点が用いられる。走査方向は、図１７の破線で示すように、例えば、垂直方向である。すなわち、左から右に向かって、複数の列を垂直方向に順に走査する。そして、時分割で、複数のフレームが順次取得される。
【０１００】
図１８は、走査領域ＡＲ１より狭い走査領域ＡＲ２を走査する動作を説明する図である。図１８は、例えば、走査領域ＡＲ１のうちある狭い領域に人物がいることが検出された場合、その人物を中心とした狭い領域に絞って、走査することを想定している。走査領域ＡＲ２における走査点ＳＰの数は、走査領域ＡＲ１における走査点ＳＰの数と同じである。ＬＩＤＡＲ２０がレーザ光を送信する周期は変化しないので、走査領域ＡＲ１を走査するのに要する時間と走査領域ＡＲ２を走査するのに要する時間は同じである。このように、走査領域のサイズを変更することが可能である。また、走査点ＳＰの密度を高くすることができる。これにより、走査領域ＡＲ２に対して、走査領域ＡＲ１を走査するのと同じ時間の間でより精度の高い情報を取得することができ、検出された走査対象物の形状をより詳細に取得することができる。
【０１０１】
図１９は、走査点ＳＰの密度を変えて走査領域ＡＲ１を走査する動作を説明する図である。ＬＩＤＡＲ２０は、走査領域ＡＲ１を図１７の例より少ない走査点、例えば６点の走査点で走査する。走査点ＳＰの密度を下げて走査することで、同じ範囲をより高速に走査することができ、人物等の走査範囲外から入ってくる走査対象物を発見しやすくなる。
【０１０２】
図２０は、走査点ＳＰの密度を変えて走査領域ＡＲ３を走査する動作を説明する図である。走査領域ＡＲ３は、走査領域ＡＲ１より狭い。また、走査領域ＡＲ３における走査点ＳＰの数は、走査領域ＡＲ１における走査点ＳＰの数より少ない。図２０では、走査領域ＡＲ３のフレームを取得する時間は、走査領域ＡＲ１のフレームを取得する時間より短い。図２０の例では、走査領域ＡＲ３の走査点が２個であるものとすると、走査領域ＡＲ１を１フレーム分取得する時間は、走査領域ＡＲ３を６フレーム分取得する時間に等しい。このように、走査領域ＡＲ１より狭い走査領域ＡＲ３を、粗くかつより高速に走査することが可能となり、例えば、動く走査対象物の動きを検出する場合等には有効である。
【０１０３】
図２１は、互いに離れた走査領域ＡＲ４、ＡＲ５を走査する動作を説明する図である。走査領域ＡＲ４は、走査領域ＡＲ１より狭い。また、走査領域ＡＲ４を走査するための走査点ＳＰの数は、走査領域ＡＲ１を走査するための走査点ＳＰの数より少ない。同様に、走査領域ＡＲ５は、走査領域ＡＲ１より狭い。また、走査領域ＡＲ５を走査するための走査点ＳＰの数は、走査領域ＡＲ１を走査するための走査点ＳＰの数より少ない。走査領域ＡＲ４と走査領域ＡＲ５とは、空間的に離れている。
【０１０４】
図２１の例では、走査領域ＡＲ４における走査点ＳＰの数は、走査領域ＡＲ５における走査点ＳＰの数と同じである。走査領域ＡＲ４、ＡＲ５の走査点ＳＰの合計は、図１７における走査領域ＡＲ１の走査点ＳＰの数と同じである。すなわち、走査領域ＡＲ１を走査する時間は、走査領域ＡＲ４、ＡＲ５を走査する時間と同じである。このように、１つのフレーム（走査領域ＡＲ１）のうち互いに離れた走査領域ＡＲ４、ＡＲ５を走査することが可能であるので、同時に２つ以上の走査対象物について詳細に走査することができる。なお、３つ以上の領域に分割して走査することも可能である。
【０１０５】
［２−３］  第１実施例に係る走査動作
次に、第１実施例に係る走査動作について説明する。第１実施例は、車両が走行している周囲の状況に応じて、ＬＩＤＡＲ２０の走査領域を変えるようにしている。例えば、高速道路を走行しているときは路面を詳細に走査し、市内では車両前方を詳細に走査するように、走査領域を変えるようにしている。図２２は、第１実施例に係る走査動作を説明するフローチャートである。
【０１０６】
走査制御部１５は、ＬＩＤＡＲ２０を用いて、走査対象の全領域を走査する（ステップＳ２００）。走査対象の全領域は、図１７の走査領域ＡＲ１に対応する。
【０１０７】
続いて、走査制御部１５は、ＧＮＳＳ受信部３３を用いて、ＧＮＳＳ情報（位置情報）を取得する（ステップＳ２０１）。
【０１０８】
続いて、走査制御部１５は、ステップＳ２０１による位置情報を用いて、車両が高速道路を走行しているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２において高速道路を走行していると判定された場合、走査制御部１５は、ＬＩＤＡＲ２０を用いて、走査対象の下側領域を走査する（ステップＳ２０３）。これにより、走査領域を狭くすることができるため、走査点の密度をより高くして下側領域のみを詳細に走査することができる。その後、例えば所定時間が経過後、ステップＳ２００からの動作が繰り返される。
【０１０９】
図２３は、走査対象の下側領域ＡＬを走査する様子を説明する図である。図２３において、高速道路を走行している場合、走査対象の上側領域は空であることが多い。この場合、走査対象の上側領域にレーザ光を送信しても反射されず、走査に無駄が生じている。よって、走査対象の下側領域ＡＬを高密度で走査することで、対象物の検出精度を向上させる。
【０１１０】
一方、ステップＳ２０２において高速道路を走行していない（市内を走行している）と判定された場合、走査制御部１５は、ＬＩＤＡＲ２０を用いて、走査対象の上側領域を走査する（ステップＳ２０４）。これにより、走査点の密度をより高くして上側領域を走査することができる。
【０１１１】
図２４は、走査対象の上側領域ＡＵを走査する様子を説明する図である。図２４において、市内では、車両からより遠くの対象物を早く検出することを想定している。
【０１１２】
続いて、走査制御部１５は、カメラ３０を用いて、例えば車両前方の撮像データを取得する（ステップＳ２０５）。続いて、走査制御部１５は、ステップＳ２０５による撮像データを用いて、撮像領域内に人物がいるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。
【０１１３】
ステップＳ２０６において人物がいると判定された場合、走査制御部１５は、ＬＩＤＡＲ２０を用いて、人物がいる領域を走査する（ステップＳ２０７）。その後、例えば所定時間が経過後、ステップＳ２００からの動作が繰り返される。
【０１１４】
図２５は、車両から近い人物がいる領域（人物領域）ＡＨ１、ＡＨ２を走査する様子を説明する図である。図２５において、車両の近くに人物がいる場合でも、カメラ３０の撮像データを用いることで、車両の近くにいる人物を検出することができる。
【０１１５】
一方、ステップＳ２０６において人物がいないと判定された場合、走査制御部１５は、例えば所定時間が経過後、ステップＳ２００からの動作を繰り返す。
【０１１６】
［２−４］  第２実施例に係る走査動作
次に、第２実施例に係る走査動作について説明する。第２実施例は、走査の結果、ＬＩＤＡＲ２０が上り坂を検出した場合に、走査領域を変えるようにしている。図２６は、第２実施例に係る走査動作を説明するフローチャートである。
【０１１７】
図２７は、通常時（車両２がおおよそ平坦な道路を走行している場合）における走査範囲を説明する模式図である。簡略化のため、ＬＩＤＡＲ２０は、垂直方向に走査するものとする。車両２の進行方向（ＬＩＤＡＲ２０の水平方向）を中心に、角度−θ０から角度＋θ０までが走査範囲であるものとする。角度−θ０から角度を小さくしながら順番に走査していった場合、Ｎ番目の走査を行ったときの角度が角度θＮである。
【０１１８】
走査制御部１５は、変数Ｎ＝０に設定する（ステップＳ３００）。続いて、走査制御部１５は、変数Ｎ＝Ｍであるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。“Ｍ”は、予め決められた最大値であり、１以上の整数である。
【０１１９】
ステップＳ３０１において変数Ｎが最大値Ｍに達していない場合、走査制御部１５は、ＬＩＤＡＲ２０を用いて、角度θＮでレーザ光を送信する（ステップＳ３０２）。図２８は、ＬＩＤＡＲ２０による走査の一例を説明する図である。角度θは、θ０が最大で、θＭに向かって小さくなる。角度θ０、θ１、θ３で３回の走査を行うものとすると、“θ０＞θ１＞θ３”である。
【０１２０】
続いて、走査制御部１５は、角度θＮに対応した距離ｌＮを測定する（ステップＳ３０３）。距離ｌＮは、角度θＮに沿った距離である。具体的には、ステップＳ３０２でレーザ光を送信してから、対象物で反射されたレーザ光を受信するまでの遅れ量Δを用いて、対象物までの距離ｌＮを測定する。図２８には、角度θ０における距離ｌ０、角度θ１における距離ｌ１、角度θ３における距離ｌ２を示している。
【０１２１】
続いて、走査制御部１５は、“ｌＮ−１ｓｉｎθＮ−１＞ｌＮｓｉｎθＮ”であるか否かを判定する（ステップＳ３０４）。ステップＳ３０４の条件を満たさない場合（Ｓ３０４＝Ｎｏ）、走査制御部１５は、通常通り、“−θ０＜θ＜＋θ０”の範囲で走査を実行する。図２８では、“ｌ０ｓｉｎθ０＝ｌ１ｓｉｎθ１＝ｌ２ｓｉｎθ２”となる。すなわち、車両２が走行している道路が概略平坦であることが認識できる。実際には、“ｌＮｓｉｎθＮ”で得られる数値には、多少の誤差が存在するため、誤差が所定値以内である場合に、“ｌ０ｓｉｎθ０＝ｌ１ｓｉｎθ１＝ｌ２ｓｉｎθ２”であると判定する。
【０１２２】
続いて、走査制御部１５は、変数Ｎ＝Ｎ＋１に設定する（ステップＳ３０６）。続いて、走査制御部１５は、ステップＳ３０１に戻り、Ｎ＝Ｍになるまで、角度θを変えて走査を繰り返す。
【０１２３】
一方、ステップＳ３０４の条件を満たす場合（Ｓ３０４＝Ｙｅｓ）、走査制御部１５は、走査範囲を“−θＮ＜θ＜２θ０−θＮ”に変更する（ステップＳ３０７）。ステップＳ３０７の演算についても、前述した誤差が考慮される。
【０１２４】
図２９は、ＬＩＤＡＲ２０による走査の一例を説明する図である。図２９では、“ｌ０ｓｉｎθ０＝ｌ１ｓｉｎθ１＞ｌ２ｓｉｎθ２”となる。すなわち、車両２の前方に上り坂があることが検出できる。この場合、図３０に示すように、走査範囲を“−θ２＜θ＜２θ０−θ２”に変更して、ＬＩＤＡＲ２０による走査が実行される。
【０１２５】
なお、第２実施例の変形例として、水平方向に走査するようにすれば、車両２がトンネル内を走行している場合に、トンネルのカーブに応じて走査領域を変化させることができる。
【０１２６】
［２−５］  第３実施例に係る走査動作
次に、第３実施例に係る走査動作について説明する。第３実施例は、実際の走査（本走査）の前に判定走査を実行し、この判定走査の結果に応じて、本走査を実行するようにしている。図３１は、第３実施例に係る走査動作を説明するフローチャートである。図３２は、第３実施例に係る走査領域を説明する図である。
【０１２７】
走査制御部１５は、本走査に先立って、判定走査を実行する。図３１のステップＳ４００〜Ｓ４０３が判定走査に対応する。走査制御部１５は、ＬＩＤＡＲ２０を用いて、走査対象の全領域にレーザ光を送信する（ステップＳ４００）。
【０１２８】
続いて、検出回路２３は、対象物によって反射されたレーザ光を受信する（ステップＳ４０１）。続いて、走査制御部１５は、ＬＩＤＡＲ２０から走査データを取得する（ステップＳ４０２）。続いて、走査制御部１５は、所定回数Ｘになるまで、走査動作を繰り返す（ステップＳ４０３）。これにより、Ｘ個のフレームが取得される。Ｘは、１以上の整数である。
【０１２９】
図３２は、車両が高速道路を走行中に、走査動作を行う様子を一例として示している。判定走査において、レーザ光は、走査対象の全領域に送信される。図３２では、レーザ光が送信される領域（送信領域）を破線で囲んで示している。空からはレーザ光が反射されず、おおよそ空以外の領域（受信領域）からレーザ光が受信される。
【０１３０】
走査制御部１５は、判定走査の後に、本走査を実行する。図３１のステップＳ４０４〜Ｓ４０８が本走査に対応する。すなわち、走査制御部１５は、ステップＳ４０２で取得した走査データ（複数のフレーム）を用いて、走査領域を判定する（ステップＳ４０４）。具体的には、ステップＳ４０２で取得した複数のフレームに共通して受信されたレーザ光がない領域（未受信領域）である第１領域を判定する。そして、走査対象の全領域から未受信領域を除いた領域である第２領域を新たに走査領域として判定する。本走査における走査領域は、レーザ光が受信された領域と同じかそれより少し大きい領域に設定することが望ましい。
【０１３１】
続いて、走査制御部１５は、ＬＩＤＡＲ２０を用いて、ステップＳ４０４で判定された走査領域（走査対象の一部の領域）にレーザ光を送信する（ステップＳ４０５）。
【０１３２】
続いて、検出回路２３は、対象物によって反射されたレーザ光を受信する（ステップＳ４０６）。続いて、走査制御部１５は、ＬＩＤＡＲ２０から走査データを取得する（ステップＳ４０７）。続いて、走査制御部１５は、所定回数Ｙになるまで、走査動作を繰り返す（ステップＳ４０８）。これにより、Ｙ個のフレームが取得される。Ｙは、１以上の整数である。
【０１３３】
図３２に示した本走査において、送信領域は、走査対象の全領域のうち一部の領域に絞られている。
【０１３４】
［３］  本発明の効果
以上詳述したように本実施形態では、車載システム１に含まれるレーザ走査装置は、レーザ光を出射するレーザ源２１と、レーザ源２１からのレーザ光を透過し、このレーザ光の方向を変える液晶素子（走査素子）２２と、対象物によって反射されたレーザ光を検出する検出回路２３と、液晶素子２２を制御する走査制御部１５とを備える。そして、走査制御部１５は、レーザ光により走査する領域のサイズを変えるようにしている。
【０１３５】
従って、本実施形態によれば、車両が走行する場所の状況に応じて、必要な領域に集中して走査することができるため、対象物の検出、及び測距をより速く行うことができる。また、狭められ走査領域を走査するための走査点（測定点）の密度を高くすることができるため、高精度の走査データを取得することができる。これにより、運転者又は運転支援システムが危機を回避しやすくなる。
【０１３６】
また、本実施形態のＬＩＤＡＲ２０は、走査点の密度を動的に変えることで、ある時は広い範囲を粗く観測し、別の時は狭い範囲を集中的に観測できる。ＬＩＤＡＲ２０を機械的な部品で構成すると、走査点の密度を動的に変えることが難しい。しかし、本実施形態では、機械的な構成部品がない液晶素子２２を用いてＬＩＤＡＲ２０を構成しているので、例えば、高速道路では解像度を低くしつつ遠方までを観測し、低速で走行する市内では近くを高解像度で観測するといった使い分けが可能になる。
【０１３７】
また、本実施形態のＬＩＤＡＲ２０は、機械的な構成部品がなく、かつ機械的な可動部がないため、信頼性を向上できる。さらに、ＬＩＤＡＲ２０は、小型化が可能である。
【０１３８】
なお、上記各実施形態では、レーザ走査装置が扱うレーザ光として赤外線レーザを用いている。しかし、これに限定されず、本実施形態にかかるレーザ走査装置は、赤外線以外の光にも適用可能である。
【０１３９】
また、上記実施形態では、液晶素子２２に単純マトリクス方式を適用しているが、他の電極構造を用いてもよい。例えば、第１基板に複数のドットに対応しかつ互いに電気的に分離された複数の第１電極を形成し、第１基板に対向する第２基板に平面状の１つの共通電極を形成する。そして、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）などで構成される複数のスイッチング素子を用いて複数の第１電極を駆動するようにしてもよい。
【０１４０】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【０１４１】
１…車載システム、１０…運転支援ＥＣＵ、２０…ＬＩＤＡＲ、２１…レーザ源、２２…液晶素子、２３…検出回路、３０…カメラ、３１…超音波レーダ、３２…ミリ波レーダ、３３…ＧＮＳＳ受信部、３４…通信部、３５…車両ＥＣＵ、３６…操舵装置、３７…駆動装置、３８…制動装置、４０，４１…基板、４２…液晶層、４３…シール材、４４，４６…セル電極、４５，４７…単位電極
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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