第１章

自動運転に必要な環境認識センサ

1-1・運転支援システムの登場とレーザレーダ

みると，高速道路の車線中央に黒いもの（磁気デバイス）が埋め込まれてい

1-1 運転支援システムの登場とレーザレーダるように見える．自動車側がこの磁気デバイスを感知して左右方向を制御するようである．また，どの磁気デバイス上を走行しているかがわかるので，この絵（図 1-1）は 1956 年に掲載されたアメリカの電力会社の新聞広告の前後の車両と通信して安全な車間距離を確保する仕組みだ．当時，この仕組イラストを再現したものである．筆者の生まれる前から，自動運転の未来はみは実際に実験も行い，実現可能な方式と思われていた．ところが，いざ実約束されていたのである．

現しようとすると，仕組みの実現性ではなく道路に磁気デバイスを埋め込む自動運転が衆目の前に搭乗したのは，この広告からさらにさかのぼった1939 年だった．ニューヨークで開催された万国博覧会に出品した，アメリカのゼネラルモーターズ（GM）の未来社会の展示 だったのである．
（2）

新聞広告のイラストは，この万博に使われたもののようだ．絵をよく見て大変さが問題となった．普通の道路とは比べられないほど，磁気デバイスのメンテナンスに費用がかかることがわかったのだ．
そのため，インフラの力に頼らない自動運転の方向に研究開発がシフトしていった．そして生み出されたものが車載レーダである．
自動運転の魅力の一つが安全性である．その安全性の象徴が自動ブレーキといえる．
自動車はハンドルをきるか，ブレーキをかけないと何かにぶつかってしまう．自動でハンドルをきるのは周辺も監視しないといけないので難しくなる．一方，自動でブレーキをかけるのは前方を監視するだけで良さそうなので，自動ハンドルより簡単そうに思える．
そのため，自動運転を実現する前に，自動運転機能の要素から実現していく流れとなった．その要素で最も望まれたものが自動ブレーキである．自動ブレーキは道路に埋め込まれた磁気デバイスをセンシングするという手段でなく，車載センサで前方の障害物を検出してブレーキを自律的に制御する方向になったのである．ここで，最も重要な技術となるのが前方を監視する車載センサである．当時の技術で成立する可能があったものは，電波を発信し物体からの反射波を受信して物体の存在と距離を測る電波レーダだった．
1950 年代後半には，航空機で既に実用化していたものを車載可能なサイズまで小型化する目途が立ち，1959 年に発表した図 1-2 に示す GM の未来コンセプトカー「サイクロン・コンセプト」に搭載されたのである．
サイクロン・コンセプトは自動ブレーキだけでなく，数々の未来装備に溢

図 1-1
8（1）

アメリカの新聞広告（1956 年）れていた．この写真で開いているドアとキャノピーは，音声コマンドで開閉
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自動運転に必要な環境認識センサ

1-2・運転支援システムの成熟と電波レーダ

1992 年，世界初となるレーザレーダを使ったシステムが三菱ディアマン
テに搭載された．しかしまだ自動ブレーキ機能はなく，車間距離を警報するだけものものだった．
レーザレーダが自動ブレーキを見据えたシステムとして，突然現れたのには理由がある．GM がサイクロン・コンセプトを発表した当時，レーザ光はまだ存在していなかったためである．
レ ー ザ と は，Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（輻射の誘導放出による光増幅）の頭文字を並べた LASER なのである．人間が作り出した人工的な光であり，初めて登場したのが 1960 年だったのである．
電波レーダの歴史はレーザより古く，1940 年代には航空機の探知レーダ
図 1-2 GM が発表した未来コンセプトカー「サイクロン・コンセプト」（1959 年）©General Motorsが実用化していた．ちなみにレーダとは，Radio Detecting and Ranging（電波探知測距）の頭字語である．1980 年代に半導体レーザが一般化し，電波するキーフリーシステムだったのである．

よりも早く車載できるものが開発できたのである．レーザレーダという言葉

レーダで前方を監視し，先行車が急ブレーキをかけたときドライバーが脇は，レーダに対応した LiDAR（Light Detection and Ranging，または Laser

見をしていて気付かなければ自動でブレーキをかける自動ブレーキシステム

Imaging Detection and Ranging）という言葉に置き換わるようになった．

は，誰もが実用化を望んだ．1959 年当時，実用化の課題はコストとサイズ以降，ここでもレーザレーダを LiDAR と称する．

だった．
サイクロン・コンセプトのようなコンセプトカーなら，レーダのコストもサイズも大した問題にならない．しかし，量産車ではコストと，搭載に必要1-2 運転支援システムの成熟と電波レーダなスペースの確保をクリアしないと話にならないのである．
自動車用レーダを量産したとしても，当時の見積ではコストが現代の貨幣

車載 LiDAR が出現した当初，送信されるレーザビームは，図 1-3 に示す価値で 30 万円以上する ことがわかったのである．量産車に 30 万円もするように太目のものを真っすぐ前方に 1 本と，検知範囲を広げるため検出距離部品は高すぎるため，装備することは考えられない．また，車載可能だったを短めにした左右 2 本の計 3 本だった．3 本のビームは固定式のため，自車とはいえ，他の部品に影響を与えずにバンパーやグリルに収まるサイズでは前方レーンのみが検知範囲だった．

（3）

なかったのである．そこで，車載レーダの現実的なコストとサイズを実現す

このときの LiDAR の機能は，車間距離を計測して前方走行車に接近し過べく実用化が始まった．ところが思った以上に時間がかかり，先に市場に登ぎたときドライバーに警報するだけのものだった．さらに商品性をあげるべ場したのは電波ではなく，レーザ光を物体に送信して反射させ，その受信光

く，LiDAR は前方走行車への追従が可能なアダプティブ・クルーズ・コンから距離を求めるレーザレーダだったのである．

トロール（ACC：Adaptive Crouse Control）用のセンサへと進化した．

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自動運転に必要な環境認識センサ

1-2・運転支援システムの成熟と電波レーダ

る．レーザ光をミラーに送信し，ミラーを回転させればファンビームとな３本の太い固定ビームる．固定ビーム方式は 3 本のビームだったため，前方の 3 点の距離計測ができるのみだった．それがファンビーム方式になると，角度分解能によるものの，けた違いに多くの点の距離計測ができるようになった．

先行車

自車

ファンビーム方式の LiDAR で計測した点は，自車前方の障害物の位置と形状を点（ポイント）で表し点群の雲のように見えるため，ポイントクラウ

図1-3
1-3 固定ビーム方式の図
固定ビーム方式のLiDAR
LiDAR の投光状況の投光状況ド（Point Cloud）と呼ぶようになった．ファンビーム方式はレーザスキャナと同原理のため，レーザスキャナで得られたデータもポイントクラウドとACC と車間距離警報に必要な機能は前方走行車までの車間距離計測であ呼ぶ．

り，両者とも同じ性能でも良さそうではあるが，ACC は車間距離を制御す

ただし，全ての物体の表面データが得られるかというと，そうではなかっることから，車間距離警報よりも高性能なものが求められる．すなわち，直た．LiDAR が発するレーザビームが反射する点のみがデータ化されたので進しているときだけでなくカーブでの走行時も前方走行車を連続して認識である．レーザ光は 900 nm 付近の近赤外領域となるため，人間の目には見えきないといけないのである．直進自車レーンだけだった検知範囲を，カーブない．また光源を見つめると網膜が焼けてしまう危険性があるため，厳しく走行も考慮して，自車レーンの左右 2 レーン程を検出可能な範囲まで広げな出力が規制されている．そのため，強いレーザビームを送信できず，反射率ければならなくなった．そのため，固定ビーム方式から，図 1-4 のようにの高いものしか検出できなかったのである．幸いなことに自動車の後面にはレーザビームを細く絞り左右上下に振るファンビーム方式を採用することにリフレックスリフレクタという反射板の取りつけが義務化されているため，なった．

前方走行車の検出には困らなかった．しかし，泥などで反射板が汚れてしまLiDAR を固定ビームからファンビームに変更することは比較的容易であうと検出できない状況も発生していた．
また，近赤外光は霧に吸収されるため，霧中走行では使えなかった．雨が強くなると，LiDAR のレンズに付着した水滴でビームが散乱する状況も生１本の細いビームを搖動させファンビーム化じた．
ファンビーム方式の LiDAR の登場により，日本における高速道路で使用する ACC 用センサとしては，ほぼ問題はなくなっていた．ただし，それは晴天時に限ったことだった．当時，LiDAR を使った ACC では，雨天時に作先行車自車動させない仕様が多かった．具体的には，ワイパースイッチがオン状態の時には，ACC が作動しないようになっていたのである．
ACC を雨天時に作動させないのは，レーザ光は雨による減衰があるの

図 1-4 ファンビーム方式の LiDAR の投光状況
図 1-4 ファンビーム方式の LiDAR の投光状況
12で，雨天時は計測精度が落ちるためと思われていた．しかし実際は，雨によ13