JP2023060126A

JP2023060126A - Optical controller

Info

Publication number: JP2023060126A
Application number: JP2023032459A
Authority: JP
Inventors: 和俊北野; Kazutoshi Kitano
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2023-03-03
Publication date: 2023-04-27
Also published as: JP2021183981A; JP2020073878A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical controller which can acquire 3D information using single transceivers even if a mobile body is in an inclined state.

SOLUTION: An optical controller emits light from an emission part and receives light reflected from an object by a light receiving part. And an acquisition part acquires inclination information regarding the inclination of a mobile body, and a control part, based on the inclination information, controls the emitting direction of the light emitted by the emission part.

SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、出射光の遷移を制御する光制御装置に関する。 The present invention relates to a light control device that controls transition of emitted light.

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。 A lidar (LIDAR) is known that scans in the horizontal direction while intermittently emitting laser light and receives the reflected light to detect point groups on the surface of an object. US Pat. No. 6,300,000 describes a technique for scanning the surroundings in one or two dimensions with a lidar mounted on a vehicle to detect information about the surroundings of the vehicle.

特開２０１４－８９６９１号公報JP 2014-89691 A

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。 If we want to obtain information about our surroundings in three dimensions, we need to use multilayer lidars. However, the multi-layer lidar requires as many optical transmitters and receivers as the number of layers, resulting in a very high cost. Further, when a moving object such as a vehicle on which a lidar is mounted is tilted, the direction of the laser beam emitted by the lidar is changed, and an object cannot be detected correctly.

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。 Examples of the problems to be solved by the present invention include the above. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a light control device that can acquire three-dimensional information using a single transmitter/receiver even when a mobile body is tilted.

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、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。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a light control device installed on a moving object, comprising: an emitting portion for emitting light; a light receiving portion for receiving the light reflected by an object; An acquisition unit that acquires tilt information about the tilt, and a control unit that controls an emission direction of the light emitted by the emission unit based on the tilt information.

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。4 is a block diagram showing the configuration of the lidar unit according to the embodiment; FIG. 送受光部の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing the configuration of a transmitter/receiver; FIG. トリガ信号及びセグメント抽出信号の波形を示す。Waveforms of a trigger signal and a segment extraction signal are shown. 全方位走査部による走査状態の例を示す。An example of a scanning state by an omnidirectional scanning unit is shown. 螺旋走査の軌跡を示す。The trajectory of the helical scan is shown. 螺旋走査による走査視野を示す。Fig. 2 shows the scanning field of view with helical scanning; 螺旋走査の軌跡の例を示す。Fig. 3 shows an example of a spiral scanning trajectory; 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。4 schematically shows a change in the target detection state due to the tilt of the vehicle. 適応螺旋走査による走査範囲の補正を示す。Fig. 3 illustrates scan range correction with adaptive helical scanning; 第１実施例の適応螺旋走査の軌跡の例を示す。2 shows an example of a trajectory of adaptive helical scanning of the first embodiment; 第１実施例の適応螺旋走査の軌跡の他の例を示す。3 shows another example of the trajectory of the adaptive helical scanning of the first embodiment; 第１実施例の適応螺旋走査の軌跡の他の例を示す。3 shows another example of the trajectory of the adaptive helical scanning of the first embodiment; 第１実施例の適応螺旋走査の軌跡の他の例を示す。3 shows another example of the trajectory of the adaptive helical scanning of the first embodiment; 第１実施例の適応螺旋走査のフローチャートである。4 is a flow chart of adaptive helical scanning of the first embodiment; 車両のピッチング運動を模式的に示す。1 schematically shows the pitching motion of a vehicle; 第２実施例の適応螺旋走査の軌跡の例を示す。FIG. 11 shows an example of a trajectory of adaptive helical scanning of the second embodiment; FIG. 第２実施例の適応螺旋走査のフローチャートである。FIG. 11 is a flow chart of adaptive helical scanning of the second embodiment; FIG.

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。 In a preferred embodiment of the present invention, a light control device installed on a moving object includes an emitting unit that emits light, a light receiving unit that receives the light reflected by an object, and an inclination related to the moving object. An acquisition unit that acquires inclination information, and a control unit that controls an emission direction of the light emitted by the emission unit based on the inclination information.

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。 The light control device described above emits light from the emitting portion and receives the light reflected by the object by the light receiving portion. The acquisition unit acquires tilt information about the tilt of the moving body, and the control unit controls the emission direction of the light emitted by the emission unit based on the tilt information. Thereby, the direction of emitted light can be appropriately controlled according to the inclination of the moving body.

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。 In one aspect of the above light control device, the tilt information is information indicating a direction angle of the moving body in a first direction and a tilt angle of the moving body in a second direction that intersects with the first direction. including. In this aspect, the light emission direction is controlled based on the directional angle in the first direction and the tilt angle in the second direction.

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。 In another aspect of the above light control device, the tilt information includes a direction angle of the rotational motion of the moving body in a first direction and an amplitude angle of the rotational motion in a second direction intersecting the first direction. , and the frequency of said rotational motion. In this aspect, the light emission direction is controlled based on the directional angle, amplitude angle and frequency of the rotational motion.

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。 In another aspect of the above-described light control device, the control unit causes the light emitted by the emission unit to continuously shift in the first direction and the second direction, so that the light The exit part is controlled so that the transition trajectory of is helical. In this aspect, light is emitted so that the transition trajectory is helical, so light reflected by objects in all directions can be received.

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。 Another aspect of the above light control device further includes a detector that detects at least one of a distance and an angle to the object based on a light receiving result of the light receiver. In this aspect, at least one of the distance and the angle to the object can be obtained based on the light receiving result of the light receiving section.

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。 In another preferred embodiment of the present invention, the light control method is executed by a light control device installed in a moving body and provided with a light emitting section for emitting light and a light receiving section for receiving the light reflected by an object. comprises an acquiring step of acquiring tilt information relating to the tilt of the moving body, and a controlling step of controlling the emitting direction of the light emitted by the emitting portion based on the tilt information. Also by this method, the direction of emitted light can be appropriately controlled according to the inclination of the moving body.

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。 In another preferred embodiment of the present invention, there is provided a program executed by a light control device installed in a moving object and comprising a light emitting section for emitting light, a light receiving section for receiving the light reflected by an object, and a computer. causes the computer to function as an acquisition unit that acquires tilt information relating to the tilt of the moving body, and a control unit that controls the emission direction of the light emitted by the emission unit based on the tilt information. By executing this program on a computer, it is possible to appropriately control the direction of emitted light according to the inclination of the moving object.

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。 In another preferred embodiment of the present invention, a light control device installed on a moving body includes an emitting portion for emitting light, a light receiving portion for receiving the light reflected by an object, and an acquisition unit that acquires tilt information related to the tilt; and based on the tilt information, the light emitted from the light emitting unit has a trajectory that is constant regardless of the tilt. and a control unit that controls the direction of light emission.

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。 The light control device described above emits light from the emitting portion and receives the light reflected by the object by the light receiving portion. Further, the acquisition unit acquires tilt information about the tilt of the moving object, and the control unit adjusts the trajectory of the light emitted from the emitting unit based on the tilt information so that it has a constant shape regardless of the tilt. , to control the emission direction of the light emitted from the emission unit; Thereby, the direction of emitted light can be appropriately controlled according to the inclination of the moving body.

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。
［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（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）方式のライダ（Ｌｉｄａｒ：ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＲａｎｇｉｎｇ、または、ＬａｓｅｒＩｌｌｕｍｉｎａｔｅｄＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｎｄＲａｎｇｉｎｇ）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。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[composition]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a lidar unit 100 according to an embodiment of the light control device of the present invention. The lidar unit 100 of the embodiment is mounted on a moving object such as a vehicle. The lidar unit 100 is a TOF (Time Of Flight) type lidar (Lidar: Light Detection and Ranging, or Laser Illuminated Detection And Ranging), and measures the range of an object (object) in all directions in the horizontal direction. . As shown in the figure, the lidar unit 100 includes a light transmitting/receiving section 1, a signal processing section 2, an omnidirectional scanning section 3, a scanning angle control section 4, a scanning angle detection section 5, and an attitude angle detection section 6. Prepare.

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。 The light transmitting/receiving unit 1 includes a laser diode or the like, generates a laser pulse PL and supplies it to the omnidirectional scanning unit 3 . The omnidirectional scanning unit 3 emits laser pulses (hereinafter also referred to as “transmitting light pulses Pt”) in all directions of 360° in the horizontal direction while changing the emission direction in the vertical direction. At this time, the omnidirectional scanning unit 3 emits the transmission light pulse Pt for each segment (900 segments in the present embodiment) obtained by dividing omnidirectional 360° in the horizontal direction by equal angles. Furthermore, the omnidirectional scanning unit 3 receives the reflected light of the transmission light pulse Pt (hereinafter also referred to as “receiving light pulse Pr”) within a predetermined period after the transmission light pulse Pt is emitted, and sends it to the transmission/reception unit 1 . supply. The transmitter/receiver 1 generates a signal (hereinafter also referred to as “segment signal Sseg”) relating to the received light intensity for each segment based on the received light pulse Pr, and outputs the signal to the signal processor 2 .

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。 The scanning angle detector 5 detects a horizontal angle θ and a vertical angle φ indicating the emission direction of the transmission light pulse Pt emitted by the omnidirectional scanner 3 and supplies the detected horizontal angle θ and vertical angle φ to the signal processor 2 .

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。 The attitude angle detector 6 is, for example, a sensor attached to the vehicle, and detects the attitude of the vehicle on which the rider unit 100 is mounted. Specifically, the posture angle detection unit 6 detects the inclination of the vehicle caused by the external (road) environment, and calculates the angle of the direction in which the vehicle is inclined (hereinafter referred to as the "inclination direction") as an estimated inclination value indicating the inclination. ) _dir and the tilt angle of the vehicle (hereinafter referred to as the “tilt angle”) φ _tilt are detected and supplied to the signal processing unit 2 . It should be noted that the tilt of the vehicle here does not mean the tilt (mounting error) that occurs when the rider unit 100 is mounted on the vehicle. Alternatively, the attitude angle control unit 6 detects the pitching motion of the vehicle, and uses the direction θ _dir of the pitching motion, the frequency f _pitch , the amplitude φ _pitch , and the phase shift with respect to the frame time of the pitching motion as pitching motion estimation values indicating the pitching motion. It detects p- _pitch and the like and supplies it to the signal processing unit 2 . Instead of attaching a sensor to the vehicle, a sensor may be attached to the omnidirectional scanning unit 3 as the attitude angle detection unit 6 to detect the inclination of the omnidirectional scanning unit 3 itself.

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。 Based on the segment signal Sseg for each segment received from the light transmitting/receiving unit 1, the signal processing unit 2 outputs surrounding environment information including at least one of the distance to the object and the angle of the object. The surrounding environment information is information indicating the surrounding environment of the vehicle in which the rider unit 100 is mounted, and more specifically, information indicating the distance and angle of objects existing in all directions around the vehicle.

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。 Based on the horizontal angle θ and the vertical angle φ detected by the scanning angle detection unit 5, the signal processing unit 2 generates a target horizontal angle _θx and a target vertical angle _φx as control targets. supply to The scanning angle control unit 4 controls the scanning angle of the transmission light pulse Pt by the omnidirectional scanning unit 3 based on the target horizontal angle θ _x and the target vertical angle φ _x supplied from the signal processing unit 2 . Thereby, the omnidirectional scanning unit 3 is controlled to emit the transmission light pulse Pt at the target horizontal angle _θx and the target vertical angle φ.

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。 When the posture angle detection unit 6 detects the inclination or pitching motion of the vehicle, the signal processing unit 2 detects the scanning angle θ detected by the scanning angle detection unit 5 and the tilt estimation detected by the posture angle detection unit 6. or the pitching motion estimated value, a vertical angle (hereinafter referred to as a "corrected vertical angle") φ after correction for the variation in the scanning angle due to the tilt or pitching motion of the vehicle is generated, and this is the target It is supplied to the scanning angle control unit 4 as the vertical angle _φx . Therefore, the scanning angle control unit 4 can control the scanning angle of the transmission light pulse Pt so as to correct the influence of the tilting or pitching motion of the vehicle.

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。 Next, the light transmitting/receiving section 1 will be described in detail. FIG. 2 shows the configuration of the light transmitting/receiving section 1. As shown in FIG. The transmitter/receiver 1 mainly includes a crystal oscillator 10, a synchronization controller 11, an LD driver 12, a laser diode (LD) 13, a light receiving element 16, a current-voltage conversion circuit (transimpedance amplifier) 17, It has an A/D converter 18 and a segmentator 19 .

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。 The crystal oscillator 10 outputs a pulse-like clock signal S1 to the synchronization control section 11 and the A/D converter 18 . In this embodiment, as an example, the clock frequency is assumed to be 1.8 GHz. Further, hereinafter, the clock indicated by the clock signal S1 is also called a "sample clock".

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。 The synchronization control section 11 outputs a pulse signal (hereinafter referred to as “trigger signal S2”) to the LD driver 12 . In this embodiment, the trigger signal S2 is periodically asserted with a period of 131072 (=2 ¹⁷ ) sample clocks. Hereinafter, the period from when the trigger signal S2 is asserted to when it is next asserted is also called a "segment period". The synchronization control unit 11 also outputs to the segmentator 19 a signal (hereinafter referred to as “segment extraction signal S3”) that determines the timing for the segmentator 19 to extract the output of the A/D converter 18, which will be described later. The trigger signal S2 and the segment extraction signal S3 are logic signals and are synchronized as shown in FIG. 3, which will be described later. In this embodiment, the synchronization control unit 11 asserts the segment extraction signal S3 for a time width (also referred to as "gate width Wg") corresponding to 2048 sample clocks.

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。 The LD driver 12 supplies a pulse current to the laser diode 13 in synchronization with the trigger signal S2 input from the synchronization control section 11 . The laser diode 13 is, for example, an infrared (905 nm) pulse laser, and emits light pulses based on the pulse current supplied from the LD driver 12 . In this embodiment, the laser diode 13 emits a light pulse of approximately 5 nsec.

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。 A light pulse emitted from the laser diode 13 is sent to the omnidirectional scanning unit 3 via an optical system. The omnidirectional scanning unit 3 emits a transmission light pulse Pt, receives a light pulse reflected by the object as a reception light pulse Pr, and sends it to the light receiving element 16 .

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。 The light-receiving element 16 is, for example, an avalanche photodiode, and generates a weak current corresponding to the light quantity of the received light pulse Pr guided by the omnidirectional scanning section 3 . The light receiving element 16 supplies the generated weak current to the current-voltage conversion circuit 17 . The current-voltage conversion circuit 17 amplifies the weak current supplied from the light receiving element 16 , converts it into a voltage signal, and inputs the converted voltage signal to the A/D converter 18 .

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。 The A/D converter 18 converts the voltage signal supplied from the current-voltage conversion circuit 17 into a digital signal based on the clock signal S1 supplied from the crystal oscillator 10 and supplies the converted digital signal to the segmentator 19 . Hereinafter, the digital signal generated by the A/D converter 18 for each clock will also be referred to as a "sample".

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。 The segmentator 19 generates, as the segment signal Sseg, the digital signal output from the A/D converter 18 for 2048 sample clocks during the gate width Wg period during which the segment extraction signal S3 is asserted. The segmentator 19 supplies the generated segment signal Sseg to the signal processing unit 2 .

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。 FIG. 3 shows time-series waveforms of the trigger signal S2 and the segment extraction signal S3. As shown in FIG. 3, in this embodiment, the segment period, which is a period of one cycle during which the trigger signal S2 is asserted, is set to a length of 131072 sample clocks (denoted as "smpclk" in the drawing), The pulse width of the trigger signal S2 is set to a length corresponding to 64 sample clocks, and the gate width Wg is set to a length corresponding to 2048 sample clocks.

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。 In this case, since the segment extraction signal S3 is asserted only during the period of the gate width Wg after the trigger signal S2 is asserted, the segmentator 19 detects the 2048 A/D converters 18 during the assertion of the trigger signal S2. will extract the sample output by . Further, the longer the gate width Wg, the longer the maximum range-finding distance (range-finding limit distance) from the lidar unit 100 .

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。 Next, the omnidirectional scanning unit 3 will be described in detail. The omnidirectional scanning unit 3 is composed of, for example, a rotatable mirror and an optical system for scanning the transmission light pulse Pt in 360 degrees. The direction in which the omnidirectional scanning unit 3 transmits and receives optical pulses to and from the surrounding environment (hereinafter also referred to as the “output direction”) is determined by the horizontal angle θ and the vertical angle φ. FIG. 4 shows an example of a scanning state by the omnidirectional scanning section 3. FIG. FIG. 4A is a perspective view showing a state in which the omnidirectional scanning section 3 is horizontally scanning. FIG. 4B is a plan view of the scanning state of the omnidirectional scanning unit 3 as viewed from above. A light pulse is scanned at a horizontal angle θ with respect to a predetermined horizontal reference axis. The horizontal angle θ changes by 360° ([deg]) with respect to the horizontal reference axis. That is, the light pulse can scan in all directions (0° to 360°). FIG. 4(C) shows a state in which the omnidirectional scanning unit 3 scans above the horizontal scanning state shown in FIG. 3(A). Specifically, the omnidirectional scanning unit 3 scans the light pulse at a vertical angle φ with respect to the vertical reference axis. Thus, the omnidirectional scanning unit 3 can perform three-dimensional scanning by continuously changing the horizontal and vertical angles.

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。 In the above configuration, the light transmitting/receiving section 1 is an example of the emitting section and the light receiving section in the present invention, the attitude angle detecting section 6 is an example of the acquiring section in the present invention, the signal processing section 2, the omnidirectional scanning section 3 and the The scanning angle control section 4 is an example of a control section in the present invention, and the signal processing section 2 is an example of a detection section in the present invention.

［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。 [Scanning control]
(spiral scanning)
Next, scanning by the omnidirectional scanning unit 3 will be described. The omnidirectional scanning unit 3 scans a plurality of layers in the vertical direction. Specifically, in this embodiment, the omnidirectional scanning unit 3 performs helical scanning of seven layers (the number of layers n=7) in the vertical direction.

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。 FIG. 5 shows the trajectory of the spiral scan. 5A is a perspective view of the trajectory by spiral scanning, FIG. 5B is a plan view of the trajectory by helical scanning, and FIG. 5C is a side view of the trajectory by helical scanning. Note that FIG. 5 shows a locus formed by one point at a certain distance in the emission direction of the transmission light pulse Pt by scanning by the omnidirectional scanning unit 3 . In other words, FIG. 5 shows the trajectory of the transmission light pulse Pt emitted by the omnidirectional scanning unit 3 drawn on a spherical surface with a predetermined radius in space.

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。 As shown in the figure, one time (one frame) spiral scanning by the omnidirectional scanning unit 3 reaches the end point E through seven layers (seven turns) of helical turns from the starting point S, and then the starting point S back to The omnidirectional scanning unit 3 repeats this spiral scanning. Specifically, during spiral scanning of one frame, the horizontal angle θ repeats changes from 0° to 360° seven times. Meanwhile, the vertical angle φ changes from the vertical angle −φ ₀ at the starting point S to the vertical angle φ ₀ at the ending point E at a constant rate of change. A range in which the output direction of the transmission light pulse Pt returns from the end point E to the start point S is called a "retrace line range". The retrace range is a range for returning the emission direction of the transmission light pulse Pt to a predetermined direction in order to repeat spiral scanning.

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。 Next, the scanning field of view will be described. FIG. 6A shows the horizontal field of view for helical scanning. In this embodiment, out of 360 degrees in all directions, the retrace line range is 90 degrees, and the remaining 270 degrees is the "effective horizontal viewing angle range θt". That is, θt=270°. The effective horizontal viewing angle range is a range obtained by excluding the retrace line range from omnidirectional 360°, and is a range in which effective segment data can be obtained from the received optical pulse Pr. Now, assuming that 360° scanning by the omnidirectional scanning unit 3 corresponds to 900 segments,
Number of segments per turn = 900
becomes. Also, the horizontal angular resolution Δθ is
Δθ=360/900=0.4°/seg
becomes.

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。 FIG. 6B shows the vertical field of view for helical scanning. Assuming that the number of layers (number of turns) of spiral scanning is n (= 7) and the vertical angular resolution of one layer is Δφ = 5°,
Vertical viewing angle range = (n-1) x Δφ = 30°
As a result, the vertical angle φ changes in the range of −15°≦φ≦15°. In spiral scanning, if the vertical angle φ is changed from the negative side to the positive side, the vertical angle φ=-φ ₀ =-15° at time t=0.

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 Next, the values of the horizontal angle .theta. It is now assumed that the omnidirectional scanning unit 3 performs helical scanning with the following specifications.
・Number of layers: n=7
・Frame rate: _fframe = 25Hz
・Lower limit of vertical field of view: φ _L = -10°
・ Upper limit of vertical field of view: φ _H = +10°
・Retracing start horizontal angle (effective horizontal viewing angle range): θ't = 270° + 360° x (7-1) = 2430°
・Return end horizontal angle: 360°
At this time, the scanning angular velocity ω, the horizontal angle θ, the horizontal scanning angle (accumulated within the frame) θ′, and the vertical angle φ are given by the following equations. Note that t: time, g(θ'): a function representing a blanking line, mod: a remainder function.

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。 FIG. 7 shows an example of a spiral scan trajectory when no vehicle tilting or pitching motion is occurring. 7(A) is a perspective view of the spiral scanning, FIG. 7(B) is an XY plane view, FIG. 7(C) is an XZ plane view, and FIG. 7(D) is a YZ plane view. be.

（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。 (adaptive spiral scan)
Adaptive helical scanning performed when the vehicle is tilting or pitching will now be described.

（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。 (i) First Embodiment A first embodiment relates to adaptive spiral scanning when the vehicle is tilted. It is now assumed that the lidar unit 100 that performs the spiral scanning described above is mounted on a vehicle. At this time, if the vehicle body is tilted due to vibrations of the vehicle body such as pitching or rolling or undulations of the road surface, the omnidirectional scanning unit 3 mounted on the vehicle is also tilted.

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。 Specifically, when the vehicle V is not tilted as shown in FIG. 8(A), the lidar unit 100 is detected by the light beam emitted from the omnidirectional scanning section 3 as shown in FIG. 8(B). , a low-position object OB _L and a high-position object OB _H can be detected. However, when the vehicle V is tilted downward as shown in FIG. 8(C), the lidar unit 100 detects the low position object OB _L with the light beam as shown in FIG. 8(D). However, it is not possible to detect the object _OBH at a high position. Although not shown, if the vehicle V is tilted upward, the rider unit 100 can detect the object _OBH at a high position, but the object _OBL at a low position can be detected. can no longer be detected.

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。 Therefore, when the vehicle V is tilted, the vertical angle of the light beam emitted by the omnidirectional scanning unit 3 is corrected according to the direction and angle. For example, when the vehicle V is tilted downward as shown in FIG. Correction is performed so that it is directed upward from the emission direction of . FIG. 9C shows the trajectory of spiral scanning when the vehicle V is not tilted. On the other hand, when the vehicle V is tilted downward by the angle φc, the omnidirectional scanning unit 3 changes the vertical angle of spiral scanning upward by the angle φc as shown in FIG. 9(D). That is, the omnidirectional scanning unit 3 orients the horizontal reference axis _V0 of spiral scanning upward by the angle φc. As a result, even when the vehicle V is tilted, the lidar unit 100 can correctly detect the low-position object OB- _L and the high-position object OB- _H .

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 Next, specific processing of the above correction will be described. Referring to FIG. 1, the attitude angle detector 6 detects the inclination of the vehicle. The tilt of the vehicle is indicated by the tilt direction θ _dir indicating the direction in which the vehicle tilts in the horizontal plane and the tilt angle φ _tilt indicating the tilt angle of the vehicle in the vertical plane. Based on the tilt direction θ _dir and the tilt angle φ _tilt supplied from the posture angle detector 6, the signal processor 2 calculates the corrected vertical angle φ using the following equation (2). Equation (2) is an approximation formula that holds in the range of small tilt angles such as φ _tilt <30°, and the correction vertical angle φ can be expressed as a simple function of the horizontal scanning angle θ′. suitable for the implementation of

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。 Then, the signal processing unit 2 supplies the calculated corrected vertical angle φ to the scanning angle control unit 4 as the target vertical angle _φx . The scanning angle controller 4 controls the vertical angle of the transmission light pulse Pt based on the input target vertical angle _φx . In this way, variations in the helical scan range due to vehicle tilt can be correctly corrected.

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。 FIG. 10 shows an example of a trajectory of spiral scanning when the tilt direction θ _dir =0° and the tilt angle φ _tilt =3°. It should be noted that the tilt angle φtilt is assumed to indicate a positive upward direction and a negative downward direction with respect to the horizontal direction. 10(A) is a perspective view of helical scanning after correction, FIG. 10(B) is an XY plane view, FIG. 10(C) is an XZ plane view, and FIG. 10(D) is a YZ plane view. is.

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。 FIG. 11 shows an example of a trajectory of spiral scanning when the tilt direction θ _dir =45° and the tilt angle φ _tilt =3°. 11A is a perspective view of helical scanning after correction, FIG. 11B is an XY plan view, FIG. 11C is an XZ plan view, and FIG. 11D is a YZ plan view. is.

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。 FIG. 12 shows an example of a trajectory of spiral scanning when the tilt direction θ _dir =0° and the tilt angle φ _tilt =12°. 12(A) is a perspective view of helical scanning after correction, FIG. 12(B) is an XY plane view, FIG. 12(C) is an XZ plane view, and FIG. 12(D) is a YZ plane view. is.

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。 FIG. 13 shows an example of a trajectory of helical scanning when the tilt direction θ _dir =45° and the tilt angle φ _tilt =12°. 13A is a perspective view of helical scanning after correction, FIG. 13B is an XY plan view, FIG. 13C is an XZ plan view, and FIG. 13D is a YZ plan view. is.

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。 Next, the adaptive spiral scanning process described above will be described. FIG. 14 is a flow chart of adaptive helical scanning of the first embodiment. First, the posture angle detector 6 detects the inclination of the vehicle (step S11). Next, the posture angle detection unit 6 estimates the tilt direction θ _dir and the tilt angle φ _tilt of the vehicle (step S12). The detected tilt direction θ _dir and tilt angle φ _tilt (hereinafter referred to as “tilt estimated value”) are sent to the signal processor 2 as tilt estimated values.

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）。 Based on the vertical angle θ detected by the scanning angle detection unit 5 and the estimated tilt value detected by the posture angle detection unit 6, the signal processing unit 2 calculates the corrected vertical angle φ by Equation (2) (step S13 ). The calculated corrected vertical angle φ is sent to the scanning angle controller 4 as the target vertical angle _φx . Then, the scanning angle controller 4 controls the vertical angle _φ of the transmission light pulse Pr based on the target vertical angle φx (step S14).

（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。 (ii) Second embodiment A second embodiment relates to adaptive helical scanning when the vehicle is in pitching motion. As schematically shown in FIG. 15, the vehicle V may undergo a pitching motion, which is a variation in the pitch direction, due to the road surface conditions on which the vehicle V is traveling. The pitching motion also changes the direction of the light beam emitted from the omnidirectional scanning unit 3 . Therefore, in the second embodiment, the lidar unit 100 detects the pitching motion of the vehicle V and corrects the vertical angle of the light beam emitted by the omnidirectional scanning section 3 accordingly.

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 Specifically, referring to FIG. 1, the attitude angle detector 6 detects the pitching motion of the vehicle. The pitching motion of the vehicle is indicated by the direction of the pitching motion θ _dir , the frequency f _pitch , the amplitude φ _pitch and the phase shift of the pitching motion with respect to the frame time p _pitch . Based on these values supplied from the posture angle detection unit 6, the signal processing unit 2 calculates the corrected vertical angle φ using the following equation (3).

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。 FIG. 16 shows an example of a spiral scanning trajectory for a direction of pitching motion θ _dir =0°, an amplitude φ _pitch =3° and a frequency f _pitch =2 Hz. It should be noted that the amplitude φ _pitch is positive in the upward direction and negative in the downward direction with reference to the horizontal direction. 16A is a perspective view of helical scanning after correction, FIG. 16B is an XY plan view, FIG. 16C is an XZ plan view, and FIG. 16D is a YZ plan view. is.

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。 Next, the adaptive spiral scanning process described above will be described. FIG. 17 is a flow chart of adaptive helical scanning of the second embodiment. First, the posture angle detector 6 detects the pitching motion of the vehicle (step S21). Next, the posture angle detection unit 6 estimates the pitching motion direction θ _dir , the frequency f _pitch , the amplitude φ _pitch , and the phase shift p _pitch of the pitching motion with respect to the frame time as pitching motion estimation values (step S22). The resulting pitching motion estimate is sent to the signal processor 2 .

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）。 Based on the vertical angle θ detected by the scanning angle detection unit 5 and the pitching motion estimated value estimated by the posture angle detection unit 6, the signal processing unit 2 calculates the corrected vertical angle φ by Equation (3) (step S23). The calculated corrected vertical angle φ is sent to the scanning angle controller 4 as the target vertical angle _φx . Then, the scanning angle control unit 4 controls the vertical angle _φ of the transmission light pulse Pr based on the target vertical angle φx (step S24).

［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。 [Modification]
In the above embodiment, the number of layers for spiral scanning or partial multi-layer scanning is seven, but this is merely an example, and scanning can be performed with any number of layers. In the above embodiment, the vertical angle φ is increased from the bottom layer to the upper layer to shift the emission direction. Instead, the vertical angle φ is decreased from the top layer to the lower layer to shift the emission direction. You can move it.

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。 Furthermore, in the above-described embodiment, correction processing for pitching motion is performed, but correction processing for rolling motion may be performed.

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 REFERENCE SIGNS LIST 1 optical transceiver 2 signal processor 3 omnidirectional scanner 4 scan angle controller 5 scan angle detector 6 attitude angle detector 13 laser diode 16 light receiving element

Claims

移動体に設置される光制御装置であって、
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、
を備える光制御装置。 A light control device installed in a mobile body,
an emission section that emits light;
a light receiving unit that receives the light reflected by the object;
an acquisition unit that acquires tilt information about the tilt of the moving body;
a control unit that controls an emission direction of the light emitted from the emission unit based on the tilt information;
A light control device comprising: