JP2007198951A - レーダ - Google Patents

Abstract

【課題】位置の検出精度を向上させて、人物が両脇のデリニエータに埋もれることなく検出でき、かつ移動速度の測定精度を向上させることができる車載用レーダを提供する。
【解決手段】投光素子１４と受光素子１５と、照射光９１に対して略垂直な方向な平面内を移動するレンズ１０とこれを駆動するリニアモータ１１を備える。レンズの位置によって光の屈折の具合が異なるから、左右移動１１１、上下移動１１２により、レーダ１の前方の特定の範囲を走査している。この走査時には、この特定範囲を区分けした測定領域毎に投光素子１４がパルス状の照射光９１を照射して、その戻り光から、各測定領域の受光量電圧を収集する。左右移動１１１により、端に移動するほど投光素子１４での焦点の収差度合いが大きくなるが、ＣＰＵ１２はレンズ１０中央からの距離と受光量電圧の微分値に応じて受光量を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、投光素子、受光素子の前方に置かれたレンズを左右に移動させて前方を走査する車載用レーダに関する。

従来、投光素子により半導体レーザを照射して障害物の戻り光から距離を測定するレーダが提案されている（特許文献１参照。）。初期の頃は、自動車用光学式のレーダは、自動車などの後尾に設けられた反射鏡の存在を前提として開発されてきたが、開発が進み検出能力が高まり、自動車以外からの反射も検出可能となっている。例えば人などの検出も可能となってきている。

特許文献１では、小型で柔軟性のあるレーザレーダ装置を提供するため、光検出器に受光する光を導く受光レンズの前方に、投光手段から導いた光を反射させるミラーを設けたレーダ装置が開示されている。また、この装置はミラーの回転に伴い移動する光軸にあわせて、光検出器を移動させ、光軸に対して垂直に検出器が移動する構成が開示されている。
特開２０００−９８０２７号公報

しかしながら、従来の構成では、中央前方を測定する場合には、検出位置精度は高いが、走査範囲の両端に行くにつれ検出位置精度が低い問題があった。

特許文献１のように、光軸に対して垂直に検出器が移動する構成では、光検出器を走査した場合に、受光した光が必ずしも小さな焦点を結ぶのではなく、特に端側に移動した場合には、実際の物体よりもその幅が膨張して検出され、検出精度が低下する問題があった（後述、図２参照。）。特に、受光量が多く計測される、道路左右両端にあるデリニエータが実際の物体より大きく検出されれば、これよりも受光量が小さい人間からの戻り光を受光した場合、そのデリニエータに埋もれてしまい、その人物の認識が遅れてしまう問題があった。一般道でのレーダの使用を考えると、交差点などで側方から車両や歩行者が飛び出すことがあるから、これらの物、人物を正しく検出しなければ自動的な減速などを正しく行うことができない問題があった。また、位置の検出精度が低い場合、経時的な位置変化に基づき移動速度を算出しようとしても、正確な移動速度を求めることができないという問題があった。

そこで、本発明は、位置の検出精度を向上させて、人物が道路両脇のデリニエータに埋もれることなく検出でき、かつ移動速度の測定精度を向上させることができる車載用レーダを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。

（１）本発明は、
レーザ光を前方に向けて照射するレーザ光照射手段と、
前記照射するレーザ光の光軸の向きを走査させるレーザ光走査手段と、
前方の障害物に反射して戻ってきた戻り光を受光量電圧に変換する受光部と、
前記受光部に前記戻り光を導くレンズと、
前記戻り光の光軸に対して略垂直な平面内で、前記レンズまたは前記受光部のいずれかを移動させて、前記戻り光の光軸の向きを前記照射するレーザ光の光軸の向きに同期させる戻り光走査手段と、
前記戻り光の光軸の向きを走査する範囲を複数の測定領域に分け、その測定領域ｘで測定した受光量電圧である領域データｐ（ｘ）を取得する領域データ取得手段と、
前記レンズの中心位置を前記戻り光の光軸が通過する測定領域をｘ＝ｘ０、
測定領域ｘの近傍で、ｘ０に向かうに従い、前記領域データｐ（ｘ）が減少していく測定領域をｘ＝ｘ１、
前記レンズの中心位置からの前記戻り光の光軸のずれ量をｋとして、
ｘ１とｘ０との偏差または光軸のずれ量ｋのいずれかと、ｘ０近傍でｚのｐ（ｘ）の微分値と、の積に比例した補正量を差し引く計算式、
またはｐ（ｘ）の代わりに、ｐ（ｘ）からバイアスを差し引いた値ｐｂ（ｘ）を用いて前記補正量を差し引く式、
またはこれらの式に相当する式により、
前記領域データの値を補正する受光量電圧補正手段と、
を備えたレーダである。

本発明の装置によれば、レーザ光照射手段がレーザ光を前方の障害物に向けて照射する。受光手段は障害物に反射した戻り光を受光量電圧に変換する。レーダの前方、即ちレーザ光照射手段がレーザ光を照射する方向に障害物があれば、受光量電圧が大きくなる。

レンズは、前記戻り光を通して前記受光部に前記戻り光を導く。戻り光走査手段は、前記戻り光の光軸に対して略垂直な平面内で、前記レンズまたは受光部を移動させる。光軸が、レンズに対し垂直に、レンズの中央部を通るときはそのまま直進するが、光軸が中央部からずれた場合には屈折して、斜め方向からの前記戻り光を受光部に導くことができる。レンズまたは受光部を左右に移動させるとその移動した方向からの戻り光を受光できる。これによりレーダ前方の特定範囲に障害物があるか否かを走査できる。電圧データ取得手段は、戻り光の光軸を移動させる範囲を複数の測定領域に分けて前記受光量電圧を測定して得られた測定領域の領域データｐ（ｘ）各々を取得している。

ここで、前記戻り光の光軸に対して略垂直な平面内でレンズを移動させた場合には、これは戻り光がレンズの中央側に引きずるような焦点の形状に歪む収差が生じる（後述、図２参照。）。この収差により受光量の一部が中央側に寄って観測されることになる。物体の境目のうち測定領域の中立側の部分である前記ｘ＝ｘ１では、前方の障害物の反射光を測定した領域データをプロットした場合、前記ｘ１に対応する領域データの値ｐ（ｘ）がいわば前記中央側に「にじみでて」、物体の形状が測定領域の中央側へ膨張して観測されてしまうことが発明者により確認されている（例えば、後述、図３の３０ａ、３０ｂに相当する傾斜部分。なお、図３の３本のピークは、前方の障害物を測定したものである。）。本発明は、この収差により領域データｐ（ｘ）が増加する測定領域に対して、領域データｐ（ｘ）を補正する。具体的には、前記領域データｐ（ｘ）が傾斜角度の大きさと、ｘ１−ｘ０の偏差または光軸のずれ量ｋのいずれかとの積に比例した補正量を差し引く計算式、またはこれに相当する式により領域データを補正する。

この計算式により、収差分に相当する受光量電圧が補正され、両端近くの測定領域について、より正確に物体の位置を測定することができ、その結果その速度を正確に測定することができる。例えば、レーダ前方の特定範囲のうち道路の両端にあり、反射した戻り光が強いデリニエータについて、より正確に位置を測定することができ、このデリニエータより戻り光が弱い人物が飛び出したときにも正確にこの人物の位置や速度を測定することが可能となる。

なお、本発明の「ｐ（ｘ）の微分」は、例えば、
ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ＋１）
ｐ（ｘ＋１）−ｐ（ｘ）
ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ）等、ｐ（ｘ）前後の値の差分値により計算できる。

また、バイアス量とは、一定の定数であり、例えば、レーザ光を発生させていないときの各測定領域ｘでの受光量電圧ｐ０（ｘ）として、このバイアスを差し引いた後の値ｐｂ（ｘ）は、以下のいずれかとすることができる。

ｐｂ（ｘ）＝ｐ（ｘ）−ｐ０（ｘ）
ｐｂ（ｘ）＝ｐ（ｘ）−（ｐ０（ｘ）の平均値）
ｐｂ（ｘ）＝ｐ（ｘ）−（ｐ（ｘ）の最小値）
本発明の「これに相当する式」とは、以下のものが含まれる。例えば、前記補正量を差し引く計算式に割り算が含まれる場合には、その式は、
ｙ＝ｐ（ｘ）−（補正量）となるが、割り算の計算は処理が重いため、ｐ（ｘ）にその割り算の値Ａを掛けて、
ｙ＝Ａ×ｐ（ｘ）−（補正量×Ａ）
により、割り算の演算を回避することが含まれる。

（２）本発明は、
レーザ光を前方に向けて照射するレーザ光照射部と、
前記照射するレーザ光の光軸の向きを走査させるレーザ光走査部と、
前方の障害物に反射して戻ってきた戻り光を受光量電圧に変換する受光手段と、
前記受光部に前記戻り光を導くレンズと、
前記戻り光の光軸に対して略垂直な平面内で、前記レンズまたは前記受光部のいずれかを移動させて、前記戻り光の光軸の向きを前記レーザ光の光軸の向きに同期させる戻り光走査手段と、
前記戻り光の光軸の向きを走査する範囲を複数の測定領域ｘに分け、その測定領域ｘについての前記受光量電圧である領域データを取得する領域データ取得手段と、
前記各測定領域ｘの領域データの値ｐ（ｘ）、Ａを定数、中心位置をｘ０として、
以下の計算式、
ｙ＝Ａ×ｐ（ｘ）＋（ｘ−ｘ０）×（ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ＋１））
または、ｐ（ｘ）からバイアス量を差し引いた値ｐｂ（ｘ）を用いた以下の計算式、
ｙ’＝Ａ×ｐｂ（ｘ）＋（ｘ−ｘ０）×（ｐｂ（ｘ−１）−ｐｂ（ｘ＋１））
のいずれかにより、前記領域データを補正する受光量電圧補正手段と、
を備えたレーダである。

本発明は、（１）を具体化した構成となっており、主要部分は共通する。前記各測定領域ｘ（ｘ＝１〜Ｎ、Ｎは整数）の電圧データの値からバイアス量を差し引いた値をｐ（ｘ）、Ａを定数、中心位置をｘ０として、
以下の計算式、
ｙ＝Ａ×ｐ（ｘ）＋（ｘ−ｘ０）×（ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ＋１））
により、前記光軸の傾斜に伴う収差量を補正する。

この計算式によれば、ｘの中心値ｘ０との差、ｐ（ｘ）の曲線の微分を示す差分値ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ＋１）を用いて、前記中心位置の測定領域に向かうに従い前記測定領域の電圧データの値が減少していく測定領域に対応する電圧データの値に対して、減少させる作用を有する。これは前述した光軸の移動範囲の中央側に引きずるような焦点の形状の収差となることに対応して補正するものである。この計算式は、掛け算と引き算のみを計算し、割り算が含まれないので、処理を軽くすることができる。

なお、本発明の「バイアス量」は、（１）で説明した「バイアス量」とすることができる。

本発明によれば、戻り光走査手段の走査端に近い地点での検出物体の位置誤差を補正することが可能となり、障害物の位置を正確に検出することが可能となる。また、検出位置を正確に検出できるようになるため、障害物の移動速度の精度も向上する。

＜本実施形態の概略の説明＞
図１を用いて、本実施形態のレーダの概略について説明する。本実施形態のレーダは、障害物の方向および距離を正確に把握するために設ける車載用のレーダである。図１（Ａ）は、レーダ１の内部構成図である。図１（Ａ）に示すように、本実施形態のレーダは、投光素子１４がレーザ光を発生させ、レンズ１０ａがこの光を屈折させて平行光に変換する。受光素子１５がレンズ１０ｂを介して集光した戻り光９２を電圧に変換し、その戻り光の量により、障害物を認識する。即ち、投光素子１４から照射したレーザ光の照射光９１が障害物に反射した場合に光の反射量が大きいことから、その障害物の存在を認識する。また、ＣＰＵ１２は、障害物と、このレーダを搭載した乗用車との距離を到達時間差により測定する。リニアモータ１１は、レンズユニット１０を左右に移動させており、これによりレンズ１０ａ，ｂは同時に左右移動１１１をすることができる。レンズ１０ａ，ｂは、投光素子１４の真正面の中央位置に来たときはレーザ光をそのまま通すが、戻り光９２の光軸がレンズ１０ｂの端に移動するにつれ屈折度が大きくなり、受光素子１５は、斜め前方からの戻り光９２を取得できる。図１（Ｂ）に示すように、レーダ１の投光素子１４の前方にレンズ１０ａがあり、その前方には、障害物となる人１００がいる。また、道路１０２の両脇には、デリニエータ１０１（視線誘導標）が立っている。レンズ１０を左右移動１１１のみならず上下移動１１２をさせることによりレーダ１の前方を走査する。左右移動１１１の方向には、測定領域ｘ＝１〜５０の測定領域に前方の方向を区分する。レンズは、左右端に移動させると、照射光９１の屈折により光量が減少すると共に、収差が生じる。この収差は、レンズの中央位置側へ引きずって伸びることから（図２参照。）、人１００が道路１０２内に入っても、デリニエータ１０１についての受光量が道路１０２の内側部分で一回り大きく観測されてしまう。そこで、レーダ１は、受光量電圧をレンズの中央位置からの距離（中央位置の測定領域番号ｘ＝２５との差でもよい。）と各測定領域の受光量電圧の微分値に基づいて補正する（後述、図３参照。）。

＜本実施形態のレーダの構成＞
図１を用いて、本実施形態のレーダの構成について説明する。前述のとおり、図１（Ａ）はレーダ１の内部構成図であり、図１（Ｂ）は、レーダによる障害物認識の概念図である。レーダ１は、投光素子１４にパルス電圧を供給するドライバ１３と、レーザ光の照射光９１を前方に向けて照射する投光素子１４を備える。また、レーダ１は、障害物（例えば、図１（Ｂ）に示すように人１００、デリニエータ１０１（視線誘導標）を含む。）からの戻り光９２を受光して電圧に変換する受光素子１５と、この電圧をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器１６とを備える。また、照射光９１を通すレンズ１０ａと、戻り光９２を通すレンズ１０ｂを備える。また、レンズユニット１０を左右移動１１１させるリニアモータ１１を備える。また、レーダ１は、レーダ１を統括制御するＣＰＵ１２を備える。さらに、レーダ１の外には、ＥＣＵ２１と、外部機器２２とを接続している。以下、それぞれの構成について説明する。

図１のドライバ１３は投光素子１４に与える電圧を生成する。投光素子１４は、ドライバ１３の電圧を光に変換する赤外レーザダイオード（Laser diode）で構成する。投光素子１４は、赤外レーザ光を発生させる。

図１のレンズユニット１０は、２枚の凸レンズ１０ａ，ｂとこれを支える支持材１０ｃで構成する。レンズ１０ａは、照射光９１を平行光に変換して、前方を照射する。レンズ１０ｂは戻り光９２を収束させて受光素子１５に導く。

図１の受光素子１５は、フォトダイオード（Photo Diode）で構成する。レンズ１０ｂを介して戻り光９２を取得し、電圧に変換する。Ａ／Ｄ変換器１６は、受光素子１５で取得したアナログの電圧をディジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換器１６は、受光素子１５の受光量電圧を例えば０〜２５５の値で返す。前方に障害物がある場合には、照射光９１が強く反射され、この電圧が大きくなる。

なお、以下、「受光量電圧」というときは、Ａ／Ｄ変換器１６で変換したディジタルデータの値をいうものとする。

リニアモータ１１は、レンズユニット１０を投光素子１４の出力する照射光９１の光軸に対して略垂直な平面内で、左右移動１１１させる。また、図１（Ｂ）に示すように、リニアモータ１１は、レンズユニット１０を上下移動１１２の方向にも移動させる。レンズ１０ａ，ｂは、レンズ支持部材１０ｃで固定されているので、これらのレンズ１０ａ，ｂは同期して移動する。

図１のレンズユニット１０を両端方向へ移動させると、それにつれて照射光９１と戻り光９２のレンズ１０ａ，ｂへの出射位置と入射位置がレンズの中心から左右に移動する。照射光９１と戻り光９２がレンズ１０ａ，ｂの中心部に垂直に通過するときは、そのまま光軸上を直進するが、照射光９１と戻り光９２がレンズ１０ａ，ｂの中心以外を通過するときは、その通過点の中心からの距離に応じた角度で、光軸方向に屈折する。
この凸レンズの屈折効果により、レンズ１０ａを左右に移動させると、この移動に伴い、照射光９１の光軸の向き（以下「ビーム方向」という。）を左右に揺動させることができる。
同様に、受光素子１５に入射する戻り光９２の方向（以下「受光方向」という。）もレンズ１０ｂの揺動によって照射光９１のビーム方向と同期して揺動する。
前述のとおり、障害物が存在する場合、障害物で反射した戻り光９２が大きくなり、受光素子１５が受光する電圧が大きくなる。したがって、この電圧の強度により、ビーム方向、受光方向の揺動範囲に障害物が存在するか否かを認識できる。また、レーダ１のＣＰＵ１２は、そのときのビーム方向（受光方向）および発光から受光までの時間遅れに基づいて、その障害物の方向および距離を測定することができる。ドライバ１３はビーム方向が３０度／５０＝０．６度揺動する毎にパルス電圧を投光素子に印加するため、上記障害物の検出は、０．６度の角度分解能で行うことができる。

ここで、図１（Ｂ）を用いて、レンズ１０を動かして走査する実施例について具体的に示す。レーダ１の投光素子１４の前方に円形のレンズ１０ａがあり、その前方には、障害物となる人１００がいる。また、道路１０２の両脇には、デリニエータ１０１が立っている。レーダ１の目的は、例えば、道路わきから飛び出したこの人１００をデリニエータ１０１から分離して識別することである。レーダ１は、道路上の乗用車（不図示）の前方に搭載されており、リニアモータ１１は、レンズユニット１０を左右移動１１１のみならず、上下移動１１２させる駆動部を備え、格子点状に区分した測定領域をのこぎり刃状にレーダ１の前方を走査する。その走査角度は、左右移動１１１が±１５度、上下移動１１２が±５度である。この走査は、左右方向は測定領域ｘ＝１〜５０の測定領域に分けて障害物の有無をそれぞれ行う。上下方向については、具体的には３つの測定領域ｚ＝１〜３（ｚ＝１は下方向、ｚ＝２は中心、ｚ＝３は上方向）について行う。また、格子点ではそれぞれ１回ずつ投光素子１４が照射光９１のパルスを打つようにし、障害物（１００、１０１等）の反射光である戻り光９２を受光素子１５が受光する。

再度図１（Ａ）に戻り、ＣＰＵ１２、ＥＣＵ２１、外部機器２２について説明する。図１のＣＰＵ１２はレーダ１を統括制御すると共に各種の計算を行う。例えば、ドライバ１３に照射光９１を照射するタイミングのトリガを与える。また、リニアモータ１１に対して駆動信号を与える。さらに、ＣＰＵ１２は、Ａ／Ｄ変換器１６から取得したデータを補正して、障害物がある方向を割り出し、その方向のデータを、ＥＣＵ２１を通して外部機器に伝達する。なお、この方向のデータは、図１（Ｂ）の各測定領域のデータである。

ＥＣＵ２１（ElectronicControl Unit）は、車両に搭載されたコンピュータであり、外部機器２２をコントロールする。外部機器２２としては、ブレーキ、アクセル、警報装置等が接続されており、ブレーキ、アクセルにより車の速度を加減速したり、警報によりレーダ１が搭載された車両の運転者に注意を促したりする。

＜受光素子での焦点形状の収差ひずみの傾向＞
次に、図２を用いて、レンズ１０ｂの移動に伴う光軸の傾きと、受光素子１５の位置で、レンズ１０ｂにより収束された戻り光９２の焦点形状の収差ひずみについて説明する。図２は、この概念を表す図である。本実施形態のリニアモータ１１は、レンズユニット１０の左右移動１１１をさせており、その際、（Ａ）に示すように、レンズ１０ｂが右に移動したときは、戻り光９２は、前方右方向から受光素子１５へ屈折し、これを受光できる。一方、光９２以外の方向から来た光、例えば光９４は受光素子１５と異なる点９５に像を結び観測されない（後述の図２（Ｃ）も同様である。）。（Ｂ）に示すように、レンズ１０が中央に移動したときは、光軸はレンズに対して垂直であり、正面方向からの光を受光できる。（Ｃ）に示すように、レンズ１０ｂが左に移動したときは、戻り光９２は、前方右方向から受光素子１５へ屈折し、これを受光できる。（Ａ）、（Ｃ）に示すように、左右いずれに移動した場合も、レンズ１０ｂの現在の位置に対して、レンズ１０ｂの中立位置１０３の方向に像のひずみ９３が生じる。そうすると、この像のひずみ９３により、照射光９１の方向より外側からくる戻り光９２も、レンズ１０ｂの中央側に焦点形状が伸びて受光素子１５に受光される。

＜受光量電圧の補正の必要性＞
次に、受光量電圧の補正の必要性について説明する。前述図２で説明した焦点の収差により、本実施形態のレーダでは、受光量の一部が中立位置１０３へ寄って観測されることになる。物体の境目のうち中立位置１０３に近い部分では、前方の障害物の反射光を測定した領域データをプロットした場合、前記ｘ１に対応する受光量電圧がいわば前記中央側に「にじみでて」、物体の形状が測定領域の中央側へ膨張して観測されてしまう。その結果、障害物（１００、１０１等）の方向の識別が正確でなく、その結果として障害物の移動速度を正確に検出できない問題が生じうる。また、デリニエータ１０１が大きく認識されてしまい、人１００からの反射光が埋もれてしまうのでその方向を識別するのが遅れる問題が生じうる。これらを解決すべく、本実施形態のレーダ１は以下のとおり受光量電圧を補正する。

＜受光量電圧の補正方法＞
次に、図３を用いて、この受光量電圧の補正方法の実施例について説明する。この実施例の実測データを示す図である。図３（Ａ）の横軸は、図１（Ａ）で示した測定領域ｘの番号を示しており、縦軸は、その各領域の受光量電圧を示している。点線で表す（受光量−バイアス）３０は、Ａ／Ｄ変換器１６で変換された受光量電圧の生データからバイアス値を引いた値ｐ（ｘ）である。

なお、このバイアス量は、これら５０個の領域ｘの測定のうち最小値としても良いし、レーザを出力していないときの各測定領域の受光量電圧としても良いし、これら各測定領域の受光量電圧の平均値としても良い。

この値ｐ（ｘ）は、レーダ１の前方４０ｍに置いた同一形状の障害物を左右に３つ並べて反射光を測定したものであり、ピーク３２〜３４は、これらの中心部に対応している。（受光量−バイアス）３０のピーク３３では、レンズ１０による屈折の影響が最も小さい形状となっている。これに対して、両側のピーク３２、３４では、斜め方向から光が入射することにより光の入射方向から見たレンズの投影面積が減少し、レンズを通る光量も減少することから、中央のピーク３３に比べて受光量電圧が小さくなる。またピーク３２、３４の両側の斜面のうち、中央（ｘ＝２５）に向かうにつれ値が減少していく側の斜面３０ａのｘ＝５〜９、斜面３０ｂのｘ＝３６〜３９に対応する受光量電圧は、膨張して斜面がなだらかになっている。

図１（Ａ）の実線で表す補正後の値３１は、次の計算式ｐ’（ｘ）で求める。
ｐ’（ｘ）＝ｐ（ｘ）＋（ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ＋１））×（ｘ−２５）／Ａ
ただし、Ａは正の定数で補正量の調整に用いる。図３（Ｂ）ではＡ＝２５である。

図３（Ａ）を用いて、ｐ’（ｘ）による補正の作用を説明すると、補正前の（受光量−バイアス）３０に対して、前述の斜面３０ａ，ｂは、３１ａ，ｂとなり、前述の膨張した部分が補正され、ｐ（ｘ）の値が減少している。

次に、この計算式ｐ’（ｘ）の意義について説明する。測定領域ｘの中央値（ｘ＝２５）よりｘが大きいとき、即ちｘ＞２５のとき
ｐ’（ｘ）＝ｐ（ｘ）−（ｐ（ｘ＋１）−ｐ（ｘ−１））×（ｘ−２５）／Ａ
と式変形でき、ｘ＜２５のとき
ｐ’（ｘ）＝ｐ（ｘ）−（ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ＋１））×（２５−ｘ）／Ａ
と式変形できる。

この計算式で、ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ＋１）がｐ（ｘ）周辺での微分値、即ちグラフの傾きを表している。ここで、ｘ−２５は、中央値ｘ＝２５からの領域番号ｘの偏差を表す値であり
（ｘ−２５）＞０（ｘ＞２５）
（２５−ｘ）＞０（ｘ＜２５）
となる。また、前述の斜面３０ａ、ｂの部分では、ｘ＞２５で傾きが正、ｘ＜２５で傾きが負であるから
ｐ（ｘ＋１）−ｐ（ｘ−１）＞０（ｘ＞２５）
ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ＋１）＞０（ｘ＜２５）
となる。図３（Ａ）で示す斜面３０ａ、ｂのｘでは、補正量（ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ＋１））×（ｘ−２５）／Ａは必ずマイナスの値となる。したがって、補正式ｐ’（ｘ）は、この斜面３０ａ、ｂで、測定領域ｘの中央値（ｘ＝２５）からの移動を表すｘ−２５と、微分値を表す値ｐ（ｘ＋１）−ｐ（ｘ−１）の積の絶対値をＡで除算したものを差し引くように作用する。したがって、前述の図２で示した像のひずみ９３によって物体が膨張して観測される部分が補正される。

ここで、前述の図２で示した像のひずみ９３の量は、レンズ１０ｂの揺動範囲の中立位置１０３に対応するｘ＝２５からのずれ量に対応して大きくなると考えられるから、その積算項が補正式ｐ’（ｘ）に含まれる。本実施形態の装置ではこの要因を（ｘ−２５）の１乗に比例するとしている。

ただし、以上で示した計算式は、ｐ（ｘ）と、補正値ｐ’（ｘ）を比較してその作用の説明の容易のために示した式である。実装上は、このようにＡで割る割り算よりもＡを掛ける掛け算の方が、処理が軽いことから、次のｐ”（ｘ）を用いて計算を行う。
ｐ”（ｘ）＝Ａ×ｐ（ｘ）＋（ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ＋１））×（ｘ−２５）
ただし、Ａは正の定数で補正の調整に用いる。図３（Ｂ）ではＡ＝２５である。

図３（Ｂ）を用いてこの実装上の補正ｐ”（ｘ）のグラフを示す。図３（Ｂ）の実装上の補正３５は、このｐ”（ｘ）による補正値を示している。障害物があるかの判断するためには閾値を用いることが簡便であるが、この場合、このＡの値にあわせて、閾値を変化させる必要がある。

＜受光量電圧の補正方法の補足説明＞
なお、補正値ｐ’（ｘ）、ｐ”（ｘ）のＡの値は２５に限らず、値を調整して、最適な値とすることができる。発明者の実験装置ではＡ＝２５が好適であった。
また、ｐ（ｘ）のグラフの上述した傾きを計算する上で、ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ＋１）でなく、ｐ（ｘ）−ｐ（ｘ−１）、またはｐ（ｘ＋１）−ｐ（ｘ）を用いても良い。さらに、このような補正は、戻り光９２の光軸に対してレンズ１０が相対的に垂直に移動する場合、例えば、特許文献１のように光検出器を移動させる構成でも適用できる。

また、図３では、補正後の値３１は、（受光量−バイアス）３０に対して確かに斜面３１ａ，ｂの逆側は膨らんでいるので、この部分については、本実施形態の補正は、逆効果になっているとも考えられる。しかしながら、道路上では、両端のピーク３２、３４の外側は、道路外であるので問題なく、これより受光量が小さい人１００（図１（Ｂ）参照。）を把握できれば十分であり問題ない。さらに、斜面３０ａ、ｂのみ補正を適用できるようにするためにロジカルな判断をさせるのは、処理の面で大掛かりなことから、実装上、このｐ”（ｘ）の計算式を用いている。

＜障害物認識フロー＞
図４を用いて、図１を補助的に参照して、障害物認識フローについて説明する。図４は、このフロー図である。概略を説明すると、図４のＳＴ１は、右側の受光量電圧測定＆バイアス量決定フローを実行させる。このサブフローは、受光量電圧の測定とバイアス値の計算を各測定領域ｘ（ｘ＝１〜５０）について行い、２次元メモリに格納する。ＳＴ２〜ＳＴ３は、各測定領域ｘ（ｘ＝１〜５０）について図３（Ｂ）で説明した補正値ｐ”（ｘ、ｙ）を求める。ＳＴ４で、以上で得られたデータを格納し、ＳＴ５でこのデータから障害物の認識を行う。またＳＴ２〜ＳＴ４は、距離ｙごとに繰り返し実行する。具体的には、距離ｙ（ｙ＝１〜６０）で実行し、本実施例では距離分解能は２．５ｍであることから、実際の距離は２．５ｍから１５０ｍの距離における計算を繰り返し行う。以下それぞれ説明する。

図４のＳＴ１では、受光量電圧から、バイアスを取り除いた値ｐ_０（ｘ、ｙ）を計算するため、右側のサブルーチンである受光量測定＆バイアス量決定フロー（ＳＴ１１〜ＳＴ１６）を実行する。
このＳＴ１１〜ＳＴ１５の繰り返しでは、ＳＴ１１で、測定領域ｘ（＝１〜５０）についてそれぞれ１回ずつ投光素子１４がパルス状の照射光９１を発光させる。

なお、実装上は、測定領域ｘごとに１回のパルスの照射光９１を発光させるのではなく、１０〜３０回分のパルスをそれぞれの測定領域ｘについて照射して、値を積分した平均値を取る計算を行ってもよい。

ＳＴ１２では、受光素子１５が障害物からの光を受光しアナログの電圧に変換する。
ＳＴ１３では、Ａ／Ｄ変換器１６が受光素子１５をディジタルデータに変換した値を出力する。

なお、図４の破線の矢印に示すように、再度ＳＴ１２、ＳＴ１３を繰り返して、レーザ光が出力されていない状態での受光量を受光量電圧のバイアス値とする実施形態も考えられるが、これについては、後述する。

ＳＴ１４では、この受光量電圧のディジタルデータを領域番号と距離（番号ｘ、距離ｙ）の２次元メモリにｐ_０（ｘ、ｙ）として格納する。この距離は、投光素子１４が照射光９１を照射した時間から、受光素子１５が戻り光９２を受光した時間までの経過時間に、光速を掛け算することにより、計算できる。

ＳＴ１５では、リニアモータ１１が次の測定領域ｘにレンズ１０を移動させる。
ＳＴ１６では、以上ＳＴ１〜ＳＴ１５まで各測定領域ｘ＝１からｘ＝５０まで繰り返した結果を基に、バイアス値を各領域で測定した受光量電圧のうちの最小値とする。

図４のＳＴ２では、受光量電圧から、ＳＴ１のサブフローで求めたバイアス値を差し引いて、図３で説明したｐ（ｘ）を計算する。図４の例では、実装上、距離ｙごとに計算するから、このｐ（ｘ）は、引数ｘのほかに引数ｙを用いてｐ（ｘ、ｙ）＝ｐ_０（ｘ、ｙ）−（ＳＴ１で求めたバイアス量）となる。
図４のＳＴ３では、図３（Ｂ）で説明した補正値ｐ”（ｘ）を計算する。図４の例では、実装上、距離ｙごとに計算するから、この補正値ｐ”（ｘ）の計算は、図４に示すように引数ｘのほかに引数ｙを用いてｐ”（ｘ、ｙ）として距離ｙごとに計算する。

ＳＴ４では、ＳＴ２〜ＳＴ３をすべての測定領域ｘについて繰り返してそれぞれのデータを（番号ｘ、距離ｙ、ｐ”（ｘ、ｙ））として２次元メモリに格納する。なお、このメモリへの格納は、ＳＴ３で逐次格納してもよい。

なおＳＴ２〜ＳＴ４を距離ごとに計算することによって、ＳＴ１で計算した２次元メモリｐ（ｘ，ｙ）を全てｐ”（ｘ，ｙ）に変換する。
ＳＴ５では、ｐ”（ｘ，ｙ）と閾値と比較して、障害物の認識をする。具体的には閾値を超えたものが障害物であり、ｐ”（ｘ，ｙ）の閾値を越えたデータをスキャンすることによって、障害物の方向と距離を知ることができる。

なお、本実施形態の装置のｐ（ｘ、ｙ）、ｐ（ｘ）は、本発明の「ｐｂ（ｘ）」に相当する。

＜バイアス計算方法の応用＞
図４で示したバイアス計算方法の応用として以下の実施形態が考えられる。図４の右側の破線の矢印に示すように、バイアスを計算するために、投光素子１４のレーザ発光を止めた状態でＳＴ１２〜ＳＴ１３をもう一度繰り返してもよい。これにより、レーザ光以外の要因で受光素子１５に入射する光の受光量成分を計算でき、これを図３で説明したバイアス量として、受光量電圧から取り除くことができる。また、バイアス値をこれらレーザ発光を止めた状態で測定した値の平均値としても良い。

ただし、ＳＴ３のｐ”（ｘ）の計算では、ｐ（ｘ）の前後のｐ（ｘ＋１）、ｐ（ｘ−１）を参照する必要があるので、ｐ”（ｘ）の計算の前に予めｐ（ｘ）を計算しておく必要がある。ここでｐ（ｘ）＝受光量電圧−バイアス量であるから、バイアスの計算方法として、測定領域ｘ＝１〜５０それぞれについてバイアスを測定してｐ（ｘ）を計算する場合には、ＳＴ２の動作は、ＳＴ１のサブフローで予め行なっておく必要がある。

本実施形態に係るレーダの内部構成図と使用形態を表す図 本実施形態に係るレーダのレンズが移動したときの収差ひずみの状態を表す図 本実施形態に係るレーダの各測定領域での実測データと補正値を表す図 本実施形態に係る障害物認識フロー図

符号の説明

１−レーダ
１０−レンズユニット、 １０ａ，ｂ−レンズ
１１−リニアモータ、 １１１−左右移動、 １１２−上下移動
１２−ＣＰＵ、 １３−ドライバ、 １４−投光素子、 １５−受光素子
１６−Ａ／Ｄ変換器
２１−ＥＣＵ、 ２２−外部機器
３０−（受光量−バイアス）、３０ａ、ｂ−斜面
３１−補正後の値、 ３２〜３４−ピーク
３５−実装上の計算値
９１−照射光、 ９２−戻り光、 ９３−像のひずみ、 ９４−中心
１００−人
１０１−デリニエータ
１０２−道路
１０３−中立位置
ｘ−測定領域

Claims (2)

1. レーザ光を前方に向けて照射するレーザ光照射手段と、
   前記照射するレーザ光の光軸の向きを走査させるレーザ光走査手段と、
   前方の障害物に反射して戻ってきた戻り光を受光量電圧に変換する受光部と、
   前記受光部に前記戻り光を導くレンズと、
   前記戻り光の光軸に対して略垂直な平面内で、前記レンズまたは前記受光部のいずれかを移動させて、前記戻り光の光軸の向きを前記照射するレーザ光の光軸の向きに同期させる戻り光走査手段と、
   前記戻り光の光軸の向きを走査する範囲を複数の測定領域に分け、その測定領域ｘで測定した受光量電圧である領域データｐ（ｘ）を取得する領域データ取得手段と、
   前記レンズの中心位置を前記戻り光の光軸が通過する測定領域をｘ＝ｘ０、
   測定領域ｘの近傍で、ｘ０に向かうに従い、前記領域データｐ（ｘ）が減少していく測定領域をｘ＝ｘ１、
   前記レンズの中心位置からの前記戻り光の光軸のずれ量をｋとして、
   ｘ１とｘ０との偏差または光軸のずれ量ｋのいずれかと、ｘ０近傍でｚのｐ（ｘ）の微分値と、の積に比例した補正量を差し引く計算式、
   またはｐ（ｘ）の代わりに、ｐ（ｘ）からバイアスを差し引いた値ｐｂ（ｘ）を用いて前記補正量を差し引く式、
   またはこれらの式に相当する式により、
   前記領域データの値を補正する受光量電圧補正手段と、
   を備えたレーダ。
2. レーザ光を前方に向けて照射するレーザ光照射部と、
   前記照射するレーザ光の光軸の向きを走査させるレーザ光走査部と、
   前方の障害物に反射して戻ってきた戻り光を受光量電圧に変換する受光手段と、
   前記受光部に前記戻り光を導くレンズと、
   前記戻り光の光軸に対して略垂直な平面内で、前記レンズまたは前記受光部のいずれかを移動させて、前記戻り光の光軸の向きを前記レーザ光の光軸の向きに同期させる戻り光走査手段と、
   前記戻り光の光軸の向きを走査する範囲を複数の測定領域ｘに分け、その測定領域ｘについての前記受光量電圧である領域データを取得する領域データ取得手段と、
   前記各測定領域ｘの領域データの値ｐ（ｘ）、Ａを定数、中心位置をｘ０として、
   以下の計算式、
   ｙ＝Ａ×ｐ（ｘ）＋（ｘ−ｘ０）×（ｐ（ｘ−１）−ｐ（ｘ＋１））
   または、ｐ（ｘ）からバイアス量を差し引いた値ｐｂ（ｘ）を用いた以下の計算式、
   ｙ’＝Ａ×ｐｂ（ｘ）＋（ｘ−ｘ０）×（ｐｂ（ｘ−１）−ｐｂ（ｘ＋１））
   のいずれかにより、前記領域データを補正する受光量電圧補正手段と、
   を備えたレーダ。

Images