JP2009156810A

JP2009156810A - 物体検出装置

Info

Publication number: JP2009156810A
Application number: JP2007337987A
Authority: JP
Inventors: Satoru Kato; 覚加藤; Hiroshi Ito; 伊藤　　博; Mitsutoshi Maeda; 光俊前田
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】特定の範囲に存在している物体の位置検出精度を向上させる。
【解決手段】検出対象の物体が比較的遠距離に存在している車両の前方領域と、検出対象の物体が比較的近距離に存在している車両の側方領域を含む物体検出範囲内で、長手方向を鉛直方向に略一致させたスリットのレーザ光を走査させ、物体で反射されたレーザ光を、受光面20Aのうち、前方領域からのレーザ光の受光範囲におけるレーザ光移動方向に直交する方向に沿った受光素子24の配列のピッチが、側方領域からのレーザ光の受光範囲におけるレーザ光移動方向に直交する方向に沿った受光素子24の配列のピッチよりも小さくされた受光器で受光し、レーザ光を反射した物体の鉛直方向位置を検出することで、比較的遠距離に位置し前方領域内に存在している物体の鉛直方向位置の検出精度を向上させる。
【選択図】図５

Description

本発明は物体検出装置に係り、特に、スリット光を当該スリット光の長手方向と交差する方向に沿って走査させ、物体で反射されたスリット光を受光手段で受光することで、スリット光を反射した物体の位置を検出する物体検出装置に関する。

衝突等の車両の緊急状態を予測して乗員保護デバイス等を早期に作動させるプリクラッシュセーフティシステムや、自車両が先行車両に追従して走行するように自車両の走行を制御する追従走行制御等では、自車両の周囲に存在している他車両や歩行者の位置や距離を把握する必要がある。このため、車両の周囲に存在する他車両や歩行者等の物体を検出する物体検出装置として、車両の周囲へレーザ光を射出し、車両の周囲に存在する物体で反射されたレーザ光を受光素子で受光し、レーザ光の射出から受光迄の時間に基づいて物体との距離を検出すると共に、受光センサの受光面上でのレーザ光の受光位置等に基づいて物体の位置を検出する構成が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
特開２００２−２２８３０号公報

物体検出装置による物体の検出結果をプリクラッシュセーフティシステムや追従走行制御等に利用する場合、物体検出装置は、車両の走行時に、当該車両の進行方向側に存在する物体を検出するように設けられることになる。車両の進行方向側に存在する物体には、車両が走行している道路上に存在している物体と、道路の側方に存在している物体（例えばガードレールや歩道を通行している歩行者等）があるが、このうち道路上に存在している物体は車両の進行方向に存在しているので、プリクラッシュセーフティシステムや追従走行制御等において高精度に位置や距離を検出すべき重要な物体である。

しかしながら、道路の側方に存在している物体は車両との距離が比較的小さいのに対し、車両が走行している道路上に存在している物体は車両との距離が比較的大きく、物体が存在している領域によって車両との距離が相違している。そして、車両との距離が大きくなるに従って受光センサの受光面上での物体の写像の大きさが小さくなるので、物体の位置検出の精度は低下する。このように、従来の物体検出装置は、車両が走行している道路上に存在し車両との距離が比較的大きい物体、すなわちプリクラッシュセーフティシステムや追従走行制御等において高精度に位置や距離を検出すべき重要な物体に対する位置検出の精度が不足しているという問題があった。

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、特定の範囲に存在している物体の位置検出精度を向上させることができる物体検出装置を得ることが目的である。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る物体検出装置は、スリット光を、第１の範囲及び検出対象の物体が前記第１の範囲よりも遠方に位置する第２の範囲を含む物体検出範囲内で前記スリット光の長手方向と交差する方向に沿って走査させる照射手段と、前記物体検出範囲内に存在する物体で反射されたスリット光が照射される受光面に、前記照射手段によるスリット光の走査に伴うスリット光の照射位置の移動方向と交差する方向に沿って複数の受光素子が配列されていると共に、前記受光面のうち前記第２の範囲に存在する物体で反射されたスリット光が照射される第２の領域における前記受光素子の配列のピッチが、前記第１の範囲に存在する物体で反射されたスリット光が照射される第１の領域における前記受光素子の配列のピッチよりも小さくされた受光手段と、物体で反射されたスリット光が前記受光手段の何れの受光素子で受光されたかに基づいて、前記スリット光の長手方向に沿った前記物体の位置を検出する検出手段と、を含んで構成されている。

請求項１記載の発明に係る物体検出装置は、物体検出範囲が、第１の範囲及び検出対象の物体が第１の範囲よりも遠方に位置する第２の範囲を含んでおり、照射手段は、スリット光を前記物体検出範囲内でスリット光の長手方向と交差する方向に沿って走査させる。また受光手段は、物体検出範囲内に存在する物体で反射されたスリット光が照射される受光面に、照射手段によるスリット光の走査に伴うスリット光の照射位置の移動方向と交差する方向に沿って複数の受光素子が配列されて構成されており、検出手段は、物体で反射されたスリット光が受光手段の何れの受光素子で受光されたかに基づいて、スリット光の長手方向に沿った物体の位置を検出する。

上記構成において、物体検出範囲には、検出対象の物体が第１の範囲よりも遠方に位置する第２の範囲が含まれており、第１の範囲内の物体よりも遠方に位置する第２の範囲内の物体については、受光手段の受光面上での写像の大きさが第１の範囲内の物体よりも小さくなる。従って、第１の範囲内の物体よりも遠方に位置する第２の範囲内の物体に対する位置検出の精度は、第１の範囲内の物体に対する位置検出の精度よりも低下する。これに対して請求項１記載の発明は、受光手段の受光面のうち第２の範囲に存在する物体で反射されたスリット光が照射される第２の領域における受光素子の配列のピッチが、第１の範囲に存在する物体で反射されたスリット光が照射される第１の領域における受光素子の配列のピッチよりも小さくされている。

これにより、第２の範囲に存在する物体で反射されて受光面上の第２の領域に照射されるスリット光に対するスリット光の長手方向に沿った照射位置の分解能が、第１の範囲に存在する物体で反射されて受光面上の第１の領域に照射されるスリット光に対するスリット光の長手方向に沿った照射位置の分解能よりも高くなり、これに伴って第２の範囲に存在する物体に対する検出手段によるスリット光の長手方向に沿った位置検出精度が向上するので、第１の範囲内の物体よりも遠方に位置することによる第２の範囲内の物体に対する位置検出精度の低下を補うことができる。従って請求項１記載の発明によれば、特定の範囲（第２の範囲）に存在している物体の位置検出精度を向上させることができる。

なお、請求項１記載の発明において、本発明に係る物体検出装置は、周囲に存在する物体を検出する種々の用途に使用可能であるが、例えば請求項２に記載したように、車両に搭載され、物体検出範囲としての車両の周囲に存在する物体を検出するように構成することができる。

また、上記の本発明に係る物体検出装置を車両に搭載する場合、車両が走行している道路上に存在している物体は、前記道路の側方に存在している物体よりも遠方に存在することになる。このため、請求項２記載の発明において、例えば請求項３に記載したように、第２の範囲は車両の前方に対して所定角度内の範囲であり、第１の範囲は第２の範囲の両側の範囲であることが好ましい。これにより、車両が走行している道路上に存在している物体を第２の範囲内の物体として、前記道路の側方に存在している物体を第１の範囲内の物体として各々検出することができ、道路上に存在している物体に対する位置検出精度を向上させることができる。

また、請求項２記載の発明において、例えば請求項４に記載したように、照射手段は、長手方向を鉛直方向に向けたスリット光を物体検出範囲内で水平方向に沿って走査させ、検出手段はスリット光を反射した物体の鉛直方向に沿った位置を検出するように構成することができる。これにより、本発明に係る物体検出装置が搭載された車両の周囲に存在している物体の鉛直方向に沿った位置を検出することができる。

また、請求項２記載の発明において、例えば請求項５に記載したように、照射手段は、長手方向を水平方向に向けたスリット光を物体検出範囲内で鉛直方向に沿って走査させ、検出手段はスリット光を反射した物体の水平方向に沿った位置を検出するように構成することができる。これにより、本発明に係る物体検出装置が搭載された車両の周囲に存在している物体の水平方向に沿った位置を検出することができる。

また、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の発明において、検出手段は、例えば請求項６に記載したように、照射手段によってスリット光の射出が開始されてから、物体検出範囲内に存在する物体で反射されたスリット光が受光手段で受光される迄の経過時間に基づいて、スリット光を反射した物体との距離も検出するように構成してもよい。これにより、スリット光の長手方向と交差する方向に沿った物体の位置に加えて、スリット光を反射した物体との距離も検出されるので、検出手段による検出結果を、プリクラッシュセーフティシステムにおける制御や追従走行制御等に利用することも可能となる。

また、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の発明において、検出手段は、例えば請求項７に記載したように、物体で反射されたスリット光が照射手段から射出されたタイミング又は物体で反射されたタイミング又は受光手段で受光されたタイミングでの照射手段からのスリット光の射出方向に基づいて、スリット光の長手方向と交差する方向に沿った物体の位置も検出するように構成してもよい。これにより、スリット光の長手方向に沿った物体の位置に加えて、スリット光の長手方向と交差する方向に沿った物体の位置も検出されるので、物体の概略形状等を２次元的に把握することが可能となる。

以上説明したように本発明は、スリット光を、第１の範囲及び検出対象の物体が第１の範囲よりも遠方に位置する第２の範囲を含む物体検出範囲内でスリット光の長手方向と交差する方向に沿って走査させ、物体検出範囲内に存在する物体で反射されたスリット光が照射される受光手段の受光面に、スリット光の走査に伴うスリット光の照射位置の移動方向と交差する方向に沿って複数の受光素子が配列されていると共に、受光面のうち第２の範囲に存在する物体で反射されたスリット光が照射される第２の領域における受光素子の配列のピッチを、第１の範囲に存在する物体で反射されたスリット光が照射される第１の領域における受光素子の配列のピッチよりも小さくし、物体で反射されたスリット光が何れの受光素子で受光されたかに基づいて、スリット光の長手方向に沿った物体の位置を検出するので、特定の範囲に存在している物体の位置検出精度を向上させることができる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。図１には本実施形態に係る物体検出装置１０が示されている。物体検出装置１０は本発明に係る物体検出装置（詳しくは請求項２に記載の物体検出装置）に対応しており、ＬＤ(レーザダイオード)等から成りレーザ光を射出するレーザ光源と、当該レーザ光源から射出されたレーザ光をスリット状の平行光へ整形するビーム整形器を内蔵した光源部１２を備えている。本実施形態に係る物体検出装置１０は車両４０（図３参照）の前部に搭載されており、光源部１２は射出するスリット状のレーザ光の長手方向が鉛直方向にほぼ一致するように配置されている。光源部１２はパルス駆動回路２６に接続されており、パルス駆動回路２６は光源部１２のレーザ光源をパルス発光させ、光源部１２からスリット状のレーザ光が間欠的に射出されるように光源部１２のレーザ光源を駆動する。

また、光源部１２のレーザ光射出側には偏向走査手段としてのガルバノミラー１４が配置されている。ガルバノミラー１４は、モータ１４Ａと、裏面がモータ１４Ａの回転軸の側面に取付けられた平面ミラー１４Ｂを備え、モータ１４Ａはガルバノミラー駆動回路２８に接続されている。ガルバノミラー駆動回路２８は、モータ１４Ａの回転軸が一定の角度範囲内で往復回動するようにモータ１４Ａを駆動することで、モータ１４Ａの回転軸に取付けられた平面ミラー１４Ｂを一定の角度範囲内で往復揺動させる。ガルバノミラー１４は、モータ１４Ａの回転軸が鉛直方向（すなわち光源部１２から入射するスリット状のレーザ光の長手方向）にほぼ一致し、かつガルバノミラー１４（の平面ミラー１４Ｂ）で反射されたスリット状のレーザ光が、ガルバノミラー１４のレーザ光射出側に配置された投光レンズ１６を介して車両４０の前方側をおよそ水平方向に沿って走査するように、配置位置及び向きが調整されている。

図３に示すように、本実施形態では、車両４０の前方側の範囲のうち、車両４０の前方に対して約±10°の範囲（例えば車両４０から見ておよそ50ｍ程度前方における車両４０が走行する道路（又は車線）の全幅の範囲に相当する範囲）を前方領域と称すると共に、この前方領域の両側の領域（例えば歩道等に相当する範囲）を側方領域と称しており、ガルバノミラー１４及びガルバノミラー駆動回路２８は、ガルバノミラー１４で反射されたレーザ光の走査範囲が上記の前方領域及び前方領域の両側の側方領域を含むように構成されている。このように光源部１２、ガルバノミラー１４、ガルバノミラー駆動回路２８及び投光レンズ１６は本発明に係る照射手段（詳しくは請求項４に記載の照射手段）に対応している。また、前方領域は本発明に係る第２の範囲（詳しくは請求項３に記載の第２の範囲）に対応しており、側方領域は本発明に係る第１の範囲（詳しくは請求項３に記載の第１の範囲）に対応している。

なお、レーザ光の走査範囲は本実施形態に係る物体検出装置１０における物体検出範囲に相当しており、上記の側方領域のうちレーザ光を走査させる範囲の幅については、例えば歩道上に存在している歩行者等の物体を検出できるように定めることができるが、物体検出装置１０による物体検出結果を利用する制御の種類（例えばプリクラッシュセーフティシステムにおける制御や追従走行制御等）に応じて変更するようにしてもよい。また図３では、車両４０の車室の前端部付近からレーザ光が射出される例を示しているが、物体検出装置１０の配置位置はこれに限られるものではなく、車両４０の前端部からレーザ光が射出されるように物体検出装置１０を配置してもよい。

また物体検出装置１０は、光源部１２から射出されガルバノミラー１４によって偏向走査された後に、物体検出範囲（レーザ光の走査範囲）内に存在する物体（図１では物体の一例に符号３８を付して示す）で反射されたスリット状のレーザ光を受光するように配置された受光器２０を備えている。受光器２０は、フォトダイオードを含んで構成され受光領域がおよそ長尺形状の受光素子が受光面上に１次元に配列されたフォトダイオードアレイから成り、受光器２０のレーザ光入射側には受光レンズ１８が配置され、物体で反射されたスリット状のレーザ光は受光レンズ１８を透過して受光器２０の受光面上に照射される。図２(Ａ)には受光器２０の受光面２０Ａを示す。図２(Ａ)において、受光面２０Ａに照射されたスリット状のレーザ光は、ガルバノミラー１４による偏向走査に伴い、その照射位置が図２(Ａ)の左右方向に沿って受光面２０Ａ上を移動する。本実施形態において、受光器２０の受光面２０Ａ上には、およそ長尺形状の受光領域の長手方向が受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に沿うように配置された受光素子２４が、受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向に沿って複数配列されている。

また前述のように、スリット状のレーザ光は受光器２０の受光面２０Ａ上を図２(Ａ)の左右方向に沿って移動するので、レーザ光が前方領域に存在する物体によって反射されたときには、受光面２０Ａのうち図２(Ａ)の左右方向に沿った中央部及びその付近の範囲（図２(Ａ)に「前方領域からの受光範囲」と表記して示す範囲）にレーザ光が照射され、レーザ光が側方領域に存在する物体によって反射されたときには、受光面２０Ａのうち図２(Ａ)の左右方向に沿った両端部及びその付近の範囲（図２(Ａ)に「側方領域からの受光範囲」と表記して示す範囲）にレーザ光が照射されることになる。

本実施形態に係る受光器２０は、前方領域からの受光範囲における受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向に沿った個々の受光素子２４の受光領域の幅が、側方領域からの受光範囲における受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向に沿った個々の受光素子２４の受光領域の幅よりも小さくされており、前方領域からの受光範囲と側方領域からの受光範囲の間に相当する範囲において、受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向に沿った個々の受光素子２４の受光領域の幅は、前方領域からの受光範囲〜側方領域からの受光範囲にかけて連続的に変更（大きく）されている。また受光器２０は、受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向に沿って隣り合う受光素子２４の受光領域が、受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に沿った一端から他端に亘って隣接するように、個々の受光素子２４の受光領域が設けられている。

従って、本実施形態に係る受光器２０は、複数の受光素子２４の受光領域全体が、受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に沿った中央部が括れた形状とされており、前方領域からの受光範囲における受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチが、側方領域からの受光範囲における受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチよりも小さくされている。このように、受光器２０は受光レンズ１８と共に本発明に係る受光手段に対応している。

また、受光器２０の個々の受光素子２４は増幅器３０を介して遅延時間解析器３２に各々接続されており、受光器２０の個々の受光素子２４から出力される信号は、増幅器３０によって各々増幅されて遅延時間解析器３２へ並列に入力される。遅延時間解析器３２は制御回路３４に接続されており、光源部１２からのスリット状のレーザ光の射出時刻が制御回路３４から通知される。遅延時間解析器３２は、レーザ光の射出時刻が制御回路３４から通知されるとタイマをスタートさせた後に、個々の受光素子２４がレーザ光を受光したかを監視し、何れかの受光素子２４がレーザ光を受光したことを検知すると、レーザ光の受光を検知した時点でのタイマ値（通知された射出開始時刻からレーザ光受光迄の経過時間を表す）を、レーザ光を受光した受光素子２４を識別する素子識別情報と対応付けて記憶することを、個々の受光素子２４に対して並列に各々行う。そして制御回路３４からの要求に応じて、記憶している素子識別情報及びタイマ値（遅延時間）を制御回路３４へ順に通知する。

制御回路３４はＣＰＵ３４Ａ、ＲＡＭやＲＯＭ等から成るメモリ３４Ｂ、ＨＤＤやフラッシュメモリ等から成る不揮発性の記憶部３４Ｃ及び入出力ポート３４Ｄを備え、これらがバスを介して互いに接続されて構成されている。入出力ポート３４Ｄにはパルス駆動回路２６、ガルバノミラー駆動回路２８及び遅延時間解析器３２が各々接続されている。また記憶部３４Ｃには、ＣＰＵ３４Ａで後述する物体検出処理を行うための物体検出プログラムが予め記憶されている。制御回路３４は、ＣＰＵ３４Ａが物体検出プログラムを実行することで、遅延時間解析器３２と共に本発明に係る検出手段（より詳しくは請求項４、請求項６、７に記載の検出手段）として機能する。

次に本実施形態の作用として、物体検出装置１０が搭載されている車両４０の走行時に、物体検出装置１０の制御回路３４（のＣＰＵ３４Ａ）によって実行される物体検出処理について、図４を参照して説明する。

この物体検出処理では、まずステップ５０において、ガルバノミラー駆動回路２８によるガルバノミラー１４の駆動を開始させる。これにより、ガルバノミラー１４の平面ミラー１４Ｂは一定の角度範囲内で往復揺動される。次のステップ５２では、パルス駆動回路２６によって光源部１２のレーザ光源をパルス発光（ごく短い一定時間だけレーザ光を射出）させる。これにより、光源部１２からはスリット状のレーザ光がごく短い一定時間だけ射出され、光源部１２から射出されたスリット状のレーザ光は、車両４０の周辺の物体検出範囲のうち、そのときのガルバノミラー１４の平面ミラー１４Ｂの角度に応じた方向へ射出される。そして、レーザ光の射出方向に物体が存在していた場合、当該物体で反射されたレーザ光が受光器２０で受光されることになる。

またステップ５４では、光源部１２からスリット状のレーザ光が射出された時刻（レーザ光射出時刻）を遅延時間解析器３２へ通知する。これにより、遅延時間解析器３２では、タイマをスタートさせた後に、個々の受光素子２４がレーザ光を受光したかを監視し、何れかの受光素子２４がレーザ光を受光したことを検知すると、レーザ光の受光を検知した時点でのタイマ値を、レーザ光を受光した受光素子２４を識別する素子識別情報と対応付けて記憶する処理が、受光器２０の個々の受光素子２４に対して並列に各々行われる。

次のステップ５６では、受光器２０に設けられた個々の受光素子２４を識別するための変数ｉに１を代入する。ステップ５８では、遅延時間解析器３２に対してｉ番目の受光素子２４における遅延時間（タイマ値）の転送を要求することで、前記遅延時間を遅延時間解析器３２から取得する。またステップ６０では、遅延時間解析器３２から取得したｉ番目の受光素子２４における遅延時間に基づいて、ｉ番目の受光素子２４で受光されたレーザ光を反射した物体との距離Ｌを次の(１)式に従って演算する。
Ｌ＝ｃτ／２ …(１)
なお、(１)式においてｃは光速、τは取得した遅延時間である。

またステップ６２では、レーザ光射出時刻におけるスリット状のレーザ光の水平方向の射出角度θに基づいて、ｉ番目の受光素子２４で受光されたレーザ光を反射した物体の水平方向位置Ｐｈを演算する。なお、レーザ光射出時刻におけるレーザ光の水平方向の射出角度θは、遅延時間解析器３２へ通知したレーザ光射出時刻におけるガルバノミラー１４の平面ミラー１４Ｂの角度から算出することができる。また、車両４０の幅方向中央を通り車両４０の前後方向に延びる水平仮想線４２（図３参照）の方向を基準角度（レーザ光の射出角度θ＝０）とした場合、物体の水平方向位置Ｐｈは、レーザ光の水平方向の射出角度θを先のステップ６０で演算した距離Ｌと共に次の(２)式に代入して演算することで得ることができる。
Ｐｈ＝Ｌ・sinθ …(２)
これにより、水平方向位置Ｐｈとして、車両４０の幅方向中央を通り車両４０の前後方向に延びる水平仮想線４２（図３参照）を基準としたときの、車両４０から距離Ｌ隔てた位置に存在する物体（ｉ番目の受光素子２４で受光されたレーザ光を反射した物体）の仮想線４２との水平方向距離を求めることができる。なお、このステップ６２は請求項７に記載の検出手段に対応している。

またステップ６４では、レーザ光射出時刻におけるレーザ光の水平方向の射出角度θに基づいて、ｉ番目の受光素子２４で受光されたレーザ光を反射した物体の鉛直方向位置Ｐｈを演算する。鉛直方向位置Ｐｖは、例えばレーザ光の水平方向の射出角度θが各値の場合に特定の受光素子２４がレーザ光を受光したときの受光面２０Ａ（特定の受光素子２４）への鉛直方向に沿ったレーザ光の入射角度δ（車両４０の前後方向に対する鉛直方向に沿った傾斜角度であり、前述の水平仮想線４２（図３参照）の方向を基準角度（入射角度δ＝０）とする）を個々の受光素子２４毎に予め測定し、測定したレーザ光の鉛直方向の入射角度δをレーザ光の水平方向の射出角度θと対応付けて個々の受光素子２４毎に記憶しておき、レーザ光の水平方向の射出角度θと対応付けて記憶部３４Ｃに記憶されているｉ番目の受光素子２４へのレーザ光の鉛直方向の入射角度δを読み出し、読み出した入射角度δを先のステップ６０で演算した距離Ｌと共に次の(３)式に代入して演算することで得ることができる。
Ｐｖ＝Ｌ・sinδ …(３)
これにより、鉛直方向位置Ｐｖとして、水平仮想線４２（図３参照）を基準としたときの、車両４０から距離Ｌ隔てた位置に存在する物体（ｉ番目の受光素子２４で受光されたレーザ光を反射した物体）の仮想線４２との鉛直方向距離を求めることができる。

ここで、受光器２０において、受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチが、レーザ光移動方向に沿った位置に拘わらず一定であるとすると、個々の受光素子２４へのレーザ光の鉛直方向の入射角度δは、レーザ光の水平方向の射出角度θに拘わらず個々の受光素子２４毎に一定となり、レーザ光の鉛直方向の入射角度δの分解能についても、車両４０からのレーザ光の水平方向の射出角度θに拘わらず（レーザ光が物体検出範囲のうちの前方領域へ射出されたか側方領域へ射出されたかに拘わらず）およそ一定となる。しかし、側方領域内に存在している物体は車両４０からの距離Ｌが比較的小さい（図３の例では10ｍ）のに対し、前方領域内に存在している物体は車両４０からの距離Ｌが比較的大きい（図３の例では50ｍ）ので、比較的遠方に存在している前方領域内の物体に対する鉛直方向位置Ｐｖの検出精度が低下（空間分解能が悪化）する。

すなわち、図５に示す「前方領域に存在する物体の受光面上での像」を、同じく図５に示す「側方領域に存在する物体の受光面上での像」と比較しても明らかなように、受光器２０の受光面２０Ａ上におけるスリット状のレーザ光の移動範囲のうち物体で反射されたスリット光が照射される範囲（受光面２０Ａ上での物体の写像の大きさ）は、車両４０と物体との距離Ｌが大きくなるに従って小さくなる。このため、受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチが、レーザ光移動方向に沿った位置に拘わらず一定である場合、距離Ｌが大きくなるに従い、受光面２０Ａ上での物体の写像の大きさに対して受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチが相対的に大きくなることで、鉛直方向位置Ｐｖの検出精度が低下することになる。

距離Ｌと鉛直方向位置Ｐｖの検出精度（空間分解能）の関係について、具体的な数値を挙げて更に説明する。例えば側方領域内に存在する距離Ｌ＝10ｍの物体に対して空間分解能Ｐｖmin＝0.5ｍで鉛直方向位置Ｐｖを検出する場合、角度分解能δminは、
δmin＝tan^-1((0.5／2)／10)＝1.432°
となるが、同一の角度分解能δmin＝1.432°で前方領域内に存在する距離Ｌ＝50ｍの物体の鉛直方向位置Ｐｖを検出した場合、その空間分解能Ｐｖminは、
Ｐｖmin＝２Ｌ・tanδ＝2・50・tan(1.432°)＝2.5ｍ
となり、距離Ｌが10ｍから50ｍへ変化すると空間分解能Ｐｖminが0.5ｍから2.5ｍにまで大幅に悪化し、鉛直方向位置Ｐｖの検出精度が大幅に低下することになる。

これに対して本実施形態に係る受光器２０では、前方領域からの受光範囲における受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチを、側方領域からの受光範囲における受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチよりも小さくしているので（図５も参照）、車両４０から前方領域へ射出され物体に反射されて受光器２０に入射したレーザ光の鉛直方向の入射角度δを、車両４０から側方領域へ射出され物体に反射されて受光器２０に入射したレーザ光の鉛直方向の入射角度δよりも高い角度分解能で判断することができ、比較的遠方に存在している前方領域内の物体に対する鉛直方向位置Ｐｖの検出精度（空間分解能）を向上させることができる。

なお、前方領域からの受光範囲における受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチと、側方領域からの受光範囲における受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチの比率については、前方領域／側方領域の各領域内に存在している物体のうち検出対象とすべき物体について、想定している距離Ｌの比率や空間分解能の比率に応じて定めることができる。

次のステップ６６では、ステップ６０で演算した、ｉ番目の受光素子２４で受光されたレーザ光を反射した物体との距離Ｌ、ステップ６２で演算した前記物体の水平方向位置Ｐｈ、及び、ステップ６４で演算した前記物体の水平方向位置Ｐｖを、先に遅延時間解析器３２へ通知したレーザ光射出時刻と対応付けて記憶部３４Ｃに記憶させる。次のステップ６８では、変数ｉが受光器２０に設けられた受光素子２４の総数ｉmaxに一致しているか否か判定する。判定が否定された場合はステップ７０で変数ｉを１だけインクリメントした後にステップ５８に戻る。これにより、受光器２０に設けられた全ての受光素子２４に対してステップ５８〜ステップ６６が繰り返され、個々の受光素子２４について物体との距離Ｌ、物体の水平方向位置Ｐｈ及び鉛直方向位置Ｐｖの演算・記憶が各々行われることで、車両４０からのレーザ光の射出方向に存在している物体の概略形状等を２次元的に把握可能な情報が得られることになる。

すなわち、例として図６(Ａ)に示すように、車両４０からのレーザ光の射出方向に存在している物体が、車両４０からの距離Ｌ及び高さ位置（鉛直方向に沿った位置）が互いに異なる平面ａ,ｂ,ｃを備えた階段状の物体４４であり、平面ａ,ｂ,ｃが車両４０へ向けられていた場合、例として図６(Ｂ)に示すように、物体４４の平面ａ,ｂ,ｃのうちの互いに異なる平面で反射されたレーザ光は、受光器２０の受光面２０Ａのうちレーザ光の移動方向に直交する方向に沿って互いに異なる位置に照射され、互いに異なる受光素子２４によって受光される。例えば図６(Ｂ)では、平面ｃで反射されたレーザ光が１番目及び２番目の受光素子２４で受光され、平面ｂで反射されたレーザ光が３番目及び４番目の受光素子２４で受光され、平面ａで反射されたレーザ光が５番目及び６番目の受光素子２４で受光されている例を示している。

この例では、１番目及び２番目の受光素子２４については物体との距離Ｌとして平面ｃまでの距離が算出され、３番目及び４番目の受光素子２４については物体との距離Ｌとして平面ｂまでの距離が算出され、５番目及び６番目の受光素子２４については物体との距離Ｌとして平面ａまでの距離が算出されると共に、１番目及び２番目の受光素子２４については物体の鉛直方向位置Ｐｖとして平面ｃの鉛直方向位置が算出され、３番目及び４番目の受光素子２４については物体の鉛直方向位置Ｐｖとして平面ｂの鉛直方向位置が算出され、５番目及び６番目の受光素子２４については物体の鉛直方向位置Ｐｖとして平面ａの鉛直方向位置が算出される一方、物体の水平方向位置Ｐｈについては１番目〜６番目の受光素子２４でほぼ同じとなるので、１番目〜６番目の受光素子２４について各々演算によって得られた物体との距離Ｌ、物体の鉛直方向位置Ｐｖ及び水平方向位置Ｐｈを照合することで、レーザ光を反射した物体４４が、車両４０からの距離Ｌ及び高さ位置が互いに異なる平面ａ,ｂ,ｃを備えた物体であること、すなわち物体４４の概略形状を２次元的に把握することができる。

また、全ての受光素子２４について物体との距離Ｌ、物体の水平方向位置Ｐｈ及び鉛直方向位置Ｐｖを演算・記憶すると、ステップ６８の判定が肯定されてステップ５２に戻り、ステップ５２以降の処理を繰り返す。これにより、光源部１２からのスリット状のレーザ光の射出、全ての受光素子２４についての物体との距離Ｌ、物体の水平方向位置Ｐｈ及び鉛直方向位置Ｐｖの演算・記憶が再度行われる。そして、車両４０が走行している間、ステップ５２〜ステップ７０が繰り返されることで、スリット状のレーザ光によって物体検出範囲内が繰り返し走査され、物体検出範囲内に存在する各物体について、物体との距離Ｌ、物体の水平方向位置Ｐｈ及び鉛直方向位置Ｐｖの演算・記憶が繰り返し行われる。また、物体が前方領域内に存在している場合にも、物体の鉛直方向位置Ｐｖが高精度に検出（演算）されることになる。

なお、上記では本発明に係る受光手段の一例として、前方領域からの受光範囲における受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向に沿った個々の受光素子２４の受光領域の幅を、側方領域からの受光範囲における受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向に沿った個々の受光素子２４の受光領域の幅よりも小さくすると共に、受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向に沿って隣り合う受光素子２４の受光領域が、受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に沿った一端から他端に亘って隣接するように個々の受光素子２４の受光領域を配置し、複数の受光素子２４の受光領域全体を、受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に沿った中央部が括れた形状とすることで、前方領域からの受光範囲における受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチを、側方領域からの受光範囲における受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチよりも小さくした構成（図２(Ａ)参照）を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例として図２(Ｂ)に示すように、前方領域からの受光範囲における受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向に沿った個々の受光素子２４の受光領域の幅を、側方領域からの受光範囲における受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向に沿った個々の受光素子２４の受光領域の幅よりも小さくする一方、個々の受光素子２４の受光領域を直線状とすると共に、個々の受光素子２４の受光領域を直線状とすることで前方領域からの受光範囲に生じた受光素子２４の受光領域の間隙に、新たな受光素子２５の受光領域を設けた構成を採用してもよい。この構成であっても、前方領域からの受光範囲における受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチを、側方領域からの受光範囲における受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチよりも小さくすることができる。

また、図２(Ａ),(Ｂ)に示す構成では、前方領域からの受光範囲〜側方領域からの受光範囲にかけて受光素子２４のピッチが連続的に変化する（大きくなる）ように、受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向に沿った個々の受光素子２４の受光領域の幅を、前方領域からの受光範囲〜側方領域からの受光範囲にかけて連続的に変更（大きく）しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図示は省略するが、受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向に沿った個々の受光素子２４の受光領域の幅を、前方領域からの受光範囲と側方領域からの受光範囲との間の１箇所で急に変化させるようにしてもよい。

また、上記では長手方向を鉛直方向に向けたスリット状のレーザ光を物体検出範囲内で水平方向に沿って走査させ、受光領域の長手方向をレーザ光の受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向（水平方向）に向けた複数の受光素子２４がレーザ光の受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向（鉛直方向）に沿って配列された受光部２０によって物体の鉛直方向位置Ｐｖを検出する態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、長手方向を水平方向に向けたスリット状のレーザ光を物体検出範囲内で鉛直方向に沿って走査させ、受光領域の長手方向をレーザ光の受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向（鉛直方向）に向けた複数の受光素子２４がレーザ光の受光面２０Ａ上でのレーザ光移動方向に直交する方向（水平方向）に沿って配列された受光部２０によって物体の水平方向位置Ｐｈを検出するように構成することも可能である（この態様は請求項５記載の発明に対応している）。この場合、前方領域からの受光範囲における受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチを、側方領域からの受光範囲における受光素子２４のレーザ光移動方向に直交する方向に沿ったピッチよりも小さくすることは、例として図２(Ｃ)に示すように、個々の受光素子２４の受光領域を矩形状にすると共に、受光面２０Ａ上のうち前方領域からの受光範囲に配置される個々の受光素子２４Ａの受光領域の幅を、受光面２０Ａ上のうち側方領域からの受光範囲に配置される個々の受光素子２４の受光領域の幅よりも小さくし、隣り合う受光素子２４の間隔を一定とすることで実現することができる。

更に、上記では本発明に係る物体検出装置１０を車両４０に搭載した態様を説明したが、本発明に係る物体検出装置１０は車両以外の移動体に搭載してもよいし、建物等の固定物に搭載してもよく、物体検出範囲の中に、検出対象の物体が近距離に位置している領域と検出対象の物体が遠距離に位置している領域が含まれている場合であれば適用可能である。

本実施形態に係る物体検出装置の概略構成図である。受光素子の受光面上での受光セルの配置の一例を各々示す平面図である。物体検出領域のうちの前方領域及び側方領域を各々示すイメージ図である。物体検出処理の内容を示すフローチャートである。物体検出範囲内の各領域に存在する物体の受光面上での像を各々示す概念図である。受光セル列毎に物体との距離及び物体の水平方向位置を演算することで物体の概略形状等を２次元的に把握可能となることを説明するための説明図である。

符号の説明

１０物体検出装置
１２光源部
１４ガルバノミラー
２０受光器
２２受光セル
２４受光セル列
３２遅延時間解析器
３４制御回路
４０車両

Claims

スリット光を、第１の範囲及び検出対象の物体が前記第１の範囲よりも遠方に位置する第２の範囲を含む物体検出範囲内で前記スリット光の長手方向と交差する方向に沿って走査させる照射手段と、
前記物体検出範囲内に存在する物体で反射されたスリット光が照射される受光面に、前記照射手段によるスリット光の走査に伴うスリット光の照射位置の移動方向と交差する方向に沿って複数の受光素子が配列されていると共に、前記受光面のうち前記第２の範囲に存在する物体で反射されたスリット光が照射される第２の領域における前記受光素子の配列のピッチが、前記第１の範囲に存在する物体で反射されたスリット光が照射される第１の領域における前記受光素子の配列のピッチよりも小さくされた受光手段と、
物体で反射されたスリット光が前記受光手段の何れの受光素子で受光されたかに基づいて、前記スリット光の長手方向に沿った前記物体の位置を検出する検出手段と、
を含む物体検出装置。
車両に搭載され、前記物体検出範囲としての前記車両の周囲に存在する物体を検出することを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
前記第２の範囲は前記車両の前方に対して所定角度内の範囲であり、前記第１の範囲は前記第２の範囲の両側の範囲であることを特徴とする請求項２記載の物体検出装置。
前記照射手段は、長手方向を鉛直方向に向けたスリット光を前記物体検出範囲内で水平方向に沿って走査させ、
前記検出手段はスリット光を反射した物体の鉛直方向に沿った位置を検出することを特徴とする請求項２記載の物体検出装置。
前記照射手段は、長手方向を水平方向に向けたスリット光を前記物体検出範囲内で鉛直方向に沿って走査させ、
前記検出手段はスリット光を反射した物体の水平方向に沿った位置を検出することを特徴とする請求項２記載の物体検出装置。
前記検出手段は、前記照射手段によってスリット光の射出が開始されてから、前記物体検出範囲内に存在する物体で反射されたスリット光が前記受光手段で受光される迄の経過時間に基づいて、前記スリット光を反射した物体との距離も検出することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項記載の物体検出装置。
前記検出手段は、物体で反射されたスリット光が前記照射手段から射出されたタイミング又は物体で反射されたタイミング又は前記受光手段で受光されたタイミングでの前記照射手段からの前記スリット光の射出方向に基づいて、前記スリット光の長手方向と交差する方向に沿った前記物体の位置も検出することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項記載の物体検出装置。