JP2011247872A - 距離測定装置、距離測定方法、および距離測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】物体までの距離を測定する距離測定装置において、簡素な構成で距離と輝度とを検出できる技術を提供する。
【解決手段】レーダ装置は、レーザ光を射出する発光部と、発光部からのレーザ光が物体に反射されることにより得られる反射光を受光し、この光量に応じた出力をする受光部と、を備えている。そして、レーダ装置は、レーダ処理にて、受光部による出力に基づいてレーザ光を反射した物体までの距離を演算し（Ｓ２２０）、また、受光部による出力に基づいて輝度を演算する（Ｓ２３０）。このレーダ装置によれば、物体までの距離だけでなく、受光部が受光することができる領域における輝度についても、レーダ装置の構成（ハードウェア）を利用して検出することができる。よって、簡素な構成で距離と輝度とを検出することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ光を反射した物体までの距離を測定する距離測定装置、距離測定方法、および距離測定プログラムに関する。

一般的な距離検出装置として、電波やレーザ光等の電磁波を照射し、この反射波を受信することによって物体までの距離を測定するものが知られている。そして、このような距離検出装置と、カメラによる撮像画像中の輝度に基づいて物体を検出する画像処理装置とを組み合わせたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

ここで、本明細書（特許請求の範囲、図面を含む）において、「輝度」とは、距離を検出するために照射される電磁波の成分を含まない明るさ（検出される外光のうちの照射される電磁波の反射波成分を含まないものの明るさ）を示すものとする。

特開２００８−１８９１４８号公報

ところで、近年では、車両におけるテールランプやウインカの位置を特定するために、自発光する物体の正確な明るさ（輝度）を検出する技術が求められている。上記技術では、輝度を検出できるものの、距離を検出する構成と、輝度を検出する構成とで別々のハードウェアを利用しているため、ハードウェア構成に費用が掛かる。

また、これらの異なるハードウェアから距離情報と輝度情報とを別々に得るので、例えば、他車両の挙動を検出しようとする場合等には、距離情報および輝度情報が同一車両に由来するものか否かを判定するための処理が必要となる。

なお、従来においては、距離検出装置のみでは輝度を検出することができず、また、画像処理装置のみでは距離を検出できるがその検出精度が悪かった。
そこで、このような問題点を鑑み、物体までの距離を測定する距離測定装置において、簡素な構成で距離と輝度とを検出できる技術を提供できるようにすることを本発明の目的とする。

かかる目的を達成するために成された第１の構成の距離測定装置においては、レーザ光を間欠的に射出する射出手段と、入射される光の光量に応じた出力をし、射出手段からのレーザ光が物体に反射されることにより得られる反射光を受光可能に配置された受光手段と、受光手段による出力のうちの受光手段がレーザ光の反射光を受光しているときに相当する出力に基づいてレーザ光を反射した物体までの距離を演算する距離演算手段と、を備え、受光手段による出力のうちの受光手段が前記レーザ光の反射光を受光していないときに相当する出力に基づいて輝度を演算する輝度演算手段を備えている。

このような距離測定装置によれば、物体までの距離だけでなく、受光手段が受光することができる領域における輝度についても、距離測定装置の構成（ハードウェア）を利用して検出することができる。よって、簡素な構成で距離と輝度とを検出することができる。

ところで、上記距離測定装置においては、第２の構成のように、距離演算手段は、射出手段がレーザ光を射出する時間間隔を複数の時間範囲に区分したときの所定の時間範囲において検出された受光手段による出力を利用して物体までの距離を演算し、輝度演算手段は、複数の時間範囲のうちの所定の時間範囲を除く他の時間範囲において検出された受光手段による出力を利用して輝度を演算するようにしてもよい。

このような距離測定装置によれば、時分割で距離を演算する処理と輝度を演算する処理とを分離するので、１組のハードウェア構成でこれらの複数の処理を行うことができる。また、受光手段からの出力を距離演算用の信号と輝度演算用の信号とに分離するための構成を不要とすることができる。よって距離測定装置の構成を簡素化することができる。

なお、本発明においては、距離演算手段および輝度演算手段の作動順序は不問である。つまり、先に輝度演算手段を機能させ、後で距離演算手段を機能させてもよい。
また、上記距離測定装置においては、第３の構成のように、輝度演算手段は、距離演算手段が物体までの距離を演算するための時間範囲後に設定された時間範囲内において、輝度を演算するようにしてもよい。

このような距離測定装置によれば、輝度を演算する時間範囲内においてレーザ光の反射光を受光しにくくすることができる。よって、レーザ光の反射光の影響を受けない正確な外光量（輝度）を演算することができる。

また、上記距離測定装置においては、第４の構成のように、受光手段による出力のうちの反射波成分とその他の成分とを分離する分離手段を備えていてもよい。この場合、距離演算手段は、反射波成分を利用して物体までの距離を演算し、輝度演算手段は、その他の成分を利用して輝度を演算するようにすればよい。

このような距離測定装置によれば、射出手段がレーザ光を射出する時間間隔を複数の時間範囲に区分することなく、時間範囲の全てを利用して、それぞれ距離および輝度を演算することができるので、レーザ光を照射する間隔時間が短い場合でも距離の遠い物体までの距離を良好に演算することができる。

さらに、上記距離測定装置においては、第５の構成のように、受光手段は、射出手段によりレーザ光が照射される領域を複数に区分したときにおいて該区分された領域毎に光量を検出するようにしてもよい。また、第６の構成のように、受光手段による反射光を受光可能な方向がレーザ光の射出方向と同じ方向となるよう走査する走査手段、を備えていてもよい。

このような距離測定装置によれば、受光手段が複数の方向から得られるレーザ光の反射光を方向毎に検出することができるので、物体が存在する方向を特定することができる。また、物体等の輝度を方向毎に検出することができる。

さらに、上記距離測定装置においては、第７の構成のように、受光手段からの出力電流そのもの（出力電流に基づく電圧を含む）の大きさに応じて輝度を演算してもよいが、受光手段は、輝度演算手段は、受光手段による出力の変動幅を検出することによって、輝度を演算するようにしてもよい。なお、本発明でいう「出力の変動幅」には、出力電流の変動幅に基づく電圧を含む。

このような距離測定装置によれば、受光手段からの出力電流そのものでないパラメータを利用して輝度を演算することができる。
また、上記距離測定装置においては、第８の構成のように、検出された輝度の大きさと予め設定された数値と比較することによって、或いは、検出された輝度の大きさを予め設定された関係式に当てはめることによって、距離演算手段によって検出可能な距離を判定する検出可能距離判定手段、を備えていてもよい。

このような距離測定装置によれば、自身による距離を検出する能力を自己診断することができる。
なお、上記目的を達成するためには、上記距離測定装置としての構成を、第９の構成として示す距離測定方法として実現してもよいし、第１０の構成として示す距離測定プログラムとして構成してもよい。

運転支援システム１の概略構成を示す説明図である。 実施形態において、レーザ光を照射する領域を示す模式図である。 レーダ処理を示すフローチャート（ａ）、および測距／輝度検出処理を示すフローチャート（ｂ）である。 実施形態において、受光部１５による検出レベルを時間との関係で示すグラフである。 受光部１５により得られる出力を示す説明図である。 時分割により距離および輝度を演算する旨を示す説明図である。 輝度の検出結果の一例を示す説明図である。 測距性能診断処理を示すフローチャートである。 変形例において、レーザ光を照射する領域を示す模式図である。 変形例において、受光部１５による検出レベルを時間との関係で示すグラフである（その１）。 変形例において、受光部１５による検出レベルを時間との関係で示すグラフである（その２）。 信号を分離して距離および輝度を演算する旨を示す説明図である。 熱雑音を考慮する場合の受光部１５により得られる出力を示す説明図である。 光学フィルタの構成、白熱電球ランプの波長分布、および光学フィルタの透過特性を示す説明図である。 ＬＥＤランプの波長分布、および光学フィルタの透過特性を示す説明図である。

以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
［本実施形態の構成］
図１は本実施形態の運転支援システム１の概略構成を示す説明図、図２はレーザ光を照射する領域を示す模式図である。運転支援システム１は、例えば乗用車等の車両に搭載されており、図１に示すように、レーダ装置１０（距離測定装置）と車両制御部３０とを備えている。

レーダ装置１０は、レーダ制御部１１と、走査駆動部１２（走査手段）と、光学ユニット１３（光学装置）とを備えている。
レーダ制御部１１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って、後述するレーダ処理等の各種処理を実施する。なお、レーダ制御部１１は、回路などによるハードウェアで構成してもよい。

走査駆動部１２は、例えばモータ等のアクチュエータとして構成されており、レーダ制御部１１からの指令を受けて、光学ユニット１３を水平方向および鉛直方向の任意の方向に向けることができるよう構成されている。なお、走査駆動部１２は、レーダ制御部１１からの走査開始信号を受ける度に１周期分の走査ができるように光学ユニット１３を駆動する（図４参照）。

光学ユニット１３は、レーダ制御部１１からの指令に応じてレーザ光を射出する発光部１４（射出手段）と、発光部１４からのレーザ光（図１では実線の矢印で示す）が物体５０に反射したときの反射波（図１では破線の矢印で示す）を受光する受光部１５（受光手段）と、を備えている。さらに受光部１５は、上記反射波を受光するのみならず、走査方向に存在する物体が発する光を受光し、電気信号に変換する機能をも備えている。

なお、走査駆動部１２は、結果として発光部１４によるレーザ光の射出方向が受光部１５により反射光を受光可能な方向と同じ方向となるよう変化させられる構成であればよい。例えば、走査駆動部１２は、光学ユニット１３に換えて、光学ユニット１３に備えられたレーザ光および反射光を任意の方向に反射させるミラーを駆動するよう構成されていてもよい。

この場合には、複数の反射面を有するミラーを走査駆動部１２で回転させることによって水平方向にレーザ光を走査し、反射面の角度をそれぞれ異なる角度に設定することによって、鉛直方向にもレーザ光を振りつつ走査する構成を採用すればよい。また、１つの反射面を有するミラーを任意の方向に向ける機構を採用してもよい。

また、走査駆動部１２は、受光部１５のみの方向を変化させる構成でもよい。この場合、発光部１４は、発光部１４の方向を変化させることなく、受光部１５が走査される領域の一部または全体にレーザ光を照射可能な構成にされていてもよい。

上述のようにレーダ装置１０は、自車両周囲の任意の方向（本実施形態では自車両の進行方向である前方）の所定領域に対して、走査しつつ間欠的に電磁波であるレーザ光を照射し、その反射波（反射光）をそれぞれ受信することによって、自車両前方の物標を各検出点として検出するレーザレーダとして構成されている。さらにレーダ装置１０は上記反射波を受信するのみならず、走査方向に存在する物体が発する光を受信することによって、自車両前方の輝度分布情報を検出するレーザレーダとして構成されている。

ここで、本実施形態のレーダ装置１０においてレーダ制御部１１は、前述のように走査駆動部１２を利用して、光学ユニット１３から照射されるレーザ光を所定の領域内において走査させるが、詳細には図２に示すように、この領域の左上隅から右上隅に水平方向右側にレーザ光を照射させる範囲を変化させつつ間欠的に等間隔（等角度）でレーザ光を照射させ、レーザ光が右上隅に到達すると、左上隅よりも所定角度だけ下方の領域から水平方向右側にレーザ光を照射させる範囲を変化させつつ再びレーザ光を照射させる。

この作動を繰り返すことによってレーダ装置１０は、所定領域の全域に順次レーザ光を照射させることになる。そしてレーダ装置１０は、反射波を検出したタイミングとレーザ光を照射した方向とに基づいて、レーザ光を照射する度に物標（検出点）の位置を検出する。同時にレーダ装置１０は、所定領域における輝度の分布や変化を検出する事ができ、ひいては、先行車のブレーキランプ点灯、ウィンカー点滅などの状態、あるいは対向車のヘッドライト点灯などの状態を検出する事ができる。

なお、レーダ装置１０が向けられた方向については、レーザ光を照射する全領域をレーザ光が照射される領域毎にマトリクス状に区切り、各領域に番号を付すことによって特定できるようにしておく。例えば、図２に示すように、水平方向については左から順に番号を付し、この番号を方位番号と呼ぶ。また、鉛直方向については上から順に番号を付し、この番号をレイヤ番号と呼ぶ。

次に、車両制御部３０においては、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って、自車両の挙動を制御する処理や、運転者に対する報知を行う等の各種処理を実施する。例えば、車両制御部３０は、自車両の挙動を変更するような（或いは挙動の変更を促すような）運転支援を行う旨の指令をレーダ装置１０から受けると、この指令に応じた制御信号を表示装置、音声出力装置、制動装置、操舵装置等の何れかに出力するようにすればよい。

［本実施形態の処理］
このような運転支援システム１では、例えば、以下の処理が実施される。図３（ａ）はレーダ装置１０のレーダ制御部１１が実行するレーダ処理を示すフローチャート、図３（ｂ）はレーダ処理のうちの測距／輝度検出処理を示すフローチャートである。また、図８（ａ）は測距性能診断処理を示すフローチャートである。ここでいう輝度検出処理とは、主に先行車が発する光を検出する処理を表す。以下、これに従う。

レーダ処理は、例えばレーダ装置１０の電源が投入されると開始され、その後、所定の周期（例えば１００ｍｓ毎）で実施される処理である。詳細には、図３（ａ）に示すように、まず、物体までの距離および輝度を検出する方向（方位番号およびレイヤ番号）を設定し（Ｓ１１０：走査手段）、設定した方向にレーザ光の照射方向が向けられたときに発光部１４からレーザ光を射出させる（Ｓ１２０）。

そして、後述する測距／輝度検出処理（Ｓ１３０）、および測距性能診断処理（Ｓ１４０）を順に実施し、走査を終了するか否かを判定する（Ｓ１５０）。走査を終了するか否かについては、距離または輝度を検出する最終の方位番号かつレイヤ番号を有する方向（例えば、方位番号およびレイヤ番号が最大値を採る方向）に受光部１５（発光部１４）が向けられたか否かによって判定する。

走査を終了しない場合には（Ｓ１５０：ＮＯ）、Ｓ１１０以下の処理を繰り返す。また、走査を終了する場合には（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、レーダ処理を終了する。
次に、測距／輝度検出処理では、図３（ｂ）に示すように、受光部１５によりレーザ光の反射光が検出できたか否かを判定する（Ｓ２１０）。なお、受光部１５により反射光を検出する構成については後述する。

反射光が検出できていれば（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、反射光に応じてレーザ光を反射した物体までの距離を演算する距離算出処理を実施する（Ｓ２２０：距離演算手段）。そして、輝度算出処理を実施し（Ｓ２３０：輝度演算手段）、測距／輝度検出処理を終了する。

また、反射光が検出できていなければ（Ｓ２１０：ＮＯ）、距離算出処理を実施することなく、輝度算出処理を実施し（Ｓ２３０）、測距／輝度検出処理を終了する。
ここで、距離算出処理や輝度算出処理等において、受光部１５が検出した反射光から物体までの距離および輝度を検出する仕組みについて、図４〜図７を用いて説明する。図４は受光部１５による検出レベルを時間との関係で示すグラフ、図５は受光部１５により得られる出力を示す説明図である。また、図６は時分割により距離および輝度を演算する旨を示す説明図、図７は輝度の検出結果の一例を示す説明図である。

図４に示す例では、レイヤ番号の最大値が３、方位番号の最大値がＮの場合において、レイヤ２における受光部１５からの出力を示している。図４に示すように、レーダ制御部１１は、方位が変更される毎に発光部１４にレーザ光を照射させ、受光部１５に反射光を受光させて検出レベルに応じた波形を得る。

ここで、受光部１５は、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、電源に接続されたフォトダイオード２１がグランドに接続された抵抗２２と直列に接続され、フォトダイオード２１と抵抗２２とを接続する端子の電位を検出可能な構成とされている。この構成では、フォトダイオード２１から電流値が出力されるが、この電流値を抵抗２２によって電圧値に変換している。

なお、受光部１５は、フォトダイオード２１に換えて、フォトトランジスタや光電子倍増管等の、光量に応じて電気的な物理量を出力する光電変換手段を採用してもよい。また、抵抗２２に換えて、トランスインピーダンスアンプ等の、電流に応じた電圧を出力する電流電圧変換手段を採用してもよい。

ここで、受光部１５は、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、常時、外光（背景光）Ｌｂの光量に応じて電圧Ｖｄｃを出力しており、レーザ光の反射光Ｌｐを受けると、図５（ａ）に示すように、外光Ｌｂに応じた電圧Ｖｄｃに、反射光Ｌｐの光量に応じた電圧Ｖｐが加算された出力が、レーザ光の照射時間に応じた時間だけ出力される。この外光Ｌｂが、受光部１５の走査方向に応じて変化し、従ってＶｄｃが変化する。

上述の距離算出処理では、受光部１５によりレーザ光の反射光Ｌｐに応じた電圧Ｖｐが検出されたことを認識し、発光部１４がレーザ光を射出してから電圧Ｖｐが検出されるまでの時間に基づいて距離を演算する。

また、距離算出処理においては、外光Ｌｂに応じた電圧Ｖｄｃを基準として所定の閾値以上の電圧差が検出できたときに、レーザ光の反射光Ｌｐに応じた電圧Ｖｐが検出されたものとして処理を行う。なお、外光Ｌｂに応じた電圧Ｖｄｃは、ある時間範囲における受光部１５からの出力の平均値から得ることができる。

ここで、受光部１５は、受光する外光Ｌｂの光量に比例した電圧Ｖｄｃが発生するだけでなく、外光Ｌｂの光量に比例してＩｄｃが増加する事により、図５（ｃ）に示す式によりＶｓ（ショット雑音）も増加する性質を持つ。

そこで、輝度算出処理においては、この出力の変動幅Ｖｓを検出することによって、輝度を演算する。なお、ショット雑音は図５（ｃ）に示す式によって求めることができる。
また、本実施形態においては、発光部１４がレーザ光を射出する時間間隔を複数（本実施形態では２つ）の時間範囲に区分したときの最初の時間範囲において検出された受光部１５による検出結果を利用して物体までの距離を演算し、複数の時間範囲のうちの最初の時間範囲を除く他の時間範囲において検出された受光部１５による検出結果を利用して輝度を演算する。

この時間範囲の区分における最初の時間範囲は、例えば、レーザ光を射出してからレーザ光が前方物体から反射されて戻ってくるまでの時間範囲を下記式によって求めればよい。
時間範囲＝検出対象になる距離の最大値×２／光の速度
例えば、検出対象となる距離の最大値を、遠方から反射を受けてしまうことを考慮して、３００ｍとすると、

となる。なお、上記の３００ｍという数値は、この距離以上の距離に存在する物体からは反射波が検出されないことが実験的に確認できた距離を示す。
上記よりレーザ光を射出してからレーザ光が前方物体から反射されて戻ってくるまでの時間範囲としては、２μ秒を設定すればよい。この程度の時間範囲であれば、対象物が移動中であっても移動距離が僅かであるため全く支障がないといえる。

つまり、図６に示す例では、レーザ光が射出された直後の時間範囲を測距期間としており、測距期間終了後、次にレーザ光が射出されるまでの時間範囲を輝度検出期間としている。

例えば、図７（ａ）に示すように、前方車両のテールライトの位置を含む水平方向に帯状の輝度検出範囲を設定する場合において、ショット雑音の大きさ（輝度）を方位毎にプロットすると、図７（ｂ）に示すグラフが得られる。図７（ｂ）に示すグラフでは、図７（ａ）に示す前方車両のテールライトが点灯しているため、テールライトが存在する方位のショット雑音の大きさが大きくなっている。

また同様に、図７（ｃ）に示す例では、前方車両のブレーキライトが点灯している。ブレーキライトはテールライトよりも明るく発光するよう設定されているので、この場合には、テールライトの位置のショット雑音の大きさよりもブレーキライトの位置におけるショット雑音の大きさが大きくなっていることが分かる。

このように、テールライトの明るさに対応するショット雑音の大きさと、ブレーキライトの明るさに対応するショット雑音の大きさとを予め計測しておき、これらの中間の値に閾値（図７（ｂ）、図７（ｄ）に示す破線）を設けておけば、本実施形態のレーダ装置１０をブレーキライトとテールライトとを識別するために利用することもできる。

次に、測距性能診断処理について説明する。測距性能診断処理は、走査方向の輝度が余りにも高くなると、受光部１５による出力が飽和するか、あるいはショット雑音が増大することによって、レーザ光の反射光Ｌｐの強度によっては、レーザ光の反射光Ｌｐに応じた電圧Ｖｐが検出できなくなる可能性があることを考慮して、自車両が物体の距離を正確に出力することができるか否かを自己診断するための処理である。なお、測距性能診断処理は、本発明でいう検出可能距離判定手段に相当する。

詳細には、図８（ａ）に示すように、まず、輝度算出処理にて算出された輝度（ショット雑音）が所定の距離（例えば１００ｍ）で反射されたレーザ光の反射光を検出することができる輝度に対応する閾値Ａを超えたか否かを判定する（Ｓ３１０）。なお、閾値Ａについては予め実測を行うことによって設定する。また、異なる距離に対応する複数の閾値Ａ，Ｂ等を設けておいてもよい。

例えばこの場合、１００ｍ前方の車両などの反射信号の電圧Ｖｐを予め実測しておき、走査方向の輝度による出力変動幅Ｖｓが電圧Ｖｐの半分となる場合の輝度を閾値Ａとし、同様に、５０ｍ前方の車両などの反射信号の電圧Ｖｐ’を予め実測しておき、走査方向の輝度による出力変動幅Ｖｓが電圧Ｖｐ’の半分となる場合の輝度を閾値Ｂとして設定すればよい。一般に反射物体の距離が近いほど電圧Ｖｐが大きくなるため、この場合は、閾値Ａ＜閾値Ｂとなる。

輝度が閾値Ａを超えていなければ（Ｓ３１０：ＮＯ）、良好に所定の距離までの距離算出処理が実施できることを示す検出可能信号を出力し（Ｓ３２０）、測距性能診断処理を終了する。また、輝度が閾値Ａを超えていれば（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、所定の距離までの距離算出処理が実施できない可能性があることを示す検出不能可能性信号を出力し（Ｓ３３０）、測距性能診断処理を終了する。

［本実施形態による効果］
以上のように詳述した運転支援システム１において、レーダ装置１０は、レーザ光を射出する発光部１４と、発光部１４からのレーザ光が物体に反射されることにより得られる反射光を受光し、この光量に応じた出力をする受光部１５と、を備えている。そして、レーダ装置１０のレーダ制御部１１は、レーダ処理にて、受光部１５による出力に基づいてレーザ光を反射した物体までの距離を演算し、また、受光部１５による出力に基づいて輝度を演算する。

このようなレーダ装置１０によれば、物体までの距離だけでなく、受光部１５が受光することができる領域における輝度についても、レーダ装置１０の構成（ハードウェア）を利用して検出することができる。よって、簡素な構成で距離と輝度とを検出することができる。また、距離情報および輝度情報が同一車両に由来するものか否かを判定するための処理を必要とすることなく、他車両の挙動を検出するために他車両の位置等を特定することができる。

また、レーダ装置１０では、方位毎に、その方向に存在する物体の距離と輝度とを一連の処理で得る事ができる（Ｓ１１０〜Ｓ１３０）ので、得られる距離と輝度の情報は、同一の方向の情報であり、ほぼ同時刻の情報となる。

したがって、このようなレーダ装置１０によれば、従来のレーダ装置と同様な前方車両の方位、距離の情報が得られるだけでなく、この前方車両のブレーキランプやウインカ等の点灯の有無の情報も概ね同時に得る事ができる。

また、この構成では、方位、距離、輝度の情報が組み合わされた形で得られるので、前方に車両が複数存在していた場合でも、距離情報と輝度情報とを異なるハードウェアから得る場合に必要であった、例えば、「カメラによって検出されたランプの点灯や点滅の情報と、レーダによって検出された前方物体の方位・距離情報とを、カメラの座標系とレーダの座標系との間を対応付け、同一車両を由来とするもの同士で組み合わせる処理」を用いることなく、車両毎の情報として、方位、距離、輝度を得る事ができるのである。

さらに、距離情報と輝度情報とを異なるハードウェアから得る構成では、一般には、距離情報を得る時刻と輝度情報を得る時刻との間には比較的大きい時間差が生じるため、前方の車両の方位が変動しているような場合に、「カメラによって検出されたランプの点灯や点滅の情報と、レーダによって検出された前方物体の方位・距離情報とを同一車両を由来とするもの同士で組み合わせる処理」が複雑となるのに対し、上記レーダ装置１０では、得られる距離と輝度の情報は、数μｓ程度の時間差内の、ほぼ同時刻の情報であるので、前方の車両の方位の変動の影響を受けることなく、車両毎の情報として、方位、距離、輝度を得る事ができる。

また、上記レーダ装置１０においては、受光部１５による出力のうちの受光部１５がレーザ光の反射光を受光していないときに相当する出力に基づいて輝度を演算するよう構成されている。

したがって、このようなレーダ装置１０によれば、レーザ光の反射光の影響を受けない正確な外光量（輝度）を演算することができる。よって、車両のテールランプやヘッドランプ等、自ら発光する光の明るさを正確に検出することができる。

また、レーダ装置１０において受光部１５は、射出手段によりレーザ光が照射される領域を複数に区分したときにおいて該区分された領域毎に光量を検出する。また、レーダ制御部１１は走査駆動部１２を利用して、発光部１４によるレーザ光を走査させるとともに、受光部１５による反射光を受光可能な方向がレーザ光の射出方向と同じ方向となるよう走査する。

このようなレーダ装置１０によれば、受光部１５が複数の方向から得られるレーザ光の反射光を方向毎に検出することができるので、物体が存在する方向を特定することができる。また、物体等の輝度を方向毎に検出することができる。

また、レーダ装置１０のレーダ制御部１１は、物体までの距離を演算するための時間範囲後に設定された時間範囲内において、輝度を演算する。
このようなレーダ装置１０によれば、輝度を演算する時間範囲内においてレーザ光の反射光を受光しにくくすることができる。よって、レーザ光の反射光の影響を受けない正確な外光量（輝度）を演算することができる。

また、レーダ装置１０において、レーダ制御部１１は、発光部１４がレーザ光を射出する時間間隔を複数の時間範囲に区分したときの最初の時間範囲において検出された受光部１５による検出結果を利用して物体までの距離を演算し、複数の時間範囲のうちの最初の時間範囲を除く他の時間範囲において検出された受光部１５による検出結果を利用して輝度を演算する。

このようなレーダ装置１０によれば、時分割で距離を演算する処理と輝度を演算する処理とを分離するので、１組のハードウェア構成でこれらの複数の処理を行うことができる。また、受光部１５からの出力を距離演算用の信号と輝度演算用の信号とに分離するための構成を不要とすることができる。よってレーダ装置１０の構成を簡素化することができる。

さらに、レーダ装置１０においては、受光部１５は、受光する光量が増加するにつれて出力電流の変動幅が増加するよう構成されており、レーダ制御部１１はレーダ処理にて、出力電流の変動幅を検出することによって、輝度を演算する。

このようなレーダ装置１０によれば、受光部１５からの出力電流そのものでないパラメータを利用して輝度を演算することができる。
また、上記レーダ装置１０においては、レーダ制御部１１は距離性能診断処理にて、レーダ処理で検出された輝度の大きさと予め設定された数値と比較することによって、或いは、レーダ処理で検出された輝度の大きさを予め設定された関係式に当てはめることによって、レーダ処理で検出可能な距離を判定する。

このようなレーダ装置１０によれば、自身による距離を検出する能力を自己診断することができる。
［その他の実施形態］
本発明の実施の形態は、上記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的
範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

例えば、測距性能診断処理では、レーダ処理で検出された輝度の大きさと予め設定された数値と比較することによって、レーダ処理で検出可能な距離を判定したが、レーダ処理で検出された輝度の大きさを予め設定された関係式に当てはめることによって、どの程度の距離まで検出することができるかを算出するようにしてもよい。

具体的には、図８（ｂ）に示すように、輝度算出処理にて得られた輝度を抽出し（Ｓ４１０）、この輝度値に応じて検出可能な距離が得られる所定の関係式や、この輝度値に応じて検出可能な距離が得られる所定の対応表（検出可能距離と出力変動幅との関係を示すもの）を利用して、検出可能な距離を演算する（Ｓ４２０）ようにすればよい。例えば関係式として、以下の式を用いる事ができる。

この式は、レーダ方程式でも知られる「反射信号の電圧Ｖｐは、距離の４乗に反比例して小さくなる」という性質に基づくものである。
また、上記本実施形態では、レイヤ番号および方位番号で特定される全ての領域において発光部１４がレーザ光を照射するよう構成したが、特定の領域のみ（例えば、図９の網掛け部分のみ）にレーザ光を照射するようにしてもよい。

この場合には、図１０に示すように、レーザ光を照射しない領域においては、輝度のみを検出し、レーザ光を照射する領域においては、物体までの距離と輝度との両方を検出するようにすればよい。

さらに、図１１に示すように、レーザ光を照射しない領域においては、輝度を検出しないようにすることもできる。この場合には、レイヤ番号および方位番号で特定される全ての領域に受光部１５（発光部１４）を向ける必要はなく、物体までの距離または輝度を検出したい方向のみに受光部１５（発光部１４）を向ければよい。

また、上記レーダ装置１０においては、発光部１４がレーザ光を射出する時間間隔を複数の時間範囲に区分して、距離算出処理と輝度算出処理とをそれぞれの時間範囲において実施したが、これらの処理を同時に行ってもよい。例えば、図１２に示すように、受光部１５による検出結果のうちの反射波成分と外光Ｌｂ成分とを分離するフィルタ２６，２７（分離手段）を備えておき、レーダ制御部１１は、反射波成分を利用して物体までの距離を演算し、外光Ｌｂ成分を利用して輝度を演算するようにすればよい。なお、反射波成分を通過させるフィルタ２６は、いわゆるハイパスフィルタ（フィルタ２７よりも高周波を通過させるフィルタ）として構成し、外光Ｌｂ成分を通過させるフィルタ２７は、いわゆるローパスフィルタとして構成されていればよい。

このようなレーダ装置１０によれば、発光部１４がレーザ光を射出する時間間隔を複数の時間範囲に区分することなく、時間範囲の全てを利用して、それぞれ距離および輝度を演算することができるので、レーザ光を照射する間隔時間が短い場合でも距離の遠い物体までの距離を良好に演算することができる。

また、この場合のフィルタ２６，２７としての構成は、上述のようにアナログ回路としてもよいが、比較的高速なＡＤコンバータを利用して受光部１５による検出結果をデジタル化し、受光部１５による検出結果のうちの反射波成分と外光Ｌｂ成分とをプログラム（レーダ制御部１１による処理）によって分離するようにしてもよい。

また、上記図１２に示す例においては、受光部１５からの外光Ｌｂ成分を検出することによって、輝度を演算するよう構成したが、受光部１５からのショット雑音量を検出する事によって輝度を演算してもよい。

さらに、受光部１５はレーザ光が照射される領域を複数の領域に区切り、区切られた領域毎に反射光や輝度を同時に検出する構成（例えば複数のフォトダイオード等の撮像素子を備えた構成）としてもよい。具体的には例えば、レンズとレンズの焦点面に複数個配列されたフォトダイオードとからなる構成とすればよい。この場合は一つ一つのフォトダイオードについて図５のような構成となるので、各々のフォトダイオードが対応する前方領域毎に、反射光と輝度を検出できる。

また、上記第１実施形態においては、図６に示すように、発光部１４による発光と同時に測距期間を開始したが、極めて近距離（例えば５ｍ以内）の反射光を除外するように測距期間を設定してもよい。つまり、発光部１４による発光から次の発光までの時間範囲を複数に分割したときにおいて、初めの時間範囲を測距期間としないようにしてもよい。

また、図６に示す例では、設定した一つの方位の中で、「レーザ光を射出」、「距離算出処理」、「輝度算出処理」を順次行って、次の方位の処理に移っているが、これに換えて、設定した一つの方位の中で「輝度算出処理」、「レーザ光を射出」、「距離算出処理」を順次行って、次の方位の処理に移ってもよい。

この場合でも、「レーザ光を射出」、「距離算出処理」、「輝度算出処理」、「レーザ光を射出」、「距離算出処理」・・・の繰り返しとなり、それぞれの処理の前後関係はこれまでの説明と同一であり、時間範囲の設定の考え方も同様である。

また、上記実施形態においては、一般的な条件で輝度を検出する場合（熱雑音に比べてショット雑音が支配的である場合）について述べたが、検出しようとするランプが暗い場合等、ショット雑音が支配的でなく、熱雑音を無視できないような状況においては、図５に示した処理方法に換えて、下記のような処理方法を採用するとよい。ここで、図１３は熱雑音を考慮する場合の受光部１５により得られる出力を示す説明図である。

熱雑音成分Ｖｔｈが無視できない場合には、受光部１５の出力に、抵抗Ｒの熱雑音成分Ｖｔｈが顕著に現れ、出力の変動幅は、二つのランダム信号の合成値として、

となって現れる（図１３（ａ）（ｂ）等参照）。
したがって、輝度、すなわち外光Ｌｂの光量は、電圧Ｖｄｃから求める事ができる（図１３（ａ）（ｂ）参照）。また、別方法として、出力の変動幅と、外光Ｌｂが無い場合の出力変動幅およびＶｔｈとから、

によりＶｓを得て、ここから図１３（ｃ）に示す式から得られるＩｄｃから求める事もできる。
また、ここで、図１３（ｃ）に示す式により、

であるので、Ｖｓを輝度の大小を現す数値として用いてもよい。なお、図１３の回路図では、ショット雑音電流と熱雑音電流の図示は省略されている。
次に、上記レーダ装置１０においては、受光部１５に入射される光を制限するフィルタを設けなかったが、受光部１５への太陽光等の外光の入射による感度低下を緩和する為に、図１４（ａ）に示すように、受光部１５にバンドパスフィルタなどの光学フィルタ１００を用いて、送受信に用いる波長以外の光成分を減衰させてもよい。

上記レーダ装置１０において赤外光を送受信に用いる例について以下に説明する。一般に用いられている白熱電球等を用いたランプをテールランプやウインカに用いた他車両をレーダ装置１０によって検出する場合は、他車両から放出される光は、図１４（ｂ）に示すように、広範囲な波長成分を持っており、赤外光成分を含んでいる。このため、図１４（ｃ）に示すように、光学フィルタ１００をレーザ光の波長成分の近傍の成分のみを透過させるように構成しておけば、光学フィルタ１００を使用していても、白熱電球等を用いたランプを検出することが可能である。

また、白熱電球等を用いたランプに換えて、近年使用され始めたＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたランプを備えた他車両を検出する場合には、他車両から放出される光は、図１５（ａ）に示すように、白熱電球等を用いたランプと比較して波長範囲が狭く、赤外光成分が相対的に小さいが、この光を検出するために、複数の波長領域を選択的に通過させる光学フィルタ１００を備えるようにすればよい。例えば、図１５（ｂ）に示すように、レーダ装置１０が送受信で用いている赤外光の波長付近を通過させるだけでなく、ＬＥＤのランプが持つ波長をも通過させる特性を持つ光学フィルタ１００を用いるようにすればよい。

なお、このような通過波長領域を複数持つ光学バンドパスフィルタを構成する手法については、例えば、特許第４４０１８８０号等に開示されている。
また、上記実施形態においては、本発明を車両に搭載された運転支援システムに適用した例について説明したが、車両に限らず、物体までの距離を検出しつつ輝度を検出することを必要とする構成の物品に適用することができる。

１…運転支援システム、１０…レーダ装置、１１…レーダ制御部、１２…走査駆動部、１３…光学ユニット、１４…発光部、１５…受光部、２１…フォトダイオード、２２…抵抗、２６…フィルタ、２７…フィルタ、３０…車両制御部、５０…物体、１００…光学フィルタ。

Claims (10)

1. レーザ光を間欠的に射出する射出手段と、
   入射される光の光量に応じた出力をし、前記射出手段からのレーザ光が物体に反射されることにより得られる反射光を受光可能に配置された受光手段と、
   前記受光手段による出力のうちの前記受光手段が前記レーザ光の反射光を受光しているときに相当する出力に基づいてレーザ光を反射した物体までの距離を演算する距離演算手段と、
   を備えた距離測定装置であって、
   前記受光手段による出力のうちの前記受光手段が前記レーザ光の反射光を受光していないときに相当する出力に基づいて輝度を演算する輝度演算手段、
   を備えたことを特徴とする距離測定装置。
2. 請求項１に記載の距離測定装置において、
   前記距離演算手段は、前記射出手段がレーザ光を射出する時間間隔を複数の時間範囲に区分したときの所定の時間範囲において検出された受光手段による出力を利用して物体までの距離を演算し、
   前記輝度演算手段は、前記複数の時間範囲のうちの所定の時間範囲を除く他の時間範囲において検出された受光手段による出力を利用して輝度を演算すること
   を特徴とする距離測定装置。
3. 請求項２に記載の距離測定装置において、
   前記輝度演算手段は、前記距離演算手段が物体までの距離を演算するための時間範囲後に設定された時間範囲内において、前記輝度を演算すること
   を特徴とする距離測定装置。
4. 請求項１に記載の距離測定装置において、
   前記受光手段による出力のうちの反射波成分とその他の成分とを分離する分離手段を備え、
   前記距離演算手段は、前記反射波成分を利用して物体までの距離を演算し、
   前記輝度演算手段は、前記その他の成分を利用して輝度を演算すること
   を特徴とする距離測定装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の距離測定装置において、
   前記受光手段は、前記射出手段によりレーザ光が照射される領域を複数に区分したときにおいて該区分された領域毎に光量を検出すること
   を特徴とする距離検出装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の距離測定装置において、
   前記受光手段による反射光を受光可能な方向が前記レーザ光の射出方向と同じ方向となるよう走査する走査手段、を備えたこと、
   を特徴とする距離測定装置。
7. 請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の距離測定装置において、
   前記輝度演算手段は、前記受光手段による出力の変動幅を検出することによって、前記輝度を演算すること
   を特徴とする距離測定装置。
8. 請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の距離測定装置において、
   検出された輝度の大きさと予め設定された数値と比較することによって、或いは、輝度の大きさを予め設定された関係式に当てはめることによって、距離演算手段によって検出可能な距離を判定する検出可能距離判定手段、を備えたこと
   を特徴とする距離測定装置。
9. レーザ光を間欠的に射出する射出手段と、
   入射される光の光量に応じた出力をし、前記射出手段からのレーザ光が物体に反射されることにより得られる反射光を受光可能に配置された受光手段と、
   を備えた光学装置を利用して物体までの距離を測定する距離測定方法であって、
   前記受光手段による出力のうちの前記受光手段が前記レーザ光の反射光を受光しているときに相当する出力に基づいてレーザ光を反射した物体までの距離を演算する距離演算ステップと、
   前記受光手段による出力のうちの前記受光手段が前記レーザ光の反射光を受光していないときに相当する出力に基づいて輝度を演算する輝度演算ステップ、
   を実施することを特徴とする距離測定方法。
10. コンピュータを請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の距離測定装置を構成する距離演算手段および輝度演算手段として機能させるための距離測定プログラム。