JP2015152574A - 物体検出装置及び距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射光の総光量を減らしつつ、物体を感度良く検出することができる。
【解決手段】物体検出装置１２は、不均一な照射光分布の照射光を照射する光照射部１６と、照射光が照射された物体からの反射光を受光する受光領域を、大きさの異なる複数の単位受光領域で照射光分布に応じて分割して反射光を受光する受光部１８と、受光部１８からの出力信号に基づいて物体を検出する検出部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、物体検出装置及び距離測定装置に関する。

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り、従来から様々な技術が提案されている（特許文献１〜５参照）。

例えば特許文献１には、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存在領域内で、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、受光面のうち、前方領域からのレーザ光の受光領域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の配列のピッチが、側方領域からのレーザ光の受光領域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技術が提案されている。これは、前方領域（正面中央）と側方領域とでは物体までの距離が異なるため、同じ物体でも受光素子上で大きさが異なって検出されることに鑑みて提案された技術であり、前方領域の解像度を上げることにより、遠くの物体を認識し易くしている。

特開２００９−１５６８１０号公報 特許２００８−２８６５６５号公報 特開２００６−３２９９７１号公報 特開平９−６１１５８号公報 特開平１１−３３９１７７号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術は、前方領域の分解能を上げることで前方領域の検出感度を高くしているが、照射光は均一であるため、前方領域に照射される照射光の光量が足りず、物体を感度良く検出できない場合がある。

本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、照射光の総光量を増加させることなく、物体を感度良く検出することができる物体検出装置及び距離測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の物体検出装置は、不均一な照射光分布の照射光を照射する光照射部と、前記照射光が照射された物体からの反射光を受光する受光領域を、大きさの異なる複数の単位受光領域で前記照射光分布に応じて分割して前記反射光を受光する受光部と、前記受光部からの出力信号に基づいて前記物体を検出する検出部と、を備える。

なお、請求項２に記載したように、前記受光部は、受光面積が異なる複数の受光素子を備え、前記受光面積が異なる複数の受光素子が、前記大きさの異なる複数の単位受光領域の各々に対応付けられた構成としてもよい。

また、請求項３に記載したように、前記受光部は、受光面積が同一の複数の受光素子を備え、異なる数の前記受光素子が、前記大きさの異なる複数の単位受光領域の各々に対応付けられた構成としてもよい。

また、請求項４に記載したように、前記受光領域が、前記大きさの異なる複数の単位受光領域で二次元状に分割された構成としてもよい。

また、請求項５に記載したように、前記受光領域のうち、遠距離の前記物体が存在する上側領域に含まれる前記単位受光領域が、前記受光領域のうち、近距離の前記物体が存在する下側領域に含まれる前記単位受光領域よりも小さい構成としてもよい。

また、請求項６に記載したように、前記受光部は、前記受光領域のうち遠距離に存在する前記物体の検出用として、前記大きさの異なる複数の単位受光領域のうち小さい単位受光領域で前記受光領域を水平方向に分割して前記反射光を受信した信号を出力し、前記受光領域のうち近距離に存在する前記物体の検出用として、前記大きさの異なる複数の単位受光領域のうち大きい単位受光領域で前記受光領域を水平方向に分割して前記反射光を受信した信号を出力するようにしてもよい。

また、請求項７に記載したように、前記照射光分布が、予め定めた指数関数で表される勾配に従って前記照射光の光量が低下する分布である構成としてもよい。

請求項８記載の距離測定装置は、請求項１〜７の何れか１項に記載の物体検出装置と、前記物体検出装置の光照射部から照射光が照射されてから、前記照射光が照射された物体からの反射光が前記受光部で検出されるまでの時間に基づいて、前記物体までの距離を算出する距離算出部と、を備える。

本発明によれば、照射光の総光量を増加させることなく、物体を感度良く検出することができる。

距離測定装置の制御系の構成を示すブロック図である。 物体検出装置の構成図である。 第１実施形態に係る前方車両の存在領域について説明するための図である。 前方車両のリフレクタからの反射光及びボディからの反射光について説明するための図である。 第１実施形態に係る受光素子アレイの平面図である。 照射光分布の平面図である。 照射光分布の側面図である。 変形例に係る受光素子アレイの平面図である。 第２実施形態に係る前方車両の存在領域について説明するための図である。 第２実施形態に係る第１実施形態に係る受光素子アレイの平面図である。

（第１実施形態）

以下、第１実施形態に係る距離測定装置１０について説明する。図１は、本実施形態に係る距離測定装置１０の構成図である。図１に示すように、距離測定装置１０は、物体検出装置１２及び制御部１４を備えている。

距離測定装置１０は、物体Ｆを検出し、検出した物体Ｆまでの距離を測定する。なお、本実施形態では、距離測定装置１０は、一例として車両のルームミラー付近に搭載され、前方に存在する物体Ｆは、一例として距離測定装置１０が搭載された車両の前方を走行する前方車両である場合について説明する。

物体検出装置１２は、光照射部１６及び受光部１８を備えている。光照射部１６は、制御部１４からの指示により、予め定めた領域に照射光Ｌ１を出射する。受光部１８は、物体Ｆから反射された反射光Ｌ２を受光する。

図２は、物体検出装置１２の構成図である。図２に示すように、光照射部１６は、レーザ光源２０及び波面変換器２２を備えている。

レーザ光源２０は、例えば半導体レーザ等を含んで構成され、制御部１４からの指示によりレーザ光を物体Ｆへの照射光として出射する。

波面変換器２２は、レーザ光源２０から出射された照射光を予め定めた照射光分布に従って変換し、変換した照射光を照射光Ｌ１として物体Ｆに照射する。波面変換器２２は、例えばマイクロレンズアレイ又は回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）等を用いることができる。なお、照射光分布については後述する。

また、図２に示すように、受光部１８は、レンズ２４及び受光素子アレイ２６を備えている。

レンズ２４は、照射光Ｌ１に対する物体Ｆからの反射光Ｌ２を、受光素子アレイ２６上に結像させる。

制御部１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力部（Ｉ/Ｏ）を備えたコンピュータとして構成されている。制御部１４は、光照射部１６及び受光部１８を制御して、照射光Ｌ１を予め定めた領域に向けて照射させると共に反射光Ｌ２を受光させ、照射光Ｌ１を受光してから反射光Ｌ２を受光部１８が受光するまでの遅延時間に基づいて、物体Ｆまでの距離を算出する。

次に、受光素子アレイ２６の構成について説明する。受光素子アレイ２６全体の受光領域のうち、前方車両が存在する存在領域の位置及びサイズは、距離測定装置１０の設置場所の高さ及び距離測定装置１０から前方車両までの距離によって異なる。

図３には、距離測定装置１０が、車両のルームミラー付近の高さＨ１に設置された場合における前方車両の存在領域Ａ１〜Ａ３を示した。

図３に示すように、自車両が走行する車線３０の車線幅Ｗは、自車両から遠ざかるに従って狭くなる。これに応じて、受光素子アレイ２６の受光領域に対する前方車両の存在領域のサイズは、自車両から遠ざかるに従ってＡ１〜Ａ３の順に小さくなると共に、存在領域の位置は、自車両から遠ざかるに従ってＡ１〜Ａ３の順に上方に移動する。

前方車両を検出する場合、例えば図４に示すように前方車両３２の後部に設けられたリフレクタ３４からの反射光は、前方車両３２の他の部分からの反射光に比べて非常に強く、容易にＳ／Ｎ比の高い信号を得ることができる。

しかしながら、リフレクタ３４は、通常は車両全体には設けられておらず、面積が小さい。このため、前方車両３２が近距離に存在する場合にリフレクタ３４からの反射光を確実に捉えるためには、非常に広い画角が必要となる。

ここで、受光視野の立体角をＡとした場合、検出対象の物体の立体角が受光視野の立体角Ａよりも大きい場合のＳ／Ｎ比は次式で表される。

上記（１）式より、検出対象の物体が大きい場合は、受光視野の立体角Ａが大きいほどＳ／Ｎ比が大きい信号が得られる。

一方、検出対象の物体の立体角が受光視野の立体角Ａよりも小さい場合のＳ／Ｎ比は次式で表される。

上記（２）式より、検出対象の物体が小さい場合は、受光視野の立体角Ａが小さいほどＳ／Ｎ比が大きい信号が得られる。

最もＳ／Ｎ比が高い信号が得られるのは、受光視野と物体の存在領域が一致する場合である。また、物体の存在領域に対して受光視野が大きくなるほど余分なノイズ成分が多くなるため、Ｓ／Ｎ比が高い信号が得られず、逆に物体の存在領域に対して受光視野が小さいと物体の一部から反射した光しか受光できない。

従って、図４に示すように、例えば面積が異なる受光領域Ｂ１〜Ｂ３のうち、リフレクタ３４からの反射光について最も高いＳ／Ｎ比の信号が得られるのは、最も面積が小さい受光領域Ｂ１であり、車両のボディに対して最も高いＳ／Ｎ比の信号が得られるのは、最も面積が大きい受光領域Ｂ３となる。

そこで、本実施形態では、受光素子アレイ２６を、図５に示すように、受光面積の異なる複数の受光素子２６Ａ、２６Ｂを備えた構成とし、受光領域を二次元状に分割している。具体的には、比較的遠距離に存在する前方車両、例えば図３において境界線Ｋより上側に存在する前方車両に対してはリフレクタ３４からの反射光を用いて前方車両を検出するため、受光素子アレイ２６全体の受光領域のうち上側領域については、比較的面積が小さい複数の受光素子２６Ａを水平方向に並べて配置する。

一方、比較的近距離に存在する前方車両、例えば図３において境界線Ｋより下側に存在する前方車両に対してはボディからの反射光を用いて前方車両を検出するため、受光素子アレイ２６全体の受光領域のうち下側領域については、比較的面積が大きい複数の受光素子２６Ｂを水平方向に並べて配置する。

このように、受光素子アレイ２６全体の受光領域のうち上側領域については、比較的面積が小さい受光素子２６Ａの受光領域を単位受光領域として分割し、下側領域については、比較的面積が大きい受光素子２６Ｂの受光領域を単位受光領域として分割する。これにより、受光領域の上側領域は比較的細かく分割され、下側領域は粗く分割される。

これにより、遠距離に存在する前方車両及び近距離に存在する前方車両の何れからの反射光に対してもＳ／Ｎ比の高い信号を得ることできるため、感度良く前方車両を検出することができる。

次に、波面変換器２２の照射光分布について説明する。

前述したように、受光素子アレイ２６の受光領域に対する前方車両の存在領域のサイズは自車両から遠ざかるに従って小さくなり、前方車両の存在領域の位置は、自車両から遠ざかるに従って上方に移動するため、受光領域の上側領域については、中央部分に集中して光を照射し、両サイドの部分に照射する光の光量は少なくて良い。

そこで、本実施形態では、照射光Ｌ１の照射光分布（光量分布）が図６に示すような照射光分布となるような波面変換器２２を用いる。また、図７には、図６の照射光分布を矢印Ｘ方向から見た照射光分布を示した。

図６、７に示すように、波面変換器２２による照射光Ｌ１の照射光分布のうち、受光素子アレイ２６の受光領域の上側領域に対応する上側領域Ｃ１については、中央部分Ｃ１Ａの光量が最も高く、そこから放射状に外側に向かうに従って徐々に光量が低下するような分布となっている。また、受光素子アレイ２６の受光領域の下側領域に対応する下側領域Ｃ２については、図６において上側部分Ｃ２Ａの光量が最も高く、そこから下側に向かうに従って徐々に光量が低下する分布となっており、左右方向については均一な光量となっている。

また、図６、７に示す照射光分布は、予め定めた指数関数で表される勾配に従って光量が低下する分布となっている。

このように、レーザ光源２０から出射されたレーザ光を波面変換器２２で不均一な照射光分布の照射光Ｌ１に変換して照射することにより、均一な照射光を照射する場合と比較して、総光量を減らすことができる。例えば図６、７に示す照射光分布の場合、照射光が均一の場合と比較して総光量を１／５以下に抑えることができる。

制御部１４は、受光素子アレイ２６を構成する受光素子２６Ａ、２６Ｂからの出力信号に基づいて前方車両の有無を検出し、前方車両が検出された場合には、照射光Ｌ１を受光してから反射光Ｌ２を受光素子アレイ２６が受光するまでの遅延時間に基づいて、前方車両までの距離を算出する。

なお、図５に示すように、受光素子アレイ２６を面積の異なる複数の受光素子２６Ａ、２６Ｂで構成するのではなく、例えば図８に示すように、比較的面積が小さい同一サイズの複数の受光素子２６Ｃを上下２段に備えた構成としてもよい。この場合は、例えば上側領域の受光素子２６Ｃを２個で１組として信号を合算し、下側領域の受光素子２６Ｃを１０個で１組として信号を合算して信号処理することにより、図５と同様の構成とすることができる。なお、この場合は、上側領域については２個の受光素子２６Ｃの受光領域を合わせた領域が単位受光領域であり、下側領域については１０個の受光素子２６Ｃを合わせた領域が単位受光領域である。

受光素子アレイ２６を面積の異なる複数の受光素子２６Ａ、２６Ｂで構成した場合、図５に示すように下側領域の右側の２つの受光素子２６Ｂに跨って物体Ｆが存在した場合、物体Ｆからの反射光が２つの受光素子２６Ｂに２分割して受光されてしまうため、１個の受光素子当たりの光量が小さくなってしまう。

これに対し、図８の構成では、例えば下側領域の左端から右端にかけて１素子分ずらしながら、受光素子２６Ｃを１０個で１組として信号を合算していくことにより、物体の左右方向の位置に関係なく、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得ることができる。

（第２実施形態）

次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第２実施形態では、距離測定装置１０を比較的低い位置、例えば車両のフロントグリル付近に設置する場合における受光素子アレイ２６の構成について説明する。

図９に示すように、距離測定装置１０を車両のフロントグリル付近の高さＨ２に設置された場合、比較的遠距離に存在する前方車両の存在領域Ａ２、Ａ３と比較的近距離に存在する前方車両の存在領域Ａ１とが、受光素子アレイ２６の受光領域内において重なるため、受光領域を鉛直方向で単純に分割することができない。

そこで、本実施形態では、図１０に示すように、受光素子アレイ２６を、受光面積が同一の受光素子２６Ｃを水平方向に１段で並べて配置した構成とする。そして、受光部１８は、例えば受光素子２６Ｃを２個で１組として信号を合算した信号と、受光素子２６Ｃを１０個で１組として信号を合算した信号の２種類の信号を出力する。

すなわち、受光部１８は、受光素子アレイ２６の受光領域を、２個の受光素子２６Ｃの受光領域を合わせた領域を単位受光領域として分割した場合と、１０個の受光素子２６Ｂの受光領域を合わせた領域を単位受光領域として分割した場合と、のそれぞれについて信号を出力する。

これにより、遠距離の前方車両及び近距離の前方車両の双方に対してＳ／Ｎ比の高い信号を得ることができる。

また、波面変換器２２については、照射光Ｌ１の照射光分布が、受光領域の中央部分、すなわち図９における存在領域Ａ３の光量が高く、当該中央部分から放射状に外側に向かうに従って徐々に光量が低下する分布となるような波面変換器を用いる。これにより、照射光Ｌ１を均一に照射する場合と比較して、総光量を減らすことができる。または、総光量を、照射光Ｌ１を均一に照射する場合の総光量と同一にした場合には、更に遠距離の前方車両を検出することが可能となる。すなわち、前方車両の最大検出距離を伸ばすことができる。

なお、図１０の例では、受光素子２６Ｃを水平方向に１段で並べて配置しているが、上下方向に２段で配置するようにしてもよい。すなわち二次元状に受光素子２６Ｃを配置するようにしてもよい。このように受光素子２６Ｃを二次元状に配置することにより、より様々な距離の前方車両に対してＳ／Ｎ比の高い信号を得ることができ、総光量をより効果的に減らすことができる。

なお、上記各実施の形態で説明した物体検出装置及び距離測定装置の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。

１０ 距離測定装置
１２ 物体検出装置
１４ 制御部
１６ 光照射部
１８ 受光部
２０ レーザ光源
２２ 波面変換器
２４ レンズ
２６ 受光素子アレイ
２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ 受光素子
３０ 車線
３２ 前方車両
３４ リフレクタ

Claims (8)

1. 不均一な照射光分布の照射光を照射する光照射部と、
   前記照射光が照射された物体からの反射光を受光する受光領域を、大きさの異なる複数の単位受光領域で前記照射光分布に応じて分割して前記反射光を受光する受光部と、
   前記受光部からの出力信号に基づいて前記物体を検出する検出部と、
   を備えた物体検出装置。
2. 前記受光部は、受光面積が異なる複数の受光素子を備え、
   前記受光面積が異なる複数の受光素子が、前記大きさの異なる複数の単位受光領域の各々に対応付けられた
   請求項１記載の物体検出装置。
3. 前記受光部は、受光面積が同一の複数の受光素子を備え、
   異なる数の前記受光素子が、前記大きさの異なる複数の単位受光領域の各々に対応付けられた
   請求項１記載の物体検出装置。
4. 前記受光領域が、前記大きさの異なる複数の単位受光領域で二次元状に分割された
   請求項１〜３の何れか１項に記載の物体検出装置。
5. 前記受光領域のうち、遠距離の前記物体が存在する上側領域に含まれる前記単位受光領域が、前記受光領域のうち、近距離の前記物体が存在する下側領域に含まれる前記単位受光領域よりも小さい
   請求項４記載の物体検出装置。
6. 前記受光部は、前記受光領域のうち遠距離に存在する前記物体の検出用として、前記大きさの異なる複数の単位受光領域のうち小さい単位受光領域で前記受光領域を水平方向に分割して前記反射光を受信した信号を出力し、前記受光領域のうち近距離に存在する前記物体の検出用として、前記大きさの異なる複数の単位受光領域のうち大きい単位受光領域で前記受光領域を水平方向に分割して前記反射光を受信した信号を出力する
   請求項３記載の物体検出装置。
7. 前記照射光分布が、予め定めた指数関数で表される勾配に従って前記照射光の光量が低下する分布である
   請求項１〜６の何れか１項に記載の物体検出装置。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の物体検出装置と、
   前記物体検出装置の光照射部から照射光が照射されてから、前記照射光が照射された物体からの反射光が前記受光部で検出されるまでの時間に基づいて、前記物体までの距離を算出する距離算出部と、
   を備えた距離測定装置。

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