JP2016205991A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定領域に複数の対象物が近接して存在することを精度良く検出する。
【解決手段】距離測定装置１００は、投射光を投光する投光部１と、対象物からの反射光を受光して受光信号を出力する受光部２と、受光信号のレベルがピーク値となるピーク時刻に基づいて対象物までの距離を算出する距離算出部４１と、複数の対象物からの反射光に対応する各受光信号の波形が融合しているか否かを判定する奥行融合判定部４２とを備えている。奥行融合判定部４２は、ピーク時刻より前における、受光信号のレベルが第１閾値に達した時刻からピーク時刻までの第１時間幅と、ピーク時刻から、ピーク時刻より後における受光信号のレベルが第１閾値に達した時刻までの第２時間幅を算出する。そして、第１時間幅と第２時間幅との差または和の、少なくとも一方に基づいて、各受光信号の波形が融合しているか否かを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物までの距離を光学的に測定する距離測定装置に関する。

対象物に投射光を投光した後、対象物からの反射光を受光し、投光時点から受光時点までの時間、すなわち光の往復時間に基づいて対象物までの距離を測定する、光学式の距離測定装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この装置においては、投射光の投光時刻をｔ_ｘ、反射光の受光時刻をｔ_ｙ、光速をｃ（＝２９９，７９２，４５８〔ｍ／ｓ〕）としたとき、対象物までの距離Ｌは、次式により算出することができる。
Ｌ＝ｃ・（ｔ_ｘ−ｔ_ｙ）／２ ・・・ （１）

この原理を用いて対象物までの距離を測定する装置として、車両に搭載される距離測定装置がある。この装置では、車両のフロントガラスの近傍に配備された投光部から前方に向けて投射光を投光し、前方を走行する車両やオートバイなどの対象物で反射した反射光を受光部で受光して、当該対象物までの距離（車間距離）を算出する。そして、距離が一定値以下になると、警告を発したりオートブレーキの指令を出力したりする制御が行われる。

しかしながら、投射光が投光される測定領域に複数の対象物が存在する場合は、それぞれの対象物で反射した反射光が合成されて受光部で受光されるので、受光部から出力される受光信号は、合成された反射光に対応した信号となる。この場合、複数の対象物が測定領域において車両の進行方向に十分離れて存在しておれば、受光信号の波形には、それぞれの対象物からの反射光に対応する信号波形が分離して現れるので、上記の式（１）に基づいて、各対象物までの距離を正確に算出することができる。ところが、複数の対象物が測定領域において車両の進行方向に近接して存在していると、それぞれの対象物からの反射光に対応する信号波形が融合してしまい、各波形が明確に分離して現れない。このため、距離測定装置は、対象物が複数であるにもかかわらず１つと誤判定し、また、各対象物までの距離を正確に算出できなくなるという問題が生じる。以下、これについてさらに詳細に説明する。

図１１は、車両の前方を走行するトラック２０とオートバイ３０を、車両のフロントガラスを通して見た図である。トラック２０はオートバイ３０より先行して走行しており、図１２に示すように、オートバイ３０はトラック２０と十分な距離を置いて走行している。この状況下で、車両１０に搭載された距離測定装置（図示省略）により、車両１０からトラック２０までの距離Ｌ１、および車両１０からオートバイ３０までの距離Ｌ２を測定するには、距離測定装置の投光部より、図１２の測定領域Ｚに投射光を投光する。そして、トラック２０の後部に備わるリフレクタで反射した反射光と、オートバイ３０の後部に備わるリフレクタで反射した反射光を、距離測定装置の受光部で受光する。なお、投射光と反射光は、いずれもパルス光である。

図１２のように、トラック２０とオートバイ３０とが進行方向に十分離れている場合は、受光部から出力される受光信号の波形は、図１３に示したようになる。これからわかるように、トラック２０からの反射光に対応する受光信号の波形と、オートバイ３０からの反射光に対応する受光信号の波形とは、重畳部分が少なく明確に分離している。すなわち、両波形は融合していない。なお、トラック２０の場合の受光信号レベルが、オートバイ３０の場合の受光信号レベルより高くなっているのは、トラック２０のリフレクタの面積が、オートバイ３０のリフレクタの面積より大きいために、オートバイ３０に比べて、トラック２０からの反射光量が多いことによる。

図１３において、Ｐ１は、トラック２０に対応する受光信号の波形のピーク値を表しており、Ｐ２は、オートバイ３０に対応する受光信号の波形のピーク値を表している。そして、２つの波形を合成した波形は、点線で示したような波形となり、この合成波形には、２つのピーク値Ｐ１、Ｐ２が存在する。投光時刻からピーク値Ｐ１、Ｐ２が検出されるまでの時間をそれぞれＴ１、Ｔ２とすると、Ｔ１は、車両１０からトラック２０までの距離Ｌ１に対応する時間であり、Ｔ２は、車両１０からオートバイ３０までの距離Ｌ２に対応する時間である。それぞれの距離Ｌ１、Ｌ２は、前記の式（１）において、ｔ_ｘ−ｔ_ｙ＝Ｔ１、ｔ_ｘ−ｔ_ｙ＝Ｔ２と置き換えることにより、
Ｌ１＝ｃ・（Ｔ１）／２
Ｌ２＝ｃ・（Ｔ２）／２
として算出することができる。

これに対して、図１４および図１５に示したように、トラック２０とオートバイ３０が進行方向に近接している状況下で、車両１０からトラック２０までの距離Ｌ３、および車両１０からオートバイ３０までの距離Ｌ４を測定する場合は、事情が異なる。この場合も、測定領域Ｚに投射光を投光し、トラック２０とオートバイ３０からの反射光を受光するが、それぞれの受光信号の波形は、図１６に示したようになる。これからわかるように、トラック２０からの反射光に対応する受光信号の波形と、オートバイ３０からの反射光に対応する受光信号の波形とは、重畳部分が多く明確に分離されていない。すなわち、両波形は融合している。そして、２つの波形を合成した波形は、点線で示したような波形となり、この合成波形には１つのピーク値Ｐしか存在しない。

したがって、本来は、各波形のピーク値Ｐ１、Ｐ２までの時間Ｔ３、Ｔ４に基づいて、前記の式（１）により距離Ｌ３、Ｌ４が算出されるべきところ、距離測定装置は、合成波形のピーク値Ｐまでの時間Ｔに基づいて、前記の式（１）により対象物までの距離を算出する。すなわち、トラック２０とオートバイ３０という２つの対象物が存在するにもかかわらず、ピーク値Ｐが１つであることから、距離測定装置は、対象物が１つしか存在しないと誤認識する。そして、距離測定装置が算出した対象物までの距離も、本来の距離Ｌ３、Ｌ４とは異なった値となる。

このように、複数の対象物が近接して存在する場合に、各対象物からの反射光に対応する受光信号の波形が融合することによって、複数の対象物を単数と誤認識することを、以下では「奥行融合」と呼ぶ。奥行融合が発生すると、対象物の数や、対象物までの距離を正確に検出できなくなるため、以下のような問題が生じる。

たとえば、図１５の場合に、車両１０に搭載された距離測定装置は、トラック２０を対象物として認識できるが、オートバイ３０を対象物として認識できないので、車両１０とオートバイ３０との距離が短くなっても、車両１０ではオートブレーキの指令が出力されず、ブレーキをかけることができない。

また、図１７および図１８に示すように、対象物として認識していたトラック２０が急に車線を変更した場合、車両１０に搭載された距離測定装置は、車線変更後のトラック２０’を対象物として認識できなくなり、代わってオートバイ３０を対象物として認識するため、トラック２０が急に手前に接近してきたと誤認識する。その結果、車両１０ではオートブレーキの指令が出力されて、急ブレーキがかかってしまう。

そこで、複数の対象物からの反射光を受光した場合でも、対象物までの距離を精度良く算出できるようにした距離測定装置が、特許文献２で提案されている。特許文献２においては、受光素子から出力されるパルス信号（受光信号）のパルス幅を検出するパルス幅検出手段が設けられる。そして、パルス幅検出手段で検出されたパルス幅を所定の基準値と比較し、パルス幅が基準値よりも大きい場合は、複数の対象物からの反射光を受光したと判断し、警告信号を出力する。また、投光時刻からパルス信号の立ち上がり時刻（または立ち上がり時刻）までの時間と基準値との平均値から、対象物までの距離を演算し、演算結果を警告信号とともに出力する。

しかしながら、対象物からの反射光の強度や受光時間は、対象物の反射率や面積によって異なり、したがって、受光部から出力される受光信号の強度やパルス幅も、対象物によって異なる。このため、特許文献２のような、受光信号のパルス幅を基準値と比較する方法では、たとえば、測定領域に対象物が１つしか存在しないにもかかわらず、当該対象物からの反射光の受光時間が長い場合には、受光信号のパルス幅が基準値よりも大きくなって、複数の対象物が存在すると誤判定する可能性がある。また、逆に、測定領域に対象物が複数存在するにもかかわらず、各対象物からの反射光の受光時間がいずれも短い場合には、受光信号のパルス幅が基準値以下となって、対象物が１つしか存在しないと誤判定する可能性がある。

最近の自動車には、距離測定装置からの距離情報や相対速度情報に基づいて、事故回避のために、運転者に警報を与えたり、自動的にブレーキをかけたりする機能を備えたものが増えている。しかるに、衝突の危険性が低いにもかかわらず、自動的にブレーキがかかると、運転者は不快感を抱くことになるので、距離測定装置からの距離情報等が正確であることが望まれる。そのため、距離情報等に加えて、それらの情報の信頼度を示す情報も重要となる。

特開昭６２−１３４５８４号公報 特開平８−１５２４７４号公報

本発明の課題は、測定領域に複数の対象物が近接して存在することを精度良く検出できる距離測定装置を提供することにある。

本発明に係る距離測定装置は、対象物に向けて投射光を投光した後、対象物で反射した反射光を受光し、投射光を投光してから反射光を受光するまでの時間に基づいて、対象物までの距離を測定する装置であって、投射光を投光する投光部と、反射光を受光して受光信号を出力する受光部と、受光信号のレベルがピーク値となるピーク時刻に基づいて、対象物までの距離を算出する距離算出部と、複数の対象物からの反射光に対応する各受光信号の波形が融合しているか否かを判定する判定部とを備えている。判定部は、ピーク時刻より前における、受光信号のレベルが第１閾値に達した時刻からピーク時刻までの時間を、第１時間幅として算出するとともに、ピーク時刻から、ピーク時刻より後における、受光信号のレベルが第１閾値に達した時刻までの時間を、第２時間幅として算出する。そして、判定部は、第１時間幅と第２時間幅との差または和の、少なくとも一方に基づいて、各受光信号の波形が融合しているか否かを判定する。

本発明では、ピーク時刻より前の第１時間幅と、ピーク時刻より後の第２時間幅との差および／または和が、奥行融合のない場合と奥行融合のある場合とで異なることを利用して、奥行融合の有無を判定する。これにより、測定領域に複数の対象物が近接して存在することを精度良く検出することができる。

本発明において、判定部は、第１時間幅と第２時間幅との差を、第１融合判定値として算出し、この第１融合判定値が第２閾値以上である場合に、各受光信号の波形が融合していると判定してもよい。また、判定部は、第１時間幅と第２時間幅との和を第２融合判定値として算出し、第１融合判定値が第２閾値以上でない場合に、第２融合判定値が第３閾値以上であるか否かを判定するようにしてもよい。この場合、判定部は、第２融合判定値が第３閾値以上であれば、各受光信号の波形が融合していると判定し、第２融合判定値が第３閾値以上でなければ、各受光信号の波形が融合していないと判定する。

本発明において、判定部は、各受光信号の波形が融合しているか否かを判定するに先立って、距離算出部で算出された対象物までの距離に基づいて、対象物が接近したか否かを判定するようにしてもよい。この場合、判定部は、対象物が接近したと判定した場合は、各受光信号の波形が融合しているか否かの判定を行い、対象物が接近していないと判定した場合は、各受光信号の波形が融合しているか否かの判定を行わない。そして、各受光信号の波形が融合しているか否かの判定を行う場合において、第１時間幅と第２時間幅との差または和の、少なくとも一方が減少しているときは、各受光信号の波形が融合していると判定する。

本発明において、受光部から出力される受光信号をサンプリングして、各サンプリング時刻における受光信号のレベルをサンプリング値として出力する信号処理部をさらに設けることができる。この場合、第１時間幅を、ピーク時刻より前における、各サンプリング値から得られる受光信号のサンプリング波形と第１閾値との交点の時刻から、ピーク時刻までの時間とし、第２時間幅を、ピーク時刻から、ピーク時刻より後における、サンプリング波形と第１閾値との交点の時刻までの時間としてもよい。

本発明において、第１閾値を、ピーク時刻より前の所定のサンプリング時刻におけるサンプリング値としてもよい。この場合、第１時間幅は、ピーク時刻より前における、所定のサンプリング時刻からピーク時刻までの時間であり、第２時間幅は、ピーク時刻から、ピーク時刻より後におけるサンプリング波形と第１閾値との交点の時刻までの時間である。

本発明において、第１閾値を、ピーク時刻より後の所定のサンプリング時刻におけるサンプリング値としてもよい。この場合、第１時間幅は、ピーク時刻より前における、サンプリング波形と第１閾値との交点の時刻からピーク時刻までの時間であり、第２時間幅は、ピーク時刻から所定のサンプリング時刻までの時間である。

本発明において、判定部による判定結果を外部へ出力する出力部をさらに設けることができる。この場合、出力部は、判定部により各受光信号の波形が融合していないと判定された場合は、少なくとも距離算出部で算出された対象物までの距離を示す距離情報を出力し、判定部により各受光信号の波形が融合していると判定された場合は、上記距離情報とともに、当該融合が発生していることを示す融合情報を出力する。

本発明において、判定部は、第１時間幅と第２時間幅との差に代えて、第１時間幅と第２時間幅との比を用いてもよい。

本発明の距離測定装置によれば、測定領域に複数の対象物が近接して存在することを精度良く検出することができる。

本発明の実施形態に係る距離測定装置のブロック図である。 投射光、受光信号、および受光信号のサンプリング値を示す図である。 受光信号のサンプリング波形を示す図である。 奥行融合判定の原理を説明するための図である。 奥行融合判定の原理を説明するための図である。 距離測定装置の動作を示すフローチャートである。 図６における奥行融合判定の詳細手順を示すフローチャートである。 距離測定装置の動作の他の例を示すフローチャートである。 図８における奥行融合判定の詳細手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態を説明するための図である。 車両前方を走行する対象物を車両側から見た図である。 図１１を側方から見た図である。 図１２の場合の受光信号波形を示す図である。 車両前方を走行する対象物を車両側から見た図である。 図１４を側方から見た図である。 図１５の場合の受光信号波形を示す図である。 トラックが車線を変更した様子を示す図である。 図１７を側方から見た図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

まず、図１を参照しながら、距離測定装置の構成について説明する。図１において、距離測定装置１００は、図１２等に示す車両１０に搭載されており、車両１０の前方を走行する車両やオートバイなどの対象物までの距離（車間距離）を測定する。距離測定装置１００には、投光部１、受光部２、信号処理部３、演算部４、制御部５、および出力部６が備わっている。

投光部１は、前方席（運転席や助手席）の上部のフロントガラス近傍に配備されていて、投光レンズ１１と、レーザダイオードのような発光素子１２と、発光素子１２の駆動回路１３とを有している。受光部２は、投光部１と並んで配備されており、受光レンズ２１と、フォトダイオードのような受光素子２２とを有している。

信号処理部３は、受光部２から出力される信号（受光信号）を増幅する増幅回路３１と、この増幅回路３１で増幅された受光信号をサンプリングして、デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路３２とを有している。演算部４は、Ａ／Ｄ変換回路３２の出力に基づいて、車両前方の対象物までの距離を算出する距離算出部４１と、奥行融合の有無、すなわち複数の対象物からの反射光に対応する各受光信号の波形が融合しているか否かを判定する奥行融合判定部４２とを有している。奥行融合判定部４２は、本発明における「判定部」の一例である。

制御部５は、投光部１、信号処理部３、および演算部４に対して、必要な制御を行う。出力部６は、演算部４の距離算出部４１で算出された距離を示す距離情報や、奥行融合判定部４２で奥行融合ありと判定されたことを示す融合情報を外部に出力する。なお、信号処理部３、演算部４、制御部５、および出力部６は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、マイクロコンピュータから構成することができる。

投光部１において、発光素子１２には、駆動回路１３からパルス信号が与えられる。これにより、発光素子１２は、投光レンズ１１を通して、前方を走行する車両やオートバイなどの対象物に向けて、図２（ａ）に示すような投射光（パルス光）を間欠的に投光する。図２（ｂ）は、投射光の拡大図である。この投射光は、車両やオートバイなどの後部に備わるリフレクタで反射し、その反射光（パルス光）が、受光部２の受光レンズ２１を通して受光素子２２で受光される。受光素子２２は、受光した反射光を電気信号に変換し、図２（ｃ）に示すようなパルス状の受光信号として信号処理部３へ出力する。信号処理部３では、受光素子２２からの受光信号を、増幅回路３１で増幅した後、Ａ／Ｄ変換回路３２により所定の周期でサンプリングし、図２（ｄ）にドットで示すような、受光信号の離散的なサンプリング値を抽出する。

距離算出部４１は、投射光が投光されてから反射光が受光されるまでの時間τを用いて、前記の式（１）に基づき、対象物までの距離ＬをＬ＝ｃ・τ／２により算出する。奥行融合判定部４２は、図２（ｄ）の各サンプリング値から得られる受光信号のサンプリング波形を解析して、複数の対象物からの反射光による奥行融合の有無を判定する。以下、この判定方法の詳細について説明する。

図３は、受光信号のサンプリング波形の一例を示している。ｔ１〜ｔ９は、受光信号をサンプリングするサンプリング時刻を示しており、Ｔｓはサンプリング時刻の間隔、すなわちサンプリング周期を示している。各サンプリング時刻ｔ１〜ｔ９における離散的なサンプリング値（受光信号のレベル）を結ぶことで、受光信号のサンプリング波形Ｕが得られる。

図３において、サンプリング波形Ｕに対し、あらかじめ定められた閾値αが設定される。この閾値αは、本発明における「第１閾値」に相当する。Ｐは、サンプリング値のピーク値を示している。サンプリング値がピーク値Ｐとなるときのサンプリング時刻ｔ５を、「ピーク時刻」と呼ぶ。ピーク時刻ｔ５より前における、サンプリング波形Ｕと閾値αとの交点をＡとし、ピーク時刻ｔ５より後における、サンプリング波形Ｕと閾値αとの交点をＢとする。また、交点Ａの時刻、すなわちサンプリング波形Ｕ（受光信号のレベル）が閾値αに達した時刻から、ピーク時刻ｔ５までの時間を時間幅Ｗａとし、ピーク時刻ｔ５から、交点Ｂの時刻、すなわちサンプリング波形Ｕ（受光信号のレベル）が閾値αに達した時刻までの時間を時間幅Ｗｂとする。時間幅Ｗａは、本発明における「第１時間幅」に相当し、時間幅Ｗｂは、本発明における「第２時間幅」に相当する。さらに、サンプリング時刻ｔ２、ｔ３におけるサンプリング値をそれぞれＹ２、Ｙ３とし、サンプリング時刻ｔ７、ｔ８におけるサンプリング値をそれぞれＹ７、Ｙ８とする。

以上の条件の下で、時間幅Ｗａ、Ｗｂは、それぞれ以下の式によって算出することができる。
Ｗａ＝２・Ｔｓ＋Ｔｓ・（Ｙ３−α）／（Ｙ３−Ｙ２） ・・・ （２）
Ｗｂ＝２・Ｔｓ＋Ｔｓ・（Ｙ７−α）／（Ｙ７−Ｙ８） ・・・ （３）
本発明では、奥行融合が発生している場合と発生していない場合とで、時間幅Ｗａと時間幅Ｗｂの関係が変化することを利用して、奥行融合の有無を判定する。以下、この詳細について説明する。

図４は、奥行融合が発生していないときの、サンプリング波形Ｕの一例を示している。この場合、サンプリング波形Ｕは、ピーク前とピーク後とで比較的バランスがとれており、時間幅Ｗａと時間幅Ｗｂの差（Ｗａ−Ｗｂ）は小さい。一方、奥行融合が発生しているときは、受光信号の波形が重なることから、たとえば図５（ａ）に示すように、サンプリング波形Ｕがピーク前とピーク後とでアンバランスとなり、時間幅Ｗａと時間幅Ｗｂの差（Ｗａ−Ｗｂ）が大きくなる。また、奥行融合のあるときに、図５（ｂ）に示すように、たまたまサンプリング波形Ｕのバランスがとれていたとしても、波形の重畳のために、時間幅Ｗａと時間幅Ｗｂの和（Ｗａ＋Ｗｂ）が、図４の場合に比べて大きくなる。

そこで、時間幅Ｗａ、Ｗｂの差と和について、融合判定値Ｊ１、Ｊ２を次のように定義する。
Ｊ１＝Ｗａ−Ｗｂ ・・・ （４）
Ｊ２＝Ｗａ＋Ｗｂ ・・・ （５）
融合判定値Ｊ１は、本発明における「第１融合判定値」に相当し、融合判定値Ｊ２は、本発明における「第２融合判定値」に相当する。

また、融合判定値Ｊ１に対して閾値ｍを設定するとともに、融合判定値Ｊ２に対して閾値ｎを設定する。閾値ｍは、本発明における「第２閾値」に相当し、閾値ｎは、本発明における「第３閾値」に相当する。そして、融合判定値Ｊ１と閾値ｍとを比較し、Ｊ１≧ｍであれば、奥行融合ありと判定する（図５（ａ））。また、Ｊ１＜ｍの場合は、融合判定値Ｊ２と閾値ｎとを比較し、Ｊ２≧ｎであれば、奥行融合ありと判定し（図５（ｂ））、Ｊ２＜ｎであれば、奥行融合なしと判定する。なお、閾値ｍおよび閾値ｎの値は、たとえば走行実験などの結果に基づいて決定する。また、対象物までの距離に応じて、閾値ｍおよび閾値ｎを変えるようにしてもよい。

次に、図６および図７を参照しながら、奥行融合の判定手順につき、さらに詳しく説明する。

図６のステップＳ１では、投光部１の発光素子１２から、前方を走行する車両やオートバイなどの対象物に向けて投射光を投光する。そして、対象物からの反射光が受光部２の受光素子２２で受光されると、ステップＳ２で、信号処理部３のＡ／Ｄ変換回路３２が、受光部２から出力される受光信号をサンプリングする。ステップＳ３では、サンプリングが終了するのを待ち、サンプリングが終了すると（ステップＳ３；ＹＥＳ）、ステップＳ４へ移る。

ステップＳ４では、受光信号のサンプリング値のピーク値が検出され、続くステップＳ５では、サンプリング値がピーク値となったピーク時刻が検出される。ステップＳ４およびＳ５の処理は、制御部５で行ってもよいし、演算部４で行ってもよい。後者の場合は、演算部４に、ピーク値検出部とピーク時刻検出部とが設けられる。

次に、ステップＳ６に進み、演算部４の距離算出部４１において、ステップＳ５で検出されたピーク時刻に基づき、対象物までの距離が算出される。算出された距離は、距離算出部４１に記憶される。その後、ステップＳ７に進んで、演算部４の奥行融合判定部４２において、奥行融合の有無を判定する処理が行われる。このステップＳ７の詳細については、後で図７により説明する。

ステップＳ７での判定の結果、奥行融合があると判定された場合は（ステップＳ８；ＹＥＳ）、ステップＳ９へ進んで、ステップＳ６で算出された対象物までの距離を示す距離情報と、奥行融合があることを示す融合情報とが、出力部６により外部のＥＣＵ（電子制御ユニット）などへ出力される。一方、奥行融合がないと判定された場合は（ステップＳ８；ＮＯ）、ステップＳ１０へ進んで、上記の距離情報のみが出力部６により外部のＥＣＵなどへ出力される。ＥＣＵでは、出力部６からの距離情報に基づいて、対象物までの距離を表示したり、オートブレーキの指令を出力したりする処理が行われるとともに、出力部６からの融合情報に基づいて、警報を出力したりするなどの処理が行われる。

図７は、図６のステップＳ７の奥行融合判定処理の詳細を示したフローチャートである。

図７のステップＳ２１では、受光信号のサンプリングにより得られた図３のサンプリング波形Ｕにおいて、ピーク時刻ｔ５より前の、サンプリング波形Ｕと閾値αとの交点Ａを検出する。続くステップＳ２２では、交点Ａの時刻からピーク時刻ｔ５までの時間幅Ｗａを、前記の式（２）に基づいて算出する。次に、ステップＳ２３に進み、図３のサンプリング波形Ｕにおいて、ピーク時刻ｔ５より後の、サンプリング波形Ｕと閾値αとの交点Ｂを検出する。続くステップＳ２４では、ピーク時刻ｔ５から交点Ｂの時刻までの時間幅Ｗｂを、前記の式（３）に基づいて算出する。

その後、ステップＳ２５に移り、ステップＳ２２で得られた時間幅Ｗａと、ステップＳ２４で得られた時間幅Ｗｂとを用いて、融合判定値Ｊ１と融合判定値Ｊ２をそれぞれ計算する。融合判定値Ｊ１、Ｊ２は、前記の式（４）、（５）のとおり、Ｊ１＝Ｗａ−Ｗｂ、Ｊ２＝Ｗａ＋Ｗｂとなる。

次に、ステップＳ２６において、ステップＳ２５で算出された融合判定値Ｊ１が閾値ｍ以上であるか否か、が判定される。判定の結果、融合判定値Ｊ１が閾値ｍ以上（Ｊ１≧ｍ）であれば（ステップＳ２６；ＹＥＳ）、ステップＳ２８へ移って、奥行融合ありと判定される。一方、融合判定値Ｊ１が閾値ｍ未満（Ｊ１＜ｍ）であれば（ステップＳ２６；ＮＯ）、ステップＳ２７へ進む。

ステップＳ２７では、ステップＳ２５で算出された融合判定値Ｊ２が閾値ｎ以上であるか否か、が判定される。判定の結果、融合判定値Ｊ２が閾値ｎ以上（Ｊ２≧ｎ）であれば（ステップＳ２７；ＹＥＳ）、ステップＳ２８へ移って、奥行融合ありと判定される。一方、融合判定値Ｊ２が閾値ｎ未満（Ｊ２＜ｎ）であれば（ステップＳ２７；ＮＯ）、ステップＳ２９へ移って、奥行融合なしと判定される。

ステップＳ２６〜Ｓ２９からわかるように、時間幅Ｗａ、Ｗｂの差が大きくて（図５（ａ）参照）、融合判定値Ｊ１が閾値ｍ以上となる場合は、直ちに奥行融合ありと判定される。また、時間幅Ｗａ、Ｗｂの差が小さくても、それらの和が大きくて（図５（ｂ）参照）、融合判定値Ｊ２が閾値ｎ以上となる場合は、やはり奥行融合ありと判定される。一方、時間幅Ｗａ、Ｗｂの差が小さくて融合判定値Ｊ１が閾値ｍ未満であり、かつ、時間幅Ｗａ、Ｗｂの和も小さくて融合判定値Ｊ２が閾値ｎ未満となる場合（図４参照）は、奥行融合なしと判定される。

以上のように、上述した実施形態では、受光信号のサンプリング波形Ｕと閾値αとの交点Ａ、Ｂを検出し、交点Ａからピーク時刻ｔ５までの時間幅Ｗａと、ピーク時刻ｔ５から交点Ｂまでの時間幅Ｗｂを計算する。そして、これらの時間幅の差（Ｗａ−Ｗｂ）が、奥行融合のない場合は小さく、奥行融合のある場合は大きいことに着目し、この差（Ｗａ−Ｗｂ）を融合判定値Ｊ１として閾値ｍと比較することで、奥行融合の有無を判定している。時間幅の和（Ｗａ＋Ｗｂ）と閾値との比較で奥行融合の有無を判定すると、たとえば図４と図５（ａ）とでは、時間幅の和（Ｗａ＋Ｗｂ）は同等であるため、図５（ａ）だけでなく図４の場合も、奥行融合ありと誤判定する可能性がある。すなわち、対象物が１つにもかかわらず、複数と誤判定する可能性がある。しかるに、本実施形態のように時間幅の差（Ｗａ−Ｗｂ）を用いると、図４の場合は時間幅の差（Ｗａ−Ｗｂ）が小さいので奥行融合がなく、図５（ａ）の場合は時間幅の差（Ｗａ−Ｗｂ）が大きいので奥行融合がある、と判定することができる。

また、上述した実施形態においては、時間幅の差（Ｗａ−Ｗｂ）、すなわち融合判定値Ｊ１が閾値ｍ以上でない場合に、直ちに奥行融合がないと判定するのではなく、時間幅の和（Ｗａ＋Ｗｂ）、すなわち融合判定値Ｊ２が閾値ｎ以上か否かをさらに判定し、融合判定値Ｊ２が閾値ｎ以上である場合に、奥行融合があると判定している。このため、図５（ｂ）のような、時間幅の差（Ｗａ−Ｗｂ）は小さいが和（Ｗａ＋Ｗｂ）が大きい場合においても、奥行融合を精度良く検出することができ、対象物が複数にもかかわらず１つと誤判定するのを防止することができる。

図８は、他の実施形態を示したフローチャートである。図８では、図６のステップＳ６とＳ７との間に、ステップＳ６ａが追加されている。その他に関しては、図６の手順と同じであるので、図６と重複するステップについての説明は省略する。

図８のステップＳ６ａでは、ステップＳ７の判定に先立って、車両前方の対象物が接近したか否かが判定される。詳しくは、ステップＳ６において算出された対象物までの距離（今回値）と、距離算出部４１に記憶されている前回算出された距離（前回値）との差分を演算し、その差分を基準値と比較する。そして、差分が基準値以下である場合は、対象物が接近していないと判定され（ステップＳ６ａ；ＮＯ）、ステップＳ１０へ移行する。すなわち、この場合は、奥行融合有無の判定（ステップＳ８）は行われない。一方、差分が基準値を超える場合は、対象物が接近したと判定され（ステップＳ６ａ；ＹＥＳ）、ステップＳ７へ進んで奥行融合有無の判定が行われる。

図８の判定手順は、たとえば、図１７および図１８で示したように、前方にトラック２０、その後ろにオートバイ３０が存在しており、両者が近接していて受光信号の奥行融合が生じている状態から、トラック２０が車線変更等で測定領域から外れた場合を想定している。この場合、受光部２における受光信号は、オートバイ３０からの反射光のみによるものとなって、奥行融合が解消されるが、算出される対象物までの距離は急減する。

ここで、受光信号に基づいて算出された対象物までの距離が急に短くなった場合、その原因としては次の２つが考えられる。
（１）奥行融合が生じていない状態で、前方を走行する車両等が、急ブレーキによって急激に減速したため、自車との間隔が急に短くなった。
（２）奥行融合が生じている状態で、図１７および図１８のように、トラック２０が車線変更を行った結果、トラック２０の後ろを走行するオートバイ３０が対象物として認識され、自車との間隔が急に短くなった。つまり、トラック２０が車線変更を行う前は、奥行融合の状態にあり、算出される距離は最前方のトラック２０までの距離であるが、トラック２０が車線変更を行った後は、奥行融合が解消されて、算出される距離は後ろのオートバイ３０までの距離となる。このため、自車との間隔が急に短くなる。

上記（１）の場合は、前方の車両等が実際に急減速したため、自車の速度を落とさないと衝突の可能性が高く、真に危険性がある。一方、上記（２）の場合は、数値上は対象物までの距離が短くなるが、前方のオートバイ３０と自車との相対的な位置関係は、実体としては変化していない可能性が高い。つまり、車間距離も相対速度も変化しておらず、危険性が高くなったとは言えない（奥行融合の状態では、オートバイ３０はトラック２０に近接しているので、自車とトラック２０とが十分離れていた場合は、自車とオートバイ３０との距離も一定以上確保されている）。したがって、奥行融合が解消されたことに基づいて車間距離が急激に減少した場合には、自動的に急ブレーキをかけるべきではない。

そこで、図８の実施形態では、車間距離が急に短くなった場合でも（ステップＳ６ａ；ＹＥＳ）、それが奥行融合が生じていたことに起因するものであれば（ステップＳ８；ＹＥＳ）、距離情報に加えて奥行融合ありの情報（融合情報）を外部へ出力するようにしている（ステップＳ９）。これにより、車両側の制御装置では、対象物までの距離と奥行融合の有無に応じた、適切な事故防止のための制御が行われる。具体的には、前記（２）のような場合は、たとえ算出された車間距離が短くても、制御装置は融合情報を受け取ることで、車間距離の減少が奥行融合に起因するものと判断できるので、車両に急ブレーキがかかるのを回避することができる。

一方、前記（１）のような場合は、車間距離が急に短くなり（ステップＳ６ａ；ＹＥＳ）、かつ、奥行融合もないので（ステップＳ８；ＮＯ）、距離情報のみが外部へ出力され、融合情報は出力されない（ステップＳ１０）。このため、車両側の制御装置では、車間距離の急減が奥行融合に起因するものではないと判断し、車両に急ブレーキをかけることができる。

図９は、図８のステップＳ７の奥行融合判定処理の詳細を示したフローチャートである。図９において、ステップＳ２１〜Ｓ２５については、図７の場合と同じであるので、説明を省略する。

図９のステップＳ３０では、ステップＳ２５で算出された今回の融合判定値Ｊ１、Ｊ２を、それぞれ前回算出された融合判定値Ｊ１、Ｊ２と比較し、融合判定値Ｊ１またはＪ２の今回値が、前回値より減少しているか否かが判定される。奥行融合が生じていた場合、それが解消されると（前記（２）の場合）、受光信号の幅に大きな変化が生じ、融合判定値Ｊ１、Ｊ２の一方あるいは両方が減少する（ステップＳ３０；ＹＥＳ）。この場合は、ステップＳ３１へ進んで、奥行融合ありと判定される。一方、奥行融合がなく、１つの対象物が急接近した場合は（前記（１）の場合）、受光信号の幅に大きな変化はなく、融合判定値Ｊ１、Ｊ２は減少しない（ステップＳ３０；ＮＯ）。この場合は、ステップＳ３２へ進んで、奥行融合なしと判定される。

次に、本発明の他の実施形態につき、図１０を参照しながら説明する。前述の図３の場合、閾値αは、ピーク時刻ｔ５より前のサンプリング時刻と無関係に設定され、したがって、交点Ａの時刻はサンプリング時刻と一致するとは限らなかった。これに対し、図１０においては、閾値αは、所定のサンプリング時刻におけるサンプリング値として設定される。この場合の閾値αも、本発明における「第１閾値」に相当する。

図１０（ａ）では、ピーク時刻ｔ５より前の所定のサンプリング時刻（ここではｔ３）において、閾値αが設定される。ピーク時刻ｔ５より後における、サンプリング波形Ｕと閾値αとの交点Ｂの時刻は、サンプリング時刻と一致するとは限らない。

図１０（ａ）において、交点Ａの時刻ｔ３からピーク時刻ｔ５までの時間を時間幅Ｗａとし、ピーク時刻ｔ５から交点Ｂの時刻までの時間を時間幅Ｗｂとしたとき、Ｗａ、Ｗｂは、それぞれ以下の式によって算出することができる。
Ｗａ＝２・Ｔｓ ・・・ （６）
Ｗｂ＝２・Ｔｓ＋Ｔｓ・（Ｙ７−α）／（Ｙ７−Ｙ８） ・・・ （７）

図１０（ｂ）では、ピーク時刻ｔ５より後の所定のサンプリング時刻（ここではｔ７）において、閾値αが設定される。ピーク時刻ｔ５より前における、サンプリング波形Ｕと閾値αとの交点Ａの時刻は、サンプリング時刻と一致するとは限らない。

図１０（ｂ）において、交点Ａの時刻からピーク時刻ｔ５までの時間を時間幅Ｗａとし、ピーク時刻ｔ５から交点Ｂの時刻ｔ７までの時間を時間幅Ｗｂとしたとき、Ｗａ、Ｗｂは、それぞれ以下の式によって算出することができる。
Ｗａ＝Ｔｓ＋Ｔｓ・（Ｙ４−α）／（Ｙ４−Ｙ３） ・・・ （８）
Ｗｂ＝２・Ｔｓ ・・・ （９）

図１０（ａ）、（ｂ）の場合においても、図３と同様に、上記の時間幅Ｗａ、Ｗｂを用いて、前記の式（４）、（５）により融合判定値Ｊ１、Ｊ２を計算し、融合判定値Ｊ１と閾値ｍとの比較結果、および融合判定値Ｊ２と閾値ｎとの比較結果から、奥行融合の有無を判定することができる。この場合、図６および図８のフローチャートの手順に変更はない。

また、図７および図９のフローチャートに関しては、図１０（ａ）の場合は、交点Ａがあらかじめ定まっており、したがって交点ＡからピークＰまでの時間幅Ｗａも決まっているので（式（６））、ステップＳ２１およびＳ２２の処理が省略される。一方、図１０（ｂ）の場合は、交点Ｂがあらかじめ定まっており、したがってピークＰから交点Ｂまでの時間幅Ｗｂも決まっているので（式（９））、ステップＳ２３およびＳ２４の処理が省略される。このため、図１０（ａ）、（ｂ）の場合は、図３と比べてフローチャートの手順を簡略化することができる。

本発明では、以上述べた実施形態以外にも、以下のような種々の実施形態を採用することができる。

前記の実施形態では、受光信号のサンプリング値がピーク値Ｐとなる時刻ｔ５を、ピーク時刻として検出したが、他の方法によりピーク時刻を検出してもよい。たとえば、信号処理部３にピークホールド回路を設け、増幅回路３１から出力される受光信号をピークホールド回路に入力する。そして、ピークホールド回路で受光信号のピークが検知されたタイミングで、投光開始時刻からの経過時間の計測を停止し、その経過時間に基づいてピーク時刻を算出する。経過時間の計測は、制御部５で行ってもよいし、演算部４で行ってもよい。

また、交点Ａ、Ｂの時刻を求めるために、たとえば、増幅回路３１から出力される受光信号のレベルと閾値αとを比較する比較器（コンパレータ）を用いてもよい。この場合、受光信号のレベルが閾値αを超えたタイミングで比較器の出力が変化するので、この出力変化に基づいて、投光開始時刻からの経過時間（交点Ａの時刻）を計測する。そして、その後、受光信号のレベルが閾値αを下回ったタイミングで比較器の出力が変化するので、この出力変化に基づいて、投光開始時刻からの経過時間（交点Ｂの時刻）を計測する。

前記の実施形態では、時間幅Ｗａ、Ｗｂの差（Ｗａ−Ｗｂ）を融合判定値Ｊ１としたが、これに代えて、時間幅Ｗａ、Ｗｂの比（Ｗａ／Ｗｂ）を融合判定値Ｊ１としてもよい。

前記の実施形態では、２つの融合判定値Ｊ１、Ｊ２を用いて奥行融合の有無を判定したが、融合判定値Ｊ１のみを用いて奥行融合の有無を判定してもよい。この場合は、図７において、ステップＳ２７の処理は省略され、ステップＳ２６でＪ１≧ｍの場合は、ステップＳ２８で奥行融合ありと判定され、ステップＳ２６でＪ１＜ｍの場合は、ステップＳ２９で奥行融合なしと判定される。

前記の実施形態では、図１０（ａ）の場合に、ピーク時刻ｔ５より２つ前のサンプリング時刻ｔ３において閾値αを設定したが、閾値αを設定するサンプリング時刻は任意であり、たとえばサンプリング時刻ｔ２やｔ４において閾値αを設定してもよい。同様に、図１０（ｂ）の場合に、たとえばサンプリング時刻ｔ６やｔ８において閾値αを設定してもよい。

前記の実施形態では、奥行融合判定部４２で奥行融合ありと判定された場合に、そのことを示す融合情報を出力部６から出力したが、これに加えて、奥行融合なしと判定された場合に、そのことを示す融合情報を出力部６から出力してもよい。この実施形態では、図６および図８のステップＳ１０において、距離情報とともに、奥行融合なしを示す融合情報が外部へ出力される。

前記の実施形態では、図９のステップＳ３０において、今回の融合判定値Ｊ１、Ｊ２を前回の融合判定値と比較することにより、融合判定値の減少有無を判定したが、今回の融合判定値Ｊ１、Ｊ２と前回の融合判定値との差分を算出し、この差分を基準値と比較することにより、融合判定値の減少有無を判定してもよい。

前記の実施形態では、車両に搭載される車間距離測定用の距離測定装置１００を例に挙げたが、本発明は、これ以外の用途に用いられる距離測定装置にも適用することができる。

１ 投光部
２ 受光部
３ 信号処理部
４ 演算部
５ 制御部
６ 出力部
２０ トラック（対象物）
３０ オートバイ（対象物）
１０ 車両
４１ 距離算出部
４２ 奥行融合判定部（判定部）
１００ 距離測定装置
α 閾値（第１閾値）
Ｗａ 時間幅（第１時間幅）
Ｗｂ 時間幅（第２時間幅）
Ｊ１ 融合判定値（第１融合判定値）
Ｊ２ 融合判定値（第２融合判定値）
ｍ 閾値（第２閾値）
ｎ 閾値（第３閾値）
Ｐ ピーク値
ｔ１〜ｔ９ サンプリング時刻
ｔ５ ピーク時刻
Ａ、Ｂ 交点
Ｕ サンプリング波形

Claims (9)

1. 対象物に向けて投射光を投光した後、対象物で反射した反射光を受光し、投射光を投光してから反射光を受光するまでの時間に基づいて、対象物までの距離を測定する距離測定装置において、
   前記投射光を投光する投光部と、
   前記反射光を受光して受光信号を出力する受光部と、
   前記受光信号のレベルがピーク値となるピーク時刻に基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出部と、
   複数の対象物からの反射光に対応する各受光信号の波形が融合しているか否かを判定する判定部と、を備え、
   前記判定部は、
   前記ピーク時刻より前における、前記受光信号のレベルが第１閾値に達した時刻から、前記ピーク時刻までの時間を、第１時間幅として算出し、
   前記ピーク時刻から、前記ピーク時刻より後における、前記受光信号のレベルが前記第１閾値に達した時刻までの時間を、第２時間幅として算出し、
   前記第１時間幅と前記第２時間幅との差または和の、少なくとも一方に基づいて、前記各受光信号の波形が融合しているか否かを判定する、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、
   前記判定部は、
   前記第１時間幅と前記第２時間幅との差を、第１融合判定値として算出し、
   前記第１融合判定値が第２閾値以上である場合に、前記各受光信号の波形が融合していると判定する、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、
   前記判定部は、
   前記第１時間幅と前記第２時間幅との和を、第２融合判定値として算出し、
   前記第１融合判定値が第２閾値以上でない場合に、前記第２融合判定値が第３閾値以上であるか否かを判定し、
   前記第２融合判定値が前記第３閾値以上であれば、前記各受光信号の波形が融合していると判定し、
   前記第２融合判定値が前記第３閾値以上でなければ、前記各受光信号の波形が融合していないと判定する、ことを特徴とする距離測定装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の距離測定装置において、
   前記判定部は、前記各受光信号の波形が融合しているか否かを判定するに先立って、前記距離算出部で算出された対象物までの距離に基づいて、対象物が接近したか否かを判定し、
   対象物が接近したと判定した場合は、前記各受光信号の波形が融合しているか否かの判定を行い、
   対象物が接近していないと判定した場合は、前記各受光信号の波形が融合しているか否かの判定を行わず、
   前記各受光信号の波形が融合しているか否かの判定を行う場合において、前記第１時間幅と前記第２時間幅との差または和の、少なくとも一方が減少しているときは、前記各受光信号の波形が融合していると判定する、ことを特徴とする距離測定装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の距離測定装置において、
   前記受光部から出力される受光信号をサンプリングして、各サンプリング時刻における受光信号のレベルをサンプリング値として出力する信号処理部をさらに備え、
   前記第１時間幅は、前記ピーク時刻より前における、各サンプリング値から得られる前記受光信号のサンプリング波形と前記第１閾値との交点の時刻から、前記ピーク時刻までの時間であり、
   前記第２時間幅は、前記ピーク時刻から、前記ピーク時刻より後における、前記サンプリング波形と前記第１閾値との交点の時刻までの時間である、ことを特徴とする距離測定装置。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の距離測定装置において、
   前記受光部から出力される受光信号をサンプリングして、各サンプリング時刻における受光信号のレベルをサンプリング値として出力する信号処理部をさらに備え、
   前記第１閾値は、前記ピーク時刻より前の所定のサンプリング時刻におけるサンプリング値であり、
   前記第１時間幅は、前記ピーク時刻より前における、前記所定のサンプリング時刻から、前記ピーク時刻までの時間であり、
   前記第２時間幅は、前記ピーク時刻から、前記ピーク時刻より後における、各サンプリング値から得られる前記受光信号のサンプリング波形と前記第１閾値との交点の時刻までの時間である、ことを特徴とする距離測定装置。
7. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の距離測定装置において、
   前記受光部から出力される受光信号をサンプリングして、各サンプリング時刻における受光信号のレベルをサンプリング値として出力する信号処理部をさらに備え、
   前記第１閾値は、前記ピーク時刻より後の所定のサンプリング時刻におけるサンプリング値であり、
   前記第１時間幅は、前記ピーク時刻より前における、各サンプリング値から得られる前記受光信号のサンプリング波形と前記第１閾値との交点の時刻から、前記ピーク時刻までの時間であり、
   前記第２時間幅は、前記ピーク時刻より後における、前記ピーク時刻から前記所定のサンプリング時刻までの時間である、ことを特徴とする距離測定装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の距離測定装置において、
   前記判定部による判定結果を外部へ出力する出力部をさらに備え、
   前記出力部は、
   前記判定部により前記各受光信号の波形が融合していないと判定された場合は、少なくとも前記距離算出部で算出された対象物までの距離を示す距離情報を出力し、
   前記判定部により前記各受光信号の波形が融合していると判定された場合は、前記距離情報とともに、当該融合が発生していることを示す融合情報を出力する、ことを特徴とする距離測定装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の距離測定装置において、
   前記判定部は、前記第１時間幅と前記第２時間幅との差に代えて、前記第１時間幅と前記第２時間幅との比を用いる、ことを特徴とする距離測定装置。

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