JP2019035690A - 物体検出装置、センシング装置、移動体装置及び物体検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 誤検出を抑制することができる物体検出装置を提供する。【解決手段】 物体検出装置は、光源（例えばＬＤ）からの光を投光し物体で反射された光を受光素子（例えばＰＤ）で受光することで物体検出を行う物体検出装置であって、受光素子からの信号を閾値Ｖｔｈで二値化する二値化回路を備え、該二値化回路で二値化された信号のうちハイレベル信号がＭ回出力されるまで、同一方向について物体検出動作を行い、Ｍの値は、受光素子におけるピーク強度が閾値Ｖｔｈを超えるショットノイズの出現確率に基づいて設定されていることを特徴とする物体検出装置である。【選択図】図５

Description

本発明は、物体検出装置、センシング装置、移動体装置及び物体検出方法に関する。

従来、投光し、物体で反射された光を受光して電気信号に変換し、該電気信号を二値化することにより、その物体に関する情報（例えば物体の有無、物体までの距離、物体の形状等）を検出する技術が知られている（例えば特許文献１〜４参照）。

しかしながら、特許文献１〜４に開示されている技術では、誤検出を抑制することに関して改善の余地があった。

本発明は、光源からの光を投光し物体で反射された光を受光素子で受光することで物体検出を行う物体検出装置であって、前記受光素子からの信号を閾値Ｖ_ｔｈで二値化する二値化回路を備え、前記二値化回路で二値化された信号のうちハイレベル信号がＭ回出力されるまで、同一方向について物体検出動作を行い、Ｍの値は、前記受光素子におけるピーク強度が閾値Ｖ_ｔｈを超えるショットノイズの出現確率に基づいて設定されていることを特徴とする物体検出装置である。

本発明によれば、誤検出を抑制することができる。

一実施形態に係る物体検出装置の概略構成を示す図である。 図２（Ａ）は、投光光学系、同期系を説明するための図であり、図２（Ｂ）は、受光光学系を説明するための図であり、図２（Ｃ）は、ＬＤから反射ミラーまでの光の光路、及び反射ミラーから時間計測用ＰＤまでの光の光路を概略的に示す図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ光検出器の構成例１、２を示す図である。 ショットノイズの強度分布を示すグラフである。 物体からの信号を検出する方法を説明するための図である。 図６（ａ）〜図６（ｃ）は、平均化処理により物体からの信号を抽出できることを説明するための図である。 物体検出装置が搭載された車両の外観を示す図である。 監視装置を説明するための図である。 音声・警報発生装置を説明するための図である。 センシング装置を説明するための図である。 測距処理１を説明するためのフローチャートである。 測距処理２を説明するためのフローチャートである。 図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ測距処理２に用いられる検出系の構成例１、２を示す図である。 一実施形態を発案するに至った思考プロセスを説明するための図（その１）である。 一実施形態を発案するに至った思考プロセスを説明するための図（その２）である。

以下に、本発明の一実施形態の物体検出装置１００について、図面を参照して説明する。
図１には、物体検出装置１００の概略的構成がブロック図にて示されている。

物体検出装置１００は、物体（例えば先行車両、停車車両、構造物、歩行者等）の有無や、該物体までの距離等の物体情報を検出するレーザレーダである。レーザレーダは、ライダ（Ｌｉｄａｒ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）とも呼ばれる。物体検出装置１００は、一例として、移動体としての車両（例えば自動車）に搭載され、例えば自動車のバッテリ（蓄電池）から電力の供給を受ける。以下では、物体検出装置１００として、走査型のレーザレーダについて説明を進めるが、非走査型のレーザレーダとすることも可能である。

物体検出装置１００は、投光系１０、受光光学系３０、検出系４０、同期系５０、時間計測部４５、測定制御部４６、物体認識部４７などを備えている。

投光系１０は、発光素子としてのＬＤ（レーザダイオード）、ＬＤ駆動部１２、投光光学系２０を含む。

ＬＤは、端面発光レーザとも呼ばれ、ＬＤ駆動部１２（ドライブ回路）により駆動され、レーザ光を射出する。ＬＤ駆動部１２は、測定制御部４６から出力されるＬＤ駆動信号（矩形パルス信号）を用いてＬＤを点灯（発光）させる。ＬＤ駆動部１２は、一例として、ＬＤに電流を供給可能に接続されたコンデンサ、該コンデンサとＬＤとの間の導通／非導通を切り替えるためのトランジスタ、該コンデンサを充電可能な充電手段等を含む。測定制御部４６は、自動車のＥＣＵ（エレクトリックコントロールユニット）からの測定制御信号（測定開始信号や測定停止信号）を受けて測定開始や測定停止を行う。

図２（Ａ）には、投光光学系２０、同期系５０が模式的に示されている。図２（Ｂ）には、受光光学系３０が模式的に示されている。以下では、図２（Ａ）等に示されるＺ軸方向を鉛直方向とするＸＹＺ３次元直交座標系を適宜用いて説明する。

投光光学系２０は、図２（Ａ）に示されるように、ＬＤからの光の光路上に配置されたカップリングレンズ２２と、該カップリングレンズ２２を介した光の光路上に配置された反射ミラー２４と、該反射ミラー２４で反射された光の光路上に配置された偏向器としての回転ミラー２６と、を含む。ここでは、装置を小型化するために、カップリングレンズ２２と回転ミラー２６との間の光路上に反射ミラー２４を設けて光路を折り返している。

そこで、ＬＤから出射された光は、カップリングレンズ２２により所定のビームプロファイルの光に整形された後、反射ミラー２４で反射され、回転ミラー２６でＺ軸周りに偏向される。

回転ミラー２６でＺ軸周りの所定の偏向範囲に偏向された光が投光光学系２０から投射された光、すなわち物体検出装置１００から投光された光である。

回転ミラー２６は、回転軸（Ｚ軸）周りに複数の反射面を有し、反射ミラー２４からの光を回転軸周りに回転しながら反射（偏向）することで該光により上記偏向範囲に対応する有効走査領域を水平な１軸方向（ここではＹ軸方向）に１次元走査する。ここでは、偏向範囲、有効走査領域は、物体検出装置１００の＋Ｘ側である。以下では、回転ミラー２６の回転方向を「ミラー回転方向」とも呼ぶ。また、本明細書では「有効走査領域」を「投光範囲」や「検出範囲」とも呼ぶ。

回転ミラー２６は、図２（Ａ）から分かるように、反射面を２面（対向する２つの面）有しているが、これに限らず、１面でも３面以上でも良い。また、少なくとも２つの反射面を設け、回転ミラーの回転軸に対して異なった角度で傾けて配置して、走査・検出する領域をＺ軸方向に切り替えることも可能である。

受光光学系３０は、図２（Ｂ）に示されるように、投光光学系２０から投射され有効走査領域内にある物体で反射（散乱）された光を反射する回転ミラー２６と、該回転ミラー２６からの光を反射する反射ミラー２４と、該反射ミラー２４からの光の光路上に配置され、該光を後述する時間計測用ＰＤ４２に結像させる、少なくとも１つのレンズを含む結像光学系と、を含む。なお、「ＰＤ」は、フォトダイオードの略称である。

図２（Ｃ）には、ＬＤから反射ミラー２４までの光路と、反射ミラー２４から時間計測用ＰＤ４２までの光路が示されている。

図２（Ｃ）から分かるように、投光光学系２０と受光光学系３０は、Ｚ軸方向に重なるように配置されており、回転ミラー２６と反射ミラー２４は、投光光学系２０と受光光学系３０で共通となっている。これにより、物体上におけるＬＤの照射範囲と時間計測用ＰＤ４２の受光可能範囲の相対的な位置ずれを小さくでき、安定した物体検出を実現できる。

そこで、投光光学系２０から投射され物体で反射（散乱）された光は、回転ミラー２６、反射ミラー２４を介して結像光学系に導かれ、該結像光学系により時間計測用ＰＤ４２に集光する（図２（Ｂ）参照）。図２（Ｂ）では、装置を小型化するために、回転ミラー２６と結像光学系との間に反射ミラー２４を設けて光路を折り返している。ここでは、結像光学系は２枚のレンズ（結像レンズ）で構成されているが、１枚のレンズとしても良いし、３枚以上のレンズとしても良いし、ミラー光学系を用いても良い。

図１に戻り、検出系４０は、光検出器４３、二値化回路４４（コンパレータ）を含む。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、それぞれ光検出器４３の構成例である光検出器４３−１、４３−２が示されている。

光検出器４３は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、投光光学系２０から投射され有効走査領域内にある物体で反射もしくは散乱された光を、受光光学系３０を介して受光する受光素子としての時間計測用ＰＤ４２（フォトダイオード）と、該時間計測用ＰＤ４２の出力電流を処理する処理回路と、を含む。

光検出器４３の処理回路は、時間計測用ＰＤ４２からの出力電流（電流値）を電圧信号（電圧値）に変換する電流電圧変換器６０ａ（例えばＴＩＡ：トランスインピーダンスアンプ）と、該電流電圧変換器からの電圧信号を増幅する信号増幅器６０ｂ（例えばＶＧＡ：高リニアリティアナログ可変利得アンプ）とを有する（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）。処理回路６０−２は、信号増幅器６０ｂの後段にハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を有する。

二値化回路４４は、光検出器４３の処理回路からのアナログの電圧信号（受光信号）を、閾値を基準に二値化し、その二値化信号（デジタル信号）を検出信号として時間計測部４５に出力する。

同期系５０は、図２（Ａ）及び図１に示されるように、ＬＤから出射されカップリングレンズ２２を介して反射ミラー２４で反射された光であって回転ミラー２６で偏向され反射ミラー２４で再び反射された光の光路上に配置された結像レンズ５２と、該結像レンズ５２を介した光の光路上に配置された受光素子としての同期検知用ＰＤ５４及び該同期検知用ＰＤ５４の出力電流を処理する処理回路を含む光検出器５３と、該光検出器５３からの出力電圧を二値化する二値化回路５６（コンパレータ）とを含む。

光検出器５３の処理回路は、光検出器４３の処理回路６０−１や処理回路６０−２と同様の構成を有している。

反射ミラー２４は、上記偏向範囲に対して回転ミラー２６の回転方向上流側に配置され、回転ミラー２６で上記偏向範囲の上流側に偏向された光が入射される。そして、回転ミラー２６で偏向され反射ミラー２４で反射された光が結像レンズ５２を介して同期検知用ＰＤ５４に入射される。このとき、光検出器５３では、同期検知用ＰＤ５４からの出力電流が処理回路に送られる。

なお、反射ミラー２４は、上記偏向範囲に対して回転ミラー２６の回転方向下流側に配置されても良い。そして、回転ミラー２６で偏向され反射ミラー２４で反射された光の光路上に同期系５０が配置されても良い。

回転ミラー２６の回転により、該回転ミラー２６の反射面で反射された光が同期検知用ＰＤ５４で受光される度に同期検知用ＰＤ５４から電流が出力される。すなわち、同期検知用ＰＤ５４からは定期的に電流が出力される。

このように回転ミラー２６からの光を同期検知用ＰＤ５４に照射するための同期点灯を行うことで、同期検知用ＰＤ５４での受光タイミングから、回転ミラー２６の回転タイミングを得ることが可能となる。

そこで、ＬＤを同期点灯してから所定時間経過後にＬＤをパルス点灯することで有効走査領域を光走査することができる。すなわち、同期検知用ＰＤ５４に光が照射されるタイミングの前後期間にＬＤをパルス点灯することで有効走査領域を光走査することができる。

ここで、時間計測や同期検知に用いる受光素子としては、上述したＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）の他、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、ガイガーモードＡＰＤであるＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）等を用いることが可能である。ＡＰＤやＳＰＡＤは、ＰＤに対して感度が高いため、検出精度や検出距離の点で有利である。

二値化回路５６は、光検出器５３の処理回路からのアナログの電圧信号（出力電圧）を、閾値を基準に二値化し、その二値化信号（デジタル信号）を同期信号として測定制御部４６に出力する。

測定制御部４６は、二値化回路５６からの同期信号に基づいてＬＤ駆動信号を生成し、該ＬＤ駆動信号をＬＤ駆動部１２及び時間計測部４５に出力する。すなわち、ＬＤ駆動信号は、同期信号に対して遅延した発光制御信号（周期的なパルス信号）である。

ＬＤ駆動信号がＬＤ駆動部１２に入力されると、ＬＤ駆動部１２からＬＤに駆動電流が印加され、ＬＤから発光パルスが出力される。なお、ＬＤの安全性やＬＤの耐久性の観点からＬＤの発光のデューティが制限されるため、発光パルスはパルス幅が狭い方が望ましく、該パルス幅は、一般に１０ｎｓ〜数１０ｎｓ程度に設定される。また、パルス間隔は一般に数１０μ秒程度である。

時間計測部４５は、測定制御部４６からのＬＤ駆動信号と二値化回路４４からの検出信号（二値化信号）に基づいて、ＬＤでの発光タイミングと時間計測用ＰＤ４２での受光タイミングの時間差を求め、該時間差を時間計測結果として測定制御部４６に出力する。

測定制御部４６は、時間計測部４５からの時間計測結果を距離に変換することで物体までの往復距離を算出し、該往復距離の１／２を距離データとして物体認識部４７に出力する。物体認識部４７は、測定制御部４６からの１走査もしくは複数の走査で取得した複数の距離データに基づいて、物体の位置や形状や大きさを認識し、その物体認識結果を測定制御部４６に出力する。測定制御部４６は、該物体認識結果をＥＣＵに転送する。

ＥＣＵは、転送された物体認識結果に基づいて、例えば自動車の操舵制御（例えばオートステアリング）、速度制御（例えばオートブレーキ）等を行う。

以下では、物体検出装置１００が走査型である場合のみならず、非走査型である場合も念頭に置いて説明を行う。なお、非走査型の物体検出装置では、例えば発光素子からの光を直接又はレンズを介して投光する。

ところで、閾値を基準に受光信号（光検出器４３の出力信号）を検出する方式では、ノイズによる誤検出を防ぐためにノイズに対して閾値Ｖ_ｔｈを充分高くする必要があるが、高くしすぎると測距可能な最大距離が短くなってしまう。

また、ショットノイズの強度分布は平均＝０の正規分布に従うので、Ｖ_ｔｈをどれだけ高く設定しても、確率論的にピーク強度がＶ_ｔｈを超えるショットノイズは存在する。従って、単純にピーク強度がＶ_ｔｈを超えた信号を常に物体からの反射光による信号であると判断すると、特にショットノイズの多い環境下では、誤検出を招きやすい。

そこで、ショットノイズを考慮してＶ_ｔｈを設定することが望まれる。ショットノイズの強度を強度分布（図４参照）の標準偏差σ_ｓｎと定義すると、Ｖ_ｔｈ＝σ_ｓｎのとき、ピーク強度がＶ_ｔｈを超えるショットノイズの出現確率は１５．８７％である。

回転ミラー２６の任意の角度（任意の投光方向）における測距可能な最大距離を例えば１８０ｍとすると、光が物体検出装置１００と物体との間を往復する時間は、１８０×２／（３×１０^８）＝１．２μｓである。

物体検出装置１００が二値化回路４４から得られる情報は、信号の立ち上がり時刻ｔ_ｒと立ち下り時刻ｔ_ｆであるため、物体からの反射光による信号（以下では「物体からの信号」とも呼ぶ）とショットノイズの分離を考える場合、最も難しいのは物体からの信号のパルス幅ω_ｏｂｊ＝ｔ_ｆ−ｔ_ｒ（本実施例ではω_ｏｂｊ＝２０ｎｓ）と、ショットノイズのパルス幅ω_ｓｎ＝ｔ_ｆ−ｔ_ｒがほぼ同じとなるケースである。なお、「ω_ｏｂｊ」はＬＤ駆動信号のパルス幅と略同一と言って差し支えない。

このような物体からの信号と紛らわしいショットノイズは、１８０ｍの中に６０（＝１．２μｓ／２０ｎｓ）個含まれるが、ピーク強度がＶ_ｔｈを超えるのは確率論的に６０×０．１５８７＝９．５個となる。

このことから、回転ミラー２６の任意の同一角度で取得された１１個の信号を処理回路（６０−１や６０−２）及び二値化回路４４で処理すれば、必ず物体からの信号を検出できる。

これをもう少し一般化すると、ショットノイズの強度分布は図４に示すような正規分布Ｎ（０、σ_ｓｎ）に従っている。この正規分布における横軸（ｘ軸）−∞から任意のｘ座標までの面積は標準正規累積分布関数Ｆ（ｘ、０、σ_ｓｎ）として定義される。従って、ｘ＝Ｖ_ｔｈとすると、ピーク強度がＶ_ｔｈを超えるショットノイズの出現確率（図４の網掛け部分）は、１−Ｆ（Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）＝Ｆ（−Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）と書ける。先の実施例ではＶ_ｔｈ＝σ_ｓｎとしたので１５．８７％であったが、Ｖ_ｔｈ＝２σ_ｓｎならば２．２７％、Ｖ_ｔｈ＝３σ_ｓｎならば０．１３％である。

ここで、物体検出装置１００が測距可能な最大距離をＬとしたとき、光が物体検出装置１００と物体との間を往復する時間は、光速をｃとして、２Ｌ／ｃである。

また、考慮すべきショットノイズのパルス幅ω_ｓｎは物体からの信号のパルス幅ω_ｏｂｊ（≒ＬＤ駆動信号のパルス幅）と同程度なので、Ｖ_ｔｈを超えるショットノイズの個数は、
である。このことから、任意の同一方向への投光時に二値化回路４４での二値化処理を二値化信号（ハイレベル信号）が、次の（１）式で表されるＭ回出力されるまで行うことにより、必ず物体からの信号を検出することができる（図５参照）。
特に、上記（１）式でＭが最少のとき、すなわち上記（１）式で等号が成立するときには、信号処理の回数を極力低減しつつ（処理速度を極力高速化しつつ）物体からの信号を検出することができる。

先の例を展開すると、Ｌ＝１８０ｍ、ハイパスフィルタのカットオフ周波数ｆ_ｃ＝２５ＭＨｚなので、Ｖ_ｔｈ＝２σ_ｓｎならばＭ＝３個、Ｖ_ｔｈ＝３σ_ｓｎならばＭ＝２個である。

なお、Ｍの値を予め設定し、その設定値に対して上記（１）式を満たすようにＶ_ｔｈを設定しても良い。

以下に、物体からの信号を抽出する方法の具体例を簡単に述べる。
ショットノイズは、さまざまなパルス幅を持っているが、時間計測用ＰＤ４２で受光され、二値化回路４４で処理された情報（二値化信号）は、信号がＶ_ｔｈを超える立ち上がり時刻ｔ_ｒと立下り時刻ｔ_ｆの組み合わせ（ｔ_ｒ、ｔ_ｆ）である。
この組み合わせから信号のパルス幅ω＝ｔ_ｆ−ｔ_ｒを算出し、ωとω_ｏｂｊとの差異があるレベル以上の信号はすべてショットノイズとして排除する。
残った信号は、物体からの信号か、物体からの信号と紛らわしいショットノイズである。しかし、ショットノイズの出現はランダムであるため、回転ミラー２６が１周まわって同じ角度になったときに、同じ位置にショットノイズが発生することは極めて稀である。よって、回転ミラー２６の同一角度（同一の投光方向）において光検出器４３から出力された複数の受光信号（アナログ信号）に対して平均化処理することで、ショットノイズと物体の信号の分離が可能になる。

例えば、回転ミラー２６の任意の角度における、ある瞬間の信号が図６（ａ）のように得られたとする。そして、回転ミラー２６が１周して同一角度に到達したとき、再び得られた信号が図６（ｂ）のようになった。更に、回転ミラー２６が１周して同一角度に到達したとき、得られた信号が図６（ｃ）のようになった。

このとき、ショットノイズは空間的に正規分布に従ってランダムに発生するのに対し、物体からの信号は常に同じ位置に存在するので、図６（ａ）〜図６（ｃ）の信号を足して３で割るような処理（すなわち平均化処理）を行えば、物体からの信号だけがＶ_ｔｈを超える信号として残る。

このような平均化処理を行う場合、１回あたりの信号取得において、必ずしも物体の信号が存在する必要はない。平均化により強度が略０となったショットノイズがＶ_ｔｈを超えることはなく、信号の誤検出のおそれがないためである。

具体的には、この平均化処理の回数をＮとすると、その回数分だけ相対的にＶ_ｔｈを引き下げる効果と同じなので、任意の同一方向への投光時に二値化回路４４での二値化処理を二値化回路４４からハイレベル信号が、次の（２）式で表されるＭ回出力されるまで行うことにより、必ず物体からの信号を検出することができる。
特に、上記（２）式でＭが最少のとき、すなわち上記（２）式で等号が成立するときには、信号処理の回数を極力低減しつつ（処理速度を極力高速化しつつ）物体からの信号を検出することができる。

Ｌ＝１８０ｍ、ｆ_ｃ＝２５ＭＨｚのとき、Ｖ_ｔｈ＝σ_ｓｎならばＭ＝１１であったが、３回の平均化処理を実施するなら、Ｍ＝２でよい、ということになる。つまり、投光１回あたりの処理回路、二値化回路４４での処理時間の短縮化を図ることが可能になる。なお、Ｍの値を予め設定し、その設定値に対して上記（２）式を満たすようにＶ_ｔｈを設定しても良い。

図７には、一実施形態に係る物体検出装置１００が搭載された移動体としての車両１（ここでは自動車）の外観が示されている。

物体検出装置１００は、一例として、車両１の前方のナンバープレート近傍に取り付けられている。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、路面に直交する方向をＺ軸方向、車両１の前進方向を＋Ｘ方向として説明する。

車両１の車内には、一例として図８に示されるように、物体検出装置１００と共に監視装置１１０を構成する、表示装置２００、主制御装置４００、メモリ５００、及び音声・警報発生装置６００などが設けられている。監視装置１１０の各構成要素は、データの伝送が可能なバス７００を介して電気的に接続されている。

主制御装置４００は、所定のタイミング毎に、メモリ５００に格納されている物体情報などに基づいて、車両１の前方に物体があるときにその物体の移動の有無を求めるとともに、該物体が移動しているときにはその移動方向及び移動速度を含む移動情報を求める。そして、物体情報及び移動情報を表示装置２００に表示する。

また、主制御装置４００は、物体情報及び移動情報に基づいて、危険があると判断すると、音声・警報発生装置６００にアラーム情報を出力する。

音声・警報発生装置６００は、一例として図９に示されるように、音声合成装置６１、警報信号生成装置６２及びスピーカ６３などを有している。

音声合成装置６１は、複数の音声データを有しており、主制御装置４００からアラーム情報を受け取ると、対応する音声データを選択し、スピーカ６３に出力する。

警報信号生成装置６２は、主制御装置４００からアラーム情報を受け取ると、対応する警報信号を生成し、スピーカ６３に出力する。

以上の説明から明らかなように、主制御装置４００とメモリ５００と音声・警報発生装置６００とによって、本発明のセンシング装置における監視制御装置が構成されている。

図１０には、物体検出装置１００を備えるセンシング装置１０００が示されている。センシング装置１０００は、移動体に搭載され、物体検出装置１００に加えて、該物体検出装置１００に電気的に接続された監視制御装置３００を備えている。物体検出装置１００は、車両のバンパー付近やバックミラーの近傍に取り付けられる。監視制御装置３００は、物体検出装置１００での検出結果に基づいて、物体の形状や大きさの推定、物体の位置情報の算出、移動情報の算出、物体の種類の認識等の処理を行って、危険の有無を判断する。そして、危険有りと判断した場合には、アラーム等の警報を発して移動体の操縦者に注意を促したり、ハンドルを切って危険を回避する指令を移動体の操舵制御部に出したり、制動をかけるための指令を移動体のＥＣＵに出す。すなわち、監視制御装置３００は、物体認識部４７の機能に加えて、危険有無判断機能、危険回避指令機能を有する。なお、センシング装置１０００は、例えば車両のバッテリから電力の供給を受ける。

なお、監視制御装置３００は、物体検出装置１００と一体的に設けられても良いし、物体検出装置１００とは別体に設けられても良い。また、監視制御装置３００は、ＥＣＵが行う制御の少なくとも一部を行っても良い。

ここで、物体検出装置１００の製造時に、ピーク強度が閾値Ｖ_ｔｈを超えるショットノイズの出現確率（図４参照、以下では単に「出現確率」とも呼ぶ）に基づいて、二値化回路４４からパルス信号（ハイレベル信号）を出力する回数（パルス数）Ｍを設定しても良い。具体的には、任意の同一方向（任意の同一回転角度の回転ミラー２６へ入射した光の反射方向）への投光時に二値化回路４４からハイレベル信号がＭ回出力されたときに、信号処理を終了させる。より詳細には、出現確率が例えば４／５のときには、Ｍを５に設定する。この場合、任意の同一方向への投光において、確率的に、出力された５個のハイレベル信号のうち１個のハイレベル信号が物体からの反射光による信号となり（図５参照）、信号処理の時間を短縮化しつつ物体からの信号を得ることができる。

一般化すると、出現確率がｎを自然数として（ｎ−１）／ｎの場合には、ハイレベル信号がｎ回出力されたときに信号処理を終了させることが好ましい。出現確率が（ｎ−１）／ｎでない場合には、該出現確率を最も近似する（ｎ−１）／ｎに置き換えて考えても良い。
なお、信号処理の時間は多少長くなるが、出現確率がｎを自然数として（ｎ−１）／ｎの場合に、ハイレベル信号を出力する回数を（ｎ＋１）回以上としても良い。

また、物体検出装置１００の製造時に、二値化回路４４からハイレベル信号を出力する回数Ｍを設定し、その設定値に基づいて閾値Ｖ_ｔｈを設定することにより、ピーク強度が閾値Ｖ_ｔｈを超えるショットノイズの出現確率（図４参照）を設定しても良い。具体的には、Ｍが例えば５回に設定されているときには、出現確率が例えば４／５となるように閾値Ｖ_ｔｈを設定する。この場合、任意の投光方向において、確率的に、出力された５個のハイレベル信号のうち１個のハイレベル信号が物体からの反射光による信号となり（図５参照）、信号処理の時間を短縮化しつつ物体からの信号を得ることができる。
目標とする出現確率は、上述のように、概ね、ｎを自然数として（ｎ−１）／ｎで表すことができる。
なお、出現確率を例えば４／５から３／５や２／５や１／５へ下げるべくＶ_ｔｈをより高く設定しても良いが、Ｖ_ｔｈを高くするほど物体からの信号（特に弱い信号）のピークがＶ_ｔｈを超えなくなる可能性が高まるので、Ｖ_ｔｈを高くしすぎる（出現確率を下げすぎる）のは得策ではない。

以下に、物体検出装置１００が実施する測距処理１について、図１１のフローチャートを参照して説明する。

最初のステップＳ１では、投光処理を行う。具体的には、測定制御部４６がＬＤ駆動信号を生成し、有効走査領域における任意の投光方向（走査位置）へ投光を行う。

次のステップＳ２では、受光処理を行う。具体的には、光検出器４３が、任意の投光方向への投光時に受光した光を光電変換、電流電圧変換、さらには必要に応じて信号増幅、低周波カットし、得られた電圧信号を二値化回路４４へ出力する。

次のステップＳ３では、二値化処理を行う。具体的には、二値化回路４４が、入力された各電圧信号を二値化し、ハイレベル信号を時間計測部４５へ出力する。より詳細には、時間計測部４５が、二値化回路４４から時間計測部４５へのハイレベル信号の出力回数（カウント数）が上記（１）式のＭになったときに処理回路６０−１又は処理回路６０−２、及び二値化回路４４での信号処理を終了させ、所定時間経過後に次の投光方向への投光に備えてカウント数を０に初期化する。

次のステップＳ４では、信号抽出処理を行う。具体的には、時間計測部４５が、入力されたＭ個のハイレベル信号のパルス幅をＬＤ駆動信号（パルス幅が受光信号と略同一）のパルス幅と比較し、ＬＤ駆動信号のパルス幅にパルス幅が最も近似するハイレベル信号を物体からの信号として抽出する。

次のステップＳ５では、時間計測処理を行う。具体的には、時間計測部４５が、入力されたハイレベル信号に基づいて光検出器４３での受光タイミングを算出し、該受光タイミングとＬＤの発光タイミングとの時間差を測定制御部４６へ出力する。

次のステップＳ６では、距離算出処理を行う。具体的には、測定制御部４６が、入力された時間差から、物体までの距離を算出し、その距離データを物体認識部４７へ出力する。

次のステップＳ７では、測定制御部４６が測定を終了するか否かを判断する。具体的には、車両１の電気系統がＯＦＦになったときにここでの判断を肯定してフローを終了させ、それ以外のときはここでの判断を否定してステップＳ１へ戻り、測定を継続する。なお、ステップＳ１〜ステップＳ７の１ループで有効走査領域が１回走査されるものとする。

なお、図１１のフローチャートにおいて、走査位置間で（投光方向間で）複数のステップを一部並行して行っても良い。

以下に、物体検出装置１００が実施する測距処理２について、図１２のフローチャートを参照して説明する。図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）には、それぞれ測距処理２に用いられる光検出器４３−１を含む検出系の構成例、光検出器４３−２を含む検出系の構成例が示されている。図１３では、図３と同じ構成については、同じ符号を付している。ここでは、図１３に示されるように、処理回路６０−１又は処理回路６０−２と、二値化回路４４との間に平均化回路５１が接続されている。また、制御部４９は、平均化回路５１の制御を行う。

最初のステップＳ１１では、投光処理を行う。具体的には、測定制御部４６がＬＤ駆動信号を生成し、有効走査領域における任意の投光方向（走査位置）へ投光を行う。

次のステップＳ１２では、受光処理を行う。具体的には、光検出器４３が、任意の投光方向への投光時に受光した光を光電変換、電流電圧変換、さらには必要に応じて信号増幅、低周波カットし、電圧信号を得る。

次のステップＳ１３では、信号蓄積処理を行う。具体的には、平均化回路５１が、入力された電圧信号を有効走査領域の走査位置毎（投光方向毎）に蓄積する。

次のステップＳ１４では、信号蓄積回数がＮ（＞１）よりも少ないか否かを判断する。具体的には、制御部４９が、蓄積された走査位置毎の電圧信号の数がＮよりも少ないか否かを判断する。ここでの判断が肯定されるとステップＳ１１に戻り、否定されるとステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５へ進む際、制御部４９が、平均化回路５１へＮ個の電圧信号を平均化する指示を与える。なお、ステップＳ１１〜ステップＳ１４の１ループで有効走査領域が１回走査されるものとする。

ステップＳ１５では、平均化処理を行う。具体的には、平均化回路５１が、制御部４９からの指示により、入力された走査位置毎のＮ個の電圧信号を平均化し、平均化された電圧信号を二値化回路４４へ出力する。

次のステップＳ１６では、二値化処理を行う。具体的には、二値化回路４４が、制御部４９からの指示により、入力された各電圧信号を二値化し、ハイレベル信号を時間計測部４５へ出力する。より詳細には、制御部４９が、二値化回路４４から時間計測部４５へのハイレベル信号の出力回数（カウント数）が上記（２）式のＭになったときに処理回路及び二値化回路４４での信号処理を終了させ、所定時間経過後に次の投光方向への投光に備えてカウント数を０に初期化する。

次のステップＳ１７では、信号抽出処理を行う。具体的には、時間計測部４５が、入力されたＭ個のハイレベル信号のパルス幅をＬＤ駆動信号（パルス幅が受光信号と略同一）のパルス幅と比較し、ＬＤ駆動信号パルス幅が最も近似するハイレベル信号を物体からの信号として抽出する。

次のステップＳ１８では、時間計測処理を行う。具体的には、時間計測部４５が、入力されたハイレベル信号に基づいて光検出器４３での受光タイミングを求め、該受光タイミングとＬＤの発光タイミングとの時間差を測定制御部４６へ出力する。

次のステップＳ１９では、距離算出処理を行う。具体的には、測定制御部４６が、入力された時間差から、物体までの距離を算出し、その距離データを物体認識部４７へ出力する。

次のステップＳ２０では、測定制御部４６が測定を終了するか否かを判断する。具体的には、車両１の電気系統がＯＦＦになったときにここでの判断を肯定してフローを終了させ、それ以外のときはここでの判断を否定してステップＳ１１へ戻り、測定を継続する。

なお、図１４のフローチャートにおいて、走査位置間で（投光方向間で）複数のステップを一部並行して行っても良い。

以上説明した本実施形態の物体検出装置１００は、第１の観点からすると、光源（例えばＬＤ）からの光を投光し物体で反射された光を受光素子（例えばＰＤ）で受光することで物体検出を行う物体検出装置であって、受光素子からの信号を閾値Ｖ_ｔｈで二値化する二値化回路４４を備え、二値化回路４４で二値化された信号のうちハイレベル信号がＭ回出力されるまで、同一方向について物体検出動作を行い、Ｍの値は、受光素子におけるピーク強度が閾値Ｖ_ｔｈを超えるショットノイズの出現確率に基づいて設定されていることを特徴とする物体検出装置である。
なお、「受光素子におけるピーク強度が閾値Ｖ_ｔｈを超えるショットノイズの出現確率」は、ショットノイズの強度分布（図４参照）と閾値Ｖ_ｔｈにより決まるため、「当該出現確率に基づいてＭの値が設定されている」ことは、「閾値Ｖ_ｔｈ及びショットノイズの強度分布に基づいてＭの値が設定されている」ことと同義である。

また、本実施形態の物体検出装置１００は、第２の観点からすると、光源（例えばＬＤ）からの光を投光し物体で反射された光を受光素子（例えばＰＤ）で受光することで物体検出を行う物体検出装置であって、受光素子からの信号を閾値Ｖ_ｔｈで二値化する二値化回路４４を備え、二値化回路４４で二値化された信号のうちハイレベル信号がＭ回出力されるまで、同一方向について物体検出動作を行い、Ｍの値に基づいて、閾値Ｖ_ｔｈが設定されていることを特徴とする物体検出装置である。

本実施形態の物体検出装置１００によれば、ピーク強度が閾値Ｖ_ｔｈを超えるショットノイズの出現確率によらず、物体からの信号を検出（二値化）できる。この結果、誤検出を抑制することができる。なお、本実施形態の物体検出装置１００では、複数の投光方向へ投光する構成を採用しているが、単一の投光方向へ投光する構成を採用しても良い。

また、Ｍは、ショットノイズの個数よりも多いことが好ましい。この場合、物体からの信号を確実に検出（二値化）できる。

また、Ｍは、ショットノイズの個数よりも１つだけ多いことが好ましい。この場合、信号処理の回数を極力低減しつつ（処理速度を極力高速化しつつ）、物体からの信号を確実に検出（二値化）できる。

また、物体検出装置１００が検出可能な物体までの最大距離をＬ、物体で反射された光による信号のパルス幅をω_ｏｂｊ、ショットノイズの標準偏差をσ_ｓｎ、光速をｃ、標準正規累積分布関数をＦ（Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）としたとき、Ｍ≧Ｆ（−Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）×(２Ｌ／ｃ)×(１／ω_ｏｂｊ)＋１を満足することが好ましい。この場合、物体からの信号を確実に検出できる。

また、同一方向へＮ回投光したときに入力される、複数の信号をそれぞれが含むＮ個の信号群を平均化するための平均化回路５１を含んでいても良い。
この場合、物体検出装置１００が検出可能な物体までの最大距離をＬ、物体で反射された光による信号のパルス幅をω_ｏｂｊ、ショットノイズの標準偏差をσ_ｓｎ、光速をｃ、標準正規累積分布関数をＦ（Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）としたとき、Ｍ≧Ｆ（−Ｖ_ｔｈ／Ｎ、０、σ_ｓｎ）×(２Ｌ／ｃ)×(１／ω_ｏｂｊ)＋１を満足することが好ましい。この結果、物体からの信号を確実に検出できる。

また、Ｍ個のハイレベル信号のパルス幅に基づいて、Ｍ個のハイレベル信号から、物体で反射された光によるハイレベル信号を抽出することが好ましい。

また、物体で反射された光による二値化信号に基づいて受光素子での受光タイミングを算出し、投光時における光源の発光タイミング及び受光タイミングに基づいて、物体までの距離を算出することが好ましい。

また、光源からの光を投光する方向は、複数の方向であり、該複数の方向における物体までの距離に基づいて、該物体の形状を推定しても良い。

また、本実施形態の物体検出装置１００と、該物体検出装置１００の出力に基づいて、物体の移動の有無、移動方向及び移動速度の少なくともいずれかを含む移動情報を求める監視制御装置３００と、を備えるセンシング装置１０００によれば、物体に関する情報を精度良く取得できる。

また、本実施形態の物体検出装置１００は、物体の位置情報及び移動情報の少なくとも一方を表示する表示装置２００を更に備えていても良い。この場合、物体の位置情報及び移動情報の少なくとも一方を精度良く表示できる。

また、センシング装置１０００は移動体に搭載され、監視制御装置３００は物体の位置情報及び移動情報の少なくとも一方に基づいて危険の有無を判断するため、例えば移動体の操縦処理系、速度処理系等に危険回避のための有効な情報を提供することができる。

また、移動体（例えば車両１）と、該移動体に搭載されるセンシング装置１０００と、を備える移動体装置（例えば車両装置）によれば、衝突安全性に優れる。

また、本実施形態の物体検出方法は、第１の観点からすると、複数の投光方向へ投光し物体で反射された光を受光素子（例えばＰＤ）で受光して、物体に関する情報を検出する物体検出方法であって、各投光方向へ投光する工程と、該投光時に受光素子からの信号に対して閾値Ｖ_ｔｈで二値化する二値化処理を含む処理を行う工程と、を含み、二値化処理で二値化された信号のうちハイレベル信号をＭ回出力するまで、同一方向について物体に関する情報を検出する動作を行い、Ｍの値は、受光素子におけるピーク強度が閾値Ｖ_ｔｈを超えるショットノイズの出現確率に基づいて設定されていることを特徴とする物体検出方法である。

また、本実施形態の物体検出方法は、第２の観点からすると、複数の投光方向へ投光し物体で反射された光を受光素子（例えばＰＤ）で受光して、物体に関する情報を検出する物体検出方法であって、各投光方向へ投光する工程と、該投光時に受光素子からの信号に対して、閾値Ｖ_ｔｈで二値化する二値化処理を含む処理を行う工程と、を含み、二値化処理で二値化された信号のうちハイレベル信号をＭ回出力するまで、同一方向について物体に関する情報を検出する動作を行い、Ｍの値に基づいて、閾値Ｖ_ｔｈが設定されていることを特徴とする物体検出方法である。

本実施形態の物体検出方法によれば、ピーク強度が閾値Ｖ_ｔｈを超えるショットノイズの出現確率によらず、物体からの信号を検出（二値化）できる。この結果、誤検出を抑制することができる。

また、当該物体検出方法における検出可能な物体までの最大距離をＬ、前記物体で反射された光による信号のパルス幅をω_ｏｂｊ、前記ショットノイズの標準偏差をσ_ｓｎ、光速をｃ、標準正規累積分布関数をＦ（Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）としたとき、Ｍ≧Ｆ（−Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）×（２Ｌ／ｃ）×（１／ω_ｏｂｊ）＋１を満足することが好ましい。

また、投光する工程がＮ回行われ、各回の投光時に受光素子から出力された電流に基づく複数の信号を含む信号群を蓄積する工程と、蓄積されたＮ個の信号群を平均化する工程と、を更に含むことが好ましい。

また、当該物体検出方法における検出可能な物体までの最大距離をＬ、前記物体で反射された光による信号のパルス幅をω_ｏｂｊ、前記ショットノイズの標準偏差をσ_ｓｎ、光速をｃ、標準正規累積分布関数をＦ（Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）としたとき、Ｍ≧Ｆ（−Ｖ_ｔｈ／Ｎ、０、σ_ｓｎ）×（２Ｌ／ｃ）×（１／ω_ｏｂｊ）＋１を満足することが好ましい。

また、処理を行う工程で得られたＭ個のハイレベル信号のパルス幅に基づいて、Ｍ個のハイレベル信号から、物体で反射された光によるハイレベル信号を抽出する工程を更に含むことが好ましい。

なお、上記実施形態では、回転ミラー２６が２つの鏡面を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態において、物体検出装置１００をＺ軸まわりに回動させる回動機構を有していても良い。

また、上記実施形態において、カップリングレンズ２２の焦点距離ｆ_１と、結像光学系の焦点距離ｆ_２とは、等しくても良い。この場合は、カップリングレンズ２２と結像光学系とを共通化することができ、コスト低減を図ることができる。

また、上記実施形態において、測定制御部４６での処理の一部を主制御装置４００が行っても良いし、主制御装置４００での処理の一部を測定制御部４６が行っても良い。

また、上記実施形態では、監視装置が１つの物体検出装置１００を備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。車両の大きさ、監視領域などに応じて、複数の物体検出装置１００を備えても良い。

また、上記実施形態では、物体検出装置１００が車両の進行方向を監視する監視装置に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、車両の後方や側面を監視する装置に用いられても良い。

さらに、上記実施形態の物体検出装置１００は、車載用以外のセンシング装置にも用いることができる。この場合には、主制御装置４００は、センシングの目的に応じたアラーム情報を出力する。

また、上記実施形態の物体検出装置１００は、物体の有無のみを検出する用途にも用いることができる。この場合には、時間計測部４５や物体認識部４７が不要であり、測定制御部４６で物体までの距離を算出する必要もない。

また、上記実施形態の物体検出装置１００は、物体までの距離のみを検出する用途にも用いることができる。この場合には、物体認識部４７が不要である。

また、上記実施形態の物体検出装置１００は、監視装置やセンシング装置以外の用途（例えば、距離計測装置や形状測定装置）にも用いることができる。

また、上記実施形態の物体検出装置１００において、光検出器４３の処理回路の構成部品間にスイッチを設けて信号の流れを遮断可能としても良い。

また、上記実施形態では、発光素子として、単一のＬＤを用いているが、これに限られない。例えば、複数のＬＤが１次元又は２次元に配列されたＬＤアレイ、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）、ＶＣＳＥＬが１次元又は２次元に配列されたＶＣＳＥＬアレイ、他のレーザ、ＬＥＤ（発光ダイオード）、複数のＬＥＤが１次元又は２次元に配列されたＬＥＤアレイ、有機ＥＬ素子、複数の有機ＥＬ素子が１次元又は２次元に配列された有機ＥＬアレイなどを用いても良い。複数のＬＤが１次元配列されたＬＤアレイとしては、複数のＬＤが積層されたスタック型のＬＤアレイや複数のＬＤが横に並べられたＬＤアレイが挙げられる。例えば、半導体レーザとして、ＬＤをＶＣＳＥＬに代えれば、アレイ内の発光点の数をより多く設定することができる。

また、処理回路は、信号増幅器及びハイパスフィルタ（ＨＰＦ）の少なくとも一方を有していなくても良い。すなわち、処理回路は、電流電圧変換器で構成されても良いし、電流電圧変換器と信号増幅器とで構成されても良いし、電流電圧変換器とハイパスフィルタとで構成されても良い。

また、投光光学系は、カップリングレンズを有していなくても良いし、他のレンズを有していても良い。

また、投光光学系、受光光学系は、反射ミラーを有していなくても良い。すなわち、ＬＤからの光を、光路を折り返さずに回転ミラーに入射させ、物体で反射され回転ミラーに入射した光を、光路を折り返さずにＰＤへ入射させても良い。

また、受光光学系の結像光学系は、レンズに代えて又は加えて、他の光学素子（例えば集光ミラー）を有していても良い。

また、偏向器として、回転ミラーに代えて、例えば、ポリゴンミラー（回転多面鏡）、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー等の他のミラーを用いても良い。

また、同期系は、結像レンズに代えて、他の光学素子（例えば集光ミラー）を有していても良い。

また、上記実施形態では、物体検出装置１００として、走査型レーザレーダが用いられているが、非走査型のレーザレーダを用いても良い。また、レーザレーダに代えて、電波を使用するミリ波レーダを用いても良い。ミリ波レーダは、分解能がレーザレーダよりも劣るものの、天候に関わらず検知可能であり、測定可能な距離範囲も広い。

また、上記実施形態では、物体検出装置が搭載される移動体として自動車を例にとって説明したが、該移動体は、自動車以外の車両、航空機、船舶等であっても良い。

また、以上の説明で用いた具体的な数値、形状などは、一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なことは言うまでもない。

以上の説明から明らかなように、上記実施形態の物体検出装置１００、監視装置１１０、センシング装置１０００、移動体装置、物体検出方法は、物体に関する情報を検出する所謂Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法を用いる技術又はＴＯＦ法に用いられる技術であり、移動体におけるセンシングの他、モーションキャプチャ技術、測距計、３次元形状計測技術などの産業分野などで幅広く用いることができる。すなわち、本発明の物体検出装置、センシング装置は、必ずしも移動体に搭載されなくても良い。

以下に、発明者らが上記実施形態を発案するに至った思考プロセスについて説明する。

近年、物体の有無や、その物体までの距離を検出するための物体検出装置の開発が盛んに行われている。その一例として航空機や鉄道、車載など広く使用されているレーザレーダがある。レーザレーダとしては様々なものが知られているが、例えば特許文献１〜４に開示されているように、投光部から射出された光を回転ミラーで走査し、物体で反射もしくは散乱された光を、再度回転ミラーを介して受光部で受光することで、所望の範囲の物体の有無やその物体までの距離を検出できる走査型レーザレーダがある。

このようなレーザレーダでの測距において重要になるのが、ノイズと、物体からの信号との分離である。ノイズの中でもショットノイズは光量計測に伴う白色雑音であり、ショットノイズの大きさは、受光部の感度が高い、もしくは外乱光が強い場合には、物体からの信号と区別が難しくなるため、回路ノイズよりも問題になりやすい。

図１４に、任意の画角（投光方向）におけるショットノイズと、物体からの信号とが混在している状況が示されている。
これらの信号（ショットノイズを含む）のうち、閾値Ｖ_ｔｈを超えた信号が、演算部で処理される信号（距離演算に用いられる信号）の候補となる。図１４では、Ｍ＝８個の信号が演算部で処理される信号の候補となり、物体からの信号は５番目と８番目となっている。

このような状況は、例えば図１５に示されるように、レーザレーダの任意の画角の前後（異なる距離）に２つの物体が存在し、投光されたレーザ光の一部が前方（近距離側）の物体１に照射され、残部が後方（遠距離側）の物体２に照射されるときに起こる。

距離演算に用いられる情報は、信号がＶ_ｔｈを切る立ち上がり時刻ｔ_ｒと立下り時刻ｔ_ｆの組み合わせでしかない。この組み合わせから、物体からの信号とショットノイズとを分離するのは容易でない。

そこで、Ｖ_ｔｈを高く設定し、できるだけショットノイズが演算部で処理される状況を低減する方法が考えられる。しかし、この方法は次のような２つの問題点を惹起する。
一つ目の問題は、測距可能な最大距離が低減することである。一般に、レーザレーダから物体までの距離が長くなれば、反射もしくは散乱された光のピーク強度は低下し、Ｖ_ｔｈを超えなくなってくる。
二つ目の問題は、そもそもショットノイズの物理的な性質から、Ｖ_ｔｈをどれだけ高く設定しても、確率論的にＶ_ｔｈを超えるショットノイズは存在することである。
このことから、Ｖ_ｔｈを徒に高く設定することは好ましくなく、適切な高さに設定し、ピーク強度がＶ_ｔｈを超える信号すべてを演算部で処理される信号の候補とし、その候補を物体からの信号とショットノイズとに分離することが望ましい。

ところで、ピーク強度がＶ_ｔｈを超える信号が全部でＭ個ある場合、その処理時間は、１つの信号を処理する時間τのＭ倍になる。
Ｍを多くすれば、物体からの信号を確実にキャッチできるが、処理部における処理時間が増え、フレームレートが遅くなる。一方で、Ｍを少なくする場合には、ショットノイズの数をＭよりも充分に少なくする必要がある。このことは、測距可能な最大距離を低減することに他ならない。

よって、測距可能な最大距離とＶ_ｔｈの設定値から、Ｍの数を適切に設定する必要があることが明らかになってきた。もしくは、測距可能な最大距離とＭの設定値から、Ｖ_ｔｈの値を適切に設定する必要があることが明らかになってきた。

そこで、発明者らは、このような知見に基づき、上記実施形態を発案するに至った。

１…車両（移動体）、４２…時間計測用ＰＤ（受光素子）、４４…二値化回路、５１…平均化回路、１００…物体検出装置、３００…監視制御装置、１０００…センシング装置。

特開２００４−１８４３３３号公報 特開平１１−０３８１３７号公報 特開平０８−３０４５３５号公報 実開昭６３−１０１８８０号公報

Claims (18)

1. 光源からの光を投光し物体で反射された光を受光素子で受光することで物体検出を行う物体検出装置であって、
   前記受光素子からの信号を閾値Ｖ_ｔｈで二値化する二値化回路を備え、
   前記二値化回路で二値化された信号のうちハイレベル信号がＭ回出力されるまで、同一方向について物体検出動作を行い、
   Ｍの値は、前記受光素子におけるピーク強度が閾値Ｖ_ｔｈを超えるショットノイズの出現確率に基づいて設定されていることを特徴とする物体検出装置。
2. 光源からの光を投光し物体で反射された光を受光素子で受光することで物体検出を行う物体検出装置であって、
   前記受光素子からの信号を閾値Ｖ_ｔｈで二値化する二値化回路を備え、
   前記二値化回路で二値化された信号のうちハイレベル信号がＭ回出力されるまで、同一方向について物体検出動作を行い、
   Ｍの値に基づいて、閾値Ｖ_ｔｈが設定されていることを特徴とする物体検出装置。
3. 当該物体検出装置が検出可能な物体までの最大距離をＬ、前記物体で反射された光による信号のパルス幅をω_ｏｂｊ、前記ショットノイズの標準偏差をσ_ｓｎ、光速をｃ、標準正規累積分布関数をＦ（Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）としたとき、
   Ｍ≧Ｆ（−Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）×（２Ｌ／ｃ）×（１／ω_ｏｂｊ）＋１
   を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の物体検出装置。
4. 同一方向へＮ回投光したときに入力される、複数の信号をそれぞれが含むＮ個の信号群を平均化するための平均化回路を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の物体検出装置。
5. 当該物体検出装置が検出可能な物体までの最大距離をＬ、前記物体で反射された光による信号のパルス幅をω_ｏｂｊ、前記ショットノイズの標準偏差をσ_ｓｎ、光速をｃ、標準正規累積分布関数をＦ（Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）としたとき、
   Ｍ≧Ｆ（−Ｖ_ｔｈ／Ｎ、０、σ_ｓｎ）×（２Ｌ／ｃ）×（１／ω_ｏｂｊ）＋１
   を満足することを特徴とする請求項４に記載の物体検出装置。
6. Ｍ個の前記ハイレベル信号のパルス幅に基づいて、前記Ｍ個のハイレベル信号から、前記物体で反射された光によるハイレベル信号を抽出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の物体検出装置。
7. 前記物体で反射された光によるハイレベル信号に基づいて前記受光素子での受光タイミングを算出し、
   投光時における前記光源の発光タイミング及び前記受光タイミングに基づいて、前記物体までの距離を算出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の物体検出装置。
8. 前記光源からの光を投光する方向は、複数の方向であり、
   前記複数の方向における前記物体までの距離に基づいて、該物体の形状を推定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の物体検出装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の物体検出装置と、
   前記物体検出装置の出力に基づいて、物体の移動の有無、移動方向及び移動速度の少なくとも１つを含む移動情報を求める監視制御装置と、を備えるセンシング装置。
10. 前記物体の位置情報及び移動情報の少なくとも一方を表示する表示装置を更に備えることを特徴とする請求項９に記載のセンシング装置。
11. 移動体に搭載され、
    前記監視制御装置は、前記物体の位置情報及び移動情報の少なくとも一方に基づいて危険の有無を判断することを特徴とする請求項９又は１０に記載のセンシング装置。
12. 請求項９〜１１のいずれか一項に記載のセンシング装置と、
    前記センシング装置が搭載される移動体と、を備える移動体装置。
13. 少なくとも１つの投光方向へ投光し物体で反射された光を受光素子で受光して、前記物体に関する情報を検出する物体検出方法であって、
    前記投光方向へ投光する工程と、
    前記投光時に前記受光素子からの信号に対して閾値Ｖ_ｔｈで二値化する二値化処理を含む処理を行う工程と、を含み、
    前記二値化処理で二値化された信号のうちハイレベル信号をＭ回出力するまで、同一方向について前記物体に関する情報を検出する動作を行い、
    Ｍの値は、前記受光素子におけるピーク強度が閾値Ｖ_ｔｈを超えるショットノイズの出現確率に基づいて設定されていることを特徴とする物体検出方法。
14. 少なくとも１つの投光方向へ投光し物体で反射された光を受光素子で受光して、前記物体に関する情報を検出する物体検出方法であって、
    前記投光方向へ投光する工程と、
    前記投光時に前記受光素子からの信号に対して、閾値Ｖ_ｔｈで二値化する二値化処理を含む処理を行う工程と、を含み、
    前記二値化処理で二値化された信号のうちハイレベル信号をＭ回出力するまで、同一方向について前記物体に関する情報を検出する動作を行い、
    Ｍの値に基づいて、閾値Ｖ_ｔｈが設定されていることを特徴とする物体検出方法。
15. 当該物体検出方法における検出可能な物体までの最大距離をＬ、前記物体で反射された光による信号のパルス幅をω_ｏｂｊ、前記ショットノイズの標準偏差をσ_ｓｎ、光速をｃ、標準正規累積分布関数をＦ（Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）としたとき、
    Ｍ≧Ｆ（−Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）×（２Ｌ／ｃ）×（１／ω_ｏｂｊ）＋１
    を満足することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の物体検出方法。
16. 前記投光する工程がＮ回行われ、
    各回の投光時に前記受光素子から出力された電流に基づく複数の信号を含む信号群を蓄積する工程と、
    蓄積されたＮ個の信号群を平均化する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の物体検出方法。
17. 当該物体検出方法における検出可能な物体までの最大距離をＬ、前記物体で反射された光による信号のパルス幅をω_ｏｂｊ、前記ショットノイズの標準偏差をσ_ｓｎ、光速をｃ、標準正規累積分布関数をＦ（Ｖ_ｔｈ、０、σ_ｓｎ）としたとき、
    Ｍ≧Ｆ（−Ｖ_ｔｈ／Ｎ、０、σ_ｓｎ）×（２Ｌ／ｃ）×（１／ω_ｏｂｊ）＋１
    を満足することを特徴とする請求項１６に記載の物体検出方法。
18. 前記処理を行う工程で得られたＭ個のハイレベル信号のパルス幅に基づいて、前記Ｍ個のハイレベル信号から、前記物体で反射された光によるハイレベル信号を抽出する工程を更に含むことを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の物体検出方法。