JP2020176983A

JP2020176983A - 検知装置、測距方法、プログラム及び記録媒体

Info

Publication number: JP2020176983A
Application number: JP2019081137A
Authority: JP
Inventors: 梁川　直治; Naoharu Yanagawa; 直治梁川
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2020-10-29

Abstract

【課題】背景光等の影響を抑えて対象物までの距離を正確に測定することが可能な検知装置を提供する。【解決手段】光源から出射するレーザ光を外部に照射し、当該照射されたレーザ光が外部に存在する対象物により反射された反射光を受光することで当該対象物を検知する検知装置であって、反射光が通過する光学素子と、光学素子を通過した光を変更させるために光学素子を制御する制御部と、一の方向に偏向された光を受光する受光部と、外部の対象物までの距離に関する距離情報を取得する取得部と、を備える。制御部は、距離情報に基づく時間範囲において、光学素子を通過する光が一の方向に偏向され、時間範囲以外において、光学素子を通過する光が一の方向とは異なる他の方向に偏向されるように光学素子を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、検知装置、測距方法、プログラム及び記録媒体に関する。

レーザ光を対象物に向けて出射し、当該対象物によって反射されたレーザ光を受光して解析することにより、対象物までの距離を計測する測距装置が知られている。このような測距装置では、出射するレーザ光の強度に比べて、対象物で反射されたパルス光の強度が極めて小さい。このため、測距装置の受光部には、受光感度の高いＡＰＤ（Avalanche Photodiode）等の受光素子や、受光素子を経た受光信号を増幅するアンプが設けられている。

このような測距装置では、対象物で反射したレーザ光と装置内部の光学部品で反射したレーザ光（所謂、回り込み光）とが同一の光軸を通って受光部に入射するため、受光素子の出力が飽和してしまい、測距ができなくなるという問題があった。そこで、回り込み光の受光を防ぐため、反射光を集光するレンズと受光部との間にモータによって駆動される機械的なシャッタを設け、レーザ光の出射タイミングに合わせて所定時間だけシャッタをクローズ状態とする装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平７−３５８６０号公報

対象物の周辺や背景等に強い光を発する物が存在する場合、その強い光が受光部に入射すると、回り込み光の場合と同様に受光素子の出力の飽和が生じる。例えば、測距装置が自動車等の移動体に搭載されている場合、夕日や対向車のヘッドライト等が背景光となり、受光部に入射する。

上記従来技術の測距装置では、機械的なシャッタの開閉により受光部への入射を制御している。しかし、かかる方法ではシャッタの制御に時間がかかるため、強い光を発する物体が対象物の周辺に現れた場合や、測距装置を搭載する移動体の位置が変化することにより背景光が入射する状態になった場合には、シャッタの制御が間に合わず、受光素子等の飽和を防ぐことができないという問題があった。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、背景光等の影響を抑えて対象物までの距離を正確に検知することが可能な検知装置を提供することを目的の一つとしている。

請求項１に記載の発明は、光源から出射するレーザ光を外部に照射し、当該照射されたレーザ光が前記外部に存在する対象物により反射された反射光を受光することで当該対象物を検知する検知装置であって、前記反射光が通過する光学素子と、前記光学素子を通過する光を偏向させるために、前記光学素子を制御する制御部と、一の方向に偏向された光を受光する受光部と、前記外部の対象物までの距離に関する距離情報を取得する取得部と、を備え、前記制御部は、前記距離情報に基づく時間範囲において、前記光学素子を通過する光が前記一の方向に偏向され、前記時間範囲以外において、前記光学素子を通過する光が前記一の方向とは異なる他の方向に偏向されるように前記光学素子を制御する、ことを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、レーザ光を外部に照射する照射部と、入射した光を通過させる光学素子と、前記光学素子を通過した光の偏向方向を制御する制御部と、前記光学素子を通過して１の方向に偏向された光を受光する受光部と、前記外部の対象物までの距離に関する距離情報を取得する取得部と、を有する検知装置が実行する検知方法であって、前記照射部が、光源から出射された前記レーザ光を方向可変に走査するように照射するステップと、前記光学素子が、外部に存在する対象物により反射された前記レーザ光を反射光として通過させるステップと、前記受光部が、前記光学素子を通過して一の方向に偏向された前記反射光を受光するステップと、前記制御部が、前記対象物の位置に関する情報を取得するステップと、前記制御部が、前記情報に基づいて前記反射光の進行方向を変更させるように前記光学素子を制御するステップと、を含むことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、プログラムであって、レーザ光を外部に照射する照射部と、入射した光を通過させる光学素子と、前記光学素子を通過した光の偏向方向を制御する制御部と、前記光学素子を通過して１の方向に偏向された光を受光する受光部と、前記外部の対象物までの距離に関する距離情報を取得する取得部と、を有する検知装置に搭載されたコンピュータに、光源から出射された前記レーザ光を方向可変に走査するように前記照射部を制御するステップと、外部に存在する対象物の位置に関する情報を取得するステップと、前記情報に基づいて前記対象物により反射された前記レーザ光の進行方向を変更させるように前記光学素子を制御するステップと、を実行させることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、記録媒体であって、レーザ光を外部に照射する照射部と、入射した光を通過させる光学素子と、前記光学素子を通過した光の偏向方向を制御する制御部と、前記光学素子を通過して１の方向に偏向された光を受光する受光部と、前記外部の対象物までの距離に関する距離情報を取得する取得部と、を有する検知装置に搭載されたコンピュータに、光源から出射された前記レーザ光を方向可変に走査するように前記照射部を制御するステップと、外部に存在する対象物の位置に関する情報を取得するステップと、前記情報に基づいて前記対象物により反射された前記レーザ光の進行方向を変更させるように前記光学素子を制御するステップと、を実行させるプログラムを記録することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、光源から出射するレーザ光を外部に照射し、当該照射されたレーザ光が前記外部に存在する対象物により反射された反射光を受光することで当該対象物を検知する検知装置であって、前記反射光を受光する受光部と、前記受光部に入射する前記反射光を遮蔽可能な光遮蔽部と、前記光遮蔽部を制御する制御部と、前記外部の対象物までの距離に関する距離情報を取得する取得部と、を備え、前記制御部は、前記距離情報に基づく時間範囲において前記反射光が前記光遮蔽部を通過し、前記時間範囲以外において前記反射光が前記遮蔽部により遮蔽されるように前記光遮蔽部を制御する、ことを特徴とする。

実施例１の測距装置の概略構成を示す図である。実施例１の測距装置の機能ブロックを示すブロック図である。実施例１のゲート信号生成処理の処理ルーチンの例を示すフローチャートである。本実施例の測距装置が生成するゲート信号及びフォトダイオードの受光信号の信号強度を示す図である。実施例２のゲート信号生成処理の処理ルーチンの他の例を示すフローチャートである。本実施例の測距装置が生成するゲート信号及びフォトダイオードの受光信号の信号強度を示す図である。実施例２の測距装置の概略構成を示す図である。光シャッタの構成を模式的に示す図である。実施例２の測距装置の機能ブロックを示すブロック図である。実施例３の測距装置が行うカメラ検出処理、画像解析処理及びゲート信号生成処理の処理タイミングを示すタイムチャートである。

以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の各実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。

図１は、本実施例の測距装置１００の構成を示す概略構成図である。測距装置１００は、光学的に対象物までの距離を測定するＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）等の光測距装置から構成され、当該対象物の位置を検知する検知装置である。測距装置１００は、測距領域ＲＡに向けてレーザ光を照射し、測距領域ＲＡ内の対象物（図示せず）によって反射されたレーザ光（以下、戻り光と称する）を受光することにより、対象物までの距離を測定する。

本実施例の測距装置１００は、同軸光学系方式の測距装置として構成されている。測距装置１００は、レーザ出射部１１、ミラー部１２、望遠レンズ１３、穴あきミラー１４、集光レンズ１５、光偏向器１６、フォトダイオード１７及びレーザビーム吸収体ダンパ１８（以下ダンパ１８）を含む。

レーザ出射部１１は、パルス状のレーザ光（すなわち、パルス光）を出射する光源であり、例えばレーザダイオードから構成されている。以下の説明では、レーザ出射部１１から出射されたパルス状のレーザ光を出射光ＬＡと称する。

ミラー部１２は、レーザ出射部１１からの出射光ＬＡ及び測距領域ＲＡ内の対象物からの戻り光ＬＢを反射する光反射面を有する。ミラー部１２は、例えば２次元的に揺動するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーとして構成されている。ミラー部１２が揺動することにより、出射光ＬＡは出射方向（光軸方向）を変化させつつ測距領域ＲＡに向けて出射される。

望遠レンズ１３は、出射光ＬＡの走査角度を拡大するとともに、戻り光ＬＢを広角で受光するために設けられた拡大レンズである。望遠レンズ１３は、ミラー部１２により反射された出射光ＬＡ及び測距領域ＲＡからの戻り光ＬＢの光路上（例えば、ミラー部１２と測距装置１００の図示せぬ出射口との間）に設けられている。

穴あきミラー１４は、中央部付近に開口部を有し、周縁部に光反射面を有する。穴あきミラー１４は、例えばレーザ出射部１１とミラー部１２との間の出射光ＬＡの光路上に設けられている。レーザ出射部１１から出射された出射光ＬＡは、穴あきミラー１４の開口部を通過してミラー部１２に入射する。また、ミラー部１２によって反射された戻り光ＬＢは、穴あきミラー１４の光反射面で反射される。

集光レンズ１５は、凸レンズとして構成され、入射した光を集光する。集光レンズ１５は、穴あきミラー１４の光反射面で反射された戻り光ＬＢが入射する位置に設けられている。

光偏向器１６は、入射した光の進行方向を第１の方向と第２の方向とに変更可能な装置である。光偏向器１６は、例えば電圧の印加により光を偏向させる光偏向素子から構成されている。

フォトダイオード１７は、入射した光を受光して電流信号に変換する受光素子であり、例えばＡＰＤ（Avalanche Photodiode）から構成されている。フォトダイオード１７は、光偏向器１６を透過して第１の方向に進行する第１の戻り光Ｌ１を受光する位置に設けられている。

ダンパ１８は、入射した光を吸収する光吸収体であり、例えば光を吸収して熱に変換するビームダンパから構成されている。ダンパ１８は、光偏向器１６を透過して第２の方向に進行する第２の戻り光Ｌ２を受光する位置に設けられている。

図２は、図１に示した測距装置１００の機能ブロックを示すブロック図である。測距装置１００は、レーザ出射部１１、光偏向器１６、処理制御部２０、レーザドライバ２１、光偏向ドライバ２２及び閾値比較回路２５からなる制御系のブロック２６と、フォトダイオード１７、電流／電圧変換増幅器２３及び距離算出部２４からなる測距系のブロック２７とを含む。

処理制御部２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）から構成され、測距装置１００の各部の処理の制御を行う。例えば、処理制御部２０は、レーザドライバ２１によるレーザ出射部１１の駆動制御を行う。また、処理制御部２０は、ミラー部２０を制御して２次元方向に揺動させる。

また、処理制御部２０は、光偏向ドライバ２２を制御し、光偏向器１６に入射した光の進行方向を第１の方向又は第２の方向に変更させる。本実施例では、処理制御部２０は、閾値比較回路２５の比較結果に基づいて、論理レベル０（Ｌレベル）及び論理レベル１（Ｈレベル）に信号レベルが変化するゲート信号を生成する。そして、処理制御部２０は、ゲート信号が論理レベル１である期間において、光偏向器１６を通過する光をフォトダイオード１７に入射する方向（すなわち、第１の方向）に進行させるように光偏向ドライバ２２を制御する。また、処理制御部２０は、ゲート信号が論理レベル０である期間において、光偏向器１６を通過する光をダンパ１８に入射する方向（すなわち、第２の方向）に進行させるように光偏向ドライバ２２を制御する。

レーザドライバ２１は、レーザ出射部１１を駆動する駆動装置である。レーザドライバ２１は、例えば駆動信号をレーザ出射部１１に印加することにより、レーザ出射部１１にパルス状のレーザ光を出射させる。

光偏向ドライバ２２は、光偏向器１６を駆動する駆動装置である。光偏向ドライバ２２は、光偏向器１６に電圧を印加することにより、光偏向器１６に入射した光の進行方向を変更させる。

電流／電圧変換増幅器２３は、電流電圧変換回路及びヘッドアンプから構成されている。電流／電圧変換増幅器２３は、フォトダイオード１７の後段に設けられており、フォトダイオード１７から出力された電流信号を電圧信号に変換し、電圧値を増幅して距離算出部２４に供給する。

距離算出部２４は、電流／電圧変換増幅器２３により増幅された電圧信号（以下、受光信号と称する）に基づいて、対象物までの距離を算出する。例えば、距離算出部２４は、ＴＯＦ（Time of Flight）法により対象物までの距離を算出する。

閾値比較回路２５は、戻り光ＬＢの強度が所定のレベルを超えているか否かを判定するため、電流／電圧変換増幅器２３から出力された受光信号の信号強度と所定の閾値Ｔｈ１とを比較する回路である。閾値比較回路２５は、受光信号の信号強度と閾値Ｔｈ１とを比較した比較結果を処理制御部２０に供給する。なお、閾値Ｔｈ１は、目標とする対象物からの戻り光の受光信号の強度として想定される値を基準として予め定められている。

次に、本実施例の測距装置１００が実行するゲート信号の生成処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。

まず、測距装置１００は、距離を算出するための出射光ＬＡの走査に先立って、ゲート信号を生成するための出射光ＬＡの予備的な走査（以下、予備的スキャンと称する）を行う（ＳＴＥＰ１０１）。具体的には、処理制御部２０は、ミラー部１２を揺動させるとともに、レーザドライバ２１を制御してレーザ出射部１１を駆動させる。レーザ出射部１１は、パルス状のレーザ光を出射光ＬＡとして出射する。出射光ＬＡは、ミラー部１２によって反射され、望遠レンズ１３を透過して測距領域ＲＡに向けて出射される。ミラー部１２は、処理制御部２０の制御により２次元方向に揺動するため、出射光ＬＡは測距領域ＲＡ内を走査するように光軸を変化させつつ投光される。なお、予備的スキャンでは、実際に対象物までの距離を算出するための通常の走査よりも出射間隔を長くして粗い密度で出射光ＬＡの照射を行うようにしてもよい。

測距領域ＲＡに向けて出射された出射光ＬＡは、測距領域ＲＡ内の対象物によって反射され、戻り光ＬＢとして測距装置１００に入射する。戻り光ＬＢは、望遠レンズ１３を透過してミラー部１２及び穴あきミラー１４の光反射面で反射され、集光レンズ１５を透過して光偏向器１６に入射する。

予備的スキャンを実行している間、処理制御部２０は、光偏向器１６を透過する光の進行方向が第１の方向となるように光偏向ドライバ２２を制御する。これにより、第１の方向に進行した戻り光ＬＢは、第１の戻り光Ｌ１としてフォトダイオード１７に入射する。

フォトダイオード１７は、第１の戻り光Ｌ１を受光して電流信号に変換する。電流／電圧変換増幅器２３は、フォトダイオード１７から出力された電流信号を電圧信号に変換して増幅し、受光信号として閾値比較回路２５に供給する。

閾値比較回路２５は、電流／電圧変換増幅器２３から供給された受光信号の信号強度と閾値Ｔｈ１とを比較し、比較結果を処理制御部２０に供給する。処理制御部２０は、閾値比較回路２５による比較結果に基づいて、閾値Ｔｈ１以上の受光信号に相当する戻り光ＬＢの光パルスを選択する（ＳＴＥＰ１０２）。

処理制御部２０は、選択した光パルスの立ち上がりから立下りまでの期間を含む期間において論理レベル１となるゲート信号を生成する。すなわち、論理レベル１の期間をゲート信号のゲート幅とすると、処理制御部２０は、光パルスのパルス幅よりも大きいゲート幅を有するゲート信号を生成する（ＳＴＥＰ１０３）。

予備的スキャンの後、測距装置１００は、実際に対象物までの距離を算出するための出射光ＬＡの走査を行う。その際、処理制御部２０は、ゲート信号の論理レベルに応じて光偏向ドライバ２２を制御する。

具体的には、処理制御部２０は、ゲート信号が論理レベル０である期間において、光偏向器１６を透過した光の進行方向が第２の方向となるように光偏向ドライバ２２を制御する。これにより、ゲート信号が論理レベル０の期間において、光偏向器１６を透過した戻り光ＬＢは第２の方向に進行し、第２の戻り光Ｌ２としてダンパ１８に入射する。

一方、処理制御部２０は、ゲート信号が論理レベル１である期間において、光偏向器１６を透過した光の進行方向が第１の方向となるように光偏向ドライバ２２を制御する。これにより、ゲート信号が論理レベル１の期間において、光偏向器１６を透過した戻り光ＬＢは第１の方向に進行し、第１の戻り光Ｌ１としてフォトダイオード１７に入射する。

図４は、出射光ＬＡのレーザパルス、予備的スキャンにおける受光信号、ゲート信号及び実際のスキャンにおける受光信号を示す図である。ここでは、レーザ出射部１１が一定の時間間隔で出射光ＬＡを出射する場合を例として示している。

処理制御部２０は、予備的スキャンにおける受光信号の信号強度と閾値Ｔｈ１とを比較した比較結果に基づいて、信号強度のピークが閾値Ｔｈ１以上となる受光信号を選択する。これにより、図４にＬＰとして示すピーク波形の受光信号が選択される。

処理制御部２０は、選択した受光信号のピーク波形の立ち上がりから立下りまでを含む期間で論理レベル１となるゲート信号を生成する。これにより、図４に示すようにピーク波形の幅よりも大なる幅を有するゲート信号が生成される。

処理制御部２０は、ゲート信号が論理レベル１である期間において、光偏向ドライバ２２を制御し、光偏向器１６を透過する戻り光の進行方向を第１の方向としてフォトダイオード１７に入射させる。これにより、ゲート信号の論理レベル１の期間が、フォトダイオード１７による戻り光の受光期間となる。このような受光期間で戻り光ＬＢを受光することにより、対象物までの距離の算出に必要な受光信号のピークを得ることができる。

以上のように、本実施例の測距装置１００では、予備的スキャンの結果に基づいて、対象物からの戻り光ＬＢを受光するタイミングに合わせて戻り光ＬＢをフォトダイオード１７に入射させ、それ以外の期間では戻り光ＬＢをダンパ１８に入射させる。従って、本実施例の測距装置１００によれば、対象物からの戻り光以外の光（例えば、背景光）をフォトダイオード１７が受光することを抑制し、対象物までの距離を正確に測定することが可能となる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例の測距装置は、実施例１の測距装置１００と同様の構成を有し、ゲート信号の生成処理において実施例１と異なる。

本実施例の閾値比較回路２５は、電流／電圧変換増幅器２３から出力された受光信号の信号強度と閾値Ｔｈ１及び閾値Ｔｈ２とを比較し、比較結果を処理制御部２０に供給する。閾値Ｔｈ１は、実施例１と同様、目標とする対象物について想定される戻り光の強度を基準として予め定められている。これに対し、閾値Ｔｈ２は、フォトダイオード１７の受光感度に応じて、フォトダイオード１７が飽和しないレベル且つ対象物からの戻り光の想定される強度を超えるレベルの強度に予め定められている。

次に、本実施例の測距装置１００が実行するゲート信号の生成処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。

まず、測距装置１００は、距離を算出するための出射光ＬＡの走査に先立って、ゲート信号を生成するための予備的スキャンを実行する（ＳＴＥＰ２０１）。レーザ出射部１１から出射された出射光ＬＡは、ミラー部２２によって反射され、望遠レンズ１３を透過して測距領域ＲＡに向けて出射される。出射光ＬＡは、測距領域ＲＡ内の対象物によって反射され、戻り光ＬＢとして測距装置１００に入射する。戻り光ＬＢは、望遠レンズ１３を透過してミラー部１２及び穴あきミラー１４の光反射面で反射され、集光レンズ１５を透過して光偏向器１６に入射する。

閾値比較回路２５は、電流／電圧変換増幅器２３から供給された受光信号の信号強度と閾値Ｔｈ１及び閾値Ｔｈ２とを比較し、比較結果を処理制御部２０に供給する。処理制御部２０は、閾値比較回路２５による比較結果に基づいて、閾値Ｔｈ１以上且つ閾値Ｔｈ２未満の受光信号に相当する戻り光ＬＢの光パルスを選択する（ＳＴＥＰ２０２）。

処理制御部２０は、選択した光パルスの立ち上がりから立下りまでの期間を含む期間において論理レベル１となるゲート信号を生成する。すなわち、論理レベル１の期間をゲート信号のゲート幅とすると、処理制御部２０は、光パルスのパルス幅よりも大きいゲート幅を有するゲート信号を生成する（ＳＴＥＰ２０３）。

本実施例の測距装置１００では、実施例１の場合とは異なり、閾値Ｔｈ１の他に閾値Ｔｈ２を用いて信号強度の比較を行い、ゲート信号を生成している。かかる構成によれば、強い光が入射することによるフォトダイオード１７の飽和を防ぐことができる。これについて、以下説明する。

レーザ出射部１１が出射光ＬＡを出射した直後には、出射光ＬＡが測距装置１００の内部で反射されることにより生じる回り込み光（すなわち、迷光）が発生する。回り込み光は、近距離で反射される光であるため信号強度が高く、回り込み光の受光はフォトダイオード１７を飽和させる原因となる。

また、測距装置１００に外部から強い光（以下、強い背景光と称する）が入射する場合にも、フォトダイオード１７を飽和させる原因となる。例えば、夕日等の太陽光が強い背景光として測距装置１００に入射する場合がある。また、測距装置１００が車両等の移動体に搭載されている場合には、対向車のヘッドライト等が強い背景光として測距装置１００に入射する場合がある。

図６は、出射光ＬＡのレーザパルス、予備的スキャンにおける受光信号、ゲート信号及び実際のスキャンにおける受光信号を示す図である。ここでは、実施例１と同様、レーザ出射部１１が一定の時間間隔で出射光ＬＡを出射する場合を例として示している。

処理制御部２０は、予備的スキャンにおける受光信号の信号強度と閾値Ｔｈ１及び閾値Ｔｈ２とを比較した比較結果に基づいて、信号強度のピークが閾値Ｔｈ１以上且つ閾値Ｔｈ２未満となる受光信号を選択する。これにより、図６にＬＰとして示すピーク波形の受光信号が選択される。出射光ＬＡの出射直後に発生する回り込み光（図６にＤＬとして示す）や、太陽光等の強い背景光（図６にＢＬとして示す）は、信号強度のピークが閾値Ｔｈ２以上となるため、受光信号として選択されない。

処理制御部２０は、選択した受光信号のピーク波形の立ち上がりから立下りまでを含む期間で論理レベル１となるゲート信号を生成する。これにより、図６に示すようにピーク波形の幅よりも大なる幅を有するゲート信号が生成される。

以上のように、本実施例の測距装置１００では、予備的スキャンの結果に基づいて、対象物からの戻り光ＬＢを受光するタイミングに合わせて戻り光ＬＢをフォトダイオード１７に入射させ、それ以外の期間では戻り光ＬＢをダンパ１８に入射させる。また、本実施例の測距装置１００では、閾値Ｔｈ２以上の光が入射する期間において、ゲート信号の論理レベルを０としている。従って、対象物からの戻り光ＬＢをフォトダイオード１７に入射させるとともに、回り込み光や強い背景光がフォトダイオード１７に入射することを防ぐことができる。

従って、本実施例の測距装置１００によれば、フォトダイオード１７が回り込み光や強い背景光等を受光することを抑制して、フォトダイオード１７の飽和を防ぐことにより、対象物までの距離を正確に測定することが可能となる。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例の測距装置２００は、光偏向器ではなく光シャッタを用いてフォトダイオード１７への戻り光ＬＢの入射を制御する点で、実施例１の測距装置１００と異なる。

図７は、本実施例の測距装置２００の構成を示す概略構成図である。測距装置２００は、レーザ出射部１１、ミラー部１２、望遠レンズ１３、穴あきミラー１４、集光レンズ１５、フォトダイオード１７、光シャッタ３１及び撮像部３２を含む。

光シャッタ３１は、電圧の印加に応じて透過光を制御可能な液晶シャッタや電気光学素子等を用いたシャッタから構成されている。光シャッタ３１は、穴あきミラー１４の光反射面で反射された戻り光ＬＢが集光レンズ１５を透過して入射する位置に設けられている。

図８は、本実施例の光シャッタ３１の構成及び動作原理を模式的に示す図である。光シャッタ３１は、液晶パネル３３、入射側偏光板３４及び出射側偏光板３５から構成されている。

入射側偏光板３４及び出射側偏光板３５は、液晶パネル３３を挟むように設けられている。入射側偏光板３４及び出射側偏光板３５は、互いに９０度異なる透過軸を有する。図８では、Ａ方向が入射側偏光板３４の透過軸であり、Ｂ方向が出射側偏光板３５の透過軸である。

液晶パネル３３は、電圧の印加に応じて液晶分子の配列が９０度切り替わる。これにより、入射側偏光板３４に入射した光の、出射側偏光板３４における透過及び遮断が切り替わる。

再び図７を参照すると、撮像部３２は、測距領域ＲＡを撮影して画像を取得する。本実施例の測距装置２００は、実施例１及び実施例２のような予備的スキャンを行う代わりに、撮像部３２が取得した画像を用いてゲート信号を生成する。

撮像部３２は、単眼カメラやステレオカメラ等によって構成されている。単眼カメラを撮像部３２として用いる場合、例えばレンズ開口部に水色と黄色のカラーフィルタを内挿したカラー開口付きカメラを用いて撮影を行う。そうすると、ピントの位置を境に色のボケ方が反転するため、画像処理でボケの色と大きさから画素毎に距離を検出することが可能となる。

一方、ステレオカメラを撮像部３２として用いた場合、単眼カメラ、ＬｉＤＡＲ、ミリ波レーダー等と比べて物体依存性がほとんどなく、高速で位置や形状、相対速度等を正確に検出することができる。例えば、単眼カメラはモデル単体のみ認識が可能であり、ＬｉＤＡＲやミリ波レーダーは反射率の高い物体のみに認識可能である。これに対し、ステレオカメラは、全ての立体物を認識することができる。また、単眼カメラの検出速度が約３０ｆｐｓ、ＬｉＤＡＲの検出速度が約１０ｆｐｓ、ミリ波レーダーの検出速度が約１５〜２０ｆｐｓであるのに対し、ステレオカメラは約６０ｆｐｓの検出速度を有し、１６０ｆｐｓ程度まで検出速度を上げることが可能である。また、ステレオカメラは、単眼カメラ、ＬｉＤＡＲ、ミリ波レーダー等よりも安価で装置への取り付けも容易である。

また、距離精度については、例えば単眼カメラは１００ｍの距離に対して±１０ｍ、２５ｍの距離に対して±０．５ｍの距離精度を有するが、ステレオカメラは１００ｍの距離に対して±２ｍ、２５ｍの距離に対して０．０８ｍの距離精度を有する。また、ステレオカメラは、ＬｉＤＡＲやミリ波レーダーと比べても近距離での距離精度において優位性を有する。例えば、ＬｉＤＡＲは±０．１ｍ、ミリ波レーダーは±０．２ｍの距離精度を距離範囲全域について有する。これに対し、ステレオカメラは遠距離（例えば、１００ｍ）に対する距離精度は低いが、近距離に対する距離精度が高い。例えば、１０ｍの距離に対しては３０万画素のステレオカメラで約±４ｃｍの距離精度となり、５ｍの距離に対しては約１．５ｃｍという極めて高い距離精度となる。例えば、本実施例の測距装置２００を車両等の移動体に搭載される衝突防止システムとして用いる場合、衝突回避のブレーキのための距離測定は時間的に余裕のある遠方ではそれほど精度が高い必要はなく、物体に近づくほど高い精度が求められる。従って、このような場合には近距離での距離精度が高いステレオカメラがより有用である。

一方、ＬｉＤＡＲやミリ波レーダーは遠距離での距離精度はステレオカメラより優れている。また、ＬｉＤＡＲは夜間も昼間同様に対象物を検出可能であり、この点においてもステレオカメラより有用である。

図９は、本実施例の測距装置２００の機能ブロックを示すブロック図である。測距装置２００は、レーザ出射部１１、処理制御部２０、レーザドライバ２１、光シャッタ３１及び光シャッタドライバ３６からなる制御系のブロック２６と、フォトダイオード１７、電流／電圧変換増幅器２３及び距離算出部２４からなる測距系のブロック２７と、
撮像部３２及び画像処理部３７からなる画像取得ブロック３０と、を含む。

光シャッタドライバ３６は、光シャッタ３１を駆動する駆動装置である。光シャッタドライバ３６は、光シャッタ３１に電圧を印加することにより、光シャッタ３６に入射した光の透過及び遮断を制御する。

画像処理部３７は、撮像部３２が取得した測距領域ＲＡの画像に対して画像認識を行い、目標とする対象物（以下、目標物と称する）が存在するか否かを判定する。目標物が存在すると判定すると、画像処理部３７は、測距装置１００を基準とした目標物の位置、すなわち測距装置１００から見た方向及び概略距離を算出する。画像処理部３７は、例えば２０〜１００ｍｓｅｃの処理速度を有する画像センサから構成されている。画像センサの処理速度が２０ｍｓｅｃであるとすると、一分間に約３０００回（すなわち、６０秒÷０．０２秒＝３０００回／分）の検査が可能である。

本実施例の処理制御部２０は、画像処理部３７が算出した目標物の位置の情報に基づいて、目標物の位置からの戻り光ＬＢを受光する期間において論理レベル１となり、それ以外の期間において論理レベル０となるゲート信号を生成する。

図１０は、本実施例の測距装置２００が行うカメラ検出処理、画像解析処理及びゲート信号生成処理の処理タイミングを示すタイムチャートである。レーザ出射部１１は、レーザパルスを例えば３３ｍｓｅｃ（ミリ秒）の時間間隔で出射する。撮像部３２は、レーザ出射部１１によるレーザパルスの出射に応じて、画像取得によるカメラ検出処理を行う。このカメラ検出処理は、例えば４．１ｍｓｅｃの時間で行われる。

画像処理部３７は、撮像部３２によりカメラ検出処理の後、目標物までの概略距離を算出するための画像解析処理を行う。この画像解析処理は、例えば２０ｍｓｅｃの時間で行われる。

処理制御部２０は、画像処理部３７の画像解析処理により問題となる物体が発見された場合に、ゲート信号生成パルスを生成する。このゲート信号生成パルスは、ゲート信号の生成のためのトリガーパルスとしての役割を有する。そして、処理制御部２０は、画像処理部３７による画像解析処理で得られた目標物までの概略距離に基づいて、その概算距離に相当する位置からの戻り光を受光する時間帯に論理レベル１となるゲート信号を生成する。再び図９を参照すると、本実施例の測距装置２００は、ゲート信号の生成後、対象物までの距離を算出するために出射光ＬＡの走査を行う。その際、処理制御部２０は、ゲート信号の論理レベルに応じて光シャッタドライバ３６を制御する。

具体的には、処理制御部２０は、ゲート信号が論理レベル０である期間において、光シャッタ３１が光を遮断するように光シャッタドライバ３６を制御する。これにより、ゲート信号が論理レベル０である期間にミラー部１２及び穴あきミラー１４の光反射面で反射され、集光レンズ１５で集光された戻り光ＬＢは、光シャッタ３１によって遮断され、フォトダイオード１７には入射しない。

一方、処理制御部２０は、ゲート信号が論理レベル１である期間において、光シャッタ３１が光を透過するように光シャッタドライバ３６を制御する。これにより、ゲート信号が論理レベル１である期間にミラー部１２及び穴あきミラー１４の光反射面で反射され、集光レンズ１５で集光された戻り光ＬＢは、光シャッタ３１を透過して、フォトダイオード１７に入射する。

以上のように、本実施例の測距装置１００では、撮像部３２が取得した画像に基づいて目標物の位置を算出し、目標物の位置からの戻り光ＬＢを受光するタイミングに合わせて戻り光ＬＢをフォトダイオード１７に入射させ、それ以外の期間ではフォトダイオード１７への入射を遮断する。本実施例の測距装置１００によれば、予備的スキャンを行うことなく、対象物からの戻り光以外の光をフォトダイオード１７が受光することを抑制し、対象物までの距離を正確に測定することが可能となる。

なお、本発明の実施形態は、上記実施例で示したものに限られない。例えば、上記実施例１及び実施例２では、光偏向器１６から見て、フォトダイオード１７とは異なる方向（第２の方向）にダンパ１８を設け、ゲート信号が論理レベル０である期間において戻り光をダンパ１８に入射させる例について説明した。しかし、進行方向が変更された戻り光の入射先はダンパに限られず、光を吸収する性質を有する他の物体をダンパの代わりに設けてもよい。少なくとも、フォトダイオード１７に入射する方向とは異なる方向に戻り光を進行させるように構成されていればよい。

また、上記実施例１及び実施例２では、測距装置１００が予備的スキャンを実行する場合を例として説明した。しかし、予備的スキャンと同様の走査を行う他の装置を設け、当該他の装置による走査の結果に基づいてゲート信号を生成する構成であってもよい。

また、上記実施例３では、撮像部３２が例えばステレオカメラから構成されている例について説明した。しかし、これに限られず、撮像部３２は目標物の画像を取得可能な画像取得手段により構成されていればよい。

また、上記実施例１及び実施例２では、光偏向器１６により光の進行方向を変化させることによりフォトダイオード１７への戻り光の入射を制御する例について説明した。また、上記実施例３では、光シャッタ３１により光の透過及び遮断を切り替えることによりフォトダイオード１７への戻り光の入射を制御する例について説明した。しかし、これらとは異なり、ゲート信号が論理レベル０の期間において、レーザ出射部１１が出射光ＬＡを出射しないように、処理制御部２０がレーザドライバ２１を制御する構成としてもよい。

また、上記各実施例では、予備的スキャンや撮像部により目標物を撮影した画像に基づいてゲート信号を生成する例について説明したが、測距装置の工場出荷前に検出ゲート算出のための実験を行い、予めゲート信号を生成するようにしてもよい。かかる実験を行う場合、例えば、想定される数種類の反射率の目標サンプルと想定される対向車のヘッドライトや西日等に相当する強い光を何段階かに分けて照射し、ＬｉＤＡＲの出力検出限界の上限をＢ閾値（すなわち、飽和閾値）、下限をＡ閾値（すなわち、Ｓ／Ｎ限界値）として設定する。そして、設定した閾値（実施例３の場合には、当該閾値に対応するステレオカメラの出力）を記録しておき、実際の測距装置の使用時に利用する。

また、上記の各実施例は適宜組み合わせて用いることが可能である。例えば、上記実施例１及び実施例２では、予備的スキャンを用いてゲート信号の生成を行い、光偏向器１６を用いて戻り光の進行方向を変化させる構成について説明した。また、上記実施例３では、目標物の画像を取得してゲート信号の生成を行い、光シャッタ３１を用いて戻り光の透過及び遮断を切り替える構成について説明した。しかし、目標物の画像を取得してゲート信号の生成を行い、光偏向器１６を用いて光の進行方向を変化させる構成としてもよい。同様に、予備的スキャンを用いてゲート信号の生成を行い、光シャッタ３１を用いて戻り光の透過及び遮断を切り替える構成としてもよい。

また、上記実施例で説明した一連の処理は、例えばＲＯＭなどの記録媒体に格納されたプログラムに従ったコンピュータ処理により行うことができる。

１００測距装置
１１レーザ出射部
１２ミラー部
１３望遠レンズ
１４穴あきミラー
１５集光レンズ
１６光偏向器
１７フォトダイオード
１８ダンパ
２０処理制御部
２１レーザドライバ
２２光偏向ドライバ
２３電流／電圧変換増幅器
２４距離算出部
２５閾値比較回路
３１光シャッタ
３２撮像部
３３液晶パネル
３４入射側偏光板
３５出射側偏光板
３６光シャッタドライバ
３７画像処理部

Claims

光源から出射するレーザ光を外部に照射し、当該照射されたレーザ光が前記外部に存在する対象物により反射された反射光を受光することで当該対象物を検知する検知装置であって、
前記反射光が通過する光学素子と、
前記光学素子を通過する光を偏向させるために、前記光学素子を制御する制御部と、
一の方向に偏向された光を受光する受光部と、
前記外部の対象物までの距離に関する距離情報を取得する取得部と、
を備え、
前記制御部は、前記距離情報に基づく時間範囲において、前記光学素子を通過する光が前記一の方向に偏向され、前記時間範囲以外において、前記光学素子を通過する光が前記一の方向とは異なる他の方向に偏向されるように前記光学素子を制御する、ことを特徴とする検知装置。
前記取得部は、前記外部の対象物が撮影された画像に基づいて、前記距離情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の検知装置。
前記レーザ光を前記外部に照射する照射部をさらに備え、
前記照射部は、前記距離情報を取得するために前記レーザ光を走査する第１の走査、または、前記対象物までの距離を測定するために前記レーザ光を走査する第２の走査を行い、
前記取得部は、前記第１の走査において照射された前記レーザ光が前記外部の対象物によって反射された反射光の情報に基づいて、前記距離情報を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の検知装置。
前記取得部は、前記距離情報を取得するために前記レーザ光を走査する第１の走査を行う測距装置による測距結果に基づき、前記距離情報を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の検知装置。
前記制御部は、前記第１の走査において第１の閾値以上の強度の前記反射光を受光した受光タイミングの情報を取得し、前記第２の走査において前記受光タイミングに対応するタイミングで前記反射光を前記一の方向に偏向させるように前記光学素子を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の検知装置。
前記制御部は、前記第１の走査において第２の閾値以上の強度の前記反射光を受光した受光タイミングの情報を取得し、前記第２の走査において前記受光タイミングに対応するタイミングで前記反射光を前記他の方向に偏向させるように前記光学素子を制御することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１に記載の検知装置。
前記光学素子を経て前記他の方向に偏向する光の光路上に設けられた光吸収部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の検知装置。
前記光学素子は、電圧の印加に応じて前記一の方向又は前記他の方向に光を偏向する光偏向素子であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の測距装置。
レーザ光を外部に照射する照射部と、入射した光を通過させる光学素子と、前記光学素子を通過した光の偏向方向を制御する制御部と、前記光学素子を通過して１の方向に偏向された光を受光する受光部と、前記外部の対象物までの距離に関する距離情報を取得する取得部と、を有する検知装置が実行する検知方法であって、
前記照射部が、光源から出射された前記レーザ光を方向可変に走査するように照射するステップと、
前記光学素子が、外部に存在する対象物により反射された前記レーザ光を反射光として通過させるステップと、
前記受光部が、前記光学素子を通過して一の方向に偏向された前記反射光を受光するステップと、
前記制御部が、前記対象物の位置に関する情報を取得するステップと、
前記制御部が、前記情報に基づいて前記反射光の進行方向を変更させるように前記光学素子を制御するステップと、
を含むことを特徴とする検知方法。
レーザ光を外部に照射する照射部と、入射した光を通過させる光学素子と、前記光学素子を通過した光の偏向方向を制御する制御部と、前記光学素子を通過して１の方向に偏向された光を受光する受光部と、前記外部の対象物までの距離に関する距離情報を取得する取得部と、を有する検知装置に搭載されたコンピュータに、
光源から出射された前記レーザ光を方向可変に走査するように前記照射部を制御するステップと、
外部に存在する対象物の位置に関する情報を取得するステップと、
前記情報に基づいて前記対象物により反射された前記レーザ光の進行方向を変更させるように前記光学素子を制御するステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
レーザ光を外部に照射する照射部と、入射した光を通過させる光学素子と、前記光学素子を通過した光の偏向方向を制御する制御部と、前記光学素子を通過して１の方向に偏向された光を受光する受光部と、前記外部の対象物までの距離に関する距離情報を取得する取得部と、を有する検知装置に搭載されたコンピュータに、
光源から出射された前記レーザ光を方向可変に走査するように前記照射部を制御するステップと、
外部に存在する対象物の位置に関する情報を取得するステップと、
前記情報に基づいて前記対象物により反射された前記レーザ光の進行方向を変更させるように前記光学素子を制御するステップと、
を実行させるプログラムを記録することを特徴とする記録媒体。
光源から出射するレーザ光を外部に照射し、当該照射されたレーザ光が前記外部に存在する対象物により反射された反射光を受光することで当該対象物を検知する検知装置であって、
前記反射光を受光する受光部と、
前記受光部に入射する前記反射光を遮蔽可能な光遮蔽部と、
前記光遮蔽部を制御する制御部と、
前記外部の対象物までの距離に関する距離情報を取得する取得部と、
を備え、
前記制御部は、前記距離情報に基づく時間範囲において前記反射光が前記光遮蔽部を通過し、前記時間範囲以外において前記反射光が前記遮蔽部により遮蔽されるように前記光遮蔽部を制御する、ことを特徴とする検知装置。