JP6292533B2 - 物体検出装置及びセンシング装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体検出装置及びセンシング装置に係り、更に詳しくは、物体を検出対象とする物体検出装置、及び該物体検出装置を備えるセンシング装置に関する。

近年、レーザ光を用いたセンシング装置の開発が盛んに行われている。

例えば、特許文献１には、回転多面鏡と、回転多面鏡に所定方向から入射させるパルス光入射手段と、前記回転多面鏡の反射面から前方の測定エリアに向けて出射され、測定エリア内の物体で反射されて戻って来るパルス光を受光する受光手段とを備える反射測定装置が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、車両に搭載して進行方向の前方の空間に発射したレーザ光の物体反射光から障害物の有無等を判定するレーザレーダ装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている装置では、検出可能な物体までの距離の長距離化と、上下方向に関する検出範囲の拡大と、上下方向に関する検出分解能の向上とを満足させるのが困難であった。

本発明は、複数の発光部からなる発光部群を複数有し、該複数の発光部群が２次元配置されている光源を含む投光部と、前記投光部から射出され、物体で反射された光を受光する受光部と、前記光源を発光部群毎に点灯及び消灯させる光源駆動部と、を備え、前記受光部は、単一の受光素子を含み、その受光領域の大きさは、前記光源における前記複数の発光部群を同時に点灯させたときの射出領域の大きさと同じであることを特徴とする物体検出装置である。

本発明の物体検出装置によれば、検出可能な物体までの距離の長距離化と、上下方向に関する検出範囲の拡大と、上下方向に関する検出分解能の向上とを満足させることができる。

本発明の一実施形態に係るレーザレーダ２０を搭載した車両の外観図である。 本発明の一実施形態に係る監視装置１０の構成を説明するためのブロック図である。 レーザレーダ２０の構成を説明するための図である。 光源２１における複数の発光部群を説明するための図である。 １つの発光部群を説明するための図である。 発光部群Ｇ（ｉ、ｊ）を説明するための図である。 光源駆動部を説明するための図である。 セレクト信号とセレクタで選択される発光部群との関係を説明するための図である。 受光タイミング検出部を説明するための図である。 受光タイミング信号を説明するための図である。 物体情報取得部の動作を説明するためのフローチャートである。 １つの発光部群についての点灯時間を説明するためのタイミングチャートである。 駆動電流と選択された発光部群との関係を説明するためのタイミングチャートである。 図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ発散角を説明するための図である。 カップリングレンズ２３の焦点距離ｆと発散角との関係を説明するための図である。 図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、それぞれ検出範囲を説明するための図である。 図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、それぞれ検出角を説明するための図である。 カップリングレンズ２３の焦点距離ｆと検出角との関係を説明するための図である。 図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は、それぞれ受光器２５の反射光受光領域を説明するための図である。 図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、それぞれ受光器２５に設けられるマスクＭを説明するための図である。 音声・警報発生装置の構成を説明するためのブロック図である。 図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）は、それぞれ受光用レンズ２４のＺ軸方向の焦点距離を長くした場合の、受光器２５の受光領域の大きさを説明するための図である。 図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）は、それぞれ受光用レンズ２４のＹ軸方向の焦点距離を短くした場合の、受光器２５の受光領域の大きさを説明するための図である。 カップリングレンズ２３に代えて、互いに焦点距離が異なる２つのカップリングレンズ（２３＿１、２３＿２）を有し、受光用レンズ２４に代えて、互いに焦点距離が異なる２つの受光用レンズ（２４＿１、２４＿２）を有する場合を説明するための図（その１）である。 カップリングレンズ２３に代えて、互いに焦点距離が異なる２つのカップリングレンズ（２３＿１、２３＿２）を有し、受光用レンズ２４に代えて、互いに焦点距離が異なる２つの受光用レンズ（２４＿１、２４＿２）を有する場合を説明するための図（その２）である。 図２６（Ａ）は、検出範囲の周辺部に向かう光を説明するための図であり、図２６（Ｂ）は、検出範囲の中央部に向かう光を説明するための図である。 図２７（Ａ）は、検出範囲の周辺部からの光を説明するための図であり、図２７（Ｂ）は、検出範囲の中央部からの光を説明するための図である。 物体が検出範囲の中央部にある場合と、物体が検出範囲の周辺部にある場合との違いを説明するための図である。 集合発光部群を説明するための図である。 物体情報取得部の動作の変形例を説明するためのフローチャートである。 図３０におけるステップＳ５０５の詳細を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２１に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る物体検出装置としてのレーザレーダ２０を搭載した車両１の外観が示されている。

レーザレーダ２０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２に示されるように、表示装置３０、主制御装置４０、メモリ５０、及び音声・警報発生装置６０などを備えている。これらは、データの伝送が可能なバス７０を介して電気的に接続されている。

ここでは、レーザレーダ２０、表示装置３０、主制御装置４０、メモリ５０、及び音声・警報発生装置６０によって、センシング装置としての監視装置１０が構成されている。

レーザレーダ２０は、一例として図３に示されるように、光源２１、光源駆動部２２、カップリングレンズ２３、受光用レンズ２４、受光器２５、受光タイミング検出部２６、物体情報取得部２７などを有している。

光源２１は、複数の発光部を有している。各発光部は垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）である。すなわち、光源２１は、いわゆる面発光レーザアレイである。

光源２１の複数の発光部は、一例として図４に示されるように、マトリックス状に複数の発光部群Ｇに分割されている。そして、各発光部群Ｇでは、一例として図５に示されるように、複数の発光部が２次元配列されている。

ここでは、一例として、各発光部群Ｇは、Ｙ軸方向における発光部の数が１５７個、Ｚ軸方向における発光部の数が８０個となるように等間隔で２次元配列された１２５６０（＝１５７×８０）個の発光部を有している。そこで、１個の発光部の光出力が２ｍＷであれば、１２５６０個の発光部を同時に点灯させると、１個の発光部群Ｇの光出力は約２５Ｗとなる。

また、１個の発光部の直径ｄｓを１μｍ、Ｙ軸方向に関して隣接する２つの発光部間の隙間Ｄ１を１μｍ、Ｚ軸方向に関して隣接する２つの発光部間の隙間Ｄ２を１μｍとすれば、１個の発光部群ＧのＹ軸方向に関する長さＬ１は３１３μｍ、Ｚ軸方向に関する長さＬ２は１５９μｍである。

また、ここでは、一例として、光源２１は、Ｙ軸方向における発光部群Ｇの数が１６個、Ｚ軸方向における発光部群Ｇの数が１２個となるように等間隔でマトリックス状に配列された１９２（＝１６×１２）個の発光部群Ｇを有している。なお、１９２個の発光部群Ｇを区別する必要があるときは、図６に示されるように、−Ｚ方向に関する並び順をｉ（１≦ｉ≦１２）、＋Ｙ方向に関する並び順をｊ（１≦ｊ≦１６）として、Ｇ（ｉ、ｊ）と表記する。

そこで、光源２１のＹ軸方向に関する長さＬ３は５．００８ｍｍ（＝３１３μｍ×１６）、Ｚ軸方向に関する長さＬ４は１．９０８ｍｍ（＝１５９μｍ×１２）である。

また、Ｙ軸方向に関して隣接する２つの発光部群について、−Ｙ側の発光部群における最も＋Ｙ側にある発光部と、＋Ｙ側の発光部群における最も−Ｙ側にある発光部との間隙が上記Ｄ１と等しくなるように、Ｙ軸方向に関して隣接する２つの発光部群の隙間Ｄ３が設定されている。

また、Ｚ軸方向に関して隣接する２つの発光部群について、−Ｚ側の発光部群における最も＋Ｚ側にある発光部と、＋Ｚ側の発光部群における最も−Ｚ側にある発光部との間隙が上記Ｄ２と等しくなるように、Ｚ軸方向に関して隣接する２つの発光部群の隙間Ｄ４が設定されている。

すなわち、光源２１に含まれる複数の発光部は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に関して、いずれも等間隔に配置されている。この場合は、一様な分解能を実現することができるとともに、物体情報取得部２７での処理を簡素化することができる。

また、ここでは、ｉ＝１〜８の発光部群を正面用とし、ｉ＝９〜１２の発光部群を路面用としている。

図３に戻り、光源駆動部２２は、物体情報取得部２７の指示に基づいて、光源２１を駆動制御する。

ここでは、光源駆動部２２は、一例として図７に示されるように、光源駆動信号と、８本の信号（Ｉ１〜Ｉ４、Ｊ１〜Ｊ４）からなるセレクト信号とを入力とするセレクタを有している。そして、このセレクタでは、図８に示されるように、例えば、Ｉ１＝Ｌ（ローレベル）、Ｉ２＝Ｌ、Ｉ３＝Ｌ、Ｉ４＝Ｌ、Ｊ１＝Ｌ、Ｊ２＝Ｌ、Ｊ３＝Ｌ、Ｊ４＝Ｌのときは、Ｇ（１、１）が選択され、Ｇ（１、１）に光源駆動信号が出力される。また、例えば、Ｉ１＝Ｈ（ハイレベル）、Ｉ２＝Ｈ、Ｉ３＝Ｌ、Ｉ４＝Ｈ、Ｊ１＝Ｈ、Ｊ２＝Ｈ、Ｊ３＝Ｈ、Ｊ４＝Ｈのときは、Ｇ（１２、１６）が選択され、Ｇ（１２、１６）に光源駆動信号が出力される。

カップリングレンズ２３は、光源２１から射出された光を略平行光とする。このカップリングレンズ２３を介した光が、レーザレーダ２０から射出される光である。

受光用レンズ２４は、レーザレーダ２０から射出され、物体で反射されて戻ってきた光の光路上に配置され、該光を集光する。

受光器２５は、受光用レンズ２４で集光された光を受光し、受光光量に対応した電気信号を出力する。

受光タイミング検出部２６は、受光器２５の出力信号を監視し、物体で反射されて戻ってきた光の受光タイミングを検出する。

ここでは、受光タイミング検出部２６は、一例として図９に示されるように、電流電圧変換器、及び比較器を有している。電流電圧変換器は、受光器２５から出力される電流信号を電圧信号に変換する。比較器は、電流電圧変換器から出力される電圧信号の電圧が予め設定されている電圧Ｖｓ以下であるとローレベルとなり、電圧Ｖｓよりも大きいとハイレベルとなる受光タイミング信号を出力する。そして、一例として図１０に示されるように、受光タイミング信号がローレベルからハイレベルに変化するタイミングが受光タイミングである。受光タイミング信号は、物体情報取得部２７に出力される。

物体情報取得部２７は、点灯させる発光部群及び点灯／消灯タイミングを光源駆動部２２に指示するとともに、点灯タイミングと受光タイミング検出部２６からの受光タイミング信号とに基づいて、物体の有無、物体までの距離、物体の大きさ、物体の形状、物体の位置などの物体情報を取得する。

図１１には、物体情報取得部２７で行われる物体情報取得処理のフローチャートが示されている。なお、物体情報取得部２７は、電源がオフになるまで、この物体情報取得処理を所定のタイミング毎（ここでは、２０ｍ秒毎）に繰り返し実行する。また、物体情報取得部２７は、タイマ機能を有する割り込みコントローラを有し、所定の時間（ここでは、Ｔ１＋Ｔ２、Ｔ０（図１２参照））が経過すると割り込みによって通知されるようになっている。

最初のステップＳ４０１では、発光部群を特定するための変数ｉ及びｊに初期値１をセットする。

次のステップＳ４０３では、発光部群Ｇ（ｉ，ｊ）を選択するためのセレクト信号を光源駆動部２２に出力する。

次のステップＳ４０５では、選択された発光部群Ｇ（ｉ，ｊ）の点灯を光源駆動部２２に指示する。これにより、光源駆動部２２は、発光部群Ｇ（ｉ，ｊ）に含まれる全ての発光部を所定の時間Ｔ１（図１２参照）だけ同時に点灯させる。ここでは、一例として、Ｔ１＝０．０２μ秒としている。

次のステップＳ４０７では、上記割り込みコントローラにおけるタイマカウンタＴＣを０リセットする。なお、タイマカウンタＴＣの値は割り込みコントローラでカウントアップされる。

次のステップＳ４０９では、受光タイミング検出部２６からの受光タイミング信号に基づいて、物体で反射されて戻ってきた光を受光器２５が受光したか否かを判断する。そして、受光器２５が受光していなければ、ここでの判断は否定され、ステップＳ４１１に移行する。

このステップＳ４１１では、タイマカウンタＴＣの値が、Ｔ１＋Ｔ２（図１２参照）に対応する値以上であるか否かを判断する。ここでは、一例として、２００ｍ先にある物体で反射及び散乱された光が戻るのに要する時間である１．３μ秒をＴ２としている。上記割り込みコントローラからのタイマカウンタＴＣの値がＴ１＋Ｔ２に対応する値となったときの割り込みがなければ、ここでの判断は否定され、上記ステップＳ４０９に戻る。

なお、上記ステップＳ４０９において、受光器２５が受光していれば、ステップＳ４０９での判断は肯定され、ステップＳ４１３に移行する。

このステップＳ４１３では、物体有りと判断する。

次のステップＳ４１５では、タイマカウンタＴＣの値と、受光器２５の受光タイミングとから物体までの距離を求める。そして、ここで得られた物体までの距離を、物体有り情報、検出時間、変数ｉ及びｊの値とともに物体情報取得部２７のメモリ（不図示）に保存する。そして、ステップＳ４１９に移行する。

また、上記ステップＳ４１１において、上記割り込みコントローラからのタイマカウンタＴＣの値がＴ１＋Ｔ２に対応する値となったときの割り込みがあれば、ステップＳ４１１での判断は肯定され、ステップＳ４１７に移行する。

このステップＳ４１７では、物体無しと判断する。そして、物体無し情報を、検出時間、変数ｉ及びｊの値とともに物体情報取得部２７のメモリ（不図示）に保存する。

次のステップＳ４１９では、タイマカウンタＴＣの値が、時間Ｔ０（図１２参照）に対応する値以上であるか否かを判断する。ここでは、物体情報取得処理を２０ｍ秒毎に繰り返し実行することから、Ｔ０を１０４μ秒としている。この場合、光源２１は、１０４μ秒毎に０．０２μ秒間だけ点灯されるので、目の安全性は確保される。上記割り込みコントローラからのタイマカウンタＴＣの値がＴ０に対応する値となったときの割り込みがなければ、ここでの判断は否定され、該割り込みがあるまで待機する。そして、該割り込みがあれば、ここでの判断は肯定され、ステップＳ４２１に移行する。

このステップＳ４２１では、変数ｊの値が１６以上であるか否かを判断する。変数ｊの値が１６未満であれば、ここでの判断は否定され、ステップＳ４２３に移行する。

このステップＳ４２３では、変数ｊの値を＋１し、上記ステップＳ４０３に戻る。

以降、ステップＳ４２１での判断が肯定されるまで、ステップＳ４０３〜ステップＳ４２３の処理を繰り返す。

変数ｊの値が１６以上になると、上記ステップＳ４２１での判断が肯定され、ステップＳ４２５に移行する。

このステップＳ４２５では、変数ｉの値が１２以上であるか否かを判断する。変数ｉの値が１２未満であれば、ここでの判断は否定され、ステップＳ４２７に移行する。

このステップＳ４２７では、変数ｉの値を＋１する。

次のステップＳ４２９では、変数ｊの値を初期値１に戻し、上記ステップＳ４０３に戻る。

以降、ステップＳ４２５での判断が肯定されるまで、ステップＳ４０３〜ステップＳ４２９の処理を繰り返す（図１３参照）。

変数ｉの値が１２以上になると、上記ステップＳ４２５での判断が肯定され、ステップＳ４３１に移行する。

このステップＳ４３１では、全ての発光部群について、物体の有無情報、物体までの距離を物体情報取得部２７のメモリ（不図示）から読み出す。そして、物体の３次元位置及び物体の大きさを求める。さらに、ここで得られた物体情報を検出時間とともにメモリ５０に保存する。そして、物体情報取得処理を終了する。

ところで、図１２における時間Ｔ３は、物体までの距離を求めるのに要する演算時間であり、ここでは、約１０μ秒である。また、図１２における時間Ｔ４は、余裕時間であり、ここでは、約９３μ秒である。このように、余裕時間が設けられているため、用途に応じて時間Ｔ２を有る程度自由に設定することができる。

次に、レーザレーダ２０の検出分解能について説明する。ここでは、１つの発光部群からの光が物体に照射されるときに、物体における光が照射される領域の大きさを検出分解能といい、該領域が小さいほど検出分解能が高い。この検出分解能は、１つの発光部群が点灯されたときにカップリングレンズ２３から射出される光の発散角に関係している。この発散角が小さいほど検出分解能が高い。

ここでは、一例として図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示されるように、Ｙ軸方向に関する発散角をＫｙ、Ｚ軸方向に関する発散角をＫｚとする。この場合、発散角Ｋｙは次の（１）式で求めることができ、発散角Ｋｚは次の（２）式で求めることができる。ここで、Ｌ１は発光部群のＹ軸方向に関する長さであり、Ｌ２は発光部群のＺ軸方向に関する長さであり、ｆはカップリングレンズ２３の焦点距離である。

Ｋｙ＝２×ｔａｎ^−１（Ｌ１／２ｆ） ……（１）
Ｋｚ＝２×ｔａｎ^−１（Ｌ２／２ｆ） ……（２）

Ｌ１＝３１３μｍのときの発散角Ｋｙとカップリングレンズ２３の焦点距離ｆとの関係、及びＬ２＝１５９μｍのときの発散角Ｋｚとカップリングレンズ２３の焦点距離ｆとの関係が図１５に示されている。このように、カップリングレンズの焦点距離ｆが大きいほど発散角は小さい。すなわち、カップリングレンズの焦点距離ｆが大きいほど検出分解能が高い。

次に、レーザレーダ２０の検出範囲について説明する。ここでは、全ての発光部群が点灯されたときに、物体位置における光が照射される領域の大きさを検出範囲という（図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）参照）。なお、この検出範囲は、物体位置によって異なるので、この検出範囲に対応するものとして、全ての発光部群が点灯されたときにカップリングレンズ２３から射出される光の発散角を検出角度とする。

そして、一例として図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示されるように、Ｙ軸方向に関する検出角度をθｙ、Ｚ軸方向に関する検出角度をθｚとする。この場合、検出角度θｙは次の（３）式で求めることができ、検出角度θｚは次の（４）式で求めることができる。ここで、Ｌ３は光源２１のＹ軸方向に関する長さであり、Ｌ４は光源２１のＺ軸方向に関する長さであり、ｆはカップリングレンズ２３の焦点距離である。

θｙ＝ｔａｎ^−１（Ｌ３／２ｆ） ……（３）
θｚ＝ｔａｎ^−１（Ｌ４／２ｆ） ……（４）

Ｌ３＝５．００８ｍｍのときの検出角度θｙとカップリングレンズ２３の焦点距離ｆとの関係、及びＬ４＝１．９０８ｍｍのときの検出角度θｚとカップリングレンズ２３の焦点距離ｆとの関係が図１８に示されている。このように、カップリングレンズの焦点距離ｆが小さいほど検出角度は大きい。すなわち、カップリングレンズの焦点距離ｆが小さいほど検出範囲が広い。

そこで、レーザレーダ２０の使用目的に応じて適切な検出範囲及び検出分解能を設定することができる。

ところで、ここでは、受光用レンズ２４の焦点距離は、カップリングレンズ２３の焦点距離ｆと同じである。そして、受光器２５は、単一の受光素子を有し、物体で反射されて戻ってきた光の受光領域（以下では、便宜上、「反射光受光領域」ともいう）は、光源２１の発光領域と同じ大きさ、すなわち、Ｙ軸方向の長さがＬ３（＝５．００８ｍｍ）、Ｚ軸方向の長さがＬ４（＝１．９０８ｍｍ）の長方形である（図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）参照）。

一般的な受光素子における受光可能領域の形状は、円形あるいは正方形である。このような一般的な受光素子を、受光器２５の受光素子として用いる場合には、受光可能領域における反射光受光領域以外の部分に入る光はノイズとなるため遮光するのが好ましい。そこで、この場合には、該受光素子の受光可能領域における反射光受光領域以外を遮光するために開口部を有するマスクを設けるのが好ましい。図２０（Ａ）には、円形の受光素子にマスクＭが設けられた場合が示され、図２０（Ｂ）には、正方形の受光素子にマスクＭが設けられた場合が示されている。どちらの場合もマスクＭの開口部を通過した光が反射光受光領域で受光される。

なお、マスクＭの開口部に、物体で反射されて戻ってきた光のみを通過させるバンドパスフィルタを設けても良い。例えば、光源２１から射出される光の波長が９０５ｎｍであれば、９０５±４０ｎｍの波長の光以外の光を遮光するバンドパスフィルタを設けることにより、さらにノイズを低減させることができる。

また、マスクに代えて、受光器２５と受光用レンズ２４との間に開口部を有する部材を設けても良い。要するに、受光素子の受光可能領域における反射光受光領域以外に向かう光を遮光できれば良い。

図２に戻り、主制御装置４０は、所定のタイミング毎に、メモリ５０に格納されている物体情報に基づいて、車両１の前方に物体があるか否か、物体があるときにその物体の大きさ及び形状を求めるとともに、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などを求める。そして、その情報を表示装置３０に表示する。

また、主制御装置４０は、危険があると判断すると、音声・警報発生装置６０にアラーム情報を出力する。

音声・警報発生装置６０は、一例として図２１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４０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４０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。

ところで、特許文献１に開示されている反射測定装置では、上下方向の計測点数が、ポリゴンミラーの面数で決まってしまうため、上下方向の計測点数が少ないという不都合があった。また、広角に走査する場合、レーザ光が水平方向に走査されず、曲がってしまうという不都合があった。

また、特許文献２に開示されているレーザレーダ装置では、レーザ光が拡散されるためエネルギー密度が小さくなり、物体までの距離が長い場合の検出が困難であるという不都合があった。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る物体情報取得部２７によって、本発明の物体検出装置における処理部が構成されている。また、主制御装置４０とメモリ５０と音声・警報発生装置６０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。

以上説明したように、本実施形態に係るレーザレーダ２０は、光源２１、光源駆動部２２、カップリングレンズ２３、受光用レンズ２４、受光器２５、受光タイミング検出部２６、物体情報取得部２７などを有している。

光源２１は、複数の発光部群を有している。そして、各発光部群は、複数の発光部を有している。この場合、各発光部群は、検出対象の物体位置に応じた光量を確保することができ、その結果、検出可能な物体までの距離の長距離化を図ることができる。

そして、該複数の発光部群は、Ｙ軸方向（第１の方向）とＺ軸方向（第２の方向）とに沿ってマトリックス状に配置されている。この場合、カップリングレンズ２３の焦点距離を調整することにより、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に関して、所望の検出範囲及び検出分解能を得ることができる。

そこで、本実施形態に係るレーザレーダ２０によると、検出可能な物体までの距離の長距離化と、上下方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関する検出範囲の拡大と、上下方向に関する検出分解能の向上とを満足させることができる。

物体情報取得部２７は、光源駆動部２２を介して複数の発光部群を個別に順次点灯及び消灯させ、発光部群毎に、発光部群の点灯タイミングと受光器２５の受光タイミングとに基づいて、物体までの距離情報を求める。更に、物体情報取得部２７は、発光部群毎の物体までの距離情報に基づいて、物体の位置情報を求める。ここでは、物体の位置情報を精度良く求めることができる。

また、本実施形態に係るレーザレーダ２０によると、ポリゴンミラー等の走査機構が不要であるため、故障が少なく、信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る監視装置１０によると、レーザレーダ２０を備えているため、物体の位置情報、物体の大きさ、物体の形状、物体の移動方向、物体の移動速度などを精度良く求めることができる。

なお、上記実施形態では、受光器２５における反射光受光領域の形状が長方形の場合について説明したが、受光用レンズ２４のＺ軸方向の焦点距離及びＹ軸方向の焦点距離の少なくとも一方を調整し、反射光受光領域の形状を正方形としても良い。この場合は、受光可能領域が正方形の一般的な受光素子を、そのまま受光器２５の受光素子として用いることができる。

図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）には、受光用レンズ２４のＺ軸方向の焦点距離を、Ｙ軸方向の焦点距離ｆよりも長いｆ１とし、反射光受光領域のＺ軸方向に関する長さをＬ３とした場合が示されている。

また、図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）には、受光用レンズ２４のＹ軸方向の焦点距離を、Ｚ軸方向の焦点距離ｆよりも短いｆ２とし、反射光受光領域のＹ軸方向に関する長さをＬ４とした場合が示されている。

なお、図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）の場合と、図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）の場合とを比較すると、図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）の場合のほうが、反射光受光領域が小さいため、より小さな受光素子を用いることができる。これにより、低価格化を図ることができる。また、小さい受光素子は応答性やノイズに関して有利なので好ましい。

また、上記実施形態において、一例として図２４及び図２５に示されるように、カップリングレンズ２３に代えて、カップリングレンズ２３＿１とカップリングレンズ２３＿２を用い、受光用レンズ２４に代えて、受光用レンズ２４＿１と受光用レンズ２４＿２とを用いても良い。この場合、各レンズを保持する保持部材２８、及び該保持部材２８をＺ軸方向に沿って移動させるアクチュエータ２９も有している。このアクチュエータ２９は、光源駆動部２２によって制御される。

例えば、カップリングレンズ２３＿１及び受光用レンズ２４＿１は、短焦点（例えば６ｍｍ）のレンズであり、カップリングレンズ２３＿２及び受光用レンズ２４＿２は、長焦点（例えば５０ｍｍ）のレンズである。

そして、カップリングレンズ２３＿１と受光用レンズ２４＿１、及びカップリングレンズ２３＿２と受光用レンズ２４＿２が、それぞれ組として用いられるように、各レンズは保持部材２８に保持されている。

そこで、図２４に示されるように、光源２１の＋Ｘ側にカップリングレンズ２３＿１が位置し、受光器２５の＋Ｘ側に受光用レンズ２４＿１が位置するようにアクチュエータ２９を制御すれば、検出範囲が広い構成を実現できる。一方、図２５に示されるように、光源２１の＋Ｘ側にカップリングレンズ２３＿２が位置し、受光器２５の＋Ｘ側に受光用レンズ２４＿２が位置するようにアクチュエータ２９を制御すれば、検出分解能が高い構成を実現できる。すなわち、検出範囲が広い構成と検出分解能が高い構成とを切り換えることが可能である。

なお、この場合に、同時に用いられるカップリングレンズと受光用レンズの焦点距離が互いに異なっていても良い。

また、受光用レンズの焦点距離を一定とし、カップリングレンズの焦点距離のみを変更しても良い。

また、カップリングレンズ２３に代えて、ズーム機能を備えたカップリングレンズ系を用いても良い。この場合であっても、検出範囲が広い構成と検出分解能が高い構成とを切り換えることが可能である。例えば、市街地では検出範囲が広い構成とし、高速道路では検出分解能が高い構成とすることができる。この場合、外部に設けられたセンサなどで市街地であるか高速道路であるかの判断し、アクチュエータ等の駆動機構によってカップリングレンズ系の焦点距離を変更する。

ところで、カップリングレンズ２３で、いわゆる口径食等があると、レーザレーダ２０から検出範囲の周辺部に向けて射出される光（図２６（Ａ）参照）の光量は、検出範囲の中央部に向けて射出される光（図２６（Ｂ）参照）の光量よりも小さくなることがある。また、受光用レンズ２４で、いわゆる口径食等があると、レーザレーダ２０に入射する光が、検出範囲の周辺部からの光（図２７（Ａ）参照）のときの受光光量は、検出範囲の中央部からの光（図２７（Ｂ）参照）のときの受光光量よりも小さくなることがある。この場合、物体が同じ距離にあっても、一例として図２８に示されるように、物体が検出範囲の中央部にある場合と、物体が検出範囲の周辺部にある場合とで、受光光量が閾値を超えるタイミングが異なることがある。このタイミングの違いは、受光タイミング検出部２６での受光タイミングの検出誤差となり、その結果、物体までの距離の測定誤差や物体形状の測定誤差を招く。

上記受光タイミングの検出誤差が検出結果に悪影響を及ぼす場合は、物体までの距離が同じであれば、検出範囲内での位置に関係なく受光光量がほぼ同じとなるように、複数の発光部群の発光光量を発光部群毎に調整しても良い。

例えば、光が検出範囲の周辺部に向かう際に用いられる発光部群の発光光量と、光が検出範囲の中央部に向かう際に用いられる発光部群の発光光量との比が２：１となるように調整しても良い。

この場合、具体的には、光が検出範囲の周辺部に向かう際に用いられる発光部群では全て（ここでは、１２５６０個）の発光部を点灯させ、光が検出範囲の中央部に向かう際に用いられる発光部群では半分（ここでは、６２８０個）の発光部を点灯させ、その間の発光部群ではそれらの中間の個数の発光部を点灯させても良い。あるいは、光が検出範囲の周辺部に向かう際に用いられる発光部群の駆動電流を、光が検出範囲の中央部に向かう際に用いられる発光部群の駆動電流の２倍とし、その間の発光部群ではそれらの中間の駆動電流としても良い。

また、この場合、物体との距離が短くても、受光光量が大きすぎて受光器２５が飽和するのを抑制でき、次の検出が可能となるまでに要する時間を短くすることができる。

ところで、物体からの反射光の光量は物体までの距離の２乗に反比例する。例えば、物体までの距離が４０ｍのときの反射光の光量は、物体までの距離が８０ｍのときの反射光の光量の４倍である。このような光量差は、上記と同様な受光タイミングの検出誤差となり、その結果、物体までの距離の測定誤差や物体形状の測定誤差を招くおそれがある。

この受光タイミングの検出誤差が検出結果に悪影響を及ぼす場合は、物体までの距離に関係なく受光光量がほぼ同じとなるように、発光部群の発光光量を調整しても良い。

例えば、直前に予備的な検出を行い、その検出結果から物体までの距離を大まかに推定し、該推定結果に基づいて、発光部群の発光光量を調整しても良い。

この場合、具体的には、例えば、物体までの推定距離が約２００ｍのときは、全て（ここでは、１２５６０個）の発光部を点灯させ、物体までの推定距離が約１００ｍのときは、１／４倍（ここでは、３１４０個）の発光部を点灯させても良い。あるいは、物体までの推定距離が約１００ｍのときの駆動電流を、物体までの推定距離が約２００ｍのときの駆動電流の１／４倍としても良い。

また、この場合、物体との距離が短くても、受光光量が大きすぎて受光器２５が飽和するのを抑制でき、次の検出が可能となるまでに要する時間を短くすることができる。

また、上記実施形態において、２個以上の発光部群を含む集合体を新たに「集合発光部群Ｆ（ｋ、ｍ）」としても良い。例えば、１つの集合発光部群が、隣接する１６個の発光部群を含む場合が図２９に示されている。ここでは、Ｆ（１、１）は、Ｇ（１，１）、Ｇ（１，２）、Ｇ（１，３）、Ｇ（１，４）、Ｇ（２，１）、Ｇ（２，２）、Ｇ（２，３）、Ｇ（２，４）、Ｇ（３，１）、Ｇ（３，２）、Ｇ（３，３）、Ｇ（３，４）、Ｇ（４，１）、Ｇ（４，２）、Ｇ（４，３）、Ｇ（４，４）からなっている。また、Ｆ（３、１）は、Ｇ（９，１）、Ｇ（９，２）、Ｇ（９，３）、Ｇ（９，４）、Ｇ（１０，１）、Ｇ（１０，２）、Ｇ（１０，３）、Ｇ（１０，４）、Ｇ（１１，１）、Ｇ（１１，２）、Ｇ（１１，３）、Ｇ（１１，４）、Ｇ（１２，１）、Ｇ（１２，２）、Ｇ（１２，３）、Ｇ（１２，４）からなっている。

この場合、物体情報取得処理において、図３０に示されるように、物体有りと判断されるまでは、集合発光部群毎に点灯させ、物体有りと判断されると、次の検出タイミングで発光部群毎に点灯させても良い。これにより、物体がないときの処理時間を短縮することができる。

電源が投入されると、最初のステップＳ５０１では、物体の有無を示すフラグｆに初期値０をセットする。

次のステップＳ５０３では、フラグｆの値が０であるか否かを判断する。フラグｆの値が０であれば、ここでの判断は肯定されステップＳ５０５に移行する。

このステップＳ５０５では、集合発光部群毎に点灯させ、物体の有無情報を取得する。

次のステップＳ５０７では、物体有りか否かを判断する。物体有りであれば、ここでの判断は肯定されステップＳ５０９に移行する。一方、物体有りでなければ、ここでの判断は否定され上記ステップＳ５０３に戻る。

ステップＳ５０９では、フラグｆに１をセットする。そして、上記ステップＳ５０３に戻る。

上記ステップＳ５０３において、フラグｆの値が０でなければ、ステップＳ５０３での判断は否定されステップＳ５１１に移行する。

このステップＳ５１１では、図１１に示されるように、発光部群毎に点灯させ、物体情報を取得する。

次のステップＳ５１３では、物体有りか否かを判断する。物体有りであれば、ここでの判断は肯定され上記ステップＳ５０３に戻る。一方、物体有りでなければ、ここでの判断は否定されステップＳ５１５に移行する。

ステップＳ５１５では、フラグｆに０をセットする。そして、上記ステップＳ５０３に戻る。

図３１には、ステップＳ５０５での処理の詳細が示されている。

最初のステップＳ６０１では、集合発光部群を特定するための変数ｋ及びｍに初期値１をセットする。

次のステップＳ６０３では、集合発光部群Ｆ（ｋ，ｍ）を選択する。

次のステップＳ６０５では、選択された集合発光部群Ｆ（ｋ，ｍ）の点灯を光源駆動部２２に指示する。これにより、光源駆動部２２は、集合発光部群Ｆ（ｋ，ｍ）に含まれる全ての発光部を所定の時間Ｔ１（図１２参照）だけ同時に点灯させる。

次のステップＳ６０７では、タイマカウンタＴＣを０リセットする。

次のステップＳ６０９では、受光タイミング検出部２６からの受光タイミング信号に基づいて、物体で反射されて戻ってきた光を受光器２５が受光したか否かを判断する。そして、受光器２５が受光していなければ、ここでの判断は否定され、ステップＳ６１１に移行する。

このステップＳ６１１では、タイマカウンタＴＣの値が、Ｔ１＋Ｔ２（図１２参照）に対応する値以上であるか否かを判断する。ここでは、一例として、１．３μ秒をＴ２としている。上記割り込みコントローラからのタイマカウンタＴＣの値がＴ１＋Ｔ２に対応する値となったときの割り込みがなければ、ここでの判断は否定され、上記ステップＳ６０９に戻る。

なお、上記ステップＳ６０９において、受光器２５が受光していれば、ステップＳ６０９での判断は肯定され、ステップＳ６１３に移行する。

このステップＳ６１３では、物体有りと判断する。そして、物体有り情報を物体情報取得部２７のメモリ（不図示）に保存し、ステップＳ６１９に移行する。

また、上記ステップＳ６１１において、上記割り込みコントローラからのタイマカウンタＴＣの値がＴ１＋Ｔ２に対応する値となったときの割り込みがあれば、ステップＳ６１１での判断は肯定され、ステップＳ６１７に移行する。

このステップＳ６１７では、物体無しと判断する。そして、物体無し情報を物体情報取得部２７のメモリ（不図示）に保存する。

次のステップＳ６１９では、タイマカウンタＴＣの値が、時間Ｔ０（図１２参照）に対応する値以上であるか否かを判断する。上記割り込みコントローラからのタイマカウンタＴＣの値がＴ０に対応する値となったときの割り込みがなければ、ここでの判断は否定され、該割り込みがあるまで待機する。そして、該割り込みがあれば、ここでの判断は肯定され、ステップＳ６２１に移行する。

このステップＳ６２１では、変数ｍの値が４以上であるか否かを判断する。変数ｍの値が４未満であれば、ここでの判断は否定され、ステップＳ６２３に移行する。

このステップＳ６２３では、変数ｍの値を＋１し、上記ステップＳ６０３に戻る。

以降、ステップＳ６２１での判断が肯定されるまで、ステップＳ６０３〜ステップＳ６２３の処理を繰り返す。

変数ｍの値が４以上になると、上記ステップＳ６２１での判断が肯定され、ステップＳ６２５に移行する。

このステップＳ６２５では、変数ｋの値が３以上であるか否かを判断する。変数ｋの値が３未満であれば、ここでの判断は否定され、ステップＳ６２７に移行する。

このステップＳ６２７では、変数ｋの値を＋１する。

次のステップＳ６２９では、変数ｍの値を初期値１に戻し、上記ステップＳ６０３に戻る。

以降、ステップＳ６２５での判断が肯定されるまで、ステップＳ６０３〜ステップＳ６２９の処理を繰り返す。

変数ｋの値が３以上になると、ステップＳ５０５での処理を終了する。

ところで、発光部群を点灯させると、該発光部群の周囲の温度が上昇する。そこで、隣接する発光部群を順に点灯させると、駆動電流が同じであっても、発光光量が低下するおそれがある。

上記発光光量の低下が検出結果に悪影響を及ぼす場合は、先に点灯させた発光部群から少なくとも１つ離れた発光部群を点灯させても良い。

この場合、具体的には、Ｇ（１，１）、Ｇ（１，３）Ｇ（１，５）…Ｇ（１，１５）と奇数の発光部群のあとに、偶数の発光部群であるＧ（１，２）、Ｇ（１，４）Ｇ（１，６）…Ｇ（１，１６）を点灯させても良い。なお、この点灯順はその他さまざまな順番が考えられる。

また、上記実施形態において、レーザレーダ２０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、上記実施形態では、各発光部群Ｇにおいて、Ｙ軸方向に沿って１５７個の発光部が配列され、Ｚ軸方向に沿って８０個の発光部が配列されてい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、上記実施形態では、各発光部群Ｇが、１２５６０個の発光部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、上記実施形態では、１個の発光部の光出力が２ｍＷの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、上記実施形態では、１個の発光部群Ｇの光出力が約２５Ｗの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、上記実施形態では、１個の発光部の直径ｄｓが１μｍ、Ｙ軸方向に関して隣接する２つの発光部間の隙間Ｄ１が１μｍ、Ｚ軸方向に関して隣接する２つの発光部間の隙間Ｄ２が１μｍの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、上記実施形態では、１個の発光部群ＧのＹ軸方向に関する長さＬ１が３１３μｍ、Ｚ軸方向に関する長さＬ２が１５９μｍの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、上記実施形態では、光源２１において、Ｙ軸方向に沿って１６個の発光部群Ｇが配列され、Ｚ軸方向に沿って１２個の発光部群Ｇが配列されてい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、上記実施形態では、光源２１が１９２個の発光部群Ｇ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、上記実施形態では、Ｔ１＝０．０２μ秒の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、上記実施形態では、Ｔ０＝１０４μ秒の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、上記実施形態では、物体情報取得処理が２０ｍ秒毎に繰り返し実行さ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、車両の移動速度に応じて物体情報取得処理の実行間隔が異なっていても良い。

また、上記実施形態において、物体情報取得部２７での処理の一部を主制御装置４０が行っても良いし、主制御装置４０での処理の一部を物体情報取得部２７が行っても良い。

また、上記実施形態では、監視装置１０が１つのレーザレーダ２０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、複数のレーザレーダ２０を備えても良い。

また、上記実施形態では、レーザレーダ２０が車両の進行方向（前方）を監視する監視装置１０に用いられた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、レーザレーダ２０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４０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、レーザレーダ２０は、センシング装置以外の用途（例えば、計測装置）にも用いることができる。

１…車両、１０…監視装置（センシング装置）、２０…レーザレーダ（物体検出装置）、２１…光源、２２…光源駆動部、２３…カップリングレンズ（投光光学系）、２４…受光用レンズ（受光光学系）、２５…受光器（受光素子）、２６…受光タイミング検出部、２７…物体情報取得部（処理部）、２８…保持部材、２９…アクチュエータ、４０…主制御装置（監視制御装置の一部）、５０…メモリ（監視制御装置の一部）、６０…音声・警報発生装置（監視制御装置の一部）、Ｍ…マスク。

特許第３４４６４６６号公報 特許第２８９４０５５号公報

Claims (22)

1. 複数の発光部からなる発光部群を複数有し、該複数の発光部群が２次元配置されている光源を含む投光部と、
   前記投光部から射出され、物体で反射された光を受光する受光部と、
   前記光源を発光部群毎に点灯及び消灯させる光源駆動部と、を備え、
   前記受光部は、単一の受光素子を含み、その受光領域の大きさは、前記光源における前記複数の発光部群を同時に点灯させたときの射出領域の大きさと同じであることを特徴とする物体検出装置。
2. 複数の発光部からなる発光部群を複数有し、該複数の発光部群が２次元配置されている光源を含む投光部と、
   前記投光部から射出され、物体で反射された光を受光する受光部と、
   前記光源を発光部群毎に点灯及び消灯させる光源駆動部と、を備え、
   前記複数の発光部群は、互いに直交する第１の方向と第２の方向とに沿って配置され、
   前記受光部は、前記物体で反射された光を集光する受光光学系を有し、該受光光学系は前記第１の方向と前記第２の方向とで焦点距離が異なることを特徴とする物体検出装置。
3. 前記光源駆動部を介して前記複数の発光部群を個別に順次点灯及び消灯させ、発光部群毎に、前記受光部が前記物体で反射された光を受光すると、発光部群の点灯タイミングと前記受光部の受光タイミングとに基づいて、前記物体までの距離情報を求める処理部を備え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. 前記処理部は、前記受光部が前記物体で反射された光を受光するまで、前記複数の発光部群における少なくとも２個の発光部群を同時に点灯及び消灯させることを特徴とする請求項３に記載の物体検出装置。
5. 前記処理部は、前記物体までの距離情報に基づいて、前記発光部群の発光光量を調整することを特徴とする請求項３又は４に記載の物体検出装置。
6. 前記処理部は、前記物体までの距離情報に基づいて、前記発光部群内における点灯させる発光部数を調整することを特徴とする請求項３又は４に記載の物体検出装置。
7. 前記処理部は、前記物体までの距離情報に基づいて、前記発光部群への駆動電流を調整することを特徴とする請求項３又は４に記載の物体検出装置。
8. 前記処理部は、先に点灯させた発光部群から少なくとも１発光部群はなれた発光部群を次に点灯させることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の物体検出装置。
9. 前記投光部は、前記光源から射出された光の光路上に配置された投光光学系を有し、該投光光学系は焦点距離が可変であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の物体検出装置。
10. 前記投光光学系は、互いに焦点距離が異なる複数の光学素子と、該複数の光学素子のうちの一の光学素子を前記光源から射出された光の光路上に位置させる駆動機構とを有することを特徴とする請求項９に記載の物体検出装置。
11. 前記投光光学系は、ズーム機能を備えた光学系を有することを特徴とする請求項９に記載の物体検出装置。
12. 前記受光部は、前記物体で反射された光のみを通過させる部材を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の物体検出装置。
13. 前記部材は、前記物体で反射された光のみを通過させる開口部を有することを特徴とする請求項１２に記載の物体検出装置。
14. 前記受光部は、前記物体で反射された光のみを通過させるバンドパスフィルタを有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の物体検出装置。
15. 前記複数の発光部群を同時に点灯させたとき、前記物体に向かう光の断面形状は、前記第１の方向に関する大きさのほうが前記第２の方向に関する大きさよりも大きく、
    前記受光光学系は、前記第１の方向の焦点距離のほうが、前記第２の方向の焦点距離よりも短いことを特徴とする請求項２に記載の物体検出装置。
16. 前記複数の発光部群における配列の周辺部にある発光部群は、中央部にある発光部群よりも発光光量が大きいことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の物体検出装置。
17. 前記複数の発光部群における配列の周辺部にある発光部群は、中央部にある発光部群よりも駆動電流が大きいことを特徴とする請求項１６に記載の物体検出装置。
18. 前記複数の発光部群における配列の周辺部にある発光部群は、中央部にある発光部群よりも点灯される発光部の個数が多いことを特徴とする請求項１６に記載の物体検出装置。
19. 前記処理部は、前記発光部群毎の前記物体までの距離情報に基づいて、前記物体の形状情報を求めることを特徴とする請求項３に記載の物体検出装置。
20. 請求項１〜１９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、前記物体の移動の有無、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と、を備えるセンシング装置。
21. 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備えることを特徴とする請求項２０に記載のセンシング装置。
22. 車両に搭載され、
    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があると判断すると、アラーム情報を出力することを特徴とする請求項２０又は２１に記載のセンシング装置。