JP7068364B2

JP7068364B2 - 物体検知装置

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Publication number: JP7068364B2
Application number: JP2020034599A
Authority: JP
Inventors: 寛明井上; 正浩河合; 尚平塚本; 勝治今城
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2022-05-16
Anticipated expiration: 2040-03-02
Also published as: US20210270966A1; JP2021139625A; DE102021201773A1

Description

本願は、探索波を用いて被検知物体までの距離及び反射波の波高値の算出を行う物体検知装置に関するものである。

従来から、光波を始めとする音波、電磁波を探索波として、被検知物体に照射し、その反射波から距離を計測する距離測定装置が知られている。また、物体検知装置では、距離計測に加え、被検知物体における他の情報を収集するために、反射波の波高値の計測を行う。これにより、例えば路面の白線を検知することが可能である。

従来、測距対象物までの距離を測定する方法として、光パルスを対象物に対して投光し、その反射散乱光を受光することで、光パルスの投光から反射パルスの受光までに要した時間を計測し、この計測時間を用いて測距対象物までの距離を計測する光測距装置が知られている。ここでは、反射パルスの受光時刻の検出精度が測距精度に大きく影響する。検出精度を向上させるために、反射された反射波の波高値を計測する。波高値検出回路が検出した受光パルスを微分回路にて微分し出力された微分信号をさらに積分してピーク値を検出し、検出されたピーク値を受光パルスの波高値として補正し、この補正計測時間を用いて測距対象物までの距離を算出している(例えば、特許文献１参照。)。

また、検知対象とする物体までの距離以外にも障害物の高さを検出する測定する方法として、例えば車両に物体検知装置を併せて搭載して、測距センサが取り付けられた高さに存在する物体を基準障害物とし、基準障害物により反射された反射波の波高値を基準波高値として、検知対象とする物体の波高値と比較することで、検知対象とする物体の基準障害物に対する相対的な高さを算出している(例えば、特許文献２参照。)。

特開２００７－１４７３３３号公報特開２０１６－８０６５０号公報

しかしながら、特許文献１の従来のパルス信号の波高値検出回路では、本来の距離測定の機能に加え、波高値を検出するために、検出回路が付加されるため、回路規模が増大する。例えば、波高値検出で用いられるピークホールド回路は、コンデンサとダイーオードとスイッチを使って、正方向のみ電流をコンデンサに流す構成で、流れた電流によりコンデンサに電荷がチャージされ、波高値の電圧を保持する。保持された波高値の測定が完了すると、コンデンサの片側の電極をスイッチでグランドと接続し、チャージされた電荷をディスチャージすることで電圧を保持する機能のリセットを行う。このような回路構成となっているため、高速スイッチング動作と外部からのスイッチ切り替え制御が必要となり、回路規模が増大して、装置が大掛かりとなるという課題があった。

また、特許文献２の従来の物体検知装置では、近距離での物体を検知する場合に、受信した反射波の波高値が飽和してしまうため波高値を算出できないので、このように、受信出力が飽和した場合、波高値がある閾値を超えた時刻である第１時刻と下回った時刻である第２時刻と探索波の送信時間とにより、波高値を推定している。このような方法で波高値を推定すると、探索波に拡がりがあるため、例えば、平坦な路面と傾斜がある路面を計測した場合、平坦な路面に対して傾斜がある路面の受信出力の立ち上りの傾きと立ち下りの傾きが小さくなる。そのため、第一時刻と第二時刻ならびに探索波の送信時間が同じ場合であっても推定される波高値が異なり、受信波形の形状により真値に対して誤差が生じるという課題があった。

本願は、上記の課題を解決するためになされたものであり、被検知物体までの距離情報を含む探索情報の計測精度の向上に利用される波高値を算出するために、新たにピークホールド回路あるいはそのための装置を追加することなく、計測精度を向上させることができる物体検知装置を提供することを目的としている。

本願に開示される物体検知装置は、被検知物体に向けてパルス状の探索波を出射する探索波出力部と、前記被検知物体で反射された前記探索波の反射波を受信する反射波受信部と、前記探索波の出射から前記反射波の受信までに要した時間から前記被検知物体までの距離を算出する距離算出部と、設定された２つの閾値における前記反射波の波形の立ち上り及び立ち下りの傾きから近似直線を求め、前記近似直線の交点と前記反射波の波高値の誤差を補正する誤差補正テーブルに基づいて前記交点を補正することで前記波高値を算出する波高値算出部と、を備えたことを特徴とするものである。

本願に開示される物体検知装置によれば、反射波の波形の立ち上り及び立ち下りの傾きから求めた近似直線により波高値を算出することで、実際の反射波の波高値との誤差を少なく抑えることができ、必要とされる被検知物体までの距離及び他の情報取集精度を向上させることができるという効果がある。

実施の形態１に係る物体検知装置の全体の概略構成を示す機能ブロック図である。実施の形態１に係る物体検知装置の光学系の概略構成を示す模式図である。実施の形態１に係る物体検知装置に使用されるＭＥＭＳミラーの構成を示す図である。実施の形態１におけるＭＥＭＳミラーを駆動するために通電される電流波形を示す図である。実施の形態１におけるレーザ光線の照射走査方法を示す図である。実施の形態１における制御装置のハードウェア構成を示す図である。実施の形態１における被検知物体までの距離の検出方法を説明する図である。実施の形態１におけるレーザ光源の駆動信号と反射光のタイムチャートを示す図である。実施の形態１における反射光から閾値電圧における時間を算出する閾値時間算出回路の構成を示す図である。実施の形態１における光検出器出力が非飽和である場合のレーザ光源の駆動信号のパルス幅と受光信号の波形のタイムチャートを示す図である。実施の形態１における光検出器出力が飽和である場合のレーザ光源の駆動信号のパルス幅と受光信号の波形のタイムチャートを示す図である。実施の形態１における光検出器出力が非飽和である場合の反射光の波高値の推定方法を説明するための図である。実施の形態１における近似直線による波高値と反射光の波高値との誤差を説明するための図である。実施の形態１における光検出器出力が飽和である場合の反射光の波高値の推定方法を説明するための図である。実施の形態２における被検知物体に傾斜がある場合の反射光の波高値の推定方法を説明するための図である。実施の形態３における光検出器出力が非飽和である場合のレーザ光源の駆動信号のパルス幅と反射光の波形がガウス分布であるとした場合のタイムチャートを示す図である。実施の形態３における光検出器出力が飽和である場合のレーザ光源の駆動信号のパルス幅と反射波の波形がガウス分布であるとした場合のタイムチャートを示す図である。実施の形態３における反射波の波形の半値半幅と近似直線との相関関係を説明するための図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る物体検知装置の全体の概略構成を示す機能ブロック図である。図２は、実施の形態１に係る物体検知装置の光学系の概略構成を示す模式図である。図３から図１４は、実施の形態１に係る物体検知装置の構成および動作の詳細を説明するための図である。

実施の形態１では、探索波としてレーザ光源を利用した物体検知装置１を例に説明する。物体検知装置１は、自車両に搭載されるとともに、自車両の前方にレーザ光Ｌ１を２次元走査して照射し、自車両の前方に存在する被検知物体４０までの距離情報を含む探索情報を収集する。

次に、図１を用いて、実施の形態１に係る物体検知装置１の全体の構成について説明する。物体検知装置１は、探索波であるレーザ光Ｌ１を発生するレーザ光発生部１１と、レーザ光Ｌ１を走査し被検知物体４０に照射する走査部１２と、走査部１２を制御する走査制御部１４と被検知物体４０からの反射レーザ光Ｌ２を受光し、反射波である受光信号を出力する受光部１３、および各部を制御する制御部２０と、で構成されている。制御部２０は、走査制御部１４と、送受光制御部１５と、距離算出部１６及び波高値算出部１７と、を備えている。送受光制御部１５は、レーザ光源駆動回路１１２と光検出器制御回路１３２に指令を伝達する。距離算出部１６は、出射されたレーザ光Ｌ１及び被検知物体４０から反射した受光信号に基づいて物体までの距離を算出する。波高値算出部１７は、受光信号の波高値を検出する。なお、探索波出力部は探索波であるレーザ光を出射するレーザ光発生部１１、反射波受信部は反射レーザ光を受光する受光部１３にそれぞれ相当する。

また、図２の模式図で示すように、物体検知装置１の光学系は、レーザ光源１１１と、出射されたレーザ光Ｌ１を走査する可動ミラー１２１と、筐体１８に設けられレーザ光Ｌ１を透過させる透過窓１９と、透過窓１９から照射され、被検知物体４０からの反射光を集光する集光ミラー１３３と、集光ミラー１３３により反射された反射光を検出する光検出器１３１と、で構成されている。
以下、物体検知装置１を構成する各部の動作の詳細について説明する。

レーザ光発生部１１は、レーザ光源１１１とレーザ光源駆動回路１１２とにより構成されている。レーザ光源１１１からは、自車両前方に向けてレーザ光Ｌ１が出射される。図８に示すように、レーザ光源駆動回路１１２は、後述する制御部２０の送受光制御部１５からの指令信号に基づいて、パルス周期Ｔｐでオンになるパルス状の出力信号（光源駆動信号）を生成する。レーザ光源駆動回路１１２から伝達された光源駆動信号がオンになった時に、レーザ光源１１１は、近赤外波長のレーザ光Ｌ１を発生し、レーザ光Ｌ１は走査部１２の可動ミラー１２１に向かって出射される。なお、レーザ光源１１１から出射されたレーザ光Ｌ１は、レーザ光源１１１と走査部１２との間に配置された集光ミラー１３３を透過する。

走査部１２は、可動ミラー１２１とミラー駆動回路１２２とにより構成されている。可動ミラー１２１は、制御部２０の走査制御部１４からの指令に基づき、レーザ光Ｌ１の照射角度を走査して変更する。本実施の形態では、走査部１２は、図５に示すように、自車両の前方に照射するレーザ光Ｌ１の照射角度を、自車両の進行方向（照射中心線）に対して左右方向及び上下方向に変化させる。図２の光学系の模式図に示すように、レーザ光源１１１から出射されたレーザ光Ｌ１は、集光ミラー１３３を透過した後、可動ミラー１２１で反射され、筐体１８に設けられた透過窓１９を透過して、可動ミラー１２１の角度に応じた照射角度で自車両の前方の照射範囲１０に照射される。

本実施の形態では、可動ミラー１２１は、ＭＥＭＳミラー１２１（Micro Electro Mechanical Systems）とされている。図３に示すように、ＭＥＭＳミラー１２１は、互いに直交する第１軸Ｃ１と第２軸Ｃ２の回りにミラー１２１ａを回転させる回転機構を備えている。ＭＥＭＳミラー１２１は、ミラー１２１ａが設けられた矩形板状の内側フレーム１２１ｂと、内側フレーム１２１ｂの外側に配置された矩形環板状の中間フレーム１２１ｃと、中間フレーム１２１ｃの外側に配置され矩形板状の外側フレーム１２１ｄと、を備えている。外側フレーム１２１ｄは、ＭＥＭＳミラー１２１の本体に固定されている。

外側フレーム１２１ｄと中間フレーム１２１ｃとは、ねじり弾性を有する左右２つの第１トーションバー１２１ｅにより連結されている。中間フレーム１２１ｃは、外側フレーム１２１ｄに対して、２つの第１トーションバー１２１ｅを結ぶ第１軸Ｃ１を中心に捩られ回転する。第１軸Ｃ１の回りにどちらか片方側に捩れると、レーザ光Ｌ１の照射角度は上側又は下側に変化する。中間フレーム１２１ｃと内側フレーム１２１ｂとは、ねじり弾性を有する上下２つの第２トーションバー１２１ｆにより連結されている。内側フレーム１２１ｂは、中間フレーム１２１ｃに対して、２つの第２トーションバー１２１ｆを結ぶ第２軸Ｃ２を中心に捩られ回転する。第２軸Ｃ２の回りにどちらか片方側に捩れると、レーザ光Ｌ１の照射角度は左側又は右側に変化する。

中間フレーム１２１ｃには、フレームに沿った環状の第１コイル１２１ｇが設けられており、第１コイル１２１ｇに接続された第１電極パット１２１ｈが、外側フレーム１２１ｄに設けられている。また、内側フレーム１２１ｂには、フレームに沿った環状の第２コイル１２１ｉが設けられており、第２コイル１２１ｉに接続された第２電極パット１２１ｊが、外側フレーム１２１ｄに設けられている。ＭＥＭＳミラー１２１には、図示されていないが永久磁石が設けられている。第１コイル１２１ｇに正側又は負側の電流が流れると、この永久磁石との相互作用で、中間フレーム１２１ｃを第１軸Ｃ１の回りにどちらか片方側にねじるローレンツ力が働き、そのローレンツ力による捩れ角度は、通電電流の大きさに比例する。同様に、第２コイル１２１ｉに正側又は負側の電流が流れると、永久磁石との相互作用で、内側フレーム１２１ｂを第２軸Ｃ２の回りにどちらか片方側にねじるローレンツ力が働き、そのローレンツ力による捩れ角度は、通電電流の大きさに比例する。

図４の上段のタイムチャートに示すように、ミラー駆動回路１２２は、走査制御部１４の指令信号に従って、正の第１最大電流値Ｉｍｘ１と負の第１最小電流値Ｉｍｎ１との間を、第１周期Ｔｘで変動する電流を、第１電極パット１２１ｈを介して第１コイル１２１ｇに供給する。第１周期Ｔｘは、２次元走査の１フレーム分の周期となる。電流の変動波形は、例えば、のこぎり波又は三角波とされる。図５に示すように、レーザ光Ｌ１は、正の第１最大電流値Ｉｍｘ１に対応する上下方向の最大照射角度θＵＤｍｘと、負の第１最小電流値Ｉｍｎ１に対応する上下方向の最小照射角度θＵＤｍｎとの間を、第１周期Ｔｘで走査される。第１最大電流値Ｉｍｘ１及び第１最小電流値Ｉｍｎ１は、自車両の走行状態に応じて変化させてもよい。

図４の下段のタイムチャートに示すように、ミラー駆動回路１２２は、走査制御部１４の指令信号に従って、正の第２最大電流値Ｉｍｘ２と負の第２最小電流値Ｉｍｎ２との間を、第２周期Ｔｙで変動する電流を、第２電極パット１２１ｊを介して第２コイル１２１ｉに供給する。第２周期Ｔｙは、第１周期Ｔｘよりも短い値に設定されており、第１周期Ｔｘを１フレームにおける左右方向の往復走査回数で除算した値に設定される。電流の変動波形は、例えば、正弦波又は矩形波とされる。図５に示すように、レーザ光は、正の第２最大電流値Ｉｍｘ２に対応する左右方向の最大照射角度θＬＲｍｘと、負の第２最小電流値Ｉｍｎ２に対応する左右方向の最小照射角度θＬＲｍｎとの間を、第２周期Ｔｙで走査される。第２最大電流値Ｉｍｘ２及び第２最小電流値Ｉｍｎ２は、自車両の走行状態に応じて変化させてもよい。

受光部１３は、自車両の前方の被検知物体４０から反射されたレーザ光Ｌ１の反射レーザ光Ｌ２を受光する部分である。受光部１３は、光検出器１３１と、光検出器制御回路１３２と、及び集光ミラー１３３とにより構成されている。図２に示すように、自車両の前方にある被検知物体４０により反射された反射レーザ光Ｌ２は、透過窓１９を透過し、可動ミラー１２１で反射された後、さらに集光ミラー１３３で反射され、光検出器１３１にて検出される。

光検出器１３１は、例えば、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）を使用した受光素子を備えており、受光された反射レーザ光Ｌ２に応じた受光信号ＰＶを出力する。光検出器制御回路１３２は、送受光制御部１５からの指令信号に基づいて、光検出器１３１の動作を制御する。光検出器１３１から出力された受光信号ＰＶは、制御部２０の送受光制御部１５、距離算出部１６及び波高値算出部１７に入力される。
なお、実施の形態１では光検出器１３１としてＡＰＤを使用しているが、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）、ＳＰＡＤアレイを使用する受光素子であってもよく、これらに限定されるものではない。

制御部２０は、走査制御部１４と、送受光制御部１５と、距離算出部１６及び波高値算出部１７とにより構成されている。制御部２０の各機能は、制御部２０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御部２０は、図６に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）による演算処理装置（コンピュータ）９０、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入出力する入出力装置９２、及び物体検知装置１の外部演算処理装置３０とデータ通信を行う外部通信装置９３を備えている。

演算処理装置９０として、専用のハードウェアであっても、記憶装置９１に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ、中央演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）であってもよい。また、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を始めとする、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路が備えられていてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されるものであってもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からのデータの読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からのデータの読み出しが可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）が備えられている。なお、記憶装置９１としては、例えば、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）を始めとする各種の記憶装置が用いられるものであってもよい。

演算処理装置９０が専用のハードウェアである場合、演算処理装置９０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。走査制御部１４、送受光制御部１５、距離算出部１６及び波高値算出部１７の各部の機能それぞれを演算処理装置９０で実現してもよいし、各部の機能をまとめて演算処理装置９０で実現してもよい。

演算処理装置９０がＣＰＵの場合、走査制御部１４、送受光制御部１５、距離算出部１６及び波高値算出部１７の各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアは処理プログラムとして記述され、記憶装置９１に格納される。演算処理装置９０は、記憶装置９１に記憶された処理プログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、制御部２０は、演算処理装置９０により実行されるときに、受光部１３の受光信号ＰＶを取り込み、取得された受光信号ＰＶを送受光制御部１５、距離算出部１６及び波高値算出部１７に送出するための処理工程、送受光制御部１５における送受光制御信号を生成する処理工程、距離算出部１６における走査制御部１４からの走査制御信号を生成する処理工程、波高値算出部１７における波高値を算出する処理工程、及び外部演算処理装置３０にデータ処理結果を出力する処理工程が結果的に実行されることになる処理プログラムを格納するための記憶装置９１を備える。また、これらの処理プログラムは、走査制御部１４、送受光制御部１５、距離算出部１６及び波高値算出部１７の手順あるいは方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、記憶装置９１は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤが該当する。

入出力装置９２には、レーザ光源駆動回路１１２、ミラー駆動回路１２２、光検出器制御回路１３２、及び光検出器１３１が接続され、これらと演算処理装置９０との間でデータ及び制御指令の送受信を行う通信回路、入出力ポートを備えている。外部通信装置９３は、外部演算処理装置３０の外部装置との通信を行う。

そして、制御部２０が備える各機能部１４から１７の各機能は、演算処理装置９０が、記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、制御部２０の他のハードウェアである記憶装置９１、入出力装置９２及び外部通信装置９３と協働することにより実現される。なお、各機能部１４から１７が用いる距離判定のための設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、記憶装置９１に記憶されている。以下、制御部２０の各機能について詳細に説明する。

送受光制御部１５は、レーザ光源駆動回路１１２に指令信号を伝達し、パルス周期Ｔｐのパルス状のレーザ光Ｌ１を出力させる。また、送受光制御部１５は、光検出器制御回路１３２に指令信号を伝達し、光検出器１３１で検出された受光信号ＰＶを出力させる。さらに、距離算出部１６及び波高値算出部１７にも指令信号を伝達する。

距離算出部１６は、出射されたレーザ光Ｌ１、受光信号ＰＶ、及び照射角度θに基づいて、照射角度θに存在する被検知物体４０までの距離を算出する。図７に示すように、レーザ光源１１１から出射されたレーザ光Ｌ１は、距離Ｌだけ前方にある被検知物体４０で反射され、その反射レーザ光Ｌ２は、距離Ｌだけ後方にある光検出器１３１で検出される。図８は、レーザ光源１１１を駆動する光源駆動信号電圧Ｖと、出射されたレーザ光Ｌ１が被検知物体４０で反射され、光検出器１３１で受光された反射レーザ光Ｌ２の受光信号出力電圧Ｖと、の関係を示す。光源駆動信号電圧Ｖの立ち上り時点から受光信号出力電圧Ｖのピーク値が計測されるまでの時間Ｔｃｎｔは、レーザ光源１１１及び光検出器１３１と被検知物体４０との間の距離Ｌをレーザ光Ｌ１，Ｌ２が往復する時間に相当する。したがって、時間Ｔｃｎｔに光速Ｃを乗算し、２で除算すれば、被検知物体４０までの距離Ｌを算出することができる。

距離算出部１６は、レーザ光源駆動回路１１２の光源駆動信号によりレーザ光源１１１がパルス状のレーザ光Ｌ１の出射を開始する時点から、受光部１３の光検出器１３１が受光信号出力電圧Ｖを出力する時点までの時間を受光時間Ｔとして計測する。そして、距離算出部１６は、受光時間Ｔに光速Ｃを乗算し、２で除算した値を、レーザ光Ｌ１の出射時点における照射角度θに存在する被検知物体４０までの距離Ｌとして算出する。なお、距離算出部１６は、受光部１３から受光信号出力電圧Ｖが出力されていない場合は、その時点における照射角度θに対応する被検知物体４０は検出されなかったものと判定して、距離Ｌの算出を行わない。その後、距離算出部１６は、距離の算出結果を外部演算処理装置３０に伝達する。

波高値算出部１７は、受光部１３の光検出器１３１から出力される受光信号出力電圧Ｖの大きさに基づいて反射レーザ光Ｌ２の強度を計測する。この受光信号出力電圧Ｖに対し２つの閾値電圧Ｖｔｈが設定され、その電圧差と時間差から波高値が推定される。そこで、波高値を推定するための予備段階として、具体的には、図９に示すように波高値算出部１７に設けられた閾値時間算出回路１７１にて、受光信号ＰＶが処理される。まず、光検出器１３１からの受光信号出力電圧Ｖは、２つの比較器１７１ａ，１７１ｂにそれぞれ入力される。第１比較器１７１ａに入力された受光信号出力電圧Ｖは、閾値電圧Ｖｔｈ_１と比較されて、矩形波の第１出力波形が生成される。また、第２比較器１７１ｂに入力された受光信号出力電圧Ｖは、閾値電圧Ｖｔｈ_２と比較されて矩形波の第２出力波形が生成される。次に、時間計測器１７１ｃでは、レーザ光Ｌ１を発光させる光源駆動信号電圧Ｖの立ち上り開始時点を基準として、第１出力波形と第２出力波形のそれぞれの立ち上り時間Ｔ_１，Ｔ_２と立ち下り時間Ｔ_３，Ｔ_４を算出する。

受光信号出力電圧Ｖが飽和しているかどうかの判定は、閾値電圧Ｖｔｈ_２における立ち上りの時間Ｔ２と閾値電圧Ｖｔｈ_２における立ち下りの時間Ｔ３との時間差Ｔ_３－Ｔ_２の値により行う。具体的には、Ｔ_３－Ｔ_２の値が、式（１）あるいは式（２）のいずれの関係を満たすかによる。ここで、ＴＩは光源駆動信号のパルス幅、Ｔｓは光検出器１３１の正常復帰時間、αは補正係数を示す。光源駆動信号のパルス幅ＴＩに対し、受光信号出力電圧Ｖはノイズなどの影響を受けその波形が訛るため、補正係数αを予め実験的に求めておき加算する。

光検出器１３１は、入射光量（反射レーザ光Ｌ２の光強度）が最大電荷量を超えると受光信号出力電圧Ｖが飽和し、正常に復帰するまで時間（正常復帰時間）がかかる。この正常復帰時間Ｔｓは、光検出器１３１に蓄えられた電荷が放電されるまでの時間であり、光検出器１３１に依存する。

Ｔ３－Ｔ２の値が、式（１）の関係を満たしているときは、受光信号ＰＶの波高値Ｖｐは飽和電圧Ｖｓに達しておらず、受光信号出力電圧Ｖは非飽和の状態にある（図１０）と判定され、これに対して、式（２）の関係を満たしているときは、受光信号ＰＶの波形の波高値Ｖｐは飽和電圧Ｖｓを超えており、受光信号出力電圧Ｖは飽和の状態にある（図１１）と判定される。

次に、受光信号出力電圧Ｖが、非飽和の状態にある場合の波高値Ｖｐを推定する方法について説明する。図１２に示すように、受光信号ＰＶの波形と閾値電圧Ｖｔｈ_１、Ｖｔｈ_２を定義すれば、各閾値電圧における時間と電圧の関係は、（Ｔ_１，Ｖ_１），（Ｔ_２，Ｖ_２），（Ｔ_３，Ｖ_３），（Ｔ_４，Ｖ_４）となる。ここで、Ｖ_１，Ｖ_４＝Ｖｔｈ_１、Ｖ_２，Ｖ_３＝Ｖｔｈ_２である。
受光信号ＰＶの立ち上りと立ち下りに対応した傾きを有する近似直線をそれぞれｙ＝ａｘ+ｂ，ｙ＝ｃｘ+ｄと定義すれば、その傾きと切片は式（３）で求めることができる。

この傾きと切片から、２つの近似直線の交点Ｖｃは式（４）のように求めることができる。

求めた近似直線の交点Ｖｃと実際の受光信号ＰＶの波形のピーク値である波高値Ｖｐとの間には誤差が生じるが、この誤差εは近似直線の傾きと相関があるため、予め実験的に求めておくことができる。図１３（ａ）に示すように受光信号ＰＶの波形の幅が小さい場合には、近似直線の傾きは大きくなり、その交点Ｖｃと波高値Ｖｐの誤差εは大きくなるが、図１３（ｂ）に示すように受光信号ＰＶの波形の幅が大きい場合、近似直線の傾きは小さくなり、その交点Ｖｃと波高値Ｖｐの誤差εは小さくなる。この関係から近似直線の傾きと、その交点Ｖｃと波高値Ｖｐの誤差εを補正する誤差補正テーブルを予め理論計算値あるいは実験的に求めて作成しておき、近似直線の交点Ｖｃからこの誤差分を減算した値が波高値であると推定される。

続いて、受光信号出力電圧Ｖが、飽和の状態にある場合の波高値Ｖｐを推定する方法について説明する。非飽和の状態と同様に、受光信号ＰＶの波形と閾値電圧Ｖｔｈ_１、Ｖｔｈ_２を定義すれば、各閾値における時間Ｔと受光信号出力電圧Ｖの関係は、（Ｔ_１，Ｖ_１），（Ｔ_２，Ｖ_２），（Ｔ_３，Ｖ_３），（Ｔ_４，Ｖ_４）となる。
図１４に示すように、受光信号ＰＶの波形の立ち下りの座標は、時間Ｔ_３，Ｔ_４から正常復帰時間Ｔｓ（光検出器で飽和した電荷が放電されるまでの時間）を差し引いた値Ｔ_３－Ｔｓ、Ｔ_４－Ｔｓを用いて２つの近似直線を設定すれば、その交点Ｖｃは以下のように求めることができる。

求めた近似直線の交点Ｖｃと波高値Ｖｐとの間には誤差εが生じるが、この誤差εは近似直線の傾きと相関があるため、受光信号出力電圧Ｖが非飽和時の場合と同じ誤差補正テーブルを用いるか、または、予め実験的に求めた別の誤差補正テーブルを用いることもできる。近似直線の交点Ｖｃからこの誤差分を減算した値が波高値であると推定される。

したがって、波高値算出部１７による上述した手法を用いれば、安価でかつ小規模な回路構成で高精度に、波高値の算出を行うことができ、さらに、近距離の測定において反射光の強度が大きくて光検出器の出力が飽和した場合に、従来の回路構成では波高値の検出が困難な場合においても波高値を精度よく算出することが可能となる。

図１に示すように自車両の前方にレーザ光線を走査して照射を行い、受光信号から波高値を精度よく算出して、走査面内における被検知物体からの反射光量の違いを判別することで、例えば、路面上の白線の有無、また、その位置を正確に識別することが可能になる。

このように、実施の形態１による物体検知装置では、被検知物体までの距離を測定する機能だけでなく、受光信号の波形の立ち上り及び立ち下りの傾きに対応した近似直線を設定し、その交点から波高値を推定し、補正することで、高精度で波高値を算出することが可能となり、この波高値を用いることで被検知物体からの反射光量の違いを判別することができるので、例えば、路面上の白線の識別にも適用することができる。

実施の形態２．
図１５は、実施の形態２に係る物体検知装置における波高値の算出の対象とする受光信号ＰＶの波形を示す図である。実施の形態２に係る物体検知装置１の構成は、図１に示す実施の形態１と同様であるので説明を省略する。実施の形態１との相違点は、波高値の推定方法が異なる点である。

本実施の形態では、図１５に示すように、被検知物体４０が傾斜している場合、受光信号ＰＶの波形形状が非対称となり、受光信号ＰＶの波形の立ち上りの近似直線と立ち下りの近似直線の傾きとが異なる。近似直線の傾きが異なると、波高値Ｖｐの推定値に誤差εが生じるため、被検知物体４０の傾斜の有無を判定し、補正を加える必要が生じる。ここでは、受光信号ＰＶの波形の立ち上りに対応する近似直線の傾きａと立ち下りに対応する近似直線の傾きｃとの差を求め、以下の式（６）の関係が成立しているならば被検知物体４０は傾斜していないものと判定し、式（６）の関係が成立していないならば被検知物体４０は傾斜しているものと判定する。ここで、定数βは、例えば、任意の定数とし、実験的に求められた値とする。被検知物体４０が傾斜していると判定された場合は、２つの近似直線の傾き差に応じた交点Ｖｃと実際の波高値Ｖｐとの誤差εを理論計算値あるいは実験値から求めた補正値を実施の形態１で示した２つの近似直線の交点Ｖｃと波高値Ｖｐの誤差補正テーブルに補正を加える。

したがって、被検知物体の傾斜及びその形状で受光信号の波形形状が変わっても、受光信号の波形の立ち上りの傾きと立ち下りの傾きの差から被検知物体の傾斜の程度を判定し、補正を加えることで、高精度に波高値を推定することができる。

このように、実施の形態２による物体検知装置では、実施の形態１と同様の機能を有するとともに、被検知物体が傾斜していたり、外観形状が異なっていたりする場合であっても、高精度で波高値を算出することができる。

実施の形態３．
図１６、図１７は、実施の形態３に係る物体検知装置における波高値の算出の対象とする受光信号ＰＶの波形を示す図である。実施の形態３に係る物体検知装置１の構成は、図１に示す実施の形態１と同様であるので説明を省略する。実施の形態１との相違点は、波高値の算出方法が異なる点である。

本実施の形態では、受光信号ＰＶの波形がガウス関数（正規分布関数）に従うものであると仮定して、波高値Ｖｐを算出する。ガウス関数を式（７）に示す。ここで、Ａは最大値、ｔはピーク値の中心位置、ｗは半値半幅であるとする。

式（７）を書き直せば、式（８）となり、最大値Ａを求めることができる。ここでは、Ａは受光信号ＰＶの波形の波高値Ｖｐを表している。

具体的には、この式（８）に閾値電圧Ｖｔｈとその時間Ｔを入力し、波高値Ｖｐを求める。図１６に示すように、光源駆動信号電圧Ｖの立ち上り開始から閾値電圧Ｖｔｈまでの時間Ｔ_１，Ｔ_２を受光信号ＰＶの波形の中心位置からの時間Ｔｗに変換する。閾値電圧Ｖｔｈとしては、閾値電圧Ｖｔｈ_１と閾値電圧Ｖｔｈ_２のどちらを用いてもよい。ここでは、閾値電圧Ｖｔｈ_１を用いる場合について説明する。
中心位置からの時間Ｔｗは、時間Ｔ_１，Ｔ_２を用いて式（９）で表すことができる。式（９）は、受光信号出力電圧Ｖが非飽和の場合である。

受光信号出力電圧Ｖが飽和した場合は、図１７に示すように中心位置からの時間Ｔｗは、時間Ｔ_１，Ｔ_２を用いて式（１０）で表すことができる。

ここで、式（８）で、ｘ＝Ｔｗ、ｔ＝０、ｆ（ｘ）＝Ｖｔｈ_１とすると、波高値Ｖｐは、式（１１）で表すことができる。

本実施の形態による波高値算出方法では、受光信号ＰＶの波形の形状により波高値Ｖｐに誤差が生じるため、誤差を補正する必要がある。ここで、誤差の補正に受光信号の波形の立ち上りの傾き、または立ち下りの傾きの少なくとも１つの情報を用いることで、受光信号の波形の形状を推定し、補正を行う。

半値半幅ｗは、図１８に示すように、２つの閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２から求めた近似直線ｙ_１＝ａ_１ｘ+ｂ_１，ｙ_２＝ａ_２ｘ+ｂ_２の傾きａ_１，ａ_２と相関がある。予め実験的に２つの閾値電圧における傾きと半値半幅ｗの関係を示すテーブルを作成しておくことで、半値半幅ｗを求めることができる。

したがって、受光信号の波形がガウス分布であると仮定することで、１つの閾値電圧から導き出された波高値を受光信号の波形の立ち上りの傾き、または立ち下りの傾きの少なくとも１つの情報を用い、傾きに応じて補正することで波高値を算出する。

なお、本実施の形態では、受光信号の波形がガウス関数であると仮定した場合について述べたが、ガウス関数以外の関数として、例えば、ローレンツ関数あるいはフォークト関数を用いてもよい。

このように、実施の形態３による物体検知装置では、受光信号の波形が特定の分布関数に対応していると仮定することで、１つの閾値電圧から導き出された波高値を受光信号の波形の立ち上りの傾き、または立ち下りの傾きの少なくとも１つの情報を用い、補正することで実施の形態１と同様、高精度で波高値を算出することができる。

なお、本実施の形態では、探索波としてレーザ光源を用いる場合について説明したが、他の光源（例えば、ＬＥＤ）、超音波、電磁波を用いる場合であってもよく、反射波から波高値を求める本手法を適用することができる。また、ここで被検知物体としては、先行車両の他、障害物、路面上に記された表示であってもよい。また、探索方向も自車両の前方、後方あるいは側方であってもよい。

また、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施態様例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。

１物体検知装置、１０照射範囲、１１レーザ光発生部、１２走査部、１３受光部、１４走査制御部、１５送受光制御部、１６距離算出部、１７波高値算出部、２０制御部、３０外部演算処理装置、４０被検知物体、９０演算処理装置、９１記憶装置、９２入出力装置、９３外部通信装置、１１１レーザ光源、１１２レーザ光源駆動回路、１２１可動ミラー（ＭＥＭＳミラー）、１２２ミラー駆動回路、１３１光検出器、１３２光検出器制御回路、１３３集光ミラー、１７１閾値時間算出回路、１７１ａ第１比較器、１７１ｂ第２比較器、１７１ｃ時間計測器、Ｌ１レーザ光、Ｌ２反射レーザ光

Claims

被検知物体に向けてパルス状の探索波を出射する探索波出力部と、
前記被検知物体で反射された前記探索波の反射波を受信する反射波受信部と、
前記探索波の出射から前記反射波の受信までに要した時間から前記被検知物体までの距離を算出する距離算出部と、
設定された２つの閾値における前記反射波の波形の立ち上り及び立ち下りの傾きから近似直線を求め、前記近似直線の交点と前記反射波の波高値の誤差を補正する誤差補正テーブルに基づいて前記交点を補正することで前記波高値を算出する波高値算出部と、を備えたことを特徴とする物体検知装置。
前記反射波の受信出力が飽和しているかどうかを、前記閾値における前記反射波の波形の前記立ち上りの時間と前記立ち下りの時間との時間差から判定することを特徴とする請求項１に記載の物体検知装置。
前記反射波の受信出力が飽和していると判定された場合に、前記反射波を受信する受信素子の出力飽和復帰時間を用いて、前記波高値を補正することを特徴とする請求項２に記載の物体検知装置。