JPH04283685A - レーザ測距装置及びそれを利用した車載用衝突警報装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車に搭載され走行
方向に存在する障害物までの距離を計測するためのレー
ザ測距装置、及びこのレーザ測距装置を用い検出した障
害物までの距離から衝突の危険があるかを判定して衝突
の危険がある場合には運転者に警告を与える車載用衝突
警報装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の走行方向にある障害物の存在、
及びその障害物までの距離や自車との相対速度を検出し
て衝突の危険があるかを判定し、衝突の危険がある場合
にはブザー等で運転者に注意を与えることで安全の向上
を図ろうとする衝突危険警報装置がある。このような装
置では前方にある障害物までの距離や自車との相対速度
を検出する必要がある。そのためにラジオ波を用いたレ
ーダ装置等が使用されるが、近年は大出力の半導体レー
ザが普及しつつあるので、これを利用したレーザレーダ
測距装置（以下レーザ測距装置と称する。）が利用され
ようとしている。

【０００３】レーザ測距装置にもレーザドプラ方式のよ
うに相対速度と距離が測定できるものもあるが、一般的
には図１０に示すように、レーザ放射部１ｈより出射さ
れたレーザ光が前方の物体　１００ｈで反射され受光部
２ｈまで戻って来るまでの時間差ｔを時間差検出距離算
出部３ｈで測定する。この時間差ｔはレーザ光が光速ｃ
で物体　１００ｈまでの距離Ｄを行って戻って来た時間
であるから、図中の式により距離Ｄが求められる。

【０００４】レーザ測距装置では、図１１の（ａ）に示
すように角度範囲θ内にある物体　１００ｈの存在が検
出できる。角度範囲θ内に複数の物体がある場合には、
もっとも近い物体　１００ｈが対象となり、その物体ま
での距離が計測される。このような検出範囲θを設定す
るには、図１１の（ｂ）に示すようにレーザビームを角
度θ１　で放射し、図１１の（ｃ）に示すように受光素
子２２ｈの受光角度をθ２　とし、θ１　とθ２　をほ
ぼθに等しくする。実際にはθ１　とθ２　の重さなっ
た範囲が検出範囲となるため、θ１　とθ２　の一方が
小さければ小さい方の角度が検出範囲を定めることにな
る。図１１の（ｂ）において１１ｈは放射用レンズであ
り、半導体レーザ１２ｈより放射されるレーザビームを
角度θ１　の範囲に放射するためのものである。図１１
の（ｃ）における２１ｈは受光用のレンズであり、その
焦点位置に受光素子２２ｈが配置され、受光レンズ２１
ｈの焦点距離と受光素子２２ｈの受光面で角度θ２　が
定まる。

【０００５】レーザ測距装置では、レーザビームの放射
角度及び反射されたレーザビームの受光角度は固定され
ており、検出範囲は一定である。このレーザ測距装置を
利用した車載用衝突警報装置は、図１２に示すような構
成で作られており、レーザ測距装置６ｉで検出した前方
障害物までの距離と自車速検出部７ｉの検出した走行速
度に基づいて、衝突危険判定部８ｉが衝突の危険がある
かを判定し、もし衝突の危険があると判定した場合には
警報部９ｉを介して警報音や警報表示で運転者に注意を
与える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにレーザ測
距装置を用いた車載用衝突警報装置は、検出角度範囲θ
が固定である。そのため図１３の（ａ）に示すように検
出角度範囲θが大きい場合には、前方の走行車等走行の
障害になる物体以外に予想走行経路外にある物体　１０
３ｊを障害と見なしてしまい、不必要な警告を発生させ
てしまい運転者を煩わすという問題がある。

【０００７】また図１３の（ｂ）に示すように検出角度
範囲θが小さい場合には、隣りの車線から移動して来た
自動車等障害物として検出しなければいけない物体　１
０１ｊが検出できず、警報を発生するのが遅れて衝突警
報装置として充分な機能を果せないという問題が生じる
。本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、障
害物として検出すべき物体を確実に検出でき、且つ障害
物でないものは検出から除外できるレーザ測距装置と、
このレーザ測距装置を用いた衝突警報装置の実現を目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ測距装置
は、上記問題点を解決するため、受光範囲を可変とする
ことでレーザビームの放射範囲を複数の範囲に分割して
物体の距離だけでなくレーザビーム内の位置も検出可能
にする。図１は本発明のレーザ測距装置の基本構成を示
す図である。なお図において、図毎に共通する部分には
同一番号を付し、図１以外にはアルファベットの小文字
を付して表わすこととする。

【０００９】すなわち本発明のレーザ測距装置は、所定
の広がり角θ１　でレーザビームを放射するレーザ放射
手段１、レーザビームの放射範囲内にある物体で反射さ
れたレーザビームを受光するように広がり角θ１　と略
等しい受光角度θ２　を有する受光手段２、及びレーザ
ビームの放射時点からもっとも近い物体　１００で反射
されたレーザビームの受光手段２での受光時点までの時
間差を検出して物体　１００までの距離を算出する距離
算出手段３を備えるレーザ測距装置において、受光手段
２内の受光面の直前に設けられ、入射するレーザビーム
の透過範囲を変えられる可変開口手段４を備え、反射さ
れたレーザビームの受光範囲を変えることで物体　１０
０のレーザビームの放射範囲内での角度位置も検出可能
としたことを特徴とするレーザ測距装置である。

【００１０】

【作用】これまではレーザビームの放射角度θ１　と受
光角度θ２が固定であり、その重さなり合う範囲が検出
範囲になっていた。しかし本発明では受光面の直前に可
変開口手段４を設けて、受光面への入射範囲を可変にし
ているため、受光範囲が変えられる。レーザビームの放
射角度θ１　内ならば、受光範囲に応じて検出範囲が定
まるので、可変開口手段４により検出範囲を変化させて
物体の検出を行なえば、レーザビームの放射角度内のよ
り詳しい角度位置まで検出できる。これにより広い検出
角度にして障害物となる物体の検出漏れを防ぐと共に、
検出した物体のより詳細な角度位置が判明するので、障
害物に当らない物体を障害物とみなして不必要な警報を
発生することがない衝突警報装置が実現できる。

【００１１】

【実施例】本発明に基づくレーザ測距装置の実施例の構
成を図２に示す。このレーザ測距装置はパルス式レーザ
測距装置であり、以下の説明ではパルス式レーザ測距装
置を例として説明するが、レーザドプラ式の測距装置で
も本発明が主たる対象とする検出範囲についての効果は
同じである。

【００１２】図２において、１ａはパルス的にレーザビ
ームを放射するレーザビーム放射部であり、投影レンズ
１１ａ、半導体レーザ１２ａ、及びレーザドライバ１３
ａで構成されている。２ａは物体で反射されて戻ってき
たレーザビームを受ける受光部であり、受光レンズ２１
ａ、受光素子２２ａ、アンプ２３ａ、及び比較器２４ａ
から構成されている。そしてここには開口制御信号によ
りレーザビームの透過範囲が変化する液晶シャッタ４ａ
が備わっている。３ａはレーザビーム放射部１ａよりの
レーザパルス発射信号と物体で反射されて戻って来たレ
ーザビームの受光信号とを受けて、その時間差より物体
までの距離を算出する距離算出部であり、ＲＳフリップ
フロップ３１ａ、カウンタ３２ａ、及びマイクロコンピ
ュータで作られた距離算出部３３ａで構成されている。

【００１３】図２の液晶シャッタ４ａの構造例を図３に
示す。図において４１ｂと４５ｂは偏光子であり、偏光
方向が９０°変えられている。４２ｂと４４ｂは透明電
極であり、４２ｂは複数の部分に分割されており、分割
されたそれぞれの部分に電圧を印加することで液晶材料
４３ｂの配列が変化してレーザビームを透過するかどう
かの制御が行なえるようになっている。２２ｂは受光素
子で、ここでは　Ｐｉｎフォトダイオードである。

【００１４】液晶シャッタの個々の部分の形状はいろい
ろ可能であり、それぞれの部分を独立に制御することで
より多くの情報が得られ、障害物に対するより詳細な判
定が可能であるが、それだけ多くの処理が必要になる。 ここでは車載用のレーザ測距装置を主たる対象としてお
り、前方の走行経路内での障害物を判定できれば充分で
あるため、図４に示すような受光中心から周辺に順に透
過範囲が広がる形状が、処理量の大幅な増加を必要とし
ないので適当である。図４の（ａ）は同心円状に透過範
囲が広がる形状である。図４の（ｂ）は同心の楕円状に
透過範囲が広がる形状である。図４の（ｃ）は長方形の
透過範囲が順に広がる形状であり、受光範囲は一方向で
しか変化しないが、車載用レーザ測距装置では障害物は
水平方向だけに存在するためこの形状で充分であり、製
作が容易になるという利点がある。

【００１５】以上受光素子への入射範囲を制限する可変
開口手段として、液晶シャッタを利用した例について説
明したが、液晶シャッタの替りにＰＬＺＴ等の電磁光学
効果を有する材料を用いたシャッタを用いてもかまわな
い。 また図４の（ａ）に示すような透過範囲を同心円状に広
げる場合にはカメラ等に使用される機械的絞りも使用で
きる。

【００１６】更に受光素子の前に入射したレーザビーム
の透過範囲を変化させる可変開口を設ける替りに、受光
素子自体を複数の部分に分割しておき、それぞれの部分
からの出力を処理することもできる。図４の（ａ）に示
した液晶シャッタと同様に受光範囲を順に広げる場合の
受光素子の形状とそれぞれの出力を切り換えるスイッチ
５ｄの例を図５に示す。スイッチ５ｄを下から順に閉じ
ることにより信号が処理回路に送られる受光素子の範囲
が順に拡大してゆく。

【００１７】次にこれまで説明したレーザ測距装置を用
いた車載用衝突警報について説明するが、まず従来の衝
突警報装置で広い検出範囲を有すると共にその検出範囲
内でより詳細に位置を検出できるようにした従来例につ
いて説明しておく。これは検出範囲の狭いレーダ装置や
レーザ測距装置を回転させて検出範囲を変化させ、全体
として広い検出範囲を得るものである。この装置ならば
障害物の見落しがなく、回転位置と対応付けることで正
確な方向も検出できるが、走査機構を有するためコスト
が高くなる、走査に応じてデータを記憶しておく必要が
あり多量のメモリが必要である、及び得られるデータが
多いため障害物の識別に要する信号処理時間が長くなる
といった問題がある。ところが本発明のレーザ測距装置
を用いれば、上記のような走査型の衝突防止装置に近い
性能で且つ上記のような走査型での問題が生じない衝突
警報装置が実現できる。

【００１８】図６は、本発明に基づくレーザ測距装置を
備える車載用衝突警報装置の構成を示す図である。図に
おいて６ｅはこれまで説明したレーザ測距装置であり、
衝突危険判定部８ｅからの信号に応じて動作し、その時
点での検出範囲内にあるもっとも近い物体までの距離を
測定して衝突危険判定部８ｅに検出した距離を出力する
。７ｅは自車速検出部であり、車輪の回転速度より走行
速度を検出する車輪速センサ等に相当し、走行速度を衝
突危険判定部８ｅに出力する。衝突危険判定部８ｅでは
自車の走行速度、及び前方障害物までの距離から衝突の
危険があるかを判定し、衝突の危険があればブザー９ｅ
より警報を発生する。更に衝突危険判定部８ｅはレーザ
測距装置６ｅが検出した物体までの距離に応じて可変開
口４ｅの透過範囲を制御する。もし可変開口を用いずに
図５に示すような複数部分に分割されている受光素子を
用いた場合には出力される信号を切換えるスイッチ５ｄ
を制御する。

【００１９】前述の通り受光範囲を分割する形状にはい
ろいろなものが可能であり、それぞれを独立に制御する
ことで前述の狭い検出範囲のレーザ測距装置を走査する
形式と同じ情報が走査機構を必要とせずに可能になる。 しかしここでは処理量及びメモリ量を小さくすることの
できる装置について説明するものとし、図４又は図５に
示したような受光範囲が中心から順に広がっていくもの
を用いる。

【００２０】レーザ測距装置の検出範囲は、自動車の予
想走行経路にある物体を正確に認識できるものであるこ
とが必要であり、どのようにすれば走行経路上の物体で
あるかが認識できるかについて図７を参照して説明する
。図７において、１０ｆは衝突警報装置を搭載した自動
車であり、車線幅Ｗが予想走行経路の範囲であるとする
。いま同一車線の距離Ｄの前方にＡ先行車　１０１ｆが
走行しているとすると、距離Ｄと車線幅Ｗより図中の式
で求まるθにレーザ測距装置の検出範囲を設定して、Ａ
先行車までの検出距離がＤであれば、Ａ先行車は走行経
路上にある障害物であることがわかる。そこで走行経路
上の障害物と思われる物体が検出され、その物体までの
距離がＤである場合には、検出範囲を図７に示す式に従
って変化させた後に再び検出を行ない、同一の距離Ｄ又
はその間の変化も考慮した値が距離として検出できれば
、その物体は走行経路上の物体であるといえる。

【００２１】上記の制御は、衝突危険判定部８ｅを構成
するマイクロコンピュータシステムで行なわれており、
その動作を図９のような走行状況にあるものとして図８
に示すフローチャートで説明する。まずステップ５１で
初期化を行ない、受光範囲が最大になるように設定する
と共にθには最大検出角度θｍａｘを設定し、ＤＭには
検出可能な最大距離又は安全上まったく問題のない距離
Ｄｍａｘ　を設定する。次にステップ５２で自車速を読
み取る。そしてステップ５３でレーザパルスを発射して
検出角度θｍａｘ　での検出を行なう。この時図９に示
すような状態にあるとすると、隣りのレーンを走行する
Ｃ車　１０２ｇが検出される。ステップ５４では障害物
があるか判定される。障害物がなければステップ５１に
戻るが、図９の状態ではＣ車　１０２ｇが検出されるの
で、ステップ５５で時間差より距離Ｄを算出する。この
時はＤ（Ｃ）である。ステップ５６では図７に示す式に
従ってＤ（Ｃ）に対応する最適角θｘを演算する。ステ
ップ５７では最適角θｘ　と現在の設定角度θが等しい
かを判定する。ここである幅をもたせているのは実際に
設定できる検出角度が段階的であるためである。

【００２２】ここではθはθｍａｘ　に設定されており
、最適角θｘ　はθａ　であるから一致せず、ステップ
６２で検出した距離Ｄ（Ｃ）が設定してある距離Ｄｍａ
ｘ　に等しいかを判定するが、一致しないのでステップ
６４に進む。そしてＤＭにＤ（Ｃ）を記憶し、ステップ
６５でフラグをゼロに設定し、ステップ６６でθにθａ
　を記憶し、ステップ６７でこの検出角度になるように
受光範囲を制御し、再びステップ５２に戻る。

【００２３】続いて同様の過程を繰り返すが、ｃ車は隣
りのレーンを走行する車であり走行経路上にはないため
、次にはＢ道路標識　１０３ｇが検出され、最適角θｂ
　となる。次に同様にＡ先行車　１０１ｇが検出され、
最適角θｃ　が得られる。ステップ５７ではθに設定さ
れているθｂ　とθｃ　が異なるため、ステップ６２で
Ｄ（Ａ）とＤＭが等しいかを判定される。この場合は、
検出角θｂ　でもＡ先行車　１０１ｇが検出されＤＭに
はＤ（Ａ）が設定されているので、Ｄ（Ａ）＝ＤＭとな
りステップ６３でフラグを１に設定する。そしてθをθ
ｃ　に設定して再び障害物の検出を行なう。

【００２４】今度は最適角θｃ　でＡ先行車が検出され
るのでステップ５８に進み、フラグも１に設定されてい
るのでＡ先行車が先行経路上の障害物と認識される。ス
テップ５９ではそれまでに得られた距離Ｄ（Ａ）と自車
速より衝突の危険があるかが判定される。上記のように
Ａ先行車については検出角度θｂ　とθｃ　の二回距離
の測定が行なわれており、この二回の測定の間の時間と
自車速及びそれぞれの測定での検出距離の差からＡ先行
車との相対速度が求まる。そして衝突の危険があるかの
判定に基づいて警報を発生するかどうかの判定をステッ
プ６０で行ない、必要があればステップ６１で警報を発
生して再びステップ５２に戻る。

【００２５】図８のフローチャートにおいて、フラグは
先行経路上にある衝突危険判定の対象物体には、二回以
上の測定を行なうためのものであり、たまたま最初のθ
ｍａｘで最適角になった場合や途中で検出角度が段階的
に変化されるため最適角になった場合も、もう一度測定
して確認すると共に、相対速度が検出できるようにする
ためである。このためステップ６８と６９が設けられて
いる。

【００２６】図８のフローチャートでは警告処理を行っ
た後は再びステップ５２に戻るため、一度検出された走
行経路上の障害物に対して最適角で検出を行なうことに
なる。このような制御方法は、常に先行車等の走行経路
上にある障害物を監視することになるため、先行車がブ
レーキを踏んだ時の変化等にすばやく対応できるという
利点がある。しかし隣りのレーンから車が車線変更した
時等の場合には、より前方の先行車に合せた検出範囲内
に入ってくるまでは検出できないという問題もある。こ
のような問題を解決するには、図８に示すフローチャー
トで警告処理のステップ６０と６１からは、ステップ５
１に戻り、走行経路上の障害物の認識を行ない、衝突の
危険があるかを判定した後には、再びθｍａｘ　から検
出範囲を狭めるように走査を行ない、検出漏れが生じな
いようにすることが望ましい。

【００２７】

【発明の効果】本発明により放射されるレーザビームの
角度範囲内での角度位置も検出できるレーザ測距装置が
実現でき、更にこのレーザ測距装置を利用した検出漏れ
が生じず、不用な警報も発生しない車載用測距装置が簡
単な構成で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ測距装置の基本構成を示す図で
ある。

【図２】本発明のレーザ測距装置の実施例の構成を示す
図である。

【図３】可変開口として使用される液晶シャッタの構造
を示す図である。

【図４】受光中心から順に受光範囲を広げる場合の液晶
シャッタの形状例である。

【図５】可変開口手段の替りに、受光素子の受光面を分
割し、出力の接続を切換えるスイッチを設けた場合の受
光素子を示す図である。

【図６】本発明のレーザ測距装置を用いて障害物をより
詳細に判定できるようにした衝突警報装置の構成を示す
図である。

【図７】車載用衝突警報装置において、走行経路上にあ
る障害物を正確に認識するための検出範囲の最適角の説
明図である。

【図８】車載用衝突警報装置における処理動作の例を示
すフローチャートである。

【図９】走行経路上にある先行車を認識する動作を説明
するための図である。

【図１０】レーザ測距装置の原理図と構成図である。

【図１１】レーザ測距装置における検出範囲、レーザビ
ーム放射範囲、及び受光範囲の説明図である。

【図１２】レーザ測距装置を用いた車載用衝突警報装置
の構成を示す図である。

【図１３】レーザ測距装置の検出角度が大きい時と小さ
い時の問題点を示す図である。

【符号の説明】

１…レーザ放射手段 ２…受光手段 ３…距離算出手段 ４…可変開口手段 １００　…物体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　所定の広がり角（θ１）でレーザビー
   ムを放射するレーザ放射手段（１）、該レーザビームの
   放射範囲内にある物体で反射されたレーザビームを受光
   するように該広がり角（θ１）と略等しい受光角度（θ
   ２）を有する受光手段（２）、及び該レーザビームの放
   射時点から、もっとも近い物体（１００）で反射された
   レーザビームの該受光手段（２）での受光時点までの時
   間差を検出して該物体（１００）までの距離を算出する
   距離算出手段（３）を備えるレーザ測距装置において、
   該受光手段（２）内の受光面の直前に設けられ、入射す
   るレーザビームの透過範囲を変えられる可変開口手段（
   ４）を備え、反射されたレーザビームの受光範囲を変え
   ることで該物体（１００）の該レーザビームの放射範囲
   内での角度位置も検出可能としたことを特徴とするレー
   ザ測距装置。
2. 【請求項２】　　該可変開口手段（４）は、入射するレ
   ーザビームを透過するかどうかの制御が独立に行なえる
   複数部分で構成されており、該複数部分は該受光手段（
   ２）の受光中心から順に受光範囲を広げるように構成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ測距
   装置。
3. 【請求項３】　　所定の広がり角（θ１）でレーザビー
   ムを放射するレーザ放射手段（１）、該レーザビームの
   放射範囲内にある物体で反射されたレーザビームを受光
   するように該広がり角（θ１）と略等しい受光角度（θ
   ２）を有する受光手段（２）、及び該レーザビームの放
   射時点から、もっとも近い物体（１００）で反射された
   レーザビームの該受光手段（２）での受光時点までの時
   間差を検出して該物体（１００）までの距離を算出する
   距離算出手段（３）を備えるレーザ測距装置において、
   該受光手段（２）の受光面（２２ｄ）は、複数の受光部
   分に分割されており、それぞれの受光部分の受光信号を
   該距離算出手段（３）へ接続するかどうかの切り換えを
   行なうためのスイッチ手段（５ｄ）を備え、反射された
   レーザビームの受光範囲を変えることで該物体（１００
   ）の該レーザビームの放射範囲内での角度位置も検出可
   能にしたことを特徴とするレーザ測距装置。
4. 【請求項４】　　該複数の受光部分は、中心から順に受
   光範囲を広げるように構成されており、該スイッチ手段
   （５ｄ）は、順に受光範囲を広げるように接続の切り換
   えを行なうことを特徴とするレーザ測距装置。
5. 【請求項５】　　請求項１又は３に記載の物体のレーザ
   ビームの放射範囲内での角度位置も検出可能にしたレー
   ザ測距装置（６ｅ）、自車の走行速度を検出する走行速
   度検出手段（７ｅ）、該レーザ測距装置（６ｅ）の検出
   した物体までの距離と自車の走行速度より衝突の危険が
   あるかを判定する衝突危険判定手段（８ｅ）、及び該衝
   突危険判定手段（８ｅ）が衝突の危険有りと判定した時
   に、運転者に警告を与える警告手段（９ｅ）を備え、該
   衝突危険判定手段（８ｅ）は、該レーザ測距装置（６ｅ
   ）の受光範囲を変化させるように制御し、放射されるレ
   ーザビーム内での物体の角度位置も含めて衝突の危険判
   定を行なうことを特徴とする車載用衝突警報装置。
6. 【請求項６】　　請求項２又は４に記載の物体のレーザ
   ビームの放射範囲内での角度位置も検出可能にしたレー
   ザ測距装置（６ｅ）、自車の走行速度を検出する走行速
   度検出手段（７ｅ）、該レーザ測距装置（６ｅ）の検出
   した物体までの距離と自車の走行速度より衝突の危険が
   あるかを判定する衝突危険判定手段（８ｅ）、及び該衝
   突危険判定手段（８ｅ）が衝突の危険有りと判定した時
   に、運転者に警告を与える警告手段（９ｅ）を備え、該
   衝突危険判定手段（８ｅ）は、該レーザ測距装置（６ｅ
   ）の受光範囲を変化させるように制御し、放射されるレ
   ーザビーム内での物体の角度位置も含めて衝突の危険判
   定を行なうことを特徴とする車載用衝突警報装置。
7. 【請求項７】　　該レーザ式測距装置（６ｅ）の受光範
   囲は、検出された物体までの距離に対応して変化される
   ことを特徴とする請求項６に記載の車載用衝突警報装置
   。
8. 【請求項８】　　該衝突危険判定手段（８ｅ）は、該レ
   ーザ測距装置（６ｅ）の受光範囲を最大受光範囲から検
   出された物体までの距離に応じて狭め、受光範囲の変化
   の前後で同一距離が検出された時に該物体を走行経路範
   囲にある障害物と見なすことを特徴とする請求項６に記
   載の車載用衝突警報装置。