JPH04331315A

JPH04331315A - 光検出システム

Info

Publication number: JPH04331315A
Application number: JP4031854A
Authority: JP
Inventors: Danieru Kuurie Jiyooji; ジョージ　ダニエル　クーリエ
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1991-02-26
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1992-11-19
Also published as: US5162643A

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】本発明は一般的に、移動する物体
が制御可能に走行する道に対する移動する物体の位置を
反射光を用いて検出する方法およびシステムに関する。より詳しくは、本発明は移動する車両、たとえば自動車
の、車両前方の路面に対する側面方向における位置を検
出し、道路に沿って走り続けるために必要な操舵制御信
号を予測できるようにする方法およびシステムに関する
。

【０００２】

【従来の技術】過去において、光検出システムは指定さ
れた道路に沿って移動する物体、たとえば自動車の位置
、たとえば側面方向における位置を測定するために使わ
れてきた。このような公知のシステムの一つが米国特許
Ｎｏ．４，７０２，２４０に記載されており、これは道
路表面の反射する部分で反射された光を検出する光セン
サを用いている。

【０００３】より詳しくは、この米国特許は車両の真下
の領域（道の部分）を照射することを開示している。一
連のフォトセルが反射されたビームを検出するために設
けられている。これらの反射は進むべき道からの車両の
逸脱を表すデータに変形される。このようにこのデータ
は車両の操舵を制御し、車両を道の上に正しく走らせる
のに使われる。このようなシステムには反射データを得
るために車両の真下の領域しか走査しないという欠点が
ある。したがって、このシステムでは車両の操舵を自動
的に制御するのに十分な速度で道路形状のこれから起こ
る変化を予測することは不可能である。

【０００４】米国特許Ｎｏ．４，０４９，９６１は、レ
ーザが自動車の前方の限られた領域を走査するのに使わ
れる自動車用自動誘導システムに関する。しかしながら
、このシステムは単に道路の想像上のセンターラインか
ら車両の位置が逸脱していることを示すにすぎない。このように米国特許Ｎｏ．４，０４９，９６１に開示さ
れたシステムは反射された信号に反応して道路の湾曲を
測定することはできず、したがって移り変わる道路形状
に反応して必要な操舵制御を予測することはできない。

【０００５】平成３年１０月３日に出願された特願平３
−２５６６７５号では、光源を車両の進行方向前方のあ
る一定の視野にわたって前後に動かすための可動振動反
射器が開示されている。しかしながらこのような可動部
品は自動車のような比較的過酷な環境におかれ、例えば
振動によって、損傷を受けやすくまた疲労を感じやすい
。

【０００６】さらに特願平３−２５６６７５号は移動す
る物体の側面方向の位置を測定するのに使う光検出シス
テムの別の実施例を開示している。このようなシステム
の一例が図３に示されている。図３のシステムは、ある
定められた視野を照射するためのレーザのような固定し
た光源２を含む。視野は車両の進行方向前方にある反射
器４、６、８を含むように選ばれる。

【０００７】反射器４、６、８によって反射された光は
レンズ９を介して光検出器１０によって受信される。光
検出器１０はたとえば２０個から３５個のＰＩＮダイオ
ードまたはアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ’ｓ
）を含む。対応する数のバイアス電源は全体としてエレ
メント１２として表され、対応する数の前置増幅器は全
体としてエレメント１４として表される。概して別々の
バイアス電源と前置増幅器が検出器アレイ１０の各々の
ダイオードに対して必要とされる。

【０００８】各々の前置増幅器からの出力はクロック１
８によって制御される伝送制御装置１６に送られる。伝
送制御装置１６は引き続き複数のダイオードのうちの選
ばれた１個によって受信された増幅されたデータをゲー
トでコントロールして距離カウンタ２０に送る。距離カ
ウンタ２０の出力２２は車両から選ばれた反射器までの
距離を表す。さらに距離カウンタによって受信された光
は反射された光の角度の方向（オリエンテーション）を
測定するために角度検出器２４に向けられる。

【０００９】作用としては、光源２から発したパルス光
が一つもしくはそれ以上の反射器によって反射される。反射光はレンズ９によって検出器アレイ１０上に集めら
れる。検出器アレイ１０の選ばれた一つのダイオードに
関連した出力はそれから伝送制御装置１６を介して距離
カウンタ２０に送られる。距離カウンタ２０は、光源２
から光パルスが送信され検出器アレイ１０のダイオード
のうちの一つによって受信されるまでの時間におこるク
ロックパルスの数をカウントするデジタルカウンタであ
る。このような情報は車両からある特定の反射器までの
距離を表す。さらに、反射された光パルスを受信した検
出器アレイのダイオードを特定することによって反射光
の角度は容易に確認できる。

【００１０】このように図３のシステムは検出された距
離および角度データに基づく側面方向の位置情報をだす
ことができる。しかしながら、図３のシステムは複数の
フォトダイオード、バイアス電源、前置増幅器、および
一つの伝送制御装置を有する。このような構成のため比
較的高い生産コストがかかることになる。伝送制御装置
の使用がシステムのコストと複雑さを増すだけではなく
、加えて伝送制御装置は検出の間違いを生じる可能性を
もたらす。より詳しくは、伝送制御装置はたった１個の
ダイオードの出力を距離カウンタへの入力として選択す
る。したがって、反射された光パルスがある特定のダイ
オードによって受信される時、そのダイオードの出力は
伝送制御装置によって選択されなければならない。

【００１１】進むべき道に沿って車両を正確に制御でき
るように反射器はたとえば車両の前方５０ｆｔの距離で
感知されなければならない。例示としての光源パルスは
５から２０ナノセカンド（ｎｓ）のパルス幅を持ち、１
ｆｔ／ｎｓの速度で移動するので、反射された光パルス
は典型的には送信後約１００ｎｓで検出されることにな
る。しかしながら、従来の伝送制御装置は上記したよう
にダイオードのアレイを走査するのに３００ｎｓ必要と
する。

【００１２】受信された光パルスは、伝送制御装置がダ
イオードにアクセスする時点より前に検出器アレイのあ
るダイオードで消え失せてしまう可能性がある。この検
出の問題は検出器アレイにおける電荷蓄積の欠如と結び
付けられうる。より詳しくは、同一の検出器アレイが距
離データ（すなわち高速の検出）と角度データ（すなわ
ち低速の検出）とをだすために使われるので、検出器ア
レイの出力はラッチされることはできない。

【００１３】さらに実際の使用のためには比較的小さい
サイズのシステムが望ましいが、前記の光検出システム
のサイズを縮小する能力には限度がある。たとえば、光
検出器アレイ１０は比較的サイズが大きく（すなわち、
２０から５０個の検出器を有する）、１から２インチの
長さのアレイになる。この比較的大きな検出器アレイが
望ましいアスペクト比（たとえば、幅１０°、高さ４．
５°の視野）を得るのに必要とされる。

【００１４】その上、上記したようなダイオード検出器
は各フォトダイオードの間に絶縁スペーサを有し、これ
らのスペーサの幅は約３０ミクロンである。このように
、比較的大きなスポット光が検出器アレイ上に集光され
なければならない。それとは反対に、もしたとえば直径
１０ミクロンの集光された光のスポットを使ったとした
ら、光のスポットはすっぽりと絶縁スペーサ内にはいっ
てしまい、検出を避け結果としてデータロスを起こして
しまう。

【００１５】大きな検出器アレイを用いることはまた、
レンズ９がより大きな距離に集光する能力を持つことを
必要とする。できる限り一に近い焦点距離対直径比を持
つレンズ（すなわち高速度レンズ）を備えることが望ま
しい。したがって比較的大きなレンズ（たとえば直径７
インチ）が、１０°の視野をつくり１から２インチの検
出器アレイのダイオード上に集光するために必要とされ
るであろう。

【００１６】したがって移動する物体、たとえば車両が
操舵されている進むべき道の形状を確実に予測すること
のできる光感知システムを提供することが望ましい。ま
た、道路形状の変化を予測できるほど車両の現在の位置
に十分に先立ってロケーションに対する車両の側面方向
の位置を感知する能力のあるシステムを提供することが
望ましい。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、移動する物
体たとえば車両の、進むべき道に沿って走行する物体の
現在の位置よりも前方の点に対する側面方向の位置を正
確に測定するための光検出システムを提供することを課
題とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の光検出システム
に使用する光学的検出器は、光を投光して視野をつくる
手段と、該投光された光が該視野に置かれた少なくとも
一つの物体で反射されるのを検出する手段とからなる光
学的検出器であって、該検出器はさらに、該少なくとも
一つの物体までの距離を測定するために該少なくとも一
つの物体からの反射光を感知する第一検出器を有する距
離チャネルと、該少なくとも一つの物体からの反射光を
該反射光の角度を測定するために感知する第二検出器を
有する角度チャネルとを持つことを特徴とする。

【００１９】ここで測定された距離と角度は少なくとも
一つの物体に対する車両の方向を測定するのに使用でき
る。そして投光された視野はあらかじめ定められた車両
の進行方向に対して固定されていることとすることがで
きる。逆に視野は車両の進行方向とは逆の方向に固定さ
れていることとすることができる。また、投光手段とし
て赤外線光源を用いることもできる。さらに前記距離チ
ャネルはさらに光フィルタと、あらかじめ定められた帯
域幅の反射光を該第一検出器上に集光するレンズを具備
することもできる。そして前記角度チャネルはさらに光
フィルタと、あらかじめ定められた帯域幅の反射光を該
第二検出器上に集光するレンズを具備することができる
。また、前記第一検出器を１個のＰＩＮダイオードある
いは１個のアバランシェダイオードで構成することがで
きる。そして前記第二検出器をＣＣＤアレイとすること
もできる。

【００２０】また、本発明の光検出システムに使用する
移動する車両に対する物体の位置を検出する装置は、車
両の進行方向に固定された視野をつくるために光源の光
を投光する手段と、該投光された光が該視野に置かれた
少なくとも一つの物体で反射されるのを検出する手段と
、からなる移動する車両に対する物体の位置を検出する
装置であって、該検出手段はさらに該車両から該少なく
とも一つの物体までの距離を測定するために該少なくと
も一つの物体からの反射光を感知するための第一検出器
を有する距離チャネルと、該反射光の角度を測定するた
めに該少なくとも一つの物体からの反射光を感知するた
めの第二検出器を有する角度チャネルとを含み、該距離
と該角度は該少なくとも一つの物体に対する車両の方向
を測定するのに使われることを特徴とする。

【００２１】ここで投光手段として赤外線光源を用いる
ことができる。また第一検出器として１個のアバランシ
ェダイオードを用いることができる。第二検出器として
はＣＣＤアレイを用いることができる。さらに２個以上
の距離チャネルを距離をだすのに使用することもできる
。また、投光手段としてはレーザを用いることができる
。

【００２２】さらに、本発明の光検出システムに使用す
る移動する車両に対する物体の位置を検出する方法は、
車両の進行方向に固定した視野をつくるために光源の光
を投光するステップと、該投光された光が該視野に置か
れた少なくとも一つの物体で反射されるのを検出するス
テップと、からなる移動する車両に対する物体の位置を
検出する方法であって、該検出ステップは、該車両から
該少なくとも一つの物体までの距離を測定するために該
少なくとも一つの物体からの反射光を感知することと、
該反射光の角度を測定するために該少なくとも一つの物
体からの反射光を感知することを含み、該距離と該角度
は該少なくとも一つの物体に対する該車両の方向を測定
するために使われることを特徴とする。

【００２３】なお、実施例では物体の進行方向前方の視
野を照射するために可動部品は必要とされない。さらに
、二つの別々の距離検出チャネルおよび角度検出チャネ
ルを備えることによって全体のサイズを実際に小さくす
ることができる。これらの二つのチャネルを分けること
によって、積分する電荷結合素子（ＣＣＤ’ｓ）が比較
的低速の角度チャネルで使えるようになる一方で、たっ
たひとつの検出器（たとえばたった一つのフォトダイオ
ード）が比較的高速の距離検出チャネルで使われる。

【００２４】

【実施例】図１は光を用いた物体検出システムの好まし
い実施例を示す。図１には移動する物体の進行方向前方
の視野を照射するための光源３０が設けられている。以
下の説明のために制御されるべき移動する物体として自
動車が特に言及される。しかしながら、本発明はあらか
じめ定められた道に沿って誘導されるべきどんな物体の
位置の測定にも応用できることは理解されるであろう。たとえば、本発明はあらかじめ定められた道を誘導され
る自動ロボットの制御にも等しく応用できるであろう。

【００２５】さらに、車両の進行方向に対して固定され
た視野を使用することが特に言及される。ここで言及さ
れているように「固定された」は「動かないもの」（す
なわち、走査しない光源）の使用を意味している。しか
しながら、走査する光を使えることは理解されるであろ
う。さらに視野はいずれの方向にもつくることができる
。たとえば、視野は側面方向に（すなわち車両の方向を
制御するために移動している車両のそばに）つくること
ができるし、また衝突を避ける目的で他の車両を検出す
るために車両の進行方向と逆方向につくることもできる
。

【００２６】その上、複数の視野のどんな組合せも用い
ることができる。たとえば、第２の側面方向の視野を、
船首揺れ（すなわち車両の垂直軸を中心とする回転）に
関する追加情報を得るために用いることもできる。光源
３０はたとえば約８５０ナノメーター（ｎｍ）の波長で
約１００ワットピークパワーで動く送信器を有する中程
度のパワーの赤外線ダイオードレーザ光源である。この
ような装置はたとえばアメリカ合衆国ニュージャージー
州ニューブルンスウィックにあるレーザダイオードイン
コーポレーティッドで容易に手に入れることができる。

【００２７】例示としての実施例ではレーザダイオード
装置は２０００Ｈｚのパルス速度で５ｎｓのパルス幅を
持つ。しかしながら、どんな公知のレーザも光源３０と
して用いることができることが理解されよう。さらに光
源は可視の光源でも紫外線（ノンレーザ）光源でもよい
。別の実施例では中程度のパワーの赤外線光源と白熱光
源の二つが光源３０として用いられる。このような実施
例では赤外線光源は距離検出チャネルにおいて正確な距
離検出ができるようにパルスを与えられる。白熱光源は
車両が進むべき道に沿って置かれた反射器からの反射強
度を高めるために用いられる。反射強度を高めることに
よって赤外線光源の電力密度を高めることなしに角度チ
ャネル検出の解像度を増すことが可能となる。

【００２８】レトロリフレクタ、すなわち反射器３２、
３４、３６は車両が誘導されるべき道の片側に示されて
いる。反射器からの反射光は距離検出チャネルの赤外線
フィルタ４１とレンズ３８、そして角度検出チャネルの
赤外線フィルタ３９とレンズ４０に向けられる。レンズ
３８と４０の各々は比較的高速で焦点距離対直径比（す
なわちｆナンバー）がほぼ１に等しい。さらにレンズ３
８と４０は直径約１から２インチである。レンズは隣合
わせに示されているが、別の実施例では同軸のレンズを
使ってもよい。

【００２９】好ましい実施例ではフィルタ３９と４１は
８５０ナノメーター±１００オングストロームに設定さ
れている。しかしながら、予測されうる温度変化などの
設計上の制約によって他の帯域幅（たとえば８５０ナノ
メーター±１０から２００オングストローム）も使うこ
とができる。さらに熱電ヒートポンプ、たとえばテキサ
ス州ガーランドにあるマーローインダストリーインコー
ポレーティッドで市販している熱電ヒートポンプなどを
、距離および角度検出部品のためにほぼ一定の温度を維
持するために使うこともでき、それによって実際の作業
環境の範囲にわたってより狭い帯域幅のフィルタを用い
ることが可能となる。

【００３０】ヒートポンプを暗電流を減らすためにＣＣ
Ｄ（電荷結合素子）検出器を冷却するのに使うこともで
きる。このことによって角度チャネルにおける信号対雑
音比の増加に対応できるであろう。別の実施例では距離
および角度チャネルにおいて赤外線フィルタをレンズ３
８と４０の両側に置くことができる。さもなければ、極
めて高い反射率を持つ鏡をフィルタとして用いるために
距離および角度チャネルに置くことができる。

【００３１】図１では距離検出チャネルは全体としてエ
レメント４２として表される一方、角度検出チャネルは
全体としてエレメント４４として表されている。距離検
出チャネルのレンズ３８によって受信された光はたった
１個の検出器４６上に集められる。検出器４６はたとえ
ば１個のＰＩＮダイオードや一つのアバランシェフォト
ダイオード（ＡＰＤ）のようなたった１個の感光性ダイ
オードである。以下の説明を簡略にするため検出器４６
はＡＰＤ検出器とみなすこととする。

【００３２】たった１個の検出器４６によって受信され
た光は電気信号に変換され、たった１個の前置増幅器４
８に入力される。前置増幅器４８はたとえばＡＰＤ受信
器４９の一部である。このような受信器として米国フロ
リダ州ロングウッドにあるアナログモジュールスインコ
ーポレーティッド製のモデル９００−２０セミコンダク
タレーザレンジャー／オブジェクトロケータが利用でき
る。この受信器４９はさらに後置増幅器や可変利得増幅
器を含む。

【００３３】可変利得はコンスタント／フラクション判
別器兼自動利得制御（ＡＧＣ）ボード５１によって制御
される。このボードもアナログモジュールスインコーポ
レーティッドで市販されている。このコンスタント／フ
ラクション判別器は反射されたパルスがその最大強度の
５０％に達した時点をパルス到達時間として選択する。たとえばＡＰＤバイアス５０のような電圧バイアス回路
が、受信した光エネルギーが公知の方法で前置増幅器４
８に移されている時に検出器４６をバイアスするために
設けられている。

【００３４】コンスタント／フラクション判別器５１か
らの出力は距離カウンタ５２に入力される。距離カウン
タ５２はまた光送信センサ５４からもコンスタント／フ
ラクション判別器を介して入力５３を受信する。例示と
しての実施例では距離カウンタ５２は前記したアナログ
モジュールスインコーポレーティッドのモデル９００−
２０レンジャー／オブジェクトロケータとして市販され
ている公知の装置である。

【００３５】光送信センサ５４は、光パルスが実際に光
源３０から発せられる度に（すなわち２０００Ｈｚのパ
ルス速度で）距離カウンタにパルスを出力する。光送信
センサからのパルスは距離カウンタ５２を作動させて公
知の方法でクロックパルスのカウントを始めさせる。距
離カウンタ５２はパルスを与えられた出力がＡＰＤ検出
器によって受信されるまでクロックパルスをカウントし
続ける。このように距離カウンタは、光パルスが光源３
０から反射器の一つへ行き距離検出チャネルに戻るのに
必要な時間に比例するカウントを記憶する。

【００３６】角度検出チャネル４４はまた反射器３２、
３４、３６からの光を受信するレンズ４０を含む。レン
ズ４０は電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ５６上に反射器
の像を結ぶ。ＣＣＤアレイは比較的小さな感光検出器の
列であり各々の検出器はあらかじめ定められた期間に受
信された光の量を積分する。ＣＣＤアレイは比較的高速
の距離検出チャネルのために光を検出することには使わ
れないので、ＣＣＤアレイはたとえば光源３０から複数
の光パルスが送信されるのに相当する期間光を検出する
ことを可能にできる。

【００３７】より詳しくは、光パルスは光源３０から２
０００Ｈｚの速度で送信される。移動する車両の最大速
度は前もって、たとえば毎時６０マイル（すなわち毎秒
８８フィート）に、設定されている。例示としての実施
例ではたった１個の反射器の距離と角度が各々の測定間
隔で求められる。しかしながら、別の実施例では道路形
状は照らされた視野にある最初の３つの反射器を用いて
測定される。

【００３８】最高速度で、視野にある最初の３つの反射
器のそれぞれについての距離および角度は０．１秒毎に
測定される。３個一組の反射器までの距離は最高速度で
２から３ミリ秒より短い時間内に検出することができる
ので、０．１秒のサンプル採取期間の大部分は、角度デ
ータを測定するためＣＣＤアレイが２０００Ｈｚの光源
のパルスを積分するように与えられている。

【００３９】ＣＣＤアレイの検出器の列は公知の方法で
電子シャッターを介して制御される。たとえば、アナロ
グのデータがＣＣＤアレイ５６から読み出されるべき時
に（すなわち０．１秒毎に）、レンズ４０を介して受信
された光によって電荷がさらに蓄積するのを防ぐために
バイヤスがアレイの検出器にかけられる。ＣＣＤアレイ
から読み出されたアナログのデータは、移動する車両の
基準点と視野にある各々の反射器との角度を表すデジタ
ル情報に変換され、それから距離データと相互に関連づ
けられることができる。

【００４０】例示としての実施例では約１２８個の検出
器がＣＣＤアレイに含まれる。この比較的大きな数の低
速の（すなわち積分する）光検出器にもかかわらず、こ
の規模の典型的なＣＣＤアレイは約６．３ｍｍで、各検
出器間の絶縁スペースは約１ミクロンである。このよう
に、レンズ４０によってもたらされるような反射器の結
ばれた像をデータ損失の恐れなしに５から１０ミクロン
のビームとして形成することができる。集光されたビー
ムは２個以上のＣＣＤ検出器にまたがるかもしれないが
、図３に関連して前で説明したように絶縁区域内にすっ
ぽり入ってしまい、検出を免れるようなことはないだろ
う。

【００４１】さらに、比較的小さなレンズ３８および４
０（すなわち直径１から２インチ）とＣＣＤアレイ５６
（すなわち６．３ｍｍ）を用いているにもかかわらず、
比較的高いアスペクス比が得られる。たとえば上記の実
施例では幅１０°、高さ４．５°の視野がＣＣＤアレイ
上に写される。このように図１のシステムは自動車産業
におけるように空間的寸法が重要である場合にもよく適
している。さらに距離と角度のために二つの別個の検出
チャネルを使用しているにもかかわらず、システム全体
の大きさは比較的小さくコンパクトである。

【００４２】図２は、図１の実施例にかかる光検出シス
テムをより詳しく説明した図である。反射器３４から受
信した光は、図２ではまとめてオプティクス５８として
表されている図のレンズやフィルタを介して集光される
。反射光は距離検出器チャネル４２のたった１個の検出
器上に集められる。図２では、光源３０は光を距離検出
チャネルから送信する。反射光は距離チャネル４２上に
集光される。また、反射光は角度検出器チャネル４４の
ＣＣＤアレイ上にも集光される。

【００４３】上記したように、光パルスはある特定の反
射器についての距離情報を求めるため２０００Ｈｚで送
信される。距離データの検出は角度検出チャネルからの
角度データと関連づけられる結果、ある特定の反射器の
角度データと距離のデータは移動する物体の側面方向の
位置を求めるためにペアにされ得る。この目的のためた
った一個の距離検出器によって受信された反射パルスは
出力ラッチ６２にラッチされる。出力ラッチ６２の出力
は移動する物体の基準点からある特定の反射器までの距
離にそのまま対応している。

【００４４】しきい検出器は角度検出チャネルからの出
力を受信する。より詳しくは、ＣＣＤアレイの各検出器
に保存された積分された電荷はＣＣＤアレイから順次移
される。ここではＣＣＤアレイからの逐次出力が記載さ
れているが、ＣＣＤアレイに保存されたアナログ情報の
並行読み取りも同様に行えることを当業熟練者なら理解
するであろう。

【００４５】ＣＣＤアレイから順次出力された値は各々
しきい検出器６４でしきい値と比較される。このしきい
値は、典型的な周囲の光や路傍に置かれた反射器以外の
表面から反射された光よりも強い、実験に基づいて決め
られた強度である。ＣＣＤアレイの連続した検出器４個
毎が、移動する物体（すなわち車両）と視野にある道路
沿いの（すなわち路傍の）位置とのある特定の角度に対
応する。すなわち、ＣＣＤアレイには１２８個の検出器
が設けられているが、望ましい解像度で角度情報を判別
するのにたった４０のロケーションしか必要とされない
。

【００４６】したがって例示としての実施例では各々の
角度ロケーションにはＣＣＤ検出器のうちの３個が割り
当てられる。ＣＣＤアレイのある特定のロケーション（
すなわち３個一組の検出器）で検出された光強度が実験
に基づいて決められたしきいを超えると判断される時、
移動する車両上の基準点に対するある反射器の角度のロ
ケーションは容易に測定できる。

【００４７】現在検査されているＣＣＤアレイの検出器
の位置を見失わないように、位置カウンタ６６が設けら
れている。しきい検出器６４での比較毎に位置カウンタ
６６は一つずつ増える。ＣＣＤアレイの各検出器は照ら
された視野にあるあらかじめ定められた角度のロケーシ
ョンに相当するので、しきい値を超える検出器の強度の
値は容易に角度の位置に変換できる。

【００４８】上記の例示としての実施例ではＣＣＤアレ
イには１２８個の検出器があり、１０°の視野が照射さ
れ、モニターされている。したがって各々の検出器は視
野の．０１°を測定する。このように三個一組の検出器
は．０３°の角度を測定する。位置カウンタの参照用テ
ーブルを用いることにより、ある反射器のロケーション
に相当すると特定されたあるＣＣＤ検出器の位置は角度
ポジション情報に直接変換され、出力ラッチ６８に保存
される。

【００４９】処理装置７０に関連したクロックアンドタ
イミングロジックも、検出装置のメモリで距離と角度の
ペアをつくるために設けられている。そしてこれらのデ
ータのペアを車両の方向制御に用いることができる。よ
り詳しくは、クロックアンドタイミングロジック７０は
始動信号７２を介して光源パルスの送信を開始する。同
時にＣＣＤアレイはすべての検出器が同じ電荷にバイア
スされるようにライン７４を介して始動される。

【００５０】前に述べたように、距離検出チャネルには
パルスとパルスの間の時間を記録するためのクロックカ
ウンタがある。いったんこのカウンタが反射されたパル
スの受信に反応してストップされると、出力ラッチに距
離データを保存することが可能となる。さらに、ＣＣＤ
アレイは電子シャッターを介してバイアスされ、その内
容はしきい検出器６４と位置カウンタ６６を介して順次
検査される。

【００５１】この目的のため、しきい検出器と位置カウ
ンタがそれぞれライン７６および７８を介して可能とな
る。いったんＣＣＤアレイのすべての位置が検査されて
しまい、角度が特定されると、出力ラッチ６８に情報が
ロードされる。その後、出力ラッチ６２および６８は同
時に可能となり、ライン８０に出力される。ライン８０
上の情報はこのようにある特定の反射器の距離と角度の
ペアを特定する。

【００５２】作用としては、光パルスが２０００Ｈｚで
送信される。０．１秒毎にＣＣＤアレイ４４の検出器が
順次読み取られる。第１のしきい値を超えるロケーショ
ンに対応する角度が検出器６４と位置カウンタ６６の使
用を介して特定される。ＣＣＤアレイが読み取られる寸
前に、視野にある第１の反射器（すなわち車両にもっと
も近い反射器）の距離に相当する距離データが検出され
る。

【００５３】別の実施例では光パルスが送信された後、
距離検出チャネル４２が、前記したように検出された第
１の反射パルス（すなわちもっとも高い光強度を有する
反射パルス）を用いて第１反射器の距離を特定するのに
用いられる。第２カウンタは、第２反射パルス（すなわ
ち第１のものよりもわずかに低い強度の反射パルス）の
受信を検出することにより視野にある第２の連続した反
射器までの距離を測定する。第３カウンタは同様の方法
で第３の連続した反射器（すなわちより低い強度の反射
パルス）までの距離を測定する。

【００５４】あるいは、三つの投光されたパルスがたっ
た一つの距離カウンタと三つのしきいレベルを用いて、
視野にある最初の３個の反射器のそれぞれまでの距離を
測定するのに用いられる。反射器の角度の順次読み取り
と同時に、ラッチ６２にその３個の反射器それぞれまで
の距離が保存される。このように距離と角度の情報は各
々の反射器について相互に関連づけられる。

【００５５】それから各々の距離と角度のペアはプロセ
ッサ７０（たとえばインテル８０Ｃ１９６の１６ビット
マイクロプロセッサ）とともに使われるＲＡＭなどのメ
モリに記憶される。その後、距離と角度の情報は、車両
の操舵を制御するため特願平３−２５６６７５号に記載
されている方法で処理されることができる。１から３の
反射器についての距離と角度の情報は０．１秒毎に測定
されるので、同じ反射器を使っていくつかの道路形状の
計算値が得られることになる。移動する車両が反射器を
通過すると、視野にある次の反射器が道路形状と車両の
位置を測定する（たとえば道路に沿って走り続けるため
に車両の側面方向の位置を調整する）のに用いられる。

【００５６】前記したように、１０°（すなわち水平に
１０°）Ｘ４．５°（すなわち垂直に４．５°）の視野
が好ましい実施例では使われている。さらに反射器は道
路沿いの地上に置かれている。しかしながらどんな望ま
しい視野も用いることができることは理解されるであろ
う。同様に、反射器をさまざまな場所に置くこと（たと
えば道路に隣接した柱に取り付けること）が反射パルス
の信号対雑音比を改善したり、雪のような道路状態に対
応したりするためにできよう。さらに、どんな光パルス
伝送速度および関連したデータの獲得間隔も車両走行の
望まれる最大速度に対応して選ぶことができよう。

【００５７】例示としての実施例では路傍の反射器は標
準的なランバーション反射器　（Ｌａｍ−ｂｅｒｔｉｏ
ｎ　ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）の反射率の約２０００倍の反
射率利得を有する。しかしながら、任意の光源の強度に
対して十分な信号対雑音比を持つ反射器ならどんな反射
器でも使ってよい。さらに、距離検出チャネルの帯域幅
を大きくすることが望ましい場合には別の検出器および
関連したチャネルを付加して設けてもよい。二つのこの
ようなチャネルを用いる場合には、距離解像度および感
度を強化するためにより小さな検出領域を使ってもよい
。

【００５８】上記した例示としての実施例では、道路形
状を測定するのに三つの反射器を使用することが述べら
れているが、どんな数の反射器も使えることは理解され
るであろう。たとえば、たった一つの反射器の距離およ
び角度データを検出し、車両の誘導ミスおよび／または
道路形状の変化を指摘するため、前に検出したその反射
器のデータと比較することもできる。

【００５９】さらに、別の実施例では、反射器が設置さ
れていない領域に相当するとあらかじめわかっているＣ
ＣＤ検出器のロケーションを無視することによって角度
検出のフォールスアラーム率を改善できる。さらに詳し
く説明すると、道路沿いの反射器が一定の距離間隔で設
置されているとわかっている場合には、道路沿いの異物
（たとえば舗装面、ガラス、木など）を識別するため、
次のしきい値を超える検出器の強度が予想されるロケー
ションを特定するために検出器アレイからの読み出しの
間ウインドウをつくることができる。たとえば、路傍に
置かれた金属製の缶はＣＣＤアレイでしきい値を超える
反射を起こす可能性がある。しかしながら、もし検出器
が反射がウインドウの外側の角度に相当すると感知した
ら、この検出された反射は誤反射に相当するものとして
放棄することができる。

【００６０】本発明はその精神または必要不可欠な特徴
に反しない範囲で別の形で実施することもできる。それ
ゆえ、現在開示された実施例は全ての点において例示で
あり制限されるものではないと見なされる。本発明の範
囲は前述の説明よりもむしろクレームによって示され、
発明の意味、範囲、同等物における全ての変更は本発明
の範囲に含まれるものと意図されている。

【００６１】

【発明の効果】物体が移動する前方の視野を照射するの
に可動部品が必要とされない。さらに距離検出チャネル
と角度検出チャネルという二つの別個のものを有するこ
とによって実際に全体の大きさを比較的小さくできる。これらの二つのチャネルを別々のものにすることによっ
て積分する電荷結合素子（ＣＣＤ’ｓ）を比較的低速の
角度検出チャネルに用いることが可能となる一方で、た
った一つの検出器（たとえばたった一つのフォトダイオ
ード）が比較的高速の距離検出器チャネルに用いられる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光検出システムの実施例を示す。

【図２】図１の光検出システムの一部をより詳細に説明
した図である。

【図３】車両制御に用いられる光検出システムの例を示
す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　光を投光して視野をつくる手段と、該
投光された光が該視野に置かれた少なくとも一つの物体
で反射されるのを検出する手段とからなる光学的検出器
において、該検出器はさらに、該少なくとも一つの物体
までの距離を測定するために該少なくとも一つの物体か
らの反射光を感知する第一検出器を有する距離チャネル
と、該少なくとも一つの物体からの反射光を該反射光の
角度を測定するために感知する第二検出器を有する角度
チャネルとを持つことを特徴とする光学的検出器。
【請求項２】　　車両の進行方向に固定された視野をつ
くるために光源の光を投光する手段と、該投光された光
が該視野に置かれた少なくとも一つの物体で反射される
のを検出する手段と、からなる移動する車両に対する物
体の位置を検出する装置において、該検出手段はさらに
該車両から該少なくとも一つの物体までの距離を測定す
るために該少なくとも一つの物体からの反射光を感知す
るための第一検出器を有する距離チャネルと、該反射光
の角度を測定するために該少なくとも一つの物体からの
反射光を感知するための第二検出器を有する角度チャネ
ルとを含み、該距離と該角度は該少なくとも一つの物体
に対する車両の方向を測定するのに使われることを特徴
とする装置。
【請求項３】　　車両の進行方向に固定した視野をつく
るために光源の光を投光するステップと、該投光された
光が該視野に置かれた少なくとも一つの物体で反射され
るのを検出するステップと、からなる移動する車両に対
する物体の位置を検出する方法において、該検出ステッ
プは、該車両から該少なくとも一つの物体までの距離を
測定するために該少なくとも一つの物体からの反射光を
感知することと、該反射光の角度を測定するために該少
なくとも一つの物体からの反射光を感知することを含み
、該距離と該角度は該少なくとも一つの物体に対する該
車両の方向を測定するために使われることを特徴とする
方法。