(57)【要約】【課題】高速でかつ高精度の検出結果が得られる対象物検出装置を提供する。【解決手段】対象物検出装置は、測定光を投射する投光部と、対象物からの反射光を受光する受光部と、測定光を所定の検出範囲に走査する光走査部と、受光部からの受光信号に基づいて対象物を検出する物体検出部とを備える。光走査部による第１走査の終了時点ｔ１から、第２走査の終了時点ｔ３までの間に、第１走査で得られた下半分の受光強度画像Ｉｂと下半分の距離画像Ｄｂを用いて、路面推定処理が実行される。そして、第２走査の終了時点ｔ３で、第２走査で得られた上半分の受光強度画像Ｉａおよび上半分の距離画像Ｄａと、先に得られた下半分の受光強度画像Ｉｂおよび下半分の距離画像Ｄｂとを合成した合成画像Ｉ、Ｄが生成され、この合成画像Ｉ、Ｄを用いて対象物の認識処理が実行される。物体検出部は、路面推定処理および認識処理の結果に基づいて、対象物の検出結果を出力する。【選択図】図６
2020148633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を投射する投光部と、
前記測定光が対象物で反射した反射光を受光する受光部と、
前記測定光を所定の検出範囲に走査する光走査部と、
前記反射光を受光した前記受光部が出力する受光信号に基づいて、前記対象物を検出する物体検出部と、を備え、
前記光走査部は、前記投光部が前記測定光を投射してから、前記物体検出部が検出結果を出力するまでの期間に、前記測定光を前記検出範囲における第１領域に走査する第１走査を実行し、その後、所定の期間をおいて、前記測定光を前記検出範囲における第２領域に走査する第２走査を実行し、
前記光走査部が前記第２走査を終了した後に、前記物体検出部が前記対象物の検出結果を出力する、対象物検出装置において、
前記物体検出部は、
前記第１走査が終了した時点から前記第２走査が終了する時点までの間に、前記第１走査によって得られた第１画像に基づいて、前記対象物の検出に必要な第１処理を実行し、
前記第２走査が終了した時点から、当該第２走査によって得られた第２画像と前記第１画像とを合成した合成画像に基づいて、前記対象物の検出に必要な第２処理を実行し、
前記第１処理および前記第２処理の結果に基づいて、前記対象物の検出結果を出力する、ことを特徴とする対象物検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の対象物検出装置において、
前記第１処理は、路面を推定するための路面推定処理であり、
前記第２処理は、前記路面推定処理以外の、前記対象物を認識するための認識処理である、ことを特徴とする対象物検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の対象物検出装置において、
前記第１領域は、前記検出範囲における下側の領域であり、
前記第２領域は、前記検出範囲における上側の領域であり、
前記合成画像は、前記第１領域に対応する前記第１画像と、前記第２領域に対応する前記第２画像とを合成した画像であり、
前記物体検出部は、前記第１画像に基づいて前記路面推定処理を実行し、前記合成画像に基づいて前記認識処理を実行する、ことを特徴とする対象物検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の対象物検出装置において、
前記合成画像は、前記対象物までの距離の情報を含む距離画像である、ことを特徴とする対象物検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の対象物検出装置において、
前記合成画像は、前記対象物までの距離の情報を含む距離画像、および、前記対象物からの反射光の強度の情報を含む受光強度画像である、ことを特徴とする対象物検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の対象物検出装置において、
前記物体検出部は、前記第１走査が終了した時点から前記第２走査が終了する時点までの間に、前記第１処理に続いて、所定の第３処理を実行する、ことを特徴とする対象物検出装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の対象物検出装置において、
前記光走査部は、前記測定光および前記反射光を反射する鏡を備え、
前記鏡は、回転可能であって、表面と裏面の一方に第１反射面を有するとともに、表面と裏面の他方に第２反射面を有し、
前記光走査部は、
前記第１走査において、回転する前記鏡の前記第１反射面により、前記測定光を前記第１領域に走査し、
前記第２走査において、回転する前記鏡の前記第２反射面により、前記測定光を前記第２領域に走査する、ことを特徴とする対象物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投光部から測定光を投光して、対象物からの反射光を受光部で受光することにより、対象物を検出する対象物検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば衝突防止機能を有する車両には、レーザレーダのような対象物検出装置が搭載されている。この対象物検出装置は、車両の周辺に存在する他の車両、人、道路、障害物などの対象物の有無を検出したり、該対象物の種類などを検出したりする。
【０００３】
対象物検出装置には、投光部、受光部、光走査部、物体検出部、およびこれらを制御する制御部が備わっている。投光部には、レーザダイオードなどの発光素子が複数設けられている。受光部には、フォトダイオードなどの受光素子が複数設けられている。
【０００４】
光走査部は、たとえば鏡を回転させることにより、発光素子が発光して投光部から投射された測定光を、鏡の反射面で反射して所定の検出範囲に走査するとともに、対象物で反射した反射光を、鏡の反射面で反射して受光部へ導くように走査する。
【０００５】
受光部の複数の受光素子は、反射光の入射方向に対応するように、所定方向に配列されている。このため、対象物からの反射光は、その入射方向に対応する受光素子により受光される。各受光素子は、反射光を受光して受光信号を出力する。
【０００６】
物体検出部は、受光素子から出力された受光信号に基づいて、対象物の有無と、対象物の種類や位置などを検出する。複数の発光素子および複数の受光素子のうち、発光や受光を行う素子を切り替えることにより、対象物の検出範囲を分割し、その分割領域毎に対象物を検出することができる。
【０００７】
特許文献１に記載されている対象物検出装置では、鏡の両面（表面と裏面）に反射面が設けられている。光走査部は、投光部からの測定光を、回転する鏡の表面と裏面の下半分で反射して、対象物の検出範囲に走査する。また、光走査部は、対象物からの反射光を、回転する鏡の表面と裏面の上半分で反射して、受光部に導く。このため、鏡が１回転する間に、鏡の表面と裏面とによって光走査が２回行われ、対象物の検出精度を向上させることができる。
【０００８】
特許文献２には、対象物検出装置により検出した対象物が路面か否かを判別する技術が記載されている。本文献では、対象物検出装置は、対象物からの反射光の受光量に基づいて対象物までの距離を演算し、路面反射の可能性のある特定の距離範囲に検出対象物があった場合は、反射光の特徴量（受光量の変化を示す波形など）に基づいて、当該対象物が路面であるか否かを判別している。
【０００９】
図１５は、特許文献１のように鏡の両面で光走査を行う対象物検出装置における、従来の検出処理を示したタイムチャートである。
【００１０】
図１５において、時刻ｔ０で測定光の投射により計測が開始されてから、時刻ｔ４で検出結果が出力されるまでの時間Ｔは、１周期を表しており、この１周期Ｔの間に鏡が１回転する。時刻ｔ０〜ｔ１の間（期間Ａ）は、光走査部により、鏡の表面による第１走査が行われる。その後、時刻ｔ１〜ｔ２の間は、走査休止期間となる。続く時刻ｔ２〜ｔ３の間（期間Ｂ）は、光走査部により、鏡の裏面による第２走査が行われる。
【００１１】
第２走査が終了したｔ３の時点において、後述する路面推定処理や対象物認識処理に必要な２種類の画像、すなわち受光強度画像Ｉと距離画像Ｄが、第１走査および第２走査の結果に基づいて生成される。受光強度画像Ｉは、対象物からの反射光の強度を示す画像であって、各受光素子から出力される受光信号のレベルに基づいて生成される。距離画像Ｄは、対象物までの距離などを示す画像であって、投光部から測定光が投射されてから、受光部で反射光が受光されるまでの時間差などのパラメータに基づいて生成される。
【００１２】
第１走査と第２走査のそれぞれにおいては、車両前方の上側領域と下側領域とに分けて走査が行われるので、図１５に示されているように、受光強度画像Ｉは、上半分の画像Ｉａと下半分の画像Ｉｂとを合成した合成画像となっている。同様に、距離画像Ｄも、上半分の画像Ｄａと下半分の画像Ｄｂとを合成した合成画像となっている。後述する図１０には、受光強度画像Ｉと距離画像Ｄの例が示されている。
【００１３】
これらの２つの画像Ｉ、Ｄの生成後、時刻ｔ３〜ｔ４の間（期間Ｗ）は、各画像Ｉ、Ｄに基づいて、路面推定処理と対象物の認識処理とが行われる。期間Ｗは、走査休止期間でもある。路面推定処理は、前半の期間Ｗ１に行われ、対象物の認識処理は、後半の期間Ｗ２に行われる。そして、これらの処理が完了する時刻ｔ４において、路面推定処理や対象物認識処理の結果に基づき、対象物の検出結果が出力される。その後は、上述した一連の処理が周期Ｔで繰り返し実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１８−１１５９９５号公報
【特許文献２】特開２００３−４２７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図１５の従来の方式では、第１走査と第２走査が共に終了して、受光強度画像Ｉおよび距離画像Ｄが生成された時刻ｔ３の時点から、路面推定処理を開始している。そして、路面推定処理が終わると、続いて対象物認識処理を行い、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間（期間Ｗ）に、これらの２つの処理が完了するようにしている。
【００１６】
しかしながら、たとえば、周期Ｔを５０ｍｓ、第１走査の期間Ａおよび第２走査の期間Ｂをそれぞれ１０ｍｓ、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間（走査休止期間）を１５ｍｓとした場合、路面推定処理と対象物認識処理とを行う期間Ｗは、１５ｍｓしか確保できない。したがって、この短い期間Ｗに複雑で高度な処理を行うことは不可能であり、路面推定や対象物認識のための処理は、必然的に簡易な処理とならざるを得ない。このため、路面推定結果や対象物認識結果の精度が悪くなり、対象物検出装置の性能が低下するという問題がある。特に、路面の推定にあたっては、複雑な処理が必要となるため、精度の低下が顕著となる。一方、期間Ｗを長くすれば、路面の推定や対象物の認識にあたって、複雑で高度な処理を行うことができるので、精度は向上するが、その反面、結果が出力されるまでに時間がかかって高速処理が阻害される。
【００１７】
本発明の課題は、高速でかつ高精度の検出結果が得られる対象物検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の対象物検出装置は、測定光を投射する投光部と、測定光が対象物で反射した反射光を受光する受光部と、測定光を所定の検出範囲に走査する光走査部と、反射光を受光した受光部が出力する受光信号に基づいて、対象物を検出する物体検出部とを備える。光走査部は、投光部が測定光を投射してから、物体検出部が検出結果を出力するまでの期間に、測定光を前記検出範囲における第１領域に走査する第１走査を実行し、その後、所定の期間をおいて、測定光を前記検出範囲における第２領域に走査する第２走査を実行する。物体検出部は、第１走査が終了した時点から第２走査が終了する時点までの間に、第１走査によって得られた第１画像に基づいて、対象物の検出に必要な第１処理を実行し、第２走査が終了した時点から、当該第２走査によって得られた第２画像と先の第１画像とを合成した合成画像に基づいて、対象物の検出に必要な第２処理を実行する。そして、光走査部が第２走査を終了した後に、物体検出部は、第１処理および第２処理の結果に基づいて、対象物の検出結果を出力する。
【００１９】
このような対象物検出装置によると、第１走査が終了した時点から第２走査が終了する時点までの間に、第１走査で得られた第１画像を用いて第１処理（たとえば路面推定処理）が前倒しで実行される。そして、第２走査が終了した時点で、当該第２走査で得られた第２画像と先に得られた第１画像とを合成した合成画像が生成され、この合成画像に基づいて第２処理（たとえば対象物の認識処理）が実行される。このため、第１処理と第２処理に十分な時間をかけて、複雑で高度な処理を行うことが可能となり、対象物の検出精度を向上させることができる。また、これらの処理に時間をかけても、１周期の時間は延長されないので、高速処理が阻害されることもない。
【００２０】
本発明において、第１処理は、路面を推定するための路面推定処理であり、第２処理は、路面推定処理以外の、対象物を認識するための認識処理であってもよい。
【００２１】
本発明において、第１領域は、検出範囲における下側の領域であり、第２領域は、検出範囲における上側の領域であり、合成画像は、第１領域に対応する第１画像と、第２領域に対応する第２画像とを合成した画像であり、物体検出部は、第１画像に基づいて路面推定処理を実行し、合成画像に基づいて対象物の認識処理を実行してもよい。
【００２２】
本発明において、合成画像は、対象物までの距離の情報を含む距離画像であってもよい。
【００２３】
本発明において、合成画像は、対象物までの距離の情報を含む距離画像、および、対象物からの反射光の強度の情報を含む受光強度画像であってもよい。
【００２４】
本発明において、物体検出部は、第１走査が終了した時点から第２走査が終了する時点までの間に、第１処理に続いて、所定の第３処理を実行してもよい。
【００２５】
本発明において、光走査部は、測定光および反射光を反射する鏡を備えていてもよい。この鏡は回転可能であって、表面と裏面の一方に第１反射面を有するとともに、表面と裏面の他方に第２反射面を有する。光走査部は、第１走査において、回転する鏡の第１反射面により測定光を第１領域に走査し、第２走査において、回転する鏡の第２反射面により測定光を第２領域に走査する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、高速でかつ高精度の検出結果が得られる対象物検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による対象物検出装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２】対象物検出装置が搭載された車両の正面図である。
【図３】対象物検出装置における光学系の配置を示す図である。
【図４】投光時の光の走査を説明する図である。
【図５】受光時の光の走査を説明する図である。
【図６】本発明における検出処理の例を示したタイムチャートである。
【図７Ａ】対象物検出装置からの投光領域を示す図である。
【図７Ｂ】対象物検出装置からの投光領域を示す図である。
【図８】車両前方画像を示す図である。
【図９】受光強度画像の下半分と距離画像の下半分とを示す図である。
【図１０】合成された受光強度画像および距離画像を示す図である。
【図１１Ａ】本発明の他の実施形態における投光領域を示す図である。
【図１１Ｂ】本発明の他の実施形態における投光領域を示す図である。
【図１２】本発明の他の実施形態における検出処理の例を示したタイムチャートである。
【図１３】本発明の他の実施形態における検出処理の例を示したタイムチャートである。
【図１４】本発明の他の実施形態における検出処理の例を示したタイムチャートである。
【図１５】従来の対象物検出装置における検出処理を示したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。図面において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態による対象物検出装置の電気的構成を示したブロック図である。対象物検出装置１００は、本例では車載用のレーザレーダであり、図２に示すように、自動四輪車などの車両３０の前部に設置される。この対象物検出装置１００は、車両３０の前方にある所定の検出範囲に対して光を投射し、検出範囲内にある対象物で反射した反射光を受光することにより、当該対象物を検出する。なお、本発明における対象物の検出には、対象物の有無の検出だけでなく、対象物の属性（種類、位置、方向など）の検出も含まれる。
【００３０】
図１に示すように、対象物検出装置１００には、投光部１、受光部２、光走査部３、ＬＤ（Laser Diode）駆動回路４、信号処理部５、モータ駆動回路６、通信部７、制御部１０、および記憶部２０が備わっている。
【００３１】
投光部１は、レーザダイオード・モジュール（以下「ＬＤモジュール」と表記）１１を有している。このＬＤモジュール１１は、複数のＬＤから構成されている。ＬＤ駆動回路４は、ＬＤモジュール１１の各ＬＤに駆動電流を供給して、各ＬＤを発光させる。各ＬＤは、発光することにより、測定光（レーザ光）を投射する。
【００３２】
受光部２は、フォトダイオード・アレイ（以下「ＰＤアレイ」と表記）２１を有している。このＰＤアレイ２１は、複数のＰＤ（Photo Diode）から構成されている。各ＰＤは、対象物からの反射光を受光して、当該反射光に応じた電気信号をアナログの受光信号として出力する。
【００３３】
信号処理部５は、増幅回路やＡＤＣ（Analog Digital Converter）などから構成されており、受光部２から出力された受光信号に対し、増幅や２値化などの処理を行って、デジタルの受光信号を出力する。この信号は、制御部１０に与えられる。
【００３４】
光走査部３は、モータ３ｆとエンコーダ３ｇとを有している。モータ３ｆは、後述する鏡３ａ（図３〜図５）を回転させるためのアクチュエータである。モータ駆動回路６は、モータ３ｆに駆動電流を供給して、モータ３ｆを回転させる。光走査部３は、モータ３ｆと連動して回転する鏡３ａにより、測定光や反射光を走査する。エンコーダ３ｇは、モータ３ｆの回転に同期したパルス信号を出力する。このパルス信号は、制御部１０に与えられる。制御部１０は、エンコーダ３ｇから出力されるパルス信号に基づいて、モータ３ｆの回転数や鏡３ａの回転角などを検出する。
【００３５】
通信部７は、インターフェイスを構成するものであり、車両３０に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００と通信を行うための通信回路などからなる。この通信部７を介して、制御部１０とＥＣＵ２００との間で各種の信号やデータが送受信され、また、対象物の検出結果が制御部１０からＥＣＵ２００へ通知される。なお、ＥＣＵ２００は、制御対象に応じて設けられた複数のＥＣＵから構成されるが、図１ではそれらをまとめて１つのブロックで表してある。
【００３６】
制御部１０は、たとえばＣＰＵから構成されており、対象物検出装置１００の動作を制御する。制御部１０には、投光制御部１０ａ、受光制御部１０ｂ、走査制御部１０ｃ、画像生成部１０ｄ、および物体検出部１０ｅが備わっている。これらの各部の機能は、実際にはＣＰＵが実行するソフトウェアプログラムによって実現されるが、図１では便宜上、ハードウェアのブロックで示している。
【００３７】
投光制御部１０ａは、投光部１のＬＤモジュール１１を構成する複数のＬＤのうち、所定のＬＤから所定のタイミングで測定光が投射されるように、ＬＤ駆動回路４を制御する。受光制御部１０ｂは、受光部２のＰＤアレイ２１を構成する複数のＰＤのうち、所定のＰＤが所定のタイミングで対象物からの反射光を受光するように、ＰＤアレイ２１を制御する。
【００３８】
走査制御部１０ｃは、光走査部３のモータ３ｆの回転数や鏡３ａの回転角が目標値となるように、エンコーダ３ｇの出力に基づいてモータ駆動回路６を制御する。画像生成部１０ｄは、信号処理部５で処理された受光信号に基づいて、後述する距離画像および受光強度画像を生成する。
【００３９】
物体検出部１０ｅは、画像生成部１０ｄで生成された上記の各画像に基づいて、対象物の検出に必要な処理を行い、その結果に基づいて対象物の有無、対象物の種類、対象物の位置、対象物の移動方向などを検出する。これらの検出には、公知の手法を用いることができる。物体検出部１０ｅの検出結果は、通信部７を介してＥＣＵ２００に通知され、ＥＣＵ２００はその検出結果に基づいて、所定の制御を行う。
【００４０】
記憶部２０は、たとえば半導体メモリから構成されている。記憶部２０には、制御部１０が各部を制御するための情報や、制御部１０のＣＰＵが実行するソフトウェアプログラムなどが記憶されている。また、記憶部２０には、制御部１０での演算結果や検出結果などが一時的に格納される領域も設けられている。
【００４１】
図３は、対象物検出装置１００における光学系の配置を示した側面図である。光学系は、上側に配置された投光光学系と、下側に配置された受光光学系とからなる。図４は、投光光学系の上面図であり、図５は、受光光学系の上面図である。
【００４２】
図３に示すように、対象物検出装置１００の光学系は、ＬＤモジュール１１、投光レンズ１３、光走査部３の鏡３ａ、透過カバー１８、受光レンズ２３、反射鏡２２、およびＰＤアレイ２１から構成されている。このうち、ＬＤモジュール１１、投光レンズ１３、鏡３ａ、および透過カバー１８は、投光光学系である。また、透過カバー１８、鏡３ａ、受光レンズ２３、反射鏡２２、およびＰＤアレイ２１は、受光光学系である。
【００４３】
これらの光学系は、図３〜図５に示すように、対象物検出装置１００の筐体１９内に収納されている。筐体１９には、対象物５０側に向かって開口する窓１９ａが設けられている。この窓１９ａを塞ぐように、透過カバー１８が嵌合されている。透過カバー１８は、透光性を有する板材から成る。透過カバー１８が車両３０の前方を向くように、対象物検出装置１００は車両３０の前部に設置される（図２）。
【００４４】
ＬＤモジュール１１には、図示しない複数（たとえば４個）のＬＤが設けられており、これらのＬＤは鉛直方向Ｙに配列されている。各ＬＤはそれぞれ、水平方向Ｘに対して異なる角度で測定光を投射する。
【００４５】
ＰＤアレイ２１には、図示しない複数（たとえば１６個）のＰＤが設けられており、これらのＰＤも鉛直方向Ｙに配列されている。各ＰＤはそれぞれ、水平方向Ｘに対して異なる角度から入射する反射光を受光する。
【００４６】
投光レンズ１３は、たとえばコリメータレンズから構成されており、ＬＤモジュール１１と鏡３ａの上部との間に配置されている。受光レンズ２３は、たとえば集光レンズから構成されており、鏡３ａの下部とＰＤアレイ２１との間に配置されている。反射鏡２２は、図５に示すように、受光レンズ２３とＰＤアレイ２１とに対して、所定角度で傾斜するように配置されている。
【００４７】
光走査部３の鏡３ａは、板状に形成されている。鏡３ａの表面と裏面には、それぞれ、反射面３ｂ（第１反射面）と反射面３ｃ（第２反射面）が設けられている。図３において、各反射面３ｂ、３ｃの上半分は投光用反射領域であり、下半分は受光用反射領域である。
【００４８】
投光レンズ１３とＬＤモジュール１１は、鏡３ａの上半分と同等の高さの位置に配置されている。ＬＤモジュール１１の各ＬＤは、その発光面が鏡３ａと対向するように配置されている。受光レンズ２３、反射鏡２２、およびＰＤアレイ２１は、鏡３ａの下半分と同等の高さの位置に配置されている。ＰＤアレイ２１の各ＰＤは、その受光面が反射鏡２２側を向くように配置されている。
【００４９】
鏡３ａの下方には、モータ３ｆが設けられている。鏡３ａは、モータ３ｆの回転軸３ｊの上端に固定されており、回転軸３ｊの回転に連動して回転する。鏡３ａの中心を通る一点鎖線Ｑは、鏡３ａの回転軸である。この回転軸Ｑとモータ３ｆの回転軸３ｊとは、同一直線上にあって、鉛直方向Ｙに対して平行になっている。鏡３ａの反射面３ｂ、３ｃも、鉛直方向Ｙに対して平行になっている。
【００５０】
モータ３ｆの回転と連動して、鏡３ａが回転軸Ｑ（回転軸３ｊ）を中心に回転することで、反射面３ｂ、３ｃの上半分が、投光レンズ１３とＬＤモジュール１１とに対向する（図３、図４）。また、反射面３ｂ、３ｃの下半分が受光レンズ２３、反射鏡２２、およびＰＤアレイ２１に対向する（図３、図５）。
【００５１】
図３に示すように、筐体１９内は遮光板１７により上下に仕切られている。遮光板１７より上方の投光空間には、ＬＤモジュール１１、投光レンズ１３、および鏡３ａの上半分が配置されている。遮光板１７より下方の受光空間には、ＰＤアレイ２１、反射鏡２２、受光レンズ２３、および鏡３ａの下半分が配置されている。
【００５２】
図３および図４に１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤモジュール１１から投射された測定光は、投光レンズ１３により平行光に変換された後、鏡３ａのいずれかの反射面３ｂ、３ｃに入射する。この際、モータ３ｆの駆動により、鏡３ａが回転軸Ｑを中心に回転することで、いずれかの反射面３ｂ、３ｃ（図４では３ｂ）が対象物５０側を向いた状態となる。このため、測定光がいずれかの反射面３ｂ、３ｃの上半分（投光用反射領域）で反射されて、透過カバー１８を透過し、筐体１９外の検出範囲Ｚ（ハッチング部分）に投光される。また、鏡３ａの回転により、反射面３ｂ、３ｃの向きが変わることで、測定光が左右方向Ｘに走査される。
【００５３】
上記のように検出範囲Ｚに投光された測定光は、検出範囲Ｚにある対象物５０で反射される。その反射光は、図５に２点鎖線の矢印で示すように、対象物検出装置１００に向かって進行し、透過カバー１８を透過して、鏡３ａのいずれかの反射面３ｂ、３ｃ（図５では３ｂ）に入射する。その際、モータ３ｆの駆動により、鏡３ａが回転軸Ｑを中心に回転することで、いずれかの反射面３ｂ、３ｃが対象物５０側を向いた状態となる。
【００５４】
これにより、対象物５０からの反射光が、いずれかの反射面３ｂ、３ｃの下半分で反射されて、受光レンズ２３に入射する。そしてこの反射光は、受光レンズ２３で集光された後、反射鏡２２で反射されて、ＰＤアレイ２１の各ＰＤで受光される。つまり、鏡３ａは、対象物５０からの反射光を反射面３ｂ、３ｃにより左右方向Ｘに走査して、該反射光を受光レンズ２３と反射鏡２２を介してＰＤアレイ２１へ導く。
【００５５】
図１の投光制御部１０ａおよび受光制御部１０ｂは、鏡３ａの各反射面３ｂ、３ｃでの測定光や反射光の反射時に、ＬＤモジュール１１において発光するＬＤと、ＰＤアレイ２１において受光するＰＤをそれぞれ切り替えることにより、対象物の検出範囲Ｚを、鉛直方向Ｙにおける上側の検出領域（図７ＢのＺ２）と下側の検出領域（図７ＡのＺ１）とに分割する。上側の検出領域は、後述の図１０に示す受光強度画像Ｉおよび距離画像Ｄの上半分Ｉａ、Ｄａを生成するための検出領域であり、下側の検出領域は、各画像Ｉ、Ｄの下半分Ｉｂ、Ｄｂを生成するための検出領域である。
【００５６】
次に、上述した対象物検出装置１００の動作につき、図６のタイムチャートを参照しながら説明する。
【００５７】
図６において、時刻ｔ０で測定光の投射により計測が開始されてから、時刻ｔ４で検出結果が出力されるまでの時間Ｔは、１周期を表しており、この１周期Ｔの間に鏡３ａが１回転する。時刻ｔ０〜ｔ１の間（期間Ａ）は、光走査部３により、鏡３ａの表面による第１走査が行われる。この第１走査は、検出範囲Ｚの鉛直方向Ｙにおける下側の領域、すなわち図７Ａに示す測定光の投射角度θ１によって決まる領域Ｚ１（第１領域）への走査である。この領域Ｚ１には、車両３０から近距離の範囲にある路面Ｒが含まれる。そして、第１走査が終了した時刻ｔ１の時点で、制御部１０の画像生成部１０ｄは、第１走査で得られた情報に基づき、受光強度画像Ｉと距離画像Ｄのそれぞれの下半分の画像Ｉｂ、Ｄｂ（第１画像）を生成する。図９には、これらの下半分の画像Ｉｂ、Ｄｂの例が示されている。
【００５８】
受光強度画像Ｉは、対象物からの反射光の強度を示す画像であって、ＰＤアレイ２１のＰＤから出力される受光信号のレベルに基づいて生成される。距離画像Ｄは、対象物までの距離などを示す画像であって、ＬＤモジュールのＬＤから測定光が投射されてから、ＰＤアレイ２１のＰＤで反射光が受光されるまでの時間差などのパラメータに基づいて生成される。
【００５９】
次に、第１走査の終了時点ｔ１から、制御部１０の物体検出部１０ｅは、下半分の画像Ｉｂ、Ｄｂに基づいて、これらの画像に表れているのが路面であるかどうかを検証する路面推定処理（第１処理）を実行する。路面の推定方法については、たとえば特許文献２に記載されているように公知であるため、ここでは説明を省略する。この路面推定処理は、第１走査の終了時点ｔ１から第２走査の終了時点ｔ３までの間（期間Ｖ）に行われる。
【００６０】
上記の期間Ｖは、本来、ＣＰＵの処理負荷が小さい期間であり、この期間ではＣＰＵに余裕があるので、路面推定処理に十分な時間を割いて、高度な処理を行うことができる。また、路面の推定にあたっては、第１走査すなわち図７Ａの下側領域Ｚ１の走査で得られた下半分の画像Ｉｂ、Ｄｂを用いればよく、上下が揃った画像（合成画像）が完成するのを待つ必要がないため、ｔ１の時点からただちに、前倒しで路面推定処理を開始することができる。図６の例では、ｔ１〜ｔｘ（ｔｘ＜ｔ３）の期間Ｕに、路面推定処理が実行される。
【００６１】
時刻ｔ２〜ｔ３の間（期間Ｂ）は、光走査部３により、鏡３ａの裏面による第２走査が行われる。この第２走査は、検出範囲Ｚの鉛直方向Ｙにおける上側の領域、すなわち図７Ｂに示す測定光の投射角度θ２によって決まる領域Ｚ２（第２領域）への走査である。この領域Ｚ２には、車両３０の前方を走行する車両（図示省略）や、前方の路面Ｒ上にある障害物（図示省略）などが含まれる。そして、第２走査が終了した時刻ｔ３の時点で、制御部１０の画像生成部１０ｄは、第２走査で得られた情報に基づき、受光強度画像Ｉと距離画像Ｄのそれぞれの上半分の画像Ｉａ、Ｄａ（第２画像）を生成する。そして、これらの上半分の画像Ｉａ、Ｄａを、先の下半分の画像Ｉｂ、Ｄｂと合成することにより、受光強度画像Ｉおよび距離画像Ｄを生成する。図１０には、車両３０の前方の画像が図８のような画像である場合の、受光強度画像Ｉの例と距離画像Ｄの例とが示されている。
【００６２】
制御部１０の物体検出部１０ｅは、第２走査の終了時点ｔ３から、受光強度画像Ｉおよび距離画像Ｄに基づいて、対象物の認識処理を開始する。この認識処理においては、受光強度画像Ｉと距離画像Ｄを解析し、各画像を構成するピクセル群（画素群）から得られる情報に基づき、対象物の種類（車両、人、障害物など）を判別したり、対象物の位置（車両からの距離）や移動方向などを判別したりする処理が行われる。これによって、対象物の有無および対象物の属性が検出される。なお、対象物が路面であるか否かの判別は、先行する路面推定処理の段階ですでに行われている。対象物の認識処理は、期間Ｗ（ｔ３〜ｔ４）にわたって実行される。図１５の従来の場合は、期間Ｗにおいて、路面推定処理と対象物の認識処理の両方が行われるため、認識処理の時間が短くなって認識精度が低下するという問題があったが、図６の本発明の場合は、期間Ｗにおいて対象物の認識処理のみが行われるため、認識処理の時間を長く確保することができ、認識精度が向上する。
【００６３】
時刻ｔ４で対象物の認識処理が終了すると、物体検出部１０ｅは、先の路面推定処理の結果と、対象物の認識処理の結果とに基づいて、対象物の検出結果を出力する。具体的には、対象物の有無に関する情報と、対象物の種類・位置・移動方向などに関する情報とが出力され、また必要に応じて、道路の曲がり具合いや、車両の走行可能エリアなどに関する情報も出力される。これらの検出結果は、前述したように、通信部７を介してＥＣＵ２００に送られる。
【００６４】
以上のように、図６に示した実施形態では、第１走査が終了した時点ｔ１から第２走査が終了する時点ｔ３までの間に、第１走査で得られた下半分の画像Ｉｂ、Ｄｂを用いて路面推定処理が前倒しで実行される。そして、第２走査が終了した時点ｔ３で、当該第２走査で得られた上半分の画像Ｉａ、Ｄａと、先に得られた下半分の画像Ｉｂ、Ｄｂとを合成した合成画像（受光強度画像Ｉ、距離画像Ｄ）が生成され、この合成画像に基づいて、ｔ３の時点から対象物の認識処理が実行される。このため、路面推定処理と対象物の認識処理に十分な時間をかけて、複雑で高度な処理を行うことが可能となり、対象物の検出精度を向上させることができる。また、これらの処理に時間をかけても、１周期Ｔの時間は延長されないので、高速処理を担保することができる。
【００６５】
本発明は、上述した以外にも、以下に示すような種々の実施形態を採用することができる。
【００６６】
前記の実施形態では、第１走査により検出範囲Ｚの下側の領域（図７ＡのＺ１）を走査し、第２走査により検出範囲Ｚの上側の領域（図７ＢのＺ２）を走査したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１１Ａに示すように、第１走査により、測定光の投射角度θ３によって決まる上側の領域Ｚ３（第１領域）を走査し、図１１Ｂに示すように、第２走査により、測定光の投射角度θ４によって決まる下側の領域Ｚ４（第２領域）を走査してもよい。車両３０に設けられている対象物検出装置１００の路面Ｒからの高さｈは、たとえば５０ｃｍ程度であるので、第１走査によりまず領域Ｚ３を走査することで、路面Ｒ上の走行の妨げとなる障害物Ｋを検出することができ、走行の安全を確保することができる。
【００６７】
前記の実施形態では、対象物の認識処理を図６の期間Ｗ（ｔ３〜ｔ４）にわたって行ったが、対象物の認識処理には、路面推定処理ほど高度で複雑な処理が要求されないので、図１２に示すように、対象物の認識処理を行う期間Ｗ’（ｔ３〜ｔ４’）を、図６の期間Ｗより短くしてもよい。これによって周期Ｔが周期Ｔ’に短縮され（Ｔ’＜Ｔ）、高速化がより促進される。なお、図１２では、期間Ｗ’が図１５の期間Ｗ２よりも長くなっているが（Ｗ’＞Ｗ２）、期間Ｗ’は期間Ｗ２と同じであってもよい（Ｗ’＝Ｗ２）。
【００６８】
前記の実施形態では、路面推定処理を図６の期間Ｕ（ｔ１〜ｔｘ）にわたって行ったが、図１３に示すように、路面推定処理を期間Ｖ（ｔ１〜ｔ３）にわたって行ってもよい。これによって、路面推定処理にさらに長い時間を割いて、一層複雑かつ高度な処理を行うことが可能となり、路面推定の精度をより向上させることができる。
【００６９】
前記の実施形態では、第１走査の終了時点ｔ１から第２走査の終了時点ｔ３までの間（期間Ｖ）に、路面推定処理のみを行ったが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１４に示すように、期間Ｖにおいて、路面推定処理に続いて他の処理（第３処理）を実行してもよい。他の処理としては、たとえば路面上の白色の車線を検出する処理などが挙げられる。
【００７０】
前記の実施形態では、受光強度画像Ｉと距離画像Ｄの２つの画像を生成し、これらの画像を用いて対象物を検出したが、距離画像Ｄのみを生成し、これに基づいて対象物の検出を行ってもよい。
【００７１】
前記の実施形態では、光走査部３が、測定光および反射光を反射する鏡３ａを備えており、この鏡３ａを回転させることによって、第１走査および第２走査を行ったが、本発明はこれに限定されない。鏡３ａの回転による走査に代えて、ＬＤモジュール１１やＰＤアレイ２１の各素子を電気的に走査することによって、第１走査と第２走査を行ってもよい。
【００７２】
前記の実施形態では、投光部１の発光素子としてレーザダイオード（ＬＤ）を用い、受光部２の受光素子としてフォトダイオード（ＰＤ）を用いたが、本発明はこれらに限定されない。たとえば、発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いてもよい。また、受光素子としてアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などを用いてもよい。
【００７３】
前記の実施形態では、対象物検出装置１００を車両３０の前部に設置した例を挙げたが、対象物検出装置１００を車両３０の後部や左右側部に設置して、車両３０の後方や側方にある対象物を検出できるようにしてもよい。
【００７４】
前記の実施形態では、車両に搭載される対象物検出装置に本発明を適用した例を挙げたが、本発明は、車両以外の分野で用いられる対象物検出装置に対しても適用が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  投光部
２  受光部
３  光走査部
３ａ  鏡
３ｂ  反射面（第１反射面）
３ｃ  反射面（第２反射面）
１０ａ  物体検出部
３０  車両
５０  対象物
１００  対象物検出装置
Ｉ    受光強度画像（合成画像）
Ｉｂ  受光強度画像の下半分の画像（第１画像）
Ｉａ  受光強度画像の上半分の画像（第２画像）
Ｄ    距離画像（合成画像）
Ｄｂ  距離画像の下半分の画像（第１画像）
Ｄａ  距離画像の上半分の画像（第２画像）
Ｒ    路面
Ｚ    検出範囲
Ｚ１、Ｚ３  第１領域
Ｚ２、Ｚ４  第２領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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