(57)【要約】【課題】所望波の有無や悪環境の強度に関わらず、所望波とクラッタを判別することができる距離測定装置を提供する。【解決手段】本発明の距離測定装置は、自車両周囲に送信波を出力する投光部２００と、投光部２００が出力した送信波の反射波を受信する受光部３００と、受光部３００が受信した反射波の振幅が所定の第１の閾値を超えた時間を計測する時間計測部５００と、時間計測部５００が計測した時間と、反射波の時間と振幅値とが関係付けられた基準値とに基づいて、反射物体までの距離と反射波の振幅値を算出し、この算出結果に基づいて反射物体が計測対象物体かクラッタかを推定する信号処理部１００とを備える。【選択図】図１
2015219120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車両周囲に送信波を出力する投光手段と、
前記投光手段が出力した送信波の反射波を受信する受光手段と、
前記受光手段が受信した反射波の振幅が所定の第１の閾値を超えた時間を計測する計測手段と、
前記計測手段が計測した時間と、前記反射波の時間と振幅値とが関係付けられた基準値とに基づいて、反射物体までの距離と前記反射波の振幅値を算出し、この算出結果に基づいて反射物体が計測対象物体かクラッタかを推定する推定手段とを備えたことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記推定手段は、前記算出した反射物体までの距離による減衰の影響を排した推定反射率を算出し、この推定反射率に基づいて反射物体が計測対象物体かクラッタかを推定することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記推定手段は、前記算出した反射物体までの距離のべき乗を前記反射波の振幅値に乗じて推定反射率を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記推定手段は、前記算出した反射物体までの距離が属するエリアに応じて、前記推定反射率に基づいて反射物体が計測対象物体かクラッタかを推定する推定基準を異ならせることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記推定手段は、前記推定基準の度合いを、前記算出した反射物体までの距離が遠距離に属するエリアの場合よりも近距離に属するエリアの場合の方を小さく設定したことを特徴とする請求項４に記載の距離測定装置。
【請求項６】
前記推定手段は、前記推定基準の判定閾値を、前記算出した反射物体までの距離が遠距離に属するエリアの場合よりも近距離に属するエリアの場合の方を小さく設定したことを特徴とする請求項５に記載の距離測定装置。
【請求項７】
前記受光手段が受信した反射波の振幅が、前記第１の閾値を超えるか否かを検出する検出手段をさらに備え、
前記計測手段は、前記検出手段が前記反射波の振幅が前記第１の閾値を超えたと検出したとき、前記投光手段が出力した時間を計測することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項８】
前記計測手段は、前記検出手段が前記反射波の振幅が前記第１の閾値を超えたと検出したとき、前記第１の閾値を超えたときから前記第１の閾値より小さくなるときまでの時間を計測することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項９】
前記検出手段は、前記受光手段が受信した反射波を増幅する増幅部と、前記増幅部が増幅した増幅波のゲインを前記第１の閾値と比較する第１のコンパレータとを有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項１０】
前記投光手段は、所定の角度範囲で送信波を出力し、
前記受光手段は、前記所定の角度範囲で前記反射波を受信し、
前記計測手段は、前記受光手段が受信した反射波の振幅が所定の第１の閾値を超えた時間を前記所定の角度範囲で計測し、
前記推定手段は、前記所定の角度のうち一定以上の範囲で同様な反射物体までの距離が
算出されたとき、この反射物体をクラッタと判定することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項１１】
前記推定手段は、前記所定の角度毎に算出された前記反射物体までの距離の差分と距離分散を算出し、前記差分が第２の閾値より小さく、前記距離分散が、第３の閾値よりも小さい場合に、前記反射物体をクラッタと判定することを特徴とする請求項１０に記載の距離測定装置。
【請求項１２】
前記推定手段は、前記距離分散が、前記第３の閾値よりも小さい第４の閾値より小さい場合、または、前記反射波の、前記第１の閾値を超えたときから前記第１の閾値より小さくなるときまでの時間が第５の閾値より大きいものが一定以上の範囲で存在する場合に測距困難な悪環境と判定することを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は距離測定装置に関するものであって、特に、ＴＤＣ（Ｔｉｍｅ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）など時間計測器により実現するＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ
Ｆｌｉｇｈｔ）方式のレーザレーダのうち、マルチエコーを測距するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光源より照射した光が計測対象物体に反射して帰ってくるまでの往復時間を計測することにより測距するアクティブレーザ方式としてＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式が知られている。このＴＯＦ方式では、光が照射されてから受光されるまでのわずかな時間を測定する手段として、時間というアナログ情報を量子化してデジタル出力するデバイスであるＴＤＣ（Ｔｉｍｅ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）が用いられることがある。ＴＤＣではＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）に対して、受光波形の振幅が得られない代わりに時間分解能に優れており、例えば数十ｐｓオーダでの出力も可能である。そして、一般に、レーザレーダのＴＯＦ方式においては、光パルスの投光タイミングと受光タイミングの時間差の計測結果に基づいて、以下の式によって距離が算出される。
【０００３】
（数１）
距離［ｍ］＝光速［ｍ／ｓ］×投光タイミングと受光タイミングの時間差（往復時間）［ｓ］／２＋（回路の遅延など）オフセット値［ｍ］…（式１）
ここで、レーザレーダにおいては、雨や霧、雪などの天候の影響や光透過物質があると、１つの投光パルスに対して、それらの反射と、その先にある計測対象物体による反射によって、複数の受光パルス（エコー）を測距する状況が生じる。例えば図９に示すように、霧等による反射波（以下、クラッタと呼ぶ）をまず１ｓｔエコーとして検出し、この霧の奥に隠れた計測対象物体（先行車）による反射波（以下、所望波と呼ぶ）を２ｎｄエコーとして検出することがある。ここで、図９に示すように、計測対象物体が自車両から十分に離れていると、１ｓｔエコーと２ｎｄエコーとはそれぞれの波形として検出される。このような距離測定装置においては、図１０に示すように複数のエコーを検出することはできるが、所望波とクラッタの区別をつけることが難しい。これに対し、従来は、グループ化したクラッタの反射点群の中で、第２反射点を持っている第１反射点が所定の比率以上存在する場合にそのセグメントを霧等であると判定していた。（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４２１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の距離測定装置では、第２反射点（所望波）が存在しない場合、クラッタを判定できず、また、図１１に示すように、濃霧などで測距不能なほどの悪環境下では、クラッタによって増幅器が飽和して所望波を検知できず、判定ができないといったクラッタの判別に際してロバスト性に欠けるという問題があった。
【０００６】
本発明は、従来の課題を解決するものであって、所望波の有無や悪環境の強度に関わらず、クラッタを判別することができる距離測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、自車両周囲に送信波を出力する投光手段と、前記投光手段が出力した送信波の反射波を受信する受光手段と、前記受光手段が受信した反射波の振幅が所定の第１の閾値を超えた時間を計測する計測手段と、前記計測手段が計測した時間と、前記反射波の時間と振幅値とが関係付けられた基準値とに基づいて、反射物体までの距離と前記反射波の振幅値を算出し、この算出結果に基づいて反射物体が計測対象物体かクラッタかを推定する推定手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、所望波の有無や悪環境の強度に関わらず、クラッタを判別することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る距離測定装置の構成を示すブロック図
【図２】図１の時間計測部の動作をイメージで説明する図
【図３】クラッタの計測をイメージで説明する図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る距離測定装置による処理のフローチャート図
【図５】図４における反射率推定処理のフローチャート図
【図６】図４におけるグルーピング処理のフローチャート図
【図７】図６のグルーピング処理の変形例を示すフローチャート図
【図８】図７におけるエコーのカウントをイメージで説明する図
【図９】マルチエコー測距をイメージで説明する図
【図１０】クラッタが弱い状態での測距をイメージで説明する図
【図１１】クラッタが強い状態での測距をイメージで説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態の距離測定装置の構成を示すブロック図である。図１において、距離測定装置は、信号処理部１００と、投光部２００と、受光部３００と、検出部４００と、時間計測部５００とを有する。
【００１２】
本発明の第１の実施形態の距離測定装置では、信号処理部１００の命令に従って、投光部２００は自車両周囲に送信波（投光パルス）を出力する。投光部２００が出力した送信波は、周囲の物体６００に反射し、この反射物体６００からの反射波（受光パルス）を受光部３００が受信する。受光部３００が受信した反射波は、検出部４００に入力される。検出部４００は、この入力された波形の振幅が、所定のＬｏｗ閾値（第１の閾値）を超えるか否か、および、Ｌｏｗ閾値よりも大きい所定のＨｉｇｈ閾値を超えるか否かを検出する。ここで、Ｌｏｗ閾値は、通常の測距に用いられる閾値（図９〜図１１に示される従来の閾値に相当）であり、測距目標とする距離まで計測対象物体を検知でき、かつ、ノイズによる影響を受けない程度の所定の閾値に設定される。時間計測部５００は、検出部４００の検出結果から、受光部３００が受信した反射波の振幅が所定のＬｏｗ閾値を超えた時間、および、Ｈｉｇｈ閾値を超えた時間を計測する。信号処理部１００は、この計測結果やＬｏｗ閾値、Ｈｉｇｈ閾値を適宜用いて、反射物体６００までの距離を推定する。反射物体６００は、計測対象物体または雨や霧、雪等のクラッタを含む。なお、ここでＬｏｗ閾値やＨｉｇｈ閾値を超えた、の意味としては、Ｌｏｗ閾値やＨｉｇｈ閾値より大きいであってもよいし、Ｌｏｗ閾値やＨｉｇｈ閾値以上であってもよい。すなわち、等号の有無は適宜選択可能な設計事項であり、発明の本質に影響するものではない。以下の説明についても同様である。
【００１３】
次に、距離測定装置の内部構成について説明する。
【００１４】
信号処理部１００は、例えばＣＰＵやメモリを有し、各種演算処理を行う。信号処理部１００は、投光部２００や時間計測部５００に投光パルスのタイミング信号を出力する。また、信号処理部１００は、物体６００からの反射光（受光パルス）のパルス幅と振幅値とが関係付けられた基準値を予め記憶している。具体的には、物体６００からの受光パルスが例えばＬｏｗ閾値を超えた立ち上がり時間からＬｏｗ閾値を下回る立ち下がりまでの時間（パルス幅）に対する受光パルスのピーク振幅値の比率が記憶されているが必ずしもこれに限られない。計測された受光パルスのパルス幅から受光パルスのピーク振幅値を推定可能な関係式であればよい。これに基づいて、物体６００までの距離と反射波のピーク振幅値を算出する。そして、算出した物体６００までの距離とピーク振幅値に応じて、物体６００の反射率を推定し、この反射率に基づいて、物体６００が計測対象物体かクラッタかを判定する。具体的には、信号処理部１００は、推定した反射率が所定の閾値を超えた場合を計測対象物体と判定し、閾値以下の場合をクラッタと判定する。
【００１５】
投光部２００は、広角にレーザ光を照射して３次元測距可能なレーザレーダであり、ＬＤ駆動回路２０１と、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）２０２と、ミラー駆動回路２３０と、レンズ２５０と、スキャンミラー２７０とを有する。ＬＤ駆動回路２０１は、信号処理部１００から入力された投光パルスのタイミング信号に基づいてＬＤ２０２を駆動する。ＬＤ２０２は、レンズ２５０にレーザ光を照射する。レンズ２５０は、このレーザ光を集光する。スキャンミラー２７０には、この集光されたレーザ光が照射される。スキャンミラー２７０は、ミラー駆動回路２３０の制御に従って回転して、レンズ２５０で集光されたレーザ光の入射角度を調整する。換言すると、ミラー駆動回路２３０はスキャンミラー２７０の走査角度を調整することによって、外部への照射角度を上下左右に調整する。具体的には、ミラー駆動回路２３０は、スキャンミラー２７０を左右方向（水平方向）については広角（例えば１８０度程度）、上下方向（垂直方向）については鋭角（例えば４０度程度）に走査角度を調整する。なお、本実施形態では、説明の簡略のために、ＬＤ２０２やスキャンミラー２７０を単一の構成として説明したが、それぞれ複数で構成されてもよい。この場合、ＬＤ２０２やスキャンミラー２７０の全体としての走査角度は単一の構成のときよりも大きくなるので、複数の構成のときに単独のＬＤ２０２やスキャンミラー２７０を調整する走査角度は、単一の構成のときよりも小さくしてもよい。このように、３次元測距のために、投光部２００は、自車両周囲へのレーザ光（投光パルス）の照射を行う。
【００１６】
受光部３００は、受光素子３０１と、電流・電圧変換部３０２とレンズ３０４とを有する。受光素子３０１は自車両周囲の物体６００から反射されたレーザ光をレンズ３０４を介して取得して電流パルスに変換する。電流・電圧変換部３０２は例えばトランスインピーダンスアンプで構成され、受光素子３０１から入力された電流パルスを電圧パルスに変換する。
【００１７】
検出部４００は、増幅部４０１と、第１のコンパレータ４０２と、第２のコンパレータ４０３とを有する。増幅部４０１は電流・電圧変換部３０２から入力された電圧パルスを増幅してこの増幅信号を第１のコンパレータ４０２と、第２のコンパレータ４０３に出力する。第１のコンパレータ４０２はこの増幅信号と予め定められたＨｉｇｈ閾値とを比較してＨｉｇｈ閾値以上のパルス（Ｈｉｇｈエコー）を検出する。一方、第２のコンパレータ４０３はこの増幅信号と予め定められたＬｏｗ閾値とを比較してＬｏｗ閾値以上のパルス（Ｌｏｗエコー）を検出する。Ｈｉｇｈ閾値は、計測対象物体からの反射波（所望波）とクラッタの複数の受光パルスが合成されている場合にこの所望波とクラッタとを分離するために設定される閾値である。なお、本実施形態の検出部４００では、少なくとも入力
された波形の振幅が、Ｌｏｗ閾値（第１の閾値）を超えるか否かを検出できればよく、Ｈｉｇｈ閾値を超えるか否かの検出は必ずしも必要ではない。
【００１８】
時間計測部５００は、Ｈｉｇｈ閾値時間計測部５０１とＬｏｗ閾値時間計測部５０２とを有する。Ｈｉｇｈ閾値時間計測部５０１とＬｏｗ閾値時間計測部５０２とは、それぞれ第１のコンパレータ４０２と第２のコンパレータ４０３とから入力された各パルスの立ち上がり（受光タイミング）と信号処理部１００から入力された投光パルスの立ち上がり（投光タイミング）との時間差を信号処理部１００にデジタル出力する。この時間差は、図２に示すように、ＬＤ２０２からレーザ光（投光パルス）が照射されて、物体６００に反射して、この反射光（受光パルス）が受光素子３０１に受光されるまでの光パルスの往復時間を示す。信号処理部１００は、この時間差に基づいて、前述の式（１）から自車両から物体までの距離を算出する。信号処理部１００は、このパルス幅に基づいて後述の各種推定を行う。なお、ここでは、時間計測部５００から信号処理部１００に各パルスの立ち上がりから立ち下がりまでの時間（パルス幅）をデジタル出力したが、他の手法でパルス幅が算出されてもよい。例えば、時間計測部５００は、信号処理部１００に各パルスの立ち上がりの時間と立下りの時間をデジタル出力して、信号処理部１００が入力された立ち上がりの時間と立下りの時間の時間差を算出することでパルス幅を算出してもよい。
【００１９】
ここで、第１のコンパレータ４０２で設定されるＨｉｇｈ閾値は、想定される雨や霧、雪などによる影響（以下、悪環境と呼ぶ）の強度、換言すると悪環境下でのクラッタ振幅値よりも高く設定される。悪環境の強度は、少なくとも環境の関数を有する。環境の関数は、例えば濃霧の場合は視程、降雨の場合は粒径や降雨強度を変数とする関数であるがこれに限られない。想定する環境によって環境の関数が切替えられてもよい。また、悪環境の強度は、距離測定装置の光学特性の関数を有していてもよい。例えば、光学特性の関数は投光部２００や受光部３００の光学特性や回路特性に応じた関数であるがこれに限られない。このようにＨｉｇｈ閾値が、悪環境下におけるクラッタ振幅値より高く設定されることで、クラッタのパルス振幅はＨｉｇｈ閾値を超えず、計測対象物体のパルス振幅のみがＨｉｇｈ閾値を超える。このため、信号処理部１００は、受光パルスがＨｉｇｈ閾値を超えたことを第１のコンパレータ４０２が検出した場合に、Ｈｉｇｈ閾値時間計測部５０１が計測した時間を計測対象物体からの往復時間として、計測対象物体の距離を推定する。
【００２０】
なお、本実施形態では、受光パルスから計測対象物体とクラッタとを分離する手法としてＨｉｇｈ閾値を用いたが、Ｈｉｇｈ閾値を用いずに他の手法を用いてもよい。例えばＡＤＣ等の周知の手法を用いて受光パルスから計測対象物体とクラッタとを分離してもよい。
【００２１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る距離測定装置による処理について説明する。
【００２２】
信号処理部１００は、上述の光パルスの往復時間に基づいて、自車両から計測対象物体までの距離を算出する。また、信号処理部１００は、予め記憶している基準値（パルス幅とピーク振幅値の関係式）に基づいて、時間計測部５００の計測結果から算出した受光パルスのパルス幅から、受光パルスのピーク振幅値を推定する。そして、信号処理部１００は、受光パルスのピーク振幅値（以下、単に強度と記す）と自車両から計測対象物体までの距離に応じて、距離による減衰の影響を排した真の強度（以下、推定反射率と呼ぶ）を推定する。
【００２３】
信号処理部１００は、この推定された推定反射率が所定の閾値よりも小さいものをクラッタと判定する。このような、パルス幅を用いた強度の推定は、投光部２００や受光部３００の回路特性などで決定される受光パルス形状を基準として行う。この受光パルス形状
は振幅に関わらず一定である。具体的には、０［Ｖ］におけるパルス幅は一定であり、０［Ｖ］におけるパルスの立ち上がりと立ち下がりの点と、ピーク振幅点の時間差は一定である。このため、受光パルスのパルス幅が計測できれば、基準値のパルス幅との比率から、基準値のピーク振幅値に対する同じ比率のピーク振幅値を受光パルスのピーク振幅値として推定することができる。このため、受光パルスのパルス幅と時間計測部５００で設定された閾値（例えばＬｏｗ閾値）から受光パルスの強度を推定できる。また、例えば、信号処理部１００は、受光パルス形状のパルス幅がピーク振幅値の関数となる近似式やマッピングテーブルを予め記憶して推定してもよい。
【００２４】
ここで、受光パルスのピーク振幅値と、自車両から計測対象物体までの距離に応じて推定反射率を算出する手法としては、周知のレーダ方程式に基づいて行われる（例えば、周知文献として、椎名  達雄、池田  紘一、「霧中を伝搬するレーザ送信ビーム広がりの伝達関数の測定とその伝達関数を用いたビーム伝搬解析」、照明学会誌、Ｖｏｌ．８２、Ｎｏ．２、ｐｐ．７６−８３、１９９８参照）。本実施形態に係る距離測定装置が計測対象とする物体６００は、ＬＤ２０２のビーム径に対して小さい場合があり、距離の２乗〜４乗に反比例して振幅が減衰する。そこで、信号処理部１００は、物体６００までの距離のべき乗、具体的には、ｎ乗（２≦ｎ≦４）の範囲で、実測結果や環境条件に基づいて設定された所定の乗数を受光パルスのピーク振幅値に乗じて推定反射率を算出する。
【００２５】
また、信号処理部１００は、物体６００までの距離が属するエリアに応じて、推定反射率に基づいて物体６００が計測対象物体かクラッタかを推定する推定基準を異ならせてもよい。例えば、物体６００までの距離が近距離（Ｌ１＝２、３ｍ程度まで）の場合と、遠距離（Ｌ１より遠方）の場合とで推定基準の度合い（所定の閾値であり、具体的には例えば上述の距離のべき乗ｎの値）を異ならせるようにしてもよい。この場合、近距離に属するエリアの場合の所定の第１閾値は、遠距離に属するエリアの場合の所定の第２閾値よりも小さく設定される。これによって、遠距離に比較して車両の接近による衝突のおそれがある近距離において、所望波を誤ってクラッタと推定されることを低減することができる。一方、遠距離においては、近距離に比較して、所望波かクラッタかの推定精度を高めることができる。
【００２６】
なお、本実施形態の距離測定装置においては、信号処理部１００は、所望波かクラッタかの推定精度を高めるために、物体６００までの距離が属するエリアに応じて推定基準の度合いを変えたが、さらに以下の追加の推定処理を行ってもよい。
【００２７】
クラッタの強度が高い場合（例えば図１１（ｂ）のＡ領域の閾値Ｖｔｈ以上の場合）、図３に示すように、自車両８００から照射範囲８０１で障害物８０２に対してレーザ光が照射され、レーザ光の照射位置から等距離の位置で一様に発生する。そこで、信号処理部１００は、照射範囲８０１全体で一様な距離の受光パルスを検出した場合にクラッタと判定する。具体的には、信号処理部１００は、ミラー駆動回路２３０によって制御されるスキャンミラー２７０の走査角度毎に、算出した物体６００までの距離情報を記憶して、一定以上の範囲において同様の距離情報が記憶された場合に、その距離の受光パルスをクラッタと判定する。例えば、所定の閾値範囲内にある距離情報が所定数以上記憶された場合に、受光パルスはクラッタと判定される。
【００２８】
また、信号処理部１００は、この追加の推定処理でクラッタと判定された場合に、さらに、スキャンミラー２７０の走査角度毎に記憶されたクラッタの距離情報の差分値、および、距離情報の分散値（距離分散）が、それぞれ所定の第２の閾値、第３の閾値以下の場合にクラッタと判定するようにしてもよい。これによって、ノイズ等の影響で所望波と誤検知されるおそれを低減することができる。
【００２９】
また、信号処理部１００は、さらに、距離情報の分散値（距離分散）が、第３の閾値よりも小さい所定の第４の閾値より小さい場合、または、図１２（ｃ）に示すように受光パルスのＬｏｗ閾値を超えたパルス幅（Ｗｌｏｗ）が所定の第５の閾値（Ｗｔｈ５）より大きいものが一定以上の走査角度範囲で存在する場合に、図１２に示すような計測対象物体の測距困難な悪環境と判定する。これによって、図１２（ｂ）のＡ領域に示すような計測対象物体の測距ができない領域を、計測対象物体までの距離の推定処理から排除することができる。また、本実施形態では、信号処理部１００は、クラッタと判定する際に、悪環境の判定を行ったが、これに限られず、他の推定処理の場合に悪環境の判定を行ってもよい。例えば、信号処理部１００は、クラッタと所望波とが合成されたパルスから所望波を分離する際に、悪環境の判定を行ってもよい。このように、信号処理部１００は、悪環境検出手段として機能し、悪環境の判定が行われた場合にさまざまな推定処理を排除するようにしてもよい。
【００３０】
次に、以上のような本発明の第１の実施形態に係る距離測定装置による全体的な処理について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る距離測定装置による処理のフローチャート図である。これらの各処理は信号処理部１００、またはその命令に従った各構成部によって行われる。
【００３１】
まず、ステップＳ４０１に示すように、投光部２００は水平スキャンを開始する。具体的には、レーザー光の照射角度として初期値（スキャン開始角度＝０°）が設定され、０〜１８０°の水平スキャンが開始される。そして、スキャンミラー２７０の回転によって、水平スキャンが繰り返し行われる。なお、ここでは水平スキャンについて説明したが、垂直スキャンが行われてもよいし、水平スキャンと垂直スキャンの両方が行われてもよい。また、同じスキャン操作が繰り返し行われてもよい。このようなスキャンによって、よりクラッタの判定精度が向上する。
【００３２】
そして、ステップＳ４０２に示すように、信号処理部１００はＬｏｗエコー（受光パルス）があるか否かを判定する。そして、ステップＳ４０２でＹＥＳの場合、ステップＳ４０３に示すように、Ｌｏｗ閾値（第１の閾値）を超えたエコーがあった場合、信号処理部１００は測距処理を実施する。測距処理結果は、後述するグルーピング処理のために信号処理部１００内の図示しないメモリに記憶される。例えば、照射角度や、エコーの発生距離や、エコーのパルス幅が記憶される。その後、ステップＳ４０４に示すように、信号処理部１００は、後述する反射率推定処理（弱いクラッタを判別する処理）を行う。
【００３３】
ステップＳ４０４の反射率推定処理後、または、ステップＳ４０２でＮＯの場合、ステップＳ４０５に示すように、レーザ光の照射角度が角度分解能分だけ更新される。例えば、前回の照射角度に角度分解能１°だけ加算されて、レーザ光の照射方向が更新される。
【００３４】
次に、ステップＳ４０６に示すように、信号処理部１００は、水平スキャンが終了したか否かを判定する。具体的には、水平スキャン角度分（０〜１８０°）が終了したか判定される。ステップＳ４０６でＮＯの場合、再度ステップＳ４０２以降の処理が繰り返される。例えば角度分解能が１°であった場合、上述のフローが、１８０回繰り返されることになる。そして、ステップＳ４０６でＹＥＳの場合、ステップＳ４０７に示すように、信号処理部１００は、後述するグルーピング処理（強いクラッタ判別）を行う。
【００３５】
次に、ステップＳ４０４の反射率推定処理（弱いクラッタを判別する処理）の詳細な処理について、図５を用いて説明する。ここでは、受光パルス（エコー）の振幅値がＬｏｗ閾値を超えた回数分、以下の処理が繰り返し行われる。
【００３６】
ステップＳ５０１に示すように、信号処理部１００は、算出した受光パルスの距離が所
定値Ｌ［ｍ］（例えばＬ＝３）より小さいか否かを判定する。
【００３７】
ステップＳ５０１でＮＯの場合は、処理を終了する。これは、クラッタの判別のため、クラッタの発生する可能性が高い、近距離（例えば、３ｍ以内）のみ反射率推定処理を実施するためである。クラッタは一般に推定反射率が計測対象物体よりも小さいため、遠距離（例えば、３ｍ以上）ではＬｏｗエコーは発生しないものと設定している。このような処理によって、信号処理部１００の処理負荷を削減することができる。なお、処理負荷は増大するが、ステップＳ５０１の処理を除くことも可能である。
【００３８】
一方、ステップＳ５０１でＹＥＳの場合、ステップＳ５０２に示すように、信号処理部１００は、受光パルスの振幅値がＬｏｗ閾値を超えたパルス幅が所定値Ｗ［ｍ］（例えばＷ＝５）よりも小さいか否かを判定する。これは、パルス幅が間延びもしくは、飽和していないかを判定するためである。パルス幅が間延びもしくは、飽和していると、受光パルスのピーク振幅値が正確に推定できないため、ステップＳ５０２でＮＯの場合は処理を終了する。
【００３９】
一方、ステップＳ５０２でＹＥＳの場合、ステップＳ５０３に示すように、信号処理部１００は、所定の近似式に基づいて受光パルスのピーク振幅値（強度）を推定する。受光パルスの形状は振幅に関わらず一定のため、信号処理部１００は、図示しないメモリに予め基準値（例えば振幅とパルス幅の比率や関係式）を記憶しておき、算出したパルス幅とＬｏｗ閾値の関係より、この基準値との比率を算出して、受光パルスのピーク振幅値を推定する。
【００４０】
次に、ステップＳ５０４に示すように、信号処理部１００は、所定の近似式に基づいて、距離による減衰の影響を排除して、推定反射率を算出する。推定反射率の算出手法としては、例えば上述の周知文献に示されたレーザレーダ方程式を用いてもよいし、他の周知の手法を用いてもよい。また、照射されたレーザ光がすべて物体に当たるか否かでレーザレーダ方程式を異ならせてもよい。また、正確な測距を行うために光学特性や回路特性等の各種変数を用いてもよいし、数式の簡略化のために正規化したり、影響の小さい変数を省略してもよい。
【００４１】
そして、ステップＳ５０５に示すように、信号処理部１００は、ステップＳ５０４で算出した推定反射率が所定の閾値ＲＲ［％］（例えばＲＲ＝１）より小さいか否かを判定する。これは、測距目標とする所望波の反射率よりも低くするためである。なお、所望波がクラッタと誤って判定されないように、この所定の閾値は小さめに設定されるのが望ましい。したがって、例えばＲＲ＜１％としてもよい。ここで、信号処理部１００がクラッタと判別できなかった場合でも、後述のグルーピング処理（強いクラッタ判別）を行うことで再度クラッタを判別することができる。
【００４２】
ステップＳ５０５でＮＯの場合、処理を終了する。一方、ステップＳ５０５でＹＥＳの場合、ステップＳ５０６に示すように、信号処理部１００は、このとき対象としている受光パルス（エコー）をクラッタであると判定する。
【００４３】
次に、ステップＳ４０７のグルーピング処理（強いクラッタを判別する処理）の詳細な処理について、図６を用いて説明する。ここではステップＳ４０３で記憶された測距処理結果がデータとして用いられる。
【００４４】
まず、ステップＳ６０１では、信号処理部１００は、水平スキャンの全区間で測定距離Ｌ［ｍ］（例えばＬ＝３）以内となる受光パルス（エコー）をカウントする。次に、ステップＳ６０２で、信号処理部１００は、カウント数がＫ回以上となったか否かを判定する
。例えば、信号処理部１００は、角度分解能１°のときのスキャン全回数１８０回中、カウント数が９０％程度のＫ＝１６２回以上あるか判定する。これによって、測定距離Ｌ［ｍ］以内にあるエコーが水平スキャン範囲内に一定（カウント数）以上ある場合に、エコーがクラッタとしてマーキングされて、以降の処理が行われる。
【００４５】
ステップＳ６０２でＮＯの場合、悪環境下にはないと判定して処理を終了する。
【００４６】
一方、ステップＳ６０２でＹＥＳの場合、ステップＳ６０３に示すように、信号処理部１００は、水平スキャンの中心部と端部における測定した距離情報の差分を算出する。例えば水平スキャンの中心部について記憶された点の数点の平均値と、端部について記憶された点の数点の平均値との差分を算出するようにしてもよい。中心部と端部の距離差が大きいと、周囲に一様に分布していない物体（所望波）の可能性が高く、小さいと周囲に一様に分布しているクラッタの可能性が高いからである。
【００４７】
次に、ステップＳ６０４に示すように、信号処理部１００は、ステップＳ６０３で算出した差分が第２の閾値である所定値Ｍ［ｍ］（例えばＭ＝１）より小さいか否かを判定する。
【００４８】
ステップＳ６０４でＮＯの場合、悪環境下にはないと判定して処理を終了する。一方、ステップＳ６０４でＹＥＳの場合、ステップＳ６０５に示すように、信号処理部１００は、水平スキャン角毎に、最初に受光した受光パルス（例えば図５に示す１ｓｔエコー）の距離情報の標準偏差値を算出する。
【００４９】
次に、ステップＳ６０６に示すように、信号処理部１００は、ステップＳ６０５で算出した標準偏差値が、第４の閾値である所定値Ｏ［ｍ］（例えばＯ＝０．１）より小さいか否かを判定する。
【００５０】
ステップＳ６０６でＹＥＳの場合、すなわち距離分散値が距離の差よりもさらに小さいと、ステップＳ６０７に示すように、信号処理部１００は、濃霧等で図１２（ｂ）のＡ領域で示される悪環境下にあると判定して、図示しない通知手段等を介して悪環境警報を出力する。一方、ステップＳ６０６でＮＯの場合、処理を終了する。
【００５１】
また、図６で示したグルーピング処理では、距離分散値を用いて悪環境警報を行ったが、変形例として、図７に示すグルーピング処理のように、距離差分の小ささと、距離分散の小ささでクラッタか否かを判定するようにしてもよい。以下、図７のグルーピング処理について説明する。なお、図６と共通の処理（ステップＳ７０３〜Ｓ７０５）についてはステップ処理の番号のみ変えて詳細な説明を省略する。
【００５２】
図７では、ステップＳ７０１に示すように、信号処理部１００は、水平スキャンの各区間で測定距離Ｌ［ｍ］（例えばＬ＝３）以内となる受光パルス（エコー）をカウントする。具体的には、信号処理部１００は、水平スキャンの区間として一定区間に区切り、その範囲内に同距離のエコーが複数存在するかを確認する。この一定区間としては、例えば図８の固定区間８０１〜８０５に示すように、予め所定の範囲の区間として設定された区間としていてもよいし、図８の移動区間８１１〜８１５に示すように、所定の範囲で動的に移動する区間としてもよい。また、動的な区間として、一定数スキャンしたら都度１つの区間とするように逐次区間を設定してもよい。例えば、スキャン角１８０°、角度分解能１°で、１つの区間におけるスキャン回数を３６回と設定した場合、３６回スキャンがされたらその区間でステップＳ７０１のカウントを行い、次のスキャン（３７回目）が行われた場合、このスキャン（３７回目）と前の区間の過去のスキャン（２〜３６回目）で表される区間を新たな区間としてステップＳ７０１のカウントを行うようにしてもよい。こ
の場合、ステップＳ４０７の処理は、ステップＳ４０４の処理の直後に行われる。これによれば、ステップＳ４０３における測距情報の記憶が一部の区間だけでよくなるため、信号処理部１００における記憶容量の削減を図ることができる。
【００５３】
そして、ステップＳ７０２では、信号処理部１００は、カウント数がＫ回以上となったか否かを判定する。例えば、信号処理部１００は、スキャン角１８０°で、図８に示すように５区間均等に設定されていたとき、角度分解能１°のときの各区間におけるスキャン全回数３６回中、カウント数が９０％程度のＫ＝３２回以上あるか判定する。これによって、測定距離Ｌ［ｍ］以内にあるエコーが各区間の水平スキャン範囲内に一定（カウント数）以上ある場合に、エコーがクラッタとしてマーキングされて、以降の処理が行われる。このように、区間ごとにクラッタの判定処理を行うことによって、クラッタに濃淡があって一部にクラッタがあるなど、分布範囲にばらつきがある場合でもクラッタを精度よく判定することができる。
【００５４】
そして、ステップＳ７０６に示すように、信号処理部１００は、ステップＳ７０５で算出した標準偏差値が第３の閾値である所定値Ｎ［ｍ］（例えばＮ＝０．５）より小さいか否かを判定する。これは、距離差分の小ささと、距離分散の小ささでクラッタか否かを判定するものである。ステップＳ７０６の所定値Ｎ［ｍ］は、ステップＳ６０６の所定値Ｏ［ｍ］より大きく設定される。これは、一部の区間にしかクラッタが無いような場合ではクラッタが弱く、全区間にクラッタがある場合よりも分布にばらつきがある可能性が高いため、標準偏差値の閾値をより高くして弱いクラッタを判定できるようにしたものである。
【００５５】
ステップＳ７０６でＹＥＳの場合、ステップＳ７０７に示すように、信号処理部１００は、水平スキャン角範囲に一様に存在する最初に受光した受光パルス群（１ｓｔエコー群）のうち、測定距離Ｌ［ｍ］以内のものをクラッタと判定する。一方、ステップＳ７０６でＮＯの場合、処理を終了する。
【００５６】
なお、これらのグルーピング処理では、絶対的な距離関係で近距離なグループについてマーキングを行ったが、相対的な距離関係で近距離なグループ（互いの距離が近いもの）についてマーキングを行うようにしてもよい。例えば、ステップＳ６０２やＳ７０２では、Ｘ[ｍ]±０．５ｍのエコーのカウント数がＫ回以上である場合に、エコーがクラッタとしてマーキングされるようにしてもよい。
【００５７】
以上のように、本発明の実施形態によれば、霧等の悪環境下においても、所望波の有無や悪環境の強度に関わらず、クラッタを判別することができるという効果を奏する。  なお、本発明は、上述の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
【００５８】
例えば、本実施形態では、距離測定装置による処理として反射率推定処理（弱いクラッタを推定する処理）と、グルーピング処理（悪環境の判定を含む強いクラッタを推定する処理）との両方について説明したが、少なくとも反射率推定処理が行われればよい。
【００５９】
また、本実施形態のグルーピング処理では、図６のステップＳ６０５やＳ６０６、図７のステップＳ７０５やＳ７０６では標準偏差値を用いたが、これに替えてパルス幅を用いてもよい。例えば、ステップＳ６０５では、平均パルス幅が所定値Ｑ［ｍ］（例えばＱ＝５）より大きいとき、信号処理部１００は、パルスが間延びしているためステップＳ６０６に示すように悪環境（Ａ領域）と判定して悪環境警報を出力させるようにしてもよい。また、例えばステップＳ７０５では、平均パルス幅が所定値Ｐ［ｍ］（例えばＰ＝３）よ
り大きいとき、信号処理部１００は、パルスが飽和状態に近く、ステップＳ７０６に示すように１ｓｔエコー群のうち、測定距離Ｌ［ｍ］以内をクラッタと判定するようにしてもよい。ここで、所定値Ｐ［ｍ］は上記の所定値Ｑ［ｍ］より小さい値に設定される。
【００６０】
本開示の距離測定装置は、自車両周囲に送信波を出力する投光手段と、前記投光手段が出力した送信波の反射波を受信する受光手段と、前記受光手段が受信した反射波の振幅が所定の第１の閾値を超えた時間を計測する計測手段と、前記計測手段が計測した時間と、前記反射波の時間と振幅値とが関係付けられた基準値とに基づいて、反射物体までの距離と前記反射波の振幅値を算出し、この算出結果に基づいて反射物体が計測対象物体かクラッタかを推定する推定手段とを備えた。
【００６１】
また、上記距離測定装置において、前記推定手段は、前記算出した反射物体までの距離による減衰の影響を排した推定反射率を算出し、この推定反射率に基づいて反射物体が計測対象物体かクラッタかを推定してもよい。
【００６２】
また、上記距離測定装置において、前記推定手段は、前記算出した反射物体までの距離のべき乗を前記反射波の振幅値に乗じて推定反射率を算出してもよい。
【００６３】
また、上記距離測定装置において、前記推定手段は、前記算出した反射物体までの距離が属するエリアに応じて、前記推定反射率に基づいて反射物体が計測対象物体かクラッタかを推定する推定基準を異ならせてもよい。
【００６４】
また、上記距離測定装置において、前記推定手段は、前記推定基準の度合いを、前記算出した反射物体までの距離が遠距離に属するエリアの場合よりも近距離に属するエリアの場合の方を小さく設定してもよい。
【００６５】
また、上記距離測定装置において、前記推定手段は、前記推定基準の判定閾値を、前記算出した反射物体までの距離が遠距離に属するエリアの場合よりも近距離に属するエリアの場合の方を小さく設定してもよい。
【００６６】
また、上記距離測定装置において、前記受光手段が受信した反射波の振幅が、前記第１の閾値を超えるか否かを検出する検出手段をさらに備え、前記計測手段は、前記検出手段が前記反射波の振幅が前記第１の閾値を超えたと検出したとき、前記投光手段が出力した時間を計測してもよい。
【００６７】
また、上記距離測定装置において、前記計測手段は、前記検出手段が前記反射波の振幅が前記第１の閾値を超えたと検出したとき、前記第１の閾値を超えたときから前記第１の閾値より小さくなるときまでの時間を計測してもよい。
【００６８】
また、上記距離測定装置において、前記検出手段は、前記受光手段が受信した反射波を増幅する増幅部と、前記増幅部が増幅した増幅波のゲインを前記第１の閾値と比較する第１のコンパレータとを有してもよい。
【００６９】
また、上記距離測定装置において、前記投光手段は、所定の角度範囲で送信波を出力し、前記受光手段は、前記所定の角度範囲で前記反射波を受信し、前記計測手段は、前記受光手段が受信した反射波の振幅が所定の第１の閾値を超えた時間を前記所定の角度範囲で計測し、前記推定手段は、前記所定の角度のうち一定以上の範囲で同様な反射物体までの距離が算出されたとき、この反射物体をクラッタと判定してもよい。
【００７０】
また、上記距離測定装置において、前記推定手段は、前記所定の角度毎に算出された前
記反射物体までの距離の差分と距離分散を算出し、前記差分が第２の閾値より小さく、前記距離分散が、第３の閾値よりも小さい場合に、前記反射物体をクラッタと判定してもよい。
【００７１】
また、上記距離測定装置において、前記推定手段は、前記距離分散が、前記第３の閾値よりも小さい第４の閾値より小さい場合、または、前記反射波の、前記第１の閾値を超えたときから前記第１の閾値より小さくなるときまでの時間が第５の閾値より大きいものが一定以上の範囲で存在する場合に測距困難な悪環境と判定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の距離測定装置は、ＴＤＣ（Ｔｉｍｅ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）など時間計測器により実現するＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式のレーザレーダのうち、所望波の有無や悪環境の強度に関わらず、計測対象物体とクラッタを判別することができる距離測定装置として有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１００  信号処理部
２００  投光部
２０１  ＬＤ駆動回路
２０２  ＬＤ
２３０  ミラー駆動回路
２５０  レンズ
２７０  スキャンミラー
３００  受光部
３０１  受光素子
３０２  電流・電圧変換部
３０４  レンズ
４００  検出部
４０１  増幅部
４０２  第１のコンパレータ
４０３  第２のコンパレータ
５００  時間計測部
５０１  Ｈｉｇｈ閾値時間計測部
５０２  Ｌｏｗ閾値時間計測部
【図１】
2015219120.tif 000003
【図２】
2015219120.tif 000004
【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７】
2015219120.tif 000009
【図８】
2015219120.tif 000010
【図９】
2015219120.tif 000011
【図１０】
2015219120.tif 000012
【図１１】
2015219120.tif 000013