JP4890928B2

JP4890928B2 - レーダ装置

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Publication number: JP4890928B2
Application number: JP2006126872A
Authority: JP
Inventors: 孝史白井
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: JP2007298409A

Description

本発明は、レーザ光やミリ波等の電磁波でスキャンすることにより、前方に存在する物体の存在を測定し、この物体との距離を測定するレーダ装置に関する。

従来、車両の前方をレーザ光等でスキャンして、物体が存在するかどうか、および物体までの距離、方向を測定するレーダ装置が有る。このようなレーダ装置は、車体に対する取り付け誤差や車両の積載状態等による検知領域の傾きによって、物体を誤検知するおそれがある。

レーダ装置が物体を誤検知すると、後段に接続される車両制御装置に誤動作を引き起こすおそれがある。車両制御装置は、レーダ装置で測定した物体の情報（位置）に基づいて、自車を先行車に追従させて車間距離を一定に保つ定車間距離追従走行（ＡＣＣ：Adaptive Cruise Control ）等を行っている。上記のように、物体を誤検知すると、車両制御装置は、この誤検知した物体との距離が所定距離（安全な距離）以下となった場合に減速、停止などを行ってしまう。

そこで、反射波のレベルが所定強度以上となる領域の位置と、スキャン範囲の中心位置とに基づいて、光軸のずれ量を補正する装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、反射波のレベルが最大となる領域をもってずれ量を演算する装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。

しかし、これらの装置は、停車中に補正を行うものであって、走行中に補正を行うものではない。走行中に光軸の補正を行う装置としては、例えば特許文献３の様な装置が知られている。特許文献３の装置によれば、先行車が直進している状態で、先行車の情報（位置）を複数採取し、この複数採取された情報を統計処理して先行車の平均的中心位置（適正位置）を判定し、この適正位置に光軸中心位置が一致するように補正する。

しかしながら、走行中において、自車と先行車の位置関係は、走行状態に応じて常に変化する。例えば、加速、減速による自車の姿勢変化、路面変化（坂道等）による自車と先行車の鉛直方向の位置関係の変化、等が考えられる。

走行中において、鉛直方向の位置関係の変化に対応するため、レーザ光の光軸を鉛直方向に動的に制御する技術が用いられている（例えば特許文献４参照）。特許文献４の装置は、鉛直方向にメインスキャンを含む複数の角度に向けて水平スキャンを行うものであって、反射波のレベルが最大となる鉛直方向の角度のメインスキャン角度に対するずれを補正することにより、常に先行車のリフレクタをスキャン範囲の中心で捕捉できるようにしたものである。
特開２０００−３２９８５３号公報特開平１１−６４４８９号公報特開平１１−１４２５２０号公報特開２００４−１２５７３９号公報

特許文献３によれば、走行中においても光軸のずれを補正することができる。また、特許文献４の装置によれば、複数の鉛直方向に水平スキャンを行っているため、自車と先行車の位置関係が変化したとしても、複数スキャンの結果でその変化を検出し、適切な光軸ずれの補正を行うことができる。しかし、特許文献３、および特許文献４の装置においては、以下の様な問題が発生していた。

すなわち、特許文献３の装置では、鉛直方向のスキャンを行っていないため、斜面等で先行車と自車の鉛直方向の位置関係が変化した場合に先行車を見失ってしまうおそれがあった。

また、特許文献４の装置では、水平方向のスキャンを鉛直方向の複数角度で行っているが、常に一定角度（１度）の間隔で行っているため、先行車と自車の距離の変化に対応することができないという問題点があった。例えば、先行車が自車に近づくと、先行車の角度範囲が大きくなるため、鉛直方向に１度の間隔で複数スキャンを行っても殆ど同じ位置をスキャンすることになってしまい、一旦先行車のリフレクタを見失ってしまうと、再度捕捉することが困難になっていた。また、先行車が自車から遠くなると、先行車の角度範囲が小さくなり、鉛直方向に１度の間隔で複数スキャンを行った場合、メインスキャンがリフレクタを捕捉していても、下側，上側のサブスキャンが先行車から全く外れた路面や空中に対して行われることになってしまい、複数の鉛直方向のなかから最適方向を検出するという複数スキャンの意味がなくなってしまうという問題点があった。

この発明は、上記の事情に鑑み、先行車と自車の距離の変化に追従して的確に複数の鉛直方向についてスキャンを行うことができるレーダ装置を提供することを目的とする。

（１）この発明のレーダ装置は、所定周期で電磁波パルスを探査方向に照射する電磁波照射部と、前記探査方向からの反射波を受波する電磁波受波部と、前記電磁波受波部が受波した反射波の強度を測定する反射強度測定部と、前記電磁波パルスを照射してからその反射波を受波するまでの時間に基づいて、反射点までの距離を測定する距離測定部と、前記探査方向を水平方向に揺動させるとともに、この揺動面の鉛直方向の角度を、１つのメインスキャン角度と、このメインスキャン角度から所定のステップ角度を隔てて設定された１または複数のサブスキャン角度と、に順次切り換えるスキャン部と、前記反射波の強度が最大となる反射点である最強反射点の鉛直方向の角度と、前記メインスキャン角度とのずれ角度を演算し、このずれ角度に基づいて前記メインスキャン角度およびメインスキャン角度を修正する補正部と、を備え、前記スキャン部は、前記距離測定部によって測定された前記最強反射点との距離に基づいて、前記ステップ角度を設定することを特徴とする。

この発明では、スキャン部は、水平スキャンをメインスキャン角度を含む鉛直方向の複数の角度に向けて行う。演算部は、スキャンによって受信した反射波のうち最強反射点の鉛直方向の角度とメインスキャン角度とのずれ角度を算出し、この角度を補正すべく補正部が補正を行う。
鉛直方向の複数の角度に向けて水平スキャンを行うのは、道路の傾斜や自車の加速・減速による姿勢変化等によって、レーダ装置から先行車のリフレクタに対する角度が変化しても、これに追従するためである。したがって、鉛直方向の複数の角度は、メインスキャン角度がリフレクタに向けた角度とすると、上側のサブスキャン角度が先行車の車体上部〜上端に向けた角度、下側のサブスキャン角度が先行車の車体下部〜下端に向けた角度であることが望ましい。そこで、この発明では、装置の測距機能で測定したリフレクタ（最強反射点）との距離に基づき、前記メインスキャン角度とサブスキャン角度の角度間隔であるステップ角度を設定するようにした。
これにより、自車と先行車との距離がどのようであっても、最適の鉛直方向の角度間隔で複数スキャンをすることができる。

（２）この発明は、さらに、前記スキャン部が、前記メインスキャン角度、サブスキャン角度およびステップ角度のそれぞれのデフォルト値を記憶しており、装置の動作スタート時には、前記メインスキャン角度、サブスキャン角度およびステップ角度をそれぞれのデフォルト値に設定し、装置の動作中に前記最強反射点を検出できなかったときは、前記ステップ角度を前記デフォルト値に設定することを特徴とする。

（３）この発明は、さらに、前記補正部が、前記ずれ角度をローパスフィルタ演算した値に基づいて前記メインスキャン角度およびメインスキャン角度を修正する。

この発明では、前記メインスキャン角度と最強反射点の鉛直方向の角度とのずれ角度を直接用いてスキャン角度を補正するのではなく、ローパスフィルタ演算を行った値で補正する。これにより、路面の凹凸等に基づく自車の瞬間的な姿勢変化に反応しなくなり、安定したスキャン角度の制御が可能になる。

この発明によれば、自車と先行車との距離に応じて、水平方向のスキャンを行う鉛直方向の複数の角度の間隔であるステップ角度を設定するため、先行車が近づいて見かけの角度が大きくなった場合でも、先行車が遠のいて見かけの角度が小さくなった場合でも、リフレクタを中心として適切な範囲で複数スキャンを行うことができる。

図１は、本発明の実施形態であるレーザレーダ装置（車両用測距装置）のブロック図である。

ＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）駆動回路１０は、制御回路１１で生成された駆動信号に基づいて、ＬＤ１２の発光を制御する。スキャナ１３は、制御回路１１の制御に基づいて、ＬＤ１２により発生されたレーザ光を所定のスキャン範囲でスキャンさせる。スキャナ１３より出射されたレーザ光は、投光レンズを介して自車１の走行方向（前方）に出射される。鉛直走査位置検出装置１４と水平走査位置検出装置１５は、スキャナ１３におけるレーザ光の水平方向と鉛直方向のスキャン（走査）位置をそれぞれ検出して、制御回路１１に出力する。

ＬＤ１２が出射したレーザ光が、検出対象としての前方の物体（例えば、車両）に反射して戻ってきた反射光は受光レンズにより集光され、集光された光がＰＤ（Ｐｈｏｔｏ
Ｄｉｏｄｅ）１６によって受光される。ＰＤ１６は、その受光レベルに対応する信号を発生して受光回路１７に入力する。受光回路１７は、入力された反射光の信号レベルを数値化して、制御回路１１に出力する。制御回路１１は、入力された数値（受光レベル）を、鉛直走査位置検出装置１４と水平走査位置検出装置１５から入力されたスキャン位置に対応してメモリ１８に記億する。

さらに、メモリ１８には、後述するスキャン方向の制御に用いられる、光軸（レーザ光出射角度であり、初期状態では自車正面中心方向に設定される軸）のずれ補正量、ステップ角度の規定値（デフォルト値）、ヒストグラム等が記憶される。光軸のずれ補正量が、後述のメインスキャン角度の規定値（デフォルト値）に相当する。

制御回路１１には、車速センサ１９、ヨーレートセンサ２０、およびＧＰＳ２１が接続されている。車速センサ１９は、自車の車速を検出する。ヨーレートセンサ２０は、自車の水平方向のヨーレートを検出する。ＧＰＳ２１は、自車の位置を検出する。

制御回路１１は、メモリ１８に記憶された受光レベルに基づいて、レーザ光を出射してからその反射光を受光するまでの時間に基づいて、物体（先行車等）と自車との距離を測定する。さらに、制御回路１１は、検出した物体が先行車であるかどうかの判定を行う。なお、先行車とは、自車が走行している車線前方を走行する直前の車両（１台）を意味する。

スキャナ１３の投光レンズと受光レンズを支持する部分の構成を図２に示す。
制御回路１１からの制御信号が、駆動回路３０に入力される。駆動回路３０は、入力された制御信号に基づき、水平方向駆動用コイル３１と鉛直方向駆動用コイル３２に駆動電流を供給する。水平方向駆動用コイル３１と鉛直方向駆動用コイル３２は、投光レンズ３５と受光レンズ３６を一体的に支持する支持部材（図示せず）を、それぞれ、水平方向または鉛直方向に移動させる。支持部材は、水平方向板バネ３３と鉛直方向板バネ３４により、それぞれ水平方向または鉛直方向に移動自在に支持されている。したがって、支持部材（投光レンズ３５と受光レンズ３６）は、駆動電流により水平方向駆動用コイル３１に発生した磁界と図示しない永久磁石との引力もしくは反発力と水平方向板バネ３３に発生する反力がつりあう水平方向の位置に移動して、静止するとともに、鉛直方向駆動用コイル３２に発生した磁界と図示しない永久磁石との引力もしくは反発力と鉛直方向板バネ３４に発生する反力、および重力がつりあう位置に移動して、静止する。なお、各レンズの位置は図示していないセンサにより検出し、このセンサ出力を駆動回路３０に入力することでサーボ機構を構成している。

このようにして、投光レンズ３５と受光レンズ３６は、水平方向と鉛直方向の両方向の所定の位置に移動することができる。

スキャナ１３によって駆動された、投光レンズ３５と受光レンズ３６の光路を図３に示す。投光レンズ３５は、ＬＤ１２の前面に設けられ、受光レンズ３６は、ＰＤ１６の前面に設けられている。

ＬＤ１２から出射されたレーザ光は、投光レンズ３５に集光される。投光レンズ３５の位置が走査の中立位置にある場合は、図３の実線で示されるような光路で、レーザ光は正面に出射される。出射されたレーザ光は、前方の物体（例えば、車両）で反射され、図３の実線で示されるような光路で、受光レンズ３６に入射し、ＰＤ１６によって受光される。

また、スキャナ１３によって、図中、上方向に投光レンズ３５が移動した場合、レーザ光は、図３の点線で示されるような光路で、図中、上方向に出射される。そして、出射されたレーザ光は、図中、上方向の物体で反射され、図３の点線で示されるような光路で、受光レンズ３６に入射し、ＰＤ１６によって受光される。

このようにして、スキャナ１３は、投光レンズ３５と受光レンズ３６を一体的に水平方向の所定の位置に移動することで、レーザ光を水平方向にスキャンする。また、同様に、スキャナ１３は、投光レンズ３５と受光レンズ３６を一体的に鉛直方向に移動することで、レーザ光を鉛直方向にスキャンをする。スキャナ１３の垂直方向の角度分解能は０．１度である。

図４と図５は、自車１のレーザレーダ装置１００が車両２にレーザ光を出射する場合の、水平方向と鉛直方向のスキャン範囲の例を示す図である。図４に示すように、水平方向のスキャン範囲は、水平領域６１乃至６７の７個の領域に分割されている。レーダ装置は、約５０ｍｓの時間でこれらの領域６１〜６７全体を１回スキャン（水平スキャン）する。なお、実際のレーダ装置では、水平方向はより細かい領域に分割されているが、この実施形態においては説明を容易にするために７個の領域に分割されているものとする。
また、図５に示すように、鉛直方向のスキャン範囲は、鉛直領域８１乃至８５の５個の領域に分割されている。レーダ装置は、これら５個の領域の方向それぞれに対して図４に示す水平スキャンを行う。これら５個の鉛直領域８１乃至８５のうち、中央の領域８３がメインスキャンに相当する。
ここで、鉛直領域８１乃至８５の角度間隔であるステップ角度ａはデフォルト値では１度であるが、先行車との距離に応じてリアルタイムに変更される。

図４、図５に示したスキャン範囲をレーザ光にスキャンさせる場合のスキャナ１３によるスキャン方向を図６に示す。鉛直領域８３は、鉛直方向の５個の領域のうち、中心領域であり、この領域においては、水平領域６１から水平領域６７に向かってスキャンが行われる（メインスキャン１）。これに対して、鉛直領域８３より上の鉛直領域８１と鉛直領域８２は、水平領域６７から水平領域６１に向かって走査される（サブスキャン１とサブスキャン２）。同様に、鉛直領域８３より下の鉛直領域８４と鉛直領域８５においては、水平領域６７から水平領域６１に向かってスキャンが行われる（サブスキャン３とサブスキャン４）。

図７は、スキャン範囲の全体をスキャンする場合における、メインスキャン１とサブスキャン１乃至４の実行順の例を示す図である。ステップＳ１において、スキャナ１３は、メインスキャン１（鉛直領域８３を水平領域６１から水平領域６７に向かって行うスキャン）を行う。ステップＳ２において、スキャナ１３は、サブスキャン１（鉛直領域８１を水平領域６７から水平領域６１に向かって行うスキャン）を行う。ステップＳ３において、スキャナ１３は、メインスキャン１を行い、ステップＳ４において、サブスキャン２（鉛直領域８２を水平領域６７から水平領域６１に向かって行うスキャン）を行う。

ステップＳ５において、スキャナ１３は、メインスキャン１を行い、ステップＳ６において、サブスキャン３（鉛直領域８４を水平領域６７から水平領域６１に向かって行うスキャン）を行う。ステップＳ７において、スキャナ１３は、メインスキャン１を行い、ステップＳ８において、サブスキャン４（鉛直領域８５を水平領域６７から水平領域６１に向かって行うスキャン）を行う。各スキャンの時間は、いずれも５０ｍｓとされる。そして、以上のステップＳ１乃至Ｓ８の８回のスキャンがスキャン範囲の１セットのスキャンとされる。

本実施形態において、レーザレーダの光軸ずれは、短期的に補正されるとともに、長期的にも補正される。短期的な光軸ずれは、加減速時の自車の上下方向の揺れや、坂道での先行車両の上下方向の移動等の数秒間の光軸ずれである。また、長期的な光軸ずれは、自車の積載重量の変化による上下方向の傾きや、軽衝突等による走行中継続する光軸ずれである。さらに、路面のギャップ等による瞬間的な自車両の上下方向の揺れによる瞬間的な光軸ずれも存在するが、本発明では、この瞬間的な光軸ずれは、誤検出を防ぐため補正されない。

以下、レーザレーダ装置の具体的な動作について、図８〜図２３を参照して説明する。
図８、および図９は、鉛直光軸補正処理フローを示すフローチャートである。まず、制御回路１１は、メモリ１８に記憶されているヒストグラムを初期化する（ｓ２１）。
図１０は、メモリ１８に記憶されているヒストグラムの例を示す図である。同図には、ｓ２８（図１６〜図１８）の処理で決定される短期的光軸ずれ補正量の設定頻度をグラフ化したヒストグラムであり、横軸に設定された補正量、縦軸に各補正量が設定された回数（補正回数）が表されている。ｓ２１の処理では、これらの補正回数がいずれも０回とされる。ｓ２２において、制御回路１１は、光軸ずれ補正量として、前記メモリ１８に記憶している規定値（メインスキャン角度のデフォルト値）を設定するとともに、ステップ角度ａのデフォルト値として１度を設定する。この１度のステップ角度は、先行車との距離が２５ｍ程度とした場合の値に相当する。

ｓ２３において、制御回路１１は、スキャナ１３を制御し、設定された光軸補正量に基づいて光軸を補正する。即ち、図２に示されるように、制御回路１１は、制御信号をスキャナ１３の駆動回路３０に供給し、鉛直方向駆動用コイル３２に制御信号に対応する大きさの電流を供給する。投光レンズ３５と受光レンズ３６を支持する支持部材に連結した鉛直方向板バネ３４が、電流によってコイルに発生した力と板バネに発生する反力や重力がつりあう位置に移動する。これによりスキャン範囲の鉛直方向の位置が、工場出荷時の位置に設定される。

スキャン範囲の工場出荷時の位置の設定例を図１１〜図１３を参照して説明する。なお、この例の場合、スキャナ１３の鉛直方向の可動範囲は２０度であり、２０度のうち４度の範囲がスキャン範囲とされる。

図１１は、光軸補正量が０度の（光軸が補正されない）場合において、スキャナ１３が設定するスキャン範囲の鉛直方向の位置の例を示す。この例の場合、鉛直可動範囲内の下限より４度だけ上（略水平角度）にメインスキャン１が設定される。サブスキャン２は、メインスキャン１より１度だけ上方向に設定され、サブスキャン１は、さらに１度（合計２度）だけ上方向に設定される。また、サブスキャン３は、メインスキャン１より１度だけ下方向に設定され、サブスキャン４は、さらに１度（合計２度）だけ下方向に設定される。したがって、この場合、光軸補正の余裕として、上側に１４度、下側に２度の範囲が残ることとなる。Ｓ２２で設定される規定値は、この値に設定される。

図１２は、図１１の状態に対する光軸補正量が１度の（上方向に１度補正された）場合において、スキャナ１３が設定するスキャン範囲の鉛直方向の位置の例を示す。この例の場合、メインスキャン１は、鉛直可動範囲内の下限より５度だけ上方向に設定される。サブスキャンは、図１１の例の場合と同様に、サブスキャン２は、メインスキャン１より１度だけ上方向に設定され、サブスキャン１は、サブスキャン２より１度だけ上方向（メインスキャン１より２度だけ上方向）に設定される。また、サブスキャン３は、メインスキャン１より１度だけ下方向に設定され、サブスキャン４は、サブスキャン３より１度だけ下方向（メインスキャン１より２度だけ下方向）に設定される。従って、この場合、光軸補正の余裕として残るのは、上側が１３度、下側が３度の範囲となる。

図１３は、図１１の状態に対する光軸補正量が−２度の（下方向に２度だけ補正された）場合において、スキャナ１３が設定するスキャン範囲の鉛直方向の位置の例を示す。この例の場合、メインスキャン１は、鉛直可動範囲の下限より２度だけ上方向に設定される。サブスキャン２は、メインスキャン１より１度上方向に設定され、サブスキャン１は、サブスキャン２より１度だけ上方向（メインスキャン１より２度だけ上方向）に設定される。また、サブスキャン３は、メインスキャン１より１度だけ下方向に設定され、サブスキャン４は、サブスキャン３より１度だけ下方向（メインスキャン１より２度だけ下方向）に設定される。従って、この場合、光軸補正の余裕として残るのは、上側が１６度、下側が０度となる。

以上は、工場出荷時、すなわちデフォルト値によるスキャン範囲の設定例であるが、先行車との距離に応じてステップ角度ａが１度から変化した場合、鉛直方向のスキャン範囲もこれに応じて移動乃至伸縮する。

ｓ２４において、制御回路１１は、スキャナ１３を制御し、図６と図７に示したような方向と順序で、設定されたスキャン範囲を１セットだけスキャンする。スキャンされたレーザ光は、物体により反射され、ＰＤ１６で受光される。ＰＤ１６で受光されたレーザ光は、電気信号に変換され、受光回路１７で数値化される。ｓ２５において、制御回路１１は、受光回路１７から数値化された受光量を取得する。

図１４は、ｓ２５の処理の結果、受光回路１７から取得された受光量の例を示す図である。なお、表中の数値の記載がないものは全て受光量がゼロであることを示している。

図１４の例の場合、鉛直領域８１の水平領域６４からの受光量は「１０」である。鉛直領域８２では、水平領域６３からの受光量は「２０」であり、水平領域６４からの受光量は「１００」であり、水平領域６５からの受光量は「２５」である。鉛直領域８３の水平領域６３からの受光量は「９０」であり、水平領域６４からの受光量は「１５０」であり、水平領域６５からの受光量は「１００」である。鉛直領域８４の水平領域６３からの受光量は「１５０」であり、水平領域６４からの受光量は「２００」であり、水平領域６５からの受光量は「１６０」である。鉛直領域８５では、水平領域６３からの受光量は「８０」であり、水平領域６４からの受光量は「１８０」であり、水平領域６５からの受光量は「７５」である。

ｓ２６において、制御回路１１は、先行車が認識できたか否かを判定する。先行車の認識は、以下のようにして行う。
制御回路１１は、受光量が予め設定されている所定の基準値以上であった場合、反射体（ターゲットと言う）が存在すると判定する。そして、各ターゲットの検出を時間継続的に複数回繰り返すことで、そのターゲットの移動速度と移動方向（移動ベクトル）を求めることができ、同じ移動ベクトルを有する近接ターゲットを同一物体としてグルーピングする。

グルーピングについて図１５を参照して詳細に説明する。図１５に示すグラフの横軸は各ターゲットの水平方向における検出位置を表し、縦軸は各ターゲットとの距離を示す。なお、鉛直方向については図示していないが、鉛直方向についても検出位置と各ターゲットとの距離を比較するものとする。同図における丸印は検出した各ターゲットを示し、矢印は移動ベクトルを示す。移動ベクトルは、１スキャンの時間における各ターゲットの移動距離と方向を表し、前回スキャンにおける検出位置と今回スキャンにおける検出位置の差から算出する。

制御回路１１は、各ターゲットの移動ベクトルを算出し、比較する。その結果、移動ベクトル、および距離が同一（類似）と判断されたターゲットを同一の物体としてグルーピングする。同図においては、ターゲット１０１Ａ〜１０１Ｈが検出されており、ターゲット１０１Ａ〜１０１Ｅは略同一の距離、移動ベクトルを有している。したがって制御回路１１は、ターゲット１０１Ａ〜１０１Ｅを同一の物体としてグルーピングする。ここで、ターゲット１０１Ｆはターゲット１０１Ａ〜１０１Ｅと略同一の距離であるが、移動ベクトルが異なる（反対方向である）ために同一の物体ではないとして判断する。また、ターゲット１０１Ｇはターゲット１０１Ａ〜１０１Ｅと略同一の移動ベクトルを有するが、距離が大きく異なるために、同一の物体ではないとして判断する。ターゲット１０１Ｈはターゲット１０１Ａ〜１０１Ｅと距離、移動ベクトルともに異なるために、同一の物体ではないとして判断する。

このようにして、グルーピングしたターゲット集合から、物体の大きさ（水平方向の幅）を算出することができる。制御回路１１は、これらの情報から、検出したターゲット集合が人であるか、車両であるか、道路構造物であるか、等を判断して、物体の種類を認識する処理を行う。

また、制御回路１１は、自車前方の道路形状を推定し、車両であると認識した物体の中から先行車を認識する。制御回路１１は、車速センサ１９、ヨーレートセンサ２０、およびＧＰＳ２１の検出した情報に基づいて、自車前方の道路形状を推定する。推定手法は、公知の手法を用いればよい。ＧＰＳ２１の検出した自車の位置情報を用いる場合は、ナビゲーション（図示せず）の地図情報と連動させればよい。また、カメラにより前方画像を撮影し、この画像に基づいて道路形状を推定してもよい。制御回路１１は、車両であると認識した物体のうち、自車の走行車線と同一の車線を走行し、かつ直前の車両（最も距離が近い車両）を先行車として認識する。

以上のような処理で、先行車を認識した場合、制御回路１１は、処理をｓ２８に進め、短期的光軸ずれ補正量を決定する処理を実行する。図１６のフローチャートを参照して、ｓ２９の短期的光軸ずれ補正量を決定する処理の詳細について説明する。

ｓ５１において、制御回路１１は、受光量が最大の鉛直領域を検出する。即ち、図１４の例の場合、受光量の値が最大の「２００」となる鉛直領域８４（最強反射点）が検出される。ｓ５２において、制御回路１１は、スキャナ１３のレーザの水平照射角度（鉛直可動範囲内の下限より４度だけ上）から、その鉛直領域（受光量の値が最大となる鉛直領域）の角度オフセット量を光軸ずれ量として演算する。即ち、図１４の例の場合、メインスキャン１は鉛直領域８３に設定されているので、レーザの水平照射角度は鉛直領域８３であり、受光量が最大の鉛直領域８４との角度は、ａ度となる。

ｓ５３において、制御回路１１は、フィルタリング処理を行なう。制御回路１１のフィルタリング処理について、図１７のフローチャートを参照して詳細に説明する。

まず、ｓ７１において、制御回路１１は、メモリ１８から前回の短期的光軸ずれ補正量を読み出す。次に、ｓ７２において、制御回路１１は、前回の短期的光軸ずれ補正量×０．８（前回の短期的光軸ずれ補正量の８０％）の値と、今回の光軸ずれ量×０．２（今回の光軸ずれ量の２０％）の値の和を演算し、短期的光軸ずれ補正量に設定する。例えば、前回の短期的光軸ずれ補正量が４度であり、今回の光軸ずれ量が３度であった場合、短期的光軸ずれ補正量は、３．８度に設定される。

ｓ７２の処理の後、制御回路１１は、処理を図１６のｓ５４に進め、クリッピング処理を行なう。このクリッピング処理について、図１８のフローチャートを参照して詳細に説明する。

まず、ｓ９１において、制御回路１１は、メモリ１８から前回の短期的光軸ずれ補正量（後述するｓ５７の処理で記憶されている補正量）を読み出す。ｓ９２において、制御回路１１は、今回の短期的光軸ずれ補正量（図１７のｓ７２で設定された短期的光軸ずれ補正量）と、前回の短期的光軸ずれ補正量の差の絶対値が１度以上であるか否かを判定する。今回と前回の短期的光軸ずれ補正量の差の絶対値が１度以上であると判定された場合、制御回路１１は、ｓ９３に進め、今回の短期的光軸ずれ補正量を前回の光軸ずれ補正量に１度加算または減算した値に変更する。この処理により、今回の短期的光軸ずれ補正量の前回の光軸ずれ補正量からの変更量が、最大でも１度までの値に抑えられ急激な光軸の変化が抑制される。また、更新した補正量が、可動範囲を超える場合は、修正値を可動範囲内の値とすることが望ましい。

ｓ９２において、今回と前回の短期的光軸ずれ補正量の差の絶対値が一度以上ではない（１度未満である）と判定された場合、制御回路１１は、短期的光軸ずれ補正量を変更せず、そのままの値とする。

なお、本実施形態においては、１度単位でクリッピングを行い鉛直方向の照射角度を変更制御することとしたが、機構系の移動速度、分解能などに応じ、適宜、クリッピングを行う際の値を変更できることは言うまでもない。

ｓ５４の処理の後、制御回路１１は、処理を図１６のｓ５５に進め、短期的光軸ずれ補正量をメモリ１８に記億する。

次に、図８のｓ２９で行うステップ角度ａ決定処理について図１９〜図２１を用いて詳細に説明する。
制御回路１１は、まず、メモリ１８から最強反射点との距離Ｌを読み出す（ｓ１０１）。次に、ｓ１０２において、制御回路１１は、この距離Ｌで図２１のテーブルを参照してステップ角度ａを算出する。そして、この算出したステップ角度ａをメモリに記憶する（ｓ１０３）。

ここで、図２１のテーブルもメモリ１８に記憶されているものである。このテーブルは、メインスキャンで先行車のリフレクタを捕捉しているとき、上下２つずつのサブスキャンで先行車の上端から下端までの範囲をスキャンするようにステップ各を設定するためのテーブルである。すなわち、図２０に示すように、メインスキャン８３で先行車のリフレクタを捕捉しているとき、上側サブスキャン８１が先行車の上端部を検出し、上側サブスキャン８２は先行車の上部（リアウィンドウ付近）を検出するように、また、下側サブスキャン８５が先行車の下端部を検出し、下側サブスキャン８４が先行車の下部（バンパー付近）を検出するようにステップ角度ａが設定される。

図２１のテーブルでは、先行車の車高を１７０ｃｍとし、リフレクタが、その中央部の８５ｃｍの高さに取り付けられているとし、先行車との距離Ｌを、
２ａ＝ｔａｎ-1（０．８５／Ｌ）
の式に当てはめて、ａを算出する。なお、図２１のテーブルに代えて、この式をメモリ１８に記憶しておき、制御部１１の演算でａを求めるようにしてもよい。更に、予め車幅に対する車高やリフレクタ高さの情報を記憶しておき、検出した物体の水平方向の幅に基づき、車高やリフレクタ高さを求め、それらを用いてａを求めるようにすればなお良い。

なお、スキャナ１３の鉛直方向の角度分解能は０．１度であるため、このステップ角度ａも０．１度単位で算出される。

図１９のｓ１０３の処理の後、制御回路１１は、処理を図９のｓ３１に進め、メモリ１８に記憶された光軸ずれ補正量（短期的光軸ずれ補正量、または距離による光軸ずれ補正量）を読み出し、光軸ずれ補正量に設定する。光軸ずれ補正量を設定することで、ｓ４０からｓ２３に処理が戻されたとき、この設定された光軸ずれ補正量に基づいて、スキャン範囲の鉛直方向の位置の補正が行われる。ｓ３２において、制御回路１１は、光軸ずれ補正量が統計対象の条件を満たしているか否かを判定する。

図２２は、統計対象の条件の例を示している。１つ目の条件は、「先行車両との距離が１００ｍ未満である」ことである。距離がこの条件を満足していれば、車両は定車間追従走行していることになる。２つ目の条件は、「光軸ずれ補正量の絶対値が２度以内」の値であることである。これは、瞬間的光軸ずれによる影響を除外するための条件である。３つ目の条件は、「自車速が６０ｋｍ／ｈ以上である」ことである。これは、停止時、低速時においては、坂道などによる光軸ずれの時間が高速時に比べ長くなるので、主に坂道の傾斜の少ない自動車道路や高速道路を対象とするための条件（短期的光軸ずれによる影響を軽減する）である。

ｓ３２において、図２２に示されるような統計対象の全ての条件を、光軸ずれ補正量が満たしていると判定された場合、制御回路１１は、処理をｓ３３に進め、設定された光軸ずれ補正量をヒストグラムに追加する。即ち、図１０に示したようなヒストグラムがメモリ１８に記憶されており、光軸ずれ補正量が−１度であった場合、ヒストグラムの光軸ずれ補正量が−１度の補正回数は、４０回から４１回に更新される。

ｓ３２において、統計対象の３つの条件のうち、１つでも満足されない条件が存在する場合、ｓ３３の処理はスキップされる。即ち、その光軸ずれ補正量はヒストグラムに追加されない。これにより、瞬間的な光軸ずれ、相対速度が所定値以上、かつ相対距離が所定値未満のときに行う距離による光軸ずれ補正等、に基づいて後述する長期的光軸ずれ量の値が悪影響を受けることが抑制される。

ｓ２６において、先行車両が認識できないと判定された場合、制御回路１１は、ｓ５５でメモリ１８に記憶した短期的光軸ずれ補正量をリセットし（ｓ２７）、処理をｓ３４に進め、ヒストグラムの統計数が１０００個より少ないか否かを判定する。ヒストグラムの統計数が１０００個より少ないと判定された場合、制御回路１１は、処理をｓ３５に進め、長期的光軸ずれ補正量（後述する図２３のステップＳ１１３で記憶される）がメモリ１８に記憶されているか否かを判定する。長期的光軸ずれ補正量がメモリ１８に記憶されていないと判定した場合、制御回路１１は、処理をステップＳ３６に進め、光軸ずれ補正量として、予め設定されている規定値（メモリ１８に記憶されている）を設定する。

ｓ３４において、ヒストグラムの統計数が１０００個より少なくない（１０００個以上である）と判定した場合、制御回路１１は、処理をステップＳ３７に進め、長期的光軸ずれ補正量を演算する。制御回路１１が長期的光軸ずれ補正量を演算する処理を、図２３のフローチャートを参照して説明する。

ｓ１１１において、制御回路１１は、ヒストグラムから、補正回数の最も多い光軸ずれ補正量を検出する。例えば、ヒストグラムが図１０に示される例の場合、最も補正回数の多い光軸ずれ補正量として、補正回数が１００回の０度の光軸ずれ補正量が検出される。ｓ１１２において、制御回路１１は、長期的光軸ずれ補正量として、その光軸ずれ補正量（今の場合、０度）を設定する。ｓ１１３において、制御回路１１は、長期的光軸ずれ補正量をメモリ１８に記憶する。なお、この長期的光軸ずれ補正量を、ｓ２２の処理で用いる工場出荷時に予め設定された規定値としても記憶するようにしてもよい。この様にすることにより、工場出荷後に光軸がずれた場合にも、鉛直方向の光軸補正処理を開始した時点で光軸を最適な状態とすることができる。

図２３のｓ１１３の処理の後、制御回路１１は、処理を図９のｓ３８に進め、ヒストグラムの統計数を半分に縮小する。例えば、光軸ずれ補正量毎の補正回数が全て半分の値に設定される。ｓ３８の処理の後、またはｓ３５の処理で長期的光軸ずれ補正量がメモリ１８に記憶されていると判定した場合、制御回路１１は、処理をｓ３９に進め、光軸ずれ補正量として長期的光軸ずれ補正量を設定する。即ち、今回、図２３のｓ１１２の処理で設定された新たな長期的光軸ずれ補正量、または前回、図２３のｓ１１３の処理でメモリ１８に記憶された長期的光軸ずれ補正量が、光軸ずれ補正量に設定される。

このようにして、ｓ３３の処理によって１０００個の光軸ずれ補正量がヒストグラムに追加され、ｓ３７により長期的光軸ずれ補正量が設定された後、ｓ３３の処理によって統計数が５００個追加される毎に、制御回路１１は、ｓ３７乃至３９の処理を行ない、新たな長期的光軸ずれ補正量を決定し、光軸ずれ補正量に設定する。

ｓ３２で統計対象の条件が満たされていないと判定された場合、ｓ３３の処理の後、ｓ３６の処理の後、またはｓ３９の処理の後、制御回路１１は、処理をｓ４０に進め、ユーザの指令によってレーザレーダの処理を終了するか否かを判定する。レーザレーダの処理をまだ終了しないと判定された場合、制御回路１１は、処理をｓ２３に戻し、設定された光軸ずれ補正量に基づいて光軸を補正する。即ち、先行車両が検出された場合は、短期的光軸ずれ補正量、先行車との距離によって求めた理想的光軸ずれ補正量に基づいて光軸が補正され、先行車両が検出されず、ヒストグラムの統計数が１０００個以上の場合は、長期的光軸ずれ補正量に基づいて、光軸が補正される。また、先行車両が検出されず、ヒストグラムの統計数が１０００個に満たない場合は、前回の長期的光軸ずれ補正量がメモリ１８に記憶されていない場合は、規定値に基づいて光軸が補正される。前回の長期的光軸ずれ補正量が記憶されている場合は、前回の長期的光軸ずれ補正量に基づいて光軸が補正される。レーザレーダの処理の終了が指令されるまで、上述の処理が繰り返される。

ｓ４０において、レーザレーダの処理を終了すると判定された場合、制御回路１１は、処理を終了する。

このように、本発明においては、受光量が最大の鉛直領域がスキャン範囲の鉛直方向の中心となるように光軸ずれを補正しつつ、先行車その距離に応じてメインスキャン８３とサブスキャン８１，８２，８４，８５との角度であるステップ角度を適切に設定する。これにより、先行車との距離が変化しても、鉛直方向に複数の角度で行う水平スキャンによって常に的確に先行車を捕捉し続けることができる。

また、検出対象がない場合であっても、それまでに補正された光軸ずれ補正量と補正回数のヒストグラムに基づいて光軸ずれ補正量を決定することができるので、自車の積載重量の変化による上下方向の傾きや、軽衝突等による長期的な光軸ずれを補正することができる。

本発明の実施形態であるレーザレーダ装置のブロック図スキャナの投光レンズと受光レンズを支持する部分の構成を示す図スキャナによって駆動された投光レンズと受光レンズの光路を示す図自車１のレーザレーダ装置１００が車両２にレーザ光を出射する場合の水平方向のスキャン範囲の例を示す図自車１のレーザレーダ装置１００が車両２にレーザ光を出射する場合の鉛直方向のスキャン範囲の例を示す図図４、図５に示したスキャン範囲をレーザ光にスキャンさせる場合のスキャナ１３によるスキャン方向を示す図スキャン範囲の全体をスキャンする場合における、メインスキャン１とサブスキャン１乃至４の実行順の例を示す図鉛直光軸補正処理フローを示すフローチャート鉛直光軸補正処理フローを示すフローチャートメモリ１８に記憶されているヒストグラムの例を示す図光軸補正量が０度の（光軸が補正されない）場合において、スキャナ１３が設定するスキャン範囲の鉛直方向の位置の例を示す図光軸補正量が１度の（上方向に１度補正された）場合において、スキャナ１３が設定するスキャン範囲の鉛直方向の位置の例を示す図光軸補正量が−２度の（下方向に２度だけ補正された）場合において、スキャナ１３が設定するスキャン範囲の鉛直方向の位置の例を示す図受光回路１７から取得された受光量の例を示す図グルーピングについて説明する図短期的光軸ずれ補正量を決定する処理のフローチャートフィルタリング処理のフローチャートクリッピング処理のフローチャート先行車との距離に応じたステップ角度ａの決定処理を示すフローチャートレーザレーダ装置１００とリフレクタ２００との設置位置の関係を示す図先行車との距離とステップ角度ａとの関係を示す図ヒストグラムに追加する条件の例を示す図長期的光軸ズレ補正量決定処理を説明するフローチャート

符号の説明

１００−レーザレーダ装置
２００−リフレクタ

Claims

所定周期で電磁波パルスを探査方向に照射する電磁波照射部と、
前記探査方向からの反射波を受波する電磁波受波部と、
前記電磁波受波部が受波した反射波の強度を測定する反射強度測定部と、
前記電磁波パルスを照射してからその反射波を受波するまでの時間に基づいて、反射点までの距離を測定する距離測定部と、
前記探査方向を水平方向に揺動させるとともに、この揺動面の鉛直方向の角度を、１つのメインスキャン角度と、このメインスキャン角度から所定のステップ角度を隔てて設定された１または複数のサブスキャン角度と、に順次切り換えるスキャン部と、
前記反射波の強度が最大となる反射点である最強反射点の鉛直方向の角度と、前記メインスキャン角度とのずれ角度を演算し、このずれ角度に基づいて前記メインスキャン角度を修正する補正部と、
を備え、
前記スキャン部は、前記距離測定部によって測定された前記最強反射点との距離、および先行車の車高に基づいて、前記ステップ角度を設定するレーダ装置。
前記スキャン部は、前記メインスキャン角度、サブスキャン角度およびステップ角度のそれぞれのデフォルト値を記憶しており、装置の動作スタート時には、前記メインスキャン角度、サブスキャン角度およびステップ角度をそれぞれのデフォルト値に設定し、装置の動作中に前記最強反射点を検出できなかったときは、前記ステップ角度を前記デフォルト値に設定する請求項１に記載のレーダ装置。
前記補正部は、前記ずれ角度をローパスフィルタ演算した値に基づいて前記メインスキャン角度を修正する請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。