JP2015007623A - 走行支援装置、車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】 構成を小型化しつつ検知対象の検知性能を向上する。【解決手段】 検知対象に出射光を出射する光源と、出射光が通過する第１レンズ１と、出射光が検知対象で反射された反射光が通過する第２レンズ２と、第２レンズを通過した反射光を受光する受光素子と、を備えた、車両に搭載される走行支援装置１００であって、第１レンズのレンズ面のうち出射光が通過する第１領域と、第２レンズのレンズ面のうち受光素子で受光される反射光が通過する第２領域とは、車両の車幅方向に並んで配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、車両の進行方向前方の車両外の状況を検知し、車両の走行を支援する走行支援装置と、この走行支援装置を備える車両と、に関するものである。
近年、撮像装置やレーダを用いて車両の進行方向前方の車両外の状況を検知し、車両の走行を支援して安全性能を向上させる（以下「アクティブセーフティ」という。）技術が注目されている。
アクティブセーフティ技術としては、例えば車両を自動停止させて検知した支障物との衝突を回避する技術、自動で操舵力を与えて検知した車両の走行レーンを維持する技術、あるいは検知した先行車を追従して走行する技術などが挙げられる。
また、他のアクティブセーフティ技術としては、例えば検知した支障物をフロントガラス上のヘッドアップディスプレイなどに強調表示して、車両の運転者に注意喚起する技術などが挙げられる。
上述のアクティブセーフティ技術では、撮像装置やレーダを有してなる走行支援装置を用いる。走行支援装置は、支障物や走行レーンの白線や先行車などの検知対象を検知し、その検知対象までの距離を測距する。
車両に備えられる制御装置は、走行支援装置が取得した、検知対象を検知したという情報や検知対象までの距離情報に基づいて、上述のアクティブセーフティを実現するための動作指示を車両の各種装置に与える。
ここで、アクティブセーフティ技術に用いられる走行支援装置としては、撮像装置とレーダとを一体に構成して車両のフロントガラス内側上部のインナーリアビューミラー付近に取り付け可能にする技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
ところで、走行支援装置では、より高速走行からの自動停止を実現させる、あるいは、より精密に支障物を判定して自動停止や注意喚起を行うなどして、アクティブセーフティ技術の高度化が求められている。
つまり、アクティブセーフティ技術を高度に進歩させるにあたり、走行支援装置は、レーダによる測距可能な距離を伸ばすことで、早期に検知対象までの距離計測や検知対象を認識する必要がある。
ここで、レーダで測距の距離を伸ばす主な方法としては、光源から照射するレーザの出力を上げて反射光の強度を強くする方法と、受光レンズの面積を大きくして受光効率を上げる方法との、いずれかの方法が考えられる。
しかし、レーザ光は、出力を上げた場合に人間の目などに影響を与えるおそれがある。そのため、レーザ光は、例えばIEC60825-1（JIS C 6802-1:2005「レーザ製品の放射安全基準」）などの規格で定められている出力の範囲（クラス）内の出力で利用する必要があるため、それを上回る出力にすることは困難であった。
一方、受光レンズの面積を大きくする方法については、非特許文献１に開示される技術のように、レーダ装置の受光用レンズと撮像装置の撮像レンズとが車幅方向に並ぶ構造では、受光レンズの面積を大きくすると、走行支援装置の高さ方向の寸法が大型化する。つまり、従来の技術を用いてレーダ装置の受光用レンズを大型化した場合には、走行支援装置の設置位置であるフロントガラス内側上部のインナーリアビューミラー付近の占有面積が増大し、運転者の視野に影響を与えるおそれがある。
本発明は、構成を小型化しつつ検知対象の検知性能を向上することができる走行支援装置を提供することを目的とする。
本発明は、検知対象に出射光を出射する光源と、出射光が通過する第１レンズと、出射光が検知対象で反射された反射光が通過する第２レンズと、第２レンズを通過した反射光を受光する受光素子と、を備えた、車両に搭載される走行支援装置であって、第１レンズのレンズ面のうち出射光が通過する第１領域と、第２レンズのレンズ面のうち受光素子で受光される反射光が通過する第２領域と、は、車両の車幅方向に並んで配置されている、ことを特徴とする。
本発明によれば、構成を小型化しつつ検知対象の検知性能を向上することができる。
本発明に係る車両の実施の形態を示す正面図である。 上記車両の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る走行支援装置の実施の形態を示す斜視図である。 上記走行支援装置の透過斜視図である。 上記走行支援装置の正面図である。 上記走行支援装置の第１領域と第２領域と第３領域との関係を説明する図である。 車両進行方向における光源用レンズと受光用レンズとの位置関係を示す上記走行支援装置の側断面図である。 車両進行方向における光源用レンズとカメラレンズとの位置関係を示す上記走行支援装置の側断面図である。 本発明に係る走行支援装置の別の実施の形態を示す斜視図である。 図９の走行支援装置の透過斜視図である。
以下、本発明に係る走行支援装置と車両の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
●車両●
本発明に係る車両の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る車両の実施の形態を示す正面図である。同図に示すように、車両５０は、フロントガラス５１の内側（車室側）上部のインナーリアビューミラー５２付近に本発明に係る走行支援装置１００を備える。
なお、走行支援装置１００の取付位置は、上述の位置に限定されず、車両５０の進行方向前方の車両外の状況を検知することができる位置であればよい。
ここで、図１において車両５０の幅方向（紙面左右方向）を車幅方向、紙面を貫く方向を車両進行方向とする。
車両５０は、動力制御、ブレーキ制御、操舵力制御、ディスプレイ（不図示）の表示制御など、車両５０の各種機構の制御を行う不図示の車両制御装置を備える。車両制御装置は、走行支援装置１００が検知した検知対象に関する情報（検知対象の存否、検知対象までの距離や方向、検知対象の大きさなど）に基づいて、車両５０の走行を支援して安全性能を向上させるアクティブセーフティを実現する各種動作を実行する。
すなわち、例えば走行支援装置１００は、レーザ光を照射し、検知対象から照射したレーザ光の反射光を受光し、照射から受光までの時間を計測することで、検知対象までの距離を算出する。
車両５０の車両制御装置は、検知対象までの距離に基づいて、所定の距離範囲内であれば車両５０の速度を低下させる、あるいは車両５０を停止させる、音声や画像を用いて運転者に注意喚起するなどのアクティブセーフティを実現する制御を行う。
走行支援装置１００は、車両５０の進行方向前方の状況を撮像する。車両５０の車両制御装置では、撮像した画像から検知対象を検知する画像認識を行う。つまり、車両制御装置では、検知対象が車両であるか人であるかなどの属性を認識することで、アクティブセーフティを実現する各種動作の精度を向上させている。
また、車両制御装置は、走行支援装置１００が撮像した画像から、道路上の白線の位置や、路面の端部を検知し、車両５０の車線逸脱防止制御などを行う。
図２は、車両５０の動作を示すフローチャートである。同図に示すように、車両５０の車両制御装置は、走行支援装置１００のレーザレーダの計測結果から、所定距離（１）以内に検知対象が存在するか否かを判断する（Ｓ１０１）。Ｓ１０１の判断の結果がＮＯであれば、車両制御装置は、Ｓ１０１の判断を繰り返す。
また、車両制御装置は、走行支援装置１００のカメラが撮像した画像に車両の進行方向前方に所定サイズ以上の検知対象が存在するか否かを判断する（Ｓ１０２）。Ｓ１０２の判断の結果がＮＯであれば、車両制御装置は、Ｓ１０２の判断を繰り返す。
Ｓ１０１または１０２の判断のいずれかの結果がＹＥＳであれば、車両制御装置は、走行支援装置１００のレーザレーダの計測結果から、所定距離（１）より近い所定距離（２）以内に検知対象が存在するか否かを判断する（Ｓ１０３）。
Ｓ１０３の判断の結果がＹＥＳであれば、車両制御装置は、車両５０の運転者に対して音声や画像で検知対象が近づいていることを警告する（Ｓ１０４）。
車両制御装置は、走行支援装置１００のレーザレーダの計測結果から、所定距離（２）より近い所定距離（３）以内に検知対象が存在するか否かを判断する（Ｓ１０５）。
Ｓ１０５の判断の結果がＹＥＳであれば、車両制御装置は、車両５０のブレーキ信号を車両のブレーキ制御部に出力する（Ｓ１０６）。ブレーキ信号を受け付けたブレーキ制御部では、ブレーキをかけて車両５０を減速または停止させる。
●走行支援装置（１）●
本発明に係る走行支援装置の実施の形態について説明する。
●走行支援装置の構成
図３は、本発明に係る走行支援装置の実施の形態を示す斜視図である。同図に示すように、走行支援装置１００は、光源用レンズ１と受光用レンズ２とカメラレンズ３とが、筐体４に保持されている。
図４は、走行支援装置１００の透過斜視図である。同図に示すように、走行支援装置１００は、筐体４の内部に、光源搭載基板５と、光源６と、受光素子搭載基板７と、受光素子８と、撮像素子搭載基板９と、撮像素子１０と、レーザレーダ駆動回路１１と、第１画像処理回路１２と、第２画像処理回路１３とを有する。
光源用レンズ１は、第１レンズの一例である。光源用レンズ１は、光源６からの出射光が通過し、出射光の出射方向や出射角などの状態を制御する。
受光用レンズ２は、第２レンズの一例である。受光用レンズ２は、検知対象で反射された出射光（以下「反射光」という。）が通過し、反射光の入射方向や入射角などの状態を制御する。
カメラレンズ３は、第３レンズの一例である。カメラレンズ３は、検知対象からの被写体光が通過し、被写体光の入射方向や入射角などの状態を制御する。
筐体４は、走行支援装置１００の外形を形成する。ここで、筐体４には、光源用レンズ１と受光用レンズ２との間、及び、光源用レンズ１とカメラレンズ３との間に遮蔽部１ａを有する。遮蔽部１ａを有することにより、走行支援装置１００では、光源６からの出射光が直接または車両５０のフロントガラス５１で反射して受光素子８や撮像素子１０に入射することがない。
光源搭載基板５は、光源６を搭載する基板であり、光源６の動作を制御する光源制御回路が構成されている。光源搭載基板５は、光源６の発振信号を昇圧させる機能を有する。光源制御回路は、車両５０から供給された電圧を規定の電圧まで昇圧する回路を有し、光源６を発光させる発振信号を生成している。
光源６は、検知対象に向けて光を出射する。ここで、光源６は、例えばレーザダイオードにより構成され、走行支援装置１００のレーザレーダとしての発光部の機能を実現する。
受光素子搭載基板７は、受光素子８を搭載する基板であり、受光素子８の動作を制御する受光素子制御回路が構成されている。受光素子制御回路は、受光した信号を増幅させる機能を有する。また、受光素子制御回路は、レーザレーダ駆動回路１１で信号を生成したときから計測された時間の計測を、反射光を変換した信号を生成したときに停止する時間計測機能を有する。
車両制御装置は、受光素子制御回路により計測された時間に基づいて、検知対象までの距離を算出することができる。
なお、受光制御回路は、必要に応じて反射光を変換した信号の増幅や減幅を行うことができる。
受光素子８は、第２レンズを通過した反射光を受光して電気的信号に変換し、電気的信号を車両の制御装置（不図示）に送信する。ここで、受光素子８は、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）などの各種フォトダイオードを用いることができる。
撮像素子搭載基板９は、撮像素子１０を搭載する基板であり、撮像素子１０の動作を制御する撮像素子制御回路が構成されている。
撮像素子１０は、カメラレンズ３を介して検知対象からの被写体光を受光して撮像する。ここで、撮像素子１０は、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）やＣＣＤ（Charge-Coupled Device）などを用いることができる。
車両制御装置は、撮像素子１０が取得した１または複数の画像に基づいて、画像に含まれる検知対象が、人、車両、車線、あるいは道路端であるかを認識することができる。
ここで、光源制御回路を構成する光源搭載基板５と受光素子制御回路を構成する受光素子搭載基板７とは、電気的に遮蔽されて走行支援装置１００に搭載されている。つまり、走行支援装置１００では、受光素子８に光源６からの光ノイズが含まれることを防止して、構成を小型化しつつ安定した検知対象の認識結果を得ることができる。
また、光源制御回路を構成する光源搭載基板５と撮像素子制御回路を構成する撮像素子搭載基板９とは、電気的に遮蔽されて走行支援装置１００に搭載されている。つまり、走行支援装置１００では、撮像素子１０に光源６からの光ノイズが含まれることを防止して、構成を小型化しつつ安定した画像を得ることができる。
レーザレーダ駆動回路１１は、レーザ発光用の発振信号を生成し、光源６を駆動するための回路である。レーザレーダ駆動回路１１は、規定のタイミングで光源６を発光させるための発振部を有する。また、レーザレーダ駆動回路１１は、発振信号を光源搭載基板５に送る。また、レーザレーダ駆動回路１１は、レーザレーダ駆動回路１１で信号を生成したときから距離データ算出用の時間の計測を行う時間測定機能を有する。
第１画像処理回路１２と第２画像処理回路１３とは、撮像素子１０が撮像した画像の情報（画像情報）を車両の制御装置が利用可能な状態の画像情報に変換して、画像情報を車両の制御装置に送信する。ここで、第１画像処理回路１２と第２画像処理回路１３とは、１つの画像処理回路で構成してもよい。
レーザレーダ駆動回路１１により求められた距離データは、第１画像処理回路１２と第２画像処理回路１３とに入れられる。距離データは、車両周囲の状況把握用データとなり、上述のフローチャートに基づき、警告を発する、あるいはブレーキ信号を発する際に用いられる。
●レンズの配置
次に、走行支援装置１００の光源用レンズ１と受光用レンズ２とカメラレンズ３との配置について説明する。
図５は、走行支援装置１００の正面図である。同図に示すように、走行支援装置１００は、光源用レンズ１のレンズ面のうち光源６から出射された光（出射光）が通過する領域（以下「第１領域Ｆ１」という。）と、受光用レンズ２のレンズ面のうち受光素子８で受光される反射光が通過する領域（以下「第２領域Ｆ２」という。）は、車両の車幅方向にのみ注目すると並んで配置されている。つまり、第１領域Ｆ１と第２領域Ｆ２とは、車幅方向において異なる位置に配置されている。
また、走行支援装置１００では、カメラレンズ３のレンズ面のうち撮像素子１０で受光される被写体光が通過する領域（以下「第３領域Ｆ３」という。）は、第１領域Ｆ１と車幅方向に並んで配置されている。
また、走行支援装置１００では、第１領域Ｆ１と第２領域Ｆ２とは、車両の前面視（走行支援装置１００の正面視）において重複することなく配置されている。
図６は、走行支援装置１００の第１領域と第２領域と第３領域との関係を説明する図である。同図には、第１領域からの出射光が通過する範囲Ａ１と、第２領域への反射光が通過する範囲Ａ２と、第３領域への被写体光が通過する範囲Ａ３とが、模式的に示されている。
図６に示すように、走行支援装置１００では、第１領域と第２領域とが車幅方向に並んで配置されているため、走行支援装置１００の構成を小型化しつつ受光素子８の検知範囲を広くすることができる。つまり、走行支援装置１００によれば、走行支援装置１００の高さ方向（図１の紙面上下方向）の長さを短くすることができるため、構成を小型化しつつ検知対象の検知性能を向上することができる。
また、走行支援装置１００では、第１領域と第３領域とが車幅方向に並んで配置されているため、走行支援装置１００の構成を小型化しつつ撮像素子１０の検知範囲を広くすることができる。つまり、以上説明した走行支援装置１００によれば、構成を小型化しつつ検知対象の検知性能を向上することができる。
図７は、車両進行方向における光源用レンズ１と受光用レンズ２との位置関係を示す走行支援装置１００の側断面図である。走行支援装置１００では、光源用レンズ１は、受光用レンズ２よりも車両進行方向前方（図７において紙面左方向）に配置されている。つまり、走行支援装置１００では、第１領域は、第２領域よりも車両進行方向前方に配置されている。
そのため、走行支援装置１００では、光源６からの出射光が直接または車両５０のフロントガラス５１で反射して受光素子８に入射することがない。つまり、走行支援装置１００によれば、構成を小型化しつつ誤動作を防止することができる。
図８は、車両進行方向における光源用レンズ１とカメラレンズ３との位置関係を示す走行支援装置１００の側断面図である。走行支援装置１００では、光源用レンズ１は、カメラレンズ３よりも車両進行方向前方（図８において紙面左方向）に配置されている。つまり、走行支援装置１００では、第１領域は、第３領域よりも車両進行方向前方に配置されている。
そのため、走行支援装置１００では、光源６からの出射光が直接または車両５０のフロントガラス５１で反射して撮像素子１０に入射することがない。つまり、走行支援装置１００によれば、構成を小型化しつつ誤動作を防止することができる。
●走行支援装置（２）●
次に、本発明に係る走行支援装置の別の実施の形態について、先に説明した走行支援装置１００との相違点を中心に説明する。
図９は、本発明に係る別の実施の形態を示す走行支援装置２００の斜視図である。また、図１０は、走行支援装置２００の透過斜視図である。図９，１０に示すように、走行支援装置２００は、光源用レンズ１のレンズ面の第１領域と、受光用レンズ２のレンズ面の第２領域とが、車両進行方向において同一平面上に配置されている点が走行支援装置１００と相違する。
また、走行支援装置２００は、カメラレンズ３のレンズ面のうち撮像素子１０で受光される被写体光が通過する第３領域が、第１領域と同一平面上に配置されている。
走行支援装置２００は、以上説明した第１領域と第２領域と第３領域との配置関係を実現するような形状からなる筐体１４を有する。
ここで、筐体１４には、光源用レンズ１と受光用レンズ２との間に遮蔽部１４ａと、光源用レンズ１とカメラレンズ３との間に遮蔽部１４ｂとを有する。遮蔽部１４ａ，１４ｂを有することにより、走行支援装置２００では、光源６からの出射光が直接または車両５０のフロントガラス５１で反射して受光素子８や撮像素子１０に入射することがない。
●本発明の効果
以上説明した走行支援装置１００と走行支援装置２００によれば、車両５０の高さ方向（縦方向）の厚さを小型化しつつ構成することができる。つまり、走行支援装置１００と走行支援装置２００によれば、車両５０のフロントガラス５１上のインナーリアビューミラー５２付近、あるいは、ダッシュボード（不図示）上に取り付けた場合に、運転手の視界を広く確保することができる。
１ ：光源用レンズ
２ ：受光用レンズ
３ ：カメラレンズ
４ ：筐体
４ａ ：遮蔽部
５ ：光源搭載基板
６ ：光源
７ ：受光素子搭載基板
８ ：受光素子
９ ：撮像素子搭載基板
１０ ：撮像素子
１１ ：レーザレーダ駆動回路
１２ ：第１画像処理回路
１３ ：第２画像処理回路
１４ ：筐体
１４ａ ：遮蔽部
１４ｂ ：遮蔽部
５０ ：車両
５１ ：フロントガラス
５２ ：リアビューミラー
１００ ：走行支援装置
２００ ：走行支援装置
Continental Corporation、" Continental Integrates the Camera and Infrared Functions into a Single Compact Unit "、［online］、2012年10月17日、Continental Corporation、［平成25年5月21日検索］、インターネット〈URL：http://www.continental-corporation.com/www/pressportal_com_en/themes/press_releases/3_automotive_group/chassis_safety/press_releases/pr_2012_10_17_srl_cam_en.html〉

Claims (11)

  1. 検知対象に出射光を出射する光源と、
    前記出射光が通過する第１レンズと、
    前記出射光が前記検知対象で反射された反射光が通過する第２レンズと、
    前記第２レンズを通過した前記反射光を受光する受光素子と、
    を備えた、車両に搭載される走行支援装置であって、
    前記第１レンズのレンズ面のうち前記出射光が通過する第１領域と、
    前記第２レンズのレンズ面のうち前記受光素子で受光される前記反射光が通過する第２領域と、
    は、前記車両の車幅方向に並んで配置されている、
    ことを特徴とする走行支援装置。
  2. 第３レンズと、
    前記第３レンズを介して前記検知対象からの被写体光を受光し撮像する撮像素子と、
    を備え、
    前記第３レンズのレンズ面のうち前記撮像素子で受光される前記被写体光が通過する第３領域は、前記第１領域と前記車幅方向に並んで配置されている、
    請求項１記載の走行支援装置。
  3. 前記第１領域と前記第２領域とは、重複することなく配置されている、
    請求項１または２記載の走行支援装置。
  4. 前記第１領域は、前記第２領域よりも車両進行方向前方に配置されている、
    請求項１乃至３のいずれかに記載の走行支援装置。
  5. 前記第１領域と前記第２領域とは、車両進行方向において同一平面上に配置されている、
    請求項１乃至４のいずれかに記載の走行支援装置。
  6. 前記第１領域は、前記第３領域よりも車両進行方向前方に配置されている、
    請求項２乃至５のいずれかに記載の走行支援装置。
  7. 前記光源を制御する光源制御回路と、
    前記受光素子を制御する受光素子制御回路と、
    を備え、
    前記光源制御回路と前記受光素子制御回路とは、電気的に遮蔽されて搭載されている、
    請求項１乃至６のいずれかに記載の走行支援装置。
  8. 前記光源を制御する光源制御回路と、
    前記撮像素子を制御する撮像素子制御回路と、
    を備え、
    前記光源制御回路と前記撮像素子制御回路とは、電気的に遮蔽されて搭載されている、
    請求項２乃至６のいずれかに記載の走行支援装置。
  9. 前記第１レンズと前記第２レンズとの間に遮蔽部を有する、
    請求項１乃至８のいずれかに記載の走行支援装置。
  10. 前記第１レンズと前記第３レンズとの間に遮蔽部を有する、
    請求項２乃至８のいずれかに記載の走行支援装置。
  11. 車両の進行方向前方の車両外の情報を取得して前記車両の走行を支援する走行支援装置を有してなり、
    前記走行支援装置は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の走行支援装置である、
    ことを特徴とする車両。
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