JP2016090268A - 車両用光飛行型測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光特性を環境条件・車載状態に対応できるようにした小型・高効率の車両用光飛行型測距装置を提供する。
【解決手段】複数の発光素子７は、変調光の発光方向が互いに異なる方向であり測距対象範囲が互いに異なるように配置されている。また、これらの発光素子７は、互いに異なる発光強度に設定可能になっている。制御回路６は、車両情報及び／又は受光素子から得られるＳ／Ｎ情報、環境情報に基づいて、発光素子７の発光強度及び／又は発光素子７の発光個数を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、変調光を空間に発射し、対象物に反射した反射光を含む光を受光して光電子を蓄積し、この光電子の蓄積状態に基づいて自装置から対象物までの距離を演算する車両用光飛行型測距装置に関する。

従来、変調光を空間に発射し、対象物に反射した反射光を含む光を受光して電荷を蓄積し、この電荷の蓄積状態に基づいて測距対象物までの距離を演算する光飛行（ＴＯＦ：Time of Flight）型測距装置が供されている。この光飛行型測距装置は、変調光と反射光との位相差を用いて画素（セル）単位で自装置から測距対象物までの距離を演算できる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の測距装置は、複数の測距方式を用いて複数の距離画像を取得し、これらの複数の距離画像を複合的に合成して取得する方式を採用している。これにより短時間で信頼性の高い距離画像を生成できるようにしている。

特開２００８−８６８７号公報

このような光飛行型測距装置を車両に適用する場合には、測距対象、環境条件に応じて発光特性を広範囲に対応させることが望ましい。
本発明の目的は、各種特性を広範囲に対応させることができるようにした車両用光飛行型測距装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、次のように作用する。発光手段は少なくとも１つ以上の発光素子により変調光を発光する。受光手段は発光手段により発光された変調光が対象物で反射した反射光を含む光を受光して光電子を蓄積する。そして測距手段は、受光手段に蓄積された光電子の蓄積状態に基づいて変調光と反射光との位相差又は時間差を演算し測距対象物までの距離を演算する。

測距対象物を含む測距対象は、例えば時間（例えば昼間、夜間）、車両状態（例えば車両速度、ギアポジション）、測距対象範囲（例えば車両の前方広範囲、前方狭範囲、前右左方範囲、後右左方範囲）、又は、それらの環境下における外来光ノイズに応じて反射光のＳ／Ｎ等の諸特性が変化する。請求項１記載の発明によれば、測距手段による測距対象が時間的、場所的、範囲的の何れか一つ以上異なるときには、発光手段は測距対象に応じた発光強度に設定されるため、測距対象の時間、場所、範囲の違いに応じて発光強度を適切に設定でき、各種特性を広範囲に対応させることができる。

ここで、「測距対象が時間的、場所的、範囲的の何れか一つ以上異なる」とは、測距対象物自体が異なる場合を含むことは言うまでもなく、測距対象物が同一であっても時間的に測距するタイミングが異なる場合も含むものであり、さらに、３次元空間内で異なる測距対象範囲である場合、３次元空間内で同一空間を一部又は全部含んでいたとしても３次元空間の測距対象範囲が異なる場合、も含まれるものである。

第１実施形態に係る車両用光飛行型測距装置の搭載例を概略的に示す図 車両用光飛行型測距装置の内部構造を概略的に示す断面図 車両用光飛行型測距装置の電気的構成例を概略的に示す機能ブロック図 受光素子の構成例を概略的に示す回路図 発光動作及び受光動作を概略的に示すフローチャート 基本矩形パルスの出力イメージ例 処理の流れを概略的に示すフローチャート 発光強度が等しい分布を模式的に示す平面図 第２実施形態に係る車両用光飛行型測距装置の内部構造を概略的に示す断面図 車両用光飛行型測距装置の電気的構成例を概略的に示す機能ブロック図 （ａ）は車両用光飛行型測距装置の設置個所の例、（ｂ）（ｃ）は最大スキャン範囲の変更例（その１、その２） 処理の流れを概略的に示すフローチャート 第３実施形態に係る説明図（（ａ）（ｂ）は車両用光飛行型測距装置の設置個所の例とスキャン範囲を模式的に示す側面図、（ｃ）は受光素子の配列とバラつきを算出するための対象画素群を表す図） 処理の流れを概略的に示すフローチャート 車両前方を確認するための測距装置について車両走行速度に応じた最大スキャン範囲の変更例 車両後方を確認するための測距装置について車両走行速度に応じた最大スキャン範囲の変更例 第４実施形態に係る発光波形と受光波形の関係を概略的に示すタイミングチャート

以下、車両用光飛行型測距装置の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。各実施形態間において同一又は類似の動作を行う構成については、同一又は類似の符号を付して必要に応じて説明を省略する。

（第１実施形態）
まず図１を参照し、光飛行型測距装置１が車両２に搭載される態様について説明する。光飛行型測距装置（以下、測距装置と略す）１は、車両２の前部、後部、側部などの少なくとも１箇所以上に設置される。例えば、この測距装置１が、車両２の前部又は後部に搭載される場合には、車両２の前方又は後方の測距対象物３（例えば人物、車両、壁（例えば、建築物、ガードレール）等）が測距対象範囲として含まれるものである。また、この測距装置１が、車両２の側部に搭載される場合には、車両２の側方の測距対象物３が測距対象範囲として含まれる。図１には、車両２の側部に搭載されており、側方の測距対象物３までの距離を測定する例を示している。

この測距装置１の構造を模式断面で図２に示すように、測距装置１は、筐体４を備え、当該筐体４の内部に、プリント配線基板５、制御回路６、発光素子７、ディフューザ（拡散板）８、受光素子９、及び、鏡筒１０と一体化された受光用の集光レンズ１１、を一体化した構成である。

発光素子７は、例えばレーザダイオード（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）などの高速変調可能な素子を用いて構成され、制御回路６からの制御信号に基づいて、例えば赤外光を発光する。受光素子９は、例えばＣＭＯＳプロセス又はＣＣＤプロセスを用いて構成されたイメージセンサが用いられる。

本実施形態において、発光素子７は一つの測距装置１内に複数設けられており、これらの複数の発光素子７の光軸（照射方向）は互いに異なる方向に向かうように設置される。これにより、複数の発光素子７は、変調光の発光方向が互いに異なる方向であり且つ測距対象範囲が互いに異なるように配置された状態で発光する。例えば、図１に示すように、測距装置１が車両２の側部に設置されるときには、発光素子７の光軸がそれぞれ例えば車両２の真側方Ａ１、側後斜方Ａ２に向けられるように設置される。この結果、発光素子７の光軸の可動部を設けることなく発光方向を様々な方向に向けることができる。

また、図２に示すように、集光レンズ１１と受光素子９の受光方向の光軸は、これらの複数の発光素子７の発光方向の概ね中間方向に向かうように設置されている。この結果、受光素子９は、複数の発光素子７が発光し測距対象物３に反射した反射光を受光できる。

図３に電気的構成例を概略的に示し、図４に受光素子９の原理構成例を概略的に示す。測距装置１は、制御回路６、発光部（発光手段相当）１２、及び、受光部（受光手段相当）１３を電気的構成として備える。この測距装置１は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）などの車内ネットワーク１４に接続されている。この車内ネットワーク１４には、位置情報取得部１５、センサ情報取得部１６、時刻情報取得部１７、などが接続されている。位置情報取得部１５は、例えばナビゲーション装置などにより構成され、ＧＰＳ（Global Positioning System）情報などを用いて車両の現在位置情報を取得する。センサ情報取得部１６は、例えば車両に搭載される車速センサ（図示せず）による車速情報、シフトポジションセンサ（図示せず）によるシフトポジション情報（前進（ドライブポジション）、後退（バックポジション）、パーキングポジション）、外部撮像用のカメラ（図示せず）によるカメラ撮像情報などのセンサ情報を取得する。時刻情報取得部１７は、例えば時計などにより現在時刻を取得する。測距装置１の制御回路６は、車内ネットワーク１４を通じて現在位置情報、時刻情報、及び、センサ情報を取得できる。

制御回路６は、例えばマイクロコンピュータ、タイマなど（何れも図示せず）を用いて構成され、予め内部に記憶された制御プログラムを実行することで発光部１２の発光動作及び受光部１３の受光動作を制御する。なお、制御回路６は、本願において測距部（測距手段）６ａ、判定部（判定手段）６ｂとしての機能を備えるものである。発光部１２は、駆動回路１８、発光素子７を縦続接続して構成され、測距対象物３（測距対象範囲）に向けて発光する。なお、本実施形態では、発光部１２は、２つの発光素子７を用いて構成されているため、駆動回路１８もこれに応じて２つ構成されている。受光部１３は、セル（画素、ピクセル相当）をマトリクス状に配置して構成された受光素子９を備える。

制御回路６は、発光素子７に制御信号を出力することで変調光を発光させ、この制御信号に同期して受光素子９の電荷蓄積動作を制御する。この制御信号としては、例えば数〜数１０［ＭＨｚ］程度の周波数のパルス信号が用いられる。

図３に示すように、受光素子９の各セルは、フォトダイオード２１０、変調スイッチ２２１、２２２、複数の容量素子２３１、２３２を用いて構成される。この受光素子９の各セルは、制御回路６の制御信号に応じて変調スイッチ２２１、２２２をオンオフし、受光した変調光により発生した光電子を容量素子２３１、２３２に振り分ける。このとき、測距対象物３と測距装置１（自装置相当）との距離に応じて複数の容量素子２３１、２３２に振り分けられる電荷量が変化する。制御回路６は、各容量素子２３１、２３２の電圧を検出することに応じて電荷量を検出する。各容量素子２３１、２３２の検出電圧は、測距対象物３と測距装置１との距離に応じて変化する。このため、各容量素子２３１、２３２の検出電圧に応じて、測距装置１と測距対象物３との間の距離を算出できる。受光素子９は、その各セルが２次元マトリックス状に配置されているため、これらの各セルの配置位置に対応して測距対象範囲を設定できる。

図５に、図４に示す受光素子のセルを４つの異なるタイミングで駆動した場合の基本的動作例を示す。図５の発光波形に示すように、制御回路６は発光素子７に制御信号を出力することで変調光を発光させる。ここでは、基本矩形パルスに応じてパルス変調する例を示すが、正弦波又は三角波によるアナログ変調、あるいは、疑似ランダム符号を用いた符号変調処理を施しても良い。図５の反射波形に示すように、反射光を受光する受光タイミングは発光タイミングに遅れる。したがって、受光波形は発光波形に対して位相差φだけ遅れて観測される。

制御回路６は、基本矩形パルスに同期して発光素子７を発光させる。また、制御回路６は、基本矩形パルスに同期した矩形パルスを変調スイッチ２２１に制御信号として出力し（図５のＴＧ１−１参照）、この出力矩形パルスと相補的に変化する矩形パルスを変調スイッチ２２２に制御信号として出力する（図５のＴＧ２−１参照）。このとき、発光期間は変調スイッチ２２１のオン期間及び変調スイッチ２２２のオフ期間と同期する。制御回路６は、矩形パルスを数千〜数十万回程度の所定回数だけ繰り返し出力した後、発生した光電子の電荷量Ｑ１、Ｑ２に応じた容量素子２３１、２３２の電圧を取得する。このとき、変調スイッチ２２１のオン期間及び変調スイッチ２２２のオフ期間は、発光期間と９０度位相が変化した状態で同期出力される。

また、制御回路６は、発光波形に同期する基本矩形パルスから位相を９０度ずらした矩形パルスを変調スイッチ２２１に制御信号として出力し（図５のＴＧ１−２参照）、この出力矩形パルスと相補的に変化する矩形パルスを変調スイッチ２２２に制御信号として出力する（図５のＴＧ２−２参照）。制御回路６は、矩形パルスを数千〜数十万回程度の所定回数だけ繰り返し出力した後、発生した光電子の電荷量Ｑ３、Ｑ４に応じた容量素子２３１、２３２の電圧を取得する。なお、図６に示すＮ＝１、２…期間は、発光波形に対応した基本矩形パルスの出力イメージを示す。このとき、

として算出できることが周知である。なお、容量素子２３１、２３２を２つとして例を示したが、この個数は限られるものではない。なお、前述の容量素子２３１、２３２は、ＣＣＤなどに限らず、ＭＯＳトランジスタの寄生容量、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）キャパシタを用いても良いし、半導体構造の配線間容量又はＰＮ接合の容量を用いても良い。また、変調スイッチ２２１、２２２は、ＭＯＳトランジスタ、トランスファゲートなどのＭＯＳ型のデバイスであっても良いし、他の各種スイッチを適用できる。

以下、測距装置１の実際の適用例、応用例の説明を行う。図７は測距装置１（主に制御回路）の処理動作例をフローチャートにより概略的に示している。
制御回路６は、まず内蔵タイマを初期化し（Ｓ１）、環境情報及び車両情報を取得する（Ｓ２）。環境情報は、例えば、外部撮像用カメラによるカメラ撮像情報（外乱光情報、輝度情報）、時刻情報取得部１７の現在時刻情報（昼間、夜間）、車両２が走行する周辺の天候情報、などが挙げられる。車両情報は、位置情報取得部１５の現在位置情報、センサ情報取得部１６による車速センサのセンサ情報に基づく車速情報、シフトポジションセンサによるシフトポジション情報（前進（ドライブポジション）、後退（バックポジション）、パーキングポジション）、など車両内状態又は車両内の制御状態を示す情報が挙げられる。

制御回路６は、これらの環境情報及び車両情報に応じて測距対象範囲を設定する（Ｓ３）。測距装置１は、車両２内又は車両２の側部、前部、後部のうち少なくとも１箇所以上の所定箇所に設置されるが、これらの設置個所に応じて予め設定された初期所定範囲の３次元空間に照準を合わせて測距対象範囲とする。そして、制御回路６は、これらの測距対象範囲に応じて、発光素子７の発光個数及び／又は発光素子の発光強度を設定する（Ｓ４）。

例えば図１に示すように、測距装置１が車両２の側部設置用に供されているときには、例えば車両２の真側方Ａ１に向けられることが想定される発光素子７の発光強度を、車両の側後斜方Ａ２に向けられることが想定される発光素子７の発光強度に比較して低く例えば初期値を設定する。発光強度は、下記の関係式（２）の関係性がある。

ここで、（２）式内のＲは測距対象物３までの距離を示すが、距離Ｒが長くなれば発光強度は弱くなり、Ｓ／Ｎを良好に保つためには発光強度Ｐlightsourceを強くすることが有効となる。（２）式を考慮すれば、測距対象物３が存在すると予め想定される距離に対し、発光強度の２乗に比例して設定することが望ましい。また、例えば、車両２の真側方Ａ１及び側下方に向けられることが想定される発光素子７が存在するときには、真側方Ａ１の発光強度を側下方の発光強度よりも大きくすると良い。これは、Ｓ／Ｎを良好にするため、車両２の下の道路路面に反射する反射光ノイズの影響を避けるためである。

また、制御回路６は、例えば現在時刻情報として昼間の時刻（例えば１３：００）であるときには、外来ノイズが大きいことから発光強度を大きくし、逆に夜間の時刻（例えば２０：００）であるときには、外来ノイズが小さいことから発光強度を小さくする。これにより、現在時刻情報に合わせて発光強度を調整できる。この結果、発光強度を小さく調整するときには消費電力を低減できる。

また例えば、制御回路６は、例えば現在位置情報として歩道が併設された車両通行帯をしていると判断したことを条件として、車両２の真側方Ａ１に向けられることが想定される発光素子７の発光強度を、車両２の側後斜方Ａ２に向けられることが想定される発光素子７の発光強度に比較して低く初期設定しても良い。この結果、前述と同様の効果が得られる。

その後、制御回路６は、発光動作及び受光動作を開始し（Ｓ５）、測距対象物３からの反射光／外来ノイズに基づいて発光強度を動的に制御する（Ｓ６〜Ｓ１７）。ここで、制御回路６は、発光動作及び受光動作を行うが、前述の基本的動作説明に示すように、電荷量Ｑ１〜Ｑ４を取得し（Ｓ６）、位相差θを算出する（Ｓ７）。このステップＳ６及びＳ７の処理はそれぞれのセル毎に実行される。そして、制御回路６は、１画面分の全セルについて、フレーム閾値Ｎｔｈを超えるフレームＮ取得したことを条件として、このステップＳ６〜Ｓ９に示すルーチンを抜ける。そして、制御回路６は、セル（画素）毎に算出された位相差θに応じて、セル毎に距離を演算できる（Ｓ１０）。

このとき、ステップＳ６〜Ｓ９のルーチンを実行すると、フレーム閾値Ｎｔｈ分だけ位相差θが算出されており、制御回路６は、これらの位相差θの標本値のバラつき（標準偏差σ（θ）又は分散値σ^２（θ））を算出できる（Ｓ１１）。例えば、１フレームを３０ｍｓとして約３３フレーム／秒とし、Ｎｔｈ＝３３００とすれば、３３００フレーム分の位相差θのバラつきを算出できる。

次に、制御回路６は、測距対象物３と測距装置１とが相対的に静止しているか否かを判定する（Ｓ１２）。この静止判定は、センサ情報取得部１６から車内ネットワーク１４を通じて与えられるセンサ情報（車速パルスなどの車速情報）を用いて判定しても良いし、様々な方法を用いることができる。

制御回路６は、ステップＳ１２において静止判定されたことを条件として（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１１で算出されたバラつき状態に応じて現行の発光パラメータ（発光素子の発光個数、発光強度）が適切か否かを判定し、この発光パラメータが適切でない場合には発光パラメータを変更する（Ｓ１６→Ｓ４）。より詳細には、制御回路６は、例えば、バラつきを示す指標となる分散値が所定しきい値より小さくなる条件を満たすセルが所定数より多いか否かを判定する（Ｓ１３）。なお、このステップＳ１３の処理は、静止すると位相差θのバラつきが小さくなることが想定される特定セル（例えば、第３実施形態で説明する特定セル９ａ）を対象として行っても良いし、全セルを対象として行っても良い。

制御回路６は、このステップＳ１３の条件を満たしたときには、現行の発光パラメータをそのまま適用しても良いと判断し、ステップＳ１０において測定された距離をそのまま出力する（Ｓ１４）。逆に、制御回路６は、ステップＳ１３の条件を満たさないときには、現行の発光パラメータが不適であると判断し発光強度を変更する（Ｓ１６）。このとき、制御回路６は、発光強度が弱くＳ／Ｎが低いと判断しているため、発光素子に通電する電流量を増加することで発光強度を大きくしたり、発光素子の発光個数を増やしたりすることで、測定対象物３に照射する発光強度を大きくするように再度発光パラメータを設定しなおし、再度露光し直す（Ｓ４〜Ｓ１３）。そして、制御回路６は、変更後の発光パラメータを適用してもバラつきが小さくなる条件を満たすセルが所定数より多い、というステップＳ１３の判定条件を満たしたことを条件として、ステップＳ１４において、この変更後の発光パラメータを採用して演算された距離を出力する。

これにより、制御回路６は、変更後の発光パラメータを用いて、測距された測距対象物３までの距離を測定、算出することができる。制御回路６は、このようなステップＳ２〜Ｓ１４、Ｓ１６の処理について、タイマしきい値時間が経過するたびに実施される（Ｓ１５：ＹＥＳ）。制御回路６は、タイマしきい値時間を経過していなければ（Ｓ１５：ＮＯ）、この図７に示すルーチンを抜ける。なお、１回目はステップＳ１から処理を行うが、２回目以降はステップＳ２から処理が行われる。これらの処理は、測距装置１内に設置された受光部１３毎に行われる。

例えば図１に示すように、測距対象物３としてのガードレールが、歩行者を車両２から守るため車両２の側方に位置して車両走行方向に並行設置されており、測距装置１が車両２のサイドミラーの周辺に配置されている場合、複数の発光素子７はそれぞれ異なる発光強度で出力が初期設定され、この後、測距処理が行われる。車両２の直側方Ａ１に存在するガードレール、または、側後斜方Ａ２に存在するガードレールを測距対象物３とすれば、これらの測定対象物３の測定環境（測距対象範囲、測距対象時間、外来反射光などの外来ノイズ等）に合わせた発光強度に調整できる。図８は、図１に示すように測距対象物３となるガードレールが車両２の側方に位置して存在する条件において、同様のＳ／Ｎが得られる測距可能範囲Ｘ１、Ｘ２を模式的に示している。このように、外来ノイズの入射状況に応じて発光パラメータを逐次変化させながら、測定対象物３までの距離を非接触で測定できる。これにより、各種特性を広範囲に対応可能に構成でき、また、測距対象物３までの距離を高精度で測定できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、発光素子７は、測距装置１の測距対象物３が場所的に異なるときに当該測距対象物３に応じた発光強度に設定されるため、測距対象物３（特に光の反射度）の違いに応じて発光強度を適切に設定できる。これにより各種特性を広範囲に対応させることができる。

複数の発光素子７は、変調光の発光方向が互いに異なる方向で測距対象範囲が互いに異なるように配置され、互いに異なる発光強度に設定可能であるため、測距対象範囲の違いに応じて発光強度を適切に設定することができる。これにより、測距対象範囲を広範囲にできると共に、当該測距対象範囲に応じた発光強度に適切に設定できる。

制御回路６は、車両情報及び／又は環境情報に基づいて、発光素子７の発光強度及び／又は発光素子７の発光個数を制御しているため、車両情報及び／又は環境情報に応じて発光素子７の発光強度を適切に設定できる。

制御回路６は、演算された位相差θに基づいて、発光素子７の発光強度又は発光個数を制御しているため、発光素子７の発光強度を適切に設定できる。
制御回路６は、演算される位相差θのバラつきに基づいて、発光素子７の発光強度及び／又は発光個数を制御するか否かを決定するため、例えば、位相差θのバラつきが小さいときには発光強度及び／又は発光個数を制御することなく通常動作を維持し、位相差θのバラつきが大きいときには発光強度及び／又は発光個数を制御することができ、発光強度及び／又は発光個数を適切なタイミングで変更できる。

ステップＳ１２の静止判定条件を挿入しているため、位相差θのバラつきの測定環境が測定信頼性の高いものとなるか否かを判定でき、測定信頼性の高い条件下で得られた受光素子９の受光信号に基づいて発光パラメータを補正できる。

（第２実施形態）
図９〜図１２は第２実施形態における追加説明図を示す。本実施形態では、走査型、可変ビーム型の光飛行型測距装置（以下、測距装置）１０１に適用した形態を示す。より詳細には、スキャン機構２４を設け、スキャン機構２４によるスキャン角度を車両情報に基づいて制御する形態を示す。

第２実施形態に係る測距装置１０１の構造を模式断面で図９に示すように、測距装置１０１の構造は、第１実施形態とほぼ同様の構造が筐体４内に構成され、制御回路６、１つの発光素子７、ディフューザ８、受光素子９、及び、鏡筒１０と一体化された受光用の集光レンズ１１、を一体化した構成である。第１実施形態と同様に第２実施形態においても発光素子７を複数設けても良い。また、測距装置１０１は、スキャン機構２４を構成するＭＥＭＳミラー２５を備える。発光素子７は、筐体４内に配置されたプリント配線基板５に固定され、例えばＭＥＭＳミラー２５の回動中心に向けて光照射可能になっている。ＭＥＭＳミラー２５は、筐体４内の所定位置に設置され、図９の掲載面に沿う一方向（図９のＹ方向）を照射変化方向とするように、当該ミラー２５の中心を軸として回動可能に設けられる。

ＭＥＭＳミラー２５は、制御回路６からの制御信号に応じて当該回動軸を中心に回動する。ＭＥＭＳミラー２５の最大回動角は、制御回路６の制御信号に応じて変更可能になっており、これにより最大スキャン角γ１、γ２を変更可能になっている。ＭＥＭＳミラー２５の光反射方向にはディフューザ８が配置され、ディフューザ８がＭＥＭＳミラー２５により反射した反射光を拡散し外部に光出力（照射）する。外部に出力された光は、測距対象物３に反射し、集光レンズ１１を通じて受光素子９に入光される。その他の構成は、第１実施形態の構成とほぼ同様であるため、その詳細説明を省略する。また図１０に概略的な電気的構成を示すが、第１実施形態と異なるところは、発光素子７及びその駆動回路１８が１つのみである点であるため、その説明を省略する。

この走査型、可変ビーム型の測距装置１０１は、図１１（ａ）に破線で設置位置を示すように、車両２のフロントガラスのすぐ内側のダッシュボード上方に位置して設置される。図９に示す測距装置１０１が、Ｙ方向を車両２の上下方向として設置されると、図１１（ｂ）に示すように、制御回路６は、車両２の幅方向スキャン範囲を一定として車両上下方向に最大スキャン範囲ＳＹ１、ＳＹ２を段階的（例えば２段階）に変更制御できる。逆に、図９に示す測距装置１０１が、Ｙ方向を車両２の幅方向として設置されると、図１１（ｃ）に示すように、車両２の上下方向スキャン範囲を一定として車両２の幅方向に最大スキャン範囲ＳＹ３、ＳＹ４を段階的（例えば２段階）に変更制御できる。

発光素子７は、その単位時間当たりの発光強度が同一である。このため、制御回路６が、ＭＥＭＳミラー２５を用いたスキャン機構２４を用いて発光制御すると、最大スキャン範囲ＳＹ１〜ＳＹ４の広狭に応じて単位面積当たりの発光強度の増減を変更調整できる。すなわち、制御回路６が、スキャン機構２４による最大スキャン範囲ＳＹ２、ＳＹ４を広くすれば、単位面積当たりの発光強度を減少させることができ、逆に、制御回路６が、スキャン機構２４による最大スキャン範囲ＳＹ１、ＳＹ３を狭くすれば、単位面積当たりの発光強度を増加させることができる。

図１２は第１実施形態の図７に対応して示す図であり、測距装置１０１（主に制御回路６）の処理動作例をフローチャートにより概略的に示す。この図１２の処理が図７の処理と異なるところは、主にステップＳ４ａ、Ｓ１６ａに示す処理である。このステップＳ４ａにおいて、制御回路６は、測距対象範囲に応じて発光素子７の発光強度、スキャン機構２４による最大スキャン角γ（最大スキャン範囲）を設定する。そして、制御回路６は、バラつきを示す指標となる分散値が所定しきい値より小さくなる条件を満たすセルが所定より多いか否かを判定し（Ｓ１３）、この条件を満たさないときには現行の発光パラメータが不適であると判断し（Ｓ１３：ＮＯ）、スキャン機構２４による最大スキャン角γ（最大スキャン範囲ＳＹ１／ＳＹ２、ＳＹ３／ＳＹ４）を変更する。

ステップＳ１３の条件を満たさないと判定する場合、制御回路６は、発光強度が弱くＳ／Ｎが低いと判断しているため、最大スキャン角γを狭角とすることで単位面積当たりの発光強度を増加させる（Ｓ１６ａ）。そして、制御回路６は、再度ステップＳ４ａにおいて発光パラメータを設定しなおし、再度露光をしなおす（Ｓ４ａ〜Ｓ１３）。これにより、測距装置１０１は、変更後の発光パラメータを用いて、測距された測距対象物３までの距離を測定、算出することができる。制御回路６は、このようなステップＳ２〜Ｓ１４、Ｓ１６ａの処理についてタイマしきい値時間を経過する度に実行される（Ｓ１５：ＹＥＳ）。その他の処理は、第１実施形態に示した処理と同一内容である。

なお、制御回路６は、スキャン機構２４の１回のスキャン動作を、受光素子９の全セルが受光する１フレームの設定時間内に終了するように制御することが望ましい。１フレーム内に制御できればより容易に制御可能となるためである。

本実施形態によれば、発光素子７の発光方向を変更し受光素子９により受光される光をスキャンするスキャン機構２４を備えている。この第２実施形態においても第１実施形態と同一の作用効果を奏する。
制御回路６（スキャン制御手段）は、スキャン機構２４の最大スキャン角γを車両情報に基づいて制御しているため、より適切な最大スキャン角γに設定できる。

（第３実施形態）
図１３〜図１５は第３実施形態における追加説明図を示す。第１、第２実施形態では、車両２が静止していることを条件として発光パラメータを変更する形態を示したが、第３実施形態では車両２が走行中であるときに発光パラメータを変更する方法を説明する。

例えば、第１実施形態の図２に示す固定ビーム方式の測距装置１を車両２の後部ガラスの上部に配置し、車両２の後方を測距する場合、また第２実施形態で説明した図１０に示す可動ビーム方式の測距装置１０１を車両２のフロントガラスの内側に配置し、車両２の前方を測距する場合、について考える。なお、測距装置１、１０１は、車両２の側部のサイドミラーの直下部などに設置されても良いし、その設置個所は限られない。

図３に示すように、受光素子９のセルは２次元マトリックス状に配置されているため、受光素子９は、集光レンズ１１を通じてスキャン方向に対応した方向から反射した光を受光する。このため、測距装置１が車両２の一部に固定的に設置されると、常に一定距離又はこの距離にマージンを見込んだ所定範囲となる位置から反射する光を受光するセル（受光素子９のうちの一部セル）が決定される。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は測距装置１、１０１の設置箇所の一例とその最大スキャン範囲を概略的に示す。図１３（ａ）又は図１３（ｂ）に示すように、車両２は常に路面２６を走行する。このため、測距装置１が車両外の一部に設置されていると、測距装置１及び路面２６間の距離は概ね一定値となる。測距装置１及び路面２６間の既知の距離を測定対象とする受光素子９のセルは、図１３（ｃ）に示すように、例えば受光素子９の最外部（例えば最下行）に配列された特定セル９ａとなる。このため、制御回路６は、この特定セル９ａの信号を用いて発光パラメータを補正するか否かを判定すると良い。なお、受光素子９の車両２への設置の仕方に応じて、受光素子９の全セルのうち、最外の１行／１列以上の特定セル９ａの信号を用いて、発光パラメータを補正するか否かを判定すると良い。全スキャン範囲ＳＹのうち、この特定セル９ａによるスキャン範囲を、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）には対象スキャン範囲ＳＹＺとして概略的に示している。

図１４は測距装置１の動作について図７に代わるフローチャートを概略的に示している。以下、本実施形態の特徴部分に係る作用説明を行うが、図１４のステップＳ１〜Ｓ１０の処理は、第１実施形態と同一内容であるため、その説明を省略する。ここで、前述したように、全スキャン範囲ＳＹのうち、最下方の路面２６に反射した光を受光する受光素子９のセルを特定セル９ａとして予め設定されるため、制御回路６は、測距部（測距手段）６ａによりこれらの特定セル９ａについて位相差θのバラつき（標準偏差値、分散値）を演算する（図１４のＳ１１ａ）。また、このバラつきの演算処理は、当該路面をスキャンする最下部に対応する所定の１特定セル９ａについて、フレームＮの変化に伴う位相差θのバラつき（標準偏差値、分散値）を演算処理するようにしても良いし、所定の複数の特定セル９ａについてフレームＮの変化に伴う位相差θのバラつきを演算処理するようにしても良い。また、後述するように位相差θのバラつきと一義的な関係を有するＳ／Ｎ比（Ｓ／Ｎ情報）を算出するようにしても良い。

続いて、制御回路６は、受光素子９の各セルにより測定された距離を出力する（Ｓ１４）。そして制御回路６は、特定セル９ａに対応して算出された距離がデフォルトの距離範囲であるか否かを判定する（Ｓ１２ａ）。このステップＳ１２ａの処理は、測距装置１と路面２６との間に障害物（例えば人など）が存在しているか否かを確認するために行われる処理である。制御回路６が、デフォルトの距離範囲であるか否かを判定する方法としては、前記の特定セル９ａについて位相差θのバラつきが所定しきい値より小さいセルが所定数より多いか否かを判定する方法が挙げられる。

このステップＳ１２ａの判定結果がデフォルトの距離範囲である場合、すなわち、測距装置１と路面２６との間に障害物が何も存在しないことが確認された場合には、制御回路６は、発光パラメータを動的に補正することを許可する。制御回路６は、動的な補正を許可した場合、発光強度を算出し（Ｓ１６ａ）、ステップＳ４に戻り、発光素子の発光個数、発光強度（発光パラメータ）を設定し、これらのステップＳ４〜Ｓ１６ａまでの処理をタイマ閾値時間が経過する度に実行される（Ｓ１５：ＹＥＳ）。

この例では、固定ビーム方式を採用しているため、図７に代わるフローチャートを図１４として挙げて説明を行ったが、第２実施形態の可動ビーム方式を採用したときには、図１４のステップＳ１６ａ、Ｓ４において、最大スキャン角γを広狭することで発光強度を弱強すると良い。

図１５及び図１６は車両２の走行速度に応じた発光強度の変更方法例を概略的に示す。図１５は、車両２の前方を確認するための測距装置１又は１０１について、車両２の走行速度に応じた最大スキャン角γの変更例を示し、図１６は、車両後方を確認するための測距装置１又は１０１について、車両２の走行速度（車速情報：車両２の速度情報）に応じた最大スキャン角γの変更例を示している。

制御回路６は、車両２の車速情報が徐行前進（例えば０〜＋２０ｋｍ／ｈ：図中＋ｖ）を示すときには、車両２の前進進行方向が前左右方向にも突如進路変更する可能性を考慮し、この影響に応じて最大スキャン角γを比較的広くすると良い（図１５の実線参照：γ→大）。また、制御回路６は、車両２の車速情報が高速走行中（例えば＋８０〜ｋｍ／ｈ）を示すときには、前方の最大スキャン角γを比較的狭くすると良い（図１５の実線参照：γ→小）。狭い範囲をスキャンすることで、より前方且つ遠方の解像度及び分解能を高くできる。これらは段階的に変化させても良いし、図１５に示すように無段階変化させても良い。

逆に、制御回路６は、車両２の車速情報が徐行後退（例えば−１０〜０ｋｍ／ｈ）を示すときには、最大スキャン角γを狭くし、逆に、制御回路６は、車両２の車速情報が後方により速い速度（例えば〜−１０ｋｍ／ｈ以上）でバックすることを示すときには、より後方の交通状況を把握するため、最大スキャン角γを後遠方に届くように広くすると良い。前述と同様に、これらは段階的に変化させても良いし、図１６に示すように無段階に変化させても良い。

また、別の例として、第２実施形態の参照図面として挙げた図１１（ｂ）、図１１（ｃ）においても、制御回路６は、車速情報に応じて最大スキャン角γ１／γ２（最大スキャン範囲ＳＹ１／ＳＹ２、ＳＹ３／ＳＹ４）を変更すると良い。例えば、制御回路６は、車速が３０［ｋｍ／ｈ］以上であるときには、狭い最大スキャン範囲ＳＹ１又はＳＹ３に制御し、車速が３０［ｋｍ／ｈ］未満であるときには、広い最大スキャン範囲ＳＹ２又はＳＹ４に制御すると良い。車両２が徐行運転しているときに、広い範囲をスキャンできると共に、車両２が高速走行しているときに、狭い範囲をスキャンできる。

また、測距装置１又は１０１は、車両２の走行速度に応じて最大スキャン角γを変更することに加えて、リアルタイムの交通状況に応じて最大スキャン角γを変更するようにしても良い。この場合、発光強度の補正項をＣofsとすれば、下記（３）式のように定義できる。

Ｃofs ＝ Δθ／ｋ ＋ ＣI …（３）
Δθは位相角のバラつき、ｋは係数、ＣIは交通状況（例えば、場所、時間帯等）の補正係数を示す。場所は、例えば、所謂交差点、駐車場などの特定場所などで分けても良いし、交差点の密集する都市、一本道の所謂田舎道、など特定場所、又は、人口密度の高低に応じたカテゴリで分けても良い。時間帯は、朝方、夕方、昼間、夜間などであり、時間帯はＳ／Ｎが大きく変化しやすい要素となっている。これらの場所、時間帯などを複合的に考慮し、場所に応じた交通状況などについて考慮した補正係数ＣIを動的に設定すると良い。

測距装置１又は１０１の制御回路６は、例えば時刻情報取得部１７から時刻情報を取得し、例えば位置情報取得部１５から車内ネットワーク１４を通じて位置情報を取得し、車両２が交差点、駐車場、などの特定場所に存在することを条件として、補正係数ＣIを変更する。すると、制御回路６が発光強度の補正項Ｃompを交通状況に応じて変更設定できる。この補正係数ＣIは、その影響がオフセットの大小に現れる（図１５又は図１６の破線領域参照）。測距装置１又は１０１の制御回路６は、補正項Ｃofsに応じて発光素子７の通電電流を調整でき、これにより発光強度を調整できる。

本実施形態においては、測距装置１又は１０１は、距離がデフォルトで常に一定となる受光素子９の特定セル９ａが取得した受光信号に応じて発光パラメータを補正できる。また、車両２の存在場所に応じて発光パラメータを動的に補正できる。

（第４実施形態）
図１７は第４実施形態の説明図を示す。前述実施形態の説明では、光電子の蓄積状態に基づいて変調光と反射光との位相差を算出した形態を示したが、これに限られるものではなく、該変調光と反射光との時間差を算出するものであっても良い。図１７に示すように、変調光の発光タイミングから反射光の到達タイミングまでの到達時間が前述実施形態で対応する位相差φ＝３６０°を超えるような時間ｔｚとなる場合など、このような時間関係であっても同様に前述実施形態の構成を適用できる。

（他の実施形態）
前述実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
第１実施形態では、制御回路６が、車両情報及び環境情報に基づいて発光素子７の発光強度及び／又は発光素子７の発光個数を制御する形態を示したが、車両情報のみ又は環境情報のみに基づいて制御しても良く、または、これらに代えて又は加えて、受光素子９に蓄積される光電子に基づいて算出される輝度情報に基づいて発光素子７の発光強度及び／又は発光素子７の発光個数を制御するようにしても良い。

また、制御回路６が、位相差θ又はそのバラつきに基づいて発光素子７の発光強度を制御する形態を示したが、これらに代えて又は加えて、位相差θのＳ／Ｎ情報に基づいて発光素子７の発光強度及び／又は発光素子７の発光個数を制御するようにしても良い。測距装置１又は１０１と測距対象物３との間の距離のバラつきをΔｄとすれば、

の関係がある。ここで、Δθは位相差のバラつき、ｃは光速、ｆｍは変調周波数を示す。また、Ｓ／Ｎ比の情報をＳＮＲとすれば、

の関係性がある（但しθ＝π／４）。実特性では、距離のバラつきΔｄの減少に応じて、Ｓ／Ｎ比も緩やかに減少する一義的な特性を奏する。このため、制御回路６が、この位相差θのＳ／Ｎ情報に基づいて、発光素子７の発光強度、及び／又は、発光素子７の発光個数を制御すれば、位相差θ又はそのバラつきに基づいて制御する場合と同様の作用効果を奏することになる。

第２実施形態に用いられるスキャン機構２４にＭＥＭＳミラー２５を用いた形態を示したが、ポリゴンミラーを用いて走査しても良い。第２実施形態では、車両情報に基づいて最大スキャン角γを変更する形態を示したが、これに代えて又は加えて、受光素子９に蓄積される光電子に基づいて算出される輝度情報に基づいて最大スキャン角γを変更しても良い。

第２実施形態のステップＳ１２に示した静止判定は、各フレームＮで算出され時々刻々と変化する測距距離が一定（所定範囲内）であるか否かを判定することで行っても良い。また、第３実施形態に示したようにステップＳ１２の静止判定条件を省き、車両２の走行中においても、発光パラメータをリアルタイムで補正するようにしても良い。
変調光を拡散するためディフューザ８を設けた形態を示したが、制御回路６が当該ディフューザ８の拡散角を動的に変更するようにしても良い。

図面中、３は測距対象物、６は制御回路（制御手段、スキャン制御手段）、６ａは測距部（測距手段）、６ｂは判定部（判定手段）、７は発光素子、１２は発光部（発光手段）、１３は受光部（受光手段）、を示す。

Claims (12)

1. 変調光を発光する少なくとも１つ以上の発光素子（７）を備える発光手段（１２）と、
   前記発光手段により発光された変調光が対象物で反射した反射光を含む光を受光して光電子を蓄積する受光手段（１３）と、
   前記受光手段に蓄積された光電子の蓄積状態に基づいて変調光と反射光との位相差又は時間差を演算し測距対象物（３）までの距離を演算する測距手段（６ａ）と、を備え、
   前記発光手段は、前記測距手段による測距対象が時間的、場所的、範囲的の何れか一つ以上異なるときに、前記測距対象に応じた発光強度に設定されることを特徴とする車両用光飛行型測距装置。
2. 前記発光手段は、前記発光素子として、変調光の発光方向が互いに異なる方向であり且つ測距対象範囲が互いに異なるように配置された状態で発光する複数の発光素子（７）を備え、
   前記複数の発光素子は、その発光強度が互いに異なる発光強度に設定可能であることを特徴とする請求項１記載の車両用光飛行型測距装置。
3. 前記発光手段の発光動作及び前記受光手段の受光動作を制御する制御手段（６）を備え、
   前記制御手段は、前記自装置が搭載される車両に関する車両情報、前記自装置の環境情報、及び、前記受光手段により蓄積される光電子に基づいて算出される輝度情報のうち少なくとも１つ以上の情報に基づいて、前記発光手段の発光強度又は／及び前記発光素子の発光個数を制御することを特徴とする請求項１または２記載の車両用光飛行型測距装置。
4. 前記制御手段が、前記車両情報に基づいて前記発光手段の発光強度又は／及び発光個数を制御するときには、前記車両情報として、前記車両の現在位置情報、シフトポジション情報、及び前記車両の速度情報のうち少なくとも１つ以上の情報に基づいて、前記発光手段の発光強度又は／及び前記発光素子の発光個数を制御することを特徴とする請求項３記載の車両用光飛行型測距装置。
5. 前記制御手段は、前記測距手段により演算された位相差又は／及び前記位相差のＳ／Ｎ情報に基づいて、前記発光手段の発光強度又は前記発光素子の発光個数を制御することを特徴とする請求項３または４記載の車両用光飛行型測距装置。
6. 前記測距手段は、既知の距離対象に対応する少なくとも１画素の特定セル（９ａ）に基づいてＳ／Ｎ情報を算出することを特徴とする請求項５に記載の車両用光飛行型測距装置。
7. 前記測距手段は、既知距離の路面（２６）を検知することでＳ／Ｎ情報を算出することを特徴とする請求項６に記載の車両用光飛行型測距離装置。
8. 前記制御手段は、前記測距手段により演算される位相差のバラつきに基づいて、前記発光手段の発光強度及び／又は前記発光素子の発光個数を制御するか否かを決定することを特徴とする請求項３〜７の何れか一項に記載の車両用光飛行型測距装置。
9. 前記車両が静止しているか否かを判定する判定手段（６ｂ）を備え、
   前記制御手段は、前記判定手段により車両が静止していると判定されたことを条件として、前記発光手段の発光強度又は前記発光素子の発光個数を制御することを特徴とする請求項３〜８の何れか一項に記載の車両用光飛行型測距装置。
10. 前記発光手段の発光素子の発光方向を変更し前記受光手段により受光される光をスキャンするスキャン機構（２４）を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の車両用光飛行型測距装置。
11. 前記スキャン機構によるスキャン角度を車両情報又は／及び輝度情報に基づいて制御するスキャン制御手段（６）を備えることを特徴とする請求項１０記載の車両用光飛行型測距装置。
12. 前記スキャン機構のスキャン動作が、前記受光手段が前記発光手段の発光を受光する１フレームの時間内に終了するように制御することを特徴とする請求項１０または１１記載の車両用光飛行型測距装置。

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