JP2017032391A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光部から光波を照射し、該光波の反射光を受光することによって光波を反射した物体までの距離を測定する距離測定装置において、外乱光を含む入射光の受光レベルが高いときであっても物体までの距離を測定しやすくできるようにする。【解決手段】本発明の一側面の距離測定装置において、外乱光レベル取得手段（１０）は、方位毎に外乱光の受光レベルを取得し、第１受光手段（２５）は、方位毎に外乱光を含む入射光を受光し、入射光の受光レベルに応じた出力を行う。また、透過率変更手段（２４）は、方位毎に第１受光手段に入射される入射光の透過率を変更可能とされ、透過率制御手段（１０）は、外乱光を含む入射光の第１受光手段による受光レベルが予め設定された範囲内となるよう方位毎に外乱光の受光レベルに応じて透過率変更手段による透過率を変更させる。【選択図】図１

Description

本発明は、発光部から光波を照射し、該光波の反射光を受光することによって光波を反射した物体までの距離を測定する距離測定装置に関する。

上記の距離測定装置として、ある方位からの外乱光を含む入射光の受光レベルが高い場合に、この方位については照度を検出するために入射光を利用し、距離の測定を実施しないようにすることで、距離の誤検出を抑制したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−０６８８０４号公報

しかしながら上記の距離測定装置では、外乱光の受光レベルが高いときには距離の測定ができないという問題点があった。そこでこのような問題点を鑑み、発光部から光波を照射し、該光波の反射光を受光することによって光波を反射した物体までの距離を測定する距離測定装置において、外乱光の受光レベルが高いときであっても物体までの距離を測定しやすくできるようにすることを本発明の目的とする。

本発明の一側面の距離測定装置において、外乱光レベル取得手段は、方位毎に外乱光の受光レベルを取得し、第１受光手段は、方位毎に外乱光を含む入射光を受光し、入射光の受光レベルに応じた出力を行う。また、透過率変更手段は、方位毎に第１受光手段に入射される入射光の透過率を変更可能とされ、透過率制御手段は、外乱光を含む入射光の第１受光手段による受光レベルが予め設定された範囲内となるよう方位毎に外乱光の受光レベルに応じて透過率変更手段による透過率を変更させる。

このような距離測定装置によれば、外乱光の受光レベルに応じて第１受光手段による受光レベルが予め設定された範囲内となるよう方位毎に外乱光の受光レベルに応じて透過率を変更するので、外乱光に反射光が埋没しにくくすることができる。よって、外乱光の受光レベルが高いときであっても物体までの距離を測定しやすくすることができる。

なお、各請求項の記載は、可能な限りにおいて任意に組み合わせることができる。この際、一部構成を除外してもよい。

第１実施形態の距離測定装置１の概略構成を示すブロック図である。 ダイクロイックミラー２２の周波数特性を示すグラフである。 第２光検出部２３および透過率変更部２４の構成を示す模式図である。 クロストーク発生量の一例を示すグラフである。 第２実施形態の距離測定装置２の概略構成を示すブロック図である。 第２実施形態において信号処理部１０のＣＰＵ１１が実行する透過率制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態において第１光検出部２５から得られる信号例を示すグラフである。

以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
［第１実施形態の構成］
本発明が適用された距離測定装置１は、例えば乗用車等の車両に搭載されており、投光部１５から光波を照射し、受光部２０Ａを用いて該光波の反射光を受光することによって、光波を反射した物体までの距離を測定する装置である。特に、距離測定装置１は、太陽光等の外乱光が受光部２０Ａに入射されたときであっても、外乱光による悪影響を抑制する機能を有する。

具体的には、図１に示すように、距離測定装置１は、信号処理部１０と、投光部１５と、受光部２０Ａとを備えている。また、受光部２０Ａは、受光レンズ２１と、ダイクロイックミラー２２と、第２光検出部２３と、透過率変更部２４と、第１光検出部２５と、を備えている。

投光部１５は、例えば、比較的広範囲に赤外光のパルス波を射出する、いわゆるフラッシュ型の投光器として構成されている。具体的には、投光部１５は、例えば、波長が８００〜９００ｎｍの光波を照射する（図２参照）。なお、投光部１５は、ポリゴンミラーを用いてレーザ光等の光波を走査する走査型の投光器等、任意の投光器を採用してもよい。

受光部２０Ａは、投光部１５から照射された光波の反射光、およびこの反射光を除く光波である外乱光を検出する。詳細には、受光部２０Ａにおいて、受光レンズ２１は、投光部１５から照射された光波、および外乱光を集光する。そして、受光レンズ２１を透過した光波は、ダイクロイックミラー２２に照射される。

ダイクロイックミラー２２は、図２に示すように、投光部１５から照射された光波の波長を含む波長帯以上の光波を透過し、これ以下の波長帯の光波を反射するよう周波数特性が設定されている。ダイクロイックミラー２２にて反射された光波は、第２光検出部２３に入射され、ダイクロイックミラー２２を透過した光波は、透過率変更部２４を介して第１光検出部２５に入射される。

すなわち、ダイクロイックミラー２２は、投光部１５から照射された光波の反射光の大部分が第１光検出部２５のみに入射され、第２光検出部２３に入射されにくくすることで、第２光検出部２３が外乱光のみを検出できるようにしている。

第２光検出部２３（第１光検出部２５も同様）は、図３に示すように、マトリクス状に配置された多数の検出素子２３Ａを備えている。すなわち、第２光検出部２３は、物体を検出する検出領域を、多数の方位（水平方向）および多数のライン（鉛直方向）に分割し、これらの分割された領域毎に、光波の強度を検出する。なお、方位とは、水平方向のうち、基準とする方向（ここでは自車両の正面）からの角度を示す。

これらの検出素子２３Ａは、入射された光の強さ（受光レベル）に応じた電圧を出力する光電変換素子として構成されている。検出素子２３Ａとしては、例えば、フォトダイオードやＣＭＯＳイメージセンサ等を採用できる。

透過率変更部２４は、反射光が含まれる波長帯の光波の透過率を変更可能な光学式フィルタとして構成されている。透過率変更部２４は、図３に示すように、第２光検出部２３と同様に、マトリクス状に配置されており、区分された領域２４Ａ毎に、光波の透過率を変更可能に構成されている。

なお、図３では、第２光検出部２３、第１光検出部２５における受光領域の区分態様と透過率変更部２４における透過領域の区分態様とが一対一に対応する場合を例示しているが、これらは任意の比率で対応していてもよい。ただし、第１光検出部２５における受光領域の区分態様と透過率変更部２４における透過領域の区分態様とが一対一に対応していると、第１光検出部２５に入射される光波を検出素子毎に最適化できるため好ましい。

また、透過率変更部２４は、各領域２４Ａの透過率を複数段階に変更できるよう設定されている。例えば図３に示す例では、濃度が濃くなるに従って、透過率が低くなることを示している。第１光検出部２５は、透過率変更部２４を透過した光波を多数の検出素子を用いて検出する。

信号処理部１０は、図１に示すように、ＣＰＵ１１と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ１２とを備えたコンピュータとして構成されている。ＣＰＵ１１は、メモリ１２に格納されたプログラムに基づく処理を実施する。なお、信号処理部１０は、コンピュータにて実施される処理と同様の処理を実現できればよく、例えば、回路から構成されていてもよい。

信号処理部１０は、第２光検出部２３にて得られた外乱光に応じた信号（信号強度）を外乱光の受光レベルとして繰り返し取得し、方位毎に外乱光の受光レベルを認識する。そして、外乱光を含む入射光の第１光検出部２５による受光レベルが予め設定された範囲内となるよう方位毎に外乱光の受光レベルに応じて透過率変更部２４による透過率を変更させる。

このとき信号処理部１０は、外乱光の受光レベルが取得される度に、外乱光の受光レベルが目標値に近づくよう透過率変更部２４による透過率を変更する。例えば、信号処理部１０のメモリ１２には、外乱光の受光レベルと透過率変更部２４による透過率との関係を対応付けたマップが格納されており、このマップを参照することによって、外乱光の受光レベルが予め設定された範囲内となるように、透過率変更部２４の区分された領域２４Ａ毎に印加する電圧を設定する。

なお、透過率変更部２４は、各領域２４Ａにおいて電圧が印加されると領域２４Ａ毎に電圧に応じて透過率が変化するよう設定されている。信号処理部１０は、第２光検出部２３の検出素子２３Ａ毎に受光レベルを検出し、透過率変更部２４の対応する領域２４Ａ毎に印加する電圧を設定することで、第１光検出部２５に入射される光波の受光レベルを最適化する。

［第１実施形態による効果］
上記の距離測定装置１において、信号処理部１０は、方位毎に外乱光の受光レベルを取得し、第１光検出部２５は、方位毎に外乱光を含む入射光を受光し、入射光の受光レベルに応じた出力を行う。また、透過率変更部２４は、方位毎に第１光検出部２５に入射される入射光の透過率を変更可能とされ、信号処理部１０は、外乱光を含む入射光の第１光検出部２５による受光レベルが予め設定された範囲内となるよう方位毎に外乱光の受光レベルに応じて透過率変更部２４による透過率を変更させる。

このような距離測定装置１によれば、外乱光の受光レベルに応じて第１光検出部２５による受光レベルが予め設定された範囲内となるよう方位毎に外乱光の受光レベルに応じて透過率を変更するので、外乱光に反射光が埋没しにくくすることができる。特に、ある方位において太陽光のような強烈な外乱光が入射されたときに、この素子と隣接する素子においてもノイズが検出されるクロストークが発生するが、本実施形態の構成では、このクロストークを抑制することができる。

具体的には図４を用いて説明する。図４では、透過率変更部２４を備えない構成であり、かつ順に並べて配置された受光素子１〜５において、受光素子２のみに対して受光素子のダイナミックレンジを超える過大な光量の光波を照射した。そして、このときの受光素子２の受光強度１００％としたときにおいて、周囲の受光素子へのノイズの影響をグラフ化している。

この場合、受光素子２に隣接する受光素子１，３においては、直接的に光波を照射していないにも拘わらず、３％程度の受光強度に相当するノイズが発生していることが分かる。また、同様に、受光素子４においても０．５％程度の受光強度に相当するノイズが発生していることが分かる。

このノイズの大きさは、受光素子２による受光レベルが低減されると、それに伴って低減される。したがって、本実施形態では、受光素子２に入射されるような過大な光量の光波を、透過率変更部２４を用いて大幅に遮光するため、周囲の受光素子へのクロストークの発生を抑制することができる。よって、外乱光の受光レベルが高いときであっても物体までの距離を測定しやすくすることができる。

また、上記の距離測定装置１においては、第１光検出部２５とは異なる第２光検出部２３を備え、信号処理部１０は、第２光検出部２３にて得られた外乱光に応じた信号を外乱光の受光レベルとして取得する。

このような距離測定装置１によれば、外乱光を第１光検出部２５とは異なる検出部で受講するので、外乱光の受光レベルを正確に検出しつつ透過率変更部２４の透過率を設定することができる。

また、上記の距離測定装置１においては、第１光検出部２５への入射光を第２光検出部２３にも分光するダイクロイックミラー２２を備えている。ダイクロイックミラーは、発光部から照射される光波に対応する対応周波数の光波の少なくとも一部を透過させ、対応周波数以外の光波を反射させる。なお、分光とは、入射される光を周波数毎に分けることや、周波数毎に分けないものの、光の一部を他の方向に分けること等を示す。

このような距離測定装置１によれば、第１光検出部２５への入射光の受光部を第２光検出部２３への入射光の受光部と別に設ける場合と比較して、受光部の面積を小さくすることができる。

また、このような距離測定装置１において、反射光を第１光検出部２５にて受光できるようダイクロイックミラーの周波数特性を設定しておけば、第２光検出部２３が反射光の影響を受けにくくすることができる。よって、任意のタイミングで外乱光の受光レベルを検出することができる。

また、上記の距離測定装置１において、信号処理部１０は、繰り返し外乱光の受光レベルを取得し、信号処理部１０は、外乱光の受光レベルが取得される度に、外乱光の受光レベルが目標値に近づくよう透過率変更部２４による透過率を変更する。

このような距離測定装置１によれば、外乱光の受光レベルが変化したとしても、その変化に対応して透過率変更部２４による透過率を変更させることができる。
［第２実施形態］
次に、別形態の距離測定装置２について説明する。本実施形態（第２実施形態）では、第１実施形態の距離測定装置１と異なる箇所のみを詳述し、第１実施形態の距離測定装置１と同様の箇所については、同一の符号を付して説明を省略する。

［第２実施形態の構成］
第２実施形態の距離測定装置２においては、距離測定装置１における受光部２０Ａに換えて、受光部２０Ｂを備えている。受光部２０Ｂは、図５に示すように、受光レンズ２１と、透過率変更部２４と、第１光検出部２５と、を備えている。すなわち、ダイクロイックミラー２２と、第２光検出部２３と、を備えない、簡素な構成とされている。

［第２実施形態の処理］
第２実施形態の信号処理部１０は、図６に示す透過率制御処理を実施する。透過率制御処理は、第１光検出部２５を、外乱光を検出する構成と、反射波を検出する構成とに使い分け、透過率変更部２４を適切な透過率に制御する処理である。透過率制御処理は、透過率変更部２４の区分された領域２４Ａ毎に実施される。

透過率制御処理では、図６に示すように、まず、透過率変更部２４の領域２４Ａに対応する第１光検出部の受光素子にて得られるノイズを算出する（Ｓ１１０）。ここで、ノイズとは、図７に示すように、物体からの反射波が受光されないタイミング（投光部１５が光波を照射してから所定時間内を除くタイミング）における第１光検出部２５による入射光の受光レベル（外乱光の受光レベル）を示す。なお、Ｓ１１０の実施の際に、物体からの反射波が受光されるタイミングである場合には、物体からの反射波が受光されないタイミングになるまで待機する。

続いて、Ｓ１１０にて得られたノイズ算出値と予め準備された設定値（閾値）とを比較する（Ｓ１２０）。ノイズ算出値が設定値よりも大きい場合には（Ｓ１２０：算出値＞）、透過率変更部２４の領域２４Ａに対する印加電圧を上昇させるよう設定する。

また、ノイズ算出値が設定値と等しい場合には（Ｓ１２０：算出値＝）、後述するＳ１５０の処理に移行する。また、ノイズ算出値が設定値よりも小さい場合には（Ｓ１２０：算出値＜）、透過率変更部２４の領域２４Ａに対する印加電圧を低下させるよう設定する（Ｓ１４０）。

続いて、設定された印可電圧を透過率変更部２４の領域２４Ａに対して印可する（Ｓ１５０）。この際、ノイズ算出値と設定値との差分の大きさに応じて、この差分が小さくなるよう印加電圧を変化させる。

この場合、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、ノイズを取得後に「調光」の期間の初期において印可電圧を変化させる。すると、透過率変更部２４においては、応答性の都合により、「調光」の期間内において徐々に透過率が変更される。

このような処理が終了すると、Ｓ１１０の処理に戻る。
［第２実施形態による効果］
上記の距離測定装置２において、信号処理部１０は、第１光検出部２５により反射光を受光しないときの出力を外乱光の受光レベルとして取得する。

このような距離測定装置２によれば、第１光検出部２５を用いて外乱光の受光レベルを検出することができる。
［その他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、上記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

上述した距離測定装置１，２の他、当該距離測定装置１，２を構成要素とするシステム、当該距離測定装置１，２としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、距離測定方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

例えば、上記第１実施形態においては、第１光検出部２５および第２光検出部２３に分光するためにダイクロイックミラー２２を用いたが、プリズムやハーフミラー等を用いてもよい。また、上記第１実施形態においては、第１光検出部２５および第２光検出部２３を並列に配置し、それぞれに対応する受光レンズを設けることによって別々に入射光を得るようにしてもよい。

このようにしても本発明の課題を解決することができる。
［実施形態の構成と本発明の手段との対応関係］
上記実施形態において信号処理部１０は、本発明でいう外乱光レベル取得手段および透過率制御手段に相当し、上記実施形態においてダイクロイックミラー２２は、本発明でいう分光手段に相当する。また、上記実施形態において第１光検出部２５は、本発明でいう第１受光手段に相当し、上記実施形態において透過率変更部２４は、本発明でいう透過率変更手段に相当する。さらに、上記実施形態において第２光検出部２３は、本発明でいう第２受光手段に相当する。

１，２…距離測定装置、１０…信号処理部、１１…ＣＰＵ、１２…メモリ、１５…投光部、２０Ａ，２０Ｂ…受光部、２１…受光レンズ、２２…ダイクロイックミラー、２３…第２光検出部、２３Ａ…検出素子、２４…透過率変更部、２５…第１光検出部。

Claims (6)

1. 発光部から光波を照射し、該光波の反射光を受光することによって光波を反射した物体までの距離を測定する距離測定装置（１，２）であって、
   方位毎に外乱光の受光レベルを取得する外乱光レベル取得手段（１０）と、
   前記方位毎に外乱光を含む入射光を受光し、入射光の受光レベルに応じた出力を行う第１受光手段（２５）と、
   前記第１受光手段よりも前記物体側に配置され、前記方位毎に入射光の透過率を変更可能な透過率変更手段（２４）と、
   外乱光を含む入射光の前記第１受光手段による受光レベルが予め設定された範囲内となるよう方位毎に外乱光の受光レベルに応じて前記透過率変更手段による透過率を変更させる透過率制御手段（１０）と、
   を備えたことを特徴とする距離測定装置。
2. 請求項１に記載の距離測定装置において、
   前記第１受光手段とは異なる第２受光手段（２３）を備え、
   前記外乱光レベル取得手段は、前記第２受光手段にて得られた外乱光に応じた信号を前記外乱光の受光レベルとして取得すること
   を特徴とする距離測定装置。
3. 請求項２に記載の距離測定装置において、
   前記第１受光手段への入射光を前記第２受光手段にも分光する分光手段（２２）、を備えたこと
   を特徴とする距離測定装置。
4. 請求項３に記載の距離側測定装置において、
   前記分光手段は、ダイクロイックミラーとして構成されていること
   を特徴とする距離測定装置。
5. 請求項１に記載の距離測定装置において、
   前記外乱光レベル取得手段は、前記第１受光手段により前記反射光を受光しないときの出力を外乱光の受光レベルとして取得すること
   を特徴とする距離測定装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の距離測定装置において、
   前記外乱光レベル取得手段は、繰り返し外乱光の受光レベルを取得し、
   前記透過率制御手段は、外乱光の受光レベルが取得される度に、外乱光の受光レベルが目標値に近づくよう前記透過率変更手段による透過率を変更すること
   を特徴とする距離測定装置。