JP2022046162A - Ｔｏｆセンサの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の速度が高いときに、車両に搭載されたＴＯＦセンサの検出精度が低下することを抑制する。【解決手段】ＴＯＦセンサ３の制御装置は、車両１の速度を検出する車速センサ２と、ＴＯＦセンサの検出条件を設定する検出条件設定部とを備える。検出条件設定部は、車速センサによって検出された車両の速度が高いほど、ＴＯＦセンサの露光時間を短くすると共にＴＯＦセンサの発光強度を大きくする。【選択図】図４

Description

本発明はＴＯＦセンサの制御装置に関する。

従来、カメラを車両に搭載し、カメラによって車両周辺の画像を取得することが知られている。

特許文献１に記載の車載カメラの制御装置では、モーションブラー等により画像が不鮮明となることを抑制すべく、車両の速度が高いほど、カメラの露光時間が短くされる。

特開２００８－１７４０７８号公報

ところで、近年、物体が発光する光を受光するパッシブ方式のカメラの代わりに又は斯かるカメラに加えて、レーザ光を照射してその反射光を受光するアクティブ方式のＴＯＦセンサを車両に搭載することが検討されている。

しかしながら、カメラとＴＯＦセンサとでは検出原理が異なるため、検出精度を高めるためにカメラに対して用いられる手法をＴＯＦセンサに単純に適用することはできない。例えば、車両の速度が高いときにＴＯＦセンサの露光時間を短くすると、反射光の受光量が不足し、ＴＯＦセンサの検出精度が低下するおそれがある。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、車両の速度が高いときに、車両に搭載されたＴＯＦセンサの検出精度が低下することを抑制することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、車両に搭載された間接ＴＯＦ方式のＴＯＦセンサを制御する、ＴＯＦセンサの制御装置であって、前記車両の速度を検出する車速センサと、前記ＴＯＦセンサの検出条件を設定する検出条件設定部とを備え、前記検出条件設定部は、前記車速センサによって検出された前記車両の速度が高いほど、前記ＴＯＦセンサの露光時間を短くすると共に該ＴＯＦセンサの発光強度を大きくする、ＴＯＦセンサの制御装置が提供される。

本発明によれば、車両の速度が高いときに、車両に搭載されたＴＯＦセンサの検出精度が低下することを抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るＴＯＦセンサの制御装置が設けられた車両の構成を概略的に示す図である。 図２は、ＴＯＦセンサの構成を概略的に示す図である。 図３は、ＴＯＦセンサの検出原理を説明するための図である。 図４は、検出条件設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図５は、車両の速度とＴＯＦセンサの露光時間との関係を示す図である。 図６は、車両の速度とＴＯＦセンサの発光強度との関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜車両全体の説明＞
図１は、本発明の実施形態に係るＴＯＦセンサの制御装置が設けられた車両１の構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、車両１は、車速センサ２、ＴＯＦ（Time of Flight）センサ３及び電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit））４を備える。車速センサ２、ＴＯＦセンサ３及びＥＣＵ４は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の規格に準拠した車内ネットワークを介して互いに通信可能に接続される。

車速センサ２は車両１の速度（車速）を検出する。車速センサ２は例えば車輪の回転数を検出することによって車両１の速度を検出する。車速センサ２の出力はＥＣＵ４に送信される。

ＥＣＵ４は、通信インターフェース、メモリ、プロセッサ等を含み、車両１の各種制御を実行する。なお、本実施形態では、一つのＥＣＵ４が設けられているが、機能毎に複数のＥＣＵが設けられていてもよい。

＜ＴＯＦセンサの説明＞
ＴＯＦセンサ３は光を照射することによってＴＯＦセンサ３から対象物までの距離を検出する。ＴＯＦセンサ３はいわゆるアクティブ型の測距センサである。本実施形態では、ＴＯＦセンサ３は、車両１に搭載され、車両１から車両１の周囲の物体までの距離を検出する。ＴＯＦセンサ３の出力はＥＣＵ４に送信される。

図２は、ＴＯＦセンサ３の構成を概略的に示す図である。ＴＯＦセンサ３は、光を照射する光源３１と、光を受光する光検出器３２とを有する。例えば、ＴＯＦセンサ３は、光源３１からの光が車両１の前方に照射されるように車両１の前方（例えばフロントバンパー）に配置される。

光源３１は、例えば近赤外のレーザ光を照射する半導体レーザとして構成される。光検出器３２は、複数の画素セルがアレイ状に配置された受光面を有し、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサ又はＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）イメージセンサと同様の構成を有する。

ＴＯＦセンサ３は、光源３１から照射された光が対象物１０に反射されて光検出器３２に到達するまでの時間、すなわち光の飛行時間（Time of Flight）を計測することによってＴＯＦセンサ３から対象物１０までの距離を検出する。このとき、光検出器３２の複数の画素セルのそれぞれについて対象物１０までの距離が算出されるため、各画素セルに対応する位置の距離を示す距離画像がＴＯＦセンサ３によって生成される。このため、ＴＯＦセンサ３はＴＯＦカメラとも称される。

図３は、ＴＯＦセンサ３の検出原理を説明するための図である。ＴＯＦセンサ３は、光の飛行時間を間接的に計測する間接ＴＯＦ（ｉＴＯＦ）方式のＴＯＦセンサである。具体的には、ＴＯＦセンサ３は、開閉タイミングが異なる複数のゲートを用いて検出された蓄積電荷に基づいて光の飛行時間を間接的に計測する。

本実施形態では、光源３１から照射される照射光として、パルス光が用いられる。すなわち、本実施形態において、ＴＯＦセンサ３はいわゆるパルス変調方式のＴＯＦセンサである。パルス光の一回の照射によって生じる反射光の受光量が少ないため、一枚の距離画像を生成するために、すなわち一回の計測のために、所定の露光時間が経過するまでパルス光は所定の周期で繰り返し（例えば数千回～数万回）照射される。

光検出器３２の複数の画素セルは、それぞれ、反射光を含む光の電荷を蓄積する二つのゲートＧ１、Ｇ２と、背景光の電荷を排出する電荷排出ゲートＧＤとを有する。ゲートＧ１、Ｇ２は、それぞれ、反射光が光検出器３２に到達しているタイミングにおいて、反射光の電荷を蓄積する。一方、電荷排出ゲートＧＤは、照射光に起因しない背景光の影響を低減すべく、背景光による電荷を排出する。

ゲートＧ１、Ｇ２及び電荷排出ゲートＧＤの開閉タイミングは互いに異なる。ゲートＧ１は、照射光の照射タイミングと同期するように開閉される。すなわち、ゲートＧ１は、照射光が照射されているときに開かれ、照射光が照射されていないときに閉じられる。ゲートＧ２は、ゲートＧ１が閉じられたタイミングで開かれる。ゲートＧ２の開時間及び閉時間の長さはそれぞれゲートＧ１の開時間及び閉時間の長さと等しい。一方、電荷排出ゲートＧＤは、ゲートＧ１又はゲートＧ２が開いているときに閉じられ、ゲートＧ１及びゲートＧ２が閉じているときに開かれる。なお、ゲートＧ１の開閉タイミングは照射光の照射タイミングとずれていてもよい。また、電荷排出ゲートＧＤは省略されてもよい。

照射光の周期、ゲートＧ１、Ｇ２の開閉タイミング等は、パルス状の反射光が光検出器３２に到達している期間がゲートＧ１の開時間及びゲートＧ２の開時間に跨がるように設定される。この場合、反射光が光検出器３２に到達するタイミングが遅れるほど、ゲートＧ１によって検出される蓄積電荷量が減少し、ゲートＧ２によって検出される蓄積電荷量が増加する。したがって、ゲートＧ１、Ｇ２間の蓄積電荷量の差が光の飛行時間Ｔ_tofに依存するため、蓄積電荷量の差に基づいて光の飛行時間Ｔ_tofを算出することができる。

具体的には、光の飛行時間Ｔ_tofは下記の式（１）によって算出される。
Ｔ_tof＝Ｔ_p・Ｑ₂／（Ｑ₁＋Ｑ₂）…（１）
ここで、Ｔ_pは照射光のパルス幅であり、Ｑ₁は一回の計測のための所定の露光時間の間にゲートＧ１によって検出された蓄積電荷量であり、Ｑ₂は一回の計測のための所定の露光時間の間にゲートＧ２によって検出された蓄積電荷量である。

ＴＯＦセンサ３から対象物１０までの距離Ｌは、上記の式（１）によって算出された光の飛行時間Ｔ_tofに基づいて、下記の式（２）によって算出される。
Ｌ＝Ｔ_tof・ｃ／２…（２）
ここで、ｃは光の速度である。

したがって、ＴＯＦセンサ３は、光源３１から光を照射して対象物１０からの反射光を受光することによってＴＯＦセンサ３から対象物１０までの距離Ｌを検出することができる。本実施形態では、ＴＯＦセンサ３の検出精度を高めるために、ＴＯＦセンサ３の制御装置によってＴＯＦセンサ３の検出条件が最適化される。

＜ＴＯＦセンサの制御装置＞
ＴＯＦセンサ３の制御装置は、車速センサ２と、ＴＯＦセンサ３の検出条件を設定する検出条件設定部とを備える。本実施形態では、ＥＣＵ４が検出条件設定部として機能する。なお、ＴＯＦセンサ３に内蔵されたプロセッサ等が検出条件設定部として機能してもよい。

上述したように、本実施形態では、ＴＯＦセンサ３が車両１に搭載されている。このため、一回の計測が行われる間に車両１の移動によってＴＯＦセンサ３と対象物１０との相対距離が変動するおそれがある。このとき、相対距離の変動量は、車両１の速度が高いほど大きくなると考えられる。

このため、検出条件設定部は、車速センサ２によって検出された車両１の速度が高いほど、ＴＯＦセンサ３の露光時間を短くする。このことによって、車両１の速度が高いときに一回当たりの計測時間を短くすることができ、対象物１０までの距離が変動することを抑制することができる。なお、ＴＯＦセンサ３の露光時間とは、光検出器３２において電荷の蓄積が開始されてから電荷の蓄積が終了するまでの時間であり、一回当たりの計測時間に相当する。

しかしながら、単純にＴＯＦセンサ３の露光時間を短くすると、照射されるパルス光の数が少なくなり、反射光に起因するゲートＧ１、Ｇ２間の蓄積電荷量の差が小さくなる。この結果、蓄積電荷量の差がノイズに埋もれやすくなり、距離の検出精度が低下する。

このため、検出条件設定部は、車速センサ２によって検出された車両１の速度が高いほど、ＴＯＦセンサ３の露光時間を短くすると共にＴＯＦセンサ３の発光強度を大きくする。このことによって、背景光に対する反射光の割合、すなわち検出信号のＳＮ比を高めることができ、距離の検出精度が低下することを抑制することができる。なお、ＴＯＦセンサ３の発光強度とは、ＴＯＦセンサ３の光源３１から照射される照射光の発光強度を意味する。ＴＯＦセンサ３の発光強度は、例えば、光源３１に供給される電力の量を制御することによって変更可能である。

以下、図４のフローチャートを参照して、上述した制御について詳細に説明する。図４は、検出条件設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、所定の実行間隔で繰り返し実行される。

最初に、ステップＳ１０１において、検出条件設定部は、車速センサ２によって検出された車両１の速度を取得する。

次いで、ステップＳ１０２において、検出条件設定部は車両１の速度に基づいてＴＯＦセンサ３の露光時間を算出する。例えば、検出条件設定部は、図５に示したようなマップを用いて、車両１の速度に基づいてＴＯＦセンサ３の露光時間を算出する。図５のマップでは、ＴＯＦセンサ３の露光時間が車両１の速度の関数として示される。図５に実線で示したように、露光時間は、車両１の速度が高くなるにつれて線形的に短くされる。なお、図５に破線で示したように、露光時間は、車両１の速度が高くなるにつれて段階的（ステップ状）に短くされてもよい。

次いで、ステップＳ１０３において、検出条件設定部は車両１の速度に基づいてＴＯＦセンサ３の発光強度を算出する。例えば、検出条件設定部は、図６に示したようなマップを用いて、車両１の速度に基づいてＴＯＦセンサ３の発光強度を算出する。図６のマップでは、ＴＯＦセンサ３の発光強度が車両１の速度の関数として示される。図６に実線で示したように、発光強度は、車両１の速度が高くなるにつれて線形的に大きくされる。なお、図６に破線で示したように、発光強度は、車両１の速度が高くなるにつれて段階的（ステップ状）に大きくされてもよい。

次いで、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３において設定された検出条件に基づいて、ＴＯＦセンサ３によって対象物１０までの距離が検出されると共に距離画像が生成される。ステップＳ１０４の後、本制御ルーチンは終了する。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、様々な修正及び変更を施すことができる。

例えば、ＴＯＦセンサ３は、光源３１が正弦波のような連続波の光を照射したときの照射光と反射光との位相差を算出することによって光の飛行時間を間接的に計測する連続波変調方式のＴＯＦセンサであってもよい。また、ＴＯＦセンサ３は、距離画像に加えて、カメラによって生成されるような輝度画像を生成してもよい。

また、検出信号のＳＮ比を高めるために、ＴＯＦセンサ３の発光強度を大きくする代わりに、ビニングが用いられてもよい。この場合、検出条件設定部は、車速センサ２によって検出された車両１の速度が高いほど、ＴＯＦセンサ３の露光時間を短くすると共に、ビニングによって一つの画素とみなされる画素セルの数を多くする。例えば、四つの画素セルが一つの画素とみなされる場合、一つの画素当たりの反射光の受光量は四倍となる。

１ 車両
２ 車速センサ
３ ＴＯＦセンサ
４ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (1)

1. 車両に搭載された間接ＴＯＦ方式のＴＯＦセンサを制御する、ＴＯＦセンサの制御装置であって、
   前記車両の速度を検出する車速センサと、
   前記ＴＯＦセンサの検出条件を設定する検出条件設定部と
   を備え、
   前記検出条件設定部は、前記車速センサによって検出された前記車両の速度が高いほど、前記ＴＯＦセンサの露光時間を短くすると共に該ＴＯＦセンサの発光強度を大きくする、ＴＯＦセンサの制御装置。

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