JP2023066230A - 制御装置、制御方法、制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】光学センサの測距精度を確保する制御装置の提供。【解決手段】レーザダイオードの発光により照射した照射光に対する物標からの反射光を受光して、当該物標までの距離を測定する光学センサを、制御する制御装置のプロセッサは、測距停止期間において前後する複数の試行期間Ptf,Pts毎に試行電流値Ctf,Ctsをそれぞれ設定することで発光したレーザダイオードの、試行発光強度Itf,Itsを反射光に基づき取得することと、レーザダイオードでの電流値に対する発光強度の特性データDsを、各試行期間Ptf,Pts毎に試行電流値Ctf,Ctsと試行発光強度Itf,Itsとの相関に基づき学習することと、測距実行期間に要求される要求発光強度Idを与える電流値として、レーザダイオードを制御する制御電流値Ccを、各試行期間Ptf,Pts毎の特性データDsに基づき調整することと、を実行するように構成される。【選択図】図9
Description
本開示は、光学センサを制御する技術に関する。
照射した照射光に対する物標からの反射光を受光して、当該物標までの距離を測定する光学センサは、広く知られている。特許文献1に開示される光学センサでは、レーザダイオードの発光により照射光が照射されることで、距離の測定である測距が行われている。
しかし、レーザダイオードの発光特性は、特に温度変化に応じてばらつき易い。こうした発光特性のばらつきは、測距に誤差を生じさせるおそれがある。
本開示の課題は、光学センサの測距精度を確保する制御装置を、提供することにある。本開示のまた別の課題は、光学センサの測距精度を確保する制御方法を、提供することにある。本開示のさらに別の課題は、光学センサの測距精度を確保する制御プログラムを、提供することにある。
以下、課題を解決するための本開示の技術的手段について、説明する。尚、特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
本開示の第一態様は、
プロセッサ(1b)を有し、レーザダイオード(24)の発光により照射した照射光に対する物標(Tr)からの反射光を受光して、当該物標までの距離を測定する光学センサ(10)を、制御する制御装置(1)であって、
プロセッサは、
距離の測定を停止する測距停止期間(Ps)において前後する複数の試行期間(Ptf,Pts)毎に試行電流値(Ctf,Cts)をそれぞれ設定することにより発光したレーザダイオードの、試行発光強度(Itf,Its)を反射光に基づき取得することと、
レーザダイオードでの電流値に対する発光強度の特性データ(Ds)を、各試行期間毎に試行電流値と試行発光強度との相関に基づき学習することと、
距離の測定を実行する測距実行期間(Pe)に要求される要求発光強度(Id)を与える電流値として、レーザダイオードを制御する制御電流値(Cc)を、各試行期間毎の特性データに基づき調整することと、を実行するように構成される。
プロセッサ(1b)を有し、レーザダイオード(24)の発光により照射した照射光に対する物標(Tr)からの反射光を受光して、当該物標までの距離を測定する光学センサ(10)を、制御する制御装置(1)であって、
プロセッサは、
距離の測定を停止する測距停止期間(Ps)において前後する複数の試行期間(Ptf,Pts)毎に試行電流値(Ctf,Cts)をそれぞれ設定することにより発光したレーザダイオードの、試行発光強度(Itf,Its)を反射光に基づき取得することと、
レーザダイオードでの電流値に対する発光強度の特性データ(Ds)を、各試行期間毎に試行電流値と試行発光強度との相関に基づき学習することと、
距離の測定を実行する測距実行期間(Pe)に要求される要求発光強度(Id)を与える電流値として、レーザダイオードを制御する制御電流値(Cc)を、各試行期間毎の特性データに基づき調整することと、を実行するように構成される。
本開示の第二態様は、
レーザダイオード(24)の発光により照射した照射光に対する物標(Tr)からの反射光を受光して、当該物標までの距離を測定する光学センサ(10)を、制御するためにプロセッサ(1b)により実行される制御方法であって、
距離の測定を停止する測距停止期間(Ps)において前後する複数の試行期間(Ptf,Pts)毎に試行電流値(Ctf,Cts)をそれぞれ設定することにより発光したレーザダイオードの、試行発光強度(Itf,Its)を反射光に基づき取得することと、
レーザダイオードでの電流値に対する発光強度の特性データ(Ds)を、各試行期間毎に試行電流値と試行発光強度との相関に基づき学習することと、
距離の測定を実行する測距実行期間(Pe)に要求される要求発光強度(Id)を与える電流値として、レーザダイオードを制御する制御電流値(Cc)を、各試行期間毎の特性データに基づき調整することと、を含む。
レーザダイオード(24)の発光により照射した照射光に対する物標(Tr)からの反射光を受光して、当該物標までの距離を測定する光学センサ(10)を、制御するためにプロセッサ(1b)により実行される制御方法であって、
距離の測定を停止する測距停止期間(Ps)において前後する複数の試行期間(Ptf,Pts)毎に試行電流値(Ctf,Cts)をそれぞれ設定することにより発光したレーザダイオードの、試行発光強度(Itf,Its)を反射光に基づき取得することと、
レーザダイオードでの電流値に対する発光強度の特性データ(Ds)を、各試行期間毎に試行電流値と試行発光強度との相関に基づき学習することと、
距離の測定を実行する測距実行期間(Pe)に要求される要求発光強度(Id)を与える電流値として、レーザダイオードを制御する制御電流値(Cc)を、各試行期間毎の特性データに基づき調整することと、を含む。
本開示の第三態様は、
レーザダイオード(24)の発光により照射した照射光に対する物標(Tr)からの反射光を受光して、当該物標までの距離を測定する光学センサ(10)を、制御するために記憶媒体(1a)に記憶され、プロセッサ(1b)に実行させる命令を含む制御プログラムであって、
命令は、
距離の測定を停止する測距停止期間(Ps)において前後する複数の試行期間(Ptf,Pts)毎に試行電流値(Ctf,Cts)をそれぞれ設定することにより発光したレーザダイオードの、試行発光強度(Itf,Its)を反射光に基づき取得させることと、
レーザダイオードでの電流値に対する発光強度の特性データ(Ds)を、各試行期間毎に試行電流値と試行発光強度との相関に基づき学習させることと、
距離の測定を実行する測距実行期間(Pe)に要求される要求発光強度(Id)を与える電流値として、レーザダイオードを制御する制御電流値(Cc)を、各試行期間毎の特性データに基づき調整させることと、を含む。
レーザダイオード(24)の発光により照射した照射光に対する物標(Tr)からの反射光を受光して、当該物標までの距離を測定する光学センサ(10)を、制御するために記憶媒体(1a)に記憶され、プロセッサ(1b)に実行させる命令を含む制御プログラムであって、
命令は、
距離の測定を停止する測距停止期間(Ps)において前後する複数の試行期間(Ptf,Pts)毎に試行電流値(Ctf,Cts)をそれぞれ設定することにより発光したレーザダイオードの、試行発光強度(Itf,Its)を反射光に基づき取得させることと、
レーザダイオードでの電流値に対する発光強度の特性データ(Ds)を、各試行期間毎に試行電流値と試行発光強度との相関に基づき学習させることと、
距離の測定を実行する測距実行期間(Pe)に要求される要求発光強度(Id)を与える電流値として、レーザダイオードを制御する制御電流値(Cc)を、各試行期間毎の特性データに基づき調整させることと、を含む。
これら第一~第三態様によると、測距停止期間において前後する複数の試行期間毎に試行電流値をそれぞれ設定することで発光したレーザダイオードの、試行発光強度が反射光に基づき取得される。そこで、各試行期間毎に試行電流値と試行発光強度との相関に基づくことで、レーザダイオードでの電流値に対する発光強度の特性データが学習される。これによれば、測距実行期間に要求発光強度を与える電流値としてレーザダイオードを制御する制御電流値は、時間経過に伴う温度変化と対応し得る各試行期間毎の特性データに基づくことで、適正に調整することができる。故に、光学センサの測距精度を確保することが可能となる。
図1に示すように本開示の一実施形態は、光学センサ10及び制御装置1を含んで構成されるセンシングシステム2に関する。センシングシステム2は、車両5に搭載される。車両5は、乗員の搭乗状態において走行路を走行可能な、例えば自動車等の移動体である。
車両5は、自動運転制御モードにおいて定常的、又は一時的に自動走行可能となっている。ここで自動運転制御モードは、条件付運転自動化、高度運転自動化、又は完全運転自動化といった、作動時のシステムが全ての運転タスクを実行する自律運転制御により、実現されてもよい。自動運転制御モードは、運転支援、又は部分運転自動化といった、乗員が一部又は全ての運転タスクを実行する高度運転支援制御において、実現されてもよい。自動運転制御モードは、それら自律運転制御と高度運転支援制御とのいずれか一方、組み合わせ、又は切り替えにより実現されてもよい。
尚、以下の説明では断り書きがない限り、前、後、上、下、左、及び右の各方向は、水平面上の車両5を基準として定義される。また水平方向とは、車両5の方向基準となる水平面に対して、平行方向を示す。さらに鉛直方向とは、車両5の方向基準となる水平面に対して、上下方向でもある垂直方向を示す。
光学センサ10は、自動制御運転モードを含む車両5の運転制御に活用可能な画像データを取得するための、所謂LiDAR(Light Detection and Ranging / Laser Imaging Detection and Ranging)である。光学センサ10は、例えば前方部、左右の側方部、後方部、及び上方のルーフ等のうち、車両5の少なくとも一箇所に配置される。図2に示すように光学センサ10においては、互いに直交する三軸としてのX軸、Y軸、及びZ軸により、三次元直交座標系が定義されている。ここで特に本実施形態では、X軸及びZ軸がそれぞれ車両5の相異なる水平方向に沿って設定され、またY軸が車両5の鉛直方向に沿って設定される。尚、図2においてY軸に沿う一点鎖線よりも左側部分(後述の透光カバー12側)は、実際には当該一点鎖線よりも右側部分(後述のユニット21,41側)に対して垂直な断面を図示している。
光学センサ10は、車両5の外界空間のうち配置箇所に応じたセンシングエリアAsへと向けて、光を照射する。図3に示すように光学センサ10は、照射した照射光がセンシングエリアAsから反射されることで入射してくる反射光を、受光する。光学センサ10は、反射光の受光によりセンシングエリアAs内において光を反射する物標Trを、センシングする。特に本実施形態におけるセンシングとは、光学センサ10から物標Trまでの距離Lr、及び物標Trから反射されてくる反射光の受光強度Irを、測定することを意味する。車両5に適用される光学センサ10において代表的なセンシング対象物標Trは、例えば歩行者、サイクリスト、人間以外の動物、及び他車両等の移動物体のうち、少なくとも一種類であってもよい。車両5に適用される光学センサ10において代表的なセンシング対象物標Trは、例えばガードレール、道路標識、道路脇の構造物、及び道路上の落下物等の静止物体のうち、少なくとも一種類であってもよい。
図2に示すように光学センサ10は、筐体11、投光ユニット21、走査ユニット31、及び受光ユニット41を含んで構成されている。筐体11は、光学センサ10の外装を構成している。筐体11は、箱状に形成され、遮光性を有している。筐体11は、投光ユニット21、走査ユニット31、及び受光ユニット41を内部に収容している。筐体11において開口状の光学窓には、透光カバー12が設けられている。透光カバー12は、板状に形成され、照射光及び反射光に対して透光性を有している。透光カバー12は、照射光及び反射光の双方を透過可能に、筐体11の光学窓を閉塞している。
投光ユニット21は、投光器22、及び投光レンズ系26を備えている。投光器22は、筐体11内に配置されている。図4に示すように投光器22は、複数のレーザダイオード24が基板上においてアレイ状に配列されることで、形成されている。各レーザダイオード24は、Y軸に沿って単列に配列されている。各レーザダイオード24は、PN接合層において発振された光を共振可能な共振器構造、及びPN接合層を挟んで光を繰り返し反射可能なミラー層構造を、有している。
各レーザダイオード24は、制御装置1からの制御信号に従う電流の印加に応じた光を、互いに同期したパルス状に繰り返し発する。特に本実施形態の各レーザダイオード24は、車両5の外界空間に存在する人間から視認困難な近赤外域のパルス光を、それぞれ発する。図5に示すように各レーザダイオード24は、境界電流値Cbよりも高い範囲ΔCld内の電流を印加される場合には発振状態のLD(Laser Diode)モードに駆動されることで、発光する。このようなLDモードの各レーザダイオード24から発せされたパルス光は、近赤外域でのトータルでの発光強度が境界強度Ibよりも高い照射光を、生成することになる。
尚、各レーザダイオード24は、境界電流値Cbよりも低い電流を印加される場合には未発振状態のLED(Light Emitting Diode)モードに駆動されることで、発光可能となる。このようなLEDモードの各レーザダイオード24から発せされたパルス光は、近赤外域でのトータルでの発光強度が境界強度Ibよりも低い照射光を、生成することになるが、本実施形態において当該LEDモードは利用されない。
図4に示すように投光器22は、長辺側がY軸に沿った長方形輪郭をもって擬似的に規定される投光窓25を、基板の片面側に形成している。投光窓25は、各レーザダイオード24における投射開口の集合体として、構成されている。各レーザダイオード24の投射開口から発せられたパルス光は、センシングエリアAsではY軸に沿った長手のライン状に擬制される照射光として、投光窓25から投射される。照射光には、Y軸方向において各レーザダイオード24の配列間隔に応じた非発光部が、含まれていてもよい。この場合でも、センシングエリアAsにおいては回折作用によって巨視的に非発光部の解消されたライン状の照射光が、形成されるとよい。
図2に示すように投光レンズ系26は、投光器22からの照射光を、走査ユニット31の走査ミラー32へ向かって投光する。投光レンズ系26は、筐体11内において投光器22及び走査ミラー32の間に、配置されている。投光レンズ系26は、例えば集光、コリメート、及び整形等のうち、少なくとも一種類の光学作用を発揮する。投光レンズ系26は、Z軸に沿った投光光軸を、形成する。投光レンズ系26は、発揮する光学作用に応じたレンズ形状の投光レンズ27を、投光光軸上に少なくとも一つ有している。投光レンズ系26の投光光軸上には、投光器22が位置決めされている。投光器22において投光窓25の中心から射出される照射光は、投光レンズ系26の投光光軸に沿って導光される。
走査ユニット31は、走査ミラー32、及び走査モータ35を備えている。走査ミラー32は、投光ユニット21の投光レンズ系26から照射された照射光をセンシングエリアAsへ向けて走査し、当該センシングエリアAsからの反射光を受光ユニット41の受光レンズ系42へ向けて反射する。走査ミラー32は、照射光の光路上における透光カバー12及び投光レンズ系26の間、且つ反射光の光路上における透光カバー12及び受光レンズ系42の間に配置されている。
走査ミラー32は、基材の片面である反射面33に反射膜が蒸着されることで、板状に形成されている。走査ミラー32は、Y軸に沿う回転中心線まわりに回転可能に、筐体11によって支持されている。走査ミラー32は、回転中心線まわりの回転により、反射面33の法線方向を調整可能となっている。走査ミラー32は、機械的又は電気的なストッパにより有限となる駆動角度範囲内において、往復揺動運動する。特に本実施形態では、駆動角度範囲内において図7に示す原点角度θ0から往方向への走査ミラー32の駆動が順駆動に規定されている一方、駆動角度範囲内において同図に示す終点角度θeから復方向への走査ミラー32の駆動が逆駆動に規定されている。
図2に示すように走査ミラー32は、投光ユニット21と受光ユニット41とに共通に設けられている。即ち走査ミラー32は、照射光と反射光とに共通に設けられている。これにより走査ミラー32は、投光ユニット21からの照射光の反射に利用する投光反射面部と、反射光の受光ユニット41への反射に利用する受光反射面部とを、反射面33においてY軸方向にずらして形成している。
照射光は、走査ミラー32の回転に応じた法線方向を向く反射面33において投光反射面部から反射作用を受けることで、透光カバー12を透過してセンシングエリアAsを時間的及び空間的に走査する。このとき照射光によるセンシングエリアAsの走査は、特に本実施形態では水平方向での二次元走査に実質制限される。照射光は、センシングエリアAsに存在する物標Trによって反射されることで、反射光として光学センサ10に入射する。入射した反射光は、透光カバー12を透過して、走査ミラー32の回転に応じた法線方向を向く反射面33において受光反射面部から反射作用を受けることで、受光ユニット41の受光レンズ系42へ導光される。ここで走査ミラー32の回転運動速度に対しては、照射光及び反射光の速度が十分に大きい。これにより反射光は、照射光と略同一回転角度の走査ミラー32において、照射光とは逆行するように受光レンズ系42へと導光される。
走査モータ35は、筐体11内において走査ミラー32の周囲に、配置されている。走査モータ35は、例えばボイスコイルモータ、ブラシ付き直流モータ、又はステッピングモータ等である。走査モータ35は、制御装置1からの制御信号に従って、走査ミラー32を有限の駆動角度範囲内において回転駆動(即ち、揺動駆動)する。
受光ユニット41は、受光レンズ系42、及び受光器45を備えている。受光レンズ系42は、走査ミラー32によって反射されたエコーを、受光器45へ向かって導光する。受光レンズ系42は、筐体11内において走査ミラー32及び受光器45の間に、配置されている。受光レンズ系42は、Y軸方向において投光レンズ系26よりも下方に、位置決めされている。受光レンズ系42は、受光器45に対して反射光を結像させるように、光学作用を発揮する。受光レンズ系42は、Z軸に沿った受光光軸を、形成する。受光レンズ系42は、発揮する光学作用に応じたレンズ形状の受光レンズ43を、受光光軸上に少なくとも一つ有している。走査ミラー32の反射面33のうち受光反射面部から反射されてくる、センシングエリアAsからの反射光は、走査ミラー32の駆動範囲内において受光レンズ系42の受光光軸に沿って導光される。
受光器45は、受光レンズ系42によって結像された、センシングエリアAsからの反射光を受光することで、当該受光に応じた信号を出力する。受光器45は、筐体11内において走査ミラー32とは受光レンズ系42を挟んだ反対側に、配置されている。受光器45は、Y軸方向において投光器22よりも下方、且つ受光レンズ系42の受光光軸上に位置決めされている。
図6に示すように受光器45は、受光要素46が基板上においてX軸方向及びY軸方向の二次元アレイ状に配列されることで、形成されている。各受光要素46は、それぞれ複数ずつの受光素子から構成されている。即ち、各受光要素46毎に複数ずつの受光素子が対応していることから、それら受光素子の応答数に応じて出力値が異なってくる。各受光要素46の受光素子は、例えばシングルフォトンアバランシェダイオード(SPAD:Single Photon Avalanche Diode)等のフォトダイオードを主体として、構築されている。各受光要素46の受光素子は、フォトダイオードアレイの前段にマイクロレンズアレイが積層されることで、一体的に構築されていてもよい。
受光器45は、長方形輪郭の受光面47を、基板の片面側に形成している。受光面47は、各受光要素46における入射面の集合体として、構成されている。受光面47の長方形輪郭に対する幾何学中心は、受光レンズ系42の受光光軸上に、又は受光レンズ系42の受光光軸から僅かにずれて、位置合わせされている。各受光要素46は、受光レンズ系42から受光面47へ入射した反射光を、それぞれの受光素子によって受光する。ここで、長方形輪郭を呈する受光面47の長辺側は、Y軸に沿って規定されている。これにより、センシングエリアAsにおいてライン状に擬制される照射光に対応して、当該照射光に対する反射光は、ライン状に拡がったビームとして各受光要素46の受光素子により受光されることとなる。
図2に示すように受光器45は、デコーダ48を一体的に有している。デコーダ48は、受光面47での反射光の受光に応じて各受光要素46の生成する電気パルスを、サンプリング処理によって順次読み出す。デコーダ48は、順次読み出した電気パルスを、図7に示す制御フレーム(即ち、制御サイクル)Fcでの受光信号として、制御装置1へと出力する。このとき制御フレームFcは、車両5の起動中において所定時間間隔で繰り返される。
図1に示す制御装置1は、例えばLAN(Local Area Network)、ワイヤハーネス、及び内部バス等のうち、少なくとも一種類を介して光学センサ10に接続される。制御装置1は、少なくとも一つの専用コンピュータを含んで構成される。制御装置1を構成する専用コンピュータは、光学センサ10を制御することに特化した、センサECU(Electronic Control Unit)であってもよく、この場合にセンサECUは、筐体11内に収容されていてもよい。制御装置1を構成する専用コンピュータは、車両5の運転を制御する、運転制御ECU(Electronic Control Unit)であってもよい。制御装置1を構成する専用コンピュータは、車両5の走行経路をナビゲートする、ナビゲーションECUであってもよい。制御装置1を構成する専用コンピュータは、車両5の自己状態量を推定する、ロケータECUであってもよい。
制御装置1を構成する専用コンピュータは、メモリ1a及びプロセッサ1bを、少なくとも一つずつ有している。メモリ1aは、コンピュータにより読み取り可能なプログラム及びデータ等を非一時的に記憶する、例えば半導体メモリ、磁気媒体、及び光学媒体等のうち、少なくとも一種類の非遷移的実体的記憶媒体(non-transitory tangible storage medium)である。プロセッサ1bは、例えばCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、RISC(Reduced Instruction Set Computer)-CPU、DFP(Data Flow Processor)、及びGSP(Graph Streaming Processor)等のうち、少なくとも一種類をコアとして含む。
制御装置1は、各制御フレームFcにおいてデコーダ48から受光信号を取得する。制御装置1は、走査ミラー32の回転に伴って各受光要素46の受光した反射光に関する受光信号の表す物理量に基づくことで、図3に示すように、センシングエリアAs内における物標Trまでの距離Lr、及び当該物標Trからの反射光の受光強度Irを測定する。そこで図7に示すように各制御フレームFcには、物標Trまでの距離Lrを測定する測距を実行する測距実行期間Peと、当該測距を停止して物標Trからの受光強度Irを測定する測距停止期間Psとが、時間経過に従って連続的に規定されている。特に本実施形態では各制御フレームFc毎に、測距実行期間Peよりも短い測距停止期間Psが、当該測距実行期間Peに後続して設定される。
ここで距離Lr及び受光強度Irの測定は、照射光の照射から反射光を受光するまでの飛行時間に基づいたdTOF(direct Time Of Flight)により、実行されてもよい。距離Lr及び受光強度Irの測定は、周波数変化する照射光と反射光との位相差に基づいたiTOF(indirect Time Of Flight)により、実行されてもよい。距離Lr及び受光強度Irの測定は、周波数変化する照射光と反射光との干渉によるビート周波数に基づいたFMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)により、実行されてもよい。
こうした測定を制御するためにプロセッサ1bは、メモリ1aに記憶された制御プログラムに含まれる複数の命令を、実行する。これにより制御装置1は、光学センサ10を制御するための機能ブロックを、複数構築する。このように制御装置1では、光学センサ10を制御するためにメモリ1aに記憶された制御プログラムが複数の命令をプロセッサ1bに実行させることで、複数の機能ブロックが構築される。制御装置1により構築される複数の機能ブロックには、図3に示すように走査ブロック100、測距ブロック110、及び学習ブロック120が含まれる。
これらブロック100,110,120,130の共同により、制御装置1が光学センサ10を制御する方法は、図8,9に示す複数の制御フローに従って実行される。各制御フローは、車両5の起動中において設定周期の各制御フレームFc毎に繰り返し実行される。尚、各制御フローにおける各「S」は、制御プログラムに含まれた複数命令によって実行される複数ステップを、それぞれ意味している。
まず、図8に示す走査制御フローを説明する。走査制御フローのS100において走査ブロック100は、今回の制御フレームFcのうち測距実行期間Peには走査ミラー32を、図7に示すように駆動角度範囲内の原点角度θ0から終点角度θeまで順駆動する。このとき走査ブロック100は、走査モータ35により走査ミラー32を回転駆動させる角速度を、各レーザダイオード24でのパルス光の同期発光に合わせた一定又は可変の角速度に、制御する。
図8に示す走査制御フローのS101において走査ブロック100は、今回の制御フレームFcのうち測距停止期間Psには走査ミラー32を、図7に示すように駆動角度範囲内の終点角度θeから原点角度θ0まで逆駆動する。このとき走査ブロック100は、走査モータ35により走査ミラー32を回転駆動させる角速度を、各レーザダイオード24でのパルス光の同期発光に合わせた一定又は可変の角速度であって、S100での測距実行期間Peよりも速い角速度に、制御する。
次に、図9に示す測定制御フローを説明する。測定制御フローにおいてS200,S201は測距実行期間Peに実行される一方、S202~S207は測距停止期間Psに実行される。具体的に測定制御フローのS200において測距ブロック110は、光学センサ10の各レーザダイオード24に設定する制御電流値Ccを、メモリ1aのうち図3に示す特性記憶領域1asから読み出すことで、取得する。
図9に示す測定制御フローのS201において測距ブロック110は、S200により読み出した制御電流値Ccを各レーザダイオード24に設定することで、それら各レーザダイオード24からのパルス光を当該制御電流値Ccに従い制御して、照射光を生成する。これにより測距ブロック110は、各レーザダイオード24でのパルス光の同期発光タイミングに合わせて異なる走査ミラー32の回転角度に対応付けられる複数の走査ライン(以下、単に走査ラインという)毎に、センシングエリアAs内における複数物標Trまでの距離Lrをそれぞれ測定する。
測定制御フローのS202において測距ブロック110は、次回の測定制御フローにおける測距実行期間Peに要求される要求発光強度Idを、設定する。特に本実施形態の測距ブロック110は、発振状態のLDモードに駆動された各レーザダイオード24トータルでの発光強度として、図5の境界強度Ibよりも高い値に要求発光強度Idを設定する。このとき要求発光強度Idは、各走査ラインに共通な固定値に設定されてもよい。要求発光強度Idは、例えばS201により測定された物標Trまでの距離Lr等に基づく可変値に、各走査ラインに共通に設定されてもよい。要求発光強度Idは、例えばS201により測定された物標Trまでの距離Lr等に基づく個別の可変値に、各走査ライン毎に設定されてもよい。
図9に示す測定制御フローのS203において学習ブロック120は、図10に示す今回の測距停止期間Psにおいて前後するように、各レーザダイオード24を試行発光させる複数の試行期間Ptf,Ptsを、設定する。このとき前段試行期間Ptfは、測距停止期間Psの始点である停止始点Ss側に偏る期間として、特に本実施形態では当該停止始点Ssから試行発光に必要な時間が経過するまでの期間に、設定される。一方で後段試行期間Ptsは、測距停止期間Psの終点である停止終点Se側に偏る期間として、特に本実施形態では当該停止終点Seから試行発光に必要な時間を遡った期間に、設定される。
S203における学習ブロック120は、測定制御フローにおいて測距実行期間Peに後続する測距停止期間Psのうち、前段試行期間Ptfと後段試行期間Ptsとの間に、中間停止期間Psmを設定する。この設定により中間停止期間Psmは、前段試行期間Ptfよりも後且つ後段試行期間Ptsよりも前において、各レーザダイオード24の試行発光を停止させる期間となる。
図9に示す測定制御フローのS204において学習ブロック120は、図11に示すように各試行期間Ptf,Pts毎に、それぞれ試行電流値Ctf,Ctsを複数回ずつ設定して各レーザダイオード24を発光させる。そこでS204の学習ブロック120は、各試行期間Ptf,Pts毎に、それぞれ試行電流値Ctf,Ctsに応じた複数回ずつの試行発光強度Itf,Itsを、受光器45で受光の反射光に基づき取得する。特に本実施形態の学習ブロック120は、発振状態のLDモードに各レーザダイオード24を駆動制御可能な電流値として、境界電流値Cbよりも高い発振電流範囲ΔCld内の値に、各回の試行電流値Ctf,Ctsを設定する。尚、試行電流値Ctf,Ctsの設定回数(即ち、試行発光強度Itf,Itsの取得回数)は、後述する関数フィッテングの精度を高めるために、例えば2回以上であるとよい。
ここで前段試行期間Ptfの場合を例にとり、各回毎での試行電流値Ctfの設定処理を説明する。図12に示すように、前の試行発光強度ItfがS202により設定の要求発光強度Idよりも大きい場合には、次の試行電流値Ctfを前の試行電流値Ctfよりも低く設定する。一方で図13に示すように、前の試行発光強度ItfがS202により設定の要求発光強度Idよりも小さい場合には、次の試行電流値Ctfを前の試行電流値Ctfよりも高く設定する。尚、後段試行期間Ptsの場合には、前段試行期間Ptfの場合における「試行発光強度Itf」及び「試行電流値Ctf」をそれぞれ、「試行発光強度Its」及び「試行電流値Cts」と読み替えた設定処理が、実行される。また、初回の試行電流値Ctf,Ctsはそれぞれ、例えば予め決められた固定値、又はS200により読み出された(即ち、S201により実際に制御された)制御電流値Cc等に設定されるとよい。
さらに前段試行期間Ptfの場合を例にとり、各回毎での試行発光強度Itfの取得処理を説明する。S204における学習ブロック120は、試行電流値Ctfの設定に応じて各回毎に測定した反射光の受光強度Irから、それら各回毎の試行発光強度Itfを取得する。このとき学習ブロック120は、試行電流値Ctfの設定よりも前にS201によって測距された物標Trのうち静止物標Trまでの測定距離Lrに基づき、当該設定に対する受光強度Irを変換することで、試行発光強度Itfを取得する。こうした変換処理は、図14に示すように同一の試行発光強度Itfに対して測定される受光強度Irは測定距離Lrに実質比例することと、S201,S204間での測定距離Lrの変化は車両5の速度及び加速度から補償可能であることに、依拠する。尚、後段試行期間Ptsの場合には、前段試行期間Ptfの場合における「試行電流値Ctf」及び「試行発光強度Itf」をそれぞれ、「試行電流値Cts」及び「試行発光強度Its」と読み替えた取得処理が、実行される。
図9に示す測定制御フローのS205において学習ブロック120は、S204による各試行期間Ptf,Pts毎に複数回ずつの試行電流値Ctf,Ctsと試行発光強度Itf,Itsとの相関に基づくことで、特性データDsを学習する。図15に二点鎖線で示すように特性データDsは、光学センサ10において各レーザダイオード24に共通に印加される電流の変化に追従して、照射光を構成する各レーザダイオード24のパルス光トータルでの発光強度が変化する特性を、表す。
特に本実施形態の特性データDsでは、各レーザダイオード24を発振状態のLDモードに駆動制御する発振電流範囲ΔCld内の電流値に対して、現出する発光強度の対応関係が、関数式によってデータ化される。このとき関数式は、例えば一次関数式、又は二次以上の高次関数式等であってもよい。また関数式のデータ化は、複数回ずつの試行電流値Ctf,Ctsと試行発光強度Itf,Itsとの組に対して、例えば線形最小二乗フィッテング、又は非線形最小二乗フィッテング等の関数フィッテングを、各試行期間Ptf,Pts毎に個別に適用することで、実現されるとよい。そこで特性データDsのうち、前段試行期間Ptf及び後段試行期間Ptsでの各データは、それぞれ前段データDsf及び後段データDssとして個別に活用可能に取得される。
図9に示す測定制御フローのS206において学習ブロック120は、S202により設定の要求発光強度Idを与える電流値を、S205により学習された各試行期間Ptf,Pts毎の特性データDsに基づき調整する。このとき要求発光強度Idを与える電流値は、図16に示すように各試行期間Ptf,Pts毎の特性データDsとなる前段データDsf及び後段データDssにおいて、それぞれ要求発光強度Idと対応する制御電流値Ccに調整される。特に本実施形態では、次回の測定制御フローにおいて各レーザダイオード24を発振状態のLDモードに駆動制御する発振電流範囲ΔCld内の電流値に、試行期間Ptf,Pts毎での要求発光強度Idを与える制御電流値Ccが設定される。ここで、S202により要求発光強度Idが各走査ラインに共通な固定値に設定された場合には、制御電流値Ccも各走査ラインに共通な固定値に設定される。S202により要求発光強度Idが各走査ラインに共通な可変値に設定された場合には、制御電流値Ccも各走査ラインに共通な可変値に設定される。S202により要求発光強度Idが各走査ライン毎に個別な可変値に設定された場合には、制御電流値Ccも各走査ライン毎に個別な可変値に設定される。
図17に示すように、次回の測定制御フローにおける測距実行期間Peは、今回の測定制御フローにおける測距停止期間Psから切り替わる。そのため、各レーザダイオード24の温度は、測距実行期間Peには時間経過に伴って上昇する一方、測距停止期間Psには時間経過に伴って降下する。そこでS206における学習ブロック120は、図16,17に示すように、次回の測定制御フローにおいて測距実行期間Peの始点となる実行始点Esでの制御電流値Ccを始点電流値Ccsとして、特性データDsのうち後段試行期間Ptsの後段データDssに基づき調整する。それと共にS206における学習ブロック120は、次回の測定制御フローにおいて測距実行期間Peの終点となる実行終点Eeでの制御電流値Ccを終点電流値Cceとして、特性データDsのうち前段試行期間Ptfの前段データDsfに基づき調整する。さらにS206において学習ブロック120は、次回の測定制御フローにおける測距実行期間Peのうち、実行始点Esよりも後且つ実行終点Eeよりも前となる中間実行期間Pemでの制御電流値Ccを、図17の如き始点電流値Ccs及び終点電流値Cce間での内挿補間により、調整する。
図9に示す測定制御フローのS207において学習ブロック120は、S205によって学習された特性データDsに基づきS207によって各試行期間Ptf,Pts毎に調整された最新の制御電流値Ccを、図3に示す特性記憶領域1asに記憶する。こうして今回の測定制御フローは、終了する。以上より今回の測定制御フローにおいて、S206では各走査ラインに共通な固定値に調整された制御電流値CcがS207により記憶された場合には、次回の測定制御フローのS201において、発光強度が各走査ラインに共通な固定の要求発光強度Idに制御される。今回の測定制御フローにおいて、S206では各走査ラインに共通な可変値に調整された制御電流値CcがS207により記憶された場合には、次回の測定制御フローのS201において、発光強度が各走査ラインに共通な可変の要求発光強度Idに制御される。今回の測定制御フローにおいて、S206では各走査ライン毎に個別な可変値に調整された制御電流値CcがS207により記憶された場合には、次回の測定制御フローのS201において、発光強度が各走査ライン毎に個別な可変の要求発光強度Idに制御される。
S207における学習ブロック120は、制御電流値Ccを特性データDsと関連付けて、特性記憶領域1asに記憶してもよい。こうした関連付け記憶の場合に次回以降の測距制御フローのS205では、記憶された特性データDsも踏まえて、当該次回以降の特性データDsを学習することが可能となる。尚、特性記憶領域1asにおける記憶とは、車両5の起動オフによってもデータが保持されるものであってもよいし、車両5の起動オフによりデータが消去されるものであってもよい。
(作用効果)
以上説明した本実施形態の作用効果を、以下に説明する。
以上説明した本実施形態の作用効果を、以下に説明する。
本実施形態によると、測距停止期間Psにおいて前後する複数の試行期間Ptf,Pts毎に試行電流値Ctf,Ctsをそれぞれ設定することで発光した各レーザダイオード24トータルでの、試行発光強度Itf,Itsが反射光に基づき取得される。そこで、各試行期間Ptf,Pts毎に試行電流値Ctf,Ctsと試行発光強度Itf,Itsとの相関に基づくことで、各レーザダイオード24での電流値に対するトータル発光強度の特性データDsが学習される。これによれば、測距実行期間Peに要求発光強度Idを与える電流値として各レーザダイオード24を制御する制御電流値Ccは、図17の如き時間経過に伴う温度変化に対応し得る各試行期間Ptf,Pts毎の特性データDsに基づくことで、適正に調整することができる。故に、光学センサ10の測距精度を確保することが可能となる。
本実施形態によると、測距停止期間Psにおいて停止始点Ss側及び停止終点Se側にそれぞれ偏る試行期間として、前段試行期間Ptf及び後段試行期間Ptsが設定される。これによれば、前段試行期間Ptfと後段試行期間Ptsとでの温度差を各レーザダイオード24に可及的に生じさせて、それら各試行期間Ptf,Pts毎の特性データDsを図17の如き測距実行期間Peでの温度変化に対応させることができる。故に、各試行期間Ptf,Pts毎の特性データDsに基づき制御電流値Ccを調整することで、光学センサ10の測距精度を確保することが可能となる。
本実施形態によると、測距実行期間Peに後続する測距停止期間Psのうち、前段試行期間Ptfよりも後且つ後段試行期間Ptsよりも前の中間停止期間Psmにおいて、各レーザダイオード24の発光が停止される。これによれば、測距実行期間Peに後続することで各レーザダイオード24が高温となる前段試行期間Ptfから、中間停止期間Psmでは各レーザダイオード24の温度が降下するのに応じて、図17の如く後段試行期間Ptsには前段試行期間Ptfに対する温度差を各レーザダイオード24に与えることができる。故に、各試行期間Ptf,Pts毎の特性データDsに基づき制御電流値Ccを調整することで、光学センサ10の測距精度を高めることが可能となる。
本実施形態によると、図17の如く測距停止期間Psから切り替わる測距実行期間Peのうち比較的低温な実行始点Esにおける制御電流値Ccは、比較的低温となる後段試行期間Ptsの特性データDsに基づく始点電流値Ccsとして調整され得る。一方で、測距停止期間Psから切り替わる測距実行期間Peのうち比較的高温な実行終点Eeにおける制御電流値Ccは、比較的高温となる前段試行期間Ptfの特性データDsに基づく終点電流値Cceとして調整され得る。これらによれば、測距実行期間Peでの温度変化に対しては、各試行期間Ptf,Pts毎の特性データDsを適正に対応させて、始点電流値Ccs及び終点電流値Cceを調整することができる。しかも測距実行期間Peのうち、実行始点Esよりも後且つ実行終点Eeよりも前の中間実行期間Pemにおける制御電流値Ccは、始点電流値Ccs及び終点電流値Cce間での補間により、測距実行期間Peでの温度変化に合わせて調整することができる。こうしたことから、光学センサ10の測距精度を高めることが可能となる。
本実施形態によると、各試行期間Ptf,Pts毎での試行電流値Ctf,Ctsの設定に対する反射光の受光強度Irが、当該設定よりも前の測距実行期間Peに測定された距離Lrに基づき変換されることで、試行発光強度Itf,Itsは高精度に取得され得る。故に、高精度な試行発光強度Itf,Itsに基づく特性データDsの学習、ひいては当該学習データDsに基づく制御電流値Ccの調整により、光学センサ10の測距精度を高めることが可能となる。
本実施形態によると、光学センサ10において照射光を走査するために測距実行期間Peに順駆動される走査ミラー32は、測距停止期間Psには逆駆動される。これによれば、走査ミラー32の逆駆動に伴って測距の停止が不可避となる測距停止期間Psを有効活用して、測距実行期間Peにおける制御電流値Ccを適正に調整することができる。故に、必要頻度及び必要長さの測距実行期間Peを確保して、光学センサ10の測距精度を高めることが可能となる。
(他の実施形態)
以上、一実施形態について説明したが、本開示は、当該説-明の実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
以上、一実施形態について説明したが、本開示は、当該説-明の実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
変形例において制御装置1を構成する専用コンピュータは、車両5との間で通信可能な外部センタ又はモバイル端末を構築する、車両5以外のコンピュータであってもよい。変形例において制御装置1を構成する専用コンピュータは、デジタル回路及びアナログ回路のうち、少なくとも一方をプロセッサとして有していてもよい。ここでデジタル回路とは、例えばASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、SOC(System on a Chip)、PGA(Programmable Gate Array)、及びCPLD(Complex Programmable Logic Device)等のうち、少なくとも一種類である。またこうしたデジタル回路は、プログラムを記憶したメモリを、有していてもよい。
変形例の走査制御フローでは、S100を前且つS101を後に実行する実行順序が、入れ替えられてもよい。それに応じて変形例の測定制御フローでは、S200,S201を前且つS202~S207を後に実行する実行順序が、入れ替えられてもよい。この場合、測定制御フローに関する「次回」は、「今回」として読み替えられるとよい。
変形例の測定制御フローでは、S200,S207の処理が省かれると共に、S206の処理がS201よりも前に測距ブロック110によって実行されてもよい。この場合、S206に関する「S202」、「S205」、及び「次回」は、それぞれ「前回の測定制御フローのS202」、「前回の測定制御フローのS205」、及び「今回」として読み替えられるとよい。
変形例の測定制御フローでは、S203において測距停止期間Ps内のうち試行期間Ptf,Ptsの間に、少なくとも一つの試行期間が追加設定されてもよい。この場合に変形例の測定制御フローでは、S204において追加の試行期間にも試行電流値が複数回ずつ設定されることで、当該複数回での試行発光強度が取得されるとよい。それに応じて変形例の測定制御フローでは、追加の試行期間における試行電流値と試行発光強度の相関に基づくデータも含むように、S205において特性データDsが学習されるとよい。以上により変形例の測定制御フローでは、次回の測距実行期間Peのうち追加の試行期間に対応して特性データDsに基づき調整される中間点での制御電流値Ccと共に、始点電流値Ccs及び終点電流値Cceを用いた補間によって、残りの制御電流値Ccが調整されてもよい。
変形例の測定制御フローでは、S204において照射光に対しての透光カバー12による、例えばクラッタ等の散乱光の受光強度Irから試行発光強度Itf,Itsが取得されてもよい。変形例の測定制御フローでは、S201において順次発光する各レーザダイオード24毎の要求発光強度Idが、それら各レーザダイオード24に対応する画素群毎にS202において設定されてもよい。この場合に変形例の測定制御フローでは、S204における試行発光強度Itf,Itsの取得、S205における特性データDsの学習、及びS206における制御電流値Ccの設定が、各レーザダイオード24毎にそれぞれ対応して実行されるとよい。
変形例の光学センサ10において投光器22は、レーザダイオード24を主体とした点状光源から、構成されていてもよい。変形例の光学センサ10は、受光器45とは別に、試行専用の受光器を備えていてもよい。この場合に変形例の測定制御フローでは、S204において試行専用の受光器により受光された反射光に基づき、試行発光強度Itf,Itsが取得されてもよい。
変形例の光学センサ10は、説明した二次元揺動式の他、三次元揺動式の走査方式を採用していてもよい。あるいは変形例の光学センサ10は、例えば回転式、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)式、若しくはリサージュ式等のうち、二次元又は三次元の走査方式を採用していてもよい。これらいずれの場合でも変形例の走査制御フローでは、S101により走査方式に応じた測距停止期間Psが確保されるとよい。
変形例において制御装置1の適用される車両は、例えば外部センタから走行路での走行をリモート制御可能な走行ロボット等であってもよい。変形例における制御装置1は、測距の必要な車両以外の環境に、適用されてもよい。ここまでの説明形態の他、上述の実施形態及び変形例は、プロセッサ1b及びメモリ1aを少なくとも一つずつ有した半導体装置(例えば半導体チップ等)として、実施されてもよい。
1:制御装置、1a:メモリ、1b:プロセッサ、10:光学センサ、24:レーザダイオード、32:走査ミラー、Cc:制御電流値、Cce:終点電流値、Ccs:始点電流値、Ctf,Cts:試行電流値、Ds:特性データ、Ee:実行終点、Es:実行始点、Id:要求発光強度、Ir:受光強度、Itf,Its:試行発光強度、Pe:測距実行期間、Pem:中間実行期間、Ps:測距停止期間、Psm:中間停止期間、Ptf:前段試行期間、Pts:後段試行期間、Se:停止終点、Ss:停止始点、Tr:物標
Claims (9)
- プロセッサ(1b)を有し、レーザダイオード(24)の発光により照射した照射光に対する物標(Tr)からの反射光を受光して、当該物標までの距離を測定する光学センサ(10)を、制御する制御装置(1)であって、
前記プロセッサは、
前記距離の測定を停止する測距停止期間(Ps)において前後する複数の試行期間(Ptf,Pts)毎に試行電流値(Ctf,Cts)をそれぞれ設定することにより発光した前記レーザダイオードの、試行発光強度(Itf,Its)を前記反射光に基づき取得することと、
前記レーザダイオードでの電流値に対する発光強度の特性データ(Ds)を、各前記試行期間毎に前記試行電流値と前記試行発光強度との相関に基づき学習することと、
前記距離の測定を実行する測距実行期間(Pe)に要求される要求発光強度(Id)を与える電流値として、前記レーザダイオードを制御する制御電流値(Cc)を、各前記試行期間毎の前記特性データに基づき調整することと、を実行するように構成される制御装置。 - 前記試行発光強度を取得することは、
前記測距停止期間において停止始点(Ss)側及び停止終点(Se)側にそれぞれ偏る前記試行期間として、前段試行期間(Ptf)及び後段試行期間(Pts)を設定すること、を含む請求項1に記載の制御装置。 - 前記試行発光強度を取得することは、
前記測距実行期間に後続する前記測距停止期間のうち、前記前段試行期間よりも後且つ前記後段試行期間よりも前の中間停止期間(Psm)において、前記レーザダイオードの発光を停止すること、を含む請求項2に記載の制御装置。 - 前記制御電流値を調整することは、
前記測距停止期間から切り替わる前記測距実行期間の実行始点(Es)における前記制御電流値を、前記後段試行期間の前記特性データに基づく始点電流値(Ccs)として調整することと、
前記測距実行期間の実行終点(Ee)における前記制御電流値を、前記前段試行期間の前記特性データに基づく終点電流値(Cce)として調整することと、
前記測距実行期間のうち、前記実行始点よりも後且つ前記実行終点よりも前の中間実行期間(Pem)における前記制御電流値を、前記始点電流値及び前記終点電流値間での補間により調整することと、を含む請求項3に記載の制御装置。 - 前記試行発光強度を取得することは、
各前記試行期間毎での前記試行電流値の設定に対する前記反射光の受光強度(Ir)を、当該設定よりも前の前記測距実行期間に測定された前記距離に基づき変換することにより、前記試行発光強度を取得すること、を含む請求項1~4のいずれか一項に記載の制御装置。 - 記憶媒体(1a)を有し、
前記制御電流値を調整することは、
学習された各前記試行期間毎の前記特性データに基づく前記制御電流値を前記記憶媒体に記憶すること、を含む請求項1~5のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記プロセッサは、
前記光学センサにおいて前記照射光を走査する走査ミラー(32)を、前記測距実行期間に順駆動することと、
前記走査ミラーを前記測距停止期間に逆駆動することと、をさらに実行するように構成される請求項1~6のいずれか一項に記載の制御装置。 - レーザダイオード(24)の発光により照射した照射光に対する物標(Tr)からの反射光を受光して、当該物標までの距離を測定する光学センサ(10)を、制御するためにプロセッサ(1b)により実行される制御方法であって、
前記距離の測定を停止する測距停止期間(Ps)において前後する複数の試行期間(Ptf,Pts)毎に試行電流値(Ctf,Cts)をそれぞれ設定することにより発光した前記レーザダイオードの、試行発光強度(Itf,Its)を前記反射光に基づき取得することと、
前記レーザダイオードでの電流値に対する発光強度の特性データ(Ds)を、各前記試行期間毎に前記試行電流値と前記試行発光強度との相関に基づき学習することと、
前記距離の測定を実行する測距実行期間(Pe)に要求される要求発光強度(Id)を与える電流値として、前記レーザダイオードを制御する制御電流値(Cc)を、各前記試行期間毎の前記特性データに基づき調整することと、を含む制御方法。 - レーザダイオード(24)の発光により照射した照射光に対する物標(Tr)からの反射光を受光して、当該物標までの距離を測定する光学センサ(10)を、制御するために記憶媒体(1a)に記憶され、プロセッサ(1b)に実行させる命令を含む制御プログラムであって、
前記命令は、
前記距離の測定を停止する測距停止期間(Ps)において前後する複数の試行期間(Ptf,Pts)毎に試行電流値(Ctf,Cts)をそれぞれ設定することにより発光した前記レーザダイオードの、試行発光強度(Itf,Its)を前記反射光に基づき取得させることと、
前記レーザダイオードでの電流値に対する発光強度の特性データ(Ds)を、各前記試行期間毎に前記試行電流値と前記試行発光強度との相関に基づき学習させることと、
前記距離の測定を実行する測距実行期間(Pe)に要求される要求発光強度(Id)を与える電流値として、前記レーザダイオードを制御する制御電流値(Cc)を、各前記試行期間毎の前記特性データに基づき調整させることと、を含む制御プログラム。
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