JP2008286767A

JP2008286767A - 車両用空間計測装置

Info

Publication number: JP2008286767A
Application number: JP2007134777A
Authority: JP
Inventors: Toshiyasu Katsuno; 歳康勝野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】低コストで且つ計測精度が向上した車両用空間計測装置を提供すること。
【解決手段】車両に搭載され、自車両周辺の所定空間を空間計測する車両用空間計測装置が、自車両の前後方向後端部から略水平右方向及び略水平左方向へ向けて、略鉛直方向に縦長の楕円形断面を有するファンビーム形状のレーザパルス光を発射し、そのタイム・オブ・フライトを計測することによって自車両後方の左右領域に存在する周辺物体までの距離を測定する測距手段と、この測距手段により測定された上記周辺物体までの距離と、後輪の車輪速パルスの平均値と、ステアリングハンドル操舵角とから、自車両後方に存在する空間を計測する空間計測手段とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、概して、車両に搭載され、自車両周辺の所定空間を空間計測する車両用空間計測装置に係り、特に、低コストで且つ計測精度が向上した車両用空間計測装置に関する。

従来、所定空間を空間計測する装置が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特許文献１には、「レーザ光を一方向（通常は垂直方向）にのみ広がる扇形ビームとし、これを広がる方向とは直交する方向（通常は水平方向）に走査して目標物である移動物体に照射し、その反射光を受光する」ことによって、「スポット状のレーザビームとして垂直・水平の両方向に二次元走査する場合に比べ、１画面の走査及び計測に要する時間」を「大幅に短縮」し、「走査機構も簡略化」することを狙った移動物体測定装置が開示されている（段落番号００１５参照）。

特許文献２には、「測距装置で周囲物体までの距離及び方位のデータを、自車両位置検出装置で得た自車位置のデータとともに組として逐次蓄積したデータ点列から線分抽出手段により線分を抽出する一方、直進走行判断部が直進走行と判断したときの進行方向を基準方向として、ノイズ除去部が線分抽出手段により抽出した線分から基準方向に所定角度の関係にあるもの以外を排除する」ことによって、「周囲物体の位置状況を精度良く判断すること」を狙った周囲物体認識装置が開示されている（段落番号００１４参照）。

特許文献３には、「所定の広がり角を有するビームを複数の異なる方位に向けて順次的に放射し、各方位における障害物からの反射波を受信することにより、各方位についてビームの放射角度範囲内に存在する障害物を検知する障害物検知部と、障害物検知部から出力される各方位についての反射波の受信信号に基づいて、それぞれの方位における障害物と自車両との間を代表する距離を算出する距離算出部と、距離算出部で算出された各方位についての距離を画像作成基準として扱うことにより、各方位に放射されたビームの放射角度範囲内において二次元的に展開された図形を障害物画像として作成し、当該障害物画像を表示するための画像データを生成して出力する障害物画像作成部と、障害物画像作成部によって作成された画像データを受け取り、障害物と自車両との位置関係を示す画像を表示する表示部とを備え」た障害物検知装置が開示されている（第４頁第８行〜第１７行参照）。

特許文献４には、「センサを車輪の側面にその検出領域が車輪の回転と共に回転するように設置」することによって、「車両が走行し、車輪が回転することによってセンサの検出領域が拡大し、１つのセンサで車両周囲の広い領域が監視可能」となることを狙った車両周囲監視装置が開示されている（段落番号００２１参照）。
特開平５−１１３４８１号公報特開２００２−２２８７３４号公報国際公開第２００４／０８３８８９号パンフレット特開２００６−００７９０７号公報

画像のステレオ視により測距を行う場合、周辺環境の明るさの明暗が非常に大きい場合（例えば、夜間に、ヘッドライトを点灯させた車両が近くに存在する、或いは、２４時間営業のコンビニエンスストアが近くに存在する、など）に、外乱が大きくなるため、撮像素子のダイナミックレンジが不足し、測距が困難になり得る。

また、外板表面が鏡面同等に綺麗な駐車車両が存在する場合、当該表面に写った像に対して測距が行われてしまうため、当該駐車車両との間の距離の測定が困難になり得る。

また、スキャン型レーザレーダを用いる場合、スキャン機構という可動機構が必要となるため、可動機構が必要としない場合と比べて、比較的高い信頼性が要求されるとともに、比較的高コストとなる。

また、レーザ光はスポット光であるため、周辺物体において光反射した箇所の反射率が低い場合には測距が困難となり得る。この場合、同じ垂直ラインにおいて複数の測定点を設けて補うようにすることも考えられるが、一点に発光するエネルギを高めなければその影響を小さくすることができないため、歩行者等の人間の目への影響を考慮すると、駐車しようとしている車両のような低速移動体における発光物には不向きである。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、低コストで且つ計測精度が向上した車両用空間計測装置を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、車両に搭載され、自車両周辺の所定空間を空間計測する車両用空間計測装置であって、自車両の前後方向後端部から略水平右方向及び略水平左方向へ向けて、略鉛直方向に縦長の楕円形断面を有するファンビーム形状のレーザパルス光を発射し、そのタイム・オブ・フライトを計測することによって自車両後方の左右領域に存在する周辺物体までの距離を測定する測距手段と、この測距手段により測定された上記周辺物体までの距離と、後輪の車輪速パルスの平均値と、ステアリングハンドル操舵角とから、自車両後方に存在する空間を計測する空間計測手段とを有する車両用空間計測装置である。

上記一態様において、上記測距手段は、例えば、アナモルフィックレンズ又はシリンドリカルレンズを用いて、上記レーザパルス光を略鉛直方向に縦長の楕円形断面を有するファンビーム形状とする。

上記一態様によれば、自車両が後進しながら駐車する際に、スキャン型のレーザレーダなどの可動機構を必要とする測距装置を用いずに、自車両の後進に応じて自車両後方に広がる駐車空間を計測することができるため、より低コストでの空間計測が実現される。

また、上記一態様によれば、レーザパルス光を略鉛直方向に縦長のファンビーム形状としたため、スポット光を用いる場合と比べて、反射光が得られる確率を大幅に高めることができ、Ｓ／Ｎ比が向上するため、より精度の良い空間計測が実現される。

なお、上記一態様において、部品点数削減のため、上記測距手段は、プリズムを用いて、１つの光源から発射されたレーザパルス光を略水平右方向及び略水平左方向へ分岐させて発射することが好ましい。

この場合、反射光が左右いずれの方向へ向けて発射した光であるかを識別するために、上記測距手段は、略水平右方向及び略水平左方向へ向けて発射する上記レーザパルス光のうちいずれか一方の光偏波面を光学素子を用いて曲げる（例えば、半波長板を用いて９０°曲げる）ことが望ましい。

本発明によれば、低コストで且つ計測精度が向上した車両用空間計測装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

以下、添付の図１〜６を用いて、本発明の一実施例に係る車両用空間計測装置について説明する。

図１は、本実施例に係る車両用空間計測装置１００の概略構成図である。

空間計測装置１００は、レーザパルス光を発射し、その反射光を受光して、周辺物体に反射して戻ってくるまでのタイム・オブ・フライト（ＴＯＦ）を計測するセンサ１０１と、自車両後方の駐車空間を計測する演算（後に図６を参照して詳述する）を実行する演算部１０２と、を有する。

本実施例において、センサ１０１には、図示しない車輪速センサから後二輪のパルスが伝達される。本実施例において、センサ１０１は、後二輪の１パルスごとに、所定回数（例えば、１０回）、レーザパルス光を発光し、各発光において得られたＴＯＦの平均値を１回の計測により得られたＴＯＦとして扱うものとする。

また、演算部１０２には、センサ１０１から計測されたＴＯＦが伝達されるとともに、図示しない舵角センサからはステアリングハンドルの舵角が、図示しない車輪速センサからは後二輪のパルスがそれぞれ伝達される。

空間計測装置１００が車両Ｖに搭載されるとき、センサ１０１は、図２に示すように、車両Ｖの前後方向における後端部に設けられ、少なくとも一部分が車両Ｖの後方へ突き出るようにして車両外に露出した状態で搭載される。

図２及び３は、本実施例において、センサ１０１から発射されるレーザパルス光のビーム形状を説明するための図であり、図１は真上から見た上面図、図２は左斜め前方から見た斜視図である。

図２に示すように、本実施例において、センサ１０１は、車両Ｖの後端部から地面に略水平な方向に偏光したレーザパルス光Ｂを車両Ｖの右方向及び左方向の双方へ発射する。

右方向に発射されるレーザパルス光Ｂ_Ｒ及び左方向に発射されるレーザパルス光Ｂ_Ｌは、それぞれが車両Ｖの前後方向に対して略直交する向きに発射されており、且つ、地面に略水平に発光されているため、相互に干渉することはないと言い得る。

また、図３に示すように、センタ１０１から発射されるレーザパルス光Ｂ_Ｒ及びＢ_Ｌは、地面に対して略鉛直方向に縦長の楕円形の断面を持つ扇形ビーム形状の発光である。

測距のためのレーザパルス光のビーム形状を上記のような扇形ビーム形状とすることによって、スポット光を当たる場合と比べて、パルス数を増やすことなく照射領域を広げることができるため、反射点が少ない（或いは、反射率が低い領域面積が大きい）物体においても、照射領域内のいずれかの点／領域から反射光が得られる確率が大幅に高まり、よってＳ／Ｎ比が向上するため、精度の良い測距が可能となる。

図４及び５は、センサ１０１の概略構成図であり、図４がレーザパルス光Ｂ_Ｒ、Ｂ_Ｌ発光時の様子を、図５が反射光Ｂ_Ｒ’Ｂ_Ｌ’受光時の様子を、それぞれ示している。

センサ１０１は、１つのレーザ発光部４０１と、２つの受光部４０２、４０３（右反射光Ｂ_Ｒ’用受光部４０２、及び、左反射光Ｂ_Ｌ’用受光部４０３）と、を有する。

レーザ発光部４０１内には、発せられるレーザパルス光のビーム形状を上記のような扇形ビーム形状とするための光学系（図示せず）が含まれている。この光学系は、例えば、アナモルフィックレンズ（ａｎａｍｏｒｐｈｉｃｌｅｎｓ；アフォーカルレンズ（ａｆｏｃａｌｌｅｎｓ）の一種で、円柱形をしており、入射光を一方向だけに拡大して射出するレンズ）又はシリンドリカルレンズ（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｌｅｎｓ）を用いて、地面に垂直な方向だけを拡大するように構成される。

センサ１０１は、更に、レーザ発光部４０１から発射されたレーザパルス光の光路を内部で反射させて左右各方向へ向けて９０°曲げるとともに、外部から入射したレーザパルス光の反射光を９０°曲げて受光部４０２、４０３へ向かわせる、光学プリズム４０４を有する。

センサ１０１は、更に、左右へのレーザパルス光のうちの一方に対してのみ、その光路上に配設された半波長板４０５を有する。本実施例では、一例として、右方向へのレーザパルス光Ｂ_Ｒの光路上のみに半波長板４０５が置かれるものとする。

半波長板４０５は、レーザパルス光Ｂ_Ｒの光偏波面を９０°曲げる。これにより、右反射光Ｂ_Ｒ’用受光部４０２は、受光した光が、右方向へ発光されたレーザパルス光Ｂ_Ｒの反射光Ｂ_Ｒ’であるか、或いは、左方向へ発光されたレーザパルス光Ｂ_Ｌの反射光Ｂ_Ｌ’であるか、を容易に識別できるようになる。同様に、半波長板４０５を設けたことにより、左反射光Ｂ_Ｌ’用受光部４０３も、受光した光が、左方向へ発光されたレーザパルス光Ｂ_Ｌの反射光Ｂ_Ｌ’であるか、或いは、右方向へ発光されたレーザパルス光Ｂ_Ｒの反射光Ｂ_Ｒ’であるか、を容易に識別できるようになる。

図６は、演算部１０２（図１）において実行される空間計測処理の様子を示している。ここでは、駐車車両Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及び、Ｐ４の間の空間に自車両Ｖが後進で駐車しようとしている場合を例に挙げる。

まず、演算部１０２は、後二輪パルスの平均値とステアリングハンドル舵角とから、後輪軸中心位置Ｏの移動経路６０１を求める。

また、演算部１０２は、センサ１０１から得られた左右それぞれのＴＯＦから、各測定地点における左側障害物までの距離６０２と、右側障害物までの距離６０３とを求める。

距離６０２の点をプロットし、つなげると、自車両後方に広がる空間の左側境界線６０４を推定することができる。同様に、距離６０３の点をプロットし、つなげると、自車両後方に広がる空間の右側境界線６０５を推定することができる。

これにより、自車両Ｖの後方に広がる駐車空間の左右の境界線が推定されるため、当該駐車空間の計測が実現される。

このように、本実施例によれば、駐車時には自車両が後進で移動することに鑑み、スキャン型のレーザレーダのような可動機構を必要とする測距装置を用いずに、自車両が駐車のために少しずつ移動するのに合わせて、所定距離ごと（車輪パルスごと）に左右の空間の境界線、すなわち物体が存在する位置を確認していくことによって、可動機構を必要とする測距装置を用いる場合と比べて、比較的低コストで、自車両後方に広がる駐車空間を計測することができる。

また、既述のように、本実施例によれば、レーザパルス光のビーム形状を垂直方向に縦長の楕円形断面を持つ扇形ビーム形状とすることによって、スポット光であるレーザパルス光を用いる場合と比べて、より少ないパルス光でより精度の良い測距が可能となる。

なお、上記一実施例においては、一例として、センサ１０１においてＴＯＦが計算され、このＴＯＦが演算部１０２へ入力されるものとしたが、当業者には明らかなように、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。例えば、ＴＯＦの計算は演算部１０２側において行われるようにしてもよく、或いは、センサ１０１側でＴＯＦを距離に換算する演算まで行って、演算部１０２に周辺物体までの距離を伝達するようにしてもよい。

また、上記一実施例の説明においては、一例として、図３に自車両Ｖが右ハンドル車として描かれているが、当業者には明らかなように、本発明の適用は右ハンドル車に限定されるものではなく、左ハンドル車にも等しく適用可能である。

本発明は、車両用空間計測装置に利用できる。搭載される車両の動力源種類、燃料種類、外観デザイン、重量、サイズ、走行性能等はいずれも不問である。

本発明の一実施例に係る車両用空間計測装置の概略構成図である。本発明の一実施例に係る車両用空間計測装置により発射されるレーザパルス光のビーム形状を示す上面図である。本発明の一実施例に係る車両用空間計測装置により発射されるレーザパルス光のビーム形状を示す斜視図である。本発明の一実施例に係る車両用空間計測装置のセンサの概略構成図である。本発明の一実施例に係る車両用空間計測装置のセンサの概略構成図である。本発明の一実施例に係る車両用空間計測装置の演算部による空間計測処理の様子を示す図である。

符号の説明

１００車両用空間計測装置
１０１センサ
１０２演算部
４０１レーザ発光部
４０２、４０３受光部
４０４光学プリズム
４０５半波長板

Claims

車両に搭載され、自車両周辺の所定空間を空間計測する車両用空間計測装置であって、
自車両の前後方向後端部から略水平右方向及び略水平左方向へ向けて、略鉛直方向に縦長の楕円形断面を有するファンビーム形状のレーザパルス光を発射し、そのタイム・オブ・フライトを計測することによって自車両後方の左右領域に存在する周辺物体までの距離を測定する測距手段と、
前記測距手段により測定された前記周辺物体までの距離と、後輪の車輪速パルスの平均値と、ステアリングハンドル操舵角とから、自車両後方に存在する空間を計測する空間計測手段と、を有することを特徴とする車両用空間計測装置。
請求項１記載の車両用空間計測装置であって、
前記測距手段は、アナモルフィックレンズ又はシリンドリカルレンズを用いて、前記レーザパルス光を略鉛直方向に縦長の楕円形断面を有するファンビーム形状とする、ことを特徴とする車両用空間計測装置。
請求項１又は２記載の車両用空間計測装置であって、
前記測距手段は、プリズムを用いて、１つの光源から発射されたレーザパルス光を略水平右方向及び略水平左方向へ分岐させて発射する、ことを特徴とする車両用空間計測装置。
請求項３記載の車両用空間計測装置であって、
前記測距手段は、略水平右方向及び略水平左方向へ向けて発射する前記レーザパルス光のうちいずれか一方の光偏波面を光学素子を用いて曲げる、ことを特徴とする車両用空間計測装置。
請求項４記載の車両用空間計測装置であって、
前記光学素子は、略水平右方向及び略水平左方向へ向けて発射する前記レーザパルス光のうちいずれか一方の光偏波面を９０°曲げる半波長板である、ことを特徴とする車両用空間計測装置。