(57)【要約】【課題】ローコストで応答性に優れ、周囲の明るさに影響され難い車間距離測定装置を提供することを課題とする。【解決手段】車間距離測定装置１０はアクティブユニット１４とパッシブユニット１６を組合せ、縦に積み重ねたモジュール１２を横方向に複数並べた構成となっている。アクティブユニット１４は前面に投光レンズ１８および受光レンズ２０が設けられており、投光レンズ１８と受光レンズ２０の光軸は同一鉛直線上にある。　パッシブユニット１６はアクティブユニット１４と積み重ね、モジュール１２として使用するために横幅と奥行きがアクティブユニット１４と等しい外寸となっている。パッシブユニット１６は前面に受光レンズ２２、および２４が設けられており、受光レンズ２２、および２４の光軸は同一鉛直線上にある。アクティブユニット１４およびパッシブユニット１６はそれぞれ嵌合部３０を備え、互いに嵌合させることで高精度かつ堅牢にモジュール１２を形成することができる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外界の輝度を検出する輝度検出手段と、
内蔵された光源が発する測距光を前方に投光し先行車両によって反射された反射光の受光位置から先行車両までの距離を測定するアクティブ方式測距装置と、
それぞれが受光レンズを備えた一対のセンサアレイ上に結像する先行車両の像位置から先行車両までの距離を測定するパッシブ方式測距装置と、
を備え、
前記輝度検出手段によって検出された外界の輝度に応じて前記アクティブ方式測距装置と前記パッシブ方式測距装置を切替えて測距を行なうことを特徴とする車間距離測定装置。
【請求項２】
前記アクティブ方式測距装置の前記光源は近赤外ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の車間距離測定装置。
【請求項３】
前記輝度検出手段は前記パッシブ方式測距装置の受光部であることを特徴とする請求項１に記載の車間距離測定装置。
【請求項４】
前記輝度検出手段と前記アクティブ方式測距装置と前記パッシブ方式測距装置をモジュール化した測距装置が複数設置されることを特徴とする請求項１に記載の車間距離測定装置。
【請求項５】
前記アクティブ方式測距装置と前記パッシブ方式測距装置は車両の進行方向に応じて測距を行なう方向を可変する方向調節手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の車間距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車間距離測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アクティブ式およびパッシブ式の測距装置を使用した車間距離測定装置や、画像処理技術を利用して先行車両を認識する装置、路面に埋設したデバイスを使用して車速や障害物などとの距離を測定する装置やレーダーを利用した装置などが存在する。（例えば、特許文献１〜４参照）
しかし、アクティブ式の測距装置は測定距離が短く、パッシブ式の測距装置は暗い状況では測距精度が劣化するなど一長一短であり、他の方式はコストが嵩む、応答時間が長いなどのデメリットがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−４３０８３号公報（第２〜３頁、第１〜２図）
【特許文献２】
特開２０００−３３９５９４公報（第２〜５頁、第１図、第６図）
【特許文献３】
特開２０００−２６８２９８公報（第２〜４頁）
【特許文献４】
特開平９−３０９３５８号公報（第２〜４頁、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、従来からカメラのＡＦ機構に使用されている測距技術を応用して、ローコストで応答性に優れ、周囲の明るさに影響され難い車間距離測定装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の車間距離装置は外界の輝度を検出する輝度検出手段と、内蔵された光源が発する測距光を前方に投光し先行車両によって反射された反射光の受光位置から先行車両までの距離を測定するアクティブ方式測距装置と、それぞれが受光レンズを備えた一対のセンサアレイ上に結像する先行車両の像位置から先行車両までの距離を測定するパッシブ方式測距装置と、を備え、前記輝度検出手段によって検出された外界の輝度に応じて前記アクティブ方式測距装置と前記パッシブ方式測距装置を切替えて測距を行なうことを特徴とする。
【０００６】
上記構成の発明では、アクティブ方式測距装置とパッシブ方式測距装置の両方を備え、輝度検出手段で検出した外界の輝度に応じてアクティブ／パッシブを切替えて測距を行なう。明るいときは遠距離でも高精度な測距ができるパッシブ、暗いときは暗さに強いアクティブを使い分けることで、ローコストで応答性に優れた車間距離測定装置とすることができる。
【０００７】
請求項２に記載の車間距離装置は前記アクティブ方式測距装置の前記光源は近赤外ＬＥＤであることを特徴とする。
【０００８】
上記構成の発明では、人体への危険度が高いレーザーを使用せず高輝度ＬＥＤを使用し、かつ近赤外域の波長を用いることで先行車両や対向車の運転者の目に悪影響を及ぼす危険がない。
【０００９】
請求項３に記載の車間距離装置は前記輝度検出手段が前記パッシブ方式測距装置の受光部であることを特徴とする。
【００１０】
上記構成の発明では、外界の輝度を検出する輝度検出手段にパッシブ測距装置の受光部を使用したことで装置全体の小型化と簡略化、コストダウンを図ることができる。
【００１１】
請求項４に記載の車間距離装置は前記輝度検出手段と前記アクティブ方式測距装置と前記パッシブ方式測距装置をモジュール化した測距装置が複数設置されることを特徴とする。
【００１２】
上記構成の発明では、車両にモジュール化した複数の測距装置を設置することで測距の高精度化、装置間の相互補完による故障時のバックアップなどが可能となる。
【００１３】
請求項５に記載の車間距離測定装置は前記アクティブ方式測距装置と前記パッシブ方式測距装置は車両の進行方向に応じて測距を行なう方向を可変する方向調節手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記構成の発明では、測距方向を車両の正面ではなく進行方向とすることで、コーナリング時の車間距離測定精度を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１には、第１形態に係る車間距離測定装置の斜視図が示されている。
【００１６】
図１に示すように、車間距離測定装置１０はアクティブユニット１４とパッシブユニット１６を組合せ、積み重ねたモジュール１２を複数並べた構成となっている。
【００１７】
アクティブユニット１４は略直方体形状であり、前面に投光レンズ１８、および受光レンズ２０が設けられており、投光レンズ１８と受光レンズ２０の光軸は同一平面上にある。投光レンズ１８から発せられる測距用の近赤外光は、悪天候時や未舗装路走行の際は路面近傍の水飛沫や埃の影響を受けるので、路面から距離を置いた装置上方に投光レンズ１８を設けるのが望ましい場合がある。あるいは車両先端部やフロントグリルの形状によっては、定常光の影響を避けるため装置上方に受光レンズ２０を設けるのが望ましい場合もあるので、装置全体もしくはアクティブユニット単体で上下を逆に設置できる構造としてもよい。
【００１８】
アクティブユニット１４の前面はレンズ保護のため、および投光レンズ１８から発せられる光束から可視光をカットし、赤外光だけを透過するために赤外フィルター２６で覆われている。
【００１９】
パッシブユニット１６は略直方体形状であり、アクティブユニット１４と積み重ね、モジュール１２として使用するために横幅と奥行きはアクティブユニット１４と等しい外寸となっている。パッシブユニット１６は前面に受光レンズ２２、および２４が設けられており、受光レンズ２２、および２４の光軸は同一鉛直線上にある。パッシブユニット１６の前面はレンズ保護のため、透明なフィルター２８で覆われている。
【００２０】
また、アクティブユニット１４およびパッシブユニット１６はそれぞれ嵌合部３０を備え、互いに嵌合させることで高精度かつ堅牢にモジュール１２を形成することができる。
【００２１】
図２には、第１形態に係る車間距離測定装置の断面図が示されている。
【００２２】
図２に示すように、アクティブユニット１４には投光レンズ１８の焦点位置に高輝度ＬＥＤ３２が設けられている。高輝度ＬＥＤ３２は近赤外域の分光特性を持ち、発した光束は投光レンズ１８によって収束し、フィルター２６によって可視光をカットされ、近赤外光の成分のみで前方に投影され、先行車両上にスポットとして結像される。
【００２３】
受光レンズ２０の焦点面には受光素子３４が設けられている。高輝度ＬＥＤ３２から発せられ先行車両に照射された近赤外光は受光レンズ２０で受光され、受光素子３４上にスポット像を結ぶ。受光素子３４はスポット像の位置から先行車両までの距離を測定する。このとき、投光レンズ１８の光軸ａ１と受光レンズ２０の光軸ａ２間の距離ｄ１がアクティブユニット１４の基線長となる。
【００２４】
パッシブユニット１６には受光レンズ２２、および２４の焦点面に光センサアレイ３６と３８がそれぞれ設けられている。光センサアレイ３６と３８上には、受光レンズ２２、および２４によって先行車両の像が結ばれており、この像位置から先行車両までの距離を測定する。このとき、受光レンズ２２の光軸ａ３と受光レンズ２４の光軸ａ４間の距離ｄ２がパッシブユニット１６の基線長となる。
【００２５】
また、光センサアレイ３６または３８あるいは両方が検出した光量情報が切替判断部４６へ出力され、外界の輝度が測定される。
【００２６】
本実施例ではアクティブユニット１４、パッシブユニット１６を縦置きとし、上下に積み重ねた構造としているが、これに限らず両ユニットを横置きとして平積み構造としてもよいのは言うまでもない。特に最近の、空力を重視した車両においてはフロントノーズ部分の上下寸法が小さいため、平積み構造とするメリットが大きい。
【００２７】
図３には、第１形態に係るアクティブユニットの原理図が示されている。
【００２８】
図３に示すように、アクティブユニット１４の高輝度ＬＥＤ３２から照射された近赤外光は投光レンズ１８によって先行車両４０、４２上にスポットとして結像する。この先行車両からの反射光（近赤外光）は、受光レンズ２０によってＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ：位置検出素子）あるいは多分割ＳＰＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｐｈｏｔｏ　Ｃｅｌｌ：シリコン受光素子）等からなる受光素子３４上にスポット像を結び、スポット像の位置は受光素子３４上の変位量ｘ１またはｘ２として検出される。
【００２９】
先行車両が４２の位置にあるとき、受光レンズ２０から先行車両までの距離はＬ２であり、反射光によって受光素子３４上に結像するスポットの位置は、受光レンズ２０の光軸が受光素子３４の受光面と交わる点を原点ｘ０とすると、ｘ０からの変位量ｘ２として検出される。
【００３０】
同様に先行車両が４０の位置にあるとき、受光レンズ２０から先行車両までの距離はＬ１であり、受光素子３４上では変位量ｘ１として検出される。
【００３１】
ここで受光レンズ２０の焦点距離をｆとすると、Ｌ２：ｄ１＝ｆ：ｘ２という関係が成り立つ。すなわち　Ｌ２×ｘ２＝ｆ×ｄ１　となる。ｆとｄ１は固定の数値なので、受光素子３４上の変位量ｘ２から先行車両４２までの距離Ｌ２が導き出される。同様にして変位量がｘ１ならば先行車両４０までの距離はＬ１となる。
【００３２】
図４には、第１形態に係るパッシブユニットの原理図が示されている。
【００３３】
図４に示すように、先行車両が４０の位置にあるとき、受光レンズ２２および２４によって先行車両４０の像が光センサアレイ３６および３８上にｘ１およびｘ１’の位置に結像する。
【００３４】
同様に先行車両が４２の位置にあるとき、受光レンズ２２および２４によって先行車両４２の像が光センサアレイ３６および３８上にｘ２およびｘ２’の位置に結像する。
【００３５】
ここでもアクティブユニット１４と同様、受光レンズ２２および２４の焦点距離をｆ’、受光レンズ２２および２４の光軸が光センサアレイ３６および３８と交わる点をｘ０およびｘ０’とすると、先行車両までの距離Ｌ１はｘ０からｘ１までの変位量（ｄｘ１とする）とｘ０’からｘ１’までの変位量（ｄｘ１’とする）、および焦点距離ｆ’と基線長ｄ２から導き出される。同様に距離Ｌ２はｘ０からｘ２までの変位量（ｄｘ２とする）とｘ０’からｘ２’までの変位量（ｄｘ２’とする）、および焦点距離ｆ’と基線長ｄ２から導き出される。
【００３６】
すなわち、先行車両４０が受光レンズ２２と２４の正面、つまり受光レンズ２２と２４のから等距離にいる場合、Ｌ１：ｄ２／２＝ｆ’：ｄｘ１なる関係が成り立つ。
【００３７】
同様に先行車両が４２の位置にいる場合、、Ｌ２：ｄ２／２＝ｆ’：ｄｘ２なる関係が成り立ち、ｄ２とｆ’は固定の数値なのでｄｘ１およびｄｘ２からＬ１とＬ２を求めることができる。このとき、光センサアレイの配列方向によっては目標物が正面を横切る動きと遠近方向の動きを区別しにくいため、複数の光センサアレイ、およびモジュールを組み合わせ測距精度を向上させている。
【００３８】
図５には、第１形態に係る車間距離測定装置のブロック図が示されている。
【００３９】
図５に示すように、外界の輝度を検出する機能をパッシブユニット１６に受持たせ、輝度検出のためのデバイスは特に設けずにパッシブユニット１６に備えられた光センサアレイで外界の輝度を検出する。得られた輝度値を切替判断部４６へと送る。切替判断部４６では、外界の輝度が一定の値より低い場合はアクティブユニット１４を作動させて測距データを採って演算部４８へ送り、一定の値より高い場合はパッシブユニット１６からの測距データを演算部４８へ送る判断を行う。
【００４０】
演算部４８では送られた測距データと車速センサー部５２で検出された車速データから現時点での車速における車間距離が安全なものか判断される。安全ではないと判断された場合は警告部５０に命令が送られ、警告部５０では運転者に注意を促すか、車間距離をあけるためにエンジン制御を行なう等して車速を低下させる。
【００４１】
この場合、外界の輝度検出は常に行っているため、本形態ではパッシブユニット１６は常に作動している。この場合は測光部を必要としないので構成が単純であり、部品点数が少なく、コストダウンも可能となる。
【００４２】
図６には、第２形態に係る車間距離測定装置のブロック図が示されている。
【００４３】
図６に示すように、測光部４４が外界の輝度を測定し、得られた輝度値を切替判断部４６へと送る。切替判断部４６では、外界の輝度が一定の値より低い場合はアクティブユニット１４を作動させて測距データを採って演算部４８へ送り、一定の値より高い場合はパッシブユニット１６を作動させて測距データを採り演算部４８へ送る判断を行う。
【００４４】
この場合は部品点数が増えるが、パッシブユニット１６を常に作動させておく必要はなく、また測光部４４の設置場所が自由に設定できるため対向車のヘッドライトの影響などを少なくできるメリットがある。
【００４５】
図７には、第１形態に係る車間距離測定装置の動作に関するフロー図が示されている。
【００４６】
まずステップ６０で車速ｖｎを検出する。車速ｖｎは速度計から取り込んでも、また図５、図６のように新たに車速センサ部５２を設けてもよい。
【００４７】
次いでステップ６２で安全車間ｋｓを算出する。安全車間ｋｓは車速ｖｎの関数、すなわちｋｓ＝ｆ（ｖｎ）で表すことができる。
【００４８】
続いてステップ６４で測距データｋｎを採る。この測距データｋｎは複数のモジュール１２から演算部４８へ送られるもので、外界の輝度によってアクティブ、パッシブのいずれかのユニットが選択される。
【００４９】
次にステップ６６で安全車間ｋｓと測距データｋｎの比較を行なう。測距データｋｎが安全車間ｋｓ以上、すなわちｋｎ≧ｋｓであれば何もせずにステップ６０へと戻り、再度車速ｖｎの検出からフローを繰り返す。測距データｋｎが安全車間ｋｓ未満、すなわちｋｎ＜ｋｓであればステップ６８へと進む。
【００５０】
ステップ６８では車間距離が安全車間に満たないことを運転者に警告して注意を促す、あるいは電子制御燃料噴射装置を搭載している場合は燃料をカットして車速を落とす、または電子制御変速機を搭載している場合はギアを１段〜２段程度落とす、あるいはフットブレーキを作動させる等で車速を落とし、車間距離を空ける。これらの対応を行なったのち、再びステップ６０へと戻りフローを繰り返す。
【００５１】
ただし、燃料カットやブレーキによる減速を行なう場合は先行車両の速度から車間距離の変動を予測し、自車の速度制御を行なわないとオーバーシュートを引き起こし、車体がスナッチングするなど乗り心地の悪化をもたらすので、きめ細かい車速制御と高度な演算処理、さらに前記ステップ６０〜６８までのサイクルを処理する速度の向上が重要となる。本願では、ＡＦカメラにおいて既に実用化されている技術を取り入れているので、予測駆動ＡＦなどの応用でローコストかつ高速な測距装置とすることができる。
【００５２】
図８には、第３形態に係る車間距離測定装置の斜視図が示されている。
【００５３】
図８に示すように、ベース板７０が長手方向の一方の端で支点７２の回りに回動自在に保持されている。ベース板７０のもう一方の端はスライド板７４にネジ７６で固定され、ネジ穴８０はベース板７０の長手方向に伸びた長穴となっている。
【００５４】
スライド板７４は端部天面にラックギア８２が刻まれ、モータ７８が駆動するピニオンギア８４と嵌合している。これにより、モータ７８の回転はピニオンギア８４からラックギア８２に伝わり、スライド板７４を矢印方向にスライドさせる。
【００５５】
スライド板７４に固定されたネジ７６はベース板７０を、支点７２を中心として回動させる。このベース板７０にはモジュール１２が搭載され、固定されているので、ベース板７０の動きに合わせてモジュール１２は方向を変える。すなわち、モジュール１２が測距する方向はモータ７８の回転によって調節される。
【００５６】
図９および図１０には、第３形態に係る車間距離測定装置の動作説明図が示されている。
【００５７】
図９に示すように、ステアリングの回転または前輪の角度を検出する方向センサ９０によって車体の進行方向が検出され演算部４８へ送られる。演算部４８では方向データをもとにモータ７８の回転を制御し、モジュール１２が常に前輪の方向、つまり車体の進行方向を向くようにする。
【００５８】
これにより図１０に示すようにコーナリング時にも、自車８６の正面ではなく前輪８８の向いた方向にモジュール１２が測距を行なうため、正確な車間距離測定を行なうことができる。
【００５９】
ただし、車間距離の測定を目的としたシステムであるため、ある程度以上の車速が出ている状態での使用を前提としており、車庫入れのように低速でフルロック状態の車体進行方向に追随する必要はない。すなわち、モジュール１２の方向変化量はステアリング／前輪の方向変化のうち直進状態を中心とした狭い範囲をカバーすれば充分である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、ローコストで応答性に優れ、周囲の明るさに影響され難い車間距離測定装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態１に係る車間距離測定装置の斜視図である。
【図２】本実施形態１に係る車間距離測定装置の断面図である。
【図３】本実施形態１に係るアクティブユニットの断面図である。
【図４】本実施形態１に係るパッシブユニットの断面図である。
【図５】本実施形態１に係る車間距離測定装置のブロック図である。
【図６】本実施形態２に係る車間距離測定装置のブロック図である。
【図７】本実施形態に係る車間距離測定装置のフロー図である。
【図８】本実施形態３に係る車間距離測定装置の斜視図である。
【図９】本実施形態３に係る車間距離測定装置のブロック図である。
【図１０】本実施形態３に係る車間距離測定装置の動作説明図である。
【符号の説明】
１０　　車間距離測定装置
１２　　モジュール
１４　　アクティブユニット
１６　　パッシブユニット
１８　　投光レンズ
２０　　受光レンズ
２２　　受光レンズ
２４　　受光レンズ
２６　　赤外フィルタ
２８　　透明フィルタ
３０　　嵌合部
３２　　高輝度ＬＥＤ
３４　　受光素子
３６　　光センサアレイ
３８　　光センサアレイ
４０　　先行車両
４２　　先行車両
８６　　自車
８８　　前輪
【図１】
2004117257.tif 000003
【図２】
2004117257.tif 000004
【図３】
2004117257.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004117257.tif 000009
【図８】
2004117257.tif 000010
【図９】
2004117257.tif 000011
【図１０】
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