JP3146838B2 - 測距センサーヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用の測距センサー
ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用の測距センサーヘッドを用
いた車両間距離測定の一例として、図６に示す方式によ
るものがある。この方式は、図６で先行車両６５の後部
に向けてＬＥＤ光を送光する測距センサーヘッド６１を
車両６０に設け、先行車両６５の後部のリフレクター６
６で反射したＬＥＤ光を測距センサーヘッド６１で受光
し（図６（ａ））、送光から受光までの時間を測定して
既知であるＬＥＤ光の速度から先行車両との距離をＲ＝
Ｃ×ΔＴ／２として算出する（図６（ｂ））。ここで、
ＣはＬＥＤ光の速度（光速）、ΔＴはＬＥＤ光の往復時
間である。

【０００３】上述の測距センサーヘッドの構造として
は、例えば、図７に示すものがある。

【０００４】ＣＰＵ７１でＬＤ駆動回路７２を制御し、
レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３を順次切換え
て駆動させＬＥＤ光を発光させる。

【０００５】ＬＥＤ光は、送光レンズ７３で集光されて
測距センサーヘッド７０の前面の透明カバー７４を透過
して先行車両のリフレクターに達する。先行車両のリフ
レクターで反射されたＬＥＤ光は測距センサーヘッド７
０に戻り、前面の透明カバー７４を再び透過して受光レ
ンズ７５で受光素子としてのフォトダイオードＰＤ１，
ＰＤ２に入光し反射光信号として出力される。反射光信
号は増幅器７６で増幅されＣＰＵ７１に送出され、ＣＰ
Ｕ７１では送光から受光までの時間を基に既知であるＬ
ＥＤ光の速度から先行車両との距離を上述した車間距離
算出式より計算する。

【０００６】また、ＬＥＤ光が透過する透明カバー７４
の汚れを検出するために測距センサーヘッド７０には測
距するための送受光用の素子とは別に、微弱な出力の発
光素子ＬＥＤ（発光ダイオード）と受光素子フォトダイ
オードＰＤを設け、発光素子ＬＥＤからの光を送光し、
受光素子フォトダイオードＰＤで受光した透明カバー７
４による反射光を反射光信号とし、増幅器７６で増幅し
てＣＰＵ７１に送出する。ＣＰＵ７１では入力した反射
光信号から透明カバー７４の汚れ１６の存在を判別する
と共に、この判別結果に応じて増幅器７６の増幅度合を
変化させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
測距センサーヘッドにあっては、透明カバー７４の汚れ
を検出するために測距用の発光素子ＰＤ１，ＰＤ２，Ｐ
Ｄ３のみを用いるとその出力が高いため、極めて近距離
にある透明カバー７４の面からの反射光の受光について
みると、透明カバー７４の面が汚れている場合も汚れて
いない場合も受光強度が非常に大きく、受光レベルの差
が僅かであるために透明カバー面７４が汚れているか汚
れていないかの判定ができないこととなる。

【０００８】そこで、遠距離の測距を可能にするために
高出力の発光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３をもつＬＥＤ
送光部とは別にＬＥＤ光が透過する透明カバー７４の汚
れを検出するために測距用の発光素子の出す波長とは異
なる波長で、微弱な出力の発光素子ＬＥＤを有する送光
部と透明カバー７４の汚れに反射した微弱なＬＥＤ光を
受光する受光部を設けている。

【０００９】このため、距離測距センサーヘッドの容積
が大きくなること、及び部品数が多いという問題点があ
った。

【００１０】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたものであり、車間距離測定用として設けた送
光部及び受光部の他に、透明カバーの汚れ検出用に送光
部及び受光部を設けなくても済む構成とした測距センサ
ーヘッドを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明の測距センサーヘッドは、
図１に示す如く、車両前方へ光を出射する複数の発光素
子Ａ1 〜Ａn を有する発光部Ａと、この発光部Ａの複数
の発光素子Ａ1 〜Ａn のうち少なくとも１つの発光素子
を所定タイミング毎に発光させる駆動手段Ｅと、この発
光部Ａによる出射光を車両前方の外部へ透過させる一
方、前記出射光に基づく車両前方の外部からの到来光を
車両後方へ透過させる透過部Ｂと、前記発光部Ａの複数
の発光素子Ａ1 〜Ａn のうち少くとも１つの発光素子の
出射光による前記透過部Ｂでの反射光及び前記到来光を
受光する受光素子Ｃと、前記発光部Ａの発光素子Ａ1 〜
Ａn が１回の出射光を出射してから前記受光素子が到来
光を受光するまでの往復時間に基づき自車両と自車両前
方の先行移動体との間の距離を算出する距離算出手段Ｄ
と、前記発光部Ａの発光素子が前記１回の出射光を出射
した際に、前記透過部Ｂでの反射光を前記受光素子で受
光した受光レベルに基づいて前記透過部Ｂの汚れを判断
する汚れ判断手段Ｆと、を有することを特徴とする。上
記の目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、
請求項１記載の発明の測距センサーヘッドにおいて、前
記距離算出手段Ｄは、前記受光素子Ｃが受光したアナロ
グ信号を所定周波数のサンプリングパルス毎に所定基準
レベルと比較し、前記アナログ信号が前記所定基準レベ
ルを超えるときを“１”、前記アナログ信号が前記所定
基準レベル以下のときを“０”に対応させてデジタル信
号に変換するサンプリング手段と、前記サンプリング手
段により変換された前記デジタル信号を前記サンプリン
グパルス毎に所定送信回数だけ加算した加算値を算出す
る加算手段とを有し、前記加算値が最大値を示したサン
プリングパルスを前記先行移動体からの反射信号と見な
して前記先行移動体との距離を算出することを特徴とす
る。

【００１２】

【作用】請求項１記載の発明による測距センサーヘッド
であれば、駆動手段Ｅにより発光部Ａの複数の発光素子
Ａ1 〜Ａn のうち少なくとも１つの発光素子を所定タイ
ミング毎に発光させるため、この発光素子での出射光に
基づく車両前方の外部からの到来光を透過部Ｂを通して
受光素子Ｃが受光して得られるこの受光素子Ｃでの１回
の出射光を出射してから反射光を受光するまでの往復時
間に基づき、距離算出手段Ｄにより自車両と自車両前方
の先行移動体との間の距離を算出することができる。ま
た、発光部Ａの発光素子がこの１回の出射光を出射した
際に、受光素子Ｃで受光した反射光の受光レベルに基づ
いて透過部Ｂの汚れを汚れ判断手段Ｆにて判断すること
ができる。請求項２記載の発明による測距センサーヘッ
ドによれば、受光素子Ｃが受光したアナログ信号を所定
周波数のサンプリングパルス毎にデジタル信号に変換
し、このデジタル信号をサンプリングパルス毎に所定送
信回数だけ加算し、加算値が最大となったところが先行
移動体からの反射信号であると判断することにより、受
光信号を反射光信号とノイズとに分離することが可能と
なる。

【００１３】

【実施例】図２は本発明に基づく測距センサーヘッドの
一実施例の構成を示すブロック図であり、１はＣＰＵ
（制御・演算部）、２は送光駆動回路、３は複数の発光
素子（例えばＬＥＤ）からなる発光部、４は送光レン
ズ、５は測距センサーヘッドの透過部としての透明カバ
ー、６は先行車両による反射波、７はガラス面の汚れに
よる反射光、８は距離データ出力部、９は受光フィル
タ、１０は受光レンズ、１１は受光素子（フォトダイオ
ード）からなる受光部、１２は増幅器、１３は信号処理
部、１４はサンプリング回路、１５は加算回路、１６は
ガラス面に付着した汚れ、１００は車両用の測距センサ
ーヘッドである。

【００１４】なお、図２で、透過部として前面ガラス５
が用いられているが、ガラスに限ることなくＬＥＤ光等
の電磁波を透過する透明な物質から構成されたカバー状
のものであればよい。

【００１５】図３は、本発明の測距センサーヘッドの基
本的動作を示すフローチャートである。

【００１６】ステップＳ１で、ＣＰＵ１は送光駆動回路
２を制御し複数の発光素子３の全てを順次駆動させ出力
レベルの低いＬＥＤによる（以下ＬＥＤと称す）光を発
生させ、そのＬＥＤ光を送光レンズ４で集光してビーム
状とし測距センサーヘッドの前面ガラス５を透過させて
ヘッド外に送光する。

【００１７】ステップ２で、前面ガラス５のガラス面で
の反射光及び対象車両からの反射光はいずれも受光素子
１１に入力し反射光信号（アナログ信号）に変換される
が、出力が微弱なので増幅器１２で増幅してからＣＰＵ
１に与えられる。

【００１８】ステップＳ３では、ＣＰＵ１はガラス面か
らの反射光と対象車両からの反射光の判別をＬＥＤ光の
出力タイミングごとの受光レベルの比較により行い、ガ
ラス面からの反射光の場合はステップＳ４に移行し、対
象車両からの反射光の場合はステップＳ５に移行する。

【００１９】ここで、図４は送光ＬＥＤ光及び受光信号
の波形図であり、図４（ａ）は送光ＬＥＤ出力の波形を
示し、図４（ｂ）はガラスに汚れのない場合の受光信号
の波形を示し、図４（ｃ）はガラスに汚れのある場合の
受光信号の波形を示す。また、図４（ｂ），（ｃ）でＡ
区間はガラス面からの反射光による反射光信号ピークで
あり、Ｂ区間は対象車両からの反射光信号とノイズの混
在した受光信号区間である。

【００２０】測距のために送光する微弱なＬＥＤ光は図
４（ａ）に示すように一定の周期で送光され、受光素子
１１で受光され反射光信号となるが、周期の始めに図４
（ｂ），（ｃ）のＡ区間に示すようにガラス面からの反
射光による反射光信号のピーク４１があり、対象車両か
らの反射光による受光信号がそのあとに続く。このよう
にＬＥＤ光の出力のタイミングよりピークを検出するこ
とでガラス面からの反射光と対象車両からの反射光の判
別ができる。

【００２１】ステップ４で、ＣＰＵ１はガラス面の汚れ
の判定を行い、汚れが基準値を超えている場合にはステ
ップＳ６に移行し、汚れていないか、汚れが基準値内の
場合にはステップＳ５に移行する。

【００２２】ガラス面の汚れの判定において、送光され
るＬＥＤ光は出力レベルが低いために図４に示すように
極く距離の短いガラス面からの反射光による反射光信号
のピークの強度の方が（汚れのあるなしに拘らず）距離
の遠い対象車両からの反射光による反射光信号の強度よ
りも大きくなる。これにより、ＣＰＵ１は増幅器１２で
変換されたアナログ信号のレベルがガラス面の汚れの基
準値を超えるか否を検出し判定することができる（詳細
は後述（＜１．汚れの判定＞参照））。

【００２３】ステップＳ５では、ＣＰＵ１は先行車両後
部のリフレクターで反射した反射光による受光信号（反
射光信号＋ノイズ）から反射光信号基準値を基に反射光
信号を判別して車間距離計算を行う（詳細は後述（＜
３．車間距離計算＞参照））。なお、反射光信号基準値
レベルは、予め、ノイズだけの場合のアナログ信号の変
動幅から中央値として求めておくことができる。

【００２４】ステップＳ６では、前面ガラス５の汚れが
限度（汚れの基準値）を超えているので、前面ガラス５
の汚れがひどく距離算出可能な受光強度が確保できない
場合として、例えば、”ガラスの汚れにより距離測定不
可能”のような測距不能表示を行って、前面ガラスの清
掃の必要性をユーザに報知することができる（汚れの基
準値については、後述＜２．汚れ限度の判定＞参照）。

【００２５】＜１．汚れの検出＞発光素子３から出て送
光レンズ４を透過したＬＥＤ光はセンサーヘッドの前面
ガラス５に到達する。

【００２６】このとき、ガラス表面に汚れ１６が付着し
ていなければＬＥＤ光は前面ガラス５を透過してセンサ
ーヘッド外側に送光される。

【００２７】一方、前面ガラス５に泥等の汚れ１６が付
着している場合にはＬＥＤ光は前面ガラス５の汚れが付
着した部分のガラス面で反射する。そしてその反射ＬＥ
Ｄ光は受光素子１１としてのフォトダイオードに入光
し、増幅器１２によって反射光信号として検知される。

【００２８】反射光の量は前面ガラス５の汚れている部
分の面積によって異なるので、受光素子１１としてのフ
ォトダイオードに入光する受光強度が、汚れている部分
の面積によって異なることとなり、汚れの程度を検出す
ることができる。

【００２９】前面ガラス５の表面に汚れの付着がない場
合はＬＥＤ光の殆どが前面ガラス５を透過していくた
め、ガラス表面からの反射光の強度は弱く、受光素子
（フォトダイオード）１１を介して増幅器１２により変
換されたアナログ信号レベルは図４（ｂ）のＡ区間（汚
れ反射信号部分）に示すように汚れ判断の基準値以下に
なっている。

【００３０】一方、ガラスの表面に汚れが付着している
場合は汚れの付着した部分のガラス表面からの反射によ
り受光素子１１を介して増幅器１２で変換したアナログ
信号レベルは図４（ｃ）のＡ区間に示すように汚れ判断
の基準値を超える。

【００３１】＜２．汚れ限度の判定＞ ここで、前面ガラス５の汚れの実用上の限界の基準とし
て、発光素子３から送出したＬＥＤ光が前面ガラス５の
汚れの付着したガラス部分を透過して測距対象物として
の先行車両のリフレクターに反射して戻った反射光の強
度が、信号処理部１３で信号とノイズを識別することが
できＣＰＵ１で距離算出可能となる、最低レベルの光の
強度で検出した前面ガラス５の汚れの程度、言換えれ
ば、フォトダイオード（受光素子１１）に入力する上記
反射光の強度を用いることができる。このような基準を
用いることにより、前面ガラス５の汚れがひどく距離算
出可能な受光強度が確保できない場合を検知できる。

【００３２】＜３．車間距離測定＞車間距離は前述した
ように、発光素子３からＬＥＤ光を送光して受光素子１
１が先行車両のリフレクターの反射光を受光するまでの
時間、すなわち、反射物体までのＬＥＤ光の往復時間を
計測して車間距離を求める。

【００３３】ここで、反射光信号とノイズが混在する図
４のＢ区間のアナログ信号に対しては、前述したように
増幅器１２で変換し、更に、信号処理部１３でサンプリ
ング処理及び加算処理し、加算処理の結果からＣＰＵ１
が反射光信号とノイズとを判別し、判別された反射光信
号を基に対象物までの距離を算出する。

【００３４】なお、送光するＬＥＤ光は微弱なため受光
素子１１で受光される対象車両からの反射光も微弱とな
り、そのままではノイズとの判別が困難となるため受光
した反射光信号とノイズが混在しているアナログ信号を
増幅器１２で増幅して信号処理部１３に入力して反射光
信号とノイズとの識別を行う。

【００３５】図５は反射光信号とノイズとの識別処理の
説明図であり、信号処理部１３は図５（ａ）に示すよう
なアナログ信号（反射光信号＋ノイズ）を、サンプリン
グ回路１４で所定周波数のサンプリングパルス毎に基準
レベルに対するアナログ信号レベルを比較し、アナログ
信号レベルが基準レベルを超えるときを”１”、アナロ
グ信号レベルが基準レベル以下のときを”０”に対応さ
せて図５（ｂ）に示すようにビット値で表し、デジタル
データに変換する。

【００３６】次に、上記により送受光のたびに得るサン
プリングパルス毎のビット値を図５（ｃ）に示すように
連続して加算回路１５で、対応ビット毎に所定送受光回
数だけ加算する。

【００３７】図５（ｃ）は１回目の送受光で得たサンプ
リングパルス毎のビット値，２回目の送受光で得たサン
プリングパルス毎のビット値，・・・，５０００回の送
受光で得たサンプリングパルス毎のビット値の加算プロ
セスを示し、図２（ｄ）はその加算値をグラフ化して示
したものであり、対象物からの反射光信号が存在するビ
ットの加算値が最も大きな値となる。

【００３８】従って、ビット毎の加算値を調べることに
よりノイズと反射光信号の識別を行うことができる。こ
のためにＣＰＵ１は加算値が最大のビットがサンプリン
グパルスの何番目にあるかということと、サンプリング
周期を基に送光から受光に要した時間を求め、既知であ
るＬＥＤ光の速度から反射物体までの距離を算出する。

【００３９】この時間算出の分解能はサンプリング周波
数の大きさに依存し、距離算出の分解能に相当する。そ
して、距離算出の分解能の向上は上述のサンプリング周
期を小さくすることにより可能となる。

【００４０】上記により、本発明の車両用の測距センサ
ーヘッドでは測距機能と汚れ検知機能を１つの送光部及
び１つの受光部で共有できるので、前面ガラスの汚れ検
出専用の送光部及び受光部を別に設けることを要しな
い。

【００４１】以上本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種
々の変形実施が可能であることはいうまでもない。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の測距センサ
ーヘッドによれば、発光部の複数の発光素子のうち少な
くとも１つの発光素子を所定タイミング毎に発光させて
車両前方へ透過部を通して光を出射し、１回の出射光を
出射してからこの出射光に基づく到来光を受光するまで
の往復時間に基づき、自車両と自車両前方の先行移動体
との間の距離を測定することができると同時に、この１
回の出射光を用いて透過部の汚れを判断するので、汚れ
検知専用の発光素子及び受光素子を設けなくても済む。
また、発光素子としてＬＥＤ等の出力が微弱な素子を用
いた場合、受信信号をサンプリング処理し、加算処理を
行うことにより受信信号から反射光信号を抽出すること
が可能となり、正確な測距を行うことができる。

【００４３】また、上記により本発明の測距センサーヘ
ッドは部品点数が少なく簡単な構造で構成でき、小型化
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図である。

【図２】本発明に基づく測距センサーヘッドの一実施例
の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の測距センサーヘッドの基本的動作を示
すフローチャートである。

【図４】送光ＬＥＤ光及び受光信号の波形図である。

【図５】反射信号とノイズとの識別処理の説明図であ
る。

【図６】従来の車両用の測距センサーヘッドを用いた車
両間距離測定の一例である。

【図７】従来の車両用の測距センサーヘッドの構造の一
例である。

【符号の説明】

Ａ 発光部 Ａ₁ 〜Ａ_n 発光素子 Ｂ 透過部 Ｃ 受光素子 Ｄ 距離算出手段 Ｅ 駆動手段 Ｆ 汚れ判断手段 １ ＣＰＵ（発光素子駆動手段，汚れ判別手段，距離算
出手段） ２ 送光駆動回路（発光素子駆動手段） ３ 発光素子（送光部） ５ センサーヘッドの前面ガラス（カバー） １１ 受光素子（受光部） １３ 信号処理部（距離算出手段） １６ ガラス面に付着した汚れ １００ 測距センサーヘッド

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両前方へ光を出射する複数の発光素子
   を有する発光部と、この発光部の複数の発光素子のうち少なくとも１つの発
   光素子を所定タイミング毎に発光させる駆動手段と、 この発光部による出射光を車両前方の外部へ透過させる
   一方、前記出射光に基づく車両前方の外部からの到来光
   を車両後方へ透過させる透過部と、 前記発光部の複数の発光素子のうち少くとも１つの発光
   素子の出射光による前記透過部での反射光及び前記到来
   光を受光する受光素子と、 前記発光部の発光素子が１回の出射光を出射してから前
   記受光素子が到来光を受光するまでの往復時間に基づき
   自車両と自車両前方の先行移動体との間の距離を算出す
   る距離算出手段と、 前記発光部の発光素子が前記１回の出射光を出射した際
   に、前記透過部での反射光を前記受光素子で受光した受
   光レベルに基づいて前記透過部の汚れを判断する汚れ判
   断手段と、 を有することを特徴とする測距センサーヘッド。
2. 【請求項２】 前記距離算出手段は、 前記受光素子が受光したアナログ信号を所定周波数のサ
   ンプリングパルス毎に所定基準レベルと比較し、前記ア
   ナログ信号が前記所定基準レベルを超えるときを
   “１”、前記アナログ信号が前記所定基準レベル以下の
   ときを“０”に対応させてデジタル信号に変換するサン
   プリング手段と、 前記サンプリング手段により変換された前記デジタル信
   号を前記サンプリングパルス毎に所定送信回数だけ加算
   した加算値を算出する加算手段とを有し、 前記加算値が最大値を示したサンプリングパルスを前記
   先行移動体からの反射信号と見なして前記先行移動体と
   の距離を算出することを特徴とする請求項１記載の測距
   センサーヘッド。