DE102017220760A1

DE102017220760A1 - Objektdetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017220760A1
Application number: DE102017220760.4A
Authority: DE
Inventors: Naoki Otani; Hidenori Miyazaki; Hoshibumi Ichiyanagi
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2018-06-07
Also published as: CN108152825A; US10018710B2; US20180156938A1; JP6587599B2; JP2018091730A

Abstract

Eine Objektdetektionsvorrichtung enthält ein erstes Substrat mit einer Laserdiode darauf; ein zweites Substrat mit einer Photodiode darauf; ein Halterungselement, das das erste und zweite Substrat hält; einen optischen Ablenker, der Licht, das von der LD projiziert wird, ablenkt, um ein Ziel mit dem abgelenkten Licht zu bestrahlen, und vom Ziel reflektiertes Licht ablenkt; und einen reflektierenden Spiegel, der das reflektierte Licht, das durch den optischen Ablenker abgelenkt wird, zur PD leitet. Die LD ist an einer Montagefläche des ersten Substrats montiert, um Licht vorwiegend in einer Richtung parallel zur Montagefläche zu projizieren. Die PD ist an einer Montagefläche des zweiten Substrats montiert, um Licht zu empfangen, das vorwiegend in einer Richtung senkrecht zur Montagefläche kommt. Das Halterungselement hält das erste und zweite Substrat parallel, sodass Projektionsebenen des ersten und zweiten Substrats senkrecht zu den Montageflächen einander überlappen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beruht auf der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-235466 , eingereicht am Japanischen Patentamt am 2. Dezember 2016, deren gesamter Inhalt hiermit zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird.
GEBIET
Die Offenbarung betrifft eine Objektdetektionsvorrichtung, die Licht aus Leuchtelementen projiziert und ein Ziel basierend auf einem Ergebnis von reflektiertem Licht des projizierten Lichts, das durch Lichtempfangselemente empfangen wird, detektiert.
HINTERGRUND
Zum Beispiel projiziert eine Objektdetektionsvorrichtung, wie ein Laserradar zur Montage an einem Fahrzeug, Licht aus Leuchtelementen und detektiert, ob ein Ziel vorhanden ist, basierend auf einem Ergebnis von reflektiertem Licht des projizierten Lichts, das durch Lichtempfangselemente empfangen wird. Zusätzlich gibt es auch eine Objektdetektionsvorrichtung, die Licht aus Leuchtelementen projiziert und einen Abstand von der Objektdetektionsvorrichtung zu einem Ziel basierend auf der Zeit detektiert, die verstreicht, bis Lichtempfangselemente vom Ziel reflektiertes Licht empfangen.
Für die Leuchtelemente werden Laserdioden, usw. verwendet. Für die Lichtempfangselemente werden Photodioden, usw. verwendet. Wie zum Beispiel in JP 2003-149338 A , JP 2014-59222 A , JP 2014-52366 A , JP 2014-32149 A , JP 2014-235075 A , JP 2015-137951 A , WO 2016/012579 A und DE 102014110510 A beschrieben, geht von Leuchtelementen projiziertes Licht durch optische Komponenten eines Lichtprojektionssystems, wie eine Lichtprojektionslinse und einen Spiegel, und wird durch einen optischen Ablenker abgelenkt, und ein Ziel wird mit dem abgelenkten Licht bestrahlt. Dann wird das vom Ziel reflektierte Licht durch den optischen Ablenker abgelenkt und dann geht das abgelenkte Licht durch optische Komponenten eines Lichtempfangssystems, wie einen Spiegel und eine Lichtempfangslinse, und wird durch Lichtempfangselemente empfangen. Es ist zu beachten, dass in JP 2003-149338 A von einem Ziel reflektiertes Licht durch eine Lichtempfangslinse gesammelt wird, ohne durch einen optischen Ablenker zu gehen, und durch Lichtempfangselemente empfangen wird. Der optische Ablenker besteht zum Beispiel aus einem Drehspiegel.
Zum Projizieren und Empfangen von Licht auf/von einem Ziel sind in JP 2003-149338 A , JP 2014-59222 A , JP 2014-32149 A , und DE 102014110510 A , Leuchtelemente und Lichtempfangselemente auf verschiedenen Substraten montiert. In JP 2014-235075 A sind Leuchtelemente und Lichtempfangselemente auf demselben plattenartigen Element (Bezugszeichen 1a) montiert. In allen von JP 2003-149338 A , JP 2014-59222 A , JP 2014-32149 A , DE 102014110510 A und JP 2014-235075 A sind die Leuchtelemente auf einer Montagefläche des Substrats montiert, um so Licht vorwiegend in einer Richtung senkrecht zur Montagefläche zu projizieren. Die Lichtempfangselemente sind an einer Montagefläche des Substrats montiert, um Licht zu empfangen, das vorwiegend in einer Richtung senkrecht zur Montagefläche kommt.
Zusätzlich sind in JP 2003-149338 A das Substrat, auf dem die Leuchtelemente montiert sind, und das Substrat, auf dem die Lichtempfangselemente montiert sind, parallel zueinander auf derselben Ebene angeordnet. In JP 2014-59222 A und DE 102014110510 A sind das Substrat, auf dem die Leuchtelemente montiert sind, und das Substrat, auf dem die Lichtempfangselemente montiert sind, senkrecht zueinander angeordnet.
Wenn die Leuchtelemente und die Lichtempfangselemente auf verschiedenen Substraten montiert sind, wird die Objektdetektionsvorrichtung in Richtung einer Seite-an-Seite-Anordnung größer, falls ein Substrat und das andere Substrat Seite an Seite angeordnet sind, sodass ihre Substratflächen auf derselben Ebene liegen. Übrigens ist eine Positionierung von zwei Substraten, sodass ihre Substratflächen senkrecht zueinander liegen, schwieriger als eine Positionierung von zwei Substraten, sodass ihre Substratflächen parallel zueinander sind.
KURZDARSTELLUNG
Eine Aufgabe der Offenbarung ist eine einfache Positionierung von Substraten auf einer Objektdetektionsvorrichtung, in der Leuchtelemente und Lichtempfangselemente auf verschiedenen Substraten montiert sind, und eine Miniaturisierung der Objektdetektionsvorrichtung.
Eine Objektdetektionsvorrichtung einer oder mehrerer Ausführungsformen der Offenbarung enthält ein Leuchtelement bzw. Licht emittierendes Element; ein erstes Substrat, auf dem das Leuchtelement montiert ist; ein Lichtempfangselement; ein zweites Substrat, auf dem das Lichtempfangselement montiert ist; ein Halterungselement, das zum Halten des ersten Substrats und des zweiten Substrats konfiguriert ist; einen optischen Ablenker, der zum Ablenken von projiziertem Licht konfiguriert ist, um ein Ziel mit dem abgelenkten Licht zu bestrahlen und reflektiertes Licht abzulenken, wobei das projizierte Licht vom Leuchtelement projiziert wird und das reflektierte Licht vom Ziel reflektiert wird; und einen reflektierenden Spiegel, der zum Reflektierten von Licht konfiguriert ist, um das reflektierte Licht zum Lichtempfangselement zu lenken, wobei das reflektierte Licht durch den optischen Ablenker abgelenkt wird. Das Leuchtelement ist auf einer Montagefläche des ersten Substrats montiert, um so Licht vorwiegend in einer Richtung parallel zur Montagefläche des ersten Substrats zu projizieren. Das Lichtempfangselement ist an einer Montagefläche des zweiten Substrats montiert, um so Licht zu empfangen, das vorwiegend in einer Richtung senkrecht zur Montagefläche des zweiten Substrats kommt. Das Halterungselement hält das erste Substrat und das zweite Substrat parallel, sodass eine Projektionsebene senkrecht zur Montagefläche des ersten Substrats eine Projektionsebene senkrecht zur Montagefläche des zweiten Substrats überlappt.
Gemäß der obenstehenden Beschreibung projiziert das Leuchtelement, das am ersten Substrat montiert ist, Licht vorwiegend in einer Richtung parallel zur Montagefläche des ersten Substrats, der optische Ablenker lenkt das projizierte Licht ab und ein Ziel wird mit dem abgelenkten Licht bestrahlt. Dann lenkt der optische Ablenker reflektiertes Licht ab, das vom Ziel reflektiert wird, und danach reflektiert der reflektierende Spiegel das abgelenkte Licht in eine Richtung senkrecht zum zweiten Substrat und das Lichtempfangselement, das am zweiten Substrat montiert ist, empfängt das reflektierte Licht. Selbst wenn daher das Leuchtelement Licht in einer Richtung parallel zur Montagefläche des ersten Substrats projiziert, kann das Lichtempfangselement durch die Ablenkung des Lichts vom Ziel reflektiertes Licht empfangen, wodurch ein Objekt detektiert werden kann. Zusätzlich sind in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung das Leuchtelement und das Lichtempfangselement so angeordnet, dass die Hauptlichtprojektionsrichtung von Licht, das vom Leuchtelement projiziert wird, senkrecht zur Hauptlichtempfangsrichtung von Licht ist, das durch das Lichtempfangselement empfangen wird. Um dies zu erreichen, hält das Halterungselement das erste Substrat, auf dem das Leuchtelement montiert ist, und das zweite Substrat, auf dem das Lichtempfangselement montiert ist, derart, dass beide Montageflächen, d.h. Substratflächen, parallel zueinander sind. Somit können das erste Substrat und das zweite Substrat im Vergleich zu einem Fall, in dem das erste Substrat und das zweite Substrat so positioniert sind, dass ihre Substratflächen senkrecht zueinander sind, leicht positioniert werden. Ferner sind das erste und zweite Substrats so angeordnet, dass Projektionsebenen senkrecht zu den Montageflächen des ersten und zweiten Substrats einander überlappen. Somit kann die Objektdetektionsvorrichtung im Vergleich zu einem Fall, in dem das erste und zweite Substrat Seite an Seite angeordnet sind, sodass ihre Substratflächen auf derselben Ebene liegen, in einem Ausmaß miniaturisiert werden, das einem überlappenden Abschnitt zwischen den Projektionsebenen entspricht.
In einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung kann das Halterungselement das erste Substrat an einer Objektseite in Bezug auf das zweite Substrat halten.
Zusätzlich können in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung der optische Ablenker und der reflektierende Spiegel an der Zielseite in Bezug auf das zweite Substrat angeordnet sein, der optische Ablenker kann das vom Leuchtelement projizierte Licht zu der Zielseite des ersten Substrats ablenken und das vom Ziel reflektierte Licht vorwiegend in einer Richtung parallel zum ersten und zweiten Substrat ablenken und der reflektierende Spiegel kann das reflektierte Licht in eine Richtung senkrecht zum zweiten Substrat reflektieren, wobei das reflektierte Licht durch den optischen Ablenker abgelenkt wird.
Zusätzlich kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung das Halterungselement auch den reflektierenden Spiegel halten.
Zusätzlich kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung die Objektdetektionsvorrichtung ferner eine Steuerung bzw.
Steuereinrichtung enthalten, die zum Steuern eines Betriebs des Leuchtelements, des Lichtempfangselements und des optischen Ablenkers konfiguriert ist, und das Ziel basierend auf einem Lichtempfangssignal detektieren, das vom Lichtempfangselement ausgegeben wird, und die Steuerung kann am zweiten Substrat montiert sein.
Ferner kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung das erste Substrat eine kleinere Fläche aufweisen als das zweite Substrat und das erste Substrat und das zweite Substrat können so angeordnet sein, dass die Projektionsebene senkrecht zur Montagefläche des ersten Substrats in der Projektionsebene senkrecht zur Montagefläche des zweiten Substrats platziert ist.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung können in einer Objektdetektionsvorrichtung, in der ein Leuchtelement und ein Lichtempfangselement auf verschiedenen Substraten montiert sind, die Substrate leicht positioniert werden und die Objektdetektionsvorrichtung kann miniaturisiert werden.
Figurenliste

1 ist ein elektrisches Konfigurationsdiagramm einer Objektdetektionsvorrichtung einer oder mehrerer Ausführungsformen der Offenbarung;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild der Objektdetektionsvorrichtung von 1 zeigt;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine innere Struktur der Objektdetektionsvorrichtung von 1 zeigt;
4 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem auf ein Halterungselement aus 3 verzichtet wurde;
5 ist eine Vorderansicht, die die innere Struktur der Objektdetektionsvorrichtung von 1 zeigt;
6 ist eine Draufsicht, die die innere Struktur der Objektdetektionsvorrichtung von 1 zeigt;
7 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem auf das Halterungselement aus 6 verzichtet wurde;
8 ist eine Seitenansicht, die die innere Struktur der Objektdetektionsvorrichtung von 1 zeigt;
9 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem auf das Halterungselement aus 8 verzichtet wurde; und
10 ist eine schematische Darstellung, die einen projizierten Zustand eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats von 3 zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der Folge wird eine Ausführungsform einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind dieselben oder entsprechende Abschnitte mit denselben Bezugszeichen versehen. In Ausführungsformen der Offenbarung sind zahlreiche spezielle Details angegeben, um die Erfindung verständlicher zu machen. Für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ist jedoch offensichtlich, dass die Erfindung ohne diese speziellen Details in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen wurden allgemein bekannte Merkmale nicht im Detail beschrieben, um eine Verschleierung der Erfindung zu vermeiden.
Zuerst wird eine elektrische Konfiguration einer Objektdetektionsvorrichtung 100 einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
1 ist ein elektrisches Konfigurationsdiagramm der Objektdetektionsvorrichtung 100. Die Objektdetektionsvorrichtung 100 ist ein Laserradar zur Montage an einem Fahrzeug. Eine Steuerung 1 besteht aus einer CPU usw. und steuert den Betrieb jeder Einheit der Objektdetektionsvorrichtung 100.
Ein Laserdioden- (LD) Modul 2 ist verpackt. Das LD-Modul 2 enthält mehrere (z.B. Kanäle) Laserdioden (LDs), die Lichtquellen sind. Jede LD ist ein Leuchtelement, das einen optischen Hochleistungspuls ausstrahlt. Eine Ladeschaltung 3 ist mit dem LD-Modul 2 verbunden.
Die Steuerung 1 steuert den Betrieb jeder LD im LD-Modul 2. Im Speziellen erlaubt zum Beispiel die Steuerung 1 jeder LD, Licht auszustrahlen, um Licht auf ein Ziel wie eine Person oder ein Objekt zu projizieren. Zusätzlich erlaubt die Steuerung 1 jeder LD, eine Lichtemission zu stoppen, um die LD durch die Ladeschaltung 3 zu laden.
Ein Motor 4c ist eine Antriebsquelle für einen optischen Ablenker 4 (3, usw.), der später beschrieben wird. Eine Motorantriebsschaltung 5 treibt den Motor 4c an. Ein Codierer 6 detektiert einen Rotationszustand (einen Winkel, die Anzahl von Drehungen usw.) des Motors 4c. Die Steuerung 1 erlaubt der Motorantriebsschaltung 5 den Motor 4c zu drehen, um den Betrieb des optischen Ablenkers 4 zu steuern. Zusätzlich detektiert die Steuerung 1 einen Betriebszustand (den Umfang eines Betriebs, eine Betriebsposition usw.) des optischen Ablenkers 4 basierend auf einem Ausgang vom Codierer 6.
Ein Photodioden- (PD) Modul 7 ist verpackt. Das PD-Modul 7 enthält PDs, die Lichtempfangselemente sind, einen Transimpedanzverstärker (TIA), einen Multiplexer (MUX) und einen Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor (VGA) (detaillierte Schaltungen sind nicht dargestellt).
Mehrere (z. B.32 Kanäle) PDs sind im PD-Modul 7 bereitgestellt. Der MUX gibt ein Ausgangssignal aus dem TIA in den VGA ein. Eine Booster-Schaltung 9 leitet eine geboostete Spannung, die für den Betrieb der Photodioden erforderlich ist, zu jedem PD im PD-Modul 7. Ein Analog/Digital-Wandler (ADC) 8 wandelt ein analoges Signal, das vom PD-Modul 7 ausgegeben wird, in ein digitales Signal um.
Die Steuerung 1 steuert den Betrieb jeder Einheit des PD-Moduls 7.
Im Speziellen erlaubt zum Beispiel die Steuerung 1 den LDs im LD-Modul 2, Licht auszustrahlen, wodurch die PDs im PD-Modul 7 Licht empfangen, das von einem Ziel reflektiert wird. Dann erlaubt die Steuerung 1, dass der TIA und VGA im PD-Modul 7 eine Signalverarbeitung an einem Lichtempfangssignal, das von den PDs ausgegeben wird, gemäß einem Lichtempfangszustand des empfangenen Lichts durchführen. Ferner erlaubt die Steuerung 1 dem ADC 8, das analoge Lichtempfangssignal, das vom PD-Modul 7 ausgegeben wird, in ein digitales Lichtempfangssignal umzuwandeln, und detektiert, ob ein Ziel vorhanden ist, auf der Basis des digitalen Lichtempfangssignals. Zusätzlich berechnet die Steuerung 1 einen Zeitraum, ab dem Zeitpunkt, zu dem die LDs Licht ausstrahlen, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die PDs vom Ziel reflektiertes Licht empfangen, und detektiert einen Abstand von der Objektdetektionsvorrichtung 100 zum Ziel basierend auf dem Zeitraum.
Ein Speicher 10 besteht aus einem flüchtigen oder nicht flüchtigen Speicher. Im Speicher 10 sind zum Beispiel Informationen zum Steuern jeder Einheit der Objektdetektionsvorrichtung 100 durch die Steuerung 1 und Informationen zum Detektieren eines Ziels gespeichert. Eine Schnittstelle 11 besteht aus einer Kommunikationsschaltung wie Ethernet (eingetragenes Warenzeichen). Die Steuerung 1 sendet/empfängt Informationen über ein Ziel oder sendet/empfängt verschiedene Arten von Steuerinformationen zu /von einer elektronischen Steuereinheit (ECU), die an einem Fahrzeug montiert ist, unter Verwendung der Schnittstelle 11.
Anschließend werden die Struktur und Funktion der Objektdetektionsvorrichtung 100 unter Bezugnahme auf 2 bis 10 beschrieben.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild der Objektdetektionsvorrichtung 100 zeigt. 3 bis 9 sind schematische Darstellungen, die eine innere Struktur der Objektdetektionsvorrichtung 100 zeigen. Im Speziellen ist 3 eine perspektivische Ansicht, die die innere Struktur der Objektdetektionsvorrichtung 100 zeigt. 4 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem auf ein Halterungselement 30 aus 3 verzichtet wurde. 5 ist eine Vorderansicht, die die innere Struktur der Objektdetektionsvorrichtung 100 zeigt. 6 ist eine Draufsicht, die die innere Struktur der Objektdetektionsvorrichtung 100 zeigt. 7 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem auf das Halterungselement 30 aus 6 verzichtet wurde. 8 ist eine Seitenansicht, die die innere Struktur der Objektdetektionsvorrichtung 100 zeigt. 9 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem auf das Halterungselement 30 aus 8 verzichtet wurde.
Wie in 2 dargestellt, ist ein Gehäuse 12 der Objektdetektionsvorrichtung 100 von vorne betrachtet ein rechteckiger Kasten. Eine Öffnung 12a des Gehäuses 12 ist von einem durchsichtigen Deckel 13 bedeckt. Der durchsichtige Deckel 13 ist in einer Kuppelform mit vorgegebener Dicke gebildet.
Ein Innenraum, der vom Gehäuse 12 und dem durchsichtigen Deckel 13 umschlossen ist, nimmt ein optisches System, wie jenes, das in 3 bis 9 dargestellt, ist, ein elektrisches System, das in 1 dargestellt ist, usw. auf. Der durchsichtige Deckel 13 von 2 erlaubt Licht, durch die Innenseite und Außenseite des Gehäuses 12 zu gehen.
Die Objektdetektionsvorrichtung 100 ist zum Beispiel an der vorderen, hinteren, linken und rechten Seite eines Fahrzeugs installiert, sodass der durchsichtige Deckel 13 der vorderen, hinteren, linken und rechten Seite des Fahrzeugs zugewandt ist. Zu diesem Zeitpunkt, wie in 2 dargestellt, wird die Objektdetektionsvorrichtung 100 an dem Fahrzeug so installiert, dass eine Richtung der kurzen Seite des Gehäuses 12 in einer Auf- und Abwärtsrichtung U, D orientiert ist.
Wie in 3 bis 9 dargestellt, enthält das optische System, das im Innenraum, der durch das Gehäuse 12 usw. gebildet ist, aufgenommen ist, die LDs im LD-Modul 2, eine Lichtprojektionslinse 14, den optischen Ablenker 4, eine Lichtempfangslinse 16, einen reflektierenden Spiegel 17 und die PDs im PD-Modul 7.
Von den oben beschriebenen Komponenten bilden die LDs im LD-Modul 2, die Lichtprojektionslinse 14 und der optische Ablenker 4 ein optisches Projektionssystem. Zusätzlich bilden der optische Ablenker 4, die Lichtempfangslinse 16, der reflektierende Spiegel 17 und die PDs im PD-Modul 7 ein optisches Lichtempfangssystem.
Wie in 4 usw. dargestellt, ist das LD-Modul 2 in einer dünnen, rechteckig-parallelflachen Form gebildet. Leuchtabschnitte der mehreren LDs (ein Abschnitt, der durch Bezugszeichen LD in 4 bezeichnet ist) liegen von einer Seitenfläche 2c des LD-Moduls 2 frei. Jede LD projiziert Licht (optischen Hochleistungspuls).
Wie in 3 bis 5 dargestellt, ist das LD-Modul 2 an einem Rand einer Montagefläche 21a eines ersten Substrats 21 montiert. Das LD-Modul 2 ist an einem zentralen Abschnitt der Objektdetektionsvorrichtung 100 angeordnet. Der Leuchtabschnitt jeder LD im LD-Modul 2 weist zur Mittelseite der Objektdetektionsvorrichtung 100 und in eine Richtung L parallel zur Montagefläche 21a des ersten Substrats 21. Somit projiziert jede LD Licht vorwiegend in die Richtung L parallel zur Montagefläche 21a.
Wie in 4 dargestellt, ist die eine Seitenfläche 2c des LD-Moduls 2 bündig mit einer Seitenfläche 21c des ersten Substrats 21. Dadurch wird verhindert, dass Licht, das aus jeder LD im LD-Modul 2 ausgestrahlt wird, durch das erste Substrat 21 blockiert wird.
Wie in 3, 5 und 8 dargestellt, wird das erste Substrat 21 durch das Halterungselement 30 gehalten. Im Speziellen wird das erste Substrat 21 mit Befestigungselementen, wie Schrauben, an einer ersten Halterung 30a fixiert, die an der Vorderseite (der Seite des durchsichtigen Deckels 13) des Halterungselements 30 bereitgestellt ist. Die Montagefläche 21a des ersten Substrats 21 weist zur Seite des durchsichtigen Deckels 13, d.h. zur Zielseite. Das Halterungselement 30 ist im Gehäuse 12 mit Befestigungselementen befestigt.
Die Lichtprojektionslinse 14 ist an der Seite der Lichtemissionsrichtung des LD-Moduls 2 angeordnet. Die Lichtprojektionslinse 14 wird durch das Halterungselement 30 mittels einer Trägerstange 31 gehalten. Die Lichtprojektionslinse 14 stellt die Ausbreitung von Licht ein, das von jeder LD im LD-Modul 2 ausgestrahlt wurde.
Wie in 3, 4, 9 usw. dargestellt, ist das PD-Modul 7 in einer rechteckigen Stangenform gebildet. An einer Seitenfläche 7c des PD-Moduls 7 sind Lichtempfangsabschnitte der mehreren PDs in einer Reihe in der Auf- und Abwärtsrichtung U, D angeordnet (Details sind nicht dargestellt).
Das PD-Modul 7 ist an einer Montagefläche 22a eines zweiten Substrats 22 montiert. Jede PD im PD-Modul 7 weist zur Seite des durchsichtigen Deckels 13 und in eine Richtung F senkrecht zur Montagefläche 22a des zweiten Substrats 22. Somit empfängt jede PD Licht, das vorwiegend in einer Richtung B senkrecht zur Montagefläche 22a kommt (die Richtung, die der F Richtung entgegengesetzt ist).
Wie in 3, 6 und 8 usw. dargestellt, wird das zweite Substrat 22 durch das Halterungselement 30 gehalten. Im Speziellen ist das zweite Substrat 22 mit Befestigungselementen an einer zweiten Halterung 30b befestigt, die an der Rückseite (der gegenüberliegenden Seite des durchsichtigen Deckels 13) des Halterungselements 30 bereitgestellt ist. Die Montagefläche 22a des zweiten Substrats 22 weist zur Seite des durchsichtigen Deckels 13, d.h. der Zielseite.
Wie in 3 und 6 dargestellt, liegt das PD-Modul 7 bei einer Öffnung 30k frei, die an der Oberseite des Halterungselements 30 bereitgestellt ist. Das heißt, die Lichtempfangsabschnitte der PDs im PD-Modul 7 können von der Zielseite durch die Öffnung 30k gesehen werden.
Wie in 7 bis 9 dargestellt, hält das Halterungselement 30 das erste Substrat 21 und das zweite Substrat 22 parallel mit einem vorgegebenen Zwischenraum, der dazwischen in Richtung der Substratdicke des ersten und zweiten Substrats 21 und 22 bereitgestellt ist. Zusätzlich hält das Halterungselement 30 das erste Substrat 21 an der Zielseite in Bezug auf das zweite Substrat 22.
10 ist eine schematische Darstellung, die einen projizierten Zustand des ersten Substrats 21 und des zweiten Substrats 22 zeigt. In 10 sind Komponenten außer dem ersten und zweiten Substrat 21 und 22 und dem Halterungselement 30 nicht dargestellt. Wie in 10 dargestellt, werden das erste Substrat 21 und das zweite Substrat 22 durch eine virtuelle Lichtquelle Q in der F Richtung senkrecht zu den Montageflächen 21a und 22a projiziert. In diesem Fall werden das erste und zweite Substrat 21 und 22 durch das Halterungselement 30 so gehalten, dass eine Projektionsebene 21s senkrecht zur Montagefläche 21a des ersten Substrats 21 eine Projektionsebene 22s senkrecht zur Montagefläche 22a des zweiten Substrats 22 überlappt.
Das erste Substrat 21 ist so gebildet, dass es eine kleinere Fläche aufweist als das zweite Substrat 22. Das erste Substrat 21 und das zweite Substrat 22 sind so angeordnet, dass die Projektionsebene 21s senkrecht zur Montagefläche 21a des ersten Substrats 21 innerhalb der Projektionsebene 22s senkrecht zur Montagefläche 22a des zweiten Substrats 22 platziert ist.
Auf dem ersten Substrat 21 ist ein Teil der Ladeschaltung 3, die in 1 dargestellt ist, zusätzlich zum LD-Modul 2 montiert. Auf dem zweiten Substrat 22, das größer als das erste Substrat 21 ist, sind zum Beispiel der ADC 8, die Booster-Schaltung 9, der andere Teil der Ladeschaltung 3, die Motorantriebsschaltung 5, die Steuerung 1, der Speicher 10 und die Schnittstelle 11, die in 1 dargestellt sind, zusätzlich zum PD-Modul 7 montiert. Das erste Substrat 21 und das zweite Substrat 22 sind durch Verbinder oder flexible Leiterplatten (FPCs), die nicht dargestellt sind, elektrisch miteinander verbunden.
Wie in 3, 4 und 7 dargestellt, sind die Lichtprojektionslinse 14, der optische Ablenker 4, die Lichtempfangslinse 16 und der reflektierende Spiegel 17 näher bei der Zielseite als das zweite Substrat 22 angeordnet.
Der optische Ablenker 4 wird auch als Drehspiegel bezeichnet und enthält einen doppelseitigen Spiegel 4a, einen Motor 4c usw. Der Motor 4c ist auf dem dritten Substrat 23 montiert. Das dritte Substrat 23 ist im Gehäuse 12 mit einem Befestigungselement so befestigt, dass eine Drehwelle (nicht dargestellt) des Motors 4c parallel zur U, D Richtung ist. Als weiteres Beispiel kann das dritte Substrat 23 durch das Halterungselement 30 gehalten werden.
Eine Substratfläche des dritten Substrats 23 ist senkrecht zur Substratflächen des ersten Substrats 21 und des zweiten Substrats 22. Das dritte Substrat 23 und das zweite Substrat 22 sind durch Verbinder oder FPCs, die nicht dargestellt sind, elektrisch miteinander verbunden. Das dritte Substrat 23 ist mit einer kleineren Fläche als das zweite Substrat 22 gebildet. Das dritte Substrat 23 ist in der Projektionsebene 22s senkrecht zur Montagefläche 22a des zweiten Substrats 22 (nicht dargestellt) angeordnet.
Der doppelseitige Spiegel 4a ist mit einem Ende (einem oberen Ende in 3 bis 5 usw.) der Drehwelle des Motors 4c verbunden. Der doppelseitige Spiegel 4a dreht in Verbindung mit der Drehwelle des Motors 4c.
Die Lichtempfangslinse 16 und der reflektierende Spiegel 17 sind über dem ersten Substrat 21 angeordnet (4). Wie in 6 dargestellt, wird die Lichtempfangslinse 16 durch das Halterungselement 30 mittels einer Trägerstange 32 gehalten, sodass eine Lichteintrittsfläche (konvexe Oberfläche) zum optischen Ablenker 4 weist. Die Lichtempfangslinse 16 besteht aus einer Sammellinse.
Der reflektierende Spiegel 17 ist an der gegenüberliegenden Seite der Lichtempfangslinse 16 vom optischen Ablenker 4 angeordnet. Der reflektierende Spiegel 17 wird durch das Halterungselement 30 so gehalten, dass er in einem vorgegebenen Winkel in Bezug auf die Lichtempfangslinse 16 und die Lichtempfangsabschnitte der PDs im PD-Modul 7 geneigt ist.
Wie durch eine strichpunktierte Pfeillinie in 4 angegeben, wird projiziertes Licht, das von den LDs im LD-Modul 2 projiziert wird, in seiner Ausbreitung durch die Lichtprojektionslinse 14 eingestellt und trifft dann auf einen Abschnitt der unteren Hälfte des doppelseitigen Spiegels 4a des optischen Ablenkers 4. Dann wird das projizierte Licht durch den Abschnitt der unteren Hälfte des doppelseitigen Spiegels 4a abgelenkt und geht durch den durchsichtigen Deckel 13 (2) und ein Ziel wird mit dem Licht bestrahlt. Das heißt, der optische Ablenker 4 lenkt das projizierte Licht von den LDs im LD-Modul 2 zur Zielseite des ersten Substrats 21 ab. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich der Winkel (die Orientierung) des doppelseitigen Spiegels 4a durch die Drehung des Motors 4c, durch den das Licht, das von den LDs ausgestrahlt wird, in einem Bereich eines vorgegebenen Winkels innerhalb einer LR-FB Ebene außerhalb des durchsichtigen Deckels 13 abgetastet wird.
Wie oben beschrieben, wird das projizierte Licht, das durch den durchsichtigen Deckel 13 gegangen ist, von einem Ziel wie einer Person oder einem Objekt reflektiert. Das reflektierte Licht geht durch den durchsichtigen Deckel 13. Danach, wie durch eine Strich-Doppelpunkt-Pfeillinie in 4 dargestellt, wird das reflektierte Licht durch einen Abschnitt der oberen Hälfte des doppelseitigen Spiegels 4a des optischen Ablenkers 4 abgelenkt und tritt in die Lichtempfangslinse 16. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich der Winkel (die Orientierung) des doppelseitigen Spiegels 4a durch die Drehung des Motors 4c, wodurch das vom Ziel reflektierte Licht, das in den Bereich des vorgegebenen Winkels innerhalb der LR-FB Ebene außerhalb des durchsichtigen Deckels 13 kommt, durch den doppelseitigen Spiegel 4a empfangen und zur Lichtempfangslinse 16 abgelenkt wird. Das heißt, der optische Ablenker 4 lenkt das vom Ziel reflektierte Licht vorwiegend in einer Richtung R parallel zum ersten und zweiten Substrat 21 und 22.
Das reflektierte Licht, das über den optischen Ablenker 4 in die Lichtempfangslinse 16 eingetreten ist, wird durch die Lichtempfangslinse 16 gesammelt und wird danach von dem reflektierenden Spiegel 17 reflektiert und durch die PDs im PD-Modul 7 empfangen. Das heißt, der reflektierende Spiegel 17 reflektiert das reflektierte Licht, das durch den optischen Ablenker 4 abgelenkt wird, in die Richtung B senkrecht zum zweiten Substrat 22.
Ein Lichtempfangssignal, das von den PDs gemäß einem Lichtempfangszustand des oben beschriebenen reflektierten Lichts ausgegeben wird, wird einer Signalverarbeitung durch das PD-Modul 7 und den ADC 8 unterzogen. Dann detektiert die Steuerung 1 auf der Basis des verarbeiteten Lichtempfangssignals, ob ein Ziel vorhanden ist, und berechnet einen Abstand von der Objektdetektionsvorrichtung 100 zum Ziel.
Zur Trennung eines Lichtprojektionspfads und eines Lichtempfangspfads des oben beschriebenen Lichts ist eine Trennwand 30w (3) im Halterungselement 30 gebildet.
Gemäß der obenstehenden Ausführungsform projizieren die LDs im LD-Modul 2, das am ersten Substrat 21 montiert ist, Licht vorwiegend in der Richtung L parallel zur Montagefläche 21a des ersten Substrats 21, der optische Ablenker 4 lenkt das projizierte Licht ab, und ein Ziel wird mit dem abgelenkten Licht bestrahlt. Dann lenkt der optische Ablenker 4 reflektiertes Licht, das vom Ziel reflektiert wird, ab und dann reflektiert der reflektierende Spiegel 17 das abgelenkte Licht in der Richtung B senkrecht zum zweiten Substrat 22 und die PDs im PD-Modul 7, das am zweiten Substrat 22 montiert ist, empfangen das reflektierte Licht. Somit, selbst wenn die LDs im LD-Modul 2 Licht in einer Richtung parallel zur Montagefläche 21a des ersten Substrats 21 projizieren, können die PDs im PD-Modul 7, durch die Ablenkung des Lichts, Licht empfangen, das von einem Ziel reflektiert wird, wodurch es möglich ist, ein Objekt zu detektieren.
Zusätzlich sind in der obenstehenden Ausführungsform das LD-Modul 2 und das PD-Modul 7 so angeordnet, dass die Hauptlichtprojektionsrichtung L von Licht, das vom LD-Modul 2 projiziert wird, senkrecht zur Hauptlichtempfangsrichtung B von Licht ist, das durch das PD-Modul 7 empfangen wird. Somit hält das Halterungselement 30 das erste Substrat 21, auf dem das LD-Modul 2 montiert ist, und das zweite Substrat 22, auf dem das PD-Modul 7 montiert ist, sodass beide Montageflächen 21a und 22a, d.h. Substratflächen, parallel zueinander sind. Dadurch können das erste Substrat 21 und das zweite Substrat 22 leicht positioniert werden, verglichen mit dem Fall, in dem das erste Substrat 21 und das zweite Substrat 22 so positioniert sind, dass ihre Substratflächen senkrecht zueinander sind.
Zusätzlich sind in der obenstehenden Ausführungsform das erste Substrat 21 und das zweite Substrat 22 so angeordnet, dass Projektionsebenen 21s und 22s senkrecht zu den Montageflächen 21a und 22a des ersten und zweiten Substrats 21 und 22 einander überlappen. Im Vergleich zu einem Fall, in dem das erste und zweite Substrats 21 und 22 Seite an Seite angeordnet sind, sodass ihre Substratflächen auf derselben Ebene liegen, kann somit die Objektdetektionsvorrichtung 100 in einem Ausmaß miniaturisiert werden, das einem überlappenden Abschnitt zwischen den Projektionsebenen 21s und 22s entspricht.
Zusätzlich ist in der obenstehenden Ausführungsform das erste Substrat 21 an der Zielseite angeordnet und das zweite Substrat 22 ist an der dem Ziel gegenüberliegenden Seite des ersten Substrats 21 angeordnet. Somit kann ein langer Lichtempfangspfad von Licht vom Ziel zu den PDs auf dem zweiten Substrat 22 angenommen werden und die Lichtempfangslinse 16, die im Lichtempfangspfad angeordnet ist, kann leicht eine optische Einstellung vornehmen, wie ein Sammeln von reflektiertem Licht vom Ziel.
Zusätzlich sind in der obenstehenden Ausführungsform die Lichtprojektionslinse 14, der optische Ablenker 4 und der reflektierende Spiegel 17 an der Zielseite in Bezug auf das zweite Substrat 22 angeordnet. Somit können ein Lichtprojektionspfad von Licht, das von den LDs projiziert wird, und ein Lichtempfangspfad von Licht vom Ziel zu den PDs auf der Zielseite in Bezug auf das zweite Substrat 22 gebildet werden. Zusätzlich kann durch Ablenken von reflektiertem Licht vom Ziel vorwiegend in der Richtung R parallel zum ersten und zweiten Substrat 21 und 22 durch den optischen Ablenker 4 und dann Reflektieren des abgelenkten Lichts vom reflektierenden Spiegel 17 in der Richtung B senkrecht zum zweiten Substrat 22 der Lichtempfangspfad von Licht vom Ziel zu den PDs weiter vergrößert werden.
Zusätzlich werden in der obenstehenden Ausführungsform das erste und zweite Substrat 21 und 22, das LD-Modul 2, das PD-Modul 7 und der reflektierende Spiegel 17 durch das Halterungselement 30 gehalten. Durch gemeinsames Befestigen des ersten und zweiten Substrats 21 und 22, der LDs, der PDs und des reflektierenden Spiegels 17 am Halterungselement 30 können diese somit leicht positioniert werden, wodurch es möglich ist, Montageeigenschaften zu verbessern.
Zusätzlich ist in der obenstehenden Ausführungsform ein elektrisches System, wie die Steuerung 1 und andere Schaltungen 3, 5, 8, und 9, am zweiten Substrat 22 montiert. Somit müssen Komponenten außer einem Lichtprojektionssystem nicht am ersten Substrat 21 montiert sein und daher wird das erste Substrat 21 miniaturisiert, wodurch es möglich ist, einen weiten Raum, wo ein Lichtprojektionspfad und ein Lichtempfangspfad von Licht angeordnet sind, an der Zielseite des zweiten Substrats 22 sicherzustellen.
Ferner weist in der obenstehenden Beschreibung das erste Substrat 21 eine kleinere Fläche auf als das zweite Substrat 22 und das erste Substrat 21 und das zweite Substrat 22 sind so angeordnet, dass die Projektionsebene 21s senkrecht zur Montagefläche 21a des ersten Substrats 21 in der Projektionsebene 22s senkrecht zur Montagefläche 22a des zweiten Substrats 22 platziert ist. Durch Vergrößern des zweiten Substrats 22 können somit Komponenten außer dem Lichtprojektionssystem leicht am zweiten Substrat 22 montiert werden. Zusätzlich kann ein weiterer Raum, wo ein Lichtprojektionspfad und ein Lichtempfangspfad von Licht bereitgestellt sind, an der Zielseite des zweiten Substrats 22 sichergestellt werden.
Die Offenbarung kann auch verschiedene Ausführungsformen zusätzlich zu den oben beschriebenen annehmen. Obwohl zum Beispiel die obenstehende Ausführungsform ein Beispiel zeigt, in dem ein LD-Modul 2 mit vier LDs und ein PD-Modul 7 mit 32 PDs bereitgestellt sind, ist die Offenbarung nicht darauf beschränkt. Die Anzahl von LD-Modulen und PD-Modulen, die installiert sind, kann zwei oder mehr sein. Zusätzlich kann die Anzahl von LDs oder PDs in jedem Modul passend gewählt werden.
Obwohl die obenstehende Ausführungsform ein Beispiel zeigt, in dem das erste Substrat 21 und das zweite Substrat 22 so angeordnet sind, dass die Projektionsebenen 21s und 22s senkrecht zu den Montageflächen 21a und 22a des ersten und zweiten Substrats 21 und 22 einander vollständig überlappen (10) können das erste und zweite Substrat 21 und 22 zusätzlich so angeordnet sein, dass die Projektionsebenen 21s und 22s einander teilweise überlappen.
Obwohl die obenstehende Ausführungsform ein Beispiel zeigt, in dem der Lichtempfangspfad von Licht über dem Lichtprojektionspfad von Licht bereitgestellt ist, ist zusätzlich die Offenbarung nicht darauf beschränkt. Anders als dies, kann der Lichtempfangspfad von Licht unterhalb des Lichtprojektionspfads von Licht bereitgestellt sein.
Obwohl die obenstehende Ausführungsform ein Beispiel beschreibt, in dem die Offenbarung bei der Objektdetektionsvorrichtung 100 zur Montage an einem Fahrzeug angewendet wird, kann die Offenbarung ferner auch bei Objektdetektionsvorrichtungen für andere Anwendungen angewendet werden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine begrenzte Zahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist für Fachleute auf dem Gebiet mit dem Vorteil dieser Offenbarung offensichtlich, dass andere Ausführungsformen gestaltet werden können, die nicht vom Umfang der Erfindung wie hier offenbart abweichen. Daher sollte der Umfang der Erfindung nur durch die beiliegenden Ansprüche eingeschränkt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016235466 [0001]
JP 2003149338 A [0004, 0005, 0006]
JP 2014059222 A [0004, 0005, 0006]
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JP 2014032149 A [0004, 0005]
JP 2014235075 A [0004, 0005]
JP 2015137951 A [0004]
WO 2016/012579 A [0004]
DE 102014110510 A [0004, 0005, 0006]

Claims

Objektdetektionsvorrichtung; umfassend: ein Leuchtelement; ein erstes Substrat, auf dem das Leuchtelement montiert ist; ein Lichtempfangselement; ein zweites Substrat, auf dem das Lichtempfangselement montiert ist; ein Halterungselement, das konfiguriert ist, das erste Substrat und das zweite Substrat zu halten; einen optischen Ablenker, der konfiguriert ist, projiziertes Licht abzulenken, um ein Ziel mit dem abgelenkten Licht zu bestrahlen, und reflektiertes Licht abzulenken, wobei das projizierte Licht vom Leuchtelement projiziert wird und das reflektierte Licht vom Ziel reflektiert wird; und einen reflektierenden Spiegel, der zum Reflektieren des reflektierten Lichts konfiguriert ist, um das reflektierte Licht zum Lichtempfangselement zu leiten, wobei das reflektierte Licht durch den optischen Ablenker abgelenkt wird, wobei das Leuchtelement auf einer Montagefläche des ersten Substrats montiert ist, sodass Licht vorwiegend in einer Richtung parallel zur Montagefläche des ersten Substrats projiziert wird, wobei das Lichtempfangselement auf einer Montagefläche des zweiten Substrats montiert ist, um so Licht zu empfangen, das vorwiegend in einer Richtung senkrecht zur Montagefläche des zweiten Substrats kommt, und wobei das Halterungselement das erste Substrat und das zweite Substrat parallel hält, sodass eine Projektionsebene senkrecht zur Montagefläche des ersten Substrats eine Projektionsebene senkrecht zur Montagefläche des zweiten Substrats überlappt.
Objektdetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halterungselement das erste Substrat an einer Objektseite in Bezug auf das zweite Substrat hält.
Objektdetektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der optische Ablenker und der reflektierende Spiegel an der Zielseite in Bezug auf das zweite Substrat angeordnet sind, wobei der optische Ablenker das projizierte Licht vom Leuchtelement zur Zielseite des ersten Substrats ablenkt und das vom Ziel reflektierte Licht vorwiegend in einer Richtung parallel zum ersten und zweiten Substrat ablenkt, und wobei der reflektierende Spiegel das reflektierte Licht in eine Richtung senkrecht zum zweiten Substrat reflektiert, das reflektierte Licht durch den optischen Ablenker abgelenkt wird.
Objektdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Halterungselement auch den reflektierenden Spiegel hält.
Objektdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend eine Steuerung, die konfiguriert ist, den Betrieb des Leuchtelements, des Lichtempfangselements und des optischen Ablenkers zu steuern und das Ziel basierend auf einem Lichtempfangssignal zu detektieren, das vom Lichtempfangselement ausgegeben wird, wobei die Steuerung am zweiten Substrat montiert ist.
Objektdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Substrat eine kleinere Fläche aufweist als das zweite Substrat und wobei das erste Substrat und das zweite Substrat so angeordnet sind, dass die Projektionsebene senkrecht zur Montagefläche des ersten Substrats in der Projektionsebene senkrecht zur Montagefläche des zweiten Substrats platziert ist.