DE102019103064A1

DE102019103064A1 - Objekterfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102019103064A1
Application number: DE102019103064.1A
Authority: DE
Inventors: Naoki Otani; Hoshibumi Ichiyanagi
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2019-08-08
Also published as: US20190242981A1; JP2019138675A; CN110118972A

Abstract

Eine Objekterfassungsvorrichtung umfasst: eine optische Abtastvorrichtung, die einen Spiegel aufweist; und ein Gehäuse. Die Objekterfassungsvorrichtung umfasst ferner einen Lichtabschirmungsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, das Gehäuse in einen Lichtprojektionsraum, durch welchen projiziertes Licht läuft, und einen Lichtempfangsraum zu unterteilen, durch den reflektiertes Licht läuft, und dazu eingerichtet ist, Licht zu blockieren. Der Spiegel weist einen ersten reflektierenden Bereich, der das projizierte Licht reflektiert, und einen zweiten reflektierenden Bereich auf, der das reflektierte Licht reflektiert, wobei der erste reflektierende Bereich und der zweite reflektierende Bereich in der selben reflektierenden Fläche angeordnet sind. Der Lichtabschirmungsabschnitt umfasst: einen beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt, der an dem Spiegel derart vorgesehen ist, dass er den ersten reflektierenden Bereich und den zweiten reflektierenden Bereich trennt und dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem Spiegel beweglich zu sein; und einen feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt, der an dem Gehäuse derart befestigt ist, dass er den beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt umgibt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2018-019755 , die am 7. Februar 2018 bei dem japanischen Patentamt eingereicht wurde, wobei deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Objekterfassungsvorrichtung, die Licht von einem lichtemittierenden Element projiziert, das reflektierte Licht mit einem Lichtempfangselement empfängt, und ein Objekt basierend auf einem von dem Lichtempfangselement ausgegebenen Lichtempfangssignal erfasst.
STAND DER TECHNIK
Beispielsweise ist eine Objekterfassungsvorrichtung wie etwa ein Laserradar an einem Fahrzeug montiert, das eine Kollisionsverhinderungsfunktion aufweist. Diese Objekterfassungsvorrichtung erfasst ein vorausfahrendes Fahrzeug, eine Person, eine Straße, einen anderen Gegenstand oder dergleichen, das in der Fahrrichtung des Fahrzeugs vorhanden ist, als ein Objekt und erfasst die Entfernung zu dem Objekt.
Es gibt eine Funk-Objekterfassungsvorrichtung und eine optische Objekterfassungsvorrichtung. Von diesen umfasst die optische Objekterfassungsvorrichtung ein lichtemittierendes Element, das Licht projiziert, ein Lichtempfangselement, das Licht empfängt und ein Lichtempfangssignal entsprechend dem Lichtempfangszustand ausgibt, und dergleichen. Als das lichtemittierende Element wird eine Laserdiode oder dergleichen verwendet. Als das Lichtempfangselement wird eine Fotodiode, eine Lawinenfotodiode oder dergleichen verwendet. Zusätzlich können, um Licht über einen großen Bereich zu projizieren und zu empfangen, mehrere lichtemittierende Elemente und Lichtempfangselemente verwendet werden.
Es gibt auch eine Objekterfassungsvorrichtung, die eine optische Abtastvorrichtung aufweist, welche ein Abtasten mit Licht in der horizontalen Richtung oder der vertikalen Richtung durchführt, um Licht über einen großen Bereich zu projizieren und zu empfangen, oder die Größe der Objekterfassungsvorrichtung zu verringern (beispielsweise JP 2014-52366 A , JP 2014-219250 A und JP 2002-31685 A ).
Die in der JP 2014-52366 A offenbarte Objekterfassungsvorrichtung umfasst eine optische Abtastvorrichtung, die einen Spiegel aufweist, der eine geometrische Form mit sechs Flächen aufweist. Die vier Seiten des Spiegels sind reflektierende Flächen und unter verschiedenen Winkeln mit Bezug auf die Drehachse geneigt. Durch Drehen des Spiegels um die Drehachse wird projiziertes Licht, das von dem lichtemittierenden Element (Laserlichtquelle) reflektiert wird, von jeder reflektierenden Fläche des Spiegels reflektiert und ein vorgegebener Bereich wird abgetastet. Reflektiertes Licht, das von einem Objekt in dem vorgegebenen Bereich reflektiert, wird von jeder reflektierenden Fläche des Spiegels reflektiert und zu einem Lichtempfangselement (Fotodetektor) geleitet. Während dieser Lichtprojektion und dem Empfang, wird mit dem projizierten Licht und dem reflektierten Licht ein Abtasten durchgeführt, nicht nur in der horizontalen Richtung sondern auch in der vertikalen Richtung.
Die in der JP 2014-219250 A offenbarte Objekterfassungsvorrichtung umfasst einen ersten Abtastspiegel und einen zweiten Abtastspiegel. Jeder dieser Abtastspiegel ist in einer plattenartigen Form gebildet, und eine Plattenfläche von jedem der Abtastspiegel dient als eine reflektierende Fläche. Durch Verwendung einer Steuerung, um den Winkel des ersten Abtastspiegels zu ändern, wird Licht, das von einem lichtemittierenden Element projiziert wird, durch den ersten Abtastspiegel reflektiert, und der vorgegebene Bereich wird mit dem Licht abgetastet. Zusätzlich wird, unter Verwendung der Steuerung, um den Winkel des zweiten Abtastspiegels zu ändern, reflektiertes Licht, das von einem Objekt in dem vorgegebenen Bereich reflektiert wird, von dem zweiten Abtastspiegel reflektiert und zu einem Lichtempfangselement geleitet.
Die in der JP 2002-31685 A offenbarte Objekterfassungsvorrichtung umfasst eine optische Abtastvorrichtung mit einem Polygonspiegel. Sechs reflektierende Flächen des Polygonspiegels sind bezüglich der Drehachse des Polygonspiegels geneigt. Durch Drehen des Polygonspiegels um die Drehachse wird projiziertes Licht, das von einem lichtemittierenden Element projiziert wird, von jeder reflektierenden Fläche des Polygonspiegels reflektiert und ein vorgegebener Bereich wird abgetastet. In einem Gehäuse, in dem jede Einheit der Objekterfassungsvorrichtung untergebracht ist, trennt eine Trennwand einen Lichtprojektionsraum, in dem das lichtemittierende Element, der Polygonspiegel und dergleichen vorgesehen sind, und einen Lichtempfangsraum, in dem das Lichtempfangselement und dergleichen vorgesehen sind. Reflektiertes Licht, das von einem Objekt in dem vorgegebenen Bereich reflektiert wird, tritt in den Lichtempfangsraum nicht über den Polygonspiegel ein und wird von dem Lichtempfangselement empfangen.
Im Gegensatz dazu offenbaren die JP 2004-12554 A und die JP 06-74763 Techniken zum Verhindern, dass Streulicht, das in einer Vorrichtung erzeugt wird, von einem Lichtempfangselement empfangen wird, um eine Verschlechterung in der Erfassungsgenauigkeit zu unterdrücken.
Die JP 2004-125554 A offenbart, dass bei einer Spiegelwinkelerfassungsvorrichtung, die den Winkel eines beweglichen Spiegels erfasst, ein von einem lichtemittierenden Element projiziertes Licht einen Strahlteiler und eine Kondenserlinse durchläuft, und dann an den beweglichen Spiegel ausgegeben wird. Das reflektierte Licht, das von dem beweglichen Spiegel reflektiert wird, durchläuft die Kondenserlinse und den Strahlteiler und wird dann von dem Lichtempfangselement empfangen. Eine Lichtabschirmungsplatte zum Verhindern, dass Streulicht von dem Lichtempfangselement oder einem peripheren Element das Lichtempfangselement erreicht, ist zwischen dem Strahlteiler und der Kondenserlinse vorgesehen. Eine Öffnung, die Licht dadurch durchlässt, ist in einem Mittelabschnitt der Lichtabschirmungsplatte gebildet. Infolgedessen durchlaufen ein Hauptstrahl und der von dem beweglichen Spiegel reflektierte Hauptstrahl die Öffnung der Lichtabschirmungsplatte und werden von dem Lichtempfangselement empfangen. Daher wird Streulicht durch die Lichtabschirmungsplatte blockiert und tritt nicht in das Lichtempfangselement ein.
Die JP 06-74763 offenbart, dass eine Entfernungsmessvorrichtung, die die Entfernung zu einem Objekt misst, einen Lichtempfangsobjektivtubus umfasst, der von einem Objekt reflektiertes Licht aufnimmt, zusätzlich zu einem Beleuchtungsobjektivtubus, der Laserlicht emittiert. Eine Lichtempfangslinse ist an einer vorderen Öffnung des Lichtempfangsobjektivtubus vorgesehen, ein Lichtempfangselement ist in einer Tiefe innerhalb vorgesehen, und eine Lichtabschirmungsplatte ist zwischen der Lichtempfangslinse und dem Lichtempfangselement vorgesehen. Die Lichtabschirmungsplatte wird erhalten, indem eine dünne Platte, deren Oberfläche einer Antireflexionsbehandlung unterzogen wird, derart geformt wird, dass die dünne Platte in einer konischen Form vorspringt, und ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser der konischen Form entfernt wird, um eine Öffnung zu bilden. Durch Verwendung der zwei Lichtabschirmungsplatten in Kombination, wird das Streulicht durch die Lichtabschirmungsplatte geblockt und tritt nicht in das Lichtempfangselement ein, selbst wenn ein Sonnenlicht, das durch einen Umfangsrandabschnitt der Lichtempfangslinse eingetreten ist, von einer Innenwand des Lichtempfangsobjektivtubus oder der Lichtabschirmungsplatte reflektiert wird, um zu Streulicht zu werden.
Beispielsweise kann in dem Fall der Verwendung einer optischen Abtastvorrichtung, bei der eine identische reflektierende Fläche eines Spiegels Licht, das von einem lichtemittierenden Element projiziert wird, und reflektiertes Licht von einem Objekt wie in der JP 2014 - 52366 A reflektiert, die Größe einer Objekterfassungsvorrichtung weiter reduziert werden im Vergleich zu einem Fall der Verwendung einer optischen Abtastvorrichtung, bei der unterschiedliche reflektierende Flächen projiziertes Licht und reflektiertes Licht reflektieren oder einem Fall der Verwendung einer optischen Abtastvorrichtung, die einen Spiegel verwendet, um lediglich eines von dem projizierten Licht und dem reflektierten Licht abzutasten. Jedoch wird, sofern ein Lichtprojektionsraum, durch welchen projiziertes Licht läuft, und ein Lichtempfangsraum, durch den reflektiertes Licht läuft, in der Vorrichtung nicht getrennt sind, die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ein Teil des projizierten Lichts und des reflektierten Lichts zu Streulicht werden und wahllos in den Lichtempfangsraum und den Lichtprojektionsraum eintreten und das Lichtempfangselement das Streulicht empfängt. Zusätzlich wird, wenn das Lichtempfangselement das Streulicht empfängt, in dem von dem Lichtempfangselement ausgegebenen Lichtempfangssignal enthaltenes Rauschen bedeutend, und eine Erfassungsgenauigkeit eines Objekts basierend auf dem Lichtempfangssignal kann verschlechtert werden. Insbesondere ist es in einem Fall der Verwendung eines Lichtempfangselements mit hoher Lichtempfangsempfindlichkeit wahrscheinlicher, dass das Lichtempfangselement Streulicht empfängt, dass in dem Lichtempfangssignal enthaltenes Rauschen basierend auf dem Streulicht größer wird, und dass ein Objekt basierend auf dem Lichtempfangssignal nicht genau erfasst werden kann.
KURZDARSTELLUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Objekterfassungsvorrichtung bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, auf wirksame Weise den Eintritt von Streulicht aus einem Lichtprojektionsraum in einen Lichtempfangsraum zu unterdrücken.
Eine Objekterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein lichtemittierendes Element, das dazu eingerichtet ist, Licht zu projizieren; ein Lichtempfangselement, das dazu eingerichtet ist, Licht zu empfangen und ein Lichtempfangssignal auszugeben; eine optische Abtastvorrichtung, die einen Spiegel aufweist, und dazu eingerichtet ist, eine Ausrichtung des Spiegels zu verändern, um zu bewirken, dass der Spiegel projiziertes Licht, das von dem lichtemittierenden Element projiziert wird, zu reflektieren, um einen vorgegebenen Bereich abzutasten, und zu bewirken, dass der Spiegel reflektiertes Licht von einem Objekt in dem vorgegebenen Bereich des projizierten Lichts reflektiert, um das reflektierte Licht zu dem Lichtempfangselement zu leiten; einen Detektor, der dazu eingerichtet ist, das Objekt basierend auf dem Lichtempfangssignal, das das Lichtempfangselement entsprechend einem Lichtempfangszustand des reflektierten Lichts ausgibt, zu erfassen; ein Gehäuse, das dazu eingerichtet ist, das lichtemittierende Element, das Lichtempfangselement, die optische Abtastvorrichtung und den Detektor aufzunehmen; und einen Lichtabschirmungsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, das Gehäuse in einen Lichtprojektionsraum, durch welchen das projizierte Licht läuft, und einen Lichtempfangsraum zu unterteilen, durch den das reflektierte Licht läuft, und dazu eingerichtet ist, Licht zu blockieren. Der Spiegel weist einen ersten reflektierenden Bereich, der das projizierte Licht reflektiert, und einen zweiten reflektierenden Bereich auf, der das reflektierte Licht reflektiert. Der erste reflektierende Bereich und der zweite reflektierende Bereich sind in bzw. an bzw. auf einer identischen bzw. der selben reflektierenden Fläche angeordnet. Der Lichtabschirmungsabschnitt weist einen beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt, der an dem Spiegel derart vorgesehen ist, dass er den ersten reflektierenden Bereich und den zweiten reflektierenden Bereich trennt und dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem Spiegel beweglich zu sein, und einen feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt auf, der an dem Gehäuse derart befestigt ist, dass er den beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt umgibt.
Gemäß dem vorstehenden sind in dem Lichtprojektionsraum und dem Lichtempfangsraum in dem Gehäuse der Objekterfassungsvorrichtung ein Teil des Lichtprojektionsraums und ein Teil des Lichtempfangsraums nahe des Spiegels der optischen Abtastvorrichtung durch den beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt getrennt, der an dem Spiegel vorgesehen ist, und ein Teil des Lichtprojektionsraums und ein Teil des Lichtempfangsraums, der den beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt umgibt, sind durch den feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt, der an dem Gehäuse befestigt ist, getrennt. Daher verhindern beispielsweise der bewegliche Lichtabschirmungsabschnitt und der feststehende Lichtabschirmungsabschnitt, dass ein Teil des von dem lichtemittierenden Element projizierten Lichts zu Streulicht wird und in den Lichtempfangsraum aus bzw. von dem Lichtprojektionsraum eintritt, und verhindern, dass ein Teil des von einem Objekt reflektierten Lichts zu Streulicht wird und in den Lichtprojektionsraum aus dem Lichtempfangsraum eintritt. Daher ist es möglich, auf wirksame Weise die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass das Lichtempfangselement das Streulicht empfängt.
In der vorliegenden Erfindung kann ein Spalt zwischen dem beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt und dem feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt in einem solchen Ausmaß verengt werden, dass der feststehende Lichtabschirmungsabschnitt eine Bewegung des Spiegels und des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts nicht behindert.
Außerdem kann in der vorliegenden Erfindung eine Stufe an zumindest einem ausgewählt aus einem äußeren Umfangsabschnitt des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts und einem inneren Umfangsabschnitt des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts, der dem äußeren Umfangsabschnitt zugewandt ist, vorgesehen sein.
Außerdem kann in der vorliegenden Erfindung eine Stufe an dem äußeren Umfangsabschnitt des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts vorgesehen sein, und diese Stufe kann zwischen einer Endfläche des äußeren Umfangsabschnitts, die sich näher an dem ersten reflektierenden Bereich befindet, und einer Endfläche des äußeren Umfangsabschnitts, die sich näher an dem zweiten reflektierenden Bereich befindet, gebildet sein. Eine der Endflächen kann sich näher an dem inneren Umfangsabschnitt des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts befinden als die andere.
Außerdem kann in der vorliegenden Erfindung eine Stufe an dem inneren Umfangsabschnitt des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts vorgesehen sein, und diese Stufe kann zwischen einer Endfläche des inneren Umfangsabschnitts, die sich näher an dem ersten reflektierenden Bereich befindet, und einer Endfläche des inneren Umfangsabschnitts, die sich näher an dem zweiten reflektierenden Bereich befindet, gebildet sein. Eine der Endflächen kann sich näher an dem äußeren Umfangsabschnitt des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts befinden als die andere.
Außerdem kann in der vorliegenden Erfindung eine Stufe an dem äußeren Umfangsabschnitt des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts vorgesehen sein, eine Stufe kann auch an dem inneren Umfangsabschnitt des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts vorgesehen sein, und die Stufe an dem äußeren Umfangsabschnitt und die Stufe an dem inneren Umfangsabschnitt können einen gekrümmten Spalt zwischen dem beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt und dem feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt bilden.
Ferner kann in der vorliegenden Erfindung einer ausgewählt aus dem äußeren Umfangsabschnitt des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts und dem inneren Umfangsabschnitt des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts in einer vorspringenden Form derart gebildet sein, dass er in Richtung des anderen vorspringt, und kann mehrere Stufen aufweisen, und der andere kann in einer ausgesparten Form derart gebildet sein, dass er in Richtung der Seite entgegengesetzt zu dem einen ausgespart ist, und kann mehrere Stufen aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Objekterfassungsvorrichtung bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, den Eintritt von Streulicht aus dem Lichtprojektionsraum in den Lichtempfangsraum auf wirksame Weise zu unterdrücken.
Figurenliste

1A ist eine Rückansicht eines optischen Systems einer Objekterfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1B ist eine Ansicht, die einen Fall veranschaulicht, in dem die Ausrichtung eines Spiegels in 1A verändert ist.
2A ist eine Draufsicht auf das optische System der 1A.
2B ist eine Draufsicht auf das optische System der 1B.
2C ist eine Draufsicht auf die untere Seite bezüglich eines Lichtabschirmungsabschnitts der 1B.
3 ist eine Grafik, die eine elektrische Konfiguration der Objekterfassungsvorrichtung veranschaulicht.
4A und 4B sind vergrößerte Schnittansichten eines Hauptteils einer ersten Ausführungsform.
5A und 5B sind vergrößerte Schnittansichten eines Hauptteils einer zweiten Ausführungsform.
6A und 6B sind vergrößerte Schnittansichten eines Hauptteils einer dritten Ausführungsform.
7 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Hauptteils einer vierten Ausführungsform.
8 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Hauptteils einer fünften Ausführungsform.
9 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Hauptteils einer sechsten Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind identische oder entsprechende Teile durch identische Bezugszeichen bezeichnet.
1A und 1B sind Ansichten eines optischen Systems einer Objekterfassungsvorrichtung 100, von hinten betrachtet (auf der einem Objekt 50 in den 2A bis 2C gegenüberliegenden Seite). 2A und 2B sind Ansichten des optischen Systems der Objekterfassungsvorrichtung 100, von oben betrachtet (Oberseite in 1A und 1B). 2C ist eine Draufsicht auf die Unterseite mit Bezug auf Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b der 1B. Man beachte, dass eine Ausrichtung eines Spiegels 4a einer optischen Abtastvorrichtung 4 in 1A sich von der in 1B unterscheidet. 2A veranschaulicht einen Zustand entsprechend der Ausrichtung des Spiegels 4a in 1A, und 2B und 2C veranschaulichen einen Zustand entsprechend der Ausrichtung des Spiegels 4a in 1B.
Die Objekterfassungsvorrichtung 100 ist beispielsweise aus einem an einem vierrädrigen Automobil montierten Laserradar gebildet. Das optische System der Objekterfassungsvorrichtung 100 weist eine LD (Laserdiode) 2a, eine lichtprojizierende Linse 14, eine optische Abtastvorrichtung 4, eine Lichtempfangslinse 16, einen reflektierenden Spiegel 17, und eine APD (Lawinenfotodiode, Avalanche Photo Diode) 7a auf.
Von diesen bilden die LD 2a, die lichtprojizierende Linse 14, und die optische Abtastvorrichtung 4 ein lichtprojizierendes optisches System. Die optische Abtastvorrichtung 4, die Lichtempfangslinse 16, der reflektierende Spiegel 17, und die APD 7a bilden ein lichtempfangendes optisches System.
Diese optischen Systeme sind in einem Gehäuse 19 der Objekterfassungsvorrichtung 100 aufgenommen. Die vordere Oberfläche (Seite des Objekts 50) des Gehäuses 19 ist offen. Ein in 2A und dergleichen veranschaulichtes Übertragungsfenster 20 ist auf der vorderen Oberfläche des Gehäuses 19 vorgesehen. Das Übertragungsfenster 20 ist aus einem rechteckigen Fensterrahmen und einem lichtdurchlässigen Plattenmaterial, das in den Fensterrahmen eingepasst ist (nicht im Detail veranschaulicht), zusammengesetzt.
Die Objekterfassungsvorrichtung 100 ist an einem vorderen Teil, einem hinteren Teil, einer rechten Seite oder einer linken Seite des Fahrzeugs derart installiert, dass das Übertragungsfenster 20 dem Bereich vor, hinter, rechts oder links des Fahrzeugs zugewandt ist. Die Objekterfassungsvorrichtung 100 erfasst ein Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Objekts 50, das vor, hinter, rechts oder links des Fahrzeugs vorhanden ist, und die Entfernung zu dem Objekt 50. Das Objekt 50 ist ein Fahrzeug, das unterschiedlich zu dem Fahrzeug ist, an dem die Objekterfassungsvorrichtung 100 installiert ist, eine Person, oder ein Gegenstand, der unterschiedlich zu diesen ist.
Die LD 2a ist ein lichtemittierendes Element, das hochenergetisches Laserlicht (optischer Impuls) projiziert. In 1A bis 2B ist der Einfachheit halber lediglich eine LD 2a veranschaulicht; jedoch sind tatsächlich mehrere LDs 2a in der oben-unten-Richtung (vertikale Richtung) in 1A und dergleichen angeordnet. Die LD 2a ist derart angeordnet, dass die lichtemittierende Fläche davon in Richtung der optischen Abtastvorrichtung 4 ausgerichtet ist.
Die APD 7a ist ein Lichtempfangselement, das von der LD 2a projiziertes und dann von dem Objekt 50 reflektiertes Licht empfängt. Eine Lichtempfangsempfindlichkeit der APD 7a ist größer als eine Lichtempfangsempfindlichkeit einer PD (Fotodiode). In 1A bis 2A und 2C ist der Einfachheit halber lediglich eine APD 7a veranschaulicht; jedoch sind tatsächlich mehrere APD 7a in der oben-unten-Richtung (oder der rechts-links-Richtung) in 1A und dergleichen angeordnet. Die APD 7a ist derart angeordnet, dass deren Lichtempfangsfläche in Richtung des reflektierenden Spiegels 17 ausgerichtet ist.
Die optische Abtastvorrichtung 4 wird auch als Abtastspiegel, als eine Drehabtastvorrichtung, oder als ein optischer Ablenker bezeichnet. Die optische Abtastvorrichtung 4 weist einen Spiegel 4a, einen Motor 4f und dergleichen auf.
Der Spiegel 4a ist in einer Plattenform gebildet. Beide Plattenflächen (vordere Fläche und hintere Fläche) des Spiegels 4a sind reflektierende Flächen 4b. Wie in 1A und dergleichen veranschaulicht, ist der Motor 4f unterhalb des Spiegels 4a vorgesehen. Eine Drehwelle 4j des Motors 4f ist parallel zu der oben-unten-Richtung. Eine Verbindungswelle (nicht veranschaulicht), die in der Mitte des Spiegels 4a angeordnet ist, ist an dem oberen Ende der Drehwelle 4j des Motors 4f befestigt. Der Spiegel 4a dreht sich in Verbindung mit der Drehwelle 4j des Motors 4f.
In dem Gehäuse 19 sind die LD 2a und die lichtprojizierende Linse 14 um den oberen Teil des Spiegels 4 der optischen Abtastvorrichtung 4 angeordnet. Die Lichtempfangslinse 16, der reflektierende Spiegel 17, und die APD 7a sind um den unteren Teil des Spiegels 4a angeordnet. Die plattenförmigen Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b, die Licht blockieren, sind unterhalb der LD 2a und der lichtprojizierenden Linse 14 und oberhalb der Lichtempfangslinse 16, dem reflektierenden Spiegel 17, und der APD 7a angeordnet. Die Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b sind aus einem beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt 15a, der an dem Spiegel 4a vorgesehen ist, und einem feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt 15b gebildet, der an dem Gehäuse 19 befestigt ist.
Wie in den 2A, 2B veranschaulicht, ist der bewegliche Lichtabschirmungsabschnitt 15a bei Betrachtung von oben in einer Kreisform gebildet. Der bewegliche Lichtabschirmungsabschnitt 15a ist derart an der Mitte des Spiegels 4a befestigt, dass er von dem Spiegel 4a senkrecht zu der Drehwelle 4j vorspringt (siehe 1A und 1B). In Verbindung mit der Drehung des Spiegels 4a um die Drehwelle 4j dreht sich auch der bewegliche Lichtabschirmungsabschnitt 15a um die Drehwelle 4j.
Der bewegliche Lichtabschirmungsabschnitt 15a teilt jede der reflektierenden Flächen 4b an der vorderen Fläche und der hinteren Fläche des Spiegels 4a in eine obere Hälfte und eine untere Hälfte. Ein erster reflektierender Bereich 4c (obere Hälfte), der oberhalb des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a angeordnet ist, von jeder reflektierenden Fläche 4b, reflektiert Licht, das von der LD 2a projiziert wurde. Ein zweiter reflektierender Bereich 4d (untere Hälfte), der unterhalb des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a angeordnet ist, von jeder reflektierenden Fläche 4b, reflektiert Licht, das von dem Objekt 50 reflektiert wurde. In 1A und 1B ist lediglich eine reflektierende Fläche 4b veranschaulicht. Jedoch ist die andere reflektierende Fläche 4b ähnlich (siehe 2A bis 2C). Wie oben beschrieben weist der Spiegel 4a den ersten reflektierenden Bereich 4c und den zweiten reflektierenden Bereich 4d auf, die auf bzw. an der identischen bzw. der selben reflektierenden Fläche 4b angeordnet sind bzw. die sich auf der selben reflektierenden Fläche 4b befinden.
Der feststehende Lichtabschirmungsabschnitt 15b ist in dem Gehäuse 19 derart angeordnet, dass er den beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt 15a umgibt. Wie in 1A und dergleichen veranschaulicht, ist der feststehende Lichtabschirmungsabschnitt 15b in einer horizontalen Stellung derart an dem Gehäuse 19 befestigt, dass er den Innenraum des Gehäuses 19 in einen oberen Raum und einen unteren Raum aufteilt. Ein Durchgangsloch 15h, das den feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt 15b durchdringt, ist gebildet. Der bewegliche Lichtabschirmungsabschnitt 15a ist in das Durchgangsloch 15h eingesetzt.
Ein äußerer Umfangsabschnitt 15c des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a ist einem inneren Umfangsabschnitt 15d des Durchgangslochs 15h des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b zugewandt. Der bewegliche Lichtabschirmungsabschnitt 15a und der feststehende Lichtabschirmungsabschnitt 15b sind in einem derartigen Ausmaß nahe beieinander, dass der feststehende Lichtabschirmungsabschnitt 15b eine Drehung des Spiegels 4a und des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a nicht stört.
Ein Lichtprojektionspfad und ein Lichtempfangspfad während der Erfassung des Objekts 50 verlaufen wie durch Pfeile mit abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linien bzw. Pfeilen mit Strichpunktlinien mit zwei Punkten, die in den 1B, 2B und 2C angegeben sind. Genauer gesagt passt die lichtprojizierende Linse 14, wie durch die Pfeile mit abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linien in den 1B und 2B veranschaulicht, eine Ausbreitung des projizierten Lichts an, das von der LD 2a projiziert wurde, und dann trifft das projizierte Licht auf den ersten reflektierenden Bereich 4c von einer beliebigen der reflektierenden Flächen 4b des Spiegels 4a der optischen Abtastvorrichtung 4. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich der Motor 4f, ändert sich die Ausrichtung (Winkel) des Spiegels 4a, und der Spiegel 4a ist unter einem vorgegebenen Winkel, bei dem eine der reflektierenden Flächen 4b des Spiegels 4a in Richtung des Objekts 50 ausgerichtet ist, positioniert (beispielsweise der Zustand des Spiegels 4a, den die 1B und 2B veranschaulichen). Demzufolge wird, nachdem das von der LD 2a projizierte Licht die lichtprojizierende Linse 14 durchlaufen hat, das projizierte Licht von dem ersten reflektierenden Bereich 4c des Spiegels 4a reflektiert, und durchläuft das Übertragungsfenster 20. Daher wird ein vorgegebener Bereich außerhalb des Gehäuses 19 mit dem projizierten Licht abgetastet (siehe auch 2C).
Ein in 2B und 2C veranschaulichter Abtastwinkel Z ist ein vorgegebener Bereich (Draufsicht) in den von der LD 2a projiziertes Licht durch den ersten reflektierenden Bereich 4c des Spiegels 4a der optischen Abtastvorrichtung 4 reflektiert wird und von der Objekterfassungsvorrichtung 100 projiziert wird. Das heißt, der Abtastwinkel Z ist ein Erfassungsbereich in der horizontalen Richtung der Objekterfassungsvorrichtung 100 für das Objekt 50.
Wie oben beschrieben wird projiziertes Licht, das die Objekterfassungsvorrichtung 100 in den vorgegebenen Bereich projiziert, von dem Objekt 50 in dem vorgegebenen Bereich reflektiert. Das reflektierte Licht läuft wie durch die Pfeile mit gestrichelten Linien mit zwei Punkten in 1B, 2B und 2C angegeben, in Richtung der Objekterfassungsvorrichtung 100, durchläuft das Übertragungsfenster 20, und trifft auf den zweiten reflektierenden Bereich 4d von einer der vorderen und der hinteren reflektierenden Flächen 4b des Spiegels 4a (siehe 2C). Zu diesem Zeitpunkt dreht sich der Motor 4f, ändert sich die Ausrichtung des Spiegels 4a, und der Spiegel 4a ist unter einem vorgegebenen Winkel, bei dem eine der vorderen und hinteren reflektierenden Flächen 4b des Spiegels 4a in Richtung des Objekts 50 ausgerichtet ist, positioniert (beispielsweise der Zustand des Spiegels 4a in 2B und 2C). Demzufolge wird von dem Objekt 50 reflektiertes Licht durch den zweiten reflektierenden Bereich 4d des Spiegels 4a reflektiert und tritt in die Lichtempfangslinse 16 ein. Dann wird das reflektierte Licht durch die Lichtempfangslinse 16 gebündelt, wird durch den reflektierenden Spiegel 17 reflektiert, und wird von der APD 7a empfangen. Das heißt, die optische Abtastvorrichtung 4 tastet von dem Objekt 50 reflektiertes Licht ab, und leitet das reflektierte Licht zu der APD 7a über die Lichtempfangslinse 16 und den reflektierenden Spiegel 17.
Wie in 1A und 1B veranschaulicht teilen die Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b das Gehäuse 19 in einen Lichtprojektionsraum (Innenraum oberhalb der Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b) K1, durch welchen von der LD 2a projiziertes Licht läuft, und einen Lichtempfangsraum (Innenraum unterhalb der Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b) K2 auf, durch welchen von dem Objekt 50 reflektiertes Licht läuft. Die Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b verhindern, dass von der LD 2a projiziertes Licht von bzw. aus dem Lichtprojektionsraum K1 zu dem bzw. in den Lichtempfangsraum K2 läuft, und dass von dem Objekt 50 reflektiertes Licht von bzw. aus dem Lichtempfangsraum K2 zu dem bzw. in den Lichtprojektionsraum K1 läuft.
3 ist eine Grafik, die eine elektrische Konfiguration der Objekterfassungsvorrichtung 100 veranschaulicht. Die Objekterfassungsvorrichtung 100 weist eine Steuerung 1 bzw. eine Steuereinheit 1, ein Lichtprojektionsmodul 2, eine LD-Ansteuerschaltung 3, den Motor 4f, eine Motoransteuerschaltung 5, einen Kodierer 6, ein Lichtempfangsmodul 7, einen ADC (Analog-Digital-Wandler) 8, eine Speichereinheit 11, und eine Kommunikationseinheit 12 auf. Jede der obigen Einheiten ist ebenfalls in dem Gehäuse 19 aufgenommen (1A und dergleichen).
Die Steuerung 1 ist aus einem Mikrocontroller oder dergleichen gebildet, und steuert den Betrieb von jeder Einheit der Objekterfassungsvorrichtung 100. Die Steuerung 1 ist mit einem Objektdetektor 1a versehen.
Die Speichereinheit 11 ist aus einem flüchtigen oder einem nichtflüchtigen Speicher gebildet. Die Speichereinheit 11 speichert Informationen für die Steuerung 1, um jede Einheit der Objekterfassungsvorrichtung 100 zu steuern, Informationen zur Erfassung des Objekts 50, und dergleichen.
Die Kommunikationseinheit 12 ist aus einer Kommunikationsschaltung zur Kommunikation mit einer anderen an dem Fahrzeug montierten Vorrichtung gebildet. Die Steuerung 1 bewirkt, dass die Kommunikationseinheit 12 verschiedene Informationen zu einer anderen Vorrichtung sendet und von dieser empfängt.
Das Lichtprojektionsmodul 2 ist mit mehreren LDs 2a, die oben beschrieben wurden, einem Kondensator 2c zum bewirken, dass jede LD 2a Licht emittiert, und dergleichen versehen. In 3 sind der Einfachheit halber ein Block der LD 2a und ein Block des Kondensator 2c veranschaulicht.
Die Steuerung 1 bewirkt, dass die LD-Ansteuerschaltung 3 den Betrieb der LD 2a des Lichtprojektionsmoduls 2 steuert. Genauer gesagt verwendet die Steuerung 1 die LD-Ansteuerschaltung 3, um zu bewirken, dass die LD 2a Licht emittiert, um Laserlicht zu projizieren. Zusätzlich verwendet die Steuerung 1 die LD-Ansteuerschaltung 3, um die Lichtemission der LD 2a zu beenden und den Kondensator 2c zu laden.
Der Motor 4f ist eine Antriebsquelle zur Drehung des Spiegels 4a der optischen Abtastvorrichtung 4. Die Steuerung 1 verwendet die Motoransteuerschaltung 5, um den Antrieb des Motors 4f derart zu steuern, dass der Spiegel 4a gedreht wird. Dann dreht die Steuerung 1 den Spiegel 4a, um den vorgegebenen Bereich mit dem von der LD 2a projizierten Laserlicht abzutasten und reflektiertes Licht, das von dem Objekt 50 in dem vorgegebenen Bereich reflektiert wurde, zu der APD 7a zu leiten. In diesen Fällen erfasst die Steuerung 1 den Drehzustand (Drehwinkel, Drehgeschwindigkeit und dergleichen) des Motors 4f und des Spiegels 4a gemäß einer Ausgabe von dem Kodierer 6.
Das Lichtempfangsmodul 7 weist die APD 7a, einen TIA (Transimpedanzverstärker) 7b, einen MUX (Multiplexer) 7c und eine Konstantstromschaltung 7d auf. Es sind mehrere APDs 7a, TIAs 7b und Konstantstromschaltungen 7d vorgesehen, sodass eine APD 7a, ein TIA 7b, und eine Konstantstromschaltung 7d einen Satz bilden. In 3 ist ein erster Satz aus der APD 7a, dem TIA 7b und der Konstantstromschaltung 7d stellvertretend veranschaulicht. Zweite und folgende Sätze aus der APD 7a, dem TIA 7b und der Konstantstromschaltung 7d sind auf ähnliche Weise vorgesehen. Die APD 7a und der TIA 7b in jedem Satz bilden einen Lichtempfangskanal. Das heißt, das Lichtempfangsmodul 7 ist mit mehreren Lichtempfangskanälen versehen.
Eine Kathode der APD 7a ist über die Konstantstromschaltung 7d mit einer Energieversorgung +V verbunden. Ein Eingangsanschluss des TIA 7b ist zwischen die Kathode der APD 7a und die Konstantstromschaltung 7d geschaltet. Ein Ausgabeanschluss des TIA 7b ist mit dem MUX 7c verbunden. Eine Anode der APD 7a ist mit einer Signalvervielfachungseinheit 9 verbunden.
Die APD 7a gibt durch Empfangen von Licht einen Strom aus. Der TIA 7b wandelt Strom, der durch die APD 7a geflossen ist, in ein Spannungssignal um und gibt das Spannungssignal an den MUX 7c aus. Um den Energieverbrauch der APD 7a niedrig zu halten, begrenzt die Konstantstromschaltung 7d den durch die APD 7a fließenden Strom.
Die Signalvervielfachungseinheit 9 ist aus einem Gleichstromwandler bzw. DC-DC-Wandler und einer PWM-(Pulsbreitenmodulation)-Schaltung zur Erzeugung einer Referenzspannung, die in den Gleichstromwandler eingegeben werden soll, gebildet. Die Steuerung 1 bewirkt, dass der Gleichstromwandler der Signalvervielfältigungseinheit 9 eine Sperrspannung (Sperrvorspannung), die an jede APD 7a angelegt werden soll, derart steuert, dass ein Strom, den die APD 7a bei Lichtempfang ausgibt, vervielfältigt bzw. multipliziert wird.
Der MUX 7c wählt ein Ausgabesignal von jedem TIA 7b und gibt das Ausgabesignal an den ADC 8 aus. Der ADC 8 wandelt ein analoges Signal, das von dem MUX 7c ausgegeben wird, mit hoher Geschwindigkeit in ein digitales Signal um, und gibt das digitale Signal an die Steuerung 1 aus. Das heißt, ein Spannungssignal entsprechend dem Lichtempfangszustand von jeder APD 7a wird von dem Lichtempfangsmodul 7 an die Steuerung 1 über den ADC 8 ausgegeben.
Der Objektdetektor 1a der Steuerung 1 verarbeitet das Ausgabesignal von dem ADC 8 und extrahiert einen Merkmalspunkt (Maximalwert oder dergleichen) des Lichtempfangssignals von dem Lichtempfangsmodul 7 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt. Dann erfasst der Objektdetektor 1a das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Objekts 50 entsprechend dem bzw. basierend auf dem Merkmalspunkt. Genauer gesagt vergleicht der Objektdetektor 1a beispielsweise ein von dem Lichtempfangsmodul 7 über den ADC 8 ausgegebenes Lichtempfangssignal mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Wenn das Lichtempfangssignal gleich oder größer als der Schwellenwert ist, bestimmt der Objektdetektor 1a, dass das Objekt 50 vorhanden ist, und wenn das Lichtempfangssignal kleiner als der Schwellenwert ist, bestimmt der Objektdetektor 1a, dass das Objekt 50 nicht vorhanden ist.
Zusätzlich erfasst der Objektdetektor 1a den Maximalwert des Lichtempfangssignals, das gleich oder größer als der Schwellenwert ist, und erfasst den Zeitpunkt des Empfangs von reflektiertem Licht, das von dem Objekt 50 reflektiert wurde, basierend auf dem Maximalwert. Dann berechnet der Objektdetektor 1a die Entfernung zu dem Objekt 50 basierend auf dem Zeitpunkt des Lichtempfangs des reflektierten Lichts und dem Zeitpunkt der Projektion von Laserlicht von der LD 2a (sogenanntes TOF-(Flugzeit, Time Of Flight)-Verfahren).
Die 4A und 4B sind vergrößerte Schnittansichten eines Hauptteils einer ersten Ausführungsform. Genauer gesagt sind die 4A und 4B vergrößerte Schnittansichten des äußeren Umfangsabschnitts 15c des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a und des inneren Umfangsabschnitts 15d des Durchgangslochs 15h des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b in einer senkrechten Ebene, die die Drehwelle 4j, welche in 1A und dergleichen veranschaulicht ist, enthält. (Ausführungsformen, die später beschrieben werden und in 5A und den folgenden Figuren veranschaulicht sind, sind ähnlich.)
Um den Spiegel 4a der optischen Abtastvorrichtung 4 leichtgängig zu drehen, ist es erforderlich, einen Spalt S zwischen dem beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt 15a und dem feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt 15b vorzusehen. Wie in 4A und 4B veranschaulicht, ist der Spalt S zwischen dem äußeren Umfangsabschnitt 15c des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a und dem inneren Umfangsabschnitt 15d des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b, der dem äußeren Umfangsabschnitt 15c zugewandt ist, derart eingestellt, dass er in einem solchen Maße schmal ist, dass der feststehende Lichtabschirmungsabschnitt 15b die Drehung des Spiegels 4a und des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a nicht behindert.
Eine Breite W in der vertikalen Richtung, in der der äußere Umfangsabschnitt 15c und der innere Umfangsabschnitt 15d einander zugewandt sind, ist in einem solchen Maße erweitert, dass Streulicht zumindest mehrere Male durch jede Endfläche des äußeren Umfangsabschnitts 15c und des inneren Umfangsabschnitts 15d diffus reflektiert wird. In 4A und 4B ist die Breite W gleich der Dicke von jedem der Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b. Man beachte, dass sich die Dicke des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a und die Dicke des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b voneinander unterscheiden können.
Gemäß der obigen Ausführungsformen sind, in dem Lichtprojektionsraum K1, durch welchen von der LD 2a projiziertes Licht läuft, und dem Lichtempfangsraum K2, durch den von dem Objekt 50 reflektiertes Licht läuft, in dem Gehäuse 19 der Objekterfassungsvorrichtung 100 ein Teil des Lichtprojektionsraums K1 und ein Teil des Lichtempfangsraums K2 nahe des Spiegels 4a der optischen Abtastvorrichtung 4 durch den beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt 15a getrennt, der an dem Spiegel 4a vorgesehen ist. Außerdem sind ein Teil des Lichtprojektionsraums K1 und ein Teil des Lichtempfangsraums K2, die den beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt 15a umgeben, durch den feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt 15b getrennt, der an dem Gehäuse 19 befestigt ist. Daher verhindern beispielsweise der bewegliche Lichtabschirmungsabschnitt 15a und der feststehende Lichtabschirmungsabschnitt 15b, dass ein Teil des von der LD 2a projizierten Lichts zu Streulicht wird und in den Lichtempfangsraum K2 aus dem Lichtprojektionsraum K1 eintritt, und verhindern, dass ein Teil des von dem Objekt 50 reflektierten Lichts zu Streulicht wird und in den Lichtprojektionsraum K1 aus dem Lichtempfangsraum K2 eintritt. Daher ist es möglich, in wirksamer Weise die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass die APD 7a Streulicht empfängt. Demzufolge ist es außerdem möglich, ein Rauschen, das in dem von der APD 7a ausgegebenen Lichtempfangssignal enthalten ist, auf einen niedrigen Pegel zu begrenzen und die auf dem Lichtempfangssignal basierende Genauigkeit bei der Erfassung des Objekts 50 hochzuhalten.
Außerdem ist in der obigen Ausführungsformen der Spalt S zwischen dem beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt 15a und dem feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt 15b in einem solchen Maße schmal eingestellt, dass der feststehende Lichtabschirmungsabschnitt 15b die Drehung des Spiegels 4a und des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a nicht behindert. Daher ist es, selbst wenn ein Teil des von der LD 2a projizierten Lichts von dem Spiegel 4a oder einem anderen Element reflektiert wird, oder an dem Spiegel 4a vorbeiläuft, um zu Streulicht zu werden, möglich die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass das Streulicht durch den Spalt S aus dem Lichtprojektionsraum K1 läuft und in den Lichtempfangsraum K2 eintritt. Außerdem ist es, selbst wenn ein Teil des von dem Objekt 50 reflektierten Lichts durch den Spiegel 4a oder einem anderen Element reflektiert wird, oder an dem Spiegel 4a vorbei läuft, um zu Streulicht zu werden, möglich die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass das Streulicht durch den Spalt S aus dem Lichtempfangsraum K2 läuft und in den Lichtprojektionsraum K1 eintritt. Ferner können, wie durch Pfeile in 4A und 4B angegeben, selbst wenn Streulicht in den Spalt S eintritt, die Endflächen der Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b auf beiden Seiten des Spalts S das Streulicht diffus reflektieren, sodass das Streulicht abgeschwächt werden kann. Daher erreicht das Streulicht nur schwer die APD 7a, und es ist möglich, die Wahrscheinlichkeit weiter zu verringern, dass die APD 7a das Streulicht empfängt.
Ferner wird in der obigen Ausführungsformen die optische Abtastvorrichtung 4 verwendet, die den Spiegel 4a aufweist. Der Spiegel 4a weist den ersten reflektierenden Bereich 4c, der projiziertes Licht reflektiert, und den zweiten reflektierenden Bereich 4d auf, der reflektiertes Licht reflektiert. Der erste reflektierende Bereich 4c und der zweite reflektierende Bereich 4d befinden finden sich auf derselben reflektierenden Fläche 4b. Der bewegliche Lichtabschirmungsabschnitt 15a ist derart vorgesehen, dass er den ersten reflektierenden Bereich 4c und den zweiten reflektierenden Bereich 4d trennt. Daher kann die Größe der Objekterfassungsvorrichtung 100 weiter verringert werden, im Vergleich zu einem Fall der Verwendung einer optischen Abtastvorrichtung, die projiziertes Licht und reflektiertes Licht an unterschiedlichen reflektierenden Flächen reflektiert oder zu einem Fall der Verwendung einer optischen Abtastvorrichtung, die einen Spiegel verwendet, um lediglich eines ausgewählt aus dem projizierten Licht und dem reflektierten Licht abzutasten.
5A und 5B sind vergrößerte Schnittansichten eines Hauptteils einer zweiten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform ist eine Stufe 15g an einem äußeren Umfangsabschnitt 15c eines beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a vorgesehen. Die Stufe 15g ist zwischen einer Endfläche 15e und einer Endfläche 15f gebildet. Die Endfläche 15f, die sich näher an einem zweiten reflektierenden Bereich 4d eines Spiegels 4a befindet, ist näher an einem inneren Umfangsabschnitt 15d eines feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b als die Endfläche 15e, die sich näher an einem ersten reflektierenden Bereich 4c des Spiegels 4a befindet. Daher ist der Abstand zwischen einer Endfläche des inneren Umfangsabschnitts 15 d und der Endfläche 15f enger als der Abstand zwischen der Endfläche des inneren Umfangsabschnitts 15d und der Endfläche 15e.
Durch das Vorsehen der Stufe 15g an dem äußeren Umfangsabschnitt 15c des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a, wie oben beschrieben, können, wie durch Pfeile in 5A und 5B angegeben, selbst wenn Streulicht aus dem Lichtprojektionsraum K1 und dem Lichtempfangsraum K2 in den Spalt S zwischen dem beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt 15a und dem feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt 15b eintritt, die Endflächen 15e, 15f, die Stufe 15g, und die Endfläche des inneren Umfangsabschnitts 15d des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b das Streulicht diffus reflektieren, sodass das Streulicht abgeschwächt werden kann. Außerdem kann, da der diffuse Reflexionszustand von Streulicht in dem Spalt S kompliziert wird, das Ausmaß der Abschwächung des Streulichts verbessert werden. Ferner ist die Endfläche 15f, die sich näher an dem zweiten reflektierenden Bereich 4d befindet, näher an dem inneren Umfangsabschnitt 15d des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b als die Endfläche 15e, die sich näher an dem ersten reflektierenden Bereich 4c befindet. Daher wird, selbst wenn Streulicht zwischen der ersten Endfläche 15e und der Endfläche des inneren Umfangsabschnitts 15d hindurch läuft während es diffus reflektiert wird, das Streulicht in stärkerem Maße diffus zwischen der Endfläche 15f und der Endfläche des inneren Umfangsabschnitts 15d reflektiert, sodass es auf zuverlässige Weise abgeschwächt wird. Daher kann die Wahrscheinlichkeit, dass Streulicht in den Lichtempfangsraum K2 aus dem Lichtprojektionsraum K1 eintritt, weiter verringert werden.
6A und 6B sind vergrößerte Schnittansichten eines Hauptteils einer dritten Ausführungsform. Eine Stufe 15g, die identisch zu der in der zweiten Ausführungsform (5A und 5B) ist, ist an einem äußeren Umfangsabschnitt 15c eines beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a vorgesehen. In der dritten Ausführungsform ist eine Stufe 15k, die zwischen Endflächen 15i und 15j gebildet ist, auch an einem inneren Umfangsabschnitt 15d eines feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b vorgesehen. Der Abstand zwischen einer Endfläche 15e und der Endfläche 15i, die einander zugewandt sind, und der Abstand zwischen einer Endfläche 15f und der Endfläche 15j, die einander zugewandt sind, können identisch zueinander oder verschieden voneinander sein.
Durch das Vorsehen der Stufen 15g, 15k an dem äußeren Umfangsabschnitt 15c des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a bzw. dem inneren Umfangsabschnitt 15d des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b, wie oben beschrieben, wird ein gekrümmter Spalt S zwischen dem beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt 15a und dem feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt 15b gebildet. Daher wird, wie durch Pfeile in 6A und 6B angegeben, Streulicht, das in den Spalt S zwischen dem beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt 15a und dem feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt 15b eingetreten ist, von den Endflächen 15e, 15f, 15i, 15j und den Stufen 15g, 15k diffus reflektiert, sodass das Streulicht auf zuverlässige Weise abgeschwächt werden kann. Da der Streulichtpfad in dem gekrümmten Spalt S kompliziert wird und die Anzahl diffuser Reflexionen erhöht wird, kann außerdem das Ausmaß der Abschwächung des Streulichts verbessert werden.
7 ist eine vergrößerte Schnittansichten eines Hauptteils einer vierten Ausführungsform. Ein äußerer Umfangsabschnitt 15c eines beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a ist in einer vorspringenden Form derart gebildet, dass er in Richtung eines inneren Umfangsabschnitts 15d eines feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b vorspringt. Der innere Umfangsabschnitts 15d des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b ist in einer ausgesparten Form derart gebildet, dass der innere Umfangsabschnitts 15d in Richtung der Seite ausgespart ist, die dem äußeren Umfangsabschnitt 15c des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a gegenüberliegt, entsprechend dem äußeren Umfangsabschnitt 15c. Das heißt, der innere Umfangsabschnitt 15d des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b und der äußeren Umfangsabschnitt 15c des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a sind in einer ausgesparten Form und einer vorspringenden Form gebildet, sodass sie aneinander angepasst sind.
Demzufolge ist an dem äußeren Umfangsabschnitt 15c des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a eine Stufe 15r zwischen Endflächen 15n, 15p gebildet, und eine Stufe 15s ist zwischen der Endfläche 15p und einer Endfläche 15q gebildet. Außerdem ist an dem inneren Umfangsabschnitt 15d des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b eine Stufe 15w zwischen Endflächen 15t, 15u gebildet, und eine Stufe 15x ist zwischen der Endfläche 15u und einer Endfläche 15v gebildet. Aufgrund dieser Vielzahl von Stufen ist ein Spalt S, der stärker gekrümmt ist als der in 6A und 6B, zwischen dem beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt 15a und dem feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt 15b gebildet. Daher können die Endflächen 15n, 15p, 15q, 15t, 15u, 15v und die Stufen 15r, 15s, 15w, 15x Streulicht, das in den Spalt zwischen dem äußeren Umfangsabschnitt 15c und dem inneren Umfangsabschnitt 15d aus einem Lichtprojektionsraum K1 und einem Lichtempfangsraum K2 eingetreten ist, diffus reflektieren. Daher kann das Streulicht weiter abgeschwächt werden.
Außerdem kann als eine fünfte Ausführungsform wie in 8 veranschaulicht eine Stufe 151 lediglich an einem inneren Umfangsabschnitt 15d eines feststehenden Lichtempfangsabschnitts 15b vorgesehen sein. Die Stufe 151 ist zwischen einer Endfläche 15y und einer Endfläche 15z gebildet. Die Endfläche 15z, die sich näher an einem zweiten reflektierenden Bereich 4d eines Spiegels 4a befindet, ist näher an einem äußeren Umfangsabschnitt 15c eines beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a als die Endfläche 15y, die sich näher an einem ersten reflektierenden Bereich 4c des Spiegels 4a befindet. Daher ist der Abstand zwischen der Endfläche 15z und einer Endfläche des äußeren Umfangsabschnitts 15c kleiner als der Abstand zwischen der Endfläche 15y und der Endfläche des äußeren Umfangsabschnitts 15c. Auch mit einer derartigen Struktur ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit, dass Streulicht in einen Lichtempfangsraum K2 aus einem Lichtprojektionsraum K1 eintritt, zu verringern.
Außerdem kann, als eine sechste Ausführungsform, wie in 9 veranschaulicht, von den Endflächen 15e', 15f eines äußeren Umfangsbereichs 15c eines beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a, die Endfläche 15e', die sich näher an einem ersten reflektierenden Bereich 4c eines Spiegels 4a befindet, näher an einem inneren Umfangsabschnitt 15d eines feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b sein als die Endfläche 15f, die sich näher an einem zweiten reflektierenden Bereich 4d des Spiegels 4a befindet. Auch mit einer derartigen Struktur ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit, dass Streulicht in einen Lichtempfangsraum K2 aus einem Lichtprojektionsraum K1 eintritt, zu verringern.
Obwohl nicht veranschaulicht kann in einer noch weiteren Ausführungsform eine Vielzahl von Stufen, die zwischen Endflächen gebildet sind, an einem äußeren Umfangsabschnitt 15c eines beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts 15a und an einem inneren Umfangsabschnitt 15d eines feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts 15b gebildet sein, und die Anzahl der Endflächen kann gleich vier oder größer sein. Außerdem kann im Gegensatz zu 7 ein äußerer Umfangsabschnitt 15c in einer ausgesparten Form gebildet sein, und ein innerer Umfangsabschnitt 15d kann in einer vorspringenden Form entsprechend dem äußeren Umfangsabschnitt 15c gebildet sein. Wahlweise kann lediglich einer ausgewählt aus einem äußeren Umfangsabschnitt 15c und einem inneren Umfangsabschnitt 15d in einer vorspringenden Form oder einer ausgesparten Form gebildet sein. Außerdem können sowohl ein äußerer Umfangsabschnitt 15c als auch ein innerer Umfangsabschnitt 15d in einer vorspringenden Form oder einer ausgesparten Form gebildet sein. In diesem Fall können der äußere Umfangsabschnitt 15c und der innere Umfangsabschnitt 15d nicht derart in einer ausgesparten Form und einer vorspringenden Form gebildet sein, dass sie aneinander angepasst sind, sondern können in einer Dickenrichtung (oben-unten-Richtung) versetzt sein.
Die vorliegende Erfindung kann verschiedene andere Ausführungsformen als die oben beschriebenen Ausführungsformen anwenden. Beispielsweise beschreiben die obigen Ausführungsformen Beispiele, in denen der plattenförmige bewegliche Lichtabschirmungsabschnitt 15a und der feststehende Lichtabschirmungsabschnitt 15b vorgesehen sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt, und es können beispielsweise ein folienförmiger, ein filmförmiger oder ein blockförmiger beweglicher Lichtabschirmungsabschnitt und feststehender Lichtabschirmungsabschnitt vorgesehen sein. Außerdem kann jeder des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts und des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts aus einem Stück oder mehreren Stücken gebildet sein. Außerdem kann, anders als in den obigen Ausführungsformen, in denen der feststehende Lichtabschirmungsabschnitt derart vorgesehen ist, dass er den gesamten Umfang des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts umgibt, ein feststehender Lichtabschirmungsabschnitt derart vorgesehen sein, dass er einen Teil eines beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts umgibt. Außerdem kann eine Stufe derart vorgesehen sein, dass sie ringförmig kontinuierlich ist, oder es kann eine Stufe diskontinuierlich an einem äußeren Umfangsabschnitt eines beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts oder an einem inneren Umfangsabschnitts eines feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts vorgesehen sein. Außerdem können eine Aussparung und ein Vorsprung derart vorgesehen sein, dass sie ringförmig kontinuierlich sind oder sie können diskontinuierlich an einem äußeren Umfangsabschnitt eines beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts oder einem inneren Umfangsabschnitt eines feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts vorgesehen sein.
Außerdem veranschaulichen die obigen Ausführungsformen Beispiele, in denen die LD 2a als das lichtemittierende Element verwendet wird, und die APD 7a als das Lichtempfangselement verwendet wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt. Eine geeignete Anzahl von lichtemittierenden Elementen, die unterschiedlich zu einer LD sind, kann in einem Lichtprojektionsmodul 2 verwendet werden. Außerdem kann beispielsweise eine PD des PIN-Typs, eine SPAD-(Einzelphotonlawinendiode, Single Photon Avalanche Diode)-Diode, die eine Geigermode-APD ist, ein MPPC (Multi Pixel Photon Counter), der durch Parallelschaltung mehrerer SPADs gebildet wird, oder dergleichen in einem Lichtempfangsmodul 7 als ein Lichtempfangselement vorgesehen sein. Ferner kann die Anzahl und die Anordnung der lichtemittierenden Elemente und der Lichtempfangselemente auf geeignete Weise ausgewählt werden.
Außerdem beschreiben die obigen Ausführungsformen Beispiele, in denen die optische Abtastvorrichtung 4 verwendet wird. Die optische Abtastvorrichtung 4 verwendet den Motor 4f, um den Spiegel 4a derart zu drehen, dass die Ausrichtung des Spiegels 4a verändert wird. Daher führt die optische Abtastvorrichtung 4 das Abtasten mit projiziertem Licht und reflektiertem Licht durch. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Beispiele beschränkt. Zusätzlich zu dem obigen kann beispielsweise eine optische Abtastvorrichtung verwendet werden, die einen Spiegel unter Verwendung eines Aktors schwenkt, um die Ausrichtung des Spiegels derart zu verändern, dass eine Abtastung mit projiziertem Licht und reflektiertem Licht durchgeführt wird.
Außerdem beschreiben die obigen Ausführungsformen Beispiele, in denen das lichtprojizierende optische System und der Lichtprojektionsraum K1 oberhalb der Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b vorgesehen sind, und das lichtempfangende optische System und der Lichtempfangsraum K2 unterhalb der Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b vorgesehen sind. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt, und ein lichtprojizierendes optisches System und ein Lichtprojektionsraum können unterhalb der Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b vorgesehen sein, und ein lichtempfangendes optisches System und ein Lichtempfangsraum können oberhalb der Lichtabschirmungsabschnitte 15a, 15b vorgesehen sein.
Ferner beschreiben die obigen Ausführungsformen Beispiele, in denen die vorliegende Erfindung auf eine Objekterfassungsvorrichtung 100 angewendet wird, die den fahrzeuginternen Laserradar aufweist. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf eine Objekterfassungsvorrichtung für einen anderen bestimmungsgemäßen Gebrauch verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018019755 [0001]
JP 2014052366 A [0005, 0006]
JP 2014219250 A [0005, 0007]
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JP 2004125554 A [0010]
JP 2014 [0012]
JP 52366 A [0012]

Claims

Objekterfassungsvorrichtung, umfassend: ein lichtemittierendes Element, das dazu eingerichtet ist, Licht zu projizieren; ein Lichtempfangselement, das dazu eingerichtet ist, Licht zu empfangen und ein Lichtempfangssignal auszugeben; eine optische Abtastvorrichtung, die einen Spiegel aufweist, und dazu eingerichtet ist, eine Ausrichtung des Spiegels zu verändern, um zu bewirken, dass der Spiegel projiziertes Licht, das von dem lichtemittierenden Element projiziert wird, zu reflektieren, um einen vorgegebenen Bereich abzutasten, und zu bewirken, dass der Spiegel reflektiertes Licht von einem Objekt in dem vorgegebenen Bereich des projizierten Lichts reflektiert, um das reflektierte Licht zu dem Lichtempfangselement zu leiten; einen Detektor, der dazu eingerichtet ist, das Objekt basierend auf dem Lichtempfangssignal, das das Lichtempfangselement entsprechend einem Lichtempfangszustand des reflektierten Lichts ausgibt, zu erfassen; und ein Gehäuse, das dazu eingerichtet ist, das lichtemittierende Element, das Lichtempfangselement, die optische Abtastvorrichtung und den Detektor aufzunehmen; wobei die Vorrichtung ferner einen Lichtabschirmungsabschnitt umfasst, der dazu eingerichtet ist, das Gehäuse in einen Lichtprojektionsraum, durch welchen das projizierte Licht läuft, und einen Lichtempfangsraum zu unterteilen, durch den das reflektierte Licht läuft, und dazu eingerichtet ist, Licht zu blockieren, der Spiegel einen ersten reflektierenden Bereich, der das projizierte Licht reflektiert, und einen zweiten reflektierenden Bereich aufweist, der das reflektierte Licht reflektiert, wobei der erste reflektierende Bereich und der zweite reflektierende Bereich in der selben reflektierenden Fläche angeordnet sind, und der Lichtabschirmungsabschnitt aufweist: einen beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt, der an dem Spiegel derart vorgesehen ist, dass er den ersten reflektierenden Bereich und den zweiten reflektierenden Bereich trennt und dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem Spiegel beweglich zu sein, und einen feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt, der an dem Gehäuse derart befestigt ist, dass er den beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt umgibt.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein Spalt zwischen dem beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt und dem feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt derart eingestellt ist, dass er in einem solchen Ausmaß verengt ist, dass der feststehende Lichtabschirmungsabschnitt eine Bewegung des Spiegels und des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts nicht behindert.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Stufe an zumindest einem ausgewählt aus einem äußeren Umfangsabschnitt des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts und einem inneren Umfangsabschnitt des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts, der dem äußeren Umfangsabschnitt zugewandt ist, vorgesehen ist.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Stufe an dem äußeren Umfangsabschnitt des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts vorgesehen ist, wobei die Stufe zwischen einer Endfläche des äußeren Umfangsabschnitts, die sich näher an dem ersten reflektierenden Bereich befindet, und einer Endfläche des äußeren Umfangsabschnitts, die sich näher an dem zweiten reflektierenden Bereich befindet, gebildet ist, und wobei eine der Endflächen sich näher an dem inneren Umfangsabschnitt des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts befindet als die andere Endfläche.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Stufe an dem inneren Umfangsabschnitt des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts vorgesehen ist, wobei die Stufe zwischen einer Endfläche des inneren Umfangsabschnitts, die sich näher an dem ersten reflektierenden Bereich befindet, und einer Endfläche des inneren Umfangsabschnitts, die sich näher an dem zweiten reflektierenden Bereich befindet, gebildet ist, und wobei eine der Endflächen sich näher an dem äußeren Umfangsabschnitt des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts befindet als die andere Endfläche.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Stufe an dem äußeren Umfangsabschnitt des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts vorgesehen ist, und die Stufe auch an dem inneren Umfangsabschnitt des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts vorgesehen ist, und wobei die Stufe an dem äußeren Umfangsabschnitt und die Stufe an dem inneren Umfangsabschnitt einen gekrümmten Spalt zwischen dem beweglichen Lichtabschirmungsabschnitt und dem feststehenden Lichtabschirmungsabschnitt bilden.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei einer ausgewählt aus dem äußeren Umfangsabschnitt des beweglichen Lichtabschirmungsabschnitts und dem inneren Umfangsabschnitt des feststehenden Lichtabschirmungsabschnitts in einer vorspringenden Form derart gebildet sein, dass er in Richtung des anderen ausgewählt aus dem äußeren Umfangsabschnitt und dem inneren Umfangsabschnitt vorspringt, und mehrere Stufen aufweist, und der andere in einer ausgesparten Form derart gebildet ist, dass er in Richtung der Seite entgegengesetzt zu dem einen ausgespart ist, und mehrere Stufen aufweist.