JP2005227220A - 距離検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スキャンミラーに対して受光部を縦置きしたとしても、受発行モニター機能を実現できる距離検出装置を提供する。
【解決手段】 反射ミラー３の角度調整が行えるようにすると共に、反射ミラー３の裏面側に導光部材８の一端を配置し、この導光部材８の他端を受光部６に向ける。そして、距離検出を行うタイミングのときには反射ミラー３にてレーザ光を反射させ、ポリゴンミラー５側にレーザ光を導き、受発光モニターのタイミングのときには反射ミラー３を角度調整してレーザ光が反射ミラー３を通り過ぎて導光部材８に導かれるようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば車両に搭載され、光波によって先行車等との距離を測定する距離検出装置に関するものである。

従来より、車両に搭載される距離検出装置として、例えばレーザ光によって先行車等の障害物との距離を測定するもの（レーザレーダ）が知られている。この距離検出装置は、レーザダイオードを断続的に発光させて車両の前方に照射すると共に、前方の障害物からの反射光をフォトセンサで検出し、発光時刻と受光時刻との時間差に基づいて、障害物までの距離を測定する。

具体的には、距離検出装置は、レーザ光を照射する発光部と、そのレーザ光を反射する六角錐台形状の回転可能なスキャンミラーとなるポリゴンミラーと、反射してきたレーザ光を受け取る受光部とを備えた構成となっている。このような構成により、発光部が照射したレーザ光をポリゴンミラーにて反射させて車両前方に導く。このとき、ポリゴンミラーを回転させることで、ポリゴンミラーの各側面および各側面によって形成されるコーナー部に発光部からのレーザ光が当たるようにすることで、ポリゴンミラーでのレーザ光の反射角度を調整し、車両前方の所定範囲にレーザ光がスキャンされるようにする。そして、車両前方の障害物で反射したレーザ光を受光部で受け取ることで距離の測定を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。

この距離検出装置では、レーザ光が確実に照射されているか、また、前方の障害物で反射したレーザ光を確実に受け取ることができるかを確認するために、受発光モニター機能が必要とされる。

このような受発光モニター機能に関して、従来では、ポリゴンミラーの各側面がレーザ光をスキャンするための向きとは異なる特定の向きになったときに、発光部からレーザ光を発生させることで、そのレーザ光が距離検出装置のケース内側に備えられた透明板で反射するようにし、その反射光が受光部に到達するような自己診断用光路を形成している。そして、そのときに発光部からレーザ光を発生させても、反射光を受光部が正常に受け取って電気信号に変換できなかった場合には、距離検出装置の異常を検出するようにしている。
特開２００２−０３１６８５号公報

上記従来の場合、受光部が、ポリゴンミラーに対して該ポリゴンミラーの回転軸に垂直な面上に、すなわちポリゴンミラーによって反射されるレーザ光が角度調整される方向に配置されている。換言すれば、ポリゴンミラーに対して受光部が横置きされている。このような配置になっているため、ポリゴンミラーの反射によってレーザ光がケース内側の透明板側に導かれると、その透明板で反射したレーザ光が受光部側に導くことが可能となっている。

しかしながら、このような手法は、ポリゴンミラーに対して受光部が横置きされているからこそ採用可能なものであり、距離検出装置の構造上、受光部がポリゴンミラーに対して該ポリゴンミラーの回転軸方向に並べて配置される場合、つまり縦置きされる場合には、従来のような手法を採用することができない。

本発明は上記点に鑑みて、スキャンミラーに対して受光部を縦置きしたとしても、受発行モニター機能を実現できる距離検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ケース（１、１ａ、１ｂ）と、ケース内に配置され、探査光を照射する発光部（２）と、ケース内に配置され、発光部から照射された探査光を反射する反射ミラー（３）と、ケース内に配置され、反射ミラーによって反射された探査光をさらに反射することで、探査光を所定の範囲で走査するスキャンミラー（４）と、スキャンミラーによって反射された探査光を通過させる透光性材料で構成された投射窓部（１ｃ）と、ケース内に配置され、探査光の反射光を受け取る受光部（６）とを備え、発光部が照射した探査光を、反射ミラーおよびスキャンミラーを介し、投射窓部を通じてケースの外部に向けて照射したのち、ケースの外部で反射してきた探査光を受光部で受け取り、それに基づいて探査光が反射させられた反射物体までの距離を検出する距離検出装置において、反射ミラーを駆動し、探査光の軌跡に対する反射ミラーの反射面の角度を調整する角度調整機構（７）と、ケース内において、反射ミラーを挟んで発光部の反対側に位置し、角度調整機構によって反射ミラーが駆動されることにより、発光部からの探査光を入射すると共に、受光部に向けて探査光を導く導光部材（８）とを備えて構成されていることを特徴としている。

このように、角度調整機構によって反射ミラーが駆動された場合に、探査光が導光部材に入射されるような構成とすれば、その探査光が導光部材に沿って受光部側に導かれる。これにより、導光部材から出射した探査光を受光部で受け取ることが可能となる。このような構成によれば、例えば、請求項４に示すように、スキャンミラーに対して、スキャンミラーにおける軸方向にずれた位置に、受光部が配置されるような形態の距離検出装置であっても、受発行モニター機能を実現することができる。

例えば、請求項２に示されるように、反射ミラーは、角度調整機構により、反射面が探査光の軌跡に対してほぼ平行となるように角度調整され、この状態とされた際に、発光部からの探査光の少なくとも一部が該反射ミラーを通り過ぎ、投光部材に入射されるような構成とされる。

また、請求項３に示されるように、角度調整機構にて探査光が反射ミラーで反射される角度と反射されない角度とに調整できるようにし、反射される角度に反射ミラーが調整されたときには、反射ミラーの反射した探査光がスキャンミラー側に導かれ、反射されない角度に反射ミラーが調整されたときには、探査光が反射ミラーを通り過ぎて導光部材に入射されるようにな形態とすることもできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態を適用した距離検出装置の断面構造を図１に示す。以下、この図に基づいて距離検出装置の構造について説明する。

図１に示される距離検出装置は、車両に搭載されるもので、例えば、図１における紙面右方向が車両前方を向くように配置され、例えばオートクルーズ時に車両前方の先行車等の障害物と自車両との距離を検出するレーザレーダとして用いられる。

距離検出装置は、略立方体形状で構成された樹脂製のケース１内に各種部品が収容されて構成されている。

ケース１は、第１ケース部１ａと第２ケース部１ｂとによって構成されている。第１ケース部１ａは、一面が開口する箱型を成しており、この第１ケース部１ａによって構成される収容スペース内に、各種部品が収容されるようになっている。第１ケース部１ａは、基本的には同じ材料の樹脂によって構成されているが、第１ケース部１ａのうち車両前方に向けられる面において、上下に並べられて、例えばガラスやアクリル樹脂等の透光性部材によって構成された投射窓部１ｃと入射窓部１ｄが備えられた構成となっている。

第２ケース部１ｂは、例えば樹脂などによって構成され、第１ケース部１ａの開口した面に組みつけられている。

なお、これら第１、第２ケース部１ａ、１ｂによって構成されるケース１の一部、例えば紙面手前側の一面には、図示していないが、ケース１から部分的に突出したコネクタが配置されている。そして、このコネクタを介して、ケース１内外の電気的接続が行えるようになっている。

このように構成されるケース１内に、各種部品が収容されている。具体的には、ケース１における下方位置には、発光部２、反射ミラー３およびポリゴンミラー４が備えられていると共に、距離検出装置を制御するための制御部（図示せず）などが備えられえた回路基板５が備えられている。また、ケース１における上方位置には、入射窓部１ｄと対向するように受光部６も配置されている。

発光部２は、回路基板５に備えられた制御部からの駆動信号に基づいて駆動されるもので、反射ミラー３に向けてレーザ光の照射を行うようになっている。例えば、この発光部２は、レーザダイオードによって構成され、パルス状のレーザ光（探査光）を発生するようになっている。

反射ミラー３は、発光部２が発したレーザ光を反射し、ポリゴンミラー４に向けて照射するためのものである。この反射ミラー３は、ケース１の内壁に固定された支持部７により、ケース１に対して揺動可能に支持されている。そして、回路基板５に備えられた制御部によって駆動される図示しないモータに反射ミラー３が揺動されることで、紙面垂直方向を軸とした反射角度の微調整（例えば、１度程度の調整）に加え、反射ミラー３の反射面が発光部２からのレーザ光の軌道に対してほぼ平行を向くように角度調整されるようになっている。なお、ここでいう支持部７およびモータが本発明における角度調整機構に相当するものである。

また、反射ミラー３は、その揺動の中心軸がレーザ光の軌道とずれた場所に位置している。このため、反射ミラー３がモータにより、反射ミラー３の反射面がレーザ光の軌道に対してほぼ平行を向くように揺動された際に、レーザ光の少なくとも一部が反射ミラー３を通り過ぎ、反射ミラー３の裏側まで導かれるようになっている。

ポリゴンミラー４は、六角錐の先端部分を切り取ったような六角錐台状の形状を成している。このポリゴンミラー４は、ケース１の下面側において、回路基板５上に六角錐軸を中心として回転可能なように支持されており、回路基板５に備えられた制御部によって駆動される図示しないモータによって回転駆動されるようになっている。このポリゴンミラー４は、その側面がすべて反射ミラーとして働くようになっており、スキャンミラーとして機能する。

具体的には、ポリゴンミラー４は、発光部２が発したレーザ光が反射ミラー３で反射されると、そのレーザ光をさらに反射させ、第１ケース部１ａの投射窓部１ｃを通じてその反射光を車両前方に導くようになっている。そして、モータによってポリゴンミラー４が駆動されると、その回転に応じてポリゴンミラー４の側面の角度が変わることから、反射光の投射角が変わり、車両前方における所定の範囲がスキャンされるようになっている。

受光部６は、フレネルレンズ６ａと例えばフォトダイオードによって構成される受光素子６ｂなどによって構成され、フレネルレンズ６ａによってレーザ光を集光し、受光素子６ｂに集光されたレーザ光が照射されるとその受光強度に対応する出力電流もしくは出力電圧を発生するようになっている。この受光部６により、ケース１の上方に照射されたレーザ光を検出できるようになっている。そして、この受光部６の出力電流もしくは出力電圧は、回路基板５に備えられた制御部に入力されるようになっている。

また、受光部６は、ポリゴンミラー４に対して縦置き、すなわちポリゴンミラー４の回転軸方向にずらされて配置されている。このため、ポリゴンミラー４によってレーザ光を反射させたとしても、その反射光の向きは受光部６側には向かないような配置形態となっている。

このため、本実施形態では、ケース１内にさらに、導光部材８を備えた構成としている。この導光部材８は、その一端が反射ミラー３の裏側（反射ミラー３を挟んで発光部２とは反対側）に位置していると共に、他端が受光部６側に向けられた構成となっている。この導光部材８は、例えば、第１ケース部１ａにおける投射窓部１ｃと入射窓部１ｄとの間の壁面に固定されている。

導光部材８は、例えばアクリル樹脂や光ファイバなどによって構成され、入射したレーザ光を側面部分で繰り返し内反射させることで、導光部材８の形状に沿って光を導くようになっている。したがって、本実施形態の場合、導光部材８の一端にレーザ光が入射されると、そのレーザ光が導光部材８の側面部分で繰り返し内反射し、導光部材８の他端から出射される構成となる。

次に、本実施形態のように構成された距離検出装置の作動について、図２に示す距離検出装置の概念図を参照して説明する。

上記構成の距離検出装置は、例えば車室内に備えられたオートクルーズコントロールのスイッチが投入されると、前方車両との距離の検出を行う。

そして、まず、距離検出を行うタイミングであれば、制御部からの駆動信号に基づいてモータが駆動され、反射ミラー３が距離検出位置、すなわち図２中のＡ位置に角度設定される。具体的には、反射ミラー３が発光部２からのレーザ光をポリゴンミラー４側に反射する角度に設定される。

このため、発光部２が発したレーザ光は、反射ミラー３およびポリゴンミラー４を介して投射窓部１ｃから車両前方に照射される。このレーザ光が自車両の前方に位置する先行車両などによって反射すると、その反射光が入射窓部１ｄを通じてフレネルレンズ６ａで集められ、受光素子６ｂに照射されるという図２中の実線矢印のような軌跡を辿ることになる。

これにより、受光素子６ｂは受けたレーザ光の強度に応じた出力電流もしくは出力電圧を発生させる。これが制御部によって検知され、制御部は、そのレーザ光を照射したタイミングとレーザ光が検出されたタイミングの時間差、つまり入力時間差とレーザ光の速度とから次式より先行車両との距離を検出する。

（数１）
レーザ光の速度×入力時間差／２
このようにして先行車両と自車両との距離が検出されると、その検出結果に応じた出力がコネクタを介してケース１の外部、例えばエンジンＥＣＵやブレーキＥＣＵなどに出力される。これにより、先行車両と自車両との距離が所定距離に維持されるように、エンジン出力もしくは制動力が制御されるようになっている。

一方、受発光が異常なく行われているか否かを自己診断する受発光モニターのタイミングであれば、制御部からの駆動信号に基づいてモータが駆動され、反射ミラー３が自己診断位置、すなわち図２中のＢ位置に角度設定される。具体的には、反射ミラー３は、反射面が発光部２からのレーザ光の軌道に沿って平行となるような角度に設定される。

このため、発光部２から出射されたレーザ光の少なくとも一部が、反射ミラー３を通過して、その裏面側に位置する導光部材８の一端に照射される。そして、反射を繰り返しながら導通部材８内を進み、導通部材８の他端から出射されたのち、受光部６に導かれるという図２中の点線矢印のような軌跡を辿ることになる。

これにより、受光部６は、照射されたレーザ光の強度に応じた出力電流もしくは出力電圧を出力し、それが制御部に伝えられる。この後、制御部にて、例えば受光部６の出力が所定のしきい値と比較され、しきい値を超えていれば受発光が正常に行われていること意味する出力、超えていなければ受発光が正常に行われていない旨の出力がコネクタを介して外部に伝えられる。そして、この出力が例えばメータＥＣＵに送られ、例えば受発光が正常に行われていない場合には、図示しない車室内のインストルメントパネルに設けられた警告ランプなどが点灯され、車室内の乗員に報告されるようになっている。

以上説明したように、本実施形態の距離検出装置によれば、発光部２が照射したレーザ光が反射ミラー３によって反射される場合と反射されない場合と分けられるようにしている。そして、反射されない場合には、そのレーザ光が反射ミラー３を通り過ぎて、反射ミラー３の裏面側に位置する導光部材８に入射されるようにしている。このため、導光部材８によってレーザ光を受光部６側に導くことが可能となる。したがって、ポリゴンミラー４に対して受光部６が縦置きされるような場合においても、受発光が確実に行われているか否かを自己診断することが可能となり、受発光モニター機能を実現することが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、受光部６がポリゴンミラー４に対して縦置きされるような場合について説明したが、反射ミラー３を駆動することによってレーザ光が反射ミラー３によって反射される場合とされない場合とを分けることにより、縦置きに関わらず、どのような配置であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

また、上記実施形態では、反射ミラー３の揺動の中心軸がレーザ光の軌道からずれるようにしていると説明したが、必ずしもずれている必要はない。つまり、反射ミラー３がレーザ光を反射しない形態とされた際に、少なくともレーザ光の一部が導光部材８に入射されるようになっていれば良い。

本発明の第１実施形態における距離検出装置の断面構成を示す図である。 図１に示す距離検出装置の作動状態を示した断面図である。

符号の説明

１…ケース、１ａ…第１ケース部、１ｂ…第２ケース部、１ｃ…投射窓部、
１ｄ…入射窓部、２…発光部、３…反射ミラー、４…ポリゴンミラー、
５…回路基板、６…受光部、６ａ…フレネルレンズ、６ｂ…受光素子、７…支持部、
８…導光部材。

Claims (4)

1. ケース（１、１ａ、１ｂ）と、
   前記ケース内に配置され、探査光を照射する発光部（２）と、
   前記ケース内に配置され、前記発光部から照射された前記探査光を反射する反射ミラー（３）と、
   前記ケース内に配置され、前記反射ミラーによって反射された前記探査光をさらに反射することで、前記探査光を所定の範囲で走査するスキャンミラー（４）と、
   前記スキャンミラーによって反射された前記探査光を通過させる透光性材料で構成された投射窓部（１ｃ）と、
   前記ケース内に配置され、前記探査光の反射光を受け取る受光部（６）とを備え、
   前記発光部が照射した前記探査光を、前記反射ミラーおよび前記スキャンミラーを介し、前記投射窓部を通じて前記ケースの外部に向けて照射したのち、前記ケースの外部で反射してきた前記探査光を前記受光部で受け取り、それに基づいて前記探査光が反射させられた障害物までの距離を検出する距離検出装置において、
   前記反射ミラーを駆動し、前記探査光の軌跡に対する前記反射ミラーの反射面の角度を調整する角度調整機構（７）と、
   前記ケース内において、前記反射ミラーを挟んで前記発光部の反対側に位置し、前記角度調整機構によって前記反射ミラーが駆動されることにより、前記発光部からの前記探査光を入射すると共に、前記受光部に向けて前記探査光を導く導光部材（８）とを備えて構成されていることを特徴とする距離検出装置。
2. 前記反射ミラーは、前記角度調整機構により、前記反射面が前記探査光の軌跡に対してほぼ平行となるように角度調整されるようになっており、この状態とされた際に、前記発光部からの前記探査光の少なくとも一部が該反射ミラーを通り過ぎ、前記投光部材に入射されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の距離検出装置。
3. 前記角度調整機構は、前記発光部からの前記探査光が前記反射ミラーによって反射される角度と、反射されない角度とに、前記反射ミラーの角度調整を行えるようになっており、前記反射される角度に前記反射ミラーを調整したときには、前記反射ミラーの反射した前記探査光が前記スキャンミラー側に導かれ、前記反射されない角度に前記反射ミラーを調整したときには、前記探査光が前記反射ミラーを通り過ぎて前記導光部材に入射されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の距離検出装置。
4. 前記スキャンミラーは、所定の軸を中心に回転するようになっており、
   前記受光部は、前記スキャンミラーに対して、前記スキャンミラーにおける軸方向にずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の距離検出装置。
   

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