JP2005233776A - 距離検出装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 距離検出装置の製造方法の簡略化を図る。
【解決手段】 フレネルレンズ６ａをインナーケース１ｃと一体成型する。そして、これらの成型時に、フレネルレンズ６ａが所望位置から位置ズレしないようにする。これにより、フレネルレンズ６ａおよびインナーケース１ｃが一体成型された際に、そのときのフレネルレンズ６ａの光軸が所望の位置を向いた状態となる。このため、インナーケース１ｃに他の部品として発光部を固定した際には、自己整合的に、フレネルレンズ６ａの光軸が発光部が照射するレーザ光の光軸と対応した状態となる。したがって、フレネルレンズ６ａの光軸調整を不要にすることができ、距離検出装置の製造工程の簡略化を図ることができると共に、大量生産時における生産性阻害要因を無くすことが可能となる。
【選択図】 図４

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およびその製造方法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し、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、ポリゴンミラーの各側面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フレネルレンズおよび受光素子を備えた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）。

そして、これら距離検出装置を構成する各部品が樹脂などで形成されたインナーケースに固定されたのち、距離検出装置の外形を形成するアウターケースに収容されることで、距離検出装置が構成されている。

このような従来の距離検出装置では、フレネルレンズをインナーケースに固定するに際し、発光部における出射光の光軸とフレネルレンズの光軸とが一致するように、光軸の調整を行う必要がある。この光軸調整について、図７を参照して説明する。

図７は、上記従来の距離検出装置において、フレネルレンズＪ１をインナーケースＪ２に固定する際の様子を示した図である。

この図に示されるように、従来の距離検出装置では、フレネルレンズＪ１の４隅それぞれに長穴部Ｊ３が形成されている。また、インナーケースＪ２のうちフレネルレンズＪ１が固定される位置には、フレネルレンズＪ１の４隅の長穴部Ｊ３と対応するネジ穴Ｊ４と位置決め凸部Ｊ５とが２つずつ対角線の関係で形成されている。

そして、フレネルレンズＪ１をインナーケースＪ２の所定位置に配置したのち、２本のネジＪ６をネジ穴Ｊ４に螺合させることにより、フレネルレンズＪ１をインナーケースＪ２に仮固定する。次に、フレネルレンズＪ１を上下方向にスライドさせることで、発光部における出射光の光軸がフレネルレンズＪ１の光軸に対して位置ズレしていないように調整する。その後、ネジＪ６を固く締めることで、フレネルレンズＪ１をインナーケースＪ２に本固定している。

このように、従来では、フレネルレンズＪ１側の上下調整により、光軸調整を行うようにしている。
特開２００２−０３１６８５号公報

しかしながら、上記従来の距離検出装置では、フレネルレンズＪ１を上下調整しなければ光軸調整を行うことができないため、その調整工程により、距離検出装置の製造工程を増大させるという問題がある。このため、製造工程の煩雑化を招き、引いては大量生産時に、生産性阻害の要因になる恐れもある。

本発明は上記点に鑑みて、距離検出装置における製造工程の簡略化を図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、アウターケース（１、１ａ、１ｂ）と、アウターケース内に配置され、探査光を出射する発光部（２）と、アウターケースに形成され、発光部からの探査光を通過させる光通過面を有する投射窓部（１ｅ）と、アウターケース内に配置され、探査光の反射光を集光する集光レンズ（６ａ）を有し、この集光レンズによって集光された光を受け取る受光部（６）と、アウターケースに形成され、受光部が受け取る反射光を通過させる入射窓部（１ｆ）と、アウターケース内に配置され、集光レンズを所望位置に位置決めされた状態で一体成型したインナーケース（１ｃ）とを備えていることを特徴としている。

このように、集光レンズをインナーケースと一体成型によって形成することにより、集光レンズの光軸が所望の位置を向いた状態のものとして形成することができる。このため、発光部等の他の部品をアウターケースもしくはインナーケースに固定した際には、自己整合的に、集光レンズの光軸が発光部が照射する探査光の光軸と対応した状態となる。したがって、集光レンズの光軸調整を不要にすることができ、距離検出装置の製造工程の簡略化を図ることができる。

請求項２に記載の発明では、固定型（１０）内の所望位置に集光レンズを配置したのち、固定型に配置した集光レンズを覆うように可動型（１２）を配置し、これら固定型および可動型によって形成される型内に樹脂を注入することで、インナーケースを集光レンズと一体成型により形成する工程を有することを特徴としている。このような手法により、請求項１に示す距離検出装置を製造することができる。

この場合、請求項３に示すように、インナーケースを形成する工程において、固定型における集光レンズが配置される部位を樹脂注入中に冷却するようにすれば、集光レンズが高温下で溶ける可能性がある材質のもので構成されていたとしても、高温な樹脂によって集光レンズが溶けてしまうことを防止することが可能となる。

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斜視図、断面図および上面図を図１、図２および図３それぞれに示す。以下、これら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〜図３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２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、図１に示されるように、略直方体形状で構成されたケース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、アウターケースを構成する第１ケース部１ａと第２ケース部１ｂおよびインナーケース１ｃ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、基本的に黒色のＰＰＳ樹脂で形成されたハウジング部となる樹脂部１ｄによってその外形が構成されているが、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、左右に並べられて、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１ｅと入射窓部１ｆとが備えられた構成となっている。

第２ケース部１ｂは、例えばアルミダイカストによって構成され、第１ケース部１ａの開口した面にシール部材１ｇを介して組みつけられ、例えばネジ締めによって固定されている。この第２ケース部１ｂには、ケース１から部分的に突出した樹脂製のコネクタ１ｈが配置されており、第２ケース部１ｂに設けられた穴部を介して、ケース１内外の電気的接続が行えるようになっている。

これら第１、第２ケース部１ｂによって構成されるケース１内には、インナーケース１ｃを介して、発光部２、反射ミラー３、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。なお、図２の断面では示されていないが、発光部２よりも紙面奥側において、ケース１内には、第１ケース部１ａに形成された入射窓部１ｆに対向するように、その内側にフレネルレンズおよび受光素子を有する受光部６も配置されている。

発光部２は、例えば、インナーケース１ｃに固定されたのち第２ケース部１ｂに固定されるようになっている。この発光部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、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、パルス状の探査光となるレーザ光（探査波）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、例えば、インナーケース１ｃ内壁に固定された支持部７により、インナーケース１ｃに対して揺動可能に支持されており、例えば、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り、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）が行え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、インナーケース１ｃのうち第１ケース部１ａの底面側に位置する部位において、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１ｅ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、図示しない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、反射光の照射角が変わり、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、図３に示されるように、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、本実施形態では、受光部６におけるフレネルレンズ６ａは、インナーケース１ｃと一体になっている。図４は、これらフレネルレンズ６ａおよびインナーケース１ｃだけを距離検出装置から取り出したときの斜視図である。また、図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。

図４に示されるフレネルレンズ６ａおよびインナーケース１ｃは、一体成型されたものである。図５に示されるように、フレネルレンズ６ａの外縁部、つまり、フレネルレンズ６ａのうちレーザ光の集光に寄与しない領域がインナーケース１ｃを構成する樹脂によって覆われることで、フレネルレンズ６ａがインナーケース１ｃに固定されている。

このような一体成型により、フレネルレンズ６ａがインナーケース１ｃにおける所定位置に配置された状態となっている。すなわち、インナーケース１ｃが第１、第２ケース部１ａ、１ｂに収容されている状態において、フレネルレンズ６ａの光軸が投射窓部１ｅから出射されるレーザ光の光軸に対して所定の位置関係となり位置ズレしていない状態となっている。

このような距離検出装置の製造方法について説明する。なお、本実施形態に示す距離検出装置の製造方法に関して、インナーケース１ｃとフレネルレンズ６ａの製造工程以外の部分に関しては、従来の距離検出装置の製造方法と同様であるため、この異なる部分について詳細に説明し、他の部分については簡略化する。

図６は、インナーケース１ｃとフレネルレンズ６ａとを一体成型する際の様子を示したものである。この図に示されるように、まず、フレネルレンズ６ａのうち車両前方に向けられる面側を下に向けた状態で、固定型１０における所望位置に配置する。このとき、例えば、固定型１０におけるフレネルレンズ６ａの搭載位置に、位置決め用の壁面等が形成されていることから、成型時にフレネルレンズ６ａが上記所望位置から位置ズレしないようになっている。

次に、固定型１０内において、フレネルレンズ６ａの上部に入れ子と呼ばれるスライド型（可動型の一種）１１を配置することで、フレネルレンズ６ａの後方位置には樹脂が注入されないように、すなわち、フレネルレンズ６ａと受光素子６ｂとの間が空洞となるようにする。そして、固定型１０の上部に可動型１２を配置する。これにより、固定型１０、スライド型１１、可動型１２およびフレネルレンズ６ａによって形成された内部スペースがインナーケース１ｃと同じ形となる。

続いて、可動型１２に形成された樹脂注入穴１２ａを通じて樹脂を注入することで、樹脂にて内部スペースを埋め、フレネルレンズ６ａを樹脂封止する。そして、樹脂が固化するまで固定型１０、スライド型１１および可動型１２を動かさないようにし、固化した後に、各型を取り外す。これにより、フレネルレンズ６ａが一体成型されたインナーケース１ｃが形成される。

この後、インナーケース１ｃに各部品を組み付けたのち、回路基板５と共にインナーケース１ｃを第２ケース部１ｂに組み付ける。そして、各部品を覆うように第１ケース部１ａを第２ケース部１ｂに組み付けることで、距離検出装置が完成する。

なお、上記インナーケース１ｃの成型時には、例えば、３００℃程度とされた液化樹脂が用いられることから、フレネルレンズ６ａがポリカなどのように高温下において溶ける可能性がある材質で構成されていると、高温な樹脂によって溶けてしまう可能性がある。したがって、フレネルレンズ６ａの近傍においては、液化樹脂の温度を低下させられるように、固定型１０のうちフレネルレンズ６ａと対向する部位もしくはスライド型１１に、冷却機構を備えるようにし、フレネルレンズ６ａが溶けてしまわないように、成型時にその部位を冷却するようにすると良い。

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。

まず、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が所定の角度に調整される。そして、発光部２から所定のタイミングでレーザ光が照射され、そのレーザ光が反射ミラー３およびポリゴンミラー４で反射され、投射窓部１ｅから車両前方に照射されるという図２中の矢印に示される軌跡をたどる。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。

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。

続いて、本実施形態における距離検出装置による効果について説明する。

本実施形態の距離検出装置においては、上述したように、フレネルレンズ６ａをインナーケース１ｃと一体成型している。そして、これらの成型時に、フレネルレンズ６ａが所望位置から位置ズレしないようになっている。

このため、一体成型によるフレネルレンズ６ａおよびインナーケース１ｃが作成された際に、そのときのフレネルレンズ６ａの光軸が所望の位置を向いた状態となる。このため、インナーケース１ｃもしくは第１、第２ケース部１ａ、１ｂに他の部品や発光部２を固定した際には、フレネルレンズ６ａの光軸が、自己整合的に、発光部２が照射するレーザ光の光軸と対応した状態となる。

したがって、フレネルレンズ６ａの光軸調整を不要にすることができ、距離検出装置の製造工程の簡略化を図ることができると共に、大量生産時における生産性阻害要因を無くすことが可能となる。

なお、本実施形態では、集光レンズとしてフレネルレンズ６ａを適用した例を示したが、これは単なる一例であり、そのため種類の集光レンズ、例えば凸面レンズなどを用いることも可能である。（猪俣様：集光レンズをフレネルレンズに限定する必要はないと思い、このような記載を致しました。ご確認ください。）
また、ここでは、車載用の距離検出装置を例に挙げて説明したが、車載用に限らず、他の用途に用いられる距離検出装置に対しても本発明を適用することができる。

本発明の第１実施形態における距離検出装置の斜視図である。 図１に示す距離検出装置の断面図である。 図１に示す距離検出装置の上面図である。 図１に示す距離検出装置におけるインナーケースおよびフレネルレンズを示した斜視図である。 図４におけるＡ−Ａ断面図である。 インナーケースおよびフレネルレンズの製造工程を示した断面図である。 従来の距離検出装置におけるインナーケースおよびフレネルレンズの組み付けの様子を示した斜視図である。

符号の説明

１…ケース、１ａ…第１ケース部、１ｂ…第２ケース部、１ｃ…インナーケース、
１ｄ…投射窓部、１ｅ…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（集光レンズ）、６ｂ…受光素子、
１０…固定型、１１…スライド型、１２…可動型。

Claims (3)

1. アウターケース（１、１ａ、１ｂ）と、
   前記アウターケース内に配置され、探査光を出射する発光部（２）と、
   前記アウターケースに形成され、前記発光部からの前記探査光を通過させる光通過面を有する投射窓部（１ｅ）と、
   前記アウターケース内に配置され、前記探査光の反射光を集光する集光レンズ（６ａ）を有し、この集光レンズによって集光された光を受け取る受光部（６）と、
   前記アウターケースに形成され、前記受光部が受け取る前記反射光を通過させる入射窓部（１ｆ）と、
   前記アウターケース内に配置され、前記集光レンズを所望位置に位置決めされた状態で一体成型したインナーケース（１ｃ）とを備え、
   前記発光部が出射した前記探査光を前記投射窓部を通じて前記アウターケースの外部に向けて出射したのち、前記アウター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。
2. アウターケース（１、１ａ、１ｂ）と、
   前記アウターケース内に配置され、探査光を出射する発光部（２）と、
   前記アウターケースに形成され、前記発光部からの前記探査光を通過させる光通過面を有する投射窓部（１ｅ）と、
   前記アウターケース内に配置され、前記探査光の反射光を集光する集光レンズ（６ａ）を有し、この集光レンズによって集光された光を受け取る受光部（６）と、
   前記アウターケースに形成され、前記受光部が受け取る前記反射光を通過させる入射窓部（１ｆ）と、
   前記アウターケース内に配置されるインナーケース（１ｃ）とを備え、
   前記発光部が出射した前記探査光を前記投射窓部を通じて前記アウターケースの外部に向けて出射したのち、前記アウター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の製造方法であって、
   固定型（１０）内の所望位置に前記集光レンズを配置したのち、前記固定型に配置した前記集光レンズを覆うように可動型（１２）を配置し、これら固定型および可動型によって形成される型内に樹脂を注入することで、前記インナーケースを前記集光レンズと一体成型により形成する工程を有することを特徴とする距離検出装置の製造方法。
3. 前記インナーケースを形成する工程では、前記固定型における前記集光レンズが配置される部位を前記樹脂注入中に冷却することを特徴とする請求項２に記載の距離検出装置の製造方法。
   

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