JP2005257323A - 距離検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 人の目の安全性を確保すべくレーザ光の発光出力が所定範囲となるように低下させる場合において、精度良くレーザ光を低発光出力にできる距離検出装置を提供する。
【解決手段】 距離検出装置の製造工程中に、電流調整部７ａ自身が発生する出力電流値の調整を行うことで、各製品ごとに発生しているＩ−Ｌ特性の差を吸収し、発光部２が出射するレーザ光の発光出力がばらつかないようにする。また、温度センサ６の検出信号に基づいて、電流調整部７ａが設定する出力電流値をフィードフォアード制御することで温度補正を行う。これにより、発光部２を構成するレーザダイオードの個体差によるＩ−Ｌ特性のバラツキや、レーザダイオードの温度によるＩ−Ｌ特性の変動に関わらず、人の目に損傷を与えない程度であり、かつ、ある程度の検出距離が得られる所定範囲となるように、レーザ光の発光出力を制御することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば車両に搭載され、レーザ光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、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、例えば先行車両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、遠い位置も検出できるように測定距離を稼ぐためには、できる限りレーザ光の発光出力を上げる必要がある。その反面、レーザ光が用いられることから、人の目に損傷を与える可能性がある。

このため、例えば、前方車両が停止したときには自車両も共に停止し、前方車両が発進したときには自車両も共に発進するシステムに採用される距離検出装置では、車両走行自と車両停車時とでレーザ光の発光出力を変化させるようにしている。すなわち、車両走行時には長時間人の目にレーザ光が照射されないが、車両停車時には長時間人の目にレーザ光が照射される可能性があるものとして、車両停車時には、人の目の安全性を確保しながらある程度は測定距離が得られるように、車両走行時に対してレーザ光の発光出力を低下させ、発光出力が所定範囲となるように制御している。
特開２００２−０３１６８５号公報

上述したように、距離検出装置では、人の目の安全性を確保すべく、レーザ光の発光出力が所定範囲に低下させられる。このため、レーザ光の発光出力を精度良く制御、調整する必要がある。

しかしながら、レーザ光の発光に用いられるレーザダイオードは、特性上、低出力時には電流−発光出力特性（以下、Ｉ−Ｌ特性という）が大きくばらつく。例えば、電流Ｉに対して発光出力Ｌが最も大きくなるレーザダイオード（ＭＡＸ）もしくは最も小さくなるレーザダイオード（ＭＩＮ）と、平均的なレーザダイオード（ＴＹＰ）について、それぞれのＩ−Ｌ特性を図示すると、図３のようになる。

したがって、レーザ光を所定範囲の発光出力にするために、電流Ｉを所定値に設定したとしても、レーザダイオードの特性バラツキにより、レーザ光を所定範囲の発光出力にできない場合が発生するという問題がある。

また、レーザダイオードのＩ−Ｌ特性は、温度によっても変動する。すなわち、レーザダイオードに同じ大きさの電流を流しても、発光出力がばらつく。このため、この場合にも、レーザ光を所定範囲の発光出力にできなくなる可能性がある。

本発明は上記点に鑑みて、人の目の安全性を確保すべくレーザ光の発光出力が所定範囲となるように低下させる場合において、レーザダイオードの固体差による特性バラツキを吸収し、精度良くレーザ光を低発光出力にできる距離検出装置を提供することを目的とする。また、レーザダイオードのＩ−Ｌ特性の温度による変動を鑑みて、精度良くレーザ光を低発光出力にできる距離検出装置を提供することも目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、発光部（２）に対して電流を流すと共に、その電流の大きさとなる出力電流値を調整する電流調整部（７ａ）を有し、電流調整部は、発光部に含まれるレーザダイオードの個体差となる電流−発光出力特性の差を吸収するように、発光部が出射するレーザ光が所定の発光出力より低い低発光出力とされるときに、レーザダイオードの個体毎に異なる出力電流値を設定するようになっており、発光部は、電流調整部によって設定された出力電流値に相当する電流が流されることにより、レーザダイオードの個体差に関わらず、レーザ光としてその発光出力が所定範囲に入るものを出射するようになっていることを特徴としている。

このように、距離検出装置の製造工程中に、電流調整部自身が発生する出力電流値の調整を行うことで、各製品ごとに発生している電流−発光出力特性の差を吸収し、発光部が出射するレーザ光の発光出力がばらつかないようにしている。これにより、電流調整部の出力電流値が各製品ごとのレーザダイオードの電流−発光出力特性のバラツキが考慮された値とされ、各製品ごとのレーザダイオードの電流−発光出力特性のバラツキに関係なく、レーザ光の発光出力が所定範囲に入るように制御、調整することができる。

したがって、発光部に含まれるレーザダイオードの個体差による電流−発光出力特性のバラツキに関わらず、人の目に損傷を与えない程度であり、かつ、ある程度の検出距離が得られる所定範囲となるように、レーザ光の発光出力を制御することができる。

請求項２および３に記載の発明では、レーザダイオードの温度に応じた検出信号を出力する温度検出手段（６）を有し、電流調整部は、温度検出手段からの検出信号に基づいて、出力電流値を調整することで、レーザダイオードの電流−発光出力特性の温度変動に基づくレーザ光の発光出力の変動を補正するようになっていることを特徴としている。

このように、電流調整部は、温度検出手段の検出信号を受け取り、その検出信号に基づいて、出力電流値の温度補正を行うようにしている。このため、電流−発光出力特性の温度変動が生じても、電流調整部の出力電流値はそれを考慮した値とされ、発光部の温度によらず、レーザ光の発光出力が所定範囲に入るように制御、調整することができる。

したがって、レーザダイオードの温度変動による電流−発光出力特性の変動に関わらず、人の目に損傷を与えない程度であり、かつ、ある程度の検出距離が得られる所定範囲となるように、レーザ光の発光出力を制御することができる。

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図を図１に示す。また、図１に示す距離検出装置の概略構成を図２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２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。

図１に示されるように、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、図２に示されるように横方向に並べられて、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、シール部材１ｅを介して組みつけられている。

なお、図１に示されるように、第２ケース部１ｂの一部には、ケース１から部分的に突出したコネクタ１ｆが配置されている。そして、このコネクタ１ｆ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には、発光部２、反射ミラー３、ポリゴンミラー４、受光部５および温度センサ６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各種回路部、例えば図２に示される電流調整部７ａが備えられた回路基板７が備えられている。

発光部２は、回路基板７に備えられた電流調整部７ａから流される電流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８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７に備えられた駆動回路（図示せず）によって駆動される図示しないモータにて反射ミラー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）が行わ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の上面側において、回路基板７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７に備えられた駆動回路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５は、図２に示されるように、フレネルレンズ５ａ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５ｂなどによって構成され、フレネルレンズ５ａによってレーザ光を集光し、受光素子５ｂ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５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。

この受光部５は、ポリゴンミラー４に対して横置き、すなわちポリゴンミラー４の回転軸と垂直方向にずらされて配置されている。

温度センサ６は、発光部２を構成するレーザダイオードの近傍に配置されるもので、例えば、回路基板７の上に実装される。この温度センサ６は、発光部２の温度に応じた検出信号を出力するようになっている。

回路基板７は、各種回路部を備えたものであり、上述したように、電流調整部７ａを備えている。電流調整部７ａは、レーザ光の発光タイミングに合わせたパルス状の電流を発光部２に流すと共に、温度センサ６の検出信号に基づいて、レーザ光の発光出力を調整すべく、発光部２に流す電流の大きさ（以下、出力電流値という）の調整を行うものである。

具体的には、電流調整部７ａは、距離検出装置の製造工程中に、電流調整部７ａ自身が発生する出力電流値の調整が行えるような構成となっている。このため、各製品ごとに発生しているＩ−Ｌ特性の差を吸収するように、例えば、出力電流値を決定している制御回路値が調整されることで、発光部２が出射するレーザ光の発光出力がばらつかないようにされている。

これにより、電流調整部７ａの出力電流値が各製品ごとのレーザダイオードのＩ−Ｌ特性のバラツキが考慮された値とされ、車両の走行状態に応じて、レーザ光の発光出力が決められた値となるように調整される。例えば、車両停止時には、車両停止時には発光部２が出射するレーザ光の発光出力が、人の目に損傷を与えない程度であり、かつ、ある程度の検出距離が得られる所定範囲となるように低下させられる。このとき、電流調整部７ａの出力電流値が各製品ごとのレーザダイオードのＩ−Ｌ特性のバラツキが考慮された値とされることから、各製品ごとのレーザダイオードのＩ−Ｌ特性のバラツキに関係なく、レーザ光の発光出力が所定範囲に入るようになっている。

また、電流調整部７ａは、温度センサ６の検出信号を受け取り、その検出信号に基づいて、出力電流値をフィードフォアード制御することで温度補正を行う。すなわち、電流調整部７ａの出力電流値が所定の温度（例えば室温）である場合を基準として設定されているとすると、Ｉ−Ｌ特性が温度変動した場合、その出力電流値をそのまま発光部２に流したのでは、レーザ光の発光出力が基準となる温度のときに得られる発光出力から変動したものとなる。このため、Ｉ−Ｌ特性の温度変動が生じたときに、基準となる温度のときに設定される出力電流値をそのまま発光部２に流すと、レーザ光の発光出力が基準となる温度のときに得られる発光出力に対して変動する。したがって、前者が後者よりも大きくなる場合には出力電流値を基準となる温度のときよりも低下させ、前者が後者よりも小さくなる場合には出力電流値を基準となる温度のときよりも増加させるようにしている。

例えば、電流調整部７ａにメモリを備えておき、そのメモリ内に、発光部２を構成しているレーザダイオードのＩ−Ｌ特性の温度変動を示した特性マップを記憶させ、この特性マップから、Ｉ−Ｌ特性の温度変動が認識できるようにすることで、特性マップから認識したＩ−Ｌ特性の温度変動を考慮に入れた上で、発光部２が出射するレーザ光が上記所定範囲となるように調整することができる。

以上のようにして本実施形態における距離検出装置が構成されている。このような距離検出装置では、距離検出装置が製品として出荷される前に、電流調整部７ａが発生する出力電流値の調整が行われる。

例えば、発光部２からレーザ光を出射させ、そのレーザ光を図示しない受光装置によって受け取る。そして、その受光装置に備えられたディスプレイなどの表示器に、レーザ光の発光出力に応じた波形を表示し、その波形が平均的なレーザダイオードの波形と一致するように、電流調整部７ａの出力電流値を調整する。例えば、上述したように、出力電流値を決定する制御回路値を調整する。これにより、電流調整部７ａの出力電流値が各製品ごとのレーザダイオードのＩ−Ｌ特性のバラツキが考慮された値とされ、車両の走行状態に応じて、レーザ光の発光出力が決められた値となるように調整される。

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、車両走行時のようにレーザ光の発光出力が通常の大きさとされるタイミングにおいては、駆動回路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で反射されて、図２中点線矢印Ａで示されるように投射窓部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、その反射光が図２中点線矢印Ｂで示されるように入射窓部１ｄを通じてフレネルレンズ５ａで集められ、受光素子５ｂに照射される。

これにより、受光素子５ｂ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。これが増幅回路６ｂによって増幅されたのち、回路基板７に備えられた図示しない演算部に入力される。そして、演算部は、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１ｆ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、車両停車時のようにレーザ光の発光出力が車両走行時と比べて低下させられるタイミングになると、電流調整部７ａは出力電流値を調整する。このとき、電流調整部７ａによって調整された出力電流値は、各製品ごとのレーザダイオードのＩ−Ｌ特性のバラツキが考慮された値とされ、かつ、温度センサ６からの検出信号に基づいたフィードフォアード制御により、温度補正が行われた値とされる。

したがって、このように設定された出力電流値に相当する電流を発光部２に流すことにより、発光部２が出射するレーザ光の発光出力は、人の目に損傷を与えない程度であり、かつ、ある程度の検出距離が得られる所定範囲に制御される。

以上説明したように、本実施形態に示す距離検出装置では、距離検出装置の製造工程中に、電流調整部７ａ自身が発生する出力電流値の調整が行えるような構成となっており、各製品ごとに発生しているＩ−Ｌ特性の差を吸収し、発光部２が出射するレーザ光の発光出力がばらつかないようにされている。これにより、電流調整部７ａの出力電流値が各製品ごとのレーザダイオードのＩ−Ｌ特性のバラツキが考慮された値とされ、各製品ごとのレーザダイオードのＩ−Ｌ特性のバラツキに関係なく、レーザ光の発光出力が所定範囲に入るように制御、調整することができる。

また、本実施形態に示す距離検出装置では、電流調整部７ａは、温度センサ６の検出信号を受け取り、その検出信号に基づいて、出力電流値をフィードフォアード制御することで温度補正を行うようにしている。このため、Ｉ−Ｌ特性の温度変動が生じても、電流調整部７ａの出力電流値はそれを考慮した値とされ、発光部２の温度によらず、レーザ光の発光出力が所定範囲に入るように制御、調整することができる。

このように、精度良く、発光部２が出射するレーザ光の発光出力を制御、調整することが可能となる。したがって、発光部２を構成するレーザダイオードの個体差によるＩ−Ｌ特性のバラツキや、レーザダイオードの温度によるＩ−Ｌ特性の変動に関わらず、人の目に損傷を与えない程度であり、かつ、ある程度の検出距離が得られる所定範囲となるように、レーザ光の発光出力を制御することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、ポリゴンミラー４の回転軸に垂直方向に受光部２を配置した横置きの距離検出装置を例に挙げて説明したが、各構成部品の配置関係などについてはあくまでも一例であり、他の配置になっていても構わない。

本発明の第１実施形態における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概略構成を示した図である。 レーザダイオードの固体差によるＩ−Ｌ特性のバラツキを示した特性図である。

符号の説明

１…ケース、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…受光部、５ａ…フレネルレンズ、５ｂ…受光素子、
６…温度センサ（温度検出手段）、７…回路基板、７ａ…電流調整部。

Claims (3)

1. ケース（１、１ａ、１ｂ）と、
   前記ケース内に配置され、探査光としてレーザ光を照射するレーザダイオードを有する発光部（２）と、
   前記ケースに設けられ、前記レーザ光を通過させて、前記ケースの外部に出射する投射窓部（１ｃ）と、
   前記ケース内に配置され、前記レーザ光の反射光を受け取る受光部（５）と、
   前記ケースに設けられ、前記レーザ光の反射光を通過させて、前記受光部に入射させる入射窓部（１ｄ）とを備え、
   前記発光部が照射した前記レーザ光を、前記投射窓部を通じて前記ケースの外部に向けて出射したのち、前記ケースの外部で反射してきた前記レーザ光を前記受光部で受け取り、それに基づいて前記レーザ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、
   前記発光部に対して電流を流すと共に、その電流の大きさとなる出力電流値を調整する電流調整部（７ａ）を有し、
   前記電流調整部は、前記レーザダイオードの個体差となる電流−発光出力特性の差を吸収するように、前記発光部が出射する前記レーザ光が所定の発光出力より低い低発光出力とされるときに、前記レーザダイオードの個体毎に異なる出力電流値を設定するようになっており、
   前記発光部は、前記電流調整部によって設定された前記出力電流値に相当する電流が流されることにより、前記レーザダイオードの個体差に関わらず、前記レーザ光としてその発光出力が所定範囲に入るものを出射するようになっていることを特徴とする距離検出装置。
2. 前記レーザダイオードの温度に応じた検出信号を出力する温度検出手段（６）を有し、
   前記電流調整部は、前記温度検出手段からの検出信号に基づいて、前記出力電流値を調整することで、前記レーザダイオードの電流−発光出力特性の温度変動に基づく前記レーザ光の発光出力の変動を補正す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. ケース（１、１ａ、１ｂ）と、
   前記ケース内に配置され、探査光としてレーザ光を照射するレーザダイオードを有する発光部（２）と、
   前記ケースに設けられ、前記レーザ光を通過させて、前記ケースの外部に出射する投射窓部（１ｃ）と、
   前記ケース内に配置され、前記レーザ光の反射光を受け取る受光部（５）と、
   前記ケースに設けられ、前記レーザ光の反射光を通過させて、前記受光部に入射させる入射窓部（１ｄ）とを備え、
   前記発光部が照射した前記レーザ光を、前記投射窓部を通じて前記ケースの外部に向けて出射したのち、前記ケースの外部で反射してきた前記レーザ光を前記受光部で受け取り、それに基づいて前記レーザ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、
   前記発光部に対して電流を流すと共に、その電流の大きさとなる出力電流値を調整する電流調整部（７ａ）と、
   前記レーザダイオードの温度に応じた検出信号を出力する温度検出手段（６）を有し、
   前記電流調整部は、前記温度検出手段からの検出信号に基づいて、前記出力電流値を調整することで、前記レーザダイオードの電流−発光出力特性の温度変動に基づく前記レーザ光の発光出力の変動を補正するようになっていることを特徴とする距離検出装置。
   

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