JP2005326278A - 距離検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気吸引力や磁気反発力が弱まることを防止し、ミラーを大きく揺動させらられる距離検出装置を提供する。
【解決手段】 反射ミラー２の一端部に第１ヨーク３ａを配置すると共に、この第１ヨーク３ａの両端に対向するように２本の平行平板からなる第２ヨーク３ｂを配置する。そして、電磁石のコイルに電流を流すことで、第２ヨーク３ｂを介して第１ヨーク３ａを吸引もしくは反発させる。このとき、反射ミラー２が揺動するにつれて第１、第２ヨーク３ａ、３ｂのオーバラップ量が大きくなり、磁気抵抗が小さくなるように、第１、第２ヨーク３ａ、３ｂの配置場所を調整する。これにより、第１ヨーク３ａを吸引するための磁気吸引力が反射ミラー２の揺動状態に関わらず一定となる。したがって、磁気吸引力もしくは磁気反発力が低下してしまわないため、反射ミラー２を大きく揺動させることが可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば車両に搭載され、例えば光波等の電磁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揺動可能なスキャン用のミラーと、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ミラーにて反射させて車両前方に導く。このとき、ミラーを揺動させることで、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、ミラーに永久磁石を設置し、永久磁石近傍に設置した電磁石に電流を流すことで、電磁石の磁力によって永久磁石を吸引もしくは反発させ、ミラーを揺動させるようにしている。
特開２００２−１４２９８号公報

しかしながら、電磁石の磁力は、永久磁石までの距離が遠くなるにつれて弱くなるため、永久磁石が電磁石から遠く離れてしまうと、磁気吸引力や磁気反発力が弱まり、ミラーを大きく揺動させたくてもできないという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、磁気吸引力や磁気反発力が弱まることを防止し、ミラーを大きく揺動させられ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、電磁波発生部（１）が出射した探査用電磁波を反射ミラー（２）を介して所定の範囲に導いたのち、反射してきた探査用電磁波を電磁波受取部（７）で受け取り、それに基づいて探査用電磁波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であって、ミラー駆動部（３）は、反射ミラー（２）に取り付けられた、磁気回路の一部を構成する第１ヨーク（３ａ）と、反射ミラー（２）から離れた位置において、第１ヨーク（３ａ）から所定間隔離間して配置された、磁気回路の一部を構成する第２ヨーク（３ｂ）と、第２ヨーク（３ｂ）に接続され、第２ヨーク（３ｂ）を介して第１ヨーク（３ａ）に対して磁気吸引力もしくは磁気反発力を発生させる電磁石（３ｃ）と、電磁石（３ｃ）に対して電流を流すことで磁気吸引力もしくは磁気反発力を発生させる駆動回路（３ｄ）とを備えており、反射ミラー（２）が揺動するにつれて第１ヨーク（３ａ）と第２ヨーク（３ｂ）とのオーバラップ量が大きくなり、磁気抵抗が小さくなるように、第１ヨーク（３ａ）と第２ヨーク（３ｂ）の位置が設定されていることを特徴としている。

このように、反射ミラー（２）が揺動するにつれて第１ヨーク（３ａ）と第２ヨーク（３ｂ）とのオーバラップ量が大きくなり、磁気抵抗が小さくなるように、第１ヨーク（３ａ）および第２ヨーク（３ｂ）の配置場所を調整している。このため、第１ヨーク（３ａ）を吸引もしくは反発するための磁気吸引力もしくは磁気反発力が反射ミラー（２）の揺動状態に関わらず一定となる。したがって、磁気吸引力もしくは磁気反発力が低下してしまわないため、反射ミラー（２）を大きく揺動させることが可能となる。これにより、反射ミラー（２）を大きく揺動させらられる距離検出装置とすることができる。

例えば、請求項２に示されるように、第１ヨーク（３ａ）を、反射ミラー（２）の一端部に取り付けられた金属部材で構成することができる。例えば、請求項３に示されるように第１ヨーク（３ａ）をコの字状で構成することができる。また、第２ヨーク（３ｂ）を、第１ヨーク（３ａ）の両端部に対向して配置される金属製の２本の並行平板で構成することができる。

そして、請求項４に示されるように、例えば、駆動回路（３ｄ）により、所定周期の矩形状の電圧を印加することで電磁石（３ｃ）に電流を流し、電磁石（３ｃ）に周期的に磁気吸引力もしくは磁気反発力を発生させれば、周期的に反射ミラー（２）を揺動させることができる。

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。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（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ブロック構成を図１に示す。

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における紙面下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、例えば、図示しない樹脂製のケース内に各種部品が収容されて構成されている。具体的には、発光部１、反射ミラー２およびミラー駆動部３が備えられていると共に、磁気センサ４、Ａ／Ｄコンバータ５、演算部６、受光部７および距離測定部８も配置されている。

発光部１は、演算部６での演算結果を示す信号に基づいて駆動されるもので、反射ミラー２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１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。また、発光部１は、自分自身が発光したタイミングを示す信号を距離測定部８に出力するようになっている。

反射ミラー２は、発光部１が発したレーザ光を反射し、車両の前方の所定範囲に向けて照射するためのものである。この反射ミラー２は、ケースの内壁に固定された支持部２ａに対して板バネ２ｂを介して支持され、ケースに対して揺動可能となっている。

ミラー駆動部３は、反射ミラー２を揺動駆動させるためのものである。図２に、反射ミラー２およびミラー駆動部３の拡大模式図を示すと共に、図３にミラー駆動部３の作動状態の様子を示し、これらの図を参照してミラー駆動部３の構造について説明する。なお、図３（ａ）、（ｂ）は、作動中のミラー駆動部３を上方と下方それぞれから見た図を共に示したものである。

ミラー駆動部３は、第１、第２ヨーク３ａ、３ｂ、電磁石３ｃおよび駆動回路３ｄを備えて構成されている。

第１ヨーク３ａは、反射ミラー２の一端部に接続された、コの字形状の金属部材によって構成されている。第２ヨーク３ｂは、第１ヨーク３ａが構成するコの字形状の両端部から所定距離Ｘだけ離間して配置された金属製の２本の平行平板によって構成されている。この第２ヨーク３ｂは、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、反射ミラー２が揺動するにつれて第１ヨーク３ａとのオーバラップ量が大きくなり、磁気抵抗が小さくなるように、第１ヨーク３ａに対する配置場所が調整されている。

また、電磁石３ｃは、コイルへの通電によって磁気吸引力もしくは磁気反発力を発生させる円柱状の部材で、その両端に第２ヨーク３ｂが接続されている。駆動回路３ｄは、電磁石３ｃに備えられたコイルへの通電を制御するもので、例えば、図４に示されるように、所定周期の矩形状の電圧をコイルに印加することで、周期的に磁気を発生させるようになっている。

このような構成では、電磁石３ｃ、第２ヨーク３ｂおよび第１ヨーク３ａによって磁気回路が構成され、この磁気回路により、第１ヨーク３ａが周期的に吸引もしくは反発される。そして、反射ミラー２が板バネ２ｂによって支持されていることから、図２に示されるＺ軸を中心として反射ミラー２が揺動される。このとき、反射ミラー２の慣性モーメントがＪ、揺動方向への板バネ２ｂのバネ定数をＫとすると、反射ミラー２は、次式で示される固有振動数ｆでＺ軸を中心とした揺動方向に自由振動することになる。

そして、上記のように、反射ミラー２が揺動するにつれて第１ヨーク３ａとのオーバラップ量が大きくなり、磁気抵抗が小さくなるように、第１ヨーク３ａと第２ヨーク３ｂの位置関係が調整されていることから、第１ヨーク３ａを吸引もしくは反発するための磁気吸引力もしくは磁気反発力が反射ミラー２の揺動状態に関わらず一定となる。

磁気センサ４は、永久磁石４ａとセンサ部４ｂとを備えて構成されている。永久磁石４ａは、反射ミラー２のうち第１ヨーク３ａが配置された端部とは反対側の端部に取り付けられている。センサ部４ｂは、永久磁石４ａが発生させる磁気の強度を検出するもので、例えばホール素子などで構成され、磁気強度に応じた検出信号を発生させるようになっている。

図５に、磁気センサ４における永久磁石４ａとセンサ部４ｂの配置関係の一例を示し、この図を参照してこの配置関係について説明する。

図５は、反射ミラー２が揺動中心に位置するときの永久磁石４ａとセンサ部４ｂとの位置関係を示したものであり、（ａ）は、反射ミラー２の上方から見たときの様子、（ｂ）は、反射ミラー２の側面から見たときの様子を示している。

図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、センサ部４ｂは、反射ミラー２の揺動中心と反射ミラー２が最も揺動したときの位置、すなわち揺動角度±θｍａｘとなる位置との間に配置されている。具体的には、揺動中心から揺動角度±θｍａｘとなる位置までの領域のうち、揺動中心および揺動角度±θｍａｘを除いた位置、例えば、揺動中心から角度Θ_Hの場所にセンサ部４ｂが設置されている。

そして、図５（ｂ）に示されるように、永久磁石４ａは、永久磁石４ａのＮ極とＳ極と永久磁石４ａの移動軌跡に対して垂直方向に並べられるように、反射ミラー２に取り付けられた状態となっている。

Ａ／Ｄコンバータ５は、磁気センサ４におけるセンサ部４ｂの検出信号を受け取り、この検出信号をＡ／Ｄ変換するものである。

演算部６は、Ａ／Ｄコンバータ５によってＡ／Ｄ変換されたセンサ部４ｂの検出信号から反射ミラー２の揺動の振幅を求めるようになっている。

ここで、演算部６によって求められる反射ミラー２の揺動の振幅について、図６および図７を参照して説明する。

図６は、反射ミラー２を揺動させたときの磁気センサ４におけるセンサ部４ａの検出信号（出力電圧）を示したものであり、図７は、図６に示すセンサ部４ａの検出信号と反射ミラー２の揺動の振幅との関係を示した図である。

反射ミラー２が揺動させられると、永久磁石４ａがセンサ部４ｂに一旦近づいてから遠ざかり、反射ミラー２が最も揺動させられた位置（揺動角度θｍａｘ）に達してから、再度永久磁石４ａがセンサ部４ｂに一旦近づくことになる。

このとき、磁気センサ４における永久磁石４ａとセンサ部４ｂとが上記のような配置関係とされていることから、センサ部４ｂの検出信号は、図６に示した時点ａ、ｂの２箇所においてピーク値を示すことになる。つまり、１周期中に２回ピーク値を示すことになる。そして、このときの時点ａ、ｂの間の時間間隔は、時点ｂから、その次にセンサ部４ｂの検出信号がピーク値を示す時点ｃまでの時間間隔と異なったものとなる。

このときの反射ミラー２の振幅は、図７に示される正弦波のように示される。ここで、時点ａ、ｂの間の時間間隔をΔＴ１とし、反射ミラー２の角速度がω、センサ部４ｂの設置角度がΘ_Hで表され、反射ミラー２の揺動角度Θが数２で表わされるとき、反射ミラー２の振動周波数が既知である場合には、数３から反射ミラー２の振幅Ａを算出することができる。

（数２）
Θ＝Ａｓｉｎ（ωｔ）

また、反射ミラー２の振動周波数が未知である場合には、センサ部４ｂの検出信号の１周期をΔＴ２で表した場合、数４のようにして反射ミラー２の振幅Ａを算出することができる。

そして、数３もしくは数４のようにして振幅Ａが求まれば、この振幅Ａを数２に対して代入することで、反射ミラー２が揺動し始めてからｔ秒後における反射ミラー２の揺動状態を推定することが可能となる。

このようにして、演算部６によって反射ミラー２の振幅Ａが求められると共に、ｔ秒後における反射ミラー２の揺動状態が推定され、その結果を示す信号が発光部１に向けて出力される。これにより、上述したように、演算部６での演算結果を示す信号に基づいて発光部１が駆動され、反射ミラー２の揺動状態（揺動角度）が所望の角度となったときに発光部１からレーザ光が発光され、所定の範囲にレーザ光が照射される。

受光部７は、フレネルレンズ等の集光レンズ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などによって構成され、フレネルレンズによってレーザ光を集光し、受光素子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７により、車両前方で反射し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７の出力電流もしくは出力電圧は、距離測定部８に入力されるようになっている。

距離測定部８は、発光部１から入力された発光タイミングを示す信号と、受光部７の出力信号、つまり受光タイミングを示す信号との時間間隔に基づいて、前方車両などの障害物までの距離を測定するものである。この距離測定部８によって障害物までの距離が測定されると、その距離を示す信号が他のＥＣＵ、例えばオートクルーズを制御するＥＣＵに出力されるようになっている。

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、前方車両などの障害物との距離の検出を行う。

まず、駆動回路３ｄからの電圧印加に基づいて電磁石３ｃに磁気吸引力もしくは磁気反発力が発生させられ、第２ヨーク３ｂを通じて第１ヨーク３ａが吸引もしくは反発される。このとき、反射ミラー２が揺動するにつれて第１ヨーク３ａとのオーバラップ量が大きくなり、磁気抵抗が小さくなるように、第１ヨーク３ａと第２ヨーク３ｂの位置関係が調整されていることから、第１ヨーク３ａを吸引もしくは反発するための磁気吸引力もしくは磁気反発力が反射ミラー２の揺動状態に関わらず一定となる。

したがって、反射ミラー２の揺動が大きくしたい場合にも、磁気吸引力もしくは磁気反発力が低下してしまわないため、反射ミラー２を大きく揺動させることが可能となる。

そして、駆動回路３ｄによる電磁石３ｃへの印加電圧が所定周期の矩形状の電圧とされていることから、その周期に合わせて反射ミラー２が揺動させられることになる。

このようにして反射ミラー２の揺動が開始されると、この揺動状態が磁気センサ４を通じてモニタリングされ、センサ部４の検出信号がＡ／Ｄコンバータ５を介して演算部６に入力される。これにより、演算部６で、上述した手法によって反射ミラー２の振幅Ａおよびｔ秒後における反射ミラー２の揺動状態が演算され、その演算結果を示す信号が発光部１に出力される。

この演算部６での演算結果を示す信号に基づいて、発光部１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２で反射され、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の障害物によって反射すると、その反射光がフレネルレンズで集められ、受光素子に照射される。

これにより、受光素子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。これが距離測定部８に入力され、距離測定部８は、発光部１から入力されたレーザ光の発光タイミングとレーザ光が検出された受光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５）
レーザ光の速度×入力時間差／２
このようにして先行車両などの障害物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距離測定装置の外部、例えばオートクルーズを制御するＥＣＵ（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。

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、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、反射ミラー２が揺動するにつれて第１ヨーク３ａと第２ヨーク３ｂとのオーバラップ量が大きくなり、磁気抵抗が小さくなるように、第１ヨーク３ａおよび第２ヨーク３ｂの配置場所が調整されている。

このため、第１ヨーク３ａを吸引もしくは反発するための磁気吸引力もしくは磁気反発力が反射ミラー２の揺動状態に関わらず一定となる。したがって、反射ミラー２の揺動が大きくしたい場合、磁気吸引力もしくは磁気反発力が低下してしまわないため、反射ミラー２を大きく揺動させることが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、第１ヨーク３ａおよび第２ヨーク３ｂを反射ミラー２の端部に配置した例を示した。しかしながら、このような配置は単なる一例であり、反射ミラー２が揺動するにつれて第１ヨーク３ａと第２ヨーク３ｂとのオーバラップ量が大きくなり、磁気抵抗が小さくなるような構成であれば、どの位置に第１、第２ヨーク３ａ、３ｂが配置されていても構わない。例えば、反射ミラー２の裏面の中央位置などに第１、第２ヨーク３ａ、３ｂが配置されていても良い。

なお、上記実施形態では、距離検出に光波を使用するものを例に挙げて説明したが、ミリ波等の他の探査用電磁波を使うものについても本発明を適用することができる。すなわち、電磁波を電磁波発生部から出射し、それを障害物に反射させると共に、反射した電磁波を電磁波受取部によって受け取ることで、距離の検出を行うようなものであれば、どのようなものに関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ブロック構成を示す図である。 反射ミラーおよびミラー駆動部の拡大模式図である。 ミラー駆動部の作動状態の様子を示したもので、（ａ）、（ｂ）は、共に、作動中のミラー駆動部を上方と下方それぞれから見た図である。 駆動回路の出力電圧の波形を示した図である。 磁気センサにおける永久磁石とセンサ部の配置関係の一例を示したもので、（ａ）は、反射ミラーの上方から見たときの様子を示す模式図、（ｂ）は、反射ミラーの側面から見たときの様子を示す模式図である。 反射ミラーを揺動させたときの磁気センサにおけるセンサ部の検出信号（出力電圧）を示した出力波形図である。 図６に示すセンサ部の検出信号と反射ミラーの揺動の振幅との関係を示した図である。

符号の説明

１…発光部、２…反射ミラー、２ａ…支持部、２ｂ…板バネ、３…ミラー駆動部、
３ａ、３ｂ…第１、第２ヨーク、３ｃ…電磁石、３ｄ…駆動回路、４…磁気センサ、
４ａ…永久磁石、４ｂ…センサ部、５…Ａ／Ｄコンバータ、６…演算部、
７…受光部、８…距離測定部。

Claims (4)

1. 探査用電磁波を出射する電磁波発生部（１）と、
   前記電磁波発生部（１）が出射する前記探査用電磁波を反射し、所定の範囲に導く反射ミラー（２）と、
   前記反射ミラー（２）を揺動させるミラー駆動部（３）と、
   前記探査用電磁波の反射波を受け取る電磁波受取部（７）とを備え、
   前記電磁波発生部（１）が出射した前記探査用電磁波を前記反射ミラー（２）を介して前記所定の範囲に導いたのち、反射してきた前記探査用電磁波を前記電磁波受取部（７）で受け取り、それに基づいて前記探査用電磁波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であって、
   前記ミラー駆動部（３）は、
   前記反射ミラー（２）に取り付けられた、磁気回路の一部を構成する第１ヨーク（３ａ）と、
   前記反射ミラー（２）から離れた位置において、前記第１ヨーク（３ａ）から所定間隔離間して配置された、前記磁気回路の一部を構成する第２ヨーク（３ｂ）と、
   前記第２ヨーク（３ｂ）に接続され、前記第２ヨーク（３ｂ）を介して前記第１ヨーク（３ａ）に対して磁気吸引力もしくは磁気反発力を発生させる電磁石（３ｃ）と、
   前記電磁石（３ｃ）に対して電流を流すことで前記磁気吸引力もしくは磁気反発力を発生させる駆動回路（３ｄ）とを備えており、
   前記反射ミラー（２）が揺動するにつれて第１ヨーク（３ａ）と第２ヨーク（３ｂ）とのオーバラップ量が大きくなり、磁気抵抗が小さくなるように、前記第１ヨーク（３ａ）と前記第２ヨーク（３ｂ）の位置が設定されていることを特徴とする距離検出装置。
2. 前記第１ヨーク（３ａ）は、前記反射ミラー（２）の一端部に取り付けられた金属部材であり、
   前記第２ヨーク（３ｂ）は、前記第１ヨーク（３ａ）の両端部に対向して配置される金属製の２本の並行平板で構成され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. 前記第１ヨーク（３ａ）は、前記反射ミラー（２）の一端部に取り付けられた、コの字形状の金属部材であり、
   前記第２ヨーク（３ｂ）は、前記第１ヨーク（３ａ）が構成するコの字の両端部に対向して配置される金属製の２本の並行平板で構成され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. 前記駆動回路（３ｄ）は、所定周期の矩形状の電圧を印加することにより、前記電磁石（３ｃ）に電流を流し、前記電磁石（３ｃ）に周期的に前記磁気吸引力もしくは磁気反発力を発生させるようになっ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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