JP2008224618A - レーザスキャナ及び投光器 - Google Patents

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Izuru Kiyokawa
出 清川
Shinya Abe
慎也 阿部
Nobuo Miyairi
信夫 宮入
Gakuji Uejima
岳二 上島
Satoshi Okawa
聡 大川
Yoshiki Adachi
芳樹 足立
Takekazu Terui
武和 照井
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Abstract

【課題】電源立ち上げ時、温度上昇、アクチュエータドライバの過電流検知等の動作確認後に、異常動作を回避するためのアクチュエータの立ち上げシーケンスと異常状態に応じて機能選択を行うことが可能なレーザスキャナ及び投光器を提供することである。
【解決手段】LD28から光線が発生され、走査レンズ40により該光線の方向が変えられる。走査レンズ40の位置はPSD25a及び25bで検出される。走査レンズ40は、アクチュエータ部材21及びアクチュエータドライバ22によって移動される。走査レンズ40の位置はCPU20によって指定され、この指定された位置に応じてアクチュエータ部材21に流れる電流がCPU20によって制御される。CPU20は、走査レンズ40の現在の位置と上記指定された位置の差が所定範囲内でない場合でも、アクチュエータ部材21に流れる電流が所定範囲内に収まるように制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、光ビームを走査して障害物を検知するレーザスキャナに係り、特に電源オン時に於ける各負荷の異常を検知する機能を備えたレーザスキャナ及び投光器に関するものである。
近年、車両に於いて、先行車両や障害物を検知して、その情報を運転者に知らせ、先行車両との車間距離を所定の距離に保つように自動的に自車両の速度を制御するシステムが提案され、運転を補助する装置として実用化されている。
このシステムでは、レーザ光等の光ビームを車両の周囲の所定の角度範囲に走査して出射すると共に、その出射した光ビームの反射波を受光することにより、その光ビームの出射方向に存在する物体の位置や距離、或いは、相対速度等の情報が検出される。このようなレーザレーダ装置は、一般的に実用化されており、運転を補助する装置として一般的になりつつある(例えば、下記特許文献1参照)。
特開2002−31685号公報
このようなシステムでは、一般的に電源装置に接続した負荷に異常が発生した場合、負荷に入っているヒューズを溶断し、電源装置の過電流検出により、出力の電圧を落とす等の保護回路が動作する構成になっており、システムとして動作しなくなる。
そして、従来のシステムの安全性を更に向上させるため、レーザレーダ装置の駆動系の異常、電源装置の異常や温度上昇等で、システムの動作環境が悪くなったとしても、システムの性能を制限しながらでも動作させていく必要がある。
しかしながら、上述した装置の場合、負荷の完全ショートによりヒューズが溶断し、保護回路が動作して出力の電圧を下げる等の処置をしても、負荷が完全なショートでない場合に保護回路の動作開始電流値に足りない電流値で流れていると、保護回路が動作せず、負荷の異常を検知することができないという欠点があった。特に、上下左右に動作可能なアクチュエータを使用したシステムの場合、ニアショート等の故障モードが発生し、上記した異常を検知できないという可能性がある。
また、アクチュエータの電源オン時に、自然中立位置から稼働時の定常位置に移動の際、初期位置の偏差が大きくなる場合には、コントローラが過大な駆動指示を出し、駆動電流が過電流検出の閾値を越えてしまう可能性がある。
一方では、過電流で異常を検出しているため、異常が発生した時点でシステムとしての機能が停止し、走行の安全に欠かせないレーダ機能を失うことになる。更に、車載システムの特有性から、環境温度の変化が大きく使用する素子によっては、システムの使用温度範囲を制限する場合もある。
したがって、本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源立ち上げ時、温度上昇、アクチュエータドライバの過電流検知等の動作確認後に、異常動作を回避するためのアクチュエータの立ち上げシーケンスと異常状態に応じて機能選択を行うことが可能なレーザスキャナ及び投光器を提供することである。
すなわち請求項1に記載の発明は、光線を所定の範囲に渡り走査し、その反射光を受光して障害物を検知するレーダ装置に使用するレーザスキャナであって、光源と、上記光源が放射する光線の投光方向を設定する光学素子と、上記光学素子を移動させるアクチュエータと、上記光学素子の位置を指定する位置指定部と、上記位置指定部が指示した位置に応じて上記アクチュエータに流れる電流を制御する電流制御部と、上記光学素子の位置を検出する位置検出部と、を具備し、上記電流制御部は、上記位置検出部が検出した上記発光素子の現在の位置と上記制御部が指定した位置の差が所定範囲内でない場合であっても、上記アクチュエータに流れる電流が所定範囲内に収まるように制御することを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明に於いて、上記電流制御部は、当該レーザスキャナの起動時に於いて、上記アクチュエータに流れる電流が所定範囲に収まるように制御して、上記光学素子を所定の初期位置に移動させることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明に於いて、上記アクチュエータは、上記光学素子を上記光線に垂直な面内を2次元的に移動させることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れか1項に記載の発明に於いて、当該レーザスキャナの温度を検出する温度検出部を更に具備し、上記電流制御部は、上記温度検出部で検出した温度の範囲毎に定められた基準電流値以内に収まるように、上記アクチュエータに流れる電流を制限することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明に於いて、当該レーザスキャナを冷却する冷却部と、上記温度検出部で検出した温度で検出した温度の範囲毎に、上記冷却部の冷却能力を切り替える冷却制御手段と、を更に具備することを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、光線を所定の範囲に渡り走査し、当該走査光の反射光を受光して障害物を検知するレーダ装置に使用するレーザスキャナであって、上記光線を発生する光源と、上記光源から照射された光線の投光方向を設定する光学素子と、上記光学素子の位置を指定する位置指定手段と、上記位置指定手段が指示した位置に応じて上記光学素子を移動させる光学素子移動手段と、上記光学素子の位置を検出する位置検出手段と、上記位置指定手段が指示した位置に応じて、上記光学素子移動手段に流れる電流量を制御して該光学素子移動手段の移動を制御する制御手段と、上記位置検出手段が検出した上記発光素子の現在の位置と、上記位置指定手段が指定した位置との差が所定範囲内であるか否かを判定する判定手段と、を具備し、上記制御手段は、上記判定手段で上記発光素子の現在の位置と上記位置指定手段が指定した位置との差が上記所定範囲内でない場合に、上記光学素子移動手段に流れる電流量を所定範囲内に収まるように制御することを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明に於いて、上記制御手段は、その起動時に於いて、上記光学素子移動手段に流れる電流が所定範囲に収まるように制御して、上記光学素子を所定の初期位置に移動させることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の発明に於いて、上記光学素子移動手段は、上記光学素子を上記光線の光軸に垂直な面内を2次元的に移動させることを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項6乃至8の何れか1項に記載の発明に於いて、当該レーザスキャナの温度を検出する温度検出手段を更に具備し、上記制御手段は、上記温度検出手段で検出された温度に応じて、上記光学素子移動手段に流れる電流を基準電流値以内に収まるように制限することを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の発明に於いて、上記制御手段は、上記温度検出手段で検出された温度の所定の範囲毎に、上記光学素子移動手段に流れる電流を、上記基準電流値以内に収まるように制限することを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項9に記載の発明に於いて、上記温度検出手段は、上記光学素子移動手段の近傍に配置されることを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項10に記載の発明に於いて、当該レーザスキャナを冷却する冷却手段と、上記温度検出手段で検出された温度に応じて、上記冷却手段の冷却力を調整する冷却制御手段と、を更に具備することを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の発明に於いて、上記冷却制御手段は、上記温度検出手段で検出された温度の所定の範囲毎に、上記冷却手段の冷却力を切り替えて調整することを特徴とする。
請求項14に記載の発明は、光源と、上記光源から照射された光線の投光方向を設定する光学素子と、上記光学素子を、該光学素子の光軸方向に対して2次元的に移動させるアクチュエータと、上記光学素子の位置を指定する位置指定部と、上記光学素子の位置を検出する位置検出部と、上記位置指定部で指定された上記光学素子の位置と、上記位置検出部が検出した上記発光素子の現在の位置との差が所定範囲内でなくとも、上記位置指定部が指示した位置に応じて、上記アクチュエータに流れる電流が所定範囲内に収まるように制御する電流制御部と、を具備することを特徴とする。
請求項15に記載の発明は、請求項14に記載の発明に於いて、上記電流制御部は、当該投光器の起動時に於いて、上記アクチュエータに流れる電流が所定範囲に収まるように制御して、上記光学素子を所定の初期位置に移動させることを特徴とする。
請求項16に記載の発明は、請求項14若しくは15に記載の発明に於いて、当該投光器の温度を検出する温度検出部を更に具備し、上記電流制御部は、上記温度検出部で検出した温度の範囲毎に定められた基準電流値以内に収まるように、上記アクチュエータに流れる電流を制限することを特徴とする。
請求項17に記載の発明は、請求項16に記載の発明に於いて、当該投光器を冷却する冷却部と、上記温度検出部で検出した温度で検出した温度の範囲毎に、上記冷却部の冷却能力を切り替える冷却制御手段と、を更に具備することを特徴とする。
請求項18に記載の発明は、光源と、上記光源から照射された光線の投光方向を設定する光学素子と、上記光学素子の位置を指定する位置指定手段と、上記位置指定手段が指示した位置に応じて上記光学素子を、該光学素子の光軸方向に対して2次元的に移動させる光学素子移動手段と、上記光学素子の位置を検出する位置検出手段と、上記位置指定手段が指示した位置に応じて、上記光学素子移動手段に流れる電流量を制御して該光学素子移動手段の移動を制御する制御手段と、上記位置検出手段が検出した上記発光素子の現在の位置と、上記位置指定手段が指定した位置との差が所定範囲内であるか否かを判定する判定手段と、を具備し、上記制御手段は、上記判定手段で上記発光素子の現在の位置と上記位置指定手段が指定した位置との差が上記所定範囲内でない場合に、上記光学素子移動手段に流れる電流量を所定範囲内に収まるように制御することを特徴とする。
請求項19に記載の発明は、請求項18に記載の発明に於いて、上記制御手段は、その起動時に於いて、上記光学素子移動手段に流れる電流が所定範囲に収まるように制御して、上記光学素子を所定の初期位置に移動させることを特徴とする。
請求項20に記載の発明は、請求項18若しくは19に記載の発明に於いて、当該投光器の温度を検出する温度検出手段を更に具備し、上記制御手段は、上記温度検出手段で検出された温度に応じて、上記光学素子移動手段に流れる電流を基準電流値以内に収まるように制限することを特徴とする。
請求項21に記載の発明は、請求項20に記載の発明に於いて、上記制御手段は、上記温度検出手段で検出された温度の所定の範囲毎に、上記光学素子移動手段に流れる電流を、上記基準電流値以内に収まるように制限することを特徴とする。
請求項22に記載の発明は、請求項20に記載の発明に於いて、上記温度検出手段は、上記光学素子移動手段の近傍に配置されることを特徴とする。
請求項23に記載の発明は、請求項21に記載の発明に於いて、当該投光器を冷却する冷却手段と、上記温度検出手段で検出された温度に応じて、上記冷却手段の冷却力を調整する冷却制御手段と、を更に具備することを特徴とする。
請求項24に記載の発明は、請求項23に記載の発明に於いて、上記冷却制御手段は、上記温度検出手段で検出された温度の所定の範囲毎に、上記冷却手段の冷却力を切り替えて調整することを特徴とする。
本発明によれば、電源立ち上げ時、温度上昇、アクチュエータドライバの過電流検知等の動作確認後に、異常動作を回避するためのアクチュエータの立ち上げシーケンスと異常状態に応じて機能選択を行うことが可能なレーザスキャナ及び投光器を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に於ける車載用のレーダ装置に用いるレーザスキャナを示したもので、(a)は全体構成を示したブロック図、(b)は(a)のアクチュエータ部材の部分を拡大して示した斜視図である。
初めに、図1(a)及び(b)を参照して、本発明のレーザスキャナが適用されるレーザレーダの原理について説明する。
本レーザスキャナは、レーザ光を発光してそのレーザ光を任意の方向に操作するための制御を行うスキャナ制御コンピュータ(以下、CPUと記す)20を有している。このCPU20は、位置指定手段、電流制御部(制御手段)、冷却制御手段及び判定手段としての機能を有している。そして、CPU20には、後述する走査レンズ(光学素子)40を駆動するための光学素子移動手段であるアクチュエータ部材21及びアクチュエータドライバ22と、発光ダイオード(LED)23a及び23bを駆動するためのドライバ回路としてのLEDドライブ24と、位置検出部(位置検出手段)である位置検出素子(PSD)25a及び25bの位置信号を電流電圧変換してCPU20のA/Dポートに入力する電流電圧変換回路(I−V回路)26a及び26bと、温度検出用サーミスタ32用のサーミスタ回路33と、熱交換機能を有する熱電素子であり冷却部としてのペルチェ素子48と、更にレーザレーダ制御基板50が接続されている。
上記アクチュエータ部材21は、後述する走査レンズ40を駆動するためのものであり、CPU20からの制御信号に従ってアクチュエータドライバ22によって駆動される。そして、アクチュエータ部材21には、上記走査レンズ40が嵌め込まれていると共に上記サーミスタ32が設けられている。そして、図1(b)に於いて、この走査レンズ40の上下方向に、該アクチュエータ部材21の位置検出のためのスリット45a及び45bが形成されている。更に、アクチュエータ部材21の表裏両面には、複数個のコイル47が配列されている。また、温度検出部としてのサーミスタ32は、PSD25a及び25bへの発光光量を均一にするために、LED23a及び23bに流れる電流を調整するための装置内の温度を監視するものである。このサーミスタ32は、アクチュエータ部材21の近傍に配置されている。
LED23a及び23bは、LEDドライブ24により駆動されて発光するもので、この発光により、アクチュエータ部材21に形成されたスリット45a及び45bを介して、それぞれPSD25a及び25bに位置情報を与える。PSD25a及び25bは、上記LED23a及び23bと、スリット45a及び45bによって、アクチュエータ部材21が定められた位置に移動していることを検出するものである。そして、これらPSD25a及び25bから出力された位置信号は、電流電圧変換回路26a及び26bにより電流電圧変換されて、CPU20のA/Dポートに入力される。
光源であるレーザダイオード(LD)28は、レーザレーダ制御基板50からのレーザ発光命令に従って発光回路29の駆動により発光される。このLD28から発光されたレーザ光は、レーザ枠内に設けられているレンズ38及び39、走査レンズ40を介して対象物41に照射される。そして、該対象物41で反射されて戻ってきた光は、集光レンズ42で集光されて受光フォトダイオード(PD)35で受光される。このPD35で受光された光は、ここで電気信号に変換された後、受光回路36を介してレーザレーダ制御基板50に供給される。
このような構成に於いて、図示されない本装置の電源投入に従って初期設定が行われ、光軸の補正値や温度データ等が設定された後、LD28からレーザ光が照射される。照射されたレーザ光は、レンズ枠のレンズ38及び39、走査レンズ40を通過する間にビーム形状が整形されて、アクチュエータ部材21に嵌め込まれている走査レンズ40にて、上下、左右の任意の方向に走査すべく出力される。
LD28は、レーザレーダ制御基板50からの発光命令に従い、発光回路29で駆動されてレーザ光が発光される。そして、ある物体、例えば対象物41で反射されて戻ってきた光は、集光レンズ42を介して装置内にあるPD35で受光される。このPD35で受光された光は、受光回路36によってレベル変換された後、レーザレーダ制御基板50に送られる。
こうして、レーザ光の発光から受光までの時間がレーザレーダ制御基板50内で計算されることにより、装置から対象物41までの距離に換算される。
尚、LD28による走査範囲は、図2に示される範囲であり、上下方向、左右方向については、後述するメモリ78に記憶された位置情報に基づいて、順に走査可能になっている。
図2は、レーザ光を投影した場合のスクリーンの投影座標を表した図である。同図に於いて、システム原点は、本装置が走査を開始する際の原点(0,0)となる。スキャナ原点は、スキャナを静置した状態で、且つアクチュエータ部材21の駆動コイル部への給電を0mAにした時の走査レンズ停止位置に於けるレーザ光出射方向であって、この座標を図2では、座標(20,2)として表している。ここから、任意の方位指定位置に走査レンズ40が走査されるようになっている。そして、スキャナ原点は、最大走査範囲及び走査範囲の中心となっており、このスキャナ原点の位置は、アジマス方向に於いては最もエネルギー消費の少ない位置である。
そして、この投影座標は、スクリーンの左端からアジマス方向に0〜40、下からエレベーション方向に0,1,2,3,4の座標が設定されている。本装置では、エレベーション座標0の段にてアジマス方向0から40の座標にスキャンし、次にエレベーション方向1の段にてアジマス方向0から40の座標でスキャンし、以下同様にエレベーション方向4の段まで連続的にスキャンする動作になっている。
このようなレーザ光投影は、例えば図3に示されるような等速移動波形の指示に従って操作される。この場合、例えば右方向への座標移勒(整定)に要する時間は、数msecである。
図4は、本レーザスキャナの構造を示すもので、(a)は外観斜視図、(b)は(a)のA−A′線に沿った断面図である。
図4(a)及び(b)に於いて、このスキャナは、ベース枠61と、このベース枠61と共にスキャナ部全体を覆う外枠62とにより構成されている。ベース枠61にはLD28が嵌装されており、その光軸上に、レンズ枠64及び65に設けられたレンズ38及び39と、アクチュエータ部材21に嵌め込まれた走査レンズ40が、それぞれ配設されている。また、上記外枠62には、上記LD28の光軸上となる位置に出射用の開口62aが設けられていると共に、ベルチェ素子48の放熱用の開口62bが設けられている。
上記アクチュエータ部材21の周辺部は、アクチュエータ部材21と、このアクチュエータ部材21の表裏面に所定の間隔を有して、磁石固定部材68及び70と、更にレンズ枠64が取付けられた固定部材54が配置されている。
アクチュエータ部材21の表裏面には、上述したように、複数のコイル47a及び47bが、それぞれ配置されている。図4(b)に於いては、磁石固定部材68側をコイル47a、磁石固定部材70側をコイル47bとして示す。そして、上記コイル47aと対向する磁石固定部材68の面には、複数の磁石67が装着されている。同様に、上記コイル47bと対向する磁石固定部材70の面には、複数の磁石69が装着されている。尚、アクチュエータ部材21は、磁石固定部材68に開けられた穴を貫通し、複数のワイヤバネ53によって固定部材54に接続されている。
走査レンズ40は、コイル47aと磁石67、コイル47bと磁石69によって、LD28の光軸と垂直方向(図4(b)に於いて上下方向及び紙面と直交する方向)に操作され、その結果出射レーザ光は、図2に示されたような走査範囲を移動する。
LD28から照射されたレーザ光は、2つのレンズ38及び39、及び走査レンズ40を通過する間にビーム形状が整形される。走査レンズ40は、アクチュエータ部材21のコイル47aと磁石67、コイル47bと磁石69により、アクチュエータ部材21が上記光軸と垂直方向に移動されることによって、上下左右方向に走査される。CPU20からのPWM制御によりコイル47a及び47bに流れる電流が制御され、磁石67及び69により、任意の方向に動作制御される。任意の方向への移動については、コイル47a及び47bに流す電流の方向と、固定された磁石67及び69との極性により、その移動方向が決定される。
アクチュエータ部材21の位置の検知については、図1(b)に示されるように、アクチュエータ部材21に形成された直交する2つのスリット45a及び45bが使用される。発光ダイオード23a及び23bから、スリット45a及び45bに照射された光が、PSD25a及び25bで受光される。この受光された光が、PSD25a及び25bによって光電流に変換され、更に電流電圧変換回路26a及び26bにて電流−電圧変換される。その後、CPU20でA/D変換され、アクチュエータ部材21の位置が検出される。
また、固定部材54には、配線55を介して基板56が接続されている。この基板56には、上述したアクチュエータドライバ22及び後述するアクチュエータ用のACT電源75、システム電源76等が搭載されている。そして、発熱が予測されるアクチュエータドライバ22にペルチェ素子48の吸熱側が配置され、スキャナ装置の外側(開口62b側)に廃熱側が配置されている。ペルチェ素子48は、電源を供給し吸熱するものであり、上述したようにアクチュエータドライバ22の近傍に配置されている。そして、本レーザスキャナが車体の前側に設置されるものであるため、走行することにより外側が冷やされることになり、廃熱も効果的に行われる。
図5は、本実施形態に於けるレーザスキャナの電源系を含めた構成を示すブロック図である。尚、図5に於いては、図1に示されたLED23a及び23b、PSD25a及び25b、電流電圧変換回路26a及び26bは、それぞれLED23、PSD25、電流電圧変換回路26として示されている。
図5に於いて、アクチュエータ用のACT電源75及びシステム電源76には、図示されない車両の主電源である12Vの電圧が供給される。そして、ACT電源75は、アクチュエータ部材21を駆動するためのアクチュエータドライバ22に7.0Vの電圧を供給する。また、システム電源76は、5.0V、3.3V、1.8Vの電圧を各部に供給する。CPU20は、ACT電源75のオン/オフを制御すると共に、両電源75、76の過電流検出を行うものであるが、過電流を検出した時はCPU20に対してハイレベルの信号を出力し、CPU20への“H”信号時にレーザレーダ制御基板50へ異常検出を連絡してLD28の発光を停止させると同時にアクチュエータ部材21を停止させるものである。
尚、レーザレーダ制御基板50には、スキャナ原点等の位置情報を記憶したメモリ78が接続されている。
アクチュエータドライバ22からの信号ARMは、該アクチュエータドライバ22の温度上昇により限界温度に達したとき、CPU20に対してハイレベル(“H”レベル)で出力される。この出力された“H”の信号により、CPU20ではレーザレーダ制御基板50へ異常を知らせることにより、レーザの発光やシステムの電源をオフにする等の診断と安全確保の処置が実行される。
また、アクチュエータ部材21の近傍に設置されたサーミスタ32からの温度情報は、環境の温度上昇を監視する。サーミスタ32からのアナログの温度情報は、CPU20のA/Dポートに入カされ、ここでデジタル値に変換される。
次に、図6のフローチャートを参照して、本実施形態に於けるレーザスキャナの電源投入からスタンバイ状態に移行するまでの流れについて説明する。尚、このフローチャートによる処理動作は、主にスキャナ制御CPU20の指令に従って行われる。
電源投入については、主電源(メイン)である12Vが、図示されない車両のエンジンキーに連動して通電される。次いで、アナログ5V、CPU20のロジック系5VとCPU20のコア電源1.8Vと順番に投入され、CPU20のリセットが実施される。
こうして、CPU20がリセットされると、ステップS1にてスキャナ制御CPU20の各ポートの状態設定等、各種初期処理が実施される。次いで、ステップS2では、CPU20との通信確保が行われ、通信が可能になればステップS3に移行する。ステップS3では、システム電源76及びACT電源75の動作が判定される。
システム電源76に於いては、CPU20のコア電圧1.8V、アナログ系5.0V、ロジック系3.0Vのそれぞれの電流が基準電流の範囲内にあるか否かが判定される。ここで、基準電流の範囲内にある場合はステップS4に移行し、基準電流の範囲外の場合はステップS9に移行する。
尚、このステップS3及び後述するステップS4、S5に於いて、n=5とあるのは、同じ動作が5回繰り返されたうえで判定されることを表している。そして、各5回確認して問題がなければ次のステップに進むものとする。また、過電流検知の詳細については、周知であるので、ここでは説明を省略する。
そして、ステップS3に於いて、電源の電流判定結果がNGであれば、ステップS9のNG処理に移行する。次いで、ステップS10にて、システム電源76またはACT電源75に異常が発生し、レーザスキャナが使用できないことを警告するメッセージが、運転席のディスプレイ(図示せず)に表示される。その後、ステップS11にて、システム電源76及びACT電源75がオフにされ、本ルーチンが終了する。
上記ステップS4では、アクチュエータドライバ22について過電流検知の判定が行われる。ここでは、電流が基準電流の範囲内にあるか否かが判定される。そして、判定の結果、基準電流の範囲内にある場合はステップS5に移行し、基準電流の範囲外の場合はステップS12に移行する。
上記ステップS4に於いて、アクチュエータドライバ22の過電流判定結果がNGであれば、ステップS12のNG処理に移行する。次いで、ステップS13にて、アクチュエータ部材21を制御しているPWM制御がオフにされる。更に、ステップS14では、アクチュエータドライバ22を制御できないことを警告するメッセージが、図示されない運転席のディスプレイに表示される。その後、ステップS15にて、システム電源76及びACT電源75がオフにされ、本ルーチンが終了する。
ステップS5に於いては、装置内の環境が基準温度(例えば、60℃以上または0℃以下)に達しているか否かが確認される。上記温度範囲内であればステップS6に移行するが、上記温度範囲外であれば温度検知のステップS16に移行する。
ステップS6では、サブルーチン「アクチュエータ立ち上げ電流値制限」の処理動作が行われる。このサブルーチンの詳細については後述する。次いで、ステップS7では、システムがスタンバイ状態に入る。ここでは、レーザレーダ制御基板50から測距指示が出されるまでスタンバイしている。スタンバイ状態に入った場合、走査レンズ40の動作の確認のため、例えば1分間隔で4方向の移動を確認する間欠動作が行われる。その後、操作者の測距開始操作によりレーザ光源に電流が供給されて、ステップS8にて方位制御シーケンスが開始され、測距動作に入る。
一方、上記ステップS16では、装置内の環境が基準温度範囲(ここでは、60℃〜85℃または0℃〜−25℃)内であるか否かが判定される。ここで、上記温度範囲内であればステップS21に移行し、温度範囲外であればステップS17に移行する。
ステップS17に於いては、装置内の環境が基準温度範囲(ここでは、85℃〜100℃または−25℃〜−40℃)内であるか否かが判定される。ここで、上記温度範囲内であればステップS23に移行し、上記温度範囲外であればステップS18のNG処理に移行する。
ステップS18で温度検知のNG処理がなされると、続くステップS19にて環境温度が使用可能範囲外でレーザスキャナが使用できないことを警告するメッセージが、図示されない運転席のディスプレイに表示される。その後、ステップS20にて、システム電源76及びACT電源75がオフにされ、本ルーチンが終了する。
上記ステップS21では、詳細を後述するサブルーチン「アクチュエータ立ち上げ電流値制限」の処理動作が行われる。ここでは、アクチュエータの電流値による可動量の制限(例えば、通常動作電流300mAに対し、200mAで動作)が行われる。こうすることにより、アクチュエータ部材21の1座標毎の移動時間が、常温の場合の1座標毎の移動時間に比べ約1.5倍になったとしても、電流制限(200mA)することによって、アクチュエータドライバ22からの発熱を軽減することができる。
また、このアクチュエータの電流値による可動量制限が行われている旨のメッセージが、続くステップS22にて図示されない運転席のディスプレイに表示される。その後、上記ステップS7に移行する。
ステップS23では、詳細を後述するサブルーチン「アクチュエータ立ち上げ電流値制限」の処理動作が行われる。ここでは、アクチュエータの電流値による可動量の制限(例えば、通常動作電流300mAに対し、100mAで動作)が行われる。こうすることにより、アクチュエータ部材21の1座標毎の移動時間が常温の場合の1座標毎の移動時間に比べ約2倍になったとしても、電流制限することによってアクチュエータドライバ22からの発熱を軽減することができる。
また、このアクチュエータの電流値による可動量制限が行われている旨のメッセージが、続くステップS24にて図示されない運転席のディスプレイに表示される。その後、上記ステップS7に移行する。
次に、図7のフローチャートを参照して、図6のフローチャートに於けるステップS6、S21及びS23のサブルーチン「アクチュエータ立ち上げ電流値制限」の動作について説明する。
尚、電流値制限は、ステップS6では300mA、ステップS21では200mA、ステップS23では100mAとなっているが、電流値が異なるだけで動作は同じであるので、ここでは同じ動作として説明する。
走査レンズ40を駆動する本サブルーチンに入ると、先ず、ステップS31にて、アクチュエータ部材21の上下位置の情報がPSD25a、25bから取得される。次に、ステップS32に於いて、アクチュエータ部材21の位置が目標位置範囲内にあるか否かが判定される。ここで、目標位置範囲を外れていると判定された場合は、ステップS36にて、図8のスイッチ82を固定指示値の82aに接続する。その後、ステップS35に移行する。尚、図8の詳細については後述する。
ステップS37では、上下目標位置よりアクチュエータ部材21の位置が下側にあるか否かが判定される。ここで下側にあると判定された場合は、ステップS38に移行して、上方向に必要な一定量の移動が行われる。その後、上記ステップS32に移行する。一方、ステップS37にて、上下目標位置よりアクチュエータ部材21の位置が下側にないと判定された場合は、ステップS39に移行して、下方向に必要な一定量の移動が行われる。その後、上記ステップS32に移行する。
また、上記ステップS32に於いて、アクチュエータ部材21の位置が目標位置範囲内に入っていれば、ステップS33にて、図8のスイッチ82を移動目標の82bに接続する。その後、ステップS34に移行する。ステップS34では、上下方向のサーボ(PWM制御)がオンされたか否かが判定される。ここで、異常が無ければ(オンされていれば)、ステップS35に移行する。
しかしながら、上記ステップS34にて、上下方向のサーボが何らかの異常を示した場合には、ステップS40に移行して、レーザスキャナが使用できないことを警告するエラーメッセージが、運転席のディスプレイ(図示せず)に表示される。その後、ステップS41にて、システム電源76及びACT電源75がオフにされ、本ルーチンが終了する。
上記ステップS35では、左右方向のサーボ(PWM制御)がオンされたか否かが判定される。ここで、異常が無ければ(オンされていれば)、本シーケンスを抜け、図6のフローチャートに於けるステップS7、S22或いはステップS24に移行する。
一方、上記ステップS35にて、左右方向のサーボが何らかの異常を示した場合には、ステップS42に移行して、レーザスキャナが使用できないことを警告するエラーメッセージが、運転席のディスプレイ(図示せず)に表示される。その後、ステップS43にて、システム電源76及びACT電源75がオフにされ、本ルーチンが終了する。
ここで、上述した上下方向の位置制御の後に左右方向の位置制御を行う理由について説明する。
本レーザスキャナの電源がオフにされているとき、アクチュエータの自然静止位置は、重力に従い最下方に位置している(図2参照)。その状態から、電源を投入して上下左右を同時にコントロールすると、上下、左右のアクチュエータのクロスアクション(回転方向への相互干渉)が発生し、更に不安定動作を起こす可能性がある。このことから、先ず重力方向からサーボ安定化を行い、左右方向をコントロールし、スキャナ原点(機械的にコイルを支えているばねの原点で座標(20,2))に走査レンズ40を移動している。
更に、本レーザスキャナの電源がオフにされているとき、アクチュエータの位置は、重力に従い最下方に位置(図9(a)の自然停止位置85)している。その状態から、電源を投入して上下方向にコントロールすると、初期位置の偏差が大きく過大な駆動指示(図9(b)のエレベーションPWM指示値のa、bで示される破線の波形)を行い、電源系にダメージを与える可能性がある。
上記のことから、電源系へのダメージを軽減させるために、電源立ち上げ時の上下方向へのアクチュエータ移動は、以下に説明する方法で対応している。
以下、図8及び図9を参照して、電源立ち上げ時のアクチュエータ移動について説明する。
図8は、サーボ駆動系の制御ブロックの構成を示した図である。
図8に於いて、コントローラ81はPWM指示値生成を行うものであり、スイッチ82は切り替え端子82dが接続端子82a〜82cの何れかと接続することにより電流値が制限される。その他のアクチュエータドライバ22、アクチュエータ部材21及びPSD25は、上述した通りである。
図9(a)はPSDの上下位置を示した波形図、(b)はエレベーションPWM指示値の波形図である。
システムの電源立ち上げ時、スイッチ82の切り替え端子82dは接続端子82aのポイントにある。このとき、CPU20から、図9(b)に示される階段状の範囲Ta の固定指示値が、サーボ(PWM制御)に供給される。このことにより、アクチュエータ部材21は、段階的に位置移動がなされ、過大な指示による過電流が防止される。
また、上下方向位置が目標位置(図9(a)に示される範囲O)に入った段階(図9(a)のc)から、スイッチ82の切り替え端子82dは、接続端子82bのポイントに切り替わる。これにより、サーボは、図9(b)のdのように移動し、通常のループにて移動目標値による制御がなされる(図9(b)に示される範囲Tb の位置より)。
ところで、上述した実施形態では、レーザスキャナの電源投入からスタンバイ状態に移行するまでの流れについて説明している。しかしながら、レーザスキャナの異常検知は電源投入時以外でも行われるものである。例えば、システムが、図6のフローチャートに於けるステップS7のスタンバイ状態、ステップS21及びS23の環境温度上昇によりアクチュエータの電流値制限動作をしている場合、例えば5分間隔でステップS3、S4、S5を判定する間欠動作が実行され、それぞれの状況が判定されるようになっている。
ここで、図10のフローチャートを参照して、間欠的に行われる場合のアクチュエータの制限電流の設定動作について説明する。
本シーケンスが開始されると、先ずステップS51に於いて、前回の間欠チェック実行から一定時間、例えば5分以上経過したか否かが判定される。ここで、5分以上が経過していればステップS52に移行する。これ以降のステップS52〜S53及びS55、ステップS56〜S64は、上述した図6のフローチャートのステップS5〜S6及びS8、ステップS16〜S24と同じ内容であるので、ここでは対応するステップ番号を参照するものとして説明は省略する。
ステップS53にてアクチュエータの電流値制限の処理動作が行われると、ステップS54に移行する。ここで、ステップS54のサブルーチン「ペルチェ素子のドライブ」の動作について説明する。
図11は、図10のフローチャートに於けるステップS54のサブルーチン「ペルチェ素子のドライブ」の動作について説明するためのフローチャートである。
先ずステップS71にて、装置内の環境が温度範囲(例えば、40℃〜60℃)内であるか否かが判定される。ここで、上記温度範囲内であればステップS72へ移行し、温度範囲から外れたものであればステップS74へ移行する。
ステップS72では、ペルチェ素子48へ電源(例えば、6V)が供給され、これにより吸熱が実行される。その後、ステップS73に移行して、上述した方位制御シーケンスに入る。
一方、ステップS74では、装置内の環境温度が40℃以下であるか否かが判定される。すなわち、上記ステップS71及びS74にて、環境温度が60℃を越えたと判定された場合はステップS75に移行し、40℃以下であると判定された場合はステップS76に移行する。
ステップS75、すなわち環境温度が60℃を越えた場合は、ペルチェ素子48へ電源(例えば、12V)が供給されて積極的な吸熱が行われる。一方、ステップS76、すなわち環境温度が40℃以下である場合は、ペルチェ素子48への電源供給が停止される。その後、ステップS75及びS76とも、上記ステップS73の方位制御シーケンスに入る。
このようにペルチェ素子48への電源供給を制御することで、電流制限をかけない通常の状態にシステムを維持し、性能を最大限満足させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能であるのは勿論である。
更に、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
本発明の一実施形態に於ける車載用のレーダ装置に用いるレーザスキャナを示したもので、(a)は全体構成を示したブロック図、(b)は(a)のアクチュエータ部材の部分を拡大して示した斜視図である。 レーザ光を投影した場合のスクリーンの投影座標を表した図である。 レーザ発光とアクチュエータ部材の等速移動波形の例を示した図である。 本実施形態に於けるレーザスキャナの構造を示すもので、(a)は外観斜視図、(b)は(a)のA−A′線に沿った断面図である。 本実施形態に於けるレーザスキャナの電源系を含めた構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に於けるレーザスキャナの電源投入からスタンバイ状態に移行するまでの流れについて説明するためのフローチャートである。 図6のフローチャートに於けるステップS6、S21及びS23のサブルーチン「アクチュエータ立ち上げ電流値制限」の動作について説明するためのフローチャートである。 電源立ち上げ時のアクチュエータ移動について説明するもので、サーボ駆動系の制御ブロックの構成を示した図である。 電源立ち上げ時のアクチュエータ移動について説明するもので、(a)はPSDの上下位置を示した波形図、(b)はエレベーションPWM指示値の波形図である。 間欠的に行われる場合のアクチュエータの制限電流の設定動作について説明するためのフローチャートである。 図10のフローチャートに於けるステップS54のサブルーチン「ペルチェ素子のドライブ」の動作について説明するためのフローチャートである。
符号の説明
20…スキャナ制御コンピュータ(CPU)、21…アクチュエータ部材、22…アクチュエータドライバ、23a、23b…発光ダイオード(LED)、24…発光ダイオードドライブ、25a、25b…位置検出素子(PSD)、26a、26b…電流電圧変換回路(I−V回路)、28…レーザダイオード(LD)、29…発光回路、32…サーミスタ、35…フォトダイオード(PD)、40…走査レンズ、41…対象物、45a、45b…スリット、47a、47b…コイル、48…ペルチェ素子、50…レーザレーダ制御基板、61…ベース枠、62…外枠、62a、62b…開口、67、69…磁石、68、70…磁石固定部材、75…ACT電源、76…システム電源、78…メモリ。

Claims (24)

  1. 光線を所定の範囲に渡り走査し、その反射光を受光して障害物を検知するレーダ装置に使用するレーザスキャナであって、
    光源と、
    上記光源が放射する光線の投光方向を設定する光学素子と、
    上記光学素子を移動させるアクチュエータと、
    上記光学素子の位置を指定する位置指定部と、
    上記位置指定部が指示した位置に応じて上記アクチュエータに流れる電流を制御する電流制御部と、
    上記光学素子の位置を検出する位置検出部と、
    を具備し、
    上記電流制御部は、上記位置検出部が検出した上記発光素子の現在の位置と上記制御部が指定した位置の差が所定範囲内でない場合であっても、上記アクチュエータに流れる電流が所定範囲内に収まるように制御することを特徴とするレーザスキャナ。
  2. 上記電流制御部は、当該レーザスキャナの起動時に於いて、上記アクチュエータに流れる電流が所定範囲に収まるように制御して、上記光学素子を所定の初期位置に移動させることを特徴とする請求項1に記載のレーザスキャナ。
  3. 上記アクチュエータは、上記光学素子を上記光線に垂直な面内を2次元的に移動させることを特徴とする請求項2に記載のレーザスキャナ。
  4. 当該レーザスキャナの温度を検出する温度検出部を更に具備し、
    上記電流制御部は、上記温度検出部で検出した温度の範囲毎に定められた基準電流値以内に収まるように、上記アクチュエータに流れる電流を制限することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のレーザスキャナ。
  5. 当該レーザスキャナを冷却する冷却部と、
    上記温度検出部で検出した温度で検出した温度の範囲毎に、上記冷却部の冷却能力を切り替える冷却制御手段と、
    を更に具備することを特徴とする請求項4に記載のレーザスキャナ。
  6. 光線を所定の範囲に渡り走査し、当該走査光の反射光を受光して障害物を検知するレーダ装置に使用するレーザスキャナであって、
    上記光線を発生する光源と、
    上記光源から照射された光線の投光方向を設定する光学素子と、
    上記光学素子の位置を指定する位置指定手段と、
    上記位置指定手段が指示した位置に応じて上記光学素子を移動させる光学素子移動手段と、
    上記光学素子の位置を検出する位置検出手段と、
    上記位置指定手段が指示した位置に応じて、上記光学素子移動手段に流れる電流量を制御して該光学素子移動手段の移動を制御する制御手段と、
    上記位置検出手段が検出した上記発光素子の現在の位置と、上記位置指定手段が指定した位置との差が所定範囲内であるか否かを判定する判定手段と、
    を具備し、
    上記制御手段は、上記判定手段で上記発光素子の現在の位置と上記位置指定手段が指定した位置との差が上記所定範囲内でない場合に、上記光学素子移動手段に流れる電流量を所定範囲内に収まるように制御することを特徴とするレーザスキャナ。
  7. 上記制御手段は、その起動時に於いて、上記光学素子移動手段に流れる電流が所定範囲に収まるように制御して、上記光学素子を所定の初期位置に移動させることを特徴とする請求項6に記載のレーザスキャナ。
  8. 上記光学素子移動手段は、上記光学素子を上記光線の光軸に垂直な面内を2次元的に移動させることを特徴とする請求項7に記載のレーザスキャナ。
  9. 当該レーザスキャナの温度を検出する温度検出手段を更に具備し、
    上記制御手段は、上記温度検出手段で検出された温度に応じて、上記光学素子移動手段に流れる電流を基準電流値以内に収まるように制限することを特徴とする請求項6乃至8の何れか1項に記載のレーザスキャナ。
  10. 上記制御手段は、上記温度検出手段で検出された温度の所定の範囲毎に、上記光学素子移動手段に流れる電流を、上記基準電流値以内に収まるように制限することを特徴とする請求項9に記載のレーザスキャナ。
  11. 上記温度検出手段は、上記光学素子移動手段の近傍に配置されることを特徴とする請求項9に記載のレーザスキャナ。
  12. 当該レーザスキャナを冷却する冷却手段と、
    上記温度検出手段で検出された温度に応じて、上記冷却手段の冷却力を調整する冷却制御手段と、
    を更に具備することを特徴とする請求項10に記載のレーザスキャナ。
  13. 上記冷却制御手段は、上記温度検出手段で検出された温度の所定の範囲毎に、上記冷却手段の冷却力を切り替えて調整することを特徴とする請求項12に記載のレーザスキャナ。
  14. 光源と、
    上記光源から照射された光線の投光方向を設定する光学素子と、
    上記光学素子を、該光学素子の光軸方向に対して2次元的に移動させるアクチュエータと、
    上記光学素子の位置を指定する位置指定部と、
    上記光学素子の位置を検出する位置検出部と、
    上記位置指定部で指定された上記光学素子の位置と、上記位置検出部が検出した上記発光素子の現在の位置との差が所定範囲内でなくとも、上記位置指定部が指示した位置に応じて、上記アクチュエータに流れる電流が所定範囲内に収まるように制御する電流制御部と、
    を具備することを特徴とする投光器。
  15. 上記電流制御部は、当該投光器の起動時に於いて、上記アクチュエータに流れる電流が所定範囲に収まるように制御して、上記光学素子を所定の初期位置に移動させることを特徴とする請求項14に記載の投光器。
  16. 当該投光器の温度を検出する温度検出部を更に具備し、
    上記電流制御部は、上記温度検出部で検出した温度の範囲毎に定められた基準電流値以内に収まるように、上記アクチュエータに流れる電流を制限することを特徴とする請求項14若しくは15に記載の投光器。
  17. 当該投光器を冷却する冷却部と、
    上記温度検出部で検出した温度で検出した温度の範囲毎に、上記冷却部の冷却能力を切り替える冷却制御手段と、
    を更に具備することを特徴とする請求項16に記載の投光器。
  18. 光源と、
    上記光源から照射された光線の投光方向を設定する光学素子と、
    上記光学素子の位置を指定する位置指定手段と、
    上記位置指定手段が指示した位置に応じて上記光学素子を、該光学素子の光軸方向に対して2次元的に移動させる光学素子移動手段と、
    上記光学素子の位置を検出する位置検出手段と、
    上記位置指定手段が指示した位置に応じて、上記光学素子移動手段に流れる電流量を制御して該光学素子移動手段の移動を制御する制御手段と、
    上記位置検出手段が検出した上記発光素子の現在の位置と、上記位置指定手段が指定した位置との差が所定範囲内であるか否かを判定する判定手段と、
    を具備し、
    上記制御手段は、上記判定手段で上記発光素子の現在の位置と上記位置指定手段が指定した位置との差が上記所定範囲内でない場合に、上記光学素子移動手段に流れる電流量を所定範囲内に収まるように制御することを特徴とする投光器。
  19. 上記制御手段は、その起動時に於いて、上記光学素子移動手段に流れる電流が所定範囲に収まるように制御して、上記光学素子を所定の初期位置に移動させることを特徴とする請求項18に記載の投光器。
  20. 当該投光器の温度を検出する温度検出手段を更に具備し、
    上記制御手段は、上記温度検出手段で検出された温度に応じて、上記光学素子移動手段に流れる電流を基準電流値以内に収まるように制限することを特徴とする請求項18若しくは19に記載の投光器。
  21. 上記制御手段は、上記温度検出手段で検出された温度の所定の範囲毎に、上記光学素子移動手段に流れる電流を、上記基準電流値以内に収まるように制限することを特徴とする請求項20に記載の投光器。
  22. 上記温度検出手段は、上記光学素子移動手段の近傍に配置されることを特徴とする請求項20に記載の投光器。
  23. 当該投光器を冷却する冷却手段と、
    上記温度検出手段で検出された温度に応じて、上記冷却手段の冷却力を調整する冷却制御手段と、
    を更に具備することを特徴とする請求項21に記載の投光器。
  24. 上記冷却制御手段は、上記温度検出手段で検出された温度の所定の範囲毎に、上記冷却手段の冷却力を切り替えて調整することを特徴とする請求項23に記載の投光器。
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