JP2019128236A - ライダー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ライダー装置が有する光学窓を効率よく加熱する技術を提供する。【解決手段】光学窓を加熱するヒータ部９は、遮蔽版８３で仕切られた光学窓８１の内側面のうち、投光用部位を覆うように設置された透明導電膜である投光側膜Ｆ１と、受光用部位を覆うように設置された透明導電膜である受光側膜Ｆ２とを有する。投光側膜Ｆ１及び受光側膜Ｆ２は、それぞれ一対の投光側電極ＬＤ１、ＬＧ１および一対の受光側電極ＬＤ２、ＬＧ２により個別に通電される。【選択図】図４

Description

本開示は、光学窓を備えたライダー装置に関する。

光を投光及び受光することで、物体までの距離等を検出するライダー装置が知られている。なお、ライダーは、ＬＩＤＡＲとも表記され、Light Detection and Rangingの略語である。この種の装置は筐体を有し、筐体の内部から外部に出射される光、及び筐体の外部から内部に入射される光を通過させる筐体の部位に、光を透過させる光学窓が設けられる。

特許文献１には、光学窓に付着する雨滴、雪、汚れなどを除去するために、光学窓を加熱するヒータとして、光が透過する部位を避けるように配線されたヒータ線を用いる技術が記載されている。

特表２０１５−５０６４５９号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載の従来技術には、以下の課題が見出された。
即ち、ヒータ線による加熱は、配線されている部位から離れるほど効果が弱まる。従って、光が透過する部位の周囲にヒータ線が配線される従来技術では、最も加熱したい部位を効率よく加熱することができなかった。

本開示の１つの局面は、ライダー装置が有する光学窓を効率よく加熱する技術を提供することにある。

本開示の一態様によるライダー装置は、光検出モジュール（２）と、光学窓（８）と、遮蔽板（８３）と、ヒータ（９）と、を備える。
光検出モジュールは、投光部（１０）及び受光部（３０）を有する。投光部は、予め設定された走査方向に沿って走査された光ビームを投光する。受光部は、走査範囲から到来する光を受光する。

光学窓は、光検出モジュールを収納する筐体（６）に設けられ、光検出モジュールにより投光及び受光される光を透過する。遮蔽板は、光学窓の筐体内部に面した内側面から突出し、投光部と受光部との間での光の漏洩を抑制するため、投光部の設置空間と受光部の設置空間との間に設置される。ヒータは、光学窓を加熱する。

ヒータは、投光側膜（Ｆ１）と、受光側膜（Ｆ２）と、一対の投光側電極（ＬＤ１、ＬＧ１）と、一対の受光側電極（ＬＤ２、ＬＧ２）と、を備える。投光側膜は、遮蔽板で仕切られた光学窓の内側面のうち、投光部の設置空間に面する投光用部位を覆うように設置された透明導電膜である。受光側膜は、遮蔽板で仕切られた光学窓の内側面のうち、受光部の設置空間に面する受光用部位を覆うように設置された透明導電膜である。一対の投光側電極は、投光側膜を通電する。一対の受光側電極は、受光側膜を通電する。

このような構成によれば、光学窓を加熱するヒータが、透明導電膜と一対の電極とで構成されているため、一対の電極に挟まれた透明導電膜の全体が均等に加熱される。従って、光学窓において、光を透過させる部位を均一に且つ効率よく加熱できる。

また、ヒータを構成する透明導電膜が、光学窓の投光用部位及び受光用部位のそれぞれに個別に設けられている。従って、透明導電膜を通電する一対の電極間の距離を短くすることができ、比較的、低い電圧にて必要な温度まで効率よく加熱することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として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って、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

ライダー装置の外観を示す斜視図である。 ライダー装置の筐体内に収納される光検出モジュールの構成を示す斜視図である。 光学窓の内側面の構成を示す斜視図である。 光検出モジュールと仕切板との位置関係を正面から示した模式図である。 光学窓とスキャン部との位置関係を側面から示した模式図である。 変形例における光学窓の構成の一部を側面から示した模式図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．構成］
図１に示す本実施形態のライダー装置１は、車両に搭載して使用され、車両の周囲に存在する様々な物体の検出等に用いられる。ライダーは、ＬＩＤＡＲとも表記される。ＬＩＤＡＲは、Light Detection and Rangingの略語である。

ライダー装置１は、図１に示すように、筐体６を備える。筐体６は、直方体状に形成された樹脂性の箱体であり、前面６ａ、背面６ｂ、底面６ｃ、天面６ｄ、左側面６ｅ、６ｆを有する。また、筐体６には、後述する光検出モジュール２およびヒータ部９が収納される。以下、略長方形を有した前面６ａの長手方向に沿った方向をＸ軸方向、前面６ａの短手方向に沿った方向をＹ軸方向、Ｘ−Ｙ平面に直行する方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向のうち前面６ａ側を前、背面６ｂ側を後、Ｚ軸方向のうち底面６ｃ側を下、天面６ｄ側を上、Ｙ軸方向のうち左側面６ｅ側を左、右側面６ｆ側を右という。つまり、左右は、筐体６を前方から見た方向として定義する。

筐体６は、筐体本体７と蓋部８とを備える。蓋部８には、筐体の前面６ａの全体が含まれ、筐体本体７には、筐体の背面６ｂの全体が含まれる。
［２．光検出モジュール］
光検出モジュール２は、図２、図３、及び図５に示すように、投光部１０と、スキャン部２０と、受光部３０と、を備える。光検出モジュール２は、フレーム４０を介して筐体本体７に組みつけられる。

［２−１．スキャン部］
スキャン部２０は、ミラーモジュール２１と、仕切板２２と、モータ２３とを備える。
ミラーモジュール２１は、光を反射する一対の偏向ミラーが両面に取り付けられた平板状の部材である。ミラーモジュール２１は、モータ２３上に立設され、モータ２３の駆動に従って回転運動をする。

仕切板２２は、ミラーモジュール２１の上下方向の中心付近に、回転運動の回転軸に直行するように、ミラーモジュール２１と一体に設けられた円形かつ板状の部材である。
以下、ミラーモジュール２１のうち、仕切板２２より上側の部位を投光偏向部２０ａ、仕切板２２より下側の部位を受光偏向部２０ｂという。

［２−２．発光部］
投光部１０は、一対の光源１１，１２を備える。投光部１０は、一対の投光レンズ１３，１４と、投光折返ミラー１５とを備えてもよい。

光源１１，１２には、いずれも半導体レーザが用いられる。
投光レンズ１３は、光源１１の発光面に対向して配置されたレンズである。同様に、投光レンズ１４は、光源１２の発光面に対向して配置されたレンズである。

投光折返ミラー１５は、光の進行方向を変化させるミラーである。
光源１１は、光源１１から出力され投光レンズ１３を透過した光が、そのまま投光偏向部２０ａに入射されるように配置される。

光源１２および投光折返ミラー１５は、光源１２から出力され投光レンズ１４を透過した光が、投光折返ミラー１５にて略９０°進行方向が曲げられ、投光折返ミラー１５にて経路が曲げられた光が、投光偏向部２０ａに入射されるように配置される。

ここでは、光源１１は、右方に向けて光を出力するように筐体６の左側面６ｅ付近に配置され、光源１２は、前方に向けて光を出力するように筐体６の背面６ｂ付近に配置される。また、投光折返ミラー１５は、光源１１から投光偏向部２０ａに向かう光の経路を遮ることがないように配置される。

［２−３．受光部］
受光部３０は、受光素子３１を備える。受光部３０は、受光レンズ３２と、受光折返ミラー３３とを備えてもよい。

受光素子３１は、複数のＡＰＤを１列に配置したＡＰＤアレイを有する。ＡＰＤは、アバランシェフォトダイオードである。
受光レンズ３２は、受光偏向部２０ｂから到来する光を絞るレンズである。

受光折返ミラー３３は、光の進行方向を変化させるミラーである。
受光素子３１は、受光折返ミラー３３の下部に配置される。なお図３では、各部の配置を見やすくするため、フレーム４０の一部が省略されている。

受光折返ミラー３３は、受光偏向部２０ｂから、受光レンズ３２を介して入射する光が受光素子３１に到達するように、光の経路を下方に略９０°屈曲させるように配置される。
受光レンズ３２は、受光偏向部２０ｂと受光折返ミラー３３との間に配置される。受光レンズ３２は、受光素子３１に入射する光ビームのビーム径が、ＡＰＤの素子幅程度となるように絞る。

［２−４．フレーム］
フレーム４０は、投光部１０、スキャン部２０、及び受光部３０が有する各部品を１体に組みつけることで、これら部品間の位置関係が確定された状態で、筐体６内に組み付けるための部材である。

フレーム４０は、フレーム下部４１と、フレーム側面部４２と、フレーム背面部４３と、仕切部４４とを有する。
フレーム下部４１には、その下側から、受光素子３１が組み付けられた受光基板５１と、スキャン部２０が組み付けられたモータ基板５２とが取り付けられる。このため、フレーム下部４１には、受光折返ミラー３３から受光素子３１に至る光の経路となる部位、及びスキャン部２０のモータ２３が配置される部位に、孔が設けられている。

フレーム側面部４２には、スキャン部２０に対向する側の面を表面として、その表面に、円筒状のホルダ４２１が突設される。ホルダ４２１の表面側端（即ち、Ｘ軸方向の右側端）には、その開口部を塞ぐように投光レンズ１３が組み付けられる。また、フレーム側面部４２の裏面には、光源１１が組みつけられた発光基板５３が取り付けられる。フレーム側面部４２に発光基板５３が取り付けられると、光源１１はホルダ４２１の裏面側端（即ち、Ｘ軸方向の左側端）に位置する。

フレーム背面部４３には、フレーム側面部４２と同様に、ホルダ４３１が突設され、ホルダ４３１の表面側端（即ち、Ｚ軸方向の前側端）には、投光レンズ１４が組み付けられる。また、フレーム背面部４３の裏面には、光源１２が組み付けられた発光基板５４が取り付けられる。フレーム背面部４３に発光基板５４が取り付けられると、光源１２はホルダ４３１の裏面側端（即ち、Ｚ軸方向の後側端）に位置する。

仕切部４４は、投光部１０に属する各部品が配置される空間と、受光部３０に属する各部品が配置される空間とを仕切る位置に設けられる。仕切部４４には、投光折返ミラー１５、受光折返ミラー３３及び受光レンズ３２が組み付けられる。

筐体６の内部空間において、フレーム４０の仕切部４４、スキャン部２０の仕切板２２、及び後述する蓋部８の遮蔽板８３より上下方向に区分けされる二つの空間のうち、投光部１０が設置される上側の空間を投光側空間６ｇ、受光部３０が設置される下側の空間を受光側空間６ｈという。

ここでは、ホルダ４２１，４３１が、フレーム側面部４２及びフレーム背面部４３と一体に設けられるが、これらは発光基板５３，５４と一体に設けられてもよい。
［２−５．光検出モジュールの動作］
光源１１から出力された光は、投光レンズ１３を介して投光偏向部２０ａに入射される。また、光源１２から出力された光は、投光レンズ１４を透過後、投光折返ミラー１５で進行方向が略９０°曲げられて投光偏向部２０ａに入射される。投光偏向部２０ａに入射された光は、筐体の前面６ａを介して、ミラーモジュール２１の回転角度に応じた方向に向けて出射される。ミラーモジュール２１を介して光が照射される範囲が走査範囲である。例えば、Ｚ軸に沿った前方向を０度としてＸ軸方向に沿って広がる±６０°の範囲を走査範囲とする。

ミラーモジュール２１の回転位置に応じた所定方向（即ち、投光偏向部２０ａからの光の出射方向）に位置する被検物からの反射光（以下、到来光）は、筐体の前面６ａを透過し、受光偏向部２０ｂで反射し、受光レンズ３２及び受光折返ミラー３３を介して受光素子３１で受光される。

［３．蓋部］
図４及び図５に示すように、蓋部８は、光学窓８１と、枠体８２と、遮蔽板８３と、を有する。

枠体８２は、光源１１，１２が発するレーザ光の透過を阻止する樹脂材料で形成され、蓋部８の筐体前面６ａ以外の部位を構成する枠状の部位である。
光学窓８１は、枠体８２が形成する略長方形の開口部を覆うように設けられ、筐体６の前面６ａを形成する。光学窓８１は、光源１１，１２が発するレーザ光を透過する樹脂性の材料で形成されている。

遮蔽板８３は、光学窓８１のＹ軸方向の中心付近に、Ｘ軸方向に沿って、光学窓８１の内側面から突出するように設けられた板状の部位である。遮蔽板８３は、図２及び図３に示すように、スキャン部２０の仕切板２２と、光学窓８１との間に生じる隙間を生める形状を有する。以下、光学窓８１において、遮蔽板８３より上方に位置し、投光側空間６ｇに面する部位を投光用部位８１ａ、遮蔽板８３より下方に位置し、受光側空間６ｈに面する部位を受光用部位８１ｂという。

遮蔽板８３は、光源１１．１２が発するレーザ光の透過を阻止する樹脂材料で形成される。光学窓８１と枠体８２と遮蔽板８３とは一体成形される。但し、遮蔽板８３は、図５に示すように、光学窓８１の外側面に達する位置まで埋設される。これにより、光学窓８１内を伝搬する光が遮蔽板８３によって遮蔽されるため、投光部１０と受光部３０との間の光学窓８１を介した光の漏洩が抑制される。

［４．ヒータ］
ヒータ部９は、光学窓８１の加熱に用いられる。図４に示すように、ヒータ部９は、投光側ヒータ９１と、受光側ヒータ９２とを備える。投光側ヒータ９１及び受光側ヒータ９２は、いずれも透明導電膜Ｆｉと、一対の電極ＬＤｉ，ＬＧｉとを有する。なお、ｉは、投光側ヒータ９１に属する場合は１、受光側ヒータ９２に属する場合は２で示す。

投光側ヒータ９１において、透明導電膜（以下、投光側膜）Ｆ１は、光学窓８１の投光用部位８１ａに、投光部１０からスキャン部２０を介して走査範囲に照射される光が通過する範囲を少なくとも覆うように形成される。一対の電極（以下、投光側電極）ＬＤ１，ＬＧ１は、投光側膜Ｆ１の上下端、即ち、走査方向に沿った投光側膜Ｆ１の外縁部に、走査方向に沿って、平行に配置される。

受光側ヒータ９２において、透明導電膜（以下、受光側膜）Ｆ２は、光学窓８１の受光用部位８１ｂに、走査範囲から到来し受光部３０にて受光される光が通過する範囲を少なくとも覆うように形成される。一対の電極（以下、受光側電極）ＬＤ２，ＬＧ２は、一対の投光側電極ＬＤ１，ＬＧ１と同様にして、受光側膜Ｆ２上に平行に配置される。

これらの電極ＬＤｉ、ＬＧｉは、フレキシブル基板９３を介して、図示を省略した電源に接続される。
透明導電膜Ｆ１，Ｆ２として、例えば、ＩＴＯ膜を用いることができる。ＩＴＯは、酸化インジウムと酸化スズの無機化合物である。これに限定されるものではなく、透明性と電気伝導性を有する材料で形成された膜であればよい。

［５．効果］
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（５ａ）ライダー装置１では、光学窓８１を加熱するヒータ部９が、透明導電膜Ｆｉと電極ＬＤｉ，ＬＧｉとで構成されているため、一対の電極ＬＤｉ，ＬＧｉに挟まれた透明電極膜Ｆｉの全体が均等に加熱される。その結果、光学窓８１において光を透過させる部分を効率よく加熱することができる。

（５ｂ）ライダー装置１では、透明導電膜Ｆ１，Ｆ２が、光学窓８１の投光用部位８１ａ及び受光用部位８１ｂのそれぞれに個別に形成され、しかも、透明導電膜Ｆｉを通電させる一対の電極ＬＤｉ，ＬＧｉが走査方向に沿って配置されている。このため、一対の電極ＬＤｉ，ＬＧｉ間の距離を短くすることができ、比較的、低電圧にて必要な温度まで効率よく加熱することができる。

［６．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（６ａ）上記実施形態では、遮蔽板８３が光学窓８１と一体成形されているが、これに限定されるものではない。例えば、遮蔽板８３は、光検出モジュール２が有するフレーム４０と一体成形されてもよい。この場合、図６に示すように、光学窓８１には、遮蔽板８３の先端部分が挿入される孔又は溝である挿入部８１ｃを形成する。そして、筐体本体７に蓋部８を取り付けた時に、遮蔽板８３の先端部分が光学窓８１の外側面、又は溝の底部に達するように、遮蔽板８３の先端部分を形成する。これにより、上記実施形態の場合と同様に、光学窓８１を介した投光部１０と受光部３０との間での光の漏洩を抑制できる。図６は、挿入部８１ｃが孔である場合を示す。

（６ｂ）上記実施形態では、走査方向に沿って一対の電極ＬＤｉ，ＬＧｉが配線されているが、走査方向に直交する方向に沿って配線してもよい。
（６ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（６ｄ）上述したライダー装置の他、当該ライダー装置を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。

８…蓋部、９…ヒータ部、８１…光学窓、８１ａ…投光用部位、８１ｂ…受光用部位、８２…枠体、８３…遮蔽板、９１…投光側ヒータ、９２…受光側ヒータ、Ｆ１…投光側膜、Ｆ２…受光側膜、ＬＤ１，ＬＧ１…投光側電極、ＬＤ２，ＬＧ２…受光側電極。

Claims (5)

1. 予め設定された走査方向に沿って走査された光を投光する投光部（１０）、及び走査範囲から到来する光を受光する受光部（３０）を有する光検出モジュール（２）と、
   前記光検出モジュールを収納する筐体（６）に設けられ、前記光検出モジュールにより投光及び受光される光を透過する光学窓（８）と、
   前記光学窓の前記筐体内部に面した内側面から突出し、前記投光部と受光部との間での光の漏洩を抑制するため、前記投光部の設置空間と前記受光部の設置空間との間に設置される遮蔽板（８３）と、
   前記光学窓を加熱するヒータ部（９）と、
   を備え、
   前記ヒータ部は、
   前記遮蔽板で仕切られた前記光学窓の内側面のうち、前記投光部の設置空間に面する投光用部位（８１ａ）を覆うように設置された透明導電膜である投光側膜（Ｆ１）と、
   前記遮蔽板で仕切られた前記光学窓の内側面のうち、前記受光部の設置空間に面する受光用部位（８１ｂ）を覆うように設置された透明導電膜である受光側膜（Ｆ２）と、
   前記投光側膜を通電する一対の投光側電極（ＬＤ１、ＬＧ１）と、
   前記受光側膜を通電する一対の受光側電極（ＬＤ２、ＬＧ２）と、
   を備えるライダー装置。
2. 請求項１に記載のライダー装置であって、
   前記投光部及び前記受光部は、前記走査方向に対して直交する方向に沿って並ぶように配置された、
   ライダー装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のライダー装置であって、
   前記一対の投光側電極及び前記一対の受光側電極は、いずれも前記投光側膜及び前記受光側膜の前記走査方向に沿った外縁部に、前記走査方向に沿って平行に配置された、
   ライダー装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のライダー装置であって、
   前記遮蔽板は、前記光学窓と一体に設けられた、
   ライダー装置。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のライダー装置であって、
   前記遮蔽板は、前記光検出モジュールと一体に設けられ、
   前記光学窓は、前記光学窓に接する前記遮蔽板の先端部分が挿入される孔又は溝である挿入部（８１ｃ）を有する、
   ライダー装置。