JP2019138837A - 対象物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光走査部の鏡の反射面に平坦でない部分があっても、対象物や対象物までの距離を精度良く検出する。【解決手段】対象物検出装置１００は、光を投射する発光素子２ａと、光を受光して受光信号を出力する受光素子７ａと、鏡４ａを有し、鏡４ａの向きを変えることにより、発光素子２ａからの投射光を鏡４ａで反射して所定範囲に走査し、所定範囲にある対象物からの反射光を鏡４ａで反射して受光素子７ａに導く光走査部４とを備え、受光素子７ａが反射光の受光状態に応じて出力する受光信号に基づいて、対象物と対象物までの距離を検出する。光走査部４の鏡４ａの反射面４ｂには、平坦に形成するのが困難な端部を覆って光を遮光する遮光部１５が設けられている。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、発光素子から光を投射し、その反射光を受光素子で受光して、該受光素子から出力される受光信号に基づいて、対象物または対象物までの距離を検出する対象物検出装置に関する。

たとえば衝突防止機能を有する車両には、レーザレーダのような対象物検出装置が搭載されている。この対象物検出装置は、車両の進行方向に存在する他の車両、人、道路、およびその他物体などを対象物として検出したり、該対象物までの距離を検出したりする。

対象物検出装置には、電波式のものと、光学式のものとがある。そのうち、光学式の対象物検出装置には、光を投射する発光素子と、光を受光して、該受光状態に応じた受光信号を出力する受光素子などが備わっている。発光素子としては、レーザダイオードなどが用いられる。受光素子としては、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなどが用いられる。また、広範囲に光を投受光するために、発光素子や受光素子が複数用いられることもある。

また、広範囲に光を投受光したり、対象物検出装置を小型化したりするために、水平方向や垂直方向に光を走査する光走査部を備えた対象物検出装置がある（たとえば特許文献１〜３）。

特許文献１の対象物検出装置には、６面体状の鏡を有する光走査部が備わっている。鏡の４つの側面は、反射面になっていて、回転軸に対して異なる角度で傾斜している。回転軸を中心にして鏡を回転させることにより、発光素子（レーザ光源）から投射された投射光が鏡の各反射面で反射されて所定範囲に走査される。また、所定範囲にある対象物で反射された反射光が鏡の各反射面で反射されて受光素子（光検出器）へ導かれる。

特許文献２の対象物検出装置には、第１走査ミラーと第２走査ミラーとが備わっている。これら各走査ミラーは板状に形成されていて、板面が反射面になっている。コントローラにより第１走査ミラーの角度を変えることにより、発光素子からの投射光が第１走査ミラーで反射して所定範囲に走査される。また、コントローラにより第２走査ミラーの角度を変えることにより、対象物からの反射光が第２走査ミラーで反射して受光素子へ導かれる。

特許文献３の対象物検出装置には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーから成る走査ミラーが備わっている。この走査ミラーがステージ上で揺動することにより、発光素子からの投射光が光学ブロックを経由した後、走査ミラーで反射して所定範囲に走査され、対象物からの反射光が走査ミラーで反射して、光学ブロックを経由した後、検出用受光素子へ導かれる。

上記以外にも、発光素子からの投射光と対象物からの反射光のうち、一方の光だけを鏡により走査する光走査部もある。

一方、特許文献３〜５には、検出精度を向上させるため、投受光路を制限する技術が開示されている。

特許文献３の対象物検出装置では、対象物までの距離を検出するための検出用受光素子として、ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードを用いている。また、発光素子や走査ミラーと対向する光学ブロックの光学面に、光を透過させる透過領域を設けるとともに、透過領域の周囲に光を反射する反射領域を設けて、透過領域の面積を反射領域の面積より小さくしている。そして、発光素子からの投射光の一部を反射領域で反射して走査ミラーへ導き、所定範囲へ走査している。また、対象物からの反射光を走査ミラーで反射した後、該反射光の一部を透過領域へ透過させて、検出用受光素子へ導いている。つまり、検出用受光素子に対する反射光の入射範囲を光学面で制限している。

特許文献４では、可動ミラーの角度を検出するミラー角度検出装置において、発光素子からの投射光をビームスプリッタと集光レンズを経由させて可動ミラーに照射し、可動ミラーからの反射光を集光レンズとビームスプリッタを経由させて受光素子で受光する。ビームスプリッタと集光レンズの間には、遮光板が設けられ、該遮光板の中央部には、開口が形成されている。このため、発光素子からの投射光の一部や可動ミラーからの反射光の一部は、遮光板の開口を通過するが、迷光となる投射光の残部や反射光の残部は、遮光板で遮光されて受光素子へ入射しなくなる。

特許文献５では、対象物までの距離を測定する距離測定装置において、受光鏡筒の入り口に受光レンズを設け、内奥に受光素子を設け、受光レンズと受光素子との間に遮光板を設けている。遮光板は、表面に反射防止処理を施した薄板を円錐状に凸状成型し、その小径部を除去して開口形状にしたものである。この遮光板を２枚組み合わせることで、受光レンズの周縁部から入射した太陽光が、遮光板で遮光されて受光素子へ入射しなくなる。

特開２０１４−５２３６６号公報 特開２０１４−２１９２５０号公報 特開２０１７−７５８０６号公報 特開２００４−１２５５５４号公報 特開平６−７４７６３号公報

光走査部を備えた対象物検出装置では、発光素子からの投射光や対象物からの反射光を、光走査部の鏡で所定の方向へ走査するため、鏡の反射面を平坦にすることが求められている。しかし、製造上、鏡の反射面全体を平坦にするのは困難である。特に、鏡の反射面の端部では平坦度を出し難い。投射光や反射光が鏡の反射面の平坦でない部分で反射された場合、該光が所定の方向へ進行せず、投光性能や受光性能が低下して、受光素子からの受光信号に基づいて対象物や対象物までの距離を精度良く検出することができないおそれがある。

本発明は、光走査部の鏡の反射面に平坦でない部分があっても、対象物や対象物までの距離を精度良く検出できる対象物検出装置を提供することを課題とする。

本発明による対象物検出装置は、光を投射する発光素子と、光を受光して受光信号を出力する受光素子と、鏡を有し、該鏡の向きを変えることにより、発光素子から投射された投射光を鏡で反射して所定範囲に走査し、または所定範囲にある対象物からの反射光を鏡で反射して受光素子に導く光走査部とを備え、受光素子が反射光の受光状態に応じて出力する受光信号に基づいて、対象物または対象物までの距離を検出する装置であって、鏡の反射面の非平坦部分を覆って光を遮光する遮光部をさらに備えている。

上記によると、光走査部の鏡の反射面に平坦でない部分があっても、該非平坦部分が遮光部によって覆われる。このため、発光素子からの投射光や対象物からの反射光が、鏡の反射面の非平坦部分で反射されず、反射面の平坦部分だけで反射されて所定の方向へ進行するので、投光性能や受光性能の低下を防止することができる。そして、反射光の受光状態に応じて受光素子から出力される受光信号に基づいて、対象物や対象物までの距離を精度良く検出することが可能となる。

本発明において、遮光部の表面に反射防止処理が施されていてもよい。

また、本発明において、遮光部は、少なくとも反射光を反射する鏡の反射面の非平坦部分を覆ってもよい。

また、本発明において、鏡と受光素子との間に設けられた受光レンズをさらに備え、遮光部は受光レンズと鏡との間に設けられてもよい。

また、本発明において、発光素子と鏡との間に設けられた投光レンズをさらに備え、遮光部は投光レンズと鏡との間に設けられてもよい。

また、本発明において、遮光部は、鏡の反射面の端部を覆うように、鏡に設けられてもよい。

また、本発明において、鏡は、投射光を反射する第１反射領域と反射光を反射する第２反射領域とを同一の反射面内に有し、遮光部は、第１反射領域と第２反射領域の少なくとも一方の非平坦部分を覆ってもよい。

また、本発明において、遮光部は、第１反射領域と第２反射領域のそれぞれの端部を覆い、第１反射領域の端部を遮光部で覆う面積より、第２反射領域の端部を遮光部で覆う面積の方を広くしてもよい。

さらに、本発明において、鏡は、板状に形成され、両板面に反射面を有し、遮光部は、鏡の板面に対して垂直な側端面を覆ってもよい。

本発明によれば、光走査部の鏡の反射面に平坦でない部分があっても、対象物や対象物までの距離を精度良く検出できる対象物検出装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態による対象物検出装置の光学系を後方から見た図である。 図１Ａで鏡の向きが変化した場合の図である。 図１Ａの光学系を上方から見た図である。 図１Ｂの投光光学系を上方から見た図である。 図１Ｂの受光光学系を上方から見た図である。 対象物検出装置の電気的構成を示した図である。 理想の対象物検出装置の投受光状態を示した図である。 従来の対象物検出装置の投受光状態を示した図である。 第１実施形態による光走査部の鏡と遮光部の側面図である。 図６のＡ−Ａ断面図である。 第１実施形態による対象物検出装置の投受光状態を示した図である。 第２実施形態による光走査部の鏡と遮光部を示した図である。 第３実施形態による光走査部の鏡と遮光部を示した図である。 第４実施形態による光走査部の鏡と遮光部を示した図である。 第５実施形態による光学系を示した図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

図１Ａおよび図１Ｂは、対象物検出装置１００の光学系を後方（図２Ａ〜図２Ｃで対象物５０と反対側）から見た図である。図２Ａは、対象物検出装置１００の光学系を上方（図１Ａおよび図１Ｂで上側）から見た図である。図２Ｂは、対象物検出装置１００の投光光学系を上方から見た図である。図２Ｃは、対象物検出装置１００の受光光学系を上方から見た図である。なお、図１Ａと図１Ｂでは、光走査部４の鏡４ａの向きが異なっている。図２Ａは、図１Ａの鏡４ａの向きに対応した状態を示し、図２Ｂおよび図２Ｃは、図１Ｂの鏡４ａの向きに対応した状態を示している。

対象物検出装置１００は、たとえば、自動四輪車に搭載されたレーザレーダから成る。対象物検出装置１００の光学系は、ＬＤ（Laser Diode）２ａ、投光レンズ１４、光走査部４、受光レンズ１６、反射鏡１７、およびＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）７ａから成る。

そのうち、ＬＤ２ａ、投光レンズ１４、および光走査部４は、投光光学系である。また、光走査部４、受光レンズ１６、反射鏡１７、およびＡＰＤ７ａは、受光光学系である。

これらの光学系は、対象物検出装置１００の筐体１９内に収容されている。筐体１９の前面（対象物５０側）は開口している。この筐体１９の前面に、図２Ａなどに示す透過窓２０が設けられている。透過窓２０は、矩形状の窓枠と、該窓枠内に嵌め込まれた透光性を有する板材から成る（詳細図示省略）。

透過窓２０が車両の前方、後方、または左右側方を向くように、対象物検出装置１００は車両の前部、後部、または左右側部に設置される。そして、対象物検出装置１００は、車両の前方、後方、または左右側方に存在する対象物５０の有無と、対象物５０までの距離などを検出する。対象物５０は、対象物検出装置１００が設置された車両以外の車両、人、またはその他の物体である。

ＬＤ２ａは、高出力のレーザ光（光パルス）を投射する発光素子である。図１Ａ〜図２Ｂでは、便宜上、ＬＤ２ａを１つのブロックで示しているが、ＬＤ２ａは、実際には図１Ａなどで上下方向（鉛直方向）に複数配列されている。ＬＤ２ａは、発光面が光走査部４側を向くように配置されている。

ＡＰＤ７ａは、ＬＤ２ａからの投射光の対象物５０による反射光を受光する受光素子である。図１Ａ〜図２Ａおよび図２Ｃでは、便宜上、ＡＰＤ７ａを１つのブロックで示しているが、ＡＰＤ７ａは、実際には図１Ａなどで上下方向（または左右方向）に複数配列されている。ＡＰＤ７ａは、受光面が反射鏡１７側を向くように配置されている。

反射鏡１７は、ＡＰＤ７ａと受光レンズ１６とに対して、所定の角度で傾斜している。受光レンズ１６は、集光レンズから成る。投光レンズ１４は、コリメータレンズから成る。

光走査部４は、走査ミラー、回転走査部、または光偏向器とも呼ばれている。光走査部４には、鏡４ａとモータ４ｆなどが備わっている。

モータ４ｆは、図１Ａなどに示すように、鏡４ａの下方に設けられている。モータ４ｆの回転軸４ｊは上下方向と平行になっている。モータ４ｆの回転軸４ｊの上端には、鏡４ａの中央にある連結軸（図示せず）が固定されている。モータ４ｆの回転軸４ｊに連動して、鏡４ａは回転する。

鏡４ａは、板状に形成されている。鏡４ａの両板面（表面と裏面）は、反射面４ｂとなっている。鏡４ａの同一の反射面４ｂ内には、第１反射領域４ｃと第２反射領域４ｄとが設けられている。本例では、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、反射面４ｂの上半分が第１反射領域４ｃになっていて、下半分が第２反射領域４ｄになっている。図１Ａおよび図１Ｂにおいて、鏡４ａの中央に示す点線は、第１反射領域４ｃと第２反射領域４ｄの仮想分割線である（後述の図６、図９、および図１０における点線も同様）。

筐体１９内において、ＬＤ２ａおよび投光レンズ１４は、光走査部４の鏡４ａの第１反射領域４ｃの周辺に配置されている。受光レンズ１６、反射鏡１７、およびＡＰＤ７ａは、鏡４ａの第２反射領域４ｄの周辺に配置されている。

対象物５０を検出する際の投受光路は、図１Ｂ、図２Ｂ、および図２Ｃに１点鎖線と２点鎖線の矢印で示すとおりである。具体的には、図１Ｂおよび図２Ｂに１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤ２ａから投射された投射光は、投光レンズ１４により拡がりを調整されて、平行光に成形された後、光走査部４の鏡４ａのいずれかの反射面４ｂの第１反射領域４ｃに当たる。この際、モータ４ｆが回転して、鏡４ａの向き（角度）が変化し、鏡４ａのいずれかの反射面４ｂが対象物５０側を向いた所定角度となる（たとえば図１Ｂ、図２Ｂ、および図２Ｃに示す鏡４ａの状態）。これにより、ＬＤ２ａからの投射光が投光レンズ１４を透過した後、鏡４ａの第１反射領域４ｃで反射し、透過窓２０を透過して、筐体１９外の所定範囲に走査される。

図２Ｂおよび図２Ｃに示す走査角度Ｚは、ＬＤ２ａからの投射光が光走査部４の鏡４ａの第１反射領域４ｃにより反射されて、対象物検出装置１００から投射される所定範囲（上面視）である。すなわち、この走査角度Ｚが、対象物検出装置１００による対象物５０の水平方向の検出範囲である。

上記のように、対象物検出装置１００から所定範囲に投射された投射光は、所定範囲にある対象物５０で反射される。その反射光は、図１Ｂ、図２Ｂ、および図２Ｃに２点鎖線の矢印で示すように、対象物検出装置１００に向かって進行して、透過窓２０を透過し、鏡４ａの表裏いずれかの反射面４ｂの第２反射領域４ｄに当たる（図２Ｃ）。この際、モータ４ｆが回転して、鏡４ａの向きが変化し、鏡４ａの表裏いずれかの反射面４ｂが対象物５０側を向いた所定角度となる（たとえば図１Ｂ、図２Ｂ、および図２Ｃに示す鏡４ａの状態）。これにより、対象物５０からの反射光が、鏡４ａの第２反射領域４ｄで反射して、受光レンズ１６に入射する。そして、反射光は、受光レンズ１６で集光された後、反射鏡１７で反射して、ＡＰＤ７ａで受光される。つまり、光走査部４は、対象物５０からの反射光を走査して、該反射光を受光レンズ１６と反射鏡１７を介してＡＰＤ７ａへ導く。

図３は、対象物検出装置１００の電気的構成図である。対象物検出装置１００には、制御部１、投光モジュール２、ＬＤ駆動回路３、モータ４ｆ、モータ駆動回路５、エンコーダ６、受光モジュール７、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）８、記憶部１１、および通信部１２が備わっている。これらの各部も、筐体１９（図１Ａなど）内に収納されている。

制御部１は、マイクロコンピュータなどから成り、対象物検出装置１００の各部の動作を制御する。制御部１には、物体検出部１ａが設けられている。

記憶部１１は、揮発性や不揮発性のメモリから成る。記憶部１１には、制御部１が対象物検出装置１００の各部を制御するための情報や、対象物５０を検出するための情報などが記憶されている。

通信部１２は、車両に搭載された他の装置と通信するための通信回路から成る。制御部１は、通信部１２により他の装置に対して各種情報を送受信する。

投光モジュール２には、前述した複数のＬＤ２ａと、各ＬＤ２ａを発光させるためのキャパシタ２ｃなどが設けられている。図３では、便宜上、ＬＤ２ａとキャパシタ２ｃのブロックをそれぞれ１つ示している。

制御部１は、ＬＤ駆動回路３により投光モジュール２のＬＤ２ａの動作を制御する。具体的には、制御部１は、ＬＤ駆動回路３によりＬＤ２ａを発光させて、レーザ光を投射する。また、制御部１は、ＬＤ駆動回路３によりＬＤ２ａの発光を停止させて、キャパシタ２ｃを充電する。

モータ４ｆは、光走査部４の鏡４ａを回転させる駆動源である。制御部１は、モータ駆動回路５によりモータ４ｆの駆動を制御して、鏡４ａを回転させる。そして、制御部１は、鏡４ａを回転させることにより、ＬＤ２ａからの投射光（レーザ光）を所定範囲に走査し、所定範囲にある対象物５０で反射された反射光をＡＰＤ７ａに導く。これらの際、制御部１は、エンコーダ６の出力に基づいて、モータ４ｆや鏡４ａの回転状態（回転角や回転数など）を検出する。

受光モジュール７には、ＡＰＤ７ａ、ＴＩＡ（Trans Impedance Amplifier）７ｂ、ＭＵＸ（Multiplexer）７ｃ、および定電流回路７ｄが含まれている。ＡＰＤ７ａ、ＴＩＡ７ｂ、および定電流回路７ｄは、対を成すように、それぞれ複数設けられている。図３では、代表的に、１組のＡＰＤ７ａ、ＴＩＡ７ｂ、および定電流回路７ｄを示しているが、２組目以降のＡＰＤ７ａ、ＴＩＡ７ｂ、および定電流回路７ｄも同様に設けられている。各組のＡＰＤ７ａとＴＩＡ７ｂにより、それぞれ受光チャンネルが構成されている。つまり、受光モジュール７には、複数の受光チャンネルが設けられている。

ＡＰＤ７ａのカソードは、定電流回路７ｄを介して電源＋Ｖに接続されている。ＡＰＤ７ａのカソードと定電流回路７ｄとの間に、ＴＩＡ７ｂの入力端が接続されている。ＴＩＡ７ｂの出力端は、ＭＵＸ７ｃに接続されている。ＡＰＤ７ａのアノードは、信号増倍部９に接続されている。

ＡＰＤ７ａは、光を受光することにより、電流を出力する。ＴＩＡ７ｂは、ＡＰＤ７ａに流れた電流を電圧信号に変換して、ＭＵＸ７ｃへ出力する。ＡＰＤ７ａの消費電力を抑えるため、定電流回路７ｄは、ＡＰＤ７ａに流れる電流を制限する。

信号増倍部９は、ＤＣ−ＤＣコンバータと、該ＤＣ−ＤＣコンバータに入力する基準電圧を生成するＰＷＭ（パルス幅変調）回路から成る。制御部１は、信号増倍部９のＤＣ−ＤＣコンバータにより各ＡＰＤ７ａに印加する逆電圧（逆バイアス電圧）を制御することにより、ＡＰＤ７ａが受光時に出力する電流を増倍させる。

ＭＵＸ７ｃは、各ＴＩＡ７ｂの出力信号を選択し、ＡＤＣ８に出力する。ＡＤＣ８は、ＭＵＸ７ｃから出力されるアナログ信号を、高速でデジタル信号に変換して、制御部１に出力する。つまり、各ＡＰＤ７ａの受光状態に応じた電圧信号が、受光モジュール７からＡＤＣ８を介して制御部１に出力される。

制御部１の物体検出部１ａは、ＡＤＣ８からの出力信号を処理して、所定時間における受光モジュール７からの受光信号の特徴点（最大値など）を抽出する。そして、その特徴点に基づいて、対象物５０の有無を検出する。具体的には、たとえば物体検出部１ａは、受光モジュール７からＡＤＣ８を介して出力される受光信号と所定の閾値とを比較する。そして、受光信号が閾値以上であれば、対象物５０が有ると判断し、受光信号が閾値未満であれば、対象物５０が無いと判断する。

また、物体検出部１ａは、閾値以上である受光信号の最大値を検出し、該最大値に基づいて対象物５０による反射光の受光時刻を検出する。そして、反射光の受光時刻とＬＤ２ａからのレーザ光の投射時刻とに基づいて、対象物５０までの距離を算出する（いわゆるＴＯＦ（Time of Flight）法）。

図４は、理想の対象物検出装置の投受光状態を示した図である。光走査部４の鏡４ａでは、図４に示すように、反射面４ｂ全体が平坦になっていることが理想的である。これにより、図４（ａ）に１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤ２ａからの投射光は、投光レンズ１４を経由した後、鏡４ａの反射面４ｂのいずれの部分に入射しても、該投射光が所定の方向へ反射されて、対象物５０を検出する所定範囲へ投射される。このため、所定範囲に対する理想の投光状態（投光性能）が得られる。

また、図４（ｂ）に２点鎖線の矢印で示すように、対象物５０からの反射光は、鏡４ａの反射面４ｂのいずれの部分に入射しても、該反射光が所定の方向へ反射されて、受光レンズ１６に入射し、受光レンズ１６で集光される。このとき、受光レンズ１６の焦点距離Ｆの位置で、反射光のスポット径が所定径Ｓまで絞られる。受光レンズ１６から焦点距離Ｆだけ離れた位置には、反射鏡１７（図２Ｃなど）が配置されている。このため、受光レンズ１６で理想的に集光された反射光は、反射鏡１７を経由してＡＰＤ７ａに入射し、理想の受光状態（受光性能）が得られる。

図５は、従来の対象物検出装置の投受光状態を示した図である。製造上、光走査部４の鏡４ａの反射面４ｂ全体を平坦に形成することは困難であり、特に、反射面４ｂの端部には、成形時に平坦でない部分（非平坦部分）が生じ易い。図５に示すように、鏡４ａの反射面４ｂの左右端部に非平坦部分４ｘがある場合、図５（ａ）に１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤ２ａからの投射光の一部が、投光レンズ１４を経由した後、鏡４ａの非平坦部分４ｘに入射すると、該一部光が所定の方向以外へ反射され、投射光が想定外に拡がってしまう。このため、所定範囲に対して投射光がぼやけてしまい、理想の投光状態が得られなくなる。

また、図５（ｂ）に２点鎖線の矢印で示すように、対象物５０からの反射光の一部が、鏡４ａの非平坦部分４ｘに入射すると、該一部反射光が所定の方向以外へ反射される。このため、反射光が拡がった状態で受光レンズ１６に入射し、受光レンズ１６で集光された後、焦点距離Ｆの位置で反射光のスポット径が、図４（ｂ）の所定径Ｓより大きな径Ｓ’となってしまう（Ｓ＜Ｓ’）。そして、このようにぼやけた状態の反射光が、反射鏡１７を経由してＡＰＤ７ａに入射すると、理想の受光状態が得られなくなる。

そこで、本発明の対象物検出装置１００では、光走査部４の鏡４ａの反射面４ｂの非平坦部分を覆って光を遮光する遮光部１５（図１Ａ〜図２Ｃおよび図６〜図８など）を設けている。

図６は、第１実施形態による光走査部４の鏡４ａと遮光部１５の側面図である。図７は、図６のＡ−Ａ断面図である。

第１実施形態では、鏡４ａの反射面４ｂにおける、製造上平坦に形成するのが困難な全ての端部４ｔを、図６および図７に示すように、遮光部１５で覆っている。遮光部１５は、光を遮光する部材であって、表面に反射防止処理が施されている。また、遮光部１５は、鏡４ａの反射面４ｂの全端部４ｔに固定されている。詳しくは、図６に示すように、遮光部１５は、鏡４ａの第１反射領域４ｃの左右端部４ｔおよび上端部４ｔと、第２反射領域４ｄの左右端部４ｔおよび下端部４ｔとを連続で覆うように、鏡４ａに設けられている。

第１反射領域４ｃの左右端部４ｔを遮光部１５で覆う面積より、第２反射領域４ｄの左右端部４ｔを遮光部１５で覆う面積の方が広くなっている。第１反射領域４ｃの上端部４ｔを遮光部１５で覆う面積と、第２反射領域４ｄの下端部４ｔを遮光部１５で覆う面積とは同等になっているが、必要に応じて、上端部４ｔを遮光部１５で覆う面積より、下端部４ｔを遮光部１５で覆う面積の方を広くしてもよい。

また、図７に示すように、遮光部１５は、鏡４ａの両板面４ｂに対して垂直な側端面４ｅも覆っている。このため、遮光部１５で覆われないのは平坦部分４ｙのみとなっている。さらに、投光路上では、遮光部１５は投光レンズ１４と鏡４ａとの間に設けられ、受光路上では、遮光部１５は鏡４ａと受光レンズ１６との間に設けられている（図２Ｂおよび図２Ｃ参照）。

上記のように遮光部１５を設けることで、対象物検出装置１００では、図８に示すような投受光状態を実現することができる。図８は、第１実施形態による対象物検出装置１００の投受光状態を示した図である。

図８に示すように、鏡４ａの反射面４ｂの端部４ｔには非平坦部分４ｘが生じているが、該非平坦部分４ｘは遮光部１５で覆われている。このため、ＬＤ２ａからの投射光が投光レンズ１４を経由した後、非平坦部分４ｘに向かって進行しても、該投射光は遮光部１５で遮られて、非平坦部分４ｘで反射されなくなる。対して、投光レンズ１４を経由した投射光のうち、図８（ａ）に１点鎖線の矢印で示すように、鏡４ａの反射面４ｂの平坦部分４ｙに入射した投射光は、所定の方向へ反射されて、対象物５０を検出する所定範囲へ投射される。つまり、ＬＤ２ａからの投射光のうち、反射面４ｂの平坦部分４ｙに入射した投射光だけが、所定の方向へ反射されて、所定範囲へ投光される。このため、所定範囲に対するほぼ理想の投光状態が得られる。

また、対象物５０からの反射光は、非平坦部分４ｘに向かって進行しても、遮光部１５で遮られて、非平坦部分４ｘで反射されなくなる。対して、対象物５０からの反射光のうち、図８（ｂ）に２点鎖線の矢印で示すように、鏡４ａの反射面４ｂの平坦部分４ｙに入射した反射光は、所定の方向へ反射されて受光レンズ１６に入射し、受光レンズ１６で集光される。このとき、受光レンズ１６の焦点距離Ｆの位置で、反射光のスポット径が所定径Ｓまで絞られる。そして、このように受光レンズ１６で集光された反射光は、反射鏡１７を経由してＡＰＤ７ａに入射する。つまり、対象物５０からの反射光のうち、反射面４ｂの平坦部分４ｙに入射した反射光だけが、所定の方向へ反射されて、受光レンズ１６で正常に集光され、ＡＰＤ７ａで受光されるので、ほぼ理想の受光状態が得られる。

上記実施形態によると、光走査部４の鏡４ａの反射面４ｂの端部４ｔに平坦でない部分４ｘがあっても、該非平坦部分４ｘを覆うように遮光部１５を設けている。このため、ＬＤ２ａからの投射光や対象物５０からの反射光が、鏡４ａの反射面４ｂの非平坦部分４ｘで反射されず、反射面４ｂの平坦部分４ｙだけで反射されて所定の方向へ進行するので、対象物検出装置１００の投受光性能の低下を防止することができる。そして、反射光の受光状態に応じてＡＰＤ７ａから出力される受光信号に基づいて、対象物５０や対象物５０までの距離を精度良く検出することが可能となる。

また、上記実施形態では、遮光部１５の表面に反射防止処理が施されているので、ＬＤ２ａからの投射光や対象物５０からの反射光が、遮光部１５の表面で反射して所定の方向以外へ進行するのを効果的に防止することができる。このため、対象物検出装置１００の投受光性能を高く確保して、対象物５０や対象物５０までの距離を精度良く検出することが可能となる。

また、上記実施形態では、鏡４ａの反射面４ｂにおける、製造上平坦に形成するのが困難な全ての端部４ｔを覆うように、鏡４ａに遮光部１５を設けている。このため、平坦部分４ｙのみが露出することになるので、反射面４ｂの各部の平坦度を計測することなく、鏡４ａに遮光部１５を容易に設けて、非平坦部分４ｘによる想定外の光の反射を阻止することができる。また、鏡４ａに遮光部１５を設けたことで、ＬＤ２ａからの投射光や対象物５０からの反射光の一部が迷光となっても、該迷光が鏡４ａの反射面４ｂの非平坦部分４ｘで反射して所定の方向以外へ進行することを確実に防止し、投光性能や受光性能を高く確保することができる。また、鏡４ａと遮光部１５とを一体化しているので、鏡４ａと遮光部１５とを筐体１９内に容易に設置することができる。

また、上記実施形態では、鏡４ａの同一の反射面４ｂ内に、ＬＤ２ａからの投射光を反射する第１反射領域４ｃと、対象物５０からの反射光を反射する第２反射領域４ｄとを設けているので、第１反射領域４ｃや第２反射領域４ｄの端部４ｔに非平坦部分４ｘが生じ易くなる。然るに、第１反射領域４ｃと第２反射領域４ｄの全端部４ｔを遮光部１５で覆っているので、第１反射領域４ｃの各端部４ｔに非平坦部分４ｘがあっても、ＬＤ２ａからの投射光が当該非平坦部分４ｘで反射されず、平坦部分４ｙだけで反射されて、所定の方向へ進行するため、投光性能の低下を防止することができる。また、第２反射領域４ｄの各端部４ｔに非平坦部分４ｘがあっても、対象物５０からの反射光が当該非平坦部分４ｘで反射されず、平坦部分４ｙだけで反射されて、所定の方向へ進行するため、受光性能の低下を防止することができる。これらの結果、反射光の受光状態に応じてＡＰＤ７ａから出力される受光信号に基づいて、対象物５０や対象物５０までの距離を一層精度良く検出することが可能となる。

また、ＬＤ２ａからの投射光の所定範囲に対する拡がり角度が、理想の拡がり角度以上に拡がった場合より、対象物５０からの反射光が受光レンズ１６で所定のスポット径Ｓまで集光されなかった場合の方が、ＡＰＤ７ａの受光性能に及ぼす悪影響が大きく、対象物の検出精度が低下し易い。然るに、上記実施形態では、鏡４ａの反射面４ｂにおける第１反射領域４ｃの左右端部４ｔを遮光部１５で覆う面積より、第２反射領域４ｄの左右端部４ｔを遮光部１５で覆う面積の方を広くしている。このため、第２反射領域４ｄの左右端部４ｔの非平坦部分４ｘで、対象物５０からの反射光が反射してスポット径が拡がり検出精度が低下するのを防止する効果を高めることができる。

また、ＬＤ２ａからの投射光や対象物５０からの反射光が、鏡４ａの側端面４ｅで反射した場合、迷光が生じて、該迷光がＡＰＤ７ａで受光され、ＡＰＤ７ａからの受光信号に含まれるノイズのレベルが大きくなって、対象物５０や対象物５０までの距離の検出精度が低下するおそれがある。然るに、上記実施形態では、鏡４ａの左右側端面４ｅと上下側端面４ｅも遮光部１５で覆っている。このため、投射光や反射光が鏡４ａの側端面４ｅで反射して迷光となるのを防止することができる。そして、そのような迷光がＡＰＤ７ａで受光されなくなり、ＡＰＤ７ａの受光信号に基づく対象物５０や対象物５０までの距離の検出精度を高く確保することができる。

本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、図６に示した実施形態では、鏡４ａの反射面４ｂの全端部４ｔを連続して覆うように、遮光部１５を設けた例を示したが、本発明は、これのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、図９に示す第２実施形態のように、鏡４ａの反射面４ｂにおける第１反射領域４ｃの左右端部４ｔだけを覆うように遮光部１５を設けたり、図１０に示す第３実施形態のように、鏡４ａの反射面４ｂにおける第２反射領域４ｄの左右端部４ｔだけを覆うように遮光部１５を設けたりしてもよい。但し、前述したように、第１反射領域４ｃの非平坦部分４ｘで投射光が反射される場合より、第２反射領域４ｄの非平坦部分４ｘで反射光が反射された方が、受光性能に及ぼす悪影響が大きいので、少なくとも第２反射領域４ｄの左右端部４ｔは遮光部１５で覆うのが好ましい。

また、図９や図１０に示すように、反射面４ｂの上下端部４ｔは、遮光部１５で覆わなくてもよい。さらに、鏡４ａの反射面４ｂの端部４ｔを部分的（不連続）に遮光部１５で覆ったり、反射面４ｂの端部４ｔ以外の平坦でない部分を遮光部１５で覆ったりしてもよい。

また、図１１に示す第４実施形態のように、鏡４ａの反射面４ｂの端部４ｔを遮光部１５で覆い、側端面４ｅは遮光部１５で覆わないようにしてもよい。この場合、たとえば、ＬＤ２ａからの投射光が側端面４ｅで反射しないように、鏡４ａの回転角に応じてＬＤ２ａの発光タイミングを制御すればよい。また、対象物５０からの反射光が側端面４ｅで反射した後、ＡＰＤ７ａに入射しても、このときのＡＰＤ７ａから出力される受光信号に基づいて、対象物５０や対象物５０までの距離を検出しないように、受光モジュール７やＡＤＣ８の信号処理を制御してもよい。

また、以上の実施形態では、鏡４ａに遮光部１５を固定した例を示したが、本発明は、これのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば図１２に示す第５実施形態のように、遮光部１５を鏡４ａから離間させて、鏡４ａと投光レンズ１４との間や、鏡４ａと受光レンズ１６との間に配置してもよい。このようにすると、鏡４ａが軽くなり、鏡４ａを回転させるために、小型のモータ４ｆを用いることができる。

また、以上の実施形態では、発光素子としてＬＤを用い、受光素子としてＡＰＤを用いた例を示したが、本発明はこれらのみに限定するものではない。ＬＤ以外の発光素子を適宜数、投光モジュール２に設けてもよい。また、たとえばＰＩＮ型のＰＤ（Photo Diode）やガイガーモードのＡＰＤであるＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）や、ＳＰＡＤを複数並列に接続して成るＭＰＰＣ（Multi-Pixel Photon Counter）などを、受光素子として受光モジュール７に設けてもよい。さらに、発光素子や受光素子の設置数と配列は、適宜選択してもよい。

また、以上の実施形態では、モータ４ｆにより鏡４ａを回転させて、鏡４ａの向きを変えることにより、光を走査する光走査部４を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえばアクチュエータにより鏡を揺動させて、鏡の向きを変えることにより、光を走査する光走査部を用いてもよい。

また、以上の実施形態では、両面が反射面４ｂになっている板状の鏡４ａを有する光走査部４を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえばポリゴンミラーのような、３つ以上の側面が反射面になっている鏡を有する光走査部を用いてもよい。また、ＬＤ２ａからの投射光を走査する鏡や反射面と、対象物５０からの反射光を走査する鏡や反射面とが、別々に設けられた光走査部を用いてもよい。さらに、ＬＤ２ａからの投射光と対象物５０からの反射光のうち、いずれか一方の光を鏡で走査する光走査部を用いてもよい。

また、以上の実施形態では、筐体１９内の上方に投光光学系を設け、下方に受光光学系を設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではなく、筐体１９内の下方に投光光学系を設け、上方に受光光学系を設けてもよい。

さらに、以上の実施形態では、車載用のレーザレーダから成る対象物検出装置１００に本発明を適用した例を挙げたが、その他の用途の対象物検出装置に対しても、本発明を適用することは可能である。

２ａ ＬＤ（発光素子）
４ 光走査部
４ａ 鏡
４ｂ 反射面
４ｃ 第１反射領域
４ｄ 第２反射領域
４ｅ 側端面
４ｔ 端部
４ｘ 非平坦部分
７ａ ＡＰＤ（受光素子）
１４ 投光レンズ
１５ 遮光部
１６ 受光レンズ
５０ 対象物
１００ 対象物検出装置
Ｚ 走査角度（所定範囲）

Claims (9)

1. 光を投射する発光素子と、
   光を受光して受光信号を出力する受光素子と、
   鏡を有し、前記鏡の向きを変えることにより、前記発光素子からの投射光を前記鏡で反射して所定範囲に走査し、または前記所定範囲にある対象物からの反射光を前記鏡で反射して前記受光素子に導く光走査部と、を備え、
   前記受光素子が前記反射光の受光状態に応じて出力する前記受光信号に基づいて、前記対象物または前記対象物までの距離を検出する対象物検出装置において、
   前記鏡の反射面の非平坦部分を覆って光を遮光する遮光部をさらに備えた、ことを特徴とする対象物検出装置。
2. 請求項１に記載の対象物検出装置において、
   前記遮光部の表面に反射防止処理が施されている、ことを特徴とする対象物検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の対象物検出装置において、
   前記遮光部は、少なくとも前記反射光を反射する前記鏡の反射面の非平坦部分を覆う、ことを特徴とする対象物検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の対象物検出装置において、
   前記鏡と前記受光素子との間に設けられた受光レンズをさらに備え、
   前記遮光部は前記受光レンズと前記鏡との間に設けられている、ことを特徴とする対象物検出装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の対象物検出装置において、
   前記発光素子と前記鏡との間に設けられた投光レンズをさらに備え、
   前記遮光部は前記投光レンズと前記鏡との間に設けられている、ことを特徴とする対象物検出装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の対象物検出装置において、
   前記遮光部は、前記鏡の反射面の端部を覆うように、前記鏡に設けられている、ことを特徴とする対象物検出装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の対象物検出装置において、
   前記鏡は、前記投射光を反射する第１反射領域と前記反射光を反射する第２反射領域とを同一の反射面内に有し、
   前記遮光部は、前記第１反射領域と前記第２反射領域の少なくとも一方の非平坦部分を覆う、ことを特徴とする対象物検出装置。
8. 請求項７に記載の対象物検出装置において、
   前記遮光部は、前記第１反射領域と前記第２反射領域のそれぞれの端部を覆い、
   前記第１反射領域の端部を前記遮光部で覆う面積より、前記第２反射領域の端部を前記遮光部で覆う面積の方が広い、ことを特徴とする対象物検出装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の対象物検出装置において、
   前記鏡は、板状に形成され、両板面に前記反射面を有し、
   前記遮光部は、前記鏡の前記板面に対して垂直な側端面を覆う、ことを特徴とする対象物検出装置。

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