JP2020197399A - 光学装置、それを備える車載システム及び移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部材の変位を抑制しつつ係止することができる光学装置を提供する。【解決手段】本発明に係る光学装置５０は、第１及び第２の光学部材２，５を備え、第１の光学部材の光軸に垂直な第１の方向における第２の光学部材の位置を調整可能な光学装置であって、光軸に垂直な基準面を有し、第１の光学部材を保持する第１の保持部材１と、光軸及び第１の方向に平行な断面を挟んで互いに逆向きに傾いた第１及び第２の斜面４ａ，４ｂを有し、第２の光学部材を保持する第２の保持部材４と、第１及び第２の斜面に当接する第３及び第４の斜面１４ａ，１３ａを有する第１及び第２の押圧部材１４，１３とを備え、第１及び第２の押圧部材のそれぞれは、第２の保持部材を基準面に押圧すると共に第４及び第３の斜面に押圧し、第１及び第２の押圧部材の少なくとも一方は、光軸及び第１の方向に垂直な第２の方向に可動であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置、それを備える車載システム及び移動装置に関するものである。

従来、光学装置においては、容易に光学素子の位置調整を行うことができる機構が求められている。
特許文献１は、螺合係止部材を光学素子から係脱させることによって固定状態から調整可能状態に移行することができる機構を備えた光学装置を開示している。

実開昭６２−５５２１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている光学装置では、調整後に螺合係止部材によって光学素子を係止する際に螺合係止部材の回転トルクが光学素子に伝わるため、その回転トルクや螺合係止部材の偏芯に伴って光学素子が変位してしまう。
そこで本発明は、光学素子の変位を抑制しつつ係止することができる光学装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光学装置は、第１及び第２の光学部材を備え、第１の光学部材の光軸に垂直な第１の方向における第２の光学部材の位置を調整可能な光学装置であって、光軸に垂直な基準面を有し、第１の光学部材を保持する第１の保持部材と、光軸及び第１の方向に平行な断面を挟んで互いに逆向きに傾いた第１及び第２の斜面を有し、第２の光学部材を保持する第２の保持部材と、第１及び第２の斜面に当接する第３及び第４の斜面を有する第１及び第２の押圧部材とを備え、第１及び第２の押圧部材のそれぞれは、第２の保持部材を基準面に押圧すると共に第４及び第３の斜面に押圧し、第１及び第２の押圧部材の少なくとも一方は、光軸及び第１の方向に垂直な第２の方向に可動であることを特徴とする。

本発明によれば、光学素子の変位を抑制しつつ係止することができる光学装置を提供することができる。

本実施形態に係る光学装置の斜視図、分解斜視図及びＡ−Ａ線を含む断面からのＡ矢視図。 本実施形態に係る車載システムの構成図。 本実施形態に係る車載システムを含む車両の模式図。 本実施形態に係る車載システムの動作例を示すフローチャート。

以下に、本実施形態に係る光学装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す図面は、本実施形態を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。

図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、本実施形態に係る光学装置５０の斜視図、分解斜視図及びＡ−Ａ線を含む断面からのＡ矢視図を示している。
なお、本実施形態においては、光学機器の光軸方向をＺ軸にとっており、Ｚ軸に垂直な面内において互いに垂直な二方向をそれぞれＸ軸及びＹ軸としている。

本実施形態に係る光学装置５０は、第１及び第２の光学部材（光学素子）を備え、それぞれの相対位置を調整可能な装置である。
図１（ａ）及び（ｂ）に示されているように、本実施形態に係る光学装置５０では、Ｚ方向マイナス側からレンズ群２（第１の光学部材）が固定鏡筒１（第１の保持部材）の内部に抑え環３（第１の保持部材）によって固定される。
一方、光量センサー５（第２の光学部材）が実装されている基板６（第２の保持部材）が、Ｚ方向プラス側からビス７によって調整ベース４（第２の保持部材）に固定される。

また、図１（ａ）及び（ｂ）に示されているように、ガイド部１４（第２の押圧部材）は、Ｘ方向プラス側からビス１５によって固定鏡筒１に固定される。一方、ガイド部１３（第１の押圧部材）は、Ｘ方向マイナス側から止めネジ１０（固定部材）によって固定鏡筒１に固定される。
そして、図１（ｃ）に示されているように、調整ベース４は、Ｘ方向一端部に形成された斜面４ｂ（第１の斜面）が斜面１３ａ（第３の斜面）に当接するようにガイド部１３に嵌合している。また、調整ベース４は、Ｘ方向他端部に形成された斜面４ａ（第２の斜面）が斜面１４ａ（第４の斜面）に当接するようにガイド部１４に嵌合している。

これにより、固定鏡筒１の接触面（基準面）１ａに調整ベース４の当接面が当接するようにガイド部１３及び１４が調整ベース４を押圧することによって、調整ベース４が係止される。
また、調整ベース４の斜面４ａに沿った移動は、ガイド部１４の斜面１４ａと固定鏡筒１の調整ベース４の接触面１ａとによってガイドされる。

なお、調整ベース４の斜面４ａ及び斜面４ｂは、ＹＺ平面（光軸及び第１の方向に平行な断面）を挟んで互いに逆向きに傾斜しており、傾斜角度はそれぞれ＋４５度及び−４５度に設定されている。
しかしながら、傾斜角度はこれに限られず、ＹＺ平面及びＸＹ平面に対して非平行であれば構わない。
また、ガイド部１４の斜面１４ａ及びガイド部１３の斜面１３ａの傾斜角度はそれぞれ、調整ベース４の斜面４ａ及び斜面４ｂの傾斜角度に対応するように設定される。好ましくは、斜面４ａは斜面１４ａに面接触するように、及び斜面４ｂは斜面１３ａと面接触するように設計されると良い。

また、図１（ａ）及び（ｂ）に示されているように、止めネジ１０は、ネジ部とネジ部より径が大きい段付き部とを有している。そして、ガイド部１３を介してＸ方向における調整ベース４への付勢力を発生するバネ１１（第１の付勢部材）が止めネジ１０の段付き部の外側に設けられている。
これにより、止めネジ１０を緩めて調整ベース４に対してガイド部１３を係脱させても、バネ１１によってガイド部１３の斜面１３ａの調整ベース４の斜面４ｂに対する当接を維持したまま、調整ベース４を固定鏡筒１の接触面１ａにガタ無く付勢することができる。

また、図１（ａ）及び（ｂ）に示されているように、調整ベース４は、ビス１２で固定鏡筒１に固定されたバネ８（調整部材、第２の付勢部材）によってＹ方向マイナス側に付勢されている。そして、調整ベース４は、固定鏡筒１に設けられた穴部に螺合された調整ネジ部材９（調整部材）に当接する。
この状態で、止めネジ１０を緩めることによって、Ｘ方向（第２の方向）に可動であるガイド部１３の調整ベース４に対する係止を解除する。そして調整ネジ部材９を回すことによって、固定鏡筒１の調整ベース４との接触面１ａ及びＸ方向に不動であるガイド部１４の斜面１４ａに沿って、調整ベース４のＹ方向（第１の方向）の位置を調整することができる。

上記のように、調整ベース４に光量センサー５が実装された基板６が固定されることにより、調整ベース４、光量センサー５及び基板６が一体でＹ方向に移動することができる。そして、外部から入射する光がレンズ群２によって光量センサー５に集光されることによって、本実施形態に係る光学装置５０は、光量を計測することができる。
そして、本実施形態に係る光学装置５０が備える位置調整部は、固定鏡筒１、抑え環３、調整ベース４、基板６、バネ８、調整ネジ部材９、止めネジ１０、バネ１１、ガイド部１３及びガイド部１４を含んでいる。
なお、固定鏡筒１とＸ方向に不動であるガイド部１４とは互いに一体に形成されていても構わない。

次に、本実施形態に係る光学装置５０における光学部材の位置調整について説明する。
本実施形態に係る光学装置５０では、レンズ群２から入射した不図示のマスター光源からの光１６の光量が光量センサー５の出力として最大になるように、調整ベース４のＹ方向に沿った位置を調整ネジ部材９によって調整する。
そして調整ベース４のＹ方向に沿った位置を調整した後、止めネジ１０を固定鏡筒１のネジ部に螺合させることによって、止めネジ１０の段付き部の押圧によってガイド部１３が調整ベース４を係止する。

この際、斜面４ｂと斜面１３ａとが互いに当接するように調整ベース４とガイド部１３とは互いに嵌合する。そのため、ガイド部１３には止めネジ１０の螺合に伴って回転トルクが発生し調整ベース４に伝わるが、調整ベース４が固定鏡筒１の接触面１ａからの抗力を受けることで調整ベース４の回転動作を抑制することができる。
これにより、調整ベース４を、止めネジ１０の螺合によってガイド部１３に発生する回転トルクを受けても、調整された位置からの変位を抑制しつつ係止することができる。

また、Ｙ方向におけるバネ８の調整ベース４への付勢力をＷ、バネ１１の付勢に伴って発生する調整ベース４の斜面４ａとガイド部１４の斜面１４ａとの間の摩擦力（第１の摩擦力）をμＦ１とする。また、バネ１１の付勢に伴って発生する調整ベース４の斜面４ｂとガイド部１３の斜面１３ａとの間の摩擦力（第２の摩擦力）をμＦ２とする。また、バネ１１の付勢に伴って発生する固定鏡筒１の接触面１ａと調整ベース４の当接面との間の摩擦力（第３の摩擦力）をμＦ３とする。このとき、本実施形態に係る光学装置５０は、以下の条件式（１）を満たしている。
Ｗ＞（μＦ１＋μＦ２＋μＦ３） ・・・（１）
本実施形態に係る光学装置５０では条件式（１）が満たされていることにより、調整ベース４は、ガタ無く調整ネジ部材９の移動に追従することができる。

以上、本実施形態に係る光学装置について説明したが、上記の実施形態に限らず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更を行うことが可能である。
本実施形態に係る光学装置５０は、ビデオカメラやスチルカメラ等の撮像装置、車載システム等に用いられる測距装置、プロジェクタ等の投射装置などに適用することができる。
また、本実施形態に係る光学装置５０では、光量センサー５の位置を調整しているが、これに限らず、レンズ群２とは別のレンズ群等、他の光学部材の位置を調整する場合にも本実施形態を適用することができる。

また、本実施形態に係る光学装置５０において、レンズ群２としては単一の光学素子（レンズ）から成る場合も含まれる。
例えば、本実施形態に係る光学装置５０を二つ組み合わせることによって、光学部材の位置を光軸（Ｚ軸）に直交する二方向、すなわちＸ方向及びＹ方向それぞれにおいて調整することができる。
また、本実施形態に係る光学装置５０の上記の説明における部材の移動方向や位置に関する「垂直」や「平行」という用語は、厳密にその方向に限らず、ある程度ずれた略垂直や略平行等のその方向の成分を含む方向を含んでもよい。

なお、本実施形態に係る光学装置５０を撮像素子（受光素子）を有する撮像装置として構成した場合、調整ベース４は撮像装置における撮影光学系の一部のレンズ群であっても良い。
また、本実施形態に係る光学装置５０を、他の光学装置（光学系）を調整するための調整装置としても使用することができる。

［車載システム］
図２は、本実施形態に係る光学装置５０を有する光学機器１００を備える車載システム（運転支援装置）１０００の構成図を示している。本実施形態に係る光学機器１００は、対象物からの反射光を受光するまでの時間やその反射光の位相に基づいて対象物までの距離を算出する、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）と呼ばれる技術を用いた測距装置である。

光学機器１００は、上述した位置調整部に加え、光源部からの照明光を偏向して物体を走査すると共に、物体からの反射光を偏向する偏向部と、光源部からの照明光を偏向部に導光すると共に、偏向部からの反射光を受光部に導光する分岐部とを備えている。
光源部は、例えば、光源及びコリメータから構成され、光源からの発散光束（照明光束）をコリメータによって平行光束に変換して射出するものである。
偏向部としては、例えば少なくとも一つの軸の周りに回転（揺動）可能なＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーや、ポリゴンミラー、ガルバノミラーなどを採用することができる。
分岐部としては、例えば有孔ミラーや、ハーフミラー、ダイクロイックミラー、プリズムなどを採用することができる。
受光部は、例えば、集光光学系及び受光素子から構成され、照明された物体からの反射光束が集光光学系によって集光され、受光素子で受光するものである。

また、光学機器１００は、受光部の出力に基づいて物体の距離情報を取得する制御部を備えている。
そして、光学機器１００に設けられた光源部及び受光部の少なくとも一方が、本実施形態に係る光学装置５０となっている。
光源部に本実施形態に係る光学装置５０を用いた場合には、光量センサー５と同様に光源の位置を調整することができる。また、受光部に本実施形態に係る光学装置５０を用いた場合には、光量センサー５と同様に受光素子の位置を調整することができる。

車載システム１０００は、自動車（車両）等の移動可能な移動体（移動装置）により保持され、光学機器１００により取得した車両の周囲の障害物や歩行者などの対象物の距離情報に基づいて、車両の運転（操縦）を支援するための装置である。

図３は、車載システム１０００を含む移動装置としての車両５００の模式図を示している。
図３においては、光学機器１００の測距範囲（検出範囲）１５０を車両５００の前方に設定した場合を示しているが、測距範囲１５０を車両５００の後方や側方などに設定してもよい。

図３に示すように、車載システム１０００は、光学機器１００と、車両情報取得装置２００と、制御装置（ＥＣＵ：エレクトロニックコントロールユニット）３００と、警告装置４００（警告部）とを備える。
車載システム１０００において、光学機器１００が備える制御部は、距離取得部（取得部）及び衝突判定部（判定部）としての機能を有する。
ただし、必要に応じて、車載システム１０００において光学機器１００が備える制御部とは別体の距離取得部や衝突判定部を設けてもよく、それぞれを光学機器１００の外部（例えば車両５００の内部）に設けてもよい。あるいは、制御装置３００の機能を光学機器１００が備える制御部に持たせてもよい。

図４は、本実施形態に係る車載システム１０００の動作例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って車載システム１０００の動作を説明する。

まず、ステップＳ１では、光学機器１００の光源部により車両５００の周囲の対象物を照明し、対象物からの反射光を受光することで光学機器１００の受光部が出力する信号に基づいて、光学機器１００の制御部により対象物の距離情報を取得する。
また、ステップＳ２では、車両情報取得装置２００により車両５００の車速、ヨーレート、舵角などを含む車両情報の取得を行う。
そして、ステップＳ３では、光学機器１００の制御部によって、ステップＳ１で取得された距離情報やステップＳ２で取得された車両情報を用いて、対象物までの距離が予め設定された設定距離の範囲内に含まれるか否かの判定を行う。

これにより、車両５００の周囲の設定距離内に対象物が存在するか否かを判定し、車両５００と対象物との衝突可能性を判定することができる。
なお、ステップＳ１及びＳ２は、上記の順番とは逆の順番で行われてもよいし、互いに並列して処理を行われてもよい。

光学機器１００の制御部は、設定距離内に対象物が存在する場合は「衝突可能性あり」と判定し（ステップＳ４）、設定距離内に対象物が存在しない場合は「衝突可能性なし」と判定する（ステップＳ５）。

次に、光学機器１００の制御部は、「衝突可能性あり」と判定した場合、その判定結果を制御装置３００や警告装置４００に対して通知（送信）する。
このとき、制御装置３００は光学機器１００の制御部での判定結果に基づいて車両５００を制御し（ステップＳ６）、警告装置４００は光学機器１００の制御部での判定結果に基づいて車両５００のユーザ（運転者）への警告を行う（ステップＳ７）。
なお、判定結果の通知は、制御装置３００及び警告装置４００の少なくとも一方に対して行えばよい。

制御装置３００は、車両５００の駆動部（エンジンやモータなど）に対して制御信号を出力することで、車両５００の移動を制御することができる。
例えば、車両５００においてブレーキをかける、アクセルを戻す、ハンドルを切る、各輪に制動力を発生させる制御信号を生成してエンジンやモータの出力を抑制するなどの制御を行う。

また、警告装置４００は、運転者に対して、例えば警告音を発する、カーナビゲーションシステムなどの画面に警告情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどの警告を行う。

以上、本実施形態に係る車載システム１０００によれば、上記の処理により対象物の検出及び測距を行うことができ、車両５００と対象物との衝突を回避することが可能になる。
特に、上述した本実施形態に係る光学装置５０を光学機器１００の光源部及び受光部の少なくとも一方に適用することで、高い測距精度を実現することができるため、対象物の検出及び衝突判定を高精度に行うことが可能になる。
なお、本実施形態に係る光学装置５０を光学機器１００の光源部に適用する際には光源の位置調整が行われ、光学機器１００の受光部に適用する際には受光素子の位置調整が行われる。

なお、本実施形態では、車載システム１０００を運転支援（衝突被害軽減）に適用したが、これに限らず、車載システム１０００をクルーズコントロール（全車速追従機能付を含む）や自動運転などに適用してもよい。
また、車載システム１０００は、自動車等の車両に限らず、例えば船舶や航空機、産業用ロボットなどの移動体に適用することができる。
また、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）や監視システム等の物体認識を利用する種々の機器に適用することができる。

また、車載システム１０００や移動装置５００は、万が一移動装置５００が障害物に衝突した場合に、その旨を車載システムの製造元（メーカー）や移動装置の販売元（ディーラー）などに通知するための通知装置（通知部）を備えていてもよい。例えば、通知装置としては、移動装置５００と障害物との衝突に関する情報（衝突情報）を予め設定された外部の通知先に対して電子メールなどによって送信するものを採用することができる。
このように、通知装置によって衝突情報を自動通知する構成を採ることにより、衝突が生じた後に点検や修理などの対応を速やかに行うことができる。なお、衝突情報の通知先は、保険会社、医療機関、警察などや、ユーザーが設定した任意のものであってもよい。また、衝突情報に限らず、各部の故障情報や消耗品の消耗情報を通知先に通知するように通知装置を構成してもよい。衝突の有無の検知については、上述した受光部からの出力に基づいて取得された距離情報を用いて行ってもよいし、他の検知部（センサ）によって行ってもよい。

１ 固定鏡筒（第１の保持部材）
１ａ 基準面
２ レンズ群（第１の光学部材）
３ 抑え環（第１の保持部材）
４ 調整ベース（第２の保持部材）
４ａ、４ｂ 斜面（第１の斜面、第２の斜面）
５ 光量センサー（第２の光学部材）
６ 基板（第２の保持部材）
１３ ガイド部（第２の押圧部材）
１３ａ 斜面（第４の斜面）
１４ ガイド部（第１の押圧部材）
１４ａ 斜面（第３の斜面）
５０ 光学装置

Claims (17)

1. 第１及び第２の光学部材を備え、該第１の光学部材の光軸に垂直な第１の方向における該第２の光学部材の位置を調整可能な光学装置であって、
   前記光軸に垂直な基準面を有し、前記第１の光学部材を保持する第１の保持部材と、
   前記光軸及び前記第１の方向に平行な断面を挟んで互いに逆向きに傾いた第１及び第２の斜面を有し、前記第２の光学部材を保持する第２の保持部材と、
   前記第１及び第２の斜面に当接する第３及び第４の斜面を有する第１及び第２の押圧部材とを備え、
   該第１及び第２の押圧部材のそれぞれは、前記第２の保持部材を前記基準面に押圧すると共に前記第４及び第３の斜面に押圧し、
   前記第１及び第２の押圧部材の少なくとも一方は、前記光軸及び前記第１の方向に垂直な第２の方向に可動であることを特徴とする光学装置。
2. 前記第１及び第２の押圧部材のうち可動である押圧部材を介して前記第２の保持部材を前記基準面に付勢する第１の付勢部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第１及び第２の押圧部材のうち可動である押圧部材を前記第１の保持部材に固定する固定部材を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
4. 前記第２の保持部材の前記第１の方向における位置を調整する調整部材を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学装置。
5. 前記調整部材は、前記第２の保持部材を前記第１の方向に付勢する第２の付勢部材を有し、
   前記第２の付勢部材の前記第１の方向における付勢力は、前記第１及び第２の斜面と前記第３及び第４の斜面との間で発生する第１及び第２の摩擦力、及び前記基準面と前記第２の保持部材との間で発生する第３の摩擦力の和よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 前記第１及び第２の押圧部材のうち一方は前記第２の方向に不動であり、該第２の方向に不動である押圧部材と前記第１の保持部材とは互いに一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学装置。
7. 光源部からの照明光を偏向して物体を走査すると共に、前記物体からの反射光を偏向する偏向部と、
   前記光源部からの前記照明光を前記偏向部に導光すると共に、前記偏向部からの前記反射光を受光部に導光する分岐部とを備え、
   前記光源部及び前記受光部の少なくとも一方は、請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学装置であることを特徴とする光学機器。
8. 前記受光部の出力に基づいて前記物体の距離情報を取得する制御部を備えることを特徴とする請求項７に記載の光学機器。
9. 請求項７または８に記載の光学機器を備え、該光学機器によって得られた前記物体の距離情報に基づいて車両と前記物体との衝突可能性を判定することを特徴とする車載システム。
10. 前記車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記車両に制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置を備えることを特徴とする請求項９に記載の車載システム。
11. 前記車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記車両の運転者に対して警告を行う警告装置を備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の車載システム。
12. 前記車両と前記物体との衝突に関する情報を外部に通知する通知装置を備えることを特徴とする請求項９乃至１１の何れか一項に記載の車載システム。
13. 請求項７または８に記載の光学機器を備え、該光学機器を保持して移動可能であることを特徴とする移動装置。
14. 前記光学機器によって得られた前記物体の距離情報に基づいて前記物体との衝突可能性を判定する判定部を有することを特徴とする請求項１３に記載の移動装置。
15. 前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、移動を制御する制御信号を出力する制御部を備えることを特徴とする請求項１３または１４に記載の移動装置。
16. 前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記移動装置の運転者に対して警告を行う警告部を備えることを特徴とする請求項１３乃至１５の何れか一項に記載の移動装置。
17. 前記物体との衝突に関する情報を外部に通知する通知部を備えることを特徴とする請求項１３乃至１６の何れか一項に記載の移動装置。

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