JP2021139798A - センサユニット、および照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】赤外波長に感度を有する受光素子による情報検出能力の低下を抑制するための新規な手法を提案する。【解決手段】受光素子142は、赤外波長に感度を有する。透光カバー12は、受光素子142への可視光の透過を遮断するとともに、赤外光の透過を許容する。可視光源15は、透光カバー12に可視光VLを照射する。【選択図】図1

Description

本発明は、赤外線に感度を有する受光素子を備えたセンサユニットに関連する。本発明は、赤外線に感度を有する受光素子を備えるとともに、移動体に搭載される照明装置にも関連する。
特許文献1は、移動体の一例としての車両に搭載されるセンサユニットの一例としてのLiDARセンサユニットを開示している。LiDARセンサユニットは、赤外波長に感度を有する受光素子を覆うカバープレートを備えている。カバープレートは、受光素子への赤外光の透過を許容している。カバープレートに霜や雪が付着すると、受光素子による情報検出能力が低下する。特許文献1に記載の技術においては、カバープレートの表面に配置された加熱装置から発生する熱で付着した霜や雪を溶かすことにより、受光素子による情報検出能力の低下を抑制している。
特表2015−506459号公報
本発明は、赤外波長に感度を有する受光素子による情報検出能力の低下を抑制するための新規な手法を提案することを目的とする。
上記の目的を達成するための一態様は、センサユニットであって、
赤外波長に感度を有する受光素子と、
前記受光素子への可視光の透過を遮断するとともに、赤外光の透過を許容するフィルタと、
前記フィルタに可視光を照射する可視光源と、
を備えている。
上記の目的を達成するための一態様は、照明装置であって、
灯室の少なくとも一部を区画するとともに前記移動体の外面の一部を形成している透光カバーと、
前記灯室内に配置されており、前記移動体の外部を照明する可視光を出射する灯具と、
前記灯室内に配置されており、赤外光に感度を有する受光素子と、
前記受光素子への可視光の透過を遮断するとともに、赤外光の透過を許容するフィルタと、
前記灯室内に配置されており、前記フィルタに可視光を照射する可視光源と、
を備えている。
フィルタに霜や雪が付着すると、赤外光の進路が遮られて受光素子による情報検出能力が低下する場合がある。上記の各態様に係る構成によれば、可視光源から出射された可視光は、フィルタにより透過を遮断され、熱に変換される。この熱がフィルタを温めるので、フィルタに付着した霜や雪を融かすことができる。したがって、赤外波長に感度を有する受光素子による情報検出能力の低下を抑制できる。
特許文献1に記載された構成においては、透光カバーに付着した霜や雪を融かすための熱を、透光カバーの表面に配置された加熱素子により発生させている。この場合、情報検出のために用いられる赤外光の進路が加熱素子により遮られないように配慮する必要がある。したがって、受光素子と加熱素子の少なくとも一方の配置に係る自由度が制限される。他方、上記の各態様に係る構成によれば、フィルタの表面に機械的構造を有する熱源を配置する必要がないので、受光素子に入射する赤外光の進路を確保しやすい。この観点からも、赤外波長に感度を有する受光素子による情報検出能力の低下を抑制できる。
上記の各態様に係る構成は、
前記フィルタによる前記赤外光の透過能力に対応する検出情報を出力するセンサと、
前記検出情報に基づいて前記可視光源を点灯する制御装置と、
を備えうる。
このような構成によれば、フィルタによる赤外光の透過能力の低下が想定される状況で可視光源を点灯させる制御が可能になる。これにより、可視光源による電力消費を抑制しつつ、情報検出能力の低下の抑制を効率的に行なえる。
この場合、前記センサは、前記フィルタの温度を前記検出情報として出力する温度センサでありうる。前記制御装置は、前記温度が閾値を下回ると前記可視光源を点灯しうる。
このような構成によれば、検出系と制御系の双方を簡易かつ安価な構成で実現できる。
上記の照明装置は、以下のように構成されうる。
前記フィルタは、前記透光カバーの一部である。
このような構成によれば、灯室内に配置された受光素子により移動体の外部の情報を検出する構成を、より少ない部品点数で実現できる。
上記の照明装置は、以下のように構成されうる。
前記可視光源は、前記灯具よりも前記フィルタの近くに配置されている。
このような構成によれば、フィルタへの熱供給の効率を高めることができる。
上記の照明装置は、以下のように構成されうる。
前記灯具は、前記可視光を出射する少なくとも一つの光源を備えており、当該光源が前記可視光源として使用される。
このような構成によれば、フィルタに照射される可視光を出射する可視光源の点消灯動作を独立して制御する構成を不要にできる。
この場合、上記の照明装置は、以下のように構成されうる。
前記光源と前記可視光源の光軸が一致している。
このような構成によれば、移動体の外部を照明するための可視光を出射する光源を、フィルタに照射される可視光を出射する光源として共用し、後者を目的とする独立した可視光源を不要にできる。
本明細書において用いられる「センサユニット」という語は、所望の情報検出機能を備えつつ、それ自身が単体で流通可能な部品の構成単位を意味する。
一実施形態に係るセンサユニットの構成を例示している。 図1のセンサユニットが搭載される車両を例示している。 一実施形態に係る照明装置の構成を例示している。 照明装置の構成の別例を示している。 照明装置の構成の別例を示している。 照明装置の構成の別例を示している。 図6の照明装置における回転リフレクタの構成を例示している。
添付の図面を参照しつつ、実施形態の例について以下詳細に説明する。以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
添付の図面において、矢印Fは、図示された構造の前方向を示している。矢印Bは、図示された構造の後方向を示している。矢印Lは、図示された構造の左方向を示している。矢印Rは、図示された構造の右方向を示している。
図1は、一実施形態に係るLiDARセンサユニット1の構成を例示している。LiDARセンサユニット1は、ハウジング11と透光カバー12を備えている。ハウジング11は、透光カバー12とともに収容空間13を区画している。
LiDARセンサユニット1は、発光素子141を備えている。発光素子141は、収容空間13内に配置されている。発光素子141は、検出光SLを出射するように構成されている。発光素子141から出射された検出光SLは、透光カバー12を通過して車両100の外部へ向かう。本実施形態においては、検出光SLは、赤外波長を含んでいる。
本実施形態においては、発光素子141は、半導体発光素子により実現されている。半導体発光素子の例としては、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、EL素子が挙げられる。
LiDARセンサユニット1は、受光素子142を備えている。受光素子142は、収容空間13内に配置されている。受光素子は、検出光SLが検出可能領域内に存在する物体に反射された結果として得られる戻り光RLを検出するように構成されている。すなわち、受光素子142は、赤外波長に感度を有している。受光素子142は、入射した戻り光RLの強度に応じた検出信号を出力するように構成されている。受光素子142は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタなどにより実現されうる。
したがって、透光カバー12は、赤外光の通過を許容するように構成されている。加えて、透光カバー12は、可視光の透過を遮断するように構成されている。すなわち、収容空間13の外側から到来する可視光は、透光カバー12によって透過を遮断されることにより、受光素子142への到達が阻止される。本例に係る透光カバー12は、フィルタの一例である。
LiDARセンサユニット1は、例えば、検出可能領域内の特定の方向へ検出光SLが出射されたタイミングから戻り光RLが検出されるまでの時間に基づいて、戻り光RLに関連付けられた物体までの距離情報を取得できる。また、そのような距離情報を検出光SLの出射方向と関連付けて集積することにより、戻り光RLに関連付けられた物体の形状に係る情報を取得できる。これに加えてあるいは代えて、検出光SLと戻り光RLの波形の相違に基づいて、戻り光RLに関連付けられた物体の材質などの属性に係る情報を取得できる。
LiDARセンサユニット1は、検出光SLの進行方向を検出可能領域内で変化させる走査機構を、必要に応じて備えうる。そのような走査機構の構成は周知であるので、詳細な説明は省略する。
LiDARセンサユニット14は、可視光源15を備えている。可視光源15は、収容空間13内に配置されている。可視光源15は、透光カバー12に対して可視域の波長を含む可視光VLを照射するように構成されている。本実施形態においては、可視光源15は、半導体発光素子により実現されている。半導体発光素子の例としては、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、EL素子が挙げられる。
透光カバー12に霜や雪が付着すると、検出光SLや戻り光RLの進路が遮られてLiDARセンサユニット1による情報検出能力が低下する場合がある。本実施形態の構成によれば、可視光源15から出射された可視光VLは、透光カバー12により透過を遮断され、熱に変換される。この熱が透光カバー12を温めるので、透光カバー12に付着した霜や雪を融かすことができる。したがって、赤外波長に感度を有する受光素子142による情報検出能力の低下を抑制できる。
特許文献1に記載された構成においては、透光カバーに付着した霜や雪を融かすための熱を、透光カバーの表面に配置された加熱素子により発生させている。この場合、情報検出のために用いられる赤外光の進路が加熱素子により遮られないように配慮する必要がある。したがって、受光素子と加熱素子の少なくとも一方の配置に係る自由度が制限される。他方、本実施形態の構成によれば、透光カバー12の表面に機械的構造を有する熱源を配置する必要がないので、受光素子142に入射する赤外光の進路を確保しやすい。この観点からも、赤外波長に感度を有する受光素子142による情報検出能力の低下を抑制できる。
LiDARセンサユニット1は、温度センサ16を備えうる。温度センサ16は、透光カバー12の温度を検出し、検出された温度に対応する検出信号を出力するように構成される。
LiDARセンサユニット1は、制御装置17を備えうる。制御装置17は、可視光源15の点消灯動作を制御するように構成されている。具体的には、温度センサ16から出力される検出信号が示す温度が閾値を下回る場合に、可視光源15を点灯させるように構成されうる。閾値は、透光カバー12に霜や雪が付着した場合に想定される温度として設定される。
すなわち、温度センサ16は、透光カバー12による赤外光の透過能力に対応する情報を検出していると言える。透光カバー12の温度が閾値を下回る状況は、霜や雪の付着によって透光カバー12による赤外光の透過能力が低下している状況に対応しうる。受光素子142による情報検出能力の低下が想定される状況で可視光源15が点灯されるので、可視光源15による電力消費を抑制しつつ、情報検出能力の低下の抑制を効率的に行なえる。
透光カバー12による赤外光の透過能力に対応する情報を検出できるのであれば、各種のセンサが用いられうる。例えば、透光カバー12が写り込んだ画像を取得する撮像装置は、そのようなセンサとして機能しうる。撮像装置により取得される画像に写り込んだ透光カバー12に霜や雪が付着している事実は、周知の画像処理技術により検出されうる。制御装置17は、当該事実に基づいて可視光源15を点灯させうる。
上記のような機能を有する制御装置17は、マイクロコントローラ、ASIC、FPGAなどの上記のコンピュータプログラムを実行可能な専用集積回路によって実現されうる。あるいは、上記のような機能を有する制御装置17は、汎用メモリと協働して動作する汎用マイクロプロセッサにより実現されうる。汎用マイクロプロセッサとしては、CPU、MPU、GPUが例示されうる。汎用メモリとしては、ROMやRAMが例示されうる。この場合、ROMには、上述した処理を実行するコンピュータプログラムが記憶されうる。汎用マイクロプロセッサは、ROM上に記憶されたコンピュータプログラムの少なくとも一部を指定してRAM上に展開し、RAMと協働して上述した処理を実行する。
特に透光カバー12による赤外光の透過能力が温度センサ16を用いて検出される場合、検出系と制御系の双方を簡易かつ安価な構成で実現できる。
LiDARセンサユニット1は、図2に例示される車両100に搭載されうる。車両100の車体の形状は、例示に過ぎない。車両100は、移動体の一例である。図2を参照してなされる説明における「左」および「右」は、運転席から見た左右の方向を示している。LiDARセンサユニット1が搭載される位置は、車両100の周囲に所望の検出可能領域を設定できるように適宜に定められる。したがって、図1に例示される前後方向および左右方向は、必ずしも図2に例示される車両100の前後方向および左右方向と一致することを要しない。
図3は、一実施形態に係る照明装置2の構成を例示している。照明装置2は、図2に例示される車両100の左前部LFに搭載される。左前部LFは、車両100の左右方向における中央よりも左側、かつ車両100の前後方向における中央よりも前側に位置する部分である。
照明装置2は、ハウジング21と透光カバー22を備えている。透光カバー22は、車両100の外面の一部を形成する。透光カバー22は、ハウジング21とともに灯室23を区画している。
照明装置2は、灯具24を備えている。灯具24は、灯室23内に配置されている。灯具24は、車両100の外部を照明する照明光ILを出射するように構成されている。照明光ILは、可視波長を含んでいる。灯具24の例としては、前照灯、車幅灯、方向指示灯、霧灯などが挙げられる。
図1を参照して説明したLiDARセンサユニット1は、灯室23内に配置されうる。図1と共通して例示される要素については共通の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明は省略する。
この場合、発光素子141から出射された検出光SLは、透光カバー12および透光カバー22を通過して車両100の外部に設定された検出可能領域へ向かう。すなわち、透光カバー22は、可視光と赤外光の双方の透過を許容する材料により形成される。検出可能領域内に位置する不図示の物体により反射されて生じた戻り光RLは、透光カバー22および透光カバー12を通過して受光素子142に入射する。これにより、LiDARセンサユニット1は、車両100の外部の情報を検出できる。
LiDARセンサユニット1が灯室23内に配置されているので、透光カバー12に雪が付着することはないが、霜が付着する可能性はある。この場合においても、可視光源15から出射される可視光VLで透光カバー12を照射することにより発生する熱で、透光カバー12に付着した霜を融かすことができる。
加えて、可視光源15が収容空間13内に配置されているので、透光カバー12を照射する可視光VLが収容空間13の外側に出ない。このような構成によれば、熱源としての可視光VLが照明装置2の外方から視認されないようにできる。
しかしながら、可視光源15は、必ずしも収容空間13内に配置されることを要しない。図3に破線で例示されるように、灯室23内の適宜の箇所に配置された可視光源15が、収容空間13の外側から透光カバー12に可視光VLを照射してもよい。
図4は、照明装置2の構成の別例を示している。図3と共通して例示される構成要素については共通の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明は省略する。
本例においては、発光素子141と受光素子142を収容する収容空間13を区画するハウジング11と透光カバー12が存在しない。発光素子141と受光素子142は、灯室23内に配置されている。この場合、透光カバー22において検出光SLと戻り光RLが通過する領域にフィルタ221が設けられる。フィルタ221は、赤外光の透過を許容するとともに可視光の透過を遮断する光学特性を有するように構成される。
車両100の外面の一部を形成する透光カバー22により区画された灯室23内に配置された受光素子142に入射する赤外光の透過を許容するとともに可視光の透過を遮断するフィルタ221が透光カバー22の一部として設けられるので、灯室23内に配置された受光素子142により車両100の外部の情報を検出する構成を、より少ない部品点数で実現できる。
他方、透光カバー22におけるフィルタ221が設けられた領域に霜や雪が付着すると、検出光SLや戻り光RLの進路が遮られて受光素子142による情報検出能力が低下する場合がある。本実施形態の構成によれば、可視光源15から出射された可視光VLは、フィルタ221により透過を遮断され、熱に変換される。この熱がフィルタ221を温めるので、フィルタ221に付着した霜や雪を融かすことができる。したがって、赤外波長に感度を有する受光素子142による情報検出能力の低下を抑制できる。
フィルタ221に効率よく熱を供給するという観点からは、可視光源15は、灯具24よりもフィルタ221の近くに配置されることが好ましい。
本例においては、図1を参照して説明した温度センサ16は、透光カバー22におけるフィルタ221が設けられた領域の温度を検出するように構成される。
図5は、照明装置2の構成の別例を示している。図4と共通して例示される構成要素については共通の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明は省略する。
本例においては、照明装置2は、灯具25を備えている。灯具25は、複数の光源251を備えている。各光源251は、車両100の外部を照明する照明光ILを出射するように構成されている。複数の光源251は、半導体発光素子により実現されうる。半導体発光素子の例としては、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、EL素子が挙げられる。
この場合、複数の光源251に含まれる一つの光源251aが、フィルタ221を照射する可視光VLを出射する可視光源として利用されうる。光源251aから出射された可視光VLは、適宜の光学系を介して透光カバー22におけるフィルタ221が設けられた領域へ届けられる。
このような構成によれば、フィルタ221に照射される可視光VLを出射する可視光源の点消灯動作を独立して制御する構成を不要にできる。
図4と図5に示される各例においては、車両100の外部を照明する照明光ILを出射する可視光源の光軸と、フィルタ221に照射される可視光VLを出射する可視光源の光軸とが相違している。しかしながら、必ずしも両光軸が相違していることを要しない。
図6は、照明装置2の別例として、そのような構成を示している。図4と共通して例示される構成要素については共通の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明は省略する。
本例においては、照明装置2は、灯具26を備えている。灯具26は、光源261を備えている。光源261は、灯室23内に配置されている。光源261は、車両100の外部を照明するための照明光ILを出射するように構成されている。照明光ILは、可視波長を含んでいる。光源261は、半導体発光素子により実現されうる。半導体発光素子の例としては、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、EL素子が挙げられる。
灯具26は、回転リフレクタ262を備えている。回転リフレクタ262は、灯室23内に配置されている。図7に例示されるように、回転リフレクタ262は、基部262aと複数の反射板262bを備えている。基部262aは、回転軸Aを中心として回転可能な円筒形状の部材として構成されている。複数の反射板262bは、基部262aの外周面に固定されている。複数の反射板262bは、基部262aの回転方向に沿って配列されている。
図6に例示されるように、回転リフレクタ262は、光源261から出射された照明光ILが複数の反射板262bの一つに入射するように配置されている。複数の反射板262bの一つにより反射された照明光ILは、透光カバー22を通過して車両100の外部へ向かう。
各反射板262bの形状および配置は、反射された照明光ILの進行方向が、回転リフレクタ262の回転に伴って車両100の左右方向へ変化するように定められている。換言すると、各反射板262bは、回転リフレクタ262の回転に伴って照明光ILの進路を横切りながら、照明光ILの反射方向を車両100の左右方向へ変化させる。
すなわち、回転リフレクタ262は、照明光ILが車両100の左右方向へ走査されつつ車両100の外部を照明するように、回転しながら照明光ILを反射する。図6においては、回転リフレクタ262の回転中に複数の反射板262bの一つによって反射された照明光ILが進みうる方向の範囲が、走査範囲SRとして例示されている。
特定の反射板262bが照明光ILの進路を横切り終えると、回転リフレクタ262の回転方向に隣接する別の反射板262bが照明光ILの進路を横切り始める。これにより、照明光ILによる走査範囲SRの走査が繰り返される。
図7に例示されるように、各反射板262bは、回転リフレクタ262の回転方向に沿う周長CLを有している(符号CLは、一つの反射板262bについてのみ示されている)。この周長CLは、照明光ILによる走査範囲SRの走査が繰り返される周期に対応している。
本例においては、透光カバー22におけるフィルタ221が設けられた領域の少なくとも一部が、走査範囲SR内に位置するように構成されている。したがって、回転リフレクタ262により反射された照明光ILが、フィルタ221に照射される可視光VLとして使用されうる。換言すると、車両100の外部を照明するための照明光ILを出射する可視光源の光軸と、フィルタ221を照射するための可視光VLを出射する可視光源の光軸が一致している。
このような構成によれば、フィルタ221を照射するための可視光VLを出射するための独立した可視光源を不要にできる。
回転リフレクタ262は、ポリゴンミラーやMEMSミラーなどの走査光学系により置き換えられうる。
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。
照明装置2は、車両100の右前部RFにも搭載されうる。右前部RFは、車両100の左右方向における中央よりも右側、かつ車両100の前後方向における中央よりも前側に位置する領域である。右前部RFに搭載される照明装置2は、図3から図6の各々に例示された照明装置2と左右対称の構成を有しうる。
照明装置2は、車両100の左後部LBと右後部RBにも搭載されうる。左後部LBは、車両100の左右方向における中央よりも左側、かつ車両100の前後方向における中央よりも後側に位置する領域である。右後部RBは、車両100の左右方向における中央よりも右側、かつ車両100の前後方向における中央よりも後側に位置する領域である。左後部LBに搭載される照明装置2は、図3から図6の各々に例示されたに例示された照明装置2と前後対称の構成を有しうる。右後部RBに搭載される照明装置2は、左後部LBに搭載される照明装置2と左右対称の構成を有しうる。車両100の後部に搭載される照明装置2の灯室23内に配置される灯具の例としては、尾灯、制動灯、車幅灯、方向指示灯などが挙げられる。
LiDARセンサユニット1または照明装置2が搭載される移動体は、車両100に限られない。その他の移動体の例としては、鉄道、飛行体、航空機、船舶などが挙げられる。LiDARセンサユニット1または照明装置2が搭載される移動体は、運転者を必要としなくてもよい。
上記の実施形態に係る構成は、赤外波長に感度を有する受光素子142を用いて情報を検出する適宜のセンサユニットに適用されうる。この場合、必ずしも発光素子141が受光素子142とともに収容空間13内に配置されることを要しない。発光素子141は、収容空間13の外側における適宜の箇所に配置されうる。この場合、センサユニットは、受光ユニットとして提供されうる。受光ユニットは、発光素子から出射された検出光に基づく所望の情報検出機能を備えつつ、それ自身が単体で流通可能な部品である。
1:LiDARセンサユニット、12:透光カバー、142:受光素子、15:可視光源、16:温度センサ、17:制御装置、2:照明装置、22:透光カバー、221:フィルタ、23:灯室、24、25、26:灯具、251a、261:光源、VL:可視光

Claims (10)

  1. 赤外波長に感度を有する受光素子と、
    前記受光素子への可視光の透過を遮断するとともに、赤外光の透過を許容するフィルタと、
    前記フィルタに可視光を照射する可視光源と、
    を備えている、
    センサユニット。
  2. 前記フィルタによる前記赤外光の透過能力に対応する検出情報を出力するセンサと、
    前記検出情報に基づいて前記可視光源を点灯する制御装置と、
    を備えている、
    請求項1に記載のセンサユニット。
  3. 前記センサは、前記フィルタの温度を前記検出情報として出力する温度センサであり、
    前記制御装置は、前記温度が閾値を下回ると前記可視光源を点灯する、
    請求項2に記載のセンサユニット。
  4. 移動体に搭載される照明装置であって、
    灯室の少なくとも一部を区画するとともに前記移動体の外面の一部を形成している透光カバーと、
    前記灯室内に配置されており、前記移動体の外部を照明する可視光を出射する灯具と、
    前記灯室内に配置されており、赤外光に感度を有する受光素子と、
    前記受光素子への可視光の透過を遮断するとともに、赤外光の透過を許容するフィルタと、
    前記灯室内に配置されており、前記フィルタに可視光を照射する可視光源と、
    を備えている、
    照明装置。
  5. 前記フィルタは、前記透光カバーの一部である、
    請求項4に記載の照明装置。
  6. 前記可視光源は、前記灯具よりも前記フィルタの近くに配置されている、
    請求項4または5に記載の照明装置。
  7. 前記灯具は、前記可視光を出射する少なくとも一つの光源を備えており、当該光源が前記可視光源として使用される、
    請求項4または5に記載の照明装置。
  8. 前記光源と前記可視光源の光軸が一致している、
    請求項7に記載の照明装置。
  9. 前記フィルタによる前記赤外光の透過能力に対応する検出情報を出力するセンサと、
    前記検出情報に基づいて前記可視光源を点灯する制御装置と、
    を備えている、
    請求項4から8のいずれか一項に記載の照明装置。
  10. 前記センサは、前記フィルタの温度を前記検出情報として出力する温度センサであり、
    前記制御装置は、前記温度が閾値を下回ると前記可視光源を点灯する、
    請求項9に記載の照明装置。
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