JP2022119793A - 検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な光を除去しつつ、位置ずれに対応して反射光を受光することができる検知装置を提供する。【解決手段】光取得部５によって、集光レンズ３とピンホール板４との間でこの集光レンズ３を通過した光を取得し、この取得結果に基づき、集光位置がピンホール４１に位置するように集光レンズ３を制御することにより、検知装置１Ａを構成する各部品に位置ずれが生じた場合でも、不要な光を除去しつつ受光部２によって反射光を受光することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、検知装置に関する。

一般に、レーザ等の光を出射するとともに対象物による反射光を受光することにより、出射から受光までに要する伝播時間に基づき、対象物を検知する検知装置が知られている。このように光学的に対象物を検知する際、光学系に迷光が生じることがありノイズの原因となっていた。そこで、受信光学系において、対物レンズと受光素子との間にピンホールを設ける構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された構成では、所望の光のみがピンホールを通過して受光されるようになっている。

特開平５－２３２３２１２号公報

特許文献１に記載されたように光学系にピンホールを設ける場合、不要な光を除去するためにはピンホール径が小さいことが好ましい。しかしながら、対象物を検知する装置は、車両等の移動体に配置されることがあり、振動や衝撃が加わることによって構成部品同士に位置ずれが生じる可能性がある。このような位置ずれによって光軸に変化が生じると、受光すべき光がピンホールを通過できなくなってしまうことがある。このような不都合は、ピンホール径が小さくなるほど顕著になる。

したがって、本発明の課題は、不要な光を除去しつつ、位置ずれに対応して反射光を受光することができる検知装置を提供することが一例として挙げられる。

前述した課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の検知装置は、出射部から特定波長の光を出射し、当該光が対象物によって反射された反射光を受光部により受光することで、当該対象物を検知する検知装置であって、少なくとも前記反射光を集光するとともに集光位置が可変な集光レンズと、前記集光された光を通過させる孔を有し、通過した光を前記受光部に導光する導光部と、前記集光レンズと前記導光部との間で当該集光レンズを通過した光を取得する光取得部と、前記光取得部の取得結果に基づき、前記集光位置が前記孔に位置するように前記集光レンズを制御する制御部と、を備えることを特徴としている。

本発明の第１実施例に係る検知装置を示す側面図である。 本発明の第２実施例に係る検知装置を示す側面図である。 前記検知装置において反射部の傾斜角度を検出する様子を示す側面図である。 前記検知装置において反射部の傾斜角度を検出する様子を示す側面図である。 前記検知装置において反射部の傾斜角度を検出する様子を示す側面図である。 前記検知装置の特定部の一例を示す平面図である。 前記検知装置の特定部の他の一例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態に係る検知装置は、出射部から特定波長の光を出射し、この光が対象物によって反射された反射光を受光部により受光することで、この対象物を検知する検知装置であって、少なくとも反射光を集光するとともに集光位置が可変な集光レンズと、集光された光を通過させる孔を有し、通過した光を受光部に導光する導光部と、集光レンズと導光部との間でこの集光レンズを通過した光を取得する光取得部と、光取得部の取得結果に基づき、集光位置が孔に位置するように集光レンズを制御する制御部と、を備える。

光取得部によって、集光レンズと導光部との間でこの集光レンズを通過した光を取得し、この取得結果に基づき、集光位置が導光部の孔に位置するように集光レンズを制御することにより、検知装置を構成する各部品に位置ずれが生じた場合でも、不要な光を除去しつつ受光部によって反射光を受光することができる。

光取得部は、出射部の出射光と同波長の光を透過させるとともに異なる波長の光を反射する分離部と、分離部により反射された光の集光位置を取得する集光位置取得部と、を有することが好ましい。

出射部からの出射光が対象物によって反射された反射光と、太陽光等の外光が対象物によって反射された第２反射光と、のいずれもが、集光レンズを通過して導光部に向かうことがある。このとき、反射光と第２反射光とは、同じ位置に集光しようとする。従って、分離部によって第２反射光を反射させるとともに、反射された第２反射光の集光位置を取得すれば、反射光の集光位置を推定することができる。これにより、反射光の集光位置が導光部の孔に位置するように集光レンズを制御することができる。

集光レンズは、光の進行方向と、進行方向に直交する平面の面内方向と、のうち少なくとも一方において集光位置が可変であればよく、両方において集光位置が可変であることが好ましい。

本発明の実施形態に係る検知装置は、出射部から特定波長の光を出射し、この光が対象物によって反射された反射光を受光部により受光することで、この対象物を検知する検知装置であって、少なくとも反射光を集光するとともに集光位置が可変な集光レンズと、集光された光を通過させる孔を有し、通過した光を受光部に導光する導光部と、集光レンズと出射部との間に配置され、出射部の出射光を通過させる通過部を有するとともに反射光を導光部に向けて反射する反射部と、集光位置が孔に位置するように、集光レンズの位置および反射部の導光部に対する角度を制御する制御部と、を備える。

出射部からの出射光が対象物によって反射された反射光は、集光レンズおよび反射部を介して導光部に到達する。従って、集光レンズの位置および反射部の角度を制御することにより、導光部における反射光の集光位置を調節することができる。これにより、検知装置を構成する各部品に位置ずれが生じた場合でも、反射光の集光位置が導光部の孔に位置するようにして不要な光を除去しつつ受光部によって反射光を受光することができる。

孔の周囲に設けられて反射光を受光することにより、反射光の集光位置を特定する特定部をさらに備えることが好ましい。これにより、反射光の集光位置が導光部の孔からずれている場合に、特定部によって反射光を受光し、集光位置を特定することができる。従って、反射光の集光位置が導光部の孔に位置するように、集光レンズの位置および反射部の角度を制御することができる。

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。

［第１実施例］
本実施例の検知装置１Ａは、図１に示すように、出射部と、受光部２と、集光レンズ３と、導光部としてのピンホール板４と、光取得部５と、液晶レンズ駆動回路６と、を備える。検知装置１Ａは、例えば移動体としての車両に搭載され、車外にレーザを出射することにより、他車両や路上設置物、歩行者等を対象物として、対象物の検出（距離の測定や対象物の形状の検出）に用いられる。尚、本実施例では、受光部２が受光する光の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向にそれぞれ直交する方向をＸ方向およびＹ方向とする。

出射部は、半導体レーザ等のレーザ装置であり、特定波長の光を出射するものである。出射部が出射する光は、例えば赤外線であればよい。図１では図示を省略しているが、出射部は受光部２と同軸上に配置されてもよいし、出射光を通過させるとともに反射光を反射する部材を用いることにより、受光部２とは異軸上に配置されてもよい。出射部から出射された光は、反射や屈折等しつつ受光部２に向かって進行するが、以下では、この光路における出射部側を上流側とし、受光部２側を下流側とする。以下に説明する各部材の位置関係は、光路における上流側又は下流側を意味するものであって、空間的な位置関係とは必ずしも一致しない。

受光部２は、所定の範囲の波長の光を受光可能な受光素子であって、少なくとも出射部の出射光と同一波長の光を受光可能であればよい。尚、本実施例では、受光部２の上流側にバンドパス波長フィルタ２１が設けられ、受光部２は、所定の波長域の光のみを受光するようになっている。

集光レンズ３は、受光部２の上流側に配置された液晶レンズであって、電圧が印加されることにより集光位置が変化するように構成されている。即ち、集光レンズ３は、通過しようとする光を所定の集光位置に集光するとともに集光位置が可変なものである。集光レンズ３は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のいずれにおいても集光位置が可変となっている。尚、集光レンズとして通常の凸レンズを用いるとともに、この凸レンズを移動させたり角度を変更したりすることによって集光位置を可変なものとしてもよい。

ピンホール板４は、受光部２と集光レンズ３との間に配置されたものであって、集光レンズ３によって集光された光を通過させる孔として、ピンホール４１が形成されている。これにより、ピンホール板４は、集光レンズ３によって集光された光を、ピンホール４１を通過させることで受光部２に導光する。尚、ピンホール板４の下流側には凸レンズ４２が設けられているが、例えば受光部２がピンホール板４の近傍に配置される場合には、凸レンズ４２は省略されていてもよい。また、受光部２とピンホール板４とが一体的に構成されていてもよい。

光取得部５は、集光レンズ３とピンホール板４との間で集光レンズ３を通過した光を取得するものであって、ダイクロイックミラー５１と、オートフォーカス光学系５２と、フォーカスサーボ回路５３と、を有する。

ダイクロイックミラー５１は、集光レンズ３とピンホール板４との間に配置され、出射部の出射光と同波長の光を透過させるとともに異なる波長の光を反射するように構成され、分離部として機能する。ダイクロイックミラー５１は、出射部の出射光と異なる波長の光を、例えばＸ方向に向けて反射する。

オートフォーカス光学系５２は、ダイクロイックミラー５１によって反射された光を受光するように配置されている。オートフォーカス光学系５２は、フォーカスサーボ回路５３によって制御され、受光した光の集光位置を特定可能に構成されている。即ち、オートフォーカス光学系５２及びフォーカスサーボ回路５３が、ダイクロイックミラー５１により反射された光の集光位置を取得する集光位置取得部として機能する。

液晶レンズ駆動回路６は、フォーカスサーボ回路５３から集光位置についての情報を取得するとともに、集光レンズ３に印加する電圧を制御するものである。これにより、液晶レンズ駆動回路６は、集光レンズ３により集光される反射光の集光位置が、ピンホール板４のピンホール４１に位置するように集光レンズ３を制御し、制御部として機能する。

ここで、液晶レンズ駆動回路６による集光レンズ３の制御方法の詳細について説明する。まず、出射部から出射された光は、対象物によって反射されて反射光となり、集光レンズ３を通過し、ダイクロイックミラー５１を透過し、ピンホール４１を通過し、凸レンズ４２及びバンドパス波長フィルタ２１を介して受光部２に到達する。一方、太陽光等の外光の一部も、対象物によって反射されて第２反射光となり、反射光と同様に、集光レンズ３を通過する。

このとき、同じ集光レンズ３を通過する反射光と第２反射光とは、同じ位置に集光しようとする。言い換えれば、集光レンズ３を通過する光には、出射部の出射光と同波長の成分と、異なる波長（外光と同波長）の成分と、が含まれる。従って、ダイクロイックミラー５１によって第２反射光を反射させるとともに、フォーカス光学系５２及びフォーカスサーボ回路５３によって、第２反射光の集光位置を取得すれば、反射光の集光位置を推定することができる。このように、第２反射光の集光位置に基づいて集光レンズ３を制御し、反射光の集光位置がピンホール板４のピンホール４１に位置するようにする。

上記の構成により、光取得部５によって、集光レンズ３とピンホール板４との間でこの集光レンズ３を通過した光を取得し、この取得結果に基づき、集光位置がピンホール４１に位置するように集光レンズ３を制御することにより、検知装置１Ａを構成する各部品に位置ずれが生じた場合でも、不要な光を除去しつつ受光部２によって反射光を受光することができる。また、オートフォーカス光学系５２の内部に撮像装置及び画像の処理や解析を行う処理装置を配置し、これらの装置により、実際にスキャンしている出射部（半導体レーザ）の集光ポイント部分周辺のフォーカスを合わせるように自動調整してもよい。

［第２実施例］
本実施例の検知装置１Ｂは、図２～図５に示すように、出射部７と、受光部２と、集光レンズ３と、導光部としてのピンホール板４と、反射部８と、制御部と、角度検出部９と、を備える。

出射部７から出射された光は、凸レンズ１０により集光され、その下流側に配置された反射部８に向かう（図２において実線で図示）。

反射部８は、両面が鏡面となった板状部材であって、その略中央に通過部（通過孔）８１が形成されており、出射部７と集光レンズ３との間に配置されている。出射部７から出射されて凸レンズ１０により集光された光は、通過部８１を通過して集光レンズ３に向かい、外部に出射されて対象物によって反射され、反射光となる。通過部８は、出射光が通過可能なように充分な大きさを有している。

反射光は、集光レンズ３によって集光され、反射部８の一面（出射部７の反対側を向いた面）によって反射され、ピンホール板４に向かって進行する（図２において破線で図示
）。尚、集光レンズ３による反射光の集光位置は、通過部８１よりも下流側であり、反射光の大部分は、反射部８の一面のうち通過部８１の周辺部分によって反射される。

本実施例では、ピンホール板４と受光部２とが一体的に構成されており、ピンホール４１を通過した光が受光部２に受光されるようになっている。

集光レンズ３は、光の進行方向（図２における上下方向）において移動可能に構成されており、アクチュエータ等の駆動手段によって駆動させられる。これにより、Ｚ方向（受光部２が受光する光の進行方向）における集光位置が可変となっている。

反射部８は、通過部８１を通るとともに面内に沿った軸を中心に回動可能に構成され、モータ等の駆動手段によって駆動させられる。尚、反射部８は、例えば２つの回動軸を有していればよいが、１つの回動軸を有していてもよいし、３つ以上の回動軸を有していてもよい。これにより、Ｚ方向と直交する面内における集光位置が可変となっている。尚、反射部８の回動軸が通過部８１を通ることから、反射部８を回動させても、出射部７の出射光は通過部８１を通過することができる。

角度検出部９は、出射部７による出射光の一部が、反射部８の他面（出射部７側を向いた面）によって反射され、この第３反射光を受光することで反射部８の現在の傾斜角度（ピンホール板４に対する角度）を検出する。角度検出部９は、複数の受光領域を有し、各受光領域の受光強度のバランスに基づいて反射部８の現在の傾斜角度を検出する。

即ち、反射部８が所定の傾斜角度となった際の受光強度のバランスを基準とし、傾斜角度が変化することで受光強度のバランスが変化した際に、この変化に基づいて傾斜角度を検出すればよい。例えば、図３に示すような反射部８の傾斜角度を基準とし、角度検出部９の２つの領域における受光強度がつり合っているものとする。このような状態から、図４に示すように反射部８が所定の方向（図中反時計回り方向）に回動すると、角度検出部９の２つの領域のうち、一方側（図中上方側）の領域の受光強度が、他方側の領域の受光強度よりも高くなる。一方、図３に示す状態から、図５に示すように反射部８が反対方向（図中時計回り方向）に回動すると、角度検出部９の２つの領域のうち、他方側（図中下方側）の領域の受光強度が、一方側の領域の受光強度よりも高くなる。

ピンホール板４は、受光部２と反対側を向いた面に、特定部４３を有する。特定部４３は、反射光を受光する受光素子であって、ピンホール４１の周囲に設けられるとともに、図６に示すように周方向に分割された４つの受光領域４３１～４３４を有する。特定部４３は、各受光領域４３１～４３４において反射光を受光するとともに、受光強度のバランスに基づいて反射光の集光位置を特定する。

反射光の集光位置がピンホール４１からずれている場合、ずれた方向の受光領域における受光強度が高くなる。従って、受光領域の受光強度のバランスに基づき、集光位置がずれた方向を特定することができる。

尚、特定部は、ピンホール４１に近い領域と、遠い領域と、を有していてもよく、このように分割することで、集光位置のピンホール４１からのずれ量を特定することができる。例えば、図７に示すように、特定部４３Ｂは、ピンホール４１を中心とする円状の内側受光領域４３５と、その外側の外側受光領域４３６と、を有していてもよい。内側受光領域４３５は、さらに受光領域４３５Ａ～４３５Ｄに分割され、外側受光領域４３６は、さらに受光領域４３６Ａ～４３６Ｄに分割されている。このような構成によれば、内側受光領域４３５の受光強度と外側受光領域４３６の受光強度とのバランスに基づき、集光位置のピンホール４１からのずれ量を特定することができる。

上記の構成により、集光レンズ３の位置および反射部８の角度を制御することにより、ピンホール板４における反射光の集光位置を調節することができる。これにより、検知装置１Ｂを構成する各部品に位置ずれが生じた場合でも、反射光の集光位置がピンホール４１に位置するようにして不要な光を除去しつつ受光部２によって反射光を受光することができる。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

例えば、前記第１実施例では、集光レンズ３が、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のいずれにおいても集光位置が可変であるものとしたが、集光レンズは、光の進行方向であるＺ方向と、Ｚ方向に直交する平面（ＸＹ平面）内の面内方向と、のうち少なくとも一方において集光位置が可変であればよい。即ち、各部品の配置や固定方法によっては、集光位置が特定の方向においてずれやすいことがあり、この場合には、少なくともずれやすい方向において集光位置が可変であればよい。

また、前記第１実施例では、光取得部５がダイクロイックミラー５１を有し、出射光と同波長の光を透過させるとともに異なる波長の光を反射するものとしたが、光取得部はこのような構成に限定されない。例えば、光取得部は、反射光の一部を透過させるとともに他部を反射する部材を有していてもよく、反射された他部の集光位置を取得することにより、集光位置を調節してもよい。

また、前記第２実施例では、反射光の集光位置を特定する特定部４３が、ピンホール４１の周囲に設けられて反射光を受光するものとしたが、反射光の集光位置を特定する構成はこれに限定されない。例えば、ピンホール板４における受光部２と反対側を向いた面を鏡面とし、この鏡面によって反射された光を取得することにより、反射光の集光位置を特定してもよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施例に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施例に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１Ａ、１Ｂ 検知装置
２ 受光部
３ 集光レンズ
４ ピンホール板（導光部）
４１ ピンホール（孔）
４３ 特定部
５ 光取得部
５１ ダイクロイックミラー（分離部）
５２ オートフォーカス光学系（集光位置取得部）
５３ フォーカスサーボ回路（集光位置取得部）
８ 反射部
８１ 通過部

Claims (1)

1. 出射部から特定波長の光を出射し、当該光が対象物によって反射された反射光を受光部により受光することで、当該対象物を検知する検知装置であって、
   少なくとも前記反射光を集光するとともに集光位置が可変な集光レンズと、
   前記集光された光を通過させる孔を有し、通過した光を前記受光部に導光する導光部と、
   前記集光レンズと前記導光部との間で当該集光レンズを通過した光を取得する光取得部と、
   前記光取得部の取得結果に基づき、前記集光位置が前記孔に位置するように前記集光レンズを制御する制御部と、を備えることを特徴とする検知装置。

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