JP2023028729A - Distance measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、測距装置に関する。 The present disclosure relates to ranging devices.
例えば、特許文献1に記載されるような車両用の光学測定装置が知られている。光学測定装置は、レーザ光などのパルス光を発光部から射出して、対象物からの反射光を受光部で検出し、照射から受光までの光の飛行時間(TOF:Time Of Flight)を計測することで、対象物の存否の検出や対象物までの距離を測定する。 For example, an optical measuring device for vehicles as described in Patent Document 1 is known. An optical measurement device emits pulsed light such as laser light from a light emitting part, detects reflected light from an object with a light receiving part, and measures the time of flight (TOF: Time Of Flight) from irradiation to light reception. By doing so, the presence or absence of the object can be detected and the distance to the object can be measured.
対象物の存否の検出や対象物までの距離を測定する光学測定装置として、例えば、特許文献1に記載されるような車両用の光学測定装置が知られている。光学測定装置では、レーザ光を発射する光源素子が筐体に固定されて用いられる。例えば、光源素子を含む発光部が、光の走査部および受光部と共に光学フレームと呼ばれる支持部材によって筐体に固定されて用いられる。 2. Description of the Related Art As an optical measuring device for detecting the existence or non-existence of an object and measuring the distance to the object, for example, an optical measuring device for vehicles as described in Patent Document 1 is known. 2. Description of the Related Art In an optical measurement device, a light source element that emits laser light is fixed to a housing and used. For example, a light emitting section including a light source element is used by being fixed to a housing by a supporting member called an optical frame together with a light scanning section and a light receiving section.
一般に、光学フレームと発光部との間には、投光レンズホルダやホルダの駆動機構部等の各種部材(以下、単に「複数の部材」という)が設けられている。すなわち、発光部は、上記複数の部材を介した状態で光学フレームに接続されている。そして、発光部において発生した熱は、これらの複数の部材と光学フレームを介して筐体へと放熱される。 In general, various members (hereinafter simply referred to as “plurality of members”) such as a projection lens holder and holder driving mechanism are provided between the optical frame and the light emitting section. That is, the light emitting section is connected to the optical frame through the plurality of members. The heat generated in the light emitting section is radiated to the housing through these members and the optical frame.
しかし、発光部と筐体との間に複数の部材を介在させているため、部材同士の接触熱抵抗が大きく、また、部材間のミクロン単位の隙間が断熱層となることから、発光部から筐体への熱伝導率が低下してしまい、発光部から発生する熱を十分に放熱することが困難であった。発光部の熱を十分に放熱できないと光源素子の温度が上昇し、その結果、光源素子の光出力が低下したり、光源素子が劣化したりする。このため、発光部の熱を効率的に放熱することが可能な、高い放熱性能を発揮できる技術が望まれる。 However, since multiple members are interposed between the light emitting unit and the housing, the contact thermal resistance between the members is large, and the micron-scale gaps between the members act as heat insulating layers, so the light emitting unit cannot Since the heat conductivity to the housing is lowered, it is difficult to sufficiently dissipate the heat generated from the light emitting section. If the heat of the light-emitting portion cannot be dissipated sufficiently, the temperature of the light source element rises, resulting in a decrease in the light output of the light source element or deterioration of the light source element. Therefore, there is a demand for a technique capable of efficiently dissipating the heat of the light-emitting portion and exhibiting high heat dissipation performance.
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be implemented as the following forms.
本開示の一形態によれば、測距装置が提供される。この測距装置は、光を用いた測距装置であって、光を射出する光源素子(13)を含み、光を射出する発光部(10)と、前記発光部から射出される光を走査する走査部(20)と、対象物からの反射光を受光する受光部(30)と、前記発光部、前記走査部、および前記受光部を内部に収容し、光を透過する窓(51)を有する筐体(50)と、前記発光部と接して前記発光部を保持する部材であって、前記筐体と接して前記筐体に固定され、前記発光部の熱を前記筐体へ放熱する保持部材(60,70,80)と、を備える。 According to one aspect of the present disclosure, a ranging device is provided. This distance measuring device is a distance measuring device using light, and includes a light source element (13) for emitting light, a light emitting section (10) for emitting light, and scanning light emitted from the light emitting section (10). a scanning unit (20) for scanning, a light receiving unit (30) for receiving reflected light from an object, and a window (51) for accommodating the light emitting unit, the scanning unit, and the light receiving unit inside and transmitting the light. and a member that holds the light-emitting unit in contact with the light-emitting unit, the member is fixed to the housing while in contact with the housing, and dissipates the heat of the light-emitting unit to the housing. and a holding member (60, 70, 80).
この構成によれば、保持部材は、発光部と接して発光部を保持する部材であって、筐体と接して筐体に固定される。このため、発光部において生じた熱は、筐体の内部に固定された単一の部材である保持部材を介して筐体へと放熱される。保持部材は、筐体の内部に固定されており、発光部から筐体までの放熱経路において複数の部材を介することがない。このため、発光部と筐体との間に複数の部材を介在させている場合と比較して、部材間の接触熱抵抗や隙間が生じず、発光部から発生する熱を効率的に筐体および筐体外部へと放熱することができる。 According to this configuration, the holding member is a member that holds the light-emitting unit in contact with the light-emitting unit, and is fixed to the housing while making contact with the housing. Therefore, the heat generated in the light emitting section is dissipated to the housing via the holding member, which is a single member fixed inside the housing. The holding member is fixed inside the housing, and the heat dissipation path from the light emitting unit to the housing does not involve a plurality of members. For this reason, compared to the case where a plurality of members are interposed between the light emitting unit and the housing, there is no contact thermal resistance or gap between the members, and the heat generated from the light emitting unit can be efficiently dissipated into the housing. And heat can be dissipated to the outside of the housing.
以下、本開示の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。
A.第1実施形態:
A1.測距装置の構成:
第1実施形態の構成について、図1、図2を参照しつつ説明する。第1実施形態の測距装置101は、光を照射し、光が照射された対象物からの反射光を検出することにより、対象物との距離を測定する。測距装置は、例えば、自動車などの車両に搭載される車載用のLiDARであり、車両の前方など周囲に存在する様々な物体の検出に用いられる。
A plurality of embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
A. First embodiment:
A1. Range finder configuration:
The configuration of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. The distance measuring
図1、図2に示すように、測距装置101は、発光部10、走査部20、受光部30(図2参照)、制御部40、筐体50、および保持部材60を備えている。図1では、図面の上方が走査方向となる。なお、本実施形態では、図1に示す上下方向は、測距装置101が設置される重力上下方向と一致し、図1に示す左右方向が水平方向と一致するものとして、図1における右方を「右」とし、左方を「左」として以下説明する。また、図2における上方を「前」とし、下方を「後」として以下説明する。しかし、実際の測距装置101の設置形態は種々であり、図1に示す設置状態に限られない。
As shown in FIGS. 1 and 2, the distance measuring
発光部10は、パルスレーザ光L(以下、単に「レーザ光L」という)を射出する構成部であり、光源基板11と、投光レンズ12と、を備えている。光源基板11は、レーザ光Lを射出する光源素子13(図2参照)と、光源素子13と電気的に接続されて光源素子13を駆動する駆動回路14(図2参照)と、を有する。半導体レーザ素子は、例えばレーザダイオードである。光源基板11は、保持部材60の上面68に固定されている。なお、保持部材60についての詳細は後述する。投光レンズ12は、レンズ位置調整部16の駆動により光源素子13からの距離および回転角度が調整可能となっている。
The
走査部20は、偏向ミラー21と、揺動軸22とを備えている。偏向ミラー21は、光を反射する反射面を有する平板状の部材である。偏向ミラー21は、水平前後方向に延びて形成される揺動軸22に固定されており、ミラー回転駆動部23の駆動によって、揺動軸22と一体となって鉛直方向に回転可能である。ミラー回転駆動部23は、例えばロータリソレノイドであって、制御部40からの制御信号を受けて、予め定められた角度範囲内で正転および逆転を繰り返す。
The
走査部20は、発光部10から出力されたレーザ光Lを偏向ミラー21で反射させ、偏向ミラー21の回転位置に応じた方向にレーザ光Lを出射することにより、あらかじめ設定された走査範囲内へのレーザ光Lの走査を行う。
The
受光部30は、レーザ光Lが照射された対象物からの反射光を受光し、電気信号に変換する。図2に示すように、受光部30は、受光レンズ31と、受光アレイ32とを有している。なお、図1,図2では図示を省略しているが、測距装置101は、受光レンズ31の位置を調整する位置調整機構を備えている。
The
制御部40は、上記各レンズ12,31の位置や偏向ミラー21の回転、および駆動回路14に送る制御信号等を制御する。また、制御部40は、レーザ光Lを反射した物体との距離を演算する。具体的には、制御部40は、受光部30から出力された電気信号の波形に基づき反射光が受光されたタイミングを特定し、レーザ光Lを出力したタイミングとの差分に基づき物体との距離を求める。なお、制御部40は、距離以外にも、その物体の位置する方位などの物体に関する情報を求めることができる。
The
筐体50は、直方体形状の外形を有し、一方の面(図1における上面)が開口した樹脂製またはアルミニウム合金製の箱体である。筐体50の開口には、開口全体を覆うように、光を透過する透明の光学窓51が設けられている。筐体50の内部には、発光部10、走査部20、受光部30、および制御部40が収容されている。以下、発光部10、走査部20、および受光部30を構成する各種光学系の部材を、総称して単に「各種光学系部材」ともいう。
The
制御部40は、各種光学系部材よりも筐体50内において下方の位置に設けられている。また、発光部10、走査部20、および受光部30は、筐体50内において上方の位置に設けられている。筐体50内の上方の空間において、レーザ光Lの投光から受光までの経路が、他部材により遮られないようになっている。
The
保持部材60は、光源基板11と接して光源基板11を含む各種光学系部材を筐体50の内部の規定位置に保持する保持部材である。保持部材60は、筐体50の底部52と接して筐体50に固定され、光源基板11の熱を筐体50および筐体50の外部へ放熱する。すなわち、各種光学系部材の位置を規制する位置決め部材、兼、発光部10の放熱部材として機能する。保持部材60は、中実の直方体部材、すなわち柱状部材であり、アルミニウム合金で形成されている。なお、放熱性能が確保されれば、保持部材60の材質はアルミニウム合金に限られず、その他、銅などの金属でもよい。
The holding
保持部材60は、筐体50において光学窓51が形成される部位と対向する他方の部位(図1における下側部位であって、以下「底部52」という)に、図示しないねじ等の締結部材により固定されている。保持部材60は、本体部61と、外突出部62とを有している。本体部61と外突出部62とは、同軸上に一体に構成されている。本体部61は、保持部材60全体のうち、外突出部62以外の約8割以上の大部分を占めており、筐体50内部に収容されている。
The holding
外突出部62は、筐体50の一部が筐体50の外部へ突出した部位である。外突出部62は、本体部61よりも水平断面形状が大きい直方体形状をなしている。外突出部62は、複数のフィン63を有するヒートシンク構造部64を有している。本実施形態では、外突出部62の全体がヒートシンク構造部64として構成されているが、外突出部62の一部分のみをヒートシンク構造部64として構成してもよい。ヒートシンク構造部64は、筐体50の底部52に接する基部66と、基部66から立設する複数のフィン63と、フィン63の突出端部を接続する板状の蓋部67と、を有している。フィン63の形状は、板状や柱状など、周知のものを採用することができる。
The outward projecting
外突出部62と本体部61との境界であって、外突出部62の上面と、筐体50の底部52との間には、両者の隙間をシールするOリング71が設けられている。Oリング71は「シール部材」に相当する。Oリング71により、筐体50内部の密閉性および防塵性が確保される。
An O-
各種光学系部材は、本体部61に保持されている。詳細には、上記投光レンズ12は、投光レンズホルダ15を介して、レンズ位置調整部16と共に保持部材60の左側面65に保持されている。上記偏向ミラー21および揺動軸22は、ミラーホルダ24を介して、ミラー回転駆動部23と共に保持部材60の左側面65に保持されている。上記受光レンズ31は、受光レンズホルダ33を介して保持部材60の前側面69(図2参照)に保持されている。上記受光アレイ32は、受光基板ホルダ34を介して保持部材60の前側面69に保持されている。
Various optical system members are held in the
また、本体部61において外突出部62とは反対側の一端面(図1における上面68)であって光源基板11が固定される面は、筐体50の内部において筐体50の高さ方向(図1における上下方向)の略中央位置よりも上方に位置している。
In addition, one end surface (
さらに、上記測距装置101は、車両用締結部72を有している。車両用締結部72は、筐体50の右側部53および左側部54にそれぞれ一つ設けられた直方体形状をなす部材である。車両用締結部72は、保持部材60の外突出部62から離れた位置に設けられている。この車両用締結部72が、車両に設けられた接続ブラケットに図示しないネジ等により締結されることで、測距装置101は車両の所定部位に固定される。車両用締結部72は、「固定部」に相当する。
Further, the
[効果]
(1)上記第1実施形態の測距装置101によれば、光源基板11において生じた熱は、図1に矢印Aで示すように、筐体50の内部に固定された保持部材60を介して筐体50および筐体50外部へと放熱される。保持部材60は、1つの中実の柱状部材であって、筐体50の内部に固定されているため、光源基板11から筐体50までの放熱経路において複数の部材を介することがない。複数の部材とは、具体的には、例えばミラーホルダ24やレンズホルダ15、レンズ位置調整部16、およびミラー回転駆動部23などである。上記第1実施形態では、これらの複数の部材は、保持部材60の外壁(側面65,69)に固定されている。
[effect]
(1) According to the
光源基板11から筐体50までの放熱経路の間に、複数の部材を介在させていると、部材同士の接触熱抵抗が大きく、また、部材間のミクロン単位の隙間が断熱層となることから、光源基板11から筐体50への熱伝導率が低下する。しかし、上記第1実施形態によれば、光源基板11から筐体50までの放熱経路の間に複数の部材を介在させていないため、部材間の接触熱抵抗や隙間が生じず、光源基板11から発生する熱を効率的に筐体50および筐体50外部へと放熱することができる。すなわち、光源基板11から発生する熱を十分に放熱することができ、光源素子13の温度上昇や光出力の低下、光源素子13の劣化を抑制することができる。
If a plurality of members are interposed between the heat dissipation path from the
また、保持部材60においては、1つの部材であって、部材同士の公差が生じないため、保持部材60を介しての各種光学系部材の位置決めを正確にし、光学的調整(焦点距離、光軸調整等)を容易に行うことができる。
In addition, since the holding
(2)なお、光源基板11を筐体50に直付けすることができれば放熱効率は向上する。しかし、上記測距装置101では、光学経路の確保や、レンズ12,31や偏向ミラー21の位置調整等の光学的制約があることから、偏向ミラー21の近くに光源基板11を設ける必要があるため、光源基板11を筐体50に直付けすることは困難である。仮に、放熱性を重視して光源基板を筐体に直付けしようとすると、複数のミラーを介する必要が出てくるなど、今度は装置全体の小型化軽量化の観点から望ましくない形態となる。上記実施形態では、光源基板11を筐体50に直付けしてはいないものの、単一の保持部材60により筐体50に固定することで、高い放熱効果に加え、装置全体の小型化を実現することができる。
(2) If the
(3)上記保持部材60は、筐体50から外部へ突出した外突出部62を有している。すなわち、保持部材60の一部が、直接筐体50の外部(外気)に晒されているため、放熱効果をさらに向上させることができる。
(3) The holding
(4)また、保持部材60の外突出部62は、ヒートシンク構造部64を有しているため、さらに放熱性を高めることができる。
(4) In addition, since the outward projecting
(5)上記保持部材60は、軽くて放熱性が高いアルミニウム合金で形成されているため、放熱性を高めることができるとともに、装置全体を軽量化できる。
(5) Since the holding
(6)発光部10、走査部20、および受光部30は、いずれも保持部材60に保持されている。このため、光源基板11において発生した熱のみならず、偏向ミラー21や受光アレイ32において発生した熱も、保持部材60を介して筐体50および筐体50の外部へ効率的に放熱することができる。
(6) The
B.第2実施形態:
次に、本開示の第2実施形態の測距装置102について、図3を参照して説明する。なお、第2実施形態を含む以下説明する各実施形態において、第1実施形態と実質的に同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
B. Second embodiment:
Next, a
第2実施形態の測距装置102は、第1実施形態の測距装置101に対して、ヒートシンク構造部64の構成が異なる。第2実施形態の保持部材70が有するヒートシンク構造部64は、基部66とフィン63のみで構成されており、蓋部67を有していない。例えば、第1実施形態で説明したように、測距装置101が地面に対して水平に設定されている場合で蓋部67が形成されていないと、温かい空気はフィン63の間の空間において上方に行き、筐体50に近い部分で滞留してしまう虞がある。しかし、測距装置の地面に対する設置姿勢によっては、第2実施形態のように蓋部67が形成されていない方が、温かい空気を分散させることができ、ヒートシンク構造部64での放熱効果を高めることができる場合がある。
The
第2実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の効果を奏することができる。 According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
C.第3実施形態:
次に、本開示の第3実施形態の測距装置103について、図4を参照して説明する。第3実施形態の測距装置103は、第1実施形態の測距装置101に対して、車両用締結部の位置が異なっている。図4に示すように、第3実施形態の測距装置103において、車両用締結部73は、筐体50の下方位置であって、外突出部62の外壁に一体に設けられている。車両用締結部73は、上記第1実施形態の車両用締結部72と同様に直方体形状であり、外突出部62の左右側面に一つずつ設けられている。なお、車両用締結部73の位置や個数、形状等は、適宜変更可能である。
C. Third embodiment:
Next, a
第3実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、上記詳述したように、保持部材60は、各ホルダ15,24,33,34やレンズ位置調整部16,およびミラー回転駆動部23などを保持しており、重たくなっている。このように重量の大きい保持部材60に車両用締結部73を設けることで、車両に直接重たい部材を保持させることができ、振動に対する保持部材60およびその他の保持部材60に連結される各種光学系部材の耐久性を向上させることができる。
According to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Furthermore, as described in detail above, the holding
D.第4実施形態:
次に、本開示の第4実施形態の測距装置104について、図5を参照して説明する。第4実施形態の測距装置104は、第1実施形態の測距装置101に対して、外突出部62を有していない点が異なっている。図5に示すように、第4実施形態の保持部材80は、本体部61のみで構成されている。
D. Fourth embodiment:
Next, a
第4実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の効果(1)(2)(5)(6)を奏することができる。 According to the fourth embodiment, the same effects (1), (2), (5), and (6) as those of the first embodiment can be obtained.
E.他の実施形態:
(E1)上記各実施形態において、保持部材60,70,80は、筐体50の底部52に固定されるものとしたが、図6に示す測距装置105のように、筐体50の側部53,54に固定されるようにしてもよい。図6に示すように、保持部材90は、本体部61と、本体部61に連続する板状部91と、を有している。板状部91は、平面視矩形状をなす板状部材である。板状部91の左右側縁が、筐体50の左右の側部53,54に固定されている。このような形態であっても、光源基板11で発生した熱を、直接筐体50へ放熱することができるため、高い放熱効果を奏することができる。
E. Other embodiments:
(E1) In each of the above embodiments, the holding
すなわち、保持部材は、光源基板11を保持し、光源基板11から筐体50への放熱経路の間に他の部材を介在させることのない単一の部材で構成されていればよい。よって、保持部材の形状は、上記四角柱状の他、円柱形状等その他の形状であってもよい。
That is, the holding member only needs to be a single member that holds the
(E2)さらに、図6に示す測距装置105の別な例として、図7に示す測距装置106のように、ミラーホルダ26および投光レンズホルダ17を、保持部材60の板状部91に固定してもよい。投光レンズ12や偏向ミラー21等の光学系部品は、光源基板11との相対位置調整の重要性から、光源基板11と同じ部材(上記各実施形態では保持部材60,70,80)に保持されていることが好ましい。よって、保持部材60を構成する部分であれば、どこに固定されていてもよい。
(E2) Further, as another example of the
また、上記光学調整精度および部品や組み立て公差の観点から、受光部30(受光レンズ31、受光アレイ32)は発光部10とともに保持部材60に固定されることが好ましい。しかし、発光部10との光学的調整が可能であれば、保持部材60に一体に設けずに、筐体50内の別な部分に固定してもよい。
Moreover, from the viewpoint of the optical adjustment accuracy and the parts and assembly tolerances, the light receiving section 30 (the
(E3)上記各実施形態において、車両用締結部72,73は、直方体形状であり筐体50または外突出部62の側面に2つ設けられるものとしたが、測距装置が取り付けられる対象に設けられたブラケット等の形状に応じて、形状および個数は適宜変更可能である。
(E3) In each of the above embodiments, the
(E4)上記各実施形態の発光部10は、光源素子13と駆動回路14とが光源基板11上に実装されるものとしたが、このような基板実装型に限らず、光源素子が駆動回路とは別に単体で用いられるもので構成してもよい。
(E4) In the
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various configurations without departing from the scope of the present disclosure. For example, the technical features in each embodiment corresponding to the technical features in the form described in the outline of the invention are used to solve some or all of the above problems, or Substitutions and combinations may be made as appropriate to achieve part or all. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.
10…発光部、11…光源基板、12…駆動回路、13…光源素子、20…走査部、30…受光部、40…制御部、50…筐体、51…光学窓、60,70,80…保持部材、101…測距装置
DESCRIPTION OF
Claims (9)
光を射出する光源素子(13)を含み、光を射出する発光部(10)と、
前記発光部から射出される光を走査する走査部(20)と、
対象物からの反射光を受光する受光部(30)と、
前記発光部、前記走査部、および前記受光部を内部に収容し、光を透過する窓(51)を有する筐体(50)と、
前記発光部と接して前記発光部を保持する部材であって、前記筐体と接して前記筐体に固定され、前記発光部の熱を前記筐体へ放熱する保持部材(60,70,80)と、
を備える測距装置。 A distance measuring device using light,
a light emitting part (10) for emitting light, including a light source element (13) for emitting light;
a scanning unit (20) for scanning the light emitted from the light emitting unit;
a light receiving part (30) for receiving reflected light from an object;
a housing (50) housing the light-emitting unit, the scanning unit, and the light-receiving unit therein and having a window (51) for transmitting light;
A holding member (60, 70, 80) that is in contact with the light emitting unit and holds the light emitting unit, is fixed to the housing in contact with the housing, and dissipates the heat of the light emitting unit to the housing. )and,
A rangefinder with a
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2021
- 2021-08-20 JP JP2021134605A patent/JP2023028729A/en active Pending
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