JP5934628B2 - 光式検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光を走査することにより検出対象を検出する光式検出の技術に関する。
従来、例えば車両に搭載されたレーザレーダのように、光を走査することにより検出対象を検出する光式検出装置が知られている。一般に、レーザレーダは、1組の投光部と受光部とを備え、投光部から投光したレーザ光を回転ミラーに当てることで走査し、走査されたレーザ光が検出対象で反射して生じる反射光を受光部により受光する。
例えば、特許文献1には、回転軸に対する角度が互いに異なる6つの反射面を有する回転ミラー(ポリゴンミラー)を用いて、高さ方向に異なる6本の水平ラインを描くようにレーザ光を走査する構成が開示されている。
特開2002−157697号公報
前述した特許文献1に記載の構成のように、回転ミラーに複数の反射面を設けることで、特定の向き(例えば車両の前方)における検出対象の検出範囲をある程度広げることは可能である。しかしながら、例えば車両の前方と車両の真下といったように、1つの光式検出装置で全く異なる向きを検出範囲とすることは困難であった。
本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、1つの光式検出装置で異なる向きを検出範囲とするための技術を提供することを目的としている。
上記目的を達成する光式検出装置(1,2)は、発光手段(111,211)と、回転ミラー(115,215)と、偏向手段(13,23)と、受光手段(12,22)と、を備える。
この光式検出装置では、発光手段が、レーザ光を発光し、回転ミラーが、発光手段により発光されたレーザ光を走査する。偏向手段は、回転ミラーによるレーザ光の走査範囲のうち、第1の走査範囲で走査されるレーザ光の走査方向を偏向する一方、第2の走査範囲で走査されるレーザ光の走査方向を偏向しない。受光手段は、回転ミラーにより走査されたレーザ光が検出対象で反射して生じる反射光を受光する。
このような構成によれば、回転ミラーにより走査されるレーザ光の一部が偏向手段により偏向されるため、偏向手段により偏向されない場合にレーザ光が走査される向きとは全く異なる向きについてもレーザ光を走査することができる。したがって、1つの光式検出装置で異なる向きを検出範囲とすることができる。よって、例えば、車両の前方に位置する先行車両を検出するアプリケーションと、路面上の白線すなわち車線を検出するアプリケーションと、を1つの装置で実現することができるため、コストの低減や、搭載スペースの削減などが可能となる。
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
第1実施形態のレーザレーダの構成図である。 (A)は投光時のレーザ光の経路を示す図、(B)は受光時のレーザ光の経路を示す図である。 (A)は切替ミラーで反射しないレーザ光の経路を示す図、(B)は切替ミラーで反射したレーザ光の経路を示す図である。 (A)は、レーザレーダの適用例を示す図、(B)は各走査線の反射強度を示す図である。 第2実施形態のレーザレーダの構成図である。 (A)は投光時のレーザ光の経路を示す図、(B)は受光時のレーザ光の経路を示す図である。 第2実施形態のレーザレーザの適用例を示す図である。 (A)は切替ミラーが第1の位置に位置した状態でのレーザ光の経路を示す図、(B)は切替ミラーが第2の位置へスライド移動した状態でのレーザ光の経路を示す図、(C)は第2の位置へ回転移動した状態でのレーザ光の経路を示す図である。
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
[第1実施形態]
図1に示す第1実施形態のレーザレーダ1は、車両に搭載され、光を走査することにより車両周辺の検出対象を検出するためのものであり、投光部11と、受光部12と、切替ミラー13と、を備える。
投光部11は、レーザ光を投光するための部位であり、発光素子111が設けられた発光回路112と、投光レンズ113と、反射ミラー114と、回転ミラー115と、を備える。
発光素子111は、レーザ光を発光するレーザダイオードである。投光レンズ113は、発光素子111から発光された光を集光するためのレンズである。反射ミラー114は、投光レンズ113により集光された光を回転ミラー115へ向けて反射するためのミラーである。
回転ミラー115は、鉛直方向の回転軸を中心に回転駆動されるポリゴンミラーであり、反射ミラー114からの光を概略水平面上で走査する。具体的には、回転ミラー115は複数(この例では6つ)の反射面を有し、回転軸に対する傾斜角度がそれぞれ異なるように調整されている。このため、レーザ光が走査される高さ(鉛直方向の位置)は、反射面に応じて異なる。なお、以下の説明では、回転ミラー115が有する6つの反射面を、レーザ光が走査される高さの高い方から順に、第1反射面、第2反射面、…、第6反射面と称する。
受光部12は、投光部11により投光されたレーザ光の反射光を受光するための部位であり、受光レンズ121と、受光素子122と、増幅回路123と、を備える。
受光レンズ121は、投光部11により投光されたレーザ光の反射光を集光するためのレンズである。受光素子122は、受光レンズ121により集光された光を受光し、光電変換するアバランシェフォトダイオードである。増幅回路123は、受光素子122により受光されて光電変換された信号を増幅するための回路である。
切替ミラー13は、レーザ光を反射するためのミラーであり、図2(A)に示すように、その反射面が、回転ミラー115によるレーザ光の走査範囲の一部を遮る位置に設けられている。具体的には、切替ミラー13は、回転ミラー115における第1〜第3反射面で反射されたレーザ光(高い位置で走査されるレーザ光)を遮り、第4〜第6反射面で反射されたレーザ光(低い位置で走査されるレーザ光)を遮らない位置に配置されている。つまり、図3(A)に示すように、切替ミラー13は、第1〜第3反射面による走査範囲(第1の走査範囲)で走査されるレーザ光の走査方向を偏向する。一方、図3(B)に示すように、切替ミラー13は、第4〜第6反射面による走査範囲(第2の走査範囲)で走査されるレーザ光の走査方向を偏向しない。また、切替ミラー13の反射面は、鉛直面に対して下方へ45度の角度で傾いている。このため、回転ミラー115における第1〜第3反射面で概略水平面上で(車両の前方へ向けて)走査されたレーザ光は、切替ミラー13で下方へ反射され、概略直角に(車両の真下へ向けて概略鉛直面上で走査されるように)偏向される。
また、切替ミラー13は、車両の前方及び車両の真下へ向けて走査されたレーザ光のそれぞれが検出対象で反射して生じる反射光を、受光部12へ導くことができる機能も有している。すなわち、図2(B)に示すように、切替ミラー13で下方へ反射され、車両の真下へ向けて走査されたレーザ光の反射光は、再び切替ミラー13で反射されて受光部12へ入射する。一方、切替ミラー13で反射されずに車両の前方へ向けて走査されたレーザ光の反射光は、そのまま受光部12へ入射する。
次に、レーザレーダ1の作用について説明する。
発光回路112を用いて発光素子111から投光されたレーザ光は、直後に設置された投光レンズ113により所定の強度分布と広がり角に形状を調整される。調整された光は、反射ミラー114で反射され、走査方向に屈曲させる傾斜角に調整された回転ミラー115により走査される。具体的には、回転ミラー115における第1〜第3反射面で反射されたレーザ光は、切替ミラー13により下方へ反射されて概略鉛直面上で走査される。一方、第4〜第6反射面で反射されたレーザ光は、切替ミラー13に反射(遮断)されずにそのまま概略水平面上で走査される。
概略鉛直面上で走査されたレーザ光の反射光は切替ミラー13で反射され、概略水平面上で走査されたレーザ光の反射光は切替ミラー13で反射(遮断)されずにそのまま、受光レンズ121により集光され、受光素子122により受光される。受光素子122により受光された光は電流に変換され、増幅回路123により電圧に変換されるとともに増幅される。
次に、レーザレーダ1の適用例について説明する。
レーザレーダ1は、例えば図4(A)に示すように、車両のドアミラー91に設けられ、車両の前方及び車両の真下の検出対象を検出するために用いることができる。図4(A)の例では、車両の前方に存在するポール92と、車両の真下の路面93に描かれた白線94と、を検出する。この場合、図4(B)に示すように、回転ミラー115における第1〜第3の反射面で反射されたレーザ光による走査線1〜3の各反射強度に基づき、白線94が検出される。また、回転ミラー115における第4〜第6の反射面で反射されたレーザ光による走査線4〜6の各反射強度に基づき、ポール92が検出される。
以上詳述した第1実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)レーザレーダ1は、投光部11及び受光部12の前面に、切替ミラー13を備える。切替ミラー13は、回転ミラー115によるレーザ光の走査範囲のうち、第1の走査範囲で走査されるレーザ光の走査方向を偏向する一方、第2の走査範囲で走査されるレーザ光の走査方向を偏向しない。また、切替ミラー13は、回転ミラー115により走査されたレーザ光(切替ミラー13により偏向されたレーザ光及び切替ミラー13により偏向されずにそのまま走査されたレーザ光)が検出対象で反射して生じる反射光を、受光部22へ導く。
このような構成によれば、切替ミラー13を設けない場合にレーザ光が走査される向きである車両の前方とは全く異なる向き(角度が90度異なる方向)である車両の真下についてもレーザ光を走査することができる。つまり、1つのレーザレーダ1で異なる向きを検出範囲とすることができる。したがって、レーザレーダ1は、複数の用途に用いることができ、検出対象を検出するために要する構成の小型化や低コスト化を図ることができる。
(2)また、切替ミラー13は、概略水平面上で走査されるレーザ光を、概略鉛直面上で走査される方向に偏向する。このようなレーザレーダ1によれば、例えば、車両の前方における検出対象の検出(例えば先行車両の検出)と、車両の真下における検出対象の検出(例えば白線の検出)と、を行うことができる。
(3)また、切替ミラー13は、回転ミラー115の回転軸に対して傾いた反射面を有する反射ミラーであるため、簡素な構成により、概略水平面上で走査されるレーザ光を、概略鉛直面上で走査される方向に偏向することができる。
(4)また、回転ミラー115は、回転軸に対する角度の異なる複数の反射面を備えるポリゴンミラーであり、切替ミラー13は、複数の反射面のうち、一部の反射面で反射されたレーザ光の走査方向を偏向せず、残りの反射面で反射されたレーザ光の走査方向を偏向する。このため、切替ミラー13を設けない場合と同様の走査角度範囲で異なる方向を走査することができる。
(5)また、第2の走査範囲で走査されるレーザ光は、第1の走査範囲で走査されるレーザ光と比較して、検出距離範囲の大きい車両前方の検出対象に用いられる。第1の走査範囲で走査されるレーザ光は、切替ミラー13で反射される分、第2の走査範囲で走査されるレーザ光と比較して減衰しやすい。このため、第2の走査範囲で走査されるレーザ光を検出距離範囲の大きい検出対象に用いることで、第1の走査範囲で走査されるレーザ光を検出距離範囲の大きい検出対象に用いる場合と比較して、検出精度を高くすることができる。
(6)また、第1の走査範囲で走査されるレーザ光は、車両が走行する路面上の検出対象を検出するために用いられ、第2の走査範囲で走査されるレーザ光は、車両前方の検出対象を検出するために用いられる。このため、路面上の白線等の情報と、車両前方の先行車両等の情報と、を1つのレーザレーダ1で取得することができる。また、第1の走査範囲で走査されるレーザ光が、車両ドアと概略平行な面を走査されるようにすれば、ドア開閉時にドアが物体に接触するか否かの判定と、車両の側方における検出対象の検出(例えば駐車スペースや側方障害物)と、を行うことができる。
(7)受光部12には、受光素子として通常のフォトダイオードと比較して感度の高いアバランシェフォトダイオードが用いられているため、切替ミラー13で反射されることによりレーザ光が減衰しても、検出精度の低下を抑制することができる。
なお、第1実施形態では、レーザレーダ1が光式検出装置の一例に相当し、発光素子111が発光手段の一例に相当し、受光部12が受光手段の一例に相当し、切替ミラー13が偏向手段の一例に相当する。
[第2実施形態]
前述した第1実施形態では、ポリゴンミラー走査方式の構成について説明したが、第2実施形態では、同軸走査方式の構成について説明する。
図5に示す第2実施形態のレーザレーダ2は、第1実施形態と同様、車両(例えばドアミラー)に搭載され、光を走査することにより車両周辺の検出対象を検出するためのものであり、投光部21と、受光部22と、切替ミラー23と、を備える。
投光部21は、レーザ光を投光するための部位であり、発光素子211が設けられた発光回路212と、投光レンズ213と、反射ミラー214と、回転ミラー215と、を備える。
発光素子211は、レーザ光を発光するレーザダイオードである。投光レンズ213は、発光素子211から発光された光を集光するためのレンズである。反射ミラー214は、投光レンズ213により集光された光を回転ミラー215へ向けて反射するためのミラーである。回転ミラー215は、鉛直方向の回転軸を中心に回転駆動されるミラーであり、反射ミラー214からの光を水平方向に走査する。ただし、第1実施形態とは異なり、回転ミラー215の有する反射面は1つである。
受光部22は、投光部21により投光されたレーザ光の反射光を受光するための部位であり、受光レンズ221と、図示しない受光素子及び増幅回路と、を備える。
受光レンズ221は、投光部11により投光されたレーザ光の反射光を集光するためのレンズである。受光素子は、受光レンズ221により集光された光を受光し、光電変換するアバランシェフォトダイオードである。増幅回路は、受光素子により受光されて光電変換された信号を増幅するための回路である。
なお、レーザレーダ2は、回転ミラー215及び受光レンズ221を、鉛直方向の回転軸を中心に回転駆動するためのモータ24及びギア25を備える。
切替ミラー23は、レーザ光を反射するためのミラーであり、その反射面が、回転ミラー215によるレーザ光の走査範囲の一部を遮る位置に設けられている。具体的には、切替ミラー23は、図6(A)に示すように、回転ミラー215によりレーザ光が走査される角度範囲のうち、第1の角度範囲のレーザ光を遮り、第2の角度範囲のレーザ光を遮らない位置に配置されている。例えば、回転ミラー215から見て所定の角度位置よりも右側の角度範囲が第1の角度範囲に設定され、残り(所定の角度位置よりも左側)の角度範囲が第2の角度範囲に設定される。つまり、切替ミラー23は、第1の角度範囲(第1の走査範囲)で走査されるレーザ光の走査方向を偏向する一方、第2の角度範囲(第2の走査範囲)で走査されるレーザ光の走査方向を偏向しない。また、切替ミラー23の反射面は、鉛直面に平行であって、回転ミラー215を正面とした場合に45度の角度で横方向に傾いている。このため、回転ミラー215において反射されたレーザ光のうち第1の角度範囲で走査されたレーザ光は、切替ミラー23により概略水平な同一平面上において概略直角に反射(偏向)される。
また、切替ミラー23は、異なる方向へ向けて走査されたレーザ光のそれぞれが検出対象で反射して生じる反射光を、受光部12へ導くことができる機能も有している。すなわち、図6(B)に示すように、切替ミラー23で反射されずに走査されたレーザ光の反射光は、そのまま受光部22へ入射する一方、切替ミラー23で反射されたレーザ光の反射光は、再び切替ミラー23で反射されて受光部22へ入射する。
次に、レーザレーダ2の作用について説明する。
発光回路212を用いて発光素子211から投光されたレーザ光は、直後に設置された投光レンズ213により所定の強度分布と広がり角に形状を調整される。調整された光は、反射ミラー214で反射され、走査方向に屈曲させる傾斜角に調整された回転ミラー215により走査される。具体的には、第1の角度範囲のレーザ光は、切替ミラー23で反射されて異なる方向において走査され、第2の角度範囲のレーザ光は、切替ミラー23に反射(遮断)されずにそのまま第1の角度範囲で走査される。
切替ミラー23で反射されたレーザ光の反射光は再び切替ミラー23で反射され、切替ミラー23で反射されなかったレーザ光の反射光は切替ミラー23で反射されずにそのまま、受光レンズ221により集光され、受光素子により受光される。受光素子により受光された光は電流に変換され、増幅回路により電圧に変換されるとともに増幅される。
以上詳述した第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果に加え、以下の効果が得られる。
(1)切替ミラー23は、概略水平面上で走査されるレーザ光を、同じ水平面上で偏向する。このようなレーザレーダ2によれば、例えば図7に示すように、第2の角度範囲で走査されるレーザ光が車両の前方における検出対象の検出に用いられ、第1の角度範囲で走査されるレーザ光が車両の側方における検出対象の検出に用いられるように構成することができる。その結果、車両前方における検出対象の検出と、車両側方における検出対象の検出と、を行うことができる。
(2)また、切替ミラー23は、回転ミラー215の回転軸に平行な反射面を有する反射ミラーであるため、簡素な構成により、概略水平面上で走査されるレーザ光を、同じ水平面上で走査される方向に偏向することができる。
なお、第2実施形態では、レーザレーダ2が光式検出装置の一例に相当し、発光素子211が発光手段の一例に相当し、受光部22が受光手段の一例に相当し、切替ミラー23が偏向手段の一例に相当する。
[他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
(1)上記各実施形態において、切替ミラー13,23は、移動可能に構成されていてもよい。例えば図8(A)に示すように、第1の位置では、上記実施形態で例示したように、切替ミラー13が、第1の走査範囲で走査されるレーザ光の走査方向を偏向し、第2の走査範囲で走査されるレーザ光の走査方向を偏向しない。一方、例えば図8(B),(C)に示すように、第2の位置では、切替ミラー13が、第1の走査範囲及び第2の走査範囲で走査されるレーザ光の走査方向を偏向しない。このようにすれば、検出対象を検出する領域を簡単に切り替えることができる。例えば、車両の前方及び車両の真下の検出対象を検出する第1の動作モードと、車両の真下の検出対象を検出しない一方、車両の前方の検出対象を第1の動作モードよりも広い範囲で検出可能な第2の動作モードと、を切り替えることができる。なお、切替ミラー13,23の移動態様は特に限定されず、例えば図8(B)に示すようなスライド移動でもよく、また図8(C)に示すような回転移動でもよい。
(2)上記第1実施形態では、概略水平面上で走査されるレーザ光を、概略鉛直面上で走査される方向に偏向する切替ミラー13を用いているが、偏向する方向はこれに限定されるものではない。例えば、上記第1実施形態の構成においても、上記第2実施形態のように、概略水平面上で走査されるレーザ光を、同じ水平面上で偏向するようにしてもよい。また、これとは逆に、上記第2実施形態では、概略水平面上で走査されるレーザ光を、同じ水平面上で偏向する切替ミラー23を用いているが、偏向する方向はこれに限定されるものではない。例えば、上記第2実施形態の構成においても、上記第1実施形態のように、概略水平面上で走査されるレーザ光を、概略鉛直面上で走査される方向に偏向するようにしてもよい。また、偏向する角度は特に限定されない。また、上記第1実施形態では、レーザレーダ1が車両のドアミラー91に設置された構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、レーザレーダが車両上部に設置された構成としてもよく、また、車両のグリル・バンパ内に設置された構成としてもよい。
(3)上記第1実施形態では、第1の走査範囲で走査されるレーザ光が、車両が走行する路面上の検出対象の検出に用いられ、第2の走査範囲で走査されるレーザ光が、車両前方の検出対象の検出に用いられる構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、第1の走査範囲で走査されるレーザ光が、車両前方の検出対象の検出に用いられるようにしてもよく、また、車両側方の検出対象の検出に用いられるようにしてもよく、また、車両後方の検出対象の検出に用いられるようにしてもよい。また例えば、第2の走査範囲で走査されるレーザ光が、車両側方の検出対象の検出に用いられるようにしてもよく、また、車両後方の検出対象の検出に用いられるようにしてもよく、また、車両が走行する路面上の検出対象の検出に用いられるようにしてもよい。
(4)同様に、上記第2実施形態では、第1の走査範囲で走査されるレーザ光が、車両側方の検出対象の検出に用いられ、第2の走査範囲で走査されるレーザ光が、車両前方の検出対象の検出に用いられる構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、第1の走査範囲で走査されるレーザ光が、車両前方の検出対象の検出に用いられるようにしてもよく、また、車両後方の検出対象の検出に用いられるようにしてもよく、また、車両が走行する路面上の検出対象の検出に用いられるようにしてもよい。また例えば、第2の走査範囲で走査されるレーザ光が、車両側方の検出対象の検出に用いられるようにしてもよく、また、車両後方の検出対象の検出に用いられるようにしてもよく、また、車両が走行する路面上の検出対象の検出に用いられるようにしてもよい。
(5)上記実施形態では、偏向手段として切替ミラー13,23を例示したが、偏向手段はミラーに限定されるものではなく、例えばプリズムを用いてもよい。
(6)上記実施形態では、車両に搭載されるレーザレーダ1,2を例示したが、本発明の光式検出装置は、車載用レーザレーダへの適用に限定されるものでなく、他の装置にも適用可能である。
1,2…レーザレーダ、11,21…投光部、12,22…受光部、13,23…切替ミラー、111,211…発光素子、115,215…回転ミラー

Claims (9)

  1. レーザ光を発光する発光手段(111)と、
    前記発光手段により発光されたレーザ光を走査する回転ミラー(115)と、
    前記回転ミラーによるレーザ光の走査範囲のうち、第1の走査範囲で走査されるレーザ光の走査方向を偏向する一方、第2の走査範囲で走査されるレーザ光の走査方向を偏向しない偏向手段(13)と、
    前記回転ミラーにより走査されたレーザ光が検出対象で反射して生じる反射光を受光する受光手段(12)と、
    を備え
    前記偏向手段は、第1の面上で走査されるレーザ光を、前記第1の面と交わる第2の面上で走査される方向に偏向し、
    前記回転ミラーは、回転軸に対する角度の異なる複数の反射面を備えるポリゴンミラーであり、
    前記偏向手段は、前記複数の反射面のうち、一部の反射面で反射されたレーザ光の走査方向を偏向せず、残りの反射面で反射されたレーザ光の走査方向を偏向する
    ことを特徴とする光式検出装置(1)
  2. 請求項に記載の光式検出装置であって、
    前記偏向手段は、前記回転ミラーの回転軸に対して傾いた反射面を有する反射ミラーである
    ことを特徴とする光式検出装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の光式検出装置であって、
    前記第2の走査範囲で走査されるレーザ光は、前記第1の走査範囲で走査されるレーザ光と比較して、検出距離範囲の大きい検出対象に用いられる
    ことを特徴とする光式検出装置。
  4. 請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の光式検出装置であって、
    前記第1の走査範囲で走査されるレーザ光は、車両が走行する路面上の検出対象の検出に用いられ、前記第2の走査範囲で走査されるレーザ光は、車両前方又は車両側方の検出対象の検出に用いられる
    ことを特徴とする光式検出装置。
  5. 請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の光式検出装置であって、
    前記第1の走査範囲で走査されるレーザ光は、車両側方の検出対象の検出に用いられ、
    前記第2の走査範囲で走査されるレーザ光は、車両前方の検出対象の検出に用いられる
    ことを特徴とする光式検出装置。
  6. 請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の光式検出装置であって、
    前記第1の走査範囲で走査されるレーザ光は、車両後方の検出対象の検出に用いられ、前記第2の走査範囲で走査されるレーザ光は、車両側方の検出対象の検出に用いられる
    ことを特徴とする光式検出装置。
  7. 請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の光式検出装置であって、
    車両のドアミラーに設けられる
    ことを特徴とする光式検出装置。
  8. 請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の光式検出装置であって、
    前記偏向手段は、前記第1の走査範囲で走査されるレーザ光の走査方向を偏向し、前記第2の走査範囲で走査されるレーザ光の走査方向を偏向しない、第1の位置と、前記第1の走査範囲及び前記第2の走査範囲で走査されるレーザ光の走査方向を偏向しない第2の位置と、の間で移動可能である
    ことを特徴とする光式検出装置。
  9. 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の光式検出装置であって、
    前記受光手段は、受光素子としてアバランシェフォトダイオードを備える
    ことを特徴とする光式検出装置。
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