JP6474899B2 - レーザースキャナ、レーザースキャナ用の偏向ミラー装置、及び偏向ミラー装置用の光学分離手段 - Google Patents

Description

本発明は、レーザースキャナの偏向ミラー装置用の分離壁を備えた、請求項１のプリアンブルに記載の光学分離手段に関する。また、本発明は、レーザースキャナ用の、請求項６のプリアンブルに記載の偏向ミラー装置に関する。更に、本発明は、上述の偏向ミラー装置と上述の光学分離手段とを備えた、請求項８に記載のレーザースキャナに関する。

極めて多岐にわたる運転支援システム、すなわち各運転状況において運転者を支援するための電子補助装置が、自動車業界においてますます使用されるようになっている。非常に多くの運転者支援システムは、光電子工学検出装置により提供される、自動車の周囲領域に存在する物体に関する情報を考慮する。レーザースキャナが光電子工学検出装置として使用されることが多い。このようなレーザースキャナは飛行時間法（time-of-flight method）に従って動作し、レーザーパルスをレーザースキャナの周囲領域に送信するためのレーザーと、反射ビーム用の１つ以上の光電子工学受信器と、を有している。この種のレーザーに基づくシステムは、「ＬＩＤＡＲ」（“Ｌｉｇｈｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｎｇｉｎｇ”）という名称で公知である。

レーザースキャナにおいて、送信されたレーザーパルスは、レーザースキャナの視野が特定のスキャン角度範囲内でスキャンされるように、枢動可能なミラー装置により偏向される。この場合、偏向ミラー装置は、回転軸を中心として回転駆動可能なミラー支持体であって、少なくとも１つの偏向ミラーを支持するミラー支持体を有している。この場合、１つのレーザーパルスがそれぞれのスキャン角度に対して送信され、この結果、視野がスキャンされる。同一角度ステップにおいて、反射ビームがレーザースキャナの光学受信器により受信される。この場合、光学受信器は、反射ビームを受信したときに電気信号を生成する、光ダイオード等の少なくとも１つの検出器を有している。評価装置が、光電子工学検出器の受信信号内にエコーを認識した場合、原則として、それは周囲領域に存在する対象物体からの反射に起因すると考えられる。送信からエコー受信までの伝播時間は、物体からの距離に比例する。レーザースキャナの各角度ステップに対する距離が、伝播時間の測定から確定される。

ＤＥ １０ ２００５ ０５５ ５７２ Ｂ４は、光学送信器としてのレーザーと、光学受信器としての少なくとも１つの検出器と、偏向ユニットとを備えたスキャン光学距離センサを開示している。偏向ユニットは、光学送信器に連結されるとともにレーザーパルスを被測定域に偏向させる第１ミラーを備えている。物体により散乱して戻ったレーザーパルスを少なくとも１つの検出器に偏向させる第２ミラーは、受信器に連結されている。第１及び第２ミラーは共通の回転軸に配置されており、このような配置により、送信器及び受信器の光学軸の特定用途距離が許容される。少なくとも１つのレーザーと少なくとも１つの検出器は、それらの全体電子システムとともに直立して配置され、この結果、送信器に連結された第１ミラーと受信器に連結された第２ミラーは、送信器と受信器の直立配置に応じて上下に配設される。

偏向ミラー装置を備えたレーザースキャナの光学送信器と受信器との間の光学短絡を回避するために、偏向ミラー装置用の分離手段が公知である。このような光学分離手段は、偏向ミラーの受信ミラー領域を送信ミラー領域から分離するための実質的に剛性の分離壁を有している。分離手段が設置状態にある場合、分離壁はミラー支持体の回転軸に対して実質的に垂直であり、直線状縁部を介して偏向ミラーに係合する。分離手段は、ミラー支持体に、分離壁の直線状縁部の両側に配置された固着ウェブにより固着される。分離壁が固定されつつ受信ミラー領域を送信ミラー領域から光学的に分離するように、通常、分離手段はミラー支持体にネジ留めされる。これにより、不要な迷光が光学受信器に影響を及ぼすことが防止される。

連続製造において、一連の異なる部品が多かれ少なかれ標準から相違するという現象が知られている。この場合、連続製造は、関連する部品の製造公差により容易となることが多い。しかしながら、レーザースキャナが連続的に製造される場合、公差範囲の製造であっても、偏向ミラーと分離手段の内縁域との間に間隙が生じてしまうことがある。この間隙を原因として、実際には分離されているはずのミラー領域同士の間に汚染物質が入る可能性がある。しかしながら、特に迷光が受信ミラー領域に入射して、その結果レーザースキャナの誤動作を引き起こす場合がある。また、最大許容公差を以て製造された分離手段は、高い接触圧力によってミラー支持体に取付けることしかできない。このため、ミラーの歪曲が生じ、これによりレーザースキャナの動作中の光ビームの方向転換が損なわれてしまう。

本発明は、レーザースキャナ用の偏向ミラー装置の、失敗のない連続製造を可能にするという目的に基づく。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有する光学分離手段により達成される。また、この目的は、上述の分離手段を備えた、請求項６に記載の偏向ミラー装置により達成される。更に、この目的は、上述の偏向ミラー装置と上述の光学分離手段とを備えた、請求項８に記載のレーザースキャナにより達成される。

本発明によれば、弾性変形可能なシール要素が、分離壁の内側縁部、すなわち偏向ミラーに対面する縁部に沿って配置される。このシール要素は、接合される部品の製造公差とは無関係に、分離壁の縁域と偏向ミラーの表面との間の間隙を密封的に閉鎖する。分離手段の部品の製造に関連する寸法上の相違は、レーザースキャナの組立中のシール要素の変形によって補償される。分離手段がミラー支持体に取付けられてこれに押し付けられると、分離手段を接合する際に加えられる接触圧力に対応する復元力が、シール要素の弾性変形可能な材料において生成される。この復元力が密封閉鎖を保証する。シール要素は不透明材料からなるため、迷光の通過が防止される。

一例示的実施形態において、シール要素は、内側縁域に沿って塗布される組立発泡体（assembly foam）、例えばポリウレタン発泡体である。好適には、固着ウェブによる分離手段の取付け後に、発泡体ビードが、分離壁と偏向ミラーとの間の間隙に、連続発泡体ビードとして塗布される。

好適には、分離手段は、分離壁の縁部の領域において小さい寸法とされる。すなわち、分離手段の設置状態における固着ウェブの長さ及び当該固着ウェブの固着手段を考慮しながら、意図した間隙が、偏向ミラーの表面と、分離壁の直線状縁部であって偏向ミラーに係合する直線状縁部との間に形成されるように、分離手段は寸法決めされる。これにより、シール要素が意図した間隙を閉鎖しつつ、分離壁による偏向ミラーの歪曲が防止される。

本発明の好適な例示的実施形態において、弾性変形可能なシール要素は、シールリップの形状をなしている。シールリップは、分離手段が取付けられる際に弾性的に角度が付けられ得る（屈曲し得る）カバーリップを有している。リップシールの断面は、分離壁に、又は偏向ミラーに対向して設けられる縁部に固着される固着部と、この固着部から突出するカバーリップとを有している。カバーリップは、それ自体公知のリップシールの原理に従って、固着部に対して細い断面を有しており、この結果、カバーリップは取付け中に弾性的に角度が付けられ得る。取付けに際して、最初に分離手段を偏向ミラーの平面に対して平行な方向に位置決めし、固着ウェブがミラー支持体の固着受容部に重ね合されるまで、分離手段を偏向ミラーに対して意図した高さにおいて押し付ける。この工程において、カバーリップは角度が付けられ、角度が付けられ得るカバーリップの弾性復元力によって、分離壁と偏向ミラーとの間の間隙が、機械的且つ光学的に全長に亘ってシールされる。

有利には、リップシールは、分離手段に恒久的に取付けられるとともに、分離壁と偏向ミラーとの間の間隙をシールするために要求される復元力を加えるエラストマーから構成される。

本発明の有利な実施形態において、リップシール又はリップシールを形成する材料は、分離壁又は分離壁の直線状縁部に一体成形されている。

偏向ミラー装置用の本発明による分離手段のコスト効果的な製造は、リップシールが分離壁又は分離壁の内側縁部に接着剤により接合される場合に実現される。

本発明の好適な実施形態において、リップシールは、分離壁に噛合態様において連結されており、この結果、リップシールは分離壁に恒久的に保持されつつ、リップシールが外れてしまうことが防止される。

レーザースキャナ用の偏向ミラー装置の特に有利な実施形態は、回転軸から径方向距離をおいてミラー支持体の両側に配置された２つの偏向ミラーを備えている。このようにして、偏向ミラー装置の同一の回転数において２倍のスキャン速度で、視野をスキャンすることができる。特に、２つの偏向ミラーが対向する位置にある場合、各分離手段を簡単に取付けることができる。２つの偏向ミラーの分離手段は同一高さにある。また、分離手段の各固着ウェブも同じ高さにあって、ミラー支持体に簡単に固着することができる。本例において、２つの分離手段を、固着ウェブの自由端同士が互いに隣接した状態でネジ受容部等の共通の受容部に固着することが可能である。

本発明による、偏向ミラー装置用の分離手段、及び分離手段を設けられた偏向ミラー装置は、レーザースキャナの無駄のない連続製造、ひいてはレーザースキャナのコスト効果の良い製造を保証する。

本発明の例示的実施形態を、図面を参照しつつ更に詳細に説明する。

偏向ミラー装置の例示的実施例の斜視図。 図１の偏向ミラー装置の断面図。 レーザースキャナを備えた自動車の平面図。 偏向ミラー装置を備えたレーザースキャナの斜視図。

図１及び図２は、レーザースキャナ２（図４）用の偏向ミラー装置１の例示的実施形態の斜視図である。レーザースキャナ２は、車両３（図３）の周囲領域に存在する物体を検出する役割を果たす。図３に示す例示的実施形態において、レーザースキャナ２は、自動車両３の前方領域に配置され、これにより、自動車両３の前方の視野４を検出する。図示しない更なる例示的実施形態において、レーザースキャナ２は、自動車両３の側部領域に配置され、その視野４において、自動車両３の隣りに存在する物体を検出する。更なる例示的実施形態において、レーザースキャナ２は、自動車両の後方領域に配置され得る。

レーザースキャナ２は、ハウジング６内に、レーザーパルスを送信するための、具体的にはレーザーである、光学送信器７を有している。光学受信器８は、視野内に存在する物体からの反射を受信し、１つ以上の光電子工学検出器９を有している。受信器８は、その検出器９とともに、集積回路１０に配置されている。光ビームを受信すると、光電子工学検出器は対応する電気受信信号１１を生成し、この信号は評価電子システム１２に提供される。

レーザースキャナ２は、偏向ミラー装置１を備えている。偏向ミラー装置１は、回転軸１３を中心として回転駆動可能なミラー支持体１４を備えている。ミラー支持体１４は、２つの偏向ミラー１５、１６を支持しており、これらの偏向ミラー１５、１６は、ミラー支持体１４とともに、回転軸１３を中心として回転可能である。偏向ミラー１５、１６は、ミラー支持体１４の対向する側において互いに対して平行な状態にあり、本例において、それぞれ回転軸１３から径方向距離をおいている。回転軸１３は、偏向ミラー１５、１６の平面に対して平行である。

回転軸１３に対して実質的に径方向に延在して各偏向ミラー１５、１６を送信ミラー領域１８と受信ミラー領域１９とに分離する分離壁１７が、それぞれのミラー１６に連結されている。偏向ミラー装置１は、図示しないステッピングモータにより駆動される。光学送信器７は、レーザーパルスを発信する。レーザーパルスは、送信ミラー領域１８により、偏向ミラー装置１の各角度ステップ毎に、視野４内の特定方向に発信される。このようにして、視野（図３）がステップ毎にスキャンされる。物体から反射された受信ビームが、受信ミラー領域１９により偏向されて、受信光学システム２０を介して受信器８に向かう。

送信ミラー領域１８は、回転軸１３の軸方向に対して、光学送信器７と同一面に配置されている。受信ミラー領域１９は、検出器８と同一面に配置されている。したがって、光学送信器７と受信器８は、偏向ミラー装置１の回転軸１３に対して上下に配置されている。これにより、送信ビームのみが受信ミラー領域１９により発信され、反射ビームのみが受信ミラー領域１９により受信器８へ偏向される。レーザースキャナ２は、飛行時間原理に従って動作する。光ビームが受信されるまでの時間が計測され、受信信号にエコーが存在すれば、視野４に存在する物体の位置に関する結論が導かれる。

径方向分離壁１７は、分離手段２１の構成部品である。分離手段２１は単独構成要素であり、これについて、図１及び図２を参照して以下により詳細に説明する。図４を参照して既述した設計によれば、偏向ミラー装置１はミラー支持体１４を有し、このミラー支持体１４に２つの偏向ミラー１５、１６が、回転軸から径方向距離をおいて、ミラー支持体１４の対向する側に配置されている。分離壁１７は、好適には打抜部品である分離手段２１の構成部品である。分離手段２１は、直線状縁部２２を備えた内側縁域を有している。分離手段２１が図示の設置状態にあるとき、直線状縁部２２は各偏向ミラー１５に係合する。固着ウェブ２３が、縁部２２の両側において分離手段２１に形成されており、固着ウェブ２３は縁部２１を超えて突出するとともに、その自由端２４においてミラー支持体に固着される。図示の例示的実施形態において、分離手段２１はミラー支持体１４にネジ留めされている。

分離手段が設置状態にある場合、縁部２２が偏向ミラー１５、１６の表面近くを通るように、縁部２２は、固着ウェブ２３の自由端２４から、又は固着ウェブ２３に切込形成された固着ボアの位置から距離をおいた状態にある。分離手段の製造において、狭い間隙が縁部２２と各偏向ミラー１５、１６の表面との間に維持されるように、製造公差が決定される。これにより、分離手段２１が偏向ミラー装置１に取付けられる際の過度に強い接触圧力によって偏向ミラー１５、１６が歪曲してしまうことが防止される。

分離手段２１と偏向ミラー１５、１６との間の間隙を、偏向ミラー１５、１６の全幅に亘って機械的且つ光学的に閉鎖する弾性変形可能なシール要素が、縁部２２に沿って設けられる。このシール要素は、リップシール２５の形状にある。リップシール２５は、分離壁１７に固着される固着部２６と、固着部２６から突出するとともに角度が付けられ得る（屈曲し得る）カバーリップ２７とを有する断面を有している。本例において、カバーリップ２７は細く設計されている。すなわち、角度が付けられ得る端部に至るまで、長さに対して小さい幅を有しており、これにより、偏向ミラー１５、１６の平面において相対移動があった場合に、弾性的に角度が付けられ得る。カバーリップ２７は、好適にはエラストマーから構成される。本例において、カバーリップ２７は、剛性の固着部２６に保持され得る。更なる例示的実施形態において、リップシール２５の体が、固着部２６及びカバーリップ２７とともに、弾性変形可能な材料から一体的に製造される。有利な例示的実施形態において、リップシール２５は、分離壁１７に、又は、分離壁１７に形成された直線状縁部２２に、縁部２２の全長に亘って射出成形されている。別の選択肢として、リップシール２５は、分離壁１７に接着剤により接合されている。

図２の例示的実施形態において、リップシール２５は、分離壁１７に噛合態様において連結されている。

図示の例示的実施形態において、偏向ミラー１５、１６は、連続的なミラー部品であり、それらの表面は受信ミラー領域１９と送信ミラー領域１８とに分離手段２１によって区画されている。図示しない更なる実施形態において、偏向ミラー１５、１６は、２つの別箇のミラー部品から構成され、これらがミラー支持体１４に上下に固着されるとともに分離手段２１によって分離される。換言すれば、分離手段２１は、偏向ミラー１５、１６の２つのミラー表面同士の間の間隙を覆っている。

Claims (2)

1. 回転軸（１３）を中心として回転駆動可能なミラー支持体（１４）であって、少なくとも１つの偏向ミラー（１５、１６）を支持するミラー支持体（１４）を備えるとともに、 前記ミラー支持体（１４）に保持される分離手段（２１）を備えた、レーザースキャナ（２）用の偏向ミラー装置（１）であって、
   前記分離手段（２１）は、実質的に剛性の分離壁（１７）を備え、
   前記分離壁（１７）は、前記回転軸（１３）に対して垂直であり、直線状縁部（２２）を介して前記偏向ミラー（１５、１６）に係合し、且つ受信ミラー領域（１９）を送信ミラー領域（１８）から分離し、
   前記分離手段（２１）は前記ミラー支持体（１４）に固着されている、
   偏向ミラー装置において、
   前記分離手段（２１）は、前記直線状縁部（２２）に沿って前記分離壁（１７）に配置された弾性変形可能なシール要素（２５）を介して、前記偏向ミラー（１５、１６）に当接している、
   ことを特徴とする偏向ミラー装置。
2. 前記偏向ミラー装置（１）は、２つの偏向ミラー（１５、１６）を備え、
   前記偏向ミラー（１５、１６）は、前記回転軸（１３）から径方向距離をおいて、前記ミラー支持体（１４）の対向する側に配置されている、
   請求項１に記載の偏向ミラー装置。

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