JP6663156B2 - 物体検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、光を投受光して対象物を検出する物体検出装置に関し、特に光学系の故障の自己診断に関する。

車載用のレーザレーダのような物体検出装置は、発光部からの光を所定範囲に投光し、その反射光を受光部で受光した結果に基づいて対象物の有無を検出する（たとえば、特許文献１、２、および５〜７）。また、発光部が光を発してから対象物での反射光を受光部で受光するまでの時間に基づいて、対象物までの距離を検出する物体検出装置もある（たとえば、特許文献３、４）。

発光部としてはレーザダイオードなどの発光素子が用いられ、受光部としてはフォトダイオードなどの受光素子が用いられる。特許文献１、２、６、および７では、広範囲に光を投受光したり、物体検出装置を小型化したりするために、回転走査部を設けている。

そのため、発光部から投射された光は、投光レンズや鏡などの投光系の光学部品を経た後、回転走査部に備わる回転可能な鏡で反射して、対象物に照射される。この際、回転走査部の鏡が回転することにより、発光部からの光が鏡で偏向されて、対象物を検出する所定範囲に走査される。そして、対象物で反射された光は、回転走査部の鏡で反射して、鏡や受光レンズなどの受光系の光学部品を経た後、受光部で受光される。この際も、回転走査部の鏡が回転することにより、所定範囲にある対象物で反射した光が鏡で偏向されて、受光系の光学部品と受光部へ導かれる。

なお、特許文献１では、対象物で反射した光が、回転走査部を経ずに、受光部で受光される。回転走査部の鏡として、特許文献１ではポリゴンミラーが用いられ、特許文献２では凹面鏡が用いられている。また、特許文献６では四角柱状の多面鏡が用いられ、特許文献５では板状の鏡が用いられている。

光学系が故障していると、対象物の有無や対象物までの距離を正確に検出することができない。そこで、物体検出装置において、光学系の故障を自己診断する機能が提案されている。

たとえば、特許文献１、４、および５では、物体検出装置の内部に設けた導光部により、発光部からの光を受光部に導いている。詳しくは、特許文献１では、発光部が発光して回転走査部の鏡で反射した光の一部を、ケースの内側に設けた自己診断用光路を通して透明な窓板で反射させ、受光部に導いている。特許文献４では、発光部が発光した光の一部を、自己診断用の受光部に導いている。特許文献５では、発光部が発光して走査角度範囲外へ進む光を、装置の前部に設置された透光性窓板の内面で反射させて、対象物検出用の受光部または自己診断用の受光部に導いている。そして、特許文献１、４、および５では、自己診断時に、受光部から出力される電気信号に基づいて、故障検出部が発光部や受光部の故障の有無を検出している。

なお、特許文献２および３では、対象物までの距離の検出精度を向上させるために、物体検出装置の内部に設けた導光部により、発光部からの光を受光部に導いている。詳しくは、特許文献２では、発光部から回転走査部の鏡を経由して対象物側に進む光の光軸上に、光ファイバの光導入部を配置し、該光を光導入部から取り込んで、光ファイバにより受光部へ導いている。また、特許文献３では、発光部が発光した光の走査範囲の端部に基準反射板を配置し、該光を基準反射板で反射させて、受光部へ導いている。そして、特許文献２および３では、補正時などに、受光部から出力される電気信号に基づいて補正値を算出し、検出した対象物までの距離を補正値により補正している。

特許文献１および２では、回転走査部の上方に発光部が配置され、前方（対象物側）に導光部が配置されている。また、回転走査部の鏡の回転軸と平行な平面内に、発光部と導光部とが属している。

特開２００２−３１６８５号公報 特開２０１０−２０４０１５号公報 特開２０１２−９３２５６号公報 特開平９−３１８７３６号公報 特開平１０−３１０６４号公報 特開２０１４−１４５７４４号公報 国際公開ＷＯ２０１６／０１２５７９号公報

回転走査部を備えた物体検出装置において、回転走査部の鏡の前方（対象物側）に導光部を配置すると、対象物を検出するために回転走査部が走査した光が導光部によって遮られ、該光の走査範囲を狭めてしまうおそれがある。

本発明は、回転走査部を備えた物体検出装置において、対象物検出用の光の走査範囲が狭まるのを抑制しつつ、光学系の故障の有無を自己診断することを課題とする。

本発明による物体検出装置は、発光素子を有する発光部と、受光素子を有する受光部と、鏡を有し、この鏡を回転させることにより、発光部からの光を鏡で反射して所定範囲に走査し、該所定範囲にある対象物で反射した光を鏡で反射して受光部へ導く回転走査部と、受光部から出力される受光信号に基づいて、対象物の有無を検出する物体検出部と、発光部からの光を受光部に導く導光部と、発光部の発光状態と導光部により導かれた光の受光部による受光状態とに基づいて、故障の有無を検出する故障検出部とを備える。そして、導光部は、鏡の回転軸の軸方向から見て、該導光部と鏡の回転中心とを結ぶ直線と、発光部と鏡の回転中心とを結ぶ直線とのなす角度が、鈍角または１８０°になる位置に配置されている。また、鏡は板状に形成されていて、発光部から鏡に入射する光の入射領域の径より、鏡の厚みの方が小さい。

上記によると、回転走査部の鏡の回転軸の軸方向から見て、導光部と鏡の回転中心とを結ぶ直線と、発光部と鏡の回転中心とを結ぶ直線とのなす角度が鈍角である場合には、たとえば、発光部からの光が鏡で反射して、導光部に入射し、該光が導光部から出射した後、鏡で反射して、受光部に導かれる。また、前記角度が１８０°である場合には、たとえば、発光部からの光が鏡で反射せずに、鏡に沿って進んだ後、導光部に入射し、該光が導光部から出射した後、鏡で反射せずに、鏡に沿って進んだ後、受光部に導かれる。つまり、発光部からの光が、回転走査部の鏡を経由し、または経由せずに、導光部で受光され、該光が導光部により、回転走査部の鏡を経由し、または経由せずに、受光部に導かれる。このため、そのときの発光部の発光状態と受光部による受光状態とに基づいて、故障検出部により発光部、受光部、回転走査部などの光学系の故障の有無を検出することができる。

また、鏡の回転中心と、発光部および導光部とを結ぶそれぞれの直線のなす角度が、１８０°以下の範囲で９０°より大きくなるに連れて、対象物検出用に回転走査部が走査する光の走査中心から、導光部が離れて行くので、対象物側に走査された光を導光部により遮り難くすることができる。よって、回転走査部を備えた物体検出装置において、対象物検出用の光の走査範囲が狭まるのを抑制しつつ、光学系の故障の有無を自己診断することが可能となる。

また、本発明において、導光部は、回転走査部からの光が導入される導入面を有し、前記軸方向から見て、導入面と鏡の回転中心とを結ぶ直線と、発光部と鏡の回転中心とを結ぶ直線とのなす角度が、鈍角または１８０°であってもよい。

本発明において、導光部は、回転走査部へ光を導出する導出面を有し、前記軸方向から見て、導出面と鏡の回転中心とを結ぶ直線と、発光部と鏡の回転中心とを結ぶ直線とのなす角度が、鈍角または１８０°であってもよい。

また、本発明において、導光部は、前記角度が鈍角の場合は、鏡で反射した発光部からの光を受光部に導き、前記角度が１８０°の場合は、鏡で反射せずに該鏡に沿って進む発光部からの光を受光部に導いてもよい。

また、本発明において、導光部は、回転走査部により光を走査する範囲外に配置されていてもよい。

さらに、本発明において、導光部は、鏡に対して対象物と反対側に配置されていてもよい。

本発明によれば、回転走査部を備えた物体検出装置において、対象物検出用の光の走査範囲が狭まるのを抑制しつつ、光学系の故障の有無を自己診断することが可能となる。

本発明の実施形態による物体検出装置の電気的構成図である。 図１の物体検出装置の外観の斜視図である。 第１実施形態による物体検出装置の内部構造の斜視図である。 図３の内部構造を別の方向から見た斜視図である。 図３の内部構造の上面図である。 図１の物体検出装置の対象物検出時の走査範囲と故障診断時の投受光状態を示した上面図である。 本発明の第２実施形態による物体検出装置の対象物検出時の走査範囲と故障診断時の投受光状態を示した上面図である。 本発明の第３実施形態による物体検出装置の対象物検出時の走査範囲と故障診断時の投受光状態を示した上面図である。 本発明の第４実施形態による物体検出装置の対象物検出時の走査範囲と故障診断時の投受光状態を示した上面図である。 本発明の第５実施形態による物体検出装置の対象物検出時の走査範囲と故障診断時の投受光状態を示した上面図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

まず、実施形態の物体検出装置１００の電気的構成を、図１を参照しながら説明する。

図１は、物体検出装置１００の電気的構成図である。物体検出装置１００は、車載用のレーザレーダである。制御部１は、ＣＰＵなどから成り、物体検出装置１００の各部の動作を制御する。制御部１には、物体検出部１ａと故障検出部１ｂとが備わっている。

ＬＤ（レーザダイオード）モジュール２はパッケージ化されている。ＬＤモジュール２には、光源であるＬＤ（レーザダイオード）が複数含まれている。（図１では、便宜上、ＬＤのブロックを１つだけ示している。）各ＬＤは、高出力光パルスを発する発光素子である。ＬＤモジュール２は、本発明の「発光部」の一例である。

制御部１は、ＬＤモジュール２の各ＬＤの動作を制御する。詳しくは、たとえば制御部１は、各ＬＤを発光させて、人や物体などの対象物に光を投射する。充電回路３は、ＬＤモジュール２と接続されている。制御部１は、各ＬＤの発光を停止させて、充電回路３により各ＬＤを充電する。

モータ４ｃは、後述する回転走査部４（図３など）の駆動源である。モータ駆動回路５は、モータ４ｃを駆動させる。エンコーダ６は、モータ４ｃの回転状態（角度や回転数など）を検出する。制御部１は、モータ駆動回路５によりモータ４ｃを回転させて、回転走査部４の動作を制御する。また、制御部１は、エンコーダ６の出力に基づいて、回転走査部４の動作状態（動作量や動作位置など）を検出する。

ＰＤ（フォトダイオード）モジュール７はパッケージ化されている。ＰＤモジュール７には、受光素子であるＰＤ、ＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）、ＭＵＸ（マルチプレクサ）、およびＶＧＡ（可変ゲインアンプ）が含まれている（詳細回路は図示省略）。ＰＤモジュール７は、本発明の「受光部」の一例である。

ＰＤは、ＰＤモジュール７に複数設けられている。（図１では、便宜上、ＰＤのブロックを１つだけ示している。）ＭＵＸは、ＴＩＡの出力信号をＶＧＡに入力させる。昇圧回路９は、フォトダイオードの動作に必要な昇圧された電圧を、ＰＤモジュール７の各ＰＤに供給する。ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）８は、ＰＤモジュール７から出力されるアナログ信号を、デジタル信号に変換する。

制御部１は、ＰＤモジュール７の各部の動作を制御する。詳しくは、たとえば制御部１は、ＬＤモジュール２のＬＤを発光させることにより、対象物で反射された光をＰＤモジュール７のＰＤにより受光する。そして、制御部１は、その受光状態に応じてＰＤから出力される受光信号を、ＰＤモジュール７のＴＩＡおよびＶＧＡにより信号処理する。さらに、制御部１は、ＰＤモジュール７から出力されるアナログの受光信号を、ＡＤＣ８によりデジタルの受光信号に変換する。この変換後のデジタルの受光信号に基づいて、制御部１の物体検出部１ａが対象物の有無を検出する。また、物体検出部１ａは、ＬＤが光を発してから対象物での反射光をＰＤで受光するまでの時間を算出し、該時間に基づいて対象物までの距離を検出する。

記憶部１０は、揮発性や不揮発性のメモリから成る。記憶部１０には、制御部１が物体検出装置１００の各部を制御するための情報や、対象物を検出するための情報などが記憶されている。インタフェイス１１は、車両に搭載されたＥＣＵ（電子制御装置）と通信するための通信回路から成る。制御部１は、ＥＣＵに対して、インタフェイス１１により対象物に関する情報を送受信したり、各種制御情報を送受信したりする。

次に、物体検出装置１００の構造および機能について、図２〜図６を参照しながら説明する。

図２は、物体検出装置１００の外観の斜視図である。なお、図２の外観図と図１の構成図とは、以降の各実施形態において共通である。

図３〜図６は、第１実施形態による物体検出装置１００の内部構造を示した図である。詳しくは、図３および図４は、物体検出装置１００の内部構造の斜視図である。図３では、物体検出装置１００の内部構造を対象物側から見た状態を示し、図４では、物体検出装置１００の内部構造を対象物と反対側から見た状態を示している。図５は、物体検出装置１００の内部構造の上面図である。図６は、物体検出装置１００の対象物検出時の走査範囲と故障診断時の投受光状態を示した上面図である。

図２に示すように、物体検出装置１００のケース１２は、正面視が矩形状の箱体である。ケース１２の開口部１２ａは、透光カバー１３で覆われている。透光カバー１３は、所定の厚みのドーム状に形成されている。

ケース１２と透光カバー１３で囲まれた内部空間には、図３〜図５に示すような光学系と、図１に示した電気系などが収納されている。図２の透光カバー１３は、ケース１２の内外に対して光を透過させる。

物体検出装置１００は、たとえば、透光カバー１３が車両の前方、後方、または左右側方を向くように、車両の前部、後部、または左右側部に設置される。その際、図２に示すように、ケース１２の短辺方向が上下方向Ｚとなるように、物体検出装置１００は車両に設置される。

対象物を検出するための物体検出装置１００の光学系は、図３などに示すように、ＬＤモジュール２のＬＤ、投光レンズ１４、回転走査部４、受光レンズ１６、反射鏡１７、およびＰＤモジュール７のＰＤから成る。

そのうち、ＬＤモジュール２のＬＤ、投光レンズ１４、および回転走査部４は、投光光学系である。また、回転走査部４、受光レンズ１６、反射鏡１７、およびＰＤモジュール７のＰＤは、受光光学系である。

ＬＤモジュール２は、厚みの薄い直方体状に形成されている。ＬＤモジュール２は、図３などに示すように、第１基板２１の一方の実装面２１ａの端部に実装されている。そして、ＬＤモジュール２は、物体検出装置１００の中央部に配置されている。第１基板２１は、実装面２１ａが対象物側を向くように、ケース１２内に固定されている。

ＬＤモジュール２に含まれる各ＬＤは、物体検出装置１００の中央側でかつ第１基板２１の実装面２１ａに対して平行な方向Ｘを向いている。このため、各ＬＤは、実装面２１ａに対して主に平行な方向Ｘに光を投射する。ＬＤモジュール２の各ＬＤから発せられた光は、基板２１により遮られることはない。

ＬＤモジュール２の発光方向Ｘ側には、投光レンズ１４が配置されている。投光レンズ１４は、ＬＤモジュール２の各ＬＤから発せられた光の拡がりを調整する。投光レンズ１４は、ケース１２内に固定されている。

ＰＤモジュール７は、四角棒状に形成されている。ＰＤモジュール７は、長辺が上下方向Ｚと平行になるように、第２基板２２の一方の実装面２２ａに実装されている。第２基板２２は、実装面２２ａが対象物側を向くように、ケース１２内に固定されている。また、第２基板２２は、第１基板２１に対して、対象物と反対側に配置されている。なお、図４では、第２基板２２の図示を省略している。

ＰＤモジュール７に含まれる各ＰＤは、対象物側でかつ第２基板２２の実装面２２ａ（図３など）に対して垂直な方向Ｙを向いている。このため、各ＰＤは、実装面２２ａに対して主に垂直な方向（図３などで反Ｙ方向）に向かって来る光を受光する。

第２基板２２は、第１基板２１より大きく形成されている。第１基板２１には、ＬＤモジュール２の他に、図１に示した充電回路３の一部が実装されている。第２基板２２には、ＰＤモジュール７の他に、図１に示したＡＤＣ８、昇圧回路９、充電回路３の他部、モータ駆動回路５、制御部１、記憶部１０、およびインタフェイス１１などが実装されている。第１基板２１と第２基板２２とは、図示しないコネクタやＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）により電気的に接続されている。

第２基板２２より対象物側には、投光レンズ１４、回転走査部４、受光レンズ１６、および反射鏡１７が配置されている。

回転走査部４は、回転鏡または光偏向器とも呼ばれていて、鏡４ａとモータ４ｃなどから成る。鏡４ａは、板状に形成された両面鏡から成る。すなわち、鏡４ａの最も面積の広い両板面４ｂが反射面となっている。図５に示すように、鏡４ａの厚み（板厚）ｔは、ＬＤモジュール２のＬＤから投光レンズ１４を経て鏡４ａに入射する光の入射領域のＹ方向の径ｄより小さくなっている。また、図示していないが、ＬＤモジュール２のＬＤから投光レンズ１４を経て鏡４ａに入射する光の入射領域の他の方向の径よりも、鏡４ａの厚みｔは小さくなっている。

モータ４ｃは第３基板２３上に実装されている。第３基板２３は、モータ４ｃの回転軸Ｊ（図５）がＺ方向と平行になるように、ケース１２内に固定されている。

第３基板２３の板面は、第１基板２１および第２基板２２の各板面に対して垂直になっている。第３基板２３と第２基板２２は、図示しないコネクタやＦＰＣにより電気的に接続されている。

モータ４ｃの回転軸Ｊの一端部（図３および図４で上側の端部）には、鏡４ａが連結されている。モータ４ｃの回転軸Ｊに連動して、鏡４ａは回転する。

図３および図４に示すように、受光レンズ１６と反射鏡１７は、第１基板２１の上方に配置されている。受光レンズ１６は、集光レンズから成る。受光レンズ１６は、光の入射面（凸面）が回転走査部４と対向するように、ケース１２内に固定されている。

反射鏡１７は、受光レンズ１６の回転走査部４と反対側に配置されている。反射鏡１７は、受光レンズ１６とＰＤモジュール７の各ＰＤの受光部分とに対して所定の角度で傾斜するように、ケース１２内に固定されている。

図３に１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤモジュール２のＬＤから発せられた光は、投光レンズ１４により拡がりを調整された後、回転走査部４の鏡４ａのいずれかの反射面４ｂの下半分の部分に当たる。この際、モータ４ｃが回転して、鏡４ａの角度（向き）が変化し、いずれかの反射面４ｂが対象物側に面する。これにより、ＬＤからの光が投光レンズ１４を透過した後、反射面４ｂの下半分の部分で反射して、透光カバー１３（図２）を透過し、外方にある所定範囲に走査される。つまり、回転走査部４は、ＬＤモジュール２のＬＤからの光を第１基板２１の対象物側に偏向する。

図６のハッチングで示す範囲Ａは、対象物検出用に物体検出装置１００が投射する光の走査範囲（上面視）である。（図６では、対象物検出用の光の走査範囲Ａのうち、物体検出装置１００の近傍部分を示している）。また、その光の走査範囲Ａのうち、ケース１２と透光カバー１３の外方にある部分が、物体検出装置１００による対象物の検出範囲である。

なお、図６では、ＬＤモジュール２、投光レンズ１４、回転走査部４の鏡４ａ、受光レンズ１６、反射鏡１７、ＰＤモジュール７、および後述するライトガイド１５以外の物体検出装置１００の各部の図示を省略している。後述する図７〜図１０の実施形態でも同様である。

上記のように、透光カバー１３を透過した投射光は、人や物体などの対象物で反射される。その反射光は、透光カバー１３を透過した後、図３に２点鎖線の矢印で示すように、回転走査部４の鏡４ａのいずれかの反射面４ｂの上半分の部分に当たる。この際、モータ４ｃが回転して、鏡４ａの反射面４ｂの角度（向き）が変化し、いずれかの反射面４ｂが対象物側に面する。これにより、対象物で反射した光が、透光カバー１３を透過した後、反射面４ｂの上半分の部分で反射して、受光レンズ１６に入射する。つまり、回転走査部４は、対象物からの反射光を受光レンズ１６側へ偏向する。

回転走査部４を経由して受光レンズ１６に入射した反射光は、受光レンズ１６で集光された後、反射鏡１７で反射して、ＰＤモジュール７のＰＤにより受光される。つまり、反射鏡１７は、回転走査部４で偏向された反射光をＰＤモジュール７側へ反射する。また、回転走査部４は、対象物からの反射光を鏡４ａで反射して、受光レンズ１６と反射鏡１７を介してＰＤモジュール７のＰＤへ導く。

上記の反射光の受光状態に応じてＰＤから出力される受光信号は、ＰＤモジュール７やＡＤＣ８で信号処理される。そして、この処理後の受光信号に基づいて、制御部１の物体検出部１ａが、対象物の有無を検出したり、対象物までの距離を算出したりする。

物体検出装置１００のケース１２内には、図３〜図６に示すように、ライトガイド１５も設けられている。ライトガイド１５は、導光性を有する材料で形成されている。ライトガイド１５は、光学系の故障を診断するための光を導く部材である。ライトガイド１５は、ＬＤモジュール２のＬＤが発した光を、ＰＤモジュール７のＰＤへ導く。ライトガイド１５は、本発明の「導光部」の一例である。

ライトガイド１５には、図３および図４に示すように、光を導入する導入面１５ａと、光を導出する導出面１５ｂとが設けられている。導入面１５ａと導出面１５ｂとが回転走査部４の鏡４ａ側でかつ基板２１、２２と平行な方向（図３および図４で反Ｘ方向）を向くように、ライトガイド１５はケース１２内に固定されている。導入面１５ａと導出面１５ｂとは上下方向Ｚに並んでいる。導出面１５ｂは、導入面１５ａより上方に配置されている。

図３〜図６に示すように、ライトガイド１５は、回転走査部４の鏡４ａに対して、ＬＤモジュール２、ＰＤモジュール７、レンズ１４、１６、および反射鏡１７と反対側に配置されている。また、ライトガイド１５は、鏡４ａに対して対象物と反対側に配置されている。

また、ライトガイド１５は、図６に示すように、対象物検出用の光の走査範囲Ａ外に配置されている。さらに、ライトガイド１５は、鏡４ａの回転軸Ｊの軸方向から見て（図６では上面視）、ライトガイド１５の導入面１５ａおよび導出面１５ｂと鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線と、ＬＤモジュール２と鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線とのなす角度θが、鈍角になる位置に配置されている。

図６において、１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤモジュール２のＬＤから鏡４ａに入射する光の光路と、鏡４ａで反射してライトガイド１５の導入面１５ａへ向う光の光路とのなす角度は、鈍角になっている。また、２点鎖線の矢印で示すように、ライトガイド１５の導出面１５ｂから導出された光の光路と、鏡４ａで反射してＰＤモジュール７へ向う光の光路（鏡４ａから反射鏡１７までの光路）とのなす角度も、鈍角になっている。なお、図６では便宜上、２点鎖線を１点鎖線から離して描いてある。

図４に１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤモジュール２のＬＤから発せられた光は、投光レンズ１４により拡がりを調整された後、回転走査部４の鏡４ａのいずれかの反射面４ｂの下半分の部分に当たる。この際、モータ４ｃが回転して、鏡４ａの角度が変化し、いずれかの反射面４ｂが対象物と反対側に面する。これにより、ＬＤからの光が投光レンズ１４を透過した後、反射面４ｂの下半分の部分で反射して、ライトガイド１５の導入面１５ａに入射する。つまり、ライトガイド１５は、対象物と反対側の反射面４ｂから光を受光する。さらに別の言い方をすると、ライトガイド１５は、ＬＤからの光が鏡４ａで反射した光のうち、対象物の検出範囲（図６の走査範囲Ａ）外に進む光を受光する。

そして、導入面１５ａに導入された光は、ライトガイド１５の内部を進んで、図４に２点鎖線の矢印で示すように、ライトガイド１５の導出面１５ｂから導出され、回転走査部４の鏡４ａのいずれかの反射面４ｂの上半分の部分に当たる。この際、モータ４ｃが回転して、鏡４ａの角度が変化し、いずれかの反射面４ｂが対象物と反対側に面する。これにより、ライトガイド１５から出射した光が、反射面４ｂの上半分の部分で反射して、受光レンズ１６に入射する。つまり、ライトガイド１５は、対象物と反対側に面している鏡４ａの反射面４ｂに対して光を投光する。

ライトガイド１５から回転走査部４を経由して受光レンズ１６に入射した光は、受光レンズ１６で集光された後、反射鏡１７で反射して、ＰＤモジュール７のＰＤにより受光される。上記のように、ライトガイド１５は、ＬＤが発光して鏡４ａで反射した光を受光し、該光を鏡４ａで反射させてＰＤに導く。

図６にも、上述したＬＤモジュール２から回転走査部４の鏡４ａを経由してライトガイド１５に到る光の投光路を１点鎖線で示している。また、上述したライトガイド１５から回転走査部４の鏡４ａを経由してＰＤモジュール７に到る光の受光路を２点鎖線で示している。

上述したライトガイド１５により導かれた光の受光状態に応じてＰＤから出力される受光信号は、図１のＰＤモジュール７やＡＤＣ８で信号処理される。そして、この処理後の受光信号と、ＬＤの発光状態とに基づいて、制御部１の故障検出部１ｂが、ＬＤモジュール２、ＰＤモジュール７、回転走査部４などの光学系の故障の有無を検出する。ＬＤが発光しているにもかかわらず、受光信号が正常に出力されない場合、故障検出部１ｂは、光学系が故障していると判定する。

上記第１実施形態によると、回転走査部４の鏡４ａの回転軸Ｊの軸方向から見て、ライトガイド１５の導入面１５ａおよび導出面１５ｂと鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線と、ＬＤモジュール２と鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線とのなす角度θが、鈍角になっている。このため、ＬＤモジュール２からの光が鏡４で反射して、ライトガイド１５の導入面１５ａに入射する（図４および図６の１点鎖線の矢印）。そして、ライトガイド１５内を進行した光が、ライトガイド１５の導出面１５ｂから導出された後、鏡４ａで反射して、ＰＤモジュール７に導かれる（図４および図６の２点鎖線の矢印）。つまり、ＬＤモジュール２からの光が、回転走査部４の鏡４ａを経由して、ライトガイド１５へ導入され、該光がライトガイド１５により、鏡４ａを経由して、ＰＤモジュール７に導かれる。そして、そのときのＬＤモジュール２の発光状態とＰＤモジュール７による受光状態とに基づいて、故障検出部１ｂにより光学系の故障の有無を検出することができる。

また、鏡４ａの回転中心Ｓと、ＬＤモジュール２およびライトガイド１５とを結ぶそれぞれの直線のなす角度θが、１８０°以下の範囲で９０°より大きくなるに連れて、対象物検出用に回転走査部４が走査する光の走査中心Ａｃ（図６）から、ライトガイド１５が側方へ離れて行くので、対象物側に走査された光をライトガイド１５により遮り難くすることができる。

よって、回転走査部４を備えた物体検出装置１００において、対象物検出用の光の走査範囲Ａが狭まるのを抑制しつつ、光学系の故障の有無を自己診断することが可能となる。

また、上記第１実施形態では、図３や図４に示すように、ＬＤモジュール２とライトガイド１５とが、鏡４ａの高さの範囲内に配置されているので、Ｚ方向（ケース１２の高さ方向）に物体検出装置１００を小型化することができる。さらに、ＬＤモジュール２とライトガイド１５とが、鏡４ａに対してＹ方向に接近しているので、当該Ｙ方向（ケース１２の奥行方向）にも物体検出装置１００を小型化することができる。

また、上記第１実施形態では、鏡４ａが板状に形成されていて、ＬＤモジュール２から鏡４ａに入射する光の入射領域の径ｄ（図５）より、鏡４ａの厚みｔの方が小さくなっている。このため、ＬＤモジュール２からの光が、鏡４ａの反射面４ｂ以外の部分（図５で鏡４ａの短辺を含む両側面）で遮られ難くなるので、該光を効率良く対象物側やライトガイド１５側へ偏向することができる。また、ライトガイド１５から出射した光も、鏡４ａの反射面４ｂ以外の部分で遮られ難くなるので、該光を効率良く受光レンズ１６側へ偏向して、ＰＤモジュール７へ導くことができる。

また、上記第１実施形態では、ＬＤモジュール２から鏡４ａに入射する光の光路と、鏡４ａで反射した光の光路とのなす角度、および、ライトガイド１５の導出面１５ｂから導出された光の光路と、鏡４ａで反射した光の光路とのなす角度が、それぞれ鈍角になっている。このため、ＬＤモジュール２からの光を、回転走査部４の鏡４ａを経由して、ライトガイド１５の導入面１５ａに導入することができる。また、ライトガイド１５の導出面１５ｂから導出された光を、鏡４ａを経由して、ＰＤモジュール７で受光させることができる。

また、上記第１実施形態では、対象物検出用の光の走査範囲Ａ外に、ライトガイド１５が配置されている。このため、ＬＤモジュール２が発光して、対象物検出用に回転走査部４が走査した光がライトガイド１５で遮られなくなるので、走査範囲Ａが狭くなるのを防ぐことができる。

さらに、上記第１実施形態では、回転走査部４の鏡４ａに対して対象物と反対側に、ライトガイド１５が配置されている。このため、故障検出用の光の光路が鏡４ａに対して対象物と反対側に形成されるので、対象物検出用に回転走査部４が走査した光が、ライトガイド１５により遮られるおそれが皆無となり、対象物検出用の光の走査範囲Ａが狭まるのを確実に防ぐことができる。また、鏡４ａの対象物側の空きスペースを広くして、対象物検出用の光の走査範囲Ａを広げるなど、該空きスペースを有効活用することもできる。

図７は、第２実施形態による物体検出装置１００の対象物検出時の走査範囲と故障診断時の投受光状態を示した上面図である。

第２実施形態では、ライトガイド１５は、回転走査部４の鏡４ａの回転軸Ｊの軸方向から見て（図７では上面視）、ライトガイド１５の導入面１５ａおよび導出面１５ｂと鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線と、ＬＤモジュール２と鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線とのなす角度が１８０°になる位置に配置されている。また、ライトガイド１５は、回転走査部４の鏡４ａに対して、ＬＤモジュール２などと反対側で、かつ対象物検出用の光の走査範囲Ａ外に配置されている。

ライトガイド１５の導入面１５ａと導出面１５ｂとは、上下方向Ｚに並んでいる。導出面１５ｂは、導入面１５ａより上方に配置されている。なお、図７は故障診断時の状態を示しており、物体検出時には、走査のために鏡４ａが回転して、ＬＤモジュール２とライトガイド１５との間の光路が、鏡４ａによって遮られる。

上記第２実施形態のようにライトガイド１５を配置すると、図７に示すように、板状の鏡４ａの反射面４ｂがＬＤモジュール２からの光の光軸とほぼ平行になったとき（故障診断時）に、１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤモジュール２からの光が鏡４ａで反射せずに、鏡４ａに沿って進んだ後、ライトガイド１５の導入面１５ａに入射する。そして、ライトガイド１５内を進行した光は、図７に２点鎖線の矢印で示すように、導出面１５ｂから導出された後、鏡４ａで反射せずに、鏡４ａに沿って進んだ後、受光レンズ１６と反射鏡１７を経由して、ＰＤモジュール７に導かれる。つまり、ＬＤモジュール２からの光が、回転走査部４の鏡４ａを経由せずに、ライトガイド１５に導入され、該光がライトガイド１５により、鏡４ａを経由せずに、ＰＤモジュール７に導かれる。そして、そのときのＬＤモジュール２の発光状態とＰＤモジュール７による受光状態とに基づいて、故障検出部１ｂにより光学系の故障の有無を検出することができる。

また、対象物検出用の光の走査範囲Ａからライトガイド１５が離れているので、物体検出時に、対象物側に走査された光がライトガイド１５により遮られることがなく、走査範囲Ａが狭くなるのを防ぐことができる。よって、回転走査部４を備えた物体検出装置１００において、対象物検出用の光の走査範囲Ａが狭まるのを抑制しつつ、光学系の故障の有無を自己診断することが可能となる。

本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、ライトガイド１５の導入面１５ａと導出面１５ｂとを上下方向Ｚに並べた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、図８に示す第３実施形態や、図９に示す第４実施形態のように、ライトガイド１５の導入面１５ａと導出面１５ｂの位置を、奥行き方向Ｙに対してずらしてもよい。

図８の第３実施形態では、ライトガイド１５の導入面１５ａは、対象物側から見て、導出面１５ｂより手前側でかつ鏡４ａと反対側に配置されている。導出面１５ｂは、導入面１５ａより奥側でかつ上方に配置されている。ライトガイド１５は、鏡４ａに対して、ＬＤモジュール２などと反対側でかつ対象物と反対側に配置されている。また、ライトガイド１５は、対象物検出用の光の走査範囲Ａ外に配置されている。さらに、ライトガイド１５は、鏡４ａの回転軸Ｊの軸方向から見て（図８では上面視）、ライトガイド１５と鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線と、ＬＤモジュール２と鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線とのなす角度が、鈍角になる位置に配置されている。詳しくは、ライトガイド１５の導入面１５ａと鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線と、ＬＤモジュール２のＬＤと鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線とのなす角度θ１は、鈍角になっている。また、ライトガイド１５の導出面１５ｂと鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線と、ＬＤモジュール２のＬＤと鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線とのなす角度θ２も、鈍角になっている。

図８において、１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤモジュール２のＬＤから鏡４ａに入射する光の光路と、鏡４ａで反射してライトガイド１５の導入面１５ａへ向う光の光路とのなす角度は、鈍角になっている。また、２点鎖線の矢印で示すように、ライトガイド１５の導出面１５ｂから導出された光の光路と、鏡４ａで反射してＰＤモジュール７へ向う光の光路（鏡４ａから反射鏡１７までの光路）とのなす角度も、鈍角になっている。

上記第３実施形態のようにライトガイド１５を配置すると、図８に１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤモジュール２からの光が鏡４ａで反射して、ライトガイド１５の導入面１５ａに入射する。そして、ライトガイド１５内を進行した光は、図８に２点鎖線の矢印で示すように、導出面１５ｂから導出された後、鏡４ａで反射して、受光レンズ１６と反射鏡１７を経由して、ＰＤモジュール７に導かれる。つまり、ＬＤモジュール２からの光が、回転走査部４の鏡４ａを経由して、ライトガイド１５へ導入され、該光がライトガイド１５により、鏡４ａを経由して、ＰＤモジュール７に導かれる。

図９の第４実施形態では、ライトガイド１５の導出面１５ｂは、導入面１５ａより奥側の上方で、かつ鏡４ａに対して対象物と反対側に配置されている。ライトガイド１５は、鏡４ａに対して、ＬＤモジュール２などと反対側に配置されている。また、ライトガイド１５は、対象物検出用の光の走査範囲Ａ外に配置されている。

鏡４ａの回転軸Ｊの軸方向から見て（図９では上面視）、ライトガイド１５の導入面１５ａと鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線と、ＬＤモジュール２と鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線とのなす角度は、１８０°になっている。ライトガイド１５の導出面１５ｂと鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線と、ＬＤモジュール２と鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線とのなす角度θは、鈍角になっている。ＬＤモジュール２から発せられ、ライトガイド１５の導入面１５ａへ向う光の光路（１点鎖線）と、鏡４ａの反射面４ｂとは、ほぼ平行になっている。導出面１５ｂから導出され、受光レンズ１６へ向う光の光路（２点鎖線）と、鏡４ａの反射面４ｂも、ほぼ平行になっている。

上記第４実施形態のようにライトガイド１５を配置すると、図９に１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤモジュール２からの光が鏡４ａで反射せずに、鏡４ａに沿って進んで、ライトガイド１５の導入面１５ａに入射する。そして、ライトガイド１５内を進行した光は、図９に２点鎖線の矢印で示すように、導出面１５ｂから導出された後、鏡４ａで反射せずに、受光レンズ１６と反射鏡１７を経由して、ＰＤモジュール７に導かれる。つまり、ＬＤモジュール２からの光が、回転走査部４の鏡４ａを経由せずに、ライトガイド１５に導入され、該光がライトガイド１５により、鏡４ａを経由せずに、ＰＤモジュール７に導かれる。

さらに、他の例として、ライトガイド１５の導入面１５ａを、導出面１５ｂに対して、対象物と反対側に配置したり、鏡４ａ側に配置したり、上方に配置したりしてもよい。

また、ライトガイド１５を鏡４ａに対してＬＤモジュール２と反対側に配置し、導入面１５ａを鏡４ａに対して対象物と反対側に配置し、導出面１５ｂを鏡４ａに対してＸ方向に並ぶように配置してもよい（たとえば図９で導入面１５ａと導出面１５ｂとが逆の状態）。この場合、鏡４ａの回転軸Ｊの軸方向から見て、導入面１５ａと鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線と、ＬＤモジュール２と鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線とのなす角度は鈍角になり、導出面１５ｂと鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線と、ＬＤモジュール２と鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線とのなす角度は１８０°になる。

また、図１０に示す第５実施形態のように、ライトガイド１５を鏡４ａに対して対象物側でかつ光の走査範囲Ａ外に配置してもよい。第５実施形態では、鏡４ａの回転軸Ｊの軸方向から見て（図１０では上面視）、ライトガイド１５の導入面１５ａおよび導出面１５ｂと鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線と、ＬＤモジュール２と鏡４ａの回転中心Ｓとを結ぶ直線とのなす角度θが鈍角になっている。また、１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤモジュール２のＬＤから鏡４ａに入射する光の光路と、鏡４ａで反射してライトガイド１５の導入面１５ａへ向う光の光路とのなす角度は、鈍角になっている。また、２点鎖線の矢印で示すように、ライトガイド１５の導出面１５ｂから導出された光の光路と、鏡４ａで反射してＰＤモジュール７へ向う光の光路とのなす角度も、鈍角になっている。なお、図１０では便宜上、２点鎖線を１点鎖線から離して描いてある。導入面１５ａと導出面１５ｂとは上下方向Ｚと平行に並んでいる。また、導出面１５ｂは、導入面１５ａより上方に配置されている。

上記第５実施形態のようにライトガイド１５を配置すると、図１０に１点鎖線の矢印で示すように、ＬＤモジュール２からの光が鏡４ａの対象物側に面した反射面４ｂで反射して、ライトガイド１５の導入面１５ａに入射する。そして、ライトガイド１５内を進行した光は、図１０に２点鎖線の矢印で示すように、導出面１５ｂから導出された後、鏡４ａの対象物側に面した反射面４ｂで反射して、受光レンズ１６と反射鏡１７を経由して、ＰＤモジュール７に導かれる。つまり、ＬＤモジュール２からの光が、回転走査部４の鏡４ａを経由して、ライトガイド１５へ導入され、該光がライトガイド１５により、鏡４ａを経由して、ＰＤモジュール７に導かれる。また、ライトガイド１５が対象物検出用の走査範囲Ａ外に配置されているため、対象物検出用に回転走査部４が走査した光がライトガイド１５で遮られず、走査範囲Ａが狭くなることはない。

また、以上の実施形態では、ＬＤモジュール２からライトガイド１５までの投光路と、ライトガイド１５からＰＤモジュール７までの受光路の両方において、光が回転走査部４の鏡４ａを経由した例（図６、図８、および図１０）と、鏡４ａを経由しない例（図７および図９）を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。たとえば、図６、図８、および図１０のようにライトガイド１５を配置した場合でも、鏡４ａの角度によっては、ＬＤモジュール２からライトガイド１５までの投光路と、ライトガイド１５からＰＤモジュール７までの受光路のうち、少なくとも一方で光が回転走査部４の鏡４ａを経由しないこともある。また、たとえば、図７および図９のようにライトガイド１５を配置した場合でも、鏡４ａの角度によっては、ＬＤモジュール２からライトガイド１５までの投光路と、ライトガイド１５からＰＤモジュール７までの受光路のうち、少なくとも一方で光が回転走査部４の鏡４ａを経由することもある。つまり、投光路と受光路の両方において光が鏡４ａを経由してもよいし、経由しなくてもよい。また、投光路と受光路の一方において光が鏡４ａを経由し、他方において光が鏡４ａを経由しなくてもよい。

また、以上の実施形態では、２つの反射面４ｂを有する板状の両面鏡により、回転走査部４の鏡４ａを構成した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、１つまたは３つ以上の反射面を有する鏡を用いてもよい。

また、以上の実施形態では、ライトガイド１５により導光部を構成した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば鏡、反射板、光ファイバなどのような、光を受光して特定の方向へ投光させることができるような部材を、導光部として用いてもよい。

また、以上の実施形態では、複数のＬＤを有するＬＤモジュール２と、複数のＰＤを有するＰＤモジュール７をそれぞれ１つ設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。ＬＤモジュールやＰＤモジュールの設置数は、２つ以上でもよい。また、各モジュールにおけるＬＤやＰＤの数は、適宜選択すればよい。

また、以上の実施形態では、光の投光経路の上方に光の受光経路を設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、光の投光経路の下方に光の受光経路を設けてもよい。

さらに、以上の実施形態では、車載用の物体検出装置１００に本発明を適用した例を挙げたが、その他の用途の物体検出装置に対しても、本発明を適用することは可能である。

１ａ 物体検出部
１ｂ 故障検出部
２ ＬＤモジュール（発光部）
４ 回転走査部
４ａ 鏡
７ ＰＤモジュール（受光部）
１５ ライトガイド（導光部）
１５ａ 導入面
１５ｂ 導出面
１００ 物体検出装置
Ａ 対象物を検出するために回転走査部により光を走査する範囲
ｄ 発光部から鏡に入射する光の入射領域の径
Ｊ 回転軸
ＬＤ レーザダイオード（発光素子）
ＰＤ フォトダイオード（受光素子）
Ｓ 回転中心
ｔ 鏡の厚み
θ、θ_１、θ_２ 角度（鈍角）

Claims (6)

1. 発光素子を有する発光部と、
   受光素子を有する受光部と、
   鏡を有し、前記鏡を回転させることにより、前記発光部からの光を前記鏡で反射して所定範囲に走査し、該所定範囲にある対象物で反射した光を前記鏡で反射して前記受光部へ導く回転走査部と、
   前記受光部から出力される受光信号に基づいて、対象物の有無を検出する物体検出部と、
   前記発光部からの光を前記受光部に導く導光部と、
   前記発光部の発光状態と前記導光部により導かれた前記光の前記受光部による受光状態に基づいて、故障の有無を検出する故障検出部と、を備えた物体検出装置において、
   前記導光部は、前記鏡の回転軸の軸方向から見て、該導光部と前記鏡の回転中心とを結ぶ直線と、前記発光部と前記鏡の回転中心とを結ぶ直線とのなす角度が、鈍角または１８０°になる位置に配置されており、
   前記鏡は、板状に形成されていて、
   前記発光部から前記鏡に入射する光の入射領域の径より、前記鏡の厚みの方が小さい、ことを特徴とする物体検出装置。
2. 請求項１に記載の物体検出装置において、
   前記導光部は、前記回転走査部からの光が導入される導入面を有し、
   前記軸方向から見て、前記導入面と前記鏡の回転中心とを結ぶ直線と、前記発光部と前記鏡の回転中心とを結ぶ直線とのなす角度が、鈍角または１８０°である、ことを特徴とする物体検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の物体検出装置において、
   前記導光部は、前記回転走査部へ光を導出する導出面を有し、
   前記軸方向から見て、前記導出面と前記鏡の回転中心とを結ぶ直線と、前記発光部と前記鏡の回転中心とを結ぶ直線とのなす角度が、鈍角または１８０°である、ことを特徴とする物体検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の物体検出装置において、
   前記導光部は、
   前記角度が鈍角の場合は、前記鏡で反射した前記発光部からの光を前記受光部に導き、
   前記角度が１８０°の場合は、前記鏡で反射せずに該鏡に沿って進む前記発光部からの光を前記受光部に導く、ことを特徴とする物体検出装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の物体検出装置において、
   前記導光部は、前記回転走査部により光を走査する範囲外に配置されている、ことを特徴とする物体検出装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の物体検出装置において、
   前記導光部は、前記鏡に対して前記対象物と反対側に配置されている、ことを特徴とする物体検出装置。

Images