JP7143800B2

JP7143800B2 - ライダ装置

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Publication number: JP7143800B2
Application number: JP2019055031A
Authority: JP
Inventors: 真裕山本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2039-03-22
Also published as: US20220003844A1; JP2020153925A; WO2020196316A1

Description

本開示は、光学窓を備えたライダ装置に関する。

光を投光及び受光することで、物体までの距離等を検出するライダ装置が知られている。なお、ライダは、ＬＩＤＡＲとも表記され、Light Detection and Rangingの略語である。この種の装置は筐体を有し、筐体の内部から外部に出射される光、及び筐体の外部から内部に入射される光を通過させる筐体の部位に、光を透過させる光学窓が設けられる。

特許文献１には、光学窓に付着する雨滴、雪、汚れなどを除去するために、光学窓を加熱するヒータを設けることが記載されている。当該ヒータは、投光される光にヒータ線が及ぼす影響を低減するため、光学窓のうち出射光を通過させる領域である放射窓を避けるように配線されたヒータ線を用いている。

特表２０１５－５０６４５９号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載の従来技術には、以下の課題が見出された。
すなわち、ヒータ線による加熱は、配線されている部位から離れるほど効果が弱まる。したがって、放射窓の内部を避け、放射窓の周囲にヒータ線が配線される従来技術では、放射窓の中央に近づくほど暖まりにくくなり、光学窓を効率よく加熱することができなかった。

本開示の一局面は、光学窓の効率よい加熱と、投光される光にヒータ線が及ぼす影響の低減とを両立できる技術を提供することにある。

本開示の一態様は、ライダ装置（１００）であって、投光部（１１）と、受光部（１２）と、光学窓（５１）と、ヒータ線（２３）と、を備える。投光部は、予め設定された走査方向に沿って走査された光を投光するように構成される。受光部は、走査範囲から到来する光を受光するように構成される。光学窓は、投光部及び受光部を収納する筐体（４０）の開口部に設けられ、投光部により投光される光及び受光部により受光される光を透過可能である。ヒータ線は、光学窓を加熱するように構成され、光学窓のうち投光部側に位置する領域である投光側窓（５２）に少なくとも配置される。また、隣り合うヒータ線間の距離である配線間隔（Ｘ）が最短となるヒータ線上の２点における配線間隔が、当該２点を結ぶ方向における投光部により投光される光のビーム（１３）の幅（Ｙ）以上である。

このような構成によれば、光学窓の効率よい加熱と、投光される光にヒータ線が及ぼす影響の低減とを両立できる。

本開示の別の態様は、ライダ装置（１００）であって、投光部（１１）と、受光部（１２）と、光学窓（５１）と、ヒータ線（２３）と、を備える。投光部は、予め設定された走査方向に沿って走査された光を投光するように構成される。受光部は、走査範囲から到来する光を受光するように構成される。光学窓は、投光部及び受光部を収納する筐体（４０）の開口部に設けられ、投光部により投光される光及び受光部により受光される光を透過可能である。ヒータ線は、光学窓を加熱するように構成され、光学窓のうち投光部側に位置する領域である投光側窓（５２）に少なくとも配置される。また、投光部により投光される光のビーム（１３）の断面積（Ａ）に対して、ビームの断面積のうちヒータ線により遮られる領域の面積（Ｂ）が１０％以下である。

ライダ装置の構成を示すブロック図である。ライダ装置の外観を示す斜視図である。ライダ装置の蓋部を内側からみた図である。ヒータ線の配線図である。ヒータ線の配線間隔と出射光のビーム幅との関係を示す、投光窓側ヒータの一部の模式図である。ヒータ線の線幅と出射光のビームの断面積との関係を示す、投光窓側ヒータの一部の模式図である。

以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．構成］
図１に示すライダ装置１００は、光を出射し、その反射光を受光することによって物体との距離を測定する測距装置である。ライダ装置１００は、車両に搭載して使用され、車両の前方に存在する様々な物体の検出に用いられる。

ライダ装置１００は、測定器１０と、ヒータ２０と、制御部３０と、を備えている。
測定器１０は、光を間欠的に出射する投光部１１と、その反射光を受光する受光部１２と、を有する。投光部１１は、光としてレーザ光を出射する。受光部１２は、物体からの反射光を受光して電気信号に変換する。

測定器１０は、図２に示す蓋部５０と筐体本体６０とを備える筐体４０の内部に収納されている。筐体４０の内部における光学窓５１側の空間は上下に区分されており、当該空間のうち上側の空間に投光部１１が収納され、下側の空間に受光部１２が収納される。

蓋部５０の前面には、光が透過する透明の光学窓５１が設けられている。ここでいう前面とは、ライダ装置１００における光の出射先側の面を指す。図３に示すように、光学窓５１の内側の面には、投光部１１と受光部１２との間の光の漏洩を抑制するために、投光部１１側と受光部１２側を仕切るように遮蔽板５４が設けられる。以下、光学窓５１において、遮蔽板５４よりも上方の投光部１１側に位置する領域を投光側窓５２、遮蔽板５４よりも下方の受光部１２側に位置する部位を受光側窓５３という。

ヒータ２０は、光学窓５１の内側の面に設けられ、通電によって作動し、光学窓５１の加熱に用いられる。ヒータ２０は、投光窓側ヒータ２１と、受光窓側ヒータ２２と、を備える。

図１に示す制御部３０は、測定器１０を用いて、光が照射された物体との距離を測定する。具体的には、制御部３０は、受光部１２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、光を出射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３０は、距離以外にもその物体の方位などの物体に関する情報を求めることができる。
制御部３０は、距離の測定に加えて、ヒータ２０への通電も制御している。光学窓５１をヒータ２０によって適度に加熱することで、雪や霜の付着を抑制することができる。

［２．投光部］
投光部１１は、光を出力する光源と、モータの駆動に従って回転する偏向ミラーと、を備える。投光部１１は、光源から出力された光を、偏向ミラーで反射させ、偏向ミラーの回転角度に応じた方向に出射することより、あらかじめ設定された走査範囲内を光で走査する。
図５に示すように、投光部１１により出射される光のビーム１３の断面形状は、本実施形態では、真円状である。

［３．ヒータ］
図４に示すように、ヒータ２０は、蛇行したパターン形状のヒータ線２３が、ベースフィルム２４上に配線されたフィルムヒータである。ヒータ線２３は、透明なベースフィルム２４に銅箔を接着した後、エッチング加工することにより、ヒータ回路として形成される。ヒータ２０は、光学窓５１の内側の面に光学用接着テープで貼り付けられる。投光窓側ヒータ２１は投光側窓５２における出射光が通過する範囲を少なくとも覆い、受光窓側ヒータ２２は受光側窓５３における反射光が通過する範囲を少なくとも覆う。

ヒータ線２３の蛇行したパターン形状は、長い部分である長部２５と、短い部分である短部２６と、を有し、複数の長部２５の端部が、短部２６によってそれぞれ連結されて形成されている。投光部１１は、光を水平方向へ走査するが、長部２５は、走査方向と平行となるように配線されている。図４に示す投光窓側ヒータ２１のうちの一部を拡大したものである図５及び図６に示すように、長部２５の線幅Ｗは一定である。

図５は、投光部１１により出射された光のビーム１３が隣り合う長部２５の間を通り抜ける場合を示している。長部２５の配線間隔Ｘは、隣り合う長部２５間の距離であり、長部２５の中心線間の距離であるピッチから線幅Ｗを引いた距離に相当する。また、ビーム１３の幅Ｙは、配線間隔Ｘが最短となる長部２５上の２点を結ぶ方向におけるビーム１３の長さである。なお、本実施形態では、長部２５は平行に配置されているため、配線間隔Ｘは常に一定である。また、ビーム１３の断面形状は真円状であるため、ビーム１３の幅Ｙは直径となる。

長部２５の配線間隔Ｘは、ビーム１３の幅Ｙ以上となるように設計されている。このため、投光部１１により出射された光のビーム１３にヒータ線２３が２本以上かかることがない。なお、短部２６は投光側窓５２における出射光が通過する範囲よりも外側に配置されるため、ビーム１３に短部２６がかかることはない。

図６は、投光部１１により出射された光のビーム１３に長部２５がかかる場合を示している。ビーム１３の断面積Ａに対して、ビーム１３の断面積Ａのうち長部２５により遮られる領域である斜線部分の面積Ｂが１０％以下となるように、長部２５の線幅Ｗが設計されている。本実施形態では、長部２５がビーム１３の中心を通る場合に、面積Ｂは最大となるため、当該面積Ｂがビーム１３の断面積Ａの１０％以下となるように線幅Ｗが設計される。

［４．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（４ａ）ライダ装置１００では、ヒータ線２３が投光側窓５２に配線されるため、投光側窓５２の中央まで暖まりやすい。また、投光部１１により出射された光のビーム１３にヒータ線２３が複数本かかると、ビーム１３がヒータ線２３の影響で曲がりやすくなるが、本実施形態では、長部２５の配線間隔Ｘがビーム１３の幅Ｙ以上となるように設計されているため、ビーム１３にヒータ線２３が２本以上かかることがない。このため、光学窓５１の効率よい加熱と、投光される光にヒータ線２３が及ぼす影響の低減とを両立できる。

（４ｂ）ライダ装置１００では、投光部１１により出射された光のビーム１３の断面積Ａに対して、ビーム１３の断面積Ａのうちヒータ線２３により遮られる領域の面積Ｂが１０％以下となるように設計されている。このような構成によれば、ビーム１３にヒータ線２３がかかる場合であっても、ヒータ線２３によって遮られる領域の割合が、ビーム１３の断面積全体に対して小さく抑えられ、投光される光にヒータ線２３が及ぼす影響を低減できる。

（４ｃ）ライダ装置１００では、ヒータ線２３は、受光側窓５３にも配置される。これにより、投光側窓５２及び受光側窓５３を効率よく加熱することができ、雨滴、雪などの付着物を、光学窓５１において全体的に除去できるため、測距精度をさらに向上できる。

（４ｄ）ヒータ線２３が光学窓５１を通過する光に及ぼす影響は、受光側窓５３よりも投光側窓５２において大きくなる。これは、投光側窓５２を通過する際のビーム１３の断面は、物体に反射して受光側窓５３を通過する段階と比較して、小さく、明瞭であることから、ヒータ線２３による影響を受けやすいためである。本実施形態では、投光側窓５２におけるヒータ線２３の影響を低減するようにヒータ線２３を設計することで、測距精度を向上できる。

［５．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、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。

（５ａ）上記実施形態では、ヒータ２０は、光学窓５１の内側の面に設けられるが、ヒータ２０の設置場所はこれに限定されるものではない。例えば、ヒータ２０を、光学窓５１の外側の面に設けてもよい。

（５ｂ）上記実施形態では、投光部１１により出射される光のビーム１３の断面形状は真円状であるが、ビーム１３の断面形状はこれに限定されるものではない。例えば、ビーム１３の断面形状は、正方形、楕円等であってもよい。

（５ｃ）上記実施形態では、長部２５は平行に配置されているため、長部２５の配線間隔Ｘは常に一定であるが、長部２５は平行に配置されなくてもよい。この場合、長部２５の最短の配線間隔Ｘが決まり、最短の配線間隔Ｘが、ビーム１３の幅Ｙ以上となるように設計される。

（５ｄ）上記実施形態では、長部２５の配線間隔Ｘは、ビーム１３の幅Ｙ以上となるように設計されるが、当該条件を満たすようにビーム１３の幅Ｙを設定することとしてもよい。

（５ｅ）上記実施形態では、ビーム１３の断面積Ａに対して、ビーム１３の断面積Ａのうち長部２５により遮られる領域である斜線部分の面積Ｂが１０％以下となるように、長部２５の線幅Ｗが設計されるが、当該条件を満たすようにビーム１３の断面積Ａを設定することとしてもよい。

（５ｆ）例えば、ビーム１３の断面形状が一辺２．５～５ｍｍ程度の正方形である場合、長部２５の線幅Ｗは０．２ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、ビーム１３の断面形状は正方形に限られず、同等の大きさの他の形状であってもよい。

（５ｇ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。

（５ｈ）本開示は、上述したライダ装置１００の他、当該ライダ装置１００を構成要素とするシステムなど、種々の形態で実現することができる。

１１…投光部、１２…受光部、１３…ビーム、２３…ヒータ線、４０…筐体、５１…光学窓、５２…投光側窓、５３…受光側窓、１００…ライダ装置、Ｘ…配線間隔、Ｙ…ビームの幅、Ａ…ビームの断面積、Ｂ…ビームの断面積のうちヒータ線により遮られる領域の面積。

Claims

予め設定された走査方向に沿って走査された光を投光するように構成された投光部（１１）と、
走査範囲から到来する光を受光するように構成された受光部（１２）と、
前記投光部及び前記受光部を収納する筐体（４０）の開口部に設けられ、前記投光部により投光される光及び前記受光部により受光される光を透過可能な光学窓（５１）と、
前記光学窓を加熱するように構成されたヒータ線（２３）と、
を備え、
前記ヒータ線は、前記光学窓のうち前記投光部側に位置する領域である投光側窓（５２）に少なくとも配置され、
前記ヒータ線は、長い部分である長部（２５）と短い部分である短部（２６）とを複数有し、複数の前記長部の端部が前記短部によってそれぞれ連結された蛇行形状であり、
前記長部は、前記投光側窓における前記投光部により投光される光が通過する範囲に少なくとも配置されており、
前記短部は、前記投光側窓における前記投光部により投光される光が通過する範囲よりも外側に配置されており、
前記ヒータ線は、前記投光部により投光される光のビーム（１３）が前記長部にかかる場合があるように配置されており、
隣り合う前記長部間の距離である配線間隔（Ｘ）が最短となる前記長部上の２点における前記配線間隔が、当該２点を結ぶ方向における前記ビーム（１３）の幅（Ｙ）以上である、ライダ装置（１００）。
請求項１に記載のライダ装置であって、
前記ビームが前記長部にかかる場合における、前記ビームの断面積（Ａ）に対する、前記ビームの断面積のうち前記長部にかかる領域の面積（Ｂ）が１０％以下である、ライダ装置。
予め設定された走査方向に沿って走査された光を投光するように構成された投光部（１１）と、
走査範囲から到来する光を受光するように構成された受光部（１２）と、
前記投光部及び前記受光部を収納する筐体（４０）の開口部に設けられ、前記投光部により投光される光及び前記受光部により受光される光を透過可能な光学窓（５１）と、
前記光学窓を加熱するように構成されたヒータ線（２３）と、
を備え、
前記ヒータ線は、前記光学窓のうち前記投光部側に位置する領域である投光側窓（５２）に少なくとも配置され、
前記ヒータ線は、長い部分である長部（２５）と短い部分である短部（２６）とを複数有し、複数の前記長部の端部が前記短部によってそれぞれ連結された蛇行形状であり、
前記長部は、前記投光側窓における前記投光部により投光される光が通過する範囲に少なくとも配置されており、
前記短部は、前記投光側窓における前記投光部により投光される光が通過する範囲よりも外側に配置されており、
前記ヒータ線は、前記投光部により投光される光のビーム（１３）が前記長部にかかる場合があるように配置されており、
前記ビームが前記長部にかかる場合における、前記ビーム（１３）の断面積（Ａ）に対する、前記ビームの断面積のうち前記長部にかかる領域の面積（Ｂ）が１０％以下である、ライダ装置（１００）。
請求項３に記載のライダ装置であって、
隣り合う前記長部間の距離である配線間隔（Ｘ）が最短となる前記長部上の２点における前記配線間隔が、当該２点を結ぶ方向における前記ビーム（１３）の幅以上である、ライダ装置。
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のライダ装置であって、
前記ヒータ線は、前記光学窓のうち前記受光部側に位置する領域である受光側窓（５３）にも配置される、ライダ装置。