JP7151630B2

JP7151630B2 - 測距装置

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Publication number: JP7151630B2
Application number: JP2019108651A
Authority: JP
Inventors: 幸毅林; 邦彦林; 浩平遠山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2022-10-12
Anticipated expiration: 2039-06-11
Also published as: JP2020201149A; DE112020002793T5; WO2020250943A1; CN114026459A; US20220099810A1

Description

本開示は、偏向ミラーを備えた測距装置に関する。

送信波を照射し、照射した送信波の物体からの反射波を検出して、その物体までの距離を検出する測距装置がある。当該測距装置では、送信波を偏向して走査を行うために、回転駆動される偏向ミラーが用いられており、出力された送信波は、偏向ミラーで反射され、偏向ミラーの回転角度に応じた方向に出射されることにより、あらかじめ設定された走査範囲内が走査される。

特許文献１には、光を偏向して走査を行うライダ装置における偏向ミラー装置が記載されている。当該偏向ミラー装置は、一対の偏向ミラーとミラー支持体とを有し、一対の偏向ミラーはミラー支持体の対向する側においてミラー支持体に設置される。

特表２０１８－５００６０３号公報

一対の偏向ミラーとミラー支持体とを有するミラーモジュールを備える測距装置においては、偏向ミラーとミラー支持体との組み付けを容易にし、かつ、ミラーモジュール全体としての大きさを小型化することが求められている。

本開示の一局面は、偏向ミラーとミラー支持体との組み付けを容易にし、かつ、ミラーモジュール全体としての大きさを小型化する技術を提供することにある。

本開示の一態様は、測距装置であって、モータ（２４）の駆動に従って回転するミラーモジュール（２１）を備える。ミラーモジュールは、一対の偏向ミラー（２１１，２１２）と、ミラー支持体（２１３）と、クリップ（２１４，２１５）と、を備える。一対の偏向ミラーは、回転軸に直交する方向に沿った反射面の幅が反射面における他の部分よりも狭い部分である幅狭部を有する。ミラー支持体は、反射面の形状に対応する形状を両面に有する板状の部材であって、その両面に一対の偏向ミラーが設置される。クリップは、ミラー支持体における幅狭部に対応する部分の回転軸に直交する方向の両端部のうち少なくとも一方において、一対の偏向ミラー及びミラー支持体を把持する。

このような構成によれば、一対の偏向ミラーとミラー支持体とをクリップで挟み込んで支持することにより容易に組み付けができる。また、クリップを設置すると、偏向ミラーからクリップがはみ出す分だけミラーモジュール全体としての外寸が大きくなるという問題が生じるが、幅狭部にクリップを設置することで、ミラーモジュール全体としての外寸の増加を低減できる。

このように、偏向ミラーとミラー支持体との組み付けを容易にし、かつ、ミラーモジュール全体としての大きさを小型化できる。

ライダ装置の外観を示す斜視図である。ライダ装置の分解斜視図である。ライダ装置の筐体内に収容される光検出モジュールの構成を示す斜視図である。スキャン部におけるミラーモジュール及び仕切板の部分の分解斜視図である。ミラーモジュールを一方の偏向ミラーの反射面側から見た図である。

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１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１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。ライダは、ＬＩＤＡＲとも表記される。ＬＩＤＡＲは、Light Detection and Rangingの略語である。

ライダ装置１は、図１に示すように、筐体１００と、光学窓２００と、を備える。筐体１００は、１面が開口された直方体状に形成された樹脂製の箱体である。
以下、筐体１００の略長方形を有した開口部の長手方向に沿った方向をＸ軸方向、開口部の短手方向に沿った方向をＹ軸方向、Ｘ－Ｙ平面に直交する方向をＺ軸方向とする。なお、Ｘ－Ｚ平面が水平となるようにライダ装置１を車両に設置した状態で筐体１００の開口部側から見て、Ｘ軸方向における左右及びＹ軸方向における上下を定義する。また、Ｚ軸方向における前後は、筐体１００の開口部側を前、奥行き側を後と定義する。

図２に示すように、筐体１００の内部には、光検出モジュール２が収容される。光検出モジュール２は、投光部１０と、スキャン部２０と、受光部３０と、を備える。
以下、光検出モジュール２の構成、特にミラーモジュール２１の構成について詳細に説明する。

［２．スキャン部］
図３及び図４に示すように、スキャン部２０は、ミラーモジュール２１と、一対の仕切板２２，２３と、モータ２４と、を備える。ミラーモジュール２１はモータ２４上に立設され、ミラーモジュール２１及びミラーモジュール２１に固定される一対の仕切板２２，２３は、図５において一点鎖線で示す回転軸を中心として、モータ２４の駆動に従って回転運動をする。

［３．ミラーモジュール及び仕切板］
ミラーモジュール２１は、一対の偏向ミラー２１１，２１２と、ミラー支持体２１３と、一対のクリップ２１４，２１５と、を備える。

一対の偏向ミラー２１１，２１２は、いずれも、光を反射する反射面を有する平板状の部材である。
ミラー支持体２１３は、円板部２１３ａと、被設置部２１３ｂと、を備える。円板部２１３ａは、円形かつ板状の部位であり、その円の中心がモータ２４の回転軸に固定される。被設置部２１３ｂは、両面に一対の偏向ミラー２１１，２１２が設置される板状の部位であり、円板部２１３ａの円形面上に立設される。

一対の偏向ミラー２１１，２１２は、長手方向の幅が異なる二つの長方形を一体化した形状を有する。具体的には、第１の長方形と、第１の長方形よりも長手方向の幅が長い第２の長方形とを、それぞれの長方形の短手方向に沿った中心軸を合わせて、その中心軸に沿って並べて一体化した形状を有する。以下、一対の偏向ミラー２１１，２１２において、第１の長方形に相当する部位を幅狭部、第２の長方形に相当する部位を幅広部という。

被設置部２１３ｂにおける一対の偏向ミラー２１１，２１２の設置面の形状は、一対の偏向ミラー２１１，２１２の形状に対応する。被設置部２１３ｂは、幅狭部に対応する部分における回転軸を挟む両側の側面に、一対のガイド２１６，２１７を備える。

一対のガイド２１６，２１７は、被設置部２１３ｂの幅狭部に対応する部分における回転軸を挟む両側の側面から一対の偏向ミラー２１１，２１２の両方に向けて突出する突起である。一対のガイド２１６，２１７は、幅狭部における回転軸に直交する方向の両側において一対の偏向ミラー２１１，２１２に接し、反射面における回転軸に直交する方向への一対の偏向ミラー２１１，２１２の移動を規制する。

クリップ２１４は、図４に示すように、基部２１４ａと、基部２１４ａから延出する一対の把持部２１４ｂ，２１４ｃと、を有するＵ字状の形状をしている。クリップ２１４は、一対の偏向ミラー２１１，２１２の幅狭部における回転軸に直交する方向の端部において、一対の把持部２１４ｂ，２１４ｃで、一対の偏向ミラー２１１，２１２及び被設置部２１３ｂを把持する。クリップ２１５は、基部２１５ａと、基部２１５ａから延出する一対の把持部２１５ｂ，２１５ｃと、を有し、クリップ２１４と同一の形状をしている。クリップ２１５は、一対の偏向ミラー２１１，２１２の幅狭部における回転軸に直交する方向の両端部のうち、クリップ２１４と反対側の端部に設置される。

図５に示すように、一対の偏向ミラー２１１，２１２及び被設置部２１３ｂが一対のクリップ２１４，２１５によって把持された状態で、一対のクリップ２１４，２１５及び一対のガイド２１６，２１７は、一対の偏向ミラー２１１，２１２の幅広部における長手方向の幅よりも内側に位置する。

一対の仕切板２２，２３は、図４に示すように、一対の偏向ミラー２１１，２１２の幅広部の長手方向の幅と同じ直径を有する円形かつ板状の部材を、半円状の２つの部位に分割したものである。一対の仕切板２２，２３は、一対の偏向ミラー２１１，２１２の幅狭部を両側から挟み込んだ状態、かつ、一対の偏向ミラー２１１，２１２の幅広部と幅狭部との段差部分に当接した状態で、ミラーモジュール２１に固定される。

以下、図３及び図５に示すように、一対の偏向ミラー２１１，２１２のうち、一対の仕切板２２，２３よりも上側の部位、すなわち、幅狭部側の部位を投光偏向部２０ａ、一対の仕切板２２，２３よりも下側の部位、すなわち、幅広部側の部位を受光偏向部２０ｂという。

［４．投光部］
図３に示すように、投光部１０は、一対の発光モジュール１１，１２を備える。投光部１０は、投光折返ミラー１５を備えてもよい。

発光モジュール１１は、光源１１１と、発光レンズ１１２と、を備え、両者は対向して配置される。光源１１１には、半導体レーザが用いられる。発光レンズ１１２は、光源１１１から発せられる光のビーム幅を絞るレンズである。同様に、発光モジュール１２は、光源１２１と、発光レンズ１２２と、を有する。発光モジュール１２は発光モジュール１１と同様であるため、説明を省略する。

投光折返ミラー１５は、光の進行方向を変化させるミラーである。
発光モジュール１１は、当該発光モジュール１１から出力される光が、直接、投光偏向部２０ａに入射されるように配置される。

発光モジュール１２は、当該発光モジュール１２から出力される光が、投光折返ミラー１５にて略９０°進行方向が曲げられて、投光偏向部２０ａに入射されるように配置される。

ここでは、発光モジュール１１は、Ｘ軸方向の左から右に向けて光を出力するように配置され、発光モジュール１２は、Ｚ軸方向の後から前に向けて光を出力するように配置される。また、投光折返ミラー１５は、発光モジュール１１から投光偏向部２０ａに向かう光の経路を遮ることがないように配置される。

［５．受光部］
受光部３０は、受光素子３１を備える。受光部３０は、受光レンズ３２と、受光折返ミラー３３と、を備えてもよい。

受光素子３１は、複数のＡＰＤを１列に配置したＡＰＤアレイを有する。ＡＰＤは、アバランシェフォトダイオードである。
受光レンズ３２は、受光偏向部２０ｂから到来する光を絞るレンズである。

受光折返ミラー３３は、受光レンズ３２のＸ軸方向における左側に配置され、光の進行方向を変化させるミラーである。受光素子３１は、受光折返ミラー３３の下部に配置される。

受光折返ミラー３３は、受光偏向部２０ｂから、受光レンズ３２を介して入射する光が受光素子３１に到達するように、光の経路を下方に略９０°屈曲させるように配置される。

受光レンズ３２は、受光偏向部２０ｂと受光折返ミラー３３との間に配置される。受光レンズ３２は、受光素子３１に入射する光ビームのビーム径が、ＡＰＤの素子幅程度となるように絞る。

［６．光検出モジュールの動作］
発光モジュール１１から出力された光は、投光偏向部２０ａに入射される。また、発光モジュール１２から出力された光は、投光折返ミラー１５で進行方向が略９０°曲げられて投光偏向部２０ａに入射される。投光偏向部２０ａに入射された光は、光学窓２００を介して、ミラーモジュール２１の回転角度に応じた方向に向けて出射される。ミラーモジュール２１を介して光が照射される範囲が走査範囲である。例えば、Ｚ軸に沿った前方向を０度としてＸ軸方向に沿って広がる±６０°の範囲を走査範囲とできる。

ミラーモジュール２１の回転位置に応じた所定方向、すなわち、投光偏向部２０ａからの光の出射方向に位置する被検物からの反射光は、光学窓２００を透過し、受光偏向部２０ｂで反射し、受光レンズ３２及び受光折返ミラー３３を介して受光素子３１で受光される。

［７．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。
（７ａ）ライダ装置１では、一対の偏向ミラー２１１，２１２及びミラー支持体２１３は、一対の偏向ミラー２１１，２１２の幅狭部における回転軸に直交する方向の両端部において、クリップ２１４，２１５により把持される。このような構成によれば、一対の偏向ミラー２１１，２１２とミラー支持体２１３とをクリップ２１４，２１５で挟み込んで支持することにより容易に組み付けができる。また、クリップを設置すると、偏向ミラーからクリップがはみ出す分だけミラーモジュール全体としての外寸が大きくなるという問題が生じるが、本実施形態のように幅狭部にクリップ２１４，２１５を設置することで、ミラーモジュール２１全体としての外寸の増加を低減できるため、ミラーモジュール２１全体としての大きさを小型化できる。

（７ｂ）ライダ装置１では、ミラー支持体２１３の被設置部２１３ｂは、幅狭部に対応する部分における回転軸を挟む両側の側面から一対の偏向ミラー２１１，２１２の両方に向けて突出する突起であって、反射面における回転軸に直交する方向への一対の偏向ミラー２１１，２１２の移動を規制する一対のガイド２１６，２１７を備える。このような構成によれば、一対の偏向ミラー２１１，２１２が反射面における回転軸に直交する方向へずれることを抑制できるため、一対の偏向ミラー２１１，２１２とミラー支持体２１３との組み付けをより容易にできる。また、被設置部２１３ｂの幅狭部に対応する部分に一対のガイド２１６，２１７を設置することで、ミラーモジュール２１全体としての外寸の増加を低減できるため、ミラーモジュール２１全体としての大きさを小型化できる。

（７ｃ）ライダ装置１では、一対の偏向ミラー２１１，２１２の幅狭部は、反射面における回転軸に平行な方向の両側のいずれか一方に形成される。具体的には、一対の偏向ミラー２１１，２１２は、第１の長方形と、第１の長方形よりも長手方向の幅が長い第２の長方形とを、それぞれの長方形の短手方向に沿った中心軸を合わせて、その中心軸に沿って並べて一体化した形状であり、第１の長方形に相当する部位が幅狭部である。このように、一対の偏向ミラー２１１，２１２の形状を簡素化できるため、一対の偏向ミラー２１１，２１及びミラー支持体２１３の製造が容易であり、また、これらの組み付けをより容易にできる。

また、ライダ装置１において、投光部１０から出力され投光偏向部２０ａに入射される光のビームは点状であり、投光偏向部２０ａの中央部辺りにおいて反射され、出射される。これに対して、被検物からの反射光のビームは広がりを持っており、受光偏向部２０ｂ全体で反射されて、受光レンズ３２により受光素子３１に入射するのに適当な幅となるようにビーム径が絞られる。このため、投光偏向部２０ａの幅を狭くしても出射光への影響は少ないが、受光偏向部２０ｂの幅を狭くすると反射光の光量が減少するため反射光を検知しにくくなる可能性がある。

本実施形態では、投光偏向部２０ａに幅狭部が形成されるため、測距精度への影響が少ない。また、投光偏向部２０ａの端部において送信波が本来反射される方向とは違う方向に反射されて生じるゴーストの発生を低減できる。

なお、本実施形態では、投光部１０が送信部に相当し、受光部３０が受信部に相当し、投光偏向部２０ａが送信偏向部に相当し、受光偏向部２０ｂが受信偏向部に相当する。

［８．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。

（８ａ）上記実施形態では、一対の偏向ミラー２１１，２１２の幅狭部における回転軸に直交する方向の両端部において、一対の偏向ミラー２１１，２１２及びミラー支持体２１３をクリップ２１４，２１５で把持する例を提示した。しかし、片方の端部において、一対の偏向ミラー２１１，２１２及びミラー支持体２１３をクリップで把持することとしてもよい。

（８ｂ）上記実施形態では、一対のクリップ２１４，２１５及び一対のガイド２１６，２１７は、その全ての部分が、一対の偏向ミラー２１１，２１２の幅広部の長手方向の幅よりも内側に位置している。しかし、一対のクリップ２１４，２１５及び一対のガイド２１６，２１７の一部が、幅広部の長手方向の幅よりも外側に出ていてもよい。

（８ｃ）上記実施形態では、一対の偏向ミラー２１１，２１２は、第１の長方形と、第１の長方形よりも長手方向の幅が長い第２の長方形とを、それぞれの長方形の短手方向に沿った中心軸を合わせて、その中心軸に沿って並べて一体化した形状をしている。しかし、一対の偏向ミラー２１１，２１２の形状は、幅狭部を有する形状であれば、上記形状に限定されない。例えば、一対の偏向ミラー２１１，２１２は、幅広部と幅広部との間に幅狭部が挟まれるような形状であってもよい。

（８ｄ）上記実施形態では、一対の偏向ミラー２１１，２１２のうち、一対の仕切板２２，２３よりも上側の部位が投光偏向部２０ａ、下側の部位が受光偏向部２０ｂであるが、逆に、上側の部位が受光偏向部２０ｂ、下側の部位が投光偏向部２０ａとなるようにライダ装置１が構成されてもよい。

（８ｅ）上記実施形態では、測距装置としてライダ装置１を例示したが、測距装置の種類はこれに限定されるものではない。例えば、測距装置は、ミリ波レーダ装置等であってもよい。

（８ｆ）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。

１…ライダ装置、２…光検出モジュール、１０…投光部、２０…スキャン部、２０ａ…投光偏向部、２０ｂ…受光偏向部、２１…ミラーモジュール、２２，２３…仕切板、２４…モータ、３０…受光部、２１１，２１２…一対の偏向ミラー、２１３…ミラー支持体、２１４，２１５…クリップ、２１６，２１７…一対のガイド。

Claims

モータ（２４）の駆動に従って回転するミラーモジュール（２１）を備え、
前記ミラーモジュールは、
回転軸に直交する方向に沿った反射面の幅が前記反射面における他の部分よりも狭い部分である幅狭部を有する、一対の偏向ミラー（２１１，２１２）と、
前記反射面の形状に対応する形状を両面に有する板状の部材であって、その両面に前記一対の偏向ミラーが設置されるミラー支持体（２１３）と、
前記ミラー支持体における前記幅狭部に対応する部分の前記回転軸に直交する方向の両端部のうち少なくとも一方において、前記一対の偏向ミラー及び前記ミラー支持体を把持するクリップ（２１４，２１５）と、
を備える測距装置。
請求項１に記載の測距装置であって、
前記ミラー支持体は、前記ミラー支持体における前記幅狭部に対応する部分の側面に設けられる突起であって、前記幅狭部における前記回転軸に直交する方向の両側において前記一対の偏向ミラーの位置を規制する突起である少なくとも一対のガイド（２１６，２１７）を備える、測距装置。
請求項１又は請求項２に記載の測距装置であって、
送信波を出力するように構成された送信部（１０）と、
前記送信波が照射された物体からの反射波を検出するように構成された受信部（３０）と、
を更に備え、
前記幅狭部は、前記一対の偏向ミラーにおける前記回転軸に平行な方向の両側のいずれか一方に形成され、
前記一対の偏向ミラーは、前記送信部側に位置する部位である送信偏向部（２０ａ）と前記受信部側に位置する部位である受信偏向部（２０ｂ）との２つの部位を有し、前記送信偏向部に前記幅狭部が形成される、測距装置。