JPWO2017183145A1 - レーザーセンサー及び外装部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

高精度な光学窓５３を有し、防塵防水性が良好であるレーザーセンサー１００を提供する。投光部１０と、投光部１０からのレーザー光Ｌ１が射出された検出対象ＯＢからの反射光Ｌ２を検知する受光部２０と、投光部１０と受光部２０とを覆う外装部品５０とを有するレーザーセンサー１００であって、外装部品５０は、レーザー光Ｌ１及び反射光Ｌ２を透過させる光学窓５３と、光学窓５３の外周を囲む保持部５４とを有し、光学窓５３及び保持部５４は、レーザー光Ｌ１の波長域で透過性を有する樹脂製の一体成形品であり、光学窓５３は、曲面状の一対の対向する光学面を有し、保持部５４は、光学窓５３から相対的に離れた位置にゲート部５７を有し、少なくとも光学窓５３に隣接してレーザー光Ｌ１及び外乱光を遮光する遮光部５８を有する。

Description

本発明は、対象物で反射されたレーザー光から対象物を検出するレーザーセンサー及びレーザーセンサー用外装部品の製造方法に関する。

レーザー光を照射することにより検出対象から戻ってきた反射光を利用することで、対象物の大きさ、速度、センサーからの距離等を識別するセンサーが公知となっている（例えば、特許文献１及び２参照）。当該センサーは保護用の外装部品で覆われており、この外装部品には、内部にあるレーザー光源からの投光ビームを外部の対象物に向けて射出させ、検出対象からの反射光を内部にある受光部に入射させるために、照射されるレーザーの波長域の光を透過させる光学窓が設けられている。特許文献１及び２では、光学窓本体と光学窓以外の部品とが別々に製造され、これらを接合することによりセンサーの外装部品としている。

上述の手法で外装部品を製造すると、光学窓の精度、外装部品の防塵防水性、軽量化、及び小型化の点において問題がある。まず、光学窓の精度に関しては、光学窓が曲面を有する場合、曲げ加工時の形状誤差や射出成形時の厚み誤差等といった製造誤差が生じやすいという問題がある。また、光学窓を取り付ける部品に接着剤等で接合すると、応力で光学窓の面形状が歪みやすくなるという問題がある。このように、光学窓の精度が不良であると、狙ったところにレーザーを投受光できず光量が落ちてしまい、特に遠距離側において検出精度が著しく悪化するおそれがある。また、防塵防水性に関しては、光学窓が樹脂であり、これを取り付ける部品が金属の場合、温度等の環境変化の際に線膨張差から接合部が剥離しやすくなり、粉塵や湿気が内部に入り込む状態となるという問題がある。また、軽量化及び小型化に関しては、強度確保等の観点で接合用の部品や接合範囲の確保といった事項に関連して制限が生じ、ドローン等の小型移動体等に適用することが難しくなるという問題がある。

特開２０１５−２１５２８２号公報 特開２０１１−１４１２６１号公報

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高精度な光学窓を有し、防塵防水性が良好であるレーザーセンサーを提供することを目的とする。

また、本発明は、上記レーザーセンサーを構成し当該センサーの外側を覆うレーザーセンサー用の外装部品の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るレーザーセンサーは、投光部と、投光部からのレーザー光が射出された検出対象からの反射光を検知する受光部と、投光部と受光部とを覆う外装部品とを有するレーザーセンサーであって、外装部品は、レーザー光及び反射光を透過させる光学窓と、光学窓の外周を囲む保持部とを有し、光学窓及び保持部は、レーザー光の波長域で透過性を有する樹脂製の一体成形品であり、光学窓は、曲面状の一対の対向する光学面を有し、保持部は、光学窓から相対的に離れた位置にゲート部を有し、少なくとも光学窓に隣接してレーザー光及び外乱光を遮光する遮光部を有する。ここで、外乱光とは、太陽光や蛍光灯の光等の受光部での検出に不要な光を意味する。

上記レーザーセンサーでは、外装部品の光学窓及び保持部が樹脂の一体成形品であることにより、光学窓を別途保持部に接合する必要がないため、防塵防水性に優れたものとなる。また、光学窓及び保持部を一体化することで、レーザーセンサーの外装部品は、比較的高い剛性を有し、かつ成形時の収縮及び変形による形状のばらつきが少なくなり、高精度な光学窓を有するものとなる。さらに、光学窓及び保持部を一体化することで、別途光学窓を接合する場合よりも構造的又は形状的な制限が少なくなり、レーザーセンサーの軽量化及び小型化に対応することができる。

また、本発明に係る外装部品の製造方法は、レーザーセンサー用の外装部品の製造方法であって、外装部品のうち少なくともレーザーセンサーのレーザー光及び反射光を透過させる光学窓を形成する窓転写部と、光学窓の外周を囲む保持部を形成する保持転写部とを備える金型を用いて、レーザー光の波長域で透過性を有する樹脂から外装部品を一体的に成形する成形工程と、保持部にレーザー光及び外乱光を遮光する遮光部を形成する遮光処理工程と、を備え、窓転写部は、曲面の転写面を有し、保持転写部は、窓転写部から相対的に離れた位置にゲートを有する。

上記外装部品の製造方法では、外装部品の光学窓及び保持部を樹脂を用いて一体成形することにより、光学窓を別途保持部に接合する必要がないため、防塵防水性に優れた外装部品を得ることができる。また、光学窓及び保持部を一体化することで、外装部品は、比較的高い剛性を有し、かつ成形時の収縮及び変形による形状のばらつきが少なくなり、高精度な光学窓を有するものとなる。さらに、光学窓及び保持部を一体化することで、別途光学窓を接合する場合よりも構造的又は形状的な制限が少なくなり、外装部品の軽量化及び小型化に対応することができる。また、ゲートが窓転写部から相対的に離れた位置に設けられることにより、成形時のゲート部の歪により光学窓の面形状の変形が生じることを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザーセンサーの構造を説明する概略図である。 図２Ａ〜２Ｃは、図１に示すレーザーセンサーのうち外装部品の主外装部を説明する斜視図、横断面図、及び平面図である。 図３Ａ〜３Ｃは、外装部品の主外装部の製造方法を説明する図である。 図４Ａ〜４Ｄは、ハードコート処理を説明する図である。 図５Ａ〜５Ｄは、外装部品の主外装部の製造方法を説明する図である。 第２実施形態に係る外装部品の主外装部を製造するための金型を説明する図である。 図７Ａ〜７Ｃは、第３実施形態に係る外装部品の主外装部の製造方法を説明する図である。 図８Ａ〜８Ｄは、第３実施形態に係る外装部品の主外装部の製造方法を説明する図である。 第４実施形態に係るレーザーセンサーの構造を説明する概略図である。 図１０Ａ及び１０Ｂは、ハードコート処理及び反射防止処理の変形例を説明する図である。 図２Ｃ等に示す主外装部の変形例を説明する図である。 図３Ｂに示す主外装部の製造方法の変形例を説明する図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るレーザーセンサー及びその外装部品の製造方法等について説明する。

〔レーザーセンサー〕
図１に、本発明の第１実施形態であるレーザーセンサー１００の概略的な構造を示す。レーザーセンサー１００は、例えば屋内外監視用途や車載用途の物体検出装置であり、検出対象の存在や当該検出対象までの距離を検出する。レーザーセンサー１００は、投光部１０と、受光部２０と、回転反射部３０と、制御部４０と、外装部品５０とを備える。本実施形態において、投光部１０、受光部２０、回転反射部３０、及び制御部４０は、レーザーセンサー１００の内蔵部品として、外装部品５０の内部に設けられている。

レーザーセンサー１００のうち投光部１０は、後述する回転反射部３０の反射鏡３１にレーザー光Ｌ１を投射する。投光部１０は、図示を省略するが、レーザー光源とカップリングレンズとを有する。前者のレーザー光源は、制御部４０の制御下で動作することによって所定のタイミングでパルス光をレーザー光Ｌ１として射出する。後者のカップリングレンズは、レーザー光源と回転反射部３０との間の光路上に配置され、レーザー光Ｌ１を平行光又はわずかに発散した発散光とする。レーザー光Ｌ１は、反射鏡３１で反射され、後述する外装部品５０の光学窓５３を介して検出対象ＯＢ側、つまり外装部品５０の外部に射出される。

受光部２０は、外装部品５０の光学窓５３を介して入射し、回転反射部３０の反射鏡３１で反射された検出対象ＯＢからの反射光Ｌ２を受光する。より詳細には、検出領域内に物体等の検出対象ＯＢがあると、レーザーセンサー１００から射出されたレーザー光Ｌ１が検出対象ＯＢで反射され、検出対象ＯＢで反射された光の一部が反射光Ｌ２としてレーザーセンサー１００の受光部２０に戻される。受光部２０は、図示を省略するが、集光レンズとセンサーとを有する。前者の集光レンズは、回転反射部３０とセンサーとの間の光路上に配置され、この反射光Ｌ２を集光する。後者のセンサーは、高速で動作する１次元又は２次元の光検出デバイスであり、集光レンズを介して反射光Ｌ２を受光し、受光光量や受光位置に対応した信号を制御部４０に出力する。

回転反射部３０は、反射鏡３１と回転駆動部３２とを有する。反射鏡３１は、１回反射型のポリゴンミラーであり、光路折り曲げ用の第１反射部３１ａを有する。第１反射部３１ａはＺ軸方向に中心軸を有する角錐状の形状を有する。反射鏡３１は、Ｚ軸に平行に延びる回転軸ＲＸを中心に回転し、レーザー光Ｌ１及び反射光Ｌ２をＸＹ面に沿って走査する。反射鏡３１において、第１反射部３１ａの鏡面は、Ｚ軸に対して傾斜しており、紙面上で下方向である−Ｚ方向から入射したレーザー光Ｌ１を略直交する方向に反射し、紙面上で左方向の検出対象ＯＢ側へ導く。検出対象ＯＢで反射された一部の反射光Ｌ２は、レーザー光Ｌ１の経路と逆の経路をたどり、受光部２０で検出される。つまり、反射鏡３１は、検出対象ＯＢで反射された反射光Ｌ２すなわち戻り光を、第１反射部３１ａの鏡面で再度反射させ、受光部２０側へ導く。反射鏡３１が回転すると、Ｚ軸方向に直交する平面（つまり、ＸＹ面であり、Ｚ軸方向が鉛直方向である場合、水平面に相当）内において、レーザー光Ｌ１の進行方向が変化する。つまり、レーザー光Ｌ１は、反射鏡３１の回転に伴って、Ｙ軸方向に沿って走査される。レーザー光Ｌ１によって走査される角度領域が検出領域となる。投光用のレーザー光Ｌ１の進行方向である＋Ｘ軸方向に対する傾斜角が投光角度であり、走査開始点でのレーザー光Ｌ１の進行方向と走査終了点でのレーザー光Ｌ１の進行方向とのなす角度が照射角となる。本実施形態において、レーザー光Ｌ１の照射角は、外装部品５０の基準軸ＴＸに垂直な方向、つまりＸＹ面に水平な方向に６０°以上となっている。この照射角がレーザーセンサー１００の検出領域又は測定範囲に対応している。この検出領域は、具体的にはＸＹ面に沿った水平方向に広がり、鉛直のＺ方向に狭いものとなっている。なお、外装部品５０の基準軸ＴＸとは、外装部品５０を設置する際に基準となる軸である。本実施形態において、基準軸ＴＸは、後述する外装部品５０の蓋部５５に垂直な軸であり、反射鏡３１の回転軸ＲＸに平行でありＺ軸に平行である。

制御部４０は、投光部１０のレーザー光源、受光部２０のセンサー、回転反射部３０の回転駆動部３２等の動作を制御する。また、制御部４０は、受光部２０のセンサーで受光した反射光Ｌ２から変換された電気信号から検出対象ＯＢの物体情報を得る。具体的には、センサーにおける出力信号が所定の閾値以上である場合、制御部４０において、センサーが検出対象ＯＢからの反射光Ｌ２を受光したと判断される。この場合、レーザー光源での発光タイミングとセンサーでの受光タイミングとの差から検出対象ＯＢまでの距離が求められる。また、センサーでの反射光Ｌ２の受光位置等によって検出対象ＯＢの位置、大きさ、形状等の物体情報を求めることができる。

外装部品５０は、レーザーセンサー１００の内蔵部品を覆い、保護するためのものである。外装部品５０は、蓋状の主外装部５１と、円筒容器状の副外装部５２とを有する。主外装部５１と副外装部５２とは、これらの縁部５１ａ，５２ａにおいてシール部材等を挿入して、外装部品５０の内部の機密性を保った状態でボルト等の留め具で着脱可能に固定されている。

図２Ａ〜２Ｃに示すように、主外装部５１は、特定の光線を透過させるといった光学的機能を有する点で外装部品５０の主要部分を構成する部材であり、円錐台状の外形を有する。主外装部５１は、光学窓５３と保持部５４とを有する。光学窓５３及び保持部５４は、レーザー光Ｌ１の波長域で透過性を有する樹脂製の一体成形品となっている。光学窓５３及び保持部５４は、レーザー光Ｌ１に対して透過性を有するだけでなく、レーザー光の波長域の以外の外乱光を遮光する材料で形成されている。具体的には、レーザー光Ｌ１が特定波長の赤外線（例えば波長９００ｎｍの光等）であれば、光学窓５３は、その波長を透過（例えば８０％以上）させる樹脂材料を用いる。その一方、レーザー光Ｌ１が赤外線（例えば波長９００ｎｍの光等）であれば、太陽光や蛍光灯等の可視域の外乱光の影響を受けて、ノイズ発生や部品劣化のないように、光学窓５３等は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長域の光を遮光する樹脂材料で形成されることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、染料・顔料等の添加剤により可視光域の透過率を抑えたＰＭＭＡやＰＣ等が用いられる。なお、光学窓５３及び保持部５４の材料は、レーザー光Ｌ１とは異なる波長を有しノイズとなり得るその他の赤外線の透過を相対的に抑制するものであることがより望ましい。

外装部品５０のうち光学窓５３は、レーザー光Ｌ１及び反射光Ｌ２を透過させるものであり、一様な厚みを有し、全体として湾曲している。光学窓５３は、曲面状の一対の対向する第１光学面５３ａと第２光学面５３ｂとを有する。第１光学面５３ａは、外装部品５０の表側、つまり外側の面であり、具体的には円錐面である。第２光学面５３ｂは、外装部品５０の裏側、つまり内側の面であり、具体的には円錐面である。両光学面５３ａ，５３ｂは、基準軸ＴＸのまわりに略対称に配置されている。光学窓５３は、レーザー光の照射角に対応して外装部品５０の基準軸ＴＸに垂直なＸＹ面に水平な方向に６０°以上となる測定範囲をカバーする領域に存在する。光学窓５３は、所定の曲率を有し輪郭に沿って互いに対向する第１辺５３ｃと第２辺５３ｄとを有する。＋Ｚ側の第１辺５３ｃの曲率半径は、−Ｚ側の第２辺５３ｄの曲率半径と異なっている。本実施形態において、両光学面５３ａ，５３ａが円錐面であることに対応して、後述する保持部５４の蓋部５５に隣接する第１辺５３ｃの曲率半径は、第２辺の曲率半径よりも小さくなっている。光学窓５３の表面（つまり、第１及び第２光学面５３ａ，５３ｂ）は、基準軸ＴＸに対して勾配を有する。光学窓５３が基準軸ＴＸに対して勾配を有することにより、光学窓５３において投光であるレーザー光Ｌ１の逆進を抑えつつ、外装部品５０の小型化を達成できる。光学窓５３は、第１光学面５３ａ上に耐擦傷性のハードコート層５３ｅを有する。これにより、外界に曝される光学窓５３に解像度劣化の原因となる傷等が発生することを抑制できる。ハードコート層５３ｅは、フィルムを用いた転写及び加飾、塗布のいずれかで形成される。ここで、塗布には、ディップ、スプレー等も含まれる。また、光学窓５３は、反射防止層５３ｆを有する。反射防止層５３ｆは、フィルムを用いた転写及び加飾、蒸着、スパッタ、塗布のいずれかで形成される。なお、反射防止層５３ｆは、ハードコート層５３ｅの外側に設けることが好ましい。光学窓５３に反射防止層５３ｆを設けることにより、光学窓５３での透過効率の低下を抑制することができるだけでなく、光学窓５３でのレーザー光Ｌ１の反射によってノイズ光が発生することを防止することができる。また、反射は、光学窓５３の両面で起こるため、図２Ｂに一部拡大して示すように、第１及び第２光学面５３ａ，５３ｂの両面上に反射防止層５３ｆを設けることが好ましい。ハードコートは、例えばシロキサン系の有機膜として処理されているが、アクリル系、ウレタン系の有機膜でも構わないし、フッ素やＳｉＯ_２等の添加剤を付与した材料でも構わない。反射防止層５３ｆの形成は、例えばＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３からなる低屈折率層と、ＴｉＯ_２からなる高屈折率層との交互層による構成で処理されているが、材料はこれらの物質に限らないし、低屈折層の単層のものや、アルミニウムをベーマイト化させる方式、微細な凹凸のモスアイ形状による方式でも構わない。

保持部５４は、光学窓５３の外周を囲むものであり、光学窓５３の外縁を支持する枠部５４ａと、枠部５４ａの＋Ｚ側から延びて図１に示す反射鏡３１を＋Ｚ側又は上側から覆う蓋部５５と、枠部５４ａの側部から背面側に延びて反射鏡３１を主に−Ｘ側から覆う壁部５６とを有する。本実施形態において、蓋部５５は、略円形又は扇形であり、光学窓５３の上側の第１辺５３ｃ側で円弧状の輪郭を有する。つまり、蓋部５５は、光学窓５３の第１辺５３ｃから枠部５４ａを介して間接的に延びるように設けられている。壁部５６は、主外装部５１の円錐台の側面に相当し、＋Ｚ側で蓋部５５との間に境界を有するとともに、光学窓５３の第１辺５３ｃに隣接する第３及び第４辺５３ｇ，５３ｈ側で枠部５４ａとの間に直線的に延びる境界を有する。つまり、壁部５６は、光学窓５３の第３及び第４辺５３ｇ，５３ｈから枠部５４ａを介して間接的に延びるように設けられている。保持部５４は、光学窓５３から相対的に離れた位置に成形に伴うゲート部５７を有する。ゲート部５７は、光学窓５３に対して対称的な位置、つまりＸ方向に延びる中心線に沿った位置に形成されることが望ましい。ゲート部５７は、光学窓５３から近いと成形時のゲート部の歪により面形状の変形が起こるため、ゲートサイズの１０倍以上離れることが望ましい。例えば、ゲート径がΦ１．５ｍｍの場合、１５ｍｍ以上離れていることが望ましい。本実施形態において、ゲート部５７は、保持部５４の蓋部５５に設けられている。具体的には、蓋部５５の略中央に設けられている。これは、成形時にゲート部５７からの樹脂が均一に光学窓５３に到達して、水平方向における光学的に重要な転写性・厚み精度を維持するためである。本実施形態において、ゲート部５７と蓋部５５とは段差なく面一状でも良いし、ゲート部５７が蓋部５５から凸状に突出しても良い。いずれの場合も、ゲート痕からゲート部５７の位置を判断することができる。保持部５４、すなわち枠部５４ａ、蓋部５５、及び壁部５６は、第１光学面５３ａに隣接してこれを囲むようにレーザー光及び外乱光を遮光する遮光部５８を有する。本実施形態において、遮光部５８は、主外装部５１のうち光学窓５３を除く保持部５４の外側表面に層状に設けられている。遮光部５８は、レーザー光及び外乱光を遮光する材料を塗布又は蒸着等することによって形成される。遮光部５８の材料としては、例えばシリコン系やウレタン系の材料に白や黒等任意の色の顔料等により着色され遮光性のある塗料等を用いる。保持部５４の縁部（つまり、主外装部５１の縁部５１ａ）には、別部材である副外装部５２に着脱可能に連結するための環状の接続部５９が設けられている。接続部５９は、ＸＹ面に沿って平坦に延び、接続部５９の複数個所には、不図示の留め具を通す孔部５９ａが設けられている。

副外装部５２は、主外装部５１を取り付ける相手部品であり、投光部１０、受光部２０、制御部４０等を収納している。副外装部５２は、例えば遮光性を有する樹脂で形成されており、この樹脂は、主外装部５１と同様の線膨張率を有することが好ましい。副外装部５２は、主外装部５１と同様の樹脂で形成されていてもよいが、この場合、遮光性を確保するために、遮光部５８と同様のものが塗装等によって設けられている。図示を省略するが、副外装部５２の縁部５２ａにも、主外装部５１に連結するための接続部が設けられており、孔部５９ａに対応する位置に留め具を通す孔部が複数設けられている。

〔外装部品５０の成形用金型〕
以下、外装部品５０のうち主外装部５１を成形するための金型について説明する。図３Ａに示すように、金型７０は、第１金型７１と第２金型７２とを有する。本実施形態において、第１金型７１を固定金型とし、第２金型７２を可動金型としている。金型７０の転写面は、成形品である主外装部５１の成形面を反転させたものとなっている。第１金型７１と第２金型７２とは、型合わせ面ＰＬで型合わせされ、金型７１，７２間に成形空間７０ａを形成する（図３Ｃ参照）。成形空間７０ａに臨むように、第１金型７１には、主外装部５１の表側、つまり外側の形状を転写するための第１窓転写部７１ａと第１保持転写部７１ｂとが形成されている。第１窓転写部７１ａは、光学窓５３の第１光学面５３ａの形状を転写するためものであり、曲面の転写面及び鏡面を有する。第１保持転写部７１ｂは、保持部５４の表側の形状を転写するためのものであり、蓋部５５の形状を転写する第１蓋転写部７１ｃと、壁部５６の形状を転写する第１壁転写部７１ｄとが形成されるとともに、枠部５４ａの形状を転写するための枠転写部も形成されている。第２金型７２には、主外装部５１の裏側、つまり内側の形状を転写するための第２窓転写部７２ａと第２保持転写部７２ｂとが形成されている。第２窓転写部７２ａは、光学窓５３の第２光学面５３ｂの形状を転写するものであり、曲面の転写面及び鏡面を有する。第２保持転写部７２ｂは、保持部５４の裏側の形状を転写するためのものであり、蓋部５５の形状を転写する第２蓋転写部７２ｃと、壁部５６の形状を転写する第２壁転写部７２ｄとが形成されるとともに、枠部５４ａの形状を転写するための枠転写部も形成されている。第１及び第２窓転写部７１ａ，７２ａは、曲率を有し輪郭に沿って互いに対向する第１辺Ａ１と第２辺Ａ２とを有する。第１辺Ａ１の曲率半径は、第２辺Ａ２の曲率半径と異なり、第１及び第２窓転写部７１ａ，７２ａの表面又は転写面は、外装部品５０の基準軸ＴＸ（つまり、第１及び第２保持転写部７１ｂ，７２ｂの基準軸）に対して勾配を有する。第１保持転写部７１ｂには、第１窓転写部７１ａから相対的に離れた位置（例えば、１０ｍｍ以上）に成形空間７０ａに連通するゲートＧＡが設けられている。これにより、成形された光学窓５３において、ゲート部５７の歪みの影響を回避することができる。本実施形態において、ゲートＧＡは、第１保持転写部７１ｂのうち第１辺Ａ１から枠転写部を介して間接的に延びる第１蓋転写部７１ｃに設けられている。具体的には、ゲートＧＡは、第１金型７１の第１保持転写部７１ｂのうち第１蓋転写部７１ｃの略中央に設けられている。このように、ゲートＧＡは、第１窓転写部７１ａから同距離の位置に配置されていることが好ましい。これにより、樹脂の射出圧が均一にかかり、光学窓５３の長手方向の厚さが均一な主外装部５１を作製することができる。ゲートＧＡは、樹脂を供給するためのランナーＲＡ、スプルー（不図示）等と繋がっており、スプルーからの溶融樹脂Ｊは、ランナーＲＡを充填し、ゲートＧＡを介して成形空間７０ａを充填する。

〔外装部品の製造方法〕
以下、図３〜図５等を参照しつつ、主に金型７０を用いた主外装部５１の製造方法について説明する。本実施形態では、成形工程と並行して光学窓５３にハードコート処理工程を行う例を説明する。

Ａ）成形工程・ハードコート処理工程
まず、不図示の金型温度調節機により、両金型７１，７２を成形に適する温度まで加熱する。

次に、ハードコート処理の下準備を行う。ハードコート処理は、フィルムを用いた転写や加飾等によって行う。図３Ｂに示すように、第１金型７１の第１窓転写部７１ａに対応する位置にハードコート用フィルム９１を吸着、貼りつけ等によって固定する。ハードコート用フィルム９１は、例えば図４Ａ〜４Ｄに示すように、成形方法に応じて２種類のものを用いる。具体的には、インモールド成形又はインサート成形によってハードコート層５３ｅを形成する。インモールド成形によってハードコート膜９３のみを転写する場合、図４Ａに示すように、フィルム基材９２とハードコート膜９３との間に離型層９４を有し、ハードコート膜９３と成形樹脂ＭＣとの間に接着層９５が介在する構成のフィルム９１を用いる。この場合、成形後、図４Ｂに示すように、フィルム基材９２を剥離することで、成形樹脂ＭＣ側には、ハードコート層５３ｅのみが残る。また、インサート成形によってフィルム９１ごと加飾する場合、図４Ｃに示すように、離型層９４を設けず、ハードコート膜９３とフィルム基材９２とが一体化しており、フィルム基材９２と成形樹脂ＭＣとの間に接着層９５が介在する構成のフィルム９１を用いる。この場合、成形後は、図４Ｄに示すように、ハードコート層５３ｅがハードコート膜９３とフィルム基材９２とで一体化した状態となっている。

次に、図３Ｃに示すように、第１金型７１と第２金型７２とを型合わせする。型合わせ後は、第１金型７１と第２金型７２とを必要な圧力で締め付ける型締めを行う。

次に、図３Ｃに示すように、不図示の射出装置により、成形空間７０ａ中に必要な圧力で溶融樹脂Ｊを注入する射出を行う。成形用の樹脂は、レーザー光の波長域で透過性を有するとともに、好ましくはその他の波長域で透過性を抑えたものを用いる。成形空間７０ａに樹脂が充填された後、金型７０は、成形空間７０ａ中の樹脂圧を保ち、溶融樹脂Ｊを放熱によって緩やかに冷却する。以上により、ランナーＲＡに対応するランナー部８１と、ゲートＧＡに対応するゲート部５７と、成形空間７０ａに対応する製品部８３（後の主外装部５１の原形）とを備える半成形品ＭＰが形成される。

次に、図５Ａに示すように、可動側の第２金型７２を後退させる型開きを行う。この際にまず不図示のストリッパープレートと固定側の第１金型７１との離間が起こり、この結果、半成形品ＭＰからゲート部５７が切断される。その次に、第１金型７１と第２金型７２との離間が起こり、その結果、製品部８３が、第２金型７２に保持された状態で第１金型７１から離型される。その後、不図示のエジェクターピン等によって、製品部８３の突き出しを行う。この結果、製品部８３は、第１金型７１側に押し出されて第２金型７２から離型される。

次に、可動側の第２金型７２を後退させる型開きの際に不図示の取出装置を動作させて、第１及び第２金型７１，７２間から製品部８３を取り出して外部に搬出する。製品部８３は、光学窓５３と保持部５４とが一体化した樹脂成形品となっている。また、製品部８３には、ハードコート層５３ｅも、成形に際して光学窓５３の第１光学面５３ａ上に密着して一体化されている。これにより、光学窓５３が複雑な形状であっても、均一にハードコート層５３ｅを設けることができる。なお、この段階において、光学窓５３及び保持部５４は、いずれも光透過性を有しているため、後の工程で保持部５４に遮光処理を行う必要がある。

Ｂ）反射防止処理工程
次に、製品部８３の光学窓５３に反射防止層５３ｆを形成する。反射防止層５３ｆは、第１及び第２光学面５３ａ，５３ｂの両面に行うことが好ましい。反射防止層５３ｆは、光学窓５３の全面に均一に形成されているが、保持部５４側にもはみ出して形成されていてもよい。反射防止処理は、フィルムを用いた転写や加飾、蒸着、スパッタ、塗布等によって行う。具体的には、反射防止処理は、屈折率が異なる材料を複数層成膜して作製する光学的な方式でもよいし、微細な凹凸を有するモスアイ構造とする方式でもよい。また、蒸着や塗布等による成形品への直接成膜でもよいし、反射防止機能フィルムを用いた複合的な処理でもよい。フィルムを用いた方式として、成形品にフィルムを加飾する３次元ラミネートでも構わないし、転写フィルムを用いたホットスタンプ等によって反射防止層５３ｆを形成してもよいし、粘着剤・接着剤を塗布したフィルムを成形品に貼り付けて形成してもよい。また、詳細は後述するが、前述したように成形時に一体的に付着させても構わない。その場合の第１光学面５３ａ側のフィルムは、前述したハードコート層５３ｅの上に反射防止層５３ｆを有する構成で用意すればよい（図１０Ａ及び１０Ｂ参照）。

Ｃ）遮光処理工程
次に、製品部８３の保持部５４に遮光部５８を形成する。具体的には、図５Ｂに示すように、光学窓５３の第１光学面５３ａ上にマスクＭＡをした後、図５Ｃに示すように、保持部５４の外側の表面にレーザー光や外乱光を遮光する材料を塗装する。マスクＭＡとしては、例えばポリエチレンのマスキングフィルムを用いる。用途に合わせてポリプロピレン、ポリエステル等のマスキングフィルムでも構わない。本実施形態において、主外装部５１のうち保持部５４全体に遮光部５８が形成される。遮光処理工程後、図５Ｄに示すように、マスクＭＡを光学窓５３から除去することで主外装部５１を得る。その後、別途製造した副外装部５２内に内蔵部品を組み込んで固定した状態で、主外装部５１の縁部５１ａと、副外装部５２の縁部５２ａとを位置決めして、防塵防水のためにフッ素ゴム等の材料で形成されたシール部材を介して、ボルト等の留め具で固定する。これにより、レーザーセンサー１００が完成する。

以上説明したレーザーセンサー等によれば、外装部品５０の光学窓５３及び保持部５４が樹脂の一体成形品であることにより、光学窓５３を別途保持部５４に接合する必要がないため、光学窓５３と保持部５４との間に接合層等がない。そのため、光学窓５３の面形状への影響もなく、防塵防水性に優れており、メンテナンスも容易である。主外装部５１は、相手部品である副外装部５２と接合する必要はあるものの、この接合において光学窓５３の光学面５３ａ，５３ｂへの影響はなく、シール部材を用いてボルト等で脱着可能な組立が可能となっている。また、光学窓５３及び保持部５４を一体化することで、レーザーセンサー１００の外装部品５０は、比較的高い剛性を有し、かつ成形時の収縮及び変形による形状のばらつきが少なくなり、高精度な光学窓５３を有するものとなる。さらに、光学窓５３及び保持部５４を一体化することで、別途光学窓５３を接合する場合よりも構造的又は形状的な制限が少なくなり、レーザーセンサー１００の軽量化及び小型化に対応することができる。

外装部品５０の光学窓５３は、狙ったところに投受光するために、高い形状精度が求められている。従来のように、平板から光学窓の原型を切り出し、曲げ加工することによって光学窓を作製する方法では、治具の当たり具合により形状誤差が発生するため、加工精度が出ず、ばらつきが生じ、高精度のＲ形状加工が難しい。このことは、特に、光学窓の上辺（本実施形態の第１辺５３ｃに相当）と下辺（本実施形態の第２辺５３ｄに相当）とで曲率半径が異なり、かつ光学面が外装部品の基準軸に対して勾配を有する場合において顕著である。なお、光学窓の上辺と下辺とで曲率半径が同じ円柱状形状である場合、曲率半径が異なる場合よりも加工しやすいが、内面反射が大きくなり、反射光がノイズとなるという問題が生じる。また、光学窓を射出成形によって作製する方法では、ゲート部が光学窓から近いと、光学面が歪んでしまったり、ゲート位置によりゲート側と反ゲート側とで製品厚みが変化して、高精度の厚み制御が難しかったりする。また、光学窓が、Ｕ字状の形状を有すると、剛性が低いため、成形後の収縮や離型等で形状がばらつき、Ｒ形状に誤差が生じる。また、曲げ加工及び射出成形のいずれの場合も、作製した光学窓の剛性が低いため、部品の評価のために変形させずに保持することが難しく、また、接触式で測定すると変形が起こるため品質管理が難しい。

また、外装部品５０は、監視用途等で屋外の使用が実施されるため、太陽光や雨等に対する耐候性、防塵防水性が求められる。従来のように、光学窓を取り付ける部品と接着剤等で接合すると、その応力で光学窓の面形状が歪んでしまうという不具合が発生する。また、光学窓と光学窓を取り付ける部品とを接合する際に、光学窓の形状と相手部品の形状とで誤差がある場合、かみ合わない部分が生じる。また、接着剤等による歪みにより光学面が変形する不具合が発生する。また、接着剤等による接合の場合、接着剤の劣化等により剥離が起こり、防塵防水性が維持することが難しい。特に、光学窓が樹脂であり、光学窓をこれを取り付ける部品が金属である場合、温度等の環境が変化した際に、これらとの部材の線膨張率に差があるため、より接合部が剥離しやすい。

以上のように、光学窓５３が複雑な形状を有していても、本実施形態のレーザーセンサー１００のように、光学窓５３と保持部５４とを樹脂の一体的成形品とすることにより、防塵防水性を確保しつつ、高精度な光学窓５３を有するものとなる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る外装部品の製造方法等を説明する。なお、第２実施形態に係る外装部品の製造方法等は、第１実施形態の外装部品の製造方法等を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。

図６に示すように、本実施形態の外装部品５０を製造するための金型７０において、第１金型７１が可動金型であり、第２金型７２が固定金型となっている。すなわち、第１実施形態で説明した金型７０の構成が逆となっており、第２金型７２側にゲートＧＡが設けられている。そのため、成形される主外装部５１において、ゲート部５７は、保持部５４蓋部５５の裏側の面の略中央に形成される。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る外装部品の製造方法等を説明する。なお、第３実施形態に係る外装部品の製造方法等は、第１実施形態の外装部品の製造方法等を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。

以下、本実施形態の外装部品の製造方法を説明する。第１実施形態では、成形工程とハード処理工程とを並行して行ったが、本実施形態では、成形工程後にハードコート処理工程を行う。

Ａ）成形工程
まず、図７Ａに示すように、第１実施形態と同様の金型７０を用意し、図７Ｂに示すように、第１及び第２金型７１，７２を型締めし、成形空間７０ａ内に溶融樹脂Ｊを射出する。その後、図７Ｃに示すように、第１及び第２金型７１，７２を離間し、製品部８３を取り出す。

Ｂ）ハードコート処理工程
次に、図８Ａに示す製品部８３の光学窓５３にハードコート層５３ｅを形成する。ハードコート層５３ｅは、第１光学面５３ａの全面に均一に形成されるが、保持部５４側にはみ出して形成されてもよいし、内側の第２光学面５３ｂを含む全領域に形成されてもよい。ハードコート処理は、ハードコートフィルムを用いた転写や加飾、ハードコート液の塗布等によって行う。フィルムを用いた転写や加飾を行う場合、第１実施形態で用いたハードコート用フィルム９１を用いることができる（図４Ａ〜４Ｄ参照）。フィルムを用いた方式として、成形品にフィルムを加飾する３次元ラミネートでも構わないし、転写フィルムを用いたホットスタンプ等によってハードコート層５３ｅを形成してもよいし、粘着剤・接着剤を塗布したフィルムを成形品に貼り付けて形成してもよい。塗布する方式としては、ディップ方式、スプレー方式、スピン方式等形状に合わせて選択して構わない。

Ｃ）反射防止処理工程
次に、製品部８３の光学窓５３に反射防止層５３ｆを形成する。反射防止層５３ｆは、第１及び第２光学面５３ａ，５３ｂの両面に行うことが好ましい。反射防止層５３ｆは、光学窓５３の全面に均一に形成されているが、保持部５４側にもはみ出して形成されていてもよい。反射防止処理は、フィルムを用いた転写や加飾、蒸着、スパッタ、塗布等によって行う。

Ｄ）遮光処理工程
次に、製品部８３の保持部５４に遮光部５８を形成する。具体的には、図８Ｂに示すように、光学窓５３の第１光学面５３ａ上にマスクＭＡをした後、図８Ｃに示すように、保持部５４の外側の表面にレーザー光や外乱光を遮光する材料を塗装する。これにより、主外装部５１のうち保持部５４全体に遮光部５８が形成される。遮光処理工程後、図８Ｄに示すように、マスクＭＡを光学窓５３から除去することで主外装部５１を得る。

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係るレーザーセンサー等を説明する。なお、第４実施形態に係るレーザーセンサー等は、第１実施形態のレーザーセンサー等を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。

本実施形態において、図９に示すように、レーザーセンサー１００は、第１実施形態と同様に、投光部１０と、受光部２０と、回転反射部３０と、制御部４０と、外装部品５０とを備える。ここで、本実施形態の回転反射部３０の反射鏡３１は、２回反射型のポリゴンミラーであり、光路折り曲げ用の第１反射部３１ａと第２反射部３１ｂとを有する。第１及び第２反射部３１ａ，３１ｂは、Ｚ方向に平行に延びる回転軸ＲＸに沿って上下にそれぞれ配置されている。第１及び第２反射部３１ａ，３１ｂは角錐状の形状を有しており、これらの境界部分に対して略対称となっている。反射鏡３１において、第１反射部３１ａの鏡面は、Ｚ軸に対して傾斜しており、紙面上で左方向である＋Ｘ方向から入射したレーザー光Ｌ１を略直交する方向に反射し、紙面上で上方向の第２反射部３１ｂの鏡面に導く。第２反射部３１ｂの鏡面は、Ｚ軸に対して傾斜しており、紙面上で下方向である−Ｚ方向から入射したレーザー光Ｌ１を略直交する方向に反射し、紙面上で左方向の検出対象ＯＢ側へ導く。検出対象ＯＢで反射された一部の反射光Ｌ２は、レーザー光Ｌ１の経路と逆の経路をたどり、受光部２０で検出される。つまり、反射鏡３１は、検出対象ＯＢで反射された反射光Ｌ２すなわち戻り光を、第２反射部３１ｂの鏡面で再度反射させ、第１反射部３１ａの鏡面に導く。続いて、反射光Ｌ２を第１反射部３１ａの鏡面で再度反射させ、受光部２０側へ導く。反射鏡３１が回転すると、Ｚ軸方向に直交する平面（つまり、ＸＹ面）内において、レーザー光Ｌ１の進行方向が変化する。つまり、レーザー光Ｌ１は、反射鏡３１の回転に伴って、Ｙ軸方向に沿って走査される。レーザー光Ｌ１によって走査される角度領域が検出領域となる。本実施形態の回転反射部３０は、２回反射型であるため、１回反射型よりもＺ軸方向の検出領域が広くなっている。

以上、実施形態や実施例に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態等に限定されるものではない。例えば、第１実施形態において、成形工程と並行してハードコート処理工程を行ったが、成形工程と並行してハードコート処理工程と反射防止処理工程とを行ってもよい。この場合、例えば図１０Ａ及び１０Ｂに示すようなフィルム１９１を用いる。具体的には、インモールド成形の場合、図１０Ａに示すように、ハードコート膜９３の上に反射防止膜９６を設け、これらの上に離型層９４及びフィルム基材９２を設けた構成のフィルム１９１を用いる。これにより、図１０Ｂに示すように、成形後、フィルム基材９２を剥離すると、成形樹脂ＭＣにハードコート層５３ｅ及び反射防止層５３ｆが形成される。このようなフィルムを用いた反射防止処理は、光学窓５３の第２光学面５３ｂにも施すことができ、この場合、フィルムとしては図１０Ａ及び１０Ｂに示すフィルム１９１からハードコート膜９３を除いたものを用いればよい。また、図示を省略するが、インサート成形する場合、図４Ｃ及び４Ｄに示すフィルム９１において、ハードコート膜９３上に反射防止膜を付与したものを用いる。

また、第３実施形態において、遮光処理工程と、ハードコート処理工程及び反射防止処理工程とを逆に行ってもよい。つまり、遮光処理工程において、光学窓５３にマスクＭＡをした状態で塗装した後、マスクＭＡを除去してハードコート処理工程及び反射防止処理工程を行う。

また、上記実施形態において、レーザーセンサー１００の内蔵部品やその配置は適宜変更することができる。例えば、レーザーセンサー１００において、回転反射部３０と光学窓５３との間にレーザー光Ｌ１及び反射光Ｌ２の光路を曲げる折り返しミラーを設けてもよい。また、受光部２０において、センサーの手前に光学フィルター等を設けてもよい。また、迷光を避けるため、受光部２０の周囲に遮光部材を設けてもよい。

また、上記実施形態において、主外装部５１を上側とし、副外装部５２を下側とする構成としたが、主外装部５１を下側とし、副外装部５２を上側とする構成としてもよい。この場合、主外装部５１の蓋部５５が、外装部品５０の下側、つまり、光学窓５３の第２辺５３ｄから延びる構成となる。また、主外装部５１及び副外装部５２の構造又は形状は、適宜変更することができる。例えば、主外装部５１の剛性に影響がない範囲で、主外装部５１を、光学窓５３及び蓋部５５のみの構成、光学窓５３及び壁部５６のみの構成、光学窓５３及び枠部５４ａのみの構成としてもよい。また、保持部５４において、円錐台形状の一部が欠けた形状としてもよい。また、副外装部５２を用いずに、別部材としてレーザーセンサー１００を取り付ける部分に直接取り付ける構成としてもよい。

また、上記実施形態において、ゲート部５７の位置を保持部５４の蓋部５５の略中央に設けたが、光学窓５３の面精度を維持できれば、他の位置に設けてもよい。例えば、蓋部５５の光学窓５３からさらに離れた位置や、図１１に示すように、壁部５６の光学窓５３に対向する位置等に設けてもよい。

また、上記実施形態における金型７０の構成を図１２に示すような構成とすることができる。具体的には、可動側の第２金型７２において、製品形状に接するエアベント（空気逃げ溝）Ｖに繋がる吸引管７３ａを設けることで、金型７０内のエアー及び溶融樹脂Ｊからのガスを除去でき、溶融樹脂Ｊを成形空間７０ａ内に導入しやすくすることができる。また、可動側の第２金型７２において、製品部８３の取出しを容易にするためのエジェクター７３ｂを設けることができる。エジェクター７３ｂには、製品部８３（つまり、主外装部５１）の蓋部５５のゲート部５７の周辺部に対応する位置や接続部５９に対応する位置に複数のエジェクターピン７３ｃが設けられている。また、第１実施形態において、反射防止用のフィルム９１を第１金型７１に吸着又は貼りつけ等によって固定したが、具体的には、例えば固定側の第１金型７１に吸着管７４ａを設けてフィルム９１を吸着させてもよい。また、フィルム９１をアーム７５等を用いて、第１窓転写部７１ａに誘導してもよい。

また、上記実施形態において、投光部１０及び受光部２０にレンズを設けたが、投光部１０及び受光部２０の構成は適宜変更することができる。

Claims (19)

1. 投光部と、前記投光部からのレーザー光が照射された検出対象からの反射光を検知する受光部と、前記投光部と前記受光部とを覆う外装部品とを有するレーザーセンサーであって、
   前記外装部品は、前記レーザー光及び前記反射光を透過させる光学窓と、前記光学窓の外周を囲む保持部とを有し、
   前記光学窓及び前記保持部は、前記レーザー光の波長域で透過性を有する樹脂製の一体成形品であり、
   前記光学窓は、曲面状の一対の対向する光学面を有し、
   前記保持部は、前記光学窓から相対的に離れた位置にゲート部を有し、少なくとも前記光学面に隣接して前記レーザー光及び外乱光を遮光する遮光部を有するレーザーセンサー。
2. 前記保持部は、前記光学窓の外縁から延び、内蔵部品を覆う蓋部及び壁部の少なくとも一方を有する、請求項１に記載のレーザーセンサー。
3. 前記光学窓は、前記レーザー光の照射角が前記外装部品の基準軸に垂直な方向に６０°以上となる測定範囲をカバーする領域を有する、請求項１及び２のいずれか一項に記載のレーザーセンサー。
4. 前記光学窓は、曲率を有し輪郭に沿って互いに対向する第１辺と第２辺とを有し、
   前記第１辺の曲率半径は、前記第２辺の曲率半径と異なり、
   前記光学窓の表面は、前記外装部品の基準軸に対して勾配を有する、請求項１から３までのいずれか一項に記載のレーザーセンサー。
5. 前記保持部のうち前記第１及び第２辺のいずれか一方から延びる前記蓋部は、前記ゲート部を有する、請求項４に記載のレーザーセンサー。
6. 前記光学窓及び前記保持部は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長域の光を遮光する樹脂製である、請求項１から５までのいずれか一項に記載のレーザーセンサー。
7. 前記保持部は、別部材に連結する接続部を有し、前記別部材に対して着脱可能である、請求項１から６までのいずれか一項に記載のレーザーセンサー。
8. 前記光学窓は、ハードコート層を有する、請求項１から７までのいずれか一項に記載のレーザーセンサー。
9. 前記ハードコート層は、フィルムを用いた転写及び加飾、及び塗布のいずれかで形成される、請求項８に記載のレーザーセンサー。
10. 前記光学窓は、反射防止層を有する、請求項１から９までのいずれか一項に記載のレーザーセンサー。
11. 前記反射防止層は、フィルムを用いた転写及び加飾、蒸着、スパッタ及び塗布のいずれかで形成される、請求項１０に記載のレーザーセンサー。
12. レーザーセンサー用の外装部品の製造方法であって、
    外装部品のうち少なくとも前記レーザーセンサーのレーザー光及び反射光を透過させる光学窓を形成する窓転写部と、前記光学窓の外周を囲む保持部を形成する保持転写部とを備える金型を用いて、前記レーザー光の波長域で透過性を有する樹脂から外装部品を一体的に成形する成形工程と、
    前記保持部にレーザー光及び外乱光を遮光する遮光部を形成する遮光処理工程と、
    を備え、
    前記窓転写部は、曲面の転写面を有し、
    前記保持転写部は、前記窓転写部から相対的に離れた位置にゲートを有する外装部品の製造方法。
13. 前記保持転写部は、前記光学窓の外縁から延びる蓋部及び壁部の少なくとも一方を形成する蓋転写部及び壁転写部の少なくとも一方を有する、請求項１２に記載の外装部品の製造方法。
14. 前記窓転写部は、曲率を有し輪郭に沿って互いに対向する第１辺と第２辺とを有し、
    前記第１辺の曲率半径は、前記第２辺の曲率半径と異なり、
    前記窓転写部の表面は、前記外装部品の基準軸に対して勾配を有する、請求項１２及び１３のいずれか一項に記載の外装部品の製造方法。
15. 前記保持転写部のうち前記第１及び第２辺のいずれか一方から延びる前記蓋転写部は、前記ゲートを有する、請求項１４に記載の外装部品の製造方法。
16. 前記光学窓にハードコート処理を施すハードコート処理工程を備える、請求項１２から１５までのいずれか一項に記載の外装部品の製造方法。
17. 前記ハードコート処理は、フィルムを用いた転写及び加飾、及び塗布のいずれかで施される、請求項１６に記載の外装部品の製造方法。
18. 前記光学窓に反射防止処理を施す反射防止処理工程を備える、請求項１２から１７までのいずれか一項に記載の外装部品の製造方法。
19. 前記反射防止処理は、フィルムを用いた転写及び加飾、蒸着、スパッタ及び塗布のいずれかで施される、請求項１８に記載の外装部品の製造方法。

Images