JP4193724B2 - 距離検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両に搭載され、光波によって先行車等との距離を測定する距離検出装置に関するものである。

従来より、車両に搭載される距離検出装置として、例えばレーザ光によって先行車等の障害物との距離を測定するもの（レーザレーダ）が知られている。この距離検出装置は、レーザダイオードを断続的に発光させて車両の前方に照射し、前方の障害物からの反射光をフォトセンサで検出し、発光時刻と受光時刻との時間差に基づいて、障害物までの距離を測定する。

この距離検出装置では、レーザ光が射出される窓のガラスに汚れが付着していると、正確な距離の測定が正確に行えなくなる可能性がある。このため、ガラスに汚れが付着した場合に、その汚れによって光が乱反射することを利用し、その乱反射した光を受光素子にて検出することで、ガラスへの汚れの付着検出を行うようにしている。

具体的には、距離検出装置内において、ガラスと受光素子との間に何も部品などの構造物が配置されない導光スペースもしくは導光部材を設けておき、ガラスの汚れによって乱反射した光が他の部品に遮られることなく受光素子に届くようにすることで、ガラスの汚れ付着検出を行えるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２８６８４４号公報

近年、距離検出装置の小型化が進み、距離検出装置内の部品が互いに密集した状態で配置されつつある。このような状況下では、上述したようなガラスの汚れ付着検出のための導光スペースを設けるのが困難になりつつある。しかしながら、ガラスと受光素子との間に構造物を配置したのでは、その構造物によって乱反射した光が遮られ、受光素子に光を十分に届かせることができなくなるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、ガラスと受光素子との間に部品などの構造物が配置された場合でも、ガラスの汚れによって乱反射した光が十分に受光素子に届く構造の距離検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、距離検出装置において、ケース（１、１ａ、１ｂ）内に配置され、発光部（２）から照射された探査光をケース内で反射する反射ミラー（３）と、投射窓部（１ｃ）に付着した汚れによって探査光が乱反射すると、その乱反射した光を検出する受光素子（５）とを備え、反射ミラーは、導光部材によって構成された導光面とこの導光面に備えられた反射膜とを有して構成され、導光面が投射窓部と受光素子とを結ぶ線上において、該線と平行となるように配置され、投射窓部によって乱反射した探査光が導光面を通じて受光素子に導かれるように構成されていることを特徴としている。

このような構成の距離検出装置によれば、投射窓部に汚れが付着した場合に、その汚れによる乱反射光が反射ミラーの導光面に導かれて受光素子に伝えられるようにすることができる。すなわち、反射ミラーの導光面が、反射ミラーの透明板としての役割だけでなく導光部材としての役割も兼ねるようになっている。

このため、乱反射光を導くためにのみ導光スペースを設けたり導光部材を配置したりしなくても、十分に汚れによる乱反射光を受光素子に導くことができる。これにより、スペースの有効活用を図ることができ、距離検出装置の小型化、すなわち構造物の密集化にも対応することが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態を適用した距離検出装置の断面構造を図１に示す。以下、この図に基づいて距離検出装置の構造について説明する。

図１に示される距離検出装置は、車両に搭載されるもので、例えば、図１における紙面右方向が車両前方を向くように配置され、例えばオートクルーズ時に車両前方の先行車等の障害物と自車両との距離を検出するレーザレーダとして用いられる。

距離検出装置は、略立方体形状で構成されたケース１内に各種部品が収容されて構成されている。

ケース１は、第１ケース部１ａと第２ケース部１ｂとによって構成されている。第１ケース部１ａは、一面が開口する箱型を成しており、この第１ケース部１ａによって構成される収容スペース内に、各種部品が収容されるようになっている。第１ケース部１ａは、基本的には同じ材料の樹脂によって構成されているが、第１ケース部１ａの側壁を構成する面の一部に、例えばアクリル樹脂によって構成された透光性の投射窓部１ｃが２色成型によって形成されている。また、図１の断面中には現れないが、第１ケース部１ａのうち、投射窓部１ｃが形成された面と同じ面には、投射窓部と同様に例えば透光性のアクリル樹脂によって形成された入射窓部が形成されている。

第２ケース部１ｂは、例えばアルミダイカストによって構成され、第１ケース部１ａの開口した面にシール部材１ｅを介して組みつけられている。この第２ケース部１ｂには、ケース１から部分的に突出したコネクタ１ｄが配置されており、第２ケース部１ｂに設けられた穴部を介して、ケース１内外の電気的接続が行えるようになっている。

第１、第２ケース部１ｂによって構成されるケース１内には、発光部２、反射ミラー３、ポリゴンミラー４および受光素子５が備えられていると共に、距離検出装置を制御するための制御部（図示せず）などが備えられえた回路基板６が備えられている。なお、図１の断面では示されていないが、発光部２よりも紙面奥側において、ケース１内には、第１ケース部１ａに形成された入射窓部に対向するように、フレネルレンズおよび受光素子を有する受光部も配置されている。

発光部２は、回路基板６に備えられた制御部からの駆動信号に基づいて駆動されるもので、反射ミラー３に向けてレーザ光の照射を行うようになっている。例えば、この発光部２は、レーザダイオードによって構成され、パルス状のレーザ光（探査光）を発生するようになっている。

反射ミラー３は、発光部２が発したレーザ光を反射し、ポリゴンミラー４に向けて照射するためのものである。この反射ミラー３は、ケース１内壁に固定された支持部７により、ケース１に対して揺動可能に支持されており、回路基板６に備えられた制御部によって駆動される図示しないモータにより、紙面垂直方向を軸とした反射角度の微調整（例えば、１度程度の調整）が行えるようになっている。

また、反射ミラー３は、ガラス面（導光面）およびこのガラス面の裏面側に塗布された反射膜とによって構成されている。そして、ガラス面が第１ケース部１ａにおける投射窓部１ｃと回路基板６上の受光素子５とを結ぶ線上に位置し、ガラス面がその線と略平行を成した状態となっている。

ポリゴンミラー４は、六角錐の先端部分を切り取ったような六角錐台状の形状を成している。このポリゴンミラー４は、第１ケース部１ａの底面側において、六角錐軸を中心として回転可能なように支持されており、回路基板６に備えられた制御部によって駆動される図示しないモータによって回転駆動されるようになっている。このポリゴンミラー４は、その側面がすべて反射ミラーとして働くようになっており、スキャンミラーとして機能する。

具体的には、ポリゴンミラー４は、発光部２が発したレーザ光が反射ミラー３で反射されると、そのレーザ光をさらに反射させ、第１ケース部１ａの投射窓部１ｃを通じてその反射光を車両前方に導くようになっている。そして、図示しないモータによってポリゴンミラー４が駆動されると、その回転に応じてポリゴンミラー４の側面の角度が変わることから、反射光の照射角が変わり、車両前方における所定の範囲がスキャンされるようになっている。

受光素子５は、レーザ光が照射されるとその受光強度に対応する出力電流もしくは出力電圧を発生するもので、例えばフォトダイオードによって構成されている。受光素子５は、例えば回路基板６上においてほぼ反射ミラー３のガラス面の延長線と交差する位置に配置されている。この受光素子５により、回路基板６の上方からの照射されたレーザ光を検出できるようになっている。そして、この受光素子５の出力電流もしくは出力電圧は、回路基板６に備えられた制御部に入力されるようになっている。

なお、図示しない受光部に備えられる受光素子も、例えばフォトダイオードで構成されるもので、発光部２が発したレーザ光が反射ミラー３およびポリゴンミラー４を介して投射窓部１ｃから車両前方に照射されたのち、そのレーザ光が前方の先行車両などで反射した場合に、入射窓部を通じてその反射光を受け取るようになっている。そして、この受光部によってレーザ光を受け取ったことが制御部に伝えられるようになっている。

次に、本実施形態のように構成された距離検出装置の作動について説明する。

上記構成の距離検出装置は、例えば車室内に備えられたオートクルーズコントロールのスイッチが投入されると、前方車両との距離の検出を行う。

そして、まず、投射窓部１ｃに汚れが付着していない場合には、投射窓部１ｃにレーザ光を遮るものが無いため、発光部２が発したレーザ光が反射ミラー３およびポリゴンミラー４を介して投射窓部１ｃから車両前方に照射される。このレーザ光が自車両の前方に位置する先行車両などによって反射すると、その反射光がフレネルレンズで集められ、受光部に照射される。

これにより、受光部は受けたレーザ光の強度に応じた出力電流もしくは出力電圧を発生させる。これが制御部によって検知され、制御部は、そのレーザ光を照射したタイミングとレーザ光が検出されたタイミングの時間差、つまり入力時間差とレーザ光の速度とから次式より先行車両との距離を検出する。

（数１）
レーザ光の速度×入力時間差／２
このようにして先行車両と自車両との距離が検出されると、その検出結果に応じた出力がコネクタ１ｄを介してケース１の外部、例えばエンジンＥＣＵやブレーキＥＣＵなどに出力される。これにより、先行車両と自車両との距離が所定距離に維持されるように、エンジン出力もしくは制動力が制御されるようになっている。

一方、投射窓部１ｃに汚れが付着した場合には、上述した先方車両との距離の検出に加え、以下の作動を行う。具体的には、投射窓部１ｃに汚れが付着した場合には、その汚れの為に、ポリゴンミラー４から照射されたレーザ光が投射窓部１ｃで乱反射することになる。この乱反射したレーザ光が反射ミラー３のガラス面を導光部材として、受光素子５側に導かれる。すなわち、乱反射したレーザ光は、反射ミラー３のうち投射窓部１ｃ側の端面から入射されると、反射ミラー３におけるガラス面の表面および反射膜により内反射を繰り返しながら受光素子５側の端面に導かれ、その端面から出射されることで受光素子５に向けて照射される。

これにより、受光素子５は、照射されたレーザ光の強度に応じた出力電流もしくは出力電圧を出力し、それが制御部に伝えられる。この後、制御部にて、例えば受光素子５の出力が所定のしきい値と比較され、しきい値を超えていれば、投射窓部１ｃに汚れが付着したことを意味する信号がコネクタ１ｄを介して外部に出力される。そして、この出力信号が例えばメータＥＣＵに送られ、例えば図示しない車室内のインストルメントパネルに設けられた警告ランプなどが点灯されて、投射窓部１ｃに汚れが付着したことが車室内の乗員に報告されるようになっている。

以上説明したように、本実施形態の距離検出装置によれば、投射窓部１ｃに汚れが付着した場合に、その汚れによる乱反射光が反射ミラー３のガラス面に導かれて受光素子５に伝えられるようになっている。すなわち、反射ミラー３のガラス面が、透明板としての役割だけでなく導光部材としての役割も兼ねるようになっている。

このため、乱反射光を導くためにのみ導光スペースを設けたり導光部材を配置したりしなくても、十分に汚れによる乱反射光を受光素子５に導くことができる。これにより、スペースの有効活用を図ることができ、距離検出装置の小型化、すなわち構造物の密集化にも対応することが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図２は、本実施形態の距離検出装置の断面構成を示した図である。本実施形態の距離検出装置は、第１実施形態に対して、投射窓部１ｃに付着した汚れによる乱反射光を受光素子５に導く手段が異なるものであり、他の構成に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図２に示されるように、投射部材から紙面下方向に線を降ろしたとすると、その線が回路基板６と交差する位置において、反射板８が設けられている。この反射板８は、例えば回路基板６に設置されており、その反射面が回路基板６に対して例えば４５度の角度を成した状態となっている。

また、反射ミラー３と第１ケース部１ａとの間、つまり投射窓部１ｃと反射板８との間には導光スペースが設けられている。このため、投射窓部１ｃに付着した汚れによってポリゴンミラー４から照射されたレーザ光が乱反射した場合には、そのレーザ光が導光スペースを通じて反射板８に届くようになっている。

そして、回路基板６上に備えられた受光素子５は、受光面によって反射板８側からのレーザ光を受け取れるように、回路基板６の基板面に対して横置きにされた状態となっている。

このような構成によれば、投射窓部１ｃと反射板８との間に設けられた導光スペースおよび反射板８により、投射窓部１ｃと受光素子５との間に構造物が配置されていたとしても、それを回避しつつ投射窓部１ｃの汚れによって乱反射したレーザ光を受光素子５に導くことができる。このため、投射窓部１ｃと受光素子５との間に構造物を配置することも可能となり、スペースの有効活用を図ることができ、距離検出装置の小型化、すなわち構造物の密集化にも対応することが可能となる。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、反射ミラー３における導光部材をガラス面としているが、導光可能であり、かつ反射膜へのレーザ光の進入が可能な材質のものであれば、どのようなものであっても構わない。

なお、上記第１実施形態において、反射ミラー３のガラス面が投射窓部１ｃと受光素子５とを結ぶ線と平行として示したが、少なくとも、投射窓部１ｃのうちポリゴンミラー４からのレーザ光が通過する部分を通過する線と平行であればよく、投射窓部１ｃ全域と受光素子５とを結ぶ線と平行である必要はない。

本発明の第１実施形態における距離検出装置の断面構成を示す図である。 本発明の第２実施形態における距離検出装置の断面構成を示す図である。

符号の説明

１…ケース、１ａ…第１ケース部、１ｂ…第２ケース部、１ｃ…投射窓部、
２…発光部、３…反射ミラー、４…ポリゴンミラー、５…受光素子、６…回路基板、
７…支持部、８…反射板。

Claims (1)

1. ケース（１、１ａ、１ｂ）と、
   前記ケース内に配置され、探査光を照射する発光部（２）と、
   前記ケースに設けられ、前記発光部から照射された前記探査光を通過させる透光性材料で構成された投射窓部（１ｃ）とを備え、
   前記投射窓部を通じて、前記発光部が照射した前記探査光を前記ケースの外部に向けて照射したのち、前記ケースの外部で反射してきた前記探査光を受光し、それに基づいて前記探査光が反射させられた障害物までの距離を検出する距離検出装置において、
   前記ケース内に配置され、前記発光部（２）から照射された前記探査光を前記ケース内で反射する反射ミラー（３）と、
   前記投射窓部に付着した汚れによって前記探査光が乱反射すると、その乱反射した光を検出する受光素子（５）とを備え、
   前記反射ミラーは、導光部材によって構成された導光面とこの導光面に備えられた反射膜とを有して構成され、前記導光面が前記投射窓部と前記受光素子とを結ぶ線上において、該線と平行となるように配置され、前記投射窓部によって乱反射した前記探査光が前記導光面を通じて前記受光素子に導かれるように構成されていることを特徴とする距離検出装置。

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