JP6958383B2 - ライダー装置 - Google Patents
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Description
即ち、従来技術では、光学窓の中心を通る中心軸上に、走査中心が位置することが前提であり、光学窓は、中心軸に対して対称な形状を有する。このため、走査中心が光学窓の中心軸上にない場合には、任意の測定方向で結像性能が劣化するため、従来技術を適用できなかった。なお、回転運動をする偏向ミラーを用いて走査する場合、走査中心は回転運動の中心軸に位置する。
光検出モジュールは、予め設定された走査方向に沿って走査された光ビームを投光すると共に、走査範囲から到来する光を受光する。光学窓は、光検出モジュールを収納する筐体(100)の開口部に設けられ、筐体の外側に向けて突出する曲面形状を有し、前記光検出モジュールにより投光及び受光される光ビームを透過する。なお、走査の中心である走査中心と走査方向に沿った光学窓の中心である窓中心とは、走査方向における位置が互いに異なる。光学窓は、筐体の外側に面する外側面及び筐体の内側に面する内側面のうち少なくとも一方を対象面として、前記光検出モジュールから投光される光ビームの走査方向及び投光方向を含む走査面に沿った対象面の断面形状が、窓中心に対して非対称な形状を有する。
[1.構成]
図1に示す本実施形態のライダー装置1は、車両に搭載して使用され、車両の周囲に存在する様々な物体の検出等に用いられる。ライダーは、LIDARとも表記される。LIDARは、Light Detection and Rangingの略語である。
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り、後述する光検出モジュール2が収納される。
光検出モジュール2は、図2〜図4に示すように、投光部10と、スキャン部20と、受光部30とを備える。光検出モジュール2は、フレーム40を介して筐体100に組みつけられる。
スキャン部20は、ミラーモジュール21と、仕切板22と、モータ23とを備える。
ミラーモジュール21は、光を反射する一対の偏向ミラー211,212が両面に取り付けられた平板状の部材である。
投光部10は、一対の光源11,12を備える。投光部10は、一対の投光レンズ13,14と、投光折返ミラー15とを備えてもよい。
光源11は、反射点からX軸に沿って左側に離れた位置に、発光面を投光偏向部20aに向けた状態で配置される。光源12は、反射点から光源11に至る経路の中心付近の折返点からZ軸に沿って後側に離れた位置に、発光面をZ軸の前側に向けた状態で配置される。但し、一対の光源11,12のY軸方向の位置である縦位置は、光源11は基準面より低い位置に設定され、光源12は基準面より高い位置に配置される。つまり、一対の光源11,12は、縦位置が異なるように配置される。
受光部30は、図2〜図4に示すように、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。
フレーム40は、投光部10、スキャン部20、及び受光部30が有する各部品を1体に組みつけることで、これら部品間の位置関係が確定された状態で、筐体100内に組み付けるための部材である。
フレーム下部41には、その下側から、受光素子31が組み付けられた受光基板51と、スキャン部20が組み付けられたモータ基板52とが取り付けられる。このため、フレーム下部41には、受光折返ミラー33から受光素子31に至る光の経路となる部位、及びスキャン部20のモータ23が配置される部位に、孔が設けられている。また、フレーム下部41に取り付けられた受光基板51及びモータ基板52において、受光素子31及びモータ23が組み付けられた各実装面は、略同一平面となる。
ここでは、ホルダ421,431が、フレーム側面部42及びフレーム背面部43と一体に設けられるが、これらは発光基板53,54と一体に設けられてもよい。
図5に示すように、光源11から出力された光は、投光レンズ13を介して投光偏向部20a上に入射される。また、光源12から出力された光は、投光レンズ14を透過後、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上に入射される。但し、光源11と光源12とでは、投光偏向部20aの異なる面が使用される。投光偏向部20aに入射された光は、ミラーモジュール21の回転位置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±60°の範囲を走査範囲とする。
光学窓200は、光検出モジュール2から投光される光ビームの走査方向及び投光方向を含む走査面に沿った断面形状が、図7に示すように、筐体100の外側に向けて突出する曲面形状を有し、例えば窓中心軸Acを境界にして、左右が非対称な形状に設定される。以下では、筐体100に取り付けられた状態の光学窓200において、筐体100の外側を向いた面を外側面、筐体100の内側を向いた面を内側面という。また、X軸方向において窓中心軸Acから見て、走査中心(即ち、走査中心軸As)がある側をマイナス側、その反対側をプラス側という。窓中心軸Acと走査中心軸Asの距離をD1とする。
R1≠R4 ∩ R2=R3 (1)
R1=R4 ∩ R2≠R3 (2)
R1≠R4 ∩ R2≠R3 (3)
つまり、(1)は、光学窓200の内側面の曲率半径(以下、内側曲率半径)R1,R4を異ならせ、外側面の曲率半径(以下、外側曲率半径)R2,R3を一定とする場合である。(2)は、光学窓200の内側曲率半径R1,R4を一定とし、外側曲率半径R2,R3を異ならせる場合である。(3)は、光学窓200の内側曲率半径R1,R2及び外側曲率半径R2,R3をいずれも異ならせる場合である。以下、曲率半径R1〜R4が設計パラメータに相当する。
図9は、光学窓200の外側曲率半径を一定R2=R3=200mmとし、内側曲率半径R1及びR4を、180mm〜200mmの範囲で2mmずつ変化をさせて、ビーム位置Bp、ビーム径Bw、ビーム外縁位置Boをシミュレーションによって算出した結果を示す。なお、窓中心軸Acと走査中心軸Asとの距離はD1=17mm、APDの素子幅はEw=0.45mmとする。つまり、ビーム外側位置Boの絶対値が0.225mmを超えると、受光ビームの少なくとも1部がAPDから外れた場所に入射されることになる。また、ここでは、APDアレイ311に属する各素子CH1〜CH12のうち、中心付近に位置するCH6について算出した。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(5a)ライダー装置1では、光学窓200を窓中心に対して非対称な形状としているため、走査中心が窓中心軸Acから外れた位置にあることに基づいて、光学窓200を透過する光ビームに現れる走査角度の違いによる光学窓の影響のばらつきを抑制することができる。
(5c)ライダー装置1では、光学窓200の外側面の形状を一定とし、内側面の形状のみを変化させた場合、対称性を有した装置の外観を損なうことなく、上述の効果を実現することができる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
(6c)上記実施形態では、ビーム外縁位置Boを用いて、Boの絶対値がAPDの受光面内にあることを外縁許容条件として、光学窓200の形状を評価しているがこれに限定されるものではない。例えば、ビーム位置Bp及びビーム径Bwのいずれかを用いて評価してもよい。ビーム位置Bpを用いる場合、例えば、Bpが受光素子の受光面内にあることを位置許容条件として、光学窓200の形状を評価してもよい。ビーム径Bwを用いる場合、例えば、Bwが素子幅Ew以下であることを径許容条件として、光学窓200の形状を評価してもよい。
Claims (6)
- 予め設定された走査方向に沿って走査された光ビームを投光すると共に、走査範囲から到来する光を受光する光検出モジュール(2)と、
前記光検出モジュールを収納する筐体(100)の開口部に設けられ、前記筐体の外側に向けて突出する曲面形状を有し、前記光検出モジュールにより投光及び受光される光ビームを透過するように構成された光学窓(200)と、
を備え、
前記走査の中心である走査中心と前記走査方向に沿った前記光学窓の中心である窓中心とは、前記走査方向における位置が互いに異なり、
前記光学窓は、前記筐体の内部に面する内側面を対象面として、前記光検出モジュールから投光される光ビームの走査方向及び投光方向を含む走査面に沿った前記対象面の断面形状が、前記窓中心に対して非対称な形状を有し、
前記対象面の断面形状は、前記走査方向に沿って分割される複数の領域毎に曲率半径が異なり、且つ、前記窓中心から見て前記走査中心側の領域ほど曲率半径が小さくなるように設定された、
ライダー装置。 - 請求項1に記載のライダー装置であって、
前記対象面の曲率半径は、前記光検出モジュールが有する受光素子に入射される受光ビームの位置であるビーム位置が、予め設定された位置許容条件を満たすように設定された、
ライダー装置。 - 請求項1に記載のライダー装置であって、
前記対象面の曲率半径は、前記光検出モジュールが有する受光素子に入射される受光ビームの径であるビーム径が、予め設定された径許容条件を満たすように設定された、
ライダー装置。 - 予め設定された走査方向に沿って走査された光ビームを投光すると共に、走査範囲から到来する光を受光する光検出モジュール(2)と、
前記光検出モジュールを収納する筐体(100)の開口部に設けられ、前記筐体の外側に向けて突出する曲面形状を有し、前記光検出モジュールにより投光及び受光される光ビームを透過するように構成された光学窓(200)と、
を備え、
前記走査の中心である走査中心と前記走査方向に沿った前記光学窓の中心である窓中心とは、前記走査方向における位置が互いに異なり、
前記光学窓は、前記筐体の外部に面する外側面及び前記筐体の内部に面する内側面のうち少なくとも一方を対象面として、前記光検出モジュールから投光される光ビームの走査方向及び投光方向を含む走査面に沿った前記対象面の断面形状が、前記窓中心に対して非対称な形状を有し、
前記対象面の断面形状は、前記走査方向に沿って分割される複数の領域毎に曲率半径が異なるように構成され、
前記対象面の曲率半径は、前記光検出モジュールが有する受光素子に入射される受光ビームの位置を前記受光素子の中心を基準として示したビーム位置に、前記受光ビームの半径であるビーム半径を加えたビーム外縁位置が予め設定された外縁許容条件を満たすように設定された、
ライダー装置。 - 請求項4に記載のライダー装置であって、
前記対象面は、前記光学窓の内側面である、
ライダー装置。 - 請求項5に記載のライダー装置であって、
前記対象面の断面形状は、前記窓中心から見て前記走査中心側の領域ほど曲率半径が小さくなるように設定された、
ライダー装置。
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