JP7087415B2 - ライダー装置 - Google Patents

Description

本開示は、回転駆動される偏向ミラーを備えたライダー装置に関する。

ライダー装置では、光を偏向して走査を実現する光偏向デバイスの一つとして、回転駆動される偏向ミラーが用いられている。ライダーは、ＬＩＤＡＲとも表記され、Light Detection and Rangingの略語である。

下記特許文献１には、投光および受光を同じ偏向ミラーを用いて行う場合、偏光ミラーに遮光板を取り付けることで、投光に用いられる投光部が設置される投光用空間と、受光に用いられる受光部が設置される受光用空間とを分離する技術が記載されている。

特表２０１３－５４６００９号公報

しかしながら、遮光板は、偏光ミラーと共に回転するため、遮光板とその周囲の部材との間に、隙間を設ける必要がある。この隙間を介して投光部からの光が受光部に漏洩すると、実際には存在しない障害物が至近距離で検出されたり、実際に存在しない方向で障害物が検出されたりするという問題があった。

本開示の１つの局面は、ライダー装置において、投光部及び受光部間の光の漏洩に基づく検出性能の低下を抑制する技術を提供することにある。

本開示の一態様によるライダー装置は、投光部（１０）と、受光部（３０）と、スキャン部（２０）と、筐体（１００）と、仕切板（４４）と、遮光板（２２，２２ａ）とを備える。

投光部は、予め設定された方向に光を発する。受光部は、予め設定された方向から到来する光を受光する。スキャン部は、投光部から入射される光を反射する偏向ミラーを有し、偏向ミラーを予め設定された回転軸に対して回転させることにより、投光部から入射される光を偏向ミラーに反射させて出射する方向である出射方向を、回転軸の軸方向に直交する主走査方向に沿って変化させると共に、走査範囲内に存在する被検物からの反射光を偏向ミラーで反射して、受光部に導く。筐体は、投光部、受光部、スキャン部を収納する。仕切板は、光の透過を阻止する材料で構成され、筐体の内部空間を、投光部が設置される投光用空間と受光部が設置される受光用空間とに仕切る。遮光板は、光の透過を阻止する材料で構成され、偏向ミラーのうち、投光に用いる部位である投光偏向部と受光に用いる部位である受光偏向部との間に設けられ、偏向ミラーと一体に回転する。また、仕切板は、遮光板の周縁部の少なくとも一部に、仕切板の板面と、遮光板の板面とが、互いに非接触かつ重なり合うオーバラップ部（６０，６０ａ，６０ｂ）を形成する。

このような構成によれば、オーバラップ部を通過する光は、通過の際に反射を繰り返すことで減衰する。このため、オーバラップ部を介して投光用空間から受光用空間に漏洩する光の強度を抑制することができる。その結果、実際には存在しない障害物が至近距離で検出されたり、実際に存在しない方向で障害物が検出されたりすることによる、検出性能の低下を抑制できる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として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って、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

ライダー装置の外観を示す斜視図である。 ライダー装置の筐体内に収納される光検出モジュールの構成を示す斜視図である。 第１実施形態における、遮光板と仕切板との位置関係を示す説明図である。 第１実施形態の正面から見た概略構成およびオーバラップ部の作用を示す説明図である。 第１実施形態の側面から見た概略構成およびオーバラップ部の作用を示す説明図である。 第２実施形態の正面から見た概略構成およびオーバラップ部の作用を示す説明図である。 第２実施形態における遮光板の構成を示す斜視図である。 第３実施形態の正面から見た概略構成およびオーバラップ部の作用を示す見た説明図である。 第３実施形態の側面から見た概略構成およびオーバラップ部の作用を示す側面から見た説明図である。 他の実施形態の正面から見た概略構成およびオーバラップ部の作用を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
［１－１．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。

ライダー装置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り、後述する光検出モジュール２が収納される。

光学窓２００は、筐体１００の開口部を覆うように筐体１００に固定され、筐体１００の内部に設置される光検出モジュール２から照射されるレーザ光を透過する樹脂性の蓋体である。

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平面に直行する方向をＺ軸方向とする。なお、Ｘ軸方向における左右及びＹ軸方向における上下は、筐体１００の開口部側から見て定義する。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。

［１－２．光検出モジュール］
光検出モジュール２は、図２及び図３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の内部に組みつけられる。図３は、光検出モジュール２における各部の概略的な構成を示す模式図であり、特に投光部１０や受光部３０を構成する部品の配置等を正確に示すものではない。

［１－２－１．スキャン部］
スキャン部２０は、ミラーモジュール２１と、遮光板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が両面に取り付けられた平板状の部材である。ミラーモジュール２１は、モータ２３上に立設され、モータ２３の駆動に従って回転運動をする。

遮光板２２は、ミラーモジュール２１の上下方向の中心付近に、ミラーモジュール２１と一体、かつ、板面が回転運動の回転軸と直行するように設けられた円形かつ板状の部材である。遮光板２２には、光の透過を阻止する材料が用いられる。

以下、ミラーモジュール２１のうち、遮光板２２より上側の部位を投光偏向部２０ａ、遮光板２２より下側の部位を受光偏向部２０ｂという。また、ミラーモジュール２１の反射面は、受光偏向部２０ｂの方が投光偏向部２０ａより幅広に形成され、受光偏向部２０ｂは、遮光板２２の直径と等しい幅に、投光偏向部２０ａは、その半分程度の幅に設定されている。

［１－２－２．発光部］
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、両者が対向して配置されるように、筒状の保持部１１３を介して一体化した複合部品である。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と保持部１２３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。図３では、投光部１０が設置される空間を象徴的に示すために、発光モジュール１２及び投光折返ミラー１５の図示を省略し、発光モジュール１１のみを示している。

［１－２－３．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、図２では、受光レンズに隠れて図示されていないが、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。

［１－２－４．フレーム］
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４０は、フレーム下部４１と、フレーム側面部４２と、フレーム背面部４３と、仕切部４４とを有する。仕切部４４が仕切板に相当する。フレーム４０には、光の透過を阻止する材料が用いられる。

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。

フレーム側面部４２には、発光モジュール１１が組み付けられた発光基板５３が取り付けられる。
フレーム背面部４３には、発光モジュール１２が組み付けられた発光基板５４が取り付けられる。

仕切部４４は、投光部１０に属する各部品が配置される空間と、受光部３０に属する各部品が配置される空間とを仕切る位置に設けられる。仕切部４４には、投光折返ミラー１５、受光折返ミラー３３及び受光レンズ３２が組み付けられる。図３では、本開示の特徴部分を見やすくするために、フレーム４０のうち、仕切部４４のみを示す。

筐体１００の内部空間において、フレーム４０の仕切部４４、及びスキャン部２０の遮光板２２により上下方向に区分けされる二つの空間のうち、投光部１０が設置される上側の空間を投光用空間１０１、受光部３０が設置される下側の空間を受光用空間１０２という。

仕切部４４は、図３に示すように、遮光板２２の周縁部の少なくとも一部に、仕切部４４及び遮光板２２の板面同士が隙間を空けて対向するオーバラップ部６０を形成する形状を有する。オーバラップ部６０は、少なくとも、受光レンズ３２とスキャン部２０の回転軸との間に設けられる。なお、仕切部４４は、遮光板２２からみて投光用空間１０１側に配置される。

オーバラップ部６０における板面間の間隔Ｗは、仕切部４４がスキャン部２０の回転動作に干渉しないために最低限確保すべき幅以上に設定される。オーバラップ部６０の幅Ｌは、予め想定される入射角度でオーバラップ部６０に入射する光が、オーバラップ部６０にて１回以上反射する長さに設定される。想定される入射角度は、例えば、筐体１００の大きさ及び形状、筐体１００に収納される部品の大きさ、形状、及び配置、発光モジュール１１から出力される光の特性等によって決まる。

［１－３．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する。

ミラーモジュール２１の回転位置に応じた所定方向（即ち、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（以下、到来光）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。

図３中に点線で示すように、発光モジュール１１から出力され、投光偏向部２０ａ等で反射してオーバラップ部６０に向かう光は、オーバラップ部６０にて１回以上反射することにより十分に減衰されて、受光用空間１０２に到達する。受光用空間１０２から投光用空間１０１に向かう光も同様に、オーバラップ部６０にて減衰される。

［１－４．効果］
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）本実施形態では、遮光板２２と仕切部４４との境界部分に、オーバラップ部６０が設けられ、オーバラップ部６０を通過する光は、通過する際に反射を繰り返すことにより減衰する。このため、オーバラップ部６０を介して投光用空間１０１から受光用空間１０２へ漏洩する光、及び受光用空間１０２から投光用空間１０１へ漏洩する光の強度を抑制することができる。その結果、特に、投光用空間１０１から受光用空間１０２に漏洩する光の影響によって、実際には存在しない障害物が至近距離で検出されたり、実際に存在しない方向で障害物が検出されたりすることによる、検出性能の低下を抑制できる。

（１ｂ）本実施形態では、仕切部４４より投光用空間１０１側に遮光板２２が設けられているため、発光モジュール１１，１２から光学窓２００に向かい、光学窓２００から反射してくる光が、受光用空間１０２側に漏洩することを効果的に抑制することができる。即ち、図４に示すように、発光モジュール１１からスキャン部２０に向かい、スキャン部２０にて反射した光は、そのままオーバラップ部６０に直接入射される可能性がある。これに対して、図５に示すように、発光モジュール１１から光学窓２００に向かい、光学窓２００にて反射した光は、オーバラップ部６０に直接入射されることは少ない。つまり、投光用空間１０１から受光用空間１０２への光の漏洩において、スキャン部２０からの反射光より、光学窓２００からの反射光の方が、影響が大きい場合には、本実施形態の構成が有効となる。

（１ｃ）本実施形態では、投光偏向部２０ａが、受光偏向部２０ｂより幅が狭く形成されており、投光偏向部２０ａにおける受光偏向部２０ｂよりへこんだ部分に、仕切部４４をオーバラップさせている。このため、幅の広い受光偏向部２０ｂにより、受光量が増加するため検知性能を向上させることができるだけでなく、段差を有するスキャン部２０の形状を利用して、筐体１００内の空間を有効利用することができる。

［２．第２実施形態］
［２－１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

本実施形態では、遮光板２２ａの形状が第１実施形態とは相違する。
図６及び図７に示すように、遮光板２２ａは、板状部位２２１と、円筒状部位２２２とを備える。

板状部位２２１は、第１実施形態における遮光板２２と同様の形状を有する。円筒状部位２２２は、スキャン部２０の回転軸と同軸に形成され、板状部位２２１から上方、即ち、投光用空間１０１側に突出するように設けられた円筒状の部位である。円筒状部位は、その上面が、仕切部４４の上側の板面と同一面、またはそれより高くなるような厚さを有する。つまり、円筒状部位２２２は、仕切部４４の先端部と対向するように形成されている。

このような遮光板２２ａを用いた場合、図６に示すように、遮光板２２ａと仕切部４４の間には、Ｌ字型の隙間を有したオーバラップ部６０ａが形成される。従って、オーバラップ部６０ａに入射する光は、どのような角度で入射しても、オーバラップ部６０ａにおいて必ず反射する。しかも、隙間が屈曲しているため、通過するまでの反射回数も増加する。

［２－２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）～（１ｃ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（２ａ）遮光板２２ａを用いることにより、オーバラップ部６０ａに入射する光が減少するだけでなく、オーバラップ部６０ａに入射した光の反射回数も増大するため、オーバラップ部６０ａを介した光の漏洩をより効果的に抑制することができる。

［３．第３実施形態］
［３－１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第３実施形態では、図８及び図９に示すように、遮光板２２と、仕切部４４との上下位置関係が反対である点が、第１実施形態とは異なっている。
即ち、仕切部４４は、遮光板２２からみて受光用空間１０２側に配置される。

［３－２．効果］
第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（３ａ）本実施形態では、仕切部４４は、遮光板２２より受光用空間１０２側に設けられているため、発光モジュール１１，１２から投光偏向部２０ａに向かい、投光偏向部２０ａから反射してくる光が、受光用空間１０２側に漏洩することを効果的に抑制することができる。即ち、図８に示すように、発光モジュール１１からスキャン部２０に向かい、スキャン部２０にて反射した光は、オーバラップ部６０に直接入射されることがない。但し、図９に示すように、発光モジュール１１から光学窓２００に向かい、光学窓２００にて反射した光が、オーバラップ部６０に入射される可能性がある。つまり、投光用空間１０１から受光用空間１０２への光の漏洩において、光学窓２００からの反射光より、スキャン部２０からの反射光の方が、影響が大きい場合には、本実施形態の構成が有効となる。

［４．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。

（４ａ）上記実施形態では、遮光板２２と仕切部４４とは、互いの板面の一部が重なり合うように配置されているが、図１０に示すように、遮光板２２と仕切部４４とを同一面に配置し、両者が対向し合う互いの先端部分に、対向壁２２３，４４１を設けることで、オーバラップ部６０ｂを形成してもよい。この場合、対向壁２２３，４４１間の間隔Ｗ、対向壁２２３．４４１の上下方向の幅Ｌを、上記実施形態におけるオーバラップ部６０の間隔Ｗおよび幅Ｌと同様の考え方で設計すればよい。

（４ｂ）上記実施形態では、仕切部４４にて上下に仕切られた２つの空間のうち、上側の空間を投光用空間１０１、下側の空間を受光用空間１０２としているが、逆に上側の空間を受光用空間１０２、下側の空間を投光用空間１０１としてもよい。

（４ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。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又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（４ｄ）上述したライダー装置の他、当該ライダー装置を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１０…投光部、１１，１２…発光モジュール、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、２２，２２ａ…遮光板、２３…モータ、３０…受光部、３１…受光素子、３２…受光レンズ、４４…仕切部、６０…オーバラップ部、１００…筐体、１０１…投光用空間、１０２…受光用空間。

Claims (5)

1. 予め設定された方向に光を発するように構成された投光部（１０）と、
   予め設定された方向から到来する光を受光するように構成された受光部（３０）と、
   前記投光部から入射される光を反射する偏向ミラーを有し、前記偏向ミラーを予め設定された回転軸に対して回転させることにより、前記投光部から入射される光を前記偏向ミラーに反射させて出射する方向である出射方向を、前記回転軸の軸方向に直交する主走査方向に沿って変化させると共に、走査範囲内に存在する被検物からの反射光を前記偏向ミラーで反射して、前記受光部に導くように構成されたスキャン部（２０）と、
   前記投光部、受光部、スキャン部を収納する筐体（１００）と、
   光の透過を阻止する材料で構成され、前記筐体の内部空間を、前記投光部が設置される投光用空間と前記受光部が設置される受光用空間とに仕切る仕切板（４４）と、
   光の透過を阻止する材料で構成され、前記偏向ミラーのうち、投光に用いる部位である投光偏向部と受光に用いる部位である受光偏向部との間に設けられ偏向ミラーと一体に回転する遮光板（２２，２２ａ）と、
   を備え、
   前記偏向ミラーは、前記投光偏向部と前記受光偏向部とが同一平面を形成し、且つ、前記回転軸に直行する方向に沿った前記受光偏向部の幅が、前記遮光板の直径と同じもしくは前記遮光板の直径以下の大きさを有し、前記投光偏向部の幅が、前記受光偏向部の幅より狭く形成され、
   前記仕切板は、前記遮光板に対して前記投光用空間側に位置し、前記遮光板の周縁部の少なくとも一部に、前記仕切板の板面と、前記遮光板の板面とが、互いに非接触かつ重なり合うオーバラップ部（６０，６０ａ，６０ｂ）を形成するように構成された、
   ライダー装置。
2. 請求項１に記載のライダー装置であって、
   前記スキャン部は、一対の前記偏向ミラーが両面に取り付けられた平板状の部材であるミラーモジュールを備える
   ライダー装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のライダー装置であって、
   前記仕切板は、前記投光部、前記受光部、及び前記スキャン部が有する各部品を一体に組み付けるために設けられたフレームの一部、または前記筐体の一部として構成された
   ライダー装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のライダー装置であって、
   前記遮光板（２２ａ）は、前記仕切板が位置する側に突出する円筒状部位（２２２）を有し、
   前記仕切板は、前記オーバラップ部の先端が、前記円筒状部位と対向するように構成された、
   ライダー装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のライダー装置であって、
   前記オーバラップ部における前記遮光板と前記仕切板との間隔および前記オーバラップ部の幅は、前記オーバラップ部への入射が想定される光の入射角度に基づき、前記オーバラップ部にて１回以上の光の反射が行われるように設定された
   ライダー装置。

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