JP2005257325A - 距離検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 人の目の安全性を確保すべくレーザ光の発光出力が所定範囲となるように低下させる場合において、精度良くレーザ光を低発光出力にできる距離検出装置を提供する。
【解決手段】 ポリゴンミラー４で反射したレーザ光を受光部５に備えられる受光素子５ｂで受け取ると共に、受光素子５ｂの出力を増幅回路５ｂで増幅し、この増幅後の出力のパルス幅をパルス幅検出部５ｃで検出する。そして、パルス幅検出部５ｃでの検出結果を電流調整部５ａにフィードバックし、その検出結果に応じて、電流調整部５ａが発光部２に流す電流の大きさを制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば車両に搭載され、レーザ光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、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。

具体的には、距離検出装置は、レーザ光を照射する発光部と、そのレーザ光を反射する六角錐台形状の回転可能なスキャンミラーとなるポリゴンミラーと、反射してきたレーザ光を受け取る受光部とを備えた構成となっている。このような構成により、発光部が照射したレーザ光をポリゴンミラーにて反射させて車両前方に導く。このとき、ポリゴンミラーを回転させ、ポリゴンミラーの各側面に発光部からのレーザ光が当たるようにすることで、ポリゴンミラーでのレーザ光の反射角度を調整し、車両前方の所定範囲にレーザ光がスキャンされるようにする。そして、例えば先行車両で反射したレーザ光を受光部で受け取ることで距離の測定を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。

この距離検出装置では、測定距離を稼ぎ遠い位置も検出できるようにするためには、できる限りレーザ光の発光出力を上げる必要がある。その反面、レーザ光が用いられることから、人の目に損傷を与える可能性もある。

このため、例えば、前方車両が停止したときには自車両も共に停止し、前方車両が発進したときには自車両も共に発進するＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムに採用される距離検出装置では、車両走行時と車両停車時とでレーザ光の発光出力を変化させるようにしている。すなわち、車両走行時には長時間人の目にレーザ光が照射されないが、車両停車時には長時間人の目にレーザ光が照射される可能性があるものとして、車両停車時には、人の目の安全性を確保しながらある程度は測定距離が得られるように、車両走行時に対してレーザ光の発光出力を低下させ、発光出力が所定範囲となるように制御している。
特開２００２−０３１６８５号公報

上述したように、距離検出装置では、人の目の安全性を確保すべく、レーザ光の発光出力が所定範囲に低下させられる。このため、レーザ光の発光出力を精度良く制御、調整する必要がある。

しかしながら、レーザ光の発光に用いられるレーザダイオードは、特性上、低出力時には電流−発光出力特性（以下、Ｉ−Ｌ特性という）が大きくばらつく。例えば、電流Ｉに対して発光出力Ｌが最も大きくなるレーザダイオード（ＭＡＸ）もしくは最も小さくなるレーザダイオード（ＭＩＮ）と、平均的なレーザダイオード（ＴＹＰ）について、それぞれのＩ−Ｌ特性を図示すると、図４のようになる。

したがって、レーザ光を所定範囲の発光出力にするために、電流Ｉを所定値に設定したとしても、レーザダイオードの特性バラツキにより、レーザ光を所定範囲の発光出力にできない場合が発生するという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、人の目の安全性を確保すべくレーザ光の発光出力が所定範囲となるように低下させる場合において、精度良くレーザ光を低発光出力にできる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、ケース（１、１ａ、１ｂ）と、ケース内に配置され、探査光としてレーザ光を照射する発光部（２）と、ケースに設けられ、レーザ光を通過させて、ケースの外部に出射する投射窓部（１ｃ）と、ケース内に配置され、レーザ光の反射光を受け取る受光部（５）と、ケースに設けられ、レーザ光の反射光を通過させて、受光部に入射させる入射窓部（１ｄ）とを備え、発光部が照射したレーザ光を、投射窓部を通じてケースの外部に向けて出射したのち、ケースの外部で反射してきたレーザ光を受光部で受け取り、それに基づいてレーザ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、発光部に対して電流を流すと共に、その電流の大きさを調整する電流調整部（６ａ）と、発光部が照射するレーザ光を受け取り、該レーザ光の発光出力に応じた出力を発生させる受光素子（５ａ）とを備え、受光素子の出力に基づいて、電流調整部が発光部に対して流す電流の大きさを調整するようになっていることを特徴としている。

このように、受光素子が発生するレーザ光の発光出力に応じた出力に基づいて、電流調整部が発光部に対して流す電流の大きさを調整するようにしている。これにより、精度良く、発光部が出射するレーザ光の発光出力を制御、調整することが可能となる。したがって、発光部を構成するレーザダイオードの個体差によるＩ−Ｌ特性のバラツキに関わらず、人の目に損傷を与えない程度で、かつ、ある程度の検出距離が得られる所定範囲となるように、レーザ光の発光出力を制御することができる。

具体的には、請求項２に示されるように、受光素子の出力を増幅する増幅回路（６ｂ）によって増幅された後の受光素子の出力に基づいて、電流調整部が発光部に対して流す電流の大きさを調整することができる。

この場合、例えば、請求項３に示されるように、増幅回路によって増幅された後の受光素子の出力のパルス幅を検出するパルス幅検出部（６ｃ）を備え、このパルス幅検出部によって検出されたパルス幅に基づいて電流調整部が発光部に対して流す電流の大きさを調整することができる。また、請求項４に示されるように、増幅回路によって増幅された後の受光素子の出力の波高に基づいて、電流調整部が発光部に対して流す電流の大きさを調整することも可能である。

請求項５に記載の発明では、ケース内に配置され、レーザ光を反射することで、レーザ光を所定の範囲で走査するスキャンミラー（４）を有し、スキャンミラーによってレーザ光がケース内で反射するような反射角度となる場合に、スキャンミラーで反射したレーザ光が受光素子に照射されるようになっていることを特徴としている。

このように、スキャンミラーでのレーザ光の反射角度が、レーザ光が投射窓部とは異なる方向に反射される角度となる場合に、その反射したレーザ光が受光素子に照射されるように受光素子を配置すれば良い。

請求項６に記載の発明では、受光素子は、ケースの外部で反射してきたレーザ光を受け取るための受光部に備えられるものであり、障害物までの距離の検出用と発光部が出射したレーザ光の発光出力の検出用とで共用されていることを特徴としている。

このような構成とすれば、レーザ光の発光出力を検出するために、新たに受光素子を設ける必要もなが。したがって、従来の距離検出装置に対しての部品点数の増加、およびそれに伴うコストアップを発生させることなく、レーザ光の発光出力が所定範囲となるように制御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図を図１に示す。また、図１に示す距離検出装置の概略構成を図２に示す。以下、これら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、図２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。

図１に示されるように、距離検出装置は、略立方体形状で構成された樹脂製のケース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のうち車両前方に向けられる面において、図２に示されるように横方向に並べられて、例えばガラスやアクリル樹脂等の透光性部材によって構成された投射窓部１ｃと入射窓部１ｄが備えられた構成となっている。

第２ケース部１ｂは、例えば樹脂などによって構成され、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。

なお、図１に示されるように、第２ケース部１ｂの一部には、ケース１から部分的に突出したコネクタ１ｆが配置されている。そして、このコネクタ１ｆ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。

このように構成されるケース１内に、各種部品が収容されている。具体的には、ケース１には、発光部２、反射ミラー３、ポリゴンミラー４および受光部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各種回路部、例えば図２に示される電流調整部６ａや増幅回路６ｂおよびパルス幅検出部６ｃが備えられた回路基板６が備えられている。

発光部２は、回路基板６に備えられた電流調整部６ａから流される電流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の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いる。そして、回路基板６に備えられた駆動回路（図示せず）によって駆動される図示しないモータにて反射ミラー３が揺動されることで、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）が行われるようになっている。

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、ケース１の上面側において、回路基板６上に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に備えられた駆動回路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、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、反射光の投射角が変わり、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。

受光部５は、図２に示されるように、フレネルレンズ５ａと例えばフォトダイオードによって構成される受光素子５ｂなどによって構成され、フレネルレンズ５ａによってレーザ光を集光し、受光素子５ｂに集光された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ようになっている。この受光部５により、ケース１の上方に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、この受光部５の出力電流もしくは出力電圧は、回路基板６に備えられた増幅回路６ｂに入力されるようになっている。

この受光部５は、ポリゴンミラー４に対して横置き、すなわちポリゴンミラー４の回転軸と垂直方向にずらされて配置されている。

回路基板６は、各種回路部を備えたものであり、上述したように、電流調整部６ａ、増幅回路６ｂおよびパルス幅検出部６ｃを備えている。

電流調整部６ａは、レーザ光の発光タイミングに合わせたパルス状の電流を発光部２に流すと共に、レーザ光の発光出力を調整するべく、その電流の大きさの調整を行うものである。具体的には、電流調整部６ａは、パルス幅検出部６ｃの検出結果に基づいて発光部２に流す電流の大きさの調整を行うようになっている。

増幅回路６ｂは、受光素子５ｂの出力電流もしくは出力電圧を増幅するものである。この増幅回路６ｂの出力、すなわち増幅された受光素子５ｂの出力電流もしくは出力電圧がパルス幅検出部６ｃに入力されるようになっている。なお、この増幅回路６ｂの出力は、回路基板６に備えられた図示しない演算回路にも入力されるようになっている。そして、演算回路により、発光部２から出射されたレーザ光の出射タイミングと、受光部５に入射されたレーザ光の入射タイミングとから、先行車両など障害物までの距離を検出するようになっている。

パルス幅検出部６ｃは、増幅回路６ｂの出力のパルス幅を検出するものである。図３は、受光素子５ｂが受け取ったレーザ光の強度とパルス幅の関係を示したものである。レーザ光の強度が大きくなると、それに応じて受光素子５ｂの出力電流もしくは出力電圧も大きくなる。このため、増幅後の出力波形も波高が高いものになり得る。

しかしながら、増幅回路６ｂのダイナミックレンジがある程度の値に設定されることから、ダイナミックレンジよりも波高が高くなる部分に関しては、図３の破線で示すように、実際には飽和してしまい、ある値以上には増幅されることなく出力されることになる。これに対し、そのときの増幅回路６ｂの出力のパルス幅は、本来増幅されたときに得られる出力波形の大きさに応じて決まり、本来の出力波形の波高が高いものほどパルス幅が広く、低いものほどパルス幅が狭くなる。

したがって、このパルス幅検出部６ｃによってパルス幅を検出することで、受光部５で受け取ったレーザ光の強度を検出することが可能となる。

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。

まず、車両走行時のようにレーザ光の発光出力が通常の大きさとされるタイミングにおいては、駆動回路からの駆動信号に基づいてモータが駆動され、反射ミラー３が所定の角度に調整される。そして、発光部２から所定のタイミングでレーザ光が照射され、そのレーザ光が反射ミラー３およびポリゴンミラー４で反射されて、図２中点線矢印Ａで示されるように投射窓部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、その反射光が図２中点線矢印Ｂで示されるように入射窓部１ｄを通じてフレネルレンズ５ａで集められ、受光素子５ｂに照射される。

これにより、受光素子５ｂ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。これが増幅回路６ｂによって増幅されたのち、回路基板６に備えられた図示しない演算部に入力される。そして、演算部は、そのレーザ光の出射タイミングとレーザ光の入射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１ｆ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、車両停車時のようにレーザ光の発光出力が所定範囲に入るように、車両走行時と比べて低下させられるタイミングになると、発光部２が出射したレーザ光の発光出力を確認する自己診断がなされる。すなわち、ポリゴンミラー４によるレーザ光の反射角度が所定の角度となったときに発光部２からレーザ光が出射され、このレーザ光が反射ミラー３およびポリゴンミラー４で反射される。このとき、ポリゴンミラー４で反射されたレーザ光は、図２中実線矢印Ｃで示したように、投射窓部１ｃ側ではなく、ケース１内における内壁面もしくはフレネルレンズ５ａに向けて出射される。その後、図２中実線矢印Ｄで示したようにレーザ光が反射され、受光素子５ｂに照射される。

したがって、受光素子５ｂから発光部２が出射したレーザ光の発光出力に応じた出力電流もしくは出力電圧が出力される。これが増幅回路６ｂにて増幅されたのち、パルス幅検出部６ｃにて増幅回路６ｂの出力のパルス幅が検出される。そして、その検出結果が電流調整部６ａに出力されると、検出されたパルス幅に基づいて、電流調整部６ａが発光部２に出力する電流の大きさを調整するようになっている。

すなわち、レーザ光の発光出力として、人の目に損傷を与えない程度であり、かつ、ある程度の検出距離が得られる所定範囲は決まっていることから、発光出力が所定範囲となるときのパルス幅は決まっている。したがって、電流調整部６ａは、パルス幅検出部６ｃにて検出されたパルス幅と発光出力が所定範囲となるときのパルス幅とを比べ、前者の方が後者よりも狭い場合には発光部２に流す電流値を大きくし、逆に前者の方が後者よりも広い場合には発光部２に流す電流値を小さくする。

このように発光部２が出射したレーザ光を受光素子６ｂによって受け取り、その発光出力をフィードバックすることで、人の目に損傷を与えない程度であり、かつ、ある程度の検出距離が得られる所定範囲となるように、レーザ光の発光出力を制御することができる。

以上説明したように、本実施形態に示す距離検出装置では、レーザ光の発光出力が人の目に損傷を与えない程度に抑えるタイミングの際に、発光部２が出射したレーザ光をケース１内で反射させることで、そのレーザ光が受光素子５ｂに照射されるようにしている。そして、受光素子５ｂにて、照射されたレーザ光の発光出力に応じた出力電流もしくは出力電圧を出力させ、増幅回路６ｂを介して、パルス幅検出部６ｃにて増幅回路６ｂの出力のパルス幅に基づいて、発光部２が出射したレーザ光の発光出力を検出するようにしている。

このため、この発光出力に基づいて電流調整部６ａが発光部２に流す電流の大きさを調整することにより、精度良く、発光部２が出射するレーザ光の発光出力を制御、調整することが可能となる。したがって、発光部２を構成するレーザダイオードの個体差によるＩ−Ｌ特性のバラツキに関わらず、人の目に損傷を与えない程度であり、かつ、ある程度の検出距離が得られる所定範囲となるように、レーザ光の発光出力を制御することが可能となる。

さらに、本実施形態では、発光部２が出射したレーザ光を受光部５における受光素子５ｂに照射することにより、そのレーザ光の発光出力を検出できるようにしている。すなわち、受光素子５ｂを距離検出用と発光部２が出射したレーザ光の発光出力の検出用とで共用している。このため、レーザ光の発光出力を検出するために、新たに受光素子を設ける必要もない。したがって、従来の距離検出装置に対しての部品点数の増加、およびそれに伴うコストアップを発生させることなく、発光出力を所定範囲となるように制御することが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、増幅回路６ｂによって増幅された受光素子５ｂの出力のパルス幅に基づいて発光部２が出射したレーザ光の発光出力のフィードバックを行ったが、その出力の波高に基づいて行うようにしても良い。この場合、受光素子５ｂの出力を増幅したときの出力波形と増幅回路６ｂのダイナミックレンジについて、増幅後の出力における波高が高い部分が、増幅回路６ｂのダイナミックレンジによって削られない程度、もしくは、削られたとしてもレーザ光の発光出力が所定範囲となるときの波高と、それよりも波高が高くなるときとを区別できる程度、という関係が成り立っていれば良い。

また、上記実施形態では、ポリゴンミラー４の回転軸に垂直方向に受光部２を配置した横置きの距離検出装置を例に挙げて説明したが、各構成部品の配置関係などについてはあくまでも一例であり、他の配置になっていても構わない。

さらに、上記実施形態では、発光部２が出射したレーザ光を受光部５における受光素子５ｂに照射することでレーザ光の発光出力を検出できるようにしているが、受光素子５ｂとは別に、発光部２が出射したレーザ光の発光出力を検出するための専用の受光素子を備えておき、その受光素子の出力に基づいて、発光部２に流す電流値を調整するようにしても良い。

この場合、ポリゴンミラー４が投射窓部１ｃと異なる方向にレーザ光を反射するときに、その反射したレーザ光を受光できる位置に受光素子を配置すれば良い。なお、ここでいう反射したレーザ光を受光できる位置には、ポリゴンミラー４で反射した光が直接照射される位置だけでなく、勿論、その反射したレーザ光がケース１の内壁面などで更に反射した場合に、その反射したレーザ光が受光できる位置も含まれる。

本発明の第１実施形態における距離検出装置の断面図である。 図１に示す距離検出装置の概略構成を示した図である。 増幅回路によって受光素子の出力が増幅されたときの波形を示した図である。 レーザダイオードの固体差によるＩ−Ｌ特性のバラツキを示した特性図である。

符号の説明

１…ケース、１ｃ…投射窓部、１ｄ…入射窓部、２…発光部、３…反射ミラー、
４…ポリゴンミラー、５…受光部、５ａ…フレネルレンズ、５ｂ…受光素子、
６…回路基板、６ａ…電流調整部、６ｂ…増幅回路、６ｃ…パルス幅検出部。

Claims (6)

1. ケース（１、１ａ、１ｂ）と、
   前記ケース内に配置され、探査光としてレーザ光を照射する発光部（２）と、
   前記ケースに設けられ、前記レーザ光を通過させて、前記ケースの外部に出射する投射窓部（１ｃ）と、
   前記ケース内に配置され、前記レーザ光の反射光を受け取る受光部（５）と、
   前記ケースに設けられ、前記レーザ光の反射光を通過させて、前記受光部に入射させる入射窓部（１ｄ）とを備え、
   前記発光部が照射した前記レーザ光を、前記投射窓部を通じて前記ケースの外部に向けて出射したのち、前記ケースの外部で反射してきた前記レーザ光を前記受光部で受け取り、それに基づいて前記レーザ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、
   前記発光部に対して電流を流すと共に、その電流の大きさを調整する電流調整部（６ａ）と、
   前記発光部が照射する前記レーザ光を受け取り、該レーザ光の発光出力に応じた出力を発生させる受光素子（５ａ）とを備え、
   前記受光素子の出力に基づいて、前記電流調整部が前記発光部に対して流す電流の大きさを調整するようになっていることを特徴とする距離検出装置。
2. 前記受光素子の出力を増幅する増幅回路（６ｂ）を備え、この増幅回路によって増幅された後の前記受光素子の出力に基づいて、前記電流調整部が前記発光部に対して流す電流の大きさを調整するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の距離検出装置。
3. 前記増幅回路によって増幅された後の前記受光素子の出力のパルス幅を検出するパルス幅検出部（６ｃ）を有し、このパルス幅検出部によって検出された前記パルス幅に基づいて前記電流調整部が前記発光部に対して流す電流の大きさを調整するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の距離検出装置。
4. 前記増幅回路によって増幅された後の前記受光素子の出力の波高に基づいて、前記電流調整部が前記発光部に対して流す電流の大きさを調整するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の距離検出装置。
5. 前記ケース内に配置され、前記レーザ光を反射することで、前記レーザ光を所定の範囲で走査するスキャンミラー（４）を有し、前記スキャンミラーによって前記レーザ光が前記ケース内で反射するような反射角度となる場合に、前記スキャンミラーで反射した前記レーザ光が前記受光素子に照射されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の距離検出装置。
6. 前記受光素子は、前記ケースの外部で反射してきた前記レーザ光を受け取るための前記受光部に備えられるものであり、前記障害物までの距離の検出用と前記発光部が出射したレーザ光の発光出力の検出用とで共用されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の距離検出装置。
   

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