(57)【要約】【課題】レーザ光照射方向に対して走査機構が薄く、かつ水平方向に移動量が大きい対象物検出装置を提供する。【解決手段】高速に大きく移動することが求められる水平走査機構としてリニアモータ１１を用い、水平方向ほどの高速移動性が求められない垂直方向には、垂直走査機構としてステッピングモータ１６を用いる。ステッピングモータ１６は、２つの板ばね１７、受光レンズ１４、および投光レンズ１５で囲まれた空間に配置される。よって、レーザ光照射方向に対して走査機構が薄く、かつ水平方向に移動量が大きい対象物検出装置を実現することができる。【選択図】図２
2010203924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して光ビームパルスを投光する投光部と、
前記対象物から反射した光ビームパルスを受光する受光部と、
前記投光部の前面に設けられた投光レンズと、
前記受光部の前面に設けられた受光レンズと、
道路面に対して水平方向に弾性を与え、前記投光レンズおよび受光レンズを支持する弾性体と、
前記道路面に対して、投光レンズおよび受光レンズを水平方向に走査する水平走査機構と、
前記道路面に対して、投光レンズおよび受光レンズを垂直方向に走査する垂直走査機構と、
前記投光部から光ビームパルスを投光し、前記対象物から反射した光ビームパルスを受光するまでの時間を計測する時間計測部と、
前記光ビームパルスの走査方向を検出する走査方向検出部と、
所定時間間隔毎に前記投光部から光ビームパルスを対象物に投光し、前記水平走査機構および垂直走査機構によって、光ビームパルスを所定方向に走査し、前記受光部で反射した光ビームパルスを受光した結果、前記時間計測部から得た時間および走査方向検出部から得た走査方向に基づいて、対象物の有無を検出する対象物検出部と、
を備えた対象物検出装置において、
前記水平走査機構を駆動するリニアモータと、
前記垂直走査機構を駆動する回転モータと、
を備えた対象物検出装置。
【請求項２】
前記弾性体は、前記投光レンズおよび前記受光レンズを囲むように設けられた板ばねであり、
前記回転モータは、前記板ばね、前記投光レンズおよび前記受光レンズで囲まれた空間に配置されている請求項１に記載の対象物検出装置。
【請求項３】
前記回転モータは、ステッピングモータである請求項１または請求項２に記載の対象物検出装置。
【請求項４】
前記回転モータの回転角度を検出する回転角度検出部と、
前記回転モータの回転角度を制御する回転角度制御部と、
を備えた請求項１または請求項２に記載の対象物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光等の電磁波を水平方向および垂直方向に走査し、反射光の受光量と投光から受光までの経過時間に基づいて対象物を検出する対象物検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を水平方向および垂直方向に走査する機構として、リニアモータを使用し、投光レンズおよび受光レンズを水平方向および垂直方向に走査する機構が提案されている（例えば特許文献１、２を参照）。
【０００３】
図１は、従来の走査機構を示した図である。走査機構２は、垂直走査機構２１と水平走査機構２２とを備えている。垂直走査機構２１と水平走査機構２２は、ホルダ２３で連結されている。
【０００４】
垂直走査機構２１は、ホルダ２３の垂直方向（Ｚ，−Ｚ方向）の両端に接続される２つの板ばね３１を備えている。２つの板ばね３１は、ホルダ２３を挟むように固定部材２０に固定されている。ホルダ２３の背面方向（−Ｙ方向）には、コイル３２が固定されている。固定部材２０には、コイル３２に対向するように磁石３３が設けられている。
【０００５】
垂直走査機構２１は、コイル３２に電流を流すことで磁石３３の磁界により垂直方向に電磁力を生じさせる。これにより、ホルダ２３は、発生した電磁力と板ばね３１の反力が釣り合う位置まで移動する。垂直走査機構２１は、コイル３２に流す電流の方向を制御することで、任意の位置にホルダ２３を移動させることができる。
【０００６】
垂直方向位置検出部３４は、一方の板ばね３１に対向するように設けられ、板ばね３１に光を照射し、板ばね３１からの反射光を受光して、板ばね３１の変位量を検出するフォトセンサである。
【０００７】
また、水平走査機構２２は、ホルダ２３の水平方向（Ｘ，−Ｘ方向）の両端に接続される２つの板ばね２５を備えている。２つの板ばね２５の前面方向（Ｙ方向）には、レンズホルダ２４が接続されている。レンズホルダ２４の前面方向には、コイル２６が固定されている。固定部材２０には、コイル２６に対向するように磁石２７が設けられている。
【０００８】
水平走査機構２２は、コイル２６に電流を流すことで磁石２７の磁界により水平方向に電磁力を生じさせる。これにより、レンズホルダ２４は、発生した電磁力と板ばね２５の反力が釣り合う位置まで移動する。水平走査機構２２は、電流の方向を制御することで、任意の位置にレンズホルダ２４を移動させることができる。
【０００９】
また、水平方向位置検出部２８は、一方の板ばね２５に対向するように設けられ、板ばね２５に光を照射し、板ばね２５からの反射光を受光して、板ばね２５の変位量を検出するフォトセンサである。
【００１０】
以上のように、従来の走査機構は、リニアモータを用いて投光レンズおよび受光レンズを、水平方向および垂直方向に走査するものである。
【００１１】
一方、回転モータの回転運動を直線運動に変換し、投光レンズおよび受光レンズに対し、投光素子および受光素子を水平方向に走査する機構等も提案されている（特許文献３、４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−２６４０６２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７７３４８号公報
【特許文献３】特開平１１−３２６５１７号公報
【特許文献４】特開２００１−１０８７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
リニアモータを用いてレーザ光を走査する場合、レーザ光の照射方向に対して走査機構が厚くなるという課題がある。
【００１４】
この発明は、レーザ光照射方向に対して走査機構が薄く、かつ水平方向に移動量が大きい対象物検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明の対象物検出装置は、対象物に対して光ビームパルスを投光する投光部と、前記対象物から反射した光ビームパルスを受光する受光部と、前記投光部の前面に設けられた投光レンズと、前記受光部の前面に設けられた受光レンズと、道路面に対して水平方向に弾性を与え、前記投光レンズおよび受光レンズを支持する弾性体と、前記道路面に対して、投光レンズおよび受光レンズを水平方向に走査する水平方向走査機構と、前記道路面に対して、投光レンズおよび受光レンズを垂直方向に走査する垂直方向走査機構と、前記投光部から光ビームパルスを投光し、前記対象物から反射した光ビームパルスを受光するまでの時間を計測する時間計測部と、前記光ビームパルスの走査方向を検出する走査方向検出部と、所定時間間隔毎に前記投光部から光ビームパルスを対象物に投光し、前記水平走査機構および垂直走査機構によって、光ビームパルスを所定方向に走査し、前記受光部で反射した光ビームパルスを受光した結果、前記時間計測部から得た時間および走査方向検出部から得た走査方向に基づいて、対象物の有無を検出する対象物検出部と、を備えた対象物検出装置において、前記水平走査機構を駆動するリニアモータと、前記垂直走査機構を駆動する回転モータと、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
このように、高速に大きく移動することが求められる水平方向にはリニアモータを用い、水平方向ほどの高速移動性が求められない垂直方向には、回転モータを用いることで、レーザ光照射方向に対して走査機構が薄く、かつ水平方向に移動量が大きい対象物検出装置を実現することができる。
【００１７】
また、上記発明において、前記弾性体は、前記投光レンズおよび前記受光レンズを囲むように設けられた板ばねであり、前記回転モータは、前記板ばね、前記投光レンズおよび前記受光レンズで囲まれた空間に配置されていてもよい。
【００１８】
水平方向にはリニアモータを用いるため、従来と同様に板ばねが必要である。板ばねを用いると、投光レンズおよび受光レンズとの間に空間が生じる。そこで、板ばねや投光レンズおよび受光レンズで囲まれた空間に回転モータを配置することで、無駄な空間がなくなり、さらに走査機構を薄くすることができる。
【００１９】
また、前記回転モータは、ステッピングモータであってもよい。ステッピングモータを用いる場合、入力したパルス数によって移動量を検知できるため、垂直走査機構に位置検出部を設ける必要がない。よって、さらに走査機構を薄くすることも可能である。なお、通常の回転モータを用いる場合は、回転モータの回転角度を検出する回転角度検出部と、回転モータの回転角度を制御する回転角度制御部と、を設ける。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、レーザ光照射方向に対して走査機構が薄く、かつ水平方向に移動量が大きい走査機構を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の走査機構を示す図である。
【図２】本実施形態のレーザレーダの構成を示す外観斜視図である。
【図３】各構成部の分解斜視図である。
【図４】水平方向の走査機構の動作を説明する図である。
【図５】垂直方向の走査機構を説明する図である。
【図６】垂直方向の走査機構を説明する図である。
【図７】レーザレーダの構成を示すブロック図である。
【図８】各種値を時間軸上で表した図である。
【図９】走査範囲を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照してこの発明の対象物検出装置に係る実施形態であるレーザレーダについて説明する。本実施形態のレーザレーダは、自動車の車両に取り付けられ、道路面に対して水平に取り付けられるものである。図２は、レーザレーダの構成を示す外観斜視図である。図３は、レーザレーダの各構成部を分解した分解斜視図である。なお、以下の説明においては、レーザ光照射方向をレーザレーダの正面方向（Ｙ方向）とする。
【００２３】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、レーザレーダ１は、固定台５に載せられたリニアモータ１１、光ビームパルスを受光する受光部１２、光ビームパルスを投光する投光部１３、受光部１２の前面に設けられた受光レンズ１４、投光部１３の前面に設けられた投光レンズ１５、ステッピングモータ１６、板ばね（弾性体）１７、およびホルダ１９を備えている。
【００２４】
固定台５の上面には、リニアモータ１１、受光部１２、投光部１３、およびステッピングモータ１６が固定されている。
【００２５】
リニアモータ１１およびステッピングモータ１６は、固定台５の中央に固定されている。リニアモータ１１が正面側、ステッピングモータ１６が背面側に固定されている。ステッピングモータ１６の右方向（Ｘ方向）には受光部１２が固定されており、左方向（−Ｘ方向）には投光部１３が取り付けられている。なお、受光部１２が左方向、投光部１３が右方向であってもよい。
【００２６】
投光部１３が投光した光ビームパルスは、投光レンズ１５で平行化されてレーザレーダ１の正面方向に投光される。受光レンズ１４は、レーザレーダの前面に存在する対象物から反射した光ビームパルスを集光し、受光部１２に導く。受光レンズ１４および投光レンズ１５を水平方向に移動させると、投光される光ビームパルスが水平方向に走査される。同様に、受光レンズ１４および投光レンズ１５を垂直方向に移動させると、受光される光ビームパルスが垂直方向に走査される。
【００２７】
すなわち、レーザレーダ１は、所定時間間隔毎に投光部１３から光ビームパルスを対象物に投光して光ビームパルスを所定方向に走査し、対象物から反射した光ビームパルスを受光部１２で受光する。レーザレーダ１は、光ビームパルスを投光してから受光するまでの時間、および走査方向に基づいて、対象物の有無を検出するものである。
【００２８】
本実施形態のレーザレーダ１は、リニアモータ１１で水平方向の走査を行い、ステッピングモータ１６で垂直方向の走査を行う。
【００２９】
ステッピングモータ１６は、上面方向（Ｚ方向）の端部に取り付けられたジョイント１６６を介して、背面方向（−Ｙ方向）にホルダ１９が取り付けられている。ホルダ１９には、水平方向（Ｘ方向および−Ｘ方向）の両端に２つの板ばね１７が取り付けられている。２つの板ばね１７は、それぞれ水平方向に薄く、正面方向に長い長方形状の板ばねである。２つの板ばね１７は、それぞれ背面側の端部がホルダ１９に取り付けられ、正面側の端部がレンズホルダ１０４に取り付けられている。
【００３０】
レンズホルダ１０４は、受光レンズ１４および投光レンズ１５がはめこまれる長方形状の枠体である。レンズホルダ１０４の水平方向両端に２つの板ばね１７がそれぞれ取り付けられて支持されている。レンズホルダ１０４によって、受光レンズ１４が受光部１２の前面に位置し、投光レンズ１５が投光部１３に前面に位置する。レンズホルダ１０４の中央部分にはリニアモータ１１が設けられている。
【００３１】
以上の配置構成により、２つの板ばね１７は、受光レンズ１４および投光レンズ１５を囲むように設けられる。また、ステッピングモータ１６は、２つの板ばね１７、受光レンズ１４、および投光レンズ１５で囲まれた空間に配置される。
【００３２】
次に、水平走査機構について説明する。図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、水平走査機構１０は、リニアモータ１１、レンズホルダ１０４、および２つの板ばね１７から構成される。
【００３３】
リニアモータ１１は、側面から見て中空構造となっている鉄心１０１と、レンズホルダ１０４の中央部分に取り付けられているコイル１０２と、鉄心１０１に取り付けられている磁石１０３と、からなる。鉄心１０１は、正面側の鉄心１０１Ａと背面側の鉄心１０１Ｂとに分かれている。鉄心１０１Ａおよび鉄心１０１Ｂによりレンズホルダ１０４の中央部分が囲われている。
【００３４】
コイル１０２は、レンズホルダ１０４の背面側に取り付けられている。磁石１０３は、鉄心１０１Ｂの正面側に取り付けられている。磁石１０３は、上面から見て左側方向の磁石１０３Ａと右側方向の磁石１０３Ｂとに分かれている（図４参照）。コイル１０２と、磁石１０３Ａおよび磁石１０３Ｂと、が対向するように配置されている。
【００３５】
図４は、リニアモータ１１を上面から見た断面図である。同図（Ａ）は、コイル１０２に電流が流れていない場合を示す図である。この場合、磁石１０３Ａおよび磁石１０３Ｂによる磁界によって発生する力（電磁力）は存在せず、レンズホルダ１０４は中立位置となる。
【００３６】
ここで、コイル１０２に電流を流すと、同図（Ｂ）に示すような電磁力が発生する。すなわち、左側のコイル１０２においては、磁石１０３Ａが発生する正面方向の磁界と、紙面手前から奥に（上面側から下面側に）向かって流れる電流により、フレミングの法則に従った電磁力が右方向に発生する。同時に、右側のコイル１０２においては、磁石１０３Ｂが発生する背面方向の磁界と、紙面奥から手前に（下面側から上面側に）向かって流れる電流により、フレミングの法則に従った電磁力が右方向に発生する。
【００３７】
よって、同図（Ｃ）に示すように、レンズホルダ１０４が右方向に移動し、発生した電磁力と板ばね１７の反力が釣り合う位置まで移動する。一方で、電流の向きを反対にすると、左方向の電磁力が発生するため、同図（Ｄ）に示すように、レンズホルダ１０４が左方向に移動する。
【００３８】
このようにして、水平走査機構であるリニアモータ１１は、コイル１０２に流す電流を制御することで、任意の位置にレンズホルダ１０４を移動させることができる。
【００３９】
なお、固定台５には、水平走査位置検出部１８がいずれか一方の板ばね１７に対向するように固定されている。水平走査位置検出部１８は、板ばね１７に対して光を照射し、板ばね１７からの反射光を受光して、板ばね１７の変位量を検出するフォトセンサである。この変位量により、レンズホルダ１０４（受光レンズ４および投光レンズ１５）の水平走査位置を検知することができる。
【００４０】
次に、垂直走査機構について説明する。図５は、ステッピングモータ１６の構成を示す図である。同図（Ａ）は、ステッピングモータ１６を上面から見た断面図であり、同図（Ｂ）は側面から見た断面図である。ステッピングモータ１６は、シャフト１６１、ロータ１６２、永久磁石１６３、ステータ（電磁石）１６４、および回転防止ピン１６５を備えている。
【００４１】
円筒形状のロータ１６２の周囲側面には、永久磁石１６３が複数（同図においては８個）取り付けられている。さらに、永久磁石１６３から一定間隔離れた位置にステータ１６４が複数（同図においては８個）取り付けられている。ステッピングモータ１６は、各ステータ１６４にパルス状の電力を入力してステータ１６４を励磁させる。ここで、励磁するステータ１６４を順に切り替えることによって、ステータ１６４が永久磁石１６３を引きつけ、ロータ１６２を一定の方向に回転させることができる。また、シャフト１６１とロータ１６２は、回転ギアで連結されており、ロータ１６２が回転することによって、シャフト１６１が上下に移動する。
【００４２】
図６（Ａ）は、ステッピングモータ１６を正面方向から見た断面図であり、同図（Ｂ）は、背面左側から見た斜視図である。
【００４３】
シャフト１６１は、ジョイント１６６に接続されており、ロータ１６２が回転してシャフト１６１が上下動すると、ジョイント１６６も連動して上下動する。その結果、ジョイント１６６に接続されているホルダ１９も上下動する。よって、ホルダ１９に板ばね１７を介して取り付けられているレンズホルダ１０４を垂直方向に上下動させることができる。
【００４４】
ステッピングモータ１６のステータ１６４に入力するパルス電流は、レーザレーダ１の制御部（ＣＰＵ）によって制御される。レーザレーダ１のＣＰＵは、入力するパルス数およびどのステータに入力するかを制御することにより、レンズホルダ１０４の垂直走査位置を検知することができる。よって、本実施形態においては、垂直走査位置検出部は不要である。
【００４５】
次に、図７は、レーザレーダの構成を示すブロック図である。同図において、レーザレーダ１は、ＣＰＵ５１、ＬＤ駆動回路５２、ＬＤ５３、受光レンズ１４、投光レンズ１５、受光素子５４、増幅回路５５、Ａ／Ｄ変換器５６、水平走査位置検出部１８、水平走査機構（リニアモータ）１１、および垂直走査機構（ステッピングモータ）１６を備えている。
【００４６】
ＬＤ駆動回路５２は、ＣＰＵ５１の指示に基づいてＬＤ５３の発光を制御する。ＬＤ駆動回路５２およびＬＤ５３により投光部１３が構成される。ＬＤ５３により投光された光ビームパルスは、投光レンズ１５を介して自車の前方に投光される。光ビームパルスが対象物から反射して戻ってきた反射光は、受光レンズ１４により集光され、受光素子５４によって受光される。受光素子５４は、受光量に応じたアナログ信号を出力する。受光素子５４が出力したアナログ信号は、増幅回路５５で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器５６でデジタル信号に変換され、ＣＰＵ５１に入力される。
【００４７】
ＣＰＵ５１は、光ビームパルスの投光を指示してから上記デジタル信号が入力されるまでの時間を測定する時間計測部として機能する。ＣＰＵ５１は、投光から受光までの時間を計測することで対象物までの距離を算出することができる。
【００４８】
一方、ＣＰＵ５１は、リニアモータ１１に上記コイル１０２に流す電流を制御する制御信号を出力し、光ビームパルスを水平方向に走査させる。また、ステッピングモータ１６のパルス入力を制御して光ビームパルスを垂直方向に走査させる。水平方向の走査位置は、水平走査位置検出部１８から入力される。垂直方向の走査位置は、入力したパルス数によって検知される。このようにして、ＣＰＵ５１は、走査方向検出部としても機能する。
【００４９】
ＣＰＵ５１は、計測した投光から受光までの時間、水平走査位置検出部１８から得た水平方向の走査位置、および入力したパルス数により検知される垂直方向の走査位置に基づいて、対象物の有無を検出する。以上のようにして、ＣＰＵ５１は、対象物検出部として機能する。
【００５０】
図８は、各種値を時間軸上で表した図である。同図においては、１００ｍｓｅｃ周期で水平方向に走査する例を示している。すなわち、ＣＰＵ５１が５０ｍｓｅｃ周期でリニアモータ１１のコイル１０２に流す電流方向を変化させる例を示している。水平方向は、リニアモータ１１により走査されるため、入力電流値の変化に応じて直線状に走査位置が変化する。
【００５１】
また、ＣＰＵ５１は、コイル１０２の電流方向を変化させるタイミングでステッピングモータ１６にパルス状の電力を供給し、垂直方向の走査位置を変化させる。同図の例では、垂直方向に３段階に移動させるものであり、上方向に移動させるタイミング（同図では２５ｍｓｅｃ）と下方向に移動させるタイミング（同図では７５ｍｓｅｃおよび１２５ｍｓｅｃ）とでは、ステッピングモータ１６に供給する電圧の位相が反転しているものである。なお、実際には、水平方向に最も大きく変位するタイミングよりも少し前にステッピングモータ１６にパルスを入力する。以上のようにして、レーザレーダ１は、二次元走査を行う。
【００５２】
図９は、レーザレーダの走査範囲を示した図である。自動車は、路面を前後左右に走行するものであり、二次元走査を行う場合、水平方向には高速かつ広い走査範囲が必要である。一方で、垂直方向は水平方向ほどの走査範囲は要求されない。よって、例えば図９に示すように、自車前方を走行する先行車を対象物として検知するために、水平方向には３０度、垂直方向には１０度程度の二次元走査範囲を設定している。本発明では、水平走査機構としてリニアモータを用い、垂直走査機構としてステッピングモータを用いるため、レーザ光照射方向に対して走査機構が薄く、かつ水平方向には高速かつ移動量が大きい対象物検出装置を実現することができる。
【００５３】
また、図２で示したように、ステッピングモータ１６は、２つの板ばね１７、受光レンズ１４、および投光レンズ１５で囲まれた空間に配置されるため、無駄な空間がなくなり、さらに走査機構を薄くすることができるものである。
【００５４】
なお、本実施形態では、回転モータとしてステッピングモータを用いる例を示したが、通常の回転モータを用いる場合は、回転モータの回転角度を検出する回転角度検出部と、回転モータの回転角度を制御する回転角度制御部と、を設けるとよい。
【符号の説明】
【００５５】
１−レーザレーダ
１０−水平走査機構
１１−リニアモータ
１２−受光部
１３−投光部
１４−受光レンズ
１５−投光レンズ
１６−ステッピングモータ
１７−板ばね
１８−水平走査位置検出部
１９−ホルダ
【図１】
2010203924.tif 000003
【図２】
2010203924.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010203924.tif 000006
【図５】
2010203924.tif 000007
【図６】
2010203924.tif 000008
【図７】
2010203924.tif 000009
【図８】
2010203924.tif 000010
【図９】
2010203924.tif 000011