(57)【要約】【課題】  安価に乗員等の物体の位置を精度よく検知する。【解決手段】  物体検知装置１０の投光手段はＬＥＤ１２ａ〜１２ｄからの光を受けてこの光を集光して均一の光強度を有する光ビームを生成するライトガイド１３ａ〜１３ｄを有している。そして、視野ビームと光ビームとが交差する検知領域４３ａ〜４３ｊが規定され、受光部では検知領域４３ａ〜４３ｊから光を受けると当該検知領域に物体が位置することを検知する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを放射する投光手段と、視野ビームと前記光ビームとが交差する検知領域からの光を受光する受光手段とを有し、前記検知領域から光を受けると当該検知領域に物体が位置することを検知する物体検知装置において、
前記投光手段は、光を放射する発光源と、該発光源からの光を受け、該光を集光して均一の光強度を有する光ビームを生成する光ビーム生成手段とを有することを特徴とする物体検知装置。
【請求項２】
前記光ビーム生成手段は、発光源から光を受けて光ビームとする発光側ライトガイドと、該発光側ライトガイドから出力された光ビームを物体側に放射する発光側レンズとを有することを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項３】
前記発光側ライトガイドは、発光源からの光が入射される入射面と、光ビームが出力される出射面と、前記入射面に対して傾斜して前記入射面から入射した光を全反射させて前記出射面側に導く傾斜面とを有することを特徴とする請求項２記載の物体検知装置。
【請求項４】
発光側ライトガイドと発光側レンズとの間には発光側反射ミラーが配置され、該発光側反射ミラーによって光ビームを反射して前記発光側レンズに導くようにしたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の物体検知装置。
【請求項５】
受光手段は、検知領域からの光を検知する受光素子と、該受光素子に前記検知領域からの光を導く受光側ライトガイドと、前記検知領域からの光を受け前記受光側ライトガイドに与える受光側レンズとを有することを特徴とする請求項２記載の物体検知装置。
【請求項６】
前記受光側ライトガイドは、検知領域からの光が入射される入射面と、受光素子に光を出射する出射面と、前記入射面に対して傾斜して前記入射面から入射した光を全反射させて前記出射面側に導く傾斜面とを有することを特徴とする請求項５記載の物体検知装置。
【請求項７】
受光側ライトガイドと受光側レンズとの間には受光側反射ミラーが配置され、該受光側反射ミラーによって前記受光側レンズから出射された光を反射して前記受光側ライトガイドに導くようにしたことを特徴とする請求項５又は請求項６記載の物体検知装置。
【請求項８】
投光手段は複数の発光源を有し、該発光源に対応してそれぞれ発光側ライトガイドが備えられ、前記発光源毎に互いに異なる視差を有する光ビームを生成するようにしており、
受光手段は複数の受光素子を有し、該受光素子に対応してそれぞれ受光側ライトガイドが備えられ、前記受光素子毎に互いに異なる視差ビームが規定されていることを特徴とする請求項２から請求項７のうちのいずれか１項記載の物体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、物体の位置を検知する物体検知装置に関し、特に、車両内の乗員の位置を検出して乗員の位置に応じてエアバッグの展開を制御する際に用いられる物体検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両には車両の衝突の際に、乗員を保護するためエアバッグが備えられており、車両の衝突等によって衝撃が加わると、例えば、ハンドル又はダッシュボードと乗員との間でエアバッグが急膨張（展開）して、乗員を保護するようになっている。ところで、乗員の一人である運転者が、例えば、小柄でハンドルに近い位置に着座して運転する場合等、ハンドル又はダッシュボードと乗員との間の距離が極めて短いと、エアバッグの展開による衝撃によって乗員に障害を与えてしまうことがある。
【０００３】
このため、乗員の頭部又は胸部がハンドル又はダッシュボード（つまり、エアバッグ）に近い危険領域に存在する際には、エアバッグの展開を抑制するか又はエアバッグの膨張（展開）時間を長くして、エアバッグの展開によって乗員に衝撃を与えないようにする必要がある。
【０００４】
従来、車両内における乗員の位置を検知する物体検知装置として、所謂光学的距離センサを用いたものがあり、ここでは、広範囲に強い光強度を得るため、ＬＥＤ等の点状光源と投光レンズとの間に、光密度均一化素子としての集光素子を介在させて、広い投光領域に高い光密度のほぼ均一な投光にするようにしている。集光素子は直方体状の透明な素子からなり、ＬＥＤ光源に対向する面を光線密度変更面として、その内部の側面でＬＥＤ光源からの光を全反射させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
そして、この物体検知装置においては、直線状の視野領域を設定して、各視野領域から明暗情報を得て、これら明暗情報に応じて測距演算（相関演算）を行って、その結果得られた演算結果を予め記憶されている標準パターンと比較する等して乗員の有無ばかりでなく、その姿勢をも判断するようにしている。つまり、所謂ステレオマッチング手法に応じて乗員の位置検出を行っている。
【０００６】
また、発光素子より放射された光ビームが乗員に当たって散乱した際の角度差が光を散乱させる物体の距離によって変化することを利用して、ＰＳＤ（ＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＳＥＮＳＩＴＩＶＥ  ＤＥＴＥＣＴＯＲ）等の光位置検出機能を持った受光素子を用いて、この角度差αを測定し、三角測量の原理によって乗員までの距離を知るようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。さらには、光ビームを放射する投光器と視野ビームを生成する受光器とを備えて、光ビームと視野ビームとが交差する検出領域に乗員が位置すると、受光器の出力によって乗員を検知するようにしたものがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２３０８２５号公報（第１頁〜第５頁、第１図〜第３図）
【特許文献２】特開２００３−２９４８５７号公報（第１頁〜第４頁、第１図〜第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の物体検知装置は、以上のように構成されているので、広い範囲に強い光強度を有する光を放射する光源を用いているため、乗員の位置を判定する際には、複雑な計算を行わなければならず、その結果、コストが上昇してしまうという課題があった。
【０００９】
また、従来の物体検知装置では、三角測量の原理に基づいて乗員までの距離を計測している関係上、ＰＳＤは高価であり、その結果、物体検知装置自体が高価になってしまうという課題があった。
【００１０】
さらに、従来の物体検知装置では、光ビームと視野ビームとが交差する検出領域に乗員が位置した際、受光器の出力によって乗員を検知するようにしているものの、物体検知装置においては、例えば、直射日光下においても乗員等の物体の位置を検知する必要があるため、光ビームは高光強度を有する必要があり、乗員の検出精度を向上させるためには、シャープな輪郭を有する光ビーム及び視野ビームを生成する必要がある。しかしながら、広範囲に強い光強度を有する光を生成することはできるものの、シャープな輪郭を有する光ビーム及び視野ビームを生成することは難しく、その結果、乗員等の物体の位置を精度よく検知することができないという課題があった。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、安価に乗員等の物体の位置を精度よく検知するこのできる物体検知装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る物体検知装置の投光手段は、光を放射する発光源と、発光源からの光を受け、この光を集光して均一の光強度を有する光ビームを生成する光ビーム生成手段とを有している。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、発光源からの光を集光して均一の光強度を有する光ビームを生成するように構成したので、光ビームの輪郭がシャープとなり、その結果、検知領域の輪郭が鮮明となって、乗員等の物体の位置を精度よく検知できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における物体検知装置の一例を側方から示す図であり、図２は物体検知装置を正面から示す図である。図示の物体検知装置１０は、例えば、車両内の乗員の位置を検出して、この検出結果に応じてエアバッグの展開制御を行う際に用いられる。図１において、物体検知装置１０はケース１０ａを有しており、ケース１０ａ内には基板１１が配置されている。
【００１５】
図１及び図２を参照して、図示の例では、基板１１上には発光素子（発光源）である発光ダイオード（ＬＥＤ）１２ａ〜１２ｄが配置され、これらＬＥＤ１２ａ〜１２ｄの出射面は、それぞれ後述するライトガイド（発光側ライトガイド）１３ａ〜１３ｄの一端側（ここでは入力側）に位置付けられている。そして、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄから放射された光は、後述するようにして、それぞれライトガイド１３ａ〜１３ｄで集光されて、ライトガイド１３ａ〜１３ｄの他端側（ここでは出力側（出力端））から放出される。この際、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｂからの光はそれぞれライトガイド１３ａ〜１３ｄによって基板１１に対して平行な方向に曲げられる。
【００１６】
ケース１０ａには反射ミラー（発光側反射ミラー）１４及びレンズ（発光側レンズ）１５が配設されており、ライトガイド１３ａ〜１３ｄの出力端は反射ミラー１４に向けられ、ライトガイド１３ａ〜１３ｄから放出された光はビーム状に成形されて光ビームとして反射ミラー１４で反射されて、レンズ１５を介して車内に放射される（放射角度が異なる４つの光ビームが放射されることになる）。この際、反射ミラー１４によってライトガイド１３ａ〜１３ｄから出力された光は物体側に曲げられることになる。
【００１７】
一方、基板１１上には受光素子であるフォトダイオード２１ａ〜２１ｄが配置され、フォトダイオード２１ａ〜２１ｄの入射側はそれぞれライトガイド２２ａ〜２２ｄ（受光側ライトガイド）の一端側（ここでは出力側）に位置付けられている。ケース１０ａにはレンズ（受光側レンズ）２３及び反射ミラー（受光側反射ミラー）２４が配設され、レンズ２３を介して入射した光は反射ミラー２４で反射され、基板１１に平行な方向に曲げられる。そして、反射光はそれぞれライトガイド２２ａ〜２２ｄの他端（ここでは入力側）に入射されて、ここでフォトダイオード２１ａ〜２１ｄ側に曲げられて、フォトダイオード２１ａ〜２１ｄで受光される。
【００１８】
なお、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄ、ライトガイド１３ａ〜１３ｄ、反射ミラー１４、及びレンズ１５が投光手段とて機能し、フォトダイオード２１ａ〜２１ｄ、ライトガイド２２ａ〜２２ｄ、レンズ２３、及び反射ミラー２４が受光手段として機能する。
【００１９】
図１に示す例では、４つのＬＥＤ１２ａ〜１２ｄと４つのフォトダイオード２１ａ〜２１ｄを有しており、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄから放射された光はライトガイド１３ａ〜１３ｄでそれぞれ光ビームとされる。そして、これら光ビームは乗員に当たると、そこで散乱される。一方、フォトダイオード２１ａ〜２１ｄは散乱光を監視しており、フォトダイオード２１ａ〜２１ｄはそれぞれ異なる視野を有している。以下の説明では、フォトダイオード２１ａ〜２１ｄの視野を規定するビームをそれぞれ視野ビームと呼ぶことにする。
【００２０】
つまり、フォトダイオード２１ａ〜２１ｄは視野ビームと光ビームとが交差する領域（以下検知領域）における散乱光を監視しており、検知領域に乗員が位置すると、そこで散乱光が生じ、この散乱光がフォトダイオード２１ａ〜２１ｄのいずれかで検知されることになる。
【００２１】
図３（ａ）及び（ｂ）を参照して、図３（ａ）及び（ｂ）はＬＥＤ１２ａから放射された光をライトガイド１３ａで集光する際の動作を説明するための図であり、ライトガイド１３ａは角注状の透明体であり、その一端側には斜め下方に傾斜する傾斜面３１が形成され、この傾斜面３１に対面する位置にＬＥＤ１２ａの出力側が位置付けられている。さらに、ライトガイド１３ａは４つの側面３２〜３５で規定され、前面３６が出力端とされる。そして、ライトガイド１３ａの中心軸に沿って光軸が位置付けられている。
【００２２】
図示はしないが、ＬＥＤ１２ａは発光チップ及びレンズを有しており、発光チップから放射された光は、レンズによって指向性を有し広がりのある光となり、ライトガイド１３ａに入射する。ライトガイド１３ａに入射した光は、傾斜面３１で前面３６側に全反射される。また、光軸近傍の光は光軸に沿って前面３６に至り、反射ミラー１４の方向に進行する（図３には反射ミラー１４は示されていない）。一方、光軸から外れた光は、側面３２〜３５で全反射しつつ前面３６に至る。この結果、ＬＥＤ１２ａから放射された光はライトガイド１３ａで集光されることになって、前面３６から出射される光強度は均一となる。
【００２３】
ＬＥＤ１２ａに備えられたレンズは光の指向性を高める作用はするものの、平行光は得られず、ＬＥＤ１２ａから放射された光をレンズ１５によってビーム状に成形すると、その輪郭がぼやけた状態となってしまう。一方、ライトガイド１３ａでＬＥＤ１２ａから放射された光を集光すると、ライトガイド１３ａの前面３６からの出力される光はビーム状に成形され、レンズ１５を介して放出される光ビームは輪郭が鮮明となる（シャープとなる）。
【００２４】
ＬＥＤ１２ｂ〜１２ｄもＬＥＤ１２ａと同様の構造を有しており、ライトガイド１３ｂ〜１３ｄも、同様にして、ＬＥＤ１２ｂ〜１２ｄから放射される光をビーム状に成形する。また、フォトダイオード２１ａ〜２１ｄに入射する視野ビームもライトガイド２２ａ〜２２ｄによってシャープな形状に形成される。その結果、光ビームと視野ビームの交差領域である検出領域の輪郭がシャープとなって、精度よく乗員を検知できることになる。
【００２５】
次に動作について説明する。
図４を参照して、前述したように、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄからの光は、ライトガイド１３ａ〜１３ｄによってシャープな光ビームに成形されて、レンズ１５を介して出力される。つまり、レンズ１５から四つの光ビーム４１ａ〜４１ｄが出力されることになり、これら光ビーム４１ａ〜４１ｄはその放射角度が互いに異なっている。一方、レンズ２３及び反射ミラー２４を介して視野ビーム４２ａ〜４２ｄがそれぞれライトガイド２２ａ〜２２ｄに与えられ、フォトダイオード２１ａ〜２１ｄに達する。光ビーム４１ａ〜４１ｄと視野ビーム４２ａ〜４２ｄとが交差する領域が検知領域とされ、図示の例では、１０個の検知領域４３ａ〜４３ｊが存在する。
【００２６】
ここで、物体検知装置１０を用いて車両内の運転者の位置を検出して、エアバッグの展開制御を行う場合について説明する。一般に、運転席の前方に位置するステアリングホイール（ハンドル）にはエアバッグが組み込まれており、車両の衝突等、車両に衝撃が加わると、エアバックが膨張（展開）して運転者を保護する。
【００２７】
ところで、ハンドル、つまり、エアバッグと運転者との距離が短いと、エアバッグの展開によって運転者に危険が生じることが多く、このため、運転者がハンドルに近い危険領域に存在する際には、エアバッグの展開を抑制するか又はエアバッグの膨張（展開）時間を長くして、エアバッグの展開によって乗員に衝撃を与えないようにしている。
【００２８】
例えば、エアバッグからの距離に応じて危険領域を設定して、前述の検知領域４３ａ〜４３ｊを危険領域内に位置付ける。いま、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄは、例えば、１００ｋＨｚの周期でオンオフされており、運転者が光ビーム４１ａ〜４１ｄのいずれかが当る位置にいるとすると、運転者によって光ビーム４１ａ〜４１ｄのいずれかが散乱される。この散乱光が視野ビーム４２ａ〜４２ｄのいずれかの内に存在すると、つまり、散乱光が検知領域４３ａ〜４３ｊのいずれかに存在すると、フォトダイオード２１ａ〜２１ｄのいずれかがオンとなって、乗員検知信号としてコントロールユニット（図示せず）に与えられる。
【００２９】
つまり、運転者が光ビーム４１ａ〜４１ｄと視野ビーム４２ａ〜４２ｄとが交差する検知領域４３ａ〜４３ｊに存在する場合に限り、フォトダイオード２１ａ〜２１ｄのいずれかが散乱光（光スポット）を検出する。従って、物体検知装置１０は、光学的三角測量の原理で検出領域４３ａ〜４３ｄにおける運転者２２の在否を検出することになる。
【００３０】
コントロールユニットでは危険領域で運転者が検知されると、つまり、乗員検知信号を受けると、例えば、エアバックを抑制状態として（エアバック不動作状態とする）、車両が衝突したとき、つまり、加速度センサ（図示せず）が動作してもエアバッグの展開を抑制することになる。なお、コントロールユニットはエアバックの展開完了に要する時間を長くするようにしてもよい。
【００３１】
このようにして、物体検知装置１０を乗員検知装置として用いて、運転者等の乗員が危険領域に位置しているか否かを検知して、危険領域に位置している際には、エアバッグの展開を抑制するようにすれば、エアバッグの展開によって乗員に危害が加わることがない。そして、上述の物体検知装置１０では検知領域の輪郭が鮮明となる結果、危険領域に検知領域を設定すれば、乗員が危険領域に位置するか否かが精度よく検知できることとなって、不必要にエアバッグの展開が抑制されることがないという利点もある。なお、物体検知装置１０を乗員の検知に用いる例は単なる一例であり、種々の物体の位置を検知する際に用いることができる。
【００３２】
以上のように、この実施の形態１によれば、ＬＥＤからの光を発光側ライトガイドで集光して光ビームとして出力するように構成したので、光ビームが均一の光強度を有し、しかもその輪郭が鮮明となる結果、物体の位置を精度よく検知することができる。また、ライトガイド自体が安価である結果、均一な光強度を有する光ビームを安価に生成できることになる。
【００３３】
この実施の形態１によれば、発光側ライトガイドによって光の方向を基板と平行な方向に曲げてさらに発光側反射ミラーで光を物体側に曲げるように構成したので、物体検知装置自体を小型化できるという効果がある。
【００３４】
この実施の形態１によれば、検知領域からの光を受光側ライトガイドを介してフォトダイオードに導くように構成したので、フォトダイオードによる検知を良好に行えるという効果がある。
【００３５】
この実施の形態１によれば、受光側反射ミラーで検知領域からの光を基板に平行な方向に曲げて受光側ライトガイドに与えて、受光側ライトガイドでフォトダイオード側に光を曲げるように構成したので、発光側及び受光側ともにスペースを小さくでき、その結果、物体検知装置自体をさらに小型化できるという効果がある。
【００３６】
この実施の形態１によれば、複数のＬＥＤを有し、ＬＥＤに対応してそれぞれ発光側ライトガイドを備えて、ＬＥＤ毎に互いに異なる視差を有する光ビームを生成して、さらに、複数のフォトダイオードを有し、フォトダイオードに対応してそれぞれ受光側ライトガイドを備えて、フォトダイオード毎に互いに異なる視差ビームを規定するように構成したので、複数の検知領域を設定することができ、その結果、物体の位置を精度よく検知することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明を実施するための実施の形態１における物体検知装置の一例を側方から示す図である。
【図２】この発明を実施するための実施の形態１における物体検知装置の一例を正面から示す図である。
【図３】この発明を実施するための実施の形態１における物体検知装置の動作を説明するための図であり（ａ）は側面図、（ｂ）は別の角度（ライトガイドの正面側）から見た図である。
【図４】図２に示す物体検知装置において赤外線ビーム及び視野ビームによって規定される検知領域を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  物体検知装置、１０ａ  ケース、１１  基板、１２ａ〜１２ｄ  発光ダイオード（ＬＥＤ）、１３ａ〜１３ｄ，２２ａ〜２２ｄ  ライトガイド、１４，２４  反射ミラー、１５，２３  レンズ、２１ａ〜２１ｄ  フォトダイオード、３１  傾斜面、３２〜３５  側面、３６  前面、４１ａ〜４１ｄ  光ビーム、４２ａ〜４２ｄ  視野ビーム、４３ａ〜４３ｊ  検知領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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