(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップにより発光したビーム光をカバーガラス、レンズを介して対象物に当て、上記対象物からの反射光を受光信号に変えることにより上記対象物までの距離を検出する車両用光レーダ装置において、
上記レンズ側に設けられた第一のスリットと、上記カバーガラス側に設けられた第二のスリットとから構成されるスリットを上記カバーガラスと上記レンズの間に設置し、
上記第一のスリットの開口は上記チップからのビーム光が上記レンズの所定の範囲内を照射する大きさに設定されると共に、上記第二のスリットの開口は上記チップから上記第一のスリットを介して上記レンズに入射するビーム光の範囲を妨げない最小の大きさに設定され、
上記レンズの表面で反射されて上記チップ側に戻ってくるビーム光で、上記第二のスリットの開口より外側のものはカットされると共に、上記レンズから出るビーム光はほぼ平行光となることを特徴とする車両用光レーダ装置。
【請求項２】
弾性体により上記スリットをレンズ側に押圧したことを特徴とする請求項１記載の車両用光レーダ装置。
【請求項３】
上記スリットを上記第一のスリットを有するリングと上記第二のスリットを有するブッシュとに分割すると共に、弾性体により上記リングをレンズ側に、上記ブッシュを上記チップ側に押圧したことを特徴とする請求項１記載の車両用光レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として発光源からビーム光を照射し、対象物による反射光を受光して対象物までの距離を検出する車両用光レーダ装置に関し、特にビーム光の形成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のビーム走査方式の車両用光レーダ装置の構成を示す側面図、図６，図７は同じく従来の車両用光レーダ装置における光を前方に照射するためのビーム形成装置を示す断面側面図であり、ビーム形状を左右には狭く上下方向には拡がりを持つビーム光を形成するための非球面凸レンズを採用したものである。
図において、３１は車両用光レーダ装置を構成する制御用電子素子を組み付けしたメイン基板、３２はメイン基板３１に組み付けされたビーム光を発する発光素子、３３は発光素子３２からのビーム光を所定のビーム広がり角に調節する非球面凸曲面を有するレンズ、３４はレンズ３３からのビーム光を反射させ、向きを変える固定ミラー、３５は固定ミラー３４で反射されたビーム光をさらに向きを変え反射して、前方に照射する送光ミラー、３６は前方の対象物に当たり反射してきた反射光の向きを変える受光ミラー、３７は受光ミラー３６からの反射光を集光する受光レンズ、３８は受光レンズ３７で集光された反射光を受光信号に変える受光素子、３９は受光素子３８の受信信号を処理する受光基板である。
【０００３】
更に、４０は送光ミラー３５、受光ミラー３６の揺動中心となる揺動支点、４１は送光ミラー３５，受光ミラー３６を揺動させるパルスモータ、４２はパルスモータ４１の回転出力軸に固着されたカム、４３はカム４２の曲線４２ａ，４２ｂからなる溝に沿って、揺動支点４０を中心として動く従動子、４４は送光ミラー３５，受光ミラー３６を固着し、従動子４３の動きを送光ミラー３５，受光ミラー３６に伝達すると共に、揺動支点４０を中心として揺動する揺動体である。
【０００４】
また、図６，図７において、３２は発光素子、３３は非球面凸曲面を有するレンズ、４５は発光素子３２のケース、４６は発光素子３２によるレーザ光を発光するチップ、４７はチップ４６を保持する台、４８はレーザー光を透過するカバーガラスである。
【０００５】
次に動作について説明する。従来のビーム走査方式の車両用光レーダ装置の発光源は上記のように構成されており、制御回路からの送光信号に基づいて発光素子３２はビーム光を発光する。発光されたビーム光の光束はレンズ３３により所定範囲となるように絞られている。レンズ３３により所定範囲となるように絞られたビーム光は固定ミラー３４，送光ミラー３５に反射され向きを変えて、たとえば破線の方向に、かつ車両の前方に照射される。
【０００６】
車両の前方に照射され、対象物に当たり反射してきたビーム光は、再び破線の方向から車両側に戻ってくる。この反射光は受光ミラー３６で反射され、向きを変えられてレンズ３７に入り、レンズ３７で集光され受光素子３８に至る。したがって、受光素子３８は集光された反射光を受けて受信信号を得る。この過程における送・受信信号の関係に基づいて自車両と前方の対象物までの距離を演算する。
【０００７】
また、パルスモータ４１が回転し、出力軸に固着したカム４２が回転すると、カム曲線４２ａ，４２ｂからなる溝に沿って、揺動支点４０を中心とした従動子４３が揺動運動をする。従動子４３の動きは揺動体４４を介して送光ミラー３５，受光ミラー３６に伝達され、送光ミラー３５，受光ミラー３６は揺動支点４０を中心として揺動運動をする。送光ミラー３５で反射されるビーム光は一点鎖線から二点鎖線で示されている間の方向を、カム４２の一回転に対し一往復するように走査して照射する。
【０００８】
このとき、送光ミラー３５で照射された方向にある対象物に当たった反射光も一点鎖線から二点鎖線で示されている間の方向で車両側に戻ってくる。この反射光は受光ミラー３６が揺動することによってレンズ３７の面にほぼ直角な反射光としてレンズ３７をとおり、対象物からの反射光は常にレンズ３７のほぼ焦点位置に効率よく集光され、受光素子３８で受信信号を得ることができる。このようにして、自車両と前方の対象物までの距離、および対象物の方向を知ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両用光レーダ装置に使用されているビーム形成装置は、以上のように構成されているので、例えば図６に示すように、発光素子３２からのビーム光をレンズ３３を介して所定のビーム形状に形成する時に、発光素子３２からのビーム光がレンズ３３の特性の保証できる有効な範囲（実線で示す範囲）より外周に発光素子３２のチップ４６から放出された、たとえば破線で示すビーム光はレンズ３３により破線で示す方向に曲げられ、ビーム光はレンズ３３から遠ざかるにしたがい一度交差した後、広がっていく発散ビーム光となる。
【００１０】
また、図７に示すように、発光素子３２から放出されたビーム光は少量ではあるが、一部レンズ３３の表面で反射されて、発光素子３２側に戻ってくる。この発光素子３２側に戻ってきたビーム光の一部は発光素子３２のカバーガラス４８の表面全体で反射され、再びレンズ３３に入り二点鎖線で示すように広がって放射される。
【００１１】
以上のように図６、図７の破線および二点鎖線で示すような広がって放射される発散ビーム光は、近距離ではレンズ３３からの実線で示すほぼ平行な主ビーム光より外側にある物体にも照射される。この外側に照射された発散ビーム光が、大きな物体、または反射率の高い物体に当たって反射されてきた場合には、強い反射光が受光ミラー３６、受光レンズ３７を介して受光素子３８に入射してくる。
【００１２】
したがって、主ビーム光より外側に照射された発散ビーム光による強い反射光は受光素子３８の受光感度を上回り、対象物が実線で示す主ビーム光内の方向に有るものと誤検知する。
このように、近距離では主ビーム光の周辺に僅かに広がって出ている発散ビーム光においても、反射率が高く、かつ大きな面積を持っている路肩等に設置されている大型の反射板等に照射した場合、この大きな反射板等を検出してしまい、実際の対象物が検出できないという問題点があった。
【００１３】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、発光素子からのビーム光を所定のビーム形状に形成する際、ビーム光がレンズから遠ざかるにしたがい周辺に広がって出ていくことを防止し、実際の対象物を確実に検知出来るようにすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る車両用光レーダ装置は、チップにより発光したビーム光をカバーガラス、レンズを介して対象物に当て、対象物からの反射光を受光信号に変えることにより対象物までの距離を検出する車両用光レーダ装置において、レンズ側に設けられた第一のスリットと、カバーガラス側に設けられた第二のスリットとから構成されるスリットをカバーガラスとレンズの間に設置し、第一のスリットの開口はチップからのビーム光がレンズの所定の範囲内を照射する大きさに設定されると共に、第二のスリットの開口はチップから第一のスリットを介してレンズに入射するビーム光の範囲を妨げない最小の大きさに設定され、レンズの表面で反射されてチップ側に戻ってくるビーム光で、第二のスリットの開口より外側のものはカットされると共に、レンズから出るビーム光はほぼ平行光となることを特徴とする。
【００１５】
この発明の請求項２に係る車両用光レーダ装置は、弾性体によりスリットをレンズ側に押圧したものである。
【００１６】
この発明の請求項３に係る車両用光レーダ装置は、スリットを第一のスリットを有するリングと第二のスリットを有するブッシュとに分割すると共に、弾性体によりリングをレンズ側に、ブッシュをチップ側に押圧したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の一実施形態を図について説明する。図１はこの発明の一実施形態に係るビーム走査方式による車両用光レーダ装置の構成を示す側面図、図２，図３は同じく車両用光レーダ装置における光を前方に照射するためのビーム形成装置を示す断面側面図であり、ビーム形状を左右には狭く上下方向には拡がりを持つビーム光を形成するための非球面凸レンズを採用したものである。
図において、１は車両用光レーダ装置を構成する制御用電子素子を組み付けしたメイン基板、２はメイン基板１に組み付けされたビーム光を発する発光素子、３は発光素子２からのビーム光を所定のビーム広がり角に調節する非球面凸曲面を有するレンズ、４はレンズ３からのビーム光を反射させ、向きを変える固定ミラー、５は固定ミラー４で反射されたビーム光をさらに向きを変え反射して、前方に照射する送光ミラー、６は前方の対象物に当たり反射してきた反射光の向きを変える受光ミラー、７は受光ミラー６からの反射光を集光する受光レンズ、８は受光レンズ７で集光された反射光を受光信号に変える受光素子、９は受光素子８の受信信号を処理する受光基板である。
【００１８】
更に、１０は送光ミラー５、受光ミラー６の揺動中心となる揺動支点、１１は送光ミラー５，受光ミラー６を揺動させるパルスモータ、１２はパルスモータ１１の回転出力軸に固着されたカム、１３はカム１２の曲線１２ａ，１２ｂからなる溝に沿って、揺動支点１０を中心として動く従動子、１４は送光ミラー５，受光ミラー６を固着し、従動子１３の動きを送光ミラー５，受光ミラー６に伝達すると共に、揺動支点１０を中心として揺動する揺動体である。
【００１９】
また、図２，図３において、２は発光素子、３は非球面凸曲面を有するレンズ、１５は発光素子２のケース、１６は発光素子２によるビーム光を発光するチップ、１７はチップ１６を保持する台、１８はビーム光を透過するカバーガラス、１９は発光素子２とレンズ３の間に挿入され、第一のスリット１９ａおよび第二のスリット１９ｂを有するスリットであり、第一のスリット１９ａは発光源からのビーム光がレンズの所定の範囲内を照射する大きさに設定されており、第二のスリット１９ｂは発光素子２から第一のスリット１９ａを通してレンズ３に入射するビーム光の範囲を妨げない最小の大きさに設定されている。
【００２０】
２０はビーム形成装置の台座、２１はレンズ３を固着し、外周にネジ山を有するホルダ、２２は内面にホルダ２１のネジ山に嵌合するネジ山を持ち、ビーム形成装置を構成するケース、２３はスリット１９をホルダ２１に押圧すると共に、ホルダ２１とケース２２にネジ山のガタを一方向に付勢するための弾性体（スプリング）、２４はスプリング２３の他端を保持すると共に、ケース２２、ホルダ２１と共働して発光素子２とレンズ３の光軸を合わせ、かつスプリング２３の力を受けて発光素子２を台座２０に押圧するスペーサである。
【００２１】
次に動作について説明する。制御回路からの送光信号に基づいて発光素子２はビーム光を発光する。発光されたビーム光の光束はレンズ３により所定範囲となるように絞られている。レンズ３により所定範囲となるように絞られたビーム光は固定ミラー４，送光ミラー５に反射され向きを変えて、たとえば破線の方向に、かつ車両の前方に照射される。
【００２２】
車両の前方に照射され、対象物に当たり反射してきたビーム光は、再び破線の方向から車両側に戻ってくる。この反射光は受光ミラー６で反射され、向きを変えられてレンズ７に入り、レンズ７で集光され受光素子８に至る。したがって、受光素子８は集光された反射光を受けて受信信号を得る。この過程における送・受信信号の関係に基づいて自車両と前方の対象物までの距離を演算する。
【００２３】
また、パルスモータ１１が回転し、出力軸に固着したカム１２が回転すると、カム曲線１２ａ，１２ｂからなる溝に沿って、揺動支点１０を中心とした従動子１３が揺動運動をする。従動子１３の動きは揺動体１４を介して送光ミラー５，受光ミラー６に伝達され、送光ミラー５，受光ミラー６は揺動支点１０を中心として揺動運動をする。送光ミラー５で反射されるビーム光は一点鎖線から二点鎖線で示されている間の方向を、カム１２の一回転に対し一往復するように走査して照射する。
【００２４】
このとき、送光ミラー５で照射された方向にある対象物に当たった反射光も一点鎖線から二点鎖線で示されている間の方向で車両側に戻ってくる。この反射光は受光ミラー６が揺動することによってレンズ７の面にほぼ直角な反射光としてレンズ７をとおり、対象物からの反射光は常にレンズ７のほぼ焦点位置に効率よく集光され、受光素子８で受信信号を得ることができる。このようにして、自車両と前方の対象物までの距離、および対象物の方向を知ることができる。
【００２５】
次に、ビーム形成装置の動作について説明する。図２，図３において、送光信号に基づく発光素子２からのビーム光はスリット１９の第一のスリット１９ａにより、レンズ３の所定領域より外側への光束はカットされる。このため、第一のスリット１９ａが無い場合に生じるレンズ３の外周部から光軸方向に屈折してくる光束、すなわち、図３で示す破線方向ビーム光はカットされ、レンズ３から出たビーム光は図２，図３の実線で示す主ビームとして形成される。
【００２６】
また、発光素子２から放出されたビーム光の一部で、レンズ３の表面で反射されて発光素子２側に戻ってきたビーム光に関しては、スリット１９の第二のスリット１９ｂが必要最小限となるように限定されているため、レンズ３の表面で反射されて発光素子２側に戻ってくるビーム光で、スリット１９の第二のスリット１９ｂより外側のものはカットされることになる。これにより発光素子２のカバーガラス１８表面で反射し、再びレンズ３に入るような図３の二点鎖線で示す方向に放射されるビーム光は非常に少なくなり、レンズ３からのビーム光はほぼ平行光になって、図３の実線で示す主ビームが得られる。
したがって、図３の実線で示す主ビーム方向の対象物からのみの反射光が車両用光レーダ装置の受光素子８に受光され、対象物の方向が正確に検出できる。
【００２７】
このようにして、発光素子２からのビーム光をレンズ３を介して所定のビーム形状に形成する時に、発光素子２からのビーム光は第一のスリット１９ａによりレンズの特性の保証できる有効な範囲内のみに照射されるようになる。したがって、レンズ３から出たビーム光はほぼ平行光となる。
また、第二のスリット１９ｂは発光素子２から放出されたビーム光の一部が、レンズ３の表面で反射し、発光素子２側に戻ってきて、発光素子２のカバーガラス１８の表面で反射する時、カバーガラス１８の表面積が必要最小限となるよう大きさが設定されているため、反射面は大幅に小さくなっている。
【００２８】
したがって、レンズ３から遠ざかるにしたがい周辺に広がって出ていくビーム光は非常に弱くなり、反射率が高くかつ大きな面積を持っている路肩等に設置されている大型の反射板等からの反射光が小さく抑えられ、主ビームを外れた大型の反射板等は検知されなくなって、実際の対象物が安定して検出できるようになる。
【００２９】
以上のように、発光素子２からのビーム光をレンズ３を介して所定のビーム形状に形成する時に、発光素子２からのビーム光がレンズ３の所定範囲外に入射しないよう、レンズ３の入射光側に第一のスリット１９ａを設け、さらに、レンズ３の表面で反射されて発光素子２側に戻ってきたビーム光がカバーガラス１８の表面で反射される時、カバーガラス１８の表面が必要最小限となるよう第二のスリット１９ｂを設けたことにより、レンズ３から出たビーム光はほぼ平行なビーム光となり、更にレンズ３から遠ざかるにしたがい周辺に広がって出ていく発散ビーム光はなくなり、主ビーム光の外にある近距離での高反射物に対する誤検知がなくなって、主ビーム光による実際の対象物を確実に検知できる。
【００３０】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるビーム形成装置を示す断面側面図であり、図において、２５は第一のスリット２５ａおよび嵌合部２５ｂを有するリング、２６は第二のスリット２６ａおよびリング２５の嵌合部２５ｂと共働し、リング２５との同心を保つ嵌合部２６ｂを有するブッシュである。更にブッシュ２６はスプリング２３の他端を保持すると共に、ケース２２、ホルダ２１と共働して発光素子２とレンズ３の光軸を合わせ、かつスプリング２３の力を受けて発光素子２を台座２０に押圧している。
【００３１】
次に、動作について説明する。図４において、送光信号に基づく発光素子２からのビーム光は、リング２５の第一のスリット２５ａにより、レンズ３の所定領域より外側への光束はカットされ、レンズ３の所定領域のみに照射される。
このため、レンズ３から出たビーム光は、ほぼ平行な実線で示す主ビームとして形成される。また、発光素子２から放出されたビーム光の一部で、レンズ３の表面で反射されて発光素子２側に戻ってきたビーム光は、カバーガラス１８の表面で再び反射してレンズ３に入るが、この時ブッシュ２６の第二のスリット２６ａが必要最小限となるように設定されているため、カバーガラス１８表面の反射面積は非常に小さくなり、カバーガラス１８表面で反射し、再びレンズ３に入り放射されるビーム光は非常に少なくなる。したがって、レンズ３からのビーム光はほぼ平行光となり、図４の実線で示す主ビームが得られ、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００３２】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る車両用光レーダ装置によれば、チップにより発光したビーム光をカバーガラス、レンズを介して対象物に当て、対象物からの反射光を受光信号に変えることにより対象物までの距離を検出するものにおいて、レンズ側に設けられた第一のスリットと、カバーガラス側に設けられた第二のスリットとから構成されるスリットをカバーガラスとレンズの間に設置し、第一のスリットの開口はチップからのビーム光がレンズの所定の範囲内を照射する大きさに設定されると共に、第二のスリットの開口はチップから第一のスリットを介してレンズに入射するビーム光の範囲を妨げない最小の大きさに設定され、レンズの表面で反射されてチップ側に戻ってくるビーム光で、第二のスリットの開口より外側のものはカットされると共に、レンズから出るビーム光はほぼ平行光となるようにしたので、レンズから遠ざかるにしたがい周辺に広がって出ていく発散ビーム光はなくなり、主ビーム光の外にある近距離での高反射物に対する誤検知がなくなって、主ビーム光による実際の対象物を確実に検知できる。
【００３３】
この発明の請求項２に係る車両用光レーダ装置によれば、弾性体によりスリットをレンズ側に押圧したので、発光素子，レンズに対するスリットの位置精度が確保でき、安定した平行なビーム光が得られる。
【００３４】
この発明の請求項３に係る車両用光レーダ装置によれば、スリットを第一のスリットを有するリングと第二のスリットを有するブッシュとに分割すると共に、弾性体によりリングをレンズ側に、ブッシュをチップ側に押圧したので、発光素子，レンズに対するスリットの位置精度が確保でき、安定した平行なビーム光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による車両用光レーダ装置を示す側面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による車両用光レーダ装置のビーム形成装置を示す断面側面図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による車両用光レーダ装置のビーム形成装置を示す断面側面図である。
【図４】  この発明の実施の形態２による車両用光レーダ装置のビーム形成装置を示す断面側面図である。
【図５】  従来の車両用光レーダ装置を示す側面図である。
【図６】  従来の車両用光レーダ装置のビーム形成装置を示す断面側面図である。
【図７】  従来の車両用光レーダ装置のビーム形成装置を示す断面側面図である。
【符号の説明】
３  レンズ、１８  カバーガラス、１９  スリット、１９ａ  第一のスリット、
１９ｂ  第二のスリット、２３  弾性体、２５  リング、２６  ブッシュ。
【図１】
0003802676.tif 000002
【図２】
0003802676.tif 000003
【図３】
0003802676.tif 000004
【図４】
0003802676.tif 000005
【図５】
0003802676.tif 000006
【図６】
0003802676.tif 000007
【図７】
0003802676.tif 000008