DE112017000570B4

DE112017000570B4 - Laserradarvorrichtung

Info

Publication number: DE112017000570B4
Application number: DE112017000570.1T
Authority: DE
Inventors: Masashi Isono
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2025-09-18
Anticipated expiration: 2037-01-14
Also published as: US20190041500A1; JP2017138301A; DE112017000570T5; US11119194B2

Abstract

Laserradarvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, Entfernungsinformation bezüglich eines Ziels, welches in einem Erfassungsbereich entsprechend einem vorbestimmten Winkelbereich existiert, durch Abtasten und Ausstrahlen eines Laserlichts in dem Winkelbereich zu beschaffen, wobei die Laserradarvorrichtung umfasst:
ein Lichtquellensubstrat (10), auf welchem sich eine Laserlichtquelle zum Ausgeben des Laserlichts befindet;
eine Emissionslinse (20), die dazu konfiguriert ist, das Laserlicht von der Laserlichtquelle zu formen und das Laserlicht auszugeben;
einen Abtastspiegel (41), der dazu konfiguriert ist, das Laserlicht von der Emissionsline (20) in Richtung einer Außenseite eines Gehäuses zu reflektieren und seine Stellung relativ zu der Laserlichtquelle zu ändern;
ein Abtastsubstrat (44), das dazu konfiguriert ist, die Stellung des Abtastspiegels (41) relativ zu der Laserlichtquelle zu steuern;
ein Lichtempfangssubstrat (70), auf welchem sich eine Lichtempfangsvorrichtung befindet, wobei die Lichtempfangsvorrichtung dazu konfiguriert ist, ein reflektiertes Licht zu empfangen, welches das auf dem Ziel reflektierte Laserlicht ist, und ein elektrisches Signal entsprechend einer Intensität des empfangenen reflektierten Lichts auszugeben;
eine Lichtempfangslinse (60), die dazu konfiguriert ist, das reflektierte Licht auf der Lichtempfangsvorrichtung zu kondensieren; und
das Gehäuse (100), das das Lichtquellensubstrat (10), die Emissionslinse (20), den Abtastspiegel (41), das Abtastsubstrat (44), das Lichtempfangssubstrat (70) und die Lichtempfangslinse (60) aufnimmt, wobei
ein innerstes Element eines der Emissionslinse (20), des Abtastspiegels (41) und der Lichtempfangslinse (60) mit einem Endabschnitt auf einer innersten Seite des Gehäuses (100) in einer Tiefenrichtung ist,
das Lichtquellensubstrat (10), das Abtastsubstrat (44) und das Lichtempfangssubstrat (70) an Positionen derart angeordnet sind, dass sie sich in der Tiefenrichtung des Gehäuses (100) nicht mit dem innersten Element überlagern,
der Abtastspiegel (41) dazu konfiguriert ist, das reflektierte Licht in einer Richtung orthogonal zu der Tiefenrichtung zu reflektieren,
die Laserradarvorrichtung ferner ein Lichtempfangspfadbiegeelement (50) aufweist, das dazu konfiguriert ist, das an dem Abtastspiegel (41) reflektierte Licht zu reflektieren oder abzulenken, um eine Fortbewegungsrichtung des reflektierten Lichts zu ändern,
das Lichtempfangspfadbiegeelement (50) in einer Stellung angeordnet ist zum Reflektieren des reflektierten Lichts, welches von dem Abtastspiegel (41) in einer Richtung orthogonal zu der Tiefenrichtung einfällt, in eine Richtung, in der der Abtastspiegel (41) nicht vorhanden ist,
die Lichtempfangslinse (60) und das Lichtempfangssubstrat (70) in einer Richtung angeordnet sind, entlang welcher das Lichtempfangspfadbiegeelement (50) das von dem Abtastspiegel (41) einfallende reflektierte Licht reflektiert,
die Laserradarvorrichtung ferner ein Emissionspfadbiegeelement (30) aufweist, das dazu konfiguriert ist, das Laserlicht von der Laserlichtquelle zu reflektieren oder abzulenken, um die Fortbewegungsrichtung des Laserlichts zu ändern,
das Lichtquellensubstrat (10) dazu angeordnet ist, das Laserlicht aus der Laserlichtquelle in einer Richtung senkrecht zu der Tiefenrichtung des Gehäuses (100) auszugeben und zu erlauben, dass das Laserlicht über das Emissionspfadbiegeelement (30) auf den Abtastspiegel (41) einfällt,
der Abtastspiegel (41) dazu konfiguriert ist, das von dem Emissionspfadbiegeelement (30) einfallende Laserlicht in dem Winkelbereich abzutasten und auszustrahlen,
das innerste Element der Abtastspiegel (41) ist, und
sich das Lichtempfangspfadbiegeelement (50) und das Emissionspfadbiegeelement (30) an Positionen befinden, die sich in der Tiefenrichtung des Gehäuses (100) nicht mit dem Abtastspiegel (41) überlappen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Laserradarvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Konventionell abtastet und ausstrahlt eine bekannte Laserradarvorrichtung ein Impulslaserlicht diskontinuierlich innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs, um einen vorbestimmten Erfassungsbereich zu auszubilden. Die Laserradarvorrichtung dieses Typs beinhaltet eine Ausstrahlungseinheit, die ein Laserlicht ausstrahlt, eine Abtastvorrichtung, die eine Ausstrahlungsrichtung des Laserlichts zur Außenseite eines Gehäuses ändert, eine Lichtempfangseinheit, die ein reflektiertes Licht empfängt, das aus dem Laserlicht erhalten wurde, das von einem Objekt reflektiert und zurückgeworfen wurde, eine Entfernungsberechnungseinheit, die eine Entfernung zu dem Objekt (nachstehend als ein Ziel bezeichnet), von welchem das Laserlicht reflektiert wird, auf der Grundlage einer Zeit ausgehend von der Ausstrahlung des Laserlichts bis zu dem Empfang des reflektierten Lichts berechnet, und das Gehäuse, das diese Komponenten aufnimmt.
Die Ausstrahlungseinheit beinhaltet ein Lichtquellensubstrat, auf welchem eine Laserdiode als eine Laserlichtquelle und eine integrierte Schaltung bzw. ein IC, das die Ansteuerung der Laserdiode steuert, montiert sind, und eine Emissionslinse, die das von der Laserdiode ausgegebene Laserlicht formt. Darüber hinaus beinhaltet die Lichtempfangseinheit eine Lichtempfangslinse und ein Lichtempfangssubstrat. Die Lichtempfangslinse formt das reflektierte Licht von dem Ziel und kondensiert das geformte Licht auf eine Lichtempfangsoberfläche einer Lichtempfangsvorrichtung. Das Lichtempfangssubstrat ist mit der Lichtempfangsvorrichtung verbaut, die ein elektrisches Signal entsprechend einer Intensität des von der Lichtempfangslinse ausgestrahlten Lichts ausgibt. Die Entfernungsberechnungseinheit wird mit der Verwendung einer CPU und eines IC produziert.
Das Gehäuse ist mit einem Emissionsfenster zum Emittieren eines Ausstrahlungslichts zu der Außenseite des Gehäuses und einem Lichtempfangsfenster zum Führen des reflektierten Lichts von dem Ziel zu der Lichtempfangslinse versehen. Es wurden auch verschiedenartige Konfigurationen vorgeschlagen, in welchen das Emissionsfenster auch als das Lichtempfangsfenster dient.
Als eine Anordnung, in welcher sich verschiedenartige Komponenten in dem Gehäuse befinden, offenbart die JP 2015 - 206 590 A eine Konfiguration, in welcher Komponenten eines Lichtempfangssystems in einer Reihe in einer Tiefenrichtung der Laserradarvorrichtung ausgerichtet sind. In diesem Beispiel beziehen sich die Komponenten des Lichtempfangssystems hauptsächlich auf die Lichtempfangslinse und das Lichtempfangssubstrat. Die Tiefenrichtung der Laserradarvorrichtung entspricht einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung, in welche eine Mitte (das heißt, eine optische Achse) eines Winkelbereichs, in welchem das Laserlicht ausgestrahlt wird, gerichtet ist.
In diesem Fall ist es wünschenswert, eine Dicke der Laserradarvorrichtung zu reduzieren. Insbesondere dann, wenn die Laserradarvorrichtung an einem Fahrzeug angebracht ist, ist, da ein Montageraum um einen Fahrzeugaufbau endlich ist, eine weitere Verringerung in der Dicke der Laserradarvorrichtung erforderlich. In der Konfiguration der JP 2015 - 206 590 A erhöht sich jedoch, da die Komponenten des Lichtempfangssystems in einer Reihe in der Tiefenrichtung ausgerichtet sind, eine Länge (das heißt, die Dicke) der Laserradarvorrichtung in der Tiefenrichtung ebenso sehr.
Aus der JP H11 - 326 499 A sind ferner eine Entfernungsmessvorrichtung und ein die Entfernungsmessvorrichtung nutzender Fahrzeugcontroller bekannt. Die Entfernungsmessvorrichtung enthält einen Lichtemissionsteil zum Emittieren eines Laserstrahls, einen Lichtempfangsteil zum Empfangen des Laserstrahls, einen Polygonspiegel, einen Antriebsteil für den Polygonspiegel und einen Entfernungsmessteil zum Messen einer Entfernung zum Objekt anhand der Lichtsende- und Lichtempfangszeit. Die JP S64 - 62 613 A offenbart eine Bildaufnahmevorrichtung, und die JP 2002 - 31 685 A lehrt ein Reflexionsmessgerät.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserradarvorrichtung bereitzustellen, deren Länge in Tiefenrichtung reduziert ist.
Die Aufgabe wird durch eine Laserradarvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Aufgabe, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. Es zeigen:

1 eine externe perspektivische Ansicht, die eine Laserradarvorrichtung 1 zeigt;
2 eine Frontansicht, die die Laserradarvorrichtung 1 zeigt;
3 eine Seitenansicht, die die Laserradarvorrichtung 1 zeigt;
4 eine Aufsicht, die die Laserradarvorrichtung 1 zeigt;
5 ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Lichtempfangslichtführungsspiegels 50 darstellt;
6 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Hauptsteuersubstrats 80 darstellt;
7 eine Frontansicht, die eine Laserradarvorrichtung 1 in einer Modifikation 1 zeigt;
8 eine Seitenansicht, die die Laserradarvorrichtung 1 in der Modifikation 1 zeigt;
9 eine Frontansicht, die eine Laserradarvorrichtung 1 in einer Modifikation 2 zeigt;
10 eine Seitenansicht, die die Laserradarvorrichtung 1 in der Modifikation 2 zeigt;
11 eine Frontansicht, die eine Laserradarvorrichtung 1 in einer Modifikation 3 zeigt; und
12 eine Seitenansicht, die die Laserradarvorrichtung 1 in der Modifikation 3 zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenseite einer Laserradarvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Laserradarvorrichtung 1 ein Gehäuse 100 mit einer rechteckförmigen Parallelflachform mit einer Höhe H [mm], einer lateralen Breite W [mm] und einer Tiefe D [mm], und eine frontseitige Oberfläche (nachstehend als ein Frontabschnitt bezeichnet) 110 des Gehäuses 100 ist mit einem Lichtemissions- und Empfangsfenster 111 zum Emittieren und Empfangen eines Laserlichts versehen.
In einem Beispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist beispielhaft eine Konfiguration dargestellt, in welcher die Form des Gehäuses 100 ein rechteckförmiges Parallelflach ist, aber die Erfindung ist nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann der Frontabschnitt 110 in einer Bogenform mit einem vorbestimmten Krümmungsradius, wenn von oben gesehen, geformt sein. Die rechteckförmige Parallelflachform beinhaltet auch eine im Wesentlichen rechteckförmige Parallelflachform. Die im Wesentlichen rechteckförmige Parallelflachform bezieht sich auf eine Form basierend auf einem rechteckigen Parallelflach, dessen Ecken angeschrägt oder teilweise verformt sind. Die Form selbst des Gehäuses 100 ist eine Designsache.
Eine Höhenrichtung und eine Breitenrichtung entsprechen einer vertikalen Richtung und einer lateralen Richtung einer Stellung, die im Voraus als eine Stellung angenommen wird, wenn die Laserradarvorrichtung 1 in Verwendung ist. Eine Tiefenrichtung ist eine Richtung, die ausgehend von einer Vorderseite zu einer Oberfläche auf einer dem Frontabschnitt 110 zugewandten Seite (das heißt, einer Rückseite) führt. Die Tiefenrichtung entspricht einer Richtung parallel zu einer Mitte (einer sogenannten optischen Achse) eines Winkelbereichs, in den bzw. dem die Laserradarvorrichtung 1 das Laserlicht ausstrahlt. Bestimmte Werte der Höhe H, der Breite W und der Tiefe D des Gehäuses 100 können geeignet ausgelegt sein, um verschiedene, noch zu beschreibende Elemente aufzunehmen.
Die Laserradarvorrichtung 1 abtastet und ausstrahlt (in einem sogenannten Abtasten) das Laserlicht diskontinuierlich in einem vorbestimmten Winkelbereich von -θa bis +θa in der Breitenrichtung, um dadurch Information über eine Entfernung zu einem Ziel zu beschaffen, das in einer Richtung der Ausstrahlung des Laserlichts existiert. θa ist ein geeignet ausgelegter Wert und kann zum Beispiel auf 60 Grad festgelegt sein. In einem Beispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist eine Konfiguration des Abtastens und Ausstrahlens des Laserlichts in der Breitenrichtung beispielhaft dargestellt, aber eine Konfiguration des Abtastens und Ausstrahlens des Laserlichts in der Höhenrichtung kann verwendet werden. Ferner kann eine Konfiguration des Abtastens und Ausstrahlens des Laserlichts in einem vorbestimmten Winkelbereich in jeder der Breitenrichtung und der Höhenrichtung verwendet werden. Der Bereich, in welchem das Laserlicht abgetastet und ausgestrahlt wird, entspricht einem Erfassungsbereich bzw. Erfassungsgebiet.
In einem Beispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird angenommen, dass ein Verbinder (nachstehend als ein Weiterleitungsverbinder bezeichnet) zur Verbindung mit einem Kabel zum Kommunizieren mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU), die außerhalb der Laserradarvorrichtung 1 installiert ist, auf einem linksseitigen Oberflächenabschnitt (nachstehend ein linker Oberflächenabschnitt) des Gehäuses 100 angeordnet ist. Der Weiterleitungsverbinder befindet sich an einer Position so nahe wie möglich zu einer Position (nachstehend als eine Kabelleiterposition bezeichnet) in dem Fahrzeug, an der das Kabel zum Verbinden der Laserradarvorrichtung 1 herausgeführt ist.
Hauptkomponenten der Laserradarvorrichtung 1, die innerhalb des Gehäuses 100 aufgenommen sind, werden nachstehend beschrieben. 2 ist eine Frontansicht der Laserradarvorrichtung 1, wenn durch den Frontabschnitt 110 hindurchgesehen wird, 3 ist eine Seitenansicht des Gehäuses 100 von rechts gesehen, und 4 ist eine Aufsicht auf die Laserradarvorrichtung 1. In 3 ist ein rechtsseitiger Oberflächenabschnitt (nachstehend als ein rechter Oberflächenabschnitt bezeichnet) 120 des Gehäuses 100 hindurchgesehen, und in 4 ist ein oberer Seitenabschnitt (nachstehend ein oberer Oberflächenabschnitt) 130 hindurchgesehen.
Wie in den 2 bis 4 gezeigt ist, beinhaltet die Laserradarvorrichtung 1 ein Lichtquellensubstrat 10, eine Emissionslinse bzw. ein Emissionsobjektiv 20, einen Emissionslichtführungsspiegel 30, einen Abtaster 40, einen Lichtempfangslichtführungsspiegel 50, eine Lichtempfangslinse bzw. ein Lichtempfangsobjektiv 60, ein Lichtempfangssubstrat 70 und ein Hauptsteuersubstrat 80. Das Lichtquellensubstrat 10 ist mit einer Laserdiode 11 versehen, das das Laserlicht emittiert, und eine Lichtempfangsvorrichtung 71 ist auf dem Lichtempfangssubstrat 70 angeordnet. Der Abtaster 40 beinhaltet einen Polygonspiegel 41, einen Sockelabschnitt 42, einen Motor 43 und ein Abtastsubstrat 44. Jedes des Lichtquellensubstrats 10, des Abtastsubstrats 44 und des Lichtempfangssubstrats 70 ist mit dem Hauptsteuersubstrat 80 verbunden, um miteinander zu kommunizieren, zum Beispiel unter Verwendung eines flexiblen Kabels oder dergleichen.
Das Lichtquellensubstrat 10 gibt ein Impulslaserlicht an die Laserdiode 11 auf der Grundlage eines Lichtemissionsanweisungssignals aus, das von dem Hauptsteuersubstrat 80 zugeführt wurde. Eine Impulsbreite des zu emittierenden Laserlichts kann zum Beispiel 20 Nanosekunden oder dergleichen betragen. Die Laserdiode 11 entspricht einer Laserlichtquelle.
Die Emissionslinse 20 ist eine Linse zum Formen des Laserlichts. Die Emissionslinse 20 formt das von der Laserdiode 11 ausgegebene Impulslaserlicht und gibt das geformte Impulslaserlicht in einer Richtung aus, in welcher der Emissionslichtführungsspiegel 30 vorhanden ist.
Der Emissionslichtführungsspiegel 30 ist ein planarer bzw. ebener Spiegel (das heißt, ein Planarspiegel), der das von der Emissionslinse 20 ausgegebene Laserlicht in eine Richtung reflektiert, in welcher der Polygonspiegel 41 vorhanden ist. Das von der Laserdiode ausgegebene Laserlicht wird durch die Emissionslinse 20 geformt, ferner durch den Emissionslichtführungsspiegel 30 reflektiert, und fällt auf den Polygonspiegel 41 ein. Ein in den Figuren ausgefüllt gezeigter Pfeil gibt konzeptuell einen Pfad des von der Laserdiode 11 ausgegebenen Laserlichts an. Der Emissionslichtführungsspiegel 30 entspricht einem Emissionspfadbiegeelement.
Der Abtaster bzw. Scanner 40 ist eine Einheit zum Steuern einer Richtung, in welcher das Laserlicht zur Außenseite des Gehäuses emittiert wird. Der Abtaster 40 beinhaltet den Polygonspiegel 41 als einen Reflektor, den Sockelabschnitt 42 zum Abstützen des Polygonspiegels 41, den Motor 43 zum Drehen des Polygonspiegels 41 um eine Achse parallel zu der Höhenrichtung (nachstehend als eine Rotationsachse bezeichnet), und das Abtastsubstrat 44 zum Steuern des Antriebs des Motors. Der Polygonspiegel 41 ist auf dem Sockelabschnitt 42 bereitgestellt, um um die Rotationsachse drehbar zu sein.
Eine Motortreiberschaltung zum Ansteuern des Motors 43 auf der Grundlage des von dem Hauptsteuersubstrat 80 zugeführten Ansteuersignals ist auf dem Abtastsubstrat 44 verbaut. Das Abtastsubstrat 44 steuert den Motor 43 auf der Grundlage des Ansteuersignals von dem Hauptsteuersubstrat 80 an, um den Polygonspiegel 41 zu drehen.
Der Drehwinkel des Motors 43 relativ zu einer Anfangsposition (in anderen Worten, der Polygonspiegel) wird durch einen Motordrehpositionssensor erfasst und an das Hauptsteuersubstrat 80 ausgegeben. Der Motordrehpositionssensor kann unter Verwendung einer gut bekannten Konfiguration realisiert sein. Zum Beispiel kann ein Magnet oder dergleichen für jedes eines rotierenden Elements und eines nicht rotierenden Elements bereitgestellt sein, und kann ein Drehwinkel anhand einer vorübergehenden Änderung in einer magnetischen Kraft, die zwischen den Magneten wirkt, erfasst werden. Eine Rotationsrichtung des Polygonspiegels 41 kann geeignet ausgestaltet sein, zum Beispiel kann sich der Polygonspiegel 41 im Uhrzeigersinn um die Rotationsachse in der vertikalen Richtung drehen.
In dem Polygonspiegel 41 sind vier Reflexionsoberflächen auf einer Seitenoberfläche um die Rotationsachse ausgebildet. Jede Reflexionsoberfläche ist so erzeugt, dass sie einen vorbestimmten Neigungswinkel (in diesem Beispiel 45 Grad) relativ zu der Rotationsachse hat. In anderen Worten hat der Polygonspiegel 41 dieselbe Form (in anderen Worten eine Kegel- bzw. Pyramidenstumpfform) wie die eines zweier Vollkörper, die durch Schneiden einer vierseitigen Pyramide mit einer quadratischen Bodenfläche entlang einer Ebene parallel zu der Bodenfläche erzeugt wurden, einschließlich der Bodenfläche der ursprünglich vierseitigen Pyramide.
Aus Zweckmäßigkeitsgründen wird eine der beiden quadratischen Oberflächen des Polygonspiegels 41, die einander in der Höhenrichtung zugewandt sind, welche flächenmäßig größer ist, als eine erste Oberfläche bezeichnet, und wird die andere Oberfläche, welche flächenmäßig kleiner ist, als eine zweite Oberfläche bezeichnet. Der Polygonspiegel 41 ist derart angeordnet, dass sich die erste Oberfläche in dem Gehäuse auf einer Seite befindet, die höher liegt als die zweite Oberfläche.
Das von dem Emissionslichtführungsspiegel 30 einfallende Laserlicht wird von einer beliebigen der vier Reflexionsoberflächen des Polygonspiegels 41 reflektiert und wird zu der Außenseite des Gehäuses emittiert. Während das einfallende Licht von dem Emissionslichtführungsspiegel 30 von derselben Reflexionsoberfläche reflektiert wird, ändert sich die Emissionsrichtung des Laserlichts in der horizontalen Richtung durch Rotation um die Rotationsachse. Aus diesem Grund strahlt das Hauptsteuersubstrat 80 das Laserlicht intermittierend aus der Laserdiode ab, während der Polygonspiegel 41 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit rotiert, und ist dadurch in der Lage, das Laserlicht innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs in der horizontalen Richtung zu wobbeln und auszustrahlen (in anderen Worten abzutasten).
Darüber hinaus reflektiert der Polygonspiegel 41 das Laserlicht (das heißt, reflektiertes Licht), das durch Reflektieren und Zurückleiten des emittierten Laserlichts auf dem außerhalb des Gehäuses vorhandenen Ziels erhalten wurde, in die Richtung, in der der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 vorhanden ist. In anderen Worten emittiert der Polygonspiegel 41 nicht nur das von dem Emissionslichtführungsspiegel 30 eintretende Laserlicht zu der Außenseite des Gehäuses, sondern reflektiert auch das reflektierte Licht in das Innere des Gehäuses, um das reflektierte Licht über den Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 und die Lichtempfangslinse 60, welche später beschrieben werden, zu der Lichtempfangsvorrichtung 71 zu führen. Doppelt punktierte Pfeile, die in den Figuren gezeigt sind, geben konzeptuell einen Pfad des reflektierten Lichts an.
In den 2 und 3 gibt eine unterbrochene Linie, die um den Polygonspiegel 41 herum gezeigt ist, einen Umriss eines Rotationskörpers (nachstehend als ein Polygonspiegel-Rotationskörper bezeichnet) an, der durch Rotieren des Polygonspiegels 41 gebildet wird. Da der Polygonspiegel 41 eine kegelstumpfartige Konusform aufweist, hat der Polygonspiegel-Rotationskörper eine kegelstumpfartige Konusform. In dem Polygonspiegel-Rotationskörper entspricht ein Durchmesser Dmt (nachstehend als der Durchmesser des Rotationskörpers bezeichnet) einer kreisförmigen Oberfläche entsprechend der ersten Oberfläche des Polygonspiegels 41 einer Länge einer diagonalen Linie der ersten Oberfläche des Polygonspiegels 41.
Ein Bezugszeichen 411 in den 3 und 4 gibt eine Position (nachstehend als eine innerste Spiegelposition bezeichnet) des Polygonspiegels 41 auf einer innersten Seite an, wo sich ein Vertex bzw. ein Eckpunkt der ersten Oberfläche befinden kann, wenn der Polygonspiegel 41 um die Rotationsachse gedreht wird. Die innerste Spiegelposition 411 entspricht einer Position des Endabschnitts der innersten Seite in dem Polygonspiegel-Rotationskörper.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist der Sockelabschnitt 42 ein plattenartiges Element zum Abstützen des Polygonspiegels 41 und eine Form des Sockelabschnitts 42 ist im Wesentlichen dieselbe wie diejenige einer Oberfläche entsprechend der ersten Oberfläche des Polygonspiegels 41 des Polygonspiegel-Rotationskörpers. Der Sockelabschnitt 42 ist ein wahlfreies Element. Eine durchbrochene Linie, die in 4 gezeigt ist, gibt eine Position des Polygonspiegels 41 an, die sich unter dem Sockelabschnitt 42 befindet.
Der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 ist an einer Position bereitgestellt, an welcher das reflektierte Licht, das von dem Polygonspiegel 41 reflektiert wurde, ankommt, und reflektiert das reflektierte Licht, das von dem Polygonspiegel 41 reflektiert wurde, in die Richtung, in welcher die Lichtempfangslinse 60 vorhanden ist. Der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 entspricht einem Lichtempfangspfadbiegeelement.
Der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 kann ein Element sein, das das Laserlicht reflektiert. Da der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 das reflektierte Licht, das von dem Ziel in das Gehäuse 100 einfällt, soweit möglich über den Polygonspiegel 41 zu der Lichtempfangslinse 60 führt, ist der Bereich verglichen mit dem Emissionslichtführungsspiegel 30 relativ groß. Zum Beispiel ist, wie in 5 gezeigt, der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 mit einem Einschnitt 51 versehen, um einen Weg des Laserlichts von dem Emissionslichtführungsspiegel 30 zu dem Polygonspiegel 41 nicht zu behindern. 5 ist eine Aufsicht auf die Umgebung des Lichtempfangslichtführungsspiegels 50. In 3 ist die Darstellung des Lichtempfangslichtführungsspiegels 50 weggelassen.
Die Lichtempfangslinse 60 ist eine lichtdurchlässige konvexe Linse, die aus einem Kunstharz, Glass oder dergleichen hergestellt ist und das Laserlicht (das heißt, das reflektierte Licht von dem Ziel), das aus der Richtung kommt, in welcher der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 vorhanden ist, formt und das geformte Laserlicht auf die Lichtempfangsoberfläche der Lichtempfangsvorrichtung 71 fokussiert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als einem Beispiel wird angenommen, dass ein Abschnitt der Lichtempfangslinse 60, welche näher zu der Gehäusetiefenseite liegt als die Rotationsachse des Polygonspiegels 41, wie in den 3 und 4 gezeigt abgeschnitten ist. Dies ist deshalb so, weil das reflektierte Licht von dem Polygonspiegel 41 nicht an dem Abschnitt auf der Gehäusetiefenseite relativ zu der Rotationsachse des Polygonspiegels 41 ankommt. Dies reduziert einen Raum, der zum Anordnen der Lichtempfangslinse 60 erforderlich ist. Die Form der Lichtempfangslinse 60 kann in geeigneter Weise ausgestaltet werden.
Die Lichtempfangsvorrichtung 71 ist ein Element, das ein Licht in ein elektrisches Signal konvertiert. Die Lichtempfangsvorrichtung 71 gibt eine Spannung mit einer Höhe entsprechend der Intensität des reflektierten Lichts als ein Lichtempfangssignal aus. Als die Lichtempfangsvorrichtung 71 kann zum Beispiel eine Avalanche-Photodiode oder dergleichen verwendet werden.
Ein Verstärker zum Verstärken des Lichtempfangssignals, das von der Lichtempfangsvorrichtung 71 ausgegeben wurde, ist auf dem Lichtempfangssubstrat 70 zusätzlich zu der Lichtempfangsvorrichtung 71 bereitgestellt. Der Verstärker verstärkt das von der Lichtempfangsvorrichtung 71 ausgegebene Lichtempfangssignal mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor und gibt das verstärkte Signal an das Hauptsteuersubstrat 80 aus. Der Verstärker kann durch eine bekannte Schaltungskonfiguration realisiert sein, zum Beispiel einen Operationsverstärker oder dergleichen. Ein Verstärkungsverhältnis des Lichtempfangssignals (das heißt, der Verstärkungsfaktor), wird auf der Grundlage eines von dem Hauptsteuersubstrat 80 zugeführten Verstärkungsfaktorsteuersignals eingestellt. In anderen Worten verstärkt der Verstärker das Lichtempfangssignal mit einem Verstärkungsfaktor entsprechend dem von dem Hauptsteuersubstrat 80 zugeführten Verstärkungsfaktorsteuersignal. Das Lichtempfangssignal, das von dem Verstärker verstärkt wurde, wird an eine Lichtempfangsverarbeitungseinheit 82 ausgegeben, die in dem Hauptsteuersubstrat 80 enthalten ist.
Das Hauptsteuersubstrat 80 ist ein Substrat, auf welchem Funktionen zum Steuern des gesamten Betriebsablaufs der Laserradarvorrichtung1 implementiert sind. Wie in 6 als ein funktioneller Block gezeigt ist, beinhaltet das Hauptsteuersubstrat 80 eine Emissionssteuereinheit 81, die Lichtempfangsverarbeitungseinheit 82 und eine Entfernungsberechnungseinheit 83. Ein Verbinder 84 zum Kommunizieren mit der ECU 2 über einen Weiterleitungsverbinder (nicht gezeigt) ist auf dem Hauptsteuersubstrat 80 angeordnet. Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann ein Stromversorgungsschaltungsmodul zum Steuern der Stromversorgung zu den jeweiligen Komponenten der Laserradarvorrichtung 1 auf dem Hauptsteuersubstrat 80 verbaut sein.
Die jeweiligen funktionellen Blöcke können durch die CPU realisiert sein, die ein vorbestimmtes Programm ausführt, oder können als ein Schaltungsmodul unter Verwendung eines oder mehrerer ICs oder verschiedenartiger Schaltungselemente realisiert sein. Alternativ können die jeweiligen funktionellen Blöcke durch Kombinieren der Ausführung einer vorbestimmten Software durch die CPU mit Hardware realisiert sein. Ferner können die jeweiligen funktionellen Blöcke auf einem Substrat als Firmware eingebaut sein.
In diesem Beispiel wird angenommen, dass die verschiedenartigen funktionellen Blöcke durch die CPU realisiert werden, die ein Programm ausführt, das in einem nicht-flüchtigen Speichermedium (zum Beispiel einem ROM) gespeichert sind. Es wird angemerkt, dass ein Programm (nachstehend als ein Hauptsteuerprogramm bezeichnet) und dergleichen zum Veranlassen eines normalen Computers, als die Entfernungsberechnungseinheit 83 oder dergleichen zu funktionieren, in einem nicht-flüchtigen dinghaften Aufzeichnungsmedium gespeichert sein kann. Die Ausführung des Hauptsteuerprogramms durch die CPU entspricht der Ausführung eines Verfahrens entsprechend dem Hauptsteuerprogramm.
Die Emissionssteuerschaltung 81 ist ein funktioneller Block zum Steuern eines Zeitpunkts und dergleichen des Emittierens des Impulslaserlichts in Zusammenwirkung mit dem Lichtquellensubstrat 10 und dem Abtastsubstrat 44. Genauer gibt die Emissionssteuereinheit 81 ein Ansteuersignal an das Abtastsubstrat 44 aus, um den Motor 43 zu drehen. Ferner gibt die Emissionssteuereinheit 81 ein Lichtemissionsanweisungssignal an das Lichtquellensubstrat 10 zu einem Zeitpunkt entsprechend dem Drehwinkel des Polygonspiegels 41 aus, der von dem Abtastsubstrat 44 zugeführt wurde. In anderen Worten emittiert die Emissionssteuereinheit 81 das Impulslaserlicht zu einem Zeitpunkt, der mit der Drehung des Polygonspiegels 41 synchronisiert ist, in einem vorbestimmten Intervall. Infolge dessen wird das Impulslaserlicht in einem vorbestimmten Winkelbereich abgetastet und ausgegeben, um einen vorbestimmten Erfassungsbereich zu erzeugen.
Darüber hinaus versorgt die Emissionssteuereinheit 81 die Entfernungsberechnungseinheit 83 mit Information, die den Zeitpunkt angibt, bei welchem das Impulslaserlicht emittiert wird. In diesem Beispiel wird angenommen, dass die Emissionssteuereinheit 81 ein Emissionsbenachrichtigungssignal, das angibt, dass die Emission des Impulslaserlichts an die Entfernungsberechnungseinheit 83 zur gleichen Zeit wie das Ausgeben des Lichtemissionsanweisungssignals angewiesen wurde. In Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration erkennt die Entfernungsberechnungseinheit 83 den Zeitpunkt, zu dem das Emissionsbenachrichtigungssignal zugeführt wird, als den Zeitpunkt, zu welchem das Impulslaserlicht emittiert wird.
Wenn das Lichtquellensubstrat 10 dazu konfiguriert ist, einen Ausgangspegel der Laserdiode 11 einzustellen, kann die Emissionssteuereinheit 81 das Ausgangspegelanweisungssignal, das den Ausgangspegel angibt, an das Lichtquellensubstrat 10 ausgeben. In Übereinstimmung mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Emissionssteuerschaltung 81 die Laserdiode 11 dazu veranlassen, das Laserlicht mit einer wahlfreien Intensität auszugeben.
Die Lichtempfangsverarbeitungseinheit 82 erfasst, dass das reflektierte Licht empfangen wurde, auf der Grundlage einer temporären Änderung des Lichtempfangssignals. Zum Beispiel dann, wenn die Stärke des Lichtempfangssignals einen vorbestimmten Lichtempfangssignalbestimmungsschwellenwert überschreitet, bestimmt die Lichtempfangsverarbeitungseinheit 82, dass das reflektierte Licht empfangen worden ist. Der Lichtempfangsbestimmungsschwellenwert ist ein Schwellenwert zum Bestimmen, dass reflektiertes Licht empfangen wurde, in Übereinstimmung mit der Amplitude bzw. Stärke des Lichtempfangssignals, und ein bestimmter Schwellenwert kann in geeigneter Weise ausgestaltet sein. Darüber hinaus kann die Bestimmung dahingehend, ob die Stärke des empfangenen Lichtsignals bzw. Lichtempfangssignals den Lichtempfangsbestimmungsschwellenwert überschreitet oder nicht, unter Verwendung eines Komparators oder dergleichen durchgeführt werden.
Bei Erfassung des Empfangs des reflektierten Lichts gibt die Lichtempfangsverarbeitungseinheit 82 ein Signal, das den Empfang anzeigt (nachstehend als ein Lichtempfangsbenachrichtigungssignal bezeichnet), an die Entfernungsberechnungseinheit 83 aus. Die Lichtempfangsverarbeitungseinheit 82 kann eine Funktion haben des Konvertierens des Lichtempfangssignals, das von dem Lichtempfangssubstrat 70 zugeführt wurde, in ein digitales Signal, oder Entfernens von Rauschkomponenten aus dem Lichtempfangssignal unter Verwendung eines gut bekannten Hochpassfilters oder dergleichen, als ein vorbereitender Prozess zum Bestimmen bzw. Ermitteln, ob das reflektierte Licht empfangen ist oder nicht. Die Lichtempfangsverarbeitungseinheit 82 implementiert eine Funktion des Ausführens einer Signalverarbeitung zum Extrahieren von Information, die für einen Entfernungsberechnungsprozess notwendig ist, aus dem Lichtempfangssignal, das von dem Lichtempfangssubstrat 70 zugeführt wurde. Darüber hinaus gibt die Lichtempfangsverarbeitungseinheit 82 ein Verstärkungsfaktorsteuersignal an den Verstärker aus, der auf dem Lichtempfangssubstrat 70 bereitgestellt ist, und stellt den Verstärkungsfaktor ein.
Die Entfernungsberechnungseinheit 83 spezifiziert einen Emissionszeitpunkt auf der Grundlage des Eingangs des Emissionsbenachrichtigungssignals von der Emissionssteuereinheit 81. Darüber hinaus spezifiziert die Entfernungsberechnungseinheit 83 den Zeitpunkt des Empfangens des reflektierten Lichts auf der Grundlage des Eingangs des Lichtempfangsbenachrichtigungssignals von der Lichtempfangsverarbeitungseinheit 82. Infolge dessen spezifiziert die Entfernungsberechnungseinheit 83 eine Laufzeit ausgehend von der Emission des Impulslaserlichts bis zu dem Empfang des reflektierten Lichts. Die Messung der Laufzeit kann unter Verwendung eines nicht gezeigten Zeitgebers durchgeführt werden.
Die Entfernungsberechnungseinheit 83 berechnet eine Entfernung zu dem Ziel in der Richtung, entlang welcher das Laserlicht ausgestrahlt wird, auf der Grundlage der Laufzeit. Ein gut bekanntes Verfahren kann auf das Verfahren des Berechnens der Entfernung zu dem Ziel auf der Grundlage der Laufzeit angewandt werden. Zum Beispiel kann ein Wert, der durch Teilen eines durch Multiplizieren der Laufzeit mit einer Lichtausbreitungsgeschwindigkeit erhaltenen Werts durch 2 erhalten wurde, als die Entfernung zu dem Ziel verwendet werden. Der Prozess des Berechnens der Entfernung zu dem Ziel entspricht dem Entfernungsberechnungsprozess. Das Berechnungsergebnis der Entfernungsberechnungseinheit 83 wird über den Verbinder 84 der ECU 2 bereitgestellt, die außerhalb der Laserradarvorrichtung 1 existiert.
Wenn die Laserradarvorrichtung 1 so an dem Fahrzeug verbaut ist, dass das Laserlicht an der Vorderseite des Fahrzeugs abgetastet und ausgestrahlt wird, kann die Information über die Entfernung zu dem von der Laserradarvorrichtung 1 erfassten Ziel für zum Beispiel eine Fortbewegungssteuerung verwendet werden, die einen Zwischenfahrzeugabstand zwischen dem Subjektfahrzeug und einem vorausfahrenden Fahrzeug einhält. Es erübrigt sich zu sagen, dass die Information über die Entfernung zu dem von der Laserradarvorrichtung 1 erfassten Ziel auch für zum Beispiel ein Selbstfahren, eine automatische Bremssteuerung zur Vermeidung einer Kollision, eine Identifikation eines Zieltyps und dergleichen verwendet werden kann. Die ECU 2 kann eine Vorrichtung sein, die die vorstehend beschriebene Fahrzeugsteuerung und dergleichen auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses der Laserradarvorrichtung 1 ausführt.
Die Konfiguration des Verbauens der Laserradarvorrichtung 1 in dem Fahrzeug ist nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel beschränkt. Die Laserradarvorrichtung 1 kann so verbaut sein, dass das Laserlicht in einer rückwärtigen Richtung des Fahrzeugs oder in anderen Richtungen abgetastet und ausgestrahlt wird. Es wird angemerkt, dass eine Anbringungsposition der Laserradarvorrichtung 1 in dem Fahrzeug auf eine geeignet ausgewählte Position in einem peripheren Rand bzw. Randbereich des Fahrzeugaufbaus, wie beispielsweise einem vorderen Stoßfänger, einem Frontgrill, einer Fahrzeugtür oder einem hinteren Stoßfänger festgelegt sein kann. Es wird jedoch angenommen, dass das Laserlicht an der Außenseite des Fahrzeugs ankommt und einen gewünschten Erfassungsbereich ausbildet. Die Laserradarvorrichtung 1 kann woanders als auf dem Fahrzeug montiert sein.
<Einzelheiten positioneller Beziehungen jeweiliger Elemente in dem Gehäuse 100>
In diesem Beispiel werden die Formen der jeweiligen Komponenten, die in dem vorstehend beschriebenen Gehäuse 100 aufgenommen sind, und die Platzierungen der jeweiligen Komponenten innerhalb des vorstehend beschriebenen Gehäuses 100 genauer beschrieben. In diesem Beispiel wird angenommen, dass ein Element mit der maximalen Länge in der Tiefenrichtung dann, wenn die jeweiligen Elemente in dem Gehäuse 100 aufgenommen sind, der Polygonspiegel 41 ist, und werden die Konfigurationen und Platzierungen der jeweiligen Elemente beschrieben.
Zunächst ist, wie in 2 gezeigt, das Lichtquellensubstrat 10 so angeordnet, dass eine Oberfläche des Lichtquellensubstrats 10 auf einer Seite, auf der sich die Laserdiode 11 nicht befindet (nachstehend als eine Lichtquellenlötoberfläche bezeichnet), an einer unteren rechten Ecke innerhalb des Gehäuses 100 dem rechten Oberflächenabschnitt 120 des Gehäuses 100 zugewandt ist, und ein Tiefenseitenendabschnitt des Lichtquellensubstrats 100 auf einer Seite näher zu dem Frontabschnitt 110 (in anderen Worten, an einer Vorderseite) als der innersten Spiegelposition 411 angeordnet ist. Als eine Voraussetzung wird angenommen, dass eine Länge des Lichtquellensubstrats 10 in der Tiefenrichtung so erzeugt ist, dass sie kürzer ist als der Drehkörperdurchmesser Dmt. Das Lichtquellensubstrat 10 ist so angeordnet, dass die Lichtquellenlötoberfläche dem rechten Oberflächenabschnitt 120 zugewandt ist, wodurch eine Mitte eines Ausstrahlungswinkelbereichs der Laserdiode 11 der linken Seite des Gehäuses zugewandt ist. Die Mitte des Ausstrahlungswinkelbereichs der Laserdiode 11 entspricht einer optischen Achse der Laserdiode 11.
Es wird angemerkt, dass sich der Begriff „links und rechts“ in der vorliegenden Spezifikation auf das Links und das Rechts bezieht, wenn das Gehäuse 100 in einer Richtung eines in 1 gezeigten hohlen Pfeils (in anderen Worten, in einer Frontansicht), gesehen wird. Ferner ist das Aufwärts und Abwärts in der vorliegenden Spezifikation ein Aufwärts und Abwärts, wenn die Laserradarvorrichtung 1 von der Vorderseite her gesehen wird. Sowohl das Aufwärts und das Abwärts und das Links und das Rechts sind Richtungen orthogonal zu der Tiefenrichtung. Die untere rechte Ecke des Gehäuses 100 bezieht sich auf einen Raum, der ferner eine untere Hälfte eines Raums ist, der zu der rechten Hälfte des Gehäuses 100 wird. Ferner bedeutet der Tiefenendabschnitt eines bestimmten Elements einen Endabschnitt, welcher die innerste Seite in der Tiefenrichtung des Elements ist.
Die Emissionslinse 20 ist in einer Stellung, in welcher eine optische Achse der Laserdiode 11 mit einer optischen Achse der Emissionslinse 10 auf einer optischen Achse der Laserdiode 11 übereinstimmt, und an einer Position, an der eine Entfernung von der Laserdiode 11 zu der Emissionslinse 20 zu einer Brennweite der Emissionslinse 20 wird, angeordnet. Infolge dessen ist das von der Laserdiode 11 emittierte Laserlicht so angeordnet, dass es sich parallel zu der Breitenrichtung von der rechten Seite zu der linken Seite des Gehäuses durch die Emissionslinse 20 fortbewegt. Die Emissionslinse 20 und das Lichtquellensubstrat 10 sind so angeordnet, dass sich die Position der Emissionslinse 20 in der Breitenrichtung auf der rechten Seite der Rotationsachse des Polygonspiegels 41 befindet.
Der Emissionslichtführungsspiegel 30 ist dazu angeordnet, das Laserlicht, das von der Emissionslinse 20 einfällt, direkt oberhalb auf einer halbgeraden Linie von der Laserdiode 11 in Richtung der Emissionslinse 20 zu reflektieren. Die Position des Emissionslichtführungsspiegels 30 in der Breitenrichtung wird mit der Breitenrichtungsposition, an der sich die Rotationsachse des Polygonspiegels 41 befindet, in Übereinstimmung gebracht.
Der Abtaster 40 ist in einer Region angeordnet, die sich in einer relativ oberen Seite in dem Gehäuse 100 befindet, so dass die Rotationsachse des Polygonspiegels 41 mit der vertikalen Richtung des Gehäuses übereinstimmt, und das Laserlicht, das von dem Emissionslichtführungsspiegel 30 einfällt, wird von der Reflexionsoberfläche reflektiert, um zu der Außenseite des Gehäuses emittiert zu werden.
Das Abtastsubstrat 44 ist so auf der oberen Seite des Polygonspiegels 41 angeordnet, dass er dem oberen Oberflächenabschnitt 130 zugewandt ist. Das Abtastsubstrat 44 ist so angeordnet, dass die Länge des Abtastsubstrats 44 in der Tiefenrichtung so ausgebildet ist, dass sie kürzer ist als der Rotationskörperdurchmesser Dmt, und der Tiefenendabschnitt des Abtastsubstrats 44 in der Tiefenrichtung befindet sich auf der Vorderseite der innersten Spiegelposition bzw. Spiegelinnerstposition 411.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 dazu angeordnet, das reflektierte Licht, das von dem Polygonspiegel 41 einfällt, zu der linken Seite des Gehäuses auf dem Pfad zu reflektieren, entlang welchem sich das reflektierte Licht, das von dem Polygonspiegel 41 reflektiert wird, fortbewegt. Die Platzierungsposition des Lichtempfangslichtführungsspiegels 50 in der Breitenrichtung ist eine Position, an der die Position der Mitte des Lichtempfangslichtführungsspiegels 50 in der Breitenrichtung mit der Position der Rotationsachse des Polygonspiegels 41 in der Breitenrichtung übereinstimmt. Die vorstehend beschriebene Konfiguration entspricht einer Konfiguration, in welcher der Emissionslichtführungsspiegel 30 und der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 auf einer geraden Linie (nachstehend als ein optischer Mittenpfad bezeichnet) angeordnet sind, an der sich das reflektierte Licht von dem Ziel fortbewegt, welches von dem Polygonspiegel 41 reflektiert wurde. Der optische Mittenpfad entspricht einer geraden Linie, durch welche das von dem Emissionslichtführungsspiegel 30 reflektierte Laserlicht passiert.
Die Lichtempfangslinse 50 befindet sich an einer Position, an der das Meiste des von dem Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 reflektierten Laserlichts einfällt, in einer Stellung, in welcher die optische Achse der Lichtempfangslinse 60 mit der Richtung übereinstimmt, in welcher der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 das reflektierte Licht reflektiert. In anderen Worten ist die Lichtempfangslinse 60 so angeordnet, dass die optische Achse mit der Breitenrichtung des Gehäuses 100 übereinstimmt und die optische Achse durch das Zentrum bzw. die Mitte des Lichtempfangslichtführungsspiegels 50 in der Region auf der linken Seite des Gehäuses passiert.
Das Lichtempfangssubstrat 70 ist so angeordnet, dass die Lichtempfangsvorrichtung 71 sich an dem Brennpunkt auf der linken Seite der Lichtempfangslinse 60 in einer Stellung befindet, in der das Lichtempfangssubstrat 70 dem linken Oberflächenabschnitt des Gehäuses 100 zugewandt ist. Das Lichtempfangssubstrat 70 ist so angeordnet, dass die Länge des Abtastsubstrats 44 in der Tiefenrichtung so ausgebildet ist, dass es kürzer ist als der Rotationskörperdurchmesser Dmt, und sich der Tiefenendabschnitt des Abtastsubstrats 44 in der Tiefenrichtung auf der Vorderseite der innersten Spiegelposition 411 befindet.
Das Hauptsteuersubstrat 80 ist so angeordnet, dass es einem Seitenoberflächenabschnitt (nachstehend als ein hinterer Oberflächenabschnitt bezeichnet) auf einer Rückseite des Gehäuses 100 in einem Raum, der eine obere linke Ecke im Inneren des Gehäuses 100 ist, genauer einem Raum, der auf der linken Seite des Abtasters 40 und oberhalb der Lichtempfangslinse 60 ist, zugewandt ist. In anderen Worten befindet sich das Hauptsteuersubstrat 80 an einer Position, die nicht mit dem Abtaster 40 und der Lichtempfangslinse 60 überlappt, wenn von der vorderen Richtung aus gesehen wird. Das Hauptsteuersubstrat 80 ist jedoch vor der innersten Spiegelposition 411 in dem Raum positioniert.
Die vorstehend beschriebene Konfiguration entspricht einer Konfiguration, in welcher das Hauptsteuersubstrat 80 in einer Position relativ nahe an einem Weiterleitungsverbinder in dem Gehäuse 100 in dem Innenraum des Gehäuses 100 bereitgestellt ist. In Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann eine Länge des Kabels, das den Weiterleitungsverbinder und den Verbinder 84 verbindet, reduziert werden. Ferner wird in einem Beispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels angenommen, dass sich der Verbinder 84 auf einem von Rändern des Hauptsteuersubstrats 80 befindet, welches dem linken Oberflächenabschnitt des Gehäuses 100 gegenüberliegt. In Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird die Entfernung von dem in dem Gehäuse 100 bereitgestellten Weiterleitungsverbinder verkürzt, wodurch es möglich wird, die Länge des in dem Gehäuse 100 aufgenommenen Kabels weiter zu verkürzen.
<Übersicht über das Ausführungsbeispiel>
Als Nächstes werden die Konfiguration und die Wirkungen des vorliegenden Ausführungsbeispiels zusammengefasst. In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel funktioniert der Polygonspiegel 41 als das innerste Element, welches ein optisches Element ist mit einem Endabschnitt auf der innersten Seite in der Tiefenrichtung des Gehäuses 100 unter den verschiedenartigen optischen Elementen, und funktioniert darüber hinaus als ein optisches Element (nachstehend als ein „Element mit einer maximalen Tiefenlänge“ bezeichnet) mit der maximalen Länge in der Tiefenrichtung, wenn der Polygonspiegel 41 in dem Gehäuse 100 aufgenommen ist.
In diesem Beispiel bezieht sich das optische Element auf ein Element, das das Laserlicht reflektiert und ablenkt, wie beispielsweise die Emissionslinse 20, der Emissionslichtführungsspiegel 30, der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 und die Lichtempfangslinse 60, zusätzlich zu dem Polygonspiegel 41. Das Formen des Laserlichts durch die Emissionslinse 20 und das Kondensieren des reflektierten Lichts durch die Lichtempfangslinse 60 werden ebenfalls durch die Refraktion bzw. Ablenkung von Licht realisiert. Daher sind die Emissionslinse 20 und die Lichtempfangslinse 60 ebenfalls in den optischen Elementen enthalten.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration sind das Lichtquellensubstrat 10, das Abtastsubstrat 44, das Lichtempfangssubstrat 70 und das Hauptsteuersubstrat 80 an Positionen angeordnet, die sich in der Tiefenrichtung nicht mit dem Polygonspiegel 41 überlagern. Darüber hinaus sind die optischen Elemente außer dem Polygonspiegel 41 so angeordnet, dass sie sich in der Tiefenrichtung nicht mit dem Polygonspiegel 41 überlagern.
In Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann verhindert werden, dass die Länge (das heißt, die Dicke) der Laserradarvorrichtung 1 in der Tiefenrichtung durch die Dicke des Substrats, das sich auf der Tiefenseite des Polygonspiegels 41 befindet, aufgrund der Platzierung des Substrats oder dergleichen auf der Tiefenseite des Polygonspiegels 41 zunimmt. In anderen Worten kann die Dicke D der Laserradarvorrichtung 1 reduziert werden.
Darüber hinaus sind die optischen Elemente außer den verschiedenartigen Substraten und des Polygonspiegels bzw. der Polygonspiegel 41 so angeordnet, dass sie sich vor der innersten Spiegelposition 411 befinden. In Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird die Tiefe D der Laserradarvorrichtung 1 in Übereinstimmung mit einer Größe des Polygonspiegels 41, einer Dicke eines das Gehäuse 100 bildenden Elements und einer Separation in der Tiefenrichtung zwischen dem Polygonspiegel 41 und dem Gehäuse bestimmt. Daher kann in Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration die Tiefe D der Laserradarvorrichtung 1 näher an einen Grenzwert gebracht werden, der in Übereinstimmung mit der Tiefenlänge des Polygonspiegels 41 als dem Element mit der maximalen Tiefenlänge bestimmt wird. Die Dickenrichtung des Substrats bedeutet eine Richtung senkrecht zu der Ebene des Substrats.
Ferner braucht in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel das Hauptsteuersubstrat 80 nur mit dem Lichtquellensubstrat 10 und dem Abtastsubstrat 44 verbunden zu werden, und wird nicht durch die positionelle Beziehung zu den optischen Elementen wie beispielsweise der Lichtempfangslinse 60 beschränkt. Daher kann das Hauptsteuersubstrat 80 in einem leeren Raum platziert werden, der in dem Gehäuse 100 verbleibt, nachdem das optische Element, das Lichtquellensubstrat 10, der Abtaster 40, das Lichtempfangssubstrat 70 und dergleichen platziert worden sind. Aus diesem Grund kann in Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration der Raum im Inneren des Gehäuses 100 effizient genutzt werden, und kann ein Volumen des Gehäuses 100 insgesamt reduziert werden. Ferner ist, da der Freiheitsgrad der Installationsposition des Hauptsteuersubstrats 80 hoch ist, zum Beispiel das Hauptsteuersubstrat 80 in der Nähe des in dem Gehäuse 100 bereitgestellten Weiterleitungsverbinder angeordnet, wodurch es möglich wird, eine Verlege- bzw. Routingentfernung des Kabels in dem Gehäuse 100 zu verkürzen.
Ferner kann in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, da die Laserdiode 11 und die Lichtempfangsvorrichtung 71 auf separaten Substraten montiert sind, die Ausrichtung der Laserdiode 11 auf dem optischen Element des Emissionssystems und die Ausrichtung der Lichtempfangsvorrichtung 71 auf dem optischen Element des Lichtempfangssystems unabhängig implementiert werden. Darüber hinaus kann eine Platzierung, die eine Interferenz mit dem Lichtempfangssystem durch das emittierte Licht verhindern kann, verwendet werden.
Darüber hinaus ist in der vorstehend beschriebenen Konfiguration ein Pfad des Laserlichts von der Laserdiode 11 zu dem Polygonspiegel 41 in einer Ansicht von vorne unter Verwendung des Emissionslichtführungsspiegels 30 zu einer L-Form gebogen, und ist ein Pfad von dem Polygonspiegel 41 zu der Lichtempfangsvorrichtung 71 unter Verwendung des Lichtempfangslichtführungsspiegels 50 zu einer umgekehrten L-Form gebogen. Infolge dessen ist der Pfad so angeordnet, dass er sich bzw. einander über einen optischen Mittenpfad, der sich durch den Polygonspiegel 41 hindurch in der vertikalen Richtung erstreckt, hinweg zugewandt ist (in anderen Worten in links und rechts unterteilt wird). In Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann, da das Lichtquellensubstrat 10 und das Lichtempfangssubstrat 70 nicht in er vertikalen Richtung ausgerichtet sind, die Höhe H des Gehäuses 100 reduziert werden.
Ferner ist in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50, welcher ein relativ großes optisches Element ist, zwischen dem Lichtquellensubstrat 10 und dem Lichtempfangssubstrat 70 angeordnet. Der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 kann verhindern, dass das Laserlicht, das von der Laserdiode 11 ausgegeben wurde, die auf dem Lichtquellensubstrat 10 bereitgestellt ist, die Lichtempfangsvorrichtung 71 erreicht. In anderen Worten funktioniert der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 auch als ein Abschirmelement zum Separieren des optischen Systems und des Lichtempfangssystems voneinander. Infolge dessen kann eine fehlerhafte Erfassung eines Objekts, die von der Lichtempfangsvorrichtung 71 verursacht wurde, die das von der Laserlicht 11 emittierte Laserlicht empfängt, verhindert werden.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind vorstehend beschrieben worden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und verschiedenartige Modifikationen, die nachstehend beschrieben werden, fallen ebenfalls in den technischen Rahmen der vorliegenden Offenbarung bzw. Erfindung. Ferner kann die Erfindung neben den folgenden Modifikationen mit verschiedenartigen Änderungen implementiert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Ferner können das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel und die verschiedenartigen Modifikationen, die nachstehend zu beschreiben sind, in geeigneter Weise und widerspruchsfrei in Kombination implementiert werden.
Die Elemente mit denselben Funktionen wie diejenigen in den in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschriebenen Elementen sind durch die identischen Bezugszeichen bezeichnet, so dass eine Beschreibung derselben Elemente weggelassen wird. Ferner kann dann, wenn auf nur einen Teil der Konfiguration Bezug genommen wird, die Konfiguration des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels auf andere Abschnitte angewandt werden.
[Modifikation 1]
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Konfiguration beispielhaft dargestellt, in welcher der Pfad des Laserlichts von der Laserdiode 11 zu dem Polygonspiegel 41 (nachstehend als der optische Emissionspfad bezeichnet) und der Pfad von dem Polygonspiegel 41 zu der Lichtempfangsvorrichtung 71 (nachstehend als der optische Lichtempfangspfad bezeichnet) in einer Ansicht von vorne unter Verwendung des Emissionslichtführungsspiegels 30 und des Lichtempfangslichtführungsspiegels 50 in die L-Form (das heißt, einen rechten Winkel) gebogen sind, aber die Erfindung ist nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt.
Zum Beispiel können, wie in den 7 und 8 gezeigt ist, die Lichtempfangslinse 60 und das Lichtempfangssubstrat 70 ohne die Verwendung des Lichtempfangslichtführungsspiegels 50 unter dem Polygonspiegel 41 angeordnet sein, so dass das von dem Polygonspiegel 41 reflektierte und in das Gehäuse geleitete reflektierte Licht direkt auf die Lichtempfangslinse 60 einfallen kann. 7 ist ein Diagramm entsprechend 2 des Ausführungsbeispiels und ist eine Vorderansicht der Laserradarvorrichtung 1 gemäß Modifikation 1, in welcher durch einen Vorderabschnitt 110 hindurchgesehen wird. 8 ist ein Diagramm entsprechend 4 des Ausführungsbeispiels und ist eine Rechtsseitenansicht, die den rechten Oberflächenabschnitt 120 der Laserradarvorrichtung 1 in der ersten Modifikation 1 zeigt.
Reflektiertes Licht, das auf die Lichtempfangslinse 60 in der in den 7 und 8 gezeigten Konfiguration einfällt, wird auf die Lichtempfangsvorrichtung 71 konvergiert, die unter der Lichtempfangslinse 60 angeordnet ist. Jedoch wird in dem Fall, in dem der optische Lichtempfangspfad linear ist, angenommen, dass der optische Emissionspfad unter Verwendung des Emissionslichtführungsspiegels 30 ausgehend von der Rotationsachsenrichtung des Polygonspiegels 41 in der Breitenrichtung gebogen ist. Dies ist deshalb so, weil ein bestimmter Grad an Separation zwischen der Lichtempfangsvorrichtung 71 und der Laserdiode 11 bereitgestellt ist.
In Übereinstimmung mit der in den 7 und 8 als Modifikation 1 offenbarten Konfiguration kann der in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel enthaltene Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 weggelassen sein. Der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 ist ein Element mit einer relativ großen Fläche, wie vorstehend beschrieben wurde. In Übereinstimmung mit der Konfiguration der Modifikation 1 kann, da das Element mit einer großen Fläche weggelassen werden kann, das Volumen der Laserradarvorrichtung 1 im Vergleich zu dem in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel reduziert werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 verwendet werden, und kann der Emissionslichtführungsspiegel 30 nicht verwendet sein, so dass der optische Emissionspfad linear sein kann und der optische Lichtempfangspfad gebogen sein kann. Zumindest einer des optischen Emissionspfads und des optischen Lichtempfangspfads muss unter Verwendung eines Elements (nachstehend als ein Biegeelement bezeichnet), das den Pfad (nachstehend als der optische Pfad bezeichnet) des Laserlichts biegt, wie beispielsweise der Emissionslichtführungsspiegel 30 und das Lichtempfangslichtführungsspiegel 50, nur in der Breitenrichtung gebogen sein.
In der vorstehenden Beschreibung ist die Konfiguration beispielhaft dargestellt, in welcher die verschiedenartigen optischen Pfade, wie beispielsweise der optische Emissionspfad oder der optische Lichtempfangspfad, in der Ansicht von vorne in der L-Form gebogen sind. Jedoch ist ein Winkel der Biegung des optischen Pfads durch das Biegeelement nicht auf 90 Grad (das heißt, einen rechten Winkel) beschränkt. Andere Winkel wie beispielsweise 60 Grad oder 45 Grad können angewandt werden. Der Umstand, dass der optische Pfad L-förmig ist, entspricht einem Biegen in einem rechten Winkel, aber der rechte Winkel in der vorliegenden Spezifikation beinhaltet einen im Wesentlichen rechten Winkel. Ein im Wesentlichen rechter Winkel bedeutet zum Beispiel einen Bereich von 80 Grad bis 100 Grad und einen Bereich von 260 Grad bis 280 Grad.
(Modifikation 2)
Darüber hinaus sind der optische Emissionspfad und der optische Lichtempfangspfad, die unter Verwendung des Biegeelements erzeugt werden, nicht notwendigerweise so ausgebildet, dass sie in einem gesamten Strich zu dem Vorderabschnitt 110 parallel sind. Zum Beispiel kann, wie in den 9 und 10 gezeigt ist, das Lichtquellensubstrat 10 so angeordnet sein, dass es dem hinteren Oberflächenabschnitt zugewandt ist, so dass der optische Pfad von der Laserdiode 11 zu dem Emissionslichtführungsspiegel 30 parallel zu der Tiefenrichtung ist, und bewegt sich das Laserlicht von der Tiefenseite zu der Vorderseite fort. In diesem Fall ist der Emissionslichtführungsspiegel 30 in einer Stellung angeordnet, die das sich von der Tiefenseite des Gehäuses zu der Vorderseite fortbewegende Laserlicht zu der oberen Seite des Gehäuses reflektiert. Das Lichtquellensubstrat 10 ist so angeordnet, dass es auf der Vorderseite der innersten Spiegelposition 411 ist bzw. liegt.
9 ist ein 2 des Ausführungsbeispiels entsprechendes Diagramm und ist eine Vorderansicht, in welcher in der Modifikation 2 durch den Vorderabschnitt 110 der Laserradarvorrichtung 1 hindurchgesehen wird. 10 ist ein 3 des Ausführungsbeispiels entsprechendes Diagramm und ist eine Rechtsseitenansicht der Laserradarvorrichtung 1, in welcher in einer Modifikation 2 durch den Rechtsseitenabschnitt 120 hindurchgesehen wird.
Wie in 10 gezeigt ist, ist der wie vorstehend beschrieben konfigurierte optische Emissionspfad so erzeugt, dass er in einer Seitenansicht, wenn durch den rechten Oberflächenabschnitt 120 des Gehäuses 100 hindurchgesehen wird, eine L-Form aufweist. Auch bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration können dieselben Wirkungen wie diejenigen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels erhalten werden. Ferner kann in Übereinstimmung mit der als Modifikation 2 offenbarten Konfiguration die Länge W in der Breitenrichtung im Vergleich mit den Konfigurationen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels und der Modifikation 1 reduziert werden.
In den 9 und 10 ist das Lichtquellensubstrat 10 so angeordnet, dass das Laserlicht von der Tiefenseite zu der Vorderseite gerichtet wird, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf das vorstehende Beispiel beschränkt. Das Lichtquellensubstrat 10 kann so angeordnet sein, dass sich das Laserlicht von der Vorderseite zu der Tiefenseite fortbewegt. In der vorstehenden Beschreibung ist die Konfiguration dargestellt, in welcher die jeweiligen Elemente dazu angeordnet sind, den optischen Emissionspfad in die bzw. der Tiefenrichtung oder die bzw. der entgegengesetzten Richtung zu biegen, aber die Erfindung ist nicht auf das vorstehende Beispiel beschränkt. Die jeweiligen Elemente können dazu angeordnet sein, den optischen Lichtempfangspfad in die bzw. der der Tiefenrichtung oder die bzw. der entgegengesetzten Richtung zu biegen.
(Modifikation 3)
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel und den Modifikationen 1 und 2 (nachstehend als Ausführungsbeispiele und dergleichen bezeichnet) wurde die Konfiguration offenbart, in welcher das Lichtquellensubstrat 10 und das Lichtempfangssubstrat 70 als separate Substrate erzeugt sind, aber die Erfindung ist nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt. Das Lichtquellensubstrat 10 und das Lichtempfangssubstrat 70 kann integral als ein Substrat erzeugt sein. Hier nachstehend wird die vorstehende Konfiguration unter Bezugnahme auf 11 und 12 als eine Modifikation 3 beschrieben.
11 ist ein Diagramm entsprechend 2 des Ausführungsbeispiels und ist eine Vorderansicht, in welcher in der Modifikation 3 durch den Vorderabschnitt 110 der Laserradarvorrichtung 1 hindurchgesehen wird. 12 ist ein Diagramm entsprechend 3 des Ausführungsbeispiels und ist eine Rechtsseitenansicht der Laserradarvorrichtung 1, in welcher in der Modifikation 3 durch den rechten Oberflächenabschnitt 120 hindurchgesehen wird.
Die Laserradarvorrichtung 1 gemäß der Modifikation 3 beinhaltet ein Substrat (nachstehend als ein integriertes Substrat bezeichnet) 90, auf welchem die Funktionen des Lichtquellensubstrats 10 und des Lichtempfangssubstrats 70, die vorstehend beschrieben wurden, installiert sind. In anderen Worten sind die Laserdiode 11, die Lichtempfangsvorrichtung 71, der Verstärker zum Verstärken des von der Lichtempfangsvorrichtung 71 ausgegebenen Lichtempfangssignals und dergleichen auf dem integrierten Substrat 90 angeordnet sind.
Als ein Beispiel ist die Konfiguration offenbart, in welcher das integrierte Substrat 90 in einer Stellung angeordnet ist, die dem linken Oberflächenabschnitt des Gehäuses 100 auf der linken Seite des inneren Raums des Gehäuses 100 zugewandt ist, aber die Platzierungskonfiguration des integrierten Substrats 90 ist nicht auf das vorstehende Beispiel beschränkt. Das integrierte Substrat 90 kann auf der rechten Seite des inneren Raums des Gehäuses 100 in einer Stellung angeordnet sein, die dem rechten Oberflächenabschnitt des Gehäuses 100 zugewandt ist. Der Emissionslichtführungsspiegel 30 kann an einer Position und in einem Winkel angeordnet sein, bei welchen das von der Laserdiode 11 emittierte Laserlicht direkt nach oben hin zu der Reflexionsoberfläche des Polygonspiegels 41 reflektiert wird. Ferner kann der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 an einer Position und in einem Winkel angeordnet sein, bei welchen das reflektierte Licht, das von dem Polygonspiegel 41 reflektiert wurde, in die Richtung reflektiert wird, in welcher die Lichtempfangslinse 60 vorhanden ist. In einem in 11 und 12 gezeigten Beispiel sind der Emissionslichtführungsspiegel 30 und der Lichtempfangslichtführungsspiegel 50 in einer Stellung angeordnet, die in einem vorbestimmten Winkel von 45 Grad auf dem optischen Mittenpfad geneigt ist.
In Übereinstimmung mit der vorstehend als Modifikation 3 offenbarten Konfiguration kann die Anzahl von in dem Gehäuse 100 aufgenommenen Substraten im Vergleich mit der in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel und dergleichen reduziert werden. Aus diesem Grund kann die Anzahl von Leitungen (zum Beispiel flexiblen Kabeln), die zwischen den Substraten verbinden, reduziert werden. Darüber hinaus kann, da ein Mechanismus zum Halten des Substrats reduziert werden kann, das Gehäuse daraus resultierend in seiner Größe reduziert werden. Ferner wird, da die Anzahl von an dem Gehäuse 100 anzubringenden Substraten reduziert wird, die Anzahl von Montageschritten der Laserradarvorrichtung 1 reduziert, und können die Herstellungskosten reduziert werden.
Die Konfiguration des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels und dergleichen hat einen Vorteil dahingehend, dass der Freiheitsgrad der Platzierung der jeweiligen Elemente höher ist als derjenige der Modifikation 3. Ferner neigt, wie in Modifikation 3 offenbart, in der Konfiguration, in welcher die Lichtempfangsvorrichtung 71 und die Laserdiode 11 auf demselben Substrat angeordnet sind, die Schwierigkeit in der Ausrichtung mit den optischen Elementen dazu, zuzunehmen. Dies ist deshalb so, weil zum Beispiel dann, wenn das integrierte Substrat 90 so bewegt wird, dass die Lichtempfangsvorrichtung 71 an einem Brennpunkt auf der linken Seite der Lichtempfangslinse 60 positioniert ist, die Position der Laserdiode 11 von dem Brennpunkt der Emissionslinse 20 abweichen kann. In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Umstände besteht bei der Konfiguration, in welcher die Lichtempfangsvorrichtung 71 und die Laserdiode 11 auf separaten Substraten bereitgestellt sind, wie in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel und dergleichen, im Vergleich mit der Konfiguration der Modifikation 3 ein Vorteil dahingehend, dass eine Schwierigkeit in der Ausrichtung mit den optischen Elementen reduziert werden kann.
(Modifikation 4)
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Konfiguration offenbart, in welcher das Substrat, auf welchem eine Schaltungsanordnung (nachstehend als eine Hauptsteuerschaltungseinheit bezeichnet), die eine Funktion des Steuerns des Betriebsablaufs der gesamten Laserradarvorrichtung 1 bereitstellt, angebracht ist, als das Hauptsteuersubstrat 80 separat von dem Lichtquellensubstrat 10 und dem Lichtempfangssubstrat 70 bereitgestellt ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehende Konfiguration offenbart. Die Hauptsteuerschaltungseinheit kann auf einem beliebigen einen des Lichtquellensubstrats 10, des Abtastsubstrats 44 und des Lichtempfangssubstrats 70 bereitgestellt sein. In anderen Worten kann ein beliebiges eines des Lichtquellensubstrats 10, des Abtastsubstrats 44 und des Lichtempfangssubstrats 70 integral mit dem Hauptsteuersubstrat 80 erzeugt sein. Auch mit bzw. bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann, da die Anzahl von Substraten, die in dem Gehäuse 100 aufgenommen sind, reduziert werden kann, die Anzahl von Verdrahtungen, die zwischen den Substraten verbinden, verringert werden, und kann die Anzahl von Montageschritten reduziert werden.
(Modifikation 5)
In der vorstehenden Beschreibung ist die Konfiguration beispielhaft dargestellt, in welcher ein ebener bzw. planarer Spiegel als ein Element (das heißt, ein Biegeelement) verwendet wird, das die Fortbewegungsrichtung des Laserlichts um einen vorbestimmten Winkel ändert, aber die Erfindung ist nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt. Das Biegeelement kann ein Parabolspiegel sein. Darüber hinaus kann der optische Pfad durch Refraktion anstelle von Reflektion gebogen bzw. gebeugt werden.
Das die Refraktion von Licht nutzende Biegeelement kann aus einem transparenten Material, wie beispielsweise einem Kunstharz oder Glas, hergestellt sein. Die Form des Biegeelements kann dazu ausgestaltet sein, einen gewünschten Biegewinkel bereitzustellen.
(Modifikation 6)
Der Mechanismus zum Abtasten und Ausstrahlen des Laserlichts ist nicht auf die Konfiguration beschränkt, in welcher der Polygonspiegel 41 gedreht wird. Zum Beispiel kann das Laserlicht unter Verwendung eines MEMS (Micro Electro Mechanical System)-Spiegels abgetastet und ausgestrahlt werden. Ferner kann der planare Spiegel unter Verwendung eines Motors zum Abtasten und Ausstrahlen des Laserlichts gedreht werden. Darüber hinaus kann die Ausstrahlungsrichtung des Laserlichts unter Verwendung einer gut bekannten Konfiguration geändert werden. Der Polygonspiegel 41, der MEMS-Spiegel, der planare Spiegel zum Emittieren des Laserlichts zu der Außenseite des Gehäuses und dergleichen entsprechen einem Abtastspiegel.
Nebenbei bemerkt neigt dann, wenn ein relativ großer Erfassungsbereich bereitzustellen ist, die den Planarspiegel verwendende Konfiguration dazu, stärker als die den Polygonspiegel verwendende Konfiguration vergrößert bzw. größer zu sein. In anderen Worten kann die Verwendung des Polygonspiegels wie in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel oder dergleichen sowohl die Erzeugung eines relativ großen Erfassungsbereichs als auch die Miniaturisierung des Gehäuses 100 leisten.
(Andere Modifikationen)
In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall beispielhaft dargestellt, in dem der Polygonspiegel 41 das innerste Element ist, aber die Erfindung ist nicht auf den vorstehenden Fall beschränkt. Zum Beispiel kann die Lichtempfangslinse 60 das innerste Element sein. In einem solchen Fall sind verschiedenartige Substrate an Positionen angeordnet, die sich in der Tiefenrichtung nicht mit der Lichtempfangslinse 60 überlagern. Ferner können die verschiedenartigen Substrate so angeordnet sein, dass sie sich auf der Vorderseite des innersten Seitenendabschnitts der Lichtempfangslinse 60 befinden.
Ferner ist in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Konfiguration unter der Voraussetzung, dass die Laserradarvorrichtung 1 und die ECU 2 verdrahtet sind, offenbart, aber die Erfindung ist nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt. Die Laserradarvorrichtung 1 und die ECU 2 können drahtlos miteinander verbunden sein. In diesem Fall kann der Verbinder 84 des Hauptsteuersubstrats 80 weggelassen sein. Anstelle dessen ist ein Kommunikationsmodul zur drahtlosen Kommunikation mit der ECU 2 in dem Gehäuse 100 aufgenommen.
Die vorstehend beschriebene Laserradarvorrichtung erhält die Information über die Entfernung zu dem Ziel, das in dem Erfassungsbereich existiert, entsprechend dem Winkelbereich mit der Abtastung und der Ausstrahlung des Laserlichts in einem vorbestimmten Winkelbereich. Die Laserradarvorrichtung beinhaltet das Lichtquellensubstrat 10, die Emissionslinse 20, den Abtastspiegel 41, das Abtastsubstrat 44, das Lichtempfangssubstrat 70, die Lichtempfangslinse 60 und das Gehäuse 100. Die Laserlichtquelle zum Ausgeben des Laserlichts ist auf dem Lichtquellensubstrat 10 angeordnet. Die Emissionslinse 20 formt und ausgibt das Laserlicht, das von der Laserlichtquelle ausgegeben wurde. Der Abtastspiegel 41 ist ein Spiegel zum Reflektieren des Laserlichts, das von der Emissionslinse ausgegeben wurde, in Richtung zu der Außenseite des Gehäuses, und ist dazu konfiguriert, seine Stellung relativ zu der Laserlichtquelle zu ändern. Das Abtastsubstrat 44 steuert die Stellung des Abtastspiegels relativ zu der Laserlichtquelle. Die Lichtempfangsvorrichtung ist auf dem Lichtempfangssubstrat 70 angeordnet und empfängt das reflektierte Licht, welches das Laserlicht ist, das auf dem Ziel reflektiert wurde, und gibt das elektrische Signal entsprechend der Intensität des empfangenen reflektierten Lichts aus. Die Lichtempfangslinse 60 kondensiert das reflektierte Licht auf der Lichtempfangsvorrichtung. Das Gehäuse 100 nimmt das Lichtquellensubstrat 10, die Emissionslinse 20, den Abtastspiegel 41, das Abtastsubstrat 44, das Lichtempfangssubstrat 70 und die Lichtempfangslinse 60 auf. Das innerste Element ist eines der Emissionslinse, des Abtastspiegels und der Lichtempfangslinse mit dem Endabschnitt auf einer innersten Seite des Gehäuses in der Tiefenrichtung. Das Lichtquellensubstrat, das Abtastsubstrat und das Lichtempfangssubstrat sind an Positionen angeordnet, die sich in der Tiefenrichtung nicht mit dem innersten Element überlagern bzw. überlappen.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration sind das Lichtquellensubstrat, das Abtastsubstrat und das Lichtempfangssubstrat an den Positionen angeordnet, die sich in der Tiefenrichtung nicht mit dem innersten Element, welches unter den verschiedenartigen optischen Elementen das optische Element mit einem Endabschnitt auf der innersten Seite in der Tiefenrichtung des Gehäuses ist, überlappen. Der Begriff „optisches Element“ wie in der vorliegenden Spezifikation verwendet bezieht sich auf ein Element, das das Laserlicht reflektiert oder ablenkt, wie beispielsweise die Emissionslinse, der Abtastspiegel und die Lichtempfangslinse. Ferner entspricht die Tiefenrichtung des Gehäuses einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, in welche die Mitte des Winkelbereichs, in dem bzw. den das Laserlicht ausgestrahlt wird (das heißt, die optische Achse für die Laserradarvorrichtung), gerichtet ist.
In Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann aufgrund der Platzierung des Substrats auf der Tiefenseite des optischen Elements verhindert werden, dass die Länge (das heißt, die Dicke) der Laserradarvorrichtung in der Tiefenrichtung durch das Substrat vergrößert wird. In anderen Worten kann die Dicke der Laserradarvorrichtung 1 reduziert werden.
Die Erfindung ist auf der Grundlage der Ausführungsbeispiele beschrieben, und es versteht sich, dass diese Offenbarung nicht auf die Ausführungsbeispiele oder die Struktur beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung beinhaltet verschiedenartige Modifikationsbeispiele und Modifikationen innerhalb desselben Bereichs. Darüber hinaus versteht sich, dass verschiedenartige Kombination oder Aspekte, oder andere Kombinationen oder Aspekte, in welchen nur ein Element, ein oder mehrere Elemente oder ein oder weniger Elemente in den verschiedenartigen Kombinationen oder Aspekten enthalten sind, in dem Rahmen oder der technischen Idee der Erfindung eingeschlossen sind.

Claims

Laserradarvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, Entfernungsinformation bezüglich eines Ziels, welches in einem Erfassungsbereich entsprechend einem vorbestimmten Winkelbereich existiert, durch Abtasten und Ausstrahlen eines Laserlichts in dem Winkelbereich zu beschaffen, wobei die Laserradarvorrichtung umfasst: ein Lichtquellensubstrat (10), auf welchem sich eine Laserlichtquelle zum Ausgeben des Laserlichts befindet; eine Emissionslinse (20), die dazu konfiguriert ist, das Laserlicht von der Laserlichtquelle zu formen und das Laserlicht auszugeben; einen Abtastspiegel (41), der dazu konfiguriert ist, das Laserlicht von der Emissionsline (20) in Richtung einer Außenseite eines Gehäuses zu reflektieren und seine Stellung relativ zu der Laserlichtquelle zu ändern; ein Abtastsubstrat (44), das dazu konfiguriert ist, die Stellung des Abtastspiegels (41) relativ zu der Laserlichtquelle zu steuern; ein Lichtempfangssubstrat (70), auf welchem sich eine Lichtempfangsvorrichtung befindet, wobei die Lichtempfangsvorrichtung dazu konfiguriert ist, ein reflektiertes Licht zu empfangen, welches das auf dem Ziel reflektierte Laserlicht ist, und ein elektrisches Signal entsprechend einer Intensität des empfangenen reflektierten Lichts auszugeben; eine Lichtempfangslinse (60), die dazu konfiguriert ist, das reflektierte Licht auf der Lichtempfangsvorrichtung zu kondensieren; und das Gehäuse (100), das das Lichtquellensubstrat (10), die Emissionslinse (20), den Abtastspiegel (41), das Abtastsubstrat (44), das Lichtempfangssubstrat (70) und die Lichtempfangslinse (60) aufnimmt, wobei ein innerstes Element eines der Emissionslinse (20), des Abtastspiegels (41) und der Lichtempfangslinse (60) mit einem Endabschnitt auf einer innersten Seite des Gehäuses (100) in einer Tiefenrichtung ist, das Lichtquellensubstrat (10), das Abtastsubstrat (44) und das Lichtempfangssubstrat (70) an Positionen derart angeordnet sind, dass sie sich in der Tiefenrichtung des Gehäuses (100) nicht mit dem innersten Element überlagern, der Abtastspiegel (41) dazu konfiguriert ist, das reflektierte Licht in einer Richtung orthogonal zu der Tiefenrichtung zu reflektieren, die Laserradarvorrichtung ferner ein Lichtempfangspfadbiegeelement (50) aufweist, das dazu konfiguriert ist, das an dem Abtastspiegel (41) reflektierte Licht zu reflektieren oder abzulenken, um eine Fortbewegungsrichtung des reflektierten Lichts zu ändern, das Lichtempfangspfadbiegeelement (50) in einer Stellung angeordnet ist zum Reflektieren des reflektierten Lichts, welches von dem Abtastspiegel (41) in einer Richtung orthogonal zu der Tiefenrichtung einfällt, in eine Richtung, in der der Abtastspiegel (41) nicht vorhanden ist, die Lichtempfangslinse (60) und das Lichtempfangssubstrat (70) in einer Richtung angeordnet sind, entlang welcher das Lichtempfangspfadbiegeelement (50) das von dem Abtastspiegel (41) einfallende reflektierte Licht reflektiert, die Laserradarvorrichtung ferner ein Emissionspfadbiegeelement (30) aufweist, das dazu konfiguriert ist, das Laserlicht von der Laserlichtquelle zu reflektieren oder abzulenken, um die Fortbewegungsrichtung des Laserlichts zu ändern, das Lichtquellensubstrat (10) dazu angeordnet ist, das Laserlicht aus der Laserlichtquelle in einer Richtung senkrecht zu der Tiefenrichtung des Gehäuses (100) auszugeben und zu erlauben, dass das Laserlicht über das Emissionspfadbiegeelement (30) auf den Abtastspiegel (41) einfällt, der Abtastspiegel (41) dazu konfiguriert ist, das von dem Emissionspfadbiegeelement (30) einfallende Laserlicht in dem Winkelbereich abzutasten und auszustrahlen, das innerste Element der Abtastspiegel (41) ist, und sich das Lichtempfangspfadbiegeelement (50) und das Emissionspfadbiegeelement (30) an Positionen befinden, die sich in der Tiefenrichtung des Gehäuses (100) nicht mit dem Abtastspiegel (41) überlappen.
Laserradarvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Abtastspiegel (41) dazu konfiguriert ist, das reflektierte Licht in eine Richtung orthogonal zu der Tiefenrichtung zu reflektieren, wobei die Laserradarvorrichtung ferner umfasst: ein Lichtempfangspfadbiegeelement (50), das dazu konfiguriert ist, das auf dem Abtastspiegel (41) reflektierte Licht zu reflektieren oder abzulenken, um eine Fortbewegungsrichtung des reflektierten Lichts zu ändern, wobei das Lichtempfangspfadbiegeelement (50) in einer Stellung angeordnet ist zum Reflektieren des reflektierten Lichts, welches von dem Abtastspiegel (41) in einer Richtung orthogonal zu der Tiefenrichtung einfällt, in eine Richtung, in der der Abtastspiegel (41) nicht vorhanden ist, und die Lichtempfangslinse (60) und das Lichtempfangssubstrat (70) in einer Richtung angeordnet sind, entlang welcher das Lichtempfangspfadbiegeelement (50) das von dem Abtastspiegel (41) einfallende reflektierte Licht ausgibt.
Laserradarvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Emissionspfadbiegeelement (30) dazu angeordnet ist, die Fortbewegungsrichtung des Laserlichts aus der Laserlichtquelle in einem rechten Winkel zu ändern.
Laserradarvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lichtempfangspfadbiegeelement (50) dazu angeordnet ist, die Fortbewegungsrichtung des Laserlichts aus der Laserlichtquelle in einem rechten Winkel zu ändern.
Laserradarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: ein Hauptsteuersubstrat (80), das in dem Gehäuse (100) angeordnet ist und kommunikationsfähig mit dem Lichtquellensubstrat (10), dem Abtastsubstrat (44) und dem Lichtempfangssubstrat (70) verbunden ist, wobei das Hauptsteuersubstrat (80) dazu konfiguriert ist, die Emission des Laserlichts aus der Laserlichtquelle zu steuern und die Entfernungsinformation auf der Grundlage einer Zeit ausgehend von der Emission des Laserlichts bis zu dem Empfang des reflektierten Lichts durch die Lichtempfangsvorrichtung zu erzeugen, wobei das Lichtquellensubstrat (10), das Lichtempfangssubstrat (70), das Abtastsubstrat (44) und das Hauptsteuersubstrat (80) an Positionen so angeordnet sind, dass sie sich in der Tiefenrichtung nicht mit einem optischen Element überlagern, welches dazu konfiguriert ist, das Laserlicht zu reflektieren oder abzulenken.
Laserradarvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Hauptsteuersubstrat (80) in einer Stellung angeordnet ist, in welcher die Dickenrichtung des Hauptsteuersubstrats (80) parallel zu der Tiefenrichtung ist.
Laserradarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Hauptsteuerschaltungseinheit in einem des Lichtquellensubstrats (10), des Lichtempfangssubstrats (70) und des Abtastsubstrats (44) angeordnet ist, wobei die Hauptsteuerschaltungseinheit dazu konfiguriert ist, die Emission des Laserlichts aus der Laserlichtquelle zu steuern und die Entfernungsinformation auf der Grundlage einer Zeit ausgehend von der Emission des Laserlichts bis zu dem Empfang des reflektierten Lichts durch die Lichtempfangsvorrichtung zu erzeugen.
Laserradarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Lichtquellensubstrat (10) und das Lichtempfangssubstrat (70) integral miteinander als ein Substrat ausgebildet sind.
Laserradarvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Emissionspfadbiegeelement (30) und das Lichtempfangspfadbiegeelement (50) in einer vorbestimmten Reihenfolge auf einer geraden Linie angeordnet sind, durch welche das reflektierte Licht, das von dem Abtastspiegel (41) reflektiert wurde, passiert, und das Lichtempfangssubstrat (70) auf einer entgegengesetzten Seite des Lichtquellensubstrats (10) quer zu der geraden Linie in dem Gehäuse (100) angeordnet ist.
Laserradarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Abtastspiegel (41) einen Polygonspiegel beinhaltet mit einer Vielzahl von Reflexionsoberflächen, die in Bezug zu seiner Rotationsachse geneigt sind, wobei die Laserradarvorrichtung ferner umfasst: einen Motor, der dazu konfiguriert ist, den Polygonspiegel um die Rotationsachse zu drehen, und auf dem Abtastsubstrat (44) angeordnet ist, wobei der Polygonspiegel des Abtastspiegels (41) dazu konfiguriert ist, das reflektierte Licht, das von dem Ziel reflektiert wurde, in einer Richtung parallel zu der Rotationsachse zu reflektieren.
Laserradarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Laserradarvorrichtung an einem Fahrzeug verbaut ist, um den Erfassungsbereich außerhalb des Fahrzeugs bereitzustellen.
Laserradarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei sich das Lichtquellensubstrat (10), das Abtastsubstrat (44), das Lichtempfangssubstrat (70), das Lichtempfangspfadbiegeelement (50) und das Emissionspfadbiegeelement (30) an Positionen befinden, die sich in der Tiefenrichtung des Gehäuses (100) nicht überlappen.
Laserradarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine radiale Richtung des Abtastspiegels (41) entlang der Tiefenrichtung verläuft, und ein Durchmesser (dmt) des Abtastspiegels (41) größer ist als eine Gesamtheit einer Länge des Lichtquellensubstrats (10), einer Länge des Abtastsubstrats (44), einer Länge des Lichtempfangssubstrats (70), einer Länge des Lichtempfangspfadbiegeelements (50) und einer Länge des Emissionspfadbiegeelements (30) in der Tiefenrichtung.
Laserradarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Lichtempfangspfadbiegeelement (50) ein Lichtempfangslichtführungsspiegel (50) ist, das Emissionspfadbiegeelement (30) ein Emissionslichtführungsspiegel (30) ist, sich der Lichtempfangslichtführungsspiegel (50) zwischen der Laserlichtquelle und der Lichtempfangsvorrichtung (71) befindet, und der Lichtempfangslichtführungsspiegel (50) größer ist als der Emissionslichtführungsspiegel (30).