JP7200858B2 - ライダ装置 - Google Patents

Description

本開示は、光学窓を備えたライダ装置に関する。

光を投光及び受光することで、物体までの距離等を検出するライダ装置が知られている。なお、ライダは、ＬＩＤＡＲとも表記され、Light Detection and Rangingの略語である。この種の装置は筐体を有し、筐体の内部から外部に出射される光、及び筐体の外部から内部に入射される光を通過させる筐体の部位に、光を透過させる光学窓が設けられる。

特許文献１には、光学窓に付着する雨滴、雪、汚れなどを除去するために、光学窓を加熱するヒータを設けることが記載されている。当該ヒータは、投光される光にヒータ線が及ぼす影響を低減するため、光学窓のうち出射光を通過させる領域である放射窓を避けるように配線されたヒータ線を用いている。

特表２０１５－５０６４５９号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載の従来技術には、以下の課題が見出された。
すなわち、ヒータ線による加熱は、配線されている部位から離れるほど効果が弱まる。したがって、放射窓の内部を避け、放射窓の周囲にヒータ線が配線される従来技術では、放射窓の中央に近づくほど暖まりにくくなり、光学窓を効率よく加熱することができなかった。

本開示の一局面は、光学窓の効率よい加熱と、投光される光にヒータ線が及ぼす影響の低減とを両立できる技術を提供することにある。

本開示の一態様は、ライダ装置（１００）であって、投光部（１１）と、光学窓（５１）と、ヒータ線（２３）と、を備える。投光部は、予め設定された走査方向に沿って走査された光を投光するように構成される。光学窓は、投光部を収納する筐体（４０）の開口部に設けられ、投光部により投光される光のビームを透過可能である。ヒータ線は、光学窓を加熱するように構成される。また、ヒータ線は、複数のビーム中心線（７３）のうち互いに隣り合う２つのビーム中心線のそれぞれと等間隔かつ平行に配線された部分（２５）を有する。ビーム中心線とは、光学窓におけるビームの透過する領域である複数のビーム透過領域（７１）の中心点を通る線であって、走査方向に沿った線である。

このような構成によれば、光学窓の効率よい加熱と、投光される光にヒータ線が及ぼす影響の低減とを両立できる。

ライダ装置の構成を示すブロック図である。 ライダ装置の外観を示す斜視図である。 ライダ装置の蓋部を内側からみた図である。 ヒータ線の配線図である。 ヒータ線と出射光のビームとの関係を示す、ヒータの一部の模式図である。

以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．構成］
図１に示すライダ装置１００は、光を出射し、その反射光を受光することによって物体との距離を測定する測距装置である。ライダ装置１００は、車両に搭載して使用され、車両の前方に存在する様々な物体の検出に用いられる。

ライダ装置１００は、測定器１０と、ヒータ２０と、制御部３０と、を備えている。
測定器１０は、光を間欠的に出射する投光部１１と、その反射光を受光する受光部１２と、を有する。投光部１１は、光としてレーザ光を出射する。受光部１２は、物体からの反射光を受光して電気信号に変換する。

測定器１０は、図２に示す蓋部５０と筐体本体６０とを備える筐体４０の内部に収納されている。筐体４０の内部における光学窓５１側の空間は上下に区分されており、当該空間のうち上側の空間に投光部１１が収納され、下側の空間に受光部１２が収納される。

蓋部５０の前面には、光が透過する透明の光学窓５１が設けられている。ここでいう前面とは、ライダ装置１００における光の出射先側の面を指す。図３に示すように、光学窓５１の内側の面には、投光部１１と受光部１２との間の光の漏洩を抑制するために、投光部１１側と受光部１２側を仕切るように遮蔽板５４が設けられる。以下、光学窓５１において、遮蔽板５４よりも上方の投光部１１側に位置する領域を投光側窓５２、遮蔽板５４よりも下方の受光部１２側に位置する部位を受光側窓５３という。

ヒータ２０は、光学窓５１の内側の面に設けられ、通電によって作動し、光学窓５１の加熱に用いられる。ヒータ２０は、投光窓側ヒータ２１と、受光窓側ヒータ２２と、を備える。

図１に示す制御部３０は、測定器１０を用いて、光が照射された物体との距離を測定する。具体的には、制御部３０は、受光部１２から出力された電気信号の波形に基づき反射光が受光されたタイミングを特定し、光を出射したタイミングとの差分に基づき物体との距離を求める。なお、制御部３０は、距離以外にもその物体の方位などの物体に関する情報を求めることができる。

制御部３０は、距離の測定に加えて、ヒータ２０への通電も制御している。光学窓５１をヒータ２０によって適度に加熱することで、雪や霜の付着を抑制することができる。
［２．投光部］
投光部１１は、パルス状の光を出力する光源と、モータの駆動に従って回転する偏向ミラーと、を備える。投光部１１は、光源から出力された光を、偏向ミラーで反射させ、偏向ミラーの回転角度に応じた方向に出射することにより、あらかじめ設定された走査範囲内を光で走査する。本実施形態では、投光部１１は、水平方向に沿って光を走査する。また、投光部１１は、水平方向を軸とする光の出射角度を段階的に変更することで、複数段階の高さにおいて水平方向に沿って光を走査する。本実施形態では、投光部１１は、断面形状が真円状の光のビームを出射する。

［３．ヒータ］
図４に示すように、ヒータ２０は、蛇行したパターン形状のヒータ線２３が、ベースフィルム２４上に配線されたフィルムヒータである。ヒータ線２３は、透明なベースフィルム２４に銅箔を接着した後、エッチング加工することにより、ヒータ回路として形成される。ヒータ２０は、光学窓５１の内側の面に光学用接着テープで貼り付けられる。投光窓側ヒータ２１は投光側窓５２における出射光が通過する範囲を少なくとも覆い、受光窓側ヒータ２２は受光側窓５３における反射光が通過する範囲を少なくとも覆う。

ヒータ線２３の蛇行したパターン形状は、長い部分である長部２５と、短い部分である短部２６と、を有し、複数の長部２５の端部が、短部２６によってそれぞれ連結されて形成されている。複数の長部２５のそれぞれは、走査方向と平行となるように配線されている。図４に示す投光窓側ヒータ２１のうちの一部を拡大したものである図５に示すように、長部２５の線幅Ｗは一定である。

図５に示すように、投光部１１により出射される光のビームは、投光側窓５２におけるあらかじめ決まった位置を通過する。具体的には、パルス状に出射される光のビームが走査方向に走査される。このため、投光側窓５２において、ビームの透過する真円状の領域である複数のビーム透過領域７１が、走査方向に沿ったライン状に位置する。以下、投光側窓５２において、走査方向の両端に位置する２つのビーム透過領域７１を結ぶ帯状の領域をビームライン７２という。なお、１つのビームライン７２において、互いに隣り合うビーム透過領域７１同士は、一部が互いに重なり合うように位置する。

投光側窓５２には、走査方向と垂直な方向である副走査方向に沿って等間隔に複数のビームライン７２が位置する。つまり、投光部１１は、投光側窓５２においてビームライン７２の中心線であるビーム中心線７３が互いに所定の間隔Ｌ１を空けて位置するように光を投光する。ビーム中心線７３とは、当該ビームライン７２に含まれるすべてのビーム透過領域７１の中心点を通る線であって、走査方向に沿った線である。また、間隔Ｌ１は、副走査方向に沿ったビーム透過領域７１の長さ、本実施形態では直径Ｙ、よりも短い。つまり、互いに隣り合うビームライン７２同士は、一部が互いに重なり合うように位置する。本実施形態では、投光側窓５２に４つのビームライン７２が位置する。

投光側窓５２に配線されるヒータ線２３は、投光側窓５２を透過するビームへの影響を低減するという観点では、ビームを遮らない位置に配線されることが好ましい。ただし、ヒータ線２３による加熱は、配線されている部位から離れるほど効果が弱まる。このため、投光側窓５２を効率よく加熱する上では、投光側窓５２の中央部にもヒータ線２３が配線される必要がある。

そこで、本実施形態では、投光側窓５２におけるビームライン７２の位置に基づき、ビームへの影響が低減されるようにヒータ線２３が配線されている。本実施形態では、４つの長部２５が投光側窓５２に配線されている。これら４つの長部２５のうち、副走査方向の両端に位置する２つの長部２５は、投光側窓５２におけるいずれのビーム透過領域７１にも重ならない位置に配線されている。一方、４つの長部２５のうち、副走査方向の中央側に位置する残り２つの長部２５は、当該長部２５を挟んで互いに隣り合う２つのビーム中心線７３のそれぞれと等間隔かつ平行に配線されている。つまり、これら２つの長部２５のそれぞれは、当該長部２５の中心線と、当該長部２５を挟んで副走査方向の両側に位置する２つのビーム中心線７３のそれぞれとの間隔Ｌ２が、間隔Ｌ１の半分の長さとなる位置に配置されている。したがって、これら２つの長部２５のそれぞれは、互いに隣り合う２つのビームライン７２を同じ条件で遮るように配線される。

また、投光側窓５２のヒータ線２３は、互いに隣り合う２つの長部２５の間の距離である配線間隔Ｘ１，Ｘ２が、副走査方向に沿ったビーム透過領域７１の長さＹ以上となるように配線されている。配線間隔Ｘ１，Ｘ２は、長部２５の中心線間の距離、いわゆるピッチから、長部２５の線幅Ｗを引いた距離である。つまり、１つのビーム透過領域７１に対して２つ以上のヒータ線２３が重ならないように設計されている。

なお、本実施形態では、受光側窓５３のヒータ線２３も、投光側窓５２と同様の形状で配線されている。
［４．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。

（４ａ）ヒータ線２３が投光側窓５２の中央にも配線されるため、投光側窓５２の中央まで暖まりやすくすることができる。特に、ヒータ線２３は、互いに隣り合う２つのビームライン７２を同じ条件で遮るように配線された部分を有するため、ビームの強度にばらつきを生じにくくすることができる。したがって、光学窓５１の効率よい加熱と、投光される光にヒータ線２３が及ぼす影響の低減とを両立できる。

（４ｂ）投光部１１により出射される光のビームは、中心に近いほど強度が大きい。本実施形態では、ビームにおける中心から遠い部分がヒータ線２３により遮られるため、ビームにおける中心に近い部分がヒータ線２３により遮られる場合と比較して、投光される光にヒータ線２３が及ぼす影響を低減できる。

（４ｃ）ヒータ線２３におけるビーム透過領域７１と重なる部分が、当該部分を挟んで互いに隣り合う２つのビーム中心線７３のそれぞれと等間隔かつ平行に配線されている。すなわち、ヒータ線２３により遮られるすべてのビームについて、ヒータ線２３により遮られる条件、具体的にはビームの中心点からの距離を同じにできる。このため、ヒータ線２３により遮られるすべてのビームについて、ヒータ線２３による影響を同程度にできる。したがって、ビームの強度にばらつきを生じにくくすることができる。

（４ｄ）ヒータ線２３が、すべてのビーム透過領域７１に対して同じ条件で重なるように配線されている。このため、投光側窓５２を透過するすべてのビームについて、ヒータ線２３による影響を同程度にできる。したがって、ビームの強度にばらつきを生じにくくすることができる。

（４ｅ）投光部１１により出射された光のビームにヒータ線２３が複数本かかると、ビームがヒータ線２３の影響で曲がりやすくなる。本実施形態では、長部２５の配線間隔Ｘ１，Ｘ２がビーム透過領域７１の長さＹ以上となるように設計されているため、ビームにヒータ線２３が２本以上かかることがない。このため、投光される光にヒータ線２３が及ぼす影響を低減できる。

［５．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（５ａ）上記実施形態では、投光側窓５２におけるすべてのビーム透過領域７１に対してヒータ線２３が同じ条件で重なるように配線されているが、例えば、ヒータ線２３により遮られないビーム透過領域７１が存在してもよい。

（５ｂ）上記実施形態では、ヒータ線２３におけるビーム透過領域７１と重なる部分がすべて、ビーム中心線７３と一定の間隔で配線されているが、ビーム中心線７３との間隔が異なる部分が含まれていてもよい。例えば、上記実施形態において、副走査方向の中央側に位置する２つの長部２５のうち一方のみが、互いに隣り合う２つのビーム中心線７３のそれぞれと等間隔かつ平行に配線されていてもよい。このような構成であっても、少なくとも当該長部２５に遮られるビームについては、強度のばらつきが抑制される。

（５ｃ）上記実施形態では、４つのビームライン７２に対し４つの長部２５が配線された構成を例示したが、ビームライン７２の数や長部２５の数などはこれ以外の数であってもよい。

（５ｄ）上記実施形態では、受光側窓５３のヒータ線２３も、投光側窓５２と同様の形状で配線されているが、投光側窓５２とは異なる形状で配線されてもよい。
（５ｅ）上記実施形態では、ヒータ２０は、光学窓５１の内側の面に設けられるが、ヒータ２０の設置場所はこれに限定されるものではない。例えば、ヒータ２０を、光学窓５１の外側の面に設けてもよい。

（５ｆ）上記実施形態では、投光部１１により出射される光のビームの断面形状は真円状であるが、ビームの断面形状はこれに限定されるものではない。例えば、ビームの断面形状は、正方形、楕円等であってもよい。

（５ｇ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。

（５ｈ）本開示は、上述したライダ装置１００の他、当該ライダ装置１００を構成要素とするシステムなど、種々の形態で実現することができる。

１１…投光部、１２…受光部、２３…ヒータ線、４０…筐体、５１…光学窓、５２…投光側窓、５３…受光側窓、７１…ビーム透過領域、７２…ビームライン、７３…ビーム中心線、１００…ライダ装置、Ｘ１，Ｘ２…配線間隔、Ｙ…ビーム透過領域の長さ、Ｌ１…ビーム中心線間の間隔、Ｌ２…ビーム中心線とヒータ線の中心線との間隔。

Claims (4)

1. 予め設定された走査方向に沿って走査された光を投光するように構成された投光部（１１）と、
   前記投光部を収納する筐体（４０）の開口部に設けられ、前記投光部により投光される光のビームを透過可能な光学窓（５１）と、
   前記光学窓を加熱するように構成されたヒータ線（２３）と、
   を備え、
   前記ヒータ線は、複数のビーム中心線（７３）のうち互いに隣り合う２つのビーム中心線のそれぞれと等間隔かつ平行に配線された部分（２５）を有し、
   前記ビーム中心線とは、前記光学窓における前記ビームの透過する領域である複数のビーム透過領域（７１）の中心点を通る線であって、前記走査方向に沿った線である、ライダ装置（１００）。
2. 請求項１に記載のライダ装置であって、
   前記投光部は、前記光学窓において前記複数のビーム中心線が互いに所定の間隔（Ｌ１）を空けて位置するように光を投光し、
   前記所定の間隔は、前記走査方向と垂直な方向に沿った前記ビーム透過領域の長さ（Ｙ）よりも短い間隔であり、
   前記ヒータ線における前記ビーム透過領域と重なる部分は、当該部分を挟んで互いに隣り合う２つのビーム中心線のそれぞれと等間隔かつ平行に配線されている、ライダ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のライダ装置であって、
   前記ヒータ線は、前記光学窓におけるすべての前記ビーム透過領域に対して同じ条件で重なるように配線されている、ライダ装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のライダ装置であって、
   前記走査方向と垂直な方向で互いに隣り合う２つの前記ヒータ線の間の距離（Ｘ１，Ｘ２）が、前記走査方向と垂直な方向に沿った前記ビーム透過領域の長さ以上である、ライダ装置。

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