CN103293530A

CN103293530A - 距离测量装置

Info

Publication number: CN103293530A
Application number: CN2013101631213A
Authority: CN
Inventors: 铃木修一; 中岛充; 由村贤一
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: US8988664B2; JP2013170962A; EP2631667A1; CN103293530B; EP2631667B1; US20130229645A1; JP6025014B2

Abstract

本发明涉及配置为用光照射目标并接收其反射的光的距离测量装置，使得测量距目标的距离，其特征是包括具有至少一个光发射部分的光源装置，偏转部分，其旋转地围绕预定轴线并具有多个将光源装置的光反射到目标的偏转面，反射部分，其旋转地围绕轴线、集成偏转部分、具有提供给各自相应偏转面的多个反射面并反射相应偏转面反射的部分光和目标反射的光的反射部分，配置为具有至少一个接收反射部分反射的光的光接收元件，其中，相对于轴线的多个偏转面的各自的倾斜角互不相同。

Description

距离测量装置

背景技术

1、技术领域

本发明涉及距离测量装置。

2、相关技术描述

常规地，已知激光雷达装置利用来自激光二极管并通过镜面单元的光照射目标表面的多个位置，其中该镜面单元具有能够围绕相互正交的第一轴和第二轴旋转的旋转镜面，以及相对于与第一轴正交的第三轴有不同的倾斜角的多个镜面，该激光雷达装置还在光电二极管上接收通过镜面单元从每个位置反射的光，从而在短时间内就可以将与多个位置之间的距离测量出来(例如，参见日本专利申请公开文件No.2009-145107).

但是，像日本专利申请公开文件No.2009-145107那样的激光雷达装置，其配置和控制将会是复杂的并导致提供更高的成本。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种距离测量装置，其被配置利用光照射目标并接收反射光，从中测量与目标之间的距离，该距离测量装置包括具有至少一个光发射部分的光源装置，可围绕预定轴线转动并具有多个被配置为反射从光源装置到目标的光的偏转面的偏转部分，可围绕轴线转动并集成偏转部分，具有单独地相应于多个偏转面并反射由相应的偏转面反射的和由目标反射的部分光的反射面的反射部分，具有至少一个被配置为接收由反射部分反射的光的光接收元件的光接收部分，其中多个偏转面各自的相对于轴线的倾角是相互不同的。

附图说明

图1是示出了根据本发明第一实施例的距离测量装置的总体配置的图。

图2是示出了包括在距离测量装置中的光源装置的图。

图3是示出了每个光源的光发射正时的正时图表。

图4是示出了从光源装置的每个光源发射的激光的图。

图5是示出了包括在距离测量装置中的偏转器和反射器的图。

图6A是示出了相对于Z轴方向由偏转器的第一偏转镜偏转的两个激光光束的输出角和发散角的图，图6B是示出了相对于Z轴方向由偏转器的第二偏转镜偏转的两个激光光束的输出角和发散角的图。

图7是示出了相对于平行于XY平面的方向和Z轴方向由第一偏转镜偏转的两个激光光束的输出角的图。

图8是示出了相对于平行于XY平面的方向和Z轴方向由第二偏转镜偏转的两个激光光束的输出角的图。

图9是示出了复合了图7和图8所示的输出角的输出角。

图10A和图10B(第1部分和第2部分)是示出了包括在距离测量单元中的光接收部分的图。

图11是示出了由光接收部分的光接收元件接收到的光信号的输出正时图。

图12是示出了第二实施例的光源装置的图。

图13A和图13B(第1部分和第2部分)是示出了第二实施例的光接收元件的图。

图14是示出了第二实施例的由光接收元件接收到的光信号的输出正时图。

图15A和图15B是示出了第三实施例的偏转器的图。

图16A和图16B是示出了第三实施例的偏转镜的图。

图17是示出了第三实施例的偏转镜的镜坐标与倾斜角的关系的曲线图。

图18是示出了第一变形例子中的光源装置的图(第1部分)。

图19是示出了第一变形例子中的光源的图(第1部分)。

图20是示出了第一变形例子中的光源的图(第2部分)。

图21是示出了第二变形例子中的光源的图。

图22是示出了第三变形例子中的光源的图。

图23是示出了第四变形例子中的偏转反射器的图。

图24是示出了第五变形例子中的光接收部分的图。

图25是示出了第六变形例子中的光接收部分的图。

具体实施方式

本发明的第一实施例将由附图1-11来描述，如下。图1展示了根据本发明第一实施例的距离测量装置100的总体构造。

作为例子，距离测量装置100是安装在车辆上的，将另一车辆作为目标用光进行照射并接收从其而来的反射光，从而与另一车辆之间的距离被测量出来，更具体地，是一种短时间内测量距另一车辆表面多个位置的距离的装置。

另外，根据本发明实施例的距离测量装置可以被安装并使用在除车辆之外的静止目标或移动目标上，或被单独地使用。更进一步，“目标”同样包括除车辆之外的静止目标和移动目标。

如图1所示，距离测量装置100包括光源装置10，旋转轴22，作为偏转部分的例子的偏转器20，作为反射部分的例子的反射器30，光接收部分40，测量处理装置(图中未示)，等。

在这里，XYZ三维正交坐标系统被如此设置，使得Z轴方向正交于安装距离测量单元100的车辆的移动方向。

如图2所示，光源装置10包括两个光源12a和12b，包括光源驱动电路16的电路板18和两个耦合透镜(coupling lense)14a和14b。

作为例子，两个光源12a和12b基本上是等同的并被封装在电路板18上。每个光源包括半导体激光器(边缘发射激光器(edge-emitting laser))作为光发射部分。两个光源12a和12b被这样地安置，使得在各自的发射方向上延伸的中线CL1和CL2平行于X轴并在Z轴方向上相互分离。光源12a安置在光源12b的+Z侧。光源12a在+X侧发射激光光束LB1。光源12b在+X侧发射激光光束LB2。

如图3所示，光源驱动电路16被间歇地驱动两个光源12a和12b的每一个(对其执行脉冲驱动)。具体地，光源驱动电路16以这样的方式驱动两个光源12a和12b，使得两个光源12a和12b的光发射周期相同，而光发射正时不同。在这里，作为例子，光源12b的光发射正时相对于光源12a的光发射正时延迟1/2个光发射周期(一个或多个)。作为例子，每个光源的每一脉冲的光发射周期时间大约为几个纳秒(ns)到100纳秒(ns)。

在这里，两个光源12a和12b的光发射正时之间的时间差大于等于3微秒(μs)是令人满意的。这是因为，如果这样的光发射正时之间的时间差太小，则来自目标的相对于两个激光光束LB1和LB2的两个反射光束可能会干扰，使得不可能分离该两个反射光束的信号。这部分内容以下将详述。

Δt是从光源传送光脉冲的时刻和光脉冲的反射光被检测到的时刻之间的差，C是光速，距目标的距离被给出L＝Δt×C÷2。例如，当Δt是3微秒(μs)，则L是450米。总的来说，距离测量装置的可检测距离最多大约200米，即使反射光从前方450米处反射回来，其光强也足够小，以致于即使连续传送的两个光脉冲的两个反射光束干扰，影响也是很小的。

更进一步，距离测量装置中的光脉冲的光发射频率一般是约10kHz-100kHz，其转换为10微秒(μs)-100微秒(μs)的光发射周期。在这种情况下，优选地，两个光源12a和12b的光发射正时之间的时间差设置为小于等于10微秒(μs)。结果是，这可以导致两个光源12a和12b交替地引导光发射。

参考图2，作为例子，针对两个耦合透镜14a和14b采用基本上具有等同的光学特性的平凸型透镜(plano-convex)。耦合透镜14a安置在光源12a的+X侧，也就是，在光源12a的激光光束的光路上。耦合透镜14b安置在光源12b的+X侧，也就是，在光源12b的激光光束的光路上。

两个耦合透镜14a和14b的光轴OA1和OA2平行于X轴，并被定位在这样的位置，使得两个光源12a和12b的中线CL1和CL2相当于Z轴方向插入到光轴OA1和OA2中间。

在这种情况下，在+Z侧的光源12a发射的激光光束LB1由耦合透镜14a的光轴OA1的-Z侧进入耦合透镜，与光轴OA1相交，随后离开并到达光轴OA1的+Z侧，使得提供预定输出角和预定发散角(spread angle)。更进一步，在-Z侧的光源12b发射的激光光束LB2由耦合透镜14b的光轴OA2的+Z侧进入耦合透镜14b，与光轴OA2相交，以便离开并达到光轴OA2的-Z侧，以便提供预定输出角和预定发散角。在这里，除非在说明书中另外指明，“输出角”表示相关激光光束的主线相对于XY平面(水平面)的角度，“发散角”表示相关激光光束相对于Z轴方向(垂直方向)发散的角度。

在这里，激光光束的输出角θ由以下公式(1)表示：

θ \approx \tan^{- 1} (\frac{ΔW}{f}) [rad] \cdot \cdot \cdot (1)

其中，距离(偏移量)ΔW是在光源发射方向延伸的中线(以下将简述为光源的中线)与相应的耦合透镜的光轴之间的距离，f是耦合透镜的焦距。

更进一步，激光光束的发散角Δθ由以下公式(2)表示：

Δθ \approx \tan^{- 1} (\frac{W}{f}) [rad] \cdot \cdot \cdot (2)

其中，W是光源的光发射区域的宽度(相对于Z轴方向的光发射部分的光发射区域的宽度)，f是耦合透镜的焦距。

因此，可以调整光源中线与耦合透镜光轴之间的偏移量ΔW，光源的光发射区域的宽度W和耦合透镜的焦距f，以发射具有所需要的输出角和发散角的激光光束。

因此，在本发明的实施例中，每个光源的光发射区域的宽度W与光源的中线和相应的耦合透镜的光轴之间的偏移量ΔW的值相等(W＝|ΔW|)，每个光源的中线的偏移方向与相应耦合透镜的光轴是相互相反的方向。

在这种情况下，如图4所示，两个激光光束LB1和LB2的输出角θ和发散角Δθ的值均为相等的值α，两个激光光束的输出角之间的差是发散角(一个或多个)α的两倍。结果是，两个激光光束LB1和LB2的光路之间的非激光发射区域(以下称为非发射区域，见下文)的发散角的值也是α。

具体地，由于光源的光发射区域的宽度W和偏移量ΔW是80微米，耦合透镜的焦距是5.7毫米，两个激光光束LB1和LB2的输出角α和发散角α都是0.8°，非发射区域的发散角α和输出角之间的差2α分别是0.8°和1.6°。

如前所述，光源装置10可以在+X侧并在+Z侧倾斜向上发射激光光束LB1，且可以在+X侧并在-Z侧倾斜向下发射激光光束LB2。因此，作为例子，光源装置10以不同的输出角(例如，0.8°和-0.8°)，以相同的发散角(例如，0.8°)且以不同的正时间歇地发射两个激光光束LB1和LB2。

图5示出了在平行于Z轴的预定横截面被剖开的旋转轴22、偏转器20和反射器30的横截面图。

旋转轴22由轴线平行于Z轴的轴部件组成，作为例子，安置在光源装置10的+X侧(参见图1)。旋转轴22被驱动装置21以围绕其轴线的预定旋转速度旋转地驱动，驱动装置21包括例如马达等(参见图1)。另外，作为例子，旋转轴22沿图5中的箭头方向旋转。

如图5所示，偏转器20和反射器30附接于旋转轴22，使得在Z轴方向上相互分离。偏转器20在反射器30的+Z侧安置。偏转器20和反射器30的构造将下面详述。

偏转器20包括以具有偏转面(deflection face)的部件为例子的第一偏转镜24a、以具有偏转面的部件为例子的第二偏转镜24b、和镜基座26等。

作为例子，镜基座26由具有四个侧面的六面体形状的部件组成，其中，在Z轴方向上延伸的通孔26a形成在中间部分。旋转轴22插入到通孔26a。镜基座26固定在旋转轴22上，与旋转轴22一起围绕旋转轴22的轴线旋转。

第一和第二偏转镜24a和24b附接于镜基座26的一对相对的平面上，这对相对的平面是对置的以使得在正交于Z轴的方向上插置旋转轴22。也就是，各偏转镜围绕旋转轴22被安置在镜基座26的不同的位置上。在附接于镜基座26的对侧面处的每个偏转镜的面是用于反射且由此偏转激光光束的偏转面。为了方便，以下将第一偏转镜24a的偏转面称作“第一偏转面”，将第二偏转镜24b的偏转面称作“第二偏转面”。

因此，光源装置10的旋转轴22之间的距离以及光源装置10和每个偏转镜的高度被如此设置，使得光源装置10发射的两个激光光束LB1和LB2可以入射到各自的偏转面上。因此，作为例子，光源装置10和每个偏转镜被安置在基本上与作为目标的另一车辆(例如，汽车)的高度相等的高度上。

然后，当旋转轴22旋转，第一偏转镜24a和第二偏转镜24b与旋转轴22一起围绕旋转轴22的轴线旋转，使得在相互不同的正时各自的偏转面(交替地)与光源装置10相对(参见图1)。在这种情况下，光源装置10发射的激光光束入射到第一偏转镜24a的正时与光源装置10发射的激光光束入射到第二偏转镜24b的正时不同。

更进一步，每个偏转镜的偏转面是相互平行的，相对于旋转轴22的轴线以相同的角度β(＞0)倾斜。也就是，各自的偏转面相对于旋转轴22的轴线的倾斜角(沿垂直方向的倾角)是不同的，更具体的，倾斜角的值相同但方向不同。因此，考虑到该倾斜角的方向，正向与偏转面在+Z侧向更接近于旋转轴22的方向倾斜的情况有关，负向与偏转面在+Z侧向更远离于旋转轴22的方向倾斜的情况有关。例如，第一偏转镜24a的倾斜角是β，而第二偏转镜24b的倾斜角是-β。

这里，第一偏转镜24a的倾斜角β被如此设置，使得被第一偏转镜24a偏转的每个激光光束的输出角的值由来自光源装置10的激光光束的输出角的值与输出角的绝对值的1/2相加得到。也就是，倾斜角β被设置，使得来自第一偏转镜24a的激光光束LB1和LB2的输出角分别是α+(1/2)α和-α+(1/2)α。具体的，当α＝0.8°时，α+(1/2)α＝1.2°，-α+(1/2)α＝-0.4°(参见图7)。

更进一步，第二偏转镜24b的倾斜角-β被如此设置，使得被第二偏转镜24b偏转的每个激光光束的输出角的值由从来自光源装置10的激光光束的输出角的值减去输出角的绝对值的1/2而得到。也就是，倾斜角-β被设置，使得来自第二偏转镜24b的激光光束LB1和LB2的输出角分别是α-(1/2)α和-α-(1/2)α。具体的，当α＝0.8°时，α-(1/2)α＝0.4°，-α-(1/2)α＝-1.2°(参见图8)。

在这种情况下，由图6A和6B可看出，可以将第二偏转镜24b的激光光束LB1的光路相对于Z轴方向定位在第-偏转镜24a的激光光束LB1和LB2的光路之间，可以将第-偏转镜24a的激光光束LB2的光路相对于Z轴方向定位在第二偏转镜24b的激光光束LB1和LB2的光路之间。

也就是，可以提供具有倾斜角β的第一偏转镜24a和具有倾斜角-β的第二偏转镜24b，使得在两个激光光束LB1和LB2的光路之间插入非发射区域。

如上所述，光源装置10发射的激光光束LB1和LB2在不同的正时入射到第一偏转镜24a的偏转面的不同位置上，该偏转镜相对于Z轴方向位于与光源装置10相对的位置上。然后，入射到第一偏转镜24a的激光光束LB1和LB2被以相对于Z轴方向不同的输出角(例如，1.2°和-0.4°)、以相同的发散角(例如0.8°)和不同的正时反射向另一车辆(参见图7)。

更进一步，当激光光束LB1和LB2由与光源装置10相对的位置处的第一偏转镜24a反射时，依赖于第一偏转镜24a围绕旋转轴22的轴线的位置(旋转位置)，在从+Z方向看，反射是沿平行于XY平面的预定方向进行的。

然后，激光光束LB1和LB2由各自相应的光源顺序发射，并由偏转镜24a偏转(反射)，使得平行于XY平面的偏转角逐渐改变，结果是，可以在水平方向上由顶部扫描第一和第三照射区域，其中第一和第三照射区域L1和L3来自另一车辆的在Z轴方向上无缝并置的并在Z轴上具有基本上相同长度的四个照射区域(L1-L4)(参见图7)。另外，偏转镜24a的反射光逐渐发散以照射另一车辆，因此，每个照射区域在Z轴方向上的长度取决于旋转轴22和该照射区域之间的距离，并随着该距离的增加而增加。

更进一步，光源装置10发射的激光光束LB1和LB2在不同正时入射到第二偏转镜24b的偏转面的相对于Z轴方向的不同位置上，该偏转镜位于与光源装置10相对的位置上。然后，入射到第二偏转镜24b的激光光束LB1和LB2被以不同的输出角(0.4°和-1.2°)、相同的发散角(0.8°)和不同的正时反射向另一车辆(参见图8)。

更进一步，当激光光束LB1和LB2在与光源装置10相对的位置由第二偏转镜24b反射时，依赖于第二偏转镜24b围绕旋转轴22的轴线的位置(旋转位置)，在从+Z方向看，反射沿平行于XY平面的预定方向进行。

然后，激光光束LB1和LB2由各自相应的光源顺序发射，并由第二偏转镜24b偏转(反射)，使得平行于XY平面的偏转角逐渐改变，结果是，可以在水平方向上由顶部扫描第二和第四照射区域L2和L4，其中第二和第四照射区域来自另一车辆的四个照射区域(L1-L4)(参见图8)。

如上所示，第一和第二偏转镜24a和24b可以在短时间内交替地偏转各自的由光源装置10顺序发射的激光光束LB1和LB2，以在水平方向扫描另一车辆的四个照射区域(L1-L4)。另外，图9示出了第一和第二偏转镜24a和24b偏转的各激光光束的照射区域被复合，四个照射区域中的每个在水平方向上被扫描。

已经照射并被另一车辆的相应照射区域反射的部分激光光束在逐渐发散的同时返回到之前的光路。

返回图5，发射器30包括作为具有反射面的部件的例子的第一反射镜32a，作为具有反射面的部件的例子的第二反射镜32b，镜基座34等。

作为例子，镜基座34由具有四个侧面的长方体部件组成，其中在Z轴方向上延伸的通孔34a形成在其中间部分。旋转轴22插入到通孔34a中。镜基座34固定在旋转轴22上，与旋转轴22一起围绕旋转轴22的轴线旋转。

第一和第二反射镜32a和32b附接于镜基座34的一对相对的面上，这对面相对对置，使得在与Z轴正交的方向上插入旋转轴22。各反射镜的反射表面，也就是，在附接于镜基座34的面的相对侧上的面相互平行且平行于旋转轴22的轴线。第一偏转镜24a对应第一反射镜32a，且其围绕Z轴的位置和第一偏转镜24a的一致。第二偏转镜24b对应第二反射镜32b，且其围绕Z轴的位置和第一偏转镜24b的一致。每个反射镜的Z轴方向的尺寸比相应的偏转镜的尺寸大。为了方便，以下将第一反射镜32a的反射面称为“第一反射面”，第二反射镜32b的反射面称为“第二反射面”。

如前所述，第一偏转镜24a偏转的和另一车辆的各自照射区域L1和L3反射的部分激光光束入射到反射镜32a。更进一步，偏转镜24b偏转的和另一车辆的各自照射区域L2和L4反射的部分激光光束入射到反射镜32b。

如图10A和图10B所示，光接收部件40包括，聚光透镜42，光接收元件44等。

作为例子，聚光透镜42是平凸型透镜，且安置在每个反射镜反射的激光光束的光路上。更具体地，聚光透镜42安置在旋转轴22的-X侧，高度基本上与每个反射镜的高度相同，使得其光轴与旋转轴22的轴线正交(参见图1)。作为例子，光发射元件44是光电二极管并安置在经过聚光透镜42的激光光束的光路上。另外，从更利于小型化的观点来看，将光发射元件44安置在聚光透镜42的焦点位置附近是优选的。

在这种情况下，当第一偏转镜24a的偏转面对着光源装置10时，第一反射镜32a的反射面对着聚光透镜42。结果是，被第一偏转镜24a偏转的且被各照射区域L1和L3反射的激光光束在不同的正时通过第一反射镜32a和聚光透镜42进入光接收元件44。

更进一步，当第二偏转镜24b的偏转面对着光源装置10时，第二反射镜32b的反射面对着聚光透镜42。结果是，被第二偏转镜24b偏转的且被各照射区域L2和L4反射的激光光束在不同的正时通过第二反射镜32b和聚光透镜42进入光接收元件44。

结果是，被偏转器20偏转且被另一车辆的四个照射区域L1-L4反射的四个激光光束分别在相互不同的正时由光接收元件44接收。

图10A示出一种情况，被第一偏转镜24a偏转且被各照射区域L1和L3反射的两个激光光束经过聚光透镜42进入光接收元件44。图10B示出一种情况，被第二偏转镜24b偏转且被各照射区域L2和L4反射的两个激光光束经过聚光透镜42进入光接收元件44。

被第一偏转镜24a偏转且被另一车辆的上照射区域L1反射的部分激光光束穿过聚光透镜42，然后会聚在光接收元件44的下部部分(在低于聚光透镜42的光轴的位置)，在光会聚在其上时从光接收元件44而来的接收光信号S1输出到测量处理装置。

被第一偏转镜24a偏转且被另一车辆的下照射区域L3反射的部分激光光束穿过聚光透镜42，然后会聚在光接收元件44的上部部分(在高于聚光透镜42的光轴的位置)，在光会聚在其上时从光接收元件44而来的接收光信号S3输出到测量处理装置。

被第二偏转镜24b偏转且被另一车辆的上照射区域L2反射的部分激光光束穿过聚光透镜42，然后会聚在光接收元件44的下部部分(在低于聚光透镜42的光轴的位置)，在光会聚在其上时从光接收元件44而来的接收光信号S2输出到测量处理装置。

被第二偏转镜24b偏转且被另一车辆的下照射区域L4反射的部分激光光束穿过聚光透镜42，然后会聚在光接收元件44的上部部分(在高于聚光透镜42的光轴的位置)，在光会聚在其上时从光接收元件44而来的接收光信号S4输出到测量处理装置。

图11在正时图表中示出了光接收元件44的每个接收光信号的输出的正时。另外，为了方便，图11基于这样的情况方便地绘制的，其中四个照射区域L1-L4与旋转轴22的轴线是等距的，在四个照射区域11-L4上激光光束的反射率是相等的。从图11可看到，首先，分别对应于照射区域L1和L3的接收光信号S1和S3在第一时间区域交替输出，在该时间区域激光光束由第一偏转镜24a偏转并由第一反射镜32a反射，然后分别对应于照射区域L2和L4的接收光信号S2和S4在第二时间区域交替输出，在该时间区域激光光束由第二偏转镜24b偏转并由第二反射镜32b反射。然后，类似的，第一时间区域的接收光信号S1和S3的输出和第二时间区域的接收光信号S2和S4的输出交替重复。

测量处理装置基于以下参数计算距照射区域L1的距离，每个光脉冲由光源12a传送到第一偏转镜24a的正时(参见图3)，和与对应于每个该脉冲的接收光信号S1被接收的正时的时间差。

进一步，测量处理装置基于以下参数计算距照射区域L3的距离，所述参数为：每个光脉冲由光源12b传送到第一偏转镜24a的正时(参见图3)，和与对应于每个该脉冲的接收光信号S3被接收的正时的时间差。

进一步，测量处理装置基于以下参数计算距照射区域L2的距离，所述参数为：每个光脉冲由光源12a传送到第一偏转镜24b的正时(参见图3)，和与对应于每个该脉冲的接收光信号S2被接收的正时的时间差。

进一步，测量处理装置基于以下参数计算距照射区域L4的距离，所述参数为：每个光脉冲由光源12b传送到第一偏转镜24b的正时(参见图3)，和与对应于每个该脉冲的接收光信号S4被接收的正时的时间差。

如上所述，距离测量装置100可以测量距四个照射区域L1-L4上沿水平方向上并置的多个位置的距离(所述四个照射区域L1-L4在另一车辆上沿Z轴方向上无间隔地并置)，也就是，测量距另一车辆表面上的多个位置的距离。

以上描述的实施例中的距离测量装置100包括：光源装置10，其具有在Z轴方向上分开安置、具有不同的光发射正时的两个光发射部分；偏转器20，其围绕平行于Z轴的旋转轴22的轴线旋转，并具有两个偏转面，用来将光源装置10的激光光束反射向作为目标的另一车辆；反射器30，其围绕旋转轴22的轴线旋转，与偏转器20构成整体，且具有单独地相应于两个个偏转面的并将由对应的偏转面反射和另一车辆反射的部分激光光束进行反射的两个反射面；和光接收部分40，具有接收反射器30反射的激光光束的一个光接收元件44。然后，相对于旋转轴22的轴线的两个偏转面的倾斜角设置为互不相同。

在这种情况下，来自光源装置10的两个光发射部分的各激光光束在不同正时入射到偏转器20的两个偏转面中的一个偏转面的相对于Z轴方向的不同位置。依赖于偏转器20的旋转位置，入射到一个偏转面的各激光光束以相对于Z轴的不同输出角和相对于平行于XY平面的方向的预定输出角而被反射。然后，两个偏转面反射的激光光束的相对于Z轴方向的输出角互不相同。

结果是，另一车辆上沿Z轴方向并置的四个照射区域L1-L4的每个都在水平方向被扫描。

然后，四个照射区域L1-L4的各反射光束的一些部分在不同正时通过相应的反射镜在光接收元件44上被接收。

在这种情况下，可以通过使用一个光接收元件测量距四个照射区域L1-L4每个上并置的多个位置的距离。结果是，相对于使用两个或更多个光接收元件的情况，可以实现部件数量的减少和成本的降低。

结果是，根据本实施例中的距离测量装置100，由于简单的构造和对距另一车辆表面上多个位置的距离的测量而可以抑制成本的增加。

接下来，图12和图14将描述本发明的第二实施例，与上述第一实施例中不同的部件将会重点描述，类似于上述第一实施例的构造的部件用相同的附图标记代表并省略其描述。

第二实施例，光源装置和光接收部分的构造与上述第一实施例的不同。

如图12所示，第二实施例的光源装置210中，光源12a如此安置，使得输出角(X轴与中线CL1之间的角)是α(例如，0.8°)，耦合透镜14a如此安置，使得其光轴OA1与光源12a的中线CL1重合。进一步，光源12b如此安置，使得输出角(X轴与中线CL2之间的角)是-α(例如，-0.8°)，耦合透镜14b如此安置，使得其光轴OA2与光源12b的中线CL2重合。

在这种情况下，两个中线CL1和CL2之间的角度差等于两个激光光束LB1和LB2的输出角之间的差。结果是，可以调整光源的光发射区域的宽度，耦合透镜的焦距和光源中线之间的角度差，从而以所需的输出角和所需的发散角来发射每个激光光束。

这里，光源12a以输出角α发射的激光光束沿着耦合透镜14a的光轴前行，进入耦合透镜14a，以输出角α和发散角α离开耦合透镜14a。进一步，光源12b以输出角-α发射的激光光束沿着耦合透镜14b的光轴前行，进入耦合透镜14b，以输出角-α和发散角α离开耦合透镜14b。

另外，如上所述，通过调整光源的光发射宽度和耦合透镜的焦距来设置发散角为α。

虽然图12中每个光源的中线与对应耦合透镜的轴线重合，但可以执行它们的偏置(offset)，其中，实际上，每个光源的中线与对应的耦合透镜的光轴只需是平行的即可。

进一步，第二实施例的光源驱动电路160使得两个光源12a和12b在同样的光发射正时和同样的光发射周期执行光发射。

进一步，如图13A和13B所示，第二实施例的光接收部分140包括两个光接收元件144a和144b。下面，光接收元件144a称为“第一光接收元件”144a，光接收元件144b称为“第二光接收元件144b”。第一光接收元件144a安置在第二光接收元件144b的+Z侧。

第二实施例中，来自光源装置210的两个激光光束LB1和LB2以相同的正时发射，以基本相同的正时经过第一偏转镜24a入射到各照射区域L1和L3。

然后，来自照射区域L1的部分反射光经过第一反射镜32a和聚光透镜42在由第二光接收元件144b上被接收(参见图13A)，其中在光接收时刻，接收光信号S1由第二光接收元件144b输出。进一步，来自照射区域L3的部分反射光经过第一反射镜32a和聚光透镜42在第一光接收元件144a上被接收(参见图13A)，其中在光接收时刻，接收光信号S3由第一光接收元件144a输出。

进一步，来自光源装置210的两个激光光束LB1和LB2在相同的正时发射，以基本相同的正时通过第二偏转镜24b入射到各照射区域L2和L4。

然后，来自照射区域L2的部分反射光经过第二反射镜32b和聚光透镜42由第二光接收元件144b接收(参见图13B)，其中在光接收时刻，接收光信号S2由第二光接收元件144b输出。进一步，来自照射区域L4的部分反射光经过第二反射镜32b和聚光透镜42由第一光接收元件144a接收(参见图13B)，其中在光接收时刻，接收光信号S4由第一光接收元件144a输出。

图14在正时图中示出了被第一或第二光接收元件144a和144b的每个接收光信号的输出正时。另外，为了方便，图14基于这样的情况而方便地绘制，四个照射区域L1-L4与旋转轴22的轴线等距，四个照射区域L1-L4上的激光光束的反射率相同。

如图14所见，第二光接收元件144b的接收光信号S1的输出正时与第一光接收元件144a的接收光信号S3的输出正时相同。进一步，来自第二光接收元件144b的接收光信号S2的输出正时与来自第一光接收元件144a的接收光信号S4的输出正时相同。

根据第二实施例，由一个偏转镜偏转并由两个照射区域分别反射的两个激光光束在不同的光接收元件上被接收，因此，可以在不引起两个光源12a和12b的光发射正时不同的情况下针对两个激光光束分开处理接收光信号(即使当针对两个激光光束的光接收正时重叠时也可以)。另外，两个光源12a和12b的光发射正时可能不同，在这种情况下，可以任意地设置它们的光发射正时的时间差。

进一步，可以用两个光接收元件测量距四个照射区域L1-L4每一个上沿水平方向并置的多个位置的距离，也就是，距另一车辆表面上的多个位置的距离。结果是，与使用三个或更多个光接收元件相比，可以减少部件数量和降低成本。

接下来，图15-17将描述本发明的第三实施例。第三实施例，与上述第一和第二实施例中不同的部分将会重点描述，类似于上述第一和第二实施例的配置的部件用相同的附图标记代表并省略其描述。

第三实施例中，偏转器的构造与上述第一和第二实施例不同。

图15A和15B示出了第三实施例的偏转器120的平面图(俯视图)。因此，为图15A中的每个偏转镜设置XYZ三维直角坐标系统和沿与Y轴正交方向延伸的K轴。

同时，当平面镜的激光光束的反射方向表示为光线矩阵形时，入射光线的方向余弦矢量、镜平面的法线的方向余弦和反射光线的方向余弦分别被定义为(L，M，N)、(1，m，n)和(L₁，M₁，N₁)，通常满足由公式(3)表示的关系：

(\begin{matrix} L_{1} \\ M_{1} \\ N_{1} \end{matrix}) = (\begin{matrix} a_{1} & b_{1} & c_{1} \\ b_{1} & a_{2} & b_{2} \\ c_{1} & b_{2} & a_{3} \end{matrix}) (\begin{matrix} L \\ M \\ N \end{matrix})

a₁＝1-2L²，b₁＝-2lm，c₁＝-2ln

a₂＝1-2m²，b₂＝-2mn

a₃＝1-2n²

...(3)

由于上述公式(3)中在图15A中入射到偏转镜的光线的方向余弦矢量是(0，0，-1)，所以满足公式(4)：

(\begin{matrix} L_{1} \\ M_{1} \\ N_{1} \end{matrix}) = (\begin{matrix} a_{1} & b_{1} & c_{1} \\ b_{1} & a_{2} & b_{2} \\ c_{1} & b_{2} & a_{3} \end{matrix}) [\begin{matrix} 0 \\ 0 \\ - 1 \end{matrix}] = (\begin{matrix} - c_{1} \\ {- b}_{2} \\ {- a}_{3} \end{matrix}) (\begin{matrix} 2 \ln \\ 2 mn \\ - (1 - {2 n}^{2}) \end{matrix}) \cdot \cdot \cdot (4)

因此，偏转面的倾斜角被概括并定义为角度θ，偏转器的旋转角为角度φ，在这种情况下的镜平面的法线的方向余弦(l，m，n)由公式(5)表示：

l＝cosθsinφ

m＝sinθ

n＝cosθcosφ

...(5)

由于上述公式(4)和(5)，反射光线的方向余弦由公式(6)表示：

(\begin{matrix} L_{1} \\ M_{1} \\ N_{1} \end{matrix}) = (\begin{matrix} \cos^{2} θ \sin 2 φ \\ \sin 2 θ \cos φ \\ - (1 - {2 \cos}^{2} {θ \cos}^{2} φ) \end{matrix}) \cdot \cdot \cdot (6)

由于反射光线的方向余弦分量由上述公式(6)得出，来自沿水平方向的偏转面的激光光束的输出角由公式(7)表示：

沿其垂直方向的输出角由公式(8)表示：

沿垂直方向的输出角

＝90°-cos^-1(M₁)＝90°-cos^-1(sin2θcosφ)...(8)

由上述公式(7)，在偏转面的倾斜角θ值小的情况下，水平方向的输出角基本上是偏转器的旋转角φ的两倍(2φ)。

进一步，根据上述公式(8)，在偏转器的旋转角φ小的情况下，沿垂直方向的输出角的值接近于偏转面的倾斜角θ的两倍(2θ)，但随着旋转角φ的增加而减小。这可以是由于以下事实造成的：入射到偏转面的激光光束的角度随着偏转器旋转角φ的增加而增加。

从而，当偏转器的旋转角φ增加，也就是，当沿水平方向的扫描范围延伸，通过设置偏转面的相对于旋转轴的轴线的倾斜角θ，沿垂直方向的输出角随着旋转角φ的增加而减小，从而，激光光束的照射范围可以被限制，目标上的测量范围可被减小。

图16A示出了沿图15A的A-A’线的横截面图，图16B示出了沿图15A的B-B’线的横截面图。另外，A-A’横截面和B-B’横截面中任一个均正交于K轴。

如图16A和图16B所示，沿B-B’的横截面的倾斜角θ2大于沿A-A’的横截面的倾斜角θ1。然后，沿A-A’的横截面和沿B-B’的横截面之间的且正交于K轴的横截面的倾斜角θ较佳的取值范围为θ1≤θ≤θ2。具体的，θ被设置使得，例如，在-K侧增加。另外，虽然只描述了第一偏转面的倾斜角θ，但第二偏转面的倾斜角θ也相似地设置。

由公式(8)看出，为了将沿垂直方向的输出角保持恒定，只需要使得sin2θ·cosθ保持为恒定。因此，依赖于偏转器120的旋转角φ的变化可以改变偏转镜的倾斜角θ的值，使得可以在不考虑偏转器120的旋转角φ的情况下保持沿垂直方向的输出角恒定。结果是，可以在增加偏转器120的旋转角φ的同时来抑制沿垂直方向的输出角的减小。

因此，相对于K轴方向激光光束入射到偏转镜的位置随着偏转器120的旋转而改变。具体的，如图15A所示，当偏转器120的旋转角为φ1时，来自光源装置10的激光光束在位置P和以入射角ε1入射到第一偏转镜124a上。进一步，如图15B，当偏转器120的旋转角φ2(φ2＞φ1)时，来自光源装置10的激光光束在位置Q(在位置P的-K侧的一个位置)和以入射角ε2(＞ε1)入射第一偏转镜124a上。也就是，可以看出，由于偏转器120的旋转，在偏转镜上激光光束的入射角增加，在其上的入射位置移向-K方向。

因此，在第三实施例中，倾斜角θ如此设置，使得依赖于偏转器120的旋转角φ，独立地对于在偏转镜上激光光束的入射位置，sin2θ·cosθ恒定。

图17示出了在图中相对于每个镜坐标(K坐标)设置偏转镜的偏转面的倾斜角的图。因此，偏转面上独立地针对每个K坐标设置倾斜角，使得垂直方向的激光光束的输出角通过偏转镜恒定地设置有的0.4度的偏移，而不依赖于偏转器120的旋转角，也就是，沿水平方向的激光光束的偏转角。另外，通过偏转镜的旋转半径(镜半径)归一化(normalize)的值，也就是，偏转镜和旋转轴之间的距离，在图17中的被设置在水平轴上作为K坐标。因此，镜坐标-0.4相应于横截面B-B’的K坐标，镜坐标1相应于横截面A-A’的K坐标。然后，从图17可看出第一偏转镜124a上的倾斜角在-K侧增加，其中，在位置Q处第一偏转镜124a的倾斜角大于处位置P的倾斜角。

另外，图7和图8已经示出，被每个偏转镜偏转的激光光束LB1和LB2的在垂直方向的发散角设置为0.8°，其中，每个照射区域是基于如下情况示出的，该情况是使用的理想的激光光束在水平方向上没有宽度。

图7可以看出，沿垂直方向的输出角恒定地提供由第一偏转镜带来的+0.4°的偏移，而不依赖于沿水平方向的输出角。结果是，激光光束LB1和LB2在水平方向上分别扫描照射区域L1和L3。

图8可以看出，沿垂直方向的输出角恒定地提供由第二偏转镜带来的-0.4°的偏移，而不依赖于沿水平方向的输出角。结果是，激光光束LB1和LB2在水平方向上分别扫描照射区域L2和L4。

根据第三实施例，可以使用相对于Z轴方向以所需的照射宽度的光来扫描四个照射区域L1-L4中的每个，而不依赖于偏转器120的旋转角。

下面将描述本发明的多个变形实施例，与上述实施例中的每个不同的部分将会重点描述，类似于上述实施例中的每个的配置的部件用相同的附图标记代表并省略其描述。

《第一变形实施例》

图18和19描述了第一变形实施例。第一变形实施例中，光源的构造与上述实施例中的每个均不同。

如图18所示，第一变形实施例的光源装置310包括一个光源装置312，其具有多个(例如，两个)光发射区域，一个耦合透镜314等。

如图19所示，作为例子，光源装置312是半导体激光元件，其包括层叠结构，其中基板302、n-覆层(n-cladding layer)304，活性层306，p-覆层308以从-Y侧到+Y侧的顺序层叠。

在p-覆层308的顶部，两个p电极310a和310b被装载，使其在Z轴方向上分离，当通过每个p电极注入电流时，相应于p电极的活性层区域发射光。该区域是光发射区域。也就是，对应于各p电极的光发射区域是在Z轴方向并置的。每个光发射区域在Z轴方向的宽度(平行于基板表面的方向)(以下称作“光发射区域宽度”)基本上等于相应p电极在Z轴方向的宽度(以下称作“电极宽度”)，其中可以调整p电极的电极宽度，以便调整光发射区域的光发射区域宽度。

也就是，光源312是边缘发射类型的半导体激光器(以下称作“边缘发射激光器”)，其具有带大光发射区域宽度的多个(例如两个)光发射区域，其中其可以传送高功率光脉冲。

同时，就通过沿水平方向用光扫描而言，距离测量装置基本上需要高的角分辨率。

因而，光源312如此安置，使得每个光发射区域的宽度较大的方向是Z轴方向，而该光发射区域的宽度小的方向是Y轴方向。在这种情况下，每个光发射区域在YZ平面上发射光，使得激光光束沿+X方向发射。结果是，可以使用激光光束中具有小光发射区域宽度且沿垂直于基板表面方向(Y轴方向)发射的高光束质量的分量在水平方向扫描，且可以使用具有大光发射区域宽度且沿平行于基板表面方向(Z轴方向)发射的分量在垂直方向偏转。

可以调整每个p电极的电极宽度和两个p电极之间的间隔，以调整每个光发射区域的宽度和两个光发射区域中心之间的间隔(以下称作“光发射中心间隔”)。然后，可以增加并行加载的p电极的数量，来容易地增加光发射区域的数量。进一步，可以独立地控制输入两个p电极的电流信号，使得两个光发射区域的光发射正时不同。

如上所述，光源312如此安置，使得两个光发射区域沿Z轴方向分离，每个光发射区域的发射方向是+X方向，如图19所示。作为例子，耦合透镜314采用平凸型透镜。耦合透镜314如此安置，使得其光轴OA3在Z轴方向穿过两个光发射区域之间的区域中心(非光发射区域)且平行于X轴。在两个光发射区域中，在+Z侧的光发射区域也被称作“第一光发射区域”，在-Z侧的光发射区域也被称作“第二光发射区域”。从第一光发射区域以输出角-α发射激光光束，从第二光发射区域以输出角+α发射激光光束。

从第一光发射区域以输出角-α发射的激光光束在耦合透镜314的光轴OA3的+Z侧进入耦合透镜314，与光轴OA3相交，然后，以输出角-α和发散角α离开，因此，其可以被用作激光光束LB2。另一方面，从第二光发射区域以输出角+α发射的激光光束在耦合透镜314的光轴OA3的-Z侧进入耦合透镜314，与光轴OA3相交，然后，以输出角+α和发散角α离开，因此，其可以被用作激光光束LB1。然后，还有在激光光束LB1和LB2之间的未发射激光光束的非发射区域。

由上述公式(2)可以看出，可以通过光发射区域宽度和耦合透镜的焦距来调整激光光束的发散角。进一步，由上述公式(1)可以看出，可以调整多个光发射区域之间的光发射中心间隔的激光光束的输出角之间的差和耦合透镜的焦距。

作为数值的具体例子，光源312的两个光发射区域的光发射宽度、光发射中心间隔和耦合透镜314的焦距分别是80微米、160微米和5.7毫米，激光光束LB1和LB2的每个发散角是0.8°，其输出角差是1.6°，使得3.2°的沿垂直方向的目标的测量范围(照射范围)被分为四个区域且被测量，因此，可以生成更佳的激光光束。

因此，光发射中心间隔由两个p电极310a和310b之间的间隔来定义，因此，可以其基本上被减小光发射区域宽度的两倍。在这种情况下，可以通过多个临近的光发射区域设置一个半导体激光元件，可以仅仅通过为半导体激光元件安置一个耦合透镜314，而以沿与正交于其光轴的方向(Z轴方向)平行的相互不同的方向(相反方向)的相同偏移量来安置每个光发射区域和耦合透镜314。结果是，可以对于仅一个半导体激光元件和一个耦合透镜来说，可以生成两个在Z轴方向分离的激光光束，从而可以获得小型化和低成本的装置。

《第二变形实施例》

第二变形实施例中，光源的构造与第一变形实施例不同。

图20示出了第二变形实施例的光源350的透视图。光源350具有在第一变形实施例的光源312上应用了凸脊处理的结构(见图19)，使得活性层306的每个光发射区域的在+Z侧和-Z侧的区域、p-敷层308的每个光发射区域的在+Z侧和+Y侧的区域以及在-Z侧、+Y侧的区域被去掉，使得每个光发射区域的在+Z侧和-Z侧的侧面接触空气。

同时，激光光束的发散角由光发射区域宽度确定，因此，重要的是，在目标上的测量范围(照射范围)在垂直方向上被划分时，为了抑制测量区域(照射区域)的串扰(crosstalk)，精确限定光发射区域是重要的。图19中第一变形实施例的边缘发射激光器，每个p电极射出的电子可能在平行于基板的方向(Z轴方向)上发散(diffusion)，直到到达活性层306，因此，与p电极的电极宽度对应的光发射区域的光发射区域宽度可少量延伸。

进一步，这种电子发散可导致光发射区域到非光发射区域的光泄漏，使得光发射区域和非光发射区域之间的边界变得不清楚，因此，难以精确限定光发射区域宽度。

因此，上述第二变形实施例中的边缘发射激光器中，+Z侧和-Z侧的每个光发射区域的面以更小的折射率接触空气，使得在+Z侧的光发射区域的面与临近该面的区域的面之间以及-Z侧的光发射区域的面与临近该面的区域的面之间提供更大的折射率差。由于该折射率差，激光被牢固地限定在每个光发射区域内部，使得可以抑制激光向光发射区域外部的泄漏。结果是，可以精确地限定光源350的每个光发射区域的光发射区域宽度，结果是，可以抑制测量区域之间的串扰。

因此，可以使用一般的干刻蚀或湿刻蚀来去除除图20所示的光发射区域之外的活性层306。另一种情况下，可以保护p电极底部的活性层，去除残留涂敷材料和活性层，而每个p电极是掩膜。

进一步，刻蚀已经应用到图20的活性层306，但是通过控制刻蚀状态，凸脊处理(ridge processing)被施加到n-敷层304。进一步，有效的是，不对活性层306应用刻蚀而只将p-敷层308成型为凸脊形状，以便形成所谓的“凸脊波导结构”，并且仅增加活性层306中每个光发射区域的等量折射率。

此外，凸脊处理应用后，低折射率材料，例如，二氧化硅，聚合体材料等可以被嵌入到每个光发射区域的+Z侧和-Z侧的区域。在这种情况下，可以将激光局限在光发射区域内部，且在每个光发射区域和光发射区域外部之间的折射率差保持在预定值的情况下，保护光发射区域。

《第三变形实施例》

以下图21和22将描述第三变形实施例(第1部分和第2部分)。

第三变形实施例(第1部分和第2部分)中，光源装置的构造与上述每个实施例和每个变形实施例均不相同。

如图21所示，第三变形实施例(第1部分)中的光源装置包括一个表面发射类型的激光器阵列元件(也称作“表面发射激光器阵列”)，其具有在Z轴方向上阵列的多个(例如，三个)表面发射激光器(VCSEL)。

表面发射激光器阵列是这样的激光器，其让激光相对于基板表面沿垂直方向共振，且相对于这种基板表面沿垂直方向发射，其中由于其结构多个光发射区域易于相临近地布置。进一步，每个光发射区域发射的激光光束的光轮廓相较于边缘发射激光器几乎是一个完整的圆形，从而光束质量好。此外，可以在制造过程中不割开基板的情况下形成共振器或检验激光特性，具有例如适于大规模生产这样的极好的特性。

相应地，根据本发明的实施例，采用表面发射激光器阵列作为用于距离测量装置的光源，使得可以容易地形成多个光发射区域，设置每个光发射区域的光发射区域宽度，以及两个临近的光发射区域的中心之间的间隔(光发射中心间隔)。

在第三变形实施例中(第1部分)，多个表面发射激光器的光发射区域宽度是一致的，光发射中心间隔被设置为例如发射区域宽度的两倍，使得可以通过仅仅在表面发射区域激光器阵列后面安置一个耦合透镜，就可以生成适于本发明实施例的多个激光光束。

同时，由于热量等的原因使得难以临近地安置多个光发射区域时，可以相对于平行于旋转轴22的轴线的方向(Z轴方向)倾斜一个倾斜角度Y，安置多个光发射区域，如图22的第三变形实施例(第2部分)那样，以便减小有效的光发射区域的中心间隔。表面发射激光器提供几乎完整圆形的光发射轮廓，发射的光各向同性地发散，因此，即使表面发射激光器阵列设置有倾斜角度时，沿垂直方向的发射光的发散角在穿过耦合透镜后不会改变。

也就是，在第三变形实施例(第2部分)中，调整表面发射激光器阵列围绕X轴的旋转位置，以使多个光发射区域阵列排布的方向相对于平行于旋转轴22轴线方向(Z轴方向)倾斜角度Y，使得以可以足够保证表面发射激光器阵列元件的可靠性的方式来分离两个临近的光发射区域的同时，可以获得所需的相对于Z轴方向的光发射中心的间隔。另一方面，虽然穿过耦合透镜后沿水平方向的激光光束的输出角度差在多个激光光束之间被产生，但也可以初步知道输出角差，因此，可以鉴于这种差的量来执行信号处理的应用，以阻止水平方向的错误传感。

在第三变形实施例(第1部分和第2部分)中，可以提供表面发射激光器阵列作为光源，因此在一个元件上设置多个光发射区域，因此，可以仅通过一个耦合透镜发射多个激光光束，使得可以获得设备的小型化和低成本。

《第四变形实施例》

以下图23将描述第四变形实施例。如图23所示，第四变形实施例中，具有偏转器和反射器两种功能的偏转反射器600附接在旋转轴22上。

偏转反射器600包括通过整合第一偏转镜和第一反射镜而提供第一偏转反射器602a，通过整合第二偏转镜和第二反射镜而提供第二偏转反射器602b，第一偏转反射镜602a和第二偏转反射镜602b附接其上且固定在旋转轴22上的镜基座604。

也就是，第一偏转反射镜602a在顶部有第一偏转面而在底部有第一反射面。进一步，第二偏转反射镜在顶部有第二偏转面而在底部有第二反射面。

第一和第二偏转面相对于旋转轴22的轴线的倾斜角与上述实施例每一个中的倾斜角相同。进一步，每一个第一和第二反射面相互平行，并平行于旋转轴22的轴线，与上述实施例的情况相似。

同时，由上述描述可知，为了使激光光束进入到聚光透镜42，有必要使偏转镜和反射镜围绕Z轴的位置(旋转位置)重合，以使得激光光束平行于聚光透镜42的光轴。相应地，在第四变形实施例中，通过整合偏转镜和反射镜的两个偏转反射镜附接于一个镜基座，因此与作为分离体的偏转镜和反射镜附接于作为分离体的两个镜基座相比，可以防止偏转面和相应的反射面之间的位置差。进一步，可以抑止当作为分离体的两个镜基座附接于旋转轴22时可能造成的围绕Z轴的旋转位置差和沿倾斜方向(相对于XY平面倾斜的方向)的位置差。

例如，可以通过成型等技术，以高精度的表面精度制造如图23所示的具有不同倾斜角的两个偏转面，且也可以容易地将具有平面形状的反射镜与每个偏转面集成，从而可以调整整合的偏转反射镜的面的形状，以便高精度地控制偏转面和相应反射面的旋转位置。

《第五变形实施例》

如图24所示，第五变形实施例中，光接收部分的构造与上述实施例和上述变形实施例不同。

除聚光透镜42之外，第五变形实施例中的光接收部件400还包括发射由目标反射后且经过一个反射镜和聚光透镜42并朝向光接收元件44的镜部件402。也就是，在第五实施例中，光接收元件44坐落在与经过聚光透镜42的激光光束光路偏离的位置(例如，在聚光透镜42的光轴的+Z侧)。

同时，来自光源装置的激光光束被目标散射向各个方向，只有通过基本上与入射到目标光路相同的光路而返回到一个反射镜的激光光束进入到聚光透镜42。在这种情况下，一个反射镜反射的部分散射光进入到聚光透镜42，因此，激光光束穿过聚光透镜42的整个有效范围。相应地，需要聚光透镜42来消除其球面像差，期望的是聚光透镜42的进入面(曲面)具有非球面形状。

进一步，目标的部分反射光穿过聚光透镜42，随后，其传播方向被镜部件402改变(反射)，并被引导到光接收元件44。在这种情况下，可以减小放置光接收部分的空间，因此，获得装置的小型化。

《第六变形实施例》

如图25所示，第六变形实施例中的光接收部分的构造不同于上述第五变形实施例。

第六变形实施例中的光接收部分500包括具有第五变形实施例的聚光透镜42功能和镜部件402功能的聚光镜502。聚光镜502具有凹面镜502a，其中，来自一个反射镜的反射光被凹面镜502a朝向光接收元件44反射，并会聚在光接收元件44上。

在这种情况下，与第五变形实施例相比，可以减少光接收部分500的部件数量，可以容易地定位这些部件。

本发明并不限于上述每个实施例或每个变形实施例，可以对其进行多种修改。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，光源装置包括多个光发射部分但可只具有其中之一。在这种情况下，光源装置可以引导从一个光发射部分发射的一个激光到第一或第二偏转面。结果是，可以在水平方向上扫描沿目标Z轴方向上并置的两个照射区域每一个。进一步，光源装置可以将从一个光发射部件发射的一个激光光束分为在Z轴方向分离的N(N≥2)个的激光光束，例如，通过使用例如波束分割器、半反射镜、棱镜、或分色镜中的至少一个光束分割元件，并引导被分割的N个激光光束到第一或第二偏转面。结果是，可以在水平方向上扫描沿目标Z轴方向上并置的N×2个照射区域之一。另外，“在Z轴方向分离的N个激光光束”可以是相互成角度的，或相互平行的。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，偏转器(或偏转反射器)包括两个偏转面和反射面每一个，但是也可以包括三个或更多偏转器和反射器每一个。在这种情况下，但是，有必要的是，相对于旋转轴22轴线的各个偏转面的倾斜角相互不同。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，反射器的两个反射面(或偏转反射器)相互平行并平行于旋转轴22的轴线，但并不限于此，其中，本质上，仅需要的是，安置两个反射面中的每个以使得被相应的偏转面偏转的且被目标反射的部分激光光束被引导到聚光元件(聚光透镜42或聚光镜502)。在这种情况下，可以额外提供用于将一个反射面反射的激光光束引导到聚光元件的至少一个光部件。进一步，基于每个反射面的安置，聚光元件的安置可能被改变。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，旋转轴22的轴线平行于Z轴，但也可以例如，平行于与Z轴相交的一个轴，例如X轴或Y轴。在这种情况下，但是，有必要基于旋转轴22轴线的延伸方向来安置光源装置，偏转器和反射器(或偏转反射器)，光接收部分，驱动装置21和测量处理装置。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，第一和第二偏转面相对于旋转轴22轴线的倾斜角的值和方向分别相同和不同，但并不限于此，其中，例如，倾斜角的值和方向可以分别相同和不同，或倾斜角的值和方向均不同，其中，实际上，既需要的是，倾斜角是互相不同的。在这种情况下，在从第一和第二偏转面沿Z轴方向并置的多个激光光束中，从第一和第二偏转面而来的多个激光光束的光路可相对于Z轴方向相互重叠，或可在临近的两个激光光束光路之间产生间隔。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，通过使用沿着在Z轴方向上分离的两个光路上传播的两个激光光束LB1和LB2，和具有互不相同倾斜角的两个偏转镜(或偏转反射镜)，目标的测量范围(照射范围)在垂直方向上一分为四，但该测量区域可以在垂直方向上被分为更多或更少的部分。

也就是，在根据本发明实施例的距离测量装置中，可以使用沿着在Z轴方向上分离的多个光路传播的多个激光光束或一个激光光束和倾斜角互不相同的多个偏转镜(偏转反射镜)，以便在垂直方向上将目标的测量范围(照射范围)分割为多个部分，可以使光发射元件(一个或多个)的数量少于或等于激光光束(一个或多个)的数量。然后，当光源装置包括多个光发射部分，由于多个光发射部分的光发射正时互不相同，所以可以减少光发射元件(一个或多个)的数量。另外，可以通过例如，增加或减少光发射部分(一个或多个)的数量或光源的光发射区域(一个或多个)的数量，或使用上述至少一个光束分割元件将光源的激光光束分割为多个光束，来调整激光光束(一个或多个)的数量。

具体地，沿着分别在Z轴方向上分离的三个光路传播的三个激光光束，倾斜角互不相同的两个偏转镜(或偏转反射镜)被使用。在这种情况下，可以在垂直方向上将测量范围分为六个。在这种情况下，当光源装置包括三个能分别发射激光光束的光发射部分时，由于三个光发射部分的光发射的互不相同的正时，六个激光光束以不同正时入射到光接收元件上，因此，一个光接收元件就足够了。

进一步，可以分别使用在Z轴方向分离的两个光路上传播的两个激光光束和倾斜角互不相同的三个偏转镜(或偏转反射镜)，以便在垂直方向上将测量范围一分为六。在这种情况下，两个激光光束的发散角相同，且两个激光光束的输出角之间的差设置为每个激光光束发散角的三倍，而两个激光光束光路之间的非发射区域的发散角设置为每个激光光束的发散角的两倍。然后，优选的是，将三个偏转镜的倾斜角如此设置，使得在一个偏转镜的两个激光光束光路之间的区域中，从另两个偏转镜(或偏转反射镜)每个而来的一个激光光束的光路在Z轴方向临近定位。结果是，可以在从三个偏转镜(或偏转反射镜)每个而来的两个激光光束的光路之间相互内插一区域。

也就是，在Z轴方向分离的光路上的多个激光光束的各发散角是相同的，多个激光光束中的在临近光路上的两个激光光束光路之间的区域的发散角是多个激光光束中的每个的发散角的整数倍。然后，仅需要的是，如此设置多个偏转面的倾斜角，使得在由多个偏转面中的一个偏转面偏转的多个光束中在临近光路上的两个光束光路之间区域中，由上述多个偏转面中的一个偏转面之外的偏转面偏转的多个光束中的一个光束的光路被定位。

进一步，在上述第一、第二和第三变形实施例中，两个临近的光发射区域中心之间的间隔(光发射中心间隔)是在Z轴方向的每个光发射区域的宽度的两倍，但并不限于此，其中，实际上，只要是偶数倍即可。在这种情况下，例如，可以如此安置一个耦合透镜，使得其光轴位于两个临近的光发射区域中心之间的中心位置，结果是，可以通过耦合透镜，分别以输出角-θ和θ从两个光发射区域发射沿Z轴方向上分离的两个激光光束。

不管哪种情况，根据本发明实施例的距离测量装置，由于多个偏转镜可以(交替地)以不同的正时来偏转来自光源装置的激光光束，因此，光接收元件(一个或多个)的数量少于或等于来自光源装置的在Z轴方向分离的光路上的激光光束数量便足够了。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，作为时间调制激光光束波形的脉冲波形如此使用，使得非常短的时间周期(几个纳秒(nsec)-100纳秒(nsec))的光发射以恒定时间间隔重复，都是通过提供如正弦波或三角波这样的光强调制的光源而发射经强度调制的激光光束。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，激光光束由-X方向入射到一个偏转面，但并不限于此，其中，例如，由+X方向、+Y方向、-Y方向等的入射也是可以的，实际上，也可以仅需要由围绕旋转轴22的任意方向的入射。另外，光接收部件的位置会被改变，依赖于入射方向，或者提供至少一个用于将光从一个反射镜引导到聚光透镜(聚光镜)的光部件。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，光源装置的两个光发射部分(或光发射区域)的激光光束的光路互不平行，但也可以互相平行。具体地，仅需要的是，两个光发射部分的发射方向平行，以便两个光发射部分之间的间隔增加，或者来自至少一个光发射部分的激光光束的光路移向远离另一个激光光束的光路的方向。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，目标的四个照射区域互不重叠，但各照射区域可以互相重叠，以便避免测量不足。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，每个照射区域沿垂直方向的宽度优选的是在水平方向上在所需扫描范围之内恒定，但垂直方向的照射区域宽度可以随着在沿水平方向的所需的扫描范围之外沿水平方向的输出角的改变而改变。

在上述每个实施例或每个变形实施例中(除了第三变形实施例(部分2))，来自光源装置的两个激光光束的光路只在Z轴方向分离，其中，实际上，仅需要的是，至少在Z轴方向上分离。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，光源装置可包括边缘发生激光器或表面发生激光器，也可以包括其它激光器。

根据本发明实施例的距离测量装置的光源装置的构造并不限于上述每个实施例或每个变形实施例中的构造，而是可以进行适当的修改。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，每个偏转面安置在相应的反射面的+Z侧，但也可以安置在其-Z侧。

在上述每个实施例或每个变形实施例中，偏转器或反射器(或偏转反射器)固定在旋转轴22上，以被围绕平行于Z轴的轴线旋转地驱动，但并不限于此，其中，例如，整合的偏转器和反射器或偏转反射器可以设置在具有平行于Z轴的固定轴上，围绕该固定轴的轴线可旋转。但是，为了整合偏转器和反射器，有必要通过连接部件来连接偏转器和反射器。

在上述每个实施例中，光源装置发射的激光光束LB1和LB2的发散角相等，但也可以相互不相等。

[附录]

<距离测量装置的示例性实施例(一个或多个)>

本发明至少一个实施例涉及距离测量装置，更具体地，涉及用光照射目标并接收其反射的光的距离测量装置，以便测量距目标的距离。

至少一个本发明实施例的目标是提供能够短时间测量距目标表面上多个位置的距离的距离测量装置，同时由于其简单构造而抑制成本增加。

本发明的至少一个实施例涉及用光照射目标并接收其反射的光的距离测量装置，以便测量距目标的距离，其中，距离测量装置包括：具有至少一个光发射部分的光源装置：偏转部分，围绕预定轴线可旋转并具有将来自光源装置的光朝向目标反射的多个偏转面：反射部分，围绕轴线可旋转、与偏转部分整合、且具有多个反射面，所述多个反射面设置为独立地对应多个偏转面且将从对应偏转面反射的和从目标反射的一部分光进行反射；和光接收部分，具有用于接收反射部分所反射的光的至少一个光接收元件，其中，多个偏转面相对于轴线的各倾斜角互不相同。

实施例(1)是用光照射目标并接收其反射的光的距离测量装置，以便测量距目标的距离，其中距离测量装置的特征是包括：具有至少一个光发射部分的光源装置；偏转部分，其围绕预定轴线可旋转地设置并具有将光源装置的光朝向目标反射的多个偏转面；反射部分，其旋转地围绕轴线、与偏转部分整合、且具有多个反射面，所述多个反射面设置为独立地对应于多个偏转面且将从对应偏转面反射的和从目标反射的一部分光进行反射；和具有用于接收从反射部分反射的光的至少一个光接收元件，其中，多个偏转面相对于轴线的各倾斜角互不相同。

实施例(2)是如实施例(1)所述的距离测量装置，其特征是光源装置发射相对于至少平行于轴线的方向相互分离的光路上的多个光束，至少一个光接收元件的数量小于或等于多个光束的数量。

实施例(3)是如实施例(2)所述的的距离测量装置，其特征是各个多个光束的相对于平行于轴线的方向的发散角彼此相同，其中，多个激光光束中的在相邻光路上的两个光束的光路之间的区域的发散角是发散角的整数倍，其中如此设置多个偏转面的倾斜角，使得在由多个偏转面中的一个偏转面反射的多个光束中在相邻光路上的两个光束的光路之间的区域中，由多个偏转面中的所述那个偏转面之外的偏转面反射的多个光束中的一个光束的光路被定位。

实施例(4)是如实施例(1-3)中任一实施例所述的的距离测量装置，其特征是，至少一个光发射部分是用于每个发射脉冲光的多个光发射部分，且多个光发射部分的光发射正时互不相同。

实施例(5)是如实施例(4)所述的距离测量装置，其特征是用于发射光的两个光发射部分的光发射正时之间的时间差设置为大于或等于3微秒(μs)且小于或等于100微秒(μs)，其中多个光发射部分的两个光发射部分设置为连续发射光。

实施例(6)是如实施例(4)或(5)所述的距离测量装置，其特征是多个光发射部分设置为在平行于轴线的方向并置，其中，相对于平行于轴线的方向多个光发射部分的各光发射区域的长度彼此相同，其中，相对于平行于轴线的方向两个相邻光发射区域的中心之间的距离是相对于平行于轴线的方向的光发射区域长度的偶数倍。

实施例(7)是如实施例(6)所述的距离测量装置，其特征是光源具有层叠结构，其通过层叠包括具有多个光发射区域的层的多个层而提供，其中，多个光发射区域在具有多个光发射区域的层上相互分离。

实施例(8)是如实施例(4-7)中任一实施例所述的距离测量装置，其特征是进一步包括：多个耦合透镜，其安置在多个光发射部分和偏转部分之间的多个光束的各光路上，且具有正交于轴线的相应光轴，其中多个光发射部分如此设置，使得在其发射方向延伸的各中心线与轴线正交，在沿平行于轴线的方向上分离，其中，多个光发射部分的多个中心线在多个耦合透镜中位于沿平行于轴线的方向的一例和另一侧的两个耦合透镜的光轴之间。

实施例(9)是如实施例(4-7)中任一实施例所述的距离测量装置，其特征是进一步包括：多个耦合透镜，其安置在多个光发射部分和偏转部分之间的多个光束的各光路上，其中多个光发射部分如此安置，使得它们的各中心线相对于正交于轴线的方向而倾斜不同的角度，其中，多个光发射部分各中心线平行于相应耦合透镜的光轴。

实施例(10)是如实施例(4-9)中任一实施例所述的距离测量装置，其特征是光源装置如此设置，使得多个光发射部分包括布置成一维阵列布置的表面发射激光器的阵列。

实施例(11)是如实施例(10)所述的距离测量装置，其特征是一维阵列的方向相对于平行于轴线的方向倾斜。

实施例(12)是如实施例(1-11)中任一实施例所述的距离测量装置，其特征是多个偏转面的各倾斜角不相同，取决于沿偏转面的相对于正交于轴线的方向的光入射位置。

实施例(13)是如实施例(1-12)中任一实施例所述的距离测量装置，其特征是多个偏转面与相应的多个反射面整合。

实施例(14)是如实施例(1-13)中任一实施例所述的距离测量装置，其特征是光接收部分进一步包括聚光透镜，该聚光镜适于向至少一个光接收元件反射且在光接收元件上会聚从多个反射面反射的各光束。

根据至少一个本发明实施例，可以短时间测量距目标表面多个位置的距离，同时由于简单构造而抑制成本增加。

虽然参考附图描述了本发明的实施例和特定例子，但本发明并不限于任何实施例和特定例子，实施例和特定例子可以在不偏离本发明宗旨的情况下被改变、修正或联合。

本申请基于2012年2月22日的日本专利申请No.2012-035839的优先权的权益，其整个内容在此引用作为参考。

Claims

1.一种距离测量装置，适于用光照射目标并接收其反射的光，以便测量距目标的距离，其特征是包括：具有至少一个光发射部分的光源装置；偏转部分，其围绕预定轴线可旋转地设置并具有适于将光源装置的光反射到目标的多个偏转面；反射部分，其围绕轴线可旋转、与偏转部分整合、且具有多个反射面，所述多个反射面设置为独立地对应多个偏转面且将从对应偏转面反射的和从目标反射的一部分光进行反射；和光接收部分，具有用于接收反射部分所反射的光的至少一个光接收元件，其中，多个偏转面相对于轴线的各倾斜角互不相同。

2.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，光源装置发射相对于至少平行于轴线的方向相互分离的光路上的多个光束，至少一个光接收元件的数量小于或等于多个光束的数量。

3.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中，各个多个光束的相对于平行于轴线的方向的发散角彼此相同，其中，多个光束中的在相邻光路上的两个光束的光路之间的区域的发散角是所述发散角的整数倍，其中如此设置多个偏转面的倾斜角，使得在由多个偏转面中的一个偏转面反射的多个光束中在相邻光路上的两个光束的光路之间的区域中，定位出由多个偏转面中的所述那个偏转面之外的偏转面反射的多个光束中的一个光束的光路。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的距离测量装置，其中，至少一个光发射部分是适于每个发射脉冲光的多个光发射部分，且多个光发射部分的光发射正时互不相同。

5.根据权利要求4所述的距离测量装置，其中，适于在多个光发射部分中连续发射光的两个光发射部分的光发射正时之间的时间差设置为大于或等于3微秒(μs)且小于或等于100微秒(μs)所述发射光是。

6.根据权利要求4或5所述的距离测量装置，其中，多个光发射部分设置为在平行于轴线的方向并置，其中，相对于平行于轴线的方向多个光发射部分的各光发射区域的长度彼此相同，其中，相对于平行于轴线的方向两个相邻光发射区域的中心之间的距离是相对于平行于轴线的方向的光发射区域长度的偶数倍。

7.根据权利要求6所述的距离测量装置，其中，光源具有层叠结构，其通过层叠包括具有多个光发射区域的层的多个层而提供，其中，多个光发射区域在所述具有多个光发射区域的层上相互分离。

8.根据权利要求4-7中任一权利要求所述的距离测量装置，其中，进一步包括多个耦合透镜，其安置在多个光发射部分和偏转部分之间的多个光束的各光路上，且具有正交于轴线的相应光轴，其中多个光发射部分如此设置，使得在其发射方向延伸的各中心线与轴线正交，在沿平行于轴线的方向上分离，其中，多个光发射部分的多个中心线在多个耦合透镜中位于沿平行于轴线的方向的一侧和另一侧的两个耦合透镜的光轴之间。

9.根据权利要求4-7中任一权利要求所述的距离测量装置，其中，进一步包括多个耦合透镜，其安置在多个光发射部分和偏转部分之间的多个光束的各光路上，其中多个光发射部分如此安置，使得它们的各中心线相对于正交于轴线的方向而倾斜不同的角度，其中，多个光发射部分的各中心线平行于相应耦合透镜的光轴。

10.根据权利要求4-9中任一权利要求所述的距离测量装置，其中，光源装置如此设置，使得多个光发射部分包括布置成一维阵列的表面发射激光器。

11.根据权利要求10所述的距离测量装置，其中，一维阵列的方向相对于平行于轴线的方向倾斜。

12.根据权利要求1-11中任一权利要求所述的距离测量装置，其中，多个偏转面的各倾斜角不相同，取决于沿偏转面的相对于正交于轴线的方向的光入射位置。

13.根据权利要求1-12中任一权利要求所述的距离测量装置，其中，多个偏转面与相应的多个反射面整合。

14.根据权利要求1-13中任一权利要求所述的距离测量装置，其中，光接收部分进一步包括聚光镜，该聚光镜适于向至少一个光接收元件反射且在光接收元件上会聚从多个反射面反射的各光束。