CN106560727A - 位置检测装置和测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种位置检测装置，包括：光发射镜，其绕枢轴进行枢转并反射来自光源的测定光；光接收镜，其绕枢轴进行枢转并反射来自物体的返回光；和光接收元件，从光接收镜接收返回光。当所述光发射镜和所述光接收镜静止时，光接收镜的镜面和枢轴到光接收元件方向之间的第一小角度大于光发射镜的镜面和该方向之间的第二小角度。

Description

位置检测装置和测量方法
技术领域
本发明总体上涉及用于测定至物体的距离的位置检测装置和测量方法。
背景技术
通常，具有使用可移动镜子以在多个方向上发射激光并经由可移动镜子接收被物体反射的激光的测量装置(例如，参见专利文献1)。
[引用列表]
[专利文献]
[专利文献1]WO 2008/149851
然而，关于以上的常规测量装置，到达光接收元件的、来自物体的返回光的量根据可移动镜子的倾斜而变化。因此，在光接收元件中根据物体方向而变化的SN(信/噪)比损害了测距精度的均匀性。
发明内容
根据本发明的一个或多个实施方式，测量装置(位置检测装置)可以增加物体的方向的测距精度均匀性。
根据本发明的一个或多个实施方式，测量装置可以包括：光发射镜，由枢轴支撑进行枢转并反射来自光源的测定光；和光接收镜，由枢轴支撑进行枢转，在与枢轴垂直的方向上具有预定镜子宽度并反射来自物体的返回光。在镜子宽度在光接收元件方向上的投影尺寸作为开口宽度的情况下，当光发射镜和光接收镜静止时，光接收镜以与由光发射镜发出的测定光平行的方式，将入射的光从光接收元件的方向向开口宽度增加的旋转方向倾斜的方向反射。
在镜子宽度的光接收光轴方向上的投影尺寸根据光接收镜的倾斜而不同。因此，在光接收元件处的光的光接收强度根据投影尺寸而改变。光接收强度的变化制约取决于物体方向的测距精度的均匀性。
进一步地，在光发射镜的枢转幅度与光接收镜的枢转幅度不同的情形下，从光接收镜前往光接收元件的光的聚光点在枢转周期内变化。因此，产生由于光的聚光点与光接收元件之间的偏移造成的周期性光接收损失，并制约取决于物体的方向的测距精度均匀性。
与其对比，根据本发明的一个或多个实施方式，当光发射镜和光接收镜静止时，从光接收镜前往光接收元件的光的光轴从光接收元件的方向向光接收镜的开口宽度增加的旋转方向倾斜。
根据该配置，由于光轴偏移造成光接收损失的光接收镜的倾斜位置接近光接收镜的枢转范围的两个末端当中的、开口宽度较小的小开口端。因此，由于在小开口端处光轴偏移造成的光接收损失减少，由于光轴偏移造成的开口宽度和光接收损失的缩减的协同作用，从而缓解了光接收强度过度降低的不便。此外，在光接收镜的枢转范围的两个末端当中，在开口宽度看起来更宽的大开口端处，因为由于光轴偏移造成的光接收损失反而增加，因此，缓解了光接收强度过度增加的不便。
因此，通过抑制光接收强度的变化，物体的方向的测距精度均匀性得以改善。
进一步地，根据本发明的一个或多个实施方式，当光发射镜和光接收镜枢转时，在从枢转中心向开口宽度减小的旋转方向倾斜的位置，光接收镜可以在光接收元件的方向上，反射以与从光发射镜发出的测定光平行的方式入射的光。
根据该配置，在小开口端处，从光接收镜前往光接收元件的光的光轴与光接收元件的光轴之间的偏移量缩小一定程度。因此，在一定程度上改善了物体的方向的测距精度均匀性。
进一步地，根据本发明的一个或多个实施方式，在开口宽度减小的旋转方向中的枢转末端，光接收镜可以在光接收元件的方向上反射以与从光发射镜发出的测定光平行的方式入射的光。
根据该配置，在小开口端处，由于光的光轴与光接收元件的光轴之间的偏移引起的光接收强度降低得以抑制；因此，物体的方向的测距精度均匀性得以改善。
进一步地，根据本发明的一个或多个实施方式，光接收元件和光源可以围绕枢轴布置在同一方向上，当光发射镜和光接收镜静止时，光接收镜的镜面可以从光发射镜的镜面向开口宽度增加的旋转方向倾斜。
根据该配置，在小开口端处，从光接收镜前往光接收元件的返回光的光轴与光接收元件的光轴之间的偏移量缩小一定程度。因此，在一定程度上改善了物体的方向的测距精度均匀性。
进一步地，根据本发明的一个或多个实施方式，光接收镜的镜面可以从光发射镜的镜面、以等于光接收镜的枢转幅度和光发射镜的枢转幅度之间的差的一半的角度倾斜。
根据该配置，在小开口端处，由于光的光轴与光接收元件的光轴之间的偏移引起的光接收强度降低得以抑制；因此，物体的方向的测距精度均匀性得以改善。
进一步地，根据本发明的一个或多个实施方式，光源可以被布置于枢轴周围、从光接收元件的方向向开口宽度增加的旋转方向倾斜，并且当光发射镜和光接收镜静止时，光接收镜的镜面和光发射镜的镜面可以是平行的。
根据该配置，在小开口端处，从光接收镜前往光接收元件的返回光的光轴与光接收元件的光轴之间的偏移量缩小一定程度。因此，在一定程度上改善了物体的方向的测距精度均匀性。
进一步地，根据本发明的一个或多个实施方式，光源和光接收元件可以布置于枢轴周围，以等于光接收镜的枢转幅度和光发射镜的枢转幅度之间的差的角度倾斜。
根据该配置，在小开口端处，由于光的光轴与光接收元件的光轴之间的偏移引起的光接收强度降低得以抑制；因此，物体的方向的测距精度均匀性得以改善。
进一步地，根据本发明的一个或多个实施方式的测量装置还包括：在所述光接收镜与所述光接收元件之间的聚光透镜。当光接收镜处于开口宽度增加的旋转方向上的枢转末端时，以与从光发射镜发出的测定光平行的方式入射并被光接收镜反射的一部分光的光通量偏离聚光透镜。
根据该配置，当光接收镜处于枢转范围的大开口端处时，能够更有效地降低光接收强度；因此，物体的方向的测距精度均匀性得以改善。
进一步地，根据本发明的一个或多个实施方式，光接收镜和光发射镜可以通过在与枢轴垂直的方向上分开的两个连接轴连接。
即使使用如此配置的光接收镜，也能够得到与上文类似的效果。
根据本发明的一个或多个实施方式，位置检测装置可以包括：光发射镜，其绕枢轴进行枢转并反射来自光源的测定光；光接收镜，其绕枢轴进行枢转并反射来自物体的返回光；和光接收元件，其从光接收镜接收返回光。光接收镜的镜面和枢轴到光接收元件方向之间的第一小角度大于光发射镜的镜面和该方向之间的第二小角度。
根据本发明的一个或多个实施方式，位置检测装置可以包括：光发射镜，其绕枢轴进行枢转并反射来自光源的测定光；光接收镜，其绕枢轴进行枢转并反射来自物体的返回光；和光接收元件，其从光接收镜接收返回光。光接收镜的镜面和光发射镜的镜面可以是平行的。光接收镜的镜面和枢轴到光接收元件方向之间的第一小角度可以大于光接收镜的镜面和枢轴到光源方向之间的小角度。
根据本发明的一个或多个实施方式，用于测量位置检测装置到物体的距离的测量方法，可以包括：通过光发射镜反射，来自光源的测定光；通过光接收镜接收，来自物体入射且与来自光发射镜反射的测定光平行的返回光；通过光接收镜，将以与来自光发射镜反射的测定光平行方式入射的返回光反射至第一方向；通过光接收元件，接收所述返回光。所述第一方向可以在所述第一方向和枢轴到光接收元件的第二方向之间的小角度增大的旋转方向上被倾斜。
根据本发明的一个或多个实施方式的测量装置能够增加取决于物体的方向的测距精度均匀性。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的一个或多个实施方式的测量装置的配置的一个示例的前视图。
图2是示出根据本发明第一实施例的一个或多个实施方式的测量装置的配置的一个示例的俯视图。
图3是示出根据本发明第一实施例的一个或多个实施方式的测量装置的配置的一个示例的俯视图。
图4是示出根据本发明第一实施例的一个或多个实施方式的镜子的整体配置的一个示例的透视图。
图5是示出根据本发明第一实施例的一个或多个实施方式的测量装置的功能配置的一个示例的方块图。
图6A是示出根据本发明第一实施例的一个或多个实施方式的测量装置的基本的光接收操作的一个示例的图。
图6B是示出根据本发明第一实施例的一个或多个实施方式的测量装置的基本的光接收操作的一个示例的图。
图6C是示出根据本发明第一实施例的一个或多个实施方式的测量装置的基本的光接收操作的一个示例的图。
图7是示出相对于光接收镜的倾斜而言的开孔比的一个示例的图。
图8A是示意性示出根据比较例的光学系统的部署的一个示例的图。
图8B是示意性示出根据比较例的光学系统的部署的一个示例的图。
图8C是示意性示出根据比较例的光学系统的部署的一个示例的图。
图9是示出在枢转周期中镜子倾斜的一个示例的图。
图10A是示意性示出根据本发明第一实施例的一个或多个实施方式的光学系统的部署的一个示例的图。
图10B是示意性示出根据本发明第一实施例的一个或多个实施方式的光学系统的部署的一个示例的图。
图10C是示意性示出根据本发明第一实施例的一个或多个实施方式的光学系统的部署的一个示例的图。
图11是示出在枢转周期中镜子倾斜变化的一个示例的图。
图12是相对于光接收镜的倾斜示出光接收强度的一个示例的图。
图13A是示意性示出根据本发明第二实施例的一个或多个实施方式的光学系统的部署的一个示例的图。
图13B是示意性示出根据本发明第二实施例的一个或多个实施方式的光学系统的部署的一个示例的图。
图13C是示意性示出根据本发明第二实施例的一个或多个实施方式的光学系统的部署的一个示例的图。
图14是示出相对于光接收镜的倾斜而言光接收强度的一个示例的图。
图15是示出根据本发明第三实施例的一个或多个实施方式的镜子的配置的一个示例的透视图。
具体实施方式
(第一实施例)
下面将参考附图描述本发明的实施方式。
在本发明的实施方式的以下描述中，提出诸多具体细节以提供对本发明更加彻底的理解。然而，本领域技术人员应当明白的是，在没有这些具体细节的情况下也可以实践本发明。在其他情况下，并未详细描述熟知的特征以避免使本发明变得模糊。
进一步地，以下各个图是示意图并且未必精确示出。在各个图中，用相同的附图标记表示基本相同的配置，并且省去或简化了多余的描述。
(测量装置的基本结构)
根据本发明的一个或多个实施方式的测量装置是利用光来测定至物体的距离的设备。例如，测量装置通过发出对该测量装置外部的目标范围进行扫描的测定光并接收来自物体(其在目标范围内)的该测定光的返回光来测定其自身与该物体之间的距离。
首先，将描述根据本发明的一个或多个实施方式的测量装置的基本结构。
图1是示出测量装置(位置检测装置)100的配置的一个示例的前视图。
如图1所示，测量装置100包括外壳110、光源120、光学光发射器130、镜子140、遮光板147、光学光接收器150和光接收元件160。光学光发射器130具有准直透镜132。镜子140具有由枢轴146支撑的光发射镜141和光接收镜142。光学光接收器150具有聚光透镜152。
外壳110的内部空间被遮光板147分成光发送区域101和光接收区域102。
图2是示出测量装置100的光发送区域101的配置的一个示例的俯视图。如图2所示，光源120、光学光发射器130和光发射镜141置于光发送区域101中。
光源120是发出测定光的光源。可以通过例如激光二极管来配置光源120。
光学光发射器130通过准直透镜132校准从光源120发出的测定光121并将其照射至光发射镜141。光学光发射器130还可以使用狭缝板(未示出)进一步调整测定光121的发射方向。
光发射镜141由枢轴146支撑而在枢转范围Bt内枢转并沿目标范围A中的方向反射来自光源120的测定光121。由光发射镜141反射的测定光121从外壳110中设置的光发送窗口111发射到测量装置100外部。
遮光板147防止光发送区域101中出现的杂散光进入光接收区域102。“杂散光”是指在光发射镜141的表面、光发送窗口111的内表面等受到漫反射并在其进入光接收区域102时引起测距精度降低的测定光121。
从光发送窗口111发射到测量装置100外部的测定光121到达目标范围A中的物体901和902并在物体901和902处受到漫反射。
图3是示出测量装置100的光接收区域102的配置的一个示例的俯视图。如图3所示，光接收镜142、光学光接收器150和光接收元件160置于光接收区域102中。
在物体901、902处受到漫反射的测定光121的、返回至测定光121的来向方向的返回光161变成从设置在外壳110中的光接收窗口112入射至测量装置100的里面。
光接收镜142由枢轴146支撑而枢转并向光接收元件160反射所述返回光161。
光学光接收器150通过聚光透镜152将光接收镜142反射的返回光161聚集到光接收元件160。光学光接收器150还可以进一步使用带通滤波器(未示出)去除除测定光之外波长的噪音光。
光接收元件160是根据成为入射至其的返回光161的强度产生电信号的元件。可以通过例如雪崩光电二极管来配置光接收元件160。
(镜子的整体配置)
下一步，描述镜子140的整体配置的一个示例。
图4是示出镜子140的整体配置的一个示例的透视图。图4示出完整的镜子140，其包括图2中的光发射镜141和图3中的光接收镜142。作为一个示例，镜子140被配置成使光发射镜141和光接收镜142的各自的背面(反射面的对立面)固定于长条形的枢轴146上。
光发射镜141和光接收镜142例如是金属膜镜子。例如通过冲压出金属片来形成枢轴146。此外，尽管未示出，但是与枢轴146的上端和下端连接的固定部分可以从同一金属片冲压出并且枢轴146可以经由该固定部分被固定至外壳110。
通过向镜子140施加围绕枢轴146周期性变化的力矩，使镜子140绕枢轴146枢转。因此，枢轴146用作扭杆弹簧并且镜子140作为谐振扫描镜，该谐振扫描镜的自然频率由围绕枢轴146的转动惯量和枢轴146的扭转弹簧常数确定。
向镜子140施加力矩的致动器无特别限制。作为一个示例，能够使用利用电磁力、静电力或压电移位的致动器。
(测量装置的功能配置)
接下来描述测量装置100的功能配置。
图5是示出测量装置100的功能配置的一个示例的方块图。如图5所示，测量装置100在功能上包括：光源120；光学光发射器130；镜子140，其包括光发射镜141和光接收镜142；光学光接收器150；光接收元件160；光源驱动器170；镜子驱动器180；和控制器190。
光源驱动器170驱动光源120。例如，光源驱动器170使光源120根据从控制器190输出的调制信号发射激光。
镜子驱动器180驱动镜子140(即，光发射镜141和光接收镜142)。例如，镜子驱动器180产生驱动电流用于基于来自控制器190的驱动信号驱动镜子140。镜子驱动器180向致动器(未示出)输出所产生的驱动电流。因此，光发射镜141和光接收镜142通过致动器整体围绕枢轴146枢转。
控制器190是控制测量装置100的控制器。控制器190例如由系统LSI(大规模集成)、IC(集成电路)、微控制器等来构成。
具体地，控制器190控制光源驱动器170和镜子驱动器180。例如，控制器190向光源驱动器170输出调制信号并向镜子驱动器180输出驱动信号。例如，控制器190输出驱动信号。
进一步地，控制器190基于从光源120发出的光与由光接收元件160接收的光之间的相位差来计算从测量装置100到物体901、902的距离。具体地，控制器190基于例如向光源驱动器170输出的调制信号和从光接收元件160输入的光接收信号来计算该相位差。利用所计算的相位差，控制器190计算从光源120发出的光到达光接收元件160所需的时间。此外，控制器190通过将所计算的时间的1/2乘以光速来计算从测量装置100到物体901、902的距离。
进一步地，控制器190从光发射镜141的倾斜指定物体901、902相对于测量装置100的方向。在枢转期间光发射镜141的倾斜被定义为光发射镜141围绕枢转轴146的转动角，其中光发射镜141的静止(也就是说，未枢转)位置为基准位置并且顺时针方向为正。
控制器190可以基于来自被布置于预定位置的光电二极管(未示出)的信号来检测光发射镜141的倾斜。该光电二极管可以被布置于一位置，其中当光发射镜141旋转至范围Bt外的预定倾斜时在光发射镜141处反射的测定光121变成入射至该位置。
(基本光接收操作)
下面使用图6A、图6B和图6C描述测量装置100中基本的光接收操作。
图6A、图6B和图6C分别是示意性示出当从枢轴146方向(z轴方向)观察时光接收镜142处于枢转范围的中心、第一末端和第二末端时到达光接收元件160的返回光161的路径的一个示例的图。
在下面的描述中，为了简明而提供以下前提。
在枢转期间光接收镜142的倾斜α被定义为绕枢轴146的转动角，其中光接收镜142的静止(也就是说，停止枢转)位置作为基准位置α0并且顺时针方向为正。该基准位置与光接收镜142的枢转范围的中心通常相同。作为用于说明的非限制性具体示例，光接收镜142在枢转范围的中心处、第一末端处和第二末端处的倾斜分别为α0＝0°、α1＝-22.5°(<0°)和α2＝+22.5°(>0°)。由光轴(从处于静止位置的光接收镜142至光接收元件160)与光接收镜142的法线形成的角度被定义为光接收镜142的安装角度；作为类似的具体示例，其为45°。
在这样的前提下，能够到达光接收元件160的返回光161的入射角θ是光接收镜142的安装角减去光接收镜142的倾斜α所得的角度。也就是说，倾斜α越大，入射角θ越小。
现在，如图6A、图6B和图6C所示，假设返回光161是比光接收镜142更宽延伸的光通量161a。此时，在光通量161a中，在光接收镜142处反射部分的光通量161b到达光接收元件160，但剩余部分的光通量161c不能到达光接收元件160而丢失。
到达光接收元件160的光通量161b的大小(即，在光接收元件160处的返回光161的光接收强度)与从光接收元件160角度看光接收镜142的外观(即，沿连接光接收元件160和光接收镜142的光接收光轴方向的投影形状的大小)成比例。
镜子宽度的投影尺寸(在下文中被称为“开口宽度”)为与光接收镜142的枢轴146垂直的方向(作为一个示例，y方向)上的尺寸，根据光接收镜142的倾斜而在最小值Wmin和最大值Wmax之间变化。然而尽管未示出，但是与光接收镜142的枢轴146平行的方向(z轴方向)上的投影尺寸(在下文中被称为“高”)为常数值H。
因此，在光接收元件160处的返回光161的光接收强度根据光接收镜142的倾斜在与最小开口宽度Wmin对应的光接收强度和与最大开口宽度Wmax对应的光接收强度之间变化。例如通过入射角θ的cosθ值来表示开口比。
在以下描述中，在光接收镜142的枢转范围的两个末端中，其中光接收镜142的开口宽度较小的一端(即上述“第一末端”)被称为小开口端，并且光接收镜142的开口宽度较大的另一端(即上述“第二末端”)被称为大开口端。
图7是示出光接收镜142的倾斜α与开口比θ之间的关系的一个示例的图。在图7中，基于图6A、图6B和图6C中示出，光接收镜142的枢转范围对于倾斜α而言为±22.5°的范围，并且示出开口比，其中当倾斜α为0时到达光接收元件160的返回光161的入射角θ为45°。在图6A、图6B和图6C中的水平轴上一起示出倾斜α和入射角θ。
因此，因为光接收镜142的开口比具有入射角依赖性，所以返回光161在光接收元件160处的光接收强度根据物体的方向而变化。这是损害物体的方向的测距精度均匀性的第一原因，该损害已在背景技术部分中指出。
下面描述损害物体的方向的测距精度均匀性的第二原因。
在图6A、图6B和图6C中，未考虑光发射镜141的倾斜与光接收镜142的倾斜之间的偏移。然而，事实上，光发射镜141的倾斜和光接收镜142的倾斜在枢转期间发生偏移。该偏移是由于光发射镜141与光接收镜142之间转动惯量的差异引起，并因为光发射镜141的枢转幅度小于光接收镜142的枢转幅度而产生。
图8A、图8B和图8C分别是示意性示出当从枢轴146的方向(z轴方向)察看时光接收镜142处于枢转范围的中心、小开口端和大开口端时到达光接收元件160的返回光161的路径的一个实际示例的图。在图8A、图8B和图8C中，作为一个示例，光源120和光接收元件160在同一方向上布置于枢轴146周围并且使光发射镜141的枢转幅度比光接收镜142的枢转幅度小2δ。
图8A中的部署与光发射镜141和光接收镜142静止时的部署相同。在图8A中，光发射镜141的倾斜α0与光接收镜142的倾斜α0匹配。因此，返回光161的光轴与光接收元件160的光轴162匹配。
在图8B中，光发射镜141的倾斜α1t从光接收镜142的倾斜α1偏移+δ。因此，返回光161的光轴从光接收元件160的光轴162偏移2δ。
在图8C中，光发射镜141的倾斜α2t从光接收镜142的倾斜α2偏移-δ。因此，返回光161的光轴从光接收元件160的光轴162偏移2δ。
图9是示出在一个枢转周期内光发射镜141的倾斜、光接收镜142的倾斜、和光发射镜141与光接收镜142之间的倾斜偏移的的变化的一个示例的图。如图9所示，在枢转中心处，光发射镜141的倾斜与光接收镜142的倾斜匹配，但离开枢转中心时差异增大且在两个枢转末端处偏移±δ。
从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161的光轴与光接收元件160的光轴162之间的偏移由于光发射镜141的倾斜与光接收镜142的倾斜之间的偏移而产生。因此，产生光接收损失并且在光接收元件161中返回光161的光接收强度降低。光接收损失可以包括例如聚光透镜152的聚光误差(图8B,图8C)和一部分返回光161相对于聚光透镜152的偏离(图8C)。
这样的光接收损失是损害物体的方向的测距精度均匀性的第二原因。
通过开口宽度的入射角依赖性(其为上述第一原因)与第二原因结合，当光接收镜142处于枢转范围的小开口端(图8B)时进一步降低光接收强度，并且物体的方向的测距精度均匀性受到更大损害。
(光学系统部署的改善)
因此，本发明人提出对光源120、光发射镜141、光接收镜142和光接收元件160的改善部署。所提出的部署在于：当光发射镜141和光接收镜142静止时，光接收镜142将自光接收元件160的方向倾斜的方向上的返回光161反射至开口宽度增加的方向。光发射镜141和光接收镜142静止被定义为光发射镜141和光接收镜142未枢转并保持稳定静止，并且不包括当角速度在两个枢转末端处变成0的瞬间静止。
下面描述具有根据本发明第一实施例的一个或多个实施方式的部署的测量装置100的一个示例。
图10A、图10B和图10C分别是示意性示出当从枢轴146的方向(z轴方向)察看时光接收镜142处于枢转范围的中心、小开口端和大开口端时到达光接收元件160的返回光161的路径的一个实际示例的图。
在图10A、图10B和图10C中，与图8A、图8B和图8C类似，光源120和光接收元件160在枢轴146周围在同一方向上，并且使光发射镜141的枢转幅度比光接收镜142的枢转幅度小2δ。
图10A中的部署与光发射镜141和光接收镜142静止的部署相同。如图10A所示，光接收镜142的倾斜α0r是从光发射镜141的倾斜α0向光接收镜142的开口宽度增加的方向(右旋转方向)(从枢轴146的方向(z轴方向)察看)偏离。
也就是说，在图10A所示光学系统的部署中，处于枢转中心(或静止)的光接收镜142的镜面故意从处于枢转中心(或静止)的光发射镜141的镜面向光接收镜142的开口宽度增加的方向倾斜一角度δ。换句话说，光接收镜142的镜面和枢轴146到光接收元件160的方向之间的小角度(第一小角度)大于光发射镜的镜面和该方向之间的小角度(第二小角度)。
根据该部署，与在光接收镜142的倾斜和光发射镜141的倾斜中未设置故意偏移的情形相比，从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161的光轴向光接收镜142的开口宽度增加的方向倾斜一角度2δ。
因此，从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161的光轴与光接收元件160的光轴162之间的偏移量在光接收镜142的枢转范围的小开口端处缩小并在大开口端处增大。因此，当光接收镜142在枢转范围的小开口端处时，光接收强度的降低得到缓和；因此，物体的方向的测距精度均匀性得到改善。
光接收镜142与光发射镜141偏移的角度δ可以与光接收镜142的枢转幅度与光发射镜141的枢转幅度之间的差的一半相等。
根据该部署，如图10B所示，光接收镜142在枢转范围的小开口端处时向光接收元件160的方向反射返回光161。
因此，在小开口端处，由于返回光161的光轴与光接收元件160的光轴162之间的偏移引起的光接收强度降低得以抑制；因此，物体的方向的测距精度均匀性得到改善。
进一步地，如图10C所示，当光接收镜142处于枢转范围的大开口端处时，在从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161当中，从聚光透镜152偏离的光通量161d比未提供所述故意偏移的情形增加更多。
因此，当光接收镜142在枢转范围的大开口端处时，能够更有效地降低光接收强度；因此，物体的方向的测距精度均匀性得以改善。
图11是示出在一个枢转周期内光发射镜141的倾斜变化、光接收镜142的倾斜变化和在光发射镜141与光接收镜142之间提供故意倾斜偏移的配置下的倾斜偏移的变化的一个示例的图。与图9相比，倾斜偏移发生偏移使得在枢转范围的小开口端处变成0。
图12是概念性示出光接收强度对光接收镜142的倾斜的依赖性的一个示例的图。“倾斜”、“入射角”和水平轴的“光轴偏移”分别是光接收镜142的倾斜、返回光161至光接收镜142的入射角和从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161的光轴与光接收元件160的光轴162之间的偏移量，并示出与图10A、图10B和图10C中的图示一致的关联。
“开口宽度依赖性”表示与入射角对应的开口宽度。光接收镜142的开口宽度与光接收镜142的倾斜正相关。
“偏移量依赖性”表示由于根据从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161的光轴与光接收元件160的光轴162之间的偏移量产生的光接收损失而产生的光接收强度比例的衰减。取决于光轴偏移的光接收损失包括聚光误差和一部分返回光161相对于聚光透镜152的偏离，并且偏移量越大，光接收损失越大。
“总强度”表示开口宽度依赖性与偏移量依赖性的乘积。关于该总强度，通过开口宽度依赖性与偏移量依赖性(其分别与倾斜正相关和负相关)相乘，关于光接收镜142的倾斜(即，物体的方向)的变化被抑制。
光接收镜142从光发射镜141偏移的角度δ不需要与光接收镜142的枢转幅度与光发射镜141的枢转幅度之间的差的一半完全相等，并且如果其为光接收镜142的开口宽度增加的方向上的角度，则是足够的。
根据该配置，当枢转中的光接收镜142处于从枢转中心向小开口端倾斜一定程度的位置时，光接收镜142向光接收元件160的方向反射返回光161。
因此，在光接收镜142的枢转范围的小开口端处，从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161的光轴与光接收元件160的光轴162之间的偏移量缩小一定程度。因此，能够一定程度上改善物体的方向的测距精度均匀性。
(第二实施例)
在本发明第一实施例的一个或多个实施方式中，通过光源120、光发射镜141、光接收镜142和光接收元件160的特征部署，改善了物体的方向的测距精度均匀性。该部署在于：当光发射镜141与光接收镜142静止时，光接收镜142在从光接收元件160的方向向开口宽度增加的方向倾斜的方向上反射返回光161。
在本发明第二实施例的一个或多个实施方式中，描述这样的部署的另一个具体示例。
下面描述具有根据本发明第二实施例的一个或多个实施方式的部署的测量装置100的一个示例。
图13A、图13B和图13C分别是示意性示出当光接收镜142处于枢转范围的中心、小开口端和大开口端时(从枢轴146的方向(z轴方向)察看)到达光接收元件160的返回光161的路径的一个实际示例的图。
图13A中的部署与光发射镜141和光接收镜142静止时的部署相同。图13A中的部署与图10A中的部署不同在于：静止时光发射镜141的镜面与光接收镜142的镜面是平行的，并且光源120布置于从光接收元件160的方向向光接收镜142的开口宽度增加的方向倾斜的枢轴146周围。换言之，光接收镜160(或光发射镜141)的镜面与枢轴146到光接收元件160的方向之间的小角度(第一小角度)可以大于光接收镜160(或光发射镜141)的镜面与枢轴146到光源120方向之间的小角度。
与图10A类似，光发射镜141的枢转幅度在下面被描述为比光接收镜142的枢转幅度小2δ。
在图13A中示出的光学系统中，光源120故意布置于从光接收元件160的方向向开口宽度增加的旋转方向倾斜角度2δ的枢轴146周围。
根据该部署，与在光源120的光轴与光接收元件160的光轴162之间没有设置故意偏移的情形相比，从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161的光轴在光接收镜142的开口宽度增加的方向倾斜角度2δ。
因此，从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161的光轴与光接收元件160的光轴162之间的偏移量在光接收镜142的枢转范围的小开口端处缩小并在大开口端处增大。因此，当光接收镜142在枢转范围的小开口端处时，光接收强度的降低得以缓和；因此，物体的方向的测距精度均匀性得以改善。
光源120的光轴从光接收元件160的光轴162偏移的角度2δ可以等于光接收镜142的枢转幅度与光发射镜141的枢转幅度之间的差值。
根据该部署，如图13B所示，光接收镜142在处于枢转范围的小开口端处时向光接收元件160的方向反射返回光161。
因此，在小开口端处，由于返回光161的光轴与光接收元件160的光轴162之间的偏移引起的光接收强度降低得以抑制；因此，物体的方向的测距精度均匀性得以改善。
进一步地，如图13C所示，当光接收镜142在枢转范围的大开口端处时，在从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161当中，从聚光透镜152偏离的光通量161d比未提供故意偏移的情形增加更多。
因此，当光接收镜142在枢转范围的大开口端处时，能够更有效地降低光接收强度；因此，物体的方向的测距精度均匀性得以改善。
图14是概念性示出光接收强度对光接收镜142的倾斜的依赖性的一个示例的图。“倾斜”、“入射角”和水平轴的“光轴偏移”分别是光接收镜142的倾斜、返回光161向光接收镜142的入射角、和从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161的光轴与光接收元件160的光轴162之间的偏移量，并示出与图13A、图13B和图13C中的图示一致的关联。
“开口宽度依赖性”表示与入射角对应的开口宽度。光接收镜142的开口宽度与光接收镜142的倾斜正相关。
“偏移量依赖性”表示由于根据从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161的光轴与光接收元件160的光轴162之间的偏移量产生的光接收损失而产生的光接收强度比例的衰减。取决于光轴偏移的光接收损失包括聚光误差和一部分返回光161相对于聚光透镜152的偏离，并且偏移量越大，光接收损失越大。
“总强度”表示开口宽度依赖性与偏移量依赖性的乘积。关于该总强度，通过开口宽度依赖性与偏移量依赖性(其分别与倾斜正相关和负相关)相乘，关于光接收镜142的倾斜(即，物体的方向)的变化被抑制。
光源120的光轴从光接收元件160的光轴162偏移的角度2δ不需要与光接收镜142的枢转幅度与光发射镜141的枢转幅度之间的差值完全相等，并且如果其为光接收镜142的开口宽度增加的方向上的角度，则是足够的。
根据该配置，当枢转中的光接收镜142处于从枢转中心向小开口端倾斜一定程度的位置时，光接收镜142向光接收元件160的方向反射返回光161。
因此，在光接收镜142的枢转范围的小开口端处，从光接收镜142前往光接收元件160的返回光161的光轴与光接收元件160的光轴162之间的偏移量缩小一定程度。因此，能够一定程度上改善物体的方向的测距精度均匀性。
(第三实施例)
在本发明第三实施例的一个或多个实施方式中，描述镜子的另一个配置的一个示例。
图15是示出根据本发明第三实施例的一个或多个实施方式的镜子240的配置的一个示例的透视图。如图15所示，镜子240包括通过枢轴246支撑的光发射镜241和光接收镜242。镜子240与图4中的镜子140不同在于：光发射镜241与光接收镜242通过在与枢轴246垂直的方向上分开的两个连接轴243而连接。
作为一个示例，镜子240被配置成使光发射镜141和光接收镜142的各自背面(反射面的对立面)固定于框状的枢轴146上。
光发射镜241和光接收镜242例如是金属膜镜子。例如通过冲压出金属片来形成枢轴246。连接轴243可以是与由同一金属片冲压出的枢轴246连接的部分。可改变遮光板247的开口247a的形状以适于连接轴243。
连接光发射镜241与光接收镜242的、具有如在单个轴中一样的小横截面面积的连接轴可以有利于抑制杂散光；然而，如图15所示，即使在具有多个连接轴243的配置的情形下，通过应用在本发明第一和第二实施例的一个或多个实施方式中描述的配置，能够得到改善物体的方向的测距精度均匀性的效果。
虽然已经就仅仅有限数目的实施方式描述了本公开，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解的是，可以想出各种其他的实施方式而没有背离本发明的范围。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求限定。
[附图标记]
100 测量装置(位置检测装置)
101 光发送区域
102 光接收区域
110 外壳
111 光发送窗口
112 光接收窗口
120 光源
121 测定光
130 光学光发射器
132 准直透镜
140,240 镜子
141,241 光发射镜
142,242 光接收镜
146,246 枢轴
147,247 遮光板
150 光学光接收器
152 聚光透镜
160 光接收元件
161 返回光
161a,161b,161c,161d 光通量
162 光轴
164 枢轴
170 光源驱动器
180 镜子驱动器
190 控制器
243 连接轴
247a 开口
901 物体

Claims (20)

1.一种位置检测装置，包括：
光发射镜，其绕枢轴枢转并反射来自光源的测定光；
光接收镜，其绕所述枢轴枢转并反射来自物体的返回光；和
光接收元件，其接收来自所述光接收镜的所述返回光，其中，
所述光接收镜的镜面和所述枢轴到所述光接收元件的方向之间的第一小角度大于所述光发射镜和所述方向之间的第二小角度。
2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中，所述枢轴、所述光源和所述光接收元件沿着同一条线被布置在与所述枢轴垂直的方向上。
3.根据权利要求1或2所述的位置检测装置，其中，
所述光接收镜的镜面从所述光发射镜的镜面、以等于所述光接收镜的枢转幅度和所述光发射镜的枢转幅度之间的差的一半的角度倾斜。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的位置检测装置，还包括，
所述光接收镜与所述光接收元件之间的聚光透镜；其中
当所述光接收镜在所述第一小角度增加的旋转方向上的枢转范围末端时，一部分所述返回光的光通量偏离所述聚光透镜。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的位置检测装置，其中所述光接收镜和所述光发射镜通过在与所述枢轴垂直的方向上分开的两个连接轴连接。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的位置检测装置，其中光接收镜和光发射镜为金属膜镜子。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的位置检测装置，还包括：
控制器，其根据从所述光源发射的光和由所述光接受元件接收的所述返回光的相位差来计算所述位置检测装置到所述物体的距离。
8.一种位置检测装置，包括：
光发射镜，其绕枢轴枢转并反射来自光源的测定光；
光接收镜，其绕所述枢轴枢转并反射来自物体的返回光；和
光接收元件，其接收来自所述光接收镜的所述返回光，其中，
所述光接收镜的镜面和所述光发射镜的镜面平行，
所述光接收镜的镜面和所述枢轴到所述光接收元件的方向之间的第一小角度大于所述光接收镜和从所述枢轴到所述光源的方向之间的小角度。
9.根据权利要求8所述的位置检测装置，其中，
所述光接收镜的镜面从所述光发射镜的镜面、以等于所述光接收镜的枢转幅度和所述光发射镜的枢转幅度之间的差的一半的角度倾斜。
10.根据权利要求8至9中的任一项所述的位置检测装置，还包括，
所述光接收镜与所述光接收元件之间的聚光透镜；其中，
当所述光接收镜在所述第一小角度增加的旋转方向上的枢转范围末端时，一部分所述返回光的光通量偏离所述聚光透镜。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的位置检测装置，其中所述光接收镜和所述光发射镜通过在与所述枢轴垂直的方向上分开的两个连接轴连接。
12.一种用于测量位置检测装置到物体距离的测量方法，所述测量方法包括：
通过光发射镜反射来自光源的测定光；
通过光接收镜接收来自物体入射、且与来自所述光发射镜反射的所述测定光平行的返回光；
通过所述光接收镜，将以与来自所述光发射镜反射的所述测定光平行方式入射的所述返回光反射至第一方向；并且
通过光接收元件，接收所述返回光，其中
所述第一方向在所述第一方向和所述枢轴到光接收元件的第二方向之间的小角度增大的旋转方向上被倾斜。
13.根据权利要求12所述的测量方法，其中当所述光发射镜和所述光接收镜枢转时，在从枢轴中心向所述小角度减小的旋转方向倾斜的位置上，通过所述光接收镜，将入射的、与从所述光发射镜反射的所述测定光平行的所述返回光反射至所述第二方向。
14.根据权利要求13所述的测量方法，其中所述光接收镜在所述第一小角度减小的旋转方向上的枢转范围末端时，将入射的、与从所述光发射镜反射的所述测定光平行的所述返回光反射至所述第二方向。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的测量方法，其中
所述光源被布置在所述第二方向上，且
当所述光发射镜和所述光接收镜静止时，所述光接收镜的镜面从所述光发射镜的镜面朝所述小角度增加的旋转方向倾斜。
16.根据权利要求15所述的测量方法，其中所述光接收镜的镜面从所述光发射镜的镜面、以等于所述光接收镜的枢转幅度和所述光发射镜的枢转幅度之间的差的一半的角度倾斜。
17.根据权利要求12至14的任一项所述的测量方法，其中
所述光源被布置在所述枢轴周围、从所述光接收元件倾斜向所述小角度增加的旋转方向倾斜；且
当所述光发射镜和所述光接收镜静止时，所述光接收镜的镜面和所述光发射镜的镜面平行。
18.根据权利要求17所述的测量方法，其中所述光源和所述光接收元件被布置在所述枢轴周围、以与所述光接收镜的枢转幅度和所述光发射镜的枢转幅度之间的差相同的角度倾斜。
19.根据权利要去12至18中的任一项所述的测量方法，还包括：
所述光接收镜和所述光接收元件之间的聚光透镜，其中
当所述光接收镜在所述小角度增加的旋转方向上的枢转范围末端时，一部分所述返回光的光通量偏离所述聚光透镜。
20.根据权利要求12至19中的任一项所述的测量方法，其中所述光接收镜和所述光发射镜通过在与所述枢轴垂直的方向上分开的两个连接轴连接。
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