CN111919136A - 距离测定装置 - Google Patents

Abstract

距离测定装置(1)具备：反射镜(34)，相对于旋转中心轴(R10)而倾斜地配置；驱动部(12、23、24)，使反射镜(34)相对于旋转中心轴(R10)旋转；光检测器(37)，检测在测距区域被反射的激光的反射光；以及聚光透镜(35)，被配置于旋转中心轴(R10)上，使被反射镜(34)反射的反射光聚光到光检测器(37)。反射镜(34)具有在一个方向上细长的形状，并被配置成短轴相对于旋转中心轴(R10)在与包含旋转中心轴(R10)的平面平行的方向上倾斜。在与旋转中心轴(R10)平行的方向上观察的情况下，反射镜(34)的短轴方向的宽度小于聚光透镜(35)的透镜部的宽度。

Description

距离测定装置

技术领域

本发明涉及使用光来测定与物体的距离的距离测定装置。

背景技术

以往，使用光来测定与物体的距离的距离测定装置被搭载于各种设备。作为使用光的距离的测定方式，例如已知有利用了三角测量法的方式。在该方式中，设置向目标区域的物体投射光的光源与包括聚光透镜和光检测器的检测光学系统的位置的差(视差)，投射光从物体反射回来在光检测器成像的位置因到物体的距离而不同，利用这一点来测定距离。然而，在该方式中，为了测定远的物体的距离，需要通过几何学原理来增大视差，因此，距离测定装置大型化。作为能够抑制该问题的方式，能够使用根据从出射光起到接受到反射光为止的时间差(飞行时间)来测定到物体的距离的方式等。

在以下的专利文献1中，记载有使用反射镜来使激光旋转的结构的激光扫描仪。在该激光扫描仪中设有相对于旋转中心轴旋转的旋转基板，并在该旋转基板设置用于投射以及受光的光学系统。具体地，发光器被配置成出射光轴与旋转中心轴一致，反射镜被配置成相对于旋转中心轴而倾斜45°。此外，聚光透镜被配置成光轴与旋转中心轴一致，进一步在旋转中心轴上配置受光器。

从发光器出射的激光通过反射镜在与旋转中心轴垂直的方向上被反射，并向目标区域投射。通过旋转旋转基板，对距离测定装置的周围的目标区域扫描激光。来自目标区域的物体的反射光被反射镜反射，通过聚光透镜被聚光到光检测器。根据反射光的有无，来判定在目标区域是否存在物体。此外，到物体的距离通过飞行时间法来测定。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-148605号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的结构中，为了将来自目标区域的反射光取入到聚光透镜，在聚光透镜的上方倾斜地配置有覆盖聚光透镜的整个区域这样大的反射镜。因此，在聚光透镜的上方需要设置用于配置大的反射镜的空间，结果，产生装置的形状在与旋转中心轴平行的方向上大型化的问题。

鉴于该课题，本发明的目的在于，提供一种能够使装置的形状在与反射镜的旋转中心轴平行的方向上小型化的距离测定装置。

用于解决课题的手段

本发明的主要方式涉及使激光相对于旋转中心轴旋转来测定到在测距区域存在的物体的距离的距离测定装置。该方式所涉及的距离测定装置具备：反射镜，相对于所述旋转中心轴而倾斜地配置；驱动部，使所述反射镜相对于所述旋转中心轴旋转；光检测器，检测在所述测距区域被反射的所述激光的反射光；以及聚光透镜，被配置于所述旋转中心轴上，使被所述反射镜反射出的所述反射光聚光到所述光检测器。这里，所述反射镜具有在一个方向上细长的形状，并被配置成短轴相对于所述旋转中心轴在与包含所述旋转中心轴的平面平行的方向上倾斜，当在与所述旋转中心轴平行的方向上观察的情况下，所述反射镜的短轴方向的宽度小于所述聚光透镜的透镜部的宽度。

根据本方式所涉及的距离测定装置，能够减小在与旋转中心轴平行的方向上的反射镜的高度。由此，能够使距离测定装置在旋转中心轴方向上小型化。

发明的效果

如以上，根据本发明所涉及的距离测定装置，能够提供一种能够使装置的形状在旋转中心轴方向上小型化的距离测定装置。

本发明的效果乃至意义通过以下所示的实施方式的说明将更加明确。然而，以下所示的实施方式只是将本发明实施化时的一个示例，本发明并不受以下实施方式所记载的内容的任何限制。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的距离测定装置的结构的立体图。

图2是表示实施方式所涉及的距离测定装置的结构的剖视图。

图3的(a)、(b)分别是在与旋转中心轴平行的方向上观察实施方式所涉及的反射镜和聚光透镜时的俯视图。

图4是表示实施方式所涉及的距离测定装置的电路部的结构的图。

图5的(a)、(b)分别是在与旋转中心轴平行的方向上观察变更例所涉及的反射镜和聚光透镜时的俯视图。

图6的(a)是示意性表示另一变更例所涉及的距离测定装置的结构的侧面透视图，图6的(b)是在与旋转中心轴平行的方向上观察另一变更例所涉及的反射镜和聚光透镜时的俯视图。

其中，附图主要用于说明，并不对该发明的范围进行限定。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。为了方便，在各图中标记有相互正交的X、Y、Z轴。Z轴正方向是距离测定装置1的高度方向。

图1是表示距离测定装置1的结构的立体图。

如图1所示那样，距离测定装置1具备圆柱状的固定部10、和能旋转地配置在固定部10的旋转部20。旋转部20具备有直径不同的两个支承构件21、22。在支承构件21的上表面设置支承构件22，来构成旋转部20。在支承构件22的侧面设置有开口22a。从开口22a朝向测距区域投射激光(投射光)，在测距区域被反射的激光的反射光从开口22a被取入到内部。

旋转部20与Z轴平行，并且以贯穿旋转部20的中心的旋转中心轴R10为中心进行旋转。伴随着旋转部20的旋转，从开口22a投射的激光的光轴以旋转中心轴R10为中心进行旋转。伴随于此，测距区域(激光的扫描位置)也进行旋转。如后述那样，距离测定装置1根据向测距区域投射激光的定时与从测距区域接受到激光的反射光的定时之间的时间差(飞行时间)，来测量到在测距区域存在的物体的距离。通过如上述那样旋转部20围绕旋转中心轴R10旋转一周，距离测定装置1能够测量到在周围360度的范围存在的物体的距离。

图2是表示距离测定装置1的结构的剖视图。

图2中示出了将图1所示的距离测定装置1通过与X-Z平面平行的平面在Y轴方向的中央位置切断时的剖视图。在图2中，利用虚线示出了从光源31出射并朝向测距区域的激光(投射光)，利用一点划线示出了从测距区域反射出的反射光。

如图2所示那样，固定部10具备圆柱状的支承基座11、多个线圈12、磁轭13、和盖14。支承基座11例如用树脂形成。支承基座11的下表面由圆形碟状的盖14堵塞。

支承构件21经由圆筒状的轴承24而被设置于支承基座11。轴承24是在内筒24a和外筒24b之间多个轴承滚珠24c在圆周方向上并排地配置的结构。在支承构件21形成有在Z轴负方向上突出的圆筒形状的筒部21a，在支承基座11形成有在Z轴正方向上突出的圆筒形状的筒部11a。筒部11a的外径略微大于轴承24的内筒24a的内径，筒部21a的内径略微小于轴承24的外筒24b的外径。在筒部11a和筒部21a之间嵌入轴承24，支承构件21能够相对于旋转中心轴R10旋转地被支撑于支承基座11。

在支承基座11，在筒部11a的外侧形成有圆筒状的壁部11b。壁部11b的中心轴与旋转中心轴R10匹配。在壁部11b的外周嵌入有磁轭13。磁轭13具备从环状的基部起以放射状突出的多个突出部13a。周向上的突出部13a的间隔是固定的。在各突出部13a分别卷绕装配有线圈12。

在支承构件21的外周部形成有在周向上连续的阶梯部21b。在该阶梯部21b，在周向上无间隙地设置有多个磁铁23。相邻的磁铁23的内侧的极性相互不同。这些磁铁23与磁轭13的突出部13a对置。因此，通过对线圈12的电流控制，旋转部20相对于旋转中心轴R10旋转驱动。线圈12、磁轭13以及轴承24构成使反射镜34与旋转部20一起相对于旋转中心轴R10旋转的驱动部。

距离测定装置1作为光学系统的结构而具备有光源31、准直透镜32、保持架33、反射镜34、聚光透镜35、滤光器36和光检测器37。光源31与准直透镜32一起被保持于保持架33。

光源31出射给定波长的激光。光源31例如是半导体激光器。光源31的出射光轴与Z轴平行。从光源31出射的激光通过准直透镜32而被平行光化。平行光化的激光入射到在聚光透镜35的上方配置的反射镜34。光源31和准直透镜32在被保持于保持架33的状态下被设置于聚光透镜35。在聚光透镜35的中央形成上下贯通的圆形的开口，在该开口嵌入地设置有圆柱状的保持架33。

反射镜34是在单面具有反射面34a的反射镜。反射面34a的中心位置与旋转中心轴R10大致匹配。反射面34a具有在Y轴方向上细长的长方形形状。反射镜34被设置于旋转部20的支承构件22，使长轴即平行于长边方向的轴与Y轴平行，并且使短轴即平行于短边方向的轴相对于旋转中心轴R10在与包含旋转中心轴R10的平面平行的方向(与X-Z平面平行的方向)上倾斜45°。

经由准直透镜32而入射到反射镜34的激光通过反射镜34而向与旋转中心轴R10垂直的方向反射。之后，激光经过开口22a，向测距区域投射。

当在测距区域存在物体的情况下，从开口22a投射到测距区域的激光被物体反射，再次前往开口22a。这样，从开口22a取入从物体反射出的反射光，并引导至反射镜34。之后，反射光通过反射镜34向Z轴负方向反射。被反射镜34反射的反射光通过聚光透镜35而受到聚束作用。之后，反射光经由在支承基座11形成的孔11c而入射到滤光器36。这样，反射光经由滤光器36而被聚束于光检测器37。滤光器36被构成为，将从光源31出射的激光波段的光透过，并对其他波段的光进行遮光。光检测器37输出与受光光量对应的检测信号。来自光检测器37的检测信号被输出给配置于未图示的电路基板的电路部。

此外，在本实施方式中，由于是在聚光透镜35设置光源31以及准直透镜32的结构，因此，经由开口22a而被取入的反射光的一部分被保持架33遮光，不向光检测器37进行聚光。例如，图2中利用一点划线示出的反射光的大部分被保持架33遮光。

图3的(a)、(b)分别是在与旋转中心轴R10平行的方向上观察反射镜34和聚光透镜35时的俯视图。图3的(a)示出了激光的投射方向是X轴正方向时的状态，图3的(b)示出了激光的投射方向是Y轴正方向时的状态。为了方便，在图3的(a)、(b)中，以聚光透镜35隔着反射镜34而被透视的状态来示出。

在图3的(a)、(b)中，L1、L2分别示出了反射镜34的长轴以及短轴。如上述那样，反射镜34被配置成短轴L2相对于旋转中心轴R10在与X-Z平面平行的方向上倾斜45°。反射镜34的长轴L1与旋转中心轴R10垂直。反射镜34被配置成反射面34a的中心与旋转中心轴R10匹配。

如图3的(a)、(b)所示那样，当在与旋转中心轴R10平行的方向上观察的情况下，关于反射镜34，长轴方向的宽度大于聚光透镜35的透镜部35a的宽度(直径)，短轴方向的宽度小于聚光透镜35的透镜部35a的宽度(直径)。这里，所谓透镜部35a是指具有使入射的光在光检测器37聚光的透镜作用的区域。

这样，由于反射镜34的短轴方向的宽度小于聚光透镜35的透镜部35a的宽度，因此，在聚光透镜35产生在反射镜34的短轴方向上反射镜34不重叠的区域。因此，聚光透镜35不是在透镜部35a的整个区域，而是在反射镜34所重叠的区域取入反射光。

此外，在本实施方式中，由于在聚光透镜35的中央配置保持架33，因此，配置了保持架33的区域对反射光的取入没有贡献。此外，在保持架33的周围的区域A2中，如图2所示那样，在入射面反射光被聚束，在聚光透镜35的内部反射光到达保持架33的侧面。因此，入射到该区域A2的反射光不向光检测器37进行聚光。

因此，在反射镜34所重叠的透镜部35a的区域中的、除去保持架33的配置区域和区域A2后的区域入射的反射光被聚光到光检测器37。即，在图3的(a)的状态下，在区域A1入射的反射光被聚光到光检测器37，在图3的(b)的状态下，在区域A3入射的反射光被聚光到光检测器37。区域A1的面积与区域A3的面积相同。伴随着反射镜34的旋转，透镜部35a上的使反射光聚光到光检测器37的区域发生变化。然而，该区域的面积与反射镜34的旋转无关地是固定的。

这样，根据本实施方式的结构，能够与反射镜34的旋转位置无关地，使来自测距区域的反射光在透镜部35a的区域A2的外侧的区域中聚光到光检测器37。由此，距离测定装置1能够适当地检测来自测距区域的反射光。

图4是表示距离测定装置1的电路部的结构的图。

如图4所示那样，距离测定装置1作为电路部的结构而具备有控制器101、激光器驱动电路102、旋转驱动电路103和信号处理电路104。

控制器101具备CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等运算处理电路和存储器，按照给定的控制程序控制各部。激光器驱动电路102按照来自控制器101的控制来驱动光源31。旋转驱动电路103按照来自控制器101的控制来使电流在线圈12中导通。例如，控制器101控制旋转驱动电路103，以使旋转部20以给定的旋转速度进行旋转。与此相应地，旋转驱动电路103调节在线圈12中导通的电流的强度和定时。

信号处理电路104针对从光检测器37输入的检测信号实施放大以及噪声除去的处理，并向控制器101输出。通信接口105是用于在与设置距离测定装置1的设备之间进行通信的接口。

在测距动作中，控制器101控制旋转驱动电路103来使反射镜34与旋转部20一起进行旋转，并且，控制激光器驱动电路102来在每个给定的定时使给定脉冲的激光从光源31输出。控制器101根据从信号处理电路104输入的光检测器37的检测信号，来检测在各出射定时出射的激光脉冲的受光定时。并且，控制器101根据激光的出射定时和受光定时之间的时间差(飞行时间)，来测量到在各出射定时在测距区域存在的物体的距离。

控制器101将这样计算出的距离数据随时经由通信接口105发送给设置了距离测定装置1的设备。在设备侧，根据接收到的距离数据，取得到在周围360度存在的物体的距离，并执行给定的控制。

<实施方式的效果>

根据以上实施方式，实现了以下的效果。

反射镜34具有在一个方向上细长的长方形形状，并被配置成短轴L2相对于旋转中心轴R10在与包含旋转中心轴R10的平面平行的方向(在图2中，与X-Z平面平行的方向)上倾斜，在与旋转中心轴R10平行的方向上观察的情况下，反射镜34的短轴方向的宽度小于聚光透镜35的透镜部35a的宽度。由此，能够减小在与旋转中心轴R10平行的方向上的反射镜34的高度，由此，能够使距离测定装置1在与旋转中心轴R10平行的方向上小型化。

此外，如图3的(a)、(b)所示那样，在与旋转中心轴R10平行的方向上观察的情况下，反射镜34的长轴方向的宽度变得大于聚光透镜35的透镜部35a的宽度。由此，在反射镜34的长轴方向上，能够将来自测距区域的反射光尽可能充分地取入到聚光透镜35。由此，能够更适当地检测来自测距区域的反射光。

此外，即使反射镜34的长轴方向的宽度与聚光透镜35的透镜部35a的宽度相同，也能够实现与此同样的效果。即，为了将来自测距区域的反射光在反射镜34的长轴方向上尽可能充分地取入到聚光透镜35，将反射镜34的长轴方向的宽度设定为聚光透镜35的透镜部35a的宽度以上即可。

此外，如图2以及图3的(a)、(b)所示那样，在上述实施方式中，反射镜34被配置成反射镜34的反射面34a的中心与旋转中心轴R10大致一致。由此，能够使反射镜34所重叠的透镜部35a的区域最宽广，并能够将来自测距区域的反射光更有效地引导至光检测器37。由此，在距离测定装置1中，能够更适当地检测来自测距区域的反射光。

此外，如图2所示那样，距离测定装置1被构成为：具备固定部10、和相对于固定部10能够相对于旋转中心轴R10旋转地被支承的旋转部20，反射镜34被设置于旋转部20，聚光透镜35被设置于固定部10，通过驱动部(线圈12、磁铁23等)来使旋转部20旋转，由此，反射镜34进行旋转。这样，通过将反射镜34和聚光透镜35中的仅反射镜34配置于旋转部20，能够实现旋转部20的轻量化。由此，能够使反射镜34与旋转部20一起更顺利地旋转。

此外，如图2所示那样，光源31和光检测器37被设置于固定部10。这样，通过将光源31以及光检测器37设置于固定部10侧，能够简易且顺利地进行光源31以及光检测器37与电路部的电连接。

此外，如图2所示那样，光源31被埋入聚光透镜35而被设置于固定部10。根据该结构，例如，在聚光透镜35的下侧，配置光源31、或用于分离来自光源31的激光和来自测距区域的反射光的光学系统的空间变得不需要。由此，能够更有效地使距离测定装置1在与旋转中心轴R10平行的方向上小型化。

<变更例>

距离测定装置1的结构除了上述实施方式中示出的结构以外，还能够进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，反射镜34被配置成反射面34a的中心与旋转中心轴R10匹配，然而，反射镜34还可以被配置成反射面34a的中心从旋转中心轴R10偏离。

图5的(a)、(b)是表示反射镜34被配置成在与投射方向相反的方向上反射面34a的中心从旋转中心轴R10偏离的情况下的结构例的图。与图3的(a)、(b)同样地，图5的(a)、(b)是在与旋转中心轴R10平行的方向上观察反射镜34和聚光透镜35时的俯视图。在该结构例中，反射镜34被配置于从图2的状态起向X轴负方向偏移后的位置。伴随于此，支承构件22的形状被变更。

在该结构例中，聚光透镜35的透镜部35a中的区域A11、A31被用于反射光的取入。与上述实施方式同样地，在反射光的取入中使用的透镜部35a的区域的面积与反射镜34的旋转无关地是固定的。然而，在该结构例中，与图3的(a)、(b)的情况的区域A1、A3相比，区域A11、A31的面积略微减少。由此，为了将更多的反射光引导至光检测器37，优选地，如上述实施方式那样，将反射镜34配置成反射面34a的中心与旋转中心轴R10匹配。

此外，在上述实施方式中，光源31和准直透镜32被设置于聚光透镜35，然而，还可以将光源31和准直透镜32配置于与聚光透镜35不同的位置。

图6的(a)、(b)是表示将光源31和准直透镜32配置于旋转部20的情况下的结构的图。图6的(a)是示意性地表示该变更例所涉及的距离测定装置1的结构的侧面透视图，图6的(b)是在与旋转中心轴R10平行的方向观察该变更例所涉及的保持架33、反射镜34以及聚光透镜35时的俯视图。

在该变更例中，在反射镜34的中央设置在X轴方向上贯通的孔，在该孔中嵌入保持架33。与上述实施方式同样地，在保持架33保持有光源31和准直透镜32。在图6的(a)、(b)中，从光源31向X轴正方向出射激光。

在该变更例中，聚光透镜35的透镜部35a的整个区域能够被用于反射光的取入。然而，由于在反射镜34设置用于将保持架33嵌入的孔，因此，在该孔的区域入射的反射光不向聚光透镜35反射。由此，在除了孔之外的反射面34a入射的反射光通过聚光透镜35被聚光到光检测器37。

此外，在该变更例中，由于光源31被配置于旋转部20，因此，用于从固定部10侧向旋转部20侧供给电力的结构变得必要。由此，可以说，为了通过简单的结构来稳定地驱动光源31，优选地如上述实施方式那样在固定部10侧配置光源31。

此外，在上述实施方式中，反射镜34在俯视观察下是长方形，然而，反射镜34只要是在一个方向上长的形状则还可以是其他形状。例如，例如，反射镜34还可以在俯视观察下是长方形的带圆角的形状。

此外，在上述实施方式中，反射镜34的长轴L1变得大于透镜部35a的宽度，然而，反射镜34的长轴L1还可以小于透镜部35a的宽度。但是，在该情况下，由于反射镜34所重叠的透镜部35a的区域与上述实施方式相比而减少，因此，被引导至光检测器37的反射光的光量变得减少。由此，为了更多地确保被引导至光检测器37的反射光的光量，优选反射镜34的长轴L1是透镜部35a的宽度以上。

此外，在上述实施方式中，在固定部10和旋转部20分别配置线圈12和磁铁23来使旋转部20驱动，然而，还可以通过其他驱动机构来驱动旋转部20。例如，还可以以如下方式来构成驱动机构：在旋转部20的外周面遍及整个圆周地设置齿轮，该齿轮与在电动机的驱动轴设置的齿轮啮合。

此外，能够旋转地支承旋转部20的结构也并不受限于上述实施方式的结构。此外，激光(投射光)的投射方向还可以不一定是与旋转中心轴R10垂直的方向，还可以相对于与旋转中心轴R10垂直的方向倾斜给定角度。线圈12的配置数、磁铁23的配置数也能够适当变更。

此外，还能够对不具有距离测定功能、仅具备通过来自光检测器37的信号来检测在投射方向上是否存在物体的功能的装置应用本发明所涉及的构造。该情况下，也能够使装置的形状在与旋转中心轴平行的方向上小型化。

另外，本发明的实施方式在权利要求书所示的技术思想的范围内能够适当进行各种变更。

附图标记说明

1 距离测定装置

10 固定部

12 线圈(驱动部)

20 旋转部

23 磁铁(驱动部)

24 轴承(驱动部)

31 光源

34 反射镜

34a 反射面

35 聚光透镜

35a 透镜部

37 光检测器

L1 长轴

L2 短轴

R10 旋转中心轴。

Claims (6)

1.一种距离测定装置，使激光相对于旋转中心轴旋转来测定到在测距区域存在的物体的距离，

所述距离测定装置具备：

反射镜，相对于所述旋转中心轴而倾斜地配置；

驱动部，使所述反射镜相对于所述旋转中心轴旋转；

光检测器，检测在所述测距区域被反射的所述激光的反射光；以及

聚光透镜，被配置于所述旋转中心轴上，使被所述反射镜反射的所述反射光聚光到所述光检测器，

所述反射镜具有在一个方向上细长的形状，并被配置成短轴相对于所述旋转中心轴在与包含所述旋转中心轴的平面平行的方向上倾斜，

在与所述旋转中心轴平行的方向上观察的情况下，所述反射镜的短轴方向的宽度小于所述聚光透镜的透镜部的宽度。

2.根据权利要求1所述的距离测定装置，其中，

在与所述旋转中心轴平行的方向上观察的情况下，所述反射镜的长轴方向的宽度是所述聚光透镜的透镜部的宽度以上。

3.根据权利要求1或2所述的距离测定装置，其中，

所述反射镜被配置成所述反射镜的反射面的中心与所述旋转中心轴大致一致。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的距离测定装置，其中，

所述距离测定装置具备：

固定部；以及

旋转部，相对于所述固定部能够相对于所述旋转中心轴旋转地被支承，

所述反射镜被设置于所述旋转部，

所述聚光透镜被设置于所述固定部，

所述驱动部通过使所述旋转部旋转来使所述反射镜旋转。

5.根据权利要求4所述的距离测定装置，其中，

出射所述激光的光源和所述光检测器被设置于所述固定部。

6.根据权利要求5所述的距离测定装置，其中，

所述光源被埋入所述聚光透镜来设置。

Images