CN112119324A - 距离测定装置 - Google Patents

Abstract

距离测定装置(1)对测距区域照射激光来测定到测距区域中存在的物体的距离。距离测定装置(1)具备：聚光透镜(35)，将被物体反射的激光的反射光聚光；筒状的镜筒(36)，配置在聚光透镜(35)的后级侧，在由聚光透镜(35)聚光的反射光所入射的内侧面形成相对于聚光透镜(35)的光轴的倾斜角不同的两种反射面(36c、36d)；以及光检测器(38)，接收经由镜筒(36)的所述反射光。

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之间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。作为使用了光的距离的测定方式，例如，已知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之差(视差)，利用投射光从物体反射而返回并在光检测器成像的位置到物体的距离不同这一点来对距离进行测量。但是，在该方式中，为了测定远的物体的距离，需要根据几何学的原理而增大视差，因此距离测定装置会大型化。作为可抑制该问题的方式，能够使用基于从将光出射起到受光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，记载有使用反光镜使激光旋转的结构的激光扫描仪。在该激光扫描仪设置针对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。具体来说，以出射光轴与旋转中心轴一致的方式配置发光器，并以相对于旋转中心轴倾斜45°的方式配置反光镜。此外，以光轴与旋转中心轴一致的方式配置聚光透镜，进而，将受光器配置在旋转中心轴上。

从发光器出射的激光由反光镜而向与旋转中心轴垂直的方向反射，并被投射到目标区域。通过使旋转基板旋转，来用激光对距离测定装置的周围的目标区域进行扫描。来自目标区域的物体的反射光被反光镜反射，并由聚光透镜聚光到光检测器。根据有无反射光来判定在目标区域是否存在物体。此外，到物体的距离利用飞行时间法进行测定。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2015-148605号公报

发明内容

发明要解决的课题

一般，在距离测定装置中，在给定的距离范围内测定到物体的距离。在该情况下，例如，将光学系统构成为使来自位于最远距离的物体的反射光聚光到光检测器。但是，在该结构中，随着物体接近装置，反射光相对于光检测器的聚光状态会降低。因此，根据到物体的距离而反射光的大部分会从光检测器偏离，会引发无法适当测定到物体的距离这样的问题。测距对象的距离范围越广则该问题越显著。

鉴于这样的课题，本发明的目的在于，提供一种无论测距对象的物体的远近如何都能够适当测定到物体的距离的距离测定装置。

用于解决课题的手段

本发明的第1方式涉及对测距区域照射激光来测定到所述测距区域中存在的物体的距离的距离测定装置。本方式涉及的距离测定装置具备：聚光透镜，将被所述物体反射的所述激光的反射光聚光；筒状的调整构件，配置在所述聚光透镜的后级侧，在由所述聚光透镜聚光的所述反射光所入射的内侧面形成第1反射面和第2反射面，所述第2反射面相对于所述聚光透镜的光轴倾斜的倾斜角与所述第1反射面相对于所述聚光透镜的光轴倾斜的倾斜角不同；以及光检测器，接收经由所述调整构件的所述反射光。

根据本方式涉及的距离测定装置，由于第1反射面和第2反射面的倾斜角不同，因此被第1反射面反射的反射光的聚光位置和被第2反射面反射的反射光的聚光位置在与光检测器的受光面平行的方向上变位。因此，在到物体的距离发生了变化的情况下，被第1反射面反射的反射光和被第2反射面反射的反射光相对于光检测器的受光面互补地接近以及分离。于是，即使到物体的距离发生变化，也能够将反射光导入到光检测器。由此，能够适当地测定到物体的距离。

本发明的第2方式涉及对测距区域照射激光来测定到所述测距区域中存在的物体的距离的距离测定装置。本方式涉及的距离测定装置具备：聚光透镜，将被所述物体反射的所述激光的反射光聚光；圆锥状的第1反射面以及第2反射面，配置在所述聚光透镜的后级侧，被入射由所述聚光透镜聚光的所述反射光；以及光检测器，接收经由所述第1反射面以及所述第2反射面的所述反射光。所述第2反射面相对于所述聚光透镜的光轴的倾斜角与所述第1反射面相对于所述聚光透镜的光轴的倾斜角不同。

根据本方式涉及的距离测定装置，可起到与第1方式同样的效果。

发明效果

如以上那样，根据本发明涉及的距离测定装置，无论测距对象的物体的远近如何，都能够适当地测定到物体的距离。

本发明的效果以及意义通过以下所示的实施方式的说明可进一步明确。其中，以下所示的实施方式仅是实施本发明时的一个例示，本发明并不受以下的实施方式记载的事项的任何限制。

附图说明

图1是表示实施方式1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1涉及的距离测定装置的结构的截面图。

图3的(a)、(b)是在与聚光透镜的光轴平行的方向上观察实施方式1涉及的镜筒时的俯视图。图3的(c)、(d)是以与聚光透镜的光轴平行的平面将实施方式1涉及的镜筒切断了时的截面图。

图4的(a)、(b)是示意地表示被比较例涉及的测距区域的物体反射的光的光束的图。

图5的(a)～(c)是通过仿真来求取经过了实施方式1涉及的镜筒的反射光的光线的仿真结果。

图6的(a)～(c)是通过仿真来求取经过了实施方式1涉及的镜筒的反射光的光线的仿真结果。

图7是表示比较例1～3涉及的仿真结果的曲线图。

图8是表示实施方式1涉及的距离测定装置的电路部的结构的图。

图9的(a)、(b)是在与聚光透镜的光轴平行的方向上观察实施方式1的变更例涉及的镜筒时的俯视图。图9的(c)、(d)是在与聚光透镜的光轴平行的方向上观察实施方式1的其他变更例涉及的镜筒时的俯视图。

图10是表示实施方式1的变更例涉及的距离测定装置的结构的截面图。

图11的(a)、(b)是示意地表示实施方式1的变更例涉及的反光镜以及镜筒的位置关系的图。图11的(c)、(d)是示意地表示实施方式1的其他变更例涉及的反光镜以及镜筒的位置关系的图。

图12的(a)是示意地表示将光源以及准直透镜配置在不同位置的变更例涉及的距离测定装置的结构的侧面透视图。图12的(b)是将光源以及准直透镜配置在不同位置的变更例涉及的反光镜的放大侧视图。

图13是表示实施方式2涉及的距离测定装置的结构的截面图。

图14是表示从上表面侧观察实施方式2涉及的基板和防护盖的情况下的结构的立体图。

图15的(a)～(c)是通过仿真来求取实施方式2中的比较例4涉及的反射光的光线的仿真结果。

图16的(a)～(c)是通过仿真来求取实施方式2中的比较例5涉及的反射光的光线的仿真结果。

图17的(a)～(c)是通过仿真来求取实施方式2中的比较例6涉及的反射光的光线的仿真结果。

图18是表示比较例4～6涉及的仿真结果的曲线图。

其中，附图主要用于说明，并不对本发明的范围进行限定。

具体实施方式

以下，针对本发明的实施方式，参照附图来说明。为了方便，在各图附记彼此正交的X、Y、Z轴。Z轴正方向是距离测定装置1的高度方向。

<实施方式1>

图1是表示距离测定装置1的结构的立体图。

如图1所示，距离测定装置1具备圆柱状的固定部10和以能旋转的方式配置在固定部10的旋转部20。旋转部20具备直径不同的2个支承构件21、22。在支承构件21的上表面设置支承构件22，构成旋转部20。在支承构件22的侧面设置开口22a。从开口22a朝测距区域投射激光(投射光)，将由测距区域反射的激光的反射光从开口22a取入到内部。

旋转部20以与Z轴平行且贯通旋转部20的中心的旋转中心轴R10为中心进行旋转。伴随旋转部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)也旋转。如后述那样，距离测定装置1基于对测距区域投射了激光的定时与从测距区域接收激光的反射光的定时之间的时间差(飞行时间)，来测量到测距区域中存在的物体的距离。如上所述，通过旋转部20绕旋转中心轴R10旋转1周，距离测定装置1能够测量距在周围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的结构的截面图。

图2示出通过与X-Z平面平行的平面将图1所示的距离测定装置1在Y轴方向的中央位置切断时的截面图。在图2中，以虚线示出从光源31出射且朝向测距区域的激光(投射光)，以单点划线示出从测距区域反射的反射光。

如图2所示，固定部10具备圆柱状的支承基体11、多个线圈12、轭(ヨ一ク)13、盖14。支承基体11例如由树脂形成。支承基体11的下表面被圆形盘状的盖14堵塞。

支承构件21经由圆筒状的轴承24设置在支承基体11。轴承24是在内筒24a与外筒24b之间将多个轴承球24c在周向上排列地配置而成的结构。在支承构件21形成向Z轴负方向突出的圆筒形状的筒部21a，在支承基体11形成向Z轴正方向突出的圆筒形状的筒部11a。筒部11a的外径比轴承24的内筒24a的内径稍大，筒部21a的内径比轴承24的外筒24b的外径稍小。在筒部11a与筒部21a之间嵌入轴承24，支承构件21以相对于旋转中心轴R10能旋转的方式支承于支承基体11。

在支承基体11，在筒部11a的外侧形成圆筒状的壁部11b。壁部11b的中心轴与旋转中心轴R10匹配。在壁部11b的外周嵌入轭13。轭13具备从环状的基部以放射状突出的多个突出部13a。周向上的突出部13a的间隔固定。在各突出部13a分别卷绕安装线圈12。

在支承构件21的外周部形成在周向上连续的级差部21b。在该级差部21b在周向上没有间隙地设置多个磁铁23。相邻的磁铁23的内侧的极性彼此相异。

这些磁铁23与轭13的突出部13a对置。因此，通过针对线圈12的电流控制，旋转部20相对于旋转中心轴R10被旋转驱动。线圈12、轭13以及轴承24同旋转部20一起构成使反光镜34相对于旋转中心轴R10旋转的驱动部。

作为光学系统的结构，距离测定装置1具备光源31、准直透镜32、支架33、反光镜34、聚光透镜35、镜筒36、滤光器37、光检测器38。光源31同准直透镜32一起保持于支架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被平行光化。被平行光化后的激光入射到配置在聚光透镜35的上方的反光镜34。光源31和准直透镜32在保持于支架33的状态下设置在聚光透镜35。在聚光透镜35的中央形成上下贯通的圆形的开口，在该开口嵌入设置圆柱状的支架33。

反光镜34是单面具有反射面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在Z轴方向上观察的情况下具有大致正方形的形状。反光镜34以反射面34a相对于旋转中心轴R10倾斜45°的方式设置于旋转部20的支承构件22。

经由准直透镜32入射到反光镜34的激光由反光镜34而在与旋转中心轴R10垂直的方向上被反射。之后，激光通过开口22a而向测距区域投射。

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，并再次朝向开口22a。这样从物体反射的反射光从开口22a取入而导入到反光镜34。之后，反射光由反光镜34而向Z轴负方向反射。被反光镜34反射的反射光通过聚光透镜35而受到聚集作用。

之后，反射光经由镜筒36、形成在支承基体11的孔11c、以及滤光器37聚集到光检测器38。镜筒36的中心轴和聚光透镜35的光轴与旋转中心轴R10一致。关于镜筒36的结构，随后参照图3的(a)～(d)来说明。滤光器37透过从光源31出射的激光的波段的光，而遮蔽其他波段的光。

光检测器38输出与受光光量相应的检测信号。光检测器38例如由PIN光电二极管、雪崩光电二极管构成。来自光检测器38的检测信号被输出到配置于未图示的电路基板的电路部。

另外，在实施方式1中，由于是将光源31以及准直透镜32设置于聚光透镜35的结构，因此经由开口22a取入的反射光的一部分被支架33遮光而不会向光检测器38聚光。例如，在图2中，在聚光透镜35的中央附近由单点划线表示的范围的反射光的大部分被支架33遮光。

图3的(a)、(b)分别是在Z轴负方向以及Z轴正方向上观察镜筒36的情况下的俯视图。图3的(c)、(d)分别是以与Z轴方向平行的平面将镜筒36切断了的截面C11-C12以及截面C21-C22的切断面。在图3的(a)～(d)图示聚光透镜35的光轴35a。如上所述，光轴35a与旋转中心轴R10以及镜筒36的中心轴一致。

如图3的(a)～(d)所示，镜筒36是具备在Z轴方向上贯通的孔的筒状构件。在镜筒36的Z轴正侧以及Z轴负侧的端部分别形成与镜筒36的内侧面相连的开口36a、36b。

在镜筒36的内侧面形成8个反射面36c和8个反射面36d。反射面36c、36d是在镜筒36的内侧面沿周向的曲面。即，反射面36c与给定的圆锥面匹配，反射面36d匹配于与反射面36c所匹配的圆锥面相比顶角不同的圆锥面。反射面36c、36d在镜筒36的内侧面沿周向交替设置。反射面36c与光轴35a所成的角比反射面36d与光轴35a所成的角大。反射面36c、36d使入射到镜筒36的内部的反射光反射。

镜筒36例如由聚碳酸酯等树脂构成。通过由树脂来成形镜筒36，反射面36c、36d就成为对光反射的反射面。另外，反射面36c、36d在镜筒36成形后可以通过在镜筒36的内侧面设置反射膜来形成，也可以通过对镜筒36的内侧面实施镜面精加工来形成。此外，镜筒36除了树脂以外，可以由铝等金属、玻璃等来构成。

另外，在实施方式1中，在与光轴35a对称的位置配置2个反射面36c，此外，在与光轴35a对称的位置配置2个反射面36d。即，反射面36c和反射面36d相对于光轴35a配置在非对称的位置。8个反射面36c的形状全都相同，此外，8个反射面36d的形状全都相同。

图4的(a)、(b)是在比较例的情况下示意地表示被测距区域的物体反射的光的光束的图，示出以通过旋转中心轴R10的X-Z平面来将各部切断的切断面。在图4的(a)、(b)中，为了方便而省略滤光器37的图示。如图4的(a)、(b)所示，在比较例的结构中，与图2所示的实施方式1的结构相比较，省略了镜筒36。

取入到距离测定装置1的开口22a的光量在测距对象的物体处于离距离测定装置1远的位置的情况下变小。即，取入到开口22a的光量与到物体的距离的平方成反比例。因此，如图4的(a)的比较例所示，一般地在来自处于离距离测定装置1远的位置的测距对象的物体的光通过聚光透镜35而聚集的位置配置光检测器38。这样，能良好地接收来自处于远的位置的物体的微弱的光。

但是，图4的(a)所示，若基于处于远的位置的物体来配置光检测器38，则如图4的(b)所示，在测距对象的物体处于近的位置的情况下，会引发通过聚光透镜35聚光的光从光检测器38偏离这样的事态。因此，在比较例的情况下，虽然能够适当地接收来自处于远的位置的物体的光，但不能适当地接收来自处于近的位置的物体的光。相对于此，在实施方式1中，除了物体处于远的位置的情况以外，在物体处于近的位置的情况下，也通过镜筒36的作用而将反射光导入到光检测器38。

以下，关于镜筒36的作用，参照图5的(a)～图6的(c)来说明。图5的(a)～图6的(c)是发明者通过仿真来求取经过镜筒36的反射光的光线的仿真结果。

图5的(a)～(c)与图3的(c)同样是从侧方观察以经过反射面36c以及聚光透镜35的光轴35a的平面切断的切断面的侧视图，图6的(a)～(c)与图3的(d)同样是从侧方观察以经过反射面36d以及聚光透镜35的光轴35a的平面切断的切断面的侧视图。在图5的(a)～图6的(c)示意地示出入射到聚光透镜35的反射光的光束。

在本仿真中，聚光透镜35的有效直径

设定成18.4mm，支架33的直径

设定成6.4mm，光检测器38的受光面38a的直径

设定成0.2mm，镜筒36的内表面漫反射率设定成10％，滤光器37的厚度d1设定成1.1mm。光轴35a与反射面36c所成的角θ1设定成48°，光轴35a与反射面36d所成的角θ2设定成46°。聚光透镜35的焦距设定成8.9mm，滤光器37的折射率设定成1.5。以使得镜筒36的入射侧的开口36a将聚光透镜35的出射面堵塞的方式来配置镜筒36。

在该条件下，发明者使到测距对象的物体的距离在80mm～6000mm之间变化来进行光线的仿真。在该仿真中，在到物体的距离为6000mm(最大)的情况下，设定了光学系统的倍率，使得来自聚光透镜35的光轴35a上的点光源(物体)的光几乎不在镜筒36的反射面36c、36d反射地聚集到光检测器38，即，使得由聚光透镜35聚光的反射光当中最外侧的光线沿反射面36c前进。

在到物体的距离为6000mm时，如图5的(a)以及图6的(a)所示，由聚光透镜35聚光的反射光通过镜筒36内而入射到滤光器37，并聚集到受光面38a。

在到物体的距离为250mm时，如图5的(b)以及图6的(b)所示，反射光的光线的一部分入射到反射面36c、36d被反射面36c、36d反射而导入到光检测器38。

即，在图5的(b)中，由于由聚光透镜35聚光的反射光当中通过距光轴35a近的位置的反射光不被反射面36c反射地穿过镜筒36的出射侧的开口36b，因此几乎不入射到受光面38a。另一方面，由于由聚光透镜35聚光的反射光当中通过距光轴35a远的位置的反射光被反射面36c反射而向接近于光轴35a的方向改变朝向，因此会入射到受光面38a。

此外，在图6的(b)中，由于由聚光透镜35聚光的反射光当中通过距光轴35a近的位置的反射光不被反射面36d反射地穿过镜筒36的出射侧的开口36b，因此几乎不入射到受光面38a。另一方面，由于由聚光透镜35聚光的反射光当中通过距光轴35a远的位置的反射光虽然被反射面36d反射，但因反射而改变朝向的角度小，因此几乎不入射到受光面38a。

在到物体的距离为80mm时，如图5的(c)以及图6的(c)所示，反射光被反射面36c、36d反射的角度比图5的(b)以及图6的(b)大。

在该情况下，在图5的(c)中，通过距光轴35a近的位置的反射光经由镜筒36的出射侧的开口36b而导入到从受光面38a离开的位置，因此与图5的(b)的情况同样，几乎不入射到受光面38a。另一方面，通过距光轴35a远的位置的反射光相比图5的(b)的情况，由反射面36c而向更接近光轴35a的方向反射，因此会从受光面38a偏离。

此外，在图6的(c)中，通过距光轴35a近的位置的反射光与图5的(c)的情况同样，经由镜筒36的出射侧的开口36b而导入到从受光面38a离开的位置，因此几乎不入射到受光面38a。另一方面，通过距光轴35a远的位置的反射光与图6的(b)的情况相比，由反射面36d而向更接近于光轴35a的方向反射，因此会入射到受光面38a。

根据以上与光线相关的仿真结果可知，在到物体的距离比6000mm短的情况下，在上述那样的条件下，由反射面36c、36d中的任一个反射面，反射光的至少一部分被导入到受光面38a。

图2所示的距离测定装置1的光学系统如图5的(a)～图6的(c)所示，构成为反射光的至少一部分被导入到光检测器38的受光面38a。即，反射面36c和反射面36d的倾斜角以及幅宽(面积)被调整成使得在距离的测定范围内来自反射面36c的反射光和来自反射面36d的反射光互补且高效地入射到光检测器38的受光面38a。由此，在距离测定装置1中，即使到物体的距离发生变化，也能够将反射光的至少一部分导入到光检测器38的受光面38a。

接下来，发明者将省略了镜筒36的情况设为比较例1，将遍及镜筒36的内侧面的周向整体地形成了反射面36c的情况设为比较例2，将遍及镜筒36的内侧面的周向整体地形成了反射面36d的情况设为比较例3来进行仿真。在此，光轴35a与反射面36c所构成的角θ1设定成48°(比较例2)，光轴35a与反射面36d所构成的角θ2设定成46°(比较例3)。其他条件与上述验证相同。

图7是表示比较例1～3的仿真结果(检测光量比的变化)的曲线图。检测光量比是光检测器38接收到的受光光量相对于最大光量的比。横轴是到测距对象的物体的距离(mm)，纵轴是将距离6000mm的情况下的检测光量设为1的情况下的检测光量比。

在比较例1的情况下，即在不使用镜筒36的情况下，若到物体的距离短，则检测光量就急剧减少。另一方面，在比较例2的情况下，即在仅形成反射面36c的情况下，即使到物体的距离短，在到物体的距离为140mm～300mm时，检测光量也可维持在高的水平。但是，在比较例2的情况下，若到物体的距离比140mm短，则检测光量就急剧减少。在比较例3的情况下，即在仅形成反射面36d的情况下，在到物体的距离为140mm以下时，检测光量可维持在高的水平。但是，在比较例3的情况下，若到物体的距离比140mm长，则检测光量就急剧减少。

根据该结果可知，在不使用镜筒36的情况下，若到物体的距离短，则不能适当地接收反射光。此外，可知，根据反射面36c，能够在140mm～300mm时适当地接收反射光，根据反射面36d，能够在140mm以下时适当地接收反射光。因此，可知，若如实施方式1那样在镜筒36的内侧面在周向上交替地设置反射面36c、36d，则即使到物体的距离短的情况下，也能够抑制检测光量的减少，将检测光量维持在高的水平。

图8是表示距离测定装置1的电路部的结构的图。

如图8所示，作为电路部的结构，距离测定装置1具备控制器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：中央处理器)等运算处理电路和存储器，按照给定的控制程序来控制各部分。激光器驱动电路102与来自控制器101的控制相应地驱动光源31。旋转驱动电路103与来自控制器101的控制相应地使电流在线圈12导通。例如，控制器101对旋转驱动电路103进行控制，使得旋转部20以给定的旋转速度旋转。相应于此，调节从旋转驱动电路103在线圈12导通的电流的强度和定时。

信号处理电路104对从光检测器38输入的检测信号实施放大以及噪声去除的处理，并输出到控制器101。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来使反光镜34同旋转部20一起旋转，并且控制激光器驱动电路102，按每个给定的定时从光源31输出给定脉冲的激光。控制器101基于从信号处理电路104输入的光检测器38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基于激光的出射定时与受光定时之间的时间差(飞行时间)，在各出射定时测量到存在于测距区域的物体的距离。

控制器101随时将这样算出的距离的数据经由通信接口105发送到设置有距离测定装置1的设备。在设备侧基于接收到的距离数据来取得到存在于周围360度的物体的距离，并执行给定的控制。

<实施方式1的效果>

以上，根据实施方式1可起到以下的效果。

由于镜筒36(调整构件)构成为使得反射面36c相对于光轴35a的倾斜角和反射面36d相对于光轴35a的倾斜角不同，因此如图5的(a)～图6的(c)所示，被反射面36c反射的反射光的聚光位置和被反射面36d反射的反射光的聚光位置向与光检测器38的受光面38a平行的方向变位。因此，在到物体的距离发生了变化的情况下，被反射面36c反射的反射光和被反射面36d反射的反射光相对于光检测器38的受光面38a互补地接近以及分离。于是，即使到物体的距离发生变化，也能够将反射光导入到光检测器38。由此，能够适当地测定到物体的距离。

反射面36c、36d被配置为在镜筒36的内侧面的周向上交替地排列。由此，能够使由聚光透镜35聚光的反射光不偏向反射面36c、36d地入射。于是，即使在反射光的一部分欠缺的情况下，也能够将其他部分的反射光导入到反射面36c、36d，将反射光适当地导入到光检测器38。

如参照图5的(a)～图6的(c)说明的那样，聚光透镜35以及镜筒36构成为，在物体存在于距离测定的范围的最远的位置的情况下，反射光不被反射面36c、36d中任一个反射面反射而直接聚光到光检测器38。由此，能够将物体处于距离测定范围的最远的位置的情况下的微弱的反射光没有反射面36c、36d所引起的衰减地高效导入到光检测器38。

如图2所示，出射激光的光源31被埋入于聚光透镜35的中央而设置。这样，若光源31埋入于聚光透镜35的中央，则反射光就被光源31遮挡，因此朝向聚光透镜35的反射光当中仅入射到聚光透镜35的外周区域的反射光会聚光到光检测器38。因此，在该结构下，在不配置镜筒36的情况下，会引发反射光的聚光区域因物体的远近而从光检测器38偏离的问题。相对于此，根据实施方式1的距离测定装置1，由于如上所述来配置镜筒36，因此即使这样将光源31埋入于聚光透镜35，也能与物体的远近无关地将反射光导入到光检测器38。

<实施方式1的变更例>

距离测定装置1的结构除上述实施方式1所示的结构以外能够进行各种变更。

例如，配置在镜筒36的内侧面的反射面36c、36d的数目并不限于图3的(a)、(b)所示的数目。

图9的(a)、(b)是在与聚光透镜35的光轴35a平行的方向上观察变更例涉及的镜筒36时的俯视图，图9的(c)、(d)是在与聚光透镜35的光轴35a平行的方向上观察其他变更例涉及的镜筒36时的俯视图。

在图9的(a)、(b)所示的变更例中，5个反射面36c和5个反射面36d在内侧面在周向上交替配置。在图9的(c)、(d)所示的例子中，1个反射面36c和1个反射面36d在内侧面在周向上配置。反射面36c、36d与上述实施方式1同样是分别与不同的顶角的圆锥面匹配的曲面。这样，反射面36c的数目以及反射面36d的数目分别为1个以上即可。若反射面36c的数目以及反射面36d的数目为1个以上，则与上述实施方式1同样，即使到物体的距离发生变化，也能够将反射光导入到光检测器38。

在这些变更例的情况下，将反射面36c和反射面36d的倾斜角以及幅宽(面积)调整成使得在距离的测定范围内来自反射面36c的反射光和来自反射面36d的反射光互补且高效地入射到光检测器38的受光面38a。

这里，在图9的(a)、(b)以及图9的(c)、(d)所示的变更例中，在光轴35a的方向(Z轴方向)上观察的情况下，1个反射面36c和1个反射面36d被配置在相对于光轴35a对称的位置。即，在图3的(a)、(b)所示的上述实施方式1的情况下，2个反射面36c被配置在相对于光轴35a对称的位置，此外，2个反射面36d被配置在相对于光轴35a对称的位置。相对于此，在图9的(a)、(b)以及图9的(c)、(d)的情况下，反射面36c、36d被配置在相对于光轴35a对称的位置。

这样，若反射面36c、36d被配置在相对于光轴35a对称的位置，则即使在例如由聚光透镜35聚集的反射光在与光轴35a垂直的平面上具有细长的形状的情况下，也能够以良好平衡的方式将反射光导入到反射面36c、36d。以下，参照图10～图11的(d)来说明该情况下的效果。

图10是表示反射光以细长的形状入射到镜筒36的情况下的距离测定装置1的结构的截面图。在该结构中，与图2所示的距离测定装置1相比较，反光镜34的X轴方向的幅宽短。因此，被反光镜34反射的反射光的X轴方向的幅宽比上述实施方式1短。

图11的(a)、(b)是示意地表示在图10所示的距离测定装置1中使用图9的(a)、(b)的镜筒36的情况下的反光镜34与镜筒36的位置关系的图。

如图11的(a)所示，在反光镜34的长边方向与X轴平行的情况下，被反光镜34向Z轴负方向反射的反射光成为Y轴方向的幅宽短且X轴方向的幅宽宽的细长的形状。在该情况下，在图9的(a)、(b)的镜筒36中，由于反射面36c、36d被配置在相对于光轴35a对称的位置，因此如上那样即使反射光以细长的形状入射到镜筒36，反射光也可大致均等且良好平衡地入射到反射面36c、36d双方。此外，如图11的(b)所示，若反光镜34从图11的(a)的状态旋转90°，则被反光镜34反射的反射光就成为Y轴方向上细长的形状。在该情况下，由于反射面36c、36d被配置在相对于光轴35a对称的位置，因此反射光大致均等且良好平衡地入射到反射面36c、36d双方。

图11的(c)、(d)是示意地表示在图10所示的距离测定装置1中使用图9的(c)、(d)的镜筒36的情况下的反光镜34与镜筒36的位置关系的图。在该情况下，如图11的(c)所示那样，由于反射面36c、36d被配置在相对于光轴35a对称的位置，因此即使反射光以细长的形状入射到镜筒36，反射光也可大致均等且良好平衡地入射到反射面36c、36d双方。同样，如图11的(d)所示，即使在反光镜34从图11的(c)的状态旋转了90°的情况下，反射光也可大致均等且良好平衡地入射到反射面36c、36d双方。

于是，若反射面36c、36d被配置在相对于光轴35a对称的位置，则被反光镜34反射的细长的形状的反射光就大致均等且平衡良好地入射到反射面36c、36d双方。由此，能够平衡良好地对反射光赋予基于反射面36c以及反射面36d双方的作用。于是，无论到物体的距离如何，都能够将相同程度的反射光导入到光检测器38，能够恰当地取得到物体的距离。

另外，根据图10的结构，与图2所示的实施方式1的结构相比，虽然导入到光检测器38的反射光的光量减少，但能够降低距离测定装置1的高度。

此外，反射面36c、36d是在镜筒36的内侧面沿周向的曲面，但反射面36c、36d的形状并不限于此，例如，反射面36c、36d可以是平面。在反射面36c、36d是平面的情况下，反射面36c和反射面36d的倾斜角以及幅宽(面积)被调整成使得在距离的测定范围内来自反射面36c的反射光和来自反射面36d的反射光互补且高效地入射到光检测器38的受光面38a。

另外，在反射面36c、36d是平面的情况下，与如上述实施方式1以及变更例那样反射面36c、36d是与圆锥面匹配的曲面的情况相比，被反射面36c、36d反射的反射光很难聚集。于是，为了更高效地将反射光导入到光检测器38的受光面38a，优选如上述实施方式1以及变更例那样，反射面36c、36d是曲面。

此外，配置在镜筒36的内侧面的反射面的倾斜角的种类并不限于2种。例如，可以进一步将不同的倾斜角的第3反射面设置于调整构件。在该情况下，3种反射面的倾斜角以及幅宽(面积)被调整成使得在距离的测定范围内来自3种反射面的反射光互补且高效地入射到光检测器38的受光面38a。

此外，配置于镜筒36的多个反射面36c的周向的幅宽可以不全都相同，同样，配置于镜筒36的多个反射面36d的周向的幅宽可以不全都相同。

此外，在上述实施方式1中，虽然将光源31和准直透镜32设置在聚光透镜35，但光源31和准直透镜32也可以配置在与聚光透镜35不同的位置。

图12的(a)、(b)是表示将光源31和准直透镜32配置在旋转中心轴R10的X轴负侧的情况下的结构的图。图12的(a)是示意地表示该变更例涉及的距离测定装置1的结构的侧面透视图，图12的(b)是该变更例涉及的反光镜62的放大侧视图。

如图12的(a)所示，在该变更例中，光源31和光检测器38在X轴方向上排列地设置在基板。此外，在聚光透镜35的Z轴负侧，在固定部10设置反光镜61、62。准直透镜32设置在光源31与反光镜61之间。聚光透镜35遍及整个区域地将反射光聚光。反光镜61是全反射镜。如图12的(b)所示，反光镜62具备透明构件62a和反射膜62b。反射膜62b设置在透明构件62a的Z轴正侧的面的中央。在反射膜62b以外的区域不形成反射膜。

在该变更例中，从光源31出射的激光通过准直透镜32而成为平行光，由反光镜61而向X轴正方向反射。由反光镜61反射的激光入射到反射膜62b。之后，激光由反射膜62b而向Z轴正方向反射，并在经过聚光透镜35后由反光镜34向测距区域反射。来自测距区域的物体的反射光由反光镜34而向Z轴负方向反射，由聚光透镜35聚光。由聚光透镜35聚光的反射光大部分透过反光镜62的透明构件62a。透过了反光镜62的反射光与上述实施方式同样，经由镜筒36和滤光器37而导入到光检测器38。

在该变更例中，也与上述实施方式同样地设置镜筒36，因此即使在到物体的距离近的情况下，也能够与到物体的距离相应地，使反射光由反射面36c、36d中的至少一个反射面而导入到光检测器38。

此外，光源31和准直透镜32可以配置在旋转部20侧。其中，在该情况下，需要用于从固定部10侧向旋转部20侧供给电力的结构。于是，为了通过简单的结构来稳定地驱动光源31，可以说优选如上述实施方式那样在固定部10侧配置光源31。

另外，也能够将本发明涉及的构造应用到没有距离测定功能而仅具备根据来自光检测器38的信号检测在投射方向上是否存在物体的检测功能的装置。在该情况下也是，即使在到物体的距离近的情况下，也能够与到物体的距离相应地由反射面36c、36d中的至少一个反射面将反射光导入到光检测器38，因此能够适当地检测有无物体。

<实施方式2>

在上述实施方式1中，在光轴方向(Z轴方向)上在相同的位置设置反射面36c、36d，但是在实施方式2中，将反射光导入到光检测器38的两种反射面在聚光透镜35的光轴方向(Z轴方向)上配置在彼此不同的位置。

图13是表示实施方式2的距离测定装置1的结构的截面图。在图13中，对与图2相同的部分附加相同的符号。

在实施方式2中，在支承基体11形成筒状的反射面11d(第1反射面)。反射面11d与给定的圆锥面匹配。反射面11d的中心轴与聚光透镜35的光轴一致。将圆形的孔11c与反射面11d的下端相连。

与实施方式1同样地，支承基体11例如由聚碳酸酯等树脂成形。由此，反射面11d以给定的反射率反射光。反射面11d在支承基体11的成形后可以通过在与反射面11d对应的部分设置反射膜来形成，或者，可以通过对与反射面11d对应的部分实施镜面精加工来形成。另外，可以通过用铝等金属、玻璃等来构成支承基体11，从而使反射面11d反射光来形成。

另外，这里，反射面11d与支承基体11一体形成，但是也可以与实施方式1同样，通过在支承基体11配置镜筒来设置反射面11d。

在实施方式2中，进一步地，在设置有光检测器38的基板40的上表面设置防护盖50。

图14是表示从上表面侧(Z轴正侧)观察基板40和防护盖50的情况下的结构的立体图。

在基板40，除了光检测器38以外，还配置有对来自光检测器38的信号进行放大的放大器电路等。在基板40的上表面，覆盖光检测器38和基板40上的各种电路来设置防护盖50。防护盖50由铜、铁、铝等导电性的金属构成，通过焊料等与地等电连接。防护盖50是用于将包括光检测器38和基板40上的各种电路的受光组件电磁屏蔽的盖。通过防护盖50覆盖受光组件的上方，从而能够通过电磁波来抑制在光检测器38中产生的噪声。

防护盖50具有长方体形状。在防护盖50的上表面形成将防护盖50上下贯通的孔51。在孔51的周围形成筒状的反射面52(第2反射面)。反射面52的下端与孔51相连。反射面52与给定的圆锥面匹配。反射面52的中心轴与聚光透镜35的光轴一致。

防护盖50由金属成形，从而反射面52以比较高的反射率来反射光。反射面52在防护盖50成形后，也可通过在与反射面52对应的部分设置反射膜来形成，或者也可以通过对与反射面52对应的部分实施镜面精加工来形成。

返回图13，反射面11d以及反射面52被配置为沿聚光透镜35的光轴35a排列。反射面11d的中心轴以及反射面52的中心轴与旋转中心轴R10一致。反射面52配置得比反射面11d更靠后级侧。反射面11d相对于旋转中心轴R10的倾斜角比反射面52相对于旋转中心轴R10的倾斜角大。

接着，针对基于2个反射面11d、52的作用，参照图15的(a)～图17的(c)来说明。图15的(a)～图17的(c)是发明者通过仿真求取反射光的光线的仿真结果。

图15的(a)～图17的(c)是从侧方来观察以经过聚光透镜35的光轴35a的平面将光检测器38附近的光学系统切断的切断面的侧视图。在图15的(a)～图17的(c)中，示意地示出入射到聚光透镜35的反射光的光束。

图15的(a)～(c)是在未设置反射面11d、52的情况下(比较例4)得到的光线图，图16的(a)～(c)是在设置反射面11d而未设置反射面52的情况下(比较例5)得到的光线图，图17的(a)～(c)是在未设置反射面11d而设置反射面52的情况下(比较例6)得到的光线图。

本仿真的条件如以下那样设定。

·聚光透镜35的有效直径

19.0mm

·支架33的直径

6.5mm

·光检测器38的受光面38a的直径

0.2mm

·反射面11d、52的内面漫反射率：10％

·滤光器37的厚度d1：1.1mm

·光轴35a与反射面11d所构成的角θ1：37.6°

·光轴35a与反射面52所构成的角θ2：35.0°

·聚光透镜35的焦距：约15mm

·聚光透镜35的折射率：1.573

·滤光器37的折射率：1.511

·光的波长：845nm

·聚光透镜35与滤光器37的距离L1：4.3mm

·滤光器37与光检测器38的距离L2：3.75mm

在该条件下，发明者使到测距对象的物体的距离变化成2000mm、100mm、50mm来进行光线的仿真。在该仿真中，在到物体的距离为2000mm(最大)的情况下，将光学系统设定成使来自聚光透镜35的光轴35a上的点光源(物体)的光几乎不被反射面11d、52反射地聚集到光检测器38。

在到物体的距离为2000mm时，如图15的(a)、图16的(a)以及图17的(a)所示，在比较例4～6中任一者的情况下，也是由聚光透镜35聚光的反射光不被反射面11d、52反射地聚集到受光面38a。

在到物体的距离为100mm时，如图15的(b)所示，在未设置反射面11d、52的情况下(比较例4)，反射光的光线几乎不入射到受光面38a。此外，如图16的(b)所示，在仅设置反射面11d的情况下(比较例5)，虽然反射光的光线的一部分被反射面11d反射，但是反射光几乎不入射到受光面38a。另一方面，如图17的(b)所示，在仅设置反射面52的情况下(比较例6)，反射光的光线的一部分入射到反射面52被反射面52反射而导入到受光面38a。

在到物体的距离为50mm时，如图15的(c)所示，在未设置反射面11d、52的情况下(比较例4)，反射光的光线几乎并不会进一步入射到受光面38a。此外，如图17的(c)所示，在仅设置反射面52的情况下(比较例6)，虽然反射光的光线的一部分被反射面52反射，但反射光几乎不入射到受光面38a。另一方面，如图16的(c)所示，在仅设置反射面11d的情况下(比较例5)，反射光的光线的一部分入射到反射面11d被反射面11d反射而导入到受光面38a。

根据以上与光线相关的仿真结果可知，即使在到物体的距离比2000mm短的情况下，在上述那样的条件下，通过反射面11d、52中的任一个反射面，将反射光的至少一部分导入到受光面38a。

图13所示的距离测定装置1的光学系统如图16的(a)～图17的(c)所示那样构成为反射光的至少一部分被导入到光检测器38的受光面38a。即，反射面11d和反射面52的倾斜角、与旋转中心轴R10平行的方向的幅宽以及与旋转中心轴R10垂直的方向的幅宽(面积)被调整成使得在距离的测定范围内来自反射面11d的反射光和来自反射面52的反射光互补且高效地入射到光检测器38的受光面38a。由此，在距离测定装置1中，即使到物体的距离发生变化，也能够将反射光的至少一部分导入到光检测器38的受光面38a。

图18是表示比较例4～6的仿真结果(检测光量比的变化)的曲线图。检测光量比是光检测器38接收到的受光光量相对于最大光量的比。横轴是到测距对象的物体的距离(mm)，纵轴是将距离2000mm的情况下的检测光量设为1的情况下的检测光量比。这里，将光轴35a与反射面11d所构成的角θ1设定成37.6°(比较例5)，将光轴35a与反射面52所构成的角θ2设定成35.0°(比较例6)。其他条件与上述验证相同。

在比较例4的情况下(未设置反射面11d、52的情况下)，若到物体的距离比150mm短则检测光量就急剧减少。另一方面，在比较例6的情况下(仅形成反射面52的情况下)，即使到物体的距离短，在到物体的距离为80mm～150mm时，检测光量也维持在高的水平。但是，在比较例6的情况下，若到物体的距离比80mm短，则检测光量就急剧减少。在比较例5的情况下(仅形成反射面11d的情况下)，在到物体的距离为40～80m时，检测光量维持在高的水平。但是，在比较例5的情况下，若到物体的距离比80mm长，则检测光量就急剧减少。

根据该结果可知，在未设置反射面11d、52的情况下，若到物体的距离短，则不能适当接收反射光。此外，根据反射面52，在80mm～150mm时，能够适当地接收反射光，根据反射面11d，在80mm以下时，能够适当地接收反射光。因此，可知若如实施方式2那样在支承基体11设置反射面11d，在防护盖50设置反射面52，则即使在到物体的距离短的情况下，也能够抑制检测光量的减少，将检测光量维持在高的水平，能在测距对象的整个范围内适当地接收反射光。

<实施方式2的效果>

以上，根据实施方式2可起到以下的效果。

通过将反射面11d以及反射面52如图13所示那样配置，能够将反射光的至少一部分导入到光检测器38的受光面38a。即，将反射面11d和反射面52的倾斜角、直径、Z轴方向的位置等调整成使得在距离的测定范围内来自反射面11d的反射光和来自反射面52的反射光互补且高效地入射到光检测器38的受光面38a。由此，即使在到物体的距离发生变化的情况下，被反射面11d反射的反射光和被反射面52反射的反射光也相对于光检测器38的受光面38a互补地接近以及分离。于是，即使到物体的距离发生变化，也能够将反射光导入到光检测器38。由此，能够在广范围的区域内适当地测定到物体的距离。

反射面52形成于防护盖50，防护盖50通过覆盖包括光检测器38和基板40上的各种电路的受光组件，从而抑制因电磁波而在光检测器38中产生的噪声。这样，防护盖50进行降低因电磁波导致的噪声并形成反射面52，因此能够使距离测定装置1的结构简单化。

<实施方式2的变更例>

距离测定装置1的结构除上述实施方式2所示的结构以外能够进行各种变更。

例如，在上述实施方式2中，反射面11d形成于支承基体11，反射面52形成于防护盖50，但两个反射面11d、52也可以一体地设置于1个构件。

此外，在上述实施方式2中，反射面11d、52是沿周向的曲面，但是反射面11d、52的形状并不限于此，例如，反射面11d、52可以是构成多棱柱的内侧面的平面。在反射面11d、52是平面的情况下，将反射面11d和反射面52的倾斜角调整成使得在距离的测定范围内来自反射面11d的反射光和来自反射面52的反射光互补且高效地入射到光检测器38的受光面38a。在该情况下，为了更高效地将反射光导入到光检测器38的受光面38a，优选如上述实施方式2那样，反射面11d、52是曲面。

另外，在反射面11d、52是平面的情况下，与如上述实施方式2那样反射面11d、52是与圆锥面匹配的曲面的情况相比，被反射面11d、52反射的反射光难以聚集。于是，为了更高效地将反射光导入到光检测器38的受光面38a，优选如上述实施方式2那样反射面11d、52是曲面。

此外，在上述实施方式2中，并不限于将相对于聚光透镜35的光轴方向(Z轴方向)而倾斜角不同的2个反射面11d、52配置为在Z轴方向上排列，例如，可以进一步将倾斜角不同的第3反射面配置为在Z轴方向上排列。在该情况下，也是将3种反射面的倾斜角、与旋转中心轴R10平行的方向的幅宽以及与旋转中心轴R10垂直的方向的幅宽(面积)调整成使得在距离的测定范围内来自3种反射面的反射光互补且高效地入射到光检测器38的受光面38a。

此外，在上述实施方式2中，也可以与图10所示的结构同样，缩短反光镜34的X轴方向的幅宽。在该情况下，也是虽然与图13所示的实施方式2的结构相比，导入到光检测器38的反射光的光量减少，但是能够降低距离测定装置1的高度。

此外，在上述实施方式2中，光源31和准直透镜32也可以配置在与聚光透镜35不同的位置。例如，也可以与图12的(a)、(b)所示的结构同样，将光源31和准直透镜32配置在旋转中心轴R10的X轴负侧。

此外，在上述实施方式2中，也可以将光源31和准直透镜32配置在旋转部20侧。其中，在该情况下，需要用于从固定部10侧向旋转部20侧供给电力的结构。于是，可以说为了通过简单的结构稳定地驱动光源31，优选如上述实施方式2的结构、图12的(a)、(b)的结构那样在固定部10侧配置光源31。

另外，也能够将本发明涉及的构造应用到没有距离测定功能而仅具备根据来自光检测器38的信号检测在投射方向上是否存在物体的检测功能的装置。在该情况下，即使在到物体的距离近的情况下，也能够与到物体的距离对应地通过反射面11d、52中的至少一个反射面将反射光导入到光检测器38，因此能够适当地检测大范围的区域内有无物体。

此外，本发明的实施方式能够在权利要求书所示的技术思想的范围内适当地进行各种变更。

符号说明

1...距离测定装置

11...支承基体(第1调整构件)

11d...反射面(第1反射面)

31...光源

35...聚光透镜

36...镜筒(调整构件)

36c，36d...反射面(第1反射面，第2反射面)

38...光检测器

50...防护盖(第2调整构件)

52...反射面(第2反射面)。

Claims (10)

1.一种距离测定装置，对测距区域照射激光来测定到所述测距区域中存在的物体的距离，该距离测定装置具备：

聚光透镜，将由所述物体反射的所述激光的反射光聚光；

筒状的调整构件，配置在所述聚光透镜的后级侧，在由所述聚光透镜聚光的所述反射光所入射的内侧面形成第1反射面和第2反射面，其中，所述第2反射面相对于所述聚光透镜的光轴倾斜的倾斜角与所述第1反射面相对于所述聚光透镜的光轴的倾斜角不同；以及

光检测器，接收经由所述调整构件的所述反射光。

2.根据权利要求1所述的距离测定装置，其中，

所述调整构件构成为将多个所述第1反射面和多个所述第2反射面在周向上交替地排列。

3.根据权利要求1或2所述的距离测定装置，其中，

所述第1反射面以及所述第2反射面被配置在相对于所述聚光透镜的光轴相对称的位置。

4.一种距离测定装置，对测距区域照射激光来测定到所述测距区域中存在的物体的距离，所述距离测定装置具备：

聚光透镜，将由所述物体反射的所述激光的反射光聚光；

第1反射面以及第2反射面，为圆锥状且配置在所述聚光透镜的后级侧，并被入射由所述聚光透镜聚光的所述反射光；以及

光检测器，接收经由所述第1反射面以及所述第2反射面的所述反射光，

所述第2反射面相对于所述聚光透镜的光轴的倾斜角与所述第1反射面相对于所述聚光透镜的光轴的倾斜角不同。

5.根据权利要求4所述的距离测定装置，其中，

所述第1反射面以及所述第2反射面被配置为沿所述聚光透镜的光轴排列。

6.根据权利要求5所述的距离测定装置，其中，

所述第2反射面配置得比所述第1反射面更靠后级侧，

所述第1反射面的倾斜角比所述第2反射面的倾斜角大。

7.根据权利要求4～6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：

第1调整构件，形成有所述第1反射面；以及

第2调整构件，配置在所述第1调整构件的后级侧，形成有所述第2反射面。

8.根据权利要求7所述的距离测定装置，其中，

所述第2调整构件是用于对包括所述光检测器的受光组件进行电磁屏蔽的防护盖。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的距离测定装置，其中，

所述聚光透镜、所述第1反射面以及所述第2反射面构成为：在距离测定的范围的最远的位置存在物体的情况下，所述反射光不被所述第1反射面以及所述第2反射面中的任一个反射面反射而直接聚光到所述光检测器。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的距离测定装置，其中，

出射所述激光的光源被埋入于所述聚光透镜的中央而设置。

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