CN112292609A - 物体检测装置以及光检测器 - Google Patents

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Abstract

物体检测装置(10)具备：光源(101)，其出射激光；衍射光栅(104)，其使从光源(101)出射的激光分支成多个；反射镜(105)，其使通过衍射光栅(104)而分支出的激光(0次衍射光L0、±1次衍射光L1、L2)反射；保持器(120)，其对衍射光栅(104)以及反射镜(105)一体地进行保持；马达(130)，其使保持器(120)旋转；光检测器(108)，其接收从物体反射出的各激光的反射光(R0～R2)；以及聚光透镜(107)，其使各激光的反射光聚光到光检测器(108)。

Description

物体检测装置以及光检测器
技术领域
本发明涉及使用光来检测物体的物体检测装置、以及在该物体检测装置中使用的合适的光检测器。
背景技术
以往，使用光来检测物体的物体检测装置在各种领域中不断被开发。在这种物体检测装置中，在给定的投射方向上投射光，并根据其反射光的有无来判别在该投射方向上是否存在物体。此外，根据光的投射定时和反射光的受光定时，来测量到物体的距离。
在以下的专利文献1中记载了一种距离测定装置，其具备：多个光照射光学系统；以及针对这些光照射光学系统所照射的光被物体反射回来的返回光，分别进行检测的多个检测光学系统。在该装置中，通过使对上述光学系统进行保持的保持器旋转，从而改变光的照射方向，并测定到位于周边空间的物体的距离。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2010/0020306号说明书
发明内容
发明要解决的课题
在上述结构的装置中，通过投射方向不同的3个光来扫描装置的周边，因此，能够提高物体的检测能力。然而，由于按每个投射方向来配置光照射光学系统与检测光学系统的组，因而会招致部件个数的增加以及成本的上升。
鉴于该课题，本发明的目的在于，提供一种通过简洁的结构，能够由投射方向不同的多个光来检测物体的物体检测装置以及在该物体检测装置中使用的合适的光检测器。
用于解决课题的手段
本发明的第1方式涉及使用光来检测物体的物体检测装置。该方式所涉及的物体检测装置具备：光源，其出射光；分支元件，其使从所述光源出射的所述光分支成多个；反射镜，其使通过所述分支元件而分支出的光反射；保持器，其对所述分支元件以及所述反射镜一体地进行保持；驱动部，其使所述保持器旋转；光检测器，其接收从物体反射出的所述各光的反射光；以及聚光透镜，其使所述各光的反射光聚光到所述光检测器。
根据本方式所涉及的物体检测装置，投射通过分支元件而分支出的光，并且由光检测器接收被分支出的各个光的反射光，因此，不需要按每个投射方向单独地设置光学系统，能够通过极其简单的结构，通过投射方向不同的多个光来检测物体。
本发明的第2方式涉及光检测器。该方式所涉及的光检测器具备：第1传感器；以及在所述第1传感器的周围被配置成圆弧状的第2传感器。
例如，在上述第1方式所涉及的物体检测装置的分支元件是衍射光栅的情况下，若构成光学系统以使0次衍射光沿着反射镜的旋转中心轴，则与0次衍射光不同次数的其他衍射光的反射光在光检测器的受光面上，伴随着反射镜的旋转，进行围绕0次衍射光的入射位置的旋转。另一方面，第2方式所涉及的光检测器在第1传感器的周围，圆弧状地配置有第2传感器。因此，通过将第2方式的光检测器用作上述第1方式所涉及的物体检测装置的光检测器，能够由第1传感器接收0次衍射光的反射光，并且使伴随着反射镜的旋转而旋转的其他次数的衍射光的反射光的移动轨迹沿着圆弧状的第2传感器。由此，通过第2方式所涉及的光检测器，能够分别顺利地接收0次衍射光的反射光与其他次数的衍射光的反射光，来生成各反射光的检测信号。
发明的效果
如以上，根据本发明，能够提供一种通过简洁的结构，能够由投射方向不同的多个光来检测物体的物体检测装置以及在其中使用的合适的光检测器。
本发明的效果乃至意义通过以下所示的实施方式的说明而变得更加明确。然而，以下所示的实施方式只不过是使本发明实施化时的一个示例，本发明并不在任何程度上受限于以下实施方式中记载的内容。
附图说明
图1的(a)～(c)分别是表示实施方式所涉及的物体检测装置的结构的立体图。
图2的(a)、(b)分别是表示实施方式所涉及的物体检测装置的结构的剖视图。
图3是表示实施方式所涉及的物体检测装置中的激光的出射轨迹的图表。
图4的(a)～(c)分别是示意性表示实施方式所涉及的、光检测器的结构以及在光检测器上的各衍射光的反射光的移动状态的图。
图5是表示实施方式所涉及的物体检测装置的结构的框图。
图6的(a)～(f)分别是示意性表示变更例1所涉及的、光检测器的结构以及在光检测器上的各衍射光的反射光的移动状态的图。
图7是表示变更例1所涉及的物体检测装置的结构的框图。
图8的(a)、(b)分别是表示变更例2所涉及的物体检测装置的结构的剖视图。
图9的(a)～(c)分别是示意性表示变更例2所涉及的、光检测器的结构以及在光检测器上的各衍射光的反射光的移动状态的图。
图10的(a)～(d)分别是示意性表示变更例3所涉及的、光检测器的结构以及在光检测器上的各衍射光的反射光的移动状态的图。图10的(e)是表示变更例4所涉及的物体检测装置的结构的立体图。
图11的(a)是表示变更例5所涉及的物体检测装置的结构的剖视图。
图11的(b)是示意性表示变更例5所涉及的光路切换反射镜的结构的俯视图。
其中，附图专门用于说明，并不对本发明的范围进行限定。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在附图中，标记有相互正交的X、Y、Z轴。Z轴方向是物体检测装置的高度方向，X轴正方向是物体检测装置的正面方向。
图1的(a)～(c)是表示物体检测装置10的结构的立体图。在图1的(a)～(c)中示出了在反射镜105位于中立位置的情况下的物体检测装置10的状态。这里，所谓“中立位置”，是指反射镜105从与X轴垂直的状态在与Z-X平面平行的方向上倾斜了45度的位置。在该状态下，激光的投射方向成为正面方向(X轴正方向)。
为了方便，在图1的(b)中，从图1的(a)所示的结构中省略了滤波器106，在图1的(c)中进一步省略了筒体110。图1的(a)中示出的物体检测装置10是完成体。
参照图1的(a)～(c)，物体检测装置10具备：光源101；准直透镜102；折弯反射镜103；衍射光栅104；反射镜105；滤波器106；聚光透镜107；以及光检测器108。
光源101出射红外的激光。光源101例如是出射905nm的激光的半导体激光器。光源101被配置成出射光轴与X轴平行。准直透镜102将从光源101出射的激光变换成平行光。
光源101和准直透镜102分别被配置成在X轴方向上排列。更详细地，光源101和准直透镜102被配置成使光源101的出射光轴与准直透镜102光轴相互一致。此外，光源101被配置成，出射光轴与反射镜105的旋转中心轴R10(参照图2的(a)、(b))正交。从光源101出射的激光在通过准直透镜102而变换成平行光之后，由折弯反射镜103在Z轴负方向上反射。
准直透镜102和折弯反射镜103被装配于筒体110。筒体110具有中心轴与X轴平行的中空的圆筒部110a、和中心轴与Z轴平行的中空的圆筒部110b被一体地连结而得的形状。圆筒部110a、110b的连结部被开放，在该连结部装配有折弯反射镜103，以使反射面位于筒体110的内部。折弯反射镜103在从与Z轴垂直的状态向与Z-X平面平行的方向倾斜了45度的状态下，被装配于筒体110。在筒体110的光源101侧的开口，装配有准直透镜102。
通过准直透镜102而被平行光化的激光经过筒体110(圆筒部110a)内部而入射到折弯反射镜103。之后，激光通过折弯反射镜103在Z轴负方向上被反射，并经过筒体110的衍射光栅104侧的开口。这样，激光入射到衍射光栅104。激光沿着反射镜105的旋转中心轴R10(参照图2的(a)、(b))，入射到衍射光栅104。
衍射光栅104通过衍射使如上述那样入射的激光分支。衍射光栅104的衍射方向与基于反射镜105的激光的投射方向(X轴方向)平行。即，衍射光栅104使来自光源101的激光分支，以使通过衍射而分支出的激光在与反射镜105的旋转中心轴R10(参照图2的(a)、(b))平行的方向上分离地入射到反射镜105。
在本实施方式中，衍射光栅104被构成为，0次衍射光以及±1次衍射光的衍射效率高，其他次数的衍射光的衍射效率大致成为零。这里，0次衍射光以及±1次衍射光的衍射效率被大致相等地设定。衍射光栅104例如由阶梯型的衍射光栅构成。衍射光栅104还可以是火焰型的衍射光栅。
反射镜105使通过衍射光栅104分支出的激光(0次衍射光以及±1次衍射光)在投射方向上反射。反射镜105在中立位置，从与X轴垂直的状态在与Z-X平面平行的方向上倾斜45度。如上述那样，激光沿着反射镜105的旋转中心轴R10(参照图2的(a)、(b))而入射到衍射光栅104，因此，未被衍射而在衍射光栅104中透过的0次衍射光沿着旋转中心轴R10而入射到反射镜105。
衍射光栅104和反射镜105被保持于保持器120。保持器120是上表面以及侧面开放的圆筒框状的构件。在保持器120的上表面，在中立位置形成在X轴方向上延伸的梁部121，并在其中央装配有衍射光栅104。梁部121被配置于保持器120上表面的Y轴方向的中央位置。梁部121的Y轴方向的两侧分别成为开口122。被反射镜105反射出的激光(0次衍射光以及±1次衍射光)从保持器120侧面的开口在X轴正方向上被投射。
图2的(a)、(b)分别是表示物体检测装置10的结构的剖视图。
在图2的(a)、(b)中示出了，将图1的(a)的结构在Y轴方向的中间位置处，利用与X-Z平面平行的平面切断而得的剖面。在图2的(a)中图示了向目标区域投射的激光(衍射光)L0～L2；在图2的(a)中图示了，通过在目标区域存在的物体而反射出的各激光的反射光R0～R2。L0、L1、L2分别是通过衍射光栅104生成的0次衍射光、+1次衍射光以及-1次衍射光。此外，R0、R1、R2分别是被物体反射出的0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的反射光。
如图2的(a)所示那样，从光源101出射的激光通过衍射光栅104而分支成0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2。其中，0次衍射光L0由于与Z轴平行地入射到反射镜105，因而通过反射镜105在X轴方向(水平方向)上被反射。与此相对地，+1次衍射光L1和-1次衍射光L2从与Z轴平行的状态在与X-Z平面平行的方向上以给定的衍射角倾斜来入射到反射镜105。因此，+1次衍射光L1和-1次衍射光L2分别通过反射镜105，在从X轴方向朝向Z轴正负方向倾斜的方向上被反射。
这样，在铅垂方向(Z轴方向)上分离的3个激光(0次衍射光L0、+1次衍射光L1、-1次衍射光L2)被投射到目标区域。
如图2的(a)所示那样，保持器120在X-Y平面上的中央位置形成有圆形的孔123，马达130的旋转轴131在该孔123嵌入并被连结。若驱动马达130，则保持器120以旋转中心轴R10为中心进行旋转，伴随之，反射镜105和衍射光栅104进行旋转。
这里，反射镜105和衍射光栅104一体地旋转，因此，关于与反射镜105相对的、0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的相对位置关系，即使反射镜105旋转也是不变的。因此，关于与水平面(X-Y平面)相对的、0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的投射方向所成的角，即使反射镜105旋转也是不变的。
图3是表示物体检测装置10中的激光(0次衍射光L0、+1次衍射光L1、-1次衍射光L2)的出射轨迹的图表。
在图3中，横轴以与正面方向相对的角度示出了水平方向的投射方向；纵轴以与水平面相对的角度示出了铅垂方向的投射方向。这里，以与水平面(X-Y平面)相对的、0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的投射方向所成的角分别被设定成0度、+5度、-5度。即，衍射光栅104中的+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的衍射角分别是5度。
如图3所示那样，在本实施方式中，能够使在铅垂方向(Z轴方向)上分离的3个激光(0次衍射光L0、+1次衍射光L1、-1次衍射光L2)围绕旋转中心轴R10旋转并进行投射。此外，在图3中，作为横轴的范围，示出了-135度～+135度的范围，然而这是一个示例，0次衍射光L0、+1次衍射光L1、-1次衍射光L2的旋转范围并不受限于此。例如，0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的旋转范围还可以被设定成比-135度～+135度更宽的范围。
返回到图2的(b)，当在0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的投射方向上存在物体的情况下，被物体反射出的各衍射光的反射光R0、R1、R2在投射光路中逆行地入射到反射镜105。在图2的(b)中，带有反射光R0标记的2个直线示出了能够由聚光透镜107取入的反射光的最外侧的光线。带有反射光R1、R2标记的直线也是同样的。这里，由于到物体的距离长，因而，反射光R0、R1、R2由给定光束直径的平行光来表示。
如上述那样，向目标区域投射的0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的投射方向相互不同，因此，入射到反射镜105的反射光R0、R1、R2的入射方向也相互不同。即，0次衍射光L0在水平方向上被投射，因而，0次衍射光L0的反射光R0在水平方向上从目标区域逆行地向反射镜105入射。
与此相对地，+1次衍射光L1在相对于水平方向而铅垂向上的方向(Z轴正方向)以给定角度倾斜的方向上被投射，因而，+1次衍射光L1的反射光R1在相对于水平方向而铅垂向下的方向(Z轴负方向)以给定角度倾斜的方向上，从目标区域逆行地入射到反射镜105。
此外，-1次衍射光L2在相对于水平方向而铅垂向下的方向(Z轴负方向)以给定角度倾斜的方向上被投射，因而，-1次衍射光L2的反射光R2在相对于水平方向而铅垂向上的方向(Z轴生方向)以给定角度倾斜的方向上，从目标区域逆行地入射到反射镜105。
之后，反射光R1、R2、R3分别被反射镜105反射，从而朝向保持器120的上表面。然后，反射光R1、R2、R3的大部分经过保持器120上表面的开口122(参照图1的(a))，向滤波器106入射，进而透射滤波器106来入射到聚光透镜107。
滤波器106是将从光源101出射的激光波段的光透射，并将其他波段的光遮断的带通滤波器。因此，入射到滤波器106的反射光R1、R2、R3直接透射滤波器106，入射到聚光透镜107。聚光透镜107使进行了入射的反射光R1、R2、R3收敛到光检测器108的受光面。
这里，反射光R1、R2、R3如上述那样入射到反射镜105的角度相互不同，因此，对聚光透镜107也以相互不同的角度来入射。聚光透镜107的光轴与旋转中心轴R10一致。因此，0次衍射光L0的反射光R0与聚光透镜107的光轴平行地入射到聚光透镜107。与此相对地，+1次衍射光L1的反射光R1以从与聚光透镜107的光轴平行的状态向X轴正方向倾斜的方式，入射到聚光透镜107。-1次衍射光L2的反射光R2以从与聚光透镜107的光轴平行的状态向X轴负方向倾斜的方式，入射到聚光透镜107。
这样，由于与聚光透镜107相对的反射光R0、R1、R2的入射方向相互不同，因而反射光R0、R1、R2的收敛位置在光检测器108的受光面中，在X轴方向上错开。此外，关于反射光R0的收敛位置，即使反射镜105发生旋转也是固定的，然而，反射光R1、R2的收敛位置伴随着反射镜105的旋转而旋转。光检测器108被构成为，能够接收这样收敛位置相互错开且进行旋转的反射光R0、R1、R2。
图4的(a)～(c)分别是示意性表示光检测器108的结构以及在光检测器108上的各衍射光的反射光的移动状态的图。
光检测器108具备：接收0次衍射光L0的来自物体的反射光R0的传感器S1；以及在传感器S1的周围配置，并接收+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的来自物体的反射光R1、R2的传感器S2、S3。传感器S2、S3在接收0次衍射光L0的反射光R0的传感器S1的周围被配置成圆弧状，以使得沿着伴随着反射镜105的旋转而旋转的+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的反射光R1、R2的移动轨迹。此外，传感器S2、S3在反射光R1、R2的移动方向上被分割为2个。
在该结构中，从传感器S1输出与反射光R0相对的检测信号。与此相对地，从传感器S2、S3的一方输出与反射光R1相对的检测信号，并从传感器S2、S3的另一方输出与反射光R2相对的检测信号。
例如，如图4的(a)所示那样，在反射光R1、R2入射到光检测器108的情况下，从传感器S2输出与反射光R1相对的检测信号，并从传感器S3输出与反射光R2相对的检测信号。之后，如图4的(b)所示那样，若反射光R1、R2以顺时针方向旋转而均等地施加于传感器S2、S3的边界，则与反射光R1、R2相对的检测信号的输出停止。进而，若反射光R1、R2顺时针方向旋转，并如图4的(c)所示那样反射光R1、R2入射到光检测器108，则从传感器S3输出与反射光R1相对的检测信号，并从传感器S2输出与反射光R2相对的检测信号。
这样，从传感器S1取得与反射光R0相对的检测信号，并分别从传感器S2、S3选择性地取得与反射光R1、R2相对的检测信号。
图5是表示物体检测装置10的结构的框图。
物体检测装置10作为电路部的结构，具备控制器201、激光器驱动电路202、反射镜驱动电路203、以及定时检测电路204。
控制器201具备微型计算机和存储器，按照在存储器中保持的程序对各部分进行控制。激光器驱动电路202通过来自控制器201的控制信号，来驱动光源101。反射镜驱动电路203通过来自控制器201的控制信号，驱动马达130，使反射镜105旋转。
定时检测电路204根据光检测器108的传感器S1～S3的检测信号，来检测这些传感器S1～S3分别接收到反射光R0～R2的定时。定时检测电路204在传感器S1～S3分别接收到反射光R0～R2的定时，将反射光R0～R2的检测脉冲输出给控制器201。
在物体检测动作时，控制器201控制反射镜驱动电路203，使反射镜105在水平方向上旋转。然后，控制器201控制激光器驱动电路202，每隔水平方向的给定的旋转角，从光源101使激光进行脉冲发光。然后，控制器201根据来自定时检测电路204的信号，判定在反射镜105的各旋转角下，从光源101出射的激光(0次衍射光L0、+1次衍射光L1、-1次衍射光L2)的反射光R0～R2是否被光检测器108接收到。
当在反射镜105的各旋转角下，反射光R0～R2被光检测器108接收到的情况下，控制器201判定为，在各旋转角中的0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的铅垂角方向上存在物体。然后，控制器201根据从光源101出射激光的定时、以及通过定时检测电路204检测出的反射光R0～R2的受光定时的时间差，来测定在0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的投射方向上的到物体的距离。这样，进行在各投射方向上的物体检测动作。
此外，如参照图4的(a)～(c)而说明的那样，控制器201伴随着反射光R1、R2的移动，选择性地切换用于取得这些反射光R1、R2的检测信号的传感器S2、S3。
即，控制器201将从定时检测电路204输出的各定时检测信号选择性地分配为反射光R1、R2的定时检测信号，以便对应于反射镜105的旋转位置，来取得传感器S2、S3当中反射光R1、R2所分别入射的传感器所对应的定时检测信号。由此，控制器201能够通过图4的(a)～(c)中示出的2个传感器S2、S3，适当地取得伴随着反射镜105的旋转而旋转的反射光R1、R2的定时检测信号。
<实施方式的效果>
根据上述实施方式，能够获得以下的效果。
通过衍射光栅104(分支元件)分支出的激光(0次衍射光L0、+1次衍射光L1、-1次衍射光L2)投射到目标区域，并且分支出的各个激光(0次衍射光L0、+1次衍射光L1、-1次衍射光L2)的反射光R0、R1、R2由光检测器108接收，因此，不需要按每个投射方向单独地设置光学系统，能够通过极其简单的结构，通过投射方向不同的多个激光来检测物体。
如图4的(a)～(c)所示那样，光检测器108具备：接收0次衍射光L0的来自物体的反射光R0的传感器S1；以及在该传感器S1的周围配置，并接收±1次衍射光L1、L2的来自物体的反射光R1、R2的传感器S2、S3。这样，通过在传感器S1的周围配置传感器S2、S3，能够通过传感器S2、S3来接收伴随着反射镜105的旋转而旋转的反射光R1、R2。
这里，如图4的(a)～(c)所示那样，传感器S2、S3在接收0次衍射光L0的反射光R0的传感器S1的周围被配置成圆弧状，以使得沿着伴随着反射镜105的旋转而旋转的±1次衍射光L1、L2的反射光R1、R2的移动轨迹。这样，通过将传感器S2、S3形成为圆弧状，能够将传感器S2、S3的面积限制成与反射光R1、R2的移动轨迹对应的面积。由此，能够抑制传感器S2、S3接收杂散光等无用光这一情况，并能够提高反射光R1、R2的检测精度。
如参考图4的(a)～(c)所说明的那样，控制器201伴随着反射光R1、R2的旋转移动，选择性地切换用于取得各反射光R1、R2的检测信号的传感器S2、S3。由此，控制器201通过图4的(a)～(c)中示出的2个传感器S2、S3，能够适当地取得伴随着反射镜105的旋转而旋转的反射光R1、R2的检测信号。
如图2的(a)所示那样，衍射光栅104(分支元件)使来自光源101的激光分支，以使分支出的激光(0次衍射光L0、+1次衍射光L1、-1次衍射光L2)在与反射镜105的旋转中心轴R10平行的方向上分离地入射到反射镜105。由此，如图3所示那样，能够在铅垂方向上，在不同的投射方向上，投射分支出的多个激光(0次衍射光L0、+1次衍射光L1、-1次衍射光L2)。由此，能够将检测范围在铅垂方向上扩大。
另外，在本实施方式中，如图1的(a)～图2的(b)所示那样，设置有筒体110。因此，例如能够防止在衍射光栅104的入射面反射出的激光的反射光、或者在折弯反射镜103或准直透镜102的出射面产生的激光的散射光等入射到聚光透镜107而在光检测器108聚光。由此，通过使用筒体110，能够提高物体的检测精度。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，然而，本发明并不限定于上述实施方式，另外能够进行各种变更。
<变更例1>
图6的(a)～(f)分别是示意性表示变更例1所涉及的、光检测器108的结构以及在光检测器108上的各衍射光的反射光R0～R2的移动状态的图。
在变更例1中，在接收反射光R0的传感器S11的周围配置有4个传感器S12～S15。即，在变更例1中，与上述实施方式相比，用于接收反射光R1、R2的传感器的分割数变多。传感器S12～S15分别地在传感器S11的周围被配置成圆弧状，以使得沿着反射光R1、R2的移动轨迹。光检测器108以外的结构与在上述实施方式1中示出的图1的(a)～(c)以及图2的(a)、(b)的结构相同。
在图6的(a)～(f)中，传感器S12～S15当中带有斜线阴影的传感器是在反射光R1的检测中使用的传感器，带有点阴影的传感器是在反射光R2的检测中使用的传感器。即，在图6的(a)的状态下，传感器S12、S13被用于反射光R1的受光，传感器S14、S15被用于反射光R2的检测。
此外，在图6的(b)的状态下，传感器S13被用于反射光R1的受光，传感器S15被用于反射光R2的检测。在图6的(c)的状态下，传感器S13、S14被用于反射光R1的受光，传感器S15、S12被用于反射光R2的检测。在图6的(d)的状态下，传感器S14被用于反射光R1的受光，传感器S12被用于反射光R2的检测。在图6的(e)的状态下，传感器S12、S13被用于反射光R2的受光，传感器S14、S15被用于反射光R1的检测。在图6的(f)的状态下，传感器S13被用于反射光R2的受光，传感器S15被用于反射光R1的检测。
这样，在变更例2中，从传感器S12～S15中，选择性地切换在反射光R1、R2的检测中使用的传感器。
这里，在变更例2的结构中，如图6的(a)、(c)、(e)所示那样，在反射光R1、R2位于传感器间的边界位置的情况下，也能够取得与反射光R1、R2相对的检测信号。这一点是与上述实施方式中的图4的(a)～(c)的结构不同的点。即，根据变更例2的结构，在反射光R1、R2入射到传感器的边界位置的情况下，也能够不发生检测信号的丢失或串扰地，稳定地取得反射光R1、R2的检测信号。此外，传感器S12～S15的面积小于图4的(a)～(c)中示出的传感器S2、S3，因此，能够抑制杂散光等无用光对反射光R1、R2的检测信号的影响。
图7是表示变更例1所涉及的物体检测装置10的结构的框图。
这里，与图5的结构相比，追加了选择器205。其他的结构与图5是同样的。
选择器205通过来自控制器201的控制，从分别从传感器S12～S15输出的检测信号当中选择给定的检测信号，来生成反射光R1的检测信号和反射光R2的检测信号。具体地，控制器201使选择器205从分别从传感器S12～S15输出的检测信号当中，选择来自反射光R1、R2所分别入射的传感器的检测信号，来使反射光R1、R2的检测信号生成。
例如，在图6的(a)的定时，控制器201使选择器205选择来自传感器S12、S13的检测信号，来使反射光R1的检测信号生成。该情况下，选择器205对来自传感器S12、S13的检测信号进行加法运算，来生成反射光R1的检测信号，并将生成的检测信号输出给定时检测电路204。此外，在图6的(b)的定时，控制器201使选择器205选择来自传感器S13的检测信号，来使反射光R1的检测信号生成。该情况下，选择器205将来自传感器S13的检测信号直接作为反射光R1的检测信号，输出给定时检测电路204。
控制器201例如根据反射镜105的旋转位置，判别反射光R1、R2分别正在入射到传感器S12～S15中的哪个。此外，还可以结合正在从传感器S12～S15的哪个输出检测信号，来判别反射光R1、R2分别正在入射到传感器S12～S15中的哪个。然后，控制器201根据该判别结果，如上述那样对选择器205进行控制，使与反射光R1、R2对应的检测信号输出到定时检测电路204。此外，选择器205将传感器S11的检测信号直接作为反射光R0的检测信号，输出给定时检测电路204。
定时检测电路204根据从选择器205输入的检测信号，来检测反射光R0、R1、R2的受光定时。然后，定时检测电路204在检测出的反射光R0～R2的受光定时，将反射光R0～R2的检测脉冲输出给控制器201。
在物体检测动作时，控制器201与上述实施方式同样地，使反射镜105在水平方向上旋转，并每隔水平方向的给定的旋转角来从光源101使激光进行脉冲发光。然后，控制器201根据来自定时检测电路204的信号，判定在反射镜105的各旋转角下，反射光R0～R2是否被光检测器108接收到。在反射光R0～R2被接收到的情况下，控制器201判定为，在0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的投射方向上存在物体。
此外，控制器201根据从光源101出射激光的定时、以及通过定时检测电路204检测出的反射光R0～R2的受光定时的时间差，来测定在0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的投射方向上的到物体的距离。
在本变更例1中，也能获得与上述实施方式同样的效果。除此之外，根据变更例1，如上述那样，在反射光R1、R2入射到传感器的边界位置的情况下，也能够不发生检测信号的丢失或串扰地，稳定地取得反射光R1、R2的检测信号。此外，传感器S12～S15的面积小于图4的(a)～(c)中示出的传感器S2、S3，因此，能够抑制杂散光等无用光对反射光R1、R2的检测信号的影响，并能够提高物体的检测精度。
此外，在变更例1中，优选在物体检测的期间以外的定时、即从使光源101脉冲发光起直到对受光信号进行处理为止的期间以外的定时，进行基于选择器205的信号的切换。例如，优选在即将使光源101脉冲发光之前，进行基于选择器205的信号的切换。这样，能够防止信号切换时的噪声对检测信号造成影响。
<变更例2>
在上述实施方式以及变更例1中，由衍射光栅104分支出的0次衍射光L0以及±1次衍射光L1、L2被投射到目标区域，然而，在变更例2中，变更了在投射中使用的衍射光。
图8的(a)、(b)分别是表示变更例2所涉及的物体检测装置10的结构的剖视图。在图8的(a)、(b)中，示出了与图2的(a)、(b)同样的剖面。
如图8的(a)所示那样，在变更例2中，通过衍射光栅104生成相对于0次衍射光而衍射角相互不同的2个次数的衍射光，并导向反射镜105。例如，衍射光栅104被构成为，0次衍射光L0、+1次衍射光L3以及+2次衍射光L4的衍射效率高，且其他次数的衍射光的衍射效率大致成为零。这里，0次衍射光L0、+1次衍射光L3以及+2次衍射光L4的衍射效率被大致相等地设定。衍射光栅104例如通过火焰型的衍射光栅来构成。
该情况下，将0次衍射光L0、+1次衍射光L3以及+2次衍射光L4用于物体检测。然而，在物体检测中使用的衍射光的组合并不受限于此。例如，还可以将0次衍射光、+2次衍射光以及+4次衍射光用于物体检测，还可以将0次衍射光、+1次衍射光以及-2次衍射光用于物体检测。
如图8的(b)所示那样，在变更例2中，基于0次衍射光L0、+1次衍射光L3以及+2次衍射光L4的反射光R0、R3、R4入射到反射镜105。该情况下，对应于与反射镜105相对的反射光R3、R4的入射角，在光检测器108的受光面中的反射光R3、R4的收敛位置相对于反射光R0的收敛位置而在一方向上错开。因此，在变更例2中，光检测器108被构成为能够适当接收这些反射光R0、R3、R4。
图9的(a)～(c)分别是示意性表示变更例2所涉及的、光检测器108的结构以及在光检测器108上的各衍射光的反射光R0、R3、R4的移动状态的图。
在变更例2中，在接收反射光R0的传感器S21的周围，将用于接收反射光R3的传感器S22配置成圆弧状，进一步地，在该传感器S22的周围，将用于接收反射光R4的传感器S23配置成圆弧状。传感器S22、S23分别形成为沿着反射光R3、R4的移动轨迹。
在该结构中，按每个反射光R3、R4，单独地配置有传感器S22、S23，因此，即使反射光R3、R4的圆周方向的旋转位置发生变化，也能够将传感器S22、S23的检测信号直接作为反射光R3、R4的检测信号来使用。因此，在图5所示的结构中，控制器201不需要对应于反射光R3、R4的旋转位置、即反射镜105的旋转位置，来进行切换传感器S22、S23的检测信号等控制。由此，能够实现控制的简洁化。
此外，在本变更例2中，例如还可以与图6的(a)～(f)同样地，将传感器S22、S23在圆周方向上分割为多个。该情况下，如图7所示那样，在电路部设置选择器205。然后，对应于反射光R3、R4的位置，通过选择器205来选择来自分割后的传感器S22、S23的检测信号，生成反射光R3、R4的检测信号。根据该结构，分割后的各传感器的面积减小，因此，与图9的(a)～(c)的结构相比，能够抑制杂散光等无用光对反射光R3、R4的检测信号的影响。由此，能够提高物体的检测精度。
此外，在图8的(a)、(b)的结构中，0次衍射光L0以外的衍射光是2个，然而，0次衍射光L0以外的衍射光还可以是1个或者3个以上。在0次衍射光L0以外的衍射光是3个的情况下，在图9的(a)～(c)所示的传感器S23的外侧，另外再配置一个圆弧状的传感器。这样，对应于0次衍射光L0以外的衍射光的数量，来设定在传感器S21的外侧配置的传感器的数量。
<变更例3>
在上述变更例1中，接收反射光R1、R2的传感器的圆周方向的分割数是4个，然而，接收反射光R1、R2的传感器的圆周方向的分割数还可以是3个或者5个以上。例如，如图10的(a)～(d)所示那样，光检测器108还可以具备：接收反射光R0的传感器S31；以及作为接收反射光R1、R2的传感器而在圆周方向上被分割成12个的传感器S32～S43。
该情况下，分别通过来自1个传感器或者相邻的2个传感器的检测信号，来取得反射光R1、R2的检测信号。在图10的(a)～(d)中，带有斜线阴影的传感器是用于取得反射光R1的检测信号的传感器，带有点阴影的传感器是用于取得反射光R2的检测信号的传感器。与上述变更例1同样地，基于控制器201的控制，通过选择器205来进行检测信号的选择以及生成。
根据变更例3的结构，与变更例1相比，能够进一步缩小传感器S32～S43的面积，因此，能够进一步抑制杂散光等无用光对反射光R3、R4的检测信号的影响。由此，能够进一步提高物体的检测精度。
<变更例4>
图10的(e)是表示变更例4所涉及的物体检测装置10的结构的立体图。
在变更例4中，省略了上述实施方式中的滤波器106，替代地，将滤波器141装配到保持器120的上表面。与上述滤波器106同样地，滤波器141是将光源101的出射波段的光透射，并将其他波长体的光遮断的带通滤波器。在滤波器141的中央形成矩形的开口，在该开口装配有衍射光栅104。即，在变更例4中，滤波器141兼做衍射光栅104的支承构件。其他结构与上述实施方式是同样的。
根据变更例4的结构，能够省略图1的(a)～(c)中示出的梁部121，因此，能够将在上述实施方式中被梁部121遮光了的反射光R0、R1、R2的部分导向光检测器108。由此，能够使更多的反射光R0、R1、R2在光检测器108聚光。
此外，衍射光栅104在俯视观察下还可以不是矩形而是圆形。在衍射光栅104是圆形的情况下，将为了装配衍射光栅104而在滤波器141设置的开口也调整成圆形。由此，能够进一步使大量的反射光R0、R1、R2在光检测器108聚光。
<变更例5>
图11的(a)是表示变更例5所涉及的物体检测装置10的结构的剖视图。图11的(b)是示意性表示变更例5所涉及的光路切换反射镜151的结构的俯视图。
在变更例5中，包括光源101以及准直透镜102的光学系统、与包括滤波器106、聚光透镜107以及光检测器108的光学系统可相互替换。此外，在两光学系统之间，配置有用于切换光路的光路切换反射镜151。光源101被配置成，出射光轴与旋转中心轴R10相匹配。在光路切换反射镜151，在中央设置有孔151a。通过准直透镜102而被平行光化的激光经过孔151a而入射到衍射光栅104。这样，与上述实施方式同样地，生成0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2。
从目标区域反射出的0次衍射光L0、+1次衍射光L1以及-1次衍射光L2的反射光与上述实施方式同样地，在由反射镜105反射之后，以光路切换反射镜151的孔151a以外的部分，在X轴负方向上被反射。之后，这些反射光经由滤波器106而入射到聚光透镜107，并通过聚光透镜107被收敛到光检测器108的受光面。该情况下，各反射光的收敛位置也在受光面上在Z轴方向上错开。各反射光例如被图4的(a)～(c)中示出的结构的传感器S1、S2、S3接收。
在本变更例5中，也可以获得与上述实施方式同样的效果。此外，在本变更例5中，还可以在孔151a与衍射光栅104之间设置有筒体。由此，能够防止被衍射光栅104的入射面反射出的激光直接在光检测器108聚光。
<其他变更例>
在上述实施方式中，作为0次衍射光L0以外的衍射光，将±1次衍射光L1、L2用于物体检测，然而，在物体检测中使用的衍射光并不受限于此。例如，作为0次衍射光以外的衍射光，也可以将±2次衍射光用于物体检测，也可以仅将+1次衍射光用于物体检测。在物体检测中使用的衍射光的数量也并不限于3个。
此外，在上述实施方式中，基于衍射光栅104的衍射方向是在图2的(a)所示的中立位置处与X-Z平面平行的方向，然而，基于衍射光栅104的衍射方向并不受限于此。例如，基于衍射光栅104的衍射方向还可以在图2的(a)所示的中立位置处相对于X-Z平面以给定角度倾斜。为了将物体的检测范围在铅垂方向上扩大，衍射光栅104优选使来自光源101的激光分支，以使分支出的激光在与旋转中心轴R10平行的方向上分离地入射到反射镜105。
此外，在接收0次衍射光L0的反射光R0的传感器S1的周围配置的传感器可以不一定是圆弧形状，只要在反射光R1、R2移动了的情况下也能够接收反射光R1、R2，则也可以是其他形状。但是，通过将在传感器S1的周围配置的传感器形成为圆弧状，能够将该传感器的面积限制成与反射光的移动轨迹对应的面积，并能够抑制杂散光等无用光入射到该传感器。由此，能够提高来自物体的反射光的检测精度。
此外，光检测器108还可以并不一定是具有给定的传感器图案的结构，还可以是CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)等摄像元件、二维PSD(PositionSensitiveDetector，位置敏感检测器)。但是，如上述那样，通过使用具有给定的传感器图案的结构的光检测器108，能够实现结构以及控制的简洁化和成本的降低。
此外，还可以将保持器120与反射镜105一体形成。例如在保持器120包括金属材料的情况下，还可以通过对保持器120的倾斜面进行镜面加工来构成反射镜105。
此外，使光分支的分支元件并不限于衍射光栅，只要能使来自光源的光分支，则也可以是其他元件。进而，光源101除了激光源以外，还能够使用LED(light emitting diode，发光二极管)。
此外，在上述实施方式以及变更例中，测定了在投射方向上有无物体以及到物体的距离，然而，物体检测装置10还可以是仅检测在投射方向上有无物体的结构。
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。
-符号说明-
10…物体检测装置
104…衍射光栅(分支元件)
105…反射镜
107…聚光透镜
108…光检测器
120…保持器
130…马达(驱动部)
201…控制器
S1～S3…传感器
S11～S15…传感器
S21～S23…传感器
S31～S43…传感器。

Claims (13)

1.一种物体检测装置，使用光对物体进行检测，
该物体检测装置具备：
光源，其出射光；
分支元件，其使从所述光源出射的所述光分支成多个；
反射镜，其使通过所述分支元件而分支出的光反射；
保持器，其对所述分支元件以及所述反射镜一体地进行保持；
驱动部，其使所述保持器旋转；
光检测器，其接收从物体反射出的所述各光的反射光；以及
聚光透镜，其使所述各光的反射光聚光到所述光检测器。
2.根据权利要求1所述的物体检测装置，其中，
所述分支元件是衍射光栅。
3.根据权利要求2所述的物体检测装置，其中，
来自所述光源的所述光沿着所述反射镜的旋转中心轴入射到所述衍射光栅，
通过所述衍射光栅生成的0次衍射光与至少1个其他次数的衍射光被所述反射镜反射而投射，
所述光检测器具备：传感器，其接收所述0次衍射光的来自所述物体的反射光；以及至少1个其他传感器，其被配置在所述传感器的周围，并接收所述其他次数的衍射光的来自所述物体的反射光。
4.根据权利要求3所述的物体检测装置，其中，
所述其他传感器在接收所述0次衍射光的所述反射光的所述传感器的周围被配置成圆弧状，以使得沿着伴随着所述反射镜的旋转而旋转的所述其他次数的衍射光的所述反射光的移动轨迹。
5.根据权利要求3或4所述的物体检测装置，其中，
所述衍射光栅生成多个所述其他次数的衍射光并导向所述反射镜，
所述光检测器具备：接收所述多个其他次数的衍射光的所述反射光的所述其他传感器。
6.根据权利要求5所述的物体检测装置，其中，
所述衍射光栅生成±n次的衍射光并导向所述反射镜，其中，n是正整数，
接收所述±n次数的衍射光的所述反射光的所述其他传感器在所述反射光的移动方向上被至少分割为2个。
7.根据权利要求5所述的物体检测装置，其中，
所述衍射光栅生成衍射角相对于所述0次衍射光而相互不同的给定次数的多个衍射光，并导向所述反射镜，
按照伴随着所述反射镜的旋转而旋转的所述给定次数的各衍射光的每个所述反射光单独地配置所述其他传感器。
8.根据权利要求7所述的物体检测装置，其中，
按照所述给定次数的各衍射光的每个所述反射光单独地配置的所述其他传感器，在圆周方向上被至少分割为2个。
9.根据权利要求6或8所述的物体检测装置，其中，
所述物体检测装置具备：控制器，其伴随着所述反射光的移动选择性地切换用于取得所述各反射光的检测信号的所述其他传感器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的物体检测装置，其中，
所述分支元件使来自所述光源的所述光分支，以使分支出的光在与所述反射镜的旋转中心轴平行的方向上分离地入射到所述反射镜。
11.一种光检测器，具备：
第1传感器；以及
第2传感器，其在所述第1传感器的周围被配置成圆弧状。
12.根据权利要求11所述的光检测器，其中，
所述光检测器还具备：第3传感器，其在所述第2传感器的周围被配置成圆弧状。
13.根据权利要求11或12所述的光检测器，其中，
所述第1传感器以外的所述传感器在围绕所述第1传感器的圆周方向上被至少分割为2个。
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