JP2000162318A - 全方位距離検出装置 - Google Patents

全方位距離検出装置

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JP2000162318A
JP2000162318A JP10333072A JP33307298A JP2000162318A JP 2000162318 A JP2000162318 A JP 2000162318A JP 10333072 A JP10333072 A JP 10333072A JP 33307298 A JP33307298 A JP 33307298A JP 2000162318 A JP2000162318 A JP 2000162318A
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optical path
angle
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Shigeki Nakase
重樹 仲瀬
Takaaki Kawai
孝明 川合
Hirotomo Totsuka
弘倫 戸塚
Michihito Hirayanagi
通人 平柳
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３６０度にわたって高精度での距離検出が可
能な全方位距離検出装置を提供する。 【解決手段】 投光領域Ｒ２ａ及び受光領域Ｒ２ｂから
なる光学系領域Ｒ２の一方側に、投光器２、受光器３及
び信号処理回路５がともに設置される領域である駆動系
領域Ｒ１を設けた構成とすることによって、それら相互
間の信号線等の配線が光学系領域Ｒ２内を通過しないよ
うにして完全な３６０度の全方位距離検出が可能な全方
位距離検出装置とすることができる。また、これによっ
て配線の距離が短縮されるので、回転機構の駆動系等に
起因する受光信号等への電気的ノイズの影響が抑制さ
れ、距離検出の精度を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、周囲３６０度にわ
たって物体の有無、物体までの距離及び物体のある角度
を検出可能な全方位距離検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば無人搬送車に搭載する距離
センサシステムとして、外部に出射される照射光を発生
させるレーザや発光ダイオードなどを用いた投光器と、
物体からの反射光を検出するフォトダイオードなどを用
いた受光器とを有して構成されて、受光の有無によって
検出方向における物体の有無を、また、投光と受光との
時間差などから物体までの距離を検出する距離検出装置
が知られている。
【０００３】このような装置における検出方向は、外部
への照射光の投光及び外部からの反射光の受光が行われ
る方向である。この検出方向は、例えば投光器から出射
される照射光、及び受光器へ入射される反射光の光路を
光路変換手段である反射ミラーなどの反射手段によって
所定の方向に変換することによって、選択することがで
きる。ここで、光路変換手段を所定の回転軸によって回
転可能な回転機構に固定・設置される構成として検出方
向の連続的な変更を可能にし、光路変換手段が回転され
る周囲の側壁を外部に向けて光学的に開放された構成と
することによって、検出方向を周囲ほぼ３６０度にわた
って回転・変更させることが可能である。これによっ
て、全方位について物体までの距離の検出を行うことが
できる全方位型の距離検出装置とすることができる。
【０００４】上記したような全方位距離検出装置におい
ては、投光・受光による物体までの距離の検出に加え
て、物体のある角度（方向）を検出することによって、
検出された物体の位置を特定することができる。すなわ
ち、物体からの反射光の受光の有無によって物体の有無
を検出するとともに、反射光が受光され物体が存在する
場合には、投光・受光の時間差などによって物体までの
距離を、また、検出方向の回転角度を測定可能なように
回転機構に対して設置された透過型光学式エンコーダな
どの角度検出手段によって物体のある角度を検出する。
このような装置としては、例えば特開平７−１９１１４
２号及び特開平１０−１０２３３号に開示された装置が
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の全方位
距離検出装置においては、回転軸上に固定されている光
路変換手段に対して投光器及び受光器はその回転軸上に
対向して、光路変換手段の所定の反射面にそれぞれ面す
るように配置されている。すなわち、回転軸の一方の端
部には投光器が配置されて、回転軸に沿って照射光が出
射され投光ミラーなどの光路変換手段によって回転軸に
対して垂直な方向である検出方向に光路が変換されて、
外部に出射される。一方、回転軸の他方の端部には受光
器が配置されて、検出方向から入射される物体からの反
射光が受光ミラーなどの光路変換手段によって回転軸に
沿った方向に光路が変換されて、受光器に入射される。
【０００６】このような構成による装置においては、投
光器及び受光器が回転軸のほぼ両端、したがって装置の
両端に設置されるために信号線等の配線が長くなり、こ
の配線によって回転機構等の設計上の自由度が制限され
てしまうという問題があった。また、外部への照射光の
投光及び外部からの反射光の受光が行われる領域内をこ
の配線が通過する必要があるため、完全な３６０度の全
方位距離検出が不可能であった。さらに、このような長
い配線は、回転機構の回転駆動系等からの電気的ノイズ
の影響を増大させて、距離検出の精度を劣化させる原因
ともなる。
【０００７】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、３６０度にわたって高精度での距離検出が
可能な全方位距離検出装置を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による全方位距離検出装置は、ハウジ
ング内部に投光器と受光器とを備え、投光器からの照射
光を投光光路変換手段を介してハウジング外部の所定の
検出方向に出射し、検出方向の物体からの反射光を受光
光路変換手段を介して受光器に入射して、物体の有無及
び物体までの距離を検出する距離検出装置において、ハ
ウジング内部の所定の軸を回転軸として回転可能に設置
された回転部と、回転部を駆動させる回転駆動部とを有
して構成され、投光光路変換手段及び受光光路変換手段
が回転軸上に固定・設置される回転機構と、回転部の回
転角度を検出する角度検出手段と、投光器及び受光器か
らの信号による物体までの距離の検出と、角度検出手段
からの信号による物体のある角度の検出と、を行う信号
処理回路と、を備えるとともに、ハウジング内部の領域
は、回転軸の方向に沿って、光学系領域と、投光器、受
光器及び信号処理回路が内部に配置されている駆動系領
域と、に分割されるとともに、光学系領域の側壁は、光
を透過する透明円筒で構成され、光学系領域は、回転軸
の方向に沿って、投光光路変換手段を内部に含んで照射
光が検出方向へと出射される投光領域と、駆動系領域に
隣接し、受光光路変換手段を内部に含んで反射光が検出
方向から入射される受光領域と、にさらに分割されると
ともに、投光領域と受光領域とは、透明円筒に対して固
定されて設置され光路からはずれた迷光を遮光する遮光
手段によって光学的に分割され、受光器は、回転軸上に
受光光路変換手段に対向して配置され、投光領域内部に
設置されて、投光器からの照射光を投光光路変換手段に
導光する照射光導光手段を有することを特徴とする。
【０００９】また、ハウジング内部に投光器と受光器と
を備え、投光器からの照射光を投光光路変換手段を介し
てハウジング外部の所定の検出方向に出射し、検出方向
の物体からの反射光を受光光路変換手段を介して受光器
に入射して、物体の有無及び物体までの距離を検出する
距離検出装置において、ハウジング内部の所定の軸を回
転軸として回転可能に設置された回転部と、回転部を駆
動させる回転駆動部とを有して構成され、投光光路変換
手段及び受光光路変換手段が回転軸上に固定・設置され
る回転機構と、回転部の回転角度を検出する角度検出手
段と、投光器及び受光器からの信号による物体までの距
離の検出と、角度検出手段からの信号による物体のある
角度の検出と、を行う信号処理回路と、を備えるととも
に、ハウジング内部の領域は、回転軸の方向に沿って、
光学系領域と、投光器、受光器及び信号処理回路が内部
に配置されている駆動系領域と、に分割されるととも
に、光学系領域の側壁は、光を透過する透明円筒で構成
され、光学系領域は、回転軸の方向に沿って、駆動系領
域に隣接し、投光光路変換手段を内部に含んで照射光が
検出方向へと出射される投光領域と、受光光路変換手段
を内部に含んで反射光が検出方向から入射される受光領
域と、にさらに分割されるとともに、投光領域と受光領
域とは、透明円筒に対して固定されて設置され光路から
はずれた迷光を遮光する遮光手段によって光学的に分割
され、投光器は、回転軸上に投光光路変換手段に対向し
て配置され、受光領域内部に設置されて、受光光路変換
手段からの反射光を受光器に導光する反射光導光手段を
有することを特徴とする。
【００１０】上記の構成においては、回転機構の回転軸
に沿った方向に関して、投光器及び受光器がともに光路
変換手段である投光光路変換手段及び受光光路変換手段
に対して同じ側にある駆動系領域に設置される。これに
よって、投光領域及び受光領域を含む光学系領域内にお
ける信号線などの配線をなくして、完全な３６０度の全
方位距離検出を可能にし、設計上の自由度等を確保して
装置の機能性を高めるとともに、信号処理回路への配線
を短くして、受光信号等への電気的ノイズの影響を低減
して距離の検出精度の劣化を抑制することができる。
【００１１】また、このような装置構成においては、投
光器及び受光器の少なくとも一方は、回転機構の回転軸
から外れた位置に配置される必要がある。この場合、投
光器からの照射光を導光する照射光導光手段、または受
光器への反射光を導光する反射光導光手段を設けること
が必要となる。
【００１２】すなわち、受光器を回転軸上に配置する構
成とした場合には、投光器は回転軸から外れた位置に配
置されるが、上記したように投光器から投光光路変換手
段へと照射光を導光する反射プリズムなどによる照射光
導光手段を備えた構成とすることによって、投光及び受
光が可能となる。
【００１３】また、投光器を回転軸上に配置する構成と
し、受光器を回転軸から外れた位置に配置した場合に
は、受光光路変換手段から受光器へと反射光を導光する
反射プリズムなどによる反射光導光手段を備えた構成と
することによって、投光及び受光が可能となる。
【００１４】さらに、角度検出手段は、回転部の外周に
固定され、回転軸を中心とする所定の円上に等間隔に設
けられた複数のスリットからなる角度検出スリット群を
有する角度検出円盤と、スリットの通過を光電的に検出
する光電ユニットと、所定の周波数を有する高速パルス
状の電気信号を発生するクロック回路と、光電ユニット
によるスリットの検出と、クロック回路による電気信号
のパルス数とを用いて物体のある角度を演算する角度演
算手段と、を備えることを特徴としても良い。
【００１５】上記のような装置においては、円盤及び光
電ユニットを有する透過型光学式エンコーダによって物
体のある角度を検出することが可能であるが、この場
合、角度検出スリット群のスリットの配置間隔によって
角度分解能が決まってしまうため、高分解能での角度検
出を行うことができない。これに対して、高速パルスの
電気信号による角度検出を併用することによって、スリ
ットの配置間隔を変えることなく高分解能での角度検出
が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による全
方位距離検出装置の好適な実施形態について詳細に説明
する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符
号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法
比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１７】図１は、本発明に係る全方位距離検出装置
の第１の実施形態の構成を示す断面図である。また、図
２は、本実施形態の光学系の要素及び光路を概略的に示
す斜視図である。なお、図２においては、後述する回転
円筒４１及び遮光板４２を一部破断して示している。
【００１８】本実施形態におけるハウジング１は、駆動
系カバー１１、区分板１２、透明円筒１３及び光学系カ
バー１４から構成されている。このハウジング１の内部
領域は区分板１２によって、駆動系カバー１１を側壁と
する下方の駆動系領域Ｒ１と、透明円筒１３を側壁とし
て外部に対して光学的に開放された上方の光学系領域Ｒ
２とに分割されている。
【００１９】区分板１２の中央部分には、鉛直方向を回
転軸として回転駆動する回転部４０が、区分板１２に対
して回転可能であるように接続されて設置されている。
回転部４０の下部を構成し、区分板１２に接続されてい
る回転支持部４０ａには、その外周の駆動系領域Ｒ１内
に位置する所定の部位に円盤状の回転リング４５が設け
られている。一方、回転部４０を駆動するためのモータ
を有して構成され、駆動系領域Ｒ１内の回転軸から外れ
た所定の位置に設置されている回転駆動部４３には、回
転駆動軸４４を介して回転リング４６が設置されてい
る。この回転リング４５及び４６が回転ベルト４７によ
り接続されることによって回転機構が構成され、回転駆
動部４３による回転部４０の回転駆動及びその制御が行
われる。なお、回転支持部４０ａの内側には、所定の内
径を有する円筒状の導光路４０ｂが形成されている。
【００２０】回転部４０の光学系領域Ｒ２内に位置する
上部は、回転円筒４１によって構成されている。この回
転円筒４１の内部には光路変換手段である光路変換プリ
ズム４が、回転円筒４１に対して固定されて設置されて
いる。この光路変換プリズム４は、その中心軸を回転部
４０の回転軸と一致させて配置された四角柱形の上下の
端面を４５度の角度で切除して得た形状を有している。
【００２１】これら２つの切除面は、上方の切除面が投
光光路変換手段である投光反射面４ａ、また、下方の切
除面が受光光路変換手段である受光反射面４ｂを構成
し、これによって本実施形態における投光・受光の主光
路系が決定される。すなわち光学系領域Ｒ２は、光路変
換プリズム４の投光反射面４ａ及び受光反射面４ｂに挟
まれた水平面を境界面として、上方の投光領域Ｒ２ａと
下方の受光領域Ｒ２ｂとに区分される。
【００２２】投光領域Ｒ２ａは投光反射面４ａを含み、
物体への照射光は、回転部４０の回転軸に沿った鉛直上
方の投光入射光路Ｌａ1によって投光反射面４ａに入射
して、光路変換されて投光出射光路Ｌａ2に導かれる。
一方、受光領域Ｒ２ｂは受光反射面４ｂを含み、物体か
らの反射光は、受光入射光路Ｌｂ2によって受光反射面
４ｂに入射して、光路変換されて回転軸に沿った鉛直下
方の受光出射光路Ｌｂ1に導かれる。
【００２３】このとき、投光出射光路Ｌａ2及び受光入
射光路Ｌｂ2は水平かつ互いに平行であり、これによっ
て投光出射光路Ｌａ2からの照射光による物体からの反
射光を受光入射光路Ｌｂ2から取り込むことができる。
【００２４】回転円筒４１の上端及び下端は、それぞれ
投光入射光路Ｌａ1が通過する上端開口部４１ａ、及び
受光出射光路Ｌｂ1が通過する下端開口部４１ｂであ
り、また、側面のうち投光出射光路Ｌａ2及び受光入射
光路Ｌｂ2との交点を含む所定の領域には側面開口部４
１ｃが形成されている。これらの上端開口部４１ａ、下
端開口部４１ｂ、及び側面開口部４１ｃにはそれぞれ光
を透過する透明部材によって形成された光透過窓（図示
していない）が設置される。なお、これらについては光
透過窓を設置せずに開放された状態としても良い。
【００２５】また、投光出射光路Ｌａ2及び受光入射光
路Ｌｂ2が通過する、投光領域Ｒ２ａ及び受光領域Ｒ２
ｂからなる光学系領域Ｒ２の側壁は、光を透過する透明
円筒１３である。ここで、各光路は３６０度にわたって
回転するため、光路とともに回転する回転円筒４１の一
部領域に形成されている側面開口部４１ｃと異なり、側
壁においてはこの透明円筒１３によって３６０度全方位
が光学的に開放されている。なお、本実施形態において
は、透明円筒１３の中心軸は回転部４０の回転軸と一致
している。
【００２６】なお、光路変換プリズム４については、他
の形状、例えばその中心軸を回転軸と一致させて配置さ
れた円柱形の上下の端面を４５度の角度で切除して得た
形状のものを用いても良い。また、投光光路変換手段及
び受光光路変換手段として、それぞれ別個に形成された
反射ミラー等を用いる構成としても良い。
【００２７】投光領域Ｒ２ａ及び受光領域Ｒ２ｂの境界
面には、中央に回転円筒４１が貫通する中央開口部４２
ａを有する円盤状の遮光板４２が設置されている。遮光
板４２は、その外周部の複数箇所において遮光板固定部
４２ｃ（図１にはそのうちの１箇所が示されている）に
よって透明円筒１３に対して固定されている。これによ
って、照射光のハウジング１の内壁、透明円筒１３に付
着したゴミ及び水滴などによる散乱・反射光である光路
からはずれた迷光が受光領域Ｒ２ｂに入射するのを防い
で、距離検出の精度低下を抑制することができる。
【００２８】本装置における照射光の投光及び反射光の
受光はそれぞれ、好ましくは半導体レーザである投光器
２、及び好ましくは半導体受光素子である受光器３によ
って行われる。これらの投光器２及び受光器３は、いず
れも駆動系領域Ｒ１内に設置されている。このような構
成とした場合、投光器２及び受光器３がいずれも光学系
領域Ｒ２に対して下方に、特に遮光板４２が設置されて
いる投光領域Ｒ２ａと受光領域Ｒ２ｂとの境界面に対し
て下方（同じ側）に配置されているため、投光器２及び
受光器３の少なくとも一方は、回転部４０の回転軸から
外れた位置に配置される必要がある。
【００２９】本実施形態においては受光領域Ｒ２ｂが駆
動系領域Ｒ１に隣接しており、投光器２は回転軸から外
れた所定の位置に、鉛直上方を光の出射軸として設置さ
れている。区分板１２の投光器２に対向する部位には導
光部２３が設置されている。また、遮光板４２の投光器
２に対向する部位には開口部４２ｂが設けられており、
これによって、投光器２から鉛直上方に出射された照射
光は、導光部２３、受光領域Ｒ２ｂ及び開口部４２ｂ内
を通過して投光領域Ｒ２ａに入射される。なお、開口部
４２ｂには、投光領域Ｒ２ａ側の各部位からの散乱光等
が開口部４２ｂを介して受光領域Ｒ２ｂ側に入射するこ
とを防ぐために、遮光板４２よりも厚い散乱光制限リン
グ２４が設置されている。
【００３０】上記したように回転軸から外れた位置にあ
る投光器２から鉛直上方に向けて出射された照射光は、
投光領域Ｒ２ａの上端を形成する光学系カバー１４の下
面側に固定された照射光導光手段であるプリズム２１及
び２２によって反射され、その光路を回転軸に沿った鉛
直下方に向かう投光入射光路Ｌａ1に変換されて、投光
反射面４ａに入射される。
【００３１】一方、受光器３は回転軸上に設置されてお
り、これによって、受光反射面４ｂによって受光出射光
路Ｌｂ1に光路変換された反射光は、受光レンズ３１を
介して受光器３に入射される。なお、照射光の投光につ
いても、例えば導光部２３内に投光レンズを設置する構
成としても良い。
【００３２】これらの投光器２及び受光器３は、それぞ
れ投光制御回路２０及び受光制御回路３０によってその
投光及び受光を駆動制御されている。投光器２及び受光
器３は、さらに信号処理回路５に接続されている（ただ
し、接続の配線は図示していない）。これによって、投
光器２の駆動信号と、受光器３の受光信号とが信号処理
回路５に入力されて、受光の有無から検出方向における
物体の有無が、また、投光及び受光の時間差等から物体
までの距離が信号処理回路５において演算されて求めら
れる。
【００３３】従来の全方位距離検出装置においては、投
光器及び受光器は光路変換手段に対してそれぞれ投光領
域側及び受光領域側に、いずれも回転軸上に対向して配
置されている。この場合、投光器及び受光器が回転軸の
ほぼ両端、したがって装置の両端に設置されるために信
号線等の配線が長くなり、回転駆動を行う上での制限と
なるとともに、長い配線によって回転駆動系等からの電
気的ノイズの影響を受けやすいという問題があった。
【００３４】これに対して、本発明による装置において
は、投光領域Ｒ２ａ及び受光領域Ｒ２ｂからなる光学系
領域Ｒ２とは別に、投光領域Ｒ２ａ側または受光領域Ｒ
２ｂ側のどちらか一方（図１に示す実施形態においては
受光領域Ｒ２ｂ側）に駆動系領域Ｒ１を設けて、投光器
２、受光器３、及びそれらからの信号が入力される信号
処理回路５をともにこの駆動系領域Ｒ１内に設置してい
る。これによって、それら相互間の配線を短くして装置
設計の自由度を確保し、かつ光学系領域Ｒ２内に配線が
存在しないようにすることによって完全な３６０度にわ
たる全方位距離検出が可能となる。さらに、このように
配線を短くすることによって、受光信号等への電気的ノ
イズの影響を抑制して距離検出の精度が向上された全方
位距離検出装置を実現することができる。また、このよ
うに投光器２及び受光器３を同じ領域に配置することに
よって、装置の小型化も実現できる。
【００３５】さらに、本実施形態に示すように、投光器
２、受光器３、回転駆動部４３等が設置されている駆動
系領域Ｒ１が装置下方に位置する場合、光学系領域Ｒ２
の側壁である透明円筒１３によって支える装置部分の重
量が低減されるので、透明円筒１３の厚さを薄くした場
合においても充分な強度を得ることができる。これによ
って、照射光の投光出射光路Ｌａ2による出射及び反射
光の受光入射光路Ｌｂ2による入射時において、透過光
量の減少及び像の歪みを抑制することができ、より精度
の高い距離検出が可能となる。
【００３６】また、本装置においては、遮光板４２がハ
ウジング１の側壁である透明円筒１３に対して固定され
ている。投光領域及び受光領域を分離する遮光手段が回
転部に対して固定されている場合には、遮光手段をも回
転させる構造となるため、回転駆動の負荷が増加する。
これに対して、遮光板４２をハウジング１に対して固定
する構造とすることによって、回転駆動の機能性をより
高めることができる。このような遮光板４２の固定配置
は、投光器２、受光器３及びプリズム２１、２２等が固
定配置されていることによって可能となる。同時にこれ
らの固定配置によって、装置における光軸調整等を容易
化することができる。
【００３７】また、投光領域Ｒ２ａ及び受光領域Ｒ２ｂ
が遮光板４２のみを介して隣接していることによって、
近距離測定においても受光見込み角から外れることによ
る受光効率の低下が抑制される。
【００３８】次に、本装置における角度検出手段と、そ
れによる物体のある角度の検出について説明する。回転
支持部４０ａの光学系領域Ｒ２内に位置する部位には、
エンコーダ円盤５１が取り付けられており、その外周上
の所定の位置には、エンコーダ円盤５１の外周の一部を
挟み込むように光電ユニット５２が区分板１２に固定さ
れて設置されている。このエンコーダ円盤５１、光電ユ
ニット５２、及びこれらを制御するエンコーダ制御回路
５３によって、角度検出のための透過型光学式エンコー
ダが構成されている。
【００３９】エンコーダ円盤５１には、回転部４０の回
転軸を中心とし、回転時に光電ユニット５２の内側を通
過する領域内にある所定の円上に、所定の角度間隔で配
置された複数のスリットからなる角度検出スリット群が
形成されている。また、同様に回転時に光電ユニット５
２の内側を通過する領域内にあって上記の角度検出スリ
ット群とは異なる同心円上に、基準角度検出スリットが
形成されている。この基準角度検出スリットは、角度検
出スリット群による角度検出の基点となる角度位置を決
定するために設けられるものであり、回転部４０の回転
速度などの諸条件に応じて単一のスリットからなるか、
または、１８０度間隔の２つのスリットもしくは９０度
間隔の４つのスリットなどの複数のスリットから構成さ
れる。
【００４０】光電ユニット５２には、エンコーダ円盤５
１を挟んで一方に発光素子が、他方に受光素子が配置さ
れており、これによって角度検出スリット群の各スリッ
ト、及び基準角度検出スリットを透過した発光素子から
の光を受光素子によって検出して、角度情報を得ること
ができる。なお、このような光による角度検出を行うた
め、光電ユニット５２を含む領域を囲むように遮光ケー
ス５４が設置されている。
【００４１】この透過型光学式エンコーダからの信号
は、信号処理回路５に入力されて、物体のある角度の演
算が行われる。この場合においても、光電ユニット５２
等は駆動系領域Ｒ１に隣接して設置されており、したが
って、その信号線等の配線はすべて駆動系領域Ｒ１内に
おいて行われる。これによって、距離検出に関する信号
線と同様に、角度検出に関する信号線を短くして電気的
ノイズの影響による分解能の劣化を低減することができ
る。なお、図示していないが、区分板１２の遮光ケース
５４によって覆われた領域内の所定の部位には、透過型
光学式エンコーダからの信号線を配線するための配線路
が設けられている。
【００４２】上記したような透過形光学式エンコーダを
用いた場合、角度検出スリット群のスリットの配置間隔
によって角度検出の分解能が決定される。より高分解能
での角度検出を行うにはスリットの配置間隔を小さくす
る必要があるが、スリット配置の高密度化は限界があ
り、また、エンコーダ円盤５１の径を大きくしたので
は、装置自体が大型化してしまう。そこで発明者らは、
透過型光学式エンコーダによる角度検出と、電気クロッ
クによる検出とを併用することによって、角度分解能を
高くする角度検出方法を採用した（例えば特開平５−６
０５７５号）。
【００４３】図３は、上記した角度検出方法を説明する
ためのタイミング図であり、角度検出スリット群に対応
する光学信号、及び角度検出に併用される所定の周波数
による電気信号を示してある。本実施形態においては、
信号処理回路５は所定の周波数を有する高速パルス状の
電気信号を発生するクロック回路と、この電気信号を併
用して角度の演算を行う角度演算回路を含んで構成され
ている。クロック回路によって発生される電気信号の周
波数は、角度検出スリット群のスリット配置間隔及び回
転部４０の回転速度によって決まる光学信号の信号パル
ス間隔に対してその信号パルス間隔が小さくなるように
設定されている。また、例えば光学信号における信号パ
ルスＳnは、基準角度検出スリットによって検出された
基準角度からｎ番目のスリットによる信号パルスを示
し、角度検出スリット群のスリット配置間隔をθ0とし
て、角度ｎθ0に相当している。
【００４４】ここで、回転部４０が一定速度で回転して
いる場合を考えると、隣接するスリットに対応する２つ
の信号パルスＳ間の電気信号パルスの個数は一定であ
る。この個数は、例えば信号パルスＳn〜Ｓn+1間におい
てＮ0個と測定によって求められる。このとき、電気信
号パルス１個当たりの角度間隔はθ0／Ｎ0であり、これ
によって、この角度間隔θ0／Ｎ0を角度分解能とした高
分解能での測定が可能となる。すなわち、例としてタイ
ミングＴにおいて物体からの反射光を受光したとし、そ
のときの信号パルスＳn+1からの電気信号パルスの個数
がＮ1個であったとすると、検出された物体の角度は
（ｎ＋１＋Ｎ1／Ｎ0）θ0と求められる。
【００４５】特に、このような電気信号パルスを併用し
た角度検出方法を用いることによって、上記したように
スリット配置間隔よりも高い角度分解能による測定が可
能になる。また、電気信号パルスの周波数を変更するこ
とによって、スリット配置間隔を変更することなくその
角度検出の分解能を変更することが可能となる。
【００４６】本発明による全方位距離検出装置は、上記
した実施形態に限られるものではなく、様々に変形が可
能である。
【００４７】図４は、本発明に係る全方位距離検出装置
の第２の実施形態の構成を示す断面図である。本実施形
態においては、光学系領域Ｒ２の側壁である透明円筒
は、２つの透明円筒、すなわち投光領域Ｒ２ａの側壁で
ある透明円筒１３ａ及び受光領域Ｒ２ｂの側壁である透
明円筒１３ｂによって構成され、遮光板４２はこれらの
透明円筒１３ａ及び１３ｂに挟まれて設置されている。
このような構成によっても、第１の実施形態と同様の効
果を得ることができる。なお、本実施形態においては、
遮光板４２の厚さが第１の実施形態によるものよりも厚
く形成されており、そのため、開口部４２ｂには散乱光
制限リングは設置されていない。
【００４８】図５は、本発明に係る全方位距離検出装置
の第３の実施形態の構成を示す断面図である。本実施形
態においては、投光器２及び導光部２３は鉛直軸に対し
て所定の角度傾けて設置されており、これによって光学
系カバー１４に固定された単一のプリズム２１を照射光
導光手段として、照射光の導光が行われる。この場合、
プリズム２１が単一であることによって、光軸調整が簡
単化される。
【００４９】上記した第１〜第３の実施形態は、すべて
受光器を回転機構の回転軸上に配置しているが、逆に投
光領域が駆動系領域に隣接するように光学系領域の分割
を行い、投光器を回転軸上に投光光路変換手段に対向す
るように配置する構成とすることも可能である。このと
き、受光器は回転軸から外れた位置に配置されて、受光
光路変換手段から受光器へ向けて反射光を導光する単一
または複数の反射プリズムなどからなる反射光導光手段
を備えることによって投光及び受光が行われる。この場
合、反射光は照射光に比べてスポット径が大きいため、
導光手段における光軸調整が比較的容易である。また、
反射光を通過させる遮光板上の開口部については、照射
光の場合に比べて、反射光を充分に取り入れるために大
きくする必要がある。
【００５０】
【発明の効果】本発明による全方位距離検出装置は、以
上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すな
わち、投光領域及び受光領域からなる光学系領域の一方
側に、投光器、受光器及び信号処理回路がともに設置さ
れる領域である駆動系領域を設けた構成とすることによ
って、それら相互間の信号線等の配線が光学系領域内を
通過しないようにして完全な３６０度の全方位距離検出
が可能な全方位距離検出装置とすることができる。
【００５１】また、これによって配線の距離が短縮され
るので、回転機構の駆動系等に起因する受光信号等への
電気的ノイズの影響が抑制され、距離検出の精度を向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る全方位距離検出装置の第１の実施
形態の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す全方位距離検出装置の光学系を概略
的に示す斜視図である。
【図３】図１に示す全方位距離検出装置による物体のあ
る角度の検出方法を説明するタイミング図である。
【図４】本発明に係る全方位距離検出装置の第２の実施
形態の構成を示す断面図である。
【図５】本発明に係る全方位距離検出装置の第３の実施
形態の構成を示す断面図である。
【符号の説明】 １…ハウジング、１１…駆動系カバー、１２…区分板、
１３、１３ａ、１３ｂ…透明円筒、１４…光学系カバ
ー、２…投光器、２０…投光制御回路、２１、２２…プ
リズム、２３…導光部、２４…散乱光制限リング、３…
受光器、３０…受光制御回路、３１…受光レンズ、４…
光路変換プリズム、４ａ…投光反射面、４ｂ…受光反射
面、４０…回転部、４０ａ…回転支持部、４０ｂ…導光
路、４１…回転円筒、４１ａ…上端開口部、４１ｂ…下
端開口部、４１ｃ…側面開口部、４２…遮光板、４２ａ
…中央開口部、４２ｂ…開口部、４２ｃ…遮光板固定
部、４３…回転駆動部、４４…回転駆動軸、４５、４６
…回転リング、４７…回転ベルト、５…信号処理回路、
５１…エンコーダ円盤、５２…光電ユニット、５３…エ
ンコーダ制御回路、５４…遮光ケース、Ｒ１…駆動系領
域、Ｒ２…光学系領域、Ｒ２ａ…投光領域、Ｒ２ｂ…受
光領域、 Ｌａ1…投光入射光路、Ｌａ2…投光出射光
路、Ｌｂ1…受光出射光路、Ｌｂ2…受光入射光路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸塚 弘倫 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 平柳 通人 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA31 DD03 FF12 GG04 HH04 JJ01 LL12 LL21 LL63 MM15 2F069 AA02 AA71 BB21 DD19 GG07 GG31 GG62 JJ10 2F112 AA03 AD01 BA06 CA05 DA25 EA05 5J084 AA05 AA10 AC02 BA04 BA11 BA36 BB02 BB11 BB37 CA03 DA01 DA09 EA04

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハウジング内部に投光器と受光器とを備
    え、 前記投光器からの照射光を投光光路変換手段を介して前
    記ハウジング外部の所定の検出方向に出射し、前記検出
    方向の物体からの反射光を受光光路変換手段を介して前
    記受光器に入射して、前記物体の有無及び前記物体まで
    の距離を検出する距離検出装置において、 前記ハウジング内部の所定の軸を回転軸として回転可能
    に設置された回転部と、前記回転部を駆動させる回転駆
    動部とを有して構成され、前記投光光路変換手段及び前
    記受光光路変換手段が前記回転軸上に固定・設置される
    回転機構と、 前記回転部の回転角度を検出する角度検出手段と、 前記投光器及び前記受光器からの信号による前記物体ま
    での距離の検出と、前記角度検出手段からの信号による
    前記物体のある角度の検出と、を行う信号処理回路と、
    を備えるとともに、 前記ハウジング内部の領域は、前記回転軸の方向に沿っ
    て、光学系領域と、前記投光器、前記受光器及び前記信
    号処理回路が内部に配置されている駆動系領域と、に分
    割されるとともに、前記光学系領域の側壁は、光を透過
    する透明円筒で構成され、 前記光学系領域は、前記回転軸の方向に沿って、前記投
    光光路変換手段を内部に含んで前記照射光が前記検出方
    向へと出射される投光領域と、前記駆動系領域に隣接
    し、前記受光光路変換手段を内部に含んで前記反射光が
    前記検出方向から入射される受光領域と、にさらに分割
    されるとともに、前記投光領域と前記受光領域とは、前
    記透明円筒に対して固定されて設置され光路からはずれ
    た迷光を遮光する遮光手段によって光学的に分割され、 前記受光器は、前記回転軸上に前記受光光路変換手段に
    対向して配置され、 前記投光領域内部に設置されて、前記投光器からの前記
    照射光を前記投光光路変換手段に導光する照射光導光手
    段を有することを特徴とする全方位距離検出装置。
  2. 【請求項２】 ハウジング内部に投光器と受光器とを備
    え、 前記投光器からの照射光を投光光路変換手段を介して前
    記ハウジング外部の所定の検出方向に出射し、前記検出
    方向の物体からの反射光を受光光路変換手段を介して前
    記受光器に入射して、前記物体の有無及び前記物体まで
    の距離を検出する距離検出装置において、 前記ハウジング内部の所定の軸を回転軸として回転可能
    に設置された回転部と、前記回転部を駆動させる回転駆
    動部とを有して構成され、前記投光光路変換手段及び前
    記受光光路変換手段が前記回転軸上に固定・設置される
    回転機構と、 前記回転部の回転角度を検出する角度検出手段と、 前記投光器及び前記受光器からの信号による前記物体ま
    での距離の検出と、前記角度検出手段からの信号による
    前記物体のある角度の検出と、を行う信号処理回路と、
    を備えるとともに、 前記ハウジング内部の領域は、前記回転軸の方向に沿っ
    て、光学系領域と、前記投光器、前記受光器及び前記信
    号処理回路が内部に配置されている駆動系領域と、に分
    割されるとともに、前記光学系領域の側壁は、光を透過
    する透明円筒で構成され、 前記光学系領域は、前記回転軸の方向に沿って、前記駆
    動系領域に隣接し、前記投光光路変換手段を内部に含ん
    で前記照射光が前記検出方向へと出射される投光領域
    と、前記受光光路変換手段を内部に含んで前記反射光が
    前記検出方向から入射される受光領域と、にさらに分割
    されるとともに、前記投光領域と前記受光領域とは、前
    記透明円筒に対して固定されて設置され光路からはずれ
    た迷光を遮光する遮光手段によって光学的に分割され、 前記投光器は、前記回転軸上に前記投光光路変換手段に
    対向して配置され、 前記受光領域内部に設置されて、前記受光光路変換手段
    からの前記反射光を前記受光器に導光する反射光導光手
    段を有することを特徴とする全方位距離検出装置。
  3. 【請求項３】 前記角度検出手段は、 前記回転部の外周に固定され、前記回転軸を中心とする
    所定の円上に等間隔に設けられた複数のスリットからな
    る角度検出スリット群を有する角度検出円盤と、 前記スリットの通過を光電的に検出する光電ユニット
    と、 所定の周波数を有する高速パルス状の電気信号を発生す
    るクロック回路と、 前記光電ユニットによる前記スリットの検出と、前記ク
    ロック回路による前記電気信号のパルス数とを用いて物
    体のある角度を演算する角度演算手段と、を備えること
    を特徴とする請求項１または２記載の全方位距離検出装
    置。
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