鏡驅動裝置、光束照射裝置以及激光雷達的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠大范圍地掃描激光的鏡驅動裝置及搭載該鏡驅動裝置的光束照射裝置以及激光雷達。鏡促動器(1)具備：旋轉軸；電動機(11)，其使旋轉軸旋轉；鏡支架(41)，其借助支軸(14)而由旋轉軸軸支承為能夠在與旋轉軸平行的方向上轉動；鏡(44)；內部框架(31)，其在遠離支軸(14)的位置處載置鏡支架(41)；滾輪(42)，其設于內部框架(31)，將滾輪保持部引導為能夠在與旋轉軸接近以及分離的方向上移動；外部單元，其在內部框架(31)能夠與旋轉軸一起旋轉的狀態(tài)下使內部框架(31)在與旋轉軸平行的方向上移動；以及電動機(51)，其借助外部單元使內部框架(31)移動。
【專利說明】
鏡驅動裝置、光束照射裝置以及激光雷達
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及用于使激光在目標區(qū)域內掃描的鏡驅動裝置、具備該鏡驅動裝置的光束照射裝置以及基于向目標區(qū)域照射激光后的反射光而檢測目標區(qū)域的狀況的激光雷達。
【背景技術】
[0002]近年來，激光雷達用作檢測向建筑物的侵入等的安全用途。通常，激光雷達使激光在目標區(qū)域內掃描，根據(jù)各掃描位置處有無反射光而檢測各掃描位置處有無物體。并且，基于各掃描位置處的從激光的照射時刻至反射光的受光時刻為止所需的時間，檢測出各掃描位置處的距物體的距離。
[0003]作為用于使激光掃描的促動器，例如能夠使用在通過電動機進行旋轉的旋轉體上傾斜裝配鏡的結構(例如專利文獻I)。另外，在該結構中，能夠將用于使鏡的傾斜度發(fā)生變化的機構與驅動該機構的驅動部設置于旋轉體。
[0004]在先技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2011-169730號公報

【發(fā)明內容】

[0007]發(fā)明所要解決的課題
[0008]然而，當向旋轉體配置驅動源時，需要從基底側朝向旋轉體架設用于向驅動源供給電力的信號線。在這種情況下，若取得較大的旋轉體的旋轉角，則在旋轉體的旋轉時，信號線可能會與其它構件等鉤掛而發(fā)生斷裂。因此，無法較大地擴寬激光的掃描范圍。
[0009]鑒于上述課題，本發(fā)明的目的在于提供能夠在較寬范圍內掃描激光的鏡驅動裝置以及搭載該鏡驅動裝置的光束照射裝置以及激光雷達。
[0010]用于解決課題的方案
[0011]本發(fā)明的第一方案涉及一種鏡驅動裝置。第一方案的鏡驅動裝置具備:旋轉軸;第一驅動源，其使所述旋轉軸旋轉;鏡支架，其借助支軸而由所述旋轉軸軸支承為能夠在與所述旋轉軸平行的方向上轉動;鏡，其裝配于所述鏡支架;旋轉體，其在遠離所述支軸的位置處載置所述鏡支架；引導部，其設于所述旋轉體，將所述鏡支架的與所述旋轉體接觸的接觸部引導為能夠在與所述旋轉軸接近以及分離的方向上移動;移動機構，其在所述旋轉體能夠與所述旋轉軸一起旋轉的狀態(tài)下使所述旋轉體在與所述旋轉軸平行的方向上移動；以及第二驅動源，其借助所述移動機構使所述旋轉體移動。
[0012]本發(fā)明的第二方案涉及一種光束照射。第二方案的光束照射裝置具備:第一方案的鏡驅動裝置;光源，其射出激光；以及射出光學系統(tǒng)，其使從所述光源射出的所述激光向所述鏡入射。
[0013]本發(fā)明的第三方案涉及一種激光雷達。第三方案的激光雷達具備:第二方案的光束照射裝置；以及受光光學系統(tǒng)，其將從目標區(qū)域反射且入射至所述鏡的所述激光向光檢測器引導，所述受光光學系統(tǒng)具備反射部，該反射部具有供從所述光源射出且朝向所述鏡的激光通過的間隙，并且具有對從所述目標區(qū)域反射且入射至所述鏡的所述激光進行反射的反射面。
[0014]發(fā)明效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供可大范圍地掃描激光的鏡驅動裝置及搭載該鏡驅動裝置的光束照射裝置以及激光雷達。
[0016]本發(fā)明效果乃至意義通過以下所示的實施方式的說明來進一步明確。但是，以下所示的實施方式僅是將本發(fā)明實施化時的一個示例，本發(fā)明不受以下的實施方式所記載的內容的任何限制。
【附圖說明】
[0017]圖1是實施方式的鏡促動器的分解立體圖。
[0018]圖2是表示實施方式的鏡促動器的底座驅動部的結構的圖。
[0019]圖3是表示實施方式的鏡促動器的外部單元的結構的圖。
[0020]圖4是表示實施方式的鏡促動器的內部單元與鏡單元的結構的圖。
[0021]圖5是表示實施方式的鏡促動器的傾斜驅動部的結構的圖。
[0022]圖6是表示實施方式的鏡促動器的組裝過程的圖。
[0023]圖7是表示實施方式的鏡促動器的組裝過程的圖。
[0024]圖8是表示實施方式的激光雷達的結構的圖。
[0025]圖9是表示實施方式的外部框架下降時的鏡促動器的結構的圖。
[0026]圖10是表示實施方式的外部框架上升時的鏡促動器的結構的圖。
[0027]圖11是表示實施方式的鏡促動器的水平方向的轉動范圍的圖。
[0028]圖12是表示實施方式的鏡促動器的激光的射出軌跡的圖。
[0029]圖13是說明實施方式的折彎鏡與雜散光的影響的圖以及說明變更例的折彎鏡雜散光的影響的圖。
[0030]圖14是表示實施方式的激光雷達的電路結構的圖。
[0031 ]圖15是表示實施方式的光源的發(fā)光控制的處理的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
[0033]圖1是鏡促動器I的分解立體圖。如圖所示，鏡促動器I具備底座驅動部10、外部單元20、內部單元30、鏡單元40、以及傾斜驅動部50。
[0034]圖2的(a)、(b)是表示鏡促動器I的底座驅動部10的結構的立體圖。
[0035]參照圖2的(a)，底座驅動部10具備電動機11、旋轉軸12、銷13、支軸14、電動機電路基板15、以及電動機框架16。
[0036]電動機11與電動機電路基板15電連接，根據(jù)來自電路部的電信號使旋轉軸12轉動。電動機11與電動機電路基板15被電動機框架16支承。電動機11例如是無刷DC電動機。旋轉軸12具有圓柱形狀。在旋轉軸12上部的Z軸負側以及Z軸正側分別設有臺階部12a。在臺階部12a形成有沿Z軸方向貫通的軸孔12b。軸孔12b的直徑比支軸14的直徑稍小。在將后述的鏡單元40(參照圖1)以能夠轉動的方式裝配于旋轉軸12時，使支軸14穿過軸孔12b。另外，在旋轉軸12的X軸正側形成有用于嵌入銷13的銷孔12c。銷孔12c的直徑比銷13稍小，銷孔12c的深度(X軸方向的長度)比銷13的X軸方向的長度稍小。如圖2的(b)所示，銷13嵌入銷孔12c。在該狀態(tài)下，將銷13的前端部13a定位在比旋轉軸12靠X軸正側的位置。
[0037]圖3的(a)是表示鏡促動器I的外部單元20的結構的分解立體圖。圖3的(b)是表示外部單元20的結構的立體圖。
[0038]參照圖3的(a)，外部單元20具備外部框架21、引導軸22、軸承23、以及軸承板24。
[0039]外部框架21包括將內部單元30(參照圖1)以及鏡單元40(參照圖1)保持為能夠轉動的保持部21a、和將內部單元30(參照圖1)以及鏡單元40(參照圖1)沿上下方向引導的引導部21b。在保持部21a中形成有沿Y軸方向貫通的圓形的開口 21c。在開口 21c的上部內側面上，在Y軸方向的規(guī)定的位置形成有臺階部21d。由于該臺階部21d，開口 21c的Y軸正側的直徑大于Y軸負側的直徑。另外，在保持部21a形成有螺孔21e、21f。引導部21b具有大致長方體形狀，引導部21b的Z軸方向的寬度大于保持部21a的Z軸方向的寬度。在引導部21b中形成有沿Y軸方向貫通的圓形的引導孔21g。引導孔21g的直徑比引導軸22的直徑稍大。引導軸22具有圓柱狀的形狀。
[0040]軸承23具有外框23a和內框23b。軸承23是在外框23a與內框23b之間夾設有大量滾珠的滾珠軸承。軸承23能夠使內框23b相對于外框23a繞與Y軸方向平行的軸進行旋轉。外框23a具有大徑部23c和小徑部23d。大徑部23c的直徑比外部框架21的開口 21c的Y軸正側的直徑稍小，且比開口 21c的Y軸負側的直徑大。小徑部23d的直徑比外部框架21的開口 21c的Y軸負側的直徑稍小。內框23b具有形成有圓形的開口 23e的圓筒形狀。
[0041]軸承板24由在俯視觀察時沿著外部框架21的保持部21a的形狀的形狀的板部24a構成。在板部24a的中央形成有圓形的開口 24b。在板部24a上形成有螺孔24c、24d。
[0042]在外部單元20的組裝時，首先，將軸承23插入外部框架21的開口21c。此時，將外框23a向外部框架21的開口 21c壓入，直至外框23a的大徑部23c的Y軸負側的面與外部框架21的臺階部21d抵接。然后，將軸承板24的螺孔24c、24d分別與外部框架21的螺孔21e、21f對齊。在該狀態(tài)下，經由螺孔24c、24d向螺孔2 Ie、2 If螺紋安裝螺釘26、27。由此，將軸承板24固接于外部框架21。然后，將引導軸22穿過引導孔21g，組裝成圖3的(b)所示的外部單元20。
[0043]在該狀態(tài)下，外框23a的大徑部23c被軸承板24的下表面與外部框架21的臺階部21d夾持。由此，軸承23的上下方向的移動被軸承板24的下表面與外部框架21的臺階部21d抑制。
[0044]圖4的(a)是表示鏡促動器I的內部單元30的結構的分解立體圖。圖4的(b)是表示從下方觀察到的內部框架31的結構的立體圖。圖4的(C)是表示鏡促動器I的鏡單元40的結構的分解立體圖。圖4的(d)是表示鏡單元40的結構的立體圖。
[0045]參照圖4的(a)，內部單元30具備內部框架31和按壓彈簧32。
[0046]內部框架31包括上表面部31a和圓筒部31b。如圖4的(b)所示，在圓筒部31b的Y軸正側形成有凸緣部31c。返回圖4的(a)，在上表面部31a的中央形成有比周圍低一級的臺階部31d，在上表面部31a的X軸負側形成有比周圍高一級的兩個凸部31e。凸部31e的上表面平坦。在臺階部31d中形成有沿Y軸方向貫通的圓形的開口 31f，在開口 31f的X軸正側以沿Y軸方向延伸的方式形成有矩形的凹部31g。開口 31f的直徑比電動機11的旋轉軸12的(參照圖2的(b))稍大，圓筒部31b的外徑比外部單元20的內框23b的開口23e(參照圖3的(a))稍大。另夕卜，凸緣部31c的直徑比內框23b的外徑稍大，且比軸承板24的開口 24b稍小。在上表面部31a上形成有螺孔31h、31i。
[0047]按壓彈簧32由彈性構件構成。按壓彈簧32在俯視觀察時具有大致U字型的形狀。按壓彈簧32包括平面部32a和兩個鉤部32b。在平面部32a上形成有螺孔32c、32d。
[0048]參照圖4的(c)，鏡單元40具備鏡支架41、滾輪42、支軸43以及鏡44。
[0049]鏡支架41包括在使鏡44傾斜的狀態(tài)下對鏡44進行保持的鏡裝配部41a、保持滾輪42的滾輪保持部41b、以及保持旋轉軸12的(參照圖2的(b))的旋轉軸保持部41c。鏡裝配部41a的下端部為臺階部。滾輪保持部41b包括前端部帶有圓度的兩個凸部，在兩個凸部中分別形成有沿Z軸方向貫通的軸孔41d。滾輪保持部41b的兩個凸部之間的間隔比滾輪42的Z軸方向的厚度稍寬。旋轉軸保持部41c包括前端部帶有圓度的兩個凸部，在兩個凸部中分別形成有沿Z軸方向貫通的軸孔41e。旋轉軸保持部41c的兩個凸部相對于鏡裝配部41a的鏡44的裝配面而以規(guī)定的角度傾斜。
[0050]在鏡單元40的組裝時，將鏡44與鏡裝配部41a粘接固定。然后，將滾輪42插入滾輪保持部41b的兩個凸部之間，使支軸43穿過兩個軸孔41d與滾輪42。由此，組裝成圖4的(d)所示的鏡單元40。
[0051 ]圖5的(a)、(b)是表示傾斜驅動部50的結構的立體圖。
[0052]參照圖5的(a)、(b)，傾斜驅動部50具備電動機51、絲杠52以及齒條53。
[0053]電動機51由步進電動機構成。在電動機51上裝配有底架51a。在電動機51的旋轉軸上裝配絲杠52的一端，絲杠52的另一端借助軸承而裝配于底架51a的一端。齒條53包括鉤部53a和引導保持部53b。在鉤部53a的Z軸負側的面形成有齒輪部53c。在鉤部53a與引導保持部53b之間配置有彈簧53d。齒條53由撓性的材質形成，能夠沿Z軸方向稍微變形。引導保持部53b具有壁部53e、53f。壁部53e、53f之間的間隔比圖3的(a)所示的引導部21b的Y軸的寬度稍寬。
[0054]在鏡促動器I的組裝時，首先，將圖4的(b)所示的內部框架31的圓筒部31b壓入圖3的(b)所示的外部單元20的開口 23e。然后，將圖2的(b)所示的銷13嵌入圖4的(a)所示的內部框架31的圓筒部31b的凹部31g，使圖2的(b)所示的旋轉軸12穿過外部單元20與內部單元30。由此，組裝成圖6的(a)所示的結構體。
[°°55]圖6的(a)是表示在電動機11上組裝有外部單元20與內部框架31的結構體的立體圖。圖6的(b)是利用與X-Y平面平行的面切斷該結構體的Z軸方向上的中央位置而成的剖視圖。
[0056]如圖6的(b)所示，在該狀態(tài)下，銷13的前端部13a嵌入內部框架31的凹部31g。因而，內部框架31能夠與旋轉軸12—起一體地旋轉。另外，外部框架21與內部框架31通過銷13由凹部31g引導而能夠在Y軸方向上移動。
[0057]接下來，圖6的(a)所示的結構體的旋轉軸12穿過圖4的(d)所示的鏡單元40的旋轉軸保持部41c的兩個凸部之間，并對齊旋轉軸12的軸孔12b與旋轉軸保持部41c的兩個軸孔41e。在該狀態(tài)下，圖2的(b)所示的支軸14穿過旋轉軸保持部41c的兩個軸孔41e與旋轉軸12的軸孔12b。這樣，組裝成圖7的(a)所示的結構體。
[0058]圖7的(a)、(b)是表示向在電動機11上組裝有外部單元20與內部框架31的結構體上安裝鏡單元40而成的結構體的立體圖。
[0059]在圖7的(a)所示的狀態(tài)下，滾輪42定位在內部框架31的兩個凸部31e之間，支軸43定位在內部框架31的兩個凸部31e上。另外，在旋轉軸保持部41c的下端與內部框架31的臺階部31d之間具有規(guī)定的間隙。在該狀態(tài)下，鏡支架41被支軸14軸支承，并且被滾輪42支承。因而，滾輪42能夠沿前后方向(X軸方向)移動。
[0060]在該狀態(tài)下，如圖7的(b)所示，以利用按壓彈簧32的兩個鉤部32b與內部框架31的凸部31e夾持支軸43的方式將按壓彈簧32安裝于內部框架31。然后，經由螺孔32c、32d(參照圖4的(a))向螺孔31h、31i(參照圖4的(a))螺紋安裝螺釘33、34的(參照圖4的(a))。由此，組裝成圖7的(b)所示的結構體。在該狀態(tài)下，支軸43被按壓彈簧32的鉤部32b朝下方向(Y軸負方向)按壓，因此抑制滾輪42沿Y軸方向浮起的情況。需要說明的是，此時調整鏡44的傾斜角度，使得從后述的光源110射出的激光朝X軸負方向反射。
[0061]圖8是表示搭載有鏡促動器I的激光雷達500的結構的示意圖。需要說明的是，在圖8中，僅示出主要的光學構件，省略了光學構件的安裝構造、電路基板等的圖示。
[0062]在圖5的(b)所示的齒條53的引導保持部53b嵌入引導部21b，并進行粘接固定。電動機51的底架5 Ia與引導軸22分別固接于基底500a。在齒條53的鉤部53a朝Z軸正側稍微變形的狀態(tài)下，齒條53的齒輪部53c與絲杠52接觸。在受到基于彈簧53d的施力的同時，齒輪部53c與絲杠52嚙合。由此，如圖8所示，完成鏡促動器I的組裝。
[0063]在圖8所示的裝配狀態(tài)下，當驅動電動機11時，旋轉軸12的(參照圖2的(a))轉動。由于旋轉軸12通過支軸14而與鏡支架41連接為一體，因此當旋轉軸12轉動時，鏡支架41 一體地轉動。另外，如圖6的(b)所示，由于在內部框架31的凹部31 g嵌入有銷13的前端部13a，因此使內部框架31伴隨著旋轉軸12的轉動而轉動。這樣，使被鏡支架41保持的鏡44沿Pan方向轉動。
[0064]另外，在圖8所示的裝配狀態(tài)下，當驅動電動機51時，絲杠52轉動。當絲杠52轉動時，與絲杠52嚙合的齒條53沿上下方向(Y軸方向)移動。然后，固接于齒條53的引導部2Ib沿著引導軸22在上下方向(Y軸方向)上移動。由此，外部框架21在上下方向(Y軸方向)上移動。
[0065]圖9是表示外部框架21朝下方向移動的情況下的鏡促動器I的側視圖。圖10是表示外部框架21朝上方向移動的情況下的鏡促動器I的側視圖。
[0066]參照圖9，當外部框架21朝下方向(Y軸負方向)移動時，與之相伴，軸承23的(參照圖6的(b))朝下方向(Y軸負方向)移動。由此，在軸承23的內框23b(參照圖6的(b))上裝配的內部框架31朝下方向被按下。此時，如圖6的(b)所示，旋轉軸12的銷13的前端部13a沿著內部框架31的凹部31g移動，從而沿Y軸方向被引導。另外，引導部21b沿著引導軸22滑動，從而沿Y軸方向被引導。由此，如圖9所示，內部框架31與鏡支架41的滾輪保持部41b下降。此時，由支軸14軸支承的鏡支架41的Y軸方向的位置沒有改變。因此，沿Z軸正方向觀察時，在鏡支架41上施加以支軸14為中心的右旋的力。由此，沿Z軸正方向觀察時，鏡支架41沿支軸14為中心而右旋轉動，通過滾輪42以及支軸43使?jié)L輪保持部41b朝X軸負側移動。因而，如圖9所示，鏡44的傾斜角度變小。
[0067]參照圖10，當外部框架21朝上方向(Y軸正方向)移動時，與之相伴，軸承23的(參照圖6的(b))朝下方向(Y軸正方向)移動。由此，如圖6的(b)所示，在軸承23的內框23b上裝配的內部框架31朝上方向被推起。此時，旋轉軸12的銷13的前端部13a沿著內部框架31的凹部31g移動，從而沿Y軸方向被引導。另外，引導部21b沿著引導軸22滑動，從而沿Y軸方向被引導。由此，如圖10所示，內部框架31與鏡支架41的滾輪保持部41b上升。此時，由支軸14軸支承的鏡支架41的Y軸方向的位置沒有改變。因此，沿Z軸正方向觀察時，在鏡支架41上施加以支軸14為中心的左旋的力。由此，沿Z軸正方向觀察時，鏡支架41沿支軸14為中心而左旋轉動，通過滾輪42以及支軸43使?jié)L輪保持部41b朝X軸正側移動。因而，如圖9所示，鏡44的傾斜角度變大。
[0068]需要說明的是，調整內部框架31的凸部31e與按壓彈簧32的鉤部32b的X軸方向上的長度，使得即便在外部框架21朝上方向最大移動的情況下，也將支軸43定位在按壓彈簧32與內部框架31之間。
[0069]這樣，由鏡支架41保持的鏡44沿Tilt方向轉動。支軸43被按壓彈簧32朝下方向按壓，因此抑制鏡44朝Tilt方向轉動時的晃動。
[0070]這樣，在本實施方式中，使鏡44沿Pan方向轉動的電動機11與使鏡44沿Ti11方向轉動的電動機51分別是，一方的轉動不會影響另一方的轉動。因而，能夠獨立地控制電動機11與電動機51。另外，由于電動機51配置在基底側，因此不需要向作為旋轉部的內部框架31架設信號線。因此，能夠使鏡44沿Pan方向在較寬范圍內轉動。在本實施方式中，鏡44沿Pan方向轉動360度。需要說明的是，鏡44相對于Tilt方向以數(shù)十度以上的角度轉動。
[0071]返回圖8，對搭載有鏡促動器I的激光雷達500的結構進行說明。
[0072]激光雷達500具備射出光學系統(tǒng)100、受光光學系統(tǒng)200、PSD310、以及上述的鏡促動器I。
[0073]射出光學系統(tǒng)100具備光源110和光束整形透鏡120。
[0074]光源110射出波長為880nm?940nm左右的激光。光束整形透鏡120使射出激光收斂，使得射出激光在目標區(qū)域內成為規(guī)定的形狀。光源110與光束整形透鏡120配置為分別沿Y軸方向并排。光源110的射出光軸與光束整形透鏡120的光軸一致。另外，光源110配置為射出光軸貫穿鏡44的旋轉中心。光源110配置為射出光軸與旋轉軸12的(參照圖2的(a))成為平行。
[0075]如所述那樣，鏡促動器I具備供透過光束整形透鏡120的激光與來自目標區(qū)域的反射光這兩者入射的鏡44、以及用于使該鏡44繞兩個軸轉動的機構。通過鏡44轉動，使激光在目標區(qū)域內掃描。激光在目標區(qū)域內沿著與XZ平面平行的多條掃描線進行掃描。為了使激光沿著各掃描線進行掃描，驅動電動機11，使鏡44沿Pan方向旋轉。另外，為了變更掃描線，驅動電動機51，使鏡44沿Ti 11方向旋轉。
[0076]受光光學系統(tǒng)200具備折彎鏡210、220、受光透鏡230、以及光檢測器240。
[0077]折彎鏡210、220使從目標區(qū)域反射、且進一步被鏡44反射的光沿朝向光檢測器240的方向反射。折彎鏡210、220分別具有大致長方體形狀。折彎鏡210、220配置為，彼此隔開規(guī)定的間隙而沿Z軸方向并排。折彎鏡210、220配置為，在鏡44處于中立位置時，各自以與鏡44相同的角度傾斜。
[0078]需要說明的是，“中立位置”是指，鏡44從與X軸垂直的狀態(tài)向Y-X平面的面內方向傾斜45度的位置。
[0079]另外，折彎鏡210、220的間隙具有能夠供從光源110射出且被光束整形透鏡120收斂的激光通過的寬度。
[0080]受光透鏡230對從目標區(qū)域反射的光進行聚光。光檢測器240包括APD(雪崩.光電二極管)或者PIN光電二極管，向電路基板輸出與受光光量相應的大小的電信號。
[0081]PSD310接受被鏡44反射的光，向電路基板輸出與受光位置相應的位置檢測信號。[0082 ]從光源110射出的激光在透過光束整形透鏡120之后，通過折彎鏡210、220的間隙。通過了折彎鏡210、220的間隙的激光向鏡促動器I的鏡44入射。入射至鏡44的激光被鏡44反射，并向目標區(qū)域投射。
[0083]來自目標區(qū)域的反射光在激光朝向目標區(qū)域的光路中逆行而向鏡44入射。入射至鏡44的反射光被鏡44反射，并向折彎鏡210、220入射。折彎鏡210、220的間隙顯著小于鏡44的鏡面，來自目標區(qū)域的反射光的大半的光向折彎鏡210、220入射。入射至折彎鏡210、220的反射光被折彎鏡210、220反射，并沿朝向受光透鏡230的方向(X軸正方向)行進。
[0084]無論鏡44處于何種轉動位置，所述反射光的行為均相同。即，無論鏡44處于何種轉動位置，來自目標區(qū)域的反射光均在激光的射出時的光路中逆行，與光束整形透鏡120的光軸平行地行進，并向受光透鏡230入射。
[0085]入射至受光透鏡230的反射光由于受光透鏡230而收斂于光檢測器240。光檢測器240輸出與受光光量相應的大小的電信號?；趤碜怨鈾z測器240的信號，測定目標區(qū)域內有無物體以及距物體的距離。
[0086]圖11是表示本實施方式的激光雷達500的鏡44的Pan方向的轉動范圍的俯視圖。
[0087]如圖11所示，在本實施方式的激光雷達500中，為了使激光沿水平方向在較寬范圍的掃描范圍Wl內掃描，使鏡44轉動。激光在掃描范圍Wl內以規(guī)定間隔進行脈沖發(fā)光。當掃描范圍Wl內的掃描結束、并且鏡44轉動至停止范圍W2時，光源110的激光的射出停止。需要說明的是，通過從電動機11(參照圖8)輸出的位置檢測信號(脈沖信號)來檢測鏡44是否轉動至停止范圍W2。在激光的射出停止的狀態(tài)下，當鏡44轉動至轉動位置檢測范圍W3時，再次開始光源110的激光的射出(脈沖發(fā)光)。在轉動位置檢測范圍W3內鏡44朝向PSD310。由此，光源110射出的激光經由光束整形透鏡120 (參照圖8)與鏡44向PSD310入射。PSD310輸出與受光位置相應的位置檢測信號。
[0088]在本實施方式中，在激光雷達500工作的期間，鏡44超過360度而沿相同的Pan方向持續(xù)旋轉。PSD310的輸出應用于Pan方向上的鏡44的旋轉的原點校準。即，在轉動位置檢測范圍W3內脈沖發(fā)光的激光中，確定向最接近PSD310的Z軸方向的中央位置的位置照射的激光的發(fā)光時刻。然后，將與該發(fā)光時刻對應的鏡44的轉動位置(電動機11的轉動位置)設為Pan方向上的鏡44的旋轉的原點。針對如此設定的原點，規(guī)定鏡44以及電動機11的轉動位置。若使鏡44沿同一方向持續(xù)旋轉，則由來自電動機11的位置檢測信號(脈沖信號)檢測的鏡44的轉動位置與鏡44的實際的轉動位置產生偏差。于是，通過如上述那樣進行原點校準，能夠使由位置檢測信號(脈沖信號)檢測的鏡44的轉動位置與鏡44的實際的轉動位置一致。
[0089]Tilt方向的鏡44的位置也基于來自PSD310的輸出進行修正。在此，判定脈沖發(fā)光的激光在PSD310上的軌跡是否與該掃描時的鏡44的同T i 11方向的轉動位置對應的軌跡一致。在兩軌跡不一致的情況下，求出兩軌跡的差值，并將鏡44的Tilt方向的角度調節(jié)與差值相應的角度。
[0090]需要說明的是，在本實施方式中，每當鏡44沿Pan方向旋轉規(guī)定次數(shù)，進行Pan方向的原點校準與Tilt方向的角度調節(jié)。
[0091]在激光被射出的狀態(tài)下，當鏡44轉動至停止范圍W4時，停止光源110的激光的射出。然后，在激光的射出停止的狀態(tài)下，若鏡44轉動至掃描范圍Wl，則再次開始光源110的激光的射出(脈沖發(fā)光)。此時，鏡44沿Tilt方向轉動，與下一條掃描線的掃描位置對齊。
[0092]這樣，激光沿著多條掃描線向目標區(qū)域投射。需要說明的是，在最下段的掃描線的掃描結束的情況下，以再次成為最上段的掃描線的掃描位置的方式對鏡44進行轉動控制。除此之外，也可以在最下段的掃描線的掃描結束的情況下，以從最下段返回上一條掃描線的掃描位置的方式對鏡44進行轉動控制。這樣，能夠適當變更鏡44的轉動控制。
[0093]如圖11所示，以僅在目標區(qū)域的掃描所需要的掃描范圍Wl內射出激光的方式控制光源110，因此能夠抑制光源110所消耗的電力。
[0094]圖12是表示本實施方式的激光的射出軌跡的圖。橫軸是鏡44相對于中立位置(O度)在Pan方向上的轉動角，縱軸是鏡44處于Pan方向的各轉動角時的、激光相對于水平面(XZ平面)的傾斜角。在縱軸中，在激光的投射方向與水平面平行時，角度成為O度。另外，在橫軸上，當鏡44從中立位置向正面左側轉動時對角度標注正的符號，當鏡44從中立位置向正面右側轉動時對角度標注負的符號。在此，Pan方向的鏡44的轉動范圍相對于中立位置為±135 度。
[0095]另外，在圖12中，圓形圖標表示Ti 11方向的鏡的轉動角與中立位置處的轉動角相同的情況，方形圖標表示鏡44從中立位置向接近水平面的方向(Ti 11方向)傾斜大約30度的情況，三角圖標表示鏡44從中立位置向遠離水平面的方向(Ti 11方向)傾斜大約30度的情況。
[0096]如圖12所示，可知在全部掃描線中，射出軌跡成為大致直線狀。這是因為，如圖8所示，光源110配置為光源110的射出光軸貫穿鏡44的旋轉中心。在鏡44的垂直方向的傾斜度恒定時，無論鏡44沿水平方向傾斜何種角度，激光始終向鏡44的旋轉中心入射，因此激光的射出角度在垂直方向上不會位移。因而，通過不使Tilt方向的鏡44的傾斜度發(fā)生變化、并且僅使鏡44沿Pan方向進行變化，能夠使激光大致水平地掃描。這樣，僅沿Pan方向控制鏡44就能夠使激光大致水平地掃描，因此能夠簡化鏡44的驅動控制。
[0097]圖13的(a)是說明本實施方式的光源110與折彎鏡210、220所產生的雜散光對光檢測器240的影響的圖。圖13的(b)是說明變更例的光源110與折彎鏡211所產生的雜散光對光檢測器240的影響的圖。
[0098]參照圖13的(a)，在本實施方式的情況下，折彎鏡210、220在具有規(guī)定的間隙的狀態(tài)下沿Z軸方向并排。從光源110射出的激光由于光束整形透鏡120而收斂，因此激光的大半通過折彎鏡210、220的間隙。這樣，通過配置折彎鏡210、220，能夠將激光雷達500的Y軸方向的尺寸構成得緊湊。在該結構中，激光中的微量光被折彎鏡210、220的側面部反射以及散射而成為雜散光。
[0099]如圖13的(b)的變更例所示，也能夠使用在折彎鏡211上設有能夠供激光通過的開口211a的結構。然而，在變更例的結構中，由于激光被開口211a的下側的邊緣反射以及散射而成的雜散光沿朝向光檢測器240的方向行進，因此該雜散光可能會向光檢測器240入射。由于來自目標區(qū)域的反射光較為微弱，因此當這樣雜散光向光檢測器240入射時，可能會無法恰當?shù)貦z測出來自目標區(qū)域的反射光。與之相對，在本實施方式中，激光被與X-Y平面平行的面反射，因此與比較例的情況相比，雜散光不會沿朝向光檢測器240的方向行進。因而，為了抑制雜散光對光檢測器240的影響，期望如本實施方式那樣采用將折彎鏡210、220隔開間隙而沿Z軸方向并排的結構。
[0100]另一方面，在變更例的情況下，能夠使接受來自目標區(qū)域的反射光的折彎鏡211的鏡面的面積大于本實施方式的折彎鏡210、220的情況。因而，為了盡可能增大光檢測器240接受的光量，期望如圖13的(b)所示采用在一個折彎鏡211上設有開口 211a的結構。
[0101 ]圖14是表示激光雷達500的電路結構的圖。
[0102]掃描LD驅動電路701基于來自DSP705的信號而向光源110供給驅動信號。H)信號處理電路702對與光檢測器240的受光光量相應的電壓信號進行增幅以及數(shù)字化而向DSP705供給。
[0103]PSD信號處理電路703將基于來自PSD310的輸出信號而求出的位置檢測信號向DSP705輸出。促動器驅動電路704基于來自DSP705的信號而驅動鏡促動器I。具體而言，將用于使激光在目標區(qū)域內沿著規(guī)定的軌道進行掃描的驅動信號向鏡促動器I供給。
[0104]DSP705基于由PSD信號處理電路703輸入的位置檢測信號，檢測目標區(qū)域內的激光的掃描位置，執(zhí)行鏡促動器I的驅動控制、光源110的驅動控制等。另外，DSP705基于從PD信號處理電路702輸入的電壓信號，判定在目標區(qū)域內的激光照射位置是否存在物體，同時基于從光源110輸出的激光的照射時刻與由光檢測器240接受的來自目標區(qū)域的反射光的受光時刻之間的時間差，測定距物體的距離。
[0105]圖15是表示光源110的發(fā)光控制的處理的流程圖。圖15通過DSP705來執(zhí)行。需要說明的是，鏡44的Pan方向、Ti 11方向的轉動位置如上述那樣通過來自電動機11、51的位置檢測信號(脈沖信號)來檢測，通過來自PSD310信號來修正鏡44的位置的偏差。在圖15所示的流程圖中，對與鏡44的Pan方向的轉動角度相應的光源110的控制處理進行說明。
[0106]參照圖15，當開始目標區(qū)域的掃描時，將鏡44定位于掃描開始位置。然后，當鏡44的轉動角度定位于圖11所示的掃描范圍Wl時(S101:是)，DSP705通過脈沖發(fā)光使光源110點亮(S102)。然后，DSP705判定鏡44的轉動角度是否定位于圖11所示的停止范圍W2的(S103)。在鏡44的轉動角度沒有定位于停止范圍W2的情況下(S103:否)，DSP705使光源110的點亮繼續(xù)。當鏡44的轉動角度定位于圖11所示的停止范圍W2時(S103:是)，DSP705使光源110熄滅(S104)。DSP705判定掃描次數(shù)是否為規(guī)定的變量η的倍數(shù)(S105)。變量η根據(jù)要求的鏡44的轉動精度來適當設定。例如，若將變量η設為I，則每掃描一次就對鏡44的轉動位置進行修正。由此，能夠使鏡44高精度地轉動。例如，若將變量η設為3，則每掃描三次就對鏡44的轉動位置進行修正。由此，能夠進一步削減用于修正轉動位置的點亮時間。在本實施方式中，鏡44的轉動位置的修正每隔多次掃描來進行。
[0107]在掃描次數(shù)為η的倍數(shù)的情況下(S105:是)，DSP705判定鏡44的轉動角度是否定位于圖11所示的轉動位置檢測范圍W3的(S106)。在鏡44的轉動角度沒有定位于轉動位置檢測范圍W3的情況下(S106:否)，DSP705使光源110的熄滅繼續(xù)。當鏡44的轉動角度定位于轉動位置檢測范圍W3時(S106:是)，DSP705通過脈沖發(fā)光來點亮光源110(S107)。由此，從光源110射出的激光向PSD310入射。DSP705基于來自PSD310的信號，如上述那樣進行Pan方向的原點校準與Tilt方向的鏡44的角度修正。在掃描次數(shù)并非η的倍數(shù)的情況下(S105:否)，DSP705跳過轉動位置檢測范圍W3內的光源110的點亮處理以及停止范圍W4內的光源110的熄滅處理而使處理進入SI 10。
[0108]DSP705判定鏡44的轉動角度是否定位于停止范圍W4的(S108)。在鏡44的轉動角度沒有定位于停止范圍W4的情況下(S108:否)，DSP705使光源110的點亮繼續(xù)。當鏡44的轉動角度定位于停止范圍W4時(S108:是)，DSP705使光源110熄滅(S109)。然后，DSP705判定動作是否結束(3110)。在動作沒有結束的情況下(3110:否)，03?705使處理返回3101，進行下一條掃描線上的光源110的發(fā)光控制(S101?S109)。在動作結束的情況下(S110:是)，DSP705結束光源110的控制處理。
[0109]〈實施方式的效果〉
[0110]以上，根據(jù)本實施方式，實現(xiàn)以下的效果。
[0111]如圖8所示，在通過電動機11而轉動的外部框架21以及內部框架31上沒有配置驅動源，通過在基底500a上配置的電動機51，使引導部21b沿著引導軸22在上下方向上移動。通過使引導部21b在上下方向上移動，與外部框架21連接為一體的內部框架31在上下方向上移動，滾輪42與支軸43在前后方向上移動。由此，使鏡44沿Ti 11方向轉動。這樣，由于在通過電動機11而轉動的外部框架21以及內部框架31上沒有配置驅動源，因此不需要向轉動的外部框架21以及內部框架31供給電力。因而，鏡44的轉動不會被用于供給電力的信號線等限制，因此能夠使鏡44在較寬范圍內轉動。由此能夠使激光在較寬范圍內掃描。
[0112]另外，如圖6的(b)所示，內部框架31由旋轉軸12支承為能夠滑動。因而，用于使外部框架21以及內部框架31轉動的旋轉軸12也作為滑動軸發(fā)揮作用。因而，能夠削減部件件數(shù)，能夠緊湊地構成鏡促動器I。
[0113]另外，如圖8所示，由于在鏡44的X軸正側配置PSD310，因此通過使鏡44朝向X軸正側，能夠使從光源110射出的激光向PSD310入射。由此，能夠檢測鏡44的轉動位置。這樣，光源110與鏡44也作為用于檢測鏡44的轉動位置的光學系統(tǒng)而共用，因此能夠削減部件件數(shù)。
[0114]另外，如圖8所示，光源110配置為與旋轉軸12平行且光源110的射出光軸貫穿鏡44的旋轉中心，因此如圖12所示，能夠使射出軌跡接近大致直線狀。另外，通過將光源110配置在鏡44的上側，從而由鏡44反射的激光不會朝向光源110側。因而，能夠使鏡44在360度的范圍內轉動，能夠進一步擴寬激光的掃描范圍。
[0115]另外，如圖13的(a)、(b)所示，在光源110與鏡44之間配置有折彎鏡210、220或者折彎鏡211，因此能夠將激光雷達500的Y軸方向的尺寸構成得緊湊。
[0116]另外，如圖13的(a)所示，由于在沿Z軸方向并排的折彎鏡210、220之間設有間隙，因此能夠抑制雜散光對光檢測器240的影響。
[0117]另外，如圖11所示，由于控制為僅在目標區(qū)域的掃描所需的掃描范圍Wl內射出激光，因此能夠抑制光源110所消耗的電力。
[0118]并且，如圖15所示，每隔多次掃描，為了檢測鏡44的轉動位置而進行光源的點亮處理，能夠進一步抑制光源110所消耗的電力。
[0119]以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明不受上述實施方式的任何限制，并且，本發(fā)明的實施方式也能夠在上述以外進行各種變更。
[0120]例如，在上述實施方式中，如圖6的(b)所示，旋轉軸12也用作使內部框架31滑動的滑動軸，也可以另行設有滑動軸。但是，像上述實施方式那樣使旋轉軸12也用作滑動軸能夠削減部件件數(shù)，因此是期望的。
[0121]另外，在上述實施方式中，如圖8所示，受光光學系統(tǒng)200通過折彎鏡210、220而設置在光源110與鏡44之間，但例如也可以設置在光源110的Y軸正側。在這種情況下，雖然省略折彎鏡210、220，但為了增大反射光的受光光量，與上述實施方式相比需要增大鏡44的鏡面的尺寸。另外，由于光學構件沿Y軸方向并排，因此使激光雷達500裝置整體大型化。因而，為了將裝置設置得緊湊，期望如上述實施方式那樣配置折彎鏡210,220ο
[0122]另外，在上述實施方式中，受光光學系統(tǒng)200由折彎鏡210、220、受光透鏡230、光檢測器240構成，但除此之外，也可以配置對從遮光構件、光源110射出的激光的波長范圍以外的范圍的光進行截止的帶通濾波器等。同樣，在朝向PSD310的光路中，也能夠適當使用遮光構件、濾光片。
[0123]除此之外，本發(fā)明的實施方式在技術方案所示的技術思想的范圍內能夠適當?shù)剡M行各種變更。
[0124]附圖標記說明:
[0125]I…鏡促動器(鏡驅動裝置)
[0126]11..?電動機(第一驅動源)
[0127]12…旋轉軸
[0128]14…支軸
[0129]20…外部單元(移動機構)
[0130]21…外部框架(移動體)
[0131]23...軸承
[0132]31…內部框架(旋轉體)
[0133]41…鏡支架
[0134]41b…滾輪保持部(接觸部)
[0135]42…滾輪(引導部)
[0136]44...鏡
[0137]50…傾斜驅動部(移動機構)
[0138]51…電動機(第二驅動源)
[0139]53…齒條(齒輪)
[0140]100…射出光學系統(tǒng)
[0141]110…光源
[0142]200…受光光學系統(tǒng)
[OH3] 210…折彎鏡(反射部、第一鏡)
[0144]220…折彎鏡(反射部、第二鏡)
[0145]221…折彎鏡(反射部)
[0146]240…光檢測器
[0147]310...PSD(受光位置檢測器)
[0148]705…DSP(光源控制部)
【主權項】
1.一種鏡驅動裝置，其特征在于，具備: 旋轉軸； 第一驅動源，其使所述旋轉軸旋轉； 鏡支架，其借助支軸而由所述旋轉軸軸支承為能夠在與所述旋轉軸平行的方向上轉動； 鏡，其裝配于所述鏡支架； 旋轉體，其在遠離所述支軸的位置處載置所述鏡支架； 引導部，其設于所述旋轉體，將所述鏡支架的與所述旋轉體接觸的接觸部引導為能夠在與所述旋轉軸接近以及分離的方向上移動； 移動機構，其在所述旋轉體能夠與所述旋轉軸一起旋轉的狀態(tài)下使所述旋轉體在與所述旋轉軸平行的方向上移動；以及 第二驅動源，其借助所述移動機構使所述旋轉體移動。2.根據(jù)權利要求1所述的鏡驅動裝置，其特征在于， 所述移動機構具備: 移動體，其借助軸承將所述旋轉體連結為能夠旋轉；以及 齒輪，其將所述移動體沿與所述旋轉軸平行的方向輸送。3.根據(jù)權利要求1或2所述的鏡驅動裝置，其特征在于， 所述旋轉體由所述旋轉軸支承為能夠滑動。4.一種光束照射裝置，其特征在于，具備: 權利要求1至3中任一項所述的鏡驅動裝置； 光源，其射出激光；以及 射出光學系統(tǒng)，其使從所述光源射出的所述激光向所述鏡入射。5.根據(jù)權利要求4所述的光束照射裝置，其特征在于， 所述光束照射裝置具備受光位置檢測器，所述受光位置檢測器在所述鏡的規(guī)定的旋轉位置接受被所述鏡反射后的所述激光而檢測該激光的受光位置。6.根據(jù)權利要求5所述的光束照射裝置，其特征在于， 所述光束照射裝置具備控制所述光源的點亮/熄滅的光源控制部， 在所述鏡使所述激光沿朝向目標區(qū)域的方向反射的轉動位置、以及所述鏡使所述激光沿朝向所述受光位置檢測器的方向反射的轉動位置，所述光源控制部使所述光源點亮。7.根據(jù)權利要求4至6中任一項所述的光束照射裝置，其特征在于， 所述激光源與所述射出光學系統(tǒng)構成為所述激光的光軸與所述旋轉軸平行，并且構成為所述激光的光軸貫穿所述鏡的旋轉中心。8.—種激光雷達，其特征在于， 所述激光雷達具備: 權利要求7所述的光束照射裝置；以及 受光光學系統(tǒng)，其將從目標區(qū)域反射且入射至所述鏡的所述激光向光檢測器引導， 所述受光光學系統(tǒng)具備反射部，該反射部具有供從所述光源射出且朝向所述鏡的激光通過的間隙，并且具有對從所述目標區(qū)域反射且入射至所述鏡的所述激光進行反射的反射面。9.根據(jù)權利要求8所述的激光雷達，其特征在于， 所述反射部具備第一鏡以及配置為在與所述旋轉軸垂直的方向上與所述第一鏡隔開所述間隙而并排的第二鏡。
【文檔編號】G01S7/481GK106030373SQ201480075971
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年11月13日
【發(fā)明人】加納康行
【申請人】松下知識產權經營株式會社