专利名称：激光距离测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光距离测定装置，尤其涉及接收来自位于与激光的照射同一方向的对象物的反射光，以测定距离的激光距离测定装置。
背景技术：
现在，利用激光的激光距离测定装置已是公知技术。该激光距离测定装置如图15所示，是具有主扫描电机2和副扫描电机3的光学系统，该主扫描电机2以一定速度驱动多面体反射镜(光学多面体)1旋转；该副扫描电机3设置成使其旋转轴与该主扫描电机2垂直，而使上述光学多面体1的旋转轴在预定的角度范围内摆动并使该光学多面体1的旋转面以一定速度摆动。
由激光源4发射的激光脉冲光经半透镜5投射到光学多面体1上。该激光脉冲光与光学多面体1的旋转相应由激光源4发射的同时，利用副扫描电机3使光学多面体1的镜面以规定速度摆动从而照射到预定的测定范围。于是，来自存在于激光照射范围内的对象物的反射光用光学多面体1引导到聚光镜6，受光元件7接受由该聚光镜6所聚集的该反射光。
激光距离测定装置将基本上如上所述构成的光学系统装入该激光距离测定装置的框体(未图示)，通过由设置在该框体上的例如玻璃窗所形成的窗口在与对象物之间进行激光的照射和反射以测量与该对象物之间的距离。或者，还有以降低噪声和提高检测精度为目的，如图16所示，从激光源4发射的激光在上述的窗口处进行反射而到达受光元件的这种将由相同的面构成的二个光学多面体1、1安装在同一根旋转轴上的激光距离测定装置。这种装置是用一个光学多面体1的一个面反射由激光源4射入的、经投射镜8投射的激光脉冲光进行反射照射到对象物上的同时，利用与上述光学多面体1不同的光学多面体1反射来自该对象物的反射光并经聚光镜6引导到受光元件上。这种结构的激光距离测定装置与上述的激光距离测定装置不同，激光源4发射的激光在由玻璃窗等形成的窗口反射后并不到达受光元件，可进行更高精度的距离测定。
因而，基于上述的工作原理提出了各种激光距离测定装置的方案(例如，专利文献1—日本特开平8-122426号公报；专利文献2—日本特平9-33655号公报；专利文献3-日本特开平9-15333号公报；和专利文献4-日本特开平11-326499号公报)。
然而，不能否定的是由激光源4发射的激光的一部分由如上所述设置在窗口的例如玻璃反射而到达受光元件7。因此，存在检测精度因该反射光而降低的问题。另外，在这种方式的激光距离测定装置中，在激光源4发射的激光束直径较大的情况下，受光镜的直径就必须比该激光束的直径更大，因而存在装置庞大的问题。
另一方面，对于投光用和受光用分别采用不同的光学多面体的激光距离测定装置来说，由激光源4发射的激光由激光距离测定装置的窗口反射而到达受光元件7这样的装置的必然结果是增大光学多面体1的形状。因此，为使该光学多面体1相对旋转轴在预定范围内摆动，则用激光进行二维扫描的摆动机构的结构变得既庞大又复杂，因而存在激光距离测定装置难于实现小型化的问题。
另外，在用激光距离测定装置发射的激光进行二维扫描时，由于扫描区域受到光学多面体1的扫描机构(摆动机构)的限制，存在不能增大扫描区域的问题。当然，为了扩大扫描区域可以加大光学多面体1，但相反又存在增大了光学多面体的扫描机构(摆动机构)的问题。进而，为了加长光学多面体的尺寸担心牺牲了旋转稳定性的同时，还加大了包括驱动该光学多面体的电机在内的驱动机构，存在激光距离测定装置的组装及调整更花时间的问题。

发明内容
本发明就是考虑到上述问题而提出的，其目的在于提供一种利用激光进行二维方向扫描的扫描区域和视角可任意选择，可实现小型化而且组装和调整容易的激光距离测定装置。
为了实现上述目的，本发明的第一方案的激光距离测定装置，其特征是具有投射激光的发光部；在与该发光部光学上相对的光轴上配置的受光部；具有相对于旋转轴位于预定的角度的多个反射面，配置在上述光轴上并被驱动旋转，由上述反射面的一个反射从上述发光部投射的上述激光并照射对象物的同时，由与上述反射面不同的反射面反射由对象物反射的激光并引导到上述受光部的光学多面体；以上述光轴为轴使上述光学多面体的旋转轴在预定方向摆动的摆动部；与上述光学多面体的旋转同步控制从上述发光部投射激光的投射控制部；根据该投射控制部发给上述发光部的投射许可信号和上述受光部接受到的受光信号的传送延迟时间算出到对象物的距离的距离运算部。
本发明的第二方案的激光距离测定装置是在第一方案的基础上，其特征是，上述光学多面体由具有至少4个面的每隔90°角就有一个不同的反射面的多面体构成。具体的是例如，由四面体、八面体、十二面体等多角形多面体构成。
本发明的第三方案的激光距离测定装置在使用脉冲激光测定到物体的距离的激光距离测定装置中，其特征在于，具有具备反射脉冲激光的第1反射面和反射脉冲激光的反射光、并与上述第1反射面相交的第2反射面的反射装置；以在与上述第1反射面斜向相交的方向或与上述第1反射面平行的方向延伸的中心轴为中心，或者以在与上述第2反射面斜向相交的方向或与上述第2反射面平行的方向延伸的中心轴为中心，使上述反射装置旋转的第1旋转机构；对上述第1反射面投射脉冲激光的激光投射装置；可检测由上述激光投射装置投射并由上述第1反射面反射而向物体行进的，由上述物体反射并向上述第2反射面行进而由上述第2反射面反射的脉冲激光的脉冲激光检测装置；检测由上述旋转机构驱动的上述反射装置的旋转角度的第1旋转角度检测装置；使用由上述脉冲激光投射装置投射脉冲激光的时刻，由上述脉冲激光检测装置检测到脉冲激光的时刻和由上述第1旋转角度检测装置检测到的上述反对装置的旋转角度，算出上述物体上的反射位置的第1运算装置；由上述第1反射面反射的脉冲激光的行进方向与向上述第2反射面行进的脉冲激光的行进方向相互平行。
本发明的第四方案的激光距离测定装置是在第三方案的基础上，其特征是，具有以与上述第1旋转机构的旋转中心轴相交的方向延伸的中心轴为中心使上述反射装置旋转的第2旋转机构；和检测由上述第2旋转机构驱动的上述反射装置的旋转角度的第2旋转角度检测装置；上述第1运算装置是使用由上述第2旋转角度检测装置检测到的上述反射装置的旋转角度算出上述物体上的反射位置的运算装置。
本发明的第五方案的激光距离测定装置是在第四方案的基础上，其特征是，上述反射装置是由垂直于上述第1旋转机构的旋转中心轴的平面得到的截面形状为正多角形的光学多面体；上述第1旋转机构的旋转中心轴通过上述光学多面体的上述截面的中心的同时，与上述各反射面平行地延伸；上述第2旋转机构的旋转中心轴垂直于上述第1旋转机构的旋转中心轴。
本发明的第六方案的激光距离测定装置是在第五方案的基础上，其特征是，上述光学多面体的多角形是具有4的倍数角的正多角形；上述第1反射面的延伸方向和上述第2反射面的延伸方向相互垂直；由上述第1反射面反射之前的脉冲激光的行进方向与由上述第2反射面反射之后的脉冲激光的行进方向相互平行。
本发明的第七方案的激光距离测定装置是在第六方案的基础上，其特征是，由上述第1反射面反射之前的脉冲激光的光轴和由上述第2反射面反射之后的脉冲激光的光轴相互位于同一轴线上；上述第2旋转机构的旋转中心轴与由上述第1反射面反射之前的脉冲激光的光轴一致。
本发明的第八方案的激光距离测定装置，在使用脉冲激光测定到物体的距离的激光距离测定装置中，其特征在于，其结构为，具有带第1反射面和与该第1反射面不同的第2反射面的光学多面体，由投射装置投射脉冲激光，由上述第1反射面反射该投射的脉冲激光并对上述物体照射该反射的脉冲激光，由上述第2反射面反射由上述物体反射并返回来的脉冲激光而由受光装置受光，利用上述投射时刻和上述受光时刻的时间差测定到达上述物体的距离。
本发明的第九方案的激光距离测定方法，在使用脉冲激光测定到物体的距离的激光距离测定方法中，其特征是具有带第1反射面和与该第1反射面不同的第2反射面的光学多面体，由投射装置投射脉冲激光，由上述第1反射面反射该投射的脉冲激光并对上述物体照射该反射的脉冲激光，由上述第2反射面反射由上述物体反射并返回来的脉冲激光而由受光装置受光，利用上述投射时刻和上述受光时刻的时间差测定到达上述物体的距离。
本发明具有如下效果。
在上述激光距离测定装置中，设置发光部和在与该发光部光学上相对的光轴上的受光部的同时，利用具有在该光轴中配置的多个反射面的光学多面体的一个反射面的光学多面体的一个反射面反射从发光部投射的激光并照射对象物，用与上述反射面不同的反射面反射由对象物反射的激光并引导到上述受光部。并且，利用摆动部使上述光学多面体的旋转轴以上述光轴为轴在预定方向摆动。由此，可任意地选择激光二维扫描的扫描区域和视场角。
另外，上述光学多面体由于由具有至少4个面的每90°角就有一个不同的反射面的多面体构成。因而，从发光部投射的激光不会作为由例如设置在激光距离测定装置中的窗口(玻璃窗)反射的所谓杂散光入射到受光部，可进行高精度的距离测定的同时，可提供能实现小型化，且组装和调整部很容易的激光距离测定装置。


图1是表示本发明的一个实施例的激光距离测定装置的构成的立体示意图。
图2是表示本发明的一个实施例的激光距离测定装置的光学多面体的旋转角和激光的入射角及出射角的关系图。
图3是表示本发明的另外实施例的激光距离测定装置的光学多面体的形状图。
图4是表示图1所示的激光距离测定装置的摆动机构的一个例子图。
图5是表示图1所示的激光距离测定装置的另外的摆动机构的一个例子的立体图。
图6是表示图1所示的激光距离测定装置的摆动机构的一个例子的立体图。
图7是表示图1所示的激光距离测定装置的摆动机构的一个例子的立体图。
图8是表示本发明的另外的实施例的激光距离测定装置的构成的立体示意图。
图9是表示本发明的一个实施例的激光距离测定装置的激光操作方法图。
图10是表示本发明的一个实施例的激光距离测定装置的另外的激光扫描方法图。
图11是表示本发明的一个实施例的激光距离测定装置的另外的激光扫描方法图。
图12是表示在激光距离测定装置中，由发光部发射的激光的光轴和入射到受光部的激光的光轴不在同一直线上的情况的图。
图13是表示在激光距离测定装置中，光学多面体的反射面和光学多面体的反射面相互相交成锐角的情况的图。
图14是表示在激光距离测定装置中，光学多面体的反射面和光学多面体的反射面相互相交成钝角的情况的图。
图15是表示现有的激光距离测定装置的原理的立体图。
图16是表示现有的激光距离测定装置的原理的立体图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的一个实施例的激光距离测定装置进行说明。
图1是表示本发明的激光距离测定装置构成的立体示意图。该图中，10是发射脉冲状的激光并将该激光照射到测定对象物上的发光部，它具有发射激光的激光源(发光元件)4，将该发光元件4发射的脉冲激光汇聚成光束状后以高效的激光投射到测定对象物(未图示)上的投光镜8。
另一方面，在与该激光发光部10呈光学相对状态的光轴上设置受光部20。该受光部20具有受光元件7，该受光元件7接收由后述的光学多面体1的反射面反射后由测定对象物反射的激光的光并将其转换为电信号。该受光部20设置了高效率地将由光学多面体1的反射面反射的光照射到受光元件7上的聚光镜6和降低杂散光影响的滤光片9。
另外，本发明的激光距离测定装置设置了具有与旋转轴处于一定角度的多个反射面的光学多面体1。该光学多面体1配置在上述发光部10和受光部20光学上相对的主轴上并由主扫描电机2驱动旋转。而且，由发光部10投射的激光由光学多面体1的一个反射面反射并照射到对象物上的同时，被该对象物反射的激光由与上述反射面不同的反射面反射而引导到受光部20上。
虽然其详情将于后述，但该激光距离测定装置设置了以由上述的发光部10和受光部20形成的激光的光轴为中心轴使上述的光学多面体1的旋转轴在规定方向上摆动的摆动部(图1中未图示)。该摆动部起着对由发光部10投射的、被光学多面体1照射到对象物上的激光在摆动部的摆动方向上进行扫描的作用。
另外，该激光距离测定装置还设置了与由驱动部40驱动旋转的光学多面体1的旋转同步、控制由发光部10投射的激光的发射定时的投射控制部11。另一方面，在受光部20上设置了根据由对象物反射的激光的能量水平对受光元件输出的电信号进行放大的放大部21。而且，该激光距离测定装置还设置了分别接收投射控制部11给予发光部10的投射许可信号和受光部20接收的经放大部21放大的受光信号，并根据传输延迟时间计算出到对象物的距离的距离运算部50。
在此，作为本发明的激光距离测定装置的特征之点在于在与发光部10光学上相对的光轴上配置了受光部20，在由受光部20形成的光轴中配置了具有多个反射面的光学多面体1，由该光学多面体1的一个反射面反射由上述发光部10投射的激光照射到对象物上的同时，由与上述反射面不同的反射面反射由该对象物反射的激光并引导到上述受光部20。
下面，参照附图对具有这种特征的激光距离测定装置进行详细说明。图2(a)是表示配置在由发光部10和受光部20形成的光轴上的光学多面体1的图。如该图所示，在与发光部10光学上相对的光轴上配置受光部20的同时，在该光轴中配置光学多面体1。具体的是，该光学多面体1位于在该光学多面体1的旋转轴(中心轴)O和上述光轴之间仅距一定的偏置量d的距离。该光学多面体1如上所述由驱动部40控制的主扫描电机2驱动以一定的旋转速度旋转。
现在，设光学多面体1由四面体形成，其中心轴O和该光学多面体1的反射面的一边的连线处于与由发光部10和受光部20形成的光轴垂直的位置时，将光学多面体1的位置定义为基准角“0°”。即，由发光部10和受光部20形成的光轴和光学多面体1的反射面的一边的连线形成“90°”的角度时设为基准角为“0°”。
这样，将光学多面体1由主扫描电机2驱动旋转、反射面的一边的角度在到达基准“0°”之前其所处的位置的角度(旋转角)设为“α°”。这时，当由发光部10投射激光时，该激光以入射角“α°”入射到光学多面体1的同时，也以该入射角“α°”照射到对象物上。而且，由对象物反射的激光到达光学多面体1的另一个反射面。这时，入射到反射面的反射激光以“90°-α°”的角度入射到反射面的同时，以“90°-α°”的角度将该反射面反射的激光引导到受光部20。
或者，如图2(b)所示，驱动光学多面体1旋转，其反射面的一边部的角度处于超过基准角“0°”的角度(旋转角)“-β°”的位置时，由发光部10投射了激光。该激光以入射角“90°-β°”入射到光学多面体1的一个反射面的同时，还以入射角“90°-β°”照射对象物。
然后，由对象物反射的激光到达光学多面体1的另一个反射面。入射到该反射面的反射激光以“β°”的角度入射到反射面的同时，以“β°”的角度通过该反射面反射而引导到受光部20，即，通过与光学多面体1的旋转相应地控制由发光部10投射的脉冲状的激光，可将激光照射到处于与光学多面体1的旋转角相等的位置的对象物上。而且，驱动部40通过以与由主扫描电机2旋转的光学多面体1的旋转角相对应的一定的定时从发光部10投射脉冲状的激光，即可测定到该对象物的距离。
顺便说一下，光学多面体1的尺寸可以按照能得到与作为测定对象的对象物相对应的必要的扫描角(旋转角)来决定。即，可以按照从发光部10投射的激光(激光束)完整的、一点不缺的照射到测定对象物上的同时，可以接收到来自测定对象物的反射激光的方法来决定反射镜的尺寸。例如，设发光部10和受光部20各自的激光束直径为Φ35mm，将由光学多面体1反射照射到测定对象物的激光的范围以上述的光学多面体1的基准旋转角“0°”为基准定为在其前后旋转“±30°”的范围的情况下，光学多面体1的一边的长度应为“35/sin30°＝70mm”。因此，可将光学多面体1的反射镜尺寸定为高度“35mm”，宽度“70mm”。
另外，上述的光学多面体1为便于理解虽设定为四面体，但也可以设定为例如，如图3所示的每个反射面为“45°”角的不同的8面体，此外，也可以设定为未图示的12面体、4n面体(其中，n≥4)。关键在于在由发光部10和受光部20形成的光轴中设置光学多面体1，由该光学多面体1的反射面中的一个反射从发光部10投射的激光并照射到对象物上，由与上述反射面不同的反射面反射由对象物反射的激光并引导到受光部20的同时，由发光部10入射到这一对反射面的激光的入射角和出射到受光部20的出射角之和可以构成90°。
另外，该激光由于上述光学多面体1的旋转轴可利用后述的摆动部以激光的光轴为中心轴在预定的方向上摆动(副扫描)，因而该激光可进行二维扫描，可测定到二维配置的对象物的距离。该摆动角度(副扫描角)基本上可在本发明的激光距离测定装置中任意设定。即，还可以沿整个圆周方向(360°)进行副扫描。
这样，在发光部10和光学上相对的光轴上配置的受光部20的光轴中配置具有多个反射面的光学多面体1，由该光学多面体1的一个反射面反射由发光部10投射的激光并照射到对象物上的同时，由于由与上述反射面不同的反射面反射由该对象物反射的激光并引导到受光部20，因而，发光部10投射的激光由设置在激光距离测定装置的框体(未图示)上的窗口(例如玻璃窗)反射，不会对受光部20形成噪声，可进行高精度的距离测定。
另外，通过发光部10投射的激光的脉冲周期(定时)和光学多面体1进行主扫描的旋转速度和使该光学多面体摆动的副扫描的摆动速度(旋转速度)可任意设定作为测定对象的区域和分辨率。即，测定对象的范围可以通过发光部10投射的激光的脉冲周期(定时)和光学多面体1主扫描的旋转速度及使该光学多面体摆动的副扫描的摆动速度(旋转速度)呈网格状地任意决定。例如，若将由发光部10投射的激光的脉冲周期设为一定，在进行网格粗的测定时，可提高主扫描电机2的旋转速度和副扫描电机3的摆动速度(旋转速度)；相反，在进行网格细的测定时，则降低主扫描电机2的旋转速度和副扫描电机3的摆动速度(旋转速度)。这样，本发明的激光距离测定装置可根据所要求的分辨率进行测定。
进而，参照附图4对本发明的激光距离测定装置的摆动部30的具体结构进行更详细的说明。在该图中对与图1所示的激光距离测定装置的结构相同的部件赋予与图1相同的标号而省略其说明。另外，该图是为了说明摆动部30，因而仅描述了发光部10，光学多面体1和摆动部30，其它结构部分予以省略。
光学多面体1用U字形的夹持件31夹持使其可自由转动。在该夹持件31的开口部分32的一个侧面上设置侧壁部分33，在该夹持件所保持的侧壁部分33上设置贯通孔34以便从发光部10投射的激光通过。该贯通孔34作为比从发光部10投射的激光束的直径略大的孔设置在侧壁部分33上。
另外，该夹持件31以贯穿贯通孔34的激光的光轴为中心轴，以一定角度安装用于使光学多面体1摆动的摆动机构35。该摆动机构35由副扫描电机3，使该副扫描电机旋转减速的减速齿轮36和检测副扫描电机3的旋转角、例如输出脉冲信号的编码装置37构成。而且，伴随着副扫描电机3的旋转，接收变化着的编码装置37的输出信号，控制副扫描电机3的同时，利用设置在摆动机构35中的例如齿轮减速，从而可使夹持件31在规定的角度范围内往复摆动。
具体的说，该摆动机构35如图5的原理结构图所示，由在使副扫描电机3的旋转速度降低的减速齿轮36的输出轴3a上和在夹持件31上安装由曲柄38a和连杆38b构成的联杆机构38构成。于是，随着副扫描电机3的旋转，曲柄38a转动的同时，安装在该曲柄38a上的连杆38b作往复运动。于是，安装在连杆38b另一端的夹持件31以激光的光轴为中心轴在预定的角度范围内往复摆动。或者，摆动机构35如图6的原理结构图所示，也可以使用安装在使副扫描电机3的旋转速度降低并输出的减速齿轮的输出轴3a上的小齿轮39a和一端安装在夹持件31上并由该小齿轮往复驱动的齿条39b构成。这时，通过使副扫描电机3在预定范围内往复转动，则可通过小齿轮39a往复驱动齿条39b，于是，夹持件31以激光的光轴为中心轴在预定的角度范围内往复摆动。
再有，详细情况将于后述，但上述摆动机构不只限于预定的角度范围内，其结构也可做成以发光部10和受光部20形成的激光的光轴为中心轴使夹持件31旋转360°。
采用这种结构的本发明的激光距离测定装置由光学多面体1的一个反射面反射从发光部10投射的激光并照射到对象物上的同时，由于可以用与上述反射面不同的反射面反射由该对象物反射的激光并引导到受光部20，因而，发光部10投射的光不是由设置在激光距离测定装置的未图示的框体上的窗口(未图示)进行反射，从而可高精度地进行距离测定。
另外，摆动机构35如图7的原理结构图所示，也可以做成将在旋转轴方向各自都具有中空的贯通孔的副扫描电机3、减速齿轮36和编码器37安装在夹持件31的壁面部33上设置的贯通孔34中的结构。这种情况，从发光部10经各个贯通孔投射的激光到达安装在夹持件31上的光学多面体1的反射面，可由该夹持件31的开口部将激光照射到对象物上。采用这样的结构，就可使夹持件以发光部10和受光部20形成的激光的光轴为中心轴旋转360°。
即，夹持件31可以以发光部10和受光部20形成的激光的光轴为中心轴旋转360°。因此，如后文所述，若将该激光的光轴配置成使其铅直地对着对象物(例如地面)，则能测定与配置了激光距离测定装置的周围的整个“360°”范围内的测定对象物的距离。即使在这种情况下，由光学多面体1的反射面反射从发光部10投射的激光照射到对象物上的同时，由于将由与上述反射面不同的反射面反射由该对象物反射的激光引导到受光部20，因而发光部10投射的激光不会由激光距离测定装置的框体上设置的窗口反射，可进行高精度的距离测定。
下面，参照图8详细说明本发明的激光距离测定装置的摆动部30的另一结构例子。该图中与图1的激光距离测定装置相同的部件使用与图1相同的标号而省略其说明。
该图所示的激光距离测定装置的结构是使发光部10和受光部20相互接近而光轴方向的长度较短。这种激光距离测定装置设置了反射由发光部10投射的激光并照射到该光学多面体1上的反射镜5a、5b。而且，该反射镜5a、5B用未图示的固定夹具固定，使其在光学多面体1由后述的摆动机构35带着摆动时也不随之摆动。而且，如上所述，在与发光部10光学上相对的光轴上配置受光部20的同时，将光学多面体1配置在该光轴中。
该光学多面体1用U字形的夹持件31夹持，并将从发光部10投射的激光从夹持件31的开口部32照射到对象物上。另外，在夹持件31的开口部32的一个侧面上设置壁面部33，在该壁面部33上安装以从光学多面体1至受光部20的光轴为轴使其摆动的摆动部30。该摆动部30具有使该副扫描电机3的旋转减速的减速齿轮和检测副扫描电机3的旋转角的编码器37并同轴配置，从而使夹持件31在规定的角度范围内往复摆动。
即使在这样构成的激光距离测定装置中，由光学多面体1的一个反射面反射从发光部10投射的激光并照射到对象物上的同时，由与上述反射面不同的反射面反射由该对象物反射的激光并引导到受光部20，因而发光部10投射的激光不是由激光距离测定装置的窗口反射，可实现高精度的距离测定。
下面，参照图9说明上述结构的激光距离测定装置照射到对象物上的激光脉冲光。该图所示的激光距离测定装置的位置使得由发光部10和受光部20(图9中均省略)形成的光轴与例如地表面等的测定对象部位的面处于平行状态。并且，与主扫描电机2的旋转相一致，通过控制从发光部10投射的脉冲状的激光的照射定时，则能以等间隔(一定间距)对扫描方向(X轴方向)照射激光脉冲光。顺便说一下，从光轴和地表面垂直设置的X轴基准角“0°”的位置到在X方向远离的点，严格地讲，若激光脉冲的间隔越窄，激光距离测定装置和X轴基准角“0°”的点之间的距离越大，越可以忽略不计。
然后，利用副扫描电机3通过以发光部10和受光部20形成的光轴的为中心轴使光学多面体1在规定角度范围内摆动，以在Y轴方向照射激光脉冲光(横向扫描)。顺便提及，利用副扫描电机3摆动的光学多面体1的摆动速度若以例如正弦波式变化，则为使Y轴基准角“0°”附近的摆动速度较快而使Y轴方向的间距增大，另一方面为使摆动端部的摆动速度变慢而使Y轴方向的间距变窄。
或者，如图10所示，也可以将由发光部10和受光部20(图10中均省略)形成的光轴置于例如与地表面等测定对象部位的面垂直设置的位置。在这种情况下，通过与主扫描电机2的旋转相一致的控制从发光部10投射的脉冲状的激光的投射定时，可以以等间隔(一定的间距)对主扫描方向(X轴方向)照射激光脉冲光。然后，利用副扫描电机3以光轴为中心轴使光学多面体1在规定的角度范围内摆动，便可在Y轴方向照射激光脉冲光。顺便提及，利用副扫描电机3摆动的光学多面体1的摆动速度若按例如正弦波式变化，则为使Y轴基准角“0°”附近的摆动速度较快而使Y轴方向的间距增大，另一方面为使摆动端部的摆动速度变慢而使Y轴方向的间距变窄。这与上述进行横向扫描的激光距离测定装置是相同的。
通过与这样被主扫描电机2驱动的光学多面体1的旋转相一致的将脉冲状的激光从发光部10照射到对象物上，则可进行二维区域的检测。
另外，本发明的激光距离测定装置如图11所示，由发光部10和受光部20(图11中均省略)形成的光轴处于与测定对象部位的面(例如地表面)垂直设置的位置的情况下，可以以发光部10和受光部20形成的光轴为中心，在“360°”的整个区域内对对象物照射脉冲状的激光。即，由于借助于与主扫描电机2的旋转相一致的由发光部10投射脉冲状的激光，将激光照射到以光轴和测定面的交点为中心的半径方向，另一方面由副扫描电机3驱动光学多面体1旋转，因而就构成了能以上述光轴和测定面的交点为中心的同心圆状地照射脉冲状的激光的摆动机构35。因此，可在大范围内进行距离测定，在实用上极为有用。
然而，上述的激光距离测定装置中，将受光部20配置在与发光部10光学上相对的光轴上，例如，如图2等所示，由发光部10出射的激光的光轴和入射到受光部20的激光的光轴处于同一直线上，使上述光学多面体1的旋转轴以上述光轴为轴在规定方向上进行摆动，但也不必一定这样构成。
另外，上述光学多面体1的各反射面虽为相互垂直，但也不必一定相互垂直。
图12表示的就是在激光距离测定装置中，由发光部10出射的激光的光轴和入射到受光部20的激光的光轴不在同一直线上的情况。
即，由发光部10射出的、在到达光学多面体1的反射面1A之前的脉冲状激光的光轴LB1，和由光学多面体1的反射面1B反射的、在到达受光部20之前的激光的光轴LB7虽相互平行，但不处于同一直线上。
图13表示的是在激光距离测定装置中，光学多面体1C的反射面1A和光学多面体1C的反射面1B相互交叉成锐角的情况。
图14表示的是在激光距离测定装置中，光学多面体1d的反射面1A和光学多面体1d的反射面1B相互交叉成钝角的情况。
此外，在图13、图14所示的情况下，从发光部10出射并到达光学多面体1的反射面1A之前的脉冲激光的光轴LB1和由光学多面体1的反射面1B反射而到达受光部20之前的激光的光轴LB7相互并不平行。
另外，在图12-图14所示的情况下，由光学多面体1(1c、1d)的反射面1A反射的脉冲激光的光轴LB3和由光学多面体1(1c、1d)的反射面1B反射之前的激光的光轴LB5则相互平行。
如图12-图14所示，测定到达物体的距离的激光距离测定装置(以下称为“其它实施例的激光距离测定装置”)可按如下方式构成。
即，其它实施例的激光距离测定装置具有反射装置(例如，光学多面体1或者光学多面体1C、1d)，该反射装置具有反射脉冲激光的第1平面状的反射面1A和反射脉冲激光反射光的与上述第1反射面1A交叉的第2平面状的反射面1B。
此外，上述第1反射面1A和与上述第1反射面1A不同的上述第2反射面1B可以相互邻接，也可以相互不邻接而使形成上述第1平面状的反射面的平面的延伸方向与形成上述第2平面状的反射面的平面的延伸方向相互交叉。
另外，上述反射装置以中心轴O1为中心相对于上述其它实施例的激光距离测定装置的上述基座由第1转动机构使其旋转(也包含摆动，往复)。
上述中心轴O1是在与上述第1反射面1A的延伸方向斜向交叉的方向或与上述第1反射面1A平行的方向延伸的、在与上述第2反射面1B的延伸方向斜向交叉的方向或与上述第2反射面1B平行的方向延伸的直线状的中心轴。
另外，其它实施例的激光距离测定装置具有作为激光发射装置的例子的发光部10和作为脉冲激光检测装置的例子的受光部20。
而且，发光部10向着上述第1反射面1A发射脉冲激光，由上述发光部10发射由上述第1反射面1A反射向着对象物行进并由上述对象物反射向着上述第2反射面1B行进并由上述第2反射面1B反射的脉冲激光由受光部20进行检测。
进而，在上述其它实施例的激光距离测定装置中，利用上述第1旋转装置检测上述反射装置的旋转角度的第1旋转检测装置例如设置在驱动部40；另外，使用由上述发光部10发射出脉冲激光的时刻由上述受光部20检测出的脉冲激光时刻和由第1旋转角度检测装置检测出的上述反射装置的旋转角度算出上述对象物上的反射位置(到反射位置的距离和反射位置所处的方向)的第1运算装置设置在上述运算部50。
另外，由上述第1反射面1A反射的脉冲激光的光路(光轴LB3)和向着上述第2反射面1B行进的脉冲激光的光路(光轴LB5)处于相互接近的位置上，并且上述由第1反射面1A反射的脉冲激光的行进方向(光轴LB3)和向着上述第2反射面1B行进的脉冲激光的行进方向(光轴LB5)相互平行。
再有，在上述其它实施例的激光距离测定装置中，也可以将根据上述第1运算装置求出的上述对象物上的多个反射位置算出上述对象物的大小、位置、移动速度中至少一个的第2运算装置设置在例如上述运算部50。
另外，在上述其它实施例的激光距离测定装置中，也可以设置如上述激光距离测定装置的摆动机构35那样的第2旋转机构。
上述第2旋转机构是用于利用上述脉冲激光对上述对象物进行二维扫描的、使上述反射装置相对于上述基座旋转(也包含摆动，往复移动)的机构。
另外，上述第2旋转机构以与上述第1旋转机构的旋转中心轴O1相交的方向延伸的直线状的中心轴为中心并使上述反射装置旋转的机构；上述第2旋转机构的旋转中心轴是在与上述第1反射面1A相交的方向或与上述第1反射面1A平行的方向延伸，或与上述第2反射面1B相交的方向或与上述第2反射面1B平行的方向延伸，或与上述第1旋转机构的旋转中心轴O1相交的方向延伸的直线状的中心轴。
而且，也可以用第2旋转角度检测装置检测由上述第2旋转机构使上述反射装置旋转的角度，使用由上述第2旋转角度检测装置检测出的旋转角度也可用上述第1运算装置算出上述对象物上的反射位置。
此外，上述其它实施例的激光距离测定装置中，由垂直于上述第1旋转机构的旋转中心轴O1的平面构成的上述各光学多面体1、1C、1d的截面形状为例如正多角形，上述旋转中心轴O1通过上述光学多面体(光学多面体1或光学多面体1C或光学多面体1d)的上述截面的中心的同时，与上述各反射面1A、1B平行地延伸，而上述第2旋转机构的旋转中心轴与上述第1旋转机构的旋转轴中心轴O1垂直。
另外，例如，上述各光学多面体1、1C、1d的多角形为具有4的倍数的角的正多角形(4n角形，n为自然数)，上述第1反射面1A的延伸方向和上述第2反射面1B的延伸方向互相垂直，由上述第1反射面反射之前的脉冲激光的行进方向(图12所示的光轴LB1)和由上述第2反射面反射之后的脉冲激光的行进方向(图12所示的光轴LB7)互相平行。
再有，如图2等所示的上述激光距离测定装置那样，由上述第1反射面1A反射之前的脉冲激光的光轴LB1和由上述第2反射面反射之后的脉冲激光的光轴LB7也可以相互位于同一直线上，并且上述第2旋转机构的旋转中心轴与上述第1反射面1A反射之前的脉冲激光的光轴LB1一致。
即，图12中，可以使发光部10或受光部20平行移动，从而使光轴LB1和光轴LB7位于同一直线上。
这样，通过使光轴LB1和光轴LB7位于同一直线上，就能将光学多面体的尺寸进一步减小。
另外，通过使光轴LB1和光轴LB7位于同一直线上，在设置光学多面体之前的状态下，易于将发光部10和受光部20的位置关系对准。
上述实施例的激光距离测定装置，换言之，是使用脉冲激光测定到达对象物的距离的激光距离测定装置，可以认为是具有如下结构的激光距离测定装置，即该装置具有带有第1反射面1A和与该第1反射面1A不同的第2反射面1B的光学多面体1(1C、1d)，由发光部出射脉冲激光，由上述第1反射面反射该出射的脉冲激光，向上述对象物照射该反射的脉冲激光，由上述第2反射面1B反射由上述对象物反射的、返回来的脉冲激光后由受光部受光，通过计算上述出射时刻和上述受光时刻的时间差来测定到达上述对象物的距离。
进而，作为方法发明上述其它实施例的激光距离测定装置的要点可以归纳如下。
即，在使用激光测定到达对象物的距离的激光距离测定方法中，作为测定到达对象物的距离的激光距离测定方法的要点在于具有带有第1反射面1A和与该第1反射面不同的第2反射面1B的光学多面体，由发光部出射脉冲激光，由上述第1反射面1A反射该出射的脉冲激光，向上述对象物照射该反射的脉冲激光，由上述第2反射面1B反射由上述对象物反射的返回来的脉冲激光并由受光部受光，通过上述出射时刻和上述受光时刻的时间差来测定到达对象物的距离。
权利要求
1.一种激光距离测定装置，其特征在于，具有投射激光的发光部；在与该发光部光学上相对的光轴上配置的受光部；具有相对于旋转轴位于预定的角度的多个反射面，配置在上述光轴上并被驱动旋转，由上述反射面反射的一个从上述发光部投射的上述激光并照射到对象物的同时，由与上述反射面不同的反射面反射由对象物反射的激光并引导到上述受光部的光学多面体；以上述光轴为轴使上述光学多面体的旋转轴在预定方向摆动的摆动部；与上述光学多面体的旋转同步控制从上述发光部投射激光的投射控制部；根据该投射控制部发给上述发光部的投射许可信号和上述受光部接受到的受光信号的传送延迟时间算出到对象物的距离的距离运算部。
2.根据权利要求1所述的激光距离测定装置，其特征在于上述光学多面体由具有至少4个面的每隔90°角就有一个不同的反射面的多面体构成。
3.一种激光距离测定装置，在使用脉冲激光测定到物体的距离的激光距离测定装置中，其特征在于，具有具备反射脉冲激光的第1反射面和反射脉冲激光的反射光、并与上述第1反射面相交的第2反射面的反射装置；以在与上述第1反射面斜向相交的方向或与上述第1反射面平行的方向延伸的中心轴为中心，或者以在与上述第2反射面斜向相交的方向或与上述第2反射面平行的方向延伸的中心轴为中心，使上述反射装置旋转的第1旋转机构；对上述第1反射面投射脉冲激光的激光投射装置；可检测由上述激光投射装置投射并由上述第1反射面反射而向物体行进的，由上述物体反射并向上述第2反射面行进而由上述第2反射面反射的脉冲激光的脉冲激光检测装置；检测由上述第1旋转机构驱动的上述反射装置的旋转角度的第1旋转角度检测装置；使用由上述脉冲激光投射装置投射脉冲激光的时刻，由上述脉冲激光检测装置检测到脉冲激光的时刻和由上述第1旋转角度检测装置检测到的上述反对装置的旋转角度，算出上述物体上的反射位置的第1运算装置；由上述第1反射面反射的脉冲激光的行进方向与向上述第2反射面行进的脉冲激光的行进方向相互平行。
4.根据权利要求3所述的激光距离测定装置，其特征在于，具有以与上述第1旋转机构的旋转中心轴相交的方向延伸的中心轴为中心使上述反射装置旋转的第2旋转机构；和检测由上述第2旋转机构驱动的上述反射装置的旋转角度的第2旋转角度检测装置；上述第1运算装置是使用由上述第2旋转角度检测装置检测到的上述反射装置的旋转角度算出上述物体上的反射位置的运算装置。
5.根据权利要求4所述的激光距离测定装置，其特征在于上述反射装置是由垂直于上述第1旋转机构的旋转中心轴的平面得到的截面形状为正多角形的光学多面体；上述第1旋转机构的旋转中心轴通过上述光学多面体的上述截面的中心的同时，与上述各反射面平行地延伸；上述第2旋转机构的旋转中心轴垂直于上述第1旋转机构的旋转中心轴。
6.根据权利要求5所述的激光距离测定装置，其特征在于上述光学多面体的多角形是具有4的倍数角的正多角形；上述第1反射面的延伸方向和上述第2反射面的延伸方向相互垂直；由上述第1反射面反射之前的脉冲激光的行进方向与由上述第2反射面反射之后的脉冲激光的行进方向相互平行。
7.根据权利要求6所述的激光距离测定装置，其特征在于由上述第1反射面反射之前的脉冲激光的光轴和由上述第2反射面反射之后的脉冲激光的光轴相互位于同一轴线上；上述第2旋转机构的旋转中心轴与由上述第1反射面反射之前的脉冲激光的光轴一致。
8.一种激光距离测定装置，在使用脉冲激光测定到物体的距离的激光距离测定装置中，其特征在于，其结构为，具有带第1反射面和与该第1反射面不同的第2反射面的光学多面体，由投射装置投射脉冲激光，由上述第1反射面反射该投射的脉冲激光并对上述物体照射该反射的脉冲激光，由上述第2反射面反射由上述物体反射并返回来的脉冲激光而由受光装置受光，利用上述投射时刻和上述受光时刻的时间差测定到达上述物体的距离。
9.一种激光距离测定方法，在使用脉冲激光测定到物体的距离的激光距离测定方法中，其特征在于，具有带第1反射面和与该第1反射面不同的第2反射面的光学多面体，由投射装置投射脉冲激光，由上述第1反射面反射该投射的脉冲激光并对上述物体照射该反射的脉冲激光，由上述第2反射面反射由上述物体反射并返回来的脉冲激光而由受光装置受光，利用上述投射时刻和上述受光时刻的时间差测定到达上述物体的距离。
全文摘要
本发明涉及激光距离测定装置。本发明的激光距离测定装置具有投射激光的发光部；在与该发光部光学上相对的光轴上配置的受光部；具有相对于旋转轴位于预定的角度的多个反射面，配置在上述光轴上并被驱动旋转，由上述反射面的一个反射从上述发光部投射的上述激光并照射对象物的同时，由与上述反射面不同的反射面反射由对象物反射的激光并引导到上述受光部的光学多面体；以上述光轴为轴使上述光学多面体的旋转轴在预定方向摆动的摆动部；与上述光学多面体的旋转同步控制从上述发光部投射激光的投射控制部；根据该投射控制部发给上述发光部的投射许可信号和上述受光部接受到的受光信号的传送延迟时间算出到对象物的距离的距离运算部。
文档编号G01S17/10GK1590956SQ20041005728
公开日2005年3月9日 申请日期2004年8月27日 优先权日2003年8月27日
发明者镰上则夫, 关本清英, 久光丰 申请人:石川岛播磨重工业株式会社