JP2007101404A - 投受波装置及び測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、設計に合致した安定した電磁波の送受波を容易に実現することが可能な投受波装置を提供する。
【解決手段】 投光部２から出射された光を第一反射面４ａで反射して被測定物に照射すると共に、被測定物で反射して戻ってきた光を第二反射面４ｂで反射して受波手段へ導くように構成された投受波装置１であって、第一反射面４ａと前記第二反射面４ｂとを、単一の反射部材４の表面に形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定物に対して電磁波を放射し、被測定物で反射して戻ってきた電磁波を受波する投受波装置に係り、特に放射された電磁波を被測定物に向けて反射する反射面と、被測定物から反射された電磁波を受波するために所定方向に反射する反射面との改良に関する。

周知のように、例えば無人搬送台車（ＡＧＶ）に搭載して走行領域での障害物等の被測定物を検出するセンサ等には、被測定物に対して電磁波を放射し、被測定物で反射して戻ってきた電磁波を受波する投受波装置が利用されている。

この種の投受波装置としては、例えば下記の特許文献１に記載のものが挙げられる。同文献に記載の投受波装置は、電磁波として光を用いたもので、回転駆動するキャップ状の回転体の天板部の上下面に、投光部から出射された光を被測定物に向けて反射する投光ミラーと、被測定物で反射して戻ってきた光を受光部に向けて反射する受光ミラーとがそれぞれ取り付けられた構造となっている。詳述すると、投光ミラーと受光ミラーは、回転体の天板部の上下両面から突出した突出部の傾斜面に固定され、各ミラーが突出部の傾斜面に倣って傾斜している。

特開２００５−５５２２６号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の投受波装置によれば、光を反射する反射面として機能する投光ミラーと受光ミラーとが、回転体の天板部の突出部の傾斜面に固定された構造とされているため、仮に、突出部の傾斜面、投光ミラーおよび受光ミラーのすべてが、同時に所期の加工精度を満足する場合であっても、最終的に突出部の傾斜面に各ミラーを固定する際に、その組み付け精度が不良となれば、突出部の傾斜面に固定される各ミラーの傾斜角度が設計値から外れ、設計に合致した安定した光の送受光を実現できなくなるという問題が生じる。そして、このような問題が生じた場合には、投受波装置としての製品価値が低下するのみならず、投受波装置として使用に耐え得なくなり、不良品として扱われるという不具合をも招く。

以上は、電磁波として光を用いた場合を例によって説明したが、光以外の電磁波を用いた場合であっても同様の問題が生じ得る。

本発明の課題は、設計に合致した安定した電磁波の送受波を容易に実現することが可能な投受波装置を提供することにある。

上記課題を解決するために創案された本発明は、放射手段から放射された電磁波を第一反射面で反射して被測定物に照射すると共に、前記被測定物で反射して戻ってきた電磁波を第二反射面で反射して受波手段へ導くように構成された投受波装置において、前記第一反射面と前記第二反射面とが、単一の反射部材の表面に形成されていることに特徴づけられる。

上記の構成によれば、第一反射面と第二反射面とが、単一の反射部材の表面に形成されるため、第一反射面と第二反射面とのなす角は、一定に保たれる。したがって、反射部材が全体として設計通りに位置決めされれば、かかる反射部材の表面に形成された第一反射面と第二反射面のそれぞれの傾斜角が設計値に合致した所定の値に自動的に決定される。すなわち、第一反射面と第二反射面を別々の部材に形成した場合のように、組み付け精度によって第一反射面と第二反射面の傾斜角度等が変動することがないため、設計に合致した安定した電磁波の送受波を容易に実現することが可能となる。

上記の構成において、前記第一反射面に入射する電磁波の導波経路の中心軸と、前記第二反射面で反射した電磁波の導波経路の中心軸とを同一直線上に配置すると共に、前記直線を中心として前記反射部材を回転駆動させてもよい。

このようにすれば、第一反射面に入射する電磁波の入射角と、第二反射面に入射する被測定物で反射して戻ってきた電磁波の入射角を設計に合致した傾斜角度に維持しつつ、反射部材の回転に伴って周囲空間に電磁波を走査することが可能となる。

上記の構成において、前記第一反射面と前記第二反射面とのなす角が、９０度であることが好ましい。

このようにすれば、例えば、第一反射面に入射する電磁波の導波経路の中心軸と、第二反射面で反射した電磁波の導波経路の中心軸を一致させた場合に、第一反射面で反射して被測定物に照射される電磁波の導波経路の中心軸と、被測定物で反射して第二反射面へ入射する電磁波の導波経路の中心軸とが、第一反射面と第二反射面とのなす角が９０度であることに由来して常に平行となるため、被測定物が近距離に存在する場合であっても電磁波の送受波を安定して行うことが可能となり、実用上有利となる。

この場合、前記反射部材を、前記第一反射面に対する電磁波の入射角が変化するように揺動させてもよい。

上記の構成において、前記放射手段から放射された電磁波は、レーザ光又は電波であることが好ましい。

以上のように構成された投受波装置は、被測定物までの距離を測定する測距装置に組み込んで使用することができる。

以上のような本発明によれば、第一反射面と第二反射面とが、単一の反射部材の表面に形成されるため、第一反射面と第二反射面とのなす角が一定に保たれるため、反射部材が全体として設計通りに位置決めされれば、かかる反射部材の表面に形成された第一反射面と第二反射面のそれぞれの傾斜角が設計値に合致した所定の値に自動的に決定され、設計に合致した安定した電磁波の送受波を容易に実現することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る投受波装置の全体構成を示す概略縦断面図である。同図に示すように、この投受波装置１は、電磁波として光を利用したもので、投光部２と、投光部２に対向するように配置された受光部３と、投光部２と受光部３との間に介在するように配置された反射部材４と、反射部材４が取り付けられた回転体５とを基本的な構成要素として備えている。

詳述すると、投光部２は、鉛直方向下向きに光を出射するように配置されており、例えばレーザやＬＥＤ等が光源として利用される。この投光部２から鉛直方向下向きに出射された光の光軸Ｘ上には、投光部２から出射された光のビーム径を一定にする光学レンズ６が配置されている。

また、回転体５は、投光部２から鉛直下向きに出射される光の光軸Ｘを回転中心として、回転体５の下端部に連結された回転駆動部７によって回転駆動される。この回転体５は、円筒状の周壁部５ａと、周壁部５ａの上端開口を塞ぐ天板部５ｂとを備えている。また、回転体５の周壁部５ａには受光窓５ｃが形成されており、この受光窓５ｃの光軸を回転体５の半径方向に整合させた受光レンズ８が取り付けられている。

回転体５の内部には、回転体５から離反された状態で、投光部２から鉛直下向きに出射された光の光軸Ｘの仮想延長線上に、投光部２と対向するように受光部３が配置固定されている。受光部３は、例えばフォトダイオードなどの光センサで構成されており、この受光部３に受光レンズ８の焦点が合わされている。

回転体５の天板部５ｂの中心には、単一の反射部材４が固定されている。この反射部材４の表面には、投光部２からの光を図示しない被測定物に向けて反射する第一反射面４ａと、被測定物で反射して戻ってきた光を受光部３に向けて反射する第二反射面４ｂとが形成されている。本実施形態では、第一反射面４ａと第二反射面４ｂのなす角が、約９０度（例えば９０度±５’）に設定されおり、第一反射面４ａが、天板部５ｂから上方に突出した状態で、水平面（天板部５ｂ）に対して右肩上がりに約４５度で傾斜している。この場合、第一反射面４ａとのなす角が９０度となる第二反射面４ｂは、天板部５ｂから下方に突出した状態で、水平面（天板部５ｂ）に対して右肩下がりに約４５度で傾斜することとなる。そして、投光部２から鉛直方向下向きに出射された光は、反射部材４の第一反射面４ａに対して約４５度の入射角で入射した後、第一反射面４ａによって、回転体５の半径方向外方に向けてほぼ水平方向に反射される。一方、回転体５の受光レンズ８を通して回転体５内にほぼ水平方向に導入された光は、第二反射面４ｂに対して約４５度の入射角で入射した後、この第二反射面４ｂによって鉛直下向きに反射され、受光部３へ入射される。

また、この投受波装置１には、図１に示すように、距離演算部９が接続されており、投光部２から出射された光と、受光部３で受光された光とを比較して、被測定物までの距離を演算する測距装置として機能するようになっている。この際、回転体５の回転位置情報が距離演算部９に同時に入力されるようになっており、演算された距離と回転位置情報とを組み合わせて被測定物の位置を検出するようになっている。

次に、以上のように構成された投受波装置１の動作について説明する。反射部材４は回転体５と共に高速回転しているので、投光部２から鉛直方向下向きに出射されて反射部材４の第一反射面４ａで水平方向に反射された光は、投光部２から出射された光の光軸Ｘの仮想延長線を中心とする例えば周囲約３６０度の走査領域に連続的に走査される。そして、この走査領域の被測定物で反射して戻ってきた光は、回転体５の受光レンズ８を通して反射部材４の第二反射面４ｂにほぼ水平方向から入射する。その後、第二反射面４ｂで鉛直方向下向きに反射された受光部３で焦合する。

以上のように、本実施形態に係る投受波装置１によれば、投光部２から出射された光を被測定物に向けて反射する第一反射面４ａと被測定物で反射して戻ってきた光を反射して受光部３へと導く第二反射面４ｂとが、単一の反射部材４の表面に形成されているため、第一反射面４ａと第二反射面４ｂとのなす角が一定に保たれるため、反射部材４を全体として正しく位置決めされれば、反射部材４に形成された第一反射面４ａと第二反射面４ｂのそれぞれの面に入射する光の入射角が設計値に合致した所定の値に自動的に決定される。したがって、第一反射面４ａと第二反射面４ｂとを別々の部材に形成した場合のように、組み付け時に各反射面の傾斜角度等を個々に調整する作業を省略することができるので、設計に合致した安定した光の送受光を容易に実現することが可能となる。

さらに、単一の反射部材４の表面に形成された第一反射面４ａと第二反射面４ｂとのなす角を約９０度とすることで、第一反射面４ａで被測定物に向けて反射された光の光軸Ｙと、被測定物で反射して戻ってきた第二反射面４ｂに入射する光の光軸Ｚとの平行度を十分に確保することが可能となる。したがって、被測定物が近距離に存在する場合であっても、光の送受波を問題なく行うことが可能となり、実用上有利となる。

なお、本発明に係る投受波装置１は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、回転体５に反射部材４を固定したものを例示したが、図２に示すように、投光部２からの光の入射角が変化するように、反射部材４が揺動軸１０を中心として揺動可能に取り付けられていてもよい。なお、図２では、受光レンズ８’を、反射部材４の第二反射面４ｂと受光部３と間の光軸上に配置した場合を例示している。このようにすれば、投光部２から出射されて反射部材４の第一反射面４ａで反射される光の走査方向が鉛直方向上下に拡大する。この際、第一反射面４ａと第二反射面４ｂとのなす角を９０度に設定していれば、反射部材４を揺動して光の入射角を変化させた場合であっても、第一反射面４ａで被測定物に向けて反射される光の光軸Ｙと、被測定物で反射して戻ってきて第二反射面４ｂへと入射する光の光軸Ｚとの平行は維持される。さらに、回転体５を光軸Ｘを中心として回転させつつ、反射部材４を揺動軸１０を中心として揺動させれば、投光部から出射された光を、光軸Ｘを中心とした周囲空間に三次元走査することが可能となる。

また、上記の実施形態において、被測定物までの距離を測定する方式は特に限定されるものではないが、例えば投光部２から光をパルス状（孤立パルス）に強度変調して出射すると共に、投光部２から光を出射してから受光部３で光を受光するまでの時間差から距離を求めるＴＯＦ方式や、投光部２から光をある一定の周波数でＡＭ強度変調して出射すると共に、投光部２から出射された光と受光部３で受光される光との位相差から距離を求めるＡＭ方式や、投光部２から光を三角波の形で波長変調して出射すると共に、投光部２から出射された光と受光部３で受光される光の干渉光の周波数信号から距離を求めるＦＭ方式などを問題なく適用することができる。

また、上記の実施形態では、電磁波として光を利用したものを例示したが、電波等の光以外の電磁波を利用してもよい。

本発明の一実施形態に係る投受波装置を示す概略縦断面図である。 本実施形態に係る投受波装置の変形例を示す概略縦断面図である。

符号の説明

１ 投受波装置
２ 投光部
３ 受光部
４ 反射部材
４ａ 第一反射面
４ｂ 第二反射面
５ 回転体
５ａ 周壁部
５ｂ 天板部
５ｃ 受光窓
６ 光学レンズ
７ 回転駆動部
８ 受光レンズ
９ 距離演算部
１０ 揺動軸

Claims (6)

1. 放射手段から放射された電磁波を第一反射面で反射して被測定物に照射すると共に、前記被測定物で反射して戻ってきた電磁波を第二反射面で反射して受波手段へ導くように構成された投受波装置において、
   前記第一反射面と前記第二反射面とが、単一の反射部材の表面に形成されていることを特徴とする投受波装置。
2. 前記第一反射面に入射する電磁波の導波経路の中心軸と、前記第二反射面で反射した電磁波の導波経路の中心軸とを同一直線上に配置すると共に、前記直線を中心として前記反射部材を回転駆動させることを特徴とする請求項１に記載の投受波装置。
3. 前記第一反射面と前記第二反射面とのなす角が、９０度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の投受波装置。
4. 前記反射部材が、前記第一反射面に対する電磁波の入射角が変化するように揺動することを特徴とする請求項３に記載の投受波装置。
5. 前記放射手段から放射された電磁波が、レーザ光又は電波であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の投受波装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の投受波装置が組み込まれ、被測定物までの距離を測定するように構成したことを特徴とする測距装置。

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