JP3456130B2 - 距離測定装置 - Google Patents
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Description
及び走査し対象物による反射光を受光し、対象物までの
距離を検出する距離測定装置に関するものである。
走査し対象物までの距離を測定する装置は種々の提案が
されている。例えば、従来装置として実開平3ー959
79号公報に記載された装置があり、図10にミラーの
揺動機構の概念図を示す。図10において、4はレーザ
光を反射するミラーで、回転軸5に付設されている。4
0はN、S極を有する永久磁石で、コア41に巻かれた
可動コイル42の周囲に配設されている。43a,bは
導電性渦巻きばねで、互いに反対方向の回転力を付勢
し、一端はコア41の両端付近にそれぞれ固着され、他
端は駆動回路44に接続されている。駆動回路44によ
り矢印45の方向に電流を流すとミラー4が右方向に回
転し、逆方向に電流を流すとミラーは左方向に回転す
る。このミラーの回転によりレーザ光を走査できる構造
になっている。
合、永久磁石を固定しコイル部に通電し、コイル部を回
転する方式となっている。そのため可動部が大きく、ま
たコイル部に接続されているリード線が可動し、断線が
発生する可能性があった。
走査式レーダ装置が、本出願人から提示されている。こ
れは送光及び受光方向をともに走査するものであり、図
11に受光部周辺の構成を示している。走査ミラー4で
反射された反射光46は、集光レンズ11を通過し受光
素子12で受光する。ミラー4は回転軸5を中心に揺動
する。走査機構としては、ミラー4の裏に設置された略
半円筒形ロータ51とこのロータ51と一定の空隙を有
して配設されたステータ52からなっている。ロータ5
1は上下の磁極板に挟まれた永久磁石の3層構造で、磁
極板の先端には凹凸部51aが上下で半ピッチずらして
形成されている。磁極板は永久磁石のため、一方がN極
で他方はS極に着磁されている。ステータ52はこの凹
凸部51aに対向して凹凸部を有する電磁コイル52
a、52b、52cが配設されている。
ル部52a〜52cは無通電状態では初期位置にある。
まずコイル52aに通電しS極に着磁すると、磁極板の
N、S極が初期位置より移動し、磁極板凸部がN極、一
方の凹部がS極でコイル52aの凸部S極と釣り合った
位置となる。次にコイル52a及び52bに通電する
と、磁極板凸部N極は引き合い、S極はコイルの凸部S
極とは反発し、所定値θだけ移動した位置で釣り合う。
次にコイル52aは無通電、52b、52cを通電する
と同様にさらにθ移動する。逆にコイルをN極に通電す
ることにより、逆回転が可能となる。こうしてコイルに
順に通電することにより、所定値θの回転ができるもの
である。この従来装置では所定値θ毎のミラー揺動しか
できず、また電磁コイルも複数必要であった。
及び揺動機構が複雑、部品点数が多い、揺動の制御方法
が複雑、連続揺動ができないという問題点があった。こ
の発明は、前記のような問題点を解決するためになされ
たもので、ミラー及び揺動機構部を簡単な機構で構成
し、部品点数削減、ミラー揺動の制御方法を簡略化、連
続揺動制御可能とし、ひいては小型化する装置を提供す
るものである。
装置では、レーザ光を発光する発光部、所定の範囲ミラ
ーを揺動させ前記レーザ光を走査する走査部、対象物か
らの反射光を受光する受光部、及び発光時刻と受光時刻
との伝搬遅延時間に基づいて対象物までの距離を算出す
る距離演算手段を有するものにおいて、前記走査部はレ
ーザ光を走査するミラー、このミラーを揺動する中心と
なる揺動軸、この揺動軸付近に付設されミラーと一体で
揺動し、揺動方向に着磁された永久磁石、この永久磁石
と所定位置に対向配置された電磁コイル、この電磁コイ
ルに交番電流を流すことにより、前記ミラーを揺動させ
るアクチュエータ駆動手段、前記ミラーの位置を検出す
る位置検出手段、及びこの検出位置から前記ミラーの揺
動量を算出し、この揺動量が所望の揺動量になるように
前記電磁コイル電流を算出するアクチュエータ制御手段
を備え、前記電磁コイルはコアとこのコアの外周に巻着
されたコイルから構成され、前記コイルに印加する電流
に比例したミラー揺動量を得るため、前記コアの前記永
久磁石と対向する部位は、揺動する前記永久磁石の円弧
と同軸で絶えず一定の間隙を保持する円弧状をなし、前
記コイルに電流を流していないとき、前記永久磁石の初
期位置を規定するように前記永久磁石の両極に対向して
前記コアの対向部位の一部に溝を有するように形成され
るようにしたものである。
ミラーの揺動可能範囲を規制するように形設部を揺動す
る部材の一部に付設、又は非揺動部の部材の一部に付設
するようにしたものである。
揺動軸を保持する軸受け部材において、ミラー揺動中発
生する振動を減衰させるため、所定の粘度を有する潤滑
剤を挿入するようにしたものである。
アクチュエータ駆動手段において、レーザ光を発光する
以前に、軸受け部材内の潤滑剤を潤滑させるように、コ
イルに電流を流しミラーを揺動させるようにしたもので
ある。
では、コアにコイルを巻着するためのボビンと、揺動軸
用軸受け部材を保持する保持部とを一体成形品で構成す
るようにしたものである。
実施の形態1を図について説明する。図1はこの発明の
実施の形態1による距離測定装置全体を示す構成図であ
る。図1において、1はレーザ光を発光する発光素子
で、2はこの発光されたレーザ光を平行光に変えるコリ
メータレンズである。3は第1の固定ミラーで、所定角
度にレーザ光を反射する。4はこの反射されたレーザ光
を外部に向かい照射させる第2のミラーで、矢印15の
ようにレーザー光は照射される。前方の空間の対象物
(図示せず)に反射したレーザ光は、受光レンズ11を
通過集光され、受光素子12に入射される。発光時刻と
受光時刻との伝搬遅延時間から対象物までの距離を演算
する距離演算手段は、基板9に配設されており図1には
示していない。5は揺動軸で、ここを中心に第2のミラ
ー4は揺動することによりレーザ光を走査させる。6は
揺動軸5の付近に配設され、揺動方向に着磁された永久
磁石であり、これも揺動軸5を中心に揺動可能である。
7は例えば鉄製のコアで、永久磁石6の揺動に対して一
定の間隙を有して配設されている。このコア7の周囲に
はコイル8が巻かれており、コア7とコイル8で電磁コ
イルを構成している。このコイル8に正逆両方向に電流
を流すことができるアクチュエータ駆動手段16は、基
板9に配設されており図示していない。以上の部材・手
段はフロントカバー13とリアカバー14からなるハウ
ジングに収納されている。なお、発光素子1を第1のミ
ラー3付近に配置すると、第1のミラー3は不要とな
る。
能ブロックについて説明する。この実施の形態は、レー
ザ光を発光させる発光部18と、第2のミラー4を揺動
させる走査部19と、対象物に反射したレーザ光を受光
する受光部20と、対象物までの距離及びその方向を算
出する距離演算手段21とから構成されている。
駆動する発光手段22、コリメータレンズ2、及び第1
のミラー3からなり、発光手段22は距離演算手段から
の指示により発光させるようになっている。走査部19
は第2のミラー4、永久磁石6、コイル8を巻着したコ
ア7、位置検出素子10、アクチュエータ駆動手段1
6、アクチュエータ制御手段17、及び位置検出素子1
0からなり、この位置検出素子10により検出した第2
のミラー位置は、距離演算手段21にも伝達される。な
お走査方法の詳細については後述する。受光部20は受
光レンズ11、受光素子12、及び受光した微小信号を
増幅する増幅手段23からなり、受光信号は距離演算手
段21に伝達される。
反射し受光した時刻との遅延時間から下式にて、対象物
までの距離を直接算出する方法がある。 D=C*(T2ーT1)/2 (1) ここでCは光速で3*108m/s、T2は受光時刻、
T1は発光時刻である。またレーザ光は送光し受光する
ため、対象物までの距離は1/2となる。また位置検出
素子からのデータにより走査角度が判明し、対象物は前
方のどの方向にいるか検知できる。さらにはこの方向デ
ータから対象物の概略の大きさも把握できる。
の拡大図を用いて説明する。図3(a)はコイル8に通
電していない場合を示している。永久磁石6とコア7と
は一定の間隙を有して配設されている。永久磁石6は揺
動軸5を中心に半径R2の円弧上を移動し、コア7は揺
動軸5から半径R1だけ離れている。そのためコアの一
部は円弧状の形状をなしている。またコアの中央に凹部
7aを形成している。これは永久磁石の両極に対向させ
る目的と、コイル無通電時、永久磁石6の吸引力により
平衡され、第2のミラー4のセンター位置保持を確実に
するためである。またこのくぼみ幅を変えるとコイル電
流と揺動角の比例関係を可変できる。永久磁石6の厚み
に対し、くぼみ幅の大きい方が狭い又は同程度よりコイ
ル電流効率が上がる。次にアクチュエータ駆動手段16
によりコイル8に電流を流し、図3(b)のようにコア
をN極に着磁した場合を考える。永久磁石6のS極とコ
アのN極の吸引、及び永久磁石のN極とコアのN極の反
発により、揺動軸5を中心に永久磁石6が移動すること
になる。この移動は第2のミラー4がθ回転したことに
ほかならない。
7の着磁力は増加する。永久磁石6とコア7とが一定の
間隙を有しているため、コイル電流Iと揺動角degは
図4に示すように比例関係を示すことができる。無通電
時θ=0で第2のミラーはセンター位置にいる。コアに
N極着磁する方向を+とすると、電流を+方向に増加さ
せてゆくほど、揺動角は増加する。逆に電流をー方向に
流すことにより、図3(c)のように第2のミラーは逆
方向に揺動する。つまり電流の向きと大きさを制御する
ことにより、連続的にミラー4を揺動させることができ
る。また揺動部は揺動軸5、ミラー4、永久磁石6、及
びそれらの保持部材で構成可能で、小型化が図れる。
磁束密度を検出する磁気検出素子を利用している。アク
チュエータ制御手段17は、この検出された磁束密度か
ら第2のミラー4の揺動角を算出し、次の所望の揺動角
に第2のミラー4を回転させるためのコイル8の電流を
算出する。位置検出素子10は例えばホール素子を利用
すると、図5に示すように検出磁気つまり電圧Vと揺動
角degは比例関係となる。コイル無通電時は所定の電
圧V1を示し、+θに向かうに従い電圧Vは増加し、逆
にーθに向かうほど検出素子10から離れるため、検出
電圧Vは小さくなる。この検出電圧Vからアクチュエー
タ制御手段17では、次のコイル制御電流を算出し、ア
クチュエータ駆動手段16に伝達する。また距離演算手
段21にこの電圧を送り、送現在測定している揺動角θ
を知ることができる。
ミラー及びその周辺の部材が簡単な構成で実現でき、揺
動角はコイルに流す電流の向きと大きさで制御可能であ
る。また、揺動角は磁気検出素子により非接触・小型か
つ簡単に検出できる。なお、揺動角検出は1周期毎に複
数回検出して、コイル電流をそのたびに制御してもよい
が、所定角度揺動した時点で1回検出により、コイル電
流を制御する方法でもよい。
説明する。図3(c)で永久磁石6の保持部材の一部の
凸部24a、bはストッパの役目をしている。コイル電
流を異常に増加させたり、衝撃等により制御不能範囲に
永久磁石が移動することを、このストッパ24は機械的
に規制している。図3では永久磁石の保持部材にストッ
パ用の突起を付加したが、非可動部材28に付加しても
同一の効果が発揮できる。
説明する。図6はこの発明のミラーの揺動角とレーザ光
発光つまり距離測定との関係を示すグラフである。第2
のミラー4の揺動中連続でレーザ光を発光してもよい
が、ミラー揺動の片道のみレーザ光を発光して、距離測
定をする場合を示している。ーθから+θに揺動する間
のみレーザ光を発光し、距離を測定する。+θからーθ
に戻る時間は発光させないため、すばやくミラーを戻す
ことが可能でリニアリティも不要である。
フであり、揺動する場合理想的には直線的に揺動してい
くが、25のように振動しながら揺動することがある。
そのための予防方法について図8を用いて説明する。図
8は図1の揺動軸5、コア7、コイル8等の周辺を揺動
軸5の中心でカットした断面図である。揺動軸5は26
の軸受け部材例えばボールベアリングで支持されてい
る。この実施例では26a、bの2個の軸受けを利用し
た場合を示している。26のボールベアリングには、2
7の潤滑剤例えばシリコンオイルが挿入されている。こ
のオイル粘度を選択し粘度がある程度高いものを利用す
ることにより、揺動時の振動を減衰させることが可能と
なる。このように非常に簡単な方法で揺動振動を減衰さ
せることが可能である。
剤27を潤滑させると、揺動振動を前もって抑制でき
る。そのためレーザ光を発光させる以前に、コイル8に
電流を正逆に数回流すようにアクチュエータ駆動手段を
作動させる。この際電流の精度・リニアリティは不要
で、過電流であってもよい。またレーザ光は発光してい
ないので、すばやく電流を正逆に切換ることも可能であ
る。
説明する。図8において、コア7にコイル8を巻くため
に28aのボビンを利用している。一方前記軸受け26
を保持している部材28bは、コア7の中心に揺動軸5
を配置することにより、ボビン28aと一体化すること
が可能ある。一体成型品にすることにより、装置の小型
化が図れ、また寸法精度も向上する効果がある。
方法を説明する。図9は図8をB視したものである。第
1のミラー3の役目はレーザ光の光軸の向きを決定する
ものである。各部品の寸法精度から、図1のようにレー
ザ光15がフロントカバーから直角に照射されない場
合、第1のミラー3を微調整する必要が生じる。第1の
ミラー3を固定する部材29は、例えばねじ30で固定
されている。そのため、第1のミラー3はねじ30を中
心に回転できる。固定部材29の一部にツールが挿入で
きるような切り欠き、又は穴31を設けている。また一
体化ボビン28には逃がし穴32があいている。第1の
ミラー3を微調整する手順は、まずねじ30を緩め、ツ
ール例えばプラスドライバーのような道具を切り欠き3
1と逃がし穴32に挿入し、ミラーを回転したい方向に
ツールを回転させることにより、固定部材29をねじ3
0を中心に回転させる。光軸が所望の方向になった時点
で、ねじ30を締める。この手順で光軸の微調整が可能
となる。
たように構成されているので、以下に示すような効果を
奏する。
ーザ光を走査する走査部は、レーザ光を走査するミラ
ー、このミラーを揺動する中心となる揺動軸、この揺動
軸付近に付設されミラーと一体で揺動し、揺動方向に着
磁された永久磁石、この永久磁石と所定位置に対向配置
された電磁コイル、この電磁コイルに交番電流を流すこ
とにより、前記ミラーを揺動させるアクチュエータ駆動
手段、前記ミラーの位置を検出する位置検出手段、及び
この検出位置からミラーの揺動量を算出し、この揺動量
が所望の揺動量になるように前記電磁コイル電流を算出
するアクチュエータ制御手段を備え、前記電磁コイルは
コアとこのコアの外周に巻着されたコイルから構成さ
れ、コイルに印加する電流に比例したミラー揺動量を得
るため、前記コアの前記永久磁石と対向する部位は、揺
動する前記永久磁石の円弧と同軸で絶えず一定の間隙を
保持する円弧状をなし、前記コイルに電流を流していな
いとき、前記永久磁石の初期位置を規定するように前記
永久磁石の両極に対向して前記コアの対向部位の一部に
溝を有するように形成されるようにしたので、揺動機構
を簡素化でき、装置の小型化を図ることができる効果が
ある。
ば、ミラーの揺動可能範囲を規制するように形設部を揺
動する部材の一部に付設、又は非揺動部の部材の一部に
付設するようにしたので、揺動制御不能となるミラーの
異常移動を排除できる効果がある。
ば、揺動ミラーの振動を減衰するように所定の粘度を有
する潤滑剤を挿入した軸受けを備えたので、簡単な構成
でミラーの振動を減衰でき、装置の小型化を図る効果が
ある。
ば、前もって走査ミラーを揺動させるようにしたので、
軸受けの潤滑剤を潤滑させ、ミラー振動の減衰を早める
ことができる効果がある。
ば、ボビンと揺動軸用軸受けの保持部材を一体成形した
ので、装置の小型化及び寸法精度の向上できる効果があ
る。
全体を示す構成図である。
の機能を示すブロック図である。
揺動部分を示す拡大図である。
の関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
間の関係を示すグラフである。
すグラフである。
図である。
図である。
る。
ミラー、5 揺動軸、6 永久磁石、7 コア、8 コ
イル、10 位置検出手段、12 受光素子、16 ア
クチュエータ駆動手段、17 アクチュエータ制御手
段、18 発光部、19 走査部、20 受光部、21
距離演算手段、26 軸受け、27 潤滑剤、28a
ボビン、28b 保持部材。
Claims (5)
- 【請求項1】 レーザ光を発光する発光部、所定の範囲
ミラーを揺動させ前記レーザ光を走査する走査部、対象
物からの反射光を受光する受光部、及び発光時刻と受光
時刻との伝搬遅延時間に基づいて対象物までの距離を算
出する距離演算手段を有するものにおいて、 前記走査部はレーザ光を走査するミラー、このミラーを
揺動する中心となる揺動軸、この揺動軸付近に付設され
ミラーと一体で揺動し、揺動方向に着磁された永久磁
石、この永久磁石と所定位置に対向配置された電磁コイ
ル、この電磁コイルに交番電流を流すことにより、前記
ミラーを揺動させるアクチュエータ駆動手段、前記ミラ
ーの位置を検出する位置検出手段、及びこの検出位置か
ら前記ミラーの揺動量を算出し、この揺動量が所望の揺
動量になるように前記電磁コイル電流を算出するアクチ
ュエータ制御手段を備え、前記電磁コイルはコアとこの
コアの外周に巻着されたコイルから構成され、前記コイ
ルに印加する電流に比例したミラー揺動量を得るため、
前記コアの前記永久磁石と対向する部位は、揺動する前
記永久磁石の円弧と同軸で絶えず一定の間隙を保持する
円弧状をなし、前記コイルに電流を流していないとき、
前記永久磁石の初期位置を規定するように前記永久磁石
の両極に対向して前記コアの対向部位の一部に溝を有す
るように形成されたことを特徴とする距離測定装置。 - 【請求項2】 ミラーの揺動可能範囲を規制するように
形設部を揺動する部材の一部に付設、又は非揺動部の部
材の一部に付設することを特徴とする請求項1記載の距
離測定装置。 - 【請求項3】 揺動軸を保持する軸受け部材において、
ミラー揺動中発生する振動を減衰させるため、所定の粘
度を有する潤滑剤を挿入することを特徴とする請求項1
又は請求項2記載の距離測定装置。 - 【請求項4】 アクチュエータ駆動手段において、レー
ザ光を発光する以前に、軸受け部材内の潤滑剤を潤滑さ
せるように、コイルに電流を流しミラーを揺動させるよ
うにしたことを特徴とする請求項3記載の距離測定装
置。。 - 【請求項5】 コアにコイルを巻着するためのボビン
と、揺動軸用軸受け部材を保持する保持部とを一体成形
品で構成することを特徴とする請求項2又は請求項3記
載の距離測定装置。
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JP (1) | JP3456130B2 (ja) |
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