偏转装置、光扫描装置以及扫描式测距装置制造方法

偏转装置、光扫描装置以及扫描式测距装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种偏转装置。扫描式测距装置(10)由投受光部(20)和将从投受光部(20)射出的测定光从光学窗(12)向外部进行偏转反射的偏转装置构成，偏转装置具备：第一偏转机构(30)，该第一偏转机构(30)具备能够环绕第一轴心(P1)进行摇摆的可动部(3)、和摇摆驱动可动部(3)的驱动部；第二偏转机构(40)，其按照环绕与第一轴心(P1)正交的第二轴心(P2)的方式对第一偏转机构(30)进行旋转驱动；以及非接触供电部(50)，该非接触供电部具备配置为伴随第二偏转机构(40)的旋转而环绕第二轴心(P2)进行旋转的第二线圈(54)、和在与第二线圈(54)共用的轴心上相对配置的第一线圈(52)。
【专利说明】偏转装置、光扫描装置以及扫描式测距装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及偏转装置、光扫描装置以及扫描式测距装置，例如涉及为了三维地扫描测定光而使用的偏转装置、光扫描装置、以及扫描式测距装置。
【背景技术】
[0002]在专利文献I (JP特开昭60-12527号公报)中，公开了以下的红外光束扫描装置，该红外光束扫描装置具备环绕水平轴心而摇摆支撑反射镜的齿轮机构、和环绕垂直轴心而旋转驱动设置在支轴上的投受光部的电动机，使电动机进行驱动来使反射镜环绕支轴旋转，并且经由与电动机联动的齿轮机构使反射镜的姿势发生变化，由反射镜反射从投受光部输出的光束，来进行三维扫描。
[0003]在专利文献2 (JP特开2001-50723号公报)中，公开了以下的TOF方式的距离测定装置，该距离测定装置具备环绕水平轴心而摇摆支撑反射镜的垂直偏转用的电动机、和环绕垂直轴心而旋转驱动反射镜的水平偏转用的电动机。
[0004]在专利文献3 (JP特开2003-287693号公报)中，公开了以下的光束扫描机构，该光束扫描机构具备使具有强磁性体或永磁铁的反射镜、和环绕水平轴心使反射镜发生姿势偏转的电磁铁环绕垂直轴心旋转的电动机。
[0005]但是，专利文献I公开的红外光束扫描装置采用经由齿轮机构使反射镜环绕水平轴心摇摆的机械式的摇摆机制，所以不能高速摇摆反射镜，并且不能精密地控制其摇摆角度，所以不能得到测定精度。会进一步存在装置大型化这样的问题。
[0006]此外，在专利文献2公开的距离测定装置中，由于由垂直偏转用的电动机来驱动反射镜，所以不能高速摇摆反射镜，存在装置大型化这样的问题。
[0007]进一步地，在专利文献3公开的距离测定装置中，由电磁铁进行驱动，所以需要使用具备强磁性体或永磁铁的特殊的反射镜，成本增加，并且不能高速驱动，进一步存在装置大型化这样的问题。
[0008]此外，在专利文献2、3所记载的装置中，由于构成为使用环绕水平轴心而旋转的电动机或电磁铁来使环绕垂直轴心旋转的反射镜进行摇摆，所以为了向该环绕水平轴心旋转的电动机或电磁铁输入驱动用的电信号，例如需要在反射镜的垂直旋转轴上具备信号传递用的滑动元件构造，存在由于接触部的机械磨损而装置的寿命变短的问题。

【发明内容】

[0009]本发明的目的在于，鉴于上述问题点，提供一种能够按照非接触方式从外部向摇摆部侧传递信号、小型且轻量的偏转装置、光扫描装置以及扫描式测距装置。
[0010]为了达成上述目的，本发明的偏转装置的特征在于，具备:第一偏转机构，该第一偏转机构具备能够环绕第一轴心进行摇摆的可动部、和摇摆驱动上述可动部的驱动部；第二偏转机构，其环绕与上述第一轴心不同的第二轴心对上述第一偏转机构进行旋转驱动；以及非接触供电部，该非接触供电部与上述驱动部电连接，具备配置为伴随上述第二偏转机构的旋转而环绕上述第二轴心进行旋转的第二线圈、和在与上述第二线圈共用的轴心上相对配置的第一线圈，该非接触供电部通过电磁感应方式从上述第一线圈向上述第二线圈供电。
[0011]优选地，上述第一偏转机构具备由上述第二偏转机构可旋转地支撑的固定部、和在上述固定部支撑上述可动部的梁部，上述梁部由上述驱动部进行扭转旋转驱动或弯曲摇摆驱动，并作为上述第一轴心发挥作用。
[0012]优选地，具备:投受光部，其配置在上述第二轴心上；光偏转部，其设置在上述可动部，对从上述投受光部沿上述第二轴心射出的测定光进行偏转反射，将偏转反射后的测定光之中由物体反射的反射光导向上述投受光部；基准反射构件，其照射从上述投受光部射出、并由上述光偏转部进行偏转反射后的测定光；以及摇摆控制部，其基于由上述投受光部接受的来自上述基准反射构件的反射光，来控制上述驱动部；来自上述摇摆控制部的控制信号经由上述非接触供电部传递至上述驱动部。
[0013]优选地，上述基准反射构件具备反射率沿着上述第二轴心而不同的区域，上述摇摆控制部具备:振幅检测部，其基于由上述投受光部接受的来自上述基准反射构件的反射光来检测上述第一偏转机构的摇摆振幅；以及振幅控制部，其控制上述驱动部，以便使由上述振幅检测部检测到的摇摆振幅成为规定的摇摆振幅。
[0014]优选地，上述驱动部包括形成于上述可动部的驱动用的线圈，上述振幅控制部对经由上述非接触供电部施加于上述线圈的电流的频率进行控制。
[0015]优选地，驱动部包含形成于上述可动部的驱动用的线圈、和生成施加于上述线圈的电流的电源电路，上述振幅控制部将经由上述非接触供电部施加于上述线圈的电流的频率控制信息叠加于高频后传送至上述电源电路，上述电源电路基于上述频率控制信息来控制施加于上述线圈的电流的频率。
[0016]优选地，进一步具备同步控制部，该同步控制部与上述可动部的摇摆周期同步地对上述第二偏转机构的旋转周期以及/或者从上述投受光部射出的测定光的测定周期进行调整。
[0017]优选地，进一步具备调光部，该调光部基于由上述投受光部接受的来自上述基准反射构件的反射光对从上述投受光部射出的测定光的强度或者发光时间间隔(interval)进行调整。
[0018]优选地，上述非接触供电部具备分别地各个卷绕上述第一线圈以及第二线圈并进行支撑的一对环状的线圈支撑部，在形成于各线圈支撑部的中心部的空间中配置非接触信号传送部，该非接触信号传送部与上述第一偏转机构之间传送信号。
[0019]本发明的扫描装置、偏转装置以及扫描式测距装置的特征构成通过参照以下的实施例而明确示出。
【专利附图】

【附图说明】
[0020]图1是构成本发明的偏转装置的主要部件的微小机械装置的立体图。
[0021 ] 图2是微小机械装置的分解立体图。
[0022]图3的(a)是本发明的偏转装置的剖面图。
[0023]图3的(b)是本发明的偏转装置的剖面图。[0024]图4A是投受光部的说明图。
[0025]图4B是由环绕第一轴心摇摆的可动部扫描的测定光的说明图。
[0026]图5A是第一偏转机构的剖面图。
[0027]图5B是非接触供电部(第二线圈)的俯视图。
[0028]图5C是非接触供电部(第一线圈)的俯视图。
[0029]图6是通过本发明的扫描式测距装置射出至三维空间的测定光的轨迹的说明图。
[0030]图7A是射向基准反射构件的测定光的扫描说明图。
[0031]图7B是测定光的轨迹的说明图。
[0032]图8是对可动部进行摇摆控制的摇摆控制装置的说明图。
[0033]图9是可动部的摇摆振幅的变动和标准反射构件之间的关系的说明图。
[0034]图1OA是摇摆控制的原理的说明图。
[0035]图1OB是相对于谐振频率的变动的施加电流的频率控制的说明图。
[0036]图1lA是相对于偏转角等间隔地进行发光控制的情况下的测距定时以及频率变动时的测距定时控制的说明图。
[0037]图1lB是相对于相位方向等间隔地进行发光控制的情况下的测距定时控制的说明图。
[0038]图12A、图12B、图12C表示本发明的其他实施方式，分别是第一偏转机构和非接触供电部的构成的说明图。
[0039]图13A、图13B、图13C表示本发明的其他实施方式，分别是第一偏转机构和非接触供电部的构成的说明图。
[0040]图14表本发明的其他实施方式,是投受光部、第一偏转机构、和非接触供电部的构成的说明图。
[0041]图15表示本发明的其他实施方式，是本发明的偏转装置的剖面图。
【具体实施方式】
[0042]以下，基于附图来说明组装了本发明的偏转装置的扫描式测距装置。
[0043]在图3的(a)、图3的(b)中示出本发明的扫描式测距装置10。该扫描式测距装置10米用TOF方式,具备:具有光学窗12的圆筒状的外壳11、容纳于外壳11中的投受光部20、第一偏转机构30、第二偏转机构40、非接触供电部50、以及信号处理部70等。
[0044]第一偏转机构30具备能够环绕与图3的(a)的纸面垂直的第一轴心Pl摇摆的可动部3、和摇摆驱动可动部3的驱动部(未图示)。此外，第二偏转机构40是环绕与第一轴心Pl不同的、与图3的(a)的纸面平行的第二轴心P2而旋转驱动第一偏转机构30的机构。
[0045]非接触供电部50构成为具备按照微小的间隙而相对配置的第一线圈52和第二线圈54。第二线圈54与第一偏转机构30的驱动部电连接，并且伴随第二偏转机构40的旋转而环绕第二轴心P2进行旋转。第一线圈52在与第二线圈54共用的轴心P2上相对配置。通过在第二线圈54中产生电动势的电磁感应方式而从施加于第一线圈52的交流电流供电。
[0046]如果在与第二线圈相对配置的第一线圈中流通电流，则通过电磁感应而在与第一线圈相对配置的第二线圈中产生电动势，能够从第二线圈向与第二线圈一起环绕第二轴心旋转的第一偏转机构的驱动部提供电力。并且，由于从第一线圈向第二线圈按照非接触的方式来供电，所以不需要采用在机械寿命上具有限制的滑动元件构造。
[0047]第一轴心Pl和第二轴心P2按照正交的方式来配置，在静止状态下，可动部3的平坦面按照相对于与第二轴心P2垂直的面呈45°的倾斜姿势来进行配置。由上述第一偏转机构30、第二偏转机构40、和非接触供电部50构成本发明的偏转装置。另外，第二轴心P2也是外壳11的轴心。
[0048]以下，详述各个部件。
[0049]如图1以及图2所示，第一偏转机构30具备:成为固定部2的框体；成为可动部3的平坦的板状体；相对于固定部2按照能够环绕第一轴心Pl进行摇摆的方式来支撑可动部3的一对梁部4、4 ;夹着梁部4、4配置在可动部3的两侧的永磁铁5、6 ;以及上部盖体8
坐寸ο
[0050]固定部2由聚碳酸酯等树脂制的长方体构件构成，其中央部在俯视下是比可动部3稍稍大一些的面积，在厚度方向上形成挖开的开口空间，在其开口空间中配置可动部3。
[0051]梁部4、4由金属弹性构件构成，具备:规定长度的金属棒状部4a;形成于金属棒状部4a的一端侧并固定于固定部2的固定侧衬垫4b ;以及形成于金属棒状部4a的另一端并固定于可动部3的可动侧衬垫4c。
[0052]在剖面为“〕”字形、由高导磁率的构件构成的磁性体保持部7中按照永磁铁5、6之中一个永磁铁5为N极、另一个永磁铁6为S极的方式而相对配置永磁铁5、6，并在固定部2的开口空间中按照夹着可动部3的方式从下方插入并固定永磁铁5、6。
[0053]可动部3具备:在玻璃基板、或硅基板上蒸镀金或铝等而成的偏转反射镜3a ;在玻璃环氧基板上印刷形成有铜线的线圈C和电极衬垫E的线圈基板3c ;以及配置在它们间的相同的玻璃环氧制的间隔物3b。
[0054]按照与电极衬垫E相接触的方式来决定一对梁部4、4的各可动侧衬垫4c的位置，并使用导电性粘接剂在偏转反射镜3a和线圈基板3c之间粘接固定梁部4、4的各可动侧衬垫4c。另外，可以由在使用了环氧树脂等的各基板层上形成线圈图案、并由以通孔导体连接各基板层的线圈而成的多层基板来构成线圈基板3c。
[0055]如果经由一对梁部4、4向驱动用的线圈C施加交流电流，则通过在线圈C中流动的交流电流和由固定部2所具备的永磁铁5、6形成的磁场作用于线圈C而产生的洛伦兹力，反复摇摆由梁部4、4支撑的可动部3。由线圈基板3c和永磁铁5、6构成驱动部。
[0056]即，第一偏转机构30构成为，包括至少一个可动部3、固定部2、从两侧在固定部2支撑可动部3的一对梁部4、4，可动部3能够环绕将梁部4作为扭转旋转轴的第一轴心Pl进行摇摆。
[0057]并且，梁部4、4具有支撑可动部3的功能、作为向线圈C通电的导电体的功能、以及作为将可动部3返回至基准位置的弹簧的功能。进一步地，在可动部3中形成反射入射光并进行偏转扫描的光偏转面(偏转反射镜)3a。
[0058]构成梁部4、4的材料不限制为金属，能够选择硅和树脂等可以采用MEMS技术进行加工的材料，并基于作为目标的摇摆频率适当选择。
[0059]经由由驱动部进行扭转旋转驱动的梁部在固定部中支撑可动部的第一偏转机构是梁部作为平衡环构造的扭转梁发挥作用的机构，例如能够通过MEMS (Micro ElectroMechanical Systems ;微机电系统)技术而构成为极小型且轻量,并且能够被高速摇摆。
[0060]例如，在可动部形成平面状的线圈，通过流过线圈的交流电流和由固定部所具备的永磁铁而形成的磁场，洛伦兹力在线圈中进行作用，反复摇摆由梁部支撑的可动部。
[0061]此外，除了利用洛伦兹力摇摆可动部以外，也提出有利用在线圈中施加交流电流而产生的静电力、在压电体中施加电压而产生的压电力来摇摆可动部的微小机械装置、和在前后对由悬臂梁支撑的可动部进行弯曲摇摆驱动的微小机械装置。如果使用这样的微小机械装置，则能够实现小型且轻量、高速的偏转装置。
[0062]如图5A所示，第二偏转机构40具备:由具有线圈的定子41和具有永磁铁的转子42构成的电动机M ;与转子42连接的旋转轴44 ;和与旋转轴44 一体连接的圆盘状的支撑部43以及配置在该支撑部43的外周的筒状的支撑部45。由该支撑部43、45按照自由旋转的方式来支撑第一偏转机构30的固定部2。
[0063]与支撑部43、45连接的第一偏转机构30由电动机M环绕第二轴心P2进行旋转驱动。在旋转轴44设置编码器，其输出被输入至信号处理部70，由信号处理部70来掌握其旋转速度以及旋转位置(旋转相位)。作为电动机M，能够优选使用DC无刷电动机和步进电动机。
[0064]如图5A、图5B、图5C所示，非接触供电部50由以下构成:由硅钢构成的一对环状的线圈支撑部51、53 ;以及卷绕在形成于各线圈支撑部51、53的一端面的剖面-字形状的圆环状的沟中的铜线的线圈52、54。
[0065]第一线圈支撑部51以及第二线圈支撑部53以第二轴心P2为中心按照各沟相对的方式隔开微小的间隙来配置，通过电磁感应方式从第一线圈52向第二线圈54供电。
[0066]第一线圈支撑部51为了节省空间而嵌入固定在定子41的周围，其面位置配置为与定子41的面位置相一致的高度。此外，第二线圈支撑部53嵌入固定在圆盘状的支撑部43的周围，两者51、53的间隙由旋转轴44的长度来规定。
[0067]用于摇摆驱动可动部3的规定频率的交流电流由信号处理部70生成并施加于第一线圈52。进一步地，该交流电流在与第一线圈52相对旋转的第二线圈54中被电磁感应，并被施加于形成在与第二线圈54 —体旋转的线圈基板3c上的线圈C。其结果，可动部3环绕第一轴心Pl而摇摆。
[0068]在外壳11的底面配置信号处理部70，在形成于其上部的支撑部13上设置偏转装置。形成于支撑板13的孔部13a是用于配置信号处理部70与第一线圈52或投受光部20之间的信号线的开口。
[0069]信号处理部70由包括微型计算机等在内的电子电路构成，至少构筑针对第一偏转机构30的控制块、针对第二偏转机构40的控制块、针对投受光部20的控制块、以及进行测距运算的运算块等。
[0070]图4A中示出投受光部20的构成。投受光部20具备:作为光源的激光二极管21、作为受光部的雪崩光电二极管26等。
[0071]从激光二极管21放射的测定光导入准直透镜22，由准直透镜22成形为平行光的测定光沿着轴心P2入射至第一偏转机构30的偏转反射镜3a (参照图4B)。准直透镜22容纳于导光构件23中，导光构件23容纳于圆锥台状的暗箱24中。[0072]暗箱24的下端开放，按照包围导光构件23的周围的方式来设置聚焦透镜25，并且在暗箱24的盒顶部在导光构件23的正上方配置雪崩光电二极管26。从第一偏转机构30沿着第二轴心P2入射的反射光由聚焦透镜25聚焦并入射至雪崩光电二极管26后被进行光电变换。
[0073]在图4B中示出，通过由上述的驱动部3c、5、6环绕第一轴心Pl而摇摆驱动的偏转反射镜3a，从投受光部20射出的测定光在上下被偏转反射的样子。在该例子中，通过按照±11.25°的机械角度摇摆的偏转反射镜3a，在±22.5° (45° )的范围中对测定光进行偏转反射。
[0074]由偏转反射镜3a进行偏转反射后的测定光从外壳11的光学窗12射出至外部空间，从外部空间的物体反射的反射光由偏转反射镜3a向投受光部20偏转反射，并由作为受光部的雪崩光电二极管26检测。
[0075]通过信号处理部70所具备的测距运算部，来求取测定光的射出时期与反射光的受光时期的时间差，基于该时间差计算从扫描式测距装置10至物体的距离。
[0076]由第二偏转机构40环绕第二轴心P2来旋转驱动环绕第一轴心Pl被摇摆驱动的偏转反射镜3a的结果是，测定光被二维扫描。
[0077]图6中例示出，使环绕第一轴心Pl的偏转反射镜3a的摇摆周期与环绕第二轴心P2旋转的偏转反射镜3a的旋转周期一致，对测定光连续点亮的情况下的测定光的轨迹。
[0078]如果各周期的相对的相位发生偏离，则伴随于此，测定光的轨迹发生转移。该轨迹成为利萨茹(Lissajous)形状。实际上，将偏转反射镜3a的摇摆周期设定为比旋转周期大一位数以上的较大的值，按照从比摇摆周期大一位数至两位数的较大的值的周期来闪烁驱动光源。
[0079]为了以足够的振幅来摇摆偏转反射镜3a，通常，施加于线圈C的交流电源的频率设定为包括可动部3在内的梁部4、4的谐振频率的附近频率。但是，如果由于温度变动等主要原因，包括可动部3在内的梁部4、4的谐振频率发生变动，则伴随于此，可动部3的摇摆振幅会发生变动。
[0080]为了维持为固定的摇摆振幅，需要测量摇摆振幅的变动来控制施加于线圈C的电流。由此，如果在第一偏转机构30中具备测量可动部3的摇摆振幅的传感器，则为了将该传感器的信号输出从第一偏转机构30输入至信号处理部70，如果进一步具备采用了其他电磁感应方式的线圈，则会导致成本上升。
[0081]因此，如图3的(a)、图3的(b)、以及图7A所示，在外壳11之中未形成光学窗12的区域中，沿内周面来配置对由偏转反射镜3a偏转反射后的测定光进行反射的基准反射构件60。在该例子中，在测定区域中环绕第二轴心P2来设定270°的范围，在该范围中形成光学窗12，在非测定区域中设定剩余的90°的范围，在该一部分区域中配置基准反射构件60。
[0082]图7B中示出平坦地延伸的基准反射构件60。在图7B中，由虚线所示的正弦波是测定光的轨迹，沿着该轨迹按照规定的周期来使光源闪烁。基准反射构件60由反射薄片构成，该反射薄片形成为，沿着第二轴心P2的方向的长度比与偏转反射镜3a的目标摇摆振幅相对应的目标振幅A长一些，该基准反射构件60按照在偏转反射镜3a的停止时测定光经过上下方向中心位置的方式来决定位置并固定在外壳11的内壁上。[0083]进一步地，在基准反射构件60的下缘侧，形成反射率比其他的区域(高反射率区域)60A低的低反射率区域60B。低反射率区域60B至少按照覆盖从下端至目标振幅A的十分之二的长度为止的宽度来形成。
[0084]如图8所示，在信号处理部70中具备由振幅检测部71和振幅控制部72构成的摇摆控制部。来自基准反射构件60的反射光由投受光部20检测，并经由信号线输入至振幅检测部71来检测振幅。
[0085]将由振幅检测部71检测到的振幅输入至振幅控制部72，一面将交流电流的电流值维持为固定一面调整频率，以便使该振幅成为目标振幅。从振幅控制部72输出的交流信号经由非接触供电部50施加于可动部3的线圈C。
[0086]振幅检测部71将与低反射率区域60B相对应的检测间隔、和与高反射率区域60A相对应的检测间隔的总计时间检测为可动部的I周期。具体来说，振幅检测部71具备:按照规定的阈值对来自基准反射构件60的反射光进行二值化的比较器；将由比较器检测到的信号边缘(signal edge)设为触发对各区间的时间进行计数的定时器电路；以及存储定时器电路的值的存储部等。
[0087]在图9的上部示出，偏转反射镜3a (可动部3)成为目标振幅-A (此时，摇摆角度为-11.25° )时的振幅特性曲线(实线)、成为比目标振幅-A大的振幅-A’(此时，摇摆角度比-11.25。大)时的振幅特性曲线(虚线)、成为比目标振幅-A小的振幅A” (此时，摇摆角度比-11.25°小)时的振幅特性曲线(点划线)、与基准反射构件60之间的关系。
[0088]在图9的下部，示出由投受光部20检测来自基准反射构件60的反射光的定时。理想情况下，优选按照目标振幅士A来连续摇摆可动部3，但是如果起因于环境温度的变动等，包括可动部3在内的梁部4、4的谐振频率发生变化，则振幅会从目标振幅士A偏离。如果谐振频率接近向线圈C的施加电流的频率，则可动部3的振幅变大，谐振频率从向线圈C的施加电流的频率远离，可动部3的振幅变小。
[0089]在可动部3为目标振幅土A时，由振幅检测部71检测与低反射率区域60B相对应的黑等级区域的区间TH、和与高反射率区域60A相对应的白等级的区间T12，将区间Tll和区间T12的总计时间检测为可动部3的I周期。
[0090]在可动部3是比目标振幅A大的振幅A’时，由振幅检测部71检测与低反射率区域60B相对应的黑等级区域的区间T21、和与高反射率区域60A相对应的白等级的区间T22，将区间T21和区间T22的总计时间T2( = Tl)检测为可动部3的I周期。
[0091]同样地，在可动部3是比目标振幅A小的振幅Α”时，由振幅检测部71检测与低反射率区域60Β相对应的黑等级区域的区间Τ31、和与高反射率区域60Α相对应的白等级的区间Τ32，将区间Τ31和区间Τ32的总计时间Τ3 ( = Tl)检测为可动部3的I周期。
[0092]振幅控制部72在由振幅检测部71检测到的白等级区域的区间和黑等级区域的区间的时间比从目标值(Τ11/Τ12)偏离时，一面将向线圈C的施加电流的电流值维持为固定，一面对频率f进行可变控制，以便该时间比成为目标值(T11/T12)。其结果，可动部3的振幅维持固定在成为目标的振幅A。
[0093]如果采用上述构成，则由投受光部来接受从设置在所谓第一偏转机构的旋转系统的外部的投受光部射出的测定光之中由基准反射构件反射的反射光，所以能够基于该反射光检测可动部的摇摆振幅。即，不需要从第一偏转机构将测量到的可动部的摇摆振幅取出至外部。
[0094]具体来说，振幅控制部72具备:计算白等级区域的区间和黑等级区域的区间的时间比以及与时间比的目标值之间的偏差的运算电路；由基于偏差计算施加电流的频率的控制值的PID运算等例示的反馈运算部；以及具备与由反馈运算部计算出的控制值相对应地调整施加电流的频率的PLL电路的交流电源电路。另外，所谓将向线圈C的施加电流的电流值维持为固定的意思是将交流电流的有效值维持为固定。
[0095]即，在振幅检测部71中，根据基于旋转轴44所具备的编码器的输出的电动机的转速和旋转位置，来检测相对于基准反射构件60的白等级区域的区间和黑等级区域的区间，在振幅控制部72中，根据白等级区域的区间与黑等级区域的区间的总计时间和它们的时间比来求取可动部3的摇摆频率以及振幅。
[0096]如图1OA所示，设想为以下情况，即，对于摇摆振幅同为A、摇摆频率为H、f2 (Π< f2)的可动部3，以成为振幅a A的位置为边界由振幅检测部71来检测黑等级区间和白等级区间。
[0097]摇摆频率fI的可动部3按照Al (t) = A s i η2 π fit进行摇摆，摇摆频率f2的可动部3按照A2(t) =Asi n2iif2t进行摇摆。振幅成为a A的时间tll、tl2、tl3按照以下式子求取。
[0098]aA = A s i n2 Ji fit
[0099]αΑ = Α s i n2 Ji f2t
[0100]根据上式，求得
[0101]til = {I/ (2 π f I)} X s i rf1 ( α )
[0102]tl2 = {I/ (2 π f I)} X { π -s i rT1 ( α )}
[0103]tl3 = {1/(2 π Π)} X {2 π-s i rT1 ( α )}
[0104]其中，0< s i rT1 ( α ) < Ji /2。因此，
[0105]Tll = tl2-tll = {1/(2 π fl)} X { π -2s i rT1 ( α )}
[0106]T12 = tl3-tl2 = {1/(2 Ji fl)} X {Ji +2s i rT1 ( a )}
[0107]Tll/T12={ π -2s i rT1 ( a )} / {>+2s i rT1 ( a )}同样地，得至
[0108]T21/T22 = {>-2s i rT1 ( a )} / {>+2s i rT1 ( a )}
[0109]即，如果振幅相同，则即使频率发生变化，Tl/T2( = Τ11/Τ12 = Τ21/Τ22)也成为固定,反之,如果调整频率，以使Τ1/Τ2成为固定，则振幅维持为固定。
[0110]如图1OB所示，在包括可动部3在内的梁部4、4的最初的谐振频率为Qb的情况下，振幅控制部72 —面在初期将向线圈C的施加电流维持为固定，一面使电流的频率从比谐振频率Qb充分高的频率fmax开始朝向比谐振频率Qb充分低的频率fmin连续或阶段性地发生变化。
[0111]振幅控制部72在每次使电流的频率从比谐振频率Qb充分高的频率fmax开始朝向比谐振频率Qb充分低的频率fmin连续或阶段性地发生变化时，判定由振幅检测部71检测到的白等级区间和黑等级区间的时间比是否成为目标值，如果时间比收容于规定的容许范围，则维持为该频率(在图1OB中，标记为fb的频率)。在图1OB中，可动部3的动作点由谐振频率Qb的谐振特性的Pb点示出。
[0112]之后，如果谐振频率Ql降低，则动作点变化为谐振频率Ql的谐振特性的Pl点，振幅变小，如果谐振频率上升为Qh，则变化为谐振频率Qh的谐振特性的Ph点，振幅变大。
[0113]例如，在谐振频率上升为Qh的情况下，振幅控制部72将向线圈C的施加电流的频率调整为比谐振频率Qh高的fhl或者比谐振频率Qh低的fh2，以使得长周期区间和短周期区间的时间比成为目标值。
[0114]其结果，可动部3在谐振频率Qh的谐振特性的Phl点或Ph2点进行动作。Phl点或Ph2点之中在动作的稳定性方面呈现差异的情况下，调整为动作的稳定性较高的一方的动作点即可。
[0115]例如，如果将第二偏转机构40所具备的电动机M的旋转速度设为20Hz，将第一偏转机构30的摇摆频率设为200Hz，则电动机M的每一次旋转，可动部3进行10次摇摆。
[0116]此时，如果在90°的非测定区域中设置基准反射构件60，则至少可动部3摇摆2周期，所以电动机M的每一次旋转能够测量2次摇摆振幅。此时，如果将光源的闪烁周期设定得充分短，则能够以足够的分辨率来测量白区域和非区域。
[0117]相对于电动机M的旋转速度，第一偏转机构30的可动部3的摇摆频率较低，在电动机M旋转一次的时间内，不能对于基准反射构件60进行一周期以上的摇摆驱动的情况下，不能在电动机M旋转一次的时间内测量可动部3的振动振幅。
[0118]但是，在该情况下，在存储部中预先存储与在第二偏转机构40的电动机M进行多次旋转的期间测量的来自基准反射构件60的反射光相对应的信号、和此时的由编码器检测的旋转位置，之后，通过合成为与由编码器检测的旋转位置建立了对应的一周期的信号，能够计算可动部3的振动振幅，能够基于该值来控制摇摆振幅。
[0119]进一步地，优选地，在信号处理部70中具备调光部，该调光部基于由投受光部20接受到的来自基准反射构件60的反射光来调整从投受光部20射出的测定光的强度或发光时间间隔。
[0120]如果从投受光部20射出的测定光的强度发生变动，则担心测定精度会降低，也担心在光源中使用的激光的强度会脱离安全基准。即使在该情况下，由于通过调光部基于来自振幅调整用的基准反射构件60的反射光来调整测定光的强度或发光时间间隔，所以也没有必要另外设置光量调整用的专用的基准反射构件。
[0121]例如，能够根据基于来自基准反射构件60的反射光和检测电动机M的旋转相位的编码器的信号而计算出的可动部3的振幅和相位来求取可动部3的摇摆角度，并基于摇摆角度来控制激光的发光定时。
[0122]如果将电动机M的旋转速度和发光时间间隔设为固定，则可动部3的最大振幅附近的激光的密度变高。即，有时在可动部3的最大振幅附近满足激光器级别的安全基准会变严格。即使在这样的情况下，如果进行控制以使得在最大振幅附近激光二极管的发光时间间隔变长，则能够确保激光器的安全级别。最大振幅定时以相对于基准反射构件60的反射信号的白等级区间和黑等级区间的各个中间时间点为基准来求取。
[0123]此外，例如，在基准反射构件60中，如果具备沿着第二轴心P2方向的多段浓淡的条纹状的反射区域，或者具备沿着电动机M的旋转方向的多段浓淡的条纹状的反射区域，则得到来自基准反射构件60的各反射区域的反射光的强度发生变化的情况下的距离运算特性，能够构筑基于该距离运算特性来对与经由光学窗12的来自对象物的反射光相对应的计算距离进行校正的校正电路。[0124]在通过对由投受光部进行了光电变换后的反射信号的上升进行二值化的比较器等的输出来决定反射光的检测定时的情况下，即使是存在于相同位置的对象物，由于反射光的光量不同，反射光的检测定时不同，对由此产生的误差进行校正。
[0125]优选地，在信号处理部70中具备同步控制部，该同步控制部与可动部3的摇摆周期同步地对第二偏转机构40的旋转周期以及/或者与从投受光部20射出的测定光相对应的反射光的测定周期(具体来说，测定光(激光二极管)的发光定时)进行调整。
[0126]同步控制部与上述的可动部3的摇摆相位同步地，对电动机M的转速、旋转相位和测定光的点亮时期进行调整，以便向预先设定的规定的测定方向射出测定光。
[0127]信号处理部70具备测距运算部，该测距运算部以来自投受光部20所具备的光源的测定光的射出时期为基准，基于与之后检测到的反射光的时间差和相位差，来计算至测定光的反射位置(物体)为止的距离。例如，采用TOF方式的测距运算部以规定周期来对光源进行点亮控制，计算至物体为止的距离，根据此时的距离和测定光的射出方向来确定物体的坐标。
[0128]但是，如果由振幅控制部72来对可动部3的摇摆周期进行变更控制，则由于电动机M的旋转周期或相位、以及与测定光的射出时期的失步，所以与预先设定的规定的测定方向相对应的测距变得困难。
[0129]S卩，在将电动机M的旋转速度和光源的点亮周期维持为固定的状态下，为了将可动部3的振幅控制为固定，如果可动部的摇摆周期发生变化，则测定方向发生变化，担心不能得到与本来必要的测定方向相对应的测定值。此外，也担心在可动部3的I摇摆周期内会发生必要的测定值的数目的增减。
[0130]即使在这样的情况下，同步控制部通过控制电动机M的旋转速度或旋转相位并且控制光源的发光定时，以便与可动部3的周期以及摇摆相位同步，由此能够得到与本来必要的测定方向相对应的测定值。
[0131]如图1OA所示，例如，在成为由振幅检测部71检测到的白等级区间T12和黑等级区间Tll的各区间的1/2的时期，振幅成为最大。从白等级区间T12以及/或者黑等级区间Tll的各开始时期开始对时间进行计数，由此能够检测成为各区间的1/2的时间。
[0132]S卩，成为黑等级区间Tll的1/2的时间能够检测为成为相位π/2的时间，并且成为白等级区间Τ12的1/2的时间能够检测为成为相位3 π /2的时间。此外，从成为相位π /2的时间回溯(1/4) XTl时间后的时间能够检测为成为相位O的时间。
[0133]同步控制部基于可动部3的摇摆相位来控制电动机的旋转速度和相位，按照与规定的摇摆相位相应的同步定时来对发光部进行点亮控制，由此，即使可动部3的摇摆周期发生变动，也能够始终对应于规定的摇摆相位来点亮用于测距的测定光并进行测距运算。作为例子，限定于可动部3和发光部的点亮定时之间的同步来进行说明。
[0134]如图1lA所示，将需要以频率fl摇摆的可动部3在摇摆角An的方向上进行测距的情况下的相位设为Φη，则以满足
[0135]A n = AX s i η ( Φ η)
[0136]的相位角来进行测距即可。在频率fl的情况下，该时间tin成为
[0137]tin = (Φη/2 π ) XTl
[0138]在该时间测距即可。[0139]在谐振频率发生变动而以频率f2进行摇摆的情况下，如果照原样按照tin来测距，则测定光成为摇摆角An’的方向，不能进行有意图的方向的测距。在该情况下应当测距的相位Φη相同，所以频率f2的情况下的测定时间t2n按照下式来求取:
[0140]t2n = (Φη/2 31) XT2
[0141]这样，基于可动部3的相位O的时间和一周期的时间，能够计算与频率fI的情况下的相位Φη相对应的时间tin并对测定光进行点亮控制。并且，在频率变动为f2的情况下，也能够通过在与相位Φ η相对应的时间t2n对测定光进行点亮控制，来按照规定的相位Φη、摇摆角An进行测距。
[0142]即，虽然如果由振幅控制部72控制为频率f2，则可动部3的偏转角变动为An’，但是此时，如果由同步信号输出部在可动部3成为相位Φ η的时期t2n输出同步信号，则能够在可动部3的偏转角成为An的时期t2n使测定光点亮。
[0143]这里，图1lA是表示对于偏转角方向或扫描方向等间隔地进行发光控制的情况下的测距定时的图，图1lB是表示在相位方向或时间轴上等间隔地进行发光控制的情况下的测距定时的图。
[0144]以什么样的相位或时间来进行发光控制按照用途来适当决定，不限定为该事例。此外，发光定时可以作为应发光的相位信息或者与其对应的信息而预先在控制装置内部的存储装置中进行设定，也可以从外部的控制装置等输入。
[0145]以下，说明其他实施方式。
[0146]在上述实施方式中，说明了以下构成的直接驱动类型的构成，即，经由非接触供电部50将与向线圈C的施加信号相同频率的交流信号作为供电信号施加于第一线圈52，将在第二线圈54中电磁感应出的供电信号施加于线圈C。
[0147]在该情况下，例如，频率200?400Hz的驱动信号经由非接触供电部50而施加于第一线圈52。该类型的电路构成简单，但是频率低，所以包含线圈支撑部51、53在内的非接触供电部50大型化。
[0148]此外，在需要在信号处理部70和第一偏转机构30之间交换其他种类的控制信号的情况下，需要具备与控制信号相对应的其他的非接触供电部。
[0149]因此，在组装入第一偏转机构30的驱动部中，具备形成于可动部3的线圈C、和生成施加于线圈C的电流的电源电路，振幅控制部72如果构成为将经由非接触供电部50施加于线圈C的电流的频率控制信息叠加于高频而传送至驱动部，则能够经由一个非接触供电部50来传递多个种类的信号。
[0150]例如，能够经由非接触供电部50以13MHz等的频率向第二线圈54供电，由第一偏转机构30所具备的电源电路进行平滑并生成恒定电压，以该电源为基础来进行驱动部的振幅控制等的各种控制。在该情况下，在电源电路中，具备基于接收到的频率控制信息来控制施加于线圈C的电流的频率的频率调整电路即可。
[0151]作为传送频率控制信息的方式，能够采用对向第二线圈54供电的高频的频率进行切换的方式。例如，将13MHz和13.5MHz这两个频率与逻辑值O或I建立对应来切换频率，由此能够将频率控制信息作为数字信号来传递。
[0152]此外，能够将向第二线圈54供电的高频作为载波来使用，按照频率控制信息来对载波进行调制，在接收侧对频率控制信息进行解调。[0153]如果采用这样的构成，则组装入第一偏转机构30的电路多少变得复杂，但是通过采用高频信号进行供电，非接触供电部50的小型化成为可能。此外，如果作为电源电路来设置稳定化电源电路，则在第一偏转结构30内部能够进行可动部3的自主的控制。例如，具备检测可动部3的摇摆振幅的传感器，能够基于该传感器的输出自主地进行振幅控制。
[0154]在上述实施方式中，说明了使用内部转子类型的电动机M，在定子的周围配置第一线圈的例子，但是如图12A至C所示，也可以使用相同的内部转子类型的电动机M，在定子41的上端面配置非接触供电部50，由与转子42连接的旋转轴44来支撑第一偏转机构30。
[0155]如图13A、图13B、图13C所示，也可以使用外部转子类型的电动机M，由与转子42连接的支撑部45支撑第一偏转机构30，并且在定子41的上端面配置与上述相同的非接触供电部50。
[0156]在该情况下，能够在形成于各线圈支撑部51、53的中心部的空间中配置在与第一偏转机构30之间传送信号的非接触信号传送部80。作为非接触信号传送部80，能够使用光耦合器、静电感应电路、无线发送电路等。即，能够经由非接触供电部50向第一偏转机构30供电，并且经由非接触信号传送部80在信号处理部70和第一偏转机构30之间交换多个控制信号。
[0157]例如，信号处理部70经由非接触供电部50向第一偏转结构30提供电力，经由非接触信号传送部80来接收第一偏转机构30所具备的摇摆振幅传感器的信号，并且经由非接触信号传送部80向第一偏转结构30所具备的电源电路发送控制摇摆振幅的频率信息。
[0158]如图14所示，可以构成为，在使用外部类型的电动机M，由与转子42连接的支撑部45支撑第一偏转机构30，并且在定子41的上端面配置与上述相同的非接触供电部50的情况下，能够将定子41形成为中空，并且在可动部3的上下两面形成偏转反射镜3a，在定子41以及非接触供电部50的中空部形成光路。通过沿着第二轴心P2在上下分别配置投受光部20，能够同时进行两个方向的测距。
[0159]如图15所示，如果在由偏转反射镜3a进行了偏转反射后的测定光中在上缘侧以及/或者下缘侧的一部分中具备2次偏转板90，则能够在具备2次偏转板90的区域中扩大测距范围。如果在起重机和在路面有高低不平的地方行驶的AGV等中进行设置，则能够一面扫描周围一面检测天井的高度和地面的高低不平。例如，能够以正面方向为中心在±2.5°的范围内具备2次偏转板90。
[0160]在上述的实施方式中，均是说明了静止时的偏转反射镜3a的倾斜角度相对于水平面设定为45°的例子，但是也可以将偏转反射镜3a的倾斜角度相对于水平面设定为比45°大，或者相对于水平面设定为比45°小。按照必要的区域来适当设定测距即可。此夕卜，在第二偏转机构40中也可以具备自动变更第一偏转机构30的安装角度的电动机。
[0161]在上述实施方式中，说明了利用洛伦兹力来摇摆可动部3的类型的第一偏转机构30，但是也可以采用利用在线圈中施加交流电流而产生的静电力、在由压电体构成的梁部4中施加电压而产生的压电力来摇摆可动部3的构成。此外，也可以采用仅仅在可动部的一方形成弹性梁部并以梁部为轴来摇摆驱动可动部的构成。
[0162]在上述实施方式中，说明了使用本发明的偏转装置的扫描式测距装置，但是对偏转装置不特别限制用途，例如，也可以使用于投影机等的对影像光进行扫描的光扫描装置。
【权利要求】
1.一种偏转装置，其特征在于，具备: 第一偏转机构，该第一偏转机构具备能够环绕第一轴心进行摇摆的可动部、和摇摆驱动上述可动部的驱动部； 第二偏转机构，其环绕与上述第一轴心不同的第二轴心对上述第一偏转机构进行旋转驱动；以及 非接触供电部，该非接触供电部与上述驱动部电连接，具备配置为伴随上述第二偏转机构的旋转而环绕上述第二轴心进行旋转的第二线圈、和在与上述第二线圈共用的轴心上相对配置的第一线圈，该非接触供电部通过电磁感应方式从上述第一线圈向上述第二线圈供电。
2.根据权利要求1所述的偏转装置，其特征在于， 上述第一偏转机构具备由上述第二偏转机构可旋转地支撑的固定部、和在上述固定部支撑上述可动部的梁部， 上述梁部由上述驱动部进行扭转旋转驱动或弯曲摇摆驱动，并作为上述第一轴心发挥作用。
3.根据权利要求2所述的偏转装置，其特征在于， 该偏转装置具备: 投受光部，其配置在上述第二轴心上； 光偏转部，其 设置在上述可动部，对从上述投受光部沿上述第二轴心射出的测定光进行偏转反射，将偏转反射后的测定光之中由物体反射的反射光导向上述投受光部； 基准反射构件，其照射从上述投受光部射出、并由上述光偏转部进行偏转反射后的测定光；以及 摇摆控制部，其基于由上述投受光部接受的来自上述基准反射构件的反射光，来控制上述驱动部， 来自上述摇摆控制部的控制信号经由上述非接触供电部传递至上述驱动部。
4.根据权利要求3所述的偏转装置，其特征在于， 上述基准反射构件具备反射率沿着上述第二轴心而不同的区域， 上述摇摆控制部具备: 振幅检测部，其基于由上述投受光部接受的来自上述基准反射构件的反射光来检测上述第一偏转机构的摇摆振幅；以及 振幅控制部，其控制上述驱动部，以便使由上述振幅检测部检测到的摇摆振幅成为规定的摇摆振幅。
5.根据权利要求4所述的偏转装置，其特征在于， 上述驱动部包括形成于上述可动部的驱动用的线圈，上述振幅控制部对经由上述非接触供电部施加于上述线圈的电流的频率进行控制。
6.根据权利要求4所述的偏转装置，其特征在于， 驱动部包括形成于上述可动部的驱动用的线圈、和生成施加于上述线圈的电流的电源电路， 上述振幅控制部将经由上述非接触供电部施加于上述线圈的电流的频率控制信息叠加于高频后传送至上述电源电路，上述电源电路基于上述频率控制信息来控制施加于上述线圈的电流的频率。
7.根据权利要求4~6中任一项所述的偏转装置，其特征在于， 该偏转装置具备同步控制部，该同步控制部与上述可动部的摇摆周期同步地对上述第二偏转机构的旋转周期以及/或者从上述投受光部射出的测定光的测定周期进行调整。
8.根据权利要求3~7中任一项所述的偏转装置，其特征在于， 该偏转装置具备调光部，该调光部基于由上述投受光部接受的来自上述基准反射构件的反射光对从上述投受光部射出的测定光的强度或者发光时间间隔进行调整。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的偏转装置，其特征在于， 上述非接触供电部具备分别地各个卷绕上述第一线圈以及第二线圈并进行支撑的一对环状的线圈支撑部，在形成于各线圈支撑部的中心部的空间中配置非接触信号传送部，该非接触信号传送部与上述第一偏转机构之间传送信号。
10.一种光扫描装置，具备权利要求1~9中任一项所述的偏转装置。
11.一种扫描式测距装·置，具备权利要求1~9中任一项所述的偏转装置。
【文档编号】G01S7/481GK103852888SQ201310628540
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2012年12月3日
【发明者】森利宏, 浅田规裕, 高井和夫 申请人:北阳电机株式会社