测距装置的制作方法

测距装置
1.相关申请的交叉引用
2.本国际申请主张基于2019年11月13日向日本专利厅申请的日本专利申请第2019－205725号的优先权以及基于2020年10月15日向日本专利厅申请的日本专利申请第2020－173964号的优先权，通过参照将日本专利申请第2019－205725号的全部内容以及日本专利申请第2020－173964号的全部内容引用至本国际申请。
技术领域
3.本发明涉及具备偏转镜的测距装置。


背景技术：

4.已知有照射发送波并检测所照射的发送波的来自物体的反射波，来检测距物体的距离等的测距装置。在这种测距装置中，为了偏转发送波进行扫描，一般而言，使用由旋转马达旋转驱动的偏转镜。
5.另一方面，在专利文献1中，记载有使用板簧、扭杆等弹性体来使反射激光进行扫描的可动部摆动的结构的激光雷达。
6.专利文献1：日本专利第3949098号公报
7.在摆动驱动偏转镜的测距装置中，在进行使偏转镜的位置对准基准位置的对位后，成为能够扫描的状态。发明人的详细研究的结果是，发现了在摆动驱动偏转镜的测距装置中，期望能够容易地进行偏转镜的对位这一课题。


技术实现要素：

8.本公开的一个方面在于提供能够容易地进行偏转镜的对位的新的结构。
9.本公开的一个方式是测距装置，具备偏转镜和摆动马达。偏转镜构成为反射发送波。摆动马达构成为驱动偏转镜围绕摆动轴摆动，以进行向规定的扫描范围的发送波的扫描。另外，摆动马达构成为使偏转镜从基准位置在规定的旋转角度的范围内摆动，其中，上述基准位置是向扫描范围的大致中心方向反射发送波的偏转镜的旋转位置。偏转镜构成为在测距处理结束时，返回到基准位置，其中，上述测距处理是反复进行发送波的扫描的处理。
10.根据这样的结构，能够容易地进行偏转镜的对位。
附图说明
11.图1是表示光学雷达装置的结构的框图。
12.图2是从上方观察光学雷达装置的示意图。
13.图3是表示光检测模块的示意结构的立体图。
14.图4是以与摆动轴正交的平面剖切摆动马达的截面的示意图。
15.图5是表示增量式编码器的示意结构的分解立体图。
16.图6a是偏转镜从基准位置正向旋转以及反向旋转的情况下的示意图。
17.图6b是表示增量式编码器的脉冲信号的图。
18.图7是表示对位控制以及扫描控制中的偏转镜的旋转位置以及电压值等的推移的图。
19.图8是表示位置返回控制中的偏转镜的旋转位置等的推移的图。
20.图9是表示从上方观察光学雷达装置的情况下的设置光学窗的位置的示意图。
具体实施方式
21.以下，参照附图对本公开的例示性的实施方式进行说明。
22.[1.结构]
[0023]
图1所示的光学雷达装置1是通过照射光并检测来自被照射了光的物体的反射光，来测定与物体的距离的测距装置。光学雷达装置1例如搭载于车辆来使用，用于检测存在于车辆的前方的各种物体。此外，光学雷达也记作lidar，是light detection and ranging的缩写。
[0024]
光学雷达装置1具备测定部2和控制部3。
[0025]
测定部2具备发光部10、扫描部20以及受光部30。
[0026]
图2是在将光学雷达装置1设置于车辆的状态下从铅垂方向上方观察到的示意图。在图2中，附图的上方是扫描方向。此外，在图2中省略了控制部3。
[0027]
如图2所示，测定部2收容于壳体4的内部。壳体4具有长方体状的外形，是一个面开口的树脂制的箱体。在壳体4的开口设置有透过光的透明的光学窗5，使得覆盖整个开口。发光部10收容于壳体4的内部空间中的上方。受光部30收容于壳体4的内部空间中的下方。
[0028]
发光部10间歇地输出光束。
[0029]
扫描部20具有被摆动驱动的偏转镜21。扫描部20通过利用偏转镜21使从发光部10输出的光束反射，并向与偏转镜21的旋转位置相应的方向射出光束，来进行向预先设定的扫描范围内的光束的扫描。关于扫描部20的详细结构后述。
[0030]
受光部30接收来自被照射了光束的物体的反射光，并将该反射光转换为电信号。
[0031]
图1所示的控制部3使用测定部2来测定与反射光束的物体的距离。具体而言，控制部3基于从受光部30输出的电信号的波形来确定接收到反射光的定时，并基于与输出光束的定时的差来求出与物体的距离。此外，控制部3除了距离以外，也能够求出该物体所处的方位等与物体相关的信息。
[0032]
控制部3除了进行距离的测定以外，还进行后述的摆动马达22的控制。
[0033]
[2.扫描部]
[0034]
如图3所示，扫描部20具备偏转镜21、摆动马达22以及角度传感器23。
[0035]
偏转镜21是具有反射光的反射面的平板状的部件。偏转镜21以与摆动马达22的后述的摆动轴221成为一体并移动的方式安装于摆动轴221。在本实施方式中，偏转镜21在与反射面相反侧的面以摆动轴221沿着该面的铅垂方向的中心线的方式固定于摆动轴221。
[0036]
摆动马达22配置于偏转镜21的下部，驱动偏转镜21围绕摆动轴221摆动，以进行向规定的扫描范围的光束的扫描。使用图4，对本实施方式的摆动马达22的内部结构以及作用进行说明。
[0037]
如图4所示，摆动马达22具备外壳222、旋转磁铁223、两个固定磁铁224、电磁线圈225以及旋转轴226。
[0038]
旋转磁铁223是在中心位置设置有轴孔的圆盘状的磁铁。旋转磁铁223被通过轴孔的旋转轴226支承为能够在外壳222的内部旋转。旋转磁铁223形成为配置两极的方向与轴向垂直。
[0039]
两个固定磁铁224分别以配置两极的方向与轴向垂直、具体而言使得配置两极的方向成为图4的上下方向的方式固定于外壳222。在本实施方式中，各固定磁铁224配置为图4中所说的上侧为s极、下侧为n极。
[0040]
通过旋转磁铁223的磁场与两个固定磁铁224的磁场互相作用，旋转磁铁223静止在静止位置，该静止位置是磁极成为与各固定磁铁224的磁极相反的方向的位置。在图4中，示出旋转磁铁223静止在静止位置的情况，在静止位置上，旋转磁铁223的在图4中所说的上侧为n极、下侧为s极。
[0041]
电磁线圈225在外壳222的外周沿图4的上下方向卷绕。电磁线圈225因通电而产生相对于在旋转磁铁223与两个固定磁铁224之间产生的磁感线具有垂直分量的磁感线。电磁线圈225连接于交流或脉冲振荡电源。
[0042]
在摆动马达22未通电时，旋转磁铁223静止在图4所示的静止位置。
[0043]
在摆动马达22通电时，即，在电磁线圈225通电时，从电磁线圈225产生相对于在旋转磁铁223与两个固定磁铁224之间产生的磁感线具有垂直分量的磁感线，旋转磁铁223以静止位置为中心摆动。所谓的摆动是在小于360
°
的规定的旋转角度的范围内以正向旋转和反向旋转来周期反复旋转运动的运动。在这里，将图4中所说的顺时针的旋转作为正向旋转，将逆时针的旋转作为反向旋转。此外，图4中所说的顺时针以及逆时针与在将光学雷达装置1设置于车辆的状态下从铅垂方向上方观察时的顺时针以及逆时针一致。旋转磁铁223在从图4所示的静止位置正向旋转到规定的角度后切换至反向旋转，在返回到静止位置后，从静止位置反向旋转到规定的角度。之后，再次切换至正向旋转，在返回到静止位置后，反复上述的动作。从静止位置正向旋转的角度范围以及从静止位置反向旋转的角度范围的大小相等。若切断摆动马达22的通电，则旋转磁铁223因两个固定磁铁224的磁力而返回到静止位置并静止。
[0044]
图3所示的摆动轴221形成为与旋转磁铁223成为一体并移动。即，摆动轴221在摆动马达22未通电时静止在静止位置，在摆动马达22通电时以静止位置为中心摆动。
[0045]
偏转镜21以在摆动轴221处于静止位置时，成为向扫描范围的大致中心方向反射光束的旋转位置亦即基准位置的方式安装于摆动轴221。在摆动马达22通电时，偏转镜21伴随着摆动轴221的旋转而从基准位置在规定的旋转角度的范围内摆动。若切断摆动马达22的通电，则摆动轴221返回到静止位置，因此偏转镜21返回到基准位置并静止。即，在摆动马达22未通电时，偏转镜21被向返回到基准位置的方向施力。
[0046]
角度传感器23是用于检测偏转镜21的旋转角度的传感器。在本实施方式中，作为角度传感器23使用公知的三相输出型的增量式编码器。如图5所示，角度传感器23具备旋转盘231、固定狭缝232、发光元件233以及受光元件234。
[0047]
旋转盘231呈圆盘状的形状，在外周部具有使光通过的多个狭缝。另外，旋转盘231在比位于外周部的多个狭缝靠内侧的位置具有一个表示原点位置的狭缝。旋转盘231的旋
转轴2311固定于摆动马达22的摆动轴221，旋转盘231与摆动轴221成为一体并移动。
[0048]
为了使输出信号为多个相，固定狭缝232具有a相狭缝2321、b相狭缝2322以及z相狭缝2323这三种狭缝。a相狭缝2321以及b相狭缝2322在与旋转盘231的外周部的多个狭缝对置的位置形成为a相与b相的输出信号的相位差成为90
°
。z相狭缝2323形成于与表示旋转盘231的原点位置的狭缝对置的位置。
[0049]
发光元件233向旋转盘231投射光。发光元件233例如使用发光二极管。发光元件233以及受光元件234设置为夹着旋转盘231以及固定狭缝232对置。受光元件234接受通过了旋转盘231以及固定狭缝232的光，如图6b所示，输出a相、b相以及z相的脉冲信号。受光元件234例如使用光电晶体管。
[0050]
每当旋转盘231旋转一周就输出一次z相信号。z相信号被用作原点信号。另外，以90
°
的相位差输出a相信号和b相信号。当旋转盘231正向旋转时，b相信号相对于a相信号延迟90
°
输出。当旋转盘231反向旋转时，a相信号相对于b相信号延迟90
°
输出。因此，基于检测到z相信号后的a相信号以及b相信号的波形，来检测相对于旋转盘231的原点的旋转位置。
[0051]
图6a的(1)～(3)是在将光学雷达装置1设置于车辆的状态下从铅垂方向上方观察各旋转位置上的偏转镜21的示意图。图6a的(1)～(3)中所说的正向旋转以及反向旋转是与图4中所说的正向旋转以及反向旋转相同方向的旋转。如图6a的(2)所示，角度传感器23以在偏转镜21处于基准位置时，输出图6b所示的z相信号的方式，设置于摆动马达22。即，以在摆动轴221处于静止位置时输出z相信号的方式，将旋转盘231的旋转轴2311固定于摆动轴221。此外，在图6a的(2)中，在基准位置，将偏转镜21与从发光部10输出的光束所成的角设为x
°
。在本实施方式中，x
°
＝45
°
。在图6b中，示出在偏转镜21与从发光部10输出的光束所成的角为x
°
时输出z相信号。
[0052]
在如图6a的(1)所示，偏转镜21从基准位置反向旋转的情况下，如图6b所示，a相信号相对于b相信号延迟90
°
输出。另外，在如图6a的(3)所示，偏转镜21从基准位置正向旋转的情况下，如图6b所示，b相信号相对于a相信号延迟90
°
输出。因此，角度传感器23能够基于检测到z相信号后的a相信号以及b相信号的波形，来检测偏转镜21的相对于基准位置的旋转位置。
[0053]
即，角度传感器23构成为检测原点位置以及相对于原点位置的相对角度作为偏转镜21的旋转位置，检测偏转镜21的基准位置作为原点位置。
[0054]
[3.控制部]
[0055]
控制部3构成为进行对位控制以及扫描控制作为摆动马达22的控制。
[0056]
对位控制是在开始对摆动马达22通电后，基于由角度传感器23进行的、具体而言在本实施方式中为由增量式编码器进行的原点位置的检测结果，来使摆动马达22动作以进行偏转镜21的对位的控制。以下，在控制部3的说明中，将角度传感器23记载为作为其一个例子的增量式编码器。
[0057]
扫描控制是在进行了该对位后，使摆动马达22动作以使偏转镜21从基准位置在规定的旋转角度的范围内摆动而进行光束的扫描的控制。
[0058]
在图7的(3)中示出对位控制以及扫描控制中的偏转镜21的实际的旋转位置的推移。在图7的(3)中，将偏转镜21处于基准位置时设为0
°
，以正值示出偏转镜21从基准位置正向旋转时的旋转位置，以负值示出偏转镜21从基准位置反向旋转时的旋转位置。在偏转镜
21正向旋转的状态下，旋转位置的变化率、换言之图7的(3)所示的图表的斜率为正，在反向旋转的状态下，图表的倾斜为负。例如，在偏转镜21以基准位置为中心在旋转角度为60
°
的范围内摆动的情况下，偏转镜21的旋转位置在 30
°
～－30
°
的范围内推移。在偏转镜21的旋转方向切换的时刻，偏转镜21的旋转位置的绝对值最大。此外，在图7的(1)以及图7的(4)中也相同地示出偏转镜21的旋转位置。
[0059]
如图7的(3)所示，对位控制中的偏转镜21的旋转位置的推移的范围，即，偏转镜21的摆动幅度小于扫描控制中的偏转镜21的摆动幅度。
[0060]
在对位控制中，控制部3在开始对摆动马达22通电后使偏转镜21摆动，以通过增量式编码器检测原点信号。偏转镜21由于在摆动马达22未通电时被向返回到基准位置的方向施力，因此在开始摆动马达22的通电时位于基准位置附近。因此，只要以较小的摆动幅度使偏转镜21摆动，增量式编码器就能够检测到原点位置，无需以与扫描时相同的摆动幅度使偏转镜21摆动。
[0061]
控制部3构成为决定对摆动马达22施加的电压的值亦即电压值。在图7的(2)中示出对位控制以及扫描控制中的该电压值的推移。在图7中，以正值示出为了使偏转镜21正向旋转而施加的电压的值，以负值示出为了使偏转镜21反向旋转而施加的电压的值。
[0062]
对位控制是不使用增量式编码器的检测结果即可决定电压值的开环控制。在对位控制中，例如，使用为了偏转镜21以规定的摆动幅度摆动而预先设定的电压值。
[0063]
另外，在对位控制中，如以下那样进行偏转镜21的对位。在开始对摆动马达22通电时，偏转镜21的旋转位置从基准位置偏离了多少并不明确。因此，如图7的(4)所示，假定在开始通电时偏转镜21处于基准位置，控制部3基于图7的(2)所示的电压值来计算偏转镜21的推定旋转位置。之后，在通过增量式编码器检测到原点信号时，控制部3如图7的(4)中箭头所示的那样将偏转镜21的推定旋转位置校正为基准位置亦即0
°
。这样，控制部3使偏转镜21的推定旋转位置与实际的旋转位置对准，而成为能够扫描的状态。
[0064]
扫描控制是基于增量式编码器的检测结果以及规定的目标角度来决定电压值的反馈控制。在扫描控制中，如图7的(4)以及(5)所示，控制部3基于增量式编码器对偏转镜21的旋转位置的检测结果，来计算偏转镜21的推定旋转位置。然后，控制部3基于计算出的推定旋转位置和图7的(1)所示的位置指令值，来决定电压值。所谓的位置指令值是为了进行光束的扫描而指令偏转镜21的旋转位置，以使相对于原点位置的旋转角度成为规定的目标角度的值。在进行光束的扫描时，目标角度以及目标角度所涉及的位置指令值取推移的值。如图7的(1)以及(3)所示，偏转镜21的实际的旋转位置随着位置指令值而推移。另外，以箭头示出的偏转镜21正向旋转的期间为一次扫描期间，偏转镜21的摆动幅度为扫描范围。例如，在偏转镜21的摆动幅度为 30
°
～－30
°
的情况下，扫描范围为60
°
。此外，由于对位控制不是进行光束的扫描的控制，因此在对位控制中不使用位置指令值，由此将位置指令值设为0
°
。
[0065]
控制部3通过进行扫描控制，来执行测距处理，该测距处理为反复光束的扫描的处理。
[0066]
[4.效果]
[0067]
根据以上详细叙述的实施方式，可得到以下的效果。
[0068]
(4a)摆动马达22使偏转镜21从基准位置在规定的旋转角度的范围内摆动，其中，
上述基准位置是向扫描范围的大致中心方向反射光束的偏转镜21的旋转位置。而且，在摆动马达22未通电时，偏转镜21被向返回到基准位置的方向施力。根据这样的结构，与在摆动马达22未通电时偏转镜21不返回到基准位置的结构相比，偏转镜21的对位容易，能够减少到成为可扫描的状态为止所需的时间以及功率。
[0069]
另外，由于偏转镜21从基准位置正向旋转的角度范围以及从基准位置反向旋转的角度范围的大小相等，因此与两个角度范围的大小不同的情况相比，能够减少偏转镜21的摆动所需的峰值功率。所谓的峰值功率是摆动马达22为了使偏转镜21旋转至绝对值最大的旋转位置为止所需的功率。例如，在偏转镜21在相同的旋转角度的范围内摆动的情况下，正向旋转的角度范围以及反向旋转的角度范围相等时的偏转镜21的旋转位置的绝对值的最大值小于两个角度范围不同时的偏转镜21的旋转位置的绝对值的最大值。因此，在两个角度范围相等的情况下，与两个角度范围不同的情况相比，摆动马达22所需的峰值功率减小。
[0070]
(4b)摆动马达22构成为在无通电时摆动轴221被两个固定磁铁224向返回到静止位置的方向施力，偏转镜21以在摆动轴221处于静止位置时该偏转镜21成为基准位置的方式安装于摆动轴221。根据这样的结构，能够使用具有上述作用力的摆动马达22，在摆动马达22未通电时使偏转镜21返回到基准位置。
[0071]
(4c)作为角度传感器23的一个例子的增量式编码器构成为检测原点位置以及相对于原点位置的相对角度作为偏转镜21的旋转位置，检测偏转镜21的基准位置作为原点位置。根据这样的结构，由于偏转镜21在摆动马达22未通电时被向返回到基准位置的方向施力，因此开始摆动马达22通电后的增量式编码器对原点位置的检测变得容易。由此，能够进一步减少偏转镜21的推定旋转位置的校正所需的时间以及功率，并能够进一步减少至成为可扫描的状态为止所需的时间以及功率。
[0072]
(4d)控制部3构成为进行在开始对摆动马达22通电后进行偏转镜21的对位的对位控制和进行光束的扫描的扫描控制。对位控制中的偏转镜21的摆动幅度小于扫描控制中的偏转镜21的摆动幅度。根据这样的结构，在偏转镜21的对位时偏转镜21的摆动幅度不会不必要地变大，而能够以较少的摆动量迅速地进行偏转镜21的对位。
[0073]
(4e)对位控制是不使用增量式编码器的检测结果即可决定对摆动马达22施加的电压的值亦即电压值的开环控制。扫描控制是基于增量式编码器的检测结果以及处理的目标角度来决定该电压值的反馈控制。在假设控制部3也以反馈控制来进行对位控制的情况下，由于使用偏转镜21的推定旋转位置来决定电压值，因此由于在图7的(4)中以箭头示出的推定旋转位置的校正时的推定旋转位置的变动，所决定的电压值变得不稳定。如本实施方式那样，控制部3通过以开环控制进行对位控制，能够使对位控制中的电压值稳定。另外，控制部3通过以反馈控制进行扫描控制，能够在进行光束的扫描时严格地控制偏转镜21的旋转位置。
[0074]
此外，在本实施方式中，光束相当于发送波，光学窗5相当于透过窗，两个固定磁铁224相当于施力部，静止位置相当于规定位置。
[0075]
[5.其他实施方式]
[0076]
以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开不限定于上述实施方式，当然能够采用各种方式。
[0077]
(5a)在上述实施方式中，偏转镜21被摆动马达22所具备的两个固定磁铁224向返
回到基准位置的方向施力。但是，在测距处理结束时使偏转镜21返回到基准位置的结构并不限定于偏转镜21被两个固定磁铁224施力而返回到基准位置的结构。例如，也可以是控制部3决定对摆动马达22施加的电压的值，以使得在测距处理结束时偏转镜21返回到基准位置的结构。还例如，也可以是摆动马达22本身不具备两个固定磁铁224，而偏转镜21被设置于摆动马达22的外部的两个固定磁铁施力而返回到基准位置的结构。
[0078]
(5b)控制部3也可以构成为无论有无两个固定磁铁224，例如在测距处理结束时，都进行位置返回控制。位置返回控制是使摆动马达22动作以使偏转镜21的位置返回到基准位置的控制，是上述的反馈控制。在位置返回控制中，控制部3与上述的扫描控制同样地计算偏转镜21的推定旋转位置。然后，控制部3基于计算出的推定旋转位置和位置指令值来决定电压值。
[0079]
在图8的(2)中，示出根据图8的(1)所示的结束指令信号结束测距处理，并进行位置返回控制的情况下的位置指令值的一个例子。所谓的结束指令信号是对控制部3指令结束光束的扫描的信号。结束指令信号例如在车辆的点火开关被关闭时从光学雷达装置1的外部的ecu输出。图8的(2)所示的例子是在控制部3检测到结束指令信号的情况下，进行光束的扫描到规定的区段后，使偏转镜21的旋转位置推移至基准位置的位置指令值。在图8的(2)中，将在检测到结束指令信号时进行的扫描期间结束，而偏转镜21反向旋转并开始下一个扫描期间时作为上述区段。另外，在图8的(3)中，示出偏转镜21的实际的旋转位置。如图8的(2)以及图8的(3)所示，在位置返回控制中，偏转镜21的实际的旋转位置根据位置指令值而推移，并返回到基准位置。
[0080]
根据这样的结构，由于在测距处理结束时能够将偏转镜21的旋转位置更可靠地返回到基准位置，因此能够更可靠地进行偏转镜21的对位。
[0081]
在图8所示的例子中，在检测到结束指令信号的情况下，在进行光束的扫描到规定的区段后进行位置返回控制，但也可以在到达规定的区段前，例如在检测到结束指令信号后立即结束光束的扫描并进行位置返回控制。
[0082]
(5c)光学雷达装置1也可以还具备异常检测部，该异常检测部构成为检测光学雷达装置1中的异常。异常检测部也可以在检测到光学雷达装置1中的异常的情况下，对控制部3输出上述结束指令信号。
[0083]
(5d)在上述实施方式中，偏转镜21被两个固定磁铁224的磁力向返回到基准位置的方向施力，但使偏转镜21返回到基准位置的作用力不限定于磁力。例如，也可以使用弹簧等弹性体，利用弹性体的弹力对偏转镜21施力以使其返回到基准位置。
[0084]
(5e)在上述实施方式中，在壳体4设置有光学窗5。光学窗5在壳体4处设置于摆动非干扰位置。所谓的摆动非干扰位置是在偏转镜21被摆动驱动的情况下不干扰偏转镜21的位置。另外，如图9的(a)所示，光学窗5也可以设置于旋转干扰位置。所谓的旋转干扰位置是在壳体上在假定为偏转镜21围绕摆动轴221旋转一周的情况下干扰偏转镜21的位置。例如在沿着偏转镜21的旋转轴线s观察的情况下，旋转干扰位置包含旋转轴线s与光学窗5的最短距离比偏转镜21中的距旋转轴线s的最长距离短的位置。根据这样的结构，与如图9的(b)那样的光学窗5设置于旋转非干扰位置的结构相比，能够使光学雷达装置小型化。所谓的旋转非干扰位置是在壳体上在假定为偏转镜21围绕摆动轴221旋转一周的情况下不干扰偏转镜21的位置。此外，图9的(a)以及图9的(b)均是在将光学雷达装置设置于车辆的状态下从
铅垂方向上方观察到的示意图。
[0085]
(5f)在上述实施方式中，例示出使用增量式编码器作为角度传感器23的结构，但也可以使用增量式编码器以外的传感器。另外，扫描部20也可以是不具备角度传感器23的结构。
[0086]
(5g)在上述实施方式中，对位控制是开环控制，但也可以包含开环控制以外的控制。另外，在上述实施方式中，扫描控制是反馈控制，但也可以包含反馈控制以外的控制。
[0087]
(5h)也可以使上述实施方式中的一个构成要素所具有的功能分散为多个构成要素、或将多个构成要素所具有的功能统合为一个构成要素。另外，也可以省略上述实施方式的结构的一部分。另外，也可以将上述实施方式的结构的至少一部分附加于其他上述实施方式的结构、将上述实施方式的结构的至少一部分置换为其他上述实施方式的结构等。