[發明專利]光投射裝置

無效

• 申請號: 201210392620.5
• 申請日: 2010-11-02
• 公開（公告）號: CN103018900A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 金田一賢;游馬嘉人
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: G02B26/12
• 分類號: G02B26/12;G02B5/09
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

本申請是申請日為2010年11月2日、申請號為201010530217.5、發明名稱為“聚光透鏡及三維距離測量裝置”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及光投射裝置。

背景技術

現有一些使用激光作為測量光來測量至待測目標的距離的距離測量裝置。

這種距離測量裝置的實例包括這樣一種裝置，該裝置調制激光并用經調制的激光照射待測目標，以通過檢測從激光源向待測目標發出的光和在被目標反射后入射到光接收元件上的光之間的相位差來測量距離。

其它實例包括以下的距離測量裝置，該距離測量裝置向待測目標發出激光脈沖，以通過測量從激光源發出到在激光脈沖被待測目標反射后入射在光接收元件上的激光脈沖的往返時間來測量距離。

例如，上述距離測量裝置可以被結合在工業機器人中從而測量機器人與設置在機器人周圍的待測目標的距離、被結合在汽車中從而測量汽車之間的距離等。距離測量裝置也可以被結合在游戲設備中，從而測量預定位置與作為待測目標的用戶的距離。

在某些距離測量裝置中，在預定方向上轉動光投射鏡（light?projectingmirror），以用由光投射鏡反射的激光線性掃描待測目標，從而測量二維距離（例如，見日本專利第3908226號、日本專利第3875665號、和日本未審查專利申請公開第2009-162659號）。

在其它距離測量裝置中，圍繞與光投射鏡的轉動軸不同的轉動軸來轉動整個裝置，或者轉動棱鏡群從而擴展待測目標的掃描區，從而測量三維距離（例如，見日本專利第4059911號和日本未審查專利申請公開第07-98379號）。

在其它的距離測量裝置中，使用電流鏡（galvano?mirror）或MEMS（微電子機械系統）鏡作為光投射鏡通過激光重復執行掃描，從而測量二維或三維距離。

發明內容

在上述三維距離測量裝置中，需要在一定視角范圍內獲取關于待測目標的距離信息。

這種在一定視角范圍內獲取關于待測目標的距離信息的三維距離測量裝置的實例包括使用廣角短焦透鏡會聚整個視角范圍的激光從而使激光入射在光接收元件上的裝置。

然而，即使使用廣角短焦透鏡，由于透鏡的數值孔徑受到限制，因此，圖像的高度很大程度上依賴于視角的大小，這使得很難有效地將光會聚在光接收元件上。

因此，可以使用多個廣角短焦距透鏡以分擔（cover）視角的各分割部分，從而各透鏡按照所用的透鏡數目分擔減小的視角部分。然而，因為廣角短焦透鏡具有很大的數值孔徑，所以很難提供為多個廣角短焦透鏡共用的光接收元件。

另外，在上述三維距離測量裝置中，為了測量關于正在運動的待測目標的距離信息，特別需要精確快速地獲取距離信息。

為了精確快速地獲取距離信息，需要在一定的視角范圍內確保足量的由光接收元件接收的光，并且為了提高掃描期間內的掃描頻率并確保光接收元件的適當的頻率特性，需要減小光接收元件的光接收面積。

考慮到上述情況，期望提供確保足量的由光接收元件接收到的光并減小光接收元件的光接收面積的聚光透鏡和三維距離測量裝置。

根據本發明的實施方式，提供了一種聚光透鏡，其包括并排設置在視角的分割方向上的多個透鏡，以會聚與視角的各個分割部分相對應的范圍內的入射光，所述視角在與入射光的光軸正交的方向上被分割。

在聚光透鏡中，這些透鏡將在相應于視角的各個分割部分的范圍內的激光會聚在光接收元件上。

因此，可確保光接收元件接收到足量的光，并減小光接收元件的光接收面積。

在上述聚光透鏡中，期望多個透鏡中的至少其中一個應相對于光軸以預定角度在分割方向上被傾斜設置。

通過多個透鏡中的至少一個相對于光軸以預定角度在分割方向上被傾斜設置，可使激光以距離測量所需的預定直徑入射在光接收元件上。

這樣可以提高在距離測量中的測量精度。

在上述聚光透鏡中，期望當透鏡在分割方向上傾斜的預定角度被定義為θ_L時，應滿足下面的條件表達式（1）和（2）：

（1）如果n為奇數，則θ_L=(N-1)×(θ/n)，并且

（2）如果n為偶數，則θ_L=(N-1/2)×(θ/n)，

其中

N為參照光軸計數的透鏡的編號，

θ為分割方向上的視角，以及

n為視角被分割的數目。

通過滿足條件表達式（1）和（2），優化了透鏡的傾斜角θ_L。