[发明专利]光投射装置

说明书

本申请是申请日为2010年11月2日、申请号为201010530217.5、发明名称为“聚光透镜及三维距离测量装置”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及光投射装置。

背景技术

现有一些使用激光作为测量光来测量至待测目标的距离的距离测量装置。

这种距离测量装置的实例包括这样一种装置，该装置调制激光并用经调制的激光照射待测目标，以通过检测从激光源向待测目标发出的光和在被目标反射后入射到光接收元件上的光之间的相位差来测量距离。

其它实例包括以下的距离测量装置，该距离测量装置向待测目标发出激光脉冲，以通过测量从激光源发出到在激光脉冲被待测目标反射后入射在光接收元件上的激光脉冲的往返时间来测量距离。

例如，上述距离测量装置可以被结合在工业机器人中从而测量机器人与设置在机器人周围的待测目标的距离、被结合在汽车中从而测量汽车之间的距离等。距离测量装置也可以被结合在游戏设备中，从而测量预定位置与作为待测目标的用户的距离。

在某些距离测量装置中，在预定方向上转动光投射镜（light projectingmirror），以用由光投射镜反射的激光线性扫描待测目标，从而测量二维距离（例如，见日本专利第3908226号、日本专利第3875665号、和日本未审查专利申请公开第2009-162659号）。

在其它距离测量装置中，围绕与光投射镜的转动轴不同的转动轴来转动整个装置，或者转动棱镜群从而扩展待测目标的扫描区，从而测量三维距离（例如，见日本专利第4059911号和日本未审查专利申请公开第07-98379号）。

在其它的距离测量装置中，使用电流镜（galvano mirror）或MEMS（微电子机械系统）镜作为光投射镜通过激光重复执行扫描，从而测量二维或三维距离。

发明内容

在上述三维距离测量装置中，需要在一定视角范围内获取关于待测目标的距离信息。

这种在一定视角范围内获取关于待测目标的距离信息的三维距离测量装置的实例包括使用广角短焦透镜会聚整个视角范围的激光从而使激光入射在光接收元件上的装置。

然而，即使使用广角短焦透镜，由于透镜的数值孔径受到限制，因此，图像的高度很大程度上依赖于视角的大小，这使得很难有效地将光会聚在光接收元件上。

因此，可以使用多个广角短焦距透镜以分担（cover）视角的各分割部分，从而各透镜按照所用的透镜数目分担减小的视角部分。然而，因为广角短焦透镜具有很大的数值孔径，所以很难提供为多个广角短焦透镜共用的光接收元件。

另外，在上述三维距离测量装置中，为了测量关于正在运动的待测目标的距离信息，特别需要精确快速地获取距离信息。

为了精确快速地获取距离信息，需要在一定的视角范围内确保足量的由光接收元件接收的光，并且为了提高扫描期间内的扫描频率并确保光接收元件的适当的频率特性，需要减小光接收元件的光接收面积。

考虑到上述情况，期望提供确保足量的由光接收元件接收到的光并减小光接收元件的光接收面积的聚光透镜和三维距离测量装置。

根据本发明的实施方式，提供了一种聚光透镜，其包括并排设置在视角的分割方向上的多个透镜，以会聚与视角的各个分割部分相对应的范围内的入射光，所述视角在与入射光的光轴正交的方向上被分割。

在聚光透镜中，这些透镜将在相应于视角的各个分割部分的范围内的激光会聚在光接收元件上。

因此，可确保光接收元件接收到足量的光，并减小光接收元件的光接收面积。

在上述聚光透镜中，期望多个透镜中的至少其中一个应相对于光轴以预定角度在分割方向上被倾斜设置。

通过多个透镜中的至少一个相对于光轴以预定角度在分割方向上被倾斜设置，可使激光以距离测量所需的预定直径入射在光接收元件上。

这样可以提高在距离测量中的测量精度。

在上述聚光透镜中，期望当透镜在分割方向上倾斜的预定角度被定义为θ_L时，应满足下面的条件表达式（1）和（2）：

（1）如果n为奇数，则θ_L=(N-1)×(θ/n)，并且

（2）如果n为偶数，则θ_L=(N-1/2)×(θ/n)，

其中

N为参照光轴计数的透镜的编号，

θ为分割方向上的视角，以及

n为视角被分割的数目。

通过满足条件表达式（1）和（2），优化了透镜的倾斜角θ_L。