JP2007214179A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングの透光窓のうち、光学系により投受光される光が通過する通過領域の汚損の有無を的確に検出すると共に、その他の領域に付着した異物によって前記通過領域における汚損の有無の検出が阻害されることを回避する。
【解決手段】周壁部２に透光窓３を有するハウジング４の内部に、透光窓３を介して光を投受光する光学系５と、透光窓３を介して対向配置された投光器６および受光器７と、投光器６から透光窓３を通過して受光器７に至る光に基づいて透光窓３の汚損の有無を検出する汚損検出部８とを備えた光学装置１であって、透光窓３を上下方向に沿う姿勢又は上端が下端よりも外側に位置する傾斜姿勢で配置し、周壁部２に透光窓３の上端又はその上方で透光窓３よりも外側に突出する突出部２ａを設け、投光器６および受光器７のいずれか一方を突出部２ａに、他方を透光窓３の上端よりも下方における透光窓３の内側にそれぞれ配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、周壁部に透光窓を有するハウジングの内部に、透光窓を介して光を投受光する光学系が格納された光学装置の改良技術に関する。

従来、例えば光の投受光に基づいて物体までの距離を検出する測距装置等、光の投受光を利用して所定の情報を取得するように構成された光学装置は、ハウジングの内部に、光を投受光する光学系を収容した構造のものが広く利用されている。かかる光学装置のハウジングの周壁部には、透光窓が設けられると共に、この透光窓を介して光学系による光の投受光が行われるのが通例とされている。

しかしながら、この種の光学装置においては、透光窓に塵埃等の異物が付着して透光窓が汚損されると、光学系による光の投受光が阻害される可能性がある。そのため、仮に、このような事態が生じた場合には、かかる事態を早期に検出することが望まれる。

そこで、この対策として、例えば下記の特許文献１には、透光窓の汚損の有無を検出可能な構成を備えた測距装置が開示されている。具体的には、同文献に開示の測距装置１００は、図６に示すように、物体１０１までの距離を測定する光学系１０２を内部に収容したハウジング１０３を備えている。ハウジング１０３の周壁部１０４には、透光窓１０５が設けられており、この透光窓１０５を介して投光器１０６および受光器１０７が対向配置されている。

詳述すると、透光窓１０５は、光学系１０２によって投受光される光が通過する第一傾斜部１０５ａと、その下端に連なる第二傾斜部１０５ｂとを有している。第一傾斜部１０５ａは、上端が下端よりも外側に位置し、且つ、水平方向よりも垂直方向に近い状態で傾斜している。これに対して、第二傾斜部１０５ｂは、上端が下端よりも内側に位置し、且つ、垂直方向よりも水平方向に近い状態で傾斜している。そして、投光器１０６から出射された光は、第一傾斜部１０５ａおよび第二傾斜部１０５ｂを通過した後、受光器１０７に受光されると共に、受光器１０７に受光された光の光量レベルに基づいて透光窓１０５の汚損の有無を検出するようになっている。
米国特許第５４５５６６９号公報

ところで、上記の第二傾斜部１０５ｂは、上述のように水平に近い状態で傾斜しているため、塵埃等の異物が付着して汚損しやすい形態となっているが、光学系１０２の光の投受光は第一傾斜部１０５ａを介して行われるため、第二傾斜部１０５ｂの汚損の有無は、光学系１０２による光の投受光に悪影響を及ぼすものではない。

しかしながら、投光器１０５から出射される光は、第一傾斜部１０５ａおよび第二傾斜部１０５ｂを通過して受光器１０７に至るため、第二傾斜部１０５ｂが汚損されていると、本来的に検出すべき第一傾斜部１０５ａの汚損の有無にかかわらず、透光窓１０５が汚損されていると判断されてしまう。したがって、光学系１０２による光の投受光に直接影響する第一傾斜部１０５ａの汚損の有無を的確に検出することができないという問題がある。

本発明の課題は、ハウジングの透光窓のうち、光学系により投受光される光が通過する通過領域の汚損の有無を的確に検出すると共に、その他の領域に付着した異物によって前記通過領域における汚損の有無の検出が阻害されることを回避することにある。

上記課題を解決するために創案された本発明は、周壁部に透光窓を有するハウジングを備えると共に、該ハウジングの内部に、前記透光窓を介して光を投受光する光学系と、前記投受光方向と異なる方向に前記透光窓を介して対向配置された投光器および受光器と、前記投光器から透光窓を通過して前記受光器に至る光に基づいて前記透光窓の汚損の有無を検出する汚損検出部とを備えた光学装置において、前記透光窓は、上下方向に沿う姿勢又は上端が下端よりも外側に位置する傾斜姿勢で配置され、前記周壁部に、前記透光窓の上端又はその上方で該透光窓よりも外側に突出する突出部を設け、前記投光器および前記受光器のいずれか一方を前記突出部に配置すると共に、他方を前記透光窓の上端よりも下方における該透光窓の内側に配置したことに特徴付けられる。

上記の構成によれば、光学系により投受光される光が通過する透光窓は、上下方向に沿う姿勢又はその上端が下端よりも外側に位置する傾斜姿勢で配置されているため、透光窓は、塵埃等の異物が付着し難い形態となる。かかる透光窓の汚損を検出するために配置される投光器および受光器は、その一方が透光窓の上端又はその上方で透光窓よりも外側に突出する突出部に配置され、他方が透光窓の上端よりも下方における透光窓の内側に配置される。したがって、投光器から出射されて受光器に至る光の光路上でハウジングの外方空間に対して上向きを向いた領域、すなわち塵埃等の異物が付着しやすい領域が存在しないこととなる。そのため、投光器から透光窓を通過して受光器に至る光に基づいて透光窓の汚損の有無を検出するに際して、かかる透光窓以外の領域の汚損によって、透光窓の汚損の検出が阻害されるこという事態を的確に回避することが可能となる。

上記の構成において、前記突出部の下面に、前記投光器からの光又は前記受光器への光を透過する透光性部材を設けてもよい。

このようにすれば、投光器から出射された光は、透光窓および突出部の下面を通過して、受光器に受光される。この場合、突出部の下面は、ハウジングの外方空間に対して下方を向いた面となるので、塵埃等の異物が付着し難い形態となる。したがって、透光窓の汚損の有無を検出するに際して、突出部の下面が透光窓の検出を阻害するものとはならず、上述の作用効果をより確実に得ることができる。なお、突出部の下面に設けられた透光性部材は、透光窓と別体に形成されたものに限らず、後述のように透光窓と一体に形成されたものであってもよい。また、突出部の下面の全域が透光性部材で形成されたものに限らず、突出部の下面の一部領域が透光性部材で形成されているものであってもよい。

上記の構成において、前記透光性部材を、前記透光窓と一体形成してもよい。

このようにすれば、透光性部材と透光窓が一体形成されるため、光学装置の製造工程の簡略化が促進され、ひいては生産効率の向上を図ることが可能となる。

上記の構成において、前記突出部の下面に、前記投光器の投光面又は前記受光器の受光面を露出させるための開口部を設けてもよい。

このようにすれば、開口部から投光器の投光面又は受光器の受光面が、突出部の下面からハウジングの外方空間に露出する。この場合、投光器の投光面又は受光器の受光面が、ハウジングの外方空間に露出することになるが、かかる投光面又は受光面はハウジングの外方空間に対して下方を向いた面となるため、塵埃等の異物が付着し難い形態となる。したがって、投光器から出射された光は、透光窓を通過した後、受光部に的確に受光されることとなり、上述の作用効果を同様に得ることが可能となる。

上記の構成において、前記投光器から出射された光が、前記透光窓内で前記光学系から出射された光の通過領域を通過するように構成することが好ましい。

このようにすれば、透光窓のうち、光学系から出射された光の通過領域における汚損の有無を的確に検出することが可能となる。また、光学系から出射される光は、光学系に受光される光に比べて、透光窓の通過領域が狭小に設計される場合がある。この場合には、光学系から出射される光は、光学系に受光される光に比べて、透光窓の汚損の影響を受けやすいこととなる。そのため、上述のように、透光窓のうち、光学系から出射された光の通過領域における汚損の有無を検出することで、光学系による光の投受光に特に悪影響を与える汚損を的確に検出することができるため、実用上極めて有利となる。

上記の構成において、前記投光器および前記受光器の双方を、周方向に沿って複数配置してもよい。

このようにすれば、透光窓の汚損を検出可能な領域が、周方向に沿って拡大し、透光窓の汚損の有無をより緻密に検出することが可能となる。

上記の構成において、少なくとも一つの前記投光器から出射された拡散光が、二つ以上の前記受光器に入射するように構成してもよい。

このようにすれば、投光器及び受光器を周方向に沿って複数配置する場合に、受光器に比べて投光器の設置数を少なくすることが可能となる。したがって、透光窓内での汚損の有無を検出可能な領域を拡大しつつ、コストの削減を図ることが可能となる。

上記の構成において、前記透光窓の下端又はその下方で、該透光窓よりも外側に突出する突出部を更に設けてもよい。

このようにすれば、透光窓の上下両側に突出部が形成され、かかる突出部に対して透光窓が内側に窪んだ位置に配置されることとなる。したがって、透光窓に外部から直接衝撃が加わり難くなるため、光学装置としての耐久性の向上を図ることが可能となる。

上記の構成において、前記光学系が、前記透光窓の外方空間に位置する物体に光を投光すると共に、該物体で反射した光を受光し、前記物体までの距離を検出するように構成してもよい。

このようにすれば、上述の作用効果に加えて、光学装置を、光学系から出射された光を反射する物体までの距離を検出する測距装置として利用することが可能となる。

以上のような本発明によれば、投光器から出射されて受光器に至る光の光路上に、塵埃等の異物が付着しやすい領域が存在しないため、投光器から透光窓を通過して受光器に至る光に基づいて透光窓の汚損の有無を検出した場合に、かかる透光窓以外の領域の汚損によって、透光窓の汚損の有無の検出が阻害されるこという事態を的確に回避することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る光学装置の全体構成を示す概略縦断面図である。同図に示すように、この光学装置１は、周壁部２に透光窓３を有するハウジング４を備えると共に、このハウジング４の内部に、透光窓３を介して光を投受光する光学系５と、光学系５の投受光方向（図１のＡ−Ａ方向）と異なる方向に透光窓３を介して対向配置された投光器６および受光器７と、投光器６から透光窓３を通過して受光器７に至る光に基づいて透光窓３の汚損の有無を検出する汚損検出部８（後述する図２参照）とを主たる構成要素として備えている。

詳述すると、ハウジング４は、全体として上下両端が閉じられた略円筒状を呈している。このハウジング４の周壁部２に設けられた透光窓３は、周壁部２に沿って上下方向に所定の幅を有する円環状をなし、その外表面が略鉛直方向に沿う姿勢で配設されている。透光窓３の上端には、透光窓３よりも外側に突出する突出部２ａが設けられている。そして、突出部２ａの下面２ａ１は透光性部材で形成されており、その基端が透光窓３の上端と連続している。なお、本実施形態では、突出部２ａの下面２ａ１が略水平方向に沿って延在している。また、光学装置の製造工程において、透光性部材と透光窓３が一体形成されている。

投光器６は、突出部２ａに配置されると共に、受光器７が透光窓３の下方であって且つ透光窓３の内側に配置されている。投光器６としては、例えばＬＥＤ等の光源が利用され、受光器７としては、フォトダイオード等の光センサが利用される。そして、投光器６から出射された光は、突出部２ａの下面２ａ１を通過した後、さらに透光窓３を通過して受光器７に至るようになっている。この際、投光器６から出射された光が、透光窓３を通過する位置は、後述する光学系５から出射された光が透光窓３を通過する領域Ｘに含まれるようになっている。

投光器６と受光器７には、図２に示すように、汚損検出部８が接続されており、投光器６から出射した際に、受光器７に受光される光に基づいて透光窓３の汚損を検出するようになっている。具体的には、汚損検出部８には、予め所定の閾値が設定されている。汚損検出部８は、投光器６から出射された光が突出部２ａの下面２ａ１および透光窓３を通過して受光器７に受光された際に、かかる受光器７から出力される電気信号の信号強度が閾値に満たない場合には透光窓３に汚損が存在すると判断し、電気信号が閾値以上の場合には透光窓３に汚損が存在しないと判断するようになっている。また、汚損検出部８は、透光窓３に汚損が存在すると判断した場合には、警告信号を出力するようになっており、管理者等に、透光窓３に汚損が存在することを知らせるようになっている。なお、前記閾値は、透光窓３に汚損がない状態で、投光器６から出射された光を受光器７で受光し、この際に、受光器７から出力される電気信号の信号強度を基準値として、この基準値よりも小さい値に設定される。具体的には、閾値は、光学装置１の要求仕様や使用態様等に応じて適宜設定されるが、例えば基準値の７０〜９０％、好ましくは８０％に設定される。

また、透光窓３のうち、汚損の有無が検出可能な領域は、投光器６から出射された光が通過する領域である。本実施形態では、投光器６および受光器７が、図３に示すように、ハウジング４の周方向に沿って複数組配置されており、透光窓３内の複数箇所に投光器６から出射された光が通過して受光器７に至るようになっており、透光窓３の汚損の有無を周方向に沿って緻密に検出可能となっている。汚損検出部８には、これら複数の投光器６と受光器７が接続されている。

光学系５は、図１に示すように、光の投受光に基づいて透光窓３の外方空間に存する物体９までの距離を測定するように構成されており、光学装置１が測距装置として機能するようになっている。詳述すると、光学系５は、基本的な構成として、投光部１０と、受光部１１と、走査ミラー１２と、ハーフミラー１３とを備えている。走査ミラー１２は、駆動部１４から上向きに突出した回転体１５に取り付けられている。投光部１０から出射された光は、ハーフミラー１３で下向きに反射された後、光学レンズ１６で所定の広がり角度を有するビームに成形される。光学レンズ１６を下向きに通過した光は、走査ミラー１２で図中の左右方向に反射されると共に、ハウジング４の透光窓３を通過して、回転体１５の回転軸（投光部１０から出射される光の光軸）を中心とする透光窓３の外方空間の約３６０度に亘って走査される。一方、透光窓３の外方空間における光の走査領域内に存する物体９で反射した反射光は、投光部１０から出射された光とほぼ同一の光路を逆向きに戻り、透光窓３を通過してハウジング４の内部に導入されると共に、走査ミラー１２で上向きに反射され、光学レンズ１６により集束されながら、ハーフミラー１３を通過して受光部１１へ焦点として結像する。

この際、本実施形態では、光学系５に受光される光が透光窓３を通過する領域Ｙは、光学系５から出射される光が透光窓３を通過する領域Ｘに比べて大きくなっている。そのため、投光器６から出射された光が、上述のように、光学系５から出射される光が透光窓３を通過する領域Ｘを通過して受光器７に受光されるように構成することで、透光窓３のうち、特に光学系５の光の投受光に影響を与える領域Ｘの汚損の有無を的確に検出することが可能となる。

光学系５は、物体９までの距離を演算する図示しない距離演算部と、走査ミラー１２の回転位置を検出する回転位置検出部１７とを備えている。距離演算部は、投光部１０から出射される光と、受光部１１に受光される光に基づいて、物体９までの距離を演算するようになっている。一方、回転位置検出部１７は、回転軸の外周面に固定された光学的スリットを有するスリット板１７ａと、スリット板１７ａの回転経路上に配置されたフォトインタラプタ１７ｂによって構成されている。そして、回転位置検出部１７のフォトインタラプタ１７ｂで検出された走査ミラー１２の回転位置情報が距離演算部に入力されるようになっている。距離演算部は、物体９までの演算距離と、入力された走査ミラー１２の回転位置情報とを組み合わせて、走査領域内の物体９の位置を検出するようにもなっている。なお、距離演算部における距離の演算方式としては、例えば、光をパルス状に強度変調し、投光部１０から出射される光と、受光部１１に受光される光との投受光の時間差から距離を求めるＴＯＦ方式や、光をある一定の周波数でＡＭ強度変調して、投光部１０から出射される光の変調信号成分と、受光部１１に受光される光の変調信号成分との位相差から距離を求めるＡＭ方式や、光を三角波の形で波長変調し、投光部１０から出射される光と、受光部１１で受光される光との干渉光の周波数信号から距離を求めるＦＭ−ＣＷ方式などを適用することができる。

以上のように、本実施形態に係る光学装置１によれば、光学系５により投受光される光が通過する透光窓３は、略鉛直方向に沿う姿勢で配置されているため、透光窓３は、塵埃等の異物が付着し難い形態となる。そのため、光学装置１の長期間の連続使用が可能な構成とされている。さらに、透光窓３の汚損を検出するために配置される投光器６および受光器７は、投光部１０が突出部２ａに配置され、他方が透光窓３の下方における透光窓３の内側に配置される。したがって、投光器６から出射されて受光器７に至る光の光路上でハウジング４の外方空間に対して上向きを向いた領域、すなわち塵埃等の異物が付着しやすい領域が存在しないこととなる。そのため、投光器６から透光窓３を通過して受光器７に至る光に基づいて透光窓３の汚損の有無を検出するに際して、かかる透光窓３以外の領域の汚損によって、透光窓３の汚損の検出が阻害されるこという事態を可及的に低減することが可能となる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、突出部２ａの下面２ａ１を透光性部材で形成したものを例示したが、図４に示すように、突出部２ａの下面２ａ１に開口部２ａ１１を設け、この開口部２ａ１１から投光器６の投光面が、ハウジング４の外方空間に露出するようにしてもよい。この際、開口部２ａ１１に投光器６が、隙間なく嵌合されていることが好ましい。また、突出部２ａは、透光窓３の上端に連続したものに限らず、透光窓３の上端から間隔を空けて、透光窓３の上方で透光窓３の上端よりも外側に突出するものであってもよい。

また、上記の実施形態では、投光器６と受光器７とが一対になって、それぞれが周方向に沿って同数台配置されたものを例示したが、図５に示すように、投光器６として、拡散光を出射するものを利用し、周方向に沿って配置された各投光器６から出射された拡散光が、透光窓３を通過して、周方向に沿って配置された２以上の受光器７に受光されるように構成してもよい。このようにすれば、受光器７の設置台数に比べて、投光器６の設置台数を削減することが可能となるため、透光窓３の汚損の有無を周方向に沿って緻密に検出可能な構成としつつ、光学装置１のコストの削減を図ることができる。

さらに、上記の実施形態では、透光窓３をハウジング４の全周に形成したものを例示したが、透光窓３が、ハウジング４の周壁部２の一部区間にのみ形成されたものであってもよい。この場合、投光器６と受光器７も、透光窓３が形成された領域に対応した周方向の一部区間に配置される。

また、上記の実施形態では、透光窓３の上端に突出部２ａを設けたものを例示したが、透光窓３の下端又はその下方に、透光窓３の下端よりも外側に突出する突出部を更に設けてもよい。このようにすれば、透光窓３がハウジング４の周壁部２のうち、透光窓３に対応した部分が内側に窪んだ状態となるため、透光窓３に外部からの衝撃が加わり難くなり、光学装置１の耐久性の向上を図ることが可能となる。

さらに、上記の実施形態では、投光器６が上方に、受光器７が下方に位置するように配置したものを例示したが、投光器６と受光器７を上下入れ替えて配置してもよい。

また、上記の実施形態では、透光窓３は略鉛直方向に沿う姿勢で配置されたものを例示したが、塵埃等の異物が付着する割合を低減するという観点からは、透光窓３を上端が下端よりも外側に位置する傾斜姿勢で配置したものであってもよい。

本発明の一実施形態に係る光学装置を模式的に示す概略縦断面図である。 本実施形態に係る光学装置の要部を示す概略図である。 本実施形態に係る光学装置を、内部の光学系を省略して模式的に示す概略斜視図である。 本実施形態の変形例を示す概略図である。 本実施形態の変形例を示す概略図である。 従来の測距装置を示す概略図である。

符号の説明

１ 光学装置
２ 周壁部
２ａ 突出部
２ａ１ 突出部下面
２ａ１１ 開口部
３ 透光窓
４ ハウジング
５ 光学系
６ 投光器
７ 受光器
８ 汚損検出部
９ 物体
１０ 投光部
１１ 受光部
１２ 走査ミラー
１３ ハーフミラー
１４ 駆動部
１５ 回転体
１６ 光学レンズ
１７ 回転位置検出部
１７ａ スリット板
１７ｂ フォトインタラプタ

Claims (9)

1. 周壁部に透光窓を有するハウジングを備えると共に、該ハウジングの内部に、前記透光窓を介して光を投受光する光学系と、前記投受光方向と異なる方向に前記透光窓を介して対向配置された投光器および受光器と、前記投光器から透光窓を通過して前記受光器に至る光に基づいて前記透光窓の汚損の有無を検出する汚損検出部とを備えた光学装置において、
   前記透光窓は、上下方向に沿う姿勢又は上端が下端よりも外側に位置する傾斜姿勢で配置され、
   前記周壁部に、前記透光窓の上端又はその上方で該透光窓よりも外側に突出する突出部を設け、
   前記投光器および前記受光器のいずれか一方が、前記突出部に配置されると共に、他方が前記透光窓の上端よりも下方における該透光窓の内側に配置されることを特徴とする光学装置。
2. 前記突出部の下面に、前記投光器からの光又は前記受光器への光を透過する透光性部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記透光性部材は、前記透光窓と一体形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 前記突出部の下面に、前記投光器の投光面又は前記受光器の受光面を露出させるための開口部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
5. 前記透光窓のうち、前記光学系から出射された光が通過する領域を、前記投光器から出射された光が通過するように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学装置。
6. 前記投光器および前記受光器の双方を、周方向に沿って複数配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学装置。
7. 少なくとも一つの前記投光器から出射された拡散光が、二つ以上の前記受光器に入射するように構成したことを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
8. 前記透光窓の下端又はその下方で、該透光窓よりも外側に突出する突出部を更に設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学装置。
9. 前記光学系が、前記透光窓の外方空間に位置する物体に光を投光すると共に、該物体で反射した光を受光し、前記物体までの距離を検出するように構成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光学装置。

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