扫描距离传感器.pdf

一种扫描距离传感器，其包括：外壳，具有在水平方向上为环形的透明窗口；在外壳内部的垂直型圆柱体旋转构件；圆柱体旋转构件的具有光学透镜的受光窗口；在外壳和圆柱体旋转构件之间的投光器；光学系统，用于通过圆柱体旋转构件的内表面上的反射镜将来自投光器的光引向圆柱体旋转构件的旋转轴方向；光电检测器，该光电检测器与圆柱体旋转构件相分离地固定设置，以在圆柱体旋转构件的内部区域内与圆柱体旋转构件的旋转轴相交，并且该光电检测器连接到距离运算电路；以及圆柱体旋转构件的旋转轴上的受光反射镜和投光反射镜。

1.  一种扫描距离传感器，用于通过由投光器向物体投射光，并由连接到距离运算电路的光电检测器接收由所述物体反射的光，来确定到所述物体的距离，所述扫描距离传感器包括：
投光器，该投光器具有一光源；
旋转构件，该旋转构件与所述投光器相分离，并绕旋转轴旋转；
定子，该定子向所述旋转构件提供旋转驱动力；
固定轴，该固定轴沿所述旋转轴位于所述定子的中心处；
旋转位置检测器，用于检测所述旋转构件的旋转位置；以及
光电检测器，该光电检测器位于所述固定轴上，其中
所述旋转构件具有围绕所述光电检测器的至少一圆周壁部分和一上壁部分，
用于沿径向向外反射来自所述投光器的光的投光反射镜和用于将由所述物体反射的光引向所述光电检测器的受光反射镜被设置在所述上壁部分上，并且
在所述圆周壁部分中形成透光窗口。

2.  根据权利要求1所述的扫描距离传感器，进一步包括：投光光学系统，用于将来自所述投光器的投射光引向投光反射镜；以及受光光学系统，用于将由所述受光反射镜反射的接受光会聚到与所述旋转轴相交的所述受光部分的表面中心上，其中在由所述上壁部分、所述圆周壁部分和所述光电检测器封闭的空间中容纳有所述投光光学系统和所述受光光学系统中的至少一个。

3.  根据权利要求1所述的扫描距离传感器，其中由所述光电检测器获得的信号以及所述旋转位置检测器的输出信号通过所述固定轴的内部传送到所述距离运算电路。

4.  根据权利要求2所述的扫描距离传感器，其中所述投光光学系统将来自所述投光器的光引向所述旋转轴以使该光进入保持在所述旋转轴上的所述投光反射镜，而所述受光光学系统将由所述受光反射镜反射的光引向所述旋转轴以使该光聚焦在所述旋转轴上的所述光电检测器上。

5.  根据权利要求1所述的扫描距离传感器，其中所述光源是激光器或LED。

6.  一种扫描距离传感器，用于通过由投光器向物体投射光，并由连接到距离运算电路的光电检测器接收由所述物体反射的光，来确定到所述物体的距离，所述扫描距离传感器包括：
投光器，该投光器具有一光源；
旋转构件，该旋转构件与所述投光器相分离，并绕旋转轴旋转；
定子，该定子向所述旋转构件提供旋转驱动力；
固定轴，该固定轴沿着所述旋转轴位于所述定子的中心处；
旋转位置检测器，用于检测所述旋转构件的旋转位置；
光学系统，用于将来自所述投光器的光引向所述旋转轴以将该光保持在所述旋转轴上；
投光反射镜，该投光反射镜以与所述旋转轴成预定角度的倾斜方式固定在所述旋转构件的一个壁表面上；
光电检测器，该光电检测器固定地设置在所述固定轴的一端附近该光电检测器的中心与所述旋转轴相交的位置处，并通过信号线连接到所述距离运算电路；以及
受光反射镜，该受光反射镜以与所述旋转轴成预定角度的倾斜方式固定到所述旋转构件的另一个壁表面，其中
由所述光学系统将来自所述投光器的光引到所述旋转轴上，以进入所述投光反射镜，将由所述投光反射镜反射的光沿径向投射到所述旋转构件外面的外部空间，通过受光反射镜反射从所述外部空间中的所述物体进入所述扫描距离传感器的反射光，并将该反射光引向所述光电检测器，并且所述距离运算电路基于由所述光电检测器和所述旋转位置检测器产生的信号，来计算到所述物体的距离。

7.  根据权利要求6所述的扫描距离传感器，其中所述旋转构件沿一个方向连续旋转。

8.  根据权利要求6所述的扫描距离传感器，其中所述旋转构件在预定的角度范围内以往复运动的方式旋转。

9.  根据权利要求6所述的扫描距离传感器，其中所述距离运算电路通过AM调制方法来计算到所述物体的距离。

10.  根据权利要求6所述的扫描距离传感器，其中所述旋转位置检测器是用于检测旋转角度的解算器。

11.  根据权利要求6所述的扫描距离传感器，其中一轴承位于所述固定轴的外圆周表面上，用于以可旋转的方式支撑所述旋转构件，
将转子磁铁固定到所述旋转构件上，以与用于产生旋转力的定子相对，并且所述转子磁铁和所述定子构成电机部分，并且
在所述固定轴中形成中空通孔，以使得来自所述光电检测器和所述旋转位置检测器的信号线通过该中空通孔连接到所述距离运算电路。

12.  根据权利要求6所述的扫描距离传感器，其中所述光源是激光器或LED。

13.  一种扫描距离传感器，用于通过由投光器向物体投射光，并由连接到距离运算电路的光电检测器接收由所述物体反射的光，来确定到所述物体的距离，所述扫描距离传感器包括：
外壳，包括圆周壁和在该圆周壁的一部分中的具有环形形状的透明窗口；
旋转构件，该旋转构件设置在所述外壳内部，并由电机驱动绕旋转轴旋转；
具有光学透镜的透光窗口，该透光窗口形成在所述旋转构件的圆周壁的与所述透明窗口相同高度的部分上，用于引导光穿过该透光窗口；
具有一光源的投光器，该光源设置在所述外壳和所述圆柱体旋转构件之间；
定子，用于向所述旋转构件提供旋转驱动力；
固定轴，该固定轴沿着所述旋转轴位于所述定子的中心处；
旋转位置检测器，用于检测所述旋转构件的旋转位置；
光学系统，包括设置在所述旋转构件的内表面上的一个或更多个反射镜，这些反射镜用于将来自所述投光器的光引导到所述旋转轴上；
投光反射镜，该投光反射镜以与所述旋转轴成预定角度的倾斜方式固定到所述旋转构件的上壁部分的外表面；
光电检测器，该光电检测器固定地设置在所述固定轴的上部附近该光电检测器的中心与所述旋转轴相交的位置处，并通过信号线连接到距离运算电路；
受光反射镜，该受光反射镜以与所述旋转轴成预定角度的倾斜方式固定到所述旋转构件的上壁部分的内表面，其中
通过所述光学系统将来自所述投光器的光引导到所述旋转轴上，以进入所述投光反射镜，将由所述投光反射镜反射的光通过所述透明窗口沿径向投射到所述旋转构件外面的外部空间，将由所述外部空间中的所述物体沿径向反射的光通过所述透明窗口和具有所述光学透镜的所述透光窗口引入所述旋转构件，并且通过所述受光反射镜进一步反射以引向所述光电检测器，以使所述距离运算电路计算到所述物体的距离。

14.  根据权利要求13所述的扫描距离传感器，其中所述旋转构件以一个方向连续旋转。

15.  根据权利要求13所述的扫描距离传感器，其中所述旋转构件在预定的角度范围内以往复运动的方式旋转。

16.  根据权利要求13所述的扫描距离传感器，其中所述旋转位置检测器是用于检测旋转角度的解算器。

17.  根据权利要求13所述的扫描距离传感器，其中一轴承位于所述固定轴的外圆周表面上，用于以可旋转的方式支撑所述旋转构件，
将转子磁铁固定到所述旋转构件上，以与用于产生旋转力的定子相对，并且所述转子磁铁和所述定子构成电机部分，并且
在所述固定轴中形成中空通孔，以使得来自所述光电检测器和所述旋转位置检测器的信号线通过所述中空通孔连接到所述距离运算电路。

18.  根据权利要求13所述的扫描距离传感器，其中所述光源是激光器或LED。

19.  一种扫描距离传感器，用于通过由投光器投射的光对物体进行扫描，并由连接到距离运算电路的光电检测器接收由所述物体反射的光，来确定到所述物体的距离，所述扫描距离传感器包括：
电机，包括绕一旋转轴转动的旋转构件、固定轴和定子；
具有光学透镜的透光窗口，该透光窗口形成在所述旋转构件的圆周壁的一部分上，用于引导光通过该透光窗口；
光电检测器，该光电检测器固定地设置在所述固定轴的上端附近该光电检测器的中心与所述旋转轴相交的位置处，所述光电检测器通过信号线连接到距离运算电路；
受光反射镜，该受光反射镜以与所述旋转轴成预定角度的倾斜方式固定到所述旋转构件的内壁；
包括一光源的投光器，所述投光器被设置并固定到所述旋转构件上；
半镀银反射镜，用于将来自所述投光器的光引导到所述旋转轴上；
投光反射镜，该投光反射镜以与所述旋转轴成预定角度的倾斜方式固定到所述旋转构件的外壁表面；
多个光通孔，这些光通孔设置在所述旋转构件和所述受光反射镜上，用于将由所述半镀银反射镜沿所述旋转轴反射的光引向所述投光反射镜，其中
通过所述半镀银反射镜将来自所述投光器的光引导到所述旋转轴上，以进入所述投光反射镜，将由所述投光反射镜反射的光沿径向投射到所述旋转构件外面的外部空间，通过具有所述光学透镜的所述透光窗口将由所述外部空间中的所述物体沿径向反射的光引入所述旋转构件，并进一步通过所述受光反射镜反射，以引向所述光电检测器，以使所述距离运算电路计算到所述物体的距离。

20.  根据权利要求19所述的扫描距离传感器，其中在所述固定轴内形成中空通孔，将来自所述光电检测器和所述旋转位置检测器的信号线通过所述中空通孔连接到所述距离运算电路。

21.  根据权利要求19所述的扫描距离传感器，其中所述光源是激光器或LED。

扫描距离传感器
技术领域
本发明涉及所谓的扫描距离传感器，其利用旋转或振动反射镜或者同等物通过预定角度范围内的光束对物体进行扫描并接收由该物体反射的光。
背景技术
作为如图5和6中所示的利用旋转反射镜来使光轴在360度的全角范围内偏转的扫描距离传感器已知有两种结构。每一种结构都具有与用于使反射镜转动的电机的轴一致的反射镜光轴。
图5中所示的结构使用具有旋转轴51a和51b的电机52，旋转轴51a和51b构成公共轴并分别向上和向下延伸。将投光反射镜53连接到一个轴51a，并将受光反射镜54连接到另一个轴51b，以具有相同的相位。该结构具备两个优点。一个优点是从投光光学系统到受光光学系统几乎没有光的衍射，因为投光光学系统和受光光学系统是彼此完全分离的。另一个优点是可以提高传感器的灵敏度，因为不会使漫射光在由投光和受光窗口63的内表面或由投光和受光窗口63上的尘埃微粒进行反射之后进入光电检测器56。在图5中，标号55是投光器，标号56是光电检测器，标号57和58是透镜。
图6中所示的传感器具有旋转轴51c向上伸出的电机52以及连接到旋转轴51c的投光和受光反射镜59。来自投光器55的光穿过透镜60，由半镀银(half-silvered)反射镜61向下反射，并进入投光和受光反射镜59。该反射光由投光和受光反射镜59反射，穿过半镀银反射镜61，穿过透镜62并进入光电检测器56。该结构具备两个优点。一个优点是即使与传感器的距离很近也不存在物体的盲点，因为一个公共反射镜59既用于投光反射镜也用于受光反射镜。另一个优点是当将传感器连接到诸如机器人的装置内时，可以获得高度灵活的连接，原因同上。
但是，在图5所示的结构中存在一些缺点。
首先，由于电机52位于投光反射镜53和受光反射镜54之间，所以投光光学系统和受光光学系统的光轴之间的距离变大。因此，如果物体位于附近，则反射光不能进入光电检测器56，导致出现盲点。
其次，由于光学系统位于电机的上侧与下侧，所以传感器本身沿垂直方向变长。另一方面，光学系统的中心与传感器的中心部分一致。因此，当连接到装置中时，垂直方向变长的传感器的中心部分应该为光轴。这意味着限制了连接到装置中的灵活性。尤其是，当连接到低外形(lowprofile)的装置时，存在向外延伸的部分变大的缺点。
另外，在图6所示的结构中存在一些缺点。
首先，半镀银反射镜61用于使投光光学系统和受光光学系统的光轴彼此一致。但是，在通过半镀银反射镜61分离之后光量减少为一半。因此，与图5所示的投光光学系统和受光光学系统相分离的情况相比，需要将投光器55的激光器功率和光电检测器56的放大特性总体上增大为4倍。
其次，由于使用投光和受光反射镜59，所以投射光可能由投光和受光窗口63的内表面或者由投光和受光窗口63上的尘埃微粒反射，使得该反射光可能在穿过投光和受光反射镜59以及半镀银反射镜61之后进入光电检测器56。如果提高了受光灵敏度，则可能会产生加入到图像信息中的噪声。因此，要进行一定的补偿才能提高受光灵敏度。
发明内容
本发明的一个目的是缩短从传感器向物体的投射光的光轴与由该物体反射到传感器中的反射光的光轴之间的距离。因此，即使从传感器到物体的距离很短也可以防止传感器具有盲点。本发明的另一目的是将投光光学系统与受光光学系统分开。由此，可以防止由于被投光和受光窗口或者投光和受光窗口上的尘埃微粒反射的漫射光而使传感器受到噪声的干扰，从而可以提高受光灵敏度。
为了实现该目的，扫描距离传感器的结构包括：受光部分，位于或靠近电机的固定轴，并位于受光部分的中心与电机的旋转轴一致的位置上；旋转部分，该旋转部分具有上壁部分和围绕受光部分的圆柱体圆周壁部分；以及用于驱动旋转部分的电机驱动装置。另外，在上壁部分上，分别设置有用于产生指向感测物体的投射光的投光光学系统以及用于将由物体反射的光导向受光部分的受光光学系统。作为实现该目的的具体手段地一个示例，将投光反射镜和受光反射镜构造成彼此分开的实体。另外，将投光和受光窗口设置在旋转部分的圆柱体圆周壁部分，用于使投射光和反射光通过。
在该实施例中，上壁部分和圆柱体圆周壁部分不仅是由具有密合装填(closed packed)结构的板构成的壁，而且是例如由向旋转轴方向和径向延伸的支撑柱构成的网格。
根据本发明的另一扫描传感器在上述结构中增加了以下结构。也就是说，由受光部分获得的图像信号通过电机部分的固定轴内部的空间并通向外部运算电路。然后，为了根据该图像信号计算物体的位置等，还通过电机部分的旋转轴的内部将电机的旋转位置信号传送到外部。
在传统扫描传感器的结构中，投光反射镜和受光反射镜具有直接连接到电机的旋转轴的结构，如图5和图6所示。为此，除了在电机的上侧和下侧将投光光学系统和受光光学系统分开或者通过利用半镀银反射镜将两者集成为一体以外没有其他方法。通过采用本发明的结构，可以将光电检测器和投光器设置在电机的一侧而不必使用半镀银反射镜。因此，可以将投光光学系统和受光光学系统集成为一体，同时可以实现在从传感器向物体的投光光轴与由该物体反射到传感器的受光光轴之间具有短距离的传感器。注意，可以将受光部分构造成，通过在该位置上设置光电转换元件或者通过对经由光纤等发送到其他部分的受光进行汇集，以执行光电转换和其他处理。
另外，根据本发明的扫描传感器通常可用作机器人等的视觉传感器。因此，投光光轴和受光光轴基本上沿水平方向延伸。另一方面，电机旋转轴基本上沿垂直方向延伸。将至少由受光反射镜反射的光导向电机的旋转轴，并导向受光部分。另一方面，由单独设置的投光器(光源)发出投射光，并将该投射光导向电机的旋转轴，以使得设置在旋转部分的上壁部分的投光反射镜将该投射光的方向转换成大致水平的方向。
根据该结构，本发明具有以下效果。
(1)由于投光反射镜与受光反射镜完全分开，所以可以防止由于投光和受光窗口上的尘埃微粒而导致的光衍射和不希望的光反射，从而可以将受光灵敏度提高到最大。尤其是，存在下述限制，即当通过激光器进行扫描时，为了保证人眼的安全不能将投光器的光源的功率提高到高于一预定值。因此，可以通过使用相同功率的光源来增大感测距离，这具有显著的优势。
(2)另外，从传感器向物体的投光光轴和由物体反射到传感器的受光光轴可以彼此靠近。因此，即使物体靠近传感器也能够将盲点的大小降低到对实际应用不造成问题的水平。
(3)相对于光电检测器将投光反射镜和受光反射镜设置在电机的旋转轴的同一侧。因此，在装置内部设置传感器具有高度的灵活性。尤其是在具有低外形的机器人或自动导向车辆(AGV)的情况下，仅通过从该装置中仅伸出传感器的顶部就可以在所有方向上检测物体的位置。因此，如果将该传感器用于在桌椅下自由移动的清洁机器人，则对于传感器来说这是优选的形状。
(4)设置在电极的运动部分上的仅仅是诸如投光反射镜、受光反射镜的光学元件以及诸如编码器或解算器的用于检测旋转角度的元件。不必在旋转部分上安装诸如受光元件的任何电子部件。因此，可以进行具有高可靠性的设计，并且维护也很容易。
(5)对于扫描传感器所必需的光学系统以及光电检测器可以有效地设置在电机内。因此，可以实现非常小并且紧凑的传感器。
(6)可以通过电机的固定轴内部的中空通孔将用于光电检测器和旋转位置检测器的输出信号的引线引向外部距离运算电路，因此与传统的扫描距离传感器相比可以实现非常小并且紧凑的外形。
附图说明
图1是根据本发明的扫描距离传感器的垂直截面图；
图2是根据本发明的扫描距离传感器的外形的透视图；
图3是根据本发明的扫描距离传感器的圆柱体旋转构件的水平截面图；
图4是根据本发明的变型例的扫描距离传感器的垂直截面图；
图5是传统扫描距离传感器的原理图；
图6是传统扫描距离传感器的另一原理图。
具体实施方式
下面，将参照附图对本发明的三个示例进行说明。
(第一示例)
首先，图1-3示出了本发明的第一示例。在该示例中，垂直圆柱体外壳1容纳扫描距离传感器的主体。当将本发明的扫描距离传感器用于防卫机器人或清洁机器人时，将外壳1设置在机器人头部的顶部。外壳1由诸如树脂的合适材料制成。如图1和图2所示，在高度方向比圆周壁中心的中间位置稍高的位置处，形成透明窗口2，该透明窗口2在水平方向上具有环形形状并且在垂直方向上具有恒定宽度。该透明窗口2可以由与外壳1的主要材料相分离的透明带状构件制成，以使该构件以无缝环形方式设置并接合在透明窗口的位置上。另选地，外壳1本身可以由透明材料整体地构成，并且随后可对除透明窗口以外的部分进行着色。注意，可以使整个外壳1透明从而使透明窗口的区域扩大到整个区域。但是在这种情况下，必须防止不希望的外部光进入光电检测器。
如图1所示，在外壳1的内部，将投光器3设置在与外壳1的圆周壁的内表面相邻的位置上，以沿垂直方向向上投射光。该投光器3具有诸如激光器或LED的光源。将用于产生恒定直径的光束的光学透镜4设置在投光器3的上端。将第一反射镜5固定到外壳1的顶板1a的内表面并刚好位于投光器3的上方，而将第二反射镜6固定到同一顶板1a的内表面的中心位置。将这些反射镜5和6设置为使得第一反射镜5从垂直方向向右倾斜大约45度，并且第二反射镜6向左倾斜大约45度。
如图1所示，将圆柱体旋转构件10设置在外壳1内略微向右偏移的位置处。该圆柱体旋转构件10由诸如树脂的合适材料制成，在圆周壁的上部形成具有环形的受光窗口11。将光学透镜12固定到该受光窗口11并将光学透镜12的光轴调节为与圆柱体旋转构件10的径向一致。圆柱体旋转构件10的下部具有旋转构件下端部分10b，该旋转构件下端部分10b具有减小的外径。另一方面，将电机15设置在外壳1的底部。该电机15包括：定子15a，其具有绕组线圈和芯体；圆柱体部分16，用于将定子15a固定到内圆周表面上；基板部分17，其与外壳的底部平行设置以形成圆柱体部分16的内底面；电机固定轴19，该电极固定轴19形成在基板部分17的中心；以及水平盘部分20，其固定在固定轴19的上端。另外，在电机固定轴19内部具有沿垂直方向延伸的中空通孔18。
将轴承21的内圆周表面接合并固定到电机固定轴19的外圆柱体表面，并将圆柱体旋转构件10的旋转构件下端部分10b的内圆柱体表面以可旋转的方式与轴承21的外圆周表面接合。例如，该轴承21由球轴承或滑动轴承制成。另外，将磁铁22安装到旋转构件下端部分10b的外部圆柱体表面，使其通过很小的间隙与定子15a相对。外部电源(未示出)为定子15a提供切换电流，以在定子的内圆柱体空间产生旋转磁场。该旋转磁场与设置在圆柱体旋转构件10的下端外圆周部分的磁铁22相互吸引，在两者之间产生旋转驱动力。注意，该电机并不限于无刷DC电机，还可以是同步电机等。
光电检测器25设置在盘部分20的上表面上的电机的旋转轴上，如图1和3所示。该光电检测器25由诸如光电二极管的光学传感器构成，并将光学透镜12的焦点调节到光电检测器25。通过信号线26将光电检测器25连接到设置在外壳1的外部(在防卫机器人或清洁机器人的控制部分中)的距离运算电路27。将解算器28设置在盘部分20的上表面上的光电检测器25的周围，用于精确地检测圆柱体旋转构件10的旋转角度。该解算器28包括磁性材料非均匀表面28a和解算器定子28b，其中该磁性材料非均匀表面28a例如具有形成在作为转子的圆柱体旋转构件10的内圆周表面的整个圆周上的四个平滑轮廓，解算器定子28b在盘部分20的上部外圆周表面周围具有与磁性材料非均匀表面28a相对的绕组。解算器28具备以下功能：通过检测解算器定子28b和磁性材料非均匀表面28a之间的磁导变化来高精度地检测电机的旋转位置。解算器28具有比旋转编码器等简单的结构，所以具有良好的耐用性、较高的可靠性以及较低的成本。注意，通过设置用于产生圆柱体旋转构件的单位旋转脉冲的装置并通过利用PLL电路对该脉冲信号进行分频可以实现更简单的旋转位置检测器。在这种情况下，不需要解算器28。注意，例如，通过在与基板部分17上的磁铁22相邻的位置处设置霍尔传感器或者通过在投射光的透明窗口2附近处设置受光元件，可以实现用于产生脉冲的装置。
将投光反射镜30和受光反射镜31安装到圆柱体旋转构件10的顶板部分10a以使投光反射镜30和受光反射镜31的光轴与旋转轴一致。将投光反射镜30和受光反射镜31设置成分别从垂直方向向左和向右倾斜大约45度。来自投光器3的光被第二反射镜6向下反射并进入光轴与旋转轴一致的投光反射镜30。然后，沿着径向以基本上朝向圆柱体旋转构件10的外部的水平方向照射该反射光。另一方面，通过受光窗口11的光学透镜12基本上沿水平方向进入圆柱体旋转构件10的光被光轴与旋转轴基本上一致的受光反射镜31向下反射并调节，以使其焦点变为光电检测器25的中心位置。
接下来，将对具有上述结构的扫描距离传感器的操作进行说明。投光反射镜30与圆柱体旋转构件10一起高速旋转。因此，由投光器3投射并在穿过第一反射镜5和第二反射镜6之后由投光反射镜30反射的光通过外壳1的透明窗口2连续投射在外围空间的整个圆周上，以连续地扫描外部物体。然后，由物体反射的光通过透明窗口2进入外壳1并在穿过受光窗口11的光学透镜12之后基本上沿水平方向进入受光反射镜31。此后，该光由受光反射镜31沿旋转轴向下反射，并将其焦点调节到光电检测器25，该光电检测器25将光量转换成电信号(相位信号)。通过信号线26将该电信号发送到距离运算电路27。另一方面，当光电检测器25接收到光时，解算器28b检测圆柱体旋转构件10的旋转角度，并通过信号线26将旋转角度信息发送到距离运算电路27。该距离运算电路27根据相位信号计算到物体的距离，并通过组合该距离与来自解算器28的旋转角度信息来生成平面二维图。因此，确定作为围绕旋转轴360度的物体的圆柱体旋转构件10的二维分布或二维轮廓，以使得例如可以获得用于确定防卫机器人或清洁机器人的可移动方向和距离的基本数据。通过有效和紧凑地设置电机和光学系统，可以实现具有外形比传统扫描距离传感器更小更紧凑的扫描距离传感器。
另外，将投光器设置在外壳的内部，并且通过外壳内表面上的反射镜反射来自投光器的光，以从旋转轴的方向进入旋转构件的投光反射镜。由此，使投光光学系统与受光光学系统完全分开，以使得在投光光学系统中产生的反射光不会进入受光光学系统。该结构对于增大受光灵敏度是有利的。另外，需要通过在360度上进行扫描来对二维或三维区域的距离测量精确地检测光的扫描角度。在本发明中，为圆柱体旋转构件设置了用于检测旋转角度的解算器的极性齿(polar teeth)，并支持解算器的定子以及光电检测器。因此，可以精确地检测圆柱体旋转构件的旋转角度，并且该圆柱体旋转构件仅具有不需要电的诸如反射镜的光学元件以及解算器的极性齿。因此，实质上可以提高距离传感器的耐用性和可靠性。
(第二示例)
接下来，将参照图4对本发明的第二示例进行说明。该示例是一变型例，其中在圆柱体旋转构件10内部的盘部分20上设置投光器3。如果使用激光器作为光源，则因为使用了半镀银反射镜35，所以必须为了安全而通过限制输出功率来限制受光灵敏度。但是，这具有一个很大的优点，即可以进一步减小传感器在垂直方向上的高度，因为可以取消如图1所示的外壳1内表面上的反射镜5和6。在图4中，由半镀银反射镜35向上反射的光通过受光反射镜31中心处的非常小的光通孔37以及圆柱体旋转构件10的顶板部分10a中心处的非常小的光通孔38，沿圆柱体旋转构件10的旋转轴进入投光反射镜36的下表面。该投光反射镜36从垂直方向向右倾斜大约45度，以使从下部直接进入投光反射镜36的光基本上沿水平方向反射到透明窗口2外面。其他结构与图1中所示的结构相同。
在该示例中，来自投光器3的光穿过半镀银反射镜35、光通孔37、光通孔38、投光反射镜36和透明窗口2以进入外围空间，而由物体反射的光穿过透明窗口2、光学透镜12、受光反射镜31和半镀银反射镜35以由光电检测器25接收。此后的二维图的产生与参照图1的上述内容相同。
在上述结构中，因为使用了半镀银反射镜而使受光灵敏度下降了一点。但是，由于投射光和接受光彼此分开，因此投射光的向内反射分量不会进入光电检测器。另外，因为将投光器设置在圆柱体旋转构件的内部，所以可以使距离传感器更加紧凑。而且，由于不必将反射镜安装到外壳内部，所以可以进一步减小距离传感器的高度。
(其他公共内容)
尽管上述投光器通常使用激光器作为光源，但是也可以使用LED作为光源。激光具有很小的光散射，可以容易地穿过窄通路。因此，可以使传感器的形状最小。当使用LED替代激光器时，优选地使用可以通过高频进行调制的LED。LED优于激光器，因为与出于安全考虑而限制功率的激光器相比，LED具有更大的光点。
另外，尽管对用于测量到物体的距离的方法没有作限定，但是通常采用AM调制方法。该AM调制方法是通过恒定频率对激光器或LED光进行调制、并根据调制后的信号的相位和由物体反射的光的相位之间的差异来确定距离的方法。也就是说，如果通过频率f调制的光被物体反射并返回，则具有根据光速和距离确定的相位差φ。相位差φ的值取决于光速c和距离L。因此，如果检测到相位差φ，则可以确定距离L。因此，通过由反射镜将投射光沿水平方向在360度内旋转以进行扫描，可以执行二维区域内的距离测量。可以将本发明应用于二维距离传感器。但是，通过在沿垂直方向连续增大或减小投光反射镜的角度的同时在360度内扫描投射光，也可以实现三维区域内的距离测量。在三维测量的情况下，例如可以通过光以螺旋方式对外围空间进行扫描。
尽管以上说明了本发明的多个示例，但是本发明的扫描距离传感器并不限于这些示例，在本发明的范围内可以对这些示例进行各种修改。例如，可以将图1所示的投光器3设置为与由具有高热传导性的金属(例如铝)制成并位于电机15的定子15a的外圆周部分的圆柱体部分16相接触，以使得可以容易地冷却投光器3。尽管将以上示例中的电机看作为以恒定速度沿一个方向旋转，但也可以控制电机15在预定角度范围内反向旋转。在这种情况下，距离传感器仅沿作为外圆周的延伸方向的预定方向扫描物体。此外，可以实现沿垂直方向的宽范围的宽角度扫描，即通过以预定周期绕电机15的旋转轴倾斜和振动包括外壳1的整个传感器来进行的三维扫描。
尽管已示出并说明了本发明的当前优选实施例，但是应该理解本发明并不限于此，并且在不脱离由所附权利要求所述的本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可进行各种变化和修改。