專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)裝置及移動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)裝置和搭載有該光學(xué)裝置的移動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
根據(jù)對(duì)物體的投射光與來(lái)自物體的反射光之間的相位差來(lái)測(cè)定至該物體的距離的光學(xué)裝置已被提案(例如，參照日本特開(kāi)2004-257935號(hào)公報(bào))。以往，為了進(jìn)行大范圍的物體檢知或測(cè)距，在投光器前配置柱面透鏡，通過(guò)提高該透鏡的曲率來(lái)實(shí)現(xiàn)大范圍的投光。從高精度測(cè)距的觀點(diǎn)考慮，激光二極管等的激光光源作為光源被采用。同時(shí)，還提案有使圖像通過(guò)雙凸透鏡，可以向視聽(tīng)者提供較寬、且明亮的映像的屏幕。

發(fā)明內(nèi)容
然而，隨著柱面透鏡的曲率的升高，因該透鏡要增厚，由此，光學(xué)裝置的緊湊化較為困難。
因而，本發(fā)明將提供一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)涉及大范圍投光以及緊湊化的光學(xué)裝置和搭載有該光學(xué)裝置的移動(dòng)裝置作為要解決的課題。
為解決所述課題的第1發(fā)明的光學(xué)裝置，其特征為，其是具有投光單元和受光單元的光學(xué)裝置，所述投光單元由經(jīng)投光器和雙凸透鏡板以相鄰接、且階層性地被配置的形式構(gòu)成，該雙凸透鏡板的一面上形成第1柱面透鏡列陣，該雙凸透鏡板的另一面上形成第2柱面透鏡列陣，該第2柱面透鏡列陣具有與該第1柱面透鏡列陣的母線相正交的母線；所述受光單元具有受光器。所述投光單元和所述受光單元以由所述投光器經(jīng)所述雙凸透鏡板投光、并可由所述受光器感知被物體反射的光的方式相互鄰接、并構(gòu)成一體。
根據(jù)第1發(fā)明的光學(xué)裝置，經(jīng)形成于雙凸透鏡板一面上的第1柱面透鏡列陣，能夠?qū)崿F(xiàn)使向與其母線相正交方向的投射光擴(kuò)散。另外，經(jīng)形成于雙凸透鏡板另一面上的第2柱面透鏡列陣，能夠?qū)崿F(xiàn)使向與其母線相正交方向的投射光擴(kuò)散。由于第1柱面透鏡列陣和第2柱面透鏡列陣各自的母線相正交，投射光經(jīng)雙凸透鏡板可以向正交的兩個(gè)方向(例如，上下方向和左右方向)被大范圍地?cái)U(kuò)散。即使在由投射器投射激光的情況下，也能夠防止因激光被大范圍分散而使其強(qiáng)度局部性偏置的情況。另外，因激光二極管所輸出的光束呈微小的圓錐形，如光損失較多時(shí)，則光無(wú)法向大范圍照射。但是通過(guò)采用光損失較小的雙凸透鏡板，光可以被大范圍照射。
另外，雙凸透鏡板具有與投光器的距離無(wú)關(guān)而能分散光的特性。由于利用了該特性使投光器和雙凸透鏡板相鄰接、且階層性地被配置而構(gòu)成投光單元，由此，在投光方向的方面上，能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)裝置的緊湊化。而且，由于投光單元與受光單元相鄰接、且構(gòu)成一體，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)提高光學(xué)裝置的整體緊湊化和維修作業(yè)的簡(jiǎn)單化等的處理的便利性。另外，因?yàn)闆](méi)有必要設(shè)置擺動(dòng)投光器的設(shè)備來(lái)使光被大范圍投射，由此，可以實(shí)現(xiàn)空間上的緊湊化。
另外，第2發(fā)明的光學(xué)裝置具有下述特征即，在第1發(fā)明的光學(xué)裝置中，所述投光單元由安裝有投光側(cè)控制器的第1電路基板、所述投光器和所述雙凸透鏡板以相鄰接、且階層性地被配置的形式構(gòu)成，其中，該投光側(cè)控制器控制該投光器的投光。
根據(jù)第2發(fā)明的光學(xué)裝置，除了如上所述的投光器與雙凸透鏡板相鄰接、且階層性地被配置之外，安裝有投光側(cè)控制器的電路基板也鄰接于所述投光器及雙凸透鏡板、且階層性被配置，以此方式來(lái)構(gòu)成投光單元。由此，可以實(shí)現(xiàn)具有投光側(cè)控制器和安裝有該投光側(cè)控制器的第1電路基板的光學(xué)裝置的緊湊化。
并且，第3發(fā)明的光學(xué)裝置具有下述特征即，在第1發(fā)明的光學(xué)裝置中，所述受光單元由安裝有受光側(cè)控制器的第2電路基板和所述受光器以相鄰接、且階層性地被配置的方式構(gòu)成，該受光側(cè)控制器根據(jù)由該受光器感知到的光來(lái)認(rèn)知所述物體的存在或測(cè)定所述物體的位置。
另外，第4發(fā)明的光學(xué)裝置具有下述特征即，在第2發(fā)明的光學(xué)裝置中，所述受光單元由安裝有受光側(cè)控制器的第2電路基板和所述受光器以相鄰接、且階層性地被配置的方式構(gòu)成；該受光側(cè)控制器根據(jù)該受光器感知到的光來(lái)認(rèn)知所述物體的存在或測(cè)定所述物體的位置。
根據(jù)第3或第4發(fā)明的光學(xué)裝置，安裝有受光側(cè)控制器的第2電路基板和受光器以相鄰接、且階層性地被配置的方式構(gòu)成受光單元。由此，具有受光側(cè)控制器和安裝有該受光側(cè)控制器的第2電路基板的光學(xué)裝置可以實(shí)現(xiàn)其緊湊化。
并且，第5發(fā)明的光學(xué)裝置具有下述特征即，在第4發(fā)明的光學(xué)裝置中，所述受光側(cè)控制器根據(jù)經(jīng)通信線與所述投光側(cè)控制器的通信來(lái)測(cè)定所述物體的位置。
根據(jù)第5發(fā)明的光學(xué)裝置，如上所述，因投光單元與受光單元相鄰接被配置，投光側(cè)控制器和受光側(cè)控制器之間的距離被縮短。由此，連接投光側(cè)控制器和受光側(cè)控制器的通信線被短縮，抑制該通信線信號(hào)中重疊干擾的情況，實(shí)現(xiàn)受光側(cè)控制器的物體認(rèn)知精度或物體位置測(cè)定精度的提高。
另外，第6發(fā)明的光學(xué)裝置具有下述特征即，在第1發(fā)明的光學(xué)裝置中，所述受光器朝向第1方向，所述投光單元和所述受光單元在與第1方向正交的第2方向上相互鄰接、并構(gòu)成為一體。
根據(jù)第6發(fā)明的光學(xué)裝置，通過(guò)下述方式可實(shí)現(xiàn)其緊湊化即，受光器的受光方向與投光單元和受光單元的鄰接方向?yàn)檎坏姆绞脚渲迷搩蓡卧?br> 為解決所述課題的第7發(fā)明的移動(dòng)裝置具有以下的特征即，該移動(dòng)裝置是一種搭載有光學(xué)裝置的、且具有移動(dòng)功能的移動(dòng)裝置，所述光學(xué)裝置具有投光單元和受光單元，其中，所述投光單元，其由安裝有投光側(cè)控制器的第1電路基板、投光器、雙凸透鏡板以相鄰接、且階層性地被配置的方式構(gòu)成；該投光側(cè)控制器控制該投光器的投光；該雙凸透鏡板的一面上形成有第1柱面透鏡列陣，該雙凸透鏡板的另一面上形成有第2柱面透鏡列陣，該第2柱面透鏡列陣具有與該第1柱面透鏡列陣的母線相正交的母線，所述受光單元，其由安裝有受光側(cè)控制器的第2電路基板、所述投光器以相鄰接、且階層性地被配置構(gòu)成；該受光側(cè)控制器根據(jù)由該受光器感知到的光認(rèn)知物體的存在或測(cè)定物體的位置，所述投光單元和所述受光單元以利用所述投光器經(jīng)所述雙凸透鏡板投光、且所述受光器可感知到被所述物體反射的光的方式相互鄰接且構(gòu)成一體。
根據(jù)第7發(fā)明的移動(dòng)裝置，可使所搭載的光學(xué)裝置(相當(dāng)于第5發(fā)明的光學(xué)裝置)向例如移動(dòng)裝置的行進(jìn)方向或前方的大范圍照射光。因此，能夠使光學(xué)裝置的受光側(cè)控制器對(duì)涉及大范圍的物體的有無(wú)進(jìn)行判定，或使其對(duì)物體的位置或是距移動(dòng)裝置的距離進(jìn)行測(cè)定。并且，根據(jù)該判定結(jié)果或測(cè)定距離，從避免與物體觸碰等觀點(diǎn)考慮，可以適當(dāng)?shù)乜刂埔苿?dòng)裝置的動(dòng)作。例如，可以避免下述等情況即，通過(guò)為了避免與物體的觸碰而改變了移動(dòng)裝置的行進(jìn)方向，卻又新產(chǎn)生與別的物體相觸碰的可能性。同時(shí)，通過(guò)投光單元和受光單元相鄰接并構(gòu)成一體，可實(shí)現(xiàn)光學(xué)裝置的緊湊化。因而，確保了移動(dòng)裝置的機(jī)動(dòng)性和動(dòng)作自由度，而且，可以確保移動(dòng)裝置上的光學(xué)裝置的配線空間和其他器械的搭載空間。
另外，第8發(fā)明的移動(dòng)裝置具有下述特征即，在第7發(fā)明的移動(dòng)裝置中，將搭載有作為第1光學(xué)裝置的所述光學(xué)裝置的所述移動(dòng)裝置作為第1移動(dòng)裝置，并在有第2移動(dòng)裝置存在的空間中移動(dòng)，該第2移動(dòng)裝置搭載有作為第2光學(xué)裝置的所述光學(xué)裝置，所述第1光學(xué)裝置的所述受光側(cè)控制器對(duì)所述第2光學(xué)裝置的所述投光器發(fā)光的停止期間進(jìn)行認(rèn)知，并且，在該期間內(nèi)，根據(jù)由所述第1光學(xué)裝置的所述受光器感知到的光來(lái)認(rèn)知所述物體的存在或測(cè)定所述物體的位置。
并且，第9發(fā)明的移動(dòng)裝置具有下述特征即，在第8發(fā)明的移動(dòng)裝置中還具有一種控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)控制所述第1光學(xué)裝置的受光器的朝向以離開(kāi)所述第2光學(xué)裝置的所述投光器的光照射范圍。
根據(jù)第8發(fā)明和第9發(fā)明，避免了由搭載在其他移動(dòng)裝置(第2移動(dòng)裝置)上的第2光學(xué)裝置的投光器發(fā)出的光被搭載在該移動(dòng)裝置(第1移動(dòng)裝置)上的第1光學(xué)裝置的受光器所感知的情況。因此，避免了因來(lái)自第2光學(xué)裝置的投光器的投光而使得第1光學(xué)裝置的受光側(cè)控制器的物體位置測(cè)定精度降低的情況。所以，從避免與該物體觸碰等觀點(diǎn)考慮，根據(jù)第1光學(xué)裝置的受光側(cè)控制器的物體位置測(cè)定結(jié)果，可適當(dāng)控制第1移動(dòng)裝置的動(dòng)作。
另外，第10發(fā)明的移動(dòng)裝置具有下述特征即，在第8發(fā)明的移動(dòng)裝置中，所述第1光學(xué)裝置的所述投光側(cè)控制器對(duì)所述第2光學(xué)裝置的所述受光器感知到光的期間進(jìn)行認(rèn)知，并錯(cuò)開(kāi)該期間使所述第1光學(xué)裝置的所述投光器發(fā)出光。
并且，第11發(fā)明的移動(dòng)裝置具有下述特征即，在第8發(fā)明移動(dòng)裝置中還具有一種控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)對(duì)由所述第1光學(xué)裝置的所述投光器所發(fā)出的光被所述第2光學(xué)裝置的所述受光器所感知的范圍進(jìn)行認(rèn)知，并控制該投光器的朝向以使在該范圍內(nèi)不被該投光器的光所照射。
根據(jù)第10發(fā)明和第11發(fā)明的移動(dòng)裝置，避免了由搭載在該移動(dòng)裝置(第1移動(dòng)裝置)上的第1光學(xué)裝置的投光器所發(fā)出的光被搭載在其他移動(dòng)裝置(第2移動(dòng)裝置)上的第2光學(xué)裝置的受光器所感知的情況。因此，避免了因來(lái)自第1光學(xué)裝置的投光器的投光而使第2光學(xué)裝置的受光側(cè)控制器的物體位置測(cè)定精度降低的情況。所以，從避免與該物體觸碰等觀點(diǎn)考慮，根據(jù)第2光學(xué)裝置的受光側(cè)控制器的物體位置測(cè)定結(jié)果，可適當(dāng)控制第2移動(dòng)裝置的動(dòng)作。
另外，第12發(fā)明的移動(dòng)裝置具有下述特征即，在第7發(fā)明的移動(dòng)裝置中，所述光學(xué)裝置被搭載于頭部，并且，該移動(dòng)裝置是利用多個(gè)腿部而可移動(dòng)的腿式移動(dòng)機(jī)器人。
根據(jù)第12發(fā)明的移動(dòng)裝置、即腿式移動(dòng)機(jī)器人，在光學(xué)裝置被搭載在比機(jī)器人身體部分中的腿部等要高的頭部上時(shí)，可以以較高的視點(diǎn)為基準(zhǔn)，對(duì)大范圍的物體的有無(wú)進(jìn)行判定。另外，通過(guò)實(shí)現(xiàn)被搭載于機(jī)器人頭部的光學(xué)裝置的緊湊化，可以充分地確保位于頭部的光學(xué)裝置的配線空間和其他器械的搭載空間。而且，由于頭部的緊湊化而實(shí)現(xiàn)了其輕量化，因此而降低了機(jī)器人的重心位置，在機(jī)器人通過(guò)其腿部動(dòng)作進(jìn)行行走或跑動(dòng)時(shí)，可容易地實(shí)現(xiàn)其姿勢(shì)穩(wěn)定化。并且，由于頭部的輕量化，能夠避免在頭部相對(duì)于基體(身體部)可動(dòng)的情況下、因頭部的動(dòng)作而使機(jī)器人姿勢(shì)不穩(wěn)定(搖晃)的現(xiàn)象。即，在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人姿勢(shì)穩(wěn)定化的同時(shí)，能夠使搭載有光學(xué)裝置的機(jī)器人頭部活動(dòng)而改變投光范圍。而且，按照該投光范圍的物體的測(cè)定位置等，從避免與物體觸碰等觀點(diǎn)考慮，可使機(jī)器人進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦凶呋蚺軇?dòng)。
另外，第13發(fā)明的移動(dòng)裝置具有下述特征即，第7發(fā)明的移動(dòng)裝置為所述光學(xué)裝置的所述投光器及所述受光器朝向行走方向的機(jī)動(dòng)車(chē)。
根據(jù)第13發(fā)明的移動(dòng)裝置、即車(chē)輛，有效地利用搭載有多個(gè)電子器械的車(chē)輛的有限空間可以將光學(xué)裝置搭載于車(chē)體之上。


圖1表示本發(fā)明的光學(xué)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2表示圖1中所示的光學(xué)裝置的剖面圖。
圖3表示雙凸透鏡板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4表示搭載有本發(fā)明光學(xué)裝置的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5表示搭載有本發(fā)明光學(xué)裝置的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6表示本發(fā)明的光學(xué)裝置以及機(jī)器人的功能說(shuō)明。
圖7(a)、(b)、(c)表示本發(fā)明的光學(xué)裝置以及機(jī)器人的功能說(shuō)明。
圖8表示本發(fā)明的光學(xué)裝置以及機(jī)器人的功能說(shuō)明。
圖9表示本發(fā)明的光學(xué)裝置以及移動(dòng)裝置的其他結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10(a)、(b)表示本發(fā)明的光學(xué)裝置結(jié)構(gòu)示意圖以及搭載于移動(dòng)裝置的示意圖。
圖11(a)、(b)表示圖10所示光學(xué)裝置的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖對(duì)本發(fā)明的光學(xué)裝置以及移動(dòng)裝置各自的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。首先，對(duì)本發(fā)明的光學(xué)裝置以及搭載有該光學(xué)裝置的移動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
圖1和圖2中所示的光學(xué)裝置100具有外盒102、投光單元110和受光單元120。
投光單元110，由雙凸透鏡板112、投光器(光源)114和安裝有投光側(cè)控制器116的電路基板118按順序以相鄰接、且階層性地被配置的形式構(gòu)成，所述投光器114被配置于設(shè)置在散熱器113上的開(kāi)口部的內(nèi)部。雙凸透鏡板112、散熱器113以及電路基板118呈大致矩形狀，并由穿透其四角的螺栓及螺合該螺栓的螺帽固定成一體。
如圖3所示，雙凸透鏡板112的一面上形成有第1柱面透鏡列陣A1，其另一面上形成第2柱面透鏡列陣A2，該第2柱面透鏡列陣A2具有與第1柱面透鏡列陣A1的母線相正交的母線。另外，如圖1所示，雙凸透鏡板112為中央部設(shè)有圓形狀的孔的矩形板狀，并如圖2所示，其構(gòu)成于外盒102的前壁。另外，雙凸透鏡板112可以由1枚薄板形成，也可以是將僅單面形成有柱面透鏡列陣的2枚薄板疊合而成。而且，還可以在構(gòu)成雙凸透鏡板112的2枚薄板間設(shè)置遮光部件。在散熱器113處形成有沿定向延伸的多條線狀溝槽。如圖1所示，投光器114為以包圍雙凸透鏡板112中央部的孔的方式被配置。投光器控制器116由CPU、ROM、RAM、I/O等構(gòu)成，通過(guò)控制由電源(圖示省略)向投光器的供給的電力，而控制由投光器114所投射的光的強(qiáng)度等。
受光單元120由受光鏡片122、受光器124和安裝有受光側(cè)控制器126的電路基板128按順序相鄰接、且階層性地被配置的形式構(gòu)成。如圖1所示，受光鏡片122以從設(shè)置在雙凸透鏡板112中央部的孔中可觀看的方式被設(shè)置。受光側(cè)控制器126由CPU、ROM、RAM、I/O等構(gòu)成，并通過(guò)通信線106與投光側(cè)控制器116相連。受光側(cè)控制器126測(cè)定根據(jù)與投光側(cè)控制器116的通信而由投光器114發(fā)出的光和通過(guò)受光器124的各個(gè)像素而被接收到的光(物體的反射光)的相位差，并根據(jù)該相位差測(cè)定物體的位置或是至物體的距離。關(guān)于利用了相位差的測(cè)距方法，因在所述日本特開(kāi)2004-257935號(hào)公報(bào)里有所記載，在本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)中省略其詳細(xì)說(shuō)明。
投光單元110和受光單元120以下述方式互相鄰接、并構(gòu)成一體，該方式為即，由投光器114經(jīng)雙凸透鏡板112進(jìn)行投光、并由受光器124可感知到被物體所反射的光。受光器124朝向第1方向(圖2中的右方向)，投光單元110和受光單元120在與第1方向相正交的第2方向上相互鄰接、且構(gòu)成一體。
如圖1和圖2所示的光學(xué)裝置100，其被搭載在示于圖4的腿式移動(dòng)機(jī)器人(移動(dòng)裝置)R之上。機(jī)器人R與人類(lèi)相同，其具有基體P0、被配置在基體P0上面的頭部P1、從基體P0的上部?jī)蓚?cè)延伸設(shè)置的左右臂部P2、設(shè)置于左右臂部P2各自前端部的手部P4、從基體P0的下部向下被延伸設(shè)置的左右腿部P3、設(shè)置于左右腿部P3各自的下端的腿部P5、控制機(jī)器人動(dòng)作的控制系統(tǒng)200。光學(xué)裝置100被搭載在頭部P1處。機(jī)器人R通過(guò)下述方式可以進(jìn)行繞各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，該方式為即，機(jī)器人R使由電池供電的操作機(jī)構(gòu)(電動(dòng)馬達(dá))202動(dòng)作，該力借助于由繩索、滑輪、減速機(jī)構(gòu)等構(gòu)成的力傳遞機(jī)構(gòu)而被傳遞至連桿。
基體P0由上下連接的基體上部及基體下部構(gòu)成，并且可以繞橫擺軸相互轉(zhuǎn)動(dòng)。頭部P1相對(duì)于基體P0可以繞橫擺軸擺動(dòng)等各種動(dòng)作。頭部P1具有保護(hù)光學(xué)裝置100等和搭載在頭部P1處的器械等的遮蓋物P12。遮蓋物P12對(duì)由投光器114發(fā)射、由受光器124感知的光具有穿透性。為了避免損害機(jī)器人R的親和性(不會(huì)給周?chē)巳阂圆粎f(xié)調(diào)感的性質(zhì))的情況，遮蓋物P12被做成從外側(cè)不易看到包括光學(xué)裝置100的頭部P1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
臂部P2具有第1臂連桿P21和第2臂連桿P22?；wP0和第1臂連桿P21經(jīng)肩關(guān)節(jié)J21被連結(jié)，第1臂連桿P21與第2臂連桿P22經(jīng)肘關(guān)節(jié)J22被連結(jié)，第2臂連桿P22和手部P4經(jīng)手腕關(guān)節(jié)J23被連結(jié)。肩關(guān)節(jié)J21具有搖擺、仰俯以及繞橫擺軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，肘關(guān)節(jié)J22具有繞仰俯軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，手腕關(guān)節(jié)J23具有搖擺、仰俯以及繞橫擺軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。
腿部P3具有第1腿連桿P31和第2腿連桿P32。基體P0與第1腿連桿P31經(jīng)股關(guān)節(jié)J31被連結(jié)，第1腿連桿P31和第2腿連桿P32經(jīng)膝關(guān)節(jié)J32被連結(jié)，第2腿連桿P32和腿部P5經(jīng)腳腕關(guān)節(jié)J33被連結(jié)。股關(guān)節(jié)J31具有繞前后、左右以及橫擺軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，膝關(guān)節(jié)J32具有繞左右軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，腳腕關(guān)節(jié)J33具有繞前后、左右軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。
機(jī)器人R的控制系統(tǒng)200由電子計(jì)算機(jī)(由CPU、ROM、RAM、I/O等構(gòu)成)構(gòu)成，并如圖5所示，具有行為計(jì)劃部210和動(dòng)作控制部220。
根據(jù)由光學(xué)裝置100的受光側(cè)控制器126按所述方式測(cè)定相對(duì)于機(jī)器人R的物體位置，行為計(jì)劃部210設(shè)定適當(dāng)?shù)膭?dòng)作(行為計(jì)劃)，以避免機(jī)器人R和該物體的碰撞。
動(dòng)作控制部220具有臂部動(dòng)作控制部221、腿部動(dòng)作控制部222和頭部動(dòng)作控制部223。臂部動(dòng)作控制部221服從行為計(jì)劃部210所設(shè)定的行為計(jì)劃，并通過(guò)控制操作機(jī)構(gòu)202的動(dòng)作來(lái)控制臂部P2的動(dòng)作，其中，該操作機(jī)構(gòu)202將力作用于第1臂連桿P21或第2臂連桿P22；腿部動(dòng)作控制部222服從行為計(jì)劃部210設(shè)定的行為計(jì)劃，并通過(guò)控制操作機(jī)構(gòu)202的動(dòng)作來(lái)控制腿部P3的動(dòng)作，其中，該操作機(jī)構(gòu)202將力作用于第1腿連桿P31或第2腿連桿P32；頭部動(dòng)作控制部223服從行為計(jì)劃部210設(shè)定的行為計(jì)劃，并通過(guò)控制操作機(jī)構(gòu)202的動(dòng)作來(lái)控制頭部P1的動(dòng)作，其中，該操作機(jī)構(gòu)202將力作用于頭部P1。
接著，關(guān)于具有所述構(gòu)成的光學(xué)裝置100以及機(jī)器人R的功能進(jìn)行說(shuō)明。
根據(jù)光學(xué)裝置100，如圖6所示，由投光器114發(fā)出的光，通過(guò)形成于雙凸透鏡板112一面的第1柱面透鏡列陣A1，并以與其母線相正交的方向被擴(kuò)散。同樣，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)形成于雙凸透鏡板112另一面的第2柱面透鏡列陣A2，并以與其母線相正交的方向上的光擴(kuò)散。由于第1柱面透鏡列陣A1和第2柱面透鏡列陣A2各自的母線相正交，利用雙凸透鏡板112，可使得在機(jī)器人R前方的上下方向以及左右方向的大范圍被光所照射。即使在由投光器114投射出激光的情況下，由于激光被大范圍分散，也可以防止其強(qiáng)度的局部性偏置現(xiàn)象。
另外，雙凸透鏡板112具有與投光器114的距離無(wú)關(guān)而能分散光的特性。利用該特性，投光器114與雙凸透鏡板112以階層性地靠近的形式被配置構(gòu)成投光單元110(參照?qǐng)D2)。并且，除了投光器114與雙凸透鏡板112以相鄰接、且階層性地被配置之外，安裝有投光側(cè)控制器116的電路基板118也被階層性地配置而構(gòu)成投光單元110(參照?qǐng)D2)。由此，在投光方面實(shí)現(xiàn)了光學(xué)裝置100的緊湊化。
而且，由于多個(gè)投光器114與受光器124相鄰接并構(gòu)成一體，由此，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)裝置100全體的緊湊化以及維修作業(yè)的簡(jiǎn)易化等處理方便性的提高(參照?qǐng)D1至圖3)。
并且，安裝有受光側(cè)控制器126的電路基板128、受光器124和和受光鏡片122以相鄰接、且階層性地被配置的形式構(gòu)成受光單元120(參照?qǐng)D2)。因此，與鄰接于受光單元120被配置的投光單元110一起，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)裝置100的緊湊化。另外，由于投光器114的光軸和受光器124的光軸以同軸的方式被配置，可以避免作為測(cè)定物體x的位置的基礎(chǔ)的相位差包含由于光器114的光軸和受光器124的光軸相互傾斜而造成的偏差量。
還有，因投光單元110與受光單元120相鄰接而配置，可使得被安裝在構(gòu)成投光單元110的電路基板118處的投光側(cè)控制器116、與被裝置在構(gòu)成受光單元120的電路基板128處的受光側(cè)控制器126之間的距離被縮短。由此，連接投光側(cè)控制器116和受光側(cè)控制器126的通信線106被縮短，抑制了通信線106的信號(hào)重疊干擾的情況，實(shí)現(xiàn)了物體的位置測(cè)定精度的提高。
例如，如圖7(a)所示，考慮在移動(dòng)中的機(jī)器人R前方有物體(障礙物)x的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，由光學(xué)裝置100發(fā)出的光的投射范圍為如圖8中的虛線所表示的那樣、在機(jī)器人R前方向左右方向擴(kuò)散。同時(shí)，該投光范圍在機(jī)器人R前方也向上下方向擴(kuò)散。即，通過(guò)將光學(xué)裝置100搭載在比機(jī)器人R身體部分的腿部P3等要高的頭部P1處，以較高的視點(diǎn)為基準(zhǔn)，可對(duì)上下方向上的大范圍內(nèi)有無(wú)物體進(jìn)行判定。在這種狀態(tài)下，光學(xué)裝置100的受光側(cè)控制器126判定在投光范圍內(nèi)有物體x存在，并將投光范圍大致中央的位置作為物體x的位置進(jìn)行測(cè)定。
按照該判定結(jié)果及測(cè)定結(jié)果，行為計(jì)劃部210計(jì)劃使頭部P1向左擺動(dòng)的行為。該行為的目的在于根據(jù)受光側(cè)控制器126的判定結(jié)果及測(cè)定結(jié)果，由于機(jī)器人R有可能觸碰到物體X，因而摸索為避免該觸碰的行為。并且，服從該行為計(jì)劃，如圖7(b)所示，頭部動(dòng)作控制部223使機(jī)器人R的頭部P1朝向左邊。由此，光學(xué)裝置100的投光范圍如圖8中實(shí)線所示那樣，與先前的投光范圍(虛線)相比要偏向于左側(cè)。并且，光學(xué)裝置100的受光側(cè)控制器126判定在投光范圍內(nèi)只有物體x存在，將靠投光范圍右端的位置作為物體x的位置進(jìn)行測(cè)定。
按照該判定結(jié)果及測(cè)定結(jié)果，行為計(jì)劃部210計(jì)劃?rùn)C(jī)器人R一邊將行進(jìn)方向改為往左、一邊移動(dòng)的行為。因?yàn)槠淇梢赃M(jìn)行以下的判斷即，根據(jù)受光側(cè)控制器126的判定結(jié)果及測(cè)定結(jié)果，當(dāng)將行進(jìn)方向改為向左的情況時(shí)，可以避免與物體x的觸碰，并且不會(huì)有與其他物體相觸碰的可能。并且，服從該行為計(jì)劃，通過(guò)主要是腿部動(dòng)作控制部222控制腿部P3的動(dòng)作，如圖7(c)所示，機(jī)器人R一邊將行進(jìn)方向改為往左、一邊移動(dòng)。
由于因頭部P1的緊湊化而實(shí)現(xiàn)了輕量化，由此，降低或者維持了機(jī)器人R的重心位置，可容易地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人R通過(guò)該腿部P3的動(dòng)作進(jìn)行行走或者跑動(dòng)時(shí)的姿勢(shì)穩(wěn)定化。而且，通過(guò)頭部P1的輕量化，可以避免因頭部P1的活動(dòng)而使機(jī)器人R的姿勢(shì)變得不穩(wěn)定(搖晃)的情況。換而言之，在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人R的姿勢(shì)穩(wěn)定化的同時(shí)，能夠使搭載有光學(xué)裝置100的機(jī)器人R的頭部P1活動(dòng)而改變投光范圍(參照?qǐng)D8)。并且，按照該投光范圍內(nèi)的物體x的位置測(cè)定結(jié)果，從避免與物體x的觸碰的觀點(diǎn)來(lái)考慮，可以使機(jī)器人R進(jìn)行適當(dāng)?shù)男凶呋蚺軇?dòng)(參照?qǐng)D7(a)、圖7(b)、圖7(c))。
另外，如前所述，由于搭載在機(jī)器人R的頭部P1的光學(xué)裝置100的緊湊化，可充分確保頭部P1處光學(xué)裝置100的配線空間和其他器械的搭載空間。
雖然在上述實(shí)施方式中，光學(xué)裝置1被搭載在機(jī)器人R的頭部P1，但是作為其他的實(shí)施方式，還可搭載在機(jī)器人R的基體P0等別的地方。
而且，如圖9所示，光學(xué)裝置100還可以使投光器114及受光器124朝向車(chē)輛V的前方(車(chē)輛的行進(jìn)方向)的方式被搭載。通過(guò)該結(jié)構(gòu)，根據(jù)涉及大范圍物體的有無(wú)的判定結(jié)果或是相對(duì)于車(chē)輛V的物體的測(cè)定位置，可以對(duì)車(chē)輛V的動(dòng)作進(jìn)行適當(dāng)?shù)乜刂啤Ａ硗?，由于如前所述?shí)現(xiàn)了光學(xué)裝置100的緊湊化，可以確保車(chē)輛V的其他器械的搭載空間。
在所述實(shí)施方式中，多個(gè)投光器114雖然以包圍受光單元120的方式被配置，作為其他的實(shí)施方式，可以在受光器單元120的側(cè)部配置一個(gè)或多個(gè)投光器114等，還可以對(duì)投光器114的個(gè)數(shù)及相對(duì)于受光單元120(或受光器124)的配置進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏?br> 另外，搭載了光學(xué)裝置(第1光學(xué)裝置)100的機(jī)器人R等的第1移動(dòng)裝置有時(shí)會(huì)在有其他機(jī)器人R等第2移動(dòng)裝置存在的空間移動(dòng)，且該其他機(jī)器人R等也同樣搭載了光學(xué)裝置(第2光學(xué)裝置)100。
在該情況下，例如通過(guò)第1移動(dòng)裝置以及第2移動(dòng)裝置間的通信，第1光學(xué)裝置的受光側(cè)控制器126對(duì)第2光學(xué)裝置的投光器114的發(fā)光停止時(shí)的期間進(jìn)行認(rèn)知，并且，還可以在該期間依據(jù)由第1光學(xué)裝置的受光器124所感知到的光來(lái)測(cè)定物體x的位置。而且，通過(guò)與第2移動(dòng)裝置的控制系統(tǒng)200的通信等，第1移動(dòng)裝置的控制系統(tǒng)200還可以認(rèn)知由第2光學(xué)裝置的投光器114投出的光的照射范圍，并通過(guò)使操作機(jī)構(gòu)202動(dòng)作控制頭部P1的朝向來(lái)控制第1光學(xué)裝置的受光器124的朝向以便離開(kāi)該照射范圍。
通過(guò)該構(gòu)成的移動(dòng)裝置，可以避免以下的情況，即，由搭載于其他移動(dòng)裝置(第2移動(dòng)裝置)上的第2光學(xué)裝置的投光器114發(fā)出的光，被搭載于該移動(dòng)裝置(第1移動(dòng)裝置)上的第1光學(xué)裝置的受光器124所感知。因此，可以避免因第2光學(xué)裝置的投光器114的投光、使得第1光學(xué)裝置的受光側(cè)控制器126的物體x的位置測(cè)定精度降低的現(xiàn)象。因而，根據(jù)由第1光學(xué)裝置的受光側(cè)控制器126測(cè)得的物體x位置的測(cè)定結(jié)果，從避免與該物體觸碰等的觀點(diǎn)考慮，第1移動(dòng)裝置的動(dòng)作可以被適當(dāng)?shù)乜刂?參照?qǐng)D7(a)至(c))。
而且，在上述情況下，也可以例如通過(guò)第1移動(dòng)裝置與第2移動(dòng)裝置間的通信，第1光學(xué)裝置的投光側(cè)控制器116對(duì)由第2光學(xué)裝置的受光器124感知到光的期間進(jìn)行認(rèn)知，并錯(cuò)開(kāi)該期間使第1光學(xué)裝置的投光器114發(fā)射光。并且，第1移動(dòng)裝置的控制系統(tǒng)200還可以通過(guò)與第2移動(dòng)裝置的控制系統(tǒng)200間的通信等，來(lái)認(rèn)知第1光學(xué)裝置的投光器114所發(fā)出的光被第2光學(xué)裝置的受光器124所感知的范圍，并控制操作機(jī)構(gòu)202的動(dòng)作來(lái)控制頭部P1的朝向，從而控制該投光器114的朝向以使該范圍不會(huì)被該投光器114所投出的光所照射。
通過(guò)該構(gòu)成的移動(dòng)裝置，可以避免搭載在該移動(dòng)裝置(第1移動(dòng)裝置)上的第1光學(xué)裝置的投光器114所發(fā)出的光、被搭載在其他移動(dòng)裝置(第2移動(dòng)裝置)上的第2光學(xué)裝置的受光器124所感知的情況。由此，可以避免由于第1光學(xué)裝置的投光器114的投光，使得第2光學(xué)裝置的受光側(cè)控制器126的物體x的位置測(cè)定精度降低的情況。因此，根據(jù)第2光學(xué)裝置的受光側(cè)控制器126的物體x位置的測(cè)定結(jié)果，從避免與該物體x觸碰等的觀點(diǎn)考慮，第2移動(dòng)裝置的動(dòng)作可以被適當(dāng)?shù)乜刂?參照?qǐng)D7(a)至(c))。
如圖4或圖9所示，在上述實(shí)施方式中，在移動(dòng)裝置上雖搭載了一個(gè)光學(xué)裝置100，作為其他的實(shí)施方式，還可以在移動(dòng)裝置上搭載多個(gè)光學(xué)裝置100。由此，當(dāng)一個(gè)光學(xué)裝置100的功能降低時(shí)，可以替代性地使用其他光學(xué)裝置100。
例如，如圖10(a)以及圖10(b)分別所示的那樣，從機(jī)器人R的正面看，一對(duì)光學(xué)裝置100還可以以在橫向上被排列的方式配置于機(jī)器人R的頭部P1上。根據(jù)圖10(a)以及圖11(a)中所示的光學(xué)裝置100，雙凸透鏡板112形成環(huán)狀，中央被配置有受光器124，多個(gè)投光器114沿雙凸透鏡板112的形狀、并以包圍受光器124的方式被環(huán)形配置。根據(jù)圖10(b)以及圖11(b)中所示的光學(xué)裝置100，在雙凸透鏡板(112)下部的開(kāi)口部配置有受光器124，多個(gè)投光器114在雙凸透鏡板112的上部被配置成橫向2列。
由于被以該方式配置的一對(duì)光學(xué)裝置100越過(guò)遮蓋物P12看上去有如人的左右眼，能夠使周?chē)娜巳焊惺艿皆谟腥巳捍嬖诘目臻g中的機(jī)器人的親和性。而且，由于從投光器114照射出可見(jiàn)光，根據(jù)圖10(a)所示的機(jī)器人R，多個(gè)投光器114看上去有如人的眼輪廓；根據(jù)圖10(b)所示的機(jī)器人R，受光器124看上去有如人的眼睛、多個(gè)投光器114看上去有如人的眉毛。因此，能夠使周?chē)娜巳焊鼜?qiáng)烈地感受到機(jī)器人R對(duì)于環(huán)境的親和性。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)裝置，其具有投光單元和受光單元，其特征在于，所述投光單元由投光器和雙凸透鏡板以相鄰接、且階層性地被配置的形式構(gòu)成，該雙凸透鏡板的一面上形成第1柱面透鏡列陣，該雙凸透鏡板的另一面上形成第2柱面透鏡列陣，該第2柱面透鏡列陣具有與該第1柱面透鏡列陣的母線相正交的母線，所述受光單元具有受光器，所述投光單元和所述受光單元以由所述投光器經(jīng)所述雙凸透鏡板投光、且所述受光器可感知被物體反射的光的方式相互鄰接、并構(gòu)成一體。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述投光單元由安裝有投光側(cè)控制器的第1電路基板、所述投光器和所述雙凸透鏡板以相鄰接、且階層性地被配置的形式構(gòu)成，該投光側(cè)控制器控制該投光器的投光。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述受光單元由安裝有受光側(cè)控制器的第2電路基板和所述受光器以相鄰接、且階層性地被配置的方式構(gòu)成，該受光側(cè)控制器根據(jù)由該受光器感知到的光來(lái)認(rèn)知所述物體的存在或測(cè)定所述物體的位置。
4.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述受光單元由安裝有受光側(cè)控制器的第2電路基板和所述受光器以相鄰接、且階層性地被配置的方式構(gòu)成，該受光側(cè)控制器根據(jù)該受光器感知到的光來(lái)認(rèn)知所述物體的存在或測(cè)定所述物體的位置。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述受光側(cè)控制器根據(jù)經(jīng)通信線與所述投光側(cè)控制器的通信來(lái)測(cè)定所述物體的位置。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述受光器朝向第1方向，所述投光單元與所述受光單元在與第1方向正交的第2方向上相互鄰接、并構(gòu)成為一體。
7.一種搭載有光學(xué)裝置、并具有移動(dòng)功能的移動(dòng)裝置，其特征在于，所述光學(xué)裝置具有投光單元和受光單元，其中，所述投光單元，其由安裝有投光側(cè)控制器的第1電路基板、投光器和雙凸透鏡板以相鄰接、且階層性地被配置的方式構(gòu)成，該投光側(cè)控制器控制該投光器的投光；該雙凸透鏡板的一面上形成有第1柱面透鏡列陣，該雙凸透鏡板的另一面上形成有第2柱面透鏡列陣，該第2柱面透鏡列陣具有與該第1柱面透鏡列陣的母線相正交的母線。所述受光單元，其由安裝有受光側(cè)控制器的第2電路基板和受光器以相鄰接、且階層性地被配置而構(gòu)成；該受光側(cè)控制器根據(jù)由該受光器感知到的光認(rèn)知物體的存在或測(cè)定物體的位置，所述投光單元和所述受光單元以由所述投光器經(jīng)所述雙凸透鏡板投光、且所述受光器感知被所述物體反射的光的方式相互鄰接且構(gòu)成一體。
8.如權(quán)利要求7所述的移動(dòng)裝置，其特征在于，所述移動(dòng)裝置將搭載有作為第1光學(xué)裝置的所述光學(xué)裝置作為第1移動(dòng)裝置，并在有第2移動(dòng)裝置存在的空間中移動(dòng)，該第2移動(dòng)裝置搭載有作為第2光學(xué)裝置的所述光學(xué)裝置，所述第1光學(xué)裝置的所述受光側(cè)控制器對(duì)所述第2光學(xué)裝置的所述投光器的發(fā)光的停止期間進(jìn)行認(rèn)知，并且，在該期間內(nèi)，根據(jù)由所述第1光學(xué)裝置的所述受光器感知到的光來(lái)認(rèn)知所述物體的存在或測(cè)定所述物體的位置。
9.如權(quán)利要求8所述的移動(dòng)裝置，其特征在于，還具有一種控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)控制所述第1光學(xué)裝置的受光器的朝向以離開(kāi)所述第2光學(xué)裝置的所述投光器的光照射范圍。
10.如權(quán)利要求8所述的移動(dòng)裝置，其特征在于，所述第1光學(xué)裝置的所述投光側(cè)控制器對(duì)由所述第2光學(xué)裝置的所述受光器感知到光的期間進(jìn)行認(rèn)知，并錯(cuò)開(kāi)該期間使所述第1光學(xué)裝置的所述投光器發(fā)出光。
11.如權(quán)利要求8所述的移動(dòng)裝置，其特征在于，還具有一種控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)對(duì)由所述第1光學(xué)裝置的所述投光器所發(fā)出的光被所述第2光學(xué)裝置的所述受光器所感知的范圍進(jìn)行認(rèn)知，并控制該投光器的朝向以使在該范圍內(nèi)不被該投光器的光所照射。
12.如權(quán)利要求7所述的移動(dòng)裝置，其特征在于，在頭部搭載有所述光學(xué)裝置，并且，該移動(dòng)裝置是利用多個(gè)腿部而可移動(dòng)的腿式移動(dòng)機(jī)器人。
13.如權(quán)利要求7所述的移動(dòng)裝置，其特征在于，其為所述光學(xué)裝置的所述投光器以及所述受光器朝向行走方向的機(jī)動(dòng)車(chē)。
全文摘要
提供一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)涉及大范圍投光以及緊湊化的光學(xué)裝置和搭載有該光學(xué)裝置的移動(dòng)裝置。本發(fā)明的光學(xué)裝置(100)具有投光單元(110)和受光單元(120)。投光單元(110)由經(jīng)投光器(114)和雙凸透鏡板(112)以階層性地被配置的形式構(gòu)成，該雙凸透鏡板(112)的各面上形成有母線相互正交的第1柱面透鏡列陣和第2柱面透鏡列陣；受光單元(120)具有受光器(124)。該兩單元(110)和(120)以由所述投光器(114)經(jīng)雙凸透鏡板(112)投光、且受光器(124)可感知到被物體反射的光的方式相互鄰接、并構(gòu)成一體。
文檔編號(hào)G01S7/481GK101086531SQ20071010828
公開(kāi)日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2007年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者坂上義秋, 西村要一, 門(mén)脅健司 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社, 有機(jī)光學(xué)株式會(huì)社