JPH07218633A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １個の光源と１個の投射光学系を使用し、被
検物を広範囲に直線的に走査して測距可能な距離測定装
置を提供する。 【構成】 光源１から放射され、レンズ５で集光された
光は、２枚の同一楔角を有し互いに反対に回転する光学
ウェッジ６ａ、６ｂにより直線的に広範囲に偏向され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は距離測定装置に関するも
のである。更に詳しくは測距対象物に対して光パルスを
射出し、測距対象物からの反射光を受光するまでの光の
往復時間を計測することにより測距対象物までの距離を
測定する距離測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、種々の分野で安全性の向上や自動
化を目的として、移動物体に測距装置を搭載して距離情
報を得る要求が増大している。例えば、ロボットや自動
車や電車に測距装置を搭載してこれらの移動物体の衝突
を防止したり、又は工場内で使用される搬送車に測距装
置を搭載して搬送車の停止位置を制御することに用いら
れている。このような距離測定装置としては、光源から
パルスレーザ光を測定対象物へ射出し、測定対象物によ
って反射したパルスレーザ光を受光し、測距対象物まで
の距離を測定する装置が広く使用されている。

【０００３】前方の障害物などの測定対象物を検出する
とき、状況によってはパルスレーザ光の照射範囲を広げ
て、広い範囲にわたって障害物を検知し安全性を確保す
ることが要求されることがある。光の照射範囲を広げ
て、広い範囲にわたって測定対象物を検出するために
は、パルスレーザ光の照射方向を順次変更するように、
複数の光源を設けることが考えられるが、それにともな
って各光源からの照射光束を、各々所定のビーム角に集
束する光学系が複数必要となり、装置が大型化するとい
う問題があった。

【０００４】この問題を解決するために、特開昭６１─
２５９１８５号公報には複数の光源を設置してこの問題
を解決するための技術が開示されている。これは図６に
示すように光を放射する複数の光源４１と、複数の光源
から放射される光を所定の方向に曲げて集光する１つの
レンズ系４３とを有するものであり、具体的には複数の
レーザダイオードを１個のチップに集積した集積化レー
ザダイオードと１個の光学系とを組み合わせて装置を大
型化せずに構成したものである。

【０００５】又、特開平５─５２９３８号公報にはレー
ザ光の照射方向を変更してこの問題を解決する技術が開
示されている。これはレーザダイオードと、このレーザ
ダイオードからのレーザ光を集束する凸レンズとの光路
中に、図７に示すように複数のウェッジ角を有する円板
状光学ウェッジ３を回転可能に配置したものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし特開昭６１−２
５９１８５号公報に記載された技術は、集積化レーザダ
イオード自体が高価なもので一般的でなく、これを使用
して廉価に装置を構成することは困難であるという問題
があった。

【０００７】又、特開平５─５２９３８号公報に記載さ
れた技術では、広い範囲に照射が可能であるが、照射方
向は離散的であり、一次元に連続的に走査することは不
可能であるという問題があった。

【０００８】本発明は上記の課題に鑑み、１個の光源と
１個の投射光学系を使用し、検知範囲を広範囲に直線的
に反復変化させて測距可能な距離測定装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源からの光
を対象物へ投射する投光光学系と、前記投射された光が
前記対象物で反射して入射する受光光学系とを具備し、
前記光が投射されてから受光されるまでの時間を計測し
て対象物までの距離を測定する距離測定装置において、
前記投光光学系に設けられ、前記光源からの光を偏向さ
せ、互いに反対方向に同じ角速度で回転する２枚の同一
楔角を有する光学ウェッジを有し、前記投射する光の出
射する角度を一直線上に反復変化する投射光偏向手段
と、前記受光光学系に設けられ、前記入射する光を偏向
させ、互いに反対方向に同じ角速度で回転する２枚の同
一楔角を有する光学ウェッジを有し、前記入射する光の
入射してくる角度を一直線上に反復変化させる入射光偏
向手段とのいずれか一又は両方を備えるものである。

【００１０】前記投射光偏向手段と前記入射光偏向手段
との両方を備え、両者は互いに同期して同一方向に投射
及び入射されるように偏向することが望ましい。

【００１１】前記投射光偏向手段は前記投射する光を水
平に一直線上に反復変化することが好ましい。

【００１２】前記入射光偏向手段は前記入射する光の入
射してくる角度を水平に一直線上に反復変化させること
が好ましい。

【００１３】

【作用】投光光学系又は受光光学系に設けられ、２枚の
同一形状の光学ウェッジが互いに反対に回転し、投射光
又は反射光を直線的に広範囲に偏向して、投射又は受光
する。

【００１４】光源が１個、且つ投射光学系が１個である
が、２枚の同一形状の光学ウェッジが互いに反対に回転
するから、投射光又は反射光を直線的に広範囲に偏向し
て、広範囲な直線的な測距エリアを確保できる。

【００１５】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１〜図３により説
明する。パルスレーザダイオード１はレーザ光パルスを
放射する光源である。レンズ５は放射されたレーザ光パ
ルスの光束を所定のビーム角に集束して投射する投光光
学系である。レンズ５の前にはレーザ光パルスの光束と
交差するように１対の光学ウェッジ６ａ、６ｂが光学系
としての光学ウェッジ６を形成している。光学ウェッジ
６ａ、６ｂは互いに同一の楔角度θを有しそれぞれ支持
金物７に支持されている。支持金物７の外周には歯車８
が刻設されている。歯車８に噛合して歯車９とが設けら
れ、支持金物７は歯車８、歯車９により回転可能に支持
されている。歯車９はモータ１０と同軸に係合し、モー
タ１０の回転は歯車９及び歯車８を介して支持金物７に
伝達され、光学ウェッジ６ａ、６ｂは互いに反対方向に
同一角速度で回転可能になっている。

【００１６】レンズ１１は対象物（不図示）から反射し
たレーザ光パルスを受光する受光光学系を形成し、受光
素子１２はレーザ光パルスを光電変換して電気信号に変
換する。レンズ１１と受光素子１２との間には必要な光
だけを抽出する背景光カットフィルタ１３が挿設されて
いる。

【００１７】パルス発生器３１はパルスレーザダイオー
ド１を駆動する信号を出力するドライバ回路、受光検出
器３２は反射パルス光を検出するパルス検出回路、計測
制御回路３３はパルス発生器３１及び受光検出器３２を
制御し、両者が出力する信号の時間差を計測して距離を
演算する計測回路３３、モータードライバ３４は計測制
御回路３３からの指令によりモーター１０を駆動するド
ライバ回路、表示器３５は計測制御回路３３で演算され
た距離値を表示するものである。

【００１８】次に動作について説明する。計測制御回路
３３からの指令によるパルス発生器３１からの信号によ
りレーザダイオード１からレーザ光パルスが放射される
と、光はレンズ５により集束された後、光学ウェッジ６
に入射する。他方計測制御回路３３からの指令によりモ
ータードライバ３４から信号が出力しモーター１０が駆
動され、光学ウェッジ６ａ、６ｂが互いに反対方向に同
一角速度で回転する。レンズ５から投射されたレーザ光
パルスの光束は、光学ウェッジ６を透過する際に偏向さ
れ、照射方向を変化させながら出射される。対象物（不
図示）から反射して、レンズ１１に入射した光は背景光
カットフィルタ１３を透過して受光素子１２に受光され
る。光電変換の後受光検出器３２で電気処理が行われ、
信号は計測回路３３に入力して計測した時間差から距離
が演算された後、得られた距離値は表示器３５に表示さ
れる。

【００１９】次に、互いに反対に回転する光学ウェッジ
６ａ、６ｂから形成された光学ウェッジ６の効果につい
て説明する。光学ウェッジ６ａに光束が入射すると、図
２に示すように光束はウェッジの厚い側に角度φだけ偏
角する。φは楔角度θと次のような関係にある。 φ≒（ｎ−１）θ、但しｎは光学ウェッジの屈折率 この光学ウェッジ６ａを、光軸に対して回転させると、
光束は光軸に対してある一定角度φ偏角した回転光束と
なる。

【００２０】この同一の楔角度を有する１対の光学ウェ
ッジ６ａ、６ｂを互いに反対方向に回転させると、偏角
は入射光軸を含む面内に、ほぼ−２φ〜２φの間を連続
して往復して変化する。即ちある一直線上を連続して往
復して変化する偏角をもつ光学系が得られる。この様子
を図３に示す。

【００２１】この互いに反対に回転する１対の光学ウェ
ッジ６ａ、６ｂからなるウェッジ６を、送光レンズ５の
後に配置し、モータ１０によって連続回転させること
で、送光束は入射光軸に対して垂直なある一方向に反復
的に走査される。この一方向を水平方向になるように設
定すれば、水平方向走査が可能となり、垂直方向に設定
すれば、垂直方向走査が可能となる。この場合、走査す
る範囲は、光学ウェッジ６の偏角を選ぶことで任意に設
定でき、また、走査速度は、モータ１０の回転数と歯車
９、８のギア比を選ぶことで任意に設定することができ
る。

【００２２】次に他の実施例について図４により説明す
る。前述した一実施例と同一又は類似の点は説明の詳述
を省略する。レンズ５及びレンズ１１の両者の前方に跨
がって１対の光学ウェッジ１４ａ、１４ｂから形成され
た光学系としての光学ウェッジ１４が設置されている。
光学ウェッジ１４ａ、１４ｂは互いに同一の楔角度を有
し互いに反対方向に同一角速度で回転可能になってい
る。従って反射光が投射光の偏向と同期して偏向される
ので検出効率が良く又他の光の外乱が少なくなる。本実
施例では、各光学ウェッジの直径が大きくなるが、部品
点数が増加せずに投光と受光と両方の走査を行うことが
できる。

【００２３】更に他の実施例について図５により説明す
る。前述した一実施例と同一又は類似の点は説明の詳述
を省略する。レンズ５の前方に１対の光学ウェッジ１５
ａ、１５ｂ及びレンズ１１の前方に１対の光学ウェッジ
１６ａ、１６ｂが設置されている。光学ウェッジ１５
ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂは互いに同一の楔角度を有
している。モーター１０の回転は歯車９、８を介して伝
達され、光学ウェッジ１５ａと光学ウェッジ１５ｂは互
いに反対方向に同一角速度で回転可能になっている。

【００２４】又、モーター１０の回転は歯車９と噛合す
る歯車８、歯車８と噛合する歯車１７、歯車１７と同軸
の歯車１８、歯車１８と噛合する歯車１９、歯車１９と
同軸の歯車２０、歯車２０と噛合する歯車２１を介して
伝達され、光学ウェッジ１６ａと光学ウェッジ１６ｂは
互いに反対方向に同一角速度で、且つ光学ウェッジ１５
ａと光学ウェッジ１５ｂの回転に同期して回転可能にな
っている。

【００２５】従って反射光が投射光の偏角と同期して偏
向されるので検出効率が良く又他の光の外乱が少なくな
る。本実施例では、各光学ウェッジの直径が、レンズ５
又はレンズ１１の直径と同程度で小型化することができ
る。

【００２６】各実施例で使用する光学ウェッジは幾何学
的形状が楔形のものに限られず、屈折率変化式の光学ウ
ェッジが含まれることは言うまでもない。

【００２７】各実施例では、通常は投射光を水平方向に
偏向するようにして、水平方向に広がった広いエリアで
距離測定ができるし、また鉛直方向に広範囲な検知範囲
を必要とする場合には、投射光を鉛直方向に偏向するよ
うにして、鉛直方向にエリアを広げて距離測定すること
ができる。

【００２８】以上のように各実施例では、複数のレーザ
ダイオードや光学系を使用することなく、広い範囲で連
続的な走査が可能であり、また、特殊な発光素子等を使
用せずに済むので、安価に装置が構成できる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の距離測定装置では、投光光学系
又は受光光学系に設けられた２枚の同一形状の光学ウェ
ッジが互いに反対に同一回転速度で回転する。そのため
に光源と投射光学系はそれぞれ１個であるが、投射光を
直線的に連続的に広範囲に偏角して走査投射し、又受光
光学系と受光素子はそれぞれ１個であるが、反射光は直
線的に連続的に広範囲に偏角され受光される。そして両
者は同期するから広い範囲の中で対象物からの反射光
を、外乱光を少なくして測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を構成する光学ウェッジの偏
角を説明する図。

【図３】本発明の一実施例を構成する光学ウェッジによ
る走査を説明する図。

【図４】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図。

【図５】本発明の更に他の実施例の構成を示すブロック
図。

【図６】従来例の構成を示すブロック図。

【図７】従来例に使用されている円板状光学ウェッジの
斜視図。

【符号の説明】

１・・・・パルスレーザダイオード ５・・・・レンズ ６・・・・光学ウェッジ ６ａ、６ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６
ａ、１６ｂ・・・・光学ウェッジ ７・・・・支持金物 ８・・・・歯車 ９・・・・歯車 １０・・・・モータ １１・・・・レンズ １２・・・・受光素子 １３・・・・背景光カットフィルタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を対象物へ投射する投光光学
   系と、前記投射された光が前記対象物で反射して入射す
   る受光光学系とを具備し、前記光が投射されてから受光
   されるまでの時間を計測して対象物までの距離を測定す
   る距離測定装置において、前記投光光学系に設けられ、
   前記光源からの光を偏向させ、互いに反対方向に同じ角
   速度で回転する２枚の同一楔角を有する光学ウェッジを
   有し、前記投射する光の出射する角度を一直線上に反復
   変化する投射光偏向手段と、前記受光光学系に設けら
   れ、前記入射する光を偏向させ、互いに反対方向に同じ
   角速度で回転する２枚の同一楔角を有する光学ウェッジ
   を有し、前記入射する光の入射してくる角度を一直線上
   に反復変化させる入射光偏向手段とのいずれか一又は両
   方を備えることを特徴とする距離測定装置。
2. 【請求項２】前記投射光偏向手段と前記入射光偏向手段
   との両方を備え、両者は互いに同期して同一方向に投射
   及び入射されるように偏向することを特徴とする請求項
   １に記載の距離測定装置。
3. 【請求項３】前記投射光偏向手段は前記投射する光を水
   平に一直線上に反復変化することを特徴とする請求項１
   又は２に記載の距離測定装置。
4. 【請求項４】前記入射光偏向手段は前記入射する光の入
   射してくる角度を水平に一直線上に反復変化させること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の距離測定装置。