JP3042278B2 - 距離測定装置 - Google Patents

距離測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はレーザビームを一方向
に走査して、その走査方向にある物体からの反射光を受
光し、受光信号からその走査方向にある物体までの距離
を求める距離測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の距離測定装置としては、例
えば特公昭５５−１５５５号公報に示されるように、１
つの光源から放射されるレーザ光を光学系で左右方向を
絞り、上下方向に拡げた楕円形あるいは長方形のレーザ
ビームを構成し、このレーザビームを一定周期で水平走
査して、走査角度毎にビーム方向物体までの距離を測定
する装置がある。
【０００３】また、例えば特公昭６１−５４１８７号公
報に示されるように、レーザビームをＸ−Ｙスキャナに
よってラスタ状に視野を走査して二次元の距離測定をす
る装置などもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような距離測定装
置では、走査により多方向の距離測定を行う場合、所望
の全方向の距離測定を完了するには、一方向に関する距
離測定を、その分割数に相当する回数分行う必要がある
が、一般に、一つの光源によるレーザビームの照射周期
は種々の電気的な制約も有り、比較的長時間とならざる
を得ないものであり、多数回の照射、即ち距離測定には
時間が掛かる。実際には、ビームの方向を所定の方向に
向けるための走査機構の駆動も上述の分割数に相当する
回数分行なわねばならず、全方向の距離測定には相当長
い時間を要する。
【０００５】この種の距離測定装置を、たとえば自動車
の進行方向に向けて装着し、前方にある複数の車両や路
上の障害物などを同時に検出して、先行車両を認識した
り、障害物に対する警報を発生したりする用途に適用す
る場合、自車両並びに先行車両は常に移動しているた
め、距離測定に時間が掛かると距離測定中においても自
車両の前方視野内の物体は（先行車両、障害物など）は
大きく移動し、それぞれ物体の距離及び走査方向位置の
時間的変化の検出が遅れ、車両や障害物の認識遅れ、誤
認識などが起こり、結果として誤警報を引き起こしたり
するなど、実用に供し得ないものとなる可能性がある。
【０００６】この発明はこのような問題点を解消するた
めになされたもので、複数の方向の距離測定を高速に行
うことのできる走査型の距離測定装置を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
わる距離測定装置は、複数の方向にレーザビームを照射
してそれぞれのビーム方向の物体からの反射光を受光し
てそれぞれの距離を測定する距離測定装置において、上
記複数のレーザビームを同時に走査してそれぞれのビー
ム方向にある物体までの距離を測定するようにしたもの
である。
【０００８】
【０００９】
【００１０】また、この発明の請求項２に係わる距離測
定装置は、請求項１の装置において、複数のレーザビー
ムを互いに重ならない方向に照射し、複数のレーザビー
ムの走査は互いに各ビーム間の間隔を補間するように行
うよう構成したものである。
【００１１】また、この発明の請求項３に係わる距離測
定装置は、請求項２の装置において、各ビームを補間し
た後は、直前の走査状態の最外郭の隣接位置に走査を移
動するよう構成したものである。
【００１２】さらに、この発明の請求項４に係わる距離
測定装置は、請求項１の装置において、Ｎ本のレーザビ
ームの間隔をＮの２乗未満でかつＮの素数の整数倍およ
び１を除く間隔に分割し、走査は上記分割したＮ間隔の
移動を一走査として行うようにしたものである。
【００１３】
【作用】この発明の請求項１に係わる距離測定装置によ
れば、一回の走査周期を複数のビームの本数分の１に短
縮できる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】この発明の請求項２に係わる距離測定装置
によれば、複数のレーザビームを構成する光学系を小型
にできる。
【００１７】この発明の請求項３に係わる距離測定装置
によれば、複数のレーザビームを構成する光学系を小型
にでき、また光学系設計の自由度が増す。
【００１８】この発明の請求項４に係わる距離測定装置
によれば、複数のレーザビームの間隔を効率的に埋める
ことができる。
【００１９】
【実施例】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において１は３方向にレーザビームを発生す
るレーザ光源であり、それぞれ１ｍｍの間隔を置いて配
置されパルスレーザ光を発生するレーザダイオード１
１，１２，１３と、焦点距離が１１５ｍｍでレーザダイ
オード１１，１２，１３の発生するパルス光を集光する
集光レンズ１４よりなる。２はレーザ光源１より発生さ
れたレーザビームを反射するミラー２１と、上記ミラー
２１を揺動駆動して上記レーザビームを走査するステッ
ピングモータ２２よりなる走査装置、３は上記レーザダ
イオード１１，１２，１３からパルス発光され走査され
たレーザビームが物体に当たり反射され戻ってきた反射
パルス光を受光し電気信号に変換する受光装置、４は上
記レーザ光源１のレーザダイオード１１，１２，１３の
駆動と上記走査装置２のステッピングモータ２２の駆
動、および上記レーザダイオード１１，１２，１３のパ
ルス発光時期から受光装置３で受光した反射パルス光の
往復時間を測定し、各方向の距離を算出する処理装置で
ある。
【００２０】次にこのように構成された実施例１の動作
を説明する。処理装置４は、図２の１１Ｔ，１２Ｔ，１
３Ｔに示すように、レーザ光源１のレーザダイオード１
１，１２，１３をそれぞれ１００μｓの周期で互いに３
３μｓの時間間隔を置いて順次パルス駆動し、約３０ｎ
ｓ程度の極短い時間幅のパルス発光をさせる。レーザダ
イオード１１，１２，１３より順次発生するレーザパル
ス光は一般に指向性の弱いビームであるが、集光レンズ
１４で集光することによって、それぞれのパルスレーザ
光の方向がｔａｎ-1（１／１１５）＝０．５°づつ角度
差を有した３本の略平行ビームとする。走査装置２で
は、この集光した３本のレーザビームをおよそ４５°の
角度で入射するようにミラー２１を配置する。ミラー２
１は３本のレーザビームの整列方向と直交する軸をステ
ッピングモータ２２で駆動される。ステッピングモータ
２２の１ステップ角は０．７５°であり、ミラー２１は
１ステップで０．７５°回転するので、ミラー２１によ
り反射されるパルス光のレーザビームはミラー２１の回
転角の２倍の１．５°ほどビーム方向が偏向することに
なる。ミラー２１で反射されたレーザビームは図示しな
い物体により反射され、反射パルス光として受光装置３
に入射する。３本のレーザビームに対する反射パルス光
波形を図２にそれぞれ１１Ｒ，１２Ｒ，１３Ｒで示す。
受光装置３は反射パルス光を光電変換し処理装置４に入
力する。処理装置４はたとえばレーザダイオード１１の
パルス発光時点から、その反射パルス光が受光装置３で
受光され入力されるまでの時間Δｔを計測し、計測した
時間Δｔの１／２に光の速度（３×１０8 ｍ／ｓ）を掛
けて物体までの距離を算出する。レーザダイオード１
２，１３のパルス発光に対する反射パルス光も同様に受
光装置３で受光し、処理装置４でそれぞれのビーム方向
の距離を算出する。上で述べたように、レーザダイオー
ド１１，１２，１３は１００μｓの間隔を置いて発光す
るのでそれぞれのビームからの反射パルス光は時間的に
容易に弁別できる。つまり各ビーム方向の距離の測定は
１００μｓ毎に行う。この測定を走査装置２の走査１ス
テップについて各ビームにつき１０回繰り返し、１０回
の距離測定値の平均値を一方向の距離測定値として距離
データの信頼性を上げている。従って走査１ステップ当
たりの測定時間はおよそ１ｍｓとなる。走査を図３に示
すように左から右へ、合計１０ステップ行えば、各ステ
ップ当たり３方向であるので全部で３０方向の距離測定
が１０ｍｓで行える。またこのときの視野は１．５°×
１０（ステップ）＝１５°が得られる。
【００２１】このようにレーザ光源１として３個のレー
ザダイオード１１，１２，１３を用いて、ほぼ同時に
（３３μｓの僅かな時間的ずれのみで）３方向の距離の
測定をするようにしたので、走査装置２でレーザビーム
の走査を１０ステップ行えば、処理装置４では計３０方
向の距離が測定できることになり、単一ビームの距離測
定装置を３０方向走査するのに較べ、高速な走査型の距
離測定装置を構成できる。またこの実施例１では、３個
のレーザダイオード１１，１２，１３の整列方向と走査
方向を同一方向として走査を行っているが、必ずしも走
査方向を同一にする必要はなく、またレーザダイオード
１１，１２，１３も一列に整列する必要はない。さらに
走査の方向も用途に応じ任意の方向に走査して良い。
【００２２】実施例２．特に、レーザダイオード１１，
１２，１３の整列方向を走査方向と直行方向に並べるこ
とにより、図４に示すように、２次元の距離測定が可能
となる。走査は上記実施例１のミラー２１と走査用のス
テッピングモータ２２の構成そのままでよいため、ラス
タ状の走査をＸ−Ｙスキャナといった複雑な機構を使用
しなくても簡単な構成で安価に高速の２次元の距離測定
装置が実現できる。この場合の距離測定エリアはレーザ
ダイオードの個数３×走査ポイントの矩形となるが、レ
ーザ光源１のレーザダイオードの個数の走査装置２の走
査ポイントの数を選択すれば、任意の２次元距離測定エ
リアが構成できる。
【００２３】実施例３．上記実施例１ではレーザ光源１
で３個のレーザダイオード１１，１２，１３から照射さ
れるレーザ光を焦点距離１１５ｍｍの凸レンズで集光
し、各ビームの方向を互いに０．５°の角度差を与え、
走査装置２によりそれらのビームを同時に１．５°づつ
走査して距離測定をしたが、図５に示すように、各ビー
ムの間隔をより大きな角度に設定し、各ビーム間の空い
たエリアを走査により埋めるようにすることもできる。
たとえば焦点距離２８．５ｍｍの凸レンズを用いレーザ
ビーム間隔を２°とし、３本のレーザビームの走査を
０．５°ステップで行えば４回の走査でレーザビームの
間隔を一様に埋め、合計６°の視野を得ることができ
る。上記例ではレーザビーム間隔を最終的な視野の分解
能の４倍の２°として説明したが、４倍に限らず整数倍
に設定すれば、その間隔を埋める走査を、視野分解能
（この例では０．５°）づつ走査して埋めればよいの
で、より広い視野にすることも可能である。さらに、レ
ーザビームを集光するレンズの焦点距離は短いものでよ
く、光学系の形状を小型にできる。
【００２４】実施例４．上記実施例３では３本のビーム
の間隔を空け、間を埋めるように走査することによって
ビーム間を一様に埋めることができるが、得られる視野
は３本のビームの間隔を拡げる光学系で制限される。す
なわちビーム間の角度×ビーム数が視野となる。そこで
３本のレーザビームの間隔２°はそのままに、走査装置
２におけるレーザビームの走査を図６に示すように、
０．５°置きに４回と４．５°を１回といった繰り返し
となるように、すなわち各ビーム間を走査で埋めた後に
は次のエリアに移動するように走査を行えば、各ビーム
間の間隔を０．５°づつ隙間なく埋めることができ、か
つ光学系による制限がなく設計の自由度が増し、光学系
の小型化が実現できる。
【００２５】実施例５．さらに、たとえば焦点距離２
８．５ｍｍの凸レンズを用い３本のレーザビームの間隔
をそれぞれ２°として、その間隔を走査により視野の分
解能である０．５°毎に埋めるようにするとき、図７に
示すように、走査装置２によるレーザビームの走査をレ
ーザビームの本数に視野の分解能０．５°を乗じた１．
５°ステップで１０ステップ走査するようにすると、中
央の２４点の間は０．５°間隔で隙間なく埋まり、周辺
は粗くビームが振り分けることができる。この走査ステ
ップに対する距離測定方向の様子を図８に示す。図８よ
り、周辺は広い視野で粗いステップで距離測定をし、中
央付近は密なステップで距離測定を行っていることが分
かる。この実施例５の装置を自動車に装着し車両前方の
障害物や先行車を検出する装置に使用すれば、中央のビ
ームが密に詰まったエリアでは進行方向レーンの障害物
あるいは先行車などの距離を測定し、ビーム間隔の粗い
周辺部では広く隣の走行レーンからの割り込み車両の検
出などに使用できる。この実施例５では走査のステップ
は常に１．５°の一定のステップでよく、走査が簡単で
かつビームが重なることがなく無駄な距離測定をしない
距離測定装置となる。このような構成になるビームの本
数、間隔、走査ステップなどは実施例５の組み合わせに
限らず、Ｎ本のレーザビームの間隔をＮの２乗未満でか
つＮの素数の整数倍および１を除く間隔に分割し、走査
は上記分割したＮ間隔の移動を一走査として行うように
すれば実現できる。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１に係
わる距離測定装置によれば、複数の方向にレーザビーム
を照射してそれぞれのビーム方向の物体からの反射光を
受光してそれぞれの距離を測定すると共に、上記複数の
レーザビームを走査してそれぞれのビーム方向にある物
体までの距離を測定するようにしたので、一回の走査に
関して要する距離測定時間を、１本のビームを用いて走
査により多方向の距離を測定するものに較べ、ビームの
本数分の１に短縮できる。このため、高速演算が求めら
れる自動車等の用途にも充分適用が可能となり、実用上
顕著な効果を奏するものである。
【００２７】また、この発明の請求項１に係わる距離測
定装置によれば、複数の方向にレーザビームを照射して
それぞれのビーム方向の物体からの反射光を受光してそ
れぞれの距離を測定する距離測定装置において、複数の
レーザビームをその整列方向と同一方向に走査して各ビ
ーム方向の距離を測定するようにしたので、走査方向に
ついて多数に区分された視野領域の距離を、１本のビー
ムを用いて走査して同数の方向の距離を測定する装置に
較べ、走査面内の物体の距離の時間変化を検出して警報
する警報装置等への用途に使用できる。
【００２８】
【００２９】また、この発明の請求項２に係わる距離測
定装置によれば、請求項１の装置において、複数のレー
ザビームを互いに離間した方向に照射し、複数のレーザ
ビームの走査は互いに各ビーム間の間隔を補間するよう
に行うように構成したので、複数のレーザビームはそれ
ぞれのビームが隣接する必要がなく、複数のビームの焦
点を短焦点のレンズで行うことができ装置全体を小型に
できるという効果がある。
【００３０】また、この発明の請求項３に係わる距離測
定装置によれば、請求項２の装置において、各ビーム間
を補間した後は、直前の走査状態の最外郭の隣接位置に
走査を移動するように構成したので、複数のレーザビー
ムはそれぞれのビームが隣接する必要がなく、複数のビ
ームの間隔は任意に設定できるため光学系設計の自由度
が増し、かつ複数のビームの集光を短焦点のレンズで行
うことができ装置全体を小型にできるという効果があ
る。
【００３１】さらに、この発明の請求項４に係わる距離
測定装置によれば、請求項１の装置において、Ｎ本のレ
ーザビームの間隔をＮの２乗未満でかつＮの素数の整数
倍および１を除く間隔に分割し、走査は上記分割したＮ
間隔の移動を一走査として行うようにしたので、走査の
過程で複数のビーム方向がラップすることなく各レーザ
ビームの間隔を効率的かつ一様に埋めることができると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１を示す構成図である。
【図２】この発明の実施例１の動作を示す図である。
【図３】この発明の実施例１の動作を示す図である。
【図４】この発明の実施例２の動作を示す図である。
【図５】この発明の実施例３の動作を示す図である。
【図６】この発明の実施例４の動作を示す図である。
【図７】この発明の実施例５の動作を示す図である。
【図８】この発明の実施例５の動作を示す図である。
【符号の説明】
１ レーザ光源 ２ 走査装置 ３ 受光装置 ４ 処理装置

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各々異なった方向に照射される複数のレ
    ーザビームを照射する照射手段と、それぞれのビーム方
    向の物体からの反射光を受光する受光手段と、それぞれ
    の反射光に基づいて物体との距離を測定する演算手段
    と、上記複数のレーザビームの照射方向をその整列方向
    と同一方向に順次変更する走査手段とを備え、上記複数
    のレーザビームの本数より多数に区分された視野領域に
    対して周期的に走査を行う距離測定装置。
  2. 【請求項２】 複数のレーザビームは互いに離間した方
    向に照射し、複数のレーザビームの走査は互いに各ビー
    ム間の間隔を補間するように行う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】 複数のレーザビームは互いに離間した方
    向に照射し、複数のレーザビームの走査は互いに各ビー
    ム間の間隔を補間するように行い、各ビーム間を補間し
    た後は、直前の走査状態の最外郭の隣接位置に走査を移
    動することを特徴とする請求項２に記載の距離測定装
    置。
  4. 【請求項４】 Ｎ体のレーザビームの間隔をＮの２乗未
    満でかつＮの素数の整数倍および１を除く間隔に分割
    し、走査は上記分割したＮ間隔の移動を一走査として行
    うことを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
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