JP3250627B2 - 距離測定装置 - Google Patents
距離測定装置Info
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- JP3250627B2 JP3250627B2 JP33059492A JP33059492A JP3250627B2 JP 3250627 B2 JP3250627 B2 JP 3250627B2 JP 33059492 A JP33059492 A JP 33059492A JP 33059492 A JP33059492 A JP 33059492A JP 3250627 B2 JP3250627 B2 JP 3250627B2
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- Japan
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- light
- lens
- scanning
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、強度変調された光線を
出射し、対象物からの反射光の変調信号から対象物との
距離を測定する距離測定装置に関するものである。
出射し、対象物からの反射光の変調信号から対象物との
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】従来、光学的距離測定装置は、特開平３
−２２０４８２に示されているように、レーザ光等の光
信号発生部と、対象物からの反射光を受光する受光部と
から構成されている。すなわち、図６に示すように、光
信号発光部（送光器）は、レーザダイオード等の発光素
子及び駆動回路から構成されて光強度変調された光線が
発光され、受光部（受光器）は、フォトダイオード等の
受光素子及び信号処理回路から構成されて送光器より送
光された光線が対象物から反射されて戻ってきた光線を
受光素子で受光して電気信号に変換し、位相ずれ検出回
路において、受光器で電気信号に変換した変調信号と発
光素子に変調を与える信号との位相のずれを検出するこ
とにより距離情報を得ている。
−２２０４８２に示されているように、レーザ光等の光
信号発生部と、対象物からの反射光を受光する受光部と
から構成されている。すなわち、図６に示すように、光
信号発光部（送光器）は、レーザダイオード等の発光素
子及び駆動回路から構成されて光強度変調された光線が
発光され、受光部（受光器）は、フォトダイオード等の
受光素子及び信号処理回路から構成されて送光器より送
光された光線が対象物から反射されて戻ってきた光線を
受光素子で受光して電気信号に変換し、位相ずれ検出回
路において、受光器で電気信号に変換した変調信号と発
光素子に変調を与える信号との位相のずれを検出するこ
とにより距離情報を得ている。
【０００３】このような距離測定装置を２次元的に走査
することにより２次元的な距離画像を得る場合、ＳＰＩ
Ｅ Ｖｏ１．８５２（１９８７）３４に示されているよ
うに、レーザーダイオードの前部にポリゴンミラー及び
副走査用の反射鏡を配置し、２次元的な走査を行うこと
により２次元的な距離画像を測定することが行われてい
た。
することにより２次元的な距離画像を得る場合、ＳＰＩ
Ｅ Ｖｏ１．８５２（１９８７）３４に示されているよ
うに、レーザーダイオードの前部にポリゴンミラー及び
副走査用の反射鏡を配置し、２次元的な走査を行うこと
により２次元的な距離画像を測定することが行われてい
た。
【０００４】これには、図７に示されるようなレーザー
レンジファインダーが用いられている。即ち、発光素子
からのレーザ光をビーム拡大し、ポリゴンミラーで主走
査、副走査鏡で副走査して対象物上を２次元走査し、そ
の反射光を副走査鏡、ポリゴンミラーを介して集光レン
ズで集光し、受光素子で受光するようにしている。
レンジファインダーが用いられている。即ち、発光素子
からのレーザ光をビーム拡大し、ポリゴンミラーで主走
査、副走査鏡で副走査して対象物上を２次元走査し、そ
の反射光を副走査鏡、ポリゴンミラーを介して集光レン
ズで集光し、受光素子で受光するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図７に示し
た構成のものにした場合、走査部がポリゴンミラーと副
走査ミラーとからなる２次元走査機構が配置されてい
る。集光レンズは微小な反射光であっても十分な光量を
得るために口径の大きなものが用いられるがそのために
は集光レンズの前方に配置された走査機構においても集
光レンズの口径と等しい径の光線を得ることができるよ
う構成しなければならず、そのため、装置自体が大きく
なり、重量も大きなものとなり取扱いに不便なものとな
ってしまうという欠点がある。
た構成のものにした場合、走査部がポリゴンミラーと副
走査ミラーとからなる２次元走査機構が配置されてい
る。集光レンズは微小な反射光であっても十分な光量を
得るために口径の大きなものが用いられるがそのために
は集光レンズの前方に配置された走査機構においても集
光レンズの口径と等しい径の光線を得ることができるよ
う構成しなければならず、そのため、装置自体が大きく
なり、重量も大きなものとなり取扱いに不便なものとな
ってしまうという欠点がある。
【０００６】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、コンパクトな構成の機構で２次元走査し、２次元の
距離画像を得ることができる距離測定装置を提供するこ
とを目的とする。
で、コンパクトな構成の機構で２次元走査し、２次元の
距離画像を得ることができる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】本発明は、送光・集光兼
用レンズをその光軸に垂直な軸を回転軸として回転させ
て１方向の走査を行い、他方向の走査を前記レンズの回
転軸に沿って往復動する、光路変換のための反射鏡、及
び集光光を平行光にするためのコリメータレンズより行
って２次元の距離画像を得るようにしたこと特徴として
いる。
用レンズをその光軸に垂直な軸を回転軸として回転させ
て１方向の走査を行い、他方向の走査を前記レンズの回
転軸に沿って往復動する、光路変換のための反射鏡、及
び集光光を平行光にするためのコリメータレンズより行
って２次元の距離画像を得るようにしたこと特徴として
いる。
【０００８】
【作用】本発明においては、図１及び図２に示すよう
に、主レンズ１を送光・集光兼用として用いている。測
定される方向は集光レンズ１の光軸方向であり、集光レ
ンズ１を、図２に示すように光軸上焦点を通る紙面に垂
直な軸を中心として回転させることにより、測定方向を
走査することができる。光軸に対して４５°の角度に傾
けられた反射鏡２を集光レンズ１の焦点位置に反射面が
一致するように配置し、光路を集光レンズ１の光軸に対
して９０°曲げる。集光された光線は反射鏡２により光
路を曲げられるが、反射鏡面上に集光された光線の焦点
が存在するため、反射後はこの焦点から発散する光線と
なる。従って、コリメータレンズ３をその焦点距離だけ
反射鏡面から離した位置に配置することにより、コリメ
ータレンズから射出される光束は平行となる。
に、主レンズ１を送光・集光兼用として用いている。測
定される方向は集光レンズ１の光軸方向であり、集光レ
ンズ１を、図２に示すように光軸上焦点を通る紙面に垂
直な軸を中心として回転させることにより、測定方向を
走査することができる。光軸に対して４５°の角度に傾
けられた反射鏡２を集光レンズ１の焦点位置に反射面が
一致するように配置し、光路を集光レンズ１の光軸に対
して９０°曲げる。集光された光線は反射鏡２により光
路を曲げられるが、反射鏡面上に集光された光線の焦点
が存在するため、反射後はこの焦点から発散する光線と
なる。従って、コリメータレンズ３をその焦点距離だけ
反射鏡面から離した位置に配置することにより、コリメ
ータレンズから射出される光束は平行となる。
【０００９】この様子を図２により説明する。光線は反
射鏡２により９０°曲げられるが、図示するように反射
鏡２以後を同一平面上に表して集光される角度の範囲を
考える。反射鏡２の光軸に垂直な軸を中心にして集光レ
ンズ１を回転し、コリメータレンズ３の光軸に対して−
γ〜γの角度の範囲で走査するとし、集光レンズ１の開
口角を±βとすると、コリメータレンズ３に入射する光
線の角度θの範囲は、 −（β＋γ）＜θ＜β＋γ である。
射鏡２により９０°曲げられるが、図示するように反射
鏡２以後を同一平面上に表して集光される角度の範囲を
考える。反射鏡２の光軸に垂直な軸を中心にして集光レ
ンズ１を回転し、コリメータレンズ３の光軸に対して−
γ〜γの角度の範囲で走査するとし、集光レンズ１の開
口角を±βとすると、コリメータレンズ３に入射する光
線の角度θの範囲は、 −（β＋γ）＜θ＜β＋γ である。
【００１０】走査可能な範囲はコリメータレンズ３の開
口角により決まるが、例えば、これが±αである場合、
コリメータレンズ３の光軸に対して集光レンズ１が±α
の角度にあるとき集光された光束の１／２がコリメート
される。集光レンズ１の開口角を±βとしたとき、集光
レンズ１がコリメータレンズ３の光軸に対して±（α＋
２β）になったときに、集光された光線はコリメータレ
ンズに入射しなくなるため、走査範囲は±（α＋２β）
以内となる。また、コリメータレンズ３の光軸に対して
±（α−２β）の範囲以内にある場合は集光された光束
はすべてコリメータレンズ３に入射する。
口角により決まるが、例えば、これが±αである場合、
コリメータレンズ３の光軸に対して集光レンズ１が±α
の角度にあるとき集光された光束の１／２がコリメート
される。集光レンズ１の開口角を±βとしたとき、集光
レンズ１がコリメータレンズ３の光軸に対して±（α＋
２β）になったときに、集光された光線はコリメータレ
ンズに入射しなくなるため、走査範囲は±（α＋２β）
以内となる。また、コリメータレンズ３の光軸に対して
±（α−２β）の範囲以内にある場合は集光された光束
はすべてコリメータレンズ３に入射する。
【００１１】従って、集光光のコリメータレンズ３への
入射の割合を考えて走査の範囲γを決定する。そして、
αの大きなコリメータレンズを用いることにより広範囲
にわたる測定が可能となる。
入射の割合を考えて走査の範囲γを決定する。そして、
αの大きなコリメータレンズを用いることにより広範囲
にわたる測定が可能となる。
【００１２】次に、図３を参照して集光レンズ１の走査
方向と垂直な方向の走査について述べる反射鏡２、コリ
メータレンズ３を一体として集光レンズ１の焦点面内で
集光レンズ１の走査方向と垂直な方向、即ち集光レンズ
１の回転軸に沿って往復運動を行う。図３（ａ）、図３
（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、反射鏡２が集光レン
ズ１の焦点面内を運動するため、集光された光線は常に
反射鏡面上に集光され、その点を点光源として発散する
光線となる。
方向と垂直な方向の走査について述べる反射鏡２、コリ
メータレンズ３を一体として集光レンズ１の焦点面内で
集光レンズ１の走査方向と垂直な方向、即ち集光レンズ
１の回転軸に沿って往復運動を行う。図３（ａ）、図３
（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、反射鏡２が集光レン
ズ１の焦点面内を運動するため、集光された光線は常に
反射鏡面上に集光され、その点を点光源として発散する
光線となる。
【００１３】また、コリメータレンズ３は反射鏡２と同
時に往復運動を行っているため、発散していく点は常に
コリメータレンズの焦点位置にあることになり、反射光
はコリメータレンズ３を透過後、平行光となる。
時に往復運動を行っているため、発散していく点は常に
コリメータレンズの焦点位置にあることになり、反射光
はコリメータレンズ３を透過後、平行光となる。
【００１４】反射鏡２の移動量を集光レンズの光軸に対
してｄとしたとき、主光線のコリメータレンズ３への入
射角δ、すなわち、測定の方向は、 δ＝ｔａｎ-1（ｄ／ｆ） （ただし、ｆは集光レンズの
焦点距離） であり、集光レンズ１の開口角がβであるため、往復運
動を−ｄ〜ｄまで行うときのコリメータレンズ３への入
射角度ηの範囲は、 −（β＋δ）＜η＜β＋δ となる。（ただし、実際は集光の方向が集光レンズの光
軸からはずれた場合、厳密には±（β＋δ）からはずれ
るが、僅かであるので、ここでは特に考えないことにす
る。）ここでも、図２で説明したと同様にしてコリメー
タレンズの開口角が±αであることを考慮にいれ、走査
の範囲ｄの量を決定する。
してｄとしたとき、主光線のコリメータレンズ３への入
射角δ、すなわち、測定の方向は、 δ＝ｔａｎ-1（ｄ／ｆ） （ただし、ｆは集光レンズの
焦点距離） であり、集光レンズ１の開口角がβであるため、往復運
動を−ｄ〜ｄまで行うときのコリメータレンズ３への入
射角度ηの範囲は、 −（β＋δ）＜η＜β＋δ となる。（ただし、実際は集光の方向が集光レンズの光
軸からはずれた場合、厳密には±（β＋δ）からはずれ
るが、僅かであるので、ここでは特に考えないことにす
る。）ここでも、図２で説明したと同様にしてコリメー
タレンズの開口角が±αであることを考慮にいれ、走査
の範囲ｄの量を決定する。
【００１５】以上で述べたように、コリメータレンズ３
の開口角を考慮にいれることにより、反射鏡の傾きを変
化させることなく、往復運動のみで行うことができ、操
作が簡略化できる。
の開口角を考慮にいれることにより、反射鏡の傾きを変
化させることなく、往復運動のみで行うことができ、操
作が簡略化できる。
【００１６】図１において、コリメータレンズ３によっ
て平行となった光線はさらにレンズ６により受光素子７
上に集光される。コリメータレンズ３、レンズ６の間に
おける光束は平行光束であるのでその間の距離は限定さ
れない。従って、この距離は測定中可変としても測定さ
れる量には影響はない。そのため、反射鏡２とコリメー
タレンズ３のみを可動とするだけで十分であり、走査の
機構が簡略化されることになる。
て平行となった光線はさらにレンズ６により受光素子７
上に集光される。コリメータレンズ３、レンズ６の間に
おける光束は平行光束であるのでその間の距離は限定さ
れない。従って、この距離は測定中可変としても測定さ
れる量には影響はない。そのため、反射鏡２とコリメー
タレンズ３のみを可動とするだけで十分であり、走査の
機構が簡略化されることになる。
【００１７】次に測定光線の出射の機構について説明を
行う。発光素子８より発せられ、コリメータ９により平
行光となった測定光束はコリメータレンズ３とレンズ６
の中間に配置されたビームスプリッター１１により光路
変換を行い、それ以後は測定光線を受光の経路と逆方向
に入射することにより、測定光線の出射を行っている。
行う。発光素子８より発せられ、コリメータ９により平
行光となった測定光束はコリメータレンズ３とレンズ６
の中間に配置されたビームスプリッター１１により光路
変換を行い、それ以後は測定光線を受光の経路と逆方向
に入射することにより、測定光線の出射を行っている。
【００１８】集光レンズ１の回転方向の走査について
は、図４に示すように、レンズを走査したときレンズの
開口角の範囲内に出射されている光線は測定光として送
光される。集光レンズ１から出射する測定光束は測定の
分解能を高くするため、細くする必要があるが、これ
は、発光素子から出射した光線をコリメートする際に細
く絞っておく必要がある。そのため、集光レンズ１とし
て開口角の大きなものを選ぶことにより広い測定範囲を
得ることができる。
は、図４に示すように、レンズを走査したときレンズの
開口角の範囲内に出射されている光線は測定光として送
光される。集光レンズ１から出射する測定光束は測定の
分解能を高くするため、細くする必要があるが、これ
は、発光素子から出射した光線をコリメートする際に細
く絞っておく必要がある。そのため、集光レンズ１とし
て開口角の大きなものを選ぶことにより広い測定範囲を
得ることができる。
【００１９】反射鏡２、コリメータレンズ３の往復運動
への走査においても集光の場合とほぼ同様に考えること
ができる。これを図５により説明する。発光素子より発
光された測定光は、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５
（ｃ）に示すように、常にコリメータレンズ３の光軸上
を進むため、反射鏡２で反射された後垂直に光路を交換
され、集光レンズ１に垂直に入射する。ただし、反射鏡
２が移動するため、それに伴い、入射の位置が光軸から
ずれているため、集光レンズ１により光路が屈曲する。
この屈曲は集光される方向と一致するため、特に集光光
路と異なる機構を加える必要がなく、完全に送・集光同
一光路をとることができ、機構上簡略なものとなり、コ
ンパクトな構成とすることができる。
への走査においても集光の場合とほぼ同様に考えること
ができる。これを図５により説明する。発光素子より発
光された測定光は、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５
（ｃ）に示すように、常にコリメータレンズ３の光軸上
を進むため、反射鏡２で反射された後垂直に光路を交換
され、集光レンズ１に垂直に入射する。ただし、反射鏡
２が移動するため、それに伴い、入射の位置が光軸から
ずれているため、集光レンズ１により光路が屈曲する。
この屈曲は集光される方向と一致するため、特に集光光
路と異なる機構を加える必要がなく、完全に送・集光同
一光路をとることができ、機構上簡略なものとなり、コ
ンパクトな構成とすることができる。
【００２０】
【実施例】図１に本発明の詳細な図を示す。図中、１は
集光レンズ、２は光路変換のための反射鏡、３はコリメ
ータレンズ、４は集光レンズを集光レンズの焦点位置で
あり、かつ光軸に垂直な回転軸を中心として回転するた
めの機構、５は反射鏡２、コリメータレンズ３を集光レ
ンズ１の回転走査方向と垂直な方向の走査を行うための
機構、６は集光、コリメートされた光束を検出器上に集
光するためのレンズ、７は反射光の検出器、８は発光素
子、９は発光素子より発光された光線をコリメートする
ためのレンズ、１０は戻り光が発光素子に再び入射する
のを防ぐためのアイソレータ、１１は測定光と反射光と
を別な光路に振り分けるためのビームスプリッタ、１２
は発光素子、受光素子の駆動回路及び信号処理回路であ
る。
集光レンズ、２は光路変換のための反射鏡、３はコリメ
ータレンズ、４は集光レンズを集光レンズの焦点位置で
あり、かつ光軸に垂直な回転軸を中心として回転するた
めの機構、５は反射鏡２、コリメータレンズ３を集光レ
ンズ１の回転走査方向と垂直な方向の走査を行うための
機構、６は集光、コリメートされた光束を検出器上に集
光するためのレンズ、７は反射光の検出器、８は発光素
子、９は発光素子より発光された光線をコリメートする
ためのレンズ、１０は戻り光が発光素子に再び入射する
のを防ぐためのアイソレータ、１１は測定光と反射光と
を別な光路に振り分けるためのビームスプリッタ、１２
は発光素子、受光素子の駆動回路及び信号処理回路であ
る。
【００２１】発光素子８からの送光光線は強度変調され
たものであり、ビームスプリッタ１１、レンズ３、反射
鏡２、レンズ１を通して対象物に向けて送光される。こ
のとき、前述したように送光光線は２次元的に走査され
る。対象物からの反射光はレンズ１、反射鏡２、レンズ
３、ビームスプリッタ１１、レンズ６を介して検出器７
で検出される。検出器７で検出した反射光線との位相ず
れを駆動回路及び信号処理回路１２で検出することによ
り対象物までの距離が測定される。
たものであり、ビームスプリッタ１１、レンズ３、反射
鏡２、レンズ１を通して対象物に向けて送光される。こ
のとき、前述したように送光光線は２次元的に走査され
る。対象物からの反射光はレンズ１、反射鏡２、レンズ
３、ビームスプリッタ１１、レンズ６を介して検出器７
で検出される。検出器７で検出した反射光線との位相ず
れを駆動回路及び信号処理回路１２で検出することによ
り対象物までの距離が測定される。
【００２２】測定されている位置は、エンコーダ等によ
り集光レンズの回転角、反射鏡の移動量を検知すること
で求められ、２次元的な対応付けをする。
り集光レンズの回転角、反射鏡の移動量を検知すること
で求められ、２次元的な対応付けをする。
【００２３】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明の距
離測定装置は、強度変調された測定光を発し、その反射
光の測定光との位相ずれを検知することにより距離を測
定する測定機を２次元的に走査して２次元的な距離画像
を測定する際、集光レンズを回転することにより１つの
方向を走査することと、この集光レンズの焦点面に位置
した光路変換の反射鏡、およびコリメータレンズを集光
レンズの焦点面内で往復運動させて２次元的な走査を行
うことにより、よりコンパクトな構成とすることができ
る。
離測定装置は、強度変調された測定光を発し、その反射
光の測定光との位相ずれを検知することにより距離を測
定する測定機を２次元的に走査して２次元的な距離画像
を測定する際、集光レンズを回転することにより１つの
方向を走査することと、この集光レンズの焦点面に位置
した光路変換の反射鏡、およびコリメータレンズを集光
レンズの焦点面内で往復運動させて２次元的な走査を行
うことにより、よりコンパクトな構成とすることができ
る。
【図１】本発明の全体構成の概略図である。
【図２】反射光線の集光系における集光レンズの回転方
向に関する走査を説明する図である。
向に関する走査を説明する図である。
【図３】反射鏡の往復運動の方向の走査を説明する図で
ある。
ある。
【図４】測定光線の送光系における集光レンズの回転方
向に関する走査を説明する図である。
向に関する走査を説明する図である。
【図５】反射鏡の往復運動の方向の走査を説明する図で
ある。
ある。
【図６】従来例を示す図である。
【図７】従来例を示す図である。
１…集光レンズ ２…反射鏡 ３…コリメータレンズ ４…駆動装置 ５…駆動装置 ６…レンズ ７…受光素子 ８…発光素子 ９…コリメータレンズ １０…アイソレータ １１…ビームスプリッター １２…発光素子・受光素子の駆動回路及び信号処理回路
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01C 3/00 - 3/32 G01S 17/00 - 17/88 G02B 27/30
Claims (1)
- 【請求項１】 強度変調した光線を発光して対象物から
の反射光線の変調信号と発光光の変調信号との位相のず
れを検出することにより対象物との距離を測定する装置
を用い、測定光線を２次元的に走査することにより２次
元的な距離情報の測定を行う距離測定装置において、１
つの次元の方向の走査を光軸に垂直な軸を中心として回
転するレンズにより行い、他方の次元の走査をこのレン
ズの回転軸に沿って往復する、光路変換のための反射
鏡、及び集光光を平行光にするためのコリメータレンズ
よりなる光路変換部により行うようにしたことを特徴と
する距離測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33059492A JP3250627B2 (ja) | 1992-12-10 | 1992-12-10 | 距離測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33059492A JP3250627B2 (ja) | 1992-12-10 | 1992-12-10 | 距離測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06174425A JPH06174425A (ja) | 1994-06-24 |
| JP3250627B2 true JP3250627B2 (ja) | 2002-01-28 |
Family
ID=18234405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33059492A Expired - Fee Related JP3250627B2 (ja) | 1992-12-10 | 1992-12-10 | 距離測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3250627B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5638345B2 (ja) * | 2010-10-27 | 2014-12-10 | 三菱電機株式会社 | レーザ画像計測装置 |
| KR101255816B1 (ko) * | 2011-07-04 | 2013-04-17 | (주)이오시스템 | 3차원 광 스캔 장치 및 방법 |
| JP6341500B2 (ja) * | 2014-04-24 | 2018-06-13 | リコーインダストリアルソリューションズ株式会社 | レーザレーダ装置 |
| JP6421368B2 (ja) * | 2014-04-30 | 2018-11-14 | リコーインダストリアルソリューションズ株式会社 | レーザレーダ装置 |
| WO2018173733A1 (ja) * | 2017-03-22 | 2018-09-27 | パイオニア株式会社 | 光照射装置、光照射方法、および測距装置 |
-
1992
- 1992-12-10 JP JP33059492A patent/JP3250627B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06174425A (ja) | 1994-06-24 |
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