JPH05312936A - 距離測定装置 - Google Patents

距離測定装置

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JPH05312936A
JPH05312936A JP4115978A JP11597892A JPH05312936A JP H05312936 A JPH05312936 A JP H05312936A JP 4115978 A JP4115978 A JP 4115978A JP 11597892 A JP11597892 A JP 11597892A JP H05312936 A JPH05312936 A JP H05312936A
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JP
Japan
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light
distance
light emitting
range
measurement
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Withdrawn
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JP4115978A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Matsuzaki
弘 松崎
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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Publication of JPH05312936A publication Critical patent/JPH05312936A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 広い検出感度を備えた検出素子を用いなくと
も、広い範囲の測距が可能な距離測定装置。 【構成】 強度変調した測定光を対象物に送光し、対象
物からの反射光を受光して、反射光の変調信号と測定光
の変調信号との位相のずれから対象物までの距離を測定
する距離測定装置において、異なる方向に測定光を射出
するように、送光部内に複数の発光素子5a〜5cを設
け、各発光素子の前方にそれぞれ集光光学系を配置し、
各集光光学系により各発光素子から発光される光の広が
り角を相互に異ならせるようにして、広い測定範囲を得
ると共に、反射光の距離による強度差を小さくし、感度
範囲の大きな高感度の受光素子を用いる必要をなくし、
簡単な構成とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、距離測定装置に関し、
特に、強度変調された光を射出し、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、距離測定装置においては、例え
ば、特開平3−220482号に示されるように、レー
ザ光等の光信号発生部と、対象物からの反射光の受光部
とから構成されている。これは、図9に示したように、
送光部101、受光部102、位相ずれ検出部103か
らなり、送光部101においては、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、光強度変調され
た光が発光され、受光部102においては、フォトダイ
オード等の受光素子から構成され、送光部101より送
光され、対象物から反射されて戻ってきた光を受光素子
で受光し、それを電気信号に変換し、位相ずれ検出部1
03においては、受光素子で受光された光の変調信号と
発光素子に与えられた変調信号との位相のずれをとるこ
とにより、距離情報を得ている。
【0003】また、特開平2−290507号に示され
た従来例においては、図10に示すように、複数の発光
素子111、112・・、及び、複数の受光素子12
1、122・・を用い、それぞれが異なる方向を向くよ
うに配置し、発光素子111、112・・からの光を送
光用レンズ131により相互に異なる方向に送光し、異
なる方向からの反射光を集光用レンズ132により別々
の受光素子121、122・・に入射させるもので、送
光方向と受光方向との交点において測距が可能であるた
め、発光方向と受光方向の複数の組み合わせからなる広
い範囲の測定領域を得ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の特開平
3−220482号に示されるような例においては、送
光部から射出される光の広がり角により測定範囲が決定
されるが、測定光の強度は対象物からの距離が大きくな
るほど弱くなるため、測定される距離範囲を大きくした
い場合には、射出する光の広がり角をできるだけ小さく
し、距離の大きな位置からの光強度が小さくならないよ
うにする必要がある。しかし、測定光の広がり角を小さ
くした場合、横方向の測定範囲を広くとることはできな
い。
【0005】また、特開平2−290507号のもの
は、発光素子、受光素子を複数個用い、測定光を多方向
に射出することにより広い測定範囲を得ているものであ
るが、この例においては、測定範囲は広くなっている
が、測定できるのは送光方向と受光方向との交点の位置
に限られ、対象物がそれ以外の位置にある場合には、測
定が不可能になる。
【0006】さらに、後者のような例においては、各発
光素子から射出される光は、通常、平行光であるか、又
は、広がり角を等しくしてある。各方向に等しい広がり
角で射出した場合、距離が離れるに従って光束の幅が大
きくなるため、反射光の検出可能な範囲は広くなるが、
逆に、反射光の強度は小さくなる。また、距離の小さな
位置の検出においては、光束幅も小さく、反射光の強度
は大きなものとなっている。
【0007】したがって、従来の距離測定装置において
は、距離の小さな位置から大きな位置までについての連
続した信号検出を行おうとする場合は、非常に広い検出
感度を備えた検出素子を用いる必要がある。検出感度の
不十分なものを用いた場合、距離の大きな位置からの反
射光の検出が行えない場合や、距離の小さな位置からの
信号の大きさが大き過ぎ、検出素子が飽和してしまう場
合もある。
【0008】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、広い検出感度を備えた検出
素子を用いなくとも、広い範囲の測距が可能な距離測定
装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の距離測定装置
は、上記目的を達成するために、強度変調した測定光を
対象物に送光し、対象物からの反射光を受光して、反射
光の変調信号と測定光の変調信号との位相のずれから対
象物までの距離を測定する距離測定装置において、異な
る方向に測定光を射出するように、送光部内に複数の発
光素子を備え、前記発光素子の前方に集光光学系を配置
し、前記集光光学系により各発光素子から発光される光
の広がり角を相互に異ならせるようにしたことを特徴と
するものである。
【0010】この場合、各発光素子から射出される光の
強度をその測定領域までの距離に応じて異ならせるよう
にすることもできる。
【0011】
【作用】以下、上記構成を採用した理由と作用について
説明する。発光素子から射出される光は、送光用レンズ
でそのビーム広がり角が決められるが、そのビームによ
り信号検出の行われる範囲は、その広がり角と対象物の
距離に応じて、送光方向と検出方向との交点近傍におけ
るビーム幅と受光系による受光範囲とにより決定され
る。送光光束と受光方向との交差する範囲は、装置から
の距離により変化し、装置からの距離が大きいほど信号
検出範囲は大きくなる。また、反射光の強度も距離によ
り変化し、距離が大きいほど反射光の強度は小さくなる
ため、検出器の検出感度により最大の距離測定範囲が決
定される。
【0012】ここで、ビーム広がり角を大きくした場
合、対象物位置での光強度が小さくなるので、反射光強
度が検出可能な距離は短くなる。しかし、近距離におけ
る測定にはこの点は問題なく、ビームの広がり角が小さ
い場合に比べて、広い距離範囲において測定が可能とな
る。逆に、ビーム広がり角を小さくした場合、対象物位
置での光強度は大きくなるので、反射光強度が検出可能
な距離は大きくなる。
【0013】したがって、複数の発光素子により相互に
異なる方向に光を射出する場合、より遠方にある対象物
を測定するビームの広がり角をより小さくし、近距離に
ある対象物を測定するビームの広がり角をより大きくす
ることにより、検出器が検出する反射光強度差を小さく
できる。そのため、感度範囲の狭い受光素子を用いても
大きな距離範囲の測定が可能になる。
【0014】図8を参照にして、より具体的に説明する
と、図示のように、1点から出る複数の射出方向a〜c
に対して1本の検出方向dを考え、射出方向aのビーム
広がり角をα、射出方向bのビーム広がり角をβ、射出
方向cのビーム広がり角をγとする時、図のように、角
度α、β、γをα>β>γを満足するようにすると、光
強度の弱まる割合は、a、b、cの順に小さくなる。こ
のため、各射出方向a、b、cのビームと検出方向dの
交わる領域A、B、C(Aが最も遠く、Bは中間距離で
あり、Cは最も近距離である。)からの反射光の強度を
考えると、a、b、cの広がり角が等しい場合に比べ、
その強度の差は小さなものとなる。したがって、A〜C
の範囲の距離を連続的に測定しようとするとき、反射光
検出用の受光素子としては、感度範囲の大きな高感度の
ものを用いる必要がなくなり、簡単な構成にすることが
できる。
【0015】なお、cの広がり角γは最も小さいが、測
定の範囲Cが最も遠い距離にあるため、検出方向dとの
交差範囲Cが極端に小さくなることはない。
【0016】さらに、このような配置にしても、なお受
光素子の感度が足りない場合には、発光素子自体の発光
強度を遠い範囲を測定するための素子から順に弱くして
行き、反射光の強度範囲が小さくなるように設定するこ
ともできる。
【0017】また、各発光素子から発光される測定光の
方向aとb、bとcのなす角度をそれぞれθab、θbc
すると、θab、θbcは特に等しい角度に設定する必要は
なく、各発光素子による隣合う測定可能範囲が連続する
ように配置し、異なる発光素子の測定範囲間での不連続
がないように設定する等、最適配置をするのが望まし
い。
【0018】
【実施例】次に、本発明の距離測定装置の実施例につい
て説明する。図1は本発明の実施例における全系の概略
図であり、図中、1は送光部、2は受光部、3は位相ず
れ検出部であり、送光部1には、後述するように、複数
のレーザダイオード等の発光素子とそれらの駆動回路が
配置されており、受光部2には、後述するように、単数
又は複数の受光素子が配置されており、また、位相ずれ
検出部3においては、受光素子で受光された光の変調信
号と発光素子に与えられた強度変調信号との位相のずれ
をとり、対象物までの距離計算等が行われる。以上の構
成は、基本的には、図9の場合と同様である。
【0019】図2に送光部の構成の1例を示す。図中、
4は送光用主レンズ、6a〜6cは各発光素子5a〜5
cからの射出光の広がり角調整用の副レンズである。本
実施例では、この主レンズ4と副レンズ6a〜6cによ
り本発明の集光光学系を形成している。発光素子は特に
3個である必要はなく、測定範囲等により複数個配置す
るものとする。副レンズ6a〜6c及び送光用主レンズ
4から射出された光束の広がり角は、図8を参照にして
説明したように、測定距離に応じて異ならしてある。ま
た、各発光素子5a〜5cから射出される光の強度は、
測定範囲までの距離、広がり角により、各発光素子ごと
に異ならせ、それぞれの測定光の反射光強度の差が小さ
くなるように設定することもできる。
【0020】ところで、発光素子としてレーザダイオー
ドを用いた場合、光軸を含む断面の方向によりビーム広
がり角が異なり、発光パターンが楕円になるため、図3
に示すように、シリンドリカリレンズのようなビーム成
形用光学系7a〜7cを副レンズ6a〜6cの前又は後
に配置することも可能である。
【0021】また、図4に示すように、光学系を簡略化
するために、集光光学系として、送光用主レンズ4のみ
を用い、主レンズ4に対して発光素子5a〜5cの光軸
上の位置を変えることにより、発光素子5a〜5cより
射出された光線の広がり角を集光光学素子として設けら
れた主レンズ4によってそれぞれ異ならせることも可能
である。
【0022】図5は、各測定光による測定領域を示した
図である。測定光の射出方向は8、9、10の方向であ
り、検出方向は11である。この例においては、隣合う
測定光束が重なるように設定し、その境界線12、13
において測定可能範囲が不連続にならないようにする。
このような配置にすることにより、広がる光束の両端1
4、15、及び、受光範囲16、17で囲まれる広い範
囲において測定が可能となる。
【0023】図6は、さらに、受光素子を複数個用いる
ことにより、測定領域を広くしたものである。18〜2
0の方向に測定光を射出し、21、22、23の複数の
方向に検出を行うものである。この例においては、各検
出素子による検出角も異ならせ、近い距離検出を行うも
のほど検出角を大きくしたものである。送光範囲が2
4、25で囲まれる範囲、受光範囲が26、27が囲ま
れる範囲であるため、測定範囲はこれらの重なる領域、
すなわち、直線24、25、26、27で囲まれる領域
となり、横方向にも広い測定範囲を得ることができる。
【0024】図7は、同様に、発光素子、受光素子を共
に複数個用いたものであるが、その配置を変更した例で
ある。28〜30の方向に測定光を射出し、受光器を送
光器の両側に配置し、それぞれ複数の受光素子を備え、
31〜34の方向で受光を行うものである。このような
配置においては、2つの受光器間の距離により横方向の
測定の広さが決まるため、受光器間の距離を調節するこ
とにより、広い範囲の測定領域を得ることができる。
【0025】以上、本発明の距離測定装置のいくつかの
実施例について説明してきたが、本発明はこれら実施例
に限定されず種々の変形が可能である。
【0026】
【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、集光光学系により複数の発光素子から発
光される光の広がり角を相互に異ならせるようにするこ
とにより、広い測定範囲を得ることができると共に、反
射光の距離による強度差を小さくすることができるた
め、感度範囲の大きな高感度の受光素子を用いる必要が
なく、簡単な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の距離測定装置の実施例における全系の
概略図である。
【図2】送光部の構成の1例を示す図である。
【図3】送光部の変形例を示す図である。
【図4】送光部の別の変形例を示す図である。
【図5】測定範囲の1例を示す図である。
【図6】測定範囲の他の例を示す図である。
【図7】測定範囲の別の例を示す図である。
【図8】本発明の作用説明のための概念図である。
【図9】従来の距離測定装置の概略構成図である。
【図10】従来の別の距離測定装置の概略構成図であ
る。
【符号の説明】
1…送光部 2…受光部 3…位相ずれ検出部 4…送光用主レンズ 5a〜5c…発光素子 6a〜6c…副レンズ 7a〜7c…ビーム成形用光学系
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年1月20日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】ところで、発光素子としてレーザダイオー
ドを用いた場合、光軸を含む断面の方向によりビーム広
がり角が異なり、発光パターンが楕円になるため、図3
に示すように、シリンドリカルレンズのようなビーム成
形用光学系7a〜7cを副レンズ6a〜6cの前又は後
に配置することも可能である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図10
【補正方法】変更
【補正内容】
【図10】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強度変調した測定光を対象物に送光し、
    対象物からの反射光を受光して、反射光の変調信号と測
    定光の変調信号との位相のずれから対象物までの距離を
    測定する距離測定装置において、異なる方向に測定光を
    射出するように、送光部内に複数の発光素子を備え、前
    記発光素子の前方に集光光学系を配置し、前記集光光学
    系により各発光素子から発光される光の広がり角を相互
    に異ならせるようにしたことを特徴とする距離測定装
    置。
  2. 【請求項2】 各発光素子から射出される光の強度をそ
    の測定領域までの距離に応じて異ならせるようにしたこ
    とを特徴とする請求項1記載の距離測定装置。
JP4115978A 1992-05-08 1992-05-08 距離測定装置 Withdrawn JPH05312936A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4115978A JPH05312936A (ja) 1992-05-08 1992-05-08 距離測定装置

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JP4115978A JPH05312936A (ja) 1992-05-08 1992-05-08 距離測定装置

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JPH05312936A true JPH05312936A (ja) 1993-11-26

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JP4115978A Withdrawn JPH05312936A (ja) 1992-05-08 1992-05-08 距離測定装置

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JP (1) JPH05312936A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009047433A (ja) * 2007-08-13 2009-03-05 Ihi Corp レーザ距離測定装置の感度調整方法及びレーザ距離測定装置
JP2019045334A (ja) * 2017-09-04 2019-03-22 株式会社日立エルジーデータストレージ 3次元距離測定装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009047433A (ja) * 2007-08-13 2009-03-05 Ihi Corp レーザ距離測定装置の感度調整方法及びレーザ距離測定装置
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Effective date: 19990803