JPH0533922Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、車間距離を検出する光学式測距装
置に関する。

（従来の技術） 従来の光学式測距装置としては、例えば第４図
に示すようなものがある。これは、モータ等によ
つて駆動される回転台の上に取付けられた受光器
１と、固定された受光器２と、差動増幅器３ａ〜
３ｎと、加算回路４等とから構成されている。

前記受光器１，２における集束レンズ１ａ，２
ａの光軸g₁，g₂の交点に測距しようとする物体Ｍ
が存在する場合、各レンズ１ａ，２ａの焦点距離
に設置したフオトダイオードアレイ１ｂ，２ｂ上
に前記物体Ｍの像が結像され、これらアレイ１
ａ，２ａ上の像は略一致する。このためフオトダ
イオードアレイ１ａ，２ａにおける各所定位置の
フオトダイオードの出力はそれぞれほぼ等しく、
各フオトダイオードの出力の差を取る各差動増幅
器３ａ〜３ｎの出力はほぼゼロとなり、各差動増
幅器３ａ〜３ｎの出力の和を取る加算回路４の出
力はほぼゼロとなる。したがつて、加算回路４の
出力が最小となる受光器１の角度θを測定し、こ
のθから物体Ｍまでの距離ｒを次式によつて求め
ている。

ｒ＝ｄ・tan^-1θ （考案が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の光学式測距装
置にあつては、２つの受光器１，２がフオトダイ
オードアレイ１ｂ，２ｂ上に撮らえた物体Ｍの両
画像が一致する受光器１の角度θを電気的に調べ
ているため、日没、夜間、トンネル通過時等の
ように物体（物標）の周囲の照度が低下すると物
標の測距ができなくなる。先行車の車間距離を
常時測定するような場合、受光器１を回転させる
可動部が連続使用されるのでその可動部は耐久性
のあるものにしなければならず、このため高価に
なる。物標が大型車の後面のように光学的な反
射特性が単調で明暗（白黒）画像として変化が少
ない場合、物標を点として捉えずらくなるので、
測距誤差が著しく増大する等の多くの問題があつ
た。

この考案は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、周囲の照度に拘りなく常に正
確な車間距離等を検出することができ、しかも可
動部を必要としない光学式測距装置を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段） この考案は、上記目的を達成するために、前方
に位置する物体に設けられた反射板に向けて光を
発射する発光素子と、前記反射板で反射した光を
受光面で受光し、この受光面の集光位置に対応し
て大きさの変化する出力信号を発する受光素子
と、演算部とを備え、該演算部は前記受光素子か
らの出力信号に基づいて前記発光素子と前記物体
との間の距離を算出する構成にしたものである。

（作用） 上記構成にあるから、発光素子から発射された
光は物体に設けられた反射板で反射されて受光素
子の受光面で受光され、この受光素子が受光面の
集光位置に対応した出力信号を出力し、この出力
信号に基づいて演算部が発光素子と前記物体との
間の距離を算出する。

（実施例） 以下、この考案の実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図は、この考案の一実施例の概略構成図を
示したものであり、図中において、１１，１２は
先行車両Ｓの後端に装着されたリフレクタ（反射
板）、１４は後続車両Ｋの前部に装着された送受
光器である。

上記送受光器１４は、窓１５から赤外光を拡が
り角φの送光ビームとして前方に放射する発光ダ
イオード１６と、前記発光ダイオード１６から発
光される赤外光を正弦波変調する正弦波変調回路
２５と、前記発光ダイオード１６の両側に等距離
へだてて配設されてリフレクタ１１，１２で反射
した赤外光を集束する凸レンズ１７，１８と（放
射光Ｌの反射光Ｒは概ね光源付近に戻る性質があ
る）、この凸レンズ１７，１８による赤外光の結
像位置に設置されるPSD（Position Sensitive
Device）型受光素子１９，２０と、このPSD型
受光素子１９，２０の各電極A₁，B₁，A₂，B₂に
出力される出力電流を電圧に変換するアンプ２
１，２２，２３，２４とから構成されている。

第２図は前記PSD型受光素子の構成を示した
ものであり、図中、３１は凸レンズ３２の焦点Ｆ
に受光面３１ａの中心を一致させて鏡胴３３に装
着したPSD型受光素子、Ａ，Ｂは出力電極、Ｑ
は共通電極、３４，３５はリフレクタ、３６，３
７はアンプである。

以下、この動作原理について説明する。

図示しない発光素子から赤外光L_T＝Lsin2π₀t
（周波数₀の正弦波で振幅変調されている）がリ
フレクタ３４，３５に向けて照射されると、その
赤外光の反射特性により入射光L_Tの方向に反射
光L_Rを生じる。この反射光L_Rは凸レンズ３２に
よつてPSD型受光素子３１の受光面３１ａ上の
点P₁，P₂に結像される。この点P₁，P₂に入射す
る入射光をL₁，L₂とすると、L₁≒L₂≒L₀sin2π₀t
となる。ただし、L₀≒kA_rA_eＬ／4πθ²r² ここで、ｋ：リフレクタの反射率、A_r：リフ
レクタの反射面積、A_e：凸レンズの受光面積、
θ：リフレクタの反射ビームの拡がり角（ラジア
ン）、Ｌ：リフレクタへ入射する赤外光の強度
（Ｗ／m²）、ｒ：リフレクタとレンズ間の距離であ
る。

また、PSD型受光素子の出力電極Ａ，Ｂ間の
距離をｄ、出力電極Ａと点P₁，P₂との距離をx₁，
x₂とすると、PSD型受光素子の特性により、入
射光L₁によつて、 Ia₁＝Ｉｄ−x₁／ｄ ……(1) Ib₁＝Ｉx₁／ｄ ……(2) 入射光L₂によつて、 Ia₂＝Ｉｄ−x₂／ｄ ……(3) Ib₂＝Ｉx₂／ｄ ……(4) の光電流が電極Ａ，Ｂに生じる。

ただし、 Ｉ≒ηL₁≒ηL₂≒ηL₀sin2π₀t ここで、 Ｉ：入射光によつて励起されたで光電流 η：PSDの変換効率 である。

よつて、電極Ａ，Ｂに生じる電流I_A，I_Bは I_A＝Ia₁＋Ia₂＝Ｉ2d−x₁−x₂／ｄ ……(5) I_B＝Ib₁＋Ib₂＝Ｉx₁＋x₂／ｄ ……(6) となる。

前記電流I_A，I_Bは夫々の結合コンデンサＣを介
して夫々のアンプ３６，３７に流れ、この電流が
電圧に変換されて出力電圧e_A，e_Bがアンプ３６，
３７から出力される。この出力電圧e_A，e_Bは次式 e_A＝I_AR ……(7) e_B＝I_BR ……(8) で与えられる。

上式(5)〜(8)より e_A＝Ｉ・R／ｄ〔2d−（x₁＋x₂）〕 ……(9) e_B＝Ｉ・R／ｄ（x₁＋x₂） ……(10) となる。

ここで、x₁，x₂をリフレクタ３４，３５と凸レ
ンズ３２との距離ｒおよび凸レンズ３２の光軸ｇ
からのオフセツト距離l₁，l₂で表すと次のように
なる。ΔP₁FOとΔLHOとが相似形、ΔP₂FOと
ΔRHOとが相似形であるから、 ／x₁−ｄ／２＝ｒ／l₁ ∴x₁＝l₁／ｒ＋ｄ／２…
…(11) ／ｄ／２−x₂＝ｒ／l₂ ∴x₂＝ｄ／２−l₂／ｒ…
…(12) 式（11），（12）より、 x₁＋x₂＝ｄ＋／ｒ（l₁−l₂） ……(13) 式(9)，(10)に（13）を代入して e_A＝Ｉ・R／ｄ〔ｄ−／ｒ（l₁−l₂）〕≒ηL₀R
／ｄ〔ｄ−／ｒ（l₁−l₂）〕sin2π₀t……(14) e_B＝Ｉ・R／ｄ〔ｄ＋／ｒ（l₁−l₂）〕≒ηL₀R
／ｄ〔ｄ＋／ｒ（l₁−l₂）〕sin2π₀t……(15) となる。

したがつて、第１図に示すPSD型受光素子１
９，２０は第２図に示すものと同一構成、特性、
形状にしてあるので、そのPSD型受光素子１９，
２０の出力電極A₁，B₁，A₂，B₂から第２図と同
様な出力電流が得られ、アンプ２１〜２４からの
出力電圧e_A1，e_B1，e_A2，e_B2は（14），（15）式と
類似の形成で与えられる。

ここで、第１図と第２図とを対応させて（14），
（15）式のl₁，l₂に対する第１図の関係式を求め
る。

凸レンズ１７，１８の光軸をg₁，g₂とすると、
この光軸g₁，g₂とリフレクタ１１，１２との距離
を求めると、第１図に示すように、l₁→l_L−ｗ，
l₂→l_R＋ｗとなり（14）式によりe_A1が求まる。同
様に、l₁→l_L＋ｗ，l₂→l_R−ｗからe_A2が求まる。
また、l₁→l_L−ｗ，l₂→l_R＋ｗとなり、（15）式よ
りe_B1が、l₁→l_L＋ｗ，l₂→l_R−ｗよりe_B2がそれぞ
れ求まる。

よつて、 e_A1≒η・L₀・R／ｄ〔ｄ−／ｒ（l_L−l_R−2w）〕
sin2π₀t……(16) e_A2≒η・L₀・R／ｄ〔ｄ−／ｒ（l_L−l_R＋2w）〕
sin2π₀t……(17) e_B1≒η・L₀・R／ｄ〔ｄ＋／ｒ（l_L−l_R−2w）
〕sin2π₀t……(18) e_B2≒η・L₀・R／ｄ〔ｄ＋／ｒ（l_L−l_R＋2w）
〕sin2π₀t……(19) ここで周波数₀の交流信号e_A1，e_A2，e_B1，e_B2
の振幅を次のように表す。

ただし、ηL₀R_f≡Ｋとする。

E_A1≒Ｋ〔１−／ｄ・ｒ（l_L−l_R−2w）〕 ……（21） E_A2≒Ｋ〔１−／ｄ・ｒ（l_L−l_R＋2w）〕 ……（22） E_B1≒Ｋ〔１＋／ｄ・ｒ（l_L−l_R−2w）〕 ……（23） E_B2≒Ｋ〔１＋／ｄ・ｒ（l_L−l_R＋2w）〕 ……（24） よつて各交流信号は次のようになる。

e_A1＝E_A1sin2π₀t e_A2＝E_A2sin2π₀t e_B1＝E_B1sin2π₀t e_B2＝E_B2sin2π₀t 第３図は上記交流信号から上式（21）〜（24）
によつて車間距離ｒを求める信号処理回路のブロ
ツク構成図を示したものであり、図中において、
５１〜５４は太陽光等の外来光による雑音を除去
し、かつ電圧利得Ｍの狭帯域増幅器、６１〜６４
は狭帯域増幅器５１〜５４から出力される交流信
号Me_A1，Me_A2，Me_B1，Me_B2を直流電圧M′E_A1，
M′E_A2，M′E_B1，M′E_B2に変換する整流回路（た
だしM′≡ξ・Ｍ，ξ：整流効率）、７１は前記直
流電圧M′E_A1，M′E_A2，M′E_B1，M′E_B2を多重化信
号に変換するアナログマルチプレクサ、７２は
Ａ／Ｄ変換器、７３は演算処理によつて車間距離
ｒ等を算出するマイクロコンピユータである。

ところで、上式（21），（23）より、 M′E_A1＋M′E_B1＝2M′K ∴M′K≒１／２（M′E_A1＋M′E_B1）……（27） 次に式（21），（22）より、 M′E_A1−M′E_A2＝4wM′K／dr ∴ｒ≒4w／ｄM′K／（M′E_A1−M′E_A2）……（28） 式（27），（28）より、 ｒ≒2w／ｄ（M′E_A1＋M′E_B1／（M′E_A1−M′E_A2）
……（29） を得る。この（29）式を予め前記マイクロコンピ
ユータ７３に記憶させておく。したがつて、この
マイクロコンピユータ７３はマルチプレクサ７１
およびＡ／Ｄ変換器７２を介して入力される整流
回路５１〜５３の出力電圧M′E_A1，M′E_A2，
M′E_B1，ら（29）式に基づいて車間距離ｒを算出
する。

次にオフセツト量を求める式を求める。

M′E_A1＋M′E_A2≒2M′K 〔１−／dr（l_L−l_R）〕 上式に式（27）の2M′K≒M′E_A1＋M′E_B1を代
入して ／dr（l_L−l_R）≒１−M′E_A1＋M′E_A2／M′E_A1＋M′E
_B1 ＝M′E_B1−M′E_A2／M′E_A1＋M′E_B1 整理すると、 l_L−l_R≒dr／×M′E_B1−M′E_A2／M′E_A1−M′E_B1……
（30） （29），（30）式より、 l_L−l_R＝2w（M′E_A1＋M′E_B1）（M′E_B1−M′E_A2）／
（M′E_A1−M′E_A2）（M′E_A1＋M′E_B1）……（31） このl_L−l_Rの値により送受光器１４に対する先
行車両のオフセツト量を知ることができる。すな
わち、l_L−l_R＝０であれば送受光器１４と先行車
の中心は一致しており、l_L−l_R＞０のとき先行車
の中心は左側にオフセツトしており、l_L−l_R＜０
のとき先行車の中心は右側にオフセツトしている
ことが判る。したがつて、上記（31）式をマイク
ロコンピユータ７３に予め記憶させておく。そし
て、このマイクロコンピユータ７３は前記出力電
圧ME_A1，ME_A2，ME_B1から上式（30）に基づい
てオフセツト量を求める。このオフセツト量から
前方を走行する車両が左折、右折等するために道
路の脇に移動しているかが分る。

（考案の効果） 以上説明したように、この考案によれば、その
構成を所定周波数で変調された光信号を前方に位
置する物体Ｓに設けられた一対の反射板１１，１
２に向けて発射する発光素子１６と、前記一対の
反射板１１，１２の夫々からの反射光を集光する
凸レンズ１７，１８と、該凸レンズの焦点位置に
その光軸と直交する方向に設けられた受光面を有
し、該受光面上に前記一対の反射板１１，１２か
らの夫々の反射光を集光して、夫々の集光位置に
対応して大きさの変化する出力信号を発する受光
素子１９，２０と、演算部７３とを備え、該演算
部は前記受光素子１９，２０からの出力信号に基
づいて前記発光素子１６と前記物体Ｓとの間の距
離を算出することを特徴とする光学式測距装置と
したため、周囲の照度に拘りなく車間距離を正確
に検出することができ、また大型車の後面のよう
に単調な場合でも車間距離を正確に検出すること
ができ、さらに外来光等の光学的な雑音により測
距精度が低下し測距誤差が著しく大きくなるとい
うことがない。

また、可動部を必要としないので従来のように
高価になつてしまうということがない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係る一実施例の概略構成
図、第２図はPSD型受光素子の断面説明図、第
３図は車間距離を演算する信号処理回路のブロツ
ク図、第４図は従来の光学測距装置の概略構成図
である。 １１，１２……反射板、１６……発光ダイオー
ド、１７，１８……凸レンズ、１９，２０……
PSD型受光素子、７３……マイクロコンピユー
タ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 所定周波数で変調された光信号を前方に位置す
   る物体Ｓに設けられた一対の反射板１１，１２に
   向けて発射する発光素子１６と、前記一対の反射
   板１１，１２の夫々からの反射光を集光する一対
   の凸レンズ１７，１８と、該一対の凸レンズの焦
   点位置にその光軸と直交する方向に設けられた受
   光面を有し、該受光面上に前記一対の反射板１
   １，１２からの夫々の反射光を集光して、夫々の
   集光位置に対応して大きさの変化する出力信号を
   発するように設けられた一対のPSD型受光素子
   １９，２０と、演算部７３とを備え、該演算部は
   前記一対のPSD型受光素子１９，２０からの出
   力信号に基づいて前記発光素子１６と前記物体Ｓ
   との間の距離を算出することを特徴とする光学式
   測距装置。