JPH06308233A - 光学的測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単、且つ廉価な構成で、電子回路内での信
号の伝播時間に起因する誤差を除去した光学的測距装置
を提供することである。 【構成】 半導体レーザ装置１はパッケッジ２内に半導
体レーザチップ３と参照用の受光素子４とが内蔵されて
いる。半導体レーザチップ３は測距用の光パルスＰ１と
参照用の光パルスＰ２とを同時に互いに反対向きに射出
する。測距用の光パルスは測定対象物１３に対して射出
され、反射して測距用の受光素子１４に入力し、測距出
力信号５５を出力する。参照用の光パルスＰ２は直接参
照用の受光素子４に入力し、参照出力信号５７を出力す
る。カウンタ１１は測距出力信号５５及び参照出力信号
５７に基づき測距時間及び参照時間とをそれぞれ計測す
る。コンピュータ８は測距時間を参照時間により減算し
て測定対象物１３までの距離を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学的測距装置に関する
ものである。更に詳しくは光パルスを測距対象物に対し
て照射してから、測距対象物からの反射光パルスを受光
するまでの時間を計測することにより測距対象物までの
距離を測定する光学的測距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
報を得ることが行われている。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。このような光学的測距装置としては、測距対
象物に対して光パルスを射出する発光素子と、測距対象
物からの反射光パルスを受光する受光素子と、光パルス
を射出してから反射光パルスを受光するまでの時間を計
測する時計回路と、この時間を光速に基づき距離情報に
換算する換算回路等から構成されているものがある。

【０００３】ところが、この種の光学的測距装置の電子
回路内での信号の伝播時間は無視し得る大きさではな
く、この伝播時間に起因する誤差が存在する。更に伝播
時間は電子回路の固体差によるバラツキがあり、周囲の
温度の変化によっても変化し、これによっても誤差が発
生する。

【０００４】そこで、従来、このような誤差を除去した
光学的測距装置が提案されていた。この光学的測距装置
は誤差補正のための参照用の固定光路と、発光素子から
射出する光パルスを択一的に測距対象物に、又は前記固
定光路を介して参照用の受光素子にそれぞれ向ける光路
切換装置とを追加設置するものである。この光路切換装
置により光路を切換えて、発光素子からの光パルスを測
距対象物に向けたときの測距用の時間と、固定光路に向
けたときの参照用の時間とを計測し、測距用の時間を参
照用の時間により補正することにより上記誤差を除去す
るものである。そして一般に参照用の固定光路には光フ
ァイバー等の光ガイドやレンズやミラーで構成された光
学系が、光路切換装置にはハーフミラー及びシャッター
等が使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述した従来の
光学的測距装置は、参照用の固定光路、光路切換装置を
必要とするために、構成が複雑で装置が大型化し、高価
格なものとなるという問題があった。

【０００６】本発明は上記の課題に鑑み、簡単小型、且
つ廉価な構成で、電子回路内での信号の伝播時間に起因
する誤差を除去した光学的測距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、光パルスを測
定対象物に対して射出する光源と、前記測定対象物から
反射した前記光パルスを受光し第１の電気信号を出力す
る測距用の受光素子と、前記光パルスの射出から前記測
距用の受光素子による受光までの第１の時間を計測する
第１の計時手段とを具備する光学的測距装置において、
前記光源を半導体レーザチップにより構成すると共に、
該半導体レーザチップの一端より前記光パルスを射出さ
せ、前記半導体レーザチップの他端に対向して配置され
た参照用の受光素子と、前記光パルスの射出から前記参
照用の受光素子による受光までの第２の時間を計測する
第２の計時手段と、前記第１の時間を前記第２の時間に
より補正する補正手段とを有することを特徴とするもの
である。

【０００８】

【作用】半導体レーザチップは測距用の光パルスと参照
用の光パルスとが、同時に互いに反対向きに射出され
る。測距用の光パルスは測定対象物に対して射出され、
その測定対象物で反射して測距用の受光素子に入力し、
測距出力信号を出力する。他方参照用の光パルスは直接
参照用の受光素子に入力し、参照出力信号を出力する。
そして、測距出力信号に基づき計測された第１の時間か
ら、参照出力信号に基づき計測された第２の時間を減算
して測定対象物までの距離を算出する。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を図１乃至図３により説明
する。図１において、レーザダイオード等の半導体レー
ザ装置１は、パッケージ２と、これに内蔵されているレ
ーザチップ３及び同じく内蔵されている参照用の受光素
子４とから構成されている。レーザチップ３は測距用の
光パルスＰ１と参照用の光パルスＰ２とを同時に且つ互
いに反対方向に放射する。

【００１０】半導体レーザ装置１は、図２にその一例を
示すように、ステム５には複数の端子６が設けられ、又
ステム５はガラス窓２ａを備えたキャップ状のパッケー
ジ２に覆われ、パッケージ２内にはヒートシンク７に取
り付けられたレーザチップ３及びステム５上に取り付け
られた参照用の受光素子４等が配置されている。

【００１１】レーザチップ３の一例として、ＧａＡｌＡ
ｓ半導体レーザの構造を図３に示す。ＧａＡｌＡｓ半導
体レーザは誘導放出により増幅を行う活性層３ｅを、ｐ
形及びｎ形のクラッド層３ｐ、３ｎではさみ込み、活性
層３ｅの先後両端部３ａ、３ｃには、それぞれ反射膜３
ｂ、３ｄが形成された構造を有する。ｐ形クラッド層３
ｐを＋（プラス）、ｎ形クラッド層三ｎを−（マイナ
ス）にして順方向のバイアスを印加することにより、先
後両端部から光パルスＰ１、Ｐ２がそれぞれ放射され
る。

【００１２】レーザチップ３はパッケージ２内におい
て、その先端部３ａはガラス窓２ａに対向するように配
置され、又受光素子４はレーザチップ３の後端部３ｃに
対向するように配置されている。したがって、先端部３
ａから出力する光パルスＰ１はガラス窓２ａを介して外
部に放射され、又後端部３ｃから出力する光パルスＰ２
はパッケージ２内において光学系を介することなく直接
受光素子４に入射する。

【００１３】再び図１において、投光レンズ１２は光パ
ルスＰ１を所定の投光角を以て測距対象物１３に投射す
るように、又受光レンズ１４は測距対象物１３の所定の
受光角内で反射した光パルスＰ１を受光するように配置
されている。そして受光レンズ１４の焦点面に受光素子
１５が配置されている。

【００１４】コンピュータ８は、本装置の制御及び各種
演算を行うと共に、発光許可信号５１及び計時切換信号
５２をそれぞれ出力する。点灯信号発生部９は、発光許
可信号５１を受けると点灯パルス信号５３をレーザドラ
イバ１０及びカウンタ１１に出力し、又基準クロックＣ
Ｌをカウンタ１１に出力する。レーザドライバ１０は点
灯パルス信号５３に同期して半導体レーザ装置１にドラ
イブ用パルス信号５４を出力する。

【００１５】半導体レーザ装置１はドライブ用パルス信
号５４に応じて測距用の光パルスＰ１及び参照用の光パ
ルスＰ２を同時に放射し、光パルスＰ１は投光レンズ１
２を介して測距対象物１３に投射され、測距対象物１３
で反射した後に受光レンズ１４を介して受光素子１５に
受光される。又光パルスＰ２は受光素子４に受光され
る。

【００１６】アンプ・コンパレータ１６は測距用の受光
素子１５の測距出力信号５５を増幅し、デジタルレベル
の信号に変換し、測距デジタル信号５６をカウンタ１１
に出力する。アンプ・コンパレータ１７は参照用の受光
素子４の参照出力信号５７を増幅し、デジタルレベルの
信号に変換し、参照デジタル信号５８をカウンタ１１に
出力する。

【００１７】カウンタ１１は計時切換信号５２に応じて
測距デジタル信号５６と参照デジタル信号５８とを択一
的に選択する。測距デジタル信号５６を選択する時は点
灯パルス信号５３を受信してから測距デジタル信号５６
を受信するまでの時間を、同様に、参照デジタル信号５
８を選択する時は点灯パルス信号５３を受信してから参
照デジタル信号５８を受信するまでの時間を計測する。
そして得られた時間データ信号５９をコンピュータ８に
出力する。時間の計測は点灯パルス信号５３を受信して
から測距デジタル信号５６又は参照デジタル信号５８を
受信するまでの時間を、点灯信号発生部９からの基準ク
ロックＣＬを計測することにより行われる。

【００１８】次に測距の動作について説明する。コンピ
ュータ８からの発光許可信号５１に応じて発生するドラ
イブ用パルス信号５４によって、半導体レーザ装置１は
測距用の光パルスＰ１及び参照用の光パルスＰ２を放射
する。測距用の受光素子１５は測距対象物１３で反射し
た測距用の光パルスＰ１を受光すると測距出力信号５５
を発生し、この測距出力信号５５は測距デジタル信号５
６に変換される。参照用の光パルスＰ２は直接参照用の
受光素子４に入射し、参照用の受光素子４は参照出力信
号５７を発生し、この参照出力信号５７は参照デジタル
信号５８に変換される。

【００１９】カウンタ１１はコンピュータ８からの計時
切換信号５２に応じて、測距デジタル信号５６及び参照
デジタル信号５８を択一的に選択し、点灯パルス信号５
３を受信してから、測距デジタル信号５６を受信するま
での測距時間、及び点灯パルス信号５３を受信してか
ら、参照デジタル信号５８を受信するまでの参照時間を
計測する。そして測距時間及び参照時間の時間データ信
号５９をコンピュータ８に出力する。

【００２０】この測距時間は測距対象物１３までの距離
情報の他に電子回路の伝播時間に関するノイズを含み、
他方参照時間はレーザチップ３とフォトダイオード４と
の間の固定距離情報の他に上記した電子回路の伝播時間
に関するノイズを含んでいる。コンピュータ８は測距時
間から参照時間を減算して、上記したノイズを相殺した
後、光速に基づいて所望の測距対象物１３までの距離を
算出する。

【００２１】尚、本実施例においては、測距出力信号５
５用と参照出力信号５７用とにそれぞれ別個のアンプ・
コンパレータ１６、１７を使用しており、精度の高い補
正を行うためには両者の信号の伝播時間等の電気特性を
一致させる必要がある。測距出力信号５５用と参照出力
信号５７用とに共通のアンプ・コンパレータを設け、計
時切換信号５２に応じて測距出力信号５５と参照出力信
号５７と択一的に入力するセレクタを追加すれば、アン
プ・コンパレータの電気特性に起因する誤差を除去する
ことができる。

【００２２】尚、本実施例においては、レーザチップ３
とフォトダイオード４とが同一パッケージ２に内蔵され
ている半導体レーザ装置を使用しているから、測距装置
は部品数が少なく、組立が容易であるし、又市販品を流
用することも可能である。又このような半導体レーザ装
置を使用すると測距用の光路と参照用の光路との切換え
がないので光路切換装置のシャッター等が不要であり、
シャッターによる光路切換に要する時間が節減されるか
ら、高速度で移動する測距対象物の測距を精度良く行う
ことが可能となる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の測距装置では、半導体レーザチ
ップは測距用の光パルスと参照用の光パルスとが、同時
に互いに反対向きに射出される。測距用の光パルスは測
定対象物に対して射出され、その測定対象物で反射して
測距用の受光素子に入力し、測距出力信号を出力する。
他方参照用の光パルスは直接参照用の受光素子に入力
し、参照出力信号を出力する。そして、測距出力信号に
基づき計測された第１の時間から、参照出力信号に基づ
き計測された第２の時間を減算して測定対象物までの距
離を算出するから、簡単、且つ廉価な構成で、電子回路
内での信号の伝播時間に起因する誤差が除去できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の構成図。

【図２】一実施例にかかる半導体レーザ装置の半導体レ
ーザチップ、受光素子及びパッケージを示す斜視図。

【図３】一実施例にかかる半導体レーザ装置の半導体レ
ーザチップの発光方向を示す側面図。

【符号の説明】

１・・・半導体レーザ装置 ２・・・パッケージ ３・・・レーザチップ ４・・・受光素子 ８・・・コンピュータ １１・・・カウンタ １３・・・測距対象物 １５・・・受光素子 Ｐ１、Ｐ２・・・光パルス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光パルスを測定対象物に対して射出する光
   源と、前記測定対象物から反射した前記光パルスを受光
   し第１の電気信号を出力する測距用の受光素子と、前記
   光パルスの射出から前記測距用の受光素子による受光ま
   での第１の時間を計測する第１の計時手段とを具備する
   光学的測距装置において、 前記光源は、前記光パルスを射出する一端と他の光パル
   スを射出する他端とを有する半導体レーザチップにより
   構成されると共に、前記半導体レーザチップの他端に対
   向して配置された参照用の受光素子と、前記光パルスの
   射出から前記参照用の受光素子による受光までの第２の
   時間を計測する第２の計時手段と、前記第１の時間を前
   記第２の時間により補正する補正手段とを有することを
   特徴とする光学的測距装置。