JPH0666928A - 光センシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発信光の受光光学系への迷光を完全に遮断
し、かつ、光学系の小型化を図る。 【構成】 小口径の送光用レンズと半導体レーザを鏡筒
で一体化し、これを大口径の受光用レンズの中心または
周辺に設置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光をある目標物に照射
し、その反射または散乱光からその目標物に関する情報
を得る光センシング装置の光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光センシング装置として
は、目標との距離を測る光波測距儀が知られている。ま
た、大気中の浮遊物質などの計測を行う気象・宇宙など
の環境計測分野では、レーザレーダとして知られてい
る。これらについてはレーザハンドブック（レーザ学会
編、オーム社）第２７章に詳しい説明があるので、これ
らを参考にされたい。しかし、このような光センシング
装置は大型で用途が測量や気象用に限られていたので、
まだ我々の日常生活からは縁遠いものであった。しか
し、最近の環境問題の深刻化により気象観測網の整備や
人工衛星搭載用として、段々知られるようになってき
た。また、そのような目的のためには小型・携帯可能な
ものが強く望まれている。さらには、最近同じような原
理に基づく光センシング装置として自動車の車間距離セ
ンサが、事故の未然防止を目的に実用化の段階に入って
きた。

【０００３】このような応用の発展の中で、特開昭５９
−３４１７９は車載用の障害物検知装置として、送光、
受光のレンズを共用化し装置の小型化を図る事を提示し
た。また、実開平３−１４４７８でも同じように、バイ
フォーカルのレンズを用い送光、受光の光学系を共用化
する事が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭５９−
３４１７９では送光時、数Ｗ〜数１０Ｗの大出力の送信
光がレンズ表面から直接散乱され、これが受光素子にダ
イレクトに入射するため、微弱光検出用に作られたアン
プが飽和し、一時的に回路は被測定物からの反射光の検
出が不能となる。特開平１−１８０４８２においては、
この問題点解決のためにレーザを発射するタイミング
で、一時的にアンプのゲインを下げる対策がとられてい
る。

【０００５】また、実開平３−１４４７８ではバイフォ
ーカルのレンズを使用し外周部から送信光を発信し、中
心部分で受信光を絞り込む（または、この逆）ような構
造になっているが、送受信系の分離が完全でないので発
信時の迷光を拾い、特開昭５９−３４１７９と同様に近
距離からの受信光と間違える可能性が残っている。

【０００６】本発明はこのような点に留意し、発信光の
受信光学系への迷光を抑え、かつ、光学系の小型化を図
ったものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前方に光を放
出し、その前方のある物体からの反射または散乱光を受
光素子によって捕獲する事によって、前記物体と光源ま
たは受光素子間の距離の算出、あるいは、反射または散
乱物体自身の分析・計測をする光センシング装置におい
て、半導体レーザと口径の小さな送光用レンズを１つの
鏡筒で結合し、送光ユニットを形成し、これを口径の大
きな受光用レンズの中心、あるいは、その周辺に設置し
た事を特徴とする光センシング装置である。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明による光センシング装置の光
学部分を示した図である。半導体レーザ１は送光用の対
物レンズ２と鏡筒３によって一体化され、独立した送光
光学系を形成し、受光用の集光レンズ４の中央に嵌合さ
れている。従って、送光のパターン、即ち、平行ビーム
で細く長く照射するのか、あるいは、ある程度広がった
光で照射するのかといった事は、ニーズに合わせレーザ
と対物レンズの位置調整を行った後、集光レンズ４に組
み込めばよい。一方、被測定物体から反射して戻ってき
た光は、集光レンズ４で受光素子５上に集められ情報を
持った光として処理される。図２（イ）は、本発明を正
面からみた図で、集光レンズ４の中央に送光ユニット６
が据えられた様子が描いてある。また、図２（ロ）の様
に、集光レンズ４の周辺に送光ユニット６を据えても、
何等本質的な差異は発生しない。なお、７は受光用の集
光レンズの取付枠である。

【０００９】本発明の送光用対物レンズには、例えば光
ディスクのピックアップ用に使われているコリメータを
用いる事ができる。半導体レーザ波長を８３０ｎｍと
し、開口数ＮＡ０．２〜０．３程度のレンズを仮定する
と、焦点距離８〜１０ｍｍで、レンズ口径は６．５ｍ
ｍ、厚さ２．５ｍｍ程度となる。また、レーザのパッケ
ージの直径は９ｍｍであるので、送光ユニットとしては
鏡筒の厚みを加味してもφ９ｍｍ、長さ１０ｍｍに納め
る事ができる。この様にした場合、レーザと対物レンズ
の間の距離を数μｍから１００μｍ以内で調整する必要
があるが、これらの技術は既に光ディスク用ピックアッ
プの調整では難しくない範囲である。また、対温度特性
に対してもレンズ鏡筒の金属の膨張・収縮特性と、レン
ズの焦点距離の変動、レーザの波長変動を考慮し鏡筒の
材料を選別すれば、数μｍ以内の変動にする事が実現で
きている。

【００１０】送光のパターンについては、これを平行ビ
ームとするか、数度の開き角をもった分散光とするか、
先端が閉じる様な集束光とするかは、レンズの焦点位置
とそれを原点とするレーザの発光点の位置関係で決定で
きる。例えば、車間距離センサとして本発明を適用した
場合、送信光を１００ｍ先で左右２ｍ幅に広げ、誤差±
１０ｃｍ程度としなければならない。即ち、光軸を中心
に開き角１、１５度で光束を広げ、誤差０、０５度の精
度である。これを非常に大ざっぱであるが、焦点近傍で
の発光点の光軸上の動きに換算すると±３０μｍであ
り、これぐらいの抑え込みに困難は無い。

【００１１】本発明で用いる半導体レーザには、例えば
ＧａＡｌＡｓ系で活性層が量子井戸構造を持つものが考
えられる。これは波長８５０ｎｍ、パルス幅１００ｎｓ
以下で尖頭出力が数１０Ｗのレーザである。これを用い
ればいわゆるパルス光を発信し、行って帰ってきた時間
差で光源と被測定物間の距離を算出する目的には最適で
ある。この他、ＣＷのレーザも含め広く一般的なレー
ザ、あるいは、その逆の特殊なレーザについても本発明
は適用が可能な事は云うまでもない。

【００１２】さて、受光用の集光レンズであるが、これ
についてはその目的から云って大口径であればあるほど
良い。即ち、被測定物体の反射率は非常に低い場合が大
部分であり、特に小面積の物体からの反射光エネルギは
千分の一、１万分の一以下になると思われるので、透過
率が高く、できる限り大きな口径のレンズを用い、微弱
光の集光を行うのが必須である。また、コストの面から
はプラスチックのものが利用できれば、有利であること
は申すまでもない。さらには、図２（イ）の様にレンズ
中央に送光ユニットの嵌合部分の穴が必要であるのであ
れば、プラスチック成形の際に中央部の穴明けとレンズ
成形を同時にやれるので便利である。これはガラスモー
ルドレンズの場合も同様である。一方、図２（ロ）の様
に、集光レンズの外周に送光ユニットを配置する場合に
は、受光光学系の集光レンズ取付枠７内に送光ユニット
の取付穴を設ければよい。また、本発明ではスペクトル
幅の狭いレーザを用いているので、受光系にバンドパス
フィルターを併用するとノイズ光のカットができる。ま
た、これはレンズそのものにフィルターの機能を重畳す
れば、一石二鳥の効果が得られる。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は送光用のレ
ンズと半導体レーザを、鏡筒で結合し一体化して小型化
を行うと同時に、受光光学系と完全に独立を図った。従
って、従来問題となっていた受光光学系への発信光の漏
れ込みが完全に無くなり、迷光によるアンプの飽和が無
くなった。このように、本発明は上記したような光セン
シング装置の微弱光の安定受光を可能とすると同時に、
装置の小型化に寄与できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による送受光光学系の断面図である。

【図２】本発明による送受光光学系の２つの例の正面図
である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ 送光用対物レンズ ３ 鏡筒 ４ 受光用集光レンズ ５ フォトダイオード ６ 送光ユニット ７ レンズ取付枠

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前方に光を放出し、その前方のある物体
   からの反射または散乱光を受光素子によって捕獲する事
   によって、前記物体と光源または受光素子間の距離の算
   出、あるいは、反射または散乱物体自身の分析・計測を
   する光センシング装置において、半導体レーザと口径の
   小さな送光用レンズを１つの鏡筒で結合し、送光ユニッ
   トを形成し、これを口径の大きな受光用レンズの中心、
   あるいは、その周辺に設置した事を特徴とする光センシ
   ング装置。