JPH07244153A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で、耐久性に優れ、発光素子や受光素子
などを数多く必要とせずに測定方向を容易に変更するこ
とができる距離測定装置を提供する。 【構成】 送光レンズ５のほぼ焦点位置に半導体レーザ
３を、受光レンズ６のほぼ焦点位置に受光素子４をそれ
ぞれ配置し、半導体レーザ３からの光パルスＬ１と受光
レンズ６からの反射光Ｌ２とを可動ミラー４で反射さ
せ、且つ可動ミラー４をアクチュエータ１１及びアクチ
ュエータドライバ１２で回転させて可動ミラー４の反射
面４ａ，４ｂの傾斜角度が変化させ、光パルスＬ１の出
射方向を変化させると同時に、測定対象物からの反射光
Ｌ２の方向を変化させることができるようにしたので、
アレイ状の発光素子や受光素子を必要とせず、しかも可
動ミラー４を大きく振らなくとも広い測定範囲を確保す
ることができ、更には軽量化による可動ミラー４等の可
動部分の耐久性も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、測定対象物に光を出
射し、測定対象物からの反射光を受けて測定対象物まで
の距離を測定する距離測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体に距離測定装置を搭載し、
距離情報を利用して安全性の向上や自動化・省力化が進
められている。具体例として、ロボット、自動車及び電
車等に衝突防止センサや、工場ラインの搬送車における
停止位置制御システムなどが挙げられる。

【０００３】これらの用途に適した距離測定装置とし
て、光パルスの往復時間計測によるレンジファインダが
ある。これは測定対象物に対して光パルスを出射し、測
定対象物からの反射光を受光するまでの時間を計測し、
光の速度より測定対象物までの距離を求めるものであ
る。

【０００４】ところで、この種の距離測定装置を車両の
衝突防止センサとして使用した場合、正確な警報や制御
を行うためには、距離情報の他に測定対象物の位置や形
状を正確に知る必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】測定対象物の位置や形
状を正確に検出することができる距離測定装置として
は、実開昭60-42982号公報に記載されたものが知られて
いる。

【０００６】この距離測定装置では、出射光及び受光器
への入射光を機械的に反射鏡を振動させることにより光
軸方向を変化させて広範囲に障害物を検知する。ところ
が、測定方向を変化させるために機械的に反射ミラーを
振動させたり回転させたりする場合には、例えば光源に
出射光の広がりが大きい半導体レーザを使う場合は、出
射光を光学系で広がり角を小さく整形した後に反射ミラ
ーで反射させる必要があるため、ビーム径が大きいこの
位置での反射ミラーは当然大きい。また、受信信号を増
加させて遠くに位置する物体でも測定できるようにする
ためには受信レンズの口径を大きくすることが有効であ
るが、反射ミラーは測定対象物からの反射光が受信レン
ズに入射する直前のビーム径が大きい場所に設置する必
要があり、反射ミラーは大きくする必要がある。この従
来の方式では、反射ミラーの大型化によって装置全体の
大型化や、重量の増加による可動部の耐久性の悪化を招
く。

【０００７】更に、測定方向の変化角度は、光軸の方向
を反射により変える限りにおいては、幾何光学的に反射
ミラーの振り角の２倍の角度に限られており、より広い
角度に対して測定方向を変化させたい場合には、反射ミ
ラーの振り角を大きくするしかなく、結果として反射ミ
ラーの周辺部分に他の部品と干渉しないための大きなス
ペースが必要になる。

【０００８】従来の別の方式の距離測定装置としては、
特公昭61-6349 号公報、特開昭61-259185 号公報、特開
昭58-211677 号公報に記載されたものがある。

【０００９】特公昭61-6349 号公報の距離測定装置で
は、超音波を利用した光偏向器を利用して光の方向を偏
向しているが、温度特性や光偏向器での光の損失が大き
いという問題がある。

【００１０】また、特開昭61-259185 号公報の距離測定
装置では光源にアレイ状の発光素子を用いて送光領域を
細分化して距離と角度とを測定し、特開昭58-211677 号
公報の距離測定装置では受光部にアレイ状の受光素子を
用いて受光領域を細分化して距離と角度とを測定してい
るが、アレイ状の発光素子や受光素子を使用する場合に
は、大型化の回避と耐久性の向上とを図ることができる
が、測定範囲を広くしたり、測定範囲の分割数を増やす
と、大きな受光面の素子や多数の素子が必要になり、装
置のコストが高くなるという問題がある。

【００１１】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は小型で、耐久性に優れ、発光素子
や受光素子などを数多く必要とせずに測定方向を容易に
変更することができる距離測定装置を提供することであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明の距離測定装置は、光を出射する
発光手段と、光を受光して受光信号を出力する受光手段
と、前記発光手段の光が出射されてから前記受光手段で
受光されるまでの時間を測定し、その測定時間に基づい
て測定対象物までの距離を演算する距離検出手段とを備
えた距離測定装置において、前記発光手段からの光を反
射する反射手段と、前記反射手段で反射された光の方向
を変える反射角変更手段と、前記反射手段で反射された
光を前記測定対象物へ向けて送光する送光用対物光学系
とを備え、前記発光手段が前記送光用対物光学系のほぼ
焦点位置に配置されている。

【００１３】また、請求項２記載の発明の距離測定装置
は、光を出射する発光手段と、光を受光して受光信号を
出力する受光手段と、前記発光手段の光が出射されてか
ら前記受光手段で受光されるまでの時間を測定し、その
測定時間に基づいて測定対象物までの距離を演算する距
離検出手段とを備えた距離測定装置において、前記測定
対象物からの光を集光する受光用対物光学系と、前記受
光手段と前記受光用対物光学系との間に配置され、前記
受光用対物光学系からの光を反射する反射手段と、前記
反射手段で反射された光の方向を変える反射角変更手段
とを備え、前記受光手段が前記受光用対物光学系のほぼ
焦点位置に配置されているに配置されている。

【００１４】更に、請求項３記載の発明の距離測定装置
は、光を出射する発光手段と、光を受光して受光信号を
出力する受光手段と、前記発光手段の光が出射されてか
ら前記受光手段で受光されるまでの時間を測定し、その
測定時間に基づいて測定対象物までの距離を演算する距
離検出手段とを備えた距離測定装置において、前記発光
手段からの光を集光して２次的な発光手段の像を形成す
る発光用集光光学系と、前記発光手段と前記発光用集光
光学系との間、又は前記発光用集光光学系と前記２次的
な発光手段の像との間に配置され、前記発光手段からの
光を反射する反射手段と、前記反射手段で反射された光
の方向を変える反射角変更手段と、前記２次的な発光手
段の像を通過する光を前記測定対象物へ向けて照射する
送光用対物光学系とを備え、前記２次的な発光手段の像
が前記送光用対物光学系のほぼ焦点位置に配置されてい
る。

【００１５】また、請求項４記載の発明の距離測定装置
は、光を出射する発光手段と、光を受光して受光信号を
出力する受光手段と、前記発光手段の光が出射されてか
ら前記受光手段で受光されるまでの時間を測定し、その
測定時間に基づいて測定対象物までの距離を演算する距
離検出手段とを備えた距離測定装置において、前記測定
対象物からの光を集光する受光用対物光学系と、前記受
光用対物光学系からの光を集光して２次元的な受光手段
の像を形成する受光用集光光学系と、前記２次的な受光
手段の像と前記受光用集光光学系との間、又は前記受光
用集光光学系と前記受光手段との間に配置され、前記受
光用対物光学系からの光を反射する反射手段と、前記反
射手段で反射された光の方向を変える反射角変更手段と
を備え、前記２次的な受光手段の像が、前記受光用対物
光学系のほぼ焦点位置に配置されていることを備えてい
る。

【００１６】更に、請求項５記載の発明の距離測定装置
は、光を出射する発光手段と、光を受光して受光信号を
出力する受光手段と、前記発光手段の光が出射されてか
ら前記受光手段で受光されるまでの時間を測定し、その
測定時間に基づいて測定対象物までの距離を演算する距
離検出手段とを備えた距離測定装置において、前記発光
手段からの光を集光させる集光光学系と、一次元方向に
配列された複数の光学ロッドを有し、前記測定対象物へ
向けて出射される前記集光光学系からの光の方向を前記
光学ロッド数だけ変更させる光学ロッドアレイと、前記
集光光学系からの光を前記光学ロッドアレイのうちの特
定の光学ロッドだけに照射する光学ロッド選択用光学部
材と、前記光学ロッド選択用光学部材を移動させて、前
記集光光学系からの光を集光させる前記特定の光学ロッ
ドを前記光学ロッドの配列方向に沿って変える移動手段
とを備えている。

【００１７】また、請求項６記載の発明の距離測定装置
は、光を出射する発光手段と、光を受光して受光信号を
出力する受光手段と、前記発光手段の光が出射されてか
ら前記受光手段で受光されるまでの時間を測定し、その
測定時間に基づいて測定対象物までの距離を演算する距
離検出手段とを備えた距離測定装置において、前記測定
対象物からの光を前記受光手段へ向けて照射する受光用
対物光学系と、前記受光用対物光学系のほぼ焦点位置に
前記受光用対物光学系からの光の入射面が配置され、一
次元方向に配列された複数の光学ロッドを有し、前記受
光用対物光学系からの光を前記光学ロッド数だけ分割さ
せる光学ロッドアレイと、前記光学ロッドアレイからの
光を前記受光手段に集光させる集光光学系と、前記集光
光学系からの光を前記光学ロッドアレイのうちの特定の
光学ロッドだけを選択する光学ロッド選択用光学部材
と、前記光学ロッド選択用光学部材を移動させて、前記
受光手段に集光させる光が通過する前記特定の光学ロッ
ドを前記光学ロッドの配列方向に沿って変える移動手段
とを備えている。

【００１８】

【作用】送光用対物光学系のほぼ焦点位置に発光手段を
配置し、発光手段の出射光を反射手段で反射させ、且つ
反射手段を反射角変更手段で反射手段の傾斜角度を変化
させ、出射光の方向を変化させるようにしたので、反射
手段を大きく振らなくとも広い送光範囲を確保すること
ができる。

【００１９】また、受光用対物光学系のほぼ焦点位置に
受光手段を配置し、受光手段への出射光を反射手段で反
射させ、且つ反射手段を反射角変更手段で反射手段の傾
斜角度を変化させ、測定対象物からの反射光の方向を変
化させるようにしたので、反射手段を大きく振らなくと
も広い受光範囲を確保することができる。

【００２０】更に、集光光学系で発光手段からの光を集
光して２次的な発光手段の像を形成し、送光用光学系の
ほぼ焦点位置に２次的な発光手段の像を配置し、発光手
段からの光を反射手段で反射し、反射手段で反射された
光の方向を反射角変更手段で変更し、２次的な発光手段
の像を通過する光を送光用光学系で測定対象物へ向けて
照射するようにしたので、反射手段を大きく振らなくと
も広い送光範囲を確保することができる。

【００２１】また、集光光学系で受光用光学系からの光
を集光すると共に２次的な受光手段の像を形成し、受光
用光学系のほぼ焦点位置に２次的な受光手段の像を配置
し、受光用光学系からの光を反射手段で反射し、反射手
段で反射された光の方向を反射角変更手段で変更するよ
うにしたので、反射手段を大きく振らなくとも広い受光
範囲を確保することができる。

【００２２】更に、一次元方向に配列された複数の光学
ロッドを有する光学ロッドアレイで、測定対象物へ向け
て出射される集光光学系からの光の方向を光学ロッド数
だけ変更させ、光学ロッド選択用光学部材で集光光学系
からの光を光学ロッドアレイのうちの特定の光学ロッド
だけに照射し、光学ロッド選択用光学部材を移動手段で
移動させて、集光光学系からの光を集光させる特定の光
学ロッドを光学ロッドの配列方向に沿って変えるように
したので、光学ロッド選択用光学部材を大きく移動させ
なくとも広い送光範囲を確保することができる。

【００２３】また、一次元方向に配列された複数の光学
ロッドを有する光学ロッドアレイを受光用対物光学系の
ほぼ焦点位置に配置し、受光用対物光学系からの光を前
記光学ロッド数だけ分割させ、集光光学系で光学ロッド
アレイからの光を前記受光手段に集光させ、光学ロッド
選択用光学部材で集光光学系からの光を前記光学ロッド
アレイのうちの特定の光学ロッドだけを選択し、光学ロ
ッド選択用光学部材を移動手段で移動させて、受光手段
に集光させる光が通過する前記特定の光学ロッドを前記
光学ロッドの配列方向に沿って変えるようにしたので、
光学ロッド選択用光学部材を大きく移動させなくとも広
い受光範囲を確保することができる。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００２５】図１はこの発明の第１実施例に係る距離測
定装置を示すブロック図である。同図において、半導体
レーザ（発光手段）３はＬＤドライバ２に接続されてい
る。半導体レーザ３はＬＤドライバ２によって駆動さ
れ、半導体レーザ３から出射される光パルスＬ１は測定
装置本体１３に回動可能に取り付けられた可動ミラー
（反射手段）４の反射面４ａで反射され、可動ミラー４
で反射された光パルスは送光レンズ（送光用対物光学
系）５で図示しない測定対象物へ送光される。半導体レ
ーザ３は送光レンズ５のほぼ焦点位置に配置されてい
る。

【００２６】ＬＤドライバ２の入力側はコンピュータ部
１の出力側に接続されている。ＬＤドライバ２は、コン
ピュータ部１から光源点灯信号Ｓ１が入力されると、半
導体レーザ３から光パルスＬ１を出射させるために必要
なドライブ信号Ｓ２を作成し、このドライブ信号Ｓ２を
半導体レーザ３に出力する。

【００２７】測定対象物からの反射光Ｌ２は受光レンズ
（受光用対物光学系）６で集光された後、可動ミラー４
の反射面４ｂで反射され、受光素子（受光手段）７に入
射する。

【００２８】可動ミラー４はアクチュエータ１１の伸縮
作用によって回動し、可動ミラー４の反射面４ａ，４ｂ
の傾きが変わる。アクチュエータ１１の入力側はアクチ
ュエータドライバ１２の出力側に接続されている。アク
チュエータドライバ１２はアクチュエータドライブ信号
Ｓ３をアクチュエータ１１に出力し、アクチュエータ１
１の全長を伸縮させる。アクチュエータドライバ１２の
出力側はコンピュータ部１の入力側に接続されている。
アクチュエータドライバ１２からのアクチュエータドラ
イブ信号Ｓ３はコンピュータ部１に入力され、コンピュ
ータ部１はアクチュエータドライブ信号Ｓ３に基づいて
測定方向を検出する。

【００２９】受光素子７の出力側はアンプ８の入力側に
接続され、アンプ８の出力側はコンパレータ９の入力側
に接続されている。受光素子７は測定対象物からの反射
光Ｌ２を受光レンズ６を介して受け、光電変換する。ア
ンプ部８は受光素子７からの受光信号Ｓ４を増幅し、コ
ンパレータ９は受光信号Ｓ４をデジタル信号（受信トリ
ガ信号Ｓ５）に変換する。

【００３０】コンパレータ９の出力側は時間測定部１０
の入力側に接続され、時間測定部１０はコンピュータ部
１に接続されている。時間測定部１０は、コンピュータ
部１からの光源点灯信号Ｓ１を受けた時点から、コンパ
レータ９からの受信トリガ信号Ｓ５を受けるまでの間、
クロック数をカウントし、時間データＳ６をコンピュー
タ部１に出力する。コンピュータ部１は時間データＳ６
を光の速度を用いて測定対象物までの距離に変換する。

【００３１】図２は光源（半導体レーザ３）の位置１０
１ａ〜１０１ｄと出射光Ｌ１の方向２０１ａ〜２０１ｄ
との関係を示す図である。この図に示すように、光源の
位置が１０１ａ〜１０１ｄへと順次移動するにつれて出
射光Ｌ１の方向も２０１ａ〜２０１ｄへと変化する。し
たがって、光源の位置１０１ａ〜１０１ｄを動かすこと
ができれば出射方向を変えることが分かる。

【００３２】図３は受光素子４の位置１０２ａ〜１０２
ｄと測定対象物からの反射光Ｌ２の方向２０２ａ〜２０
２ｄとの関係を示す図である。この図に示すように、受
光素子４の位置が１０２ａ〜１０２ｄへと順次移動する
につれて測定対象物からの反射光Ｌ２の方向が２０２ａ
〜２０２ｄへと変化する。したがって、受光素子４の位
置１０２ａ〜１０２ｄを動かすことができれば反射光Ｌ
２の方向を選択することができる。

【００３３】図４は可動ミラー４の反射面４ａの傾斜角
の変化と出射方向Ｌ１の変化との関係を説明する原理図
である。アクチュエータ１１の全長を変化させると、可
動ミラー４の反射面４ａが実線で示す位置から破線で示
す位置へ移動し、その結果送光レンズ５に対する半導体
レーザ３の仮想光源３ａの位置が実線で示す位置から破
線で示す位置へ移動する。したがって、光源の位置を変
化させた場合（図２）と同様に光パルスＬ１の出射方向
を変化させることができる。

【００３４】また、受光側についても送光側と同様に、
アクチュエータ１１の全長を変化させると、可動ミラー
４の反射面４ｂが実線で示す位置から破線で示す位置へ
移動し、その結果受光レンズ６に対する受光素子７の仮
想位置が移動し、受光素子７の位置を変化させた場合
（図３）と同様に測定対象物からの反射光Ｌ２の方向を
変化させることができる。

【００３５】この実施例では、送光側と受光側との全測
定範囲が一致するようにアライメントし、アクチュエー
タ１１がアクチュエータドライバ１２でドライブされて
可動ミラー５の角度を変化させることにより測定範囲を
走査することができ、このときのアクチュエータドライ
ブ信号Ｓ３の状態をコンピュータ部１で認識して測定方
向の検出を行う。

【００３６】図５は半導体レーザ３及び可動ミラー４間
の距離と測定範囲の変化との関係を示し、同図（ａ）は
半導体レーザ３と可動ミラー４との距離を長くした状態
を示し、同図（ｂ）は半導体レーザ３と可動ミラー４と
の距離を短くした状態を示す。図５（ａ）及び（ｂ）に
示すように、可動ミラー４を実線で示す位置から破線で
示す位置へ等しく傾斜させたとき、半導体レーザ３と可
動ミラー４との距離が異なるので、図５（ａ）の方が図
５（ｂ）よりも測定範囲が大きく変化することが分か
る。このことは受光素子７及び可動ミラー４間の距離と
測定範囲の変化との関係においても同様であり説明を省
略する。

【００３７】図６は送光レンズ５の焦点距離と測定範囲
の変化との関係を示し、同図（ａ）は送光レンズ５の焦
点距離が短い状態を示し、同図（ｂ）は送光レンズ５の
焦点距離が長い状態を示す。図６（ａ）及び（ｂ）に示
すように、可動ミラー４を実線で示す位置から破線で示
す位置へ等しく傾斜させたとき、送光レンズ５の焦点距
離が異なるので、図６（ａ）の方が図５（ｂ）よりも測
定範囲が大きく変化することが分かる。このことは受光
レンズ６の焦点距離と測定範囲の変化との関係において
も同様であり説明を省略する。

【００３８】次に、この実施例の距離測定装置の動作を
説明する。

【００３９】コンピュータ部１からの光源点灯信号Ｓ１
がＬＤドライバ２に入力されると、ＬＤドライバ２は、
半導体レーザ３から光パルスＬ１を出射させるために必
要なＬＤドライブ信号Ｓ２を作成し、このドライブ信号
Ｓ２を半導体レーザ３に出力する。ドライブ信号Ｓ２を
受けた半導体レーザ３は発光する。半導体レーザ３から
出射される光パルスＬ１は可動ミラー４の反射面４ａで
反射され、可動ミラー４で反射された光パルスＬ１は送
光レンズ５で測定対象物へ送光される。

【００４０】測定対象物からの反射光Ｌ２は受光レンズ
６で集光された後、可動ミラー４の反射面４ｂで反射さ
れ、受光素子７に入射する。反射光Ｌ２が受光素子７で
受光されると、受光素子７から受光信号Ｓ４が出力さ
れ、この信号Ｓ４がアンプ８で増幅された後、コンパレ
ータ９に入力されてデジタル変換され、この受信トリガ
信号Ｓ５が時間測定部１０に入力される。時間測定部１
０は、コンピュータ部１からの光源点灯信号Ｓ１を受け
た時点から、コンパレータ９からの受信トリガ信号Ｓ５
を受けるまでの間、クロック数をカウントし、その時間
データＳ６をコンピュータ部１に出力する。

【００４１】また、アクチュエータドライバ１２はアク
チュエータドライブ信号Ｓ３をアクチュエータ１１に出
力し、アクチュエータ１１はアクチュエータドライブ信
号Ｓ３に基づいて伸縮し、その全長が変化する。アクチ
ュエータ１１の全長が変化するにつれて可動ミラー４が
回転し、可動ミラー４の反射面４ａ，４ｂの傾斜角度が
変化し、光パルスＬ１の出射方向が変化すると同時に、
測定対象物からの反射光２の方向が変化する。一方、ア
クチュエータドライバ１２からのアクチュエータドライ
ブ信号Ｓ３はコンピュータ部１に入力され、コンピュー
タ部１はアクチュエータドライブ信号Ｓ３に基づいて測
定方向を検出する。

【００４２】この実施例の距離測定装置によれば、送光
レンズ５のほぼ焦点位置に半導体レーザ３を、受光レン
ズ６のほぼ焦点位置に受光素子４をそれぞれ配置し、半
導体レーザ３からの光パルスＬ１と受光レンズ６からの
反射光Ｌ２とを可動ミラー４で反射させ、且つ可動ミラ
ー４をアクチュエータ１１及びアクチュエータドライバ
１２で回転させて可動ミラー４の反射面４ａ，４ｂの傾
斜角度が変化させ、光パルスＬ１の出射方向を変化させ
ると同時に、測定対象物からの反射光Ｌ２の方向を変化
させることができるようにしたので、アレイ状の発光素
子や受光素子を必要とせず、しかも可動ミラー４を大き
く振らなくとも広い測定範囲を確保することができ、更
には軽量化による可動ミラー４等の可動部分の耐久性も
向上する。

【００４３】上述の第１実施例では半導体レーザ３を送
光レンズ５のほぼ焦点位置に配置したが、ここでいう
「ほぼ焦点位置」には焦点位置と焦点位置から少しずれ
た位置とが含まれる。すなわち半導体レーザ３を配置す
る位置は焦点位置でも、焦点位置から少しずれた位置で
もよい。ただ、厳密に焦点位置に配置すると出射される
光ビームが絞られ過ぎることがあり、これを避けるとい
う点からすれば焦点位置から少しずれた位置に配置する
方がよい。

【００４４】図７は図１の第１実施例の第１変形例の距
離測定装置を示すブロック図である。図１の第１実施例
と共通する部分には同一符号を付して説明を省略する。
図１の実施例では送光側と受光側との両方に可動ミラー
４及びアクチュエータ１１を使用した場合について述べ
たが、この第１変形例では、送光側だけに可動ミラー２
４及びアクチュエータ１１を使用し、受光側については
単に受光レンズ６のほぼ焦点位置に受光素子４を配置し
た。この第１変形例によれば、アクチュエータ１１をア
クチュエータドライバ１２で回転させ、可動ミラー２４
の反射面２４ａの傾斜角度を変化させて送光範囲を切り
換えることができる。

【００４５】図８は図１の実施例の第２変形例の距離測
定装置を示すブロック図である。図１の第１実施例と共
通する部分には同一符号を付して説明を省略する。前述
の第１変形例では送光側だけに可動ミラー２４及びアク
チュエータ１１を使用した場合について述べたが、この
第２変形例では、受光側だけに可動ミラー３４及びアク
チュエータ１１を使用し、送光側については単に送光レ
ンズ５のほぼ焦点位置に半導体レーザ３を配置した。こ
の第２変形例によれば、アクチュエータ１１をアクチュ
エータドライバ１２で回転させ、可動ミラー３４の反射
面３４ａの傾斜角度を変化させて受光範囲を切り換える
ことができる。

【００４６】図９はこの発明の第２実施例に係る距離測
定装置を示すブロック図である。図１の第１実施例と共
通する部分には同一符号を付して説明を省略する。前述
の第１実施例では、光源（半導体レーザ３）の仮想的な
位置と受光素子４の仮想的な位置を変更するために、反
射手段として可動ミラー４を、反射角変更手段としてア
クチュエータ１１及びアクチュエータドライバ１２を用
いた場合について述べたが、この第２実施例では、可動
ミラー４に代えてポリゴンミラー４４を、アクチュエー
タ１１及びアクチュエータドライバ１２に代えてポリゴ
ンドライバ４１を用いた。この第２実施例の場合、送光
方向の走査はポリゴンミラー４４の回転による反射面４
４ａ〜４４ｆの傾斜によって行われ、送光方向の認識は
ポリゴンドライバ４１からの回転角度信号Ｓ１３により
ポリゴンミラー４４の回転角度をコンピュータ部１が検
出する。

【００４７】一般にポリゴンミラー４４の面数によって
走査できる角度範囲が決まるが、図５及び図６に基づい
て説明した原理により、この第２実施例では、半導体レ
ーザ３又は受光素子７とポリゴンミラー４４上の反射点
との距離を変えたり、送光レンズ５又は送光レンズ６の
焦点距離を変えたりすることにより、走査できる角度範
囲を設定することができる。

【００４８】図１０はこの発明の第３実施例に係る距離
測定装置を示すブロック図である。図１の第１実施例と
共通する部分には同一符号を付して説明を省略する。前
述の第１実施例では、送光レンズ５のほぼ焦点位置に半
導体レーザ３を、受光レンズ６のほぼ焦点位置に受光素
子４をそれぞれ配置したが、この第３実施例では、リレ
ーレンズ（集光光学系）１３，１４を用いて一旦半導体
レーザ３及び受光素子４の２次的な像３ｓ，７ｓをそれ
ぞれ作り、これらの２次的な像３ｓ，７ｓを送光レンズ
５及び受光レンズ６のほぼ焦点位置にそれぞれ配置させ
た。

【００４９】この第３実施例の場合、可動ミラー４の反
射面４ａの傾斜角度の変化によって生じる半導体レーザ
３の仮想的な光源位置及び受光素子４の仮想的な受光位
置のそれぞれの移動量が、２次的な像３ｓ，７ｓの位置
では送光レンズ５及び受光レンズ６の倍率によって増減
するので、送光レンズ５及び受光レンズ６の倍率を適宜
選択することにより、送光レンズ５及び受光レンズ６の
ほぼ焦点位置での仮想光源及び仮想受光部の移動量を変
えることができる。この第２実施例の距離測定装置によ
れば、第１実施例よりも測定方向の変化量をより大きく
することができる。

【００５０】図１１は可動ミラーの反射面の傾きと測定
方向との関係を示す原理図である。可動ミラー４の反射
面４ａが実線で示す位置から破線で示す位置へ移動して
傾斜角度が変わると、リレーレンズ１３によって形成さ
れる２次的な像３ｓの位置が実線で示す位置から破線で
示す位置へ移動する。その結果光パルスＬ１の出射方向
が変化する。この関係は受光側も同様である。

【００５１】図１２はリレーレンズの倍率と測定方向と
の関係を示す原理図であり、同図（ａ）はリレーレンズ
１４の倍率が小さい状態を示し、同図（ｂ）はリレーレ
ンズ１４の倍率が大きい状態を示す。図１２（ａ）及び
（ｂ）に示すように、可動ミラー４を実線で示す位置か
ら破線で示す位置へ等しく傾斜させたとき、リレーレン
ズ１４の倍率が異なるため、図１２（ｂ）の方が図１２
（ａ）よりも測定範囲が大きく変化することが分かる。

【００５２】なお、一旦２次的な像３ｓ，７ｓを作る上
記第３実施例を、図７の送光側だけで測定方向を変える
第１変形例や図８の受光側だけで測定方向を変える第２
変形例、更には仮想的な光源の位置及び受光部の位置を
順次変更する第２実施例に適用してもよい。

【００５３】図１３はこの発明の第４実施例に係る距離
測定装置を示すブロック図である。図１の第１実施例と
共通する部分には同一符号を付して説明を省略する。こ
の第４実施例では、送光レンズ５のほぼ焦点位置に一次
元方向に配列された複数の光学ロッド１６ａ〜１６ｅを
有する光学ロッドアレイ１６を配置し、可動ミラー４で
リレーレンズ１５からの光を光学ロッドアレイ１６のう
ちの特定の光学ロッドだけに照射し、しかもアクチュエ
ータ１１で可動ミラー４を回転させて、リレーレンズ１
５からの光Ｌ１を集光させる特定の光学ロッドを光学ロ
ッド１６ａ〜１６ｅの配列方向に沿って変えるようにす
るとともに、受光レンズ６のほぼ焦点位置に一次元方向
に配列された複数の光学ロッドを有する光学ロッドアレ
イ１７を配置し、可動ミラー４で光学ロッドアレイ１７
のうちの特定の光学ロッドからの光を選択し、しかもア
クチュエータ１１で可動ミラー４を回転させて、受光素
子７に集光させる特定の光学ロッドを光学ロッドの配列
方向に沿って変えるようにした。

【００５４】図１４は光学ロッドアレイの斜視図であ
る。光学ロッドアレイ１６は、長方形の断面を有する直
方体の透明部材である複数の光学ロッド１６ａ〜１６ｅ
をアレイ状に接合してなる。互いに隣接する光学ロッド
１６ａ〜１６ｅの間で光が漏れないように、各接合面に
は全反射のコーティングが施されており、入射面から入
った光は出射面だけから出射する。光学ロッド１６ａ〜
１６ｅの断面形状は長方形に限られず、円形や楕円形等
の任意の形状にすることができる。光学ロッドアレイ１
７も同様の構造を有している。

【００５５】この第４実施例の場合、半導体レーザ３か
らの光を光学ロッドアレイ１６のどの光学ロッドの集光
させるか、並びに光学ロッドアレイ１７のどの光学ロッ
ドからの光を受光素子７に集光させるかによって、測定
方向の変更が行われる。具体的には、アクチュエータ１
１がアクチュエータドライバ１２でドライブされて可動
ミラー４の反射面４ａ，４ｂの傾斜角度が変化すること
によって行われる。したがって、送光レンズ５や受光レ
ンズ６の役割は、光学ロッドアレイ１６や光学ロッドア
レイ１７の一部に光を入射させることであり、図１０の
実施例のような２次的な像を作る必要はなく、高性能な
光学系は不要である。すなわち、光学ロッドの断面形状
によって光源の像の形が決まるので、光学ロッドアレイ
１６，受光素子７に集光させることができればよく、リ
レーレンズ１５は図１０の実施例のリレーレンズ１３よ
りも低い性能のもので足りる。

【００５６】また、測定可能範囲のパターンは光学ロッ
ドアレイ１６の形状と相似形となるので、例えば図１５
に示すように、光学ロッドアレイ５６の中心部分を小さ
な断面の光学ロッド５６ｂ〜５６ｇで構成し、両端部分
を大きな断面の光学ロッド５６ａ，５６ｈで構成するこ
とも可能であり、このようにすれば測定範囲を部分的に
細かく分割することができる。

【００５７】なお、この実施例では送光側と受光側との
両方に光学ロッドアレイ１６，１７を使用した場合につ
いて述べたが、送光側又は受光側の一方についてだけ光
学ロッドアレイを用いるようにしてもよいし、可動ミラ
ー４、アクチュエータ１１、アクチュエータドライバ１
２の代わりにポリゴンミラー及びポリゴンドライバをを
用いてもよい。

【００５８】また、上述の各実施例では、反射部材及び
反射部材移動手段として可動ミラー４やポリゴンミラー
等を用いた場合について述べたが、それらの代わりに、
ガルバノ等を使用するようにしてもよい。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明の距離測定
装置によれば、アレイ状の発光素子又は受光素子を必要
とせず、しかも反射手段を大きく振らなくとも広い送光
範囲又は受光範囲を確保することができるので、コスト
低減を図ることができるとともに、更に軽量化による反
射手段等の可動部分の耐久性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１実施例に係る距離測定装
置を示すブロック図である。

【図２】図２は光源の位置と出射光の方向との関係を示
す図である。

【図３】図３は受光素子の位置と測定対象物からの反射
光の方向との関係を示す図である。

【図４】図４は可動ミラーの反射面の傾斜角の変化と出
射方向の変化との関係を説明する原理図である。

【図５】図５は半導体レーザ及び可動ミラー間の距離と
測定範囲の変化との関係を示す原理図である。

【図６】図６は送光レンズの焦点距離と測定範囲の変化
との関係を示す原理図である。

【図７】図７は図１の第１実施例の第１変形例の距離測
定装置を示すブロック図である。

【図８】図８は図１の実施例の第２変形例の距離測定装
置を示すブロック図である。

【図９】図９はこの発明の第２実施例に係る距離測定装
置を示すブロック図である。

【図１０】図１０はこの発明の第３実施例に係る距離測
定装置を示すブロック図である。

【図１１】図１１は可動ミラーの反射面の傾きと測定方
向との関係を示す原理図である。

【図１２】図１２はリレーレンズの焦点距離と測定方向
との関係を示す原理図である。

【図１３】図１３はこの発明の第４実施例に係る距離測
定装置を示すブロック図である。

【図１４】図１４は光学ロッドアレイの斜視図である。

【図１５】図１５は測定可能範囲のパターンと光学ロッ
ドアレイの形状とを示す図である。

【符号の説明】

１ コンピュータ部 ３ 半導体レーザ ４，２４，３４ 可動ミラー ５ 送光レンズ ６ 受光レンズ ７ 受光素子 ９ コンパレータ １０ 時間測定部 １１ アクチュエータ １２ アクチュエータドライバ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を出射する発光手段と、 光を受光して受光信号を出力する受光手段と、 前記発光手段の光が出射されてから前記受光手段で受光
   されるまでの時間を測定し、その測定時間に基づいて測
   定対象物までの距離を演算する距離検出手段とを備えた
   距離測定装置において、 前記発光手段からの光を反射する反射手段と、 前記反射手段で反射された光の方向を変える反射角変更
   手段と、 前記反射手段で反射された光を前記測定対象物へ向けて
   送光する送光用対物光学系とを備え、 前記発光手段が前記送光用対物光学系のほぼ焦点位置に
   配置されていることを特徴とする距離測定装置。
2. 【請求項２】 光を出射する発光手段と、 光を受光して受光信号を出力する受光手段と、 前記発光手段の光が出射されてから前記受光手段で受光
   されるまでの時間を測定し、その測定時間に基づいて測
   定対象物までの距離を演算する距離検出手段とを備えた
   距離測定装置において、 前記測定対象物からの光を集光する受光用対物光学系
   と、 前記受光手段と前記受光用対物光学系との間に配置さ
   れ、前記受光用対物光学系からの光を反射する反射手段
   と、 前記反射手段で反射された光の方向を変える反射角変更
   手段とを備え、 前記受光手段が前記受光用対物光学系のほぼ焦点位置に
   配置されていることを特徴とする距離測定装置。
3. 【請求項３】 光を出射する発光手段と、 光を受光して受光信号を出力する受光手段と、 前記発光手段の光が出射されてから前記受光手段で受光
   されるまでの時間を測定し、その測定時間に基づいて測
   定対象物までの距離を演算する距離検出手段とを備えた
   距離測定装置において、 前記発光手段からの光を集光して２次的な発光手段の像
   を形成する発光用集光光学系と、 前記発光手段と前記発光用集光光学系との間、又は前記
   発光用集光光学系と前記２次的な発光手段の像との間に
   配置され、前記発光手段からの光を反射する反射手段
   と、 前記反射手段で反射された光の方向を変える反射角変更
   手段と、 前記２次的な発光手段の像を通過する光を前記測定対象
   物へ向けて照射する送光用対物光学系とを備え、 前記２次的な発光手段の像が前記送光用対物光学系のほ
   ぼ焦点位置に配置されていることを特徴とする距離測定
   装置。
4. 【請求項４】 光を出射する発光手段と、 光を受光して受光信号を出力する受光手段と、 前記発光手段の光が出射されてから前記受光手段で受光
   されるまでの時間を測定し、その測定時間に基づいて測
   定対象物までの距離を演算する距離検出手段とを備えた
   距離測定装置において、 前記測定対象物からの光を集光する受光用対物光学系
   と、 前記受光用対物光学系からの光を集光して２次元的な受
   光手段の像を形成する受光用集光光学系と、 前記２次的な受光手段の像と前記受光用集光光学系との
   間、又は前記受光用集光光学系と前記受光手段との間に
   配置され、前記受光用対物光学系からの光を反射する反
   射手段と、 前記反射手段で反射された光の方向を変える反射角変更
   手段とを備え、 前記２次的な受光手段の像が、前記受光用対物光学系の
   ほぼ焦点位置に配置されていることを特徴とする距離測
   定装置。
5. 【請求項５】 光を出射する発光手段と、 光を受光して受光信号を出力する受光手段と、 前記発光手段の光が出射されてから前記受光手段で受光
   されるまでの時間を測定し、その測定時間に基づいて測
   定対象物までの距離を演算する距離検出手段とを備えた
   距離測定装置において、 前記発光手段からの光を集光させる集光光学系と、 一次元方向に配列された複数の光学ロッドを有し、前記
   測定対象物へ向けて出射される前記集光光学系からの光
   の方向を前記光学ロッド数だけ変更させる光学ロッドア
   レイと、 前記集光光学系からの光を前記光学ロッドアレイのうち
   の特定の光学ロッドだけに照射する光学ロッド選択用光
   学部材と、 前記光学ロッド選択用光学部材を移動させて、前記集光
   光学系からの光を集光させる前記特定の光学ロッドを前
   記光学ロッドの配列方向に沿って変える移動手段とを備
   えていることを特徴とする距離測定装置。
6. 【請求項６】 光を出射する発光手段と、 光を受光して受光信号を出力する受光手段と、 前記発光手段の光が出射されてから前記受光手段で受光
   されるまでの時間を測定し、その測定時間に基づいて測
   定対象物までの距離を演算する距離検出手段とを備えた
   距離測定装置において、 前記測定対象物からの光を前記受光手段へ向けて照射す
   る受光用対物光学系と、 前記受光用対物光学系のほぼ焦点位置に前記受光用対物
   光学系からの光の入射面が配置され、一次元方向に配列
   された複数の光学ロッドを有し、前記受光用対物光学系
   からの光を前記光学ロッド数だけ分割させる光学ロッド
   アレイと、 前記光学ロッドアレイからの光を前記受光手段に集光さ
   せる集光光学系と、 前記集光光学系からの光を前記光学ロッドアレイのうち
   の特定の光学ロッドだけを選択する光学ロッド選択用光
   学部材と、 前記光学ロッド選択用光学部材を移動させて、前記受光
   手段に集光させる光が通過する前記特定の光学ロッドを
   前記光学ロッドの配列方向に沿って変える移動手段とを
   備えていることを特徴とする距離測定装置。