JPH07253462A - Distance measuring instrument - Google Patents

Distance measuring instrument

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JPH07253462A
JPH07253462A JP6068217A JP6821794A JPH07253462A JP H07253462 A JPH07253462 A JP H07253462A JP 6068217 A JP6068217 A JP 6068217A JP 6821794 A JP6821794 A JP 6821794A JP H07253462 A JPH07253462 A JP H07253462A
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JP
Japan
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light
obstacle
light source
intensity distribution
lens
Prior art date
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Pending
Application number
JP6068217A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akio Takahama
昭夫 高浜
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
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  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a distance measuring instrument which can measure the distance to an obstacle with high accuracy by reducing the error resulting from the intensity distribution of the light emitted from a light source. CONSTITUTION:A transmission optical system 14 is composed of an optical element which flattens the intensity distribution of the luminous flux of light with a plurality of parallel principal points and the light 15 emitted from a light source 3 is projected upon an obstacle with a flat intensity distribution. The obstacle is detected from the light returning from the obstacle after reflection and the distance to the obstacle is measured by measuring the turnaround time of the light from the difference between the transmitting timing S1 the light and receiving timing S4 of the reflected light.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、距離測定装置に関する
ものである。更に詳しくはレーザレーダを用いた主とし
て車両用であり、障害物等の対象となる物体までの距離
を測定する装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring device. More specifically, the present invention relates mainly to a vehicle using a laser radar, and relates to a device for measuring a distance to a target object such as an obstacle.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の車両用の距離測定装置は、レーザ
レーダを用いて障害物の存在を検知し、又障害物までの
距離を測定していた。このような装置の構成は図9に示
すようなものである。パルス発生器1から出力するパル
ス列が点灯トリガとなって、パルス増幅器2から光源駆
動信号S1が出力し、光源駆動信号S1はレーザ光源3
に送られる。レーザ光源3からはレーザ光が出射し、送
信レンズ4を介し出力光5が送信される。出力光5が障
害物から反射するとその一部の反射光6は受信レンズ7
に入射し、受光素子8に集光される。受光素子8で光電
変換された信号S2は増幅器9で増幅されてアナログな
増幅器出力信号S3となり、コンパレータ10でディジ
タルな矩形波の受信信号S4に変換された後、時間差測
定回路11に入力する。時間差測定回路11には光源駆
動信号S1及びクロック12からのクロックパルスS5
が入力し、受信信号S4の光源駆動信号S1に対する時
間的な遅れが計測される。
2. Description of the Related Art A conventional vehicle distance measuring device detects the presence of an obstacle using a laser radar and measures the distance to the obstacle. The structure of such an apparatus is as shown in FIG. The pulse train output from the pulse generator 1 serves as a lighting trigger, and the pulse amplifier 2 outputs the light source drive signal S1.
Sent to. Laser light is emitted from the laser light source 3, and output light 5 is transmitted via the transmission lens 4. When the output light 5 is reflected from the obstacle, a part of the reflected light 6 is received by the receiving lens 7
And enters the light receiving element 8. The signal S2 photoelectrically converted by the light receiving element 8 is amplified by the amplifier 9 to become an analog amplifier output signal S3, which is converted into a digital rectangular wave reception signal S4 by the comparator 10 and then input to the time difference measuring circuit 11. The time difference measuring circuit 11 includes a light source drive signal S1 and a clock pulse S5 from the clock 12.
Is input, and the time delay of the received signal S4 with respect to the light source drive signal S1 is measured.

【0003】コンパレータ10及び時間差測定回路11
の動作は図10に示すように、コンパレータ10に入力
した増幅器出力信号S3は所定のスレショルドレベルと
比較され、スレショルドレベルを超えるとき受信信号S
4に変換される。時間差測定回路11にはクロックパル
スS5が入力しており、時間差測定回路11に入力した
光源駆動信号S1及び受信信号S4のそれぞれの立ち上
がりの間のクロックパルスS5が計数される。計数され
たクロックパルスS5の数NをクロックパルスS5の周
期に乗ずるとレーザ光の障害物までの往復時間が得ら
れ、光速度は既知であるから障害物までの距離が求めら
れる。
Comparator 10 and time difference measuring circuit 11
10, the amplifier output signal S3 input to the comparator 10 is compared with a predetermined threshold level, and when it exceeds the threshold level, the reception signal S3 is received.
Converted to 4. The clock pulse S5 is input to the time difference measuring circuit 11, and the clock pulse S5 between the rising edges of the light source drive signal S1 and the received signal S4 input to the time difference measuring circuit 11 is counted. When the number N of the counted clock pulses S5 is multiplied by the period of the clock pulse S5, the round-trip time of the laser light to the obstacle is obtained, and since the light speed is known, the distance to the obstacle can be obtained.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような装置では、
レーザ光源として半導体レーザが高い発振効率を有し、
小型軽量かつ低電力動作可能で、量産化による価格の低
廉化と共に広く使用されるようになっている。半導体レ
ーザ21から出射するレーザ光は、図11に示すよう
に、活性層の端面22から出射するとフラウンホーファ
ー回折現象のために急速に拡がり、ビームの断面形状は
一般に楕円形となる。そして楕円の縦方向の強度分布及
び横方向の強度分布はそれぞれ曲線23、24のように
一様でなく、共に中央部が強く周辺部で急激に低下する
ガウス分布をしている。このような光源を使用すると、
図12に示すように、半導体レーザー21から出射した
レーザ光は送信レンズ25を介して送信される。半導体
レーザー21が送信レンズ25の焦点近傍に置かれてい
ると、半導体レーザー21からの光束は、光源が点光源
ではなく若干の広がりをもつこともあり、若干の広がり
を持つ測定光束として送信される。この場合の測定光束
の強度分布は図11に示すものと同様に、曲線26のよ
うなガウス分布となり、測定光束の周辺部の強度は中央
部に比較し大幅に低下する。このような一様でない強度
分布を有するレーザ光を従来の送信光学系を使用して距
離を測定すると、同一の障害物が同じ距離に位置してい
る場合であっても、ビームの中央部が投射された障害物
と、周辺部が投射された障害物とでは測距値が異なって
しまう。
SUMMARY OF THE INVENTION In such a device,
A semiconductor laser has a high oscillation efficiency as a laser light source,
It is small, lightweight, and can operate with low power consumption, and has come into widespread use along with cost reduction due to mass production. As shown in FIG. 11, when the laser light emitted from the semiconductor laser 21 is emitted from the end face 22 of the active layer, it rapidly spreads due to the Fraunhofer diffraction phenomenon, and the cross-sectional shape of the beam is generally elliptical. The intensity distribution in the vertical direction and the intensity distribution in the horizontal direction of the ellipse are not uniform like the curves 23 and 24, respectively, and both have a Gaussian distribution in which the central portion is strong and the peripheral portion sharply decreases. With such a light source,
As shown in FIG. 12, the laser light emitted from the semiconductor laser 21 is transmitted via the transmission lens 25. When the semiconductor laser 21 is placed near the focal point of the transmission lens 25, the light flux from the semiconductor laser 21 may be transmitted as a measurement light flux having a slight spread because the light source may have a slight spread instead of a point light source. It In this case, the intensity distribution of the measurement light flux has a Gaussian distribution as shown by the curve 26, similarly to that shown in FIG. 11, and the intensity of the peripheral portion of the measurement light flux is significantly lower than that in the central portion. When a laser beam having such a non-uniform intensity distribution is used to measure the distance using a conventional transmission optical system, even if the same obstacle is located at the same distance, the central portion of the beam is The distance measurement values are different between the projected obstacle and the obstacle projected on the periphery.

【0005】これを図13により説明する。(a)は障
害物が測定光束の中央部にある場合の増幅器出力信号S
3の強度と時間との関係を示す図、(b)障害物が測定
光束の中央部にある場合の受信信号S4の強度と時間と
の関係を示す図、(c)障害物が測定光束の周辺部にあ
る場合の増幅器出力信号S3の強度と時間との関係を示
す図、(d)障害物が測定光束の周辺部にある場合の受
信信号S4の強度と時間との関係を示す図である。レー
ザ光の強度は測定光束の中央部で周辺部より大きいか
ら、同一の障害物であっても、障害物に測定光束の中央
部が投射された場合の方が測定光束の周辺部が投射され
た場合よりも、反射して受光素子8に入射する光量は大
きく、増幅器出力信号S3の強度は(a)に示す場合の
方が(c)に示す場合より大きい。(a)、(c)に示
すように、スレショルドレベルが同一レベルであれば、
(b)、(d)に示すように、受信信号S4の立ち上が
りは、障害物が測定光束の中央部にある場合の方が障害
物が測定光束の周辺部にある場合より早く、受信信号S
4の立ち下がりは、障害物が測定光束の中央部にある場
合の方が障害物が測定光束の周辺部にある場合より遅く
なる。
This will be described with reference to FIG. (A) is the amplifier output signal S when the obstacle is in the center of the measurement light beam
3 shows the relationship between the intensity and time of (3), (b) shows the relationship between the intensity of the received signal S4 and the time when the obstacle is at the center of the measurement light beam, (c) shows the obstacle of the measurement light beam. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the intensity of the amplifier output signal S3 and the time when it is in the peripheral part, and (d) a diagram showing the relation between the intensity of the received signal S4 and the time when an obstacle is in the peripheral part of the measurement light beam. is there. Since the intensity of the laser beam is larger in the central part of the measurement light beam than in the peripheral part, even if the obstacle is the same, the peripheral part of the measurement light beam is projected when the central part of the measurement light beam is projected on the obstacle. The amount of light reflected and incident on the light receiving element 8 is larger than that in the case described above, and the intensity of the amplifier output signal S3 is larger in the case shown in (a) than in the case shown in (c). As shown in (a) and (c), if the threshold levels are the same,
As shown in (b) and (d), the rising of the reception signal S4 is faster when the obstacle is in the central portion of the measurement light flux and faster than when the obstacle is in the peripheral portion of the measurement light flux.
The trailing edge of 4 is slower when the obstacle is at the center of the measurement light flux than when it is at the periphery of the measurement light flux.

【0006】前述したようにクロックパルスS5は、光
源駆動信号S1及び受信信号S4のそれぞれの立ち上が
りの間で計数されるから、障害物に測定光束の中央部が
投射される増幅器出力信号S3の強度が大きい場合よ
り、測定光束の周辺部が投射される増幅器出力信号S3
の強度が小さい場合の方が、クロックパルスS5の数が
大きく、測距値は大きくなって、障害物が測定光束の周
辺部にあることにより生じる誤差が発生する。尚光源駆
動信号S1及び受信信号S4のそれぞれの立ち下がりの
間にクロックパルスS5を計数するようにすると、大小
関係が逆になるが、やはり測距値に誤差が発生する。こ
のように一様でない強度分布を有するレーザ光により障
害物を測距すると、同一の障害物に対しても、異なった
測距値が得られるという問題があった。
As described above, since the clock pulse S5 is counted between the rising edges of the light source drive signal S1 and the received signal S4, the intensity of the amplifier output signal S3 at which the central portion of the measurement light beam is projected on the obstacle. Is larger than that of the amplifier output signal S3 on which the peripheral portion of the measurement light beam is projected.
When the intensity of is smaller, the number of clock pulses S5 is larger, the distance measurement value is larger, and an error occurs due to the obstacle being in the peripheral portion of the measurement light beam. If the clock pulse S5 is counted during each fall of the light source drive signal S1 and the received signal S4, the magnitude relationship is reversed, but an error still occurs in the distance measurement value. When the distance of an obstacle is measured by the laser light having the non-uniform intensity distribution as described above, there is a problem that different distance measurement values can be obtained even for the same obstacle.

【0007】本発明はこのような状況に鑑み、光源から
出射する光の強度分布に基因する誤差を減少させ、距離
測定精度の高い障害物検知装置を提供することを目的と
する。
In view of such a situation, it is an object of the present invention to provide an obstacle detecting device which reduces errors due to the intensity distribution of light emitted from a light source and has a high distance measuring accuracy.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的の為、本発明の
距離測定装置は光源から出射した光を送信する送信光学
系と、前記送信光学系から送信された光のうち、対象物
から反射し戻った光を受信し、受信信号を出力する受信
手段と、前記受信信号により前記対象物を検知する検知
手段と、前記光の送信タイミングと受信タイミングの差
から前記対象物までの往復時間を計測して前記対象物ま
での距離を演算する演算手段とを具備する距離測定装置
において、前記送信光学系は、並列する複数の主点を有
して前記光の光束強度分布を平坦化する光学素子を具備
するものである。
To achieve the above object, the distance measuring apparatus of the present invention includes a transmission optical system for transmitting light emitted from a light source and a light transmitted from the transmission optical system which is reflected from an object. The receiving means for receiving the returned light and outputting the received signal, the detecting means for detecting the target object by the received signal, and the round trip time to the target object from the difference between the transmission timing and the reception timing of the light In a distance measuring device including a calculating unit that measures and calculates a distance to the object, the transmission optical system has a plurality of main points arranged in parallel, and is an optical device that flattens a luminous flux intensity distribution of the light. It is provided with an element.

【0009】前記光学素子はフライアイレンズであるこ
とが望ましい。
The optical element is preferably a fly-eye lens.

【0010】[0010]

【作用】本発明の距離測定装置によれば光源から出射す
る光は、複数の主点を有する光学素子を介して送信光学
系から強度分布が平坦化されて障害物に送信される。
According to the distance measuring device of the present invention, the light emitted from the light source is transmitted to the obstacle through the optical element having a plurality of principal points, the intensity distribution of which is flattened by the transmission optical system.

【0011】[0011]

【実施例】本発明の一実施例を図1により説明する。パ
ルス発生器1から出力するパルス列が点灯トリガとなっ
て、パルス増幅器2から光源駆動信号S1が出力し、光
源駆動信号S1はレーザ光源3に送られる。レーザ光源
3からはレーザ光が出射し、送信レンズ14から出力光
15が送信される。出力光15が障害物から反射すると
その一部の反射光6は受信レンズ7に入射し、受光素子
8に集光される。受光素子8で光電変換された信号S2
は増幅器9で増幅されてアナログな増幅器出力信号S3
となり、コンパレータ10に入力する。コンパレータ1
0において、増幅器出力信号S3は所定のスレショルド
レベルを超えるとき立ち上がる矩形波の受信信号S4に
変換され、時間差測定回路11に入力する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The pulse train output from the pulse generator 1 serves as a lighting trigger, and the light source drive signal S1 is output from the pulse amplifier 2 and the light source drive signal S1 is sent to the laser light source 3. Laser light is emitted from the laser light source 3, and output light 15 is transmitted from the transmission lens 14. When the output light 15 is reflected from the obstacle, a part of the reflected light 6 enters the receiving lens 7 and is focused on the light receiving element 8. Signal S2 photoelectrically converted by the light receiving element 8
Is amplified by the amplifier 9 and is an analog amplifier output signal S3
Then, it is input to the comparator 10. Comparator 1
At 0, the amplifier output signal S3 is converted into a rectangular wave reception signal S4 which rises when a predetermined threshold level is exceeded, and is input to the time difference measuring circuit 11.

【0012】時間差測定回路11には受信信号S4、光
源駆動信号S1及びクロックパルスS5が入力し、クロ
ックパルスS5の光源駆動信号S1及び受信信号S4の
それぞれの立ち上がりの間のパルス数が計数される。演
算回路16には計数されたクロックパルスS5の数が入
力し、クロックパルスS5の数をクロックパルスS5の
周期に乗じてレーザ光の障害物までの往復時間を得て、
光速度から障害物までの距離を求める。得られた測距値
は表示部17に表示され、障害物が検知されないときは
測距値なしとして表示される。
The reception signal S4, the light source drive signal S1 and the clock pulse S5 are input to the time difference measuring circuit 11, and the number of pulses between the rising edges of the light source drive signal S1 and the reception signal S4 of the clock pulse S5 is counted. . The counted number of clock pulses S5 is input to the arithmetic circuit 16, and the number of clock pulses S5 is multiplied by the cycle of the clock pulses S5 to obtain the round-trip time of the laser light to the obstacle,
Find the distance from the speed of light to the obstacle. The obtained distance measurement value is displayed on the display unit 17, and when no obstacle is detected, it is displayed as no distance measurement value.

【0013】送信レンズ14は複数の主点を有し、レー
ザ光の強度分布を平坦化する光学素子である。図2及び
図3にそれぞれ送信レンズ14の正面図及び側面図を示
す。平面図は複数の六角形18が集まって、複眼の「蠅
の眼」のような図形となっている。断面図は一面は平面
14a、他の一面は多数の小さい球面19から形成され
た面14bを示している。このように、並列した多数の
単レンズが集合して形成された光学素子は、いわゆるフ
ライアイレンズである。
The transmitting lens 14 is an optical element which has a plurality of principal points and flattens the intensity distribution of laser light. 2 and 3 show a front view and a side view of the transmission lens 14, respectively. A plurality of hexagons 18 are gathered on the plan view to form a figure like a compound eye "flying eye". The cross-sectional view shows a plane 14a on one side and a plane 14b formed from many small spherical surfaces 19 on the other side. In this way, the optical element formed by gathering a large number of parallel single lenses is a so-called fly-eye lens.

【0014】送信レンズ14の構成及び作用を詳述する
前に、ここでレンズの主点について、「レーザ&オプテ
ィックスガイド3(1)」、山田英明著、キノ・メレス
グリオ株式会社発行、1993年7月、ページ P1ー
2〜P1ー3、の記載に従って簡単に説明する。「二つ
の焦点のどちらかを通る光線はレンズの反対側に於いて
は光軸に平行になる」という定理があり、この定理に基
づいて二つの焦点が決定される。前側焦点からの光線
(すなわちレンズの反対側に到達した後は光軸と平行に
なる光線)は、厳密にはレンズの各面で一度ずつ計二回
屈折されるが、ある虚面で一度屈折されると考えること
ができる。このような虚面は近軸光線に対してはほぼ平
面とみなすことができ、これを主平面と称している。ま
た、主平面が光軸と交わる点を主点と呼んでいる。
Before describing the structure and operation of the transmitting lens 14 in detail, here, the main points of the lens are described in "Laser & Optics Guide 3 (1)", Hideaki Yamada, published by Keno Melles Griot Co., Ltd., 1993. In July, a brief explanation will be given according to the description on pages P1-2 to P1-3. There is a theorem that "a ray that passes through one of the two focal points is parallel to the optical axis on the opposite side of the lens", and the two focal points are determined based on this theorem. Strictly speaking, the ray from the front focus (that is, the ray that is parallel to the optical axis after reaching the opposite side of the lens) is refracted once on each surface of the lens, but once on an imaginary surface. Can be considered to be done. Such an imaginary surface can be regarded as a substantially flat surface for paraxial rays, and this is called a principal plane. The point where the principal plane intersects the optical axis is called the principal point.

【0015】これを図4で説明する。図中、レンズ30
の光軸33上に前側焦点31及び後側焦点32がある。
光軸33に平行な無限遠の物体からの光線34は第2主
平面37で屈折され後側焦点32を通過する。前側焦点
31への逆光線35は第1主平面36で屈折され前側焦
点31を通過する。第1主平面36、第2主平面37が
光軸と交わる点がそれぞれ第1主点38、第2主点39
である。
This will be described with reference to FIG. In the figure, lens 30
There is a front focus 31 and a rear focus 32 on the optical axis 33 of the.
A ray 34 from an object at infinity parallel to the optical axis 33 is refracted at the second principal plane 37 and passes through the rear focal point 32. The back ray 35 to the front focal point 31 is refracted by the first principal plane 36 and passes through the front focal point 31. The points where the first principal plane 36 and the second principal plane 37 intersect the optical axis are the first principal point 38 and the second principal point 39, respectively.
Is.

【0016】尚、本発明で複数の主点を有すると表現を
しているが、これは送信レンズ14を構成する個々の単
レンズの第1主点及び第2主点をもって複数としている
のではない。複数の単レンズの集合からなる送信レンズ
が複数の第1主点(又は第2主点)を有すると言う意味
であり、送信レンズ14が複数の第1主点(又は複数の
第2主点)を持つような複数の曲面により形成されたレ
ンズであることを意味している。
The expression "having a plurality of principal points" is used in the present invention. However, this is not because there is a plurality of first principal points and second principal points of each single lens that constitutes the transmitting lens 14. Absent. This means that the transmission lens including a set of a plurality of single lenses has a plurality of first principal points (or second principal points), and the transmission lens 14 has a plurality of first principal points (or a plurality of second principal points). ) Means that the lens is formed by a plurality of curved surfaces.

【0017】次に光源からの光がフライアイレンズによ
りどのように送信されるかを、図5により説明する。フ
ライアイレンズ63の1面63aは平面で他の面63b
は並列する多数の同一曲率の凸球面を有し、多数の単レ
ンズ(不図示)が並列した形状をなしている。図5には
その中5個の単レンズの断面が示されている。各単レン
ズの焦点が集合して形成する焦点面62に所定の発光面
積を有する光源61が配置されている。フライアイレン
ズ63には光源61寄りに第1主面64を、及び光源6
1から離れた側に第2主面65があり、個々の単レンズ
に対応する第1主点及び第2主点は、第1主点66、6
8、70、72、74及び第2主点67、69、71、
73、75である。
Next, how the light from the light source is transmitted by the fly-eye lens will be described with reference to FIG. One surface 63a of the fly-eye lens 63 is a flat surface and the other surface 63b is
Has a large number of parallel convex spherical surfaces having the same curvature, and has a shape in which a large number of single lenses (not shown) are arranged in parallel. FIG. 5 shows a cross section of five single lenses among them. A light source 61 having a predetermined light emitting area is arranged on a focal plane 62 formed by the focal points of the single lenses. The fly-eye lens 63 has a first main surface 64 near the light source 61, and the light source 6
There is a second principal surface 65 on the side away from the first principal point 66 and the second principal point corresponding to each single lens.
8, 70, 72, 74 and the second principal points 67, 69, 71,
73 and 75.

【0018】光源61上の点81から放射され第1主点
68に至る光線82は光源61が焦点面62に置かれて
いるから、光線82に平行な光線83としてフライアイ
レンズ63を透過し送信される。又光源61上の点81
から第1主点68から離れた点76に至る光線84は、
光源61が焦点面62に置かれているから、光線83に
平行な光線85として送信される。この場合光線85は
第2主面65上の点77から見かけ上送信されるが、第
2主点69と点77の距離は、第1主点68と点76の
距離と等しい。その結果として面91における光束の強
度分布は、光源が図11に示したようなガウス分布の強
度分布を有する半導体レーザのような場合は、曲線92
のようなガウス分布になる。
A light ray 82 emitted from a point 81 on the light source 61 and reaching the first principal point 68 passes through the fly-eye lens 63 as a light ray 83 parallel to the light ray 82 because the light source 61 is placed on the focal plane 62. Sent. Also, a point 81 on the light source 61
From the first principal point 68 to a point 76 away from
Since the light source 61 is located in the focal plane 62, it is transmitted as a ray 85 parallel to the ray 83. In this case, the ray 85 is apparently transmitted from the point 77 on the second principal surface 65, but the distance between the second principal point 69 and the point 77 is equal to the distance between the first principal point 68 and the point 76. As a result, the intensity distribution of the light flux on the surface 91 is a curve 92 when the light source is a semiconductor laser having a Gaussian intensity distribution as shown in FIG.
Gaussian distribution like.

【0019】光源61上の他の点から放射される他の光
線もフライアイレンズ63を透過し同様の作用を受け
る。なお、上述した説明は、レンズの収差や、光源が光
軸上から外れることによる影響は、簡略化のために省略
してある。
Other light rays emitted from other points on the light source 61 also pass through the fly-eye lens 63 and undergo similar effects. In the above description, the aberration of the lens and the influence of the light source deviating from the optical axis are omitted for simplification.

【0020】図6に示すように、レーザ光源3から出射
したレーザ光は複数の主点を持つ送信レンズ14を介し
て送信される。レーザ光源3が送信レンズ14の焦点近
傍に置かれていると、レーザ光源3からの光束は、若干
の広がりを持つ複数の測定光束として送信される。個々
の測定光束の強度分布は曲線27で示す通りガウス分布
である。そしてこの場合の総合した測定光束の強度分布
は、強度分布がガウス分布であるような個々の測定光束
を重ね合わせで形成された形の平坦化された曲線28で
示されるようになる。
As shown in FIG. 6, the laser light emitted from the laser light source 3 is transmitted through the transmission lens 14 having a plurality of principal points. When the laser light source 3 is placed near the focal point of the transmission lens 14, the light flux from the laser light source 3 is transmitted as a plurality of measurement light fluxes having a slight spread. The intensity distribution of each measuring light flux is a Gaussian distribution as shown by the curve 27. The total intensity distribution of the measurement light flux in this case is shown by a flattened curve 28 in the form formed by superimposing the individual measurement light fluxes whose intensity distribution is a Gaussian distribution.

【0021】次に、他の実施例について図7により説明
する。尚前述の一実施例と同一又は類似の点の説明の詳
述は省略する。本実施例に使用する光学素子は、反射型
の光学素子51と反射鏡52との組合せである。レーザ
光源3から出射したレーザ光は光学素子51の孔51a
を透過し、反射鏡52で反射された後、光学素子51の
表面51aで反射して送信される。表面51aには多数
の凹球面が形成され、個々の凹球面からの反射光の強度
分布は、例えば曲線53のようなガウス分布になり、表
面51a全体からの反射光の強度分布は、曲線54のよ
うな平坦な分布となる。
Next, another embodiment will be described with reference to FIG. The detailed description of the same or similar points as in the above-described embodiment will be omitted. The optical element used in this embodiment is a combination of a reflection type optical element 51 and a reflecting mirror 52. The laser light emitted from the laser light source 3 has a hole 51 a in the optical element 51.
Is transmitted, reflected by the reflecting mirror 52, and then reflected by the surface 51a of the optical element 51 and transmitted. A large number of concave spherical surfaces are formed on the surface 51a, and the intensity distribution of the reflected light from each concave spherical surface becomes a Gaussian distribution like the curve 53, and the intensity distribution of the reflected light from the entire surface 51a becomes the curve 54. It has a flat distribution like.

【0022】更に、他の実施例について図8により説明
する。前述の各実施例と同一又は類似の点の説明の詳述
は省略する。本実施例に使用する光学素子は、凸レンズ
55と光学素子56との組合せである。レーザ光源3か
ら出射したレーザ光は凸レンズ55を透過し集光された
後、更に光学素子56を透過して送信される。光学素子
56の表面56aには多数の小プリズムが形成されてい
る。個々の小プリズムからの光の強度分布は、曲線57
のようなガウス分布であるが、透過光の総合した強度分
布は、曲線58のような平坦な分布となる。
Further, another embodiment will be described with reference to FIG. Detailed description of the same or similar points as those of the above-described embodiments will be omitted. The optical element used in this embodiment is a combination of the convex lens 55 and the optical element 56. The laser light emitted from the laser light source 3 passes through the convex lens 55, is condensed, and then passes through the optical element 56 to be transmitted. A large number of small prisms are formed on the surface 56a of the optical element 56. The intensity distribution of light from each small prism is shown by the curve 57.
However, the total intensity distribution of the transmitted light is a flat distribution like the curve 58.

【0023】尚、各実施例は、半導体レーザ光源に限ら
ず他の強度分布の平坦でない光源にも実施可能であるこ
とは言うまでもない。
Needless to say, each of the embodiments is applicable not only to the semiconductor laser light source but also to other light sources having an uneven intensity distribution.

【0024】実施例では各小レンズの光軸が互いに平行
な場合で説明したが大体平行であれば必ずしも平行でな
くてもよい。
Although the optical axes of the respective small lenses are parallel to each other in the embodiment, they may not be necessarily parallel as long as they are substantially parallel.

【0025】本発明は実施例のような平凸構成の複数の
主点を持つレンズだけでなく、両面に曲面を形成するレ
ンズをもちいてもよい。
The present invention may use not only a lens having a plurality of principal points of plano-convex configuration as in the embodiment but also a lens having curved surfaces on both sides.

【0026】主として平凸レンズの凸面を物体面として
本の実施例を説明してきたが、凸面を光源側として本発
明を実施することも可能である。この場合、外側に平面
が配置されるので洗浄がしやすいという効果がある。
Although the embodiment of the book has been mainly described with the convex surface of the plano-convex lens as the object surface, the present invention can be carried out with the convex surface as the light source side. In this case, since the flat surface is arranged on the outer side, there is an effect that cleaning is easy.

【0027】レンズのの材質はガラスやプラスチックな
ど一般の光学材料を使用することができ、レンズの色に
ついても無色のほか着色したレンズに対しても本発明を
実施することも可能である。
As the material of the lens, general optical materials such as glass and plastic can be used, and the present invention can be applied to not only colored lenses but also colored lenses.

【0028】本発明では複数の主点を持つレンズの曲面
は、単一の連続した曲面ではなく第4図などの実施例の
如く不連続な曲面となることが多い。このような面を持
つレンズはプラスチック成形で製造することが有利であ
る。
In the present invention, the curved surface of the lens having a plurality of principal points is often not a single continuous curved surface but a discontinuous curved surface as in the embodiment shown in FIG. A lens having such a surface is advantageously manufactured by plastic molding.

【0029】また、特に着色した複数の主点を持つレン
ズを受信レンズとして使用する場合は、対象物で反射し
た光以外の背景からの不要光を除去するフィルタの役目
を兼ねることができる。
When a lens having a plurality of colored principal points is used as a receiving lens, it can also serve as a filter for removing unnecessary light from the background other than the light reflected by the object.

【0030】又、本発明は光源も実施例の半導体レーザ
に限るものではなく、別の波長域をもった光源を用いて
もよい。
Further, the present invention is not limited to the semiconductor laser of the embodiment as the light source, and a light source having another wavelength range may be used.

【0031】本実施例は車載用装置として説明したが本
発明はロボット等、対象物までの距離を測定する他の装
置に応用することができる。
Although the present embodiment has been described as an on-vehicle device, the present invention can be applied to other devices such as a robot for measuring the distance to an object.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、光源から出射する光
は、複数の主点を有する光学素子を介して強度分布が平
坦化されて送信される。そして同一障害物に対して投射
された光が測定光束の中央部のものであるか、或いは周
辺部のものであるかに拘わらず、強度が異なることがな
い。従って光源から出射する光の強度分布に基因する誤
差は減少し、距離測定精度の高い障害物検知装置が提供
できる。
According to the present invention, the light emitted from the light source is transmitted with its intensity distribution flattened through the optical element having a plurality of principal points. The intensity does not differ regardless of whether the light projected onto the same obstacle is the central part of the measurement light beam or the peripheral part. Therefore, the error due to the intensity distribution of the light emitted from the light source is reduced, and an obstacle detection device with high distance measurement accuracy can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例のブロック構成図。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例にかかる送信光学素子の正面
図。
FIG. 2 is a front view of a transmission optical element according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例にかかる送信光学素子の側面
図。
FIG. 3 is a side view of a transmission optical element according to an embodiment of the present invention.

【図4】主点を説明するためのレンズの断面図。FIG. 4 is a sectional view of a lens for explaining the principal points.

【図5】本発明の一実施例にかかる送信光学素子の作用
を説明する図。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the transmission optical element according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例にかかる送信光学素子を介し
た送信光の強度分布を説明する図。
FIG. 6 is a diagram illustrating an intensity distribution of transmission light via a transmission optical element according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の他の実施例にかかる送信光学素子を介
した送信光の強度分布を説明する図。
FIG. 7 is a diagram illustrating an intensity distribution of transmission light via a transmission optical element according to another embodiment of the present invention.

【図8】本発明の更に他の実施例にかかる送信光学素子
を介した送信光の強度分布を説明する図。
FIG. 8 is a diagram illustrating an intensity distribution of transmission light via a transmission optical element according to still another embodiment of the present invention.

【図9】従来例のブロック構成図。FIG. 9 is a block diagram of a conventional example.

【図10】クロックパルスの計数を説明する図。FIG. 10 is a diagram illustrating counting of clock pulses.

【図11】半導体レーザから出射するレーザ光の強度分
布を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing an intensity distribution of laser light emitted from a semiconductor laser.

【図12】従来例にかかる送信光学素子を介した送信光
の強度分布を説明する図。
FIG. 12 is a diagram for explaining the intensity distribution of transmission light via a transmission optical element according to a conventional example.

【図13】従来例において障害物が測定光束の周辺部に
あることにより生じる誤差を説明する図。
FIG. 13 is a diagram illustrating an error caused by an obstacle existing in the peripheral portion of the measurement light beam in the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2・・・・パルス増幅器 3・・・・レーザ光源 4、14・・・・送信レンズ 5、15・・・・出力光 9・・・・増幅器 10・・・・コンパレータ 11・・・・時間差測定回路 38、66、68、70、72、74・・・・第1主点 39、67、69、71、73、75・・・・第2主点 51、56・・・・光学素子 52・・・・反射鏡 55・・・・凸レンズ 63・・・・フライアイレンズ S1・・・・光源駆動信号 S3・・・・増幅器出力信号 S4・・・・受信信号 S5・・・・クロックパルス 2 ・ ・ ・ ・ Pulse amplifier 3 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Laser light source 4, 14 ・ ・ ・ ・ Transmission lens 5, 15 ・ ・ ・ ・ Output light 9 ・ ・ ・ ・ Amplifier 10 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Comparator 11 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Time difference Measuring circuit 38, 66, 68, 70, 72, 74 ... First principal point 39, 67, 69, 71, 73, 75 ... Second principal point 51, 56 ... Optical element 52・ ・ ・ Reflector 55 ・ ・ ・ ・ Convex lens 63 ・ ・ ・ Fly eye lens S1 ・ ・ ・ ・ Light source drive signal S3 ・ ・ ・ Amplifier output signal S4 ・ ・ ・ Reception signal S5 ・ ・ ・ Clock pulse

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源から出射した光を対象物に向けて送信
する送信光学系と、前記送信光学系から送信された光の
うち、前記対象物から反射し戻った光を受信し、受信信
号を出力する受信手段と、前記受信信号により前記対象
物を検知する検知手段と、前記光の送信タイミングと受
信タイミングの差から前記対象物までの往復時間を計測
して前記対象物までの距離を演算する演算手段とを具備
する距離測定装置において、前記送信光学系は、並列す
る複数の主点を有して前記光の光束強度分布を平坦化す
る光学素子を具備することを特徴とする距離測定装置。
1. A transmission optical system for transmitting light emitted from a light source toward an object, and light received from the object which is reflected and returned from the object among the light transmitted from the transmission optical system. The receiving means for outputting, the detecting means for detecting the object by the received signal, and the distance to the object by measuring the round-trip time to the object from the difference between the transmission timing and the reception timing of the light. In the distance measuring device including a calculating means for calculating, the transmitting optical system includes an optical element having a plurality of main points arranged in parallel to flatten the luminous flux intensity distribution of the light. measuring device.
【請求項2】前記光学素子はフライアイレンズであるこ
とを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。
2. The distance measuring device according to claim 1, wherein the optical element is a fly-eye lens.
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