JPH0894755A - 受光器および距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、光源から出射された光あるいは反
射体から到来した反射光を受光して光電変換を行う受光
器とその受光器が搭載された測距装置とに関し、受光す
べき光と共に入射する背景光を安価に効率よく抑圧する
ことを目的する。 【構成】 単一または複数の物標から出射されあるいは
反射された光を集光し、これらの物標について個別に像
点あるいは像面を形成するレンズ１１と、単一または複
数の物標とレンズ１１との相対位置に応じた像点あるい
は像面の軌跡として開口部が形成され、そのレンズによ
って集光された光の光量を抑圧する開口絞り１３と、開
口絞り１３によって光量が抑圧された光を受光して光電
変換する受光手段１５とを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源から出射された光
あるいは反射体から到来した反射光を受光して光電変換
を行う受光器とその受光器が搭載された測距装置とに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高級乗用車や長時間に渡って運行
される業務用車両には、走行時の安全性を高めるため
に、前方および後方に位置する障害物の相対距離を計測
して運転者に通知する距離測定装置が搭載されている。
また、このような距離測定装置は、その低廉化や性能の
向上に伴って一般の乗用車にも普及しつつある。

【０００３】図９は、距離測定装置の構成例を示す図で
ある。図において、レンズ６１_S の光軸は物標が存在す
る覆域の方向に設定され、そのレンズ６１_S の一方には
発光素子６２の発光面が配置される。発光素子６２の入
力には、制御部６３の出力が接続される。レンズ６１_R
の一方の面は、赤外透過フィルタ６４を介して上述した
覆域に対向し、そのレンズの他方の面の光軸上の焦点付
近には受光素子６５が配置される。受光素子６５の出力
は、制御部６３の入力に接続される。

【０００４】このような構成の距離測定装置では、制御
部６３は所定の周期で発光素子６２にパルスを与える。
発光素子６２はこのようなパルスに応じて変調されたレ
ーザ光を出射し、そのレーザ光はレンズ６１_S を介して
上述した覆域に照射される。

【０００５】赤外透過フィルタ６４は、このような覆域
に位置する物標で生じた反射光と共に到来する背景光の
内、波長が上述したレーザ光の波長と異なる成分を除去
し、かつほぼ同じ波長の反射光をレンズ６１_R の方向に
透過させる。なお、このような背景光の成分の内、レー
ザ光の波長に比べて長波長の成分については、上述した
赤外透過フィルタ６４にコーティングを施すことにより
除去することも可能である。

【０００６】したがって、このような反射光は波長領域
で背景光の影響を減少させてレンズ６１_R により集光さ
れ、受光素子６５はその反射光を電気信号に変換して制
御部６３に与える。

【０００７】制御部６３は、このような電気信号として
与えられる物標からの反射光を取り込み、その反射光が
検出されるタイミングと上述したパルスが送出されたタ
イミングとの時間差の半値と上述したレーザ光の伝搬速
度との積を算出することにより、その物標との相対距離
を求める。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の距離測定装置に搭載された受光器では、赤外透過
フィルタ６４は、波長が上述したレーザ光の波長より長
い背景光については除去されなかった。

【０００９】また、上述したコーティングが施された赤
外透過フィルタ６４の濾波特性は、このような背景光の
一部を除去するが、そのレーザ光を含む狭い波長域の光
のみを透過させるほど急峻ではなかった。

【００１０】さらに、このような狭い波長域の光学フィ
ルタについては、温度変動等に起因する発光素子６２の
発光波長のシフト分を吸収するためにそのシフト分に追
従して波長域を可変設定する複雑な制御が要求され、十
分な安定性は安価には得られなかった。

【００１１】また、受光素子６５については、その受光
面にレンズ６１_R によって集光された太陽光が直接入射
すると、その太陽光の高い輝度によって劣化や焼損が発
生する可能性が高かった。

【００１２】本発明は、受光すべき光と共に入射する背
景光を安価に効率よく抑圧できる受光器および測距装置
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】図１は、請求項１、２に
記載の発明の原理構成図である。請求項１に記載の発明
は、単一または複数の物標から出射されあるいは反射さ
れた光を集光し、これらの物標について個別に像点ある
いは像面を形成するレンズ１１と、単一または複数の物
標とレンズ１１との相対位置に応じた像点あるいは像面
の軌跡として開口部が形成され、そのレンズによって集
光された光の光量を抑圧する開口絞り１３と、開口絞り
１３によって光量が抑圧された光を受光して光電変換す
る受光手段１５とを備えたことを特徴とする。

【００１４】請求項２に記載の発明は、単一または複数
の物標から出射されあるいは反射された光を集光し、こ
れらの物標について個別に像点あるいは像面を形成する
レンズ１１と、単一または複数の物標の内、予め決めら
れた単数あるいは複数の位置に存在する物標に対する像
点あるいは像面の軌跡として開口部が形成され、レンズ
１１によって集光された光の光量を抑圧する開口絞り２
１と、開口絞り２１によって光量が抑圧された光を受光
して光電変換する受光手段２３とを備えたことを特徴と
する。

【００１５】図２は、請求項３に記載の発明の原理構成
図である。請求項３に記載の発明は、単一または複数の
物標が位置する覆域にパルスで変調された光を照射する
発光手段３１と、予め決められた位置がレンジが最大と
なる位置に設定され、覆域に位置する物標で発光手段３
１によって照射された光が反射して生じた反射光を受光
する請求項２に記載の受光器３３と、発光手段３１によ
って照射された光と受光手段３３によって受光された反
射光とのレンジ方向の相関をとり、その結果に基づいて
物標の相対距離を求める測距手段３５とを備えたことを
特徴とする。

【００１６】

【作用】請求項１に記載の発明にかかわる受光器では、
レンズ１１によって形成される物標の像点あるいは像面
の位置はその物標との相対位置に応じて変位するが、開
口絞り１３の開口部は、そのような物標がとり得る相対
位置に対してレンズ１１が形成する像点あるいは像面の
軌跡として形成される。

【００１７】すなわち、このような相対位置に含まれな
い空間に位置する光源や反射体から到来してレンズ１１
によって集光された光は、開口絞り１３の開口部とその
周辺とに光学的に拡散されて照射される。

【００１８】したがって、受光手段１５がその開口部を
介して入射する光を光電変換して生成する電気信号につ
いては、受光の対象とすべき物標以外から出射されある
いは反射された光によるＳＮ比の低下が確実に軽減され
る。

【００１９】請求項２に記載の発明にかかわる受光器で
は、レンズ１１によって形成される物標の像点あるいは
像面の位置はその物標との相対位置に応じて変位する
が、開口絞り２１の開口部は、そのような物標がとり得
る位置の内、予め決められた単数あるいは複数の位置に
存在する物標に対する像点あるいは像面の軌跡として形
成される。

【００２０】すなわち、このような相対位置に含まれな
い空間に位置する光源や反射体から到来してレンズ１１
によって集光された光は、開口絞り２１の開口部とその
周辺とに光学的に拡散されて照射される。また、このよ
うな空間の内、上述した予め決められた位置よりレンズ
１１に近い領域に位置する物標が出射しあるいは反射し
た光については、開口絞り２１の絞り部に拡散されて照
射される面とその開口絞りの開口部との面積の比が、そ
の光の光量に対する受光手段１５の光学的なダイナミッ
クレンジの下限値との比より大きい場合には、その受光
手段１５によって光電変換されて電気信号として得られ
る。

【００２１】したがって、受光対象とすべき範囲外から
の光たとえば受光の対象とすべき範囲より遠方に位置す
る光源や反射体から到来した光によるＳＮ比の低下を確
実に軽減しつつ、所望のレンジに分布する物標が光学的
に確実にとらえられる。

【００２２】請求項３に記載の発明にかかわる測距装置
では、発光手段３１によって照射された光は請求項２に
記載の発明にかかわる受光器３３によって受光される。
このような受光器では、予め決められた位置がこのよう
な光の反射体あるいは反射源である物標が存在するレン
ジの最大値で決定され、さらに、一般に、その光の光量
はレンジの４乗に反比例した値となる。

【００２３】したがって、このような光量とレンジとの
関係の下で、所望のレンジの外から到来した光が開口絞
り２１に拡散されて照射される面とその開口絞りの開口
部との面積の比が、レンジ内の物標から到来した反射光
の光量に対する受光手段１５の光学的なダイナミックレ
ンジの下限値との比より大きい条件が成立する場合に
は、その反射光は、受光手段１５によって光電変換され
て電気信号として得られる。

【００２４】すなわち、所望のレンジの外に位置する光
源や反射体から到来した光によるＳＮ比の低下が確実に
軽減され、レンジ内に位置する物標にかかわる測距の精
度が高められる。

【００２５】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図３は、請求項１〜６に記載の発明
に対応した実施例を示す図である。

【００２６】図において、図９に示すものと機能および
構成が同じものについては、同じ参照番号を付与して示
し、ここではその説明を省略する。本発明の特徴とする
構成は、本実施例では、図４に示すように、レンズ６１
_Rと受光素子６５とで挟まれた空間に開口絞り４０が配
設され、その開口絞り４０の開口部４１がレンズ６１_R
によって形成される物標４２の像面（像点）の位置に形
成され、かつ図５に示すように、その物標がとり得るレ
ンズ６１_R との相対位置の全てに対する像面（像点）の
軌跡に等しい形状を有する点にある。

【００２７】なお、このような像面（像点）について
は、一般に、物標４２がレンズ６１_Rの主点から距離Ｌ
隔たった光軸上の点に位置し、かつそのレンズの焦点距
離がｆで与えられる場合には、その主点から光軸に沿っ
て

【００２８】

【数１】

【００２９】の式が成立する距離ｄ隔たった点に形成さ
れる。また、開口部４１の寸法は、覆域において物標４
２が占有する空間について個別に着目すると、レンズ６
１_R の光軸に垂直な方向におけるその空間の断面の寸法
に、そのレンズの主軸とその断面との距離Ｌおよびその
主軸と開口部４１との距離ｄに対して

【００３０】

【数２】

【００３１】の式で与えられる横倍率βを乗じた値とな
る。また、本実施例と図１および図２に示す原理構成図
との対応関係については、レンズ６１_R はレンズ１１に
対応し、開口絞り４０は開口絞り１３、２１に対応し、
受光素子６５は受光手段１５、２３に対応し、発光素子
６２およびレンズ６１_S は発光手段３１に対応し、赤外
透過フィルタ６４、レンズ６１_R 、開口絞り４０および
受光素子６５は受光器３３に対応し、制御部６３は測距
手段３５に対応する。

【００３２】図６は、本実施例の動作を説明する図であ
る。以下、図３〜図６を参照して請求項１に記載の発明
に対応した本実施例の動作を説明する。

【００３３】発光素子６２から出射されてレンズ６１_S
を介して物標４２に照射されたレーザ光の内、赤外透過
フィルタ６４の方向に反射されたレーザ光（以下、単に
「反射光」という。）は、図６(a) に示すように、レン
ズ６１_R によって集光されて上述した像面（像点）で収
束し、開口絞り４０の開口部４１を介して受光素子６５
の受光面に入射する。

【００３４】しかし、このような反射光と共に赤外透過
フィルタ６４を透過してレンズ６１ _R によって集光され
た光の内、例えば、太陽光のようにレンズ６１_R に対し
て物標４２より遠い点から到来した背景光は、図６(b)
に示すように、上述した像面(像点)よりレンズ６１_R に
近い光軸上の点あるいはそのレンズの焦点で収束し、さ
らに、発散して開口絞り４０に照射される。

【００３５】したがって、このような背景光は、上述し
た発散による開口絞り４０への照射面（図６(b) では、
直径Ｄ₂ の円で示される。）の面積と、開口面４１の面
積との比(＝Ｄ₁ ²／Ｄ₂ ²)に等しい減衰を受けて受光素子
６５の受光面に入射する。

【００３６】また、レンズ６１_R に対して物標４２より
近い点(距離Ｌ₁ ＜Ｌで示される。)に位置する物標から
到来した反射光については、図６(c) に示すように、レ
ンズ６１_R に対して上述した像面（像点）より遠い光軸
上に収束点が形成されるが、その収束点よりレンズ６１
_R に近い点に位置する開口絞り４０には発散して照射さ
れる。

【００３７】したがって、このような反射光は、開口絞
り４０に対する照射面（図６(c) では、直径Ｄ₃ の円で
示される。）の面積と、開口面４１の面積との比（＝Ｄ
₁ ²／Ｄ₃ ²）に等しい減衰を受けて受光素子６５の受光面
に入射する。

【００３８】さらに、物標４２が変位したりその物標が
存在し得る空間がレンズ６１_R の光軸の周辺に散在する
場合には、そのレンズによって形成される物標の像面
(像点)の位置も変位したり散在する。

【００３９】しかし、開口部４１は、図５に示すよう
に、このように変位したり散在する像面（像点）の軌跡
として形状および寸法が与えられるので、物標４２が位
置し得ない空間から到来する背景光や反射光は、同様に
開口部４１の周辺に発散した状態で到達し、開口絞り４
０によって効率よく抑圧される。

【００４０】このように本実施例によれば、光源や反射
体である物標と背景光が発生する物体とについてレンズ
６１_R が形成する像面（像点）の相違に基づいてその背
景光が光学的に抑圧され、その反射光のＳＮ比が確実に
高められる。これによって、従来の技術によってとりえ
なかった同じ波長域の雑音成分を含む背景光が低減され
る。したがって、同じ性能の受光素子を使用しても性能
のよい距離測定装置を得ることができる。

【００４１】また、レンズ６１_R によって高い輝度の太
陽光が集光される環境下では、受光素子６５は、その太
陽光の内、赤外透過フィルタ６４を透過した成分が上述
したように抑圧されて受光面に入射するので、従来例で
生じていた劣化や焼損の発生確率が大幅に低減される。
なお、赤外透過フィルタ６４は、減衰された背景光の中
から赤外以外の波長の光をカットすることによりノイズ
カット効果を高めるために設けられたものであり、本発
明の必須要件ではない。

【００４２】なお、本実施例では、物標４２が位置し得
る空間がレンズ６１_R の光軸に垂直に分布する狭小な領
域であると仮定されているが、本発明はこのような物標
４２の分布に限定されず、例えば、その空間が赤外透過
フィルタ６４の至近点から所定の距離(レンジ)の幅で示
される三次元空間である場合には、開口部４１の形状お
よび寸法は、その距離に応じて受光素子６５の受光面に
入射する赤外線のレベル、その受光素子の感度、赤外透
過フィルタ６４の損失、レンズ６１_R の損失等を勘案し
つつ所望の視野が得られるものにすればよい。

【００４３】以下、請求項２に記載の発明に対応した本
実施例の動作を説明する。請求項２に記載の発明に対応
した実施例と上述した請求項１に記載の発明に対応した
実施例との構成の相違点は、開口部４１の形状および寸
法が、物標４２が占有し得る空間の内、レンズ６１_R の
主点から所定の距離隔たった空間に対する像面(像点)の
軌跡として与えられた点にある。

【００４４】このような構成では、レンズ６１_R に対し
て物標４２より遠い点から到来した背景光は、図６(b)
に示すように、請求項１に記載の発明に対応した実施例
と同様にして減衰を受けて受光素子６５の受光面に入射
する。

【００４５】また、レンズ６１_R に対して物標４２より
近い点に位置する物標から到来した反射光については、
図６(c) に示すように、請求項１に記載の発明に対応し
た実施例と同様にして、その物標のレンズ６１_R に対す
る相対距離が小さいほど大きな減衰を受けて受光素子６
５の受光面に入射する。

【００４６】しかし、物標４２から出射されたり反射さ
れた光がその物標との相対距離が小さいほど大きなレベ
ル（一般には、相対距離の２乗ないし４乗に反比例する
値となる）で受光される場合には、受光素子６５の感
度、赤外透過フィルタ６４の損失、レンズ６１_R の損失
等を勘案しつつ、開口絞り４０の位置に併せて開口部４
１の寸法や形状を適性に設定することにより、上述した
抑圧（減衰）に抗して所望の受光感度を確保することが
可能である。

【００４７】すなわち本実施例によれば、レンズ６１_R
に対して物標４２が存在し得る空間より遠くに位置する
光源あるいは反射体から到来する背景光が効率的に抑圧
され、その物標からの反射光のＳＮ比が光学的に確実に
高められる。

【００４８】以下、請求項３に記載の発明に対応した本
実施例の動作を説明する。本実施例にかかわる距離測定
装置では、受光器として請求項２に記載の発明に対応し
た実施例が適用され、その請求項に示す「予め決められ
た位置」を与える相対距離が測距の対象となる最大のレ
ンジとして与えられる。

【００４９】したがって、測距すべきレンジ内の物標か
らの反射光のレベルは、図６(c) に示すように、開口絞
り４０によって抑圧される。しかし、このような距離測
定装置では、一般に、照射された光に対する物標４２の
反射光は、その物標との相対距離の４乗に反比例したレ
ベルで受光される。すなわち、相対距離が小さいほど受
光される反射光の光量が大きいので、受光素子６５の感
度、赤外透過フィルタ６４の損失、レンズ６１_R の損失
等を勘案しつつ、開口絞り４０の位置に併せて開口部４
１の寸法や形状を適性に設定することにより、レンジ外
に位置する光源あるいは反射体から到来する背景光を効
率的に抑圧し、かつ上述した抑圧に抗して所望のレンジ
の測距を行うことができる。

【００５０】したがって、物標４２からの反射光のＳＮ
比が光学的に高められて測距可能な物標の実効的な開口
面積や反射係数の下限が従来例に比較して小さくなり、
精度および性能が高められる。

【００５１】なお、上述した各実施例では、開口部４１
が単一の連通孔から構成されているが、本発明はこのよ
うな構成に限定されず、例えば、図７(a),(b) に示すよ
うに、物標４２が占有し得る複数の空間に個別に対応し
た複数の連通孔から構成されてもよい。

【００５２】このような構成では、物標４２が複数の特
定の空間にのみ位置する場合には、開口部４１にこれら
の空間で挟まれた領域に対応する連通孔が含まれないの
で、その領域に位置する物標から到来する背景光や反射
光が効率的に抑圧され、受光すべき反射光のＳＮ比がさ
らに高められる。

【００５３】また、開口部４１の形状については、例え
ば、図７(c),(d) に示すように、開口部４１が、請求項
１、２に記載の発明に対応した実施例において軌跡とし
て与えられた形状に外接する円あるいは楕円として形成
されてもよい。

【００５４】このような構成では、開口部４１が不定型
の連通孔で形成された場合に比較して安価に高い加工精
度が得られるので、低廉化をはかりつつ容易に受光すべ
き反射光のＳＮ比が高められる。

【００５５】さらに、このような円や楕円については、
例えば、図８(a),(b) に示すように、上述した形状に内
接する円あるいは楕円で代用可能である。このような構
成では、厳密には、物標４２が存在し得る位置に対する
受光素子６５の視野が十分に確保されない可能性がある
が、上述した軌跡の外周形状に急峻であって大きな変曲
点が含まれず、その視野の狭小化が許容される程度であ
る場合には、十分実用に供される。

【００５６】また、開口部４１の構成については、図８
(c),(d) に示すように、複数の連通孔の集合として構成
してもよく、かつこれらの連通孔の一部あるいは全ての
形状を所望の径や曲率の円あるいは楕円として形成して
もよい。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１、２に記載
の発明では、所望の物標以外の光源や反射体から到来し
た背景光の光量が、集光を行うレンズによって形成され
る両者の像点や像面の位置の相違に基づいて抑圧され
る。

【００５８】すなわち、上述した背景光が光電変換に先
行して光学的に抑圧されるので、所望の物標から出射さ
れあるいは反射された光のＳＮ比が高められる。請求項
３に記載の発明では、発光手段から照射された光の反射
光を受光する受光器として、予め決められた位置が物標
の存在するレンジの最大値で設定された請求項２に記載
の受光器が適用され、その反射光の光量がレンジの４乗
に反比例した値となることを利用することにより、その
レンジの外に位置する光源や反射体から到来した光によ
るＳＮ比の低下を軽減しつつ、そのレンジ内に位置する
物標にかかわる測距が行われる。

【００５９】したがって、請求項１、２に記載の発明が
適用された機器では、電気的に実現することができなか
った背景光に対するＳＮ比の向上がはかられ、光電変換
によって得られる電気信号の処理にかかわる精度および
効率が高められて性能が向上する。

【００６０】また、請求項３に記載の発明では、このよ
うな処理として行われる測距の精度および効率が高めら
れ、同様に性能が高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１、２に記載の発明の原理構成図であ
る。

【図２】請求項３に記載の発明の原理構成図である。

【図３】請求項１〜３に記載の発明に対応した実施例を
示す図である。

【図４】開口絞りの位置を示す図である。

【図５】開口絞りの開口部の形状および寸法を示す図で
ある。

【図６】本実施例の動作を説明する図である。

【図７】開口部の他の構成を示す図(1) である。

【図８】開口部の他の構成を示す図(2) である。

【図９】距離測定装置の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１１，６１ レンズ １３，２１，４０ 開口絞り １５，２３ 受光手段 ３１ 発光手段 ３３ 受光器 ３５ 測距手段 ４１ 開口部 ４２ 物標 ６２ 発光素子 ６３ 制御部 ６４ 赤外透過フィルタ ６５ 受光素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一または複数の物標から出射されある
   いは反射された光を集光し、これらの物標について個別
   に像点あるいは像面を形成するレンズと、 前記単一または複数の物標と前記レンズとの相対位置に
   応じた前記像点あるいは前記像面の軌跡として開口部が
   形成され、そのレンズによって集光された光の光量を抑
   圧する開口絞りと、 前記開口絞りによって光量が抑圧された光を受光して光
   電変換する受光手段とを備えたことを特徴とする受光
   器。
2. 【請求項２】 単一または複数の物標から出射されある
   いは反射された光を集光し、これらの物標について個別
   に像点あるいは像面を形成するレンズと、 前記単一または複数の物標の内、予め決められた単数あ
   るいは複数の位置に存在する物標に対する前記像点ある
   いは前記像面の軌跡として開口部が形成され、前記レン
   ズによって集光された光の光量を抑圧する開口絞りと、 前記開口絞りによって光量が抑圧された光を受光して光
   電変換する受光手段とを備えたことを特徴とする受光
   器。
3. 【請求項３】 単一または複数の物標が位置する覆域に
   パルスで変調された光を照射する発光手段と、 予め決められた位置がレンジが最大となる位置に設定さ
   れ、前記覆域に位置する物標で前記発光手段によって照
   射された光が反射して生じた反射光を受光する請求項２
   に記載の受光器と、 前記発光手段によって照射された光と前記受光手段によ
   って受光された反射光とのレンジ方向の相関をとり、そ
   の結果に基づいて前記物標の相対距離を求める測距手段
   とを備えたことを特徴とする測距装置。