JPH095437A

JPH095437A - 距離測定装置

Info

Publication number: JPH095437A
Application number: JP7155953A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Tanaka; 正一田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-06-22
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 1997-01-10
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: KR970002263A; US5724123A; DE19603123A1; DE19603123B4; JP3185613B2; KR0179224B1

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で簡単な構成で送光方向方向を検出する
ことができる距離測定装置を提供することを目的とす
る。【構成】反射手段を所定の範囲で揺動し光を走査させ
る走査手段と、反射手段の基準位置としての原点を検出
する原点検出手段と、原点検出手段の検出出力に基づき
反射手段による光の送光方向を演算する送光方向演算手
段とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザ光を走査しな
がら送出し、障害物による反射光を受光して、障害物ま
での距離と障害物の方向とを検出する距離測定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、例えば特開平６−１３７８６７
号公報に示された従来の距離検出装置である。図６にお
いて、１０１は測距用の光を発生する測距用レーザダイ
オード、１０２は測距用レーザダイオード１０１から発
生した光を絞るレンズ、１０３はレンズ１０２を透過し
た光を反射する固定ミラー、１０４は固定ミラー１０３
により反射された測距用の光を反射して外方に出射する
回転ミラーで、この回転ミラー１０４は表側と裏側の両
面にミラーを有している。１０５は回転ミラー１０４を
回動自在に保持し回転ミラー１０４を回転させるモー
タ、１０６は図示しない障害物に測距用の光が反射して
返ってくる反射光を受光しかつ集光するレンズ、１０７
はレンズ１０６により集光された反射光を受光する受光
素子、２０１は走査位置検出用の光を発生する走査位置
検出用レーザダイオード、２０２は走査位置検出用レー
ザダイオード２０１からの光を絞るレンズ、２０３は前
出の回転ミラー１０４の裏面で反射された走査位置検出
用光の入射位置を検出する位置検出素子（ＰＳＤ）であ
る。

【０００３】次に、上記の様に構成された従来の距離検
出装置の動作について説明する。両面反射の回転ミラー
１０４が所定の角度範囲でモータ１０５により回転す
る。測距用レーザダイオード１０１の測距用光はレンズ
１０２で絞られ、固定ミラー１０３で反射し、さらに回
転ミラー１０４により反射して外部に出射する。障害物
からの反射光はレンズ１０６により集光され、受光素子
１０７により受光される。そして、障害物までの距離は
測距用光発光からその反射光の受光までの時間に基づい
て測定される。また、この距離検出装置の走査方向は次
のようにして検出される。走査位置検出用レーザダイオ
ード２０１から出射する光は回転ミラー１０４の裏面で
反射して位置検出素子２０３に入射する。位置検出素子
２０３は該光の入射位置に応じて入射位置を表す位置信
号を出力する。これにより、回転ミラー１０４によって
走査されている測距用光の走査方向を知ることができ
る。なお、前記位置信号を用いてモータ１０５のフィー
ドバック制御が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のこのような距離
測定装置では、回転ミラーの位置を位置検出素子（ＰＳ
Ｄ）を用いており、正確な走査角度位置を検出するため
には回転ミラーと位置検出素子との距離を離して角度分
解能を持たせる必要があった。そのため、位置検出手段
にある程度の容積を必要とし装置が大型化する問題があ
った。また、位置検出素子は全走査角度範囲を検出でき
るよう広面積の受光素子（ＰＳＤ）が必要であり、これ
は装置の大型化の一因であると共に高価なものであっ
た。

【０００５】また、回転ミラーの位置を正確に検出する
ため、位置検出素子に入射する光のビーム幅を狭くしな
ければならず、走査位置検出用のレーザダイオードの光
をレンズで絞る光学系が必要であった。しかも、この光
学系においては該光のビーム幅を絞るためにレーザダイ
オードとレンズとの距離を非常に正確に設定しなければ
ならず、位置検出用専用の精度の高い光学系が必要であ
った。

【０００６】この発明は、上記問題点を解決するために
なされたもので、小型で簡単な構成で送光方向方向を検
出することができる距離測定装置を提供することを目的
とする。

【０００７】また、この発明は、温度変化や振動に関わ
らず、常に正確な走査方向を検出する距離測定装置を提
供することを目的とする。

【０００８】また、この発明は、装置の異常を判定し故
障検出することができる距離測定装置を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る距離測定
装置は、反射手段を所定の範囲で揺動し光を走査させる
走査手段と、反射手段の基準位置としての原点を検出す
る原点検出手段と、原点検出手段の検出出力に基づき反
射手段による光の送光方向を演算する送光方向演算手段
とを備えたものである。

【００１０】また、この発明に係る距離測定装置は、原
点検出手段が原点を検出した時点から所定時間経過した
とき反射手段が走査開始位置にあると判定する送光方向
演算手段を備えたものである。

【００１１】また、この発明に係る距離測定装置は、ス
テッピングモータで構成された走査手段を有し、原点検
出手段が原点を検出した後にステッピングモータの励磁
相が予め定めた所定の相となったとき反射手段が走査開
始位置にあると判定する送光方向演算手段を備えたもの
である。

【００１２】また、この発明に係る距離測定装置は、走
査開始位置から所定の方向に走査を順次行うと共に、所
定の範囲まで走査した後にステッピングモータの励磁パ
ターン１周期で走査開始位置に復帰する走査手段を備え
たものである。

【００１３】また、この発明に係る距離測定装置は、前
回の原点検出時点から今回の原点検出時点までの時間を
計時すると共に、該計時時間が予め定めた所定範囲から
逸脱したとき異常と判定する異常判定手段を備えたもの
である。

【００１４】また、この発明に係る距離測定装置は、原
点検出手段が原点を検出したときのステッピングモータ
の励磁相が予め定めた相以外の相であるとき異常である
と判定する異常判定手段を備えたものである。

【００１５】

【作用】この発明に係る距離測定装置は、反射手段の基
準位置としての原点を検出し、この原点に基づき反射手
段による光の送光方向を演算する。

【００１６】また、この発明に係る距離測定装置は、原
点検出手段が原点を検出した時点から所定時間経過した
とき反射手段が走査開始位置にあると判定する。

【００１７】また、この発明に係る距離測定装置は、原
点検出手段が原点を検出した後にステッピングモータの
励磁相が予め定めた所定の相となったとき反射手段が走
査開始位置にあると判定する。

【００１８】また、この発明に係る距離測定装置は、走
査開始位置から所定の方向に走査を順次行うと共に、所
定の範囲まで走査した後にステッピングモータの励磁パ
ターン１周期で反射手段を走査開始位置に復帰させる。

【００１９】また、この発明に係る距離測定装置は、前
回の原点検出時点から今回の原点検出時点までの時間を
計時すると共に、該計時時間が予め定めた所定範囲から
逸脱したとき装置に異常が発生したとと判定する。

【００２０】また、この発明に係る距離測定装置は、原
点検出手段が原点を検出したときのステッピングモータ
の励磁相が予め定めた相以外の相であるとき装置に異常
が発生したと判定する。

【００２１】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は実施例１の構成を示す構成図である。図１
において、１はパルスレーザ光を発生するレーザダイオ
ード１１と、このレーザダイオード１１から発したパル
ス光を集光し、走査方向に対し非常に狭いレーザビーム
を作る送光レンズ１２からなる送光手段、２は送光手段
１から発生したレーザビームを所定の方向に反射して送
光すると共に該レーザービームが図示しない障害物に反
射して返ってくる反射光である反射パルス光を所定の方
向に反射するＬ字形状の反射手段としてのミラー２１と
カム２３を介してミラー２１を所定の範囲で揺動駆動す
るステッピングモータ２２からなる走査手段、３はミラ
ー２１により反射された反射パルス光を集光するレンズ
３２とレンズ３２により集光された光を受光して反射パ
ルス光を電気信号に変換するホトダイオード３１からな
る受光手段、４は上記レーザダイオード１１のパルス発
光時期から受光手段３で受光した反射パルス光の往復時
間を測定し、距離を演算する距離演算手段、５は上記走
査手段２におけるミラーの基準位置としての原点を検出
する原点検出手段、６は各角度毎の測距データを求める
処理装置である。また、処理装置６には原点検出手段５
の検出出力に基づいてパルス光の送光方向を演算する送
光方向演算手段が包含されている。

【００２２】次にこのように構成された実施例１の動作
を説明する。送光手段１はレーザダイオード１１をパル
ス駆動しパルス光を発光させる。レーザダイオード１１
により発生するレーザパルス光は一般に指向性の弱いビ
ームであるが、送光レンズ１２で集光することによっ
て、走査方向、即ち水平方向に対して非常に幅の狭いビ
ームに整形される。ミラー２１は、ステッピングモータ
２２によりカム２３を介して駆動され、入射したレーザ
ビームを装置外部に出射する。ミラー２１の送光面で反
射されたレーザビームは障害物に当たり反射されて、反
射パルス光として再びミラー２１に入射する。ミラー２
１の受光面は、この反射パルス光を反射し受光手段３に
入射させる。受光手段３は反射パルス光をレンズ３２で
集光し、ホトダイオード３１によって光電変換し距離演
算手段４に入力する。距離演算手段４は、レーザダイオ
ードのパルス発光時点から、その反射パルス光が受光手
段３で受光され入力されるまでの時間Δｔを計測し、計
測した時間Δｔの１／２に光の速度（３×１０⁸ｍ／
ｓ）を掛けて障害物までの距離を算出する。

【００２３】この演算は、所定の時間毎にミラー２１を
走査方向に駆動する毎に行われ繰り返される。図２は走
査手段２の動作を説明する図で、ステッピングモータ２
２のステップ数とミラー２１の揺動角を示している。図
において、往領域は距離測定を行い、レーザビームを送
光する所定の範囲としての走査領域、復領域は走査領域
の全域を走査した後でミラー２１を走査開始位置まで復
帰させる復帰領域で、この復帰領域においては送光手段
１はパルス光を発生しない。カム２３はステッピングモ
ータ２２を２０ステップ駆動することでミラー２１の揺
動の往動作を行うと共に、同じく４ステップで復動作を
行うような形状となっている。従って、ミラー２１の揺
動動作の１往復はステッピングモータ２２の２４ステッ
プで行われることになる。ステッピングモータ２２の１
ステップの回転角は１５°で、これに対応するミラーの
揺動角度は０．３°、レーザビームの走査角度はその倍
の０．６°である。よって、レーザビームの全走査角度
は０．６°×２０＝１２°となっている。

【００２４】次に、実施例１による送光方向の演算の仕
方について説明する。原点検出手段５は例えば揺動する
ミラーの端部をホトインタラプタ等により検出し、揺動
位置がある位置まで変位すると検出できるようにしてお
く。原点検出手段５の構成の模式図を図３に示す。図に
おいて、２１１はミラー２１の受光面の裏面に形成され
た突出片、５１はホトインタラプタ、５２は光を発生す
る発光素子、５３は発光素子５２の光を受光する受光素
子である。図においてミラー２１が図示右側の方向に駆
動され突出部２１１が発光素子５２の光を遮った時点で
ミラー２１の原点位置を検出する。図４は原点検出手段
５によって得られた原点と走査開始位置との関係を示す
説明図である。図で示すように、原点は走査開始位置に
対して３°離れた位置に設定されている。図４におい
て、ミラー２１が走査開始位置にあるときは突出片２１
１が図示コの字状の溝の最も奥の位置にあり発光素子５
２の光を遮っているので原点検出手段５はＨレベルの信
号を出力している。その後、ステッピングモータ２２に
駆動信号が順次与えられミラー２１が図示左方向に揺動
し、揺動角度が３°になったとき突出片２１１は発光素
子５２の光を遮ることのない位置まで移動する。これに
より受光素子５３は発光素子５２の光を受光できるよう
になり、原点検出手段５はＨレベルの信号をＬレベルの
信号に切り換えて出力する。その後、ミラー２１は更に
図示左方向に揺動すると共に、２０ステップ分移動した
ところから今度は図示右方向に揺動する。やがてミラー
２１は揺動角度３°のところまで戻り、原点検出手段５
はＬレベルの信号からＨレベルの信号に切り換えて出力
する。送光方向検出手段では原点検出手段５が出力する
信号がＬレベルからＨレベルに切り替わった時点を原点
と判定すると共に、この時点から計時を開始し所定時間
Ｔだけ経過した時点でミラー２１が走査開始位置にある
と判定する。なお、この時間Ｔは、ステッピングモータ
２２に与えられる駆動信号の周期、原点の設定位置など
によって定まる。

【００２５】さて、ここで、上述したようにステッピン
グモータ２２は１ステップで１５°回転し、ミラー２１
を揺動してレーザービームを０．６°走査させる。従っ
て、送光方向検出手段は、原点を検出した時点から所定
時間Ｔだけ経過した時点を走査開始位置と判定すると共
に、走査開始位置からステッピングモータ２２に駆動信
号を何ステップ与えたかを計数している。これにより、
仮に８ステップ与えた場合では走査開始位置から４．２
°（＝０．６°×８）の角度の方向にパルス光を出射し
ているということがわかる。即ち、原点が検出される
と、送光方向検出手段は該原点の情報に基づき現在の送
光方向を演算により得ることが可能となる。

【００２６】処理装置６では、距離演算手段４からの距
離と送光方向演算手段からの送光方向とを対応付け、検
出した障害物の距離と方向とを出力する。

【００２７】このように、レーザ光を走査するミラーを
カム機構とステッピングモータにより揺動し、走査角度
をカム形状によって決めているため、ミラーの動きを一
箇所の原点位置のみ検出することで、検出後の時間経過
から距離測定を行う走査開始位置を得ることができ、ま
た、走査角度を検出できる。従って、原点位置検出手段
は簡単な構成でよく、小型にできる。

【００２８】また、従来装置においてはモータ１０５に
正弦波あるいは三角波を与えて往領域では正転させると
共に復領域では逆転させるようにしていたので正転から
逆転あるいは逆転から正転となる時点付近の走査角度を
一定に保つことができなかったが、実施例１によれば走
査位置の変化はカム形状によって自由に決定できるの
で、走査角度を一定に保つことができる。

【００２９】実施例２．実施例１では原点検出時点から
所定時間経過した時を走査開始位置と判定したが、実施
例２ではステッピングモータを使用している点に着目し
て原点検出後のステッピングモータの励磁相により走査
開始位置を検出するようにしている。図５は実施例２の
動作を説明する説明図である。図に示すように、ステッ
ピングモータ２２はＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相と順次励磁
されることにより所定角度（１ステップ分）ずつ所定の
方向に駆動される。ここで図示する如く、ステッピング
モータ２２の励磁相は、ステッピングモータ２２に与え
られるステップ数により予め定められている。例えば、
この実施例で示したモータではミラー２１の揺動角度が
０°となる走査開始位置の励磁相はＡ相であり、ここか
ら駆動信号を２４ステップを与えると一回転し、次回の
走査開始位置でも励磁相はＡ相となっている。これは、
実施例のモータは４相であり、１相励磁で駆動してい
る、また、このモータは、Ａ相からＤ相まで１回通り順
次励磁するのを励磁パターン１周期とした場合、励磁パ
ターン６周期で１回転するものであるという理由による
もので、使用するモータ及び励磁方法によって定まるも
のである。実施例２ではこの点に着目し、原点位置検出
手段５が原点位置を検出した後、ステッピングモータ２
２の励磁相がＡ相となった時点を、距離測定を行う走査
開始位置であると判定するようにしている。

【００３０】従って、実施例２によれば距離測定を行う
走査開始位置を原点位置検出後のステッピングモータの
励磁相で決定するため、実施例１のように走査開始位置
を検出するために原点検出時からの時間を計時する必要
がない。このため原点位置の検出においては原点の大ま
かな位置が解れば良く、位置検出精度はほとんど無くて
も良い。よって、例えば、装置にかかる振動により原点
検出時点から所定時間経過したときの位置が走査開始位
置とずれていても、そのずれた位置を走査開始位置であ
ると誤認することが無くなると共に、温度変化等、検出
位置の変動要因に対して、無関係となり常に正確な送光
方向を検出することができる。

【００３１】実施例３．実施例３は上記実施例２の改良
例である。実施例３では図５に示すように、ステッピン
グモータ２２の励磁パターン１周期、即ち４ステップで
ミラー２１が復領域の揺動可能範囲のほぼ全域を揺動し
走査開始位置まで復帰するようにしている。つまり実施
例３においては、復領域をステッピングモータ２２の励
磁パターン１周期で行うため、Ａ相乃至Ｄ相は復領域内
に１回ずつしかない。また、原点検出時点ではＡ相及び
Ｂ相の励磁は既に終了しており、残りの復領域で励磁さ
れるのはＣ相及びＤ相のみである。従って、原点検出後
の次にくるＡ相は次回の走査開始位置しかあり得ない。
このため往領域内にあるＡ相励磁を次の距離測定を行う
走査開始位置であると誤認することはなく、よって走査
開始位置がステッピングモータ２２の励磁パターン１周
期分ずれることなく、確実に測定開始点を検出できる。

【００３２】実施例４．実施例４は距離測定装置の故障
検出に関するものである。実施例４では上記実施例１の
ものに加えて異常判定手段を有している。この異常判定
手段は処理装置６に包含されている。異常判定手段は計
時手段を有しており、前回のミラー２１の原点位置検出
時点から今回の原点位置検出時点までの経過時間を計測
している。この経過時間は異常判定手段に予め定められ
ている所定範囲の時間と比較される。この所定範囲の時
間は、ステッピングモータ２２が２４ステップ駆動する
のに必要な時間を基準とし、それに許容できる誤差範囲
を加えて設定される。よって、前述の比較の結果、経過
時間が所定範囲の時間内に無ければ、ステッピングモー
タの駆動ミス等による異常と判定する。そして、異常と
判定した場合、例えばその回の距離データを削除する或
いは前回の正常時の値に置き換えるなど行う。これによ
って、例えば、もし振動などによって、上記異常が生じ
た場合でも、誤った角度位置の距離データを使用するこ
とはない。

【００３３】実施例５．実施例５は距離測定装置の故障
検出に関するものである。実施例５では上記実施例２の
ものに加えて異常判定手段を有している。この異常判定
手段は処理装置６に包含されている。異常判定手段は、
ミラー２１の原点位置検出時点のステッピングモータ２
２の励磁している相が所定の相であるか否かを判定する
ものである。ミラー２１の揺動位置はステッピングモー
タ２２の励磁している相と機械的に対応しており、原点
検出時点のステッピングモータ２２の励磁相は常に特定
の相となっている。従って、もし原点位置検出時点のス
テッピングモータ２２の励磁の相が予め定められた所定
の相で無ければ、ステッピングモータ２２の駆動ミス等
による異常であると判定する。また、実施例４と同じ
く、異常と判定した場合、その回の距離データを削除す
る或いは前回の正常時の値に置き換えるなど行うもので
ある。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る距離測定
装置によれば、反射手段を所定の範囲で揺動し光を走査
させる走査手段と、反射手段の基準位置としての原点を
検出する原点検出手段と、原点検出手段の検出出力に基
づき反射手段による光の送光方向を演算する送光方向演
算手段とを備えたので、小型且つ簡単な構成で送光方向
を検出することができる。

【００３５】また、この発明に係る距離測定装置によれ
ば、原点検出手段が原点を検出した時点から所定時間経
過したとき反射手段が走査開始位置にあると判定する送
光方向演算手段を備えたので、モータの種類に拘わらず
原点の情報に基づき走査開始位置を判定することができ
る。

【００３６】また、この発明に係る距離測定装置によれ
ば、ステッピングモータで構成された走査手段を有し、
原点検出手段が原点を検出した後にステッピングモータ
の励磁相が予め定めた所定の相となったとき反射手段が
走査開始位置にあると判定する送光方向演算手段を備え
たので、正確に走査開始位置を判定することができる。

【００３７】また、この発明に係る距離測定装置によれ
ば、走査開始位置から所定の方向に走査を順次行うと共
に、所定の範囲まで走査した後にステッピングモータの
励磁パターン１周期で走査開始位置に復帰する走査手段
を備えたので、より正確に走査開始位置を判定すること
ができる。

【００３８】また、この発明に係る距離測定装置によれ
ば、前回の原点検出時点から今回の原点検出時点までの
時間を計時すると共に、該計時時間が予め定めた所定範
囲から逸脱したとき異常と判定する異常判定手段を備え
たので、装置の異常を検出することができる。

【００３９】また、この発明に係る距離測定装置によれ
ば、原点検出手段が原点を検出したときのステッピング
モータの励磁相が予め定めた相以外の相であるとき異常
であると判定する異常判定手段を備えたので、装置の異
常を正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の構成を示す構成図であ
る。

【図２】この発明の走査手段の動作を説明する説明図
である。

【図３】この発明の原点検出手段の構成を示す模式図
である。

【図４】原点と走査開始位置との関係を示す説明図で
ある。

【図５】この発明の実施例２の動作を説明する説明図
である。

【図６】従来装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１送光手段２走査手段３受
光手段４距離演算手段５原点検出手段６処
理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を送光する送光手段と、この送光手段
からの光を所定の方向に反射して送光すると共に該光が
障害物に反射された反射光を所定の方向に反射する反射
手段と、この反射手段を所定の範囲で揺動し前記光を走
査させる走査手段と、前記反射手段からの前記反射光を
受光する受光手段と、前記送光手段が前記光を送光した
時点から前記受光手段が前記反射光を受光する時点まで
の伝播遅延時間に基づき前記障害物までの距離を演算す
る距離演算手段と、前記反射手段の基準位置としての原
点を検出する原点検出手段と、前記原点検出手段の検出
出力に基づき前記反射手段による前記光の前記送光方向
を演算する送光方向演算手段とを備えたことを特徴とす
る距離測定装置。
【請求項２】送光方向演算手段は、原点検出手段が原
点を検出した時点から所定時間経過したとき反射手段が
走査開始位置にあると判定することを特徴とする請求項
１に記載の距離測定装置。
【請求項３】ステッピングモータで構成された走査手
段を有し、送光方向演算手段は原点検出手段が原点を検
出した後に前記ステッピングモータの励磁相が予め定め
た所定の相となったとき反射手段が走査開始位置にある
と判定することを特徴とする請求項１に記載の距離測定
装置。
【請求項４】走査手段は走査開始位置から所定の方向
に走査を順次行うと共に、所定の範囲まで走査した後に
ステッピングモータの励磁パターン１周期で前記走査開
始位置に復帰することを特徴とする請求項３に記載の距
離測定装置。
【請求項５】前回の原点検出時点から今回の原点検出
時点までの時間を計時すると共に、該計時時間が予め定
めた所定範囲から逸脱したとき異常と判定する異常判定
手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の距離測
定装置。
【請求項６】原点検出手段が原点を検出したときのス
テッピングモータの励磁相が予め定めた相以外の相であ
るとき異常であると判定する異常判定手段を備えたこと
を特徴とする請求項３に記載の距離測定装置。