JPS6238312A - 距離検出装置 - Google Patents

距離検出装置

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JPS6238312A
JPS6238312A JP17889785A JP17889785A JPS6238312A JP S6238312 A JPS6238312 A JP S6238312A JP 17889785 A JP17889785 A JP 17889785A JP 17889785 A JP17889785 A JP 17889785A JP S6238312 A JPS6238312 A JP S6238312A
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light
lens
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optical axis
distance
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Chiyoharu Horiguchi
千代春 堀口
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光の入射位置を検出することができる半導体
装置検出装置等を用いた、特に近距離の位置検出に通し
た距離検出装置に関する。
(従来の技術) 半導体装置検出装置を用いた距離検出装置が知られてい
る。
第4図は半導体装置検出装置を用いた距離検出装置の原
理を説明するための略図である。
光源PDからの光は、投光レンズL1を介して前方空間
に投射される。
前方空間の物体obからの反射光は前記投光レンズL1
から一定基線長りだけ離れた位置で受光レンズL2を介
して半導体装置検出装置PSDに入射する。半導体装置
検出装置PSDは、基線長方向に中心をレンズL2の光
軸に一致させて配置されている。
半導体装置検出装置PsDの有効長を21とし光の入射
点が受光レンズL2の光軸からΔXだけ離れた位置であ
ったとすると、両端子から流出する電流1..12間に
次の関係が成立する。
If  (J−Δx)=I2(j!+ΔX)したがって
、 Δx/1− (11−I2)/ (It +I2)とな
り、さらに Δx / p = D / Lの関係が成立するから物
体obまでの距離を電流11.I2から算出することが
できる。
特開昭56−143904号(発明の名称 オプトエレ
クトロニクス距離測定装置)は前記原理に基づくもので
あって、多数の反射面を利用した距離測定装置を提案し
ている。
また特開昭60−52710号(発明の名称 距離検知
装置)は光の入射位置を検出することができる半導体装
置検出装置等を用いるものではないが、同様に3角測量
の原理に基づく距%il!検知装置において、装置を小
形にするために、円筒内面を反射面として用いる提案を
している。
この装置はモアレトポグラフィ装置としての応用を予定
している。そして、一つのレンズと前記反射面を介して
光源からの像を投影し、その反射光を前記反射面とレン
ズを介して受は入れて評価するように構成されている。
(発明が解決しようとする問題点) 本件発明者は前記距離検知装置の原理を利用し、半導体
装置検出装置を用いて距離検出をする場合の問題点につ
いて検討した。
第5図は本件発明者が問題点検討のために作成した距離
検出装置の略図である。
光源4からの光は、レンズ2を介して前方の被測定物6
に投射される。
aの位置にある被測定物6からの反射光を円筒鏡lの内
面で反射させ、再びレンズ2により集光されて、半導体
装置検出装置3および5に入射させられる。
なお原理的にはいずれかの半導体装置検出装置のみで測
定は可能である。
被測定物が二点鎖線で示すbの位置に△Zだけ移動する
と、光線は二点鎖線で示す光路を辿り、半導体装置検出
装置3および5上において、ΔXだけ光軸から離れた方
向に移動した位置に集光される。
前述のようにして半導体装置検出装置3の出力電流を演
算することにより被測定物6までの距離を検出すること
ができる。
受光レンズ2の焦点距離を長くし、半導体装置検出装置
3を(B)の位置から、点線で示す位置(B”)に移動
させれば、測距分解能を上げることができる。
半導体装置検出装置3をBoの位置に配置することによ
り、被測定物6の移動量(△Z)に対する半導体装置検
出装置3上での集光位置の移動量は△Xから△x tに
拡大される。それ等の間には次の(1)式の関係が成立
する。
△X ’ = (B ’/B)△x    −・−(1
)第6図は前記距離検出装置で形成される光路を示す略
図である。
半導体装置検出装置3および5に入射する距離測定に寄
与しない光と信号光の総和(Io )は次の式で与えら
れる。
10 =Ino+Is+In1  +Ine  ・・・
(2)Ing:光源4の光束がレンズ2の表面および裏
面で反射し回り込んでくる光 Is :被測定物6からの反射光が円筒鏡1の内面で反
射しレンズ2で集光される信号光(図示せず) Ink:被測定物からの反射光のうち円筒鏡1で反射せ
ず直接レンズ2に入射し回り込んでくる光 Ine :光源4以外の外来光の一部 前記1.のうち距離情報を有している光はIsのみで、
他の光は接続した回路系で距離演算を実行する際、有害
な成分となり、測距誤差を生じさせる要因となる。
この内、外来光(Ins)は光源の発光波長以外の波長
領域の光を光学バンドフィルタにより大部分除去できる
。また、光源をパルス点燈させ、光学バンドフィルタを
透過してきた光を半導体装置検出装置3および5で光電
変換後、同期検波することにより除去することができる
これに対し、InoとInlは電気的な演算回路系での
除去は困難であり、レンズ2に反射防止膜をコーティン
グするとか、光学系の内部に吸収塗料を塗布して内部反
射を小さくする方法があるが、その効果は小さい。
また、円筒鏡の内面を鏡面とする作業は容易でなく、製
造コストの増加の原因となり得る。
この装置で前述したように、レンズ2の焦点距離を長く
すると、測距分解能を向上させることができるが、形状
が大きくなり円筒鏡による小型化の効果がなくなってし
まうという問題がある。
本発明の目的は、前述した装置の問題を解決すること力
5でき、小形化に通した距離検出装置を提供することに
ある。
(問題を解決するための手段) 前記目的を達成するために、本発明による距離検出装置
は、光源からの光を投光レンズを介して前方空間に投射
し、前方からの反射光を前記投光レンズから一定基線長
離れた位置で受光レンズを介して入射位置を検出するこ
とができる受光素子で受光し、その出力を演算回路によ
り処理して前方空間の反射物体までの距離の情報を得る
距離検出装置において、前記受光レンズの前方に前記反
射物体からの光を前記投光レンズの光軸方向に屈折させ
る屈折力をもつ光学素子を配置して構成されている。
(実施例) 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
第1図は本発明による距離検出装置の主として光学系の
実施例とその光路を示す図である。
投光レンズ12はレンズ7と光軸が一致させられて配置
されている。
レンズ7は凸レンズの中心部を除去して形成したもので
ある。
光源13からの光は投光レンズ12で集束され、前記レ
ンズ7の中心の除去された部分を通って前方の被測定物
6を照射する。
被測定物6からの反射光は、レンズ7で光束が前記投光
レンズの光軸方向との角度を小さくする方向に屈折され
て、受光レンズ8および9に入射させられる。
各受光レンズ8および9で集束された光は、それぞれ半
導体装置検出装置10および11の受光面上に投射され
る。
この光学系において、第1図の破線の示す位置までの距
離2は、光学的近軸光線領域の計算法を用いると次の式
で与えられる。
Z=(bf2  eΔx)fl /(bf2−eΔx + f 1ΔX)−(3)ここで fl :対物レンズ7の焦点距離 f2:受光レンズ8.9の焦点距離 e :対物レンズと受光レンズ8.9とのレンズ間隔 ΔX:半導体装置検出装置10および11の電気的中心
位置から集光されたスポット光の重−心位置までの距離 b =対物レンズ7および投光レンズ12の光軸と受光
レンズ8および9の光軸との間隔(三角測量法の基線長
に相当) Z:対物レンズ7から被測定物6までの距離なお(3)
式で△X=Oの時、被測定物6までの距離(ZO)はf
lと等しくなる。
ここで距離分解能を上げるためには、Zの変化量(△Z
)に対するスポット光の移動量(△X)の比を大きくす
ればよい。△Zは(4)式より求まる。
△Z±Z、−Z。
=f12Δx/(bf、2  eΔx+f1ΔX)・・
・(4) (4)式においてr2〉〉△Xのとき△Zは(5)式に
なる。
△z、、(,2△x / b f 2        
・・151(5)式より変化量△Zと△Xの比は(6)
式になる。
ΔX/ΔZ=bf2/f、2−(61 (6)式より明らかなように、対物レンズ7の焦点距離
f1と基線長すが一定の場合、距離分解能は受光レンズ
8および9の焦点距離f2に略比例して高くなる。
第1図において、f2が長くなっても基線長方向の大き
さは一定のままで、Z方向の長さを変えるだけでよい。
第2図は、前記光学系により半導体装置検出装置上に形
成された光点の位置を計算して、距離Zを算出する演算
回路の実施例を示すブロック図である。
光源7として赤外線発光ダイオード(たとえは浜松ホト
ニクス株式会社のLi2O2型)を用いる。
駆動回路14は前記光源7をパルス発光させるための駆
動回路である。
半導体装置検出装置10および11として、PSD、た
とえは浜松ホトニクス株式会社の82153型を用いる
それぞれの半導体装置検出装置10.11は同一の形状
と感度をもちレンズ7′の光軸に対象に配置されている
各半導体装置検出装置10.11に入射する光量が等し
く、かつ入射位置は対象であるとし、各半導体装置検出
装置10.11の光源13よりの電極から取り出される
電流をそれぞれ11、外側よりの電極から取り出される
電流をそれぞれ12と゛する。各半導体装置検出装置1
O111の外側の電極および内側の電極はそれぞれ共通
に接続されている。
このような接続をするのは、出力電流を2倍にして、検
出感度を向上させるためである。
内側の電極から取り出された電流2i1+in(ただし
inは外来光電流)と、外側の電極から取り出された電
流2i2+inはそれぞれ、信号電流抜取回路15およ
び16によって信号電流2.ilおよび212のみが抜
き取られ増幅された後、対数変換回路17および18に
よって対数圧縮されて、差動アンプ19によって 10g12  logic =I!ogi2 / il
の演算が行われる。       ′ 之の演算値はサンプルホールド回路20によってホール
ドされ、これに基づいて距NZに対応するデータを得る
ことができる。
第3図(A)に第1図に示した光学系の半分の光学系を
示す。
前述したように対象な光学系と一対の半導体装置検出装
置を設けるのは、検出感度を向上させるためである。し
たがって、十分な反射光の得られるときには第3図(A
)に示した光学系に光源と半導体装置検出装置を対応さ
せることにより、同様な距離検出が可能になる。
第3図(B)に示すように、前記レンズ7の部分をプリ
ズム30に置き換えても同様な効果が得られる。
(発明の効果) 以上詳しく説明したように、本発明による距離検出装置
は、光源からの光を投光レンズを介して前方空間に投射
し、前方からの反射光を前記投光レンズから一定基線長
離れた位置で受光レンズを介して入射位置を検出するこ
とができる受光素子゛で受光し、その出力を演算回路に
より処理して前方空間の反射物体までの距離の情報を得
る距離検出装置において、前記受光レンズの前方に前記
反射物体からの光を前記投光レンズの光軸方向に屈折さ
せる屈折力をもつ光学素子を配置して構成しである。
そのため、前記投光レンズからの光は前記光学素子によ
る影響を受けないので、投光に関連する雑音を大幅に少
なくすることができる。
また前記光学素子を一対設けて光の入射位置を検出する
装置を対応させれば、検出感度を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による距離検出装置の主として光学系の
実施例とその光路を示す図である。 第2図は本発明による距離検出装置の主として演算回路
の実施例を示すブロック図である。 第3図は光学系の他の実施例を示す光路図であって、同
図(A)は屈折力をもつ光学素子をレンズの部分を用い
て実現した場合、同図(B)はプリズムを用いて実現し
た場合の例である。 第4図は半導体装置検出装置を用いた距離検出装置の原
理を説明するための略図である。 第5図は本件発明者が問題点検討のために作成した距離
検出装置の略図である。 第6図は前記距離検出装置に形成される光路を示す略図
である。 6・・・被測定物 7・・・レンズ 8.9・・・受光レンズ 10.11・・・半導体装置検出装置 12・・・投光レンズ 13・・・光源 14・・・光源駆動回路 15.16・・・信号電流抜取回路 17.18・・・対数変換回路 19・・・作動増幅器 20・・・サンプルホールド回路 30・・・プリズム 特許出願人 浜松ホトニクス株式会社 代理人 弁理士  井 ノ ロ  毒 牙1図 トーzO÷ 23図 才4図 26図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光源からの光を投光レンズを介して前方空間に投
    射し、前方からの反射光を前記投光レンズから一定基線
    長離れた位置で受光レンズを介して入射位置を検出する
    ことができる受光素子で受光し、その出力を演算回路に
    より処理して前方空間の反射物体までの距離の情報を得
    る距離検出装置において、前記受光レンズの前方に前記
    反射物体からの光を前記投光レンズの光軸方向に屈折さ
    せる屈折力をもつ光学素子を配置して構成したことを特
    徴とする距離検出装置。
  2. (2)前記光学素子は前記投光レンズの前方で前記投光
    レンズと光軸を一致させられて設けられ、前記投光レン
    ズの前方が貫通させられている正レンズである特許請求
    の範囲第1項記載の距離検出装置。
  3. (3)前記距離検出装置の検出範囲と精度は前記投光レ
    ンズの前方が貫通させられている正レンズの焦点距離と
    受光レンズの焦点距離と基線長により決定される特許請
    求の範囲第2項記載の距離検出装置。
  4. (4)前記光学素子は反射光を投影光の光軸に平行に近
    づく方向に屈折させるプリズムである特許請求の範囲第
    1項記載の距離検出装置。
  5. (5)前記受光素子は半導体位置検出装置である特許請
    求の範囲第1項記載の距離検出装置。
  6. (6)光源からの光を投光レンズを介して前方空間に投
    射し、前方からの反射光を前記投光レンズから一定基線
    長離れた位置で受光レンズを介して入射位置を検出する
    ことができる受光素子で受光し、その出力を演算回路に
    より処理して前方空間の反射物体までの距離の情報を得
    る距離検出装置において、前記受光レンズは前記投光レ
    ンズの光軸対象の位置に一対設けられ、前記各受光レン
    ズの前方に前記反射物体からの光を前記投光レンズの光
    軸方向に屈折させる屈折力をもつ一対の光学素子を配置
    し、前記受光素子は前記受光レンズに対してそれぞれ配
    置され、前記受光素子の出力は出力が加算されるように
    前記演算回路で処理されることを特徴とする距離検出装
    置。
JP17889785A 1985-08-14 1985-08-14 距離検出装置 Granted JPS6238312A (ja)

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JPH0219403B2 JPH0219403B2 (ja) 1990-05-01

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63206610A (ja) * 1987-02-24 1988-08-25 Matsushita Electric Works Ltd 測距装置
JP2008275453A (ja) * 2007-04-27 2008-11-13 Mitsutoyo Corp 光学的変位測定装置
KR100967046B1 (ko) 2008-06-13 2010-06-29 삼성전기주식회사 거리 측정 장치
KR101131627B1 (ko) 2009-04-28 2012-03-30 전남대학교산학협력단 고정밀 레이저 거리계용 렌즈

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JPS63206610A (ja) * 1987-02-24 1988-08-25 Matsushita Electric Works Ltd 測距装置
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KR101131627B1 (ko) 2009-04-28 2012-03-30 전남대학교산학협력단 고정밀 레이저 거리계용 렌즈

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