JPH07253460A

JPH07253460A - 距離測定装置

Info

Publication number: JPH07253460A
Application number: JP6068120A
Authority: JP
Inventors: Akio Takahama; 昭夫高浜
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1995-10-03

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単・廉価に、複数の光源又は複数の受光素
子を使用せずに、複数方向の障害物を検知し距離を測定
することができる距離測定装置を提供する。【構成】光源１から出射した光は送信光学系６、２４
から複数の送信方向に分割して送信され、又は障害物か
ら反射した光は受光光学系３４、１５で複数の受信方向
から受信される。複数の方向の障害物が検知され、障害
物までの距離が測定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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
て車両や移動ロボット等に搭載するの距離測定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車はその安全性が非常に重要
な要素となり、安全性に関する種々の技術が開発されて
いる。このような自動車の安全性に関する重要な技術の
一つとして、車両用の距離測定装置がこれまで種々提案
されている。車両用の距離測定装置は、自動車の前方部
に搭載され、レーザレーダからの光束を前方に射出し、
自車の前方を走行する自動車などの障害物を検出し、か
つその障害物までの距離を測定して、運転手に知らせる
ものである。

【０００３】図６は特開昭６１−２５９１８５号公報に
開示された従来の車両用の距離測定装置を示したもの
で、パルス発生器１からの光源駆動用のパルス信号Ｓ１
は、パルス増幅器２を介して複数の光源３、４、５に送
出される。この光源駆動パルス信号Ｓ１に応じて、各光
源３、４、５から出射されたレーザ光は、送信レンズ６
及び保護ガラス７を透過して出力光束８、９、１０とし
て送信される。出力光束８、９、１０は、前方に位置す
る自動車等の障害物で反射すると、その一部の反射光束
１１、１２、１３は、保護ガラス１４を介し受信レンズ
１５で集光され、夫々受光素子１６、１７、１８に入射
し、ここで電気信号に変換される。

【０００４】スイッチ１９はマイクロコンピュータ（不
図示）からの制御信号Ｓ２により、受光素子１６、１
７、１８から出力する電気信号のいずれかを選択し、選
択された電気信号Ｓ３は増幅器２０に入力する。増幅器
２０で増幅された増幅器出力信号Ｓ４は時間差測定回路
２１に入力する。時間差測定回路２１には光源駆動信号
Ｓ１及びクロック発生器２２からのクロックパルスＳ５
が入力し、障害物の存否を検出し、且つ光の送信タイミ
ングと受信タイミングの差から障害物までの往復時間を
計測して障害物までの距離が求められる。このようにし
て、複数の光源３、４、５及び複数の受光素子１６、１
７、１８の使用によって、自車の前方の直前のみなら
ず、その左右に存在する障害物をも検出することができ
る。

【０００５】一方、このような車両用の距離測定装置
は、その性質上高い信頼性が要求されるため、外部から
のノイズの影響を受けない所に設置される必要がある。
そこで、エンジンルームのイグニッション系から発生さ
れる電気ノイズの影響を避けるために、距離測定装置を
光学系と電気系とを分離し、この光学系のみエンジンル
ーム近傍に搭載し、電気系は電気ノイズの少ない車室内
に設置して、その間を光ファイバで結合することが行わ
れていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の距離測定装置では、光源として高価格な半導体レー
ザを複数本使用し、かつ受光素子も光源と同数使用する
構成であるため、装置全体としても極めて高価格となる
といった問題がある。

【０００７】更に、電気ノイズの影響を避ける為に、距
離測定装置を光ファイバによって電気系と光学系とに分
離する場合には、光ファイバは光源の本数と受光素子の
個数との合計分必要となり、これも価格上昇の要因とな
っていた。

【０００８】そこで、本発明はこのような状況に鑑み、
簡単・廉価に、複数の光源又は複数の受光素子を使用せ
ずに複数方向の障害物を検知し距離を測定することがで
き、併せて容易に光学系と電気系とを分離して設置する
ことが可能な距離測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、光源と、前記光源からの光束を障害物に向けて放
射する送信光学系と、前記障害物で反射された光束を集
光する受信光学系と、この集光された光束を受光し、受
信信号を発生する受光部とを具備し、前記受信信号に基
づき前記障害物の有無を検知すると共に、前記光束の放
射から前記反射光の受光までの時間間隔を測定して前記
障害物までの距離を測定する距離測定装置において、前
記送信光学系の前方に配置され、前記送信光学系を透過
した前記光束を互いに異なった方向に向かう複数の光束
に分割する分割光学素子を具備することを特徴とするも
のである。

【００１０】この構成にあっては、以下の構成が好まし
い。即ち、前記距離測定装置は車両の前部に搭載され、
前記光源からの光束を前記送信光学系に導くように前記
光源と前記送信光学系との間に配置された光ファイバを
更に具備することが好ましい。また、前記分割光学素子
は前記光束を前記複数の光束に分割する複数のプリズム
面を有する保護カバーであり、前記保護カバーは前記車
両の前方から飛散し前記送信光学系に付着し得る汚染物
を遮断することが好ましい。更に、前記分割光学素子は
互いに反射方向が異なる複数の反射鏡から構成されるこ
とが好ましい。また、前記受信光学系の前方に配置さ
れ、互いに異なった複数の方向から前記受信光学系に向
かう複数の前記反射光束を互いにほぼ平行な光束に変換
して前記受信光学系に入射させる合成光学素子を更に具
備することが好ましい。

【００１１】請求項６に記載された発明は、光源と、こ
の光源からの光束を障害物に向けて放射する送信光学系
と、前記障害物で反射された光束を集光する受信光学系
と、この集光された光束を受光し、受信信号を発生する
受光部とを具備し、前記受信信号に基づき前記障害物の
有無を検知すると共に、前記光束の放射から前記反射光
束の受光までの時間間隔を測定して前記障害物までの距
離を測定する距離測定装置において、前記受信光学系の
前方に配置され、互いに異なった複数の方向から前記受
信光学系に向かう複数の前記反射光束を互いにほぼ平行
な光束に変換して前記受信光学系に入射させる合成光学
素子を具備することを特徴とするものである。

【００１２】この構成にあっては、以下の構成が好まし
い。即ち、前記距離測定装置は車両の前部に搭載され、
前記受信光学系からの光束を前記受光部に導くように
前記受信光学系と前記受光部との間に配置された光ファ
イバを更に具備することが好ましい。前記合成光学素子
は複数のプリズム面を有する前記送信光学系用の保護カ
バーであり、前記保護カバーは前記送信光学系に付着し
得る汚染物を遮断することが好ましい。更に、前記合成
光学素子は互いに反射方向が異なる複数の反射鏡から構
成されることが好ましい。

【００１３】

【作用】請求項１に記載された発明では、光源から出射
した光束は、送信光学系を通過した後に分割光学素子に
よって互いに異なった方向に分割される。障害物で反射
された光束は受信光学系で集光されて受光部に入射す
る。こうして、単一の光源であっても、光束を複数の方
向に放出することができ、広範囲の障害物を検出するこ
とができる。請求項６に記載された発明では、光源から
の光束は送信光学系によって障害物に向けて放射され
る。或る障害物から反射された光束は、或る方向から合
成光学素子に入射し、また別の障害物から反射された光
束は、別の方向から合成光学素子に入射する。これらの
反射光束は合成光学素子によって互いにほぼ平行な光束
に変換され、受信光学系に入射する。こうして、複数の
方向からの反射光束は、合成光学素子によって互いに平
行な光束に変換されて受信光学系に入射するため、単一
の受光素子によって複数方向のからの反射光束を受光す
ることができる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である自動車用の
距離測定装置を示したものであり、パルス発生器１は光
源駆動用パルス信号Ｓ１をパルス増幅器２を介して光源
２３及び時間差測定回路２１に送出する。この光源２３
は光源駆動用パルス信号Ｓ１に応じてパルス状のレーザ
光を出射する。光源２３は送信レンズ６の焦点位置に配
置され、この送信レンズ６は光源２３からのレーザ光を
平行光束に変換する。

【００１５】送信レンズ６の前方には、分割光学素子を
構成する送信プリズム２４が配置され、この送信プリズ
ム２４は送信レンズ６からの平行光束を三つの異なった
方向の光束８、９、１０に分割する。送信プリズム２４
の形状について詳述すると、送信レンズ６に面した表面
２４ａは単一平面であり、裏面２４ｂは三つの平面２４
ｃ、２４ｄ、２４ｅから形成されている。この平面２４
ｄは表面２４ａと平行であり、従って平面２４ｄを通過
する光束９は、送信レンズ６の光軸に平行に直進する。
また、残りの平面２４ｃ、２４ｅは、平面２４ｄに対し
て傾斜しており、この傾斜によって光束８、１０を送信
レンズ６の光軸から遠ざかるように屈折させる。なお、
送信プリズム２４は、上述の光束分割機能の他に、送信
レンズ６用の保護カバーとしての機能を有し、自動車の
前方から送信レンズ６に向かって飛散した汚染物を遮断
する。

【００１６】保護ガラス１４の背後には受信レンズ１５
が配置され、この受信レンズ１５は障害物から反射され
た反射光束１１、１２、１３を受光素子１６、１７、１
８に集光する。受光素子１６、１７、１８は反射光束１
１、１２、１３を光電変換して信号Ｓ３を出力す。これ
らの受光素子１６、１７、１８の数は送信プリズム２４
の光束分割数、即ち本実施例では３個に一致している。
スイッチ１９はマイクロコンピュータ（不図示）からの
制御信号Ｓ２により、受光素子１６、１７、１８のいず
れかを選択するスイッチである。

【００１７】増幅器２０は信号Ｓ３を受けて、増幅器出
力信号Ｓ４を出力し、発振器２２はクロックパルスＳ５
を出力する。また、時間差測定回路２１は光源駆動信号
Ｓ１、増幅器出力信号Ｓ４及びクロックパルスＳ５を受
け、光源駆動信号Ｓ１と増幅器出力信号Ｓ４との入力す
る時間差を測定する。

【００１８】次に動作について説明する。パルス発生器
１からの光源駆動用パルス信号Ｓ１に応じて、光源２３
はパルス状のレーザ光を出射し、このレーザ光は送信レ
ンズ６により平行光束に変換されて送信プリズム２４に
入射する。送信プリズム２４はこの平行光束を互いに送
信方向の異なる３本の平行光束８、９、１０に分割す
る。これらの出力光８、９、１０は障害物で反射する
と、その一部の反射光１１、１２、１３が保護ガラス１
４を介して受信レンズ１５に入射し、受光素子１６、１
７、１８に夫々集光される。

【００１９】スイッチ１９はマイクロコンピュータ（不
図示）からの制御信号Ｓ２により、受光素子１６、１
７、１８のいずれかを選択する。受光素子１６が選択さ
れた場合は、受光素子１６から出力する信号Ｓ３が増幅
器２０に入力し、増幅器２０から増幅器出力信号Ｓ４が
出力される。その他の受光素子１７、１８のいずれかが
選択された場合は、それぞれ受光素子１７、１８から出
力する信号Ｓ３が増幅器２０に入力する。増幅器２０は
信号Ｓ３を増幅して増幅器出力信号Ｓ４を時間差測定回
路２１に出力する。時間差測定回路２１には光源駆動信
号Ｓ１、増幅器出力信号Ｓ４及びクロックパルスＳ５が
入力し、光源駆動信号Ｓ１及び増幅器出力信号Ｓ４のそ
れぞれの立ち上がりの間のパルス数を計数して両信号間
の入力時間差を求め、演算回路で時間差から測距値を演
算する。スイッチ１９により切り換えられた受信方向ご
とに、得られた測距値は表示部（不図示）に表示され、
又障害物が検知されないときは、障害物が検知されな
い、と表示される。

【００２０】本実施例において送信プリズム２４は自身
への入射光束を３光束に分割したが、この分割数は任意
に選定することができる。また、個々の面２４ｃ、２４
ｄ、１４ｅの頂角及び互いの境界と光源の位置とを適切
に設定し、距離測定装置の使用目的、使用状況等に適合
した検知角範囲を設定し、且つ、たとえば光量が少なく
てよい方向には、分割面の面積を比較的小さく設定して
分配される光量を少なくするなどのように、光の強度を
適切に各光束に分配することができる。本実施例におい
ては、送信プリズム２４を構成する複数のプリズムはそ
れぞれの頂角の稜が平行であり、複数の出力光が一平面
上に送信されるが、それぞれの頂角の稜を平行でなくす
ると、複数の出力光を一平面上でなく送信することがで
きる。

【００２１】次に、本発明の第２の実施例について図２
により説明する。この第２の実施例は、受信レンズ１５
用の保護カバーとして受信プリズム３４を使用すると共
にこれに伴い単一の受光素子３５を使用した点の除き、
図６に示した距離測定装置と同一である。

【００２２】合成光学素子を構成する受信プリズム３４
は受信レンズ１５の前方に配置され、この受信プリズム
３４は第１の実施例の送信プリズム２４と同様の形状を
有する。即ち、受信プリズム３４の障害物に面する第１
面３４ａは面３４ｃ、面３４ｄ、面３４ｅの３平面か
ら、又第２面３４ｂは１平面で形成されている。第１面
３４ａと面３４ｃ、面３４ｄ、面３４ｅとがなす傾斜角
度、即ちプリズムの頂角は互いに異なる角度であり、受
信プリズム３４は、頂角は互いに頂角の異なる３個のプ
リズムが合成されたものである。受信プリズム３４の複
数の面３４ｃ、面３４ｄ、面３４ｅの数は、半導体レー
ザアレイを形成している光源３、４、５の数に対応した
３である。このような形状の受信プリズム３４は、互い
に異なった角度で入射する障害物からの反射光束３１、
３２、３３を受信レンズ１５の光軸に平行な光束に変換
する。

【００２３】次に動作について説明する。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、光源駆
動信号Ｓ１がスイッチ１９及び時間差測定回路２１に出
力される。スイッチ１９がマイクロコンピュータ（不図
示）からの制御信号Ｓ２により光源３を選択すると、光
源３からレーザ光が出射し、送信レンズ６から保護ガラ
ス７を介し出力光８が送信される。出力光８の送信方向
に障害物が存在し、反射するとその一部は反射光３１と
して受信プリズム３４に入射する。反射光３１は面３４
ｃと面３４ｂの形成する頂角に従って偏向し、受信レン
ズ１５に入射して、受光素子３５に集光される。受光素
子３５から信号Ｓ３が出力し、信号Ｓ３に基づきその受
信方向の障害物の存否が検知され、距離が測定される。

【００２４】同様に、他の光源４、５がスイッチ１９で
選択されると、それぞれ出力光９、１０が送信され、そ
れぞれ当該の受信方向から反射光３２、３３が受信され
て障害物の存否が検知され、距離が測定される。このよ
うにして、各光源３、４、５の送信方向ごとに障害物の
存否が検知され、且つ障害物までの距離が測定されて、
表示部（不図示）に表示される。

【００２５】以上の第１及び第２の実施例の送信プリズ
ム２４及び受信プリズム３４は、送信レンズ６及び受信
レンズ１５側の面が単一平面で、その反対側の面に傾斜
面、即ちプリズム面が形成されていたが、これを逆にす
ることもできる。即ち、送信レンズ及び受信レンズ側の
面に複数の傾斜面を形成し、障害物側の面を単一平面に
することもできる。更には、両方の面に複数の傾斜面を
形成することもできる。なお、送信プリズム２４及び受
信プリズム３４は、前述のように夫々送信レンズ６及び
受信レンズ１５の保護カバーとしての機能をも有するの
で、送信プリズム２４及び受信プリズム３４に土砂や油
などの異物が付着した時の送信プリズム２４及び受信プ
リズム３４の洗浄を考慮した場合には、障害物側を単一
平面とした場合にはその洗浄が容易となる。

【００２６】更に、第３の実施例について図３により説
明する。この第３の実施例は、送信レンズ６と受信レン
ズ１５との夫々に送信プリズム２４及び受信プリズム３
４を配置した例である。従って、この例では、光源２３
と受光素子３５とを共に単一とすることができる。

【００２７】更に、第４の実施例について図４により説
明する。光源２３の発光面には光ファイバ３７の端面３
７ａが対向して配置され、光ファイバ３７の他の端面３
７ｂの位置は、送信レンズ６の焦点の位置に配置されて
いる。光源２３から出射したレーザ光は光ファイバ３７
の端面３７ａに入射し、光ファイバ３７の他の端面３７
ｂから出射する。端面３７ｂから出射したレーザ光は送
信レンズ６を介して、送信プリズム２４から出力光８、
９、１０として出射する。出力光８、９、１０が障害物
から反射した光１１、１２、１３を受信して、障害物を
検知し、障害物までの距離を求める。

【００２８】本実施例によれば、１本の光ファイバ３７
のみを使用して、例えば、光源２３及び各種回路を含む
電気系（不図示）を車室内に設置し、送信レンズ６及び
送信プリズム２４をエンジンルーム近傍に搭載すること
ができる。又、図４の実施例では送信光学系側だけに光
ファイバを設けたが、受信光学系側も類似の構成で光フ
ァイバを配置できる場合、受信光学系からの光を受光素
子と受光レンズの間に光ファイバを配置して、両者の間
の距離を大きくすることができる。

【００２９】更に、第５の実施例について図５により説
明する。送信レンズ６の前方には送信ミラー４１が配置
され、この送信ミラー４１は、互いに傾斜された三つの
ミラー面４１ａ、４１ｂ、４１ｃから形成され、ミラー
面４１ａ、４１ｂ、４１ｃは互に所定の角度で交差し
て、入射光を互いに異なる方向に反射する。受信レンズ
１５の前方には受信ミラー４２が配置され、この受信ミ
ラー４２は１枚構成の平面ミラーである。

【００３０】次に動作について説明する。光源２３から
出射したレーザ光は送信レンズ６により収束されて平行
な光束として送信ミラー４１に入射し、送信ミラー４１
の面４１ａ、４１ｂ、４１ｃから、互いに送信方向の異
なる３本の光束の出力光８、９、１０として出射する。
出力光８、９、１０が障害物に投射され、その反射した
反射光１１、１２、１３は互いに異なるそれぞれの受信
方向から受信ミラー４２に入射し、受信ミラー４２で互
いに異なる方向に反射し、それぞれ受信レンズ１５を介
して受光素子１６、１７、１８に集光する。

【００３１】尚、この第５の実施例の受信ミラー４２
は、送信ミラー４１と同様に複数のミラー面を有するよ
うに構成することもでき、これによって第３実施例と同
様に受光素子を単一にすることができる。

【００３２】各実施例において、プリズム又はミラーを
形成する面は、平面に限定されるものではなく、曲面と
して、それぞれ自体が収束又は発散機能を有するもので
もよい。この場合、送信光学系と分割光学素子とを合体
して１個の素子とすることが可能であり、又は受信光学
系と合成光学素子とを合体して１個の素子とすることが
可能である。

【００３３】又、上述の実施例は自動車搭載用の距離測
定装置であったが、本発明は、それに限らず鉄道車両や
搬送ロボットなどにも搭載することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載された発明によ
れば、前記送信光学系の前方に配置され、前記送信光学
系を通過した前記光束を互いに異なった方向に向かう複
数の光束に分割する分割光学素子を具備するため、複数
の光源を使用することなく複数方向に存在する障害物を
検知し、且つ距離を測定することができ、装置の構成が
非常に簡単になり、コストの低減を図ることができる。
本発明の請求項６に記載された発明によれば、受信光学
系の前方に配置され、互いに異なった複数の方向から前
記受信光学系に向かう複数の前記反射光束を互いにほぼ
平行な光束に変換して前記受信光学系に入射させる合成
光学素子を具備するため、複数の受光素子を使用するこ
となく複数方向に存在する障害物を検知し、且つ距離を
測定することができ、装置の構成が非常に簡単になり、
コストの低減を図ることができる。従って両者を併せ
て、送信光学系と受信光学系の両方に分割光学素子を設
ければ、さらに構成が簡単でコスト低減ができる。併せ
て、光源と送信光学系との間、又は受信光学系と受光素
子との間の光の伝送が少数の光ファイバで可能となるか
ら、光源と送信光学系又は受信光学系と受光素子との間
の距離距離を長くとって設定し、雑音による性能の低下
を容易に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック構成図。

【図２】本発明の他の実施例のブロック構成図。

【図３】本発明の第３の実施例のブロック構成図。

【図４】本発明の第４の実施例のブロック構成図。

【図５】本発明の第５の実施例のブロック構成図。

【図６】従来例のブロック構成図。

【符号の説明】１・・・・パルス発生器２・・・・パルス増幅器３、４、５、２３・・・・光源６・・・・送信レンズ７、１４・・・・保護ガラス８、９、１０・・・・出力光１１、１２、１３、３１、３２、３３・・・・反射光１５・・・・受信レンズ１６、１７、１８、３５・・・・受光素子２０・・・・増幅器２１・・・・時間差測定回路２２・・・・クロック発生器４２４・・・・送信プリズム３４・・・・受信プリズム３７・・・・光ファイバ４１・・・・送信ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源からの光束を障害物に向
けて放射する送信光学系と、前記障害物で反射された光
束を集光する受信光学系と、この集光された光束を受光
し、受信信号を発生する受光部とを具備し、前記受信信
号に基づき前記障害物の有無を検知すると共に、前記光
束の放射から前記反射光の受光までの時間間隔を測定し
て前記障害物までの距離を測定する距離測定装置におい
て、前記送信光学系の前方に配置され、前記送信光学系
を通過した前記光束を互いに異なった方向に向かう複数
の光束に分割する分割光学素子を具備することを特徴と
する距離測定装置。
【請求項２】前記距離測定装置は車両の前部に搭載さ
れ、前記光源からの光束を前記送信光学系に導くように
前記光源と前記送信光学系との間に配置された光ファイ
バを更に具備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】前記分割光学素子は前記光束を前記複数の
光束に分割する複数のプリズム面を有する保護カバーで
あり、前記保護カバーは前記車両の前方から飛散し前記
送信光学系に付着し得る汚染物を遮断することを特徴と
する請求項１又は２に記載の距離測定装置。
【請求項４】前記分割光学素子は互いに反射方向が異な
る複数の反射鏡から構成され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５】前記受信光学系の前方に配置され、互いに
異なった複数の方向から前記受信光学系に向かう複数の
前記反射光束を互いにほぼ平行な光束に変換して前記受
信光学系に入射させる合成光学素子を更に具備すること
を特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項６】光源と、この光源からの光束を障害物に向
けて放射する送信光学系と、前記障害物で反射された光
束を集光する受信光学系と、この集光された光束を受光
し、受信信号を発生する受光部とを具備し、前記受信信
号に基づき前記障害物の有無を検知すると共に、前記光
束の放射から前記反射光束の受光までの時間間隔を測定
して前記障害物までの距離を測定する距離測定装置にお
いて、前記受信光学系の前方に配置され、互いに異なっ
た複数の方向から前記受信光学系に向かう複数の前記反
射光束を互いにほぼ平行な光束に変換して前記受信光学
系に入射させる合成光学素子を具備することを特徴とす
る距離測定装置。
【請求項７】前記距離測定装置は車両の前部に搭載さ
れ、前記受信光学系からの光束を前記受光部に導くように前
記受信光学系と前記受光部との間に配置された光ファイ
バを更に具備することを特徴とする請求項６に記載の距
離測定装置。
【請求項８】前記合成光学素子は複数のプリズム面を有
する前記受信光学系用の保護カバーであり、前記保護カ
バーは前記送信光学系に付着し得る汚染物を遮断するこ
とを特徴とする請求項６に記載の距離測定装置。
【請求項９】前記合成光学素子は互いに反射方向が異な
る複数の反射鏡から構成されることを特徴とする請求項
６に記載の距離測定装置。