JP2000121725A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱的、機械的な外的影響を受けにくくコンパ
クトな車載の距離測定装置を提供する。 【解決手段】 箱状ホルダ１５０内に隔壁１５３により
送光空間１１２と受光空間１１３とに画成する。送光空
間１１２の後部壁に光源１０３が取り付け、光源素子１
０３から発した光束を監視領域内の測距対象まで送光す
るための送光光学系を、送光空間１１２の前部壁１５１
に形成された送光開口に配置する。さらに測距対象から
反射した光束を、受光空間１１３内に取り込む受光光学
系を、受光空間１１３の前部壁１５１に形成された受光
開口に配置する。受光空間１１３内に取り込まれた受光
光束を検知する受光素子１０５が受光空間１１３の後部
壁１５２に設ける。このように構成された装置におい
て、光束の光源素子１０３、測距対象、受光素子１０５
間の行程時間をもとに測距対象までの測距を行うように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両等に搭載され
目標物に対して光束を照射し、その反射光から目標物ま
での距離を測定する距離測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆる車間距離センサにおいて、固定
光ビームあるいは光走査型のいずれのタイプも水平方向
に扁平なビーム形状あるいは探査領域を有している。こ
の場合、光源としては高出力の半導体レーザが用いら
れ、その発光領域は極めて扁平な形状を有している。ま
た光源は送光レンズのほぼ焦点位置に設置され、光源の
幅ｈと送光レンズの焦点距離ｆから定められるω＝ａｒ
ｃｔａｎ（ｈ／ｆ）の発散角を有する。たとえば光源の
活性層が水平となるように設定すれば、水平方向に横長
のビーム形状が得られる。さらに送光レンズとして単レ
ンズではなく、円柱レンズ（シリンドリカルレンズ）あ
るいはトーリックレンズを併用した複合レンズを採用す
ることにより、ビーム形状の縦横比を設計する自由度を
向上させている。

【０００３】この種の従来技術の一例としてビーム投光
用光学系（特開平８−１５４１２号公報参照）がある。
このビーム投光用光学系では水平方向と垂直方向の直交
２方向で互いに異なる屈折力を有する送光光学系を用意
して、ビーム形状の縦横比を独立に選択できる手段を提
案している。また、この種の受光光学系では、限定した
監視領域を効率よく検出するために、受光角を狭く（約
２〜４°）設定することが多い。このため送光光学系の
光軸と受光光学系の光軸とのずれを、例えば０．１〜
０．２°以内に収めるとともに、車間距離センサを車体
の一部に取り付ける際の取付誤差も受光角の少なくとも
５０％以内に収めることが求められる。このとき光軸の
軸出しは通常調整により行なわれ、また送光光学系の光
源は不可視光である赤外光が用いられる。このため、レ
ーザレーダ装置における光軸合わせのための技術とし
て、特開平７−２２５２７１号に開示された技術等が開
発されている。このレーザレーダ光軸合わせ装置では、
作業者が装置の送光光学系と平行な軸をもつ着脱式の可
視光源を目印として、取付作業を行う方法が提案されて
いる。また、太陽光の影響を軽減するために、受光光学
系の外側にハニカムフィルタが取り付けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、車間距離セ
ンサが普及するためには、その信頼性の向上とコストの
低減が重要である。中でも送光光ビームの形状と送光方
向は、移動体の安全走行にとって、障害物検出の効率を
左右する要因となる。送光光ビームの形状は前述のよう
に、水平方向に扁平の形状を有しているが、その強度分
布も重要な因子となる。送光方向は移動体の走行方向と
正確に一致するように設定され、熱的に（−４０〜＋８
５℃）あるいは機械的擾乱（例えば振動）に対して影響
を受けにくい構造を有することが望まれる。

【０００５】また、送光光ビームの強度分布は、光源の
発光強度分布を反映して中心から周辺に向かって漸減す
るが、その形状が光源ごとに、あるいは時間的に変化す
る傾向がある。障害物が送光光ビームの縁に掛かったと
き、できるだけ速やかにこの障害物を検出することが必
要である。このためにはその強度分布がゼロ値まで漸減
するのではなく、シャープなエッジを持つ方が速やか
に、かつ十分な散乱光信号が得られる。

【０００６】さらに、製造コスト低減のためには、コン
パクトで組み立てが容易なことと、無調整であることが
重要な因子となる。そこで、送光光ビームの形状をシリ
ンドリカルレンズやトーリックレンズ等の高価なレンズ
を使用せずに構成したい。また、そのような装置におい
て、送光方向を正確に安定した状態で車体等の車軸に合
わせる手段も必要となってくる。

【０００７】加えて、車間距離センサを車体に取り付け
る際に目印として用いられる可視光ビームに対する問題
もある。光源としてＬＥＤでは輝度が低く、半導体レー
ザは作業者の眼の安全性を考慮してレーザ製品としての
安全基準をクリアしなければならない。たとえば、対象
となるレーザ可視光に対しては通常まばたきを含む回避
行動も考慮し、作業者の目に入る可視光ビームの出力が
１ｍＷ以下としてレベル２の適用を受けることが要請さ
れている。

【０００８】そこで、本発明は熱的、機械的擾乱に対し
て影響を受けにくく、コンパクトで組み立てが容易で、
また送光光ビームの好適な形状と送光・受光方向が距離
測定装置の基準面に対して正しい方向に無調整で組み立
てることができ、さらに作業者の眼に対する安全性を配
慮した簡便な構成と太陽光の影響を軽減でき、加えて、
受光光学系の汚れ検出と受信信号処理回路のセルフチェ
ック機能とを兼ねたコンパクトな距離測定手段を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、箱状をなすホルダの前部壁と後部壁とを
連結するように形成された隔壁により内部空間を隣接し
た送光空間と受光空間とに画成し、該送光空間の後部壁
に光源素子が取り付けられた送光基板を配置するととも
に、前記光源素子から発した光束を監視領域内の測距対
象まで送光するための送光光学系を、前記送光空間の前
部壁に形成された送光開口に配置する一方、前記測距対
象から反射した光束を、前記受光空間内に取り込む受光
光学系を、前記受光空間の前部壁に形成された受光開口
に配置するとともに、該受光空間内に取り込まれた受光
光束を検知する受光素子が前記受光空間の後部壁に配置
された受光基板に取り付けられ、前記光束の前記光源素
子、前記測距対象、前記受光素子間との行程時間をもと
に前記測距対象までの測距を行うようにしたことを特徴
とする。

【００１０】このとき前記光源素子に、直交する２方向
の発散角が異なる光源素子を用い、２方向の発散角う
ち、発散角の大きい方向を水平方向に設定し、該光源素
子と前記送光光学系の送光レンズとの位置関係をデフォ
ーカス状態に設定することを特徴とする。

【００１１】前記受光光学系内の受光レンズと、前記受
光素子との間に円錐台形状のブレード群を装着したこと
を特徴とする。

【００１２】前記受光光学系内の受光レンズの中心を照
明する照明手段と、該照明手段をパルス駆動する駆動回
路と、散乱光を受光する受光素子と、該受光素子からの
光電変換された出力のピーク値を検出するピーク値検出
回路とを備えたことを特徴とする。

【００１３】前記受光素子のサイズｄは、監視領域まで
の距離ｓ、監視領域でのエリアＡ、受光レンズの焦点距
離ｆ、設定誤差ｅ、送光光学系と受光光学系の軸ずれ量
βとして ｄ≧Ａ・ｆ／ｓ＋２（ｅ＋ｆ・ｔａｎβ） の不等式を満足することを特徴とする。

【００１４】前記受光基板は、自己参照法による受信信
号処理回路を備えたことを特徴とする。

【００１５】前記送光光学系は、その瞳の水平方向およ
び垂直方向の開口をそれぞれ独立に制限する絞りを備え
たことを特徴とする。

【００１６】前記送光光学系内の送光レンズは、焦点距
離ｆ、該送光レンズと光源との軸ずれ量ε、受光光学系
の受光角ω、０．１以下の定数をｋとしたとき、 ｆ≧ε／ｔａｎ（ｋω） を満足するように焦点距離ｆが設定されたことを特徴と
する。

【００１７】前記送光光学系は、該送光光学系の瞳を垂
直方向に２分し、それぞれを透過する光束が監視領域の
遠点において、送光光学系の光軸上でほぼ重なるように
偏向させるプリズムを備えたことを特徴とする。

【００１８】前記送光光学系は、前記光源素子が取り付
けられた送光基板上に並設された可視光源素子と、前記
送光光学系の光軸と平行に可視光源素子からの可視光を
コリメートし、前記送光用レンズとほぼ同じ焦点距離を
有してインフォーカス状態の位置に設置された可視光送
光レンズと、可視光送光光学系の瞳の開口を制限する絞
りとを備えたことを特徴とする。

【００１９】前記ブレード群の受光レンズ光軸側の面に
反射性塗料が施されたことを特徴とする。

【００２０】前記可視光送光レンズは、フレネルレンズ
が使用されたことを特徴とする。

【００２１】前記可視光送光レンズは、その一面にリン
グ状ないし十字状の刻線が施されたことを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図
１は距離測定装置の全体構成を分解して示した概略分解
斜視図である。同図に示したように、本発明の距離測定
装置は各部品がホルダ１５０をベースとして統合的に組
み上げられ、ホルダ１５０がアッパーケース１５Ａ、ロ
アケース１５Ｂからなるカバーケース１５内に上下から
挟まれるように収容されている。さらにカバーケース１
５は、不図示の取付け用ブラケットを介して車体の一部
に取付けられるようになっている。

【００２３】ホルダー１５０は箱状構造体からなり、図
２に概略構成を示したように、前部壁１５１と後部壁１
５２との間には内部空間を二分する隔壁１５３が一体成
形されている。隔壁１５３で二分された送光空間１１
２、受光空間１１３に対応した位置の後部壁１５２には
送光基板１０１と受光基板１０４とが取り付けられてい
る。さらにそれぞれの基板１０１、１０４は独立して送
光基板シールドケース１２０と受光基板シールドケース
１２１とで覆われている。一方、前部壁１５１には光学
系開口を構成する送光開口１１７、可視光開口１１６及
び受光開口１１９が形成されている。さらにそれぞれの
開口１１６、１１７、１１９には後述する送光光学系と
受光光学系のレンズ群（１０６、１０７、１０８）が押
さえプレート１２１とレンズカバー１１２とにより固定
された状態で保持されている。各部品はホルダ１５０に
一体的に組み立てられた後にアッパケース１５Ａ、ロア
ケース１５Ｂからなるカバーケース１５内に固定した状
態で収容される。アッパーケース１５Ａの前面に形成さ
れた窓１５ａ、１５ｂには受光ガラス１７２と送光ガラ
ス１７１が取り付けられ、ビーム光路となる窓を保護す
るようになっている。

【００２４】ここで、図３を参照して光学系開口の構成
について説明する。図３はホルダ１５０の前部壁１５１
を示した正面図である。この前部壁１５１には前述した
ように光学系開口を構成する送光開口１１６、可視光開
口１１７及び受光開口１１９が形成されている。そし
て、図１に示したように、各開口には送光レンズ１０
６、可視光レンズ１０７、受光レンズ１０８が取り付け
られている。本実施の形態では、各開口の大きさ及び配
置は図３に示したように決定されているが、各レンズの
配置および大きさは装置の機能を有効に引き出すために
任意に設定することができる。図１に示したように、送
光レンズ１０６と受光レンズ１０８とは左右に分離され
た構造となっているが、ホルダ１５０を収納するアッパ
ーケース１５Ａの窓も左右に分離した同様の形状に設定
されている。

【００２５】このように、本発明では送光光学系の窓と
受光光学系の窓とは機械的に分離された構造となってい
る。これは光学的にも窓が分離されていることを意味し
ている。「光学的に」の意味は、送光光学系の窓での送
光ビームの散乱光が窓材の中を反射、伝播して受光光学
系に侵入することがないことを意味する。このようにホ
ルダ１５０を主体とした本体構成は、前述のように内部
に隔壁１７０を有する断面矩形のボックス状構造体から
なり、機械的、熱的に剛性の高い構造を有し、光学的に
は送光光学系と受光光学系とが分離された構造となって
いる。

【００２６】次に、図４、図５を参照してホルダー１５
０の後部壁１５２に取り付られた光源について説明す
る。図４は光源１０３の取付高さでのホルダ１５０の平
断面図、図５は可視光源１０２の取付高さでのホルダ１
５０の平断面図である。ホルダー１５０の内部空間は隔
壁１５３で二分され、それぞれ送光用空間１１２と受光
用空間１１３とに区画されている。後部壁１５２の一部
には凹所形状をなす送光基板収納部１６０と受光基板収
納部１６１とが設けられている。これらのうち送光基板
収納部１６０には送光基板１０１が収容されている。送
光基板１０１上には可視光源１０２と光源１０３とが上
下位置となるように取り付けられている。

【００２７】本実施の形態では、光源１０３には直交す
る２方向の発散角が異なる性質をもつ所定出力のレーザ
ーダイオードが採用されている。この光源１０３は、ホ
ルダ１５０に形成された貫通孔１１４に機械的に嵌合さ
れた状態で取り付けられている。図６（ａ）はこの取付
状態を示した部分拡大図である。同図に示したように、
送光基板１０１に固定された光源１０３の基準側面３０
１は貫通孔１１４の内周面３０２とクリアランスＣをも
って嵌合するようになっている。基準側面３０１は、距
離測定装置の基準面（図示せず）に対して直交あるいは
平行といった一定の位置関係に設定されている。このよ
うに光源１０３はクリアランスＣを有する精度の高い機
械的嵌合をもってホルダ１５０に固定されることから、
その位置および方向は機械的に正確に定めることができ
る。クリアランスＣは５／１００ｍｍ程度の精度を有す
る。

【００２８】一方、図５に示した可視光源１０２には直
交する２方向の発散角がほぼ同一となるレーザーダイオ
ードが採用されている。この可視光源１０２も後部壁１
５２に形成された貫通孔１１５に嵌合されている。この
可視光源１０２の取付部では光源１０３の取付部に比べ
精度の高い嵌合は必要とされない。

【００２９】受光基板収納部１６１内には受光素子１０
５が固定された受光基板１０４が収納、固定されている
（図４参照）。受光基板収納部１６１とホルダ１５０の
受光用空間１１３との間の後部壁１５２には貫通孔１１
８が形成されている。この貫通孔１１８の所定位置に受
光素子１０５が機械的嵌合されている。さらに図１にも
示したように、送光基板シールドケース１２０により送
光基板収納部１６０全体が、受光基板シールドケース１
２１により受光基板収納部１６１全体が外側から覆われ
ている。これらのシールドケースにより送光基板１０
１、受光基板１０４は電磁気的にシールドされる。

【００３０】次に、前部壁１５１に形成された光学系開
口の構成について説明する。図４、図５に示したよう
に、前部壁１５１には送光開口１１６、可視光開口１１
７、受光開口１１９が形成されている。さらに送光開口
１１６、可視光開口１１７、受光開口１１９の前面には
それぞれ開口寸法よりわずかに大きな寸法の凹所が形成
された送光レンズ保持部１１６ａ、可視光レンズ保持部
１１７ａ、受光レンズ保持部１１９ａが設けられてい
る。

【００３１】送光レンズ保持部１１６ａの凹所には凹所
とほぼ同寸法の送光レンズ１０６が嵌合され、ゴム製の
押さえプレート１２１、レンズカバー１２２を介して凹
所内に固定されている（図１参照）。本実施の形態では
送光レンズ１０６にはフレネルレンズが使用されてい
る。光源１０３および送光レンズ１０６はそれぞれ機械
的嵌合によりホルダ１５０に固定された状態で送光光学
系を構成しているので、ホルダ１５０に対する送光光学
系の送光方向は正確に定めることができる。本実施の形
態では送光光学系において、光軸調整のために送光レン
ズ１０６と所定の離隔をとって扁平なプリズム１２０が
装着されている。受光レンズ１０８、後述する可視光レ
ンズ１０７も同様の押さえ部材を用い機械的嵌合により
それぞれ受光開口、可視光開口位置に固定されている。

【００３２】なお、図４、図５には、このように設定さ
れた送光光学系の送光ビームの光路、可視光光学系の可
視光ビームの光路、受光光学系の受光ビームの光路がそ
れぞれ符号１３０、１３１、１３２で示されている。

【００３３】このとき送光レンズ１０６、可視光レンズ
１０７、受光レンズ１０８などの各種レンズは組み立て
の簡易化と誤り防止のために、図７に示したように非対
称性に仕上げられている。たとえば送光レンズ１０６に
おいて、同図（ａ）はレンズ１０６の四隅のうち一隅１
０６ａの角をとらずに残すようにした例を、同図（ｂ）
はレンズ１０６の一辺にキー溝１０６ｂを設けた例を示
している。

【００３４】図６（ｂ）、図６（ｃ）は送光基板１０１
への光源１０３の取付構造の変形例を示したものであ
る。図６（ｂ）において、符号３０３は取付け部での逃
げ、符号３０４は逃げ３０３に装着されるスペーサ、符
号３０５は光源１０３のリード線３０６を基板１０１に
固定するハンダ付け部を示している。光源１０３はハン
ダ付け部３０５を介して送光基板１０１に固定されると
ともに、内周面３０２を介して貫通部１１４に嵌合され
ている。送光基板１０１はホルダ１５０にネジ（図示せ
ず）などの固定手段により固定されている。このため外
部からの熱的擾乱が加えられた場合、各部分の膨張係数
の相違は光源１０３のリード線３０６に加えられた熱応
力として現れる。この影響を軽減するために、逃げ３０
３、スペーサ３０４でリード線３０６の長さを長くして
熱応力に対応させている。図６（ｃ）はリード線３０６
を湾曲させて発生応力に対応させたものである。

【００３５】次に、送光ビームの形成方法について図８
を参照して説明する。光源Ａ（装置の光源１０３に相
当）と送光レンズ１０６の位置関係を図８に示す。同図
において、符号５１０は送光レンズ１０６の光軸、符号
Ｆは焦点、符号Ａは焦点Ｆの内側に設定された光源、符
号Ｂはその虚像、符号１３０は光源Ａから光軸５１０に
対してθの開き角で発散する光線を表わし、符号１３０
Ｂはこの光線１３０が送光レンズ１０６により屈折さ
れ、虚像Ｂから発散する仮想光路を表わす。送光用レン
ズ１０６から光軸上の距離ｓだけ離れた所でのビーム径
２ｗ、送光レンズ１０６の焦点距離ｆ、送光レンズ１０
６から光源Ａまでの距離ａとすると、 ｗ＝（ｓ（１−ａ／ｆ）＋ａ）ｔａｎθ …（１） 光源Ａをａ＜ｆの位置、すなわちデフォーカス位置に設
定すれば、ビーム径２ｗは送光レンズ１０６からの距離
ｓとともに増大し、光源Ａからの開き角θが大きいほど
大きくなる。たとえばｆ＝３５．５ｍｍ、ａ＝３２．３
ｍｍ、ｓ＝３０ｍ、光源Ａの発散角が大きい方向を水平
方向に設定して、θ（水平）＝３０°とすると水平方向
のビーム径２ｗは３．２ｍとなり、θ（垂直）＝１０°
とすると垂直方向のビーム径２ｗは１．０ｍとなる。図
９に示したように、ビームの投影形状５５０は水平方向
を長辺とした扁平な楕円形状となる。以上の説明では光
源Ａを送光レンズ１０６の焦点ｆの内側にデフォーカス
させた場合について述べたが、外側にデフォーカスさせ
ても同様の効果を得ることができる。

【００３６】ところで、以上で使用されている送光レン
ズ１０６は、本実施の形態ではフレネルレンズが使用さ
れている（図１０参照）。その送光レンズ１０６の周囲
はレンズ枠５２０によって押さえられ、送光系開口に固
定されている。レンズ枠５２０は光源Ａからの光束を規
制することにより送光光学系の瞳の開口を制限する絞り
の役目も果たしている。すなわち、レンズ枠５２０の水
平方向（横）幅は光源Ａの発散角に対応する幅よりも狭
く、光源Ａから水平方向に発散する光束をレンズ枠５２
０が蹴るように設定されている。この結果、送光レンズ
１０６を透過した光強度分布は、図１１に示したように
中央から漸減する波形５３０の両端にエッジ５４０が形
成された形状となる。

【００３７】このように送光レンズ１０６として単レン
ズを用いた場合でも、光源をデフォーカス位置に設定す
ることにより、横長の光ビーム形状を形成することがで
き、さらにレンズ枠５２０の形状を規定することによ
り、送光光ビームの強度分布を、両端にエッジを有する
形状に整形したり、縦横の比を変更したりすることが可
能となる。両端にエッジを有する分布形状により、障害
物が送光光ビームをよぎったときに、より速やかに障害
物を検出することができるようになる。

【００３８】さらに図１、図１２に示したように、プリ
ズム１２０を送光レンズ１０６と併用して、より好適な
光ビーム形状を形成することも可能である。図１２にお
いて、符号１２０はプリズム、符号５６０は監視領域の
遠点にある障害物、符号１３０は、光源Ａから発散する
光束のうち光軸５１０より上半分が送光レンズ１０６で
コリメートされ、プリズム１２０で下側（光軸側）に偏
向された光束を表わす。同様に光源Ａから発散する光束
１３０Ｂのうち、光軸５１０より下半分の光束は送光レ
ンズ１０６でコリメートされ、プリズム１２０で上側
（光軸側）に偏向される。両光束が監視領域の遠点にあ
る障害物５６０で重なるようにプリズム１２０の頂点１
２０ａの位置が調整される。このようにすると、図９に
示したビーム形状５５０の垂直方向の広がりを１／２に
するとともに、強度分布の空間的平均化を可能とし、監
視領域の遠点まで高いＳ／Ｎ比での障害物の検出を可能
とする。

【００３９】装置の測定精度を高めるためには、送光光
ビーム１３０の方向を受光光学系の光軸にできるだけ平
行に設定することが必要である。すなわち送光光ビーム
１３０の方向は光源１０３の位置と送光レンズ１０６の
中心の位置で定められるが、両者は前述のようにホルダ
１５０に機械的嵌合により位置決めされ、特に光源１０
３については厳しいクリアランス（たとえば５／１００
ｍｍ）の下で位置決めされ、ホルダ１５０の不図示の基
準面に対してほぼ定められた方向に送光することができ
る。受光光学系の受光角ω（片側）は、受光素子１０５
の径をφ、受光レンズ１０８の焦点距離をｆとしたと
き、ω≦ａｒｃｔａｎ（φ／（２ｆ））として与えられ
る。一方、送光ビーム１３０の方向の誤差は、送光レン
ズ１０６と光源１０３の光軸に直交する方向の総合され
た軸ずれ量εと送光レンズ１０６の焦点距離ｆ（受光レ
ンズ１０８の焦点距離ｆとほぼ同じに設定する）とから
ａｒｃｔａｎ（ε／ｆ）として与えられる。この方向誤
差が受光光学系の受光角ωの１０％ぐらいの範囲に収め
ることが受信信号のＳ／Ｎ比の点から好適である。 ａｒｃｔａｎ（ε／ｆ）≦０．１ω≦０．１ａｒｃｔａ
ｎ｛φ／（２ｆ）｝ あるいはｋを比例定数として、ａｒｃｔａｎ（ε／ｆ）
≦ｋωが要請される。これを変形して受光角ωと軸ずれ
量εが与えられたときに、送光レンズ１０６の焦点距離
ｆに対する要請として、 ｆ≧ε／ｔａｎ（ｋω） …（２） 式（２）において、例えばε＝０．１２ｍｍ、ｋ＝０．
１、ω＝２°としてｆ≧３４．４ｍｍが得られる。従来
例では数ｍｍ以下の焦点距離が選ばれていることを考え
ると、送光光学系、受光光学系を機械的精度のみに依存
して組み立てて、無調整で必要なＳ／Ｎ比が得られるた
めには、１０倍近く長い焦点距離の送光レンズを選択す
ることが求められる。高出力の半導体レーザは、その発
光領域が極めて扁平な形をしており、活性層に平行な長
さがたとえば３００μｍ、直交する方向の幅が２μｍと
いった数値が知られている。このため送光レンズの焦点
距離をｆ、発光領域の長手方向の長さをｐとすると、ａ
ｒｃｔａｎ（ｐ／ｆ）の拡がり角を本質的に有し、デフ
ォーカスで拡がり角αを制御しようとすれば、ａｒｃｔ
ａｎ（ｐ／ｆ）＜＜αを満足するようにパラメータを選
択しておく必要がある。例えばｐ＝３００μｍ、α＝４
°とすればｆ＞＞ｐ／ｔａｎα＝４．３ｍｍとなる。５
〜６倍から１０倍ぐらいの余裕をみると焦点距離ｆとし
て２０〜４０ｍｍ程度は必要となる。

【００４０】距離測定装置を車両に取付ける際の目印と
する可視光ビームの眼に対する安全性でもっとも厳しい
条件は、可視光ビームの中に眼を置いて直接ビームをみ
る場合である。特に可視光送光レンズの射出口付近に眼
を置いた場合が厳しい。この場合でも限界開口（７ｍｍ
φ）に拡がった瞳に入射する光量が１ｍＷ以下であれ
ば、クラス２の安全性が適用される。また可視用ビーム
を装置の取り付けのための目印とするためには、ビーム
の中心がどこかを容易に特定できる必要がある。これら
の条件を満足する構成として、可視光源を可視光送光レ
ンズの焦点距離（インフォーカス）に置き、可視光送光
レンズの焦点距離を赤外送光レンズの焦点距離と同じく
長くして、送出される可視光ビームの径をできるだけ拡
大しておくことが考えられる。たとえばｆ＝４０ｍｍと
し、光源からのビームの拡がり角をθ（垂直）＝２５
°、θ（平行）＝８°とすれば、可視光送光レンズの出
口では３７×１１ｍｍに拡大、コリメートされたビーム
となる。この位置に限界開口の瞳を置くと、拡散が小さ
い場合でも光源から送出される光量の１／４以下とな
る。このため、可視光源として３ｍＷ程度の出力の可視
半導体レーザを用いてもクラス２が適用される。

【００４１】さらに、装置の位置決めのためにはビーム
径の中心を特定できることが好ましい。このため、可視
光レンズとしてフレネルレンズを用いることが好まし
い。フレネルレンズは同心円状に刻まれた溝での散乱光
成分が同心円状のパターンを描くので、ビーム中心を特
定することが容易に行える。また、通常のレンズでも同
心円状あるいは十字線などの指示線を出力側に形成して
おくことにより容易にビーム中心の特定が行える。

【００４２】次に、受光素子の好ましいサイズについて
説明する。図１３において、矢印で示したエリアＡは距
離測定装置から距離ｓだけ離れたところでの監視領域を
表わしている。エリアＡと受光レンズ１０８を挟んで反
対側のレンズ焦点位置の近傍には表面実装タイプの受光
素子１０５が配置されている。本実施の形態では、受光
素子１０５はハンダ付けにより受光基板１０４上に固定
されている。この受光素子１０５のサイズは、エリアＡ
を監視するのに十分な大きさに加え、設定誤差ｅを考慮
した寸法とすることが好ましい。設定誤差ｅとしては、
送光基板の固定ビス孔の公差、送光基板の固定ビス孔と
基板のパターン公差、受光素子のハンダ付け位置公差、
受光素子のケースと受光素子チップの心ずれなどを考慮
した値とすることが好ましい。具体的には受光レンズ１
０８の焦点距離をｆとしたとき、受光素子のサイズｄは
次の不等式を満足することが望ましい。 ｄ≧Ａ・ｆ／ｓ＋２ｅ さらに、送光光学系と受光光学系の軸ずれ量βを考慮す
ると ｄ≧Ａ・ｆ／ｓ＋２（ｅ＋ｆｔａｎβ） この制限は受光光学系を無調整で組み立てるために重要
な因子となる。数値例を挙げれば、Ａ＝２ｍ、ｆ＝３５
ｍｍ、ｓ＝３０ｍｍ、ｅ＝０．５ｍｍ、β＝２°として
ｄ≧３．６ｍｍとなる。

【００４３】次に、小型化された庇によって太陽光の影
響の軽減する方法について図１４を参照して説明する。
図１４において、符号Ｆは受光レンズ１０８の焦点を表
わし、符号１３２は、受光レンズ１０８の光軸に平行に
きた到達した受光光束が受光レンズ１０８により焦点Ｆ
に集光される様子を示している。符号８０１は受光光束
１３２を蹴らないように構成されたブレード群である。
本実施の形態ではブレード群は、それぞれが頂角の異な
る同心円状に配置された複数の円錐台形状をなしたブレ
ードからなる。これらのブレード群は枠状のブレード支
持部８０３で支持されるようになっている。このブレー
ド支持部８０３は、受光光学系保持部１１９に挿入さ
れ、一体的に固定されている。

【００４４】このようなブレード群を装着したブレード
支持部８０３をホルダ１５０内に収めることにより、受
光レンズ１０８の光軸に対して傾いて入射する光束は、
焦点Ｆと異なる点に収束されるため、ブレード群８０１
により蹴られる。

【００４５】図１５（ａ）、図１５（ｂ）は受光光学系
の汚れ検出と受信信号処理回路のセルフチェック機能を
合わせた構成を示した模式構成図である。図１５（ａ）
に示したように、符号１７０は赤外発光ダイオードで、
カバーケース（図示せず）の受光ガラス１７２に水滴、
汚れ等の散乱物体１７３が付着し、あるいは受光レンズ
１０８が結露による散乱物体を表わす。赤外発光ダイオ
ード１７０を不図示の駆動回路によりパルス的に駆動
し、受光レンズ１０８、受光ガラス１７２を照射し、そ
の散乱光を受光素子１０５で検出するようになってい
る。

【００４６】図１５（ｂ）は受光レンズ１０８の内側に
ブレード保持部８０３を装着したときの汚れ検出方法を
説明したものである。ブレード８０１は通常庇の役割を
持たせるためにつや消しの黒色塗料が施されている。さ
らに、ブレードの一部の内側面（受光レンズ１０８の光
軸側）には反射性の塗料が施され、外側面にはつや消し
の黒色塗料が塗布されている。これにより、図中矢印で
示した光線は反射して受光レンズ１０８、あるいは不図
示のケース窓を照射することができる。なおケース窓に
は超親水性膜が形成されており、付着水滴の影響を軽減
する処置がなされている。

【００４７】図１６は、受光素子１０５に接続された受
信信号処理回路１０００を示している。この受信信号処
理回路１０００は、受信した光パルスに対する高性能の
信号増幅系を有し、汚れや水滴などからの微弱な散乱光
成分を増幅してピーク値検出部により、その出力信号の
ピーク値を検出できる。これにより汚れの程度や結露の
弁別が可能であるとともに、信号処理回路自身のセルフ
チェック機能をも兼ねることができる。この汚れ測定あ
るいは信号処理回路のセルフチェックは、本来の距離測
定の合間に行われるのがよい。図１６において、符号１
０５は受光素子、符号１１０２は抵抗、符号１１０３は
プリアンプ、符号１１０４はコンデンサ、符号１１０５
は遅延素子、符号１１０６は交点検出回路、符号１１０
７はシフト・線形変換回路、符号１１０８はコンパレー
タ、符号１１０９は出力端子、符号１１１０はピーク値
検出回路、符号１１１１はピーク値出力端子を表わす。

【００４８】図１７（ａ）、図１７（ｂ）は処理信号波
形の概念を示したものである。図１７（ａ）の波形図に
おいて、波形１２００は受信信号、波形１２０１は遅延
された受信信号、波形１２０２は受信信号１２００と遅
延された受信信号１２０１との和信号、波形１２０３は
交点検出回路１１０６によりホールドされた交点値、パ
ルス波形１２０５は遅延された受信信号１２０１とホー
ルドされた交点の値１２０３とをコンパレータ１１０８
で比較して得られるパルス幅Ｗの２値信号を示す。図１
７（ｂ）の波形図において、波形１２０４はシフト・線
形変換回路１１０７で変換されたしきい値信号で、受信
信号１２０１に対して差分１２１０とシフトした位置関
係にある。パルス波形１２１１は遅延された受信信号１
２０１としきい値信号１２０４とをコンパレータ１１０
８で比較して得られる２値信号を表わす。

【００４９】ここで、図１６、図１７によって、回路動
作の一実施の形態を説明する。受信された光パルス信号
は受光素子１０５により光電変換され、抵抗１１０２、
プリアンプ１１０３を介して増幅され、その出力の一部
はピーク値検出回路１１１０により、そのピーク値がピ
ーク値出力端子１１１１に出力される。プリアンプ１１
０３の出力の残りはコンデンサ１１０４を経て二分さ
れ、その一方は遅延素子１１０５に供給される。

【００５０】図１７（ａ）に示した受信信号１２００は
コンデンサ１１０４を経た後の波形であり、遅延された
受信信号１２０１は遅延素子１１０５を経た後の波形を
表わす。交点検出回路１１０６は受信信号１２００と遅
延された受信信号１２０１とからホールドされた交点値
１２０３を生成する。この交点値１２０３は、たとえば
両信号の和信号１２０２を生成し、係数１／２を乗じた
ものをピーク値ホールドすることにより得られる。シフ
ト・線形変換回路１１０７はホールドされた交点の値１
２０３にシフト１２１０と線形係数を施すことによりし
きい値信号１２０４を得るものである。遅延された受信
信号１２０１とホールドされた交点の値１２０３とをコ
ンパレータ１１０８で比較して得られる２値信号パルス
１２０５の立ち上がりは、受信信号１２００と遅延され
た受信信号１２０１との交点に対応し、遅延素子１１０
５により与えられる遅延量が一定であれば、受信信号１
２０１のピーク位置と一定の関係にあり、受信された光
パルス信号の受信時刻を知ることができる。２値信号１
２０５のパルス幅Ｗの半分の位置が遅延された受信信号
１２０１のピーク位置に相当する。シフト・線形変換回
路１１０７の役割は差分１２１０を与えることにより、
遅延された受信信号１２０１をホールドされた交点の値
１２０３でコンパレートするときに信号の０レベル付近
で生ずる不安定な２値信号の発生を抑制することにあ
る。

【００５１】なお、ピーク値検出回路１１１０の代わり
に、交点検出回路１１０６が有する、ホールドされた交
点値１２０３を生成する機能を利用して、ピーク値の代
わりにホールドされた交点値を使うことも可能である。
図１６の受信信号処理回路は、受信信号１２００と遅延
された受信信号１２０１との交点をホールドして利用す
る（これを自己参照法と呼ぶ。）この自己参照法は、受
信信号の振幅に影響されにくい性質をもっている。本発
明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、
種々の変更あるいは機能の追加が可能である。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように熱的、機
械的擾乱に対して影響を受けにくく、コンパクトで組み
立てが容易で、また送光光ビームの好適な形状と送光・
受光方向が距離測定装置の基準面に対して正しい方向に
無調整で組み立てることができ、さらに作業者の眼に対
する安全性を配慮した簡便な構成と太陽光の影響を軽減
でき、加えて、受光光学系の汚れ検出と受信信号処理回
路のセルフチェック機能とを兼ねたコンパクトな距離測
定手段を実現できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の距離測定装置の一実施の形態における
内部の構成を示した概略分解斜視図。

【図２】ホルダの内部空間の概略構成を示した平面図。

【図３】図２に示したホルダの前部壁の光学系開口を示
した正面図。

【図４】図３のIII−III断面線に沿ってホルダ内の光源
及び光学系を示した平断面図。

【図５】図３のIV−IV断面線に沿ってホルダ内の光源及
び光学系を示した平断面図。

【図６】送光用光源の取付状態を示した部分拡大図。

【図７】レンズに施された組み立ての簡易化、誤り防止
例を示した説明図。

【図８】送光ビームの形成方法を示した説明図。

【図９】送光ビームの光束形状を投影して示した模式
図。

【図１０】送光レンズの形状例を示した説明図。

【図１１】送光レンズを透過した光束の光強度分布を模
式的に示した説明図。

【図１２】送光レンズとプリズムとを併用したときの送
光ビームの形成方法を示した説明図。

【図１３】受光素子の好ましいサイズを模式的に示した
説明図。

【図１４】受光レンズの光軸に対して傾いて入射する光
束を除去するブレード群の配置例を示した説明図。

【図１５】受光光学系の汚れ検出方法のための構成を示
した説明図。

【図１６】受光素子に接続された受信信号処理回路を示
した回路図。

【図１７】図１６に示した処理回路により信号処理され
た信号の波形図。

【符号の説明】

１５ カバーケース １０２ 可視用光源 １０３ 光源 １０５ 受光素子 １０６ 送光レンズ １０７ 可視光レンズ １０８ 受光レンズ １１２ 送光空間 １１３ 受光空間 １１６ 送光開口 １１７ 可視光開口 １２０ プリズム １３０ 送光ビーム光束 ５２０ レンズ枠 ５３０ 光強度分布図 ８０１ ブレード群 １０００ 受信信号処理回路

フロントページの続き (72)発明者 柳 英治 滋賀県愛知郡愛知川町愛知川658番地 タ カタ株式会社愛知川製造所内 (72)発明者 山西 高広 滋賀県愛知郡愛知川町愛知川658番地 タ カタ株式会社愛知川製造所内 (72)発明者 森野 誠治 滋賀県愛知郡愛知川町愛知川658番地 タ カタ株式会社愛知川製造所内 (72)発明者 加藤 正彦 東京都渋谷区幡ヶ谷２−43−２ オリンパ ス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F112 AA02 BA10 CA05 DA04 DA10 DA25 DA28 5J084 AA05 AB01 AC02 AD01 BA04 BA11 BA32 BB02 BB06 BB11 CA03 CA22 DA01 DA05 DA09 EA31

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】箱状をなすホルダの前部壁と後部壁とを連
   結するように形成された隔壁により内部空間を隣接した
   送光空間と受光空間とに画成し、該送光空間の後部壁に
   光源素子が取り付けられた送光基板を配置するととも
   に、前記光源素子から発した光束を監視領域内の測距対
   象まで送光するための送光光学系を、前記送光空間の前
   部壁に形成された送光開口に配置する一方、前記測距対
   象から反射した光束を、前記受光空間内に取り込む受光
   光学系を、前記受光空間の前部壁に形成された受光開口
   に配置するとともに、該受光空間内に取り込まれた受光
   光束を検知する受光素子が前記受光空間の後部壁に配置
   された受光基板に取り付けられ、前記光束の前記光源素
   子、前記測距対象、前記受光素子間との行程時間をもと
   に前記測距対象までの測距を行うようにしたことを特徴
   とする距離測定装置。
2. 【請求項２】前記光源素子に、直交する２方向の発散角
   が異なる光源素子を用い、２方向の発散角うち、発散角
   の大きい方向を水平方向に設定し、該光源素子と前記送
   光光学系の送光レンズとの位置関係をデフォーカス状態
   に設定したことを特徴とする請求項１記載の距離測定装
   置。
3. 【請求項３】前記受光光学系内の受光レンズと、前記受
   光素子との間に円錐台形状のブレード群を装着したこと
   を特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
4. 【請求項４】前記受光光学系内の受光レンズの中心を照
   明する照明手段と、該照明手段をパルス駆動する駆動回
   路と、散乱光を受光する受光素子と、該受光素子からの
   光電変換された出力のピーク値を検出するピーク値検出
   回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の距離測
   定装置。
5. 【請求項５】前記受光素子のサイズｄは、監視領域まで
   の距離ｓ、監視領域でのエリアＡ、受光レンズの焦点距
   離ｆ、設定誤差ｅ、送光光学系と受光光学系の軸ずれ量
   βとして ｄ≧Ａ・ｆ／ｓ＋２（ｅ＋ｆ・ｔａｎβ） の不等式を満足することを特徴とする請求項１記載の距
   離測定装置。
6. 【請求項６】前記受光基板は、自己参照法による受信信
   号処理回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の距
   離測定装置。
7. 【請求項７】前記送光光学系は、その瞳の水平方向およ
   び垂直方向の開口をそれぞれ独立に制限する絞りを備え
   たことを特徴とする請求項２記載の距離測定装置。
8. 【請求項８】前記送光光学系内の送光レンズは、焦点距
   離ｆ、該送光レンズと光源との軸ずれ量ε、受光光学系
   の受光角ω、０．１以下の定数をｋとしたとき、 ｆ≧ε／ｔａｎ（ｋω） を満足するように焦点距離ｆが設定されたことを特徴と
   する請求項２記載の距離測定装置。
9. 【請求項９】前記送光光学系は、該送光光学系の瞳を垂
   直方向に２分し、それぞれを透過する光束が監視領域の
   遠点において、送光光学系の光軸上でほぼ重なるように
   偏向させるプリズムを備えたことを特徴とする請求項２
   記載の距離測定装置。
10. 【請求項１０】前記送光光学系は、前記光源素子が取り
    付けられた送光基板上に並設された可視光源素子と、前
    記送光光学系の光軸と平行に可視光源素子からの可視光
    をコリメートし、前記送光用レンズとほぼ同じ焦点距離
    を有してインフォーカス状態の位置に設置された可視光
    送光レンズと、可視光送光光学系の瞳の開口を制限する
    絞りとを備えたことを特徴とする請求項２記載の距離測
    定装置。
11. 【請求項１１】前記ブレード群の受光レンズ光軸側の面
    に反射性塗料が施されたことを特徴とする請求項３記載
    の距離測定装置。
12. 【請求項１２】前記可視光送光レンズは、フレネルレン
    ズが使用されたことを特徴とする請求項１０記載の距離
    測定装置。
13. 【請求項１３】前記可視光送光レンズは、その一面にリ
    ング状ないし十字状の刻線が施されたことを特徴とする
    請求項１０記載の距離測定装置。