JPH0448210A - 光学式距離センサ - Google Patents

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、光学式距離センサに関するものである。

〔従来の技術］ 海中を航行する無人航行潜水挺（以下ＡＵＶという）は
、各種の探査目的や水中ロボット作業目的などの目的に
有用であるので従来から開発が行われている。このＡＵ
Ｖを航行制御する場合には、ＡＵＶから目標対象物体に
接近したり、海底などの障害物に接近して航行する制御
を行う場合には、対象物体の近距離の画像情報から正確
に距離を測定することが極めて重要となる。

このように、観測位置からの遠隔測定によって、比較的
近距離にある対象物体までの距離を測定する手段は、従
来から種々開発されている。

これらの測定手段には超音波を用いたものもあるが、距
離センサを複数用いる場合には相互干渉による誤作動の
危険があり、またヘドロが堆積したり海藻が繁茂した海
底までの距離を測定する場合には、音波による距離測定
は誤差が大きくなる。これに対して光学的手段は、前記
の干渉の問題や対象物体の表面状態による影響を排除し
易いという利点があるので、従来がら光学的距離測定手
段が種々開発されている。

以下光学的手段を用いて三角測量の原理を応用した従来
の測定方法を第２図によって説明する。図において、距
離センサｌには投光部２と受光部４とを有しており、投
光部２は、投光装置６と投光レンズ８とから成っている
。

投光装置６は、一般に発光ダイオードや半導体レーザ素
子などから成り、投光装置６がらの光を投光レンズ８に
よって平行光線とした光束１０を対象物体１２に向かっ
て放射する。また受光部４は、受光レンズ１４と直線型
位置検出素子（以下ＰＳＤという）１６とから成ってい
る。ＰＳＤ１６は、受光レンズ１４から焦点距離Ｆを離
れた位置に配置して、対象物体１２の反射光１８がＰＳ
Ｄ１６上に結像するようにしている。

前記ＰＳＤ１６は、細長い半導体の光電変換素子１８の
両端に電極Ｅ、、Ｅ、を取付けたアレイ式素子である。

そして長さＬの光電変換素子１８上にスポット光が当た
ると、電極ＥＮ、ＥＦからは、前記スポット光の入射位
置から両端の電極ＥＮ。

Ｅｒまでの距離Ｘ）ｔ、Ｘｙに反比例した電流ＩＮ。

Ｉ　ｙ（Ｉ　Ｎ／　Ｉ　Ｆ＝　Ｘ　ｙ／　Ｘ　Ｎ）を出
力する。

したがってレンズ８．１４と対象物体１２との距離Ｚは
、三角測量の原理から、 となる。したがって、電子装置を用いることにより自動
的に距離を求めることができ、従来からカメラの自動焦
点用センサや生産ラインの位置決めセンサとして使用さ
れている。

しかしながら前記手段は、対象物体の変位が大きくなる
ほど変位量の測定精度が悪くなるという欠点がある。更
に、局所的温度変化などで空気の屈折率が変わる場合や
、油やほこりなどで光学系が汚れるなど環境の影響を受
けやすく、また対象物体が鏡面の場合に適用できないな
どの問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、前記変位量を精度よく測定するために、２か所
から対象物体の同一場所にレーザー光の光束を同じ入射
角で照射し、その対象物体の表面が変位した場合に起こ
る反射光の変化を検出して測定するようにした特開昭４
７−１９８４６号公報の先行技術がある。この公報に記
載された反射光変化の検出器は、光電変換器をスリット
を設けた回転ドラム内に配置したものを使用している。

即ち、２箇所から一点に照射したレーザー光線は、物体
から前記検出器に向かって二つの反射光となって観測さ
れる。次いで反射位置が変位すると、前記２か所から放
射した光は別々の位置を照射することになるので、反射
位置は２か所に分離する。したがって、前記回転ドラム
のスリットが、２か所からの反射光のいずれかを捕らえ
た時に光電変換器は電流を出力するので、前記変位が大
きいほど前記電流の出力時間間隔は広くなる。したがっ
て、前記時間差から変位を測定することができる。

以上の説明から分かるように前記公報の先行技術は、僅
かな変位、例えばヘルド上を走行する物体の高さを測定
する場合などに通していても、距離が大きく変わるＡＵ
Ｖに装備する光学的距離測定装置として採用することは
できない。

本発明は、以上の問題に着目して成されたものであり、
光学的三角測量手段を用いることにより高い精度で、し
かも測定可能範囲で距離変化が大きい場合にも正確に距
離及びその変化を測定でき、しかも小型として例えばＡ
ＵＶに搭載可能な光学式距離センサを提供することを目
的としている。

（課題を解決するための手段） 以上の目的を達成するための本発明の光学式距離センサ
の構成は、対象物体に向けて光束を放射する投光部と、
対象物体からの反射光を前記光束から距離Ｂだけ離した
位置に配置した受光レンズに受け、この受光レンズの焦
点距離Ｆ離れた位置に配置した直線型位置検出素子上に
結像させる受光器を複数設け、それぞれの受光部を前記
直線型位置検出素子の前記光束に近い側の電極から出力
する電流ＩＮと遠い側の電極から出力する電流■、との
比Ｉ　、／　Ｉ　、を各受光部ごとに求め、前記対象物
体と前記受光レンズとの距離Ｚを次式、 但しｎは受光部の数を表す。

から算出する演算部を設けたものである。

前記光学式距離センサは、空気中、水中いずれにも使用
することができる。

受光部の数ｎが、３以上の場合には、例えば、光源の周
囲に放射状に受光部を配置することによって本発明光学
式距離センサを形成することができる。

〔実施例〕

以下添付の図面を対照して、一実施例により本発明の光
学式距離センサを具体的に説明する。

第１図は、本実施例の光学式距離センサの概要説明図で
ある。図において光学式距離センサ１の投光部２は１個
であるのに対し２個の同じ仕様の受光部４１．４□を投
光部２に対して対称的に配置している。投光部２は緑色
レーザー光を１ビーム放射する投光装置６と光学ガラス
から成る投光窓８′とから成り、投光装置６の光軸から
それぞれ距離Ｂ離れた位置に受光レンズ１４、、１４□
を配置する。Ｐ　Ｓ　Ｄ１６．．１６□は、受光レンズ
１４□、１４！からレンズの焦点距離Ｆだけ離した位置
に配置した。

ＰＳＤ１８．の電極ＥＮＩ、Ｅ□及びＰＳＤ１８□の電
極ＥＮ□、ＥＦ２のそれぞれから出力される電流Ｉ　Ｎ
Ｉ＋　Ｉ　ＦＩ＋　　Ｉ　Ｎ！、　Ｉ　ｖｚを増幅器２
０に与え、増幅されたのちＡ／Ｄ変換器２２によってデ
ィジタル信号に変換されたのち、演算部２４に与えられ
る。演算部２４では次式、 によって演算が行われ、距離Ｚの信号が表示器２６に与
えられる。

４゜ したがって、本発明によれば、従来の光学式距離センサ
より、正確に、しかも高い精度で測定することが可能で
あり、光源を中心に放射状に単位受光部を配置すること
によって、コンパクトで、しかも正確でしかも高い精度
の測量器を提供すことができる。したがって、測定距離
変化の大きいＡＵＶに搭載することが可能である。

（発明の効果〕 以上説明したように本発明の光学式距離センサは、一つ
の光源からの反射光を複数のアレイ弐光変換素子上に別
々に結像させ、これらの素子から出力される電流比を用
いた三角測量方式により平均化した距離を算出するよう
にしたので、比較的簡単な構成により正確に、且つ測定
精度を従来のものより向上させることができるという効
果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一実施例による光学式距離センサの概要説明
図、第２図は従来の光学式距離センサの概要説明図であ
る。 １・・・光学式距離センサ、２・・・投光部、４，４．
。 ４□・・・受光部、６・・・投光装置、ｌＯ・・・光束
、１２・・・対象物体、１４，１４．．１４□・・・受
光レンズ、１６・・・直線型光変換素子（Ｐ　Ｓ　Ｄ）
、１８・・・反射光、２４・・・演算部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 対象物体に向けて光束を放射する投光部と、対象物体か
   らの反射光を前記光束から距離Ｂだけ離した位置に配置
   した受光レンズに受け、この受光レンズの焦点距離Ｆ離
   れた位置に配置した直線型位置検出素子上に結像させる
   受光器を複数設け、それぞれの受光部を前記直線型位置
   検出素子の前記光束に近い側の電極から出力する電流Ｉ
   ＿Ｎと遠い側の電極から出力する電流Ｉ＿Ｆとの比Ｉ＿
   Ｎ／Ｉ＿Ｆを各受光部ごとに求め、前記対象物体と前記
   受光レンズとの距離Ｚを次式、▲数式、化学式、表等が
   あります▼ 但しｎは受光部の数を、Ｌは受光部の長さをそれぞれ表
   す。 から算出する演算部を設けた光学式距離センサ。