JPH07306260A

JPH07306260A - 距離測定装置

Info

Publication number: JPH07306260A
Application number: JP6122083A
Authority: JP
Inventors: Akio Takahama; 昭夫高浜; Tadahiko Hoshi; 忠彦星
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1994-05-12
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単・廉価に、複数の光源を使用せずに複数
方向の物体を検知し、距離を測定するために、送信光の
送信方向及びそれぞれの方向への光量比とを高い自由度
で設定することが可能な距離測定装置。【構成】送信レンズ２４は複数の単位レンズから合成
され、単位レンズ間の境界に段差が設けられている。光
源２３からの光は送信光３４、３５、３６に分割され、
異なる光量比で異なる方向に送信される。

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使用する車両
や移動ロボット用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、光束を自動車の前方に射出し、自車の前方
を走行する自動車などの物体を検出し、かつその物体ま
での距離を測定して、運転手に知らせるものである。

【０００３】又、移動ロボットが種々の方面に使用さ
れ、移動ロボットが他の物体と衝突しないように予防す
ることも、非常に重要な課題となっている。

【０００４】図１９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からのパルス列によりパルス増幅器
２を介して送信信号Ｓ１は、複数の光源３、４、５に送
出される。この送信信号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を透過して
送信光８、９、１０として送信される。送信光８、９、
１０は、前方に位置する自動車や移動ロボット等の物体
で反射すると、その一部の受信光１１、１２、１３は、
受信レンズ１５で集光され、それぞれ受光素子１６、１
７、１８に入射し、ここで受信信号Ｓ２に変換される。

【０００５】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Ｓ３により、受光素子１６、１
７、１８から出力する受信信号のいずれかを選択し、選
択された受信信号Ｓ２は増幅器２０に入力する。増幅器
２０で増幅された受信信号Ｓ２は時間差測定回路２１に
入力する。時間差測定回路２１には送信信号Ｓ１及びク
ロック発生器２２からのクロックパルスＳ４が入力し、
物体の存否を検出し、且つ光の送信信号と受信信号の時
間差から物体までの往復時間を計測して物体までの距離
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、１７、１８の使用によって、
自車の前直方のみならず、その前側方に存在する物体を
も検出することができる。

【０００６】このようにして、自車の前直方のみなら
ず、その前側方に存在する物体をも検出するのである
が、各々の測定用の光束の強度の割合や各々の測定用の
光束のなす角度は複数の光源の種類と配置によってい
た。

【０００７】

【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個使用す
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。

【０００８】そして、自車の前直方には大きい距離でも
検出可能なために大きい光量を出射し、又自車の前側方
には検出可能で且つ目に障害を与えないような小さい光
量を出射する必要があるために、出射光量の異なる複数
の光源を配置しなければならないと言う問題があった。
又前直方と前側方との角度の適正な設定のためにも、複
数の光源を配置しなければならないと言う問題があっ
た。

【０００９】そこで、本発明はこのような状況に鑑み、
簡単・廉価に、複数の光源を使用せずに複数方向の物体
を検知し、距離を測定するために、送信光の送信方向及
びそれぞれの方向への光量比とを高い自由度で設定する
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。

【００１０】

【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、光源が放射する光束を出射して物体に向けて光を
送信する送信光学系を具備し、送信され前記物体から反
射した前記光を受信して出力する受信信号に基づき、前
記物体の有無を検知すると共に、前記光の送信から受信
まで時間間隔を測定して前記物体までの距離を測定する
距離測定装置において、前記送信光学系は、複数の単位
レンズが合成してなる合成光学素子を具有し、前記複数
の単位レンズは、第１の単位レンズ及び前記第１の単位
レンズに隣接する第２の単位レンズを含み有し、前記第
１の単位レンズの主点と前記第２の単位レンズの主点と
の間の距離をＡ、前記第１の単位レンズの光軸と、前記
第１の単位レンズの面及び前記第２の単位レンズの面と
が形成する境界との間の距離をＢとそれぞれするとき、
前記両距離の間は、Ｂ／Ａ＞１／２に従う関係を有
し、前記光源が前記第１の単位レンズの焦点に配置され
たとき、前記光源が放射する前記光束は、前記第１の単
位レンズを透過する部分は前記光軸と平行な方向に、前
記光束の前記第２の単位レンズを透過する部分は前記第
１の単位レンズの焦点と前記第２の単位レンズの主点を
結ぶ直線と平行な方向にそれぞれ出射することにより、
前記Ｂ／Ａの値に対応する光量比で異なる方向に分割さ
れて送信されることを特徴とするものである。

【００１１】前記複数の単位レンズの相互間の光学的条
件は、それぞれの光軸は互いに略平行であり、それぞれ
の焦点は実質的に前記第１の単位レンズの光軸に垂直な
同一平面上にあり、それぞれの焦点距離は略同一であ
り、従ってそれぞれの主点は実質的に前記第１の単位レ
ンズの光軸に垂直な同一平面上にあることが好ましい。

【００１２】前記第２の単位レンズの光軸は、前記第１
の単位レンズの光軸に対して、前記光源から前記物体に
向かって離間するように設けられていることが好まし
い。

【００１３】前記複数の単位レンズは平凸レンズである
ことが好ましい。

【００１４】前記単位レンズの前記物体側の面は平面で
あることが好ましい。

【００１５】前記単位レンズの前記光源側の面は平面で
あることが好ましい。

【００１６】前記境界は、段差を有せず、連続している
ことが好ましい。

【００１７】前記合成光学素子の前記物体側の面は平面
であることが好ましい。

【００１８】前記合成光学素子の前記光源側の面は平面
であることが好ましい。

【００１９】前記単位レンズは少なくも１面の非球面を
有することが好ましい。

【００２０】前記合成光学素子は１個の前記第１の単位
レンズ及び２個の前記第２の単位レンズを含み有するこ
とが好ましい。

【００２１】前記１個の第１の単位レンズの光軸及び前
記２個の第２の単位レンズの光軸は略同一平面にあるこ
とが好ましい。

【００２２】前記境界は平面的境界であり、該平面的境
界は、前記第１の単位レンズの光軸及び前記第２の単位
レンズの光軸を含む平面と平行な平面であることが好ま
しい。

【００２３】請求項１４に記載された発明は、光源から
物体に向けて送信され、前記物体から反射した光を受信
する受信光学系を具備し、前記受信光学系に受信された
前記光により出力する受信信号に基づき、前記物体の有
無を検知すると共に、前記光の送信から受信まで時間間
隔を測定して前記物体までの距離を測定する距離測定装
置において、前記受信光学系は、複数の単位レンズが合
成してなる合成光学素子を具有し、前記複数の単位レン
ズは、第１の単位レンズ及び前記第１の単位レンズに隣
接する第２の単位レンズを含み有し、前記第１の単位
レンズの主点と前記第２の単位レンズの主点との間の距
離をＡ、前記第１の単位レンズの光軸と、前記第１の単
位レンズの面と前記第２の単位レンズの面とが形成する
境界との間の距離をＢとそれぞれするとき、前記両距離
の間は、Ｂ／Ａ＞１／２に従う関係を有し、前記第１の
単位レンズの光軸と平行な方向にある前記物体から反射
した前記光は、前記第１の単位レンズを透過し、前記第
１の単位レンズの焦点と前記第２の単位レンズの主点を
結んだ直線と平行な方向にある前記物体から反射した前
記光は、前記第２の単位レンズを透過して受信されるこ
とを特徴とするものである。

【００２４】前記単位レンズの相互間の光学的条件は、
それぞれの光軸は互いに略平行であり、それぞれの焦点
は実質的に前記第１の単位レンズの光軸に垂直な同一平
面上にあり、それぞれの焦点距離は略同一であり、従っ
てそれぞれの主点は実質的に前記第１の単位レンズの光
軸に垂直な同一平面上にあることが好ましい。

【００２５】前記第２の単位レンズの光軸は、前記第１
の単位レンズの光軸に対して、前記光源から前記物体に
向かって離間するように設けられていることが好まし
い。

【００２６】前記単位レンズの前記物体側の面は平面で
あることが好ましい。

【００２７】前記境界は、段差を有せず、連続している
ことが好ましい。

【００２８】

【作用】請求項１に記載の発明では、送信光学系に具備
される合成光学素子が含み有する第１の単位レンズ及び
第１の単位レンズに隣接する第２の単位レンズとの関係
は、第１の単位レンズの主点と第２の単位レンズの主点
との間の距離をＡ、第１の単位レンズの光軸と、第１の
単位レンズの面及び第２の単位レンズの面とが形成する
境界との間の距離をＢとそれぞれするとき、両距離の間
は、Ｂ／Ａ＞１／２に従う関係を有しているから、光源
が第１の単位レンズの焦点に配置されたとき、光源が放
射する光束は、第１の単位レンズを透過する部分は光軸
と平行な方向に、光束の第２の単位レンズを透過する部
分は第１の単位レンズの焦点と第２の単位レンズの主点
を結ぶ直線と平行な方向にそれぞれ出射することによ
り、Ｂ／Ａの値に対応する光量比で異なる方向に分割さ
れて送信される。

【００２９】請求項１４に記載の発明では、物体から反
射した光を受信する受信光学系に具備される合成光学素
子が含み有する第１の単位レンズ及び第１の単位レンズ
に隣接する第２の単位レンズとの関係は、第１の単位レ
ンズの主点と第２の単位レンズの主点との間の距離を
Ａ、第１の単位レンズの光軸と、第１の単位レンズの面
と第２の単位レンズの面とが形成する境界との間の距離
をＢとそれぞれするとき、両距離の間は、Ｂ／Ａ＞１／
２に従う関係を有しているから、第１の単位レンズの光
軸と平行な方向にある物体から反射した光は、第１の単
位レンズを透過し、第１の単位レンズの焦点と第２の単
位レンズの主点を結んだ直線と平行な方向にある物体か
ら反射した光は、第２の単位レンズを透過して受信され
る。

【００３０】

【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から
のパルス列によりパルス増幅器２を介して送信信号Ｓ１
は、光源２３に送出される。この送信信号Ｓ１に応じ
て、光源２３から出射されたレーザ光は、送信レンズ２
４を透過して送信光３４、３５、３６として送信され
る。送信光３４、３５、３６は、前方に位置する自動車
や移動ロボット等の物体で反射すると、その一部の反射
して受信レンズ４０に向かう受信光３７、３８、３９
は、受信レンズ４０で集光され、それぞれ受光素子４
１、４２、４３に入射し、ここで受信信号Ｓ２に変換さ
れる。

【００３１】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Ｓ３により、受光素子４１、４
２、４３から出力する受信信号のいずれかを選択し、選
択された受信信号Ｓ２は増幅器２０に入力する。増幅器
２０で増幅された受信信号Ｓ２は時間差測定回路２１に
入力する。時間差測定回路２１には送信信号Ｓ１及びク
ロック発生器２２からのクロックパルスＳ４が入力し、
物体の存否を検出し、且つ光の送信信号と受信信号の時
間差から物体までの往復時間を計測して物体までの距離
が求められる。このようにして、１個の光源２３及び複
数の受光素子４１、４２、４３の使用によって、自車の
前直方のみならず、その前側方に存在する物体をも検出
することができる。

【００３２】次に送信レンズ２４について詳述する。図
２に示す（ａ）、（ｂ）はそれぞれ送信レンズ２４の光
軸方向から見た平面図及び光軸を通る面による断面図で
ある。送信レンズ２４は単位レンズ５２、６２、７２の
３個のレンズが互いに隣接し、合成して形成された合成
レンズである。合成レンズは複数個の単位レンズが一体
に形成されていても、複数個の単位レンズを個別に形成
した後接合するか、若干の間隔を置き互いの近傍に配置
しても良い。

【００３３】単位レンズ５２、６２、７２はいずれも平
凸レンズであって、光源２３側の面は平面であり、物体
側の面は、それぞれ同一曲率での球面である。そして、
送信レンズ２４全体としては光源２３側の面は１平面で
あり、物体側の面は複数の部分球面と略単位レンズ６２
の光軸方向に沿った平面とから形成されている。

【００３４】単位レンズ５２、６２、７２のそれぞれの
関係は、３本の光軸５３、６３、７３は互いに平行、３
個の焦点５１、６１、７１は互い実質的に前記３本の光
軸５３、６３、７３に垂直な同一平面６１ａ上にあり、
各焦点距離は同一である。

【００３５】各単位レンズの第１主面５４、６４、７４
は同一面であり、各第１主点５６、６６、７６は実質的
に単位レンズ６２の光軸に垂直な同一平面上にある。第
２主面５５、６５、７５も同一面であり、各第２主点５
７、６７、７７は実質的に単位レンズ６２の光軸に垂直
な同一平面上にある。爾後は説明の簡便のために、それ
ぞれ第１主面を単に主面、第１主点を単に主点と言い、
主点と言うときは、第１主点５６、６６、７６を意味す
る。

【００３６】単位レンズ５２と単位レンズ６２との物体
側の境界は連続していないで、切欠き面５８が単位レン
ズ６２の光軸とほぼ平行に設けられている。同様に単位
レンズ６２と単位レンズ７２の間には切欠き面７８が設
けられている。切欠き面５８、７８は光軸とほぼ平行に
設けられるのが好ましいが、送信光３４、３５、３６が
蹴られず、有効に送信される範囲で、多少の角度変化が
あっても良い。又製造上、外観上その他の理由で多少の
角度変化や丸みを生ずる場合があっても良い。

【００３７】単位レンズ６２の物体側の面６２ａは切欠
き面５８及び切欠き面７８まで延在して、物体側に広い
面積を有し、又、単位レンズ５２、７２の物体側の面５
２ａ、７２ａはそれぞれ切欠き面５８及び切欠き面７８
までに制限され、共に物体側に狭い面積を有している。

【００３８】又、図２（ａ）に示すように、切欠き面５
８、７８は単位レンズ５２、６２、７２の３本の互いに
平行な光軸５３、６３、７３の形成する平面５９とそれ
ぞれ直交している。

【００３９】各光軸５３、６３、７３と、各切欠き面５
８、７８との相互間の距離関係として、図２（ａ）に示
すように、それぞれ単位レンズ６２の主点６６と単位レ
ンズ５２の主点５６との距離をＡ１、単位レンズ６２の
主点６６と単位レンズ７２の主点７６との距離をＡ２、
単位レンズ６２の主点６６と切欠き面５８との距離をＢ
１、単位レンズ６２の主点６６と切欠き面７８との距離
をＢ２を表すと、それぞれＢ１＞Ａ１及びＢ１／Ａ１＞
１／２の関係と、Ｂ２＞Ａ２及びＢ２／Ａ２＞１／２の
関係が成立している。

【００４０】次に動作について図１を用いて説明する。
パルス発生器１からの送信信号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２４から互いに送信方向の異なる３本の平行光束の
送信光に分割されて送信される。これらの３本の送信光
３４、３５、３６は物体で反射すると、その一部の反射
して受信レンズ４０に向かう受信光３７、３８、３９が
受信レンズ４０に受信され、集光されてそれぞれ受光素
子４１、４２、４３に入射する。

【００４１】受光素子４１、４２、４３は受信光３７、
３８、３９を光電変換し受信信号Ｓ２を出力する。受光
素子４１、４２、４３のいずれかがスイッチ１９により
選択され、受信信号Ｓ２は増幅器２０で増幅後、時間差
測定回路２１に入力して、受信信号Ｓ２の入力による物
体を検知するとともに、送信信号Ｓ１との入力する時間
差から演算が行われ、物体までの距離が測定される。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、若しくは物
体が検知されないときは、物体が検知されない、と表示
される。

【００４２】次に動作の説明に先立ち、レンズの主点に
ついて、「レーザ＆オプティックスガイド３（１）」、
山田英明著、キノ・メレスグリオ株式会社発行、１９９
３年７月、Ｐ１ー２〜Ｐ１ー３、の記載に従って簡単に
説明する。「二つの焦点のどちらかを通る光線はレンズ
の反対側においては光軸に平行になる」という定理があ
り、この定理に基づいて二つの焦点が決定される。前側
焦点からの光線（すなわちレンズの反対側に到達した後
は光軸と平行になる光線）は、厳密にはレンズの各面で
一度ずつ計二回屈折されるが、ある虚面で一度屈折され
ると考えることができる。このような虚面は近軸光線に
対してはほぼ平面とみなすことができ、これを主平面と
称している。また、主平面が光軸と交わる点を主点と呼
んでいる。

【００４３】これを図３により説明する。図中、レンズ
８０の光軸８３上に前側焦点８１及び後側焦点８２があ
る。光軸８３に平行な無限遠の物体からの光線８４は第
２主平面８７で屈折され後側焦点８２を通過する。前側
焦点８１への逆光線８５は第１主平面８６で屈折され前
側焦点８１を通過する。第１主平面８６、第２主平面８
７が光軸８３と交わる点がそれぞれ第１主点８８、第２
主点８９である。尚、これまでの説明で複数の主点を有
するという表現を用いているが、ここでの複数の主点と
は、送信レンズ２４を構成する個々のレンズの第１主点
及び第２主点をもって複数としているのではない。複数
の単位レンズを合成してなる１個の合成レンズが複数の
第１主点（又は第２主点）を有すると言う意味であり、
送信レンズ２４の複数の第１主点（又は複数の第２主
点）を持つような複数の曲面により形成されたレンズで
あることを意味している。

【００４４】さて、光源２３から送信レンズ２４の全域
に入射した光束は、図２及び図４に示すように単位レン
ズ６２から送信される部分は、切欠き面５８から切欠き
面７８までの広い面積を有する面６２ａから、光軸６３
に平行な太さの太い光束１１２として出射する。単位レ
ンズ５２、７２から送信される部分は、それぞれ切欠き
面５８及び切欠き面７８に切り欠かれた、狭い面積を有
する面５２ａ、７２ａから、単位レンズ６２の焦点６１
から単位レンズ５２、７２の主点５６、７６を通る直線
と平行な太さの細い光束１１１、１１３として出射す
る。

【００４５】このような場合、光束１１１、１１２、１
１３の光量は、もし光源２３が角度に関して一様な分布
の光量を放射する光源であれば出射面積にほぼ比例し
て、光束１１２の光量は大きく、光束１１１、１１３の
光量は小くなる。レーザダイオードのように中央部の光
量分布が大きい光源を使用するときは、各光束の光量比
は更に大きくなる。この光量比は使用目的に従い、Ｂ
１、Ｂ２を設定して、切欠き面５８、７８の位置を設定
することにより変更することができる。

【００４６】図２に示すように、単位レンズ６２の焦点
６１から単位レンズ５２の主点５６を通る直線と、単位
レンズ６２の光軸６３とがなす角度をθとすれば、ｔａｎθ＝線分（５６−６６）／線分（６６−６１）である。そして線分（５６−６６）は距離Ａ１であるか
ら、光軸間の距離を小さくすると単位レンズ５２からの
送信する角度θは小さく、逆にすれば大きくすることが
できる。又、線分（６６−６１）は単位レンズ６２の焦
点距離であるから、もし焦点距離を一定とすれば、光軸
間の距離を広く又は狭くすることによっても、単位レン
ズ５２からの送信する角度θは大きく又は小さくするこ
とができる。単位レンズ７２に付いても同様である。こ
のように、送信光量はＢ１、Ｂ２で決まり、送信角度は
Ａ１、Ａ２で決まるので、送信光量、送信角度はそれぞ
れ独立に決定できる。

【００４７】次に送信レンズの他の態様をその部分断面
図である図５により説明する。本態様は前述した態様と
略同一であり、異なる点を記述する。送信レンズ２４ａ
を構成する単位レンズ１２２の焦点１２１、光軸１２
３、第１主面１２４、第２主面１２５、第１主点１２
６、第２主点１２７、単位レンズ１３２の焦点１３１、
光軸１３３、第１主面１３４、第２主面１３５、第１主
点１３６、第２主点１３７は図示する通りである。又単
位レンズ１２２と単位レンズ１３２の境界に切欠き面１
３８が形成されている。

【００４８】単位レンズ１２２の主点１２６と単位レン
ズ１３２の主点１３６との距離をＡ３、単位レンズ１２
２の主点１２６と切欠き面１３８との距離をＢ３とする
と、Ｂ３＜Ａ３及びＢ３／Ａ３＞１／２の関係が成立し
ている。

【００４９】この態様は前述の態様に比べると、単位レ
ンズ１２２、１３２の相対的な面積比は小さくなってい
るから、単位レンズ１２２から送信される光と、単位レ
ンズ１３２から送信される光との光量の差が小さくな
る。

【００５０】次に送信レンズの更に他の態様をその部分
断面図である図６により説明する。本態様は前述した態
様と略同一であり、異なる点を記述する。送信レンズ２
４ｂを構成する単位レンズ１２２ａの焦点１２１ａ、光
軸１２３ａ、第１主面１２４ａ、第２主面１２５ａ、第
１主点１２６ａ、第２主点１２７ａ、単位レンズ１３２
ａの焦点１３１ａ、光軸１３３ａ、第１主面１３４ａ、
第２主面１３５ａ、第１主点１３６ａ、第２主点１３７
ａは図示する通りである。又単位レンズ１２２ａと単位
レンズ１３２ａの境界に切欠き面１３８ａが形成されて
いる。

【００５１】単位レンズ１２２ａの主点１２６ａと単位
レンズ１３２ａの主点１３６ａとの距離をＡ４、単位レ
ンズ１２２ａの主点１２６ａと切欠き面１３８ａとの距
離をＢ４とすると、Ｂ４＝Ａ４及びＢ４／Ａ４＞１／２
の関係が成立している。

【００５２】この態様は前述の二つの態様に比べると、
単位レンズ１２２ａ、１３２ａの相対的な面積比は両者
の中間にあり、単位レンズ１２２ａから送信される光
と、単位レンズ１３２ａから送信される光との光量の差
も両者の中間にある。

【００５３】本実施例のように、送信レンズ又は単位レ
ンズの光源側の面が平面で構成されていると、収差が改
善される特徴がある。更に収差を改善するためには非球
面で構成することができる。尚、送信レンズ又は単位レ
ンズの物体側の面が平面で構成されていると、レンズに
汚れが着きにくく、又洗浄し易い特徴がある。

【００５４】次に第２の実施例について説明する。上述
した一実施例と使用する送信レンズ以外は同一であるの
で、送信レンズだけ説明し、他の部分の説明は省略す
る。図７、図８、図９はそれぞれ送信レンズの正面図、
断面図及び側面図である。送信レンズ１５０を形成する
単位レンズ１５２、１６２、１７２はいずれも平凸レン
ズであって、焦点、光軸、第１主点、第２主点は、それ
ぞれ、焦点１５１、１６１、１７１、光軸１５３、１６
３、１７３、第１主点１５６、１６６、１７６、第２主
点１５７、１６７、１７７である。

【００５５】単位レンズ１５２、１６２、１７２のそれ
ぞれの関係は、３本の光軸１５３、１６３、１７３は互
いに平行、３個の焦点１５１、１６１、１７１は互い実
質的に前記３本の光軸１５３、１６３、１７３に垂直な
同一平面上にあり、各焦点距離は同一である。

【００５６】単位レンズ１５２と単位レンズ１６２、及
び単位レンズ１６２と単位レンズ１７２の境界にはそれ
ぞれ切欠き面１５８、１７８が形成されていて、切欠き
面１５８、１７８は単位レンズ１５２、１６２、１７２
の３本の互いに平行な光軸１５３、１６３、１７３の形
成する平面１５９と平行に設けられている。

【００５７】この送信レンズ１５０は、次のように形成
されたと考えることができる。即ち図１０に平面図及び
断面図を示すように、平凸単レンズ１４２は、焦点１４
１、光軸１４３、第１主点１４６、第２主点１４７を有
している。この単レンズ１４２が光軸１４３からそれぞ
れ距離Ｂ５、Ｂ５′隔たった面１７８ａ、１５８ａで三
分割され、相互に図１１に示す距離Ａ５、Ａ５′づつ移
動させて、図７に示すように長方形部分のみ取り出すと
図７、図８及び図９の送信レンズ１５０と同じものとな
る。

【００５８】単位レンズ１６２に入射した光束は、単位
レンズ１６２の光軸１６３の方向に出射する。単位レン
ズ１５２に入射した光束は、単位レンズ１６２の焦点１
６１から単位レンズ１５２の主点１５６を通る直線と平
行な方向に出射し、単位レンズ１７２に入射した光束
は、単位レンズ１６２の焦点１６１から単位レンズ１７
２の主点１７６を通る直線と平行な方向に出射する。各
光束の出射する方向は距離Ａ５、Ａ５′との大きさに依
存し、又光量比はＢ５とＢ５′の大きさに依存する。

【００５９】図１２にはこのような送信レンズを自動車
に搭載する時の検出ユニットの正面図を示している。送
信レンズ２０２を介して検出光が送信され、物体、例え
ば先行する自動車で反射した光は受信レンズ２０１に入
射する。送信レンズ２０２は図７、図８及び図９で示さ
れたものを用いている。従って検出ユニットをコンパク
トにまとめながらしかも横長の長方形ユニットに形成す
ることができる。このような検出ユニットは自動車の前
面、場合によっては後面に設けられるが、自動車のデザ
イン上、又は自動車の前面のスペース上の問題から、比
較的小さく、しかも取り付けに複雑な加工や取付け作業
を必要としないようにしなくてはならない。この検出ユ
ニットは横長の長方形ユニットで、自動車の前面のグリ
ルやバンパー等に組み込み易く、又受信レンズが大口径
で検出し易く、しかも送信レンズを小さく且つ受信レン
ズの縦はばに合わせて形成されているので、上記した点
を満たしている。尚、配置スペースに余裕がある場合や
縦長の方が良い場合には、送信レンズを受信レンズの上
又は下に配置してもよい。この場合の送信レンズは図２
に示したようなレンズを平面５９の方向に細長く成形し
たものを用いるとよい。

【００６０】次に第３の実施例について説明する。送信
レンズが異なるのみであるから、他の部分の説明は省略
する。図１３は送信レンズの断面図である。送信レンズ
２１０を形成する単位レンズ２１２、２２２、２３２は
いずれも両凸レンズであって、焦点、光軸、第１主点そ
れぞれ、焦点２１１、２２１、２３１、光軸２１３、２
２３、２３３、第１主点２１６、２２６、２３６であ
る。単位レンズ２１２と単位レンズ２２２、及び単位レ
ンズ２２２と単位レンズ２３２の境界にはそれぞれ切欠
き面２１８、２３８が形成されている。

【００６１】光軸２１３、２２３、２３３は互いに平行
ではない。第１主点２１６と第１主点２２６の間の距
離、及び第１主点２２６と第１主点２３６の間の距離Ａ
と、光軸２２３から切欠き面２１８、２３８までの距離
Ｂとの間に、Ｂ／Ａ＞１／２の関係が成立している。本
実施例によれば各単位レンズの焦点位置が互いに接近
し、光源を２２１に配置すれば収差は極めて小さくな
る。

【００６２】次に第４の実施例について説明する。送信
レンズが異なるのみであるから、他の部分の説明は省略
する。図１４は送信レンズの断面図である。送信レンズ
２４０は３個の単位レンズから構成されている。単位レ
ンズ２４２は両凸レンズであって、焦点、光軸、第１主
面、第２主面、第１主点、第２主点は、焦点２４１、光
軸２４３、第１主面２４４、第２主面２４５、第１主点
２４６、第２主点２４７である。他の２個の単位レンズ
（不図示）も両凸レンズである。単位レンズ２４２と他
の２個の単位レンズ（不図示）の境界にはそれぞれ切欠
き面２４８、２４８ａ、２４９、２４９ａが形成されて
いる。

【００６３】次に第５の実施例について説明する。送信
レンズが異なるのみであるから、他の部分の説明は省略
する。図１５は送信レンズの断面図である。送信レンズ
２５０は単位レンズ２５１、２５２、２５３、２５４、
２５５の５個の単位レンズから合成して形成された合成
レンズである。単位レンズ２５４は単位レンズ２５２に
隣接し、単位レンズ２５２は単位レンズ２５１に隣接
し、又単位レンズ２５５は単位レンズ２５３に隣接し、
単位レンズ２５３は単位レンズ２５１に隣接している。

【００６４】単位レンズ２５１、２５２、２５３、２５
４、２５５のそれぞれの関係は、５本の光軸２５１ａ、
２５２ａ、２５３ａ、２５４ａ、２５５ａは互いに平
行、５個の焦点２５１ｂ、２５２ｂ、２５３ｂ、２５４
ｂ、２５５ｂは互い実質的に前記５本の光軸２５１ａ、
２５２ａ、２５３ａ、２５４ａ、２５５ａに垂直な同一
平面上にあり、各焦点距離は同一である。各単位レンズ
の主面（不図示）は同一面であり、各主点２５１ｃ、２
５２ｃ、２５３ｃ、２５４ｃ、２５５ｃは実質的に前記
光軸に垂直な同一平面（不図示）上にある。

【００６５】単位レンズ２５１と単位レンズ２５２との
境界には切欠き面２５２ｆ、単位レンズ２５１と単位レ
ンズ２５３との境界には切欠き面２５３ｆ、単位レンズ
２５２と単位レンズ２５４との境界には切欠き面２５４
ｆ、単位レンズ２５３と単位レンズ２５５との境界には
切欠き面２５５ｆが設けられている。

【００６６】単位レンズ２５１の面２５１ｅは切欠き面
２５２ｆから２５３ｆまでの間、単位レンズ２５２の面
２５２ｅは切欠き面２５２ｆから２５４ｆまでの間、単
位レンズ２５３の面２５３ｅは切欠き面２５３ｆから２
５５ｆまでの間、単位レンズ２５４の面２５４ｅは切欠
き面２５４ｆから外縁（不図示）までの間、単位レンズ
２５５の面２５５ｅは切欠き面２５５ｆから外縁（不図
示）までの間となっている。

【００６７】従って、面２５１ｅは、切欠き面２５２ｆ
から２５３ｆまで延在する広い面積を有しているが、面
２５２ｅ、２５３ｅ、２５４ｅ、２５５ｅは面２５１ｅ
に比べて狭い面積を有している。

【００６８】又単位レンズ２５１、２５２の両主点２５
１ｃ、２５２ｃ間の距離Ａ６と、単位レンズ２５１の主
点２５１ｃと切欠き面２５２ｆ間の距離Ｂ６との間に
は、Ｂ６／Ａ６＞１／２の関係が成立している。

【００６９】前述した各実施例と同様にして、各単位レ
ンズの面から出射する光束の光量は、距離Ａ６、Ｂ６に
よる切欠き面の設定位置により設定することができる。
そして出射する光束の方向は、それぞれ単位レンズ２５
１の面２５１ｅからは、光軸２５１ａの方向、単位レン
ズ２５２の面２５２ｅからは、焦点２５１ｂと主点２５
２ｃを結ぶ直線に平行な方向、単位レンズ２５３の面２
５３ｅからは、焦点２５１ｂと主点２５３ｃを結ぶ直線
に平行な方向、単位レンズ２５４の面２５４ｅからは、
焦点２５１ｂと主点２５４ｃを結ぶ直線に平行な方向、
単位レンズ２５５の面２５５ｅは、焦点２５１ｂと主点
２５５ｃを結ぶ直線に平行な方向であり、光軸間の距離
等の設定により角度を変更して設定することができる。

【００７０】本実施例は光束を５本に分割し、光量の分
布と出射方向との関係を微細に与件に適合させることが
一段と容易となる。

【００７１】次に第６の実施例を図１６により説明す
る。前述した一実施例と類似しているから同一又は類似
の部分の説明は詳述を省略し簡略にする。送信レンズ２
６０の光源２３側の面に段差が設けられ、切欠き面２６
１、２６２が形成されている。物体側の面２６３は平面
である。面２６３が平滑な面であるから、本装置の物体
側から清掃するのが容易である長所がある。

【００７２】次に第７の実施例を図１７により説明す
る。前述した一実施例とほぼ類似しているから同一又は
類似の部分の説明は詳述を省略し簡略にする。受信レン
ズ２７０は複数の単位レンズ２７１、２７２、２７３か
ら形成され、受信レンズ２７０の物体側の面２７０ａに
は、単位レンズ２７１と単位レンズ２７２との境界及び
単位レンズ２７２と単位レンズ２７３との境界にそれぞ
れ切欠き面２７１ａ、２７３ａが形成されている。受信
レンズ２７０の受光素子（不図示）側の面２７０ｂは平
面である。物体で反射した３方向からの受信光１１、１
２、１３は受信レンズ２７０に入射して集光される。受
信光１１、１２、１３の光量比及び受信方向は、切欠き
面２７１ａ、２７３ａの設定位置により設定することが
できる。

【００７３】次に第８の実施例を図１８により説明す
る。前述した一実施例と同一又は類似の部分の説明は詳
述を省略する。図１３は送信レンズの断面図である。送
信レンズ２８０を形成する単位レンズ２８２ａ、２８２
ｂ、２８２ｃはいずれも両凸レンズであって、焦点、光
軸、第１主点はそれぞれ、焦点２８１ａ、２８１ｂ、２
８１ｃ、光軸２８３ａ、２８３ｂ、２８３ｃ、第１主点
２８６ａ、２８６ｂ、２８６ｃである。

【００７４】本実施例によれば単位レンズ２８２ａと単
位レンズ２８２ｂ、及び単位レンズ２８２ａと単位レン
ズ２８２ｂの境界には切欠き面は形成されていない。各
単位レンズの焦点位置が互いに接近し、光源を２８１ａ
に配置すれば収差は極めて小さくなる。

【００７５】尚、本発明において、単位レンズの境界に
設けられた切欠き面は光軸と平行な平面に限られること
はなく、光の進行を妨げない範囲で傾きを有しても良い
し、又、単位レンズの境界に複数の切欠き面が設けられ
ているとき、実施例のように複数の切欠き面を互いに平
行に配置するばかりでなく、交差して配置してもよい。
又軸を含む真ん中の光束に対して軸対称の方向の光を必
要とする場合は、第２単位レンズを同心円状になるよう
に配置してもよい。更に切欠き面は平面に限られること
はなく、曲面でも良い。

【００７６】尚、各実施例では３個以上の複数の単位レ
ンズの光軸が互いに同一平面に配置され、複数の光束が
同一平面に出射される場合について説明したが、光軸が
互いに同一平面内に配置されずに、複数の光束が同一平
面内でなく出射されてもよいことは言うまでもない。更
に各実施例では複数の単位レンズが一次元的に配列され
た場合について説明したが、複数の単位レンズは二次元
的に配列されても良い。

【００７７】各実施例においては、単位レンズの材質や
色については言及していないが、一般に使用されている
光学材料を使用することができる。又色については無色
のみならず、着色した光学材料を使用することができる
し、着色した単位レンズを使用しフィルタの効果を持た
せることができる。特に受信レンズとして使用すると好
ましい場合が多い。又使用波長に関しては制限はなく、
可視光のみならず赤外線等の非可視光を使用することが
できる。使用する光源についても特に制限はなく、発光
ダイオードやレーザなどの任意の光源を使用することが
できる。

【００７８】尚各実施例は段差を有するもので説明した
が、単位レンズの厚さや曲率を適当に選択して、段差を
設けずに同様の効果を得ることができる。非球面レンズ
を使用し段差を設けないようにしても良い。前側方に出
射する光の収差を改善するために、非球面レンズを使用
すると良い。

【００７９】尚実施例においては光源をレンズの焦点位
置に置いて平行光を出射させる場合で説明したが、例え
ば光源を焦点位置よりもレンズ側に置いて発散光として
出射させるのも良い。すなわち平行光を出射させた場
合、第１の単位レンズから出射する光束と、第２の単位
レンズから出射する光束との間に、光の到達しない範囲
があるが、光源を焦点位置よりもレンズ側に置いて発散
光として出射させると、この範囲をなくすことができ
る。

【００８０】各実施例に説明した範囲のみでなく、光量
の分布、出射方向との関係は、更に、切欠き面の設定位
置や複数光軸のなす面との角度、各光軸間の距離、光軸
間距離を不均一にすること等により微細に決定すること
ができる。

【００８１】尚本実施例は単位レンズの数は５個までに
限定されるものではなく、距離測定装置の使用目的、使
用状況等に適合して複数個を設定することができる。

【００８２】各実施例において屈折系のレンズで説明し
たが、一般的な光学理論に従い、反射系の光学系で同様
な効果を得ることができることは言うまでもない。

【００８３】尚、本発明は、第１の単位レンズの主点と
第２の単位レンズの主点との間の距離Ａ、第１の単位レ
ンズの光軸と、第１の単位レンズの面及び第２の単位レ
ンズの面とが形成する境界との間の距離をＢとの関係
が、Ｂ／Ａ＞１／２に従うものであるが、より広い検
知角度範囲で光束の測定を行う場合には、更にＢ／Ａの
範囲を下方に拡張することを妨げるものではない。

【００８４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、送信光
学系は複数の単位レンズから合成され、容易に成形可能
な合成光学素子を有し、複数の単位レンズの主点、境
界、光軸及び焦点の関係を所定の条件Ｂ／Ａ＞１／２で
設定すると、光源が第１の単位レンズの焦点に配置され
たとき、光源が放射する光束は、第１の単位レンズを透
過する部分は光軸と平行な方向に、光束の第２の単位レ
ンズを透過する部分は第１の単位レンズの焦点と第２の
単位レンズの主点を結ぶ直線と平行な方向にそれぞれ出
射することにより、Ｂ／Ａの値に対応する光量比で異な
る方向に分割されて送信される。そしてＢ／Ａの値は広
範囲に選択できるから、従って簡単・廉価に、複数の光
源を使用せずに複数方向の物体を検知し、距離を測定す
るために、送信光の送信方向及びそれぞれの方向への光
量比とを高い自由度で設定することが可能な距離測定装
置が提供可能になる。

【００８５】請求項１４に記載の発明によれば、受信光
の受信方向及びそれぞれの方向からの光量比とを高い自
由度で設定するこができる。

【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】本発明の一実施例にかかる送信レンズの平面図
及び断面図。

【図３】主点を説明するためのレンズの断面図。

【図４】本発明の一実施例にかかる送信レンズを透過す
る光束を説明する図。

【図５】本発明の一実施例にかかる他の態様の送信レン
ズの断面図。

【図６】本発明の一実施例にかかる他の態様の送信レン
ズの断面図。

【図７】本発明の第２の実施例にかかる送信レンズの平
面図。

【図８】本発明の第２の実施例にかかる送信レンズの断
面図。

【図９】本発明の第２の実施例にかかる送信レンズの側
面図。

【図１０】本発明の第２の実施例にかかる送信レンズの
構成を説明するための図。

【図１１】本発明の第２の実施例にかかる送信レンズの
構成を説明するための図。

【図１２】本発明の第２の実施例にかかる送信レンズを
搭載する距離測定装置の正面図。

【図１３】本発明の第３の実施例にかかる送信レンズの
断面図。

【図１４】本発明の第４の実施例にかかる送信レンズの
断面図。

【図１５】本発明の第５の実施例にかかる送信レンズの
断面図。

【図１６】本発明の第６の実施例のブロック構成図。

【図１７】本発明の第７の実施例のブロック構成図。

【図１８】本発明の第８の実施例のブロック構成図。

【図１９】従来例のブロック構成図。

【符号の説明】

１・・・・・パルス発生器２１・・・・・時間差測定回路２３・・・・・光源２４・・・・・送信レンズ３４、３５、３６・・・・・送信光３７、３８、３９・・・・・受信光４０・・・・・受信レンズ４１、４２、４３・・・・・受光素子５１、６１、７１・・・・・焦点５２、６２、７２・・・・・単位レンズ５３、６３、７３・・・・・光軸５４、６４、７４・・・・・第１主面５５、６５、７５・・・・・第２主面５６、６６、７６・・・・・第１主点５７、６７、７７・・・・・第２主点５８、７８・・・・・切欠き面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｂ 7/28 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源が放射する光束を出射して物体に向け
て光を送信する送信光学系を具備し、送信され前記物体
から反射した前記光を受信して出力する受信信号に基づ
き、前記物体の有無を検知すると共に、前記光の送信か
ら受信まで時間間隔を測定して前記物体までの距離を測
定する距離測定装置において、前記送信光学系は、複数の単位レンズが合成してなる合
成光学素子を具有し、前記複数の単位レンズは、第１の
単位レンズ及び前記第１の単位レンズに隣接する第２の
単位レンズを含み有し、前記第１の単位レンズの主点と
前記第２の単位レンズの主点との間の距離をＡ、前記第
１の単位レンズの光軸と、前記第１の単位レンズの面及
び前記第２の単位レンズの面とが形成する境界との間の
距離をＢとそれぞれするとき、前記両距離の間は、Ｂ／
Ａ＞１／２に従う関係を有し、前記光源が前記第１の
単位レンズの焦点に配置されたとき、前記光源が放射す
る前記光束は、前記第１の単位レンズを透過する部分は
前記光軸と平行な方向に、前記光束の前記第２の単位レ
ンズを透過する部分は前記第１の単位レンズの焦点と前
記第２の単位レンズの主点を結ぶ直線と平行な方向にそ
れぞれ出射することにより、前記Ｂ／Ａの値に対応する
光量比で異なる方向に分割されて送信されることを特徴
とする距離測定装置。
【請求項２】前記複数の単位レンズの相互間の光学的条
件は、それぞれの光軸は互いに略平行であり、それぞれ
の焦点は実質的に前記第１の単位レンズの光軸に垂直な
同一平面上にあり、それぞれの焦点距離は略同一であ
り、従ってそれぞれの主点は実質的に前記第１の単位レ
ンズの光軸に垂直な同一平面上にあ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】前記第２の単位レンズの光軸は、前記第１
の単位レンズの光軸に対して、前記光源から前記物体に
向かって離間するように設けられていることを特徴とす
る請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項４】前記複数の単位レンズは平凸レンズである
ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の距離測定
装置。
【請求項５】前記単位レンズの前記物体側の面は平面で
あることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の
距離測定装置。
【請求項６】前記単位レンズの前記光源側の面は平面で
あることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の
距離測定装置。
【請求項７】前記境界は、段差を有せず、連続している
ことを特徴とする請求項１、３、４、５又は６に記載の
距離測定装置。
【請求項８】前記合成光学素子の前記物体側の面は平面
であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
６、又は７に記載の距離測定装置。
【請求項９】請求項１、２又は３に記載の距離測定装
置。前記合成光学素子の前記光源側の面は平面であるこ
とを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、又は７
に記載の距離測定装置。
【請求項１０】前記単位レンズは少なくも１面の非球面
を有することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
６、７、８又は９に記載の距離測定装置。
【請求項１１】前記合成光学素子は１個の前記第１の単
位レンズ及び２個の前記第２の単位レンズを含み有する
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
８、９又は１０に記載の距離測定装置。
【請求項１２】前記１個の第１の単位レンズの光軸及び
前記２個の第２の単位レンズの光軸は略同一平面にある
ことを特徴とする請求項１１に記載の距離測定装置。
【請求項１３】前記境界は平面的境界であり、該平面的
境界は、前記第１の単位レンズの光軸及び前記第２の単
位レンズの光軸を含む平面と平行な平面であることを特
徴とする請求項１２に記載の距離測定装置。
【請求項１４】光源から物体に向けて送信され、前記物
体から反射した光を受信する受信光学系を具備し、前記
受信光学系に受信された前記光により出力する受信信号
に基づき、前記物体の有無を検知すると共に、前記光の
送信から受信まで時間間隔を測定して前記物体までの距
離を測定する距離測定装置において、前記受信光学系は、複数の単位レンズが合成してなる合
成光学素子を具有し、前記複数の単位レンズは、第１の
単位レンズ及び前記第１の単位レンズに隣接する第２の
単位レンズを含み有し、前記第１の単位レンズの主点
と前記第２の単位レンズの主点との間の距離をＡ、前記
第１の単位レンズの光軸と、前記第１の単位レンズの面
と前記第２の単位レンズの面とが形成する境界との間の
距離をＢとそれぞれするとき、前記両距離の間は、Ｂ／
Ａ＞１／２に従う関係を有し、前記第１の単位レンズの
光軸と平行な方向にある前記物体から反射した前記光
は、前記第１の単位レンズを透過し、前記第１の単位レ
ンズの焦点と前記第２の単位レンズの主点を結んだ直線
と平行な方向にある前記物体から反射した前記光は、前
記第２の単位レンズを透過して受信されることを特徴と
する距離測定装置。
【請求項１５】前記単位レンズの相互間の光学的条件
は、それぞれの光軸は互いに略平行であり、それぞれの
焦点は実質的に前記第１の単位レンズの光軸に垂直な同
一平面上にあり、それぞれの焦点距離は略同一であり、
従ってそれぞれの主点は実質的に前記第１の単位レンズ
の光軸に垂直な同一平面上にあることを特徴とする請求
項１４に記載の距離測定装置。
【請求項１６】前記第２の単位レンズの光軸は、前記第
１の単位レンズの光軸に対して、前記光源から前記物体
に向かって離間するように設けられていることを特徴と
する請求項１４に記載の距離測定装置。
【請求項１７】前記単位レンズの前記物体側の面は平面
であることを特徴とする請求項１４、１５又は１６に記
載の距離測定装置。
【請求項１８】前記境界は、段差を有せず、連続してい
ることを特徴とする請求項１４、１５、１６又は１７に
記載の距離測定装置。