JPH0949727A

JPH0949727A - 光学式測距装置

Info

Publication number: JPH0949727A
Application number: JP7203440A
Authority: JP
Inventors: Hirotada Watanabe; 博忠渡邉
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】三角測量を原理とする光学式測距法におい
て、測定対象外にある物体の距離が測定対象内の値とし
て出力される誤測距を防止する。【構成】測定対象物体に光を照射し、該対象物体によ
る散乱光を受光レンズにより受光素子上に集光し，この
集光点位置から測定対象物体迄の距離を測定する装置に
おいて、受光素子２２として、位置分解能は良いが受光
面の大きさは測定対象範囲と対応する位置センサ−２２
ａと位置分解能は左程良くないが安価であるとか、使用
法が容易であるような位置センサ−２２ｂという分解能
が異なる複数の位置センサ−を使用する。これにより従
来であれば、集光点位置の存在範囲が受光素子の受光面
の大きさよりも大きくなって散乱光が受光されなくな
り、このために光電流が零となり、したがって距離を無
限遠と判断するという誤測距を生じていたが、前記のよ
うな位置センサ−の使用により解消される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学式測距装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、カメラのオートフォーカス
用の測距センサーや車輌の障害物センサーとして様々な
光学式距離センサーが開発されている。このようなセン
サ─を用いた光学式測距方式は非接触で被測定物までの
距離を測定できるため、この他にもいろいろな分野で利
用されている。この光学式測距方式には様々なものがあ
り、光の伝播時間を測定するものや、三角測量の原理を
利用したものなどがある。

【０００３】三角測量の原理を利用した方式の中に、測
距装置より被測定物に光を照射し、その散乱光の情報よ
り距離を求める方式があり、一般的にアクティブ方式と
呼ばれ、コンパクトカメラのオートフォーカスや自動ド
アの測距方式として広く使われている。この方式による
測距の原理を図３を用いて説明する。まず発光素子１２
と集光レンズ１１を備えた光ビ─ム投光部１より光ビ─
ム４がスポット光として被測定物３に照射される。光ビ
─ムはこれによって散乱され、その一部の光５が受光レ
ンズ２１と受光素子２２を備えた光検知器２に入射し、
受光素子２２上に集光されて点像となる。距離の算定に
必要な数値である集光点位置ｘは受光素子の出力より求
められるが、このアクティブ方式の受光素子としてよく
使用されるＰＳＤ（Position-Sensitive Detector) の
場合には発生する光電流Ｉ１とＩ２よりｘ=L×I2/(I1+I
2)としてｘを求めることが出来るし、ＣＣＤやフォトダ
イオードアレイのように画素が互いに分離されているよ
うな受光素子、言い換えれば位置決めに対してデジタル
的な受光素子の場合には最高出力を有する画素位置より
ｘを求めることが出来る。このｘより被測定物までの距
離ＤはＤ=B×f/x より求めることができる。なおこれら
の式および図３中のｆは受光レンズの焦点距離を表すも
のである。

【０００４】

【発明が解消しようとする課題】しかしながら、例えば
ＰＳＤにより検出された受光面上の集光点位置ｘから物
体までの距離を求める場合に、無限遠から近距離までを
位置分解能（ＰＳＤの受光面上で検出可能な集光点の最
小変位分）は良いが受光面の長さが短いＰＳＤを用いて
測定しようとすると、集光点の位置変化の範囲がＰＳＤ
の受光面の長さよりも大きくなり、測定対象範囲からの
散乱光の一部がＰＳＤの受光面上に集光されなくなる。
例えば、図３中の３ａに位置する被測定物及びそれより
も遠距離に位置する被測定物からの散乱光５や５ａは受
光素子（長さＬ）上に入射するが、前記被測定物よりも
近距離に位置する被測定物からの散乱光の集光点はＰＳ
Ｄの受光面からはずれてしまう。そして、このような場
合には誤測距になるという問題があった。この誤測距を
防ぐためには長い受光面を有するＰＳＤを用いるか、あ
るいは受光レンズの焦点距離を短くすれば良いが、前者
の場合には、ＰＳＤの位置分解能が受光面の長さの増大
と共に低下して、その結果、距離分解能が低化してしま
うという別の問題点が、また後者の場合には、位置分解
能は良いが、集光像が縮小されるために実際上は位置分
解能、即ち距離分解能が低下してしまうという別の問題
点が生じていた。

【０００５】前記誤測距問題は位置センサーとして前記
短い受光面のＰＳＤを用いる場合のみならず、位置決め
に対してデジタル的な素子（例えば、ＣＣＤ）を用いる
場合にも生じ、問題回避のために長いが全画素数が同じ
である素子（例えばＣＣＤ）を用いると同様に分解能の
低下を招く、また長くて画素密度の等しいもの（例えＣ
ＣＤ）を用いると分解能の低下はないがコストの大幅な
アップを引きおこすという別の問題点が生じていた。

【０００６】本発明は、かかる問題を解決するためにな
されたものであり、遠距離から近距離までを誤測距なく
測定できると共に、所定の距離範囲の測距について高分
解能を有する、低コストの測距装置を提供する事を目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に光ビームを被測定物に照射する光ビーム投光部と、照
射された光ビームの被測定物による散乱光を受けて集光
する受光レンズ及び該受光レンズによる散乱光の集光点
位置を検出する受光素子を有する光検出部と、該光検出
部からの信号により被測定物までの距離を算出する信号
処理部を備えた光学式測距装置において、前記受光素子
は分解能が異なる複数の位置センサ─を有することを特
徴とする光学式測距装置を提供する。また、本発明は第
二に前記複数の位置センサーは互いに隣接して配置され
てなる事を特徴とする光学式測距装置を提供する。さら
に、本発明は第三に光ビームを被測定物に照射する光ビ
ーム投光部と、照射された光ビームの被測定物による散
乱光を受けて集光する受光レンズ及び該受光レンズによ
る散乱光の集光点位置を検出する受光素子を有する複数
の光検出部と、該光検出部からの信号により被測定物ま
での距離を算出する信号処理部を備えた光学式測距装置
において前記各光検出部の受光素子は分解能が異なる２
種類の位置センサーのどちらか一方をそれぞれ有し、か
つ、前記複数の光検出部が互いに隔離されて配置されて
なる事を特徴とする光学式測距装置を提供する。

【０００８】

【作用】図３に示すような測距装置を用いて物体までの
距離を測定した場合、遠距離にある物体からの光の集光
点と近距離にある物体からの光の集光点は図４に示すよ
うに受光素子２２上でその両端に位置することになる。
従って、無限遠から近距離までを一つの受光素子を用い
て測定しようとした場合、どうしても長い受光素子が必
要となる。しかしながら、実際の測距においては、所定
の距離範囲のみに高い距離分解能が要求され、それ以外
の距離範囲では距離分解能は左程要求されない事が殆ど
である。従って、これを考慮すると、高分解能が要求さ
れる距離範囲に対しては高分解能を有する位置センサー
を用い、それ以外の距離範囲に対してはコストとか使い
やすさを優先した位置センサーを一つまたは複数個用い
ることにより、実用上の精度を落とす事なく、低コスト
にて、遠距離から近距離までの測距を行う事ができる。
即ち、本発明によれば、例えば位置センサーの配置とし
て分解能の異なる少なくとも二つの位置センサーを互い
に隣接するように配置する事で実際上は長い一本の受光
素子を用いた場合と同じ効果を得る事ができる。また、
例えば分解能の異なる少なくとも二つの位置センサーと
それぞれの位置センサ─に対応する受光レンズの組み
（少なくとも二つの光検出部）をそれぞれ異なる位置に
配置する事で、同様の効果を得ることが出来る。即ち、
本発明によれば、遠距離から近距離までを誤測距なく測
距することができると共に、所定の距離範囲について高
い分解能で測距することができる。

【０００９】

【実施例】

ー実施例１ー図１は、本実施例の光学式測距装置の光検出部２を示す
概略構成図である。本実施では位置分解能が異なる二つ
の位置センサ─を用いて広範囲な距離の測定を可能とし
ている。即ち、受光素子２２は高い位置分解能を有する
位置センサー２２ａと分解能は低いが他の点（コストと
か使いやすさ）で優れた特性を有する位置センサ─２２
ｂからなる。本実施例では、前者として長さ３ｍｍのＰ
ＳＤを、後者には長さ３mm、画素数４のシリコンフォト
ダイオ─ドアレイ（以下ＳＰＤと記す）を用いている。
受光素子を位置センサ−２２ａだけで構成した場合に
は、図中の５ｂから５ａの範囲で入射する散乱光のみが
受光素子上に集光されるのに対し、ふたつの位置センサ
−２２ａ、２２ｂからなる本実施例の受光素子２２では
５ａから５ｃに入射する散乱光も受光される事になる。

【００１０】この受光素子２２を図３の装置に組み込ん
で測距実験を行った。装置構成の主なパラメ−タとし
て、集光レンズと受光レンズの間隔Ｂを５０ｍｍ、受光
レンズの焦点距離ｆを２０ｍｍとした。この様に構成し
た装置を用いてまず、正確に測定装置より１０ｍの位置
にある物体の距離を測った所、ＰＳＤ２２ａが作動して
正確に１０ｍという測定結果が得られた。次に２２. ５
ｃｍの位置にある物体の距離を測った所、ＳＰＤ２２ｂ
が作動して２４．５ｃｍという測定結果が得られた。

【００１１】これに対して、従来の受光素子（一つのＰ
ＳＤ）を用いた装置で測定した所、１０ｍの距離にある
物体に対しては本実施例の装置場合と同じ測定値が得ら
れたが、２２．５ｃｍの距離にある物体に対しては無限
遠との測定結果が出力され、誤測距となった。そこで、
誤測距の原因となる、物体が近距離にある場合の現象お
よびその現象に対する装置の対応を考えてみる。物体が
前述の様な近距離にある場合、散乱光の集光点はＰＳＤ
の受光面上に位置しなくなって光電流が零になり、出力
Ｉ１とＩ２はノイズ成分のみからなり、かつＩ１＝Ｉ２
となる。Ｉ１＝Ｉ２であれば前述の計算式よりｘ＝L/2
、距離はＤ＝2 ×B ×ｆ／L となるが、従来装置では
Ｉ１＋Ｉ２が小さい時には信号処理部での論理演算処理
により距離を無限遠と判断するのが一般的である。従っ
て、前述の誤測距は、集光点が受光面上に位置しないた
めに光電流が零になる現象を、散乱体が無限遠にあるた
めに光電流が零になると誤って判断をした事に起因して
いる。しかしこれに対して、本実施例の装置によればこ
のような誤った判断を防止することができる。

【００１２】なお、図１ではＰＳＤの近距離側にＳＰＤ
を配置した例を示したが、ＰＳＤの遠距離側（図１では
ＰＳＤの左側）にＳＰＤを配置してもよい。この場合に
は、近距離にある物体の距離をさらに精度よく測定出来
る事ので好ましい。また、中間的な距離を重視する場合
には、ＰＳＤを複数のＳＰＤにより挟んだ構成にする
と、精度良く測定ができるので好ましい。

【００１３】ー実施例２ー図２は本実施例の光学式測距装置の光検出器の概略構成
と位置関係を示す説明図である。本実施例では位置分解
能が異なる２種類の位置センサ−の一方をそれぞれ有す
る受光素子と受光レンズを備えた複数の光検出器を用い
て広範囲な距離の測定を可能としている。受光レンズ２
１ａ２１b と位置センサー( 受光素子）２２a,２２b を
それぞれ備えた光検出器２ａ，２ｂが互いに隔離して配
置されている。図中、位置センサ−２２ａは高い位置分
解能を有し、その受光面の一端が受光レンズ２１ａの光
軸上にあり、かつ受光面は５のような散乱光を受光出来
るようになっている。他方位置センサ−２２ｂは、位置
分解能は低いが他の点（コストとか使いやすさ）で優れ
た特性を有する位置センサーであり、その受光面の一端
が受光レンズ２１ｂの光軸から位置センサー２２ａの受
光面の長さだけずれた位置にくるように配置され、かつ
５ｄのような散乱光を受光出来るようになっている。こ
の様な受光レンズ２１ａ,bと位置センサー２２a,b の組
（即ち、各光検出部２ａ,b）を集光レンズ１１の光軸の
周りに等距離に配置することにより散乱光５のような遠
方の物体からの散乱光は位置センサ−２２ａにより、散
乱光５ｄのような近くの物体からの散乱光は位置センサ
ー２２ｂによりそれぞれ受光されるようになる。ここで
は位置センサ−２２ａとして長さ３ｍｍのＰＳＤを、位
置センサ−２２ｂとして長さ３ｍｍ、画素数４のＳＰＤ
を用い、集光レンズ１１と受光レンズ２１a,b の光軸間
距離を５０ｍｍ、受光レンズ２１a,b の焦点距離を２０
ｍｍとして装置を構築し、実施例１と同様な測距実験を
行ったところ、同様な満足すべき結果が得られた。本実
施例の測距装置によれば遠距離から近距離までを測距出
来ると共に所定の距離区間については、高分解能の測距
が可能であり、実用上問題なく使用できる。以上二つの
実施例では、高分解能を有する素子（位置センサ−）と
してＰＳＤを、左程分解能は高くないが他の点（コスト
とか使いやすさ）で優れている素子（位置センサ−）と
してＳＰＤを用いたが、これらに限定されるものではな
い。また、光検出器として、ＣＣＤやフォトトランジス
タなどを用いてもよい．さらに、前記実施例ではＰＳＤ
とは別の位置センサ−（受光素子）と受光レンズの組
（光検出部）を一組だけ配置したが、この光検出器を複
数個、例えば投光した光ビ─ムにたいして同心円上に配
置する事により、さらに測距精度を広範囲にわたって増
大する事も可能である。また、測距におけるＳ／Ｎ比を
向上させるために、投光素子を変調して発光させ、受光
素子に生じた光電流を復調して信号を測定してもよい。

【００１４】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、測距装置は
遠距離から近距離までの被測定物の信号を検出する事が
できる。つまり、光束不感域がなくなる。さらに、長さ
の短い高分解能位置センサ−（ＰＳＤ）を用いているの
で、所定の距離範囲について高い分解能で測距すること
ができる。さらに、図２に示したような光検出部を、光
投光部の光軸を中心とした同心円上に、複数個配置し、
その光検出部として長さの短い高分解能位置センサ−
（例えばＰＳＤ）を用いることにより、精度良く測定レ
ンジを拡大することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例の受光素子の概略構成
図である。

【図２】本発明による第２実施例の概略構成図である。

【図３】三角測量の原理を利用した一般的な測距装置の
概略構成図である。

【図４】遠距離にある物体と、近距離にある物体を測距
したときの入射光の角度の違いを説明する図である。

【符号の説明】

１・・・光ビーム投光装
置１１・・・集光レンズ１２・・・発光素子２、２ａ、２ｂ・・・光検知器２１、２１ａ、２１ｂ・・・受光レンズ２２・・・受光素子２２ａ、２２ｂ・・・位置センサー３、３ａ、３ｂ・・・被測定物４・・・照射された光ビ
ーム５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ・・・散乱光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを被測定物に照射する光ビーム
投光部と、照射された光ビームの被測定物による散乱光
を受けて集光する受光レンズ及び該受光レンズによる散
乱光の集光点位置を検出する受光素子を有する光検出部
と、該光検出部からの信号により被測定物までの距離を
算出する信号処理部を備えた光学式測距装置において、
前記受光素子は分解能が異なる複数の位置センサーを有
することを特徴とする光学式測距装置。
【請求項２】前記複数の位置センサーは互いに隣接し
て配置されてなる事を特徴とする請求項１記載の光学式
測距装置。
【請求項３】光ビームを被測定物に照射する光ビーム
投光部と、照射された光ビームの被測定物による散乱光
を受けて集光する受光レンズ及び該受光レンズによる散
乱光の集光点位置を検出する受光素子を有する複数の光
検出部と、該光検出部からの信号により被測定物までの
距離を算出する信号処理部を備えた光学式測距装置にお
いて、前記各光検出部の受光素子は分解能が異なる２種
類の位置センサーのどちらか一方をそれぞれ有し、か
つ、前記光検出部が互いに隔離されて配置されてなる事
を特徴とする光学式測距装置。