JPH10221064A - 光学式測距装置 - Google Patents

光学式測距装置

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JPH10221064A
JPH10221064A JP2532997A JP2532997A JPH10221064A JP H10221064 A JPH10221064 A JP H10221064A JP 2532997 A JP2532997 A JP 2532997A JP 2532997 A JP2532997 A JP 2532997A JP H10221064 A JPH10221064 A JP H10221064A
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JP
Japan
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light
lens
light receiving
hologram
hologram lens
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2532997A
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English (en)
Inventor
Koji Mitsuishi
康志 三石
Ikuyasu Katou
育康 加藤
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Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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Publication date
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホログラムレンズに角度依存性及び出射角度
増幅性をもたせ得るという特性を有効に活用して、小型
化及び広範囲に亘る高精度の測距を可能とする光学式測
距装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 ホログラムレンズ70は、受光系Rのケ
ーシング31の開口部に嵌着されている。PSD40
は、ケーシング31内にて投光系Iと受光系Rとの間に
て両光軸I1、R1に平行に固定した構成となってい
る。ホログラムレンズ70は、このホログラムレンズか
らの光の出射角度が当該ホログラムレンズへの光の入射
角度よりも大きくなるように形成されている。

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、船舶、航空
機やカメラ等の各種の産業機器に採用するに適した光学
式測距装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、測定対象物までの距離を測定する
装置としては、図5にて示すような三角測距装置があ
る。この三角測距装置は、投光系Iと、受光系Rと、電
気回路Eとにより構成されている。
【0003】投光系Iは、発光ダイオードからなる発光
素子10と、この発光素子10の前側に配置した投光レ
ンズ20とを備えており、発光素子10は、投光レンズ
20に向けて発光する。投光レンズ20は、発光素子1
0からの光を集光しビーム光として被測定対象物Mに向
けて投光する。なお、発光素子10及び投光レンズ20
の各光軸(以下、投光系Iの光軸I1という)は同一直
線上にある。また、投光レンズ20は凸レンズからな
る。また、投光レンズ20は、ケーシング11の開口部
に嵌着されており、発光素子10は、ケーシング11内
にてその底壁に位置している。
【0004】受光系Rは、受光レンズ30と、この受光
レンズ30の後側に配置した位置センサ40とを備えて
いる。受光レンズ30は、凸レンズからなるもので、こ
の受光レンズ30は、測定対象物により反射される投光
レンズ20からのビーム光を位置センサ40の一次元状
受光部上に結像させる。位置センサ40は、半導体位置
センサ(以下、PSDという)からなるもので、このP
SD40は、その一次元状受光部にて受光レンズ30の
光軸に直交するように配置されている。なお、PSD4
0の受光部中央位置41(受光部の図5にて図示左右方
向中央位置)が、受光レンズ30の光軸(以下、受光系
Rの光軸R1という)上にある。
【0005】しかして、受光レンズ30からの光がPS
D40の受光部上に結像する位置(以下、結像位置42
という)及びこの結像位置42の受光部中央位置41か
らの位置に応じた検出電流がPSD40から電気回路E
に出力される。なお、受光レンズ30は、ケーシング3
1の開口部に嵌着されており、PSD40は、ケーシン
グ31内にてその底壁に位置している。
【0006】電気回路Eは、発光駆動回路50及び距離
算出回路60を備えており、発光駆動回路50は、発光
素子10を発光駆動する。距離算出回路60は、PSD
40の検出電流に基づき、三角測距法にて投光レンズ2
0と被測定対象物Mとの間の距離を算出する。なお、上
記三角測距法では、投光レンズ20の中心点、被測定対
象物Mへの投光レンズ20からのビーム光の入射点及び
受光レンズ30の中心点を結ぶ三角形と、受光レンズ3
0の中心点、PSD40の受光部中央位置41及び結像
位置42を結ぶ三角形とが互いに相似になることを利用
して、投光レンズ20と被測定対象物Mとの間の距離を
算出するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記三角測
距装置に対しては小型化が要請されている。この小型化
には、投光レンズ20の光軸と受光レンズ30の光軸と
の間隔、即ち、基線長S(図5参照)を短くする必要が
ある。しかし、基線長Sを短くすると、PSD40の受
光部上における結像位置42の受光部中央位置41から
の移動量が極端に小さくなって、PSD40の分解能が
低下する。このため、PSD40の検出精度が低下す
る。このようなことは、被測定対象物Mと投光レンズ2
0との距離が長い程著しい。
【0008】また、三角測距装置に対しては、その測定
距離範囲を広くすることが要請されている。しかし、例
えば1m付近の測距精度が良好になるように設定された
三角測距装置では、測定距離が非常に短くなると、受光
レンズ30を通る被測定対象物Mの反射光がPSD40
の受光部上に結像しにくい。従って、至近距離の測距は
困難といえる。
【0009】そこで、本発明は、以上のようなことに対
処するため、ホログラムレンズに角度依存性及び出射角
度増幅性をもたせ得るという特性を有効に活用して、小
型化及び広範囲に亘る高精度の測距を可能とする光学式
測距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】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明によれば、受光系の受光レン
ズが透過型ホログラムレンズであって、このホログラム
レンズは、当該ホログラムレンズからの光の出射角度が
当該ホログラムレンズへの光の入射角度よりも大きくな
るように形成されている。また、位置センサがその受光
部にホログラムレンズからの光を入射させるように配置
されている。
【0011】これにより、位置センサの受光部がホログ
ラムレンズの光軸にほぼ並行となるように位置した状態
にて、ホログラムレンズからの光が位置センサの受光部
に入射することとなる。この場合、ホログラムレンズの
光の出射角はその入射角よりも大きくなるように当該ホ
ログラムレンズが形成されている。従って、被測定対象
物との距離が短くても長くても、ホログラムレンズの出
射光は確実に位置センサの受光部に入射できるのは勿論
のこと、位置センサの受光部上における入射光の移動量
も適正に確保できる。その結果、受光系と投光系との間
の基線長を短縮して小型化を確保し、かつ、位置センサ
の分解能を適正に維持しつつ広い距離範囲に亘る高精度
の測距が可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図1は、本発明に係る測距装置の
概略を示している。この測距装置は、図5の三角測距装
置において、受光レンズ30に代えて透過型ホログラム
レンズ70を採用するとともに、PSD40を、ケーシ
ング31内にてその図1にて図示左壁(投光系Iと受光
系Rとの間にて両光軸I1、R1に平行となっている)
に固定した構成となっている。なお、ホログラムレンズ
70は、ケーシング31の開口部に嵌着されている。
【0013】ここで、ホログラムレンズ70の製法につ
いて説明する。このホログラムレンズ70は、図2にて
示すホログラム撮影光学系80を利用して製作されてい
る。この製作にあたり、ホログラムレンズ70の原板で
あるホログラム乾板70Aを準備する。そして、このホ
ログラム乾板70Aをホログラム撮影光学系80内に図
2にて示す位置に配置する。
【0014】このような状態にて、ホログラム撮影光学
系80のレーザ光源81が、波長λのレーザ光を出射す
ると、このレーザ光の一部が、ハーフミラー82により
反射されて拡散レンズ83に入射する。すると、この拡
散レンズ83が、その入射光を拡散してホログラム乾板
70Aにその裏面側から入射する。一方、レーザ光の残
部が、ハーフミラー82を透過して反射ミラー84に入
射する。この反射ミラー84による反射光が拡散レンズ
85に入射すると、この拡散レンズ85がその入射光を
拡散して反射ミラー86に入射させる。この反射ミラー
86が、その入射光を、凸レンズ87に入射すると、こ
の凸レンズ87は、その入射光を平行光に変換してホロ
グラム乾板70Aにその表面側から入射する。
【0015】ここで、ホログラム乾板70Aの光軸をP
とする。また、凸レンズ87からの光のホログラムレン
ズ70への入射方向と光軸Pとのなす角度をθ1 とす
る。さらに、ホログラム乾板70Aの光軸P上の位置
(ホログラムレンズ70の受光部中央位置41に相当す
る)への拡散レンズ83からの光の入射方向と光軸Pと
のなす角度をθ2 とする。また、角度θ2 を角度θ1
りも大きくし、レーザ光の波長λを、ホログラム撮影波
長(例えば、633nm)とする。
【0016】このような条件のもと、ホログラム乾板7
0Aの表面及び裏面に上述のごとく光を入射すれば、こ
のホログラム乾板70Aが上記ホログラムレンズ70と
して形成される。これにより、ホログラム撮影波長λ及
び両角度θ1 、θ2 に基づく干渉縞ホログラムデータが
記録される。このように形成したホログラムレンズ70
では、その表面側へ入射する光の中心波長をλoとすれ
ば、次の数1の式により表される関係が成立する。
【0017】
【数1】 λo/sin(θ1 /2)=λ/sin(θ2 /2) この式によれば、λo=470nmとすれば、(λ/λ
o)=(633/470)に比例して、θ1 がθ2 に略
角度増幅されることが分かる。その他の構成につき、図
5の三角測距装置にて示す構成素子と同一の構成素子に
関しては図5と同一符号を付してその説明は省略する。
【0018】このように構成した本実施形態において、
図1にて示すごとく、被測定対象物Mの反射光がホログ
ラムレンズ70の表面に入射すれば、この入射光はPS
D40の受光部に向けて屈折されて入射する。ここで、
発光素子10の発光中心波長をλo=470nmとし、
ホログラムレンズ70への入射光方向と光軸R1(光軸
Pに相当)とのなす角度を上記角度θ 1 とすれば、ホロ
グラムレンズ70の出射光方向は、数1の式でλo=4
70nmを前提に、上記干渉縞ホログラムデータに基づ
き、光軸R1に対し上記角度θ 2 の方向となる。
【0019】この場合、角度θ2 は数1の式に基づき角
度θ1 から角度増幅されるから、基線長Sが短くても、
広い測距範囲に亘り、ホログラムレンズ70の出射光が
PSD40の受光部に入射し易くなるのは勿論のこと、
PSD40の受光部上における入射結像光の移動量を大
きくできる。このことは、PSD40の分解能を、広い
測距範囲に亘り高く維持できることを意味する。
【0020】その結果、基線長Sを短くすることで測距
装置の小型化を確保しつつ、被測定対象物Mとの距離
を、至近距離から遠方まで含む広い測距範囲に亘り高精
度にて測距可能をし得る。次に、上記実施形態の変形例
を図3に基づいて説明する。この変形例では、受光系R
のケーシング31内にて、屈折率可変素子90が、ホロ
グラムレンズ70及びPSD40の双方に対向するよう
に配置されている。その他の構成は上記実施形態と同様
である。
【0021】このように構成した本変形例では、測距装
置と被測定対象物Mとの距離が通常の場合には、ホログ
ラムレンズ70を透過する光は、図4(a)にて示すよ
うに、屈折率可変素子90により屈折されてPSD40
に入射する。このとき、屈折率可変素子90の屈折率は
n=n1=1に小さく維持されている。測距装置と被測
定対象物Mとの距離が非常に短くなって、ホログラムレ
ンズ70を透過する光が、図4(b)にて示すように、
PSD40の端部に達したとき、屈折率可変素子90の
屈折率nをn2(>1)に増大する。すると、ホログラ
ムレンズ70を透過する光は、図4(c)にて示すよう
に、屈折率可変素子90により逆方向に屈折されてPS
D40に入射する。
【0022】これにより、測距装置と被測定対象物Mと
の距離が非常に短くても、測距が可能となる。なお、本
発明の実施にあたっては、PSDセンサ40に代えて、
CCDセンサを採用して実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図2】図1のホログラムレンズを作製するためのホロ
グラム撮影光学系を示す図である。
【図3】上記実施形態の変形例を示す要部構成図であ
る。
【図4】(a)乃至(c)は、測距装置と測定対象物と
の距離の短縮に伴う屈折率可変素子の屈折率の増大に応
じてホログラムレンズから受光素子に入射する光の屈折
状況の変化を示す図である。
【図5】従来の測距装置の概略構成図である。
【符号の説明】
I…投光系、R…受光系、40…PSD、70…ホログ
ラムレンズ、60…距離算出回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 投光系(I)と、 被測定対象物(M)により反射される前記投光系からの
    光を受けて集光する受光レンズと、この受光レンズの集
    光光を一次元状受光部にて受光しその受光位置に基づき
    検出信号を発生する位置センサ(40)とを備え、前記
    投光系に隣接して配置された受光系(R)と、 前記位置センサの検出信号に応じて前記被測定対象物と
    の間の距離を算出する距離算出手段(60)とを設けた
    光学式測距装置において、 前記受光レンズが、透過型ホログラムレンズ(70)で
    あって、 このホログラムレンズからの光の出射角度が当該ホログ
    ラムレンズへの光の入射角度よりも大きくなるように前
    記ホログラムレンズが形成されており、 前記位置センサがその受光部に前記ホログラムレンズか
    らの光を入射させるように配置されていることを特徴と
    する光学式測距装置。
JP2532997A 1997-02-07 1997-02-07 光学式測距装置 Withdrawn JPH10221064A (ja)

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