JPH10260006A

JPH10260006A - 距離測定装置

Info

Publication number: JPH10260006A
Application number: JP8185497A
Authority: JP
Inventors: Chuichi Ueda; 忠一上田; Tatsuo Ogaki; 龍男大垣
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1997-03-15
Filing date: 1997-03-15
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】検出物体に入射する前の光の走査角に基づい
て検出物体までの距離を計測することにより、距離計測
装置の測距精度を向上させる。【解決手段】第１のガルバノミラー１１でＸ軸方向に
走査された光ビームＬＢを第のガルバノミラー１２でさ
らにＹ軸方向に走査し、検出物体２の表面に光ビームＬ
Ｂを照射する。検出物体２の表面で反射した光ビームＬ
Ｂは受光レンズ４により２分割受光素子１３に結像され
る。受光レンズ４から検出物体２までの距離Ｌは、２分
割受光素子１３の２つの受光面１３ａ，１３ｂの中間で
光スポットＳが受光された瞬間の第２ガルバノミラー１
２の回転角βから求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検出物体までの距
離を計測し、あるいは、所定距離に設定された領域に物
体が存在するか否かを検出する距離測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は従来例による距離測定装置１を示
す斜視図である。この距離測定装置１にあっては、半導
体レーザ素子３からパルス発光された光ビームＬＢを投
光レンズ９によってコリメートし、投光レンズ９によっ
てコリメートされた光ビームＬＢをスキャナ６によって
反射させた後、ハーフミラー７を透過した光ビームＬＢ
を検出物体２の表面に投射し、検出物体２で反射した光
ビームＬＢを受光レンズ４により測距用の位置検出素子
（以下、ＰＳＤという）５の受光面に集光させる。一
方、ハーフミラー７で反射された光ビームＬＢは、走査
方向検出用のＰＳＤ８で受光する。

【０００３】しかして、スキャナ６を回転させることに
より、スキャナ６で反射された光ビームＬＢを検出物体
２の表面に沿って１次元走査する。この走査方向は、走
査方向検出用ＰＳＤ８の出力から演算される。

【０００４】同時に、測距用ＰＳＤ５の受光面における
受光位置は、距離測定装置１から検出物体２までの距離
によって変化するので、走査方向検出用ＰＳＤ８によっ
て検出されている走査方向における、距離測定装置１か
ら検出物体２までの距離は、測距用ＰＳＤ５の出力に基
づいて演算される。

【０００５】従って、この距離測定装置によれば、光ビ
ームの走査方向に沿った検出物体までの距離、すなわち
光ビームの走査方向に沿った表面形状を認識することが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような方式の距離測定装置にあっては、検出物体で反射
した光ビームを測距用ＰＳＤで受光し、その受光位置に
基づいて検出物体までの距離を測定しているから、検出
物体で散乱反射した後の質の悪い光ビームの受光位置に
基づいて測距演算しなければならず、測距精度が悪かっ
た。また、検出物体の表面状態は個々に異なっているの
で、検出物体で反射した光ビームを検出する従来の方法
では、検出物体によって計測精度がばらつくという問題
があった。

【０００７】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、検出物体に
投射される前の光ビームに基づいて検出物体までの距離
を計測することにより、距離測定装置の測距精度を向上
させることにある。

【０００８】

【発明の開示】請求項１に記載の距離測定装置は、光ビ
ームを出射する投光部と、検出物体で反射された光ビー
ムを、所定位置もしくは所定領域で受光したか否かを判
断する受光部と、前記投光部から出射された光ビーム
を、前記受光部の光軸となす角度が変化する方向に走査
する走査手段と、前記走査手段による光ビームの走査方
向を、検出物体に投射される前に検出する手段と、前記
光ビームが受光部の所定位置もしくは所定領域で受光さ
れたときの走査方向に基づいて検出物体までの距離を計
測する手段と、を備えたことを特徴としている。

【０００９】請求項１に記載の距離測定装置にあって
は、受光部の所定位置もしくは所定領域で受光された時
の光ビームの走査方向を、検出物体に投射される前の光
ビームによって検出し、当該走査方向に基づいて検出物
体までの距離を計測しているから、検出物体で散乱反射
される前の良質の光ビームに基づいて検出物体までの距
離を計測することができ、距離測定装置の測距精度を向
上させることができる。

【００１０】また、検出物体で散乱反射される前の良質
の光ビームに基づいて検出物体までの距離を計測してい
るので、検出物体までの距離の計測結果が検出物体の表
面状態によって影響を受けにくく、計測精度のばらつき
を低減することができる。

【００１１】請求項２に記載の実施態様は、請求項１記
載の距離測定装置において、光ビームを２方向に走査す
る前記走査手段と、前記走査手段による光ビームの２つ
の走査方向を検出する手段とを備え、検出物体までの距
離を測定するために用いられる走査方向と異なる走査方
向における、光ビームの走査速度、走査範囲、走査領域
のうちいずれかを可変にしたことを特徴としている。

【００１２】請求項２に記載の距離測定装置にあって
は、光ビームの走査速度、走査範囲、走査領域のうちい
ずれかが可変となっているので、検出物体を監視してい
る状態では、光ビームの走査範囲を広くしたり、走査速
度を速くしたりして光ビーム走査を粗い状態にしておく
ことにより、検出物体を広い領域にわたって監視すると
共に検出物体認識の応答性を高くすることができる。一
方、検出物体を検出すると、光ビームの走査範囲を特定
領域で狭くしたり、走査速度を遅くしたりすることによ
り、光ビーム走査を密な状態にし、検出物体の測距精度
を高くすることができる。

【００１３】請求項３に記載の距離測定装置は、受光部
の光軸に対してほぼ一定角度で光ビームを出射する投光
部と、前記投光部から出射され検出物体で反射された光
ビームを、所定位置もしくは所定領域で受光したか否か
を判断する受光部と、前記光ビームが受光部の所定位置
もしくは所定領域で受光されたときに対象物を検知する
手段とを備えたことを特徴としている。

【００１４】請求項１に記載の距離測定装置は、光電ス
イッチのように使用することもできる。請求項３に記載
の距離測定装置は、その場合の構成を示すものであり、
この場合には、光ビームの方向は検出物体の検知距離も
しくは検知領域に応じて固定されているので、光ビーム
の走査手段や走査方向の検出手段が不要になり、構成を
簡略化することができる。

【００１５】したがって、請求項３に記載の距離測定装
置によれば、構成が簡略で、しかも測距精度が良好で、
検出物体の表面状態による測距精度のばらつきも小さ
く、領域限定型の距離測定装置を提供することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図２、図３及び図４は本発明の一実
施形態による距離測定装置１０を示す図であって、図４
は図２及び図３のＡ矢視図である。また、図２は図４の
Ｐ１点又はＰ２点に光ビームＬＢが投射されているとき
の状態を示し、図３は図４のＰ３点に光ビームＬＢが投
射されているときの状態を示している。

【００１７】この距離測定装置１０は、図２に示すよう
に、半導体レーザ素子３、投光レンズ９、第１ガルバノ
ミラー１１、第２ガルバノミラー１２、受光レンズ４、
および２分割フォトダイオードのような２つの受光面を
有する２分割受光素子１３からなる光学系を備えてい
る。

【００１８】２分割受光素子１３は、図５又は図６に示
すように、直線によって２分割された２つの受光面１３
ａ，１３ｂを有している。２分割受光素子１３に対向配
置されている受光レンズ４は、その光軸が２分割受光素
子の分割線（境界）１３ｃを通過するように配置されて
おり、２分割受光素子１３と受光レンズ４との距離は、
受光レンズ４の焦点距離ｆにほぼ等しくなっている。

【００１９】なお、以下の説明においては、２分割受光
素子の受光面１３ａ，１３ｂ間の分割線１３ｃと平行に
Ｘ軸方向を定め、受光レンズの光軸と平行にＺ軸方向を
定め、当該Ｘ軸方向及びＺ軸方向と直交する方向にＹ軸
方向を定め、これらの座標軸方向を用いて距離測定装置
の構成を説明することにする。

【００２０】半導体レーザ素子３は、第１ガルバノミラ
ー１１に向けてＺ軸と平行に光ビームＬＢを投射するよ
うに配置されている。第１ガルバノミラー１１は、回転
軸がＹＺ平面と平行で、Ｙ軸方向に対して４５°の角度
をなすように配置されている。従って、半導体レーザ素
子３から投射され投光レンズ９によってコリメートされ
た光ビームＬＢは、第１ガルバノミラー１１で反射され
てＹ軸方向と平行に進むが、第１ガルバノミラー１１を
回転させることによって光ビームＬＢはＸＹ平面内で走
査される。

【００２１】第１ガルバノミラー１１からＹ軸方向へ向
いた位置には、回転軸がＸ軸と平行となるようにして、
第２ガルバノミラー１２が配置されている。しかして、
第１ガルバノミラー１１で反射された光ビームＬＢは、
第２ガルバノミラー１２によって斜め下方へ反射され、
第２ガルバノミラー１２の斜め下方に置かれた検出物体
２の表面に投射される。

【００２２】よって、第１ガルバノミラー１１を回転さ
せると、検出物体２上の光投射点は、図４に示すように
略Ｘ軸方向に移動し、第２ガルバノミラー１２を回転さ
せると、図２又は図３に示すように略Ｙ軸方向に移動す
る。

【００２３】検出物体２の表面で反射した光ビームＬＢ
は、受光レンズ４によって小さな受光スポットＳに絞り
込まれ、２分割受光素子１３に照射される。そして、２
分割受光素子１３の受光面１３ａ，１３ｂ間に（あるい
は、分割線１３ｃ上に）均等に結像されているか否かを
検出される。図５は図２の投光状態において第２ガルバ
ノミラー１２の回転に伴って２分割受光素子１３の受光
面１３ａ，１３ｂ上で光スポットＳが変位する様子を示
し、図６は図３の投光状態において第２ガルバノミラー
１２の回転に伴って２分割受光素子１３の受光面１３
ａ，１３ｂ上で光スポットＳが変位する様子を示してい
る。

【００２４】（測距原理の説明）次に、上記のような光
学的構成により、受光レンズ４の中心面から検出物体２
までの距離（Ｚ軸方向に沿った距離）Ｌを三角測距の原
理に基づいて演算する方法を図２により説明する。い
ま、受光レンズ４の光軸と第２ガルバノミラー１２の光
投射点との間のＹ軸方向における距離をＢ、受光レンズ
４の中心面と第２ガルバノミラー１２の光投射点との間
のＺ軸方向における距離をＣ、第１ガルバノミラー１１
の光投射点と第２ガルバノミラー１２の光投射点との間
のＹ軸方向における距離をＤとし、２分割受光素子１３
は受光レンズ４の焦点位置（焦点距離：ｆ）に配置され
ているものとする。これらの値は、距離測定装置１０の
光学的配置から決まるものである。また、検出物体２の
距離を受光レンズ４の中心面を基準として計るものと
し、受光レンズ４の中心面から検出物体２の表面までの
距離（Ｚ軸方向に沿った距離）をＬとする。さらに、第
２ガルバノミラー１２で反射した光ビームＬＢが真下
（Ｚ軸負方向）へ反射されているときを基準として、第
２ガルバノミラーの回転角βと光ビームＬＢの第２ガル
バノミラー１２による偏向角（光ビームＬＢとＺ軸との
なす角度ではなく、光ビームＬＢをＹＺ平面へ投影した
ものとＺ軸とのなす角度）θ₂を計ることにする（第２
ガルバノミラー１２の回転角βは、第２ガルバノミラー
１２の光反射面がＹ軸方向と４５゜の角度をなしている
とき、β＝０となる）。従って、偏向角θ₂と第２ガル
バノミラー１２の回転角βとの間には、θ₂＝２βの関
係がある。

【００２５】図４の位置Ｐ１又はＰ２で検出物体２表面
に光ビームＬＢが投射されるよう第１ガルバノミラー１
１の角度を固定した状態で第２ガルバノミラー１２を回
転させると、図２に示すように、検出物体２表面におけ
る光ビームＬＢの光投射点はＹ軸方向に移動するので、
２分割受光素子１３の受光面１３ａ，１３ｂにおいても
図５に示すように、光スポットＳの結像位置はＹ軸方向
に移動して分割線１３ｃを横切る。図５に示すように、
光スポットＳの中心が２分割受光素子１３の分割線１３
ｃ上に位置する時、すなわち、２つの受光面１３ａ，１
３ｂからの出力が等しくなった時の光ビームＬＢの偏向
角θ₂の値をθ₂₀とすると、図２から容易に次の関係が
求められる。（Ｌ−Ｃ）・tanθ₂₀＝Ｂ …（１）

【００２６】２分割受光素子１３の２つの受光面１３
ａ，１３ｂからの出力が等しい時の第２ガルバノミラー
１２の回転角をβ₀とすると、θ₂₀＝２β₀の関係がある
から、このときの第２ガルバノミラー１２の回転角β₀
を検出すれば、上記（１）式より、検出物体２までの距
離は、次の（２）式から求められる。Ｌ＝〔Ｂ／tan（２β₀）〕＋Ｃ …（２）

【００２７】また、図４の位置Ｐ３で検出物体２表面に
光ビームＬＢが投射されるよう第１ガルバノミラー１１
の角度を固定した状態で第２ガルバノミラーを回転させ
たときの様子を図３に示している。この場合には、検出
物体２までの距離Ｌが異なっているから、光スポットＳ
の位置はＸ軸方向にずれており、２分割受光素子１３の
出力が等しくなっている時の光ビームの偏向角θ₂₀の値
もしくは第２ガルバノミラー１２の回転角β₀の値は異
なっているが、この場合にも、検出物体２までの距離Ｌ
は上記（２）式から求められる。

【００２８】従って、第１ガルバノミラー１１及び第２
ガルバノミラー１２を回転させながら、２分割受光素子
１３の２つの出力が等しくなった時の第１ガルバノミラ
ー１１の回転角αと、そのときの第２ガルバノミラー１
２の回転角β₀（α）とを検出すれば、第１ガルバノミ
ラー１１の回転角αの関数として、次の（３）式により
検出物体２までの距離を計測することができる。Ｌ（α）＝［Ｂ／tan〔２β₀（α）〕］＋Ｃ …（３）この結果、第１ガルバノミラー１１の回転角αの関数Ｌ
（α）として、受光レンズ４の光軸を含むＺＸ平面にお
ける検出物体２（断面）の表面形状を求めることができ
る。

【００２９】また、検出物体２までの距離ＬをＸ軸方向
の座標の関数として求めることも容易に行なえる。図７
は第１ガルバノミラー１１で反射した後、検出物体の表
面に到達するまでの光ビームＬＢの光線経路に沿った光
線軌跡を示す図である（実際には、光ビームＬＢは第２
ガルバノミラー１２の反射点で折れ曲っている）。この
図から明らかなように、Ｙ軸方向を基準とする第１ガル
バノミラー１１による光の走査角をθ₁とし、走査角θ₁
＝０のときの検出物体２の表面におけるＸ軸方向の座標
をｘ＝０とすると、２分割受光素子１３の２つの出力が
等しいとき、走査角θ₁の光ビームＬＢが投射される検
出物体２表面の光投射点（検出点）のｘ座標は、次の
（４）式で表わされる。ｘ＝〔Ｄ＋（Ｂ／sinθ₂₀）〕tanθ₁ …（４）

【００３０】さらに、第１ガルバノミラー１１で反射し
た光ビームＬＢがＹ軸と平行に出射される時の第１ガル
バノミラー１１の姿勢を基準として第１ガルバノミラー
１１の回転角をαとすると、光ビームの走査角θ₁は、 θ₁＝２（α／√２）で表されるから、上記（４）式は、ｘ＝［Ｄ＋〔Ｂ／sin（２β₀）］tan（√２α） …（５）と書くことができる。

【００３１】従って、上記（３）式と（５）式、すなわ
ち、Ｌ（α）＝［Ｂ／tan〔２β₀（α）〕＋Ｃ …（３）ｘ＝［Ｄ＋｛Ｂ／sin〔２β₀（α）〕｝］tan（√２α） …（５）から走査角αを消去することにより、検出物体２までの
距離をｘ座標の関数Ｌ（ｘ）として表すことができ、検
出物体の２次元的な表面（凹凸）形状を求めることがで
きる。

【００３２】図８は、同上のような方式の距離測定装置
１０の電気的構成を示すブロック図である。この距離測
定装置１０にあっては、投光系が、半導体レーザ素子
３、半導体レーザ素子（ＬＤ）駆動回路２０、第１ガル
バノミラー１１、第１ガルバノミラー１１を回転駆動す
るガルバノミラー駆動回路２１、第２ガルバノミラー１
２、第２ガルバノミラー１２を回転駆動するガルバノミ
ラー駆動回路２２および制御回路２３から構成されてい
る。

【００３３】半導体レーザ素子駆動回路２０は、制御回
路２３からの制御信号に基づいて、半導体レーザ素子３
をパルス発光させて半導体レーザ素子３から光ビームＬ
Ｂを出射させる。同時に、制御回路２３からの制御信号
に基づいてガルバノミラー駆動回路２１，２２がそれぞ
れ第１及び第２ガルバノミラー１１，１２を回転駆動さ
せる。この第１及び第２ガルバノミラー１１，１２の回
転によって、半導体レーザ素子３から出射され投光レン
ズ９でコリメートされた光ビームＬＢは、検出物体２の
表面でＸ軸方向及びＹ軸方向に２次元走査される。

【００３４】距離測定装置１０の計測系は、第１ガルバ
ノミラー１１の回転角αを検出する第１エンコーダ２
７、第２ガルバノミラー１２の回転角βを検出する第２
エンコーダ２８、２つの受光面１３ａ，１３ｂを備えた
２分割受光素子１３、２つの受光アンプ２４ａ，２４
ｂ、差動増幅器２５、コンパレータ２６及び演算回路２
９から構成されている。

【００３５】第１及び第２ガルバノミラー１１，１２の
回転角α，βは、第１及び第２エンコーダ２７，２８に
よって検出され、回転角α，βの検出値は常に演算回路
２９へ送出されている。ここで、第１及び第２エンコー
ダ２７，２８としては、ロータリーエンコーダを用いれ
ば、ハーフミラーとＰＳＤにより回転角を計測するのに
比べて高い計測精度を得ることができる。

【００３６】各受光面１３ａ，１３ｂの受光信号Ｉ₁，
Ｉ₂は、受光アンプ２４ａ，２４ｂによって電圧信号
Ｖ₁，Ｖ₂に変換されると共に増幅された後、差動増幅器
２５によって差信号（Ｖ₂−Ｖ₁）に変換され、その差
（Ｖ₁−Ｖ₂）がコンパレータ２６において一定のしきい
値Ｖthと比較される。差（Ｖ₁−Ｖ₂）が一定のしきい値
Ｖth以下になると、演算回路２９はその瞬間の第１及び
第２エンコーダ２７，２８の出力から第１ガルバノミラ
ー１１の回転角αと第２ガルバノミラー１２の回転角β
₀を読み取り、前記（３）式により当該回転角α（もし
くは、走査角θ₁）における検出物体２の距離Ｌ（α）
を求め、それをメモリに格納する。あるいは、前記
（３）式及び（５）式により検出物体２の表面における
座標ｘでの距離Ｌ（ｘ）を求め、それをメモリに格納す
る。

【００３７】こうして、例えば検出物体２の表面におけ
るｘ座標に関する距離Ｌ（ｘ）が求まると、演算回路２
９はその結果を距離情報もしくは検出物体２の表面形状
情報として出力する。

【００３８】本発明の距離測定装置によれば、上記
（３）式に示されているように、２分割受光素子１３の
分割線１３ｃ上に光スポットＳが位置したときの第２ガ
ルバノミラーの回転角β₀もしくは光ビームＬＢの方向
θ₂₀から検出物体２の距離Ｌを求めることができるの
で、検出物体２で散乱反射される前の良質の光ビームＬ
Ｂの走査方向（あるいは、光ビームＬＢの走査方向を制
御するための変数）に基づいて検出物体２までの距離を
求めることができ、距離検出精度を高くすることができ
る。また、検出物体２の表面状態に影響されないので、
検出精度のばらつきも生じにくい。なお、２分割受光素
子１３では、検出物体２で反射した後の光を検出してい
るが、従来例のように受光位置を検出するものでなく、
単に所定位置もしくは一定領域（この実施形態では、分
割線１３ｃ上）に位置しているか否かを判別するだけで
よいので、ＰＳＤで受光位置を検出するのに比べて判定
精度を高くできる。

【００３９】なお、上記実施形態は、種々に設計変更す
ることが可能である。例えば、上記実施形態では、受光
素子の所定位置もしくは所定領域で光スポットが受光さ
れたか否かは２分割受光素子１３によって検出したが、
分割線に対応するスリットとフォトダイオードのような
受光素子の組み合わせによって光が所定位置もしくは所
定領域（つまり、スリット位置）で受光されたか否かを
判定することもできる。

【００４０】また、第１ガルバノミラー１１や第２ガル
バノミラー１２の回転角は、上記実施形態では、第１及
び第２エンコーダ２７，２８によって直接に検出した
が、第１ガルバノミラー１１や第２ガルバノミラー１２
のミラーを回転させるためのアクチュエータとしてパル
スステップモータを用い、そのパルスステップモータを
駆動するための制御信号から第１及び第２ガルバノミラ
ー１１，１２の回転角を検出するようにしてもよい。

【００４１】あるいは、光ビームＬＢの走査開始位置に
フォトダイオードのような受光素子を設けて走査開始時
間を検出し、走査開始からの時間と走査速度によって光
ビームＬＢの走査方向を知るようにしてもよい。

【００４２】また、ハーフミラーを用いることにより、
第１及び第２ガルバノミラー１１，１２で走査された直
後の光ビームＬＢの一部をＰＳＤやＣＣＤへ導き、その
受光位置から光ビームＬＢの走査方向を検出するように
してもよい。このような構成においても、検出物体２に
入射する前の乱されていない光ビームＬＢの走査方向を
検出し、それに基づいて検出物体２の距離Ｌを計測する
ことにより計測精度を向上させることができる。

【００４３】（第２の実施形態）図９は本発明の別な実
施形態による領域限定型の距離検出装置３０を示す概略
構成図である。この距離検出装置３０では、第２ガルバ
ノミラー１２で反射された光ビームＬＢの走査角θ₂が
一定角度θ₀となるように第２ガルバノミラー１２の角
度を固定し、検出物体２が所定距離もしくは所定領域に
存在する場合にのみ距離測定装置３０が出力するように
している。すなわち、検出したい検出物体２の距離がＬ
である場合には、Ｌ＝〔Ｂ／tan（θ₀）〕＋Ｃ …（６）を満たす角度θ₀に光ビームＬＢの角度を設定してい
る。これによって、前記距離検出装置１０を光電スイッ
チのように用いることができる。なお、検出範囲は、コ
ンパレータ２６のしきい値±Ｖthの大きさによって調整
することができる。

【００４４】例えば、図９及び図１０はＩＣ３１のリー
ドの反りを検出する場合を説明している。距離測定装置
３０からは、所定位置にセットされたＩＣ３１のリード
３２に光ビームＬＢが照射されており、第１ガルバノミ
ラー１１を駆動することにより、リード３２の並びに沿
って光ビームＬＢを照射している。ここで、リード３２
に反りが存在しない場合には、距離測定装置３０によっ
て検出されず、図９に示すように上に反ったリード３２
を検出するようになっている。

【００４５】例えば、図１０（ａ）の左端や右端のリー
ド３２のように反りのないリード３２で反射した光ビー
ムＬＢは２分割受光素子１３の分割線１３ｃ上で受光さ
れず、図１０（ｂ）に示すように、差分増幅器２５の出
力（Ｖ₂−Ｖ₁）はコンパレータ２６のしきい値範囲±Ｖ
th外となって演算回路２９から出力されない。これに対
し、リード３２に反りがあると、図１０（ｂ）の右から
２番目のリード３２のように、差分増幅器２５の出力
（Ｖ₂−Ｖ₁）がコンパレータ２６のしきい値範囲±Ｖth
内となり、図１０（ｃ）に示すように演算回路２９から
検出信号が出力される。

【００４６】この結果、検査対象のＩＣ３１のリード３
２のうち何本のリードが反っているか、どの位置のリー
ド３２が反っているか、を検出することができる。ま
た、このような使用方法では、構成を簡単にすることが
でき、演算回路２９においても複雑な演算が不要とな
る。

【００４７】なお、この実施形態では、第２ガルバノミ
ラー１２の角度は固定するのであるから、このような使
用方法に限定される場合には、第２ガルバノミラー１２
は無くても差し支えない。すなわち、第１ガルバノミラ
ー１１で走査された光ビーム１１を直接に検出物体２に
照射するようにしてもよい。

【００４８】（第３の実施形態）図１１は本発明のさら
に別な実施形態による距離測定装置４０の投光系を示す
概略平面図である。この距離測定装置４０にあっては、
第１ガルバノミラー１１と第２ガルバノミラー１２との
間に、テレセントリックスキャンレンズ４１を挿入して
いる。

【００４９】第１ガルバノミラー１１の前方にテレセン
トリックスキャンレンズ４１を配置すると、図１１に示
すように、第１ガルバノミラー１１で反射された光ビー
ムＬＢはテレセントリックスキャンレンズ４１を透過し
た後、Ｙ軸方向に平行な平行光束に変換される。従っ
て、ＺＸ平面で観察したとき、第１の実施形態（図４）
の場合のように検出物体２に対して斜めに光ビームＬＢ
が照射されることがなく、図１２に示すように、光ビー
ムＬＢをＺ軸と平行なままでＸ軸方向に走査できるの
で、角度によるＸ軸方向における距離測定が必要なく、
検出物体２への光投射点の絶対位置を第１及び第２ガル
バノミラー１１，１２の走査角度から簡単に求めること
ができる。

【００５０】具体的にいうと、第１ガルバノミラー１１
とテレセントリックスキャンレンズ４１との距離をＥと
すれば、光ビームＬＢのｘ座標は、ｘ＝Ｅtan（θ₁）＝Ｅtan（√２α） …（７）となり、前記（４）式又は（５）式に比べて簡単にな
る。

【００５１】（第４の実施形態）図１３（ａ）（ｂ）は
本発明のさらに別な実施形態による距離測定装置４２を
示す図である。この距離測定装置４２は、２分割受光素
子１３及び受光レンズ４の下方を通過する物体の距離を
計測するものであって、第１ガルバノミラー１１の回転
範囲及び回転速度を変化させることにより、物体検出の
前後で光ビームＬＢのＸ軸方向における走査範囲及び走
査速度を変えられるようになっている。

【００５２】具体的に説明すると、検出物体２を検出し
ていない間は、図１３（ａ）に示すように距離測定装置
４２は第１ガルバノミラー１１による光ビームＬＢの走
査範囲及び走査速度を最大にしている。従って、検出精
度は粗いが、広い範囲にわたって粗い分解能で検出物体
２の有無を監視している。検出物体２を検出すると、距
離測定装置４２は、図１３（ｂ）に示すように、光ビー
ムＬＢの走査範囲を検出物体２の検出位置を含む最小範
囲に狭くし、走査速度も最も遅くする。距離測定装置４
２は、この状態で検出物体２までの距離を精密に計測す
る。

【００５３】このように光ビームＬＢの走査範囲や走査
速度を可変にすることで、物体の検出を高速化でき、し
かも距離計測時には分解能を細かくして距離計測でき、
検出物体２の表面形状を細かく測定することができる。

【００５４】また、受光レンズ４の下方に置かれた検出
物体２の表面形状を検出する場合、検出物体２の位置決
めが不確かであっても自動的に検出物体２のある位置を
高速で見つけ出し（図１３（ａ））、ついで分解能を細
かくした状態で検出物体２の表面形状を検出することが
できる（図１３（ｂ））。

【００５５】なお、上記実施形態では、光走査手段とし
てガルバノミラーを用いたが、特に限定されるものでな
く、ガルバノミラー以外の例えばポリゴンミラーを用い
てもよい。また、上記実施形態では、２つのガルバノミ
ラーを組み合わせているが、ラスタースキャン方式のス
キャナを１つだけ用いるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例による距離測定装置の一例を示す斜視図
である。

【図２】本発明の一実施形態による距離測定装置を示す
概略正面図である。

【図３】同上の距離測定装置において、検出物体の異な
る位置に光ビームが投射されている状態を示す正面図で
ある。

【図４】図２又は図３のＡ矢視図である。

【図５】図２の投光状態における２分割受光素子上での
光スポットの結像状態を示す図である。

【図６】図３の投光状態における２分割受光素子上での
光スポットの結像状態を示す図である。

【図７】同上の距離測定装置における、第１及び第２ガ
ルバノミラーの回転角と、検出物体表面での光投射点の
ｘ軸方向の位置との関係を説明する図である。

【図８】同上の距離測定装置の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図９】本発明の別な実施形態による距離測定装置を示
す概略正面図である。

【図１０】（ａ）はリードに沿って光ビームを走査する
様子を示す説明図、（ｂ）は差動増幅器からコンパレー
タに出力される信号を示す図、（ｃ）は演算回路から出
力される信号を示す図である。

【図１１】本発明のさらに別な実施形態による距離測定
装置を示す概略平面図である。

【図１２】同上の距離測定装置において、検出物体上で
光ビームが走査される様子を示す図である。

【図１３】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施形態
による距離測定装置の説明図である。

【符号の説明】

１１第１ガルバノミラー１２第２ガルバノミラー１３２分割受光素子２５差動増幅器２６コンパレータ２７第１エンコーダ２８第２エンコーダ２９演算回路４１テレセントリックスキャンレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを出射する投光部と、検出物体で反射された光ビームを、所定位置もしくは所
定領域で受光したか否かを判断する受光部と、前記投光部から出射された光ビームを、前記受光部の光
軸となす角度が変化する方向に走査する走査手段と、前記走査手段による光ビームの走査方向を、検出物体に
投射される前に検出する手段と、前記光ビームが受光部の所定位置もしくは所定領域で受
光されたときの走査方向に基づいて検出物体までの距離
を計測する手段と、を備えたことを特徴する距離測定装
置。
【請求項２】光ビームを２方向に走査する前記走査手
段と、前記走査手段による光ビームの２つの走査方向を
検出する手段とを備え、検出物体までの距離を測定するために用いられる走査方
向と異なる走査方向における、光ビームの走査速度、走
査範囲、走査領域のうちいずれかを可変にしたことを特
徴とする、請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】受光部の光軸に対してほぼ一定角度で光
ビームを出射する投光部と、前記投光部から出射され検出物体で反射された光ビーム
を、所定位置もしくは所定領域で受光したか否かを判断
する受光部と、前記光ビームが受光部の所定位置もしくは所定領域で受
光されたときに対象物を検知する手段と、を備えたこと
を特徴とする距離測定装置。