JPH11326499A - 距離測定装置及びこれを利用した車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で、レーザ光の走査範囲と同等の
受光範囲を有することができる距離測定装置を提供し、
またこれを利用し、運転者の注意を喚起し、事故防止の
一翼を担う車両用制御装置を提供する。 【解決手段】 レーザ光を発光する発光部１、レーザ光
を受光する受光部２、発光されたレーザ光を走査し、前
方へ送光するミラー面と、対象物で反射してきたレーザ
光を他のミラー面で受光するように構成したポリゴンミ
ラー３、これを回転させる駆動部４、及び発光時刻と受
光時刻により前記対象物までの距離を測定する距離演算
部５を有し、前記ポリゴンミラー３の送光用ミラー面と
受光用ミラー面は、ポリゴンミラーの回転軸に対する傾
き角が所定角度差になるように形成し、発光部１及び受
光部２を前記回転軸に対して所定の角度になるように配
置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ光を発光
及び走査させ対象物による反射光を受光し、対象物まで
の距離を検出する距離測定装置及びこれを利用した車両
用制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりレーザ光を発光させ、所定角走
査し対象物までの距離を測定する装置は種々の提案がさ
れている。例えば、従来装置として特開平６ー１０２３
４３号公報に記載された装置があり、図１２にその基本
構成を示す。１０は発光素子であり、１３は受光素子で
あり、３は６面体のポリゴンミラーである。１１及び１
４はレーザ光を集光するレンズであり、ポリゴンミラー
３の送光用ミラー面及び受光用ミラー面の前面に配置さ
れている。発光されたレーザ光は、２点鎖線７で示すよ
うにポリゴンミラー３の１つのミラー面で反射され前方
空間に送光される。またポリゴンミラー３は図示されて
いない駆動部により時計回転方向に回転されているた
め、レーザ光は図１２中で上下に走査されることにな
る。一方対象物に当たって反射されたレーザ光８は、受
光レンズ１４で集光され、受光素子１３に入射される。
以上のように構成した装置で、レーザ光発光から受光ま
での時間を測定することにより、対象物までの距離を求
めることができる。また、このように送光のみでなく受
光側も走査することにより、送光が向いている方向から
反射されてくる光のみを選択的に効率よく受光すること
ができるため、受光を走査しない場合に比べてＳ／Ｎ比
の良い受光系を構成することができる。

【０００３】一方、距離測定装置に対しては近年上下・
左右走査することによって検出範囲を拡大し、あるいは
上下方向についても測距対象物体の方向を分割して検知
する必要性が高まっている。このような装置の一例とし
て、特開平９−２７４０７６号公報に記載された装置が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ポリゴンミラーの各ミ
ラー面の回転軸に対する傾きを変えることでこのような
上下・左右走査する距離測定装置を構成する場合、各ミ
ラー面の設定角度、発光素子１０および受光素子１３の
上下・左右方向に対する位置設定が重要であるが、前述
の装置ではいずれもこの点が明記されておらず不明であ
る。発光素子１０と受光素子１３とポリゴンミラー３の
各ミラー面の傾きとが所定の関係を有しない場合、受光
視野角を必要以上に広くしないと所望の範囲を検出でき
ないという問題点がある。なお受光視野角を広くしよう
とすると距離測定は可能であるが、受光部の寸法を大き
くする等の光学系の変更が必要があり、コストアップと
なるばかりでなく、無駄な範囲までを検出することにな
り、受光ノイズが増大しＳ／Ｎ比が低下するという欠点
がある。

【０００５】この発明は、前記のような問題点を解決す
るためになされたもので、簡単な構造で、レーザ光の走
査角と同等の受光用範囲を有することができる装置を提
供し、受光素子の面積を小さくでき、Ｓ／Ｎ比を上げ、
ひいては小型で安価な距離測定装置を実現するものであ
る。さらにこの距離測定装置を車両用に利用した車両用
制御装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る距離測定
装置では、レーザ光を発光する発光部、対象物による前
記レーザ光の反射光を受光する受光部、この受光部と前
記発光部の間に配置され、複数のミラー面を有し回転軸
に対するミラー面の傾きを複数種類有するポリゴンミラ
ー、このポリゴンミラーの回転を制御する駆動部、及び
前記ポリゴンミラーの回転に同期して、レーザ光を発光
させる発光信号を前記発光部に出力する信号制御部を含
み、発光時刻と受光時刻との伝搬遅延時間に基づいて前
記対象物までの距離を演算する距離演算部を有するもの
において、発光された前記レーザ光を、前記ポリゴンミ
ラーの１つのミラー面で反射して送光し、対象物によっ
てこのレーザ光が反射され帰ってきたものを、前記ミラ
ー面と異なるミラー面で反射して受光し、かつ回転軸に
対して所定角度になるように前記発光部、受光部、ポリ
ゴンミラーをそれぞれ配置し、前記ポリゴンミラーの各
ミラー面の回転軸に対する傾き角は、送光用ミラー面と
受光用ミラー面とで、所定の角度差を有する対が複数存
在するように形成したものである。

【０００７】また、この発明に係る距離測定装置では、
受光部は、ポリゴンミラーの送光用ミラー面と受光用ミ
ラー面の回転軸に対する傾き角度と発光部のレーザ光の
光軸とによって幾何学的に決まる反射光軸上に、受光軸
中心を配置したものである。

【０００８】また、この発明に係る距離測定装置では、
ポリゴンミラーの各ミラー面の回転軸に対する傾き角は
すべての面で異なるように形成したものである。

【０００９】また、この発明に係る距離測定装置では、
ポリゴンミラーの各ミラー面の回転軸に対する傾き角
は、対となる送光用ミラー面と受光用ミラー面の回転軸
に対する角度が同一となるように形成されたものであ
る。

【００１０】また、この発明に係る距離測定装置では、
レーザ光の光軸がポリゴンミラーの回転軸に対して略直
角な平面内を通って、ポリゴンミラー面に当たるように
発光部は配置され、前記ポリゴンミラーの各ミラー面は
回転軸に平行又はその近傍の傾きをなすように形成され
たものである。

【００１１】また、この発明にかかる距離測定装置で
は、ポリゴンミラーの各ミラー面の一部分を使用し、レ
ーザ光を送光し距離測定を行うように、距離演算部は発
光部にレーザ光発光信号を出力し、また所望の測定距離
に応じて、又は所望の測定範囲に応じて走査角を任意に
選択できるようにレーザ光発光信号を出力するようにし
たものである。

【００１２】また、この発明に係る距離測定装置では、
ポリゴンミラーの少なくとも１つのミラー面が、所定の
回転角度位置に来ることを検出する原点検出手段を有
し、この原点情報から距離演算部は、前記ポリゴンミラ
ーの各ミラー面の回転位置を算出し、レーザ光を走査す
るタイミングを決定し、このタイミングに応じてレーザ
光発光信号を出力するようにしたものである。

【００１３】また、この発明に係る距離測定装置では、
ポリゴンミラーの対となる送光用ミラー面と受光用ミラ
ー面の傾き角で、所定角度差を有しない面が送光用ミラ
ー面に来ることを検出する特定面検出手段を有し、この
特定面を検出した場合、距離測定を中止するようにした
ものである。

【００１４】また、この発明に係る距離測定装置を利用
した車両制御装置では、前述のいずれか記載の距離測定
装置、自車両の走行速度を検出する車速センサ、運転者
に対象物までの距離を表示又は警報する表示警報器、及
び前記距離測定装置により測定された対象物との距離と
前記自車両の速度とを入力し、前記表示警報器に対象物
までの距離を表示する信号、又は対象物との衝突を防止
するため運転者に警報を行う信号を出力する車間距離検
出装置を備えるものである。

【００１５】また、この発明に係る距離測定装置を利用
した車両制御装置では、前述のいずれか記載の距離測定
装置、自車両の走行速度を検出する車速センサ、車両の
速度を調整する速度調整装置、及び前記距離測定装置に
より測定される対象物との距離と前記自車両の速度とを
入力し、対象物との距離を所定範囲に維持するよう車両
の速度を制御する速度制御信号を前記速度調整装置に出
力する車間距離制御装置を備えるものである。

【００１６】さらにまた、この発明に係る距離測定装置
を利用した車両用制御装置では、道路傾斜の変化を検出
する道路傾斜検出手段と、この道路傾斜の変化情報に応
じて距離測定装置におけるレーザ光の走査範囲を変更す
る走査範囲変更手段、又はこの道路傾斜の変化情報に応
じて距離測定装置における距離データを取捨選択するデ
ータ選択手段を距離測定装置に備えたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図について説明する。図１はこの発明の
実施の形態１によるレーザ式距離測定装置を示す概念図
である。図１において、１はレーザ光を発光する発光部
で、２は対象物により反射されたレーザ光を受光する受
光部である。３はポリゴンミラーで、４はこのポリゴン
ミラー３を回転させる駆動部である。４ａは回転軸でこ
の軸を中心にポリゴンミラー３は回転する。５はレーザ
光発光時刻と受光時刻から対象物までの距離を演算する
距離演算部である。距離演算部５には駆動部４の回転速
度を制御する速度信号を出力し、この速度信号に対応し
てレーザ光を発光する発光信号を出力する信号制御部６
を内蔵している。

【００１８】発光部１は、信号制御部６からの発光信号
を受け、発光素子１０を発光させる発光手段１２と、発
光されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ
１１とから構成されている。一方受光部２は、対象物で
反射したレーザ光を入力し受光素子１３に集光する受光
レンズ１４と、受光信号を増幅する増幅手段１５とから
構成されている。発光されたレーザ光は、ポリゴンミラ
ー３の１ミラー面に当たり、２点鎖線７のように前方に
送光される。前方の空間の対象物（図示せず）に反射し
たレーザ光は、ポリゴンミラー３の別のミラー面に帰っ
てきて受光レンズ１４を通過集光され、受光素子１３に
入射される。

【００１９】距離演算部５は、発光時刻と受光時刻との
遅延時間から下式にて、対象物までの距離を算出する。 Ｄ＝Ｃ＊（Ｔ２−Ｔ１）／２ （１） ここでＣは光速で３＊１０8ｍ／ｓ、Ｔ２は受光時刻、
Ｔ１は発光時刻である。またレーザ光は対象物までの間
を往復するため、対象物までの距離は１／２となる。

【００２０】以上ように構成された走査式距離測定装置
について、構造図である図２を用いて具体的に説明す
る。図２（ａ）は平面断面図で（ｂ）のII−II線断面方
向から見たもので、図２（ｂ）は正面断面図で（ａ）の
Ｉ−Ｉ線断面方向から見たものである。図２中図１と同
一符号は、同一又は相当部分を示している。１は発光部
で、発光素子１０とコリメータレンズ１１が同軸上に配
置されている。なお発光手段１２は発光部１に配置され
ているが図示していない。２は受光部で受光レンズ１４
と受光素子１３が配置されており、増幅手段１５は図示
していない。距離演算部５及び駆動部４は、基板１６上
に配置されている。

【００２１】またポリゴンミラー３は、回転軸に垂直な
平面で輪切りにした断面の８角が全て１３５°で、回転
軸４ａを中心に反時計回りに回転するようになってい
る。このポリゴンミラーの回転に同期しレーザ光を順次
発光すると、２点鎖線７で示したように走査角αで走査
できる。同様に反射光は２点鎖線８のように走査角αで
受光できる。また発光素子１０は、ポリゴンミラー３の
回転軸４ａに直角な平面内を通ってレーザ光を照射する
ように配置されている。ポリゴンミラー３の各ミラー面
は回転軸４ａに比較的平行な傾きを有して形成されてい
る。従って、仮に回転軸４ａが鉛直になるように装置が
設置された場合、２次元走査はポリゴンミラーのミラー
面が回転軸４ａと平行であれば水平平面内で送光し、ミ
ラー面の傾き角に応じて上下方向に走査可能である。な
お１７ａは送光窓で、１７ｂは受光窓である。また１８
ａはレーザ光漏れ防止用筒であり、この実施の形態では
発光部１と受光部２が正対するため、レーザ光の漏れを
防止し迷走光を減少させている。同様に１８ｂは受光用
の筒であり、反射光以外の迷走光を入射させないように
している。

【００２２】一方信号制御部６は、ポリゴンミラー３の
回転と連動して所定の方向でレーザ光を発光するように
発光信号を出力する。具体的には、ポリゴンミラー３を
回転させる駆動部４を例えばステッパモータとすると、
ステッパモータを信号制御部６からの駆動信号に従って
所定の速度で回転させる。ポリゴンミラー３の下部の決
められた場所に設置された磁石２２と、磁気検出素子２
３によって得られる回転基準位置検出信号の検出タイミ
ングから時間演算し、所定のタイミングで発光信号を出
力することにより、所望の方向にレーザ光を発光させそ
の方向の対象物までの距離を検出することができる。な
お駆動部４にステッパモータを用いる代わりにＤＣモー
タを用いてもよい。この場合、駆動部４から速度信号を
入力し所定の等速回転になるように速度信号を出力す
る。また速度信号の代わりに、磁石２２と、磁気検出素
子２３によって得られる回転基準位置検出信号の検出周
期から回転速度を算出する方法もある。

【００２３】またこのような走査式レーザレーダ装置で
は、一般に送光ビームが平行光に近づくようにレンズ系
を設計することで、送光ビームの拡散を減らし遠方まで
の測定性能を確保している。前述の従来装置では（図１
２）、集光レンズ１１、１４が、ポリゴンミラー３の前
方に配置されているため、ポリゴンミラーが回転するこ
とにより、反射ミラー面と発光素子１０の距離が若干変
化し発光素子からレンズまでの実効距離も変化し、送光
ビームが拡散することによって最大検出距離が低下する
という問題点があった。そのためこの実施の形態では、
発光素子又は受光素子の近傍にレンズを配置することに
より、この問題を解決している。またこのような配置に
することにより光学系の効率を犠牲にすることなく、本
装置内部でのレーザ光の広がりを最小限に留めることが
できるため、送光光学系をコンパクトに設計できる。さ
らにまた本装置内部に漏れ出る迷走光も少なくできるた
め、迷走光による受光ノイズも低減できる効果がある。

【００２４】次に図３を用いて、ポリゴンミラー３の各
ミラー面の傾きと送光角度及び受光角度の関係を説明す
る。図３中図１又は図２と同一符号は同一又は相当部分
を示す。また、ポリゴンミラーの回転軸は鉛直になるよ
うに設置した場合について説明する。図３に示すように
送光用ミラー面上の送光光軸中心を原点として、ポリゴ
ンミラー回転軸と平行な軸をＹ１軸、装置前方の測定エ
リア中心方向をＺ１軸、これらの軸と直交する軸をＸ１
軸とする。また受光系についても受光用ミラー面上の受
光光軸中心を原点として同様にＸ２、Ｙ２、Ｚ２軸を定
義する。また、図３の平面断面図に示すようにポリゴン
ミラー３の各ミラー面をＡ〜Ｈとする。さらに、送光用
ミラー面の法線の角度を、Ｘ１−Ｚ１平面に垂直投影し
た線とＺ１軸とが成す角度をθＳ、及びＸ１−Ｙ１平面
に対する角度をθＴで表す。同様に、受光用ミラー面の
法線の角度をθｓ、θｔとし、発光素子１０からの発光
光軸の角度をθＱ、θＲ、受光素子１３への受光光軸の
角度をθｑ、θｒ、送光用ミラーで反射後の送光光軸の
角度をθＵ、θＶ、受光ミラーへの入射光光軸の角度を
θｕ、θｖで定義する。ここで各角度（θＲ、θＴ、θ
Ｖ、θｒ、θｔ、θｖ）は、ポリゴンミラー回転軸４ａ
に対して垂直な平面（Ｘ１−Ｚ１平面及びＸ２−Ｚ２平
面）に対する角度、各角度（θＱ、θＳ、θＵ、θｑ、
θｓ、θｕ）はＸ１−Ｚ１平面又はＸ２−Ｚ２平面に垂
直投影された線とＺ１又はＺ２軸とが成す角度を表す。

【００２５】さらに、各角度（θＲ、θＴ、θＶ、θ
ｒ、θｔ、θｖ）については、水平より上方向を＋、各
角度（θＱ、θＳ、θＵ、θｑ、θｓ、θｕ）について
は、Ｚ１またはＺ２軸を０°として図３上で反時計回り
の方向を＋とする。次に、送光用ミラーで反射後の送光
光軸の角度（θＵ、θＶ）を、送光用ミラー面の法線の
角度（θＳ、θＶ）および発光素子１０からの発光光軸
の角度（θＡ、θＢ）を用いて表すと、

【００２６】

【数１】

【００２７】となる。光の現象の可逆性から、受光ミラ
ーへの入射光光軸の角度（θｕ、θｖ）についても数式
（２）、（３）と同様な式で表現できる。すなわち、各
角度（θＱ、θＲ、θＳ、θＴ、θＵ、θＶ）を各々
（θｑ、θｒ、θｓ、θｔ、θｕ、θｖ）に置き換えれ
ば良い。

【００２８】８面ポリゴンミラーの各ミラー面Ａ〜Ｈの
法線の仰角（θＴまたはθｔに相当）は各々−２°〜＋
５°となるように１°ステップで順に設定する。発光素
子１０はθＱ＝−９０°、θＲ＝０°、受光素子１３は
θｑ＝９０°、θｒ＝２．８°となるように配置する。
このような装置において数式（２）、（３）を用いてθ
Ｕ、θＶ 、θｕ、θｖを求めると図４のようになる。
ここでは、回転軸角θＳ＝−５０〜−４０°の間につい
て示してある。このとき、送光光軸の水平角θＵはＺ１
軸を中心として、略−１０°〜＋１０°の範囲を走査す
る。なおこの走査範囲は信号制御部６で、光学的所定範
囲以内ならば所望の測定範囲の任意な設定が可能であ
る。

【００２９】送光光軸の仰角θＶは図４に記載したよう
に、 θＵ の＋方向では広く、−方向では狭く走査す
る。このθＶの走査幅が広い部分においても、各ミラー
面で送光されるレーザ光の一部が重なり合う広がりを有
するように、コリメータレンズ１１を設計する。

【００３０】次に受光走査角について述べる。本実施例
ではポリゴンミラーの各ミラー面Ａ〜Ｈの法線の仰角を
１°ステップで順に設定してあるので、送受光ミラー間
の仰角の差（θＴ−θｔ）が−２°となるような送受光
ミラーの組み合わせが６組存在する。このため、受光系
の光軸の仰角θｒを送光方向にある測定対象物からの反
射光が向かう方向（略２．８°）付近に設定しておけ
ば、上下方向に６方向の走査については送光走査角と受
光走査角が概ね一致し、有効に測定することが可能であ
る。なお、受光部は、ポリゴンミラーを挟んで送光部と
は反対側に配置してあるため、受光走査角の仰角θｖ
は、送光走査角とは反対にθｕ の＋方向では狭く、−
方向では広く走査するが、その差は僅かであり、受光系
の上下視野角を若干広めに設計することで、送光ビーム
が照射される範囲を十分カバーすることができ、受光系
も含めた２次元スキャンの優位性は本質的に失われな
い。すなわち、必要最小限の受光視野角に設計できるた
め、無用な外乱によるＳ／Ｎ比低下を最小限に止めるこ
とができる。

【００３１】本装置による送受光の走査の様子を３次元
的に表したものが図５である。図５中図２と同一符号
は、同一又は相当部分を示している。発光部１から発光
されたレーザ光は、所定の広がりを有し、ポリゴンミラ
ー３で送光され、図５に示すようにＸＹ平面に照射され
る。このＸＹ平面上の走査範囲２０ａ〜２０ｆは若干傾
き、その包絡線はＸ軸の＋方向が−方向より広がった略
台形となる。一方受光範囲については、破線２１に示す
ように、逆向きの略台形となる。なお、図中の走査エリ
ア両端に描いた実線の楕円は、送光ビームの照射範囲の
イメージを示し、破線の楕円は受光視野角のイメージを
示す。上下左右の走査に対し、送受光範囲がよく一致
し、無駄な受光をせずＳ／Ｎ比の高い測定が実現でき
る。

【００３２】本装置では、測定を行うための前提条件で
あるθＴ−θｔ＝−２°が成立しない送受光ミラー面の
組み合わせが２組存在する。すなわち、送受光ミラー面
が各々ＧとＡ、ＨとＢの組み合わせになった場合、図４
に記載したように、送光軸仰角（θＶ）と受光軸仰角
（θｖ）とはかけ離れた値となり、送受光角が一致しな
いため通常の距離測定は不可能である。これらのミラー
面の組み合わせについては、距離測定を中断するように
距離演算部５は動作する。

【００３３】すなわち、図２において、前記永久磁石２
２と磁気検出素子２３とにより、基準位置を検出すると
共に、その検出周期からタイミング演算を行うことによ
り、送受光面が対象物の測定が不可能なミラー面の組み
合わせになっていることを検出して、距離演算部５は発
光指令を中断し、測定も中断するようにする。その間に
距離演算部５は、距離測定するためのその他の仕事例え
ば、ポリゴンミラー３の回転速度制御、発光部１及び受
光部２の電気的チェック、または測定した距離データの
整理等を行う時間に有効に利用することが可能である。
また、この期間を活用し、自己診断等の、通常の距離測
定とは異なる処理を実行させることができる。ここで永
久磁石２２と磁気検出素子２３により、特定面検出を構
成している。

【００３４】実施の形態２．次に実施の形態２について
説明する。図６（ａ）に示したように各々−１°〜＋２
°の４組の同じ傾きを持ったミラー面（θＴ＝θｔ）で
８面のポリゴンミラーを構成したものである。実施の形
態１と比べて上下方向の走査数は、減少するものの、送
受光光軸の一致性は高まり、仰角方向に対してより小さ
い受光視野角に設計できるため、Ｓ／Ｎ比は僅かながら
向上する。送光ミラー面にＣ（θＴ＝２°）、Ｄ（θＴ
＝１°）、Ｇ（θＴ＝０°）、Ｈ（θＴ＝−１°）がそ
れぞれ来た場合、受光ミラー面はそれぞれＥ（θｔ＝０
°）、Ｆ（θｔ＝−１°）、Ａ（θｔ＝２°）、Ｂ（θ
ｔ＝１°）となり、送受光光軸が一致しないため、この
場合は測定を中止する。

【００３５】実施の形態３．次に実施の形態３について
説明する。図６（ｂ）に示したように、ミラー面Ａ、
Ｃ、Ｅ、ＧをθＴ＝２°、ミラー面Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈをθ
Ｔ＝０°とし、かつθＲ＝０度、θＱ＝−９０°、θｒ
＝０度、θｑ＝９０°とする。この場合、上下方向の走
査は２段階となるが、全ての送受光ミラーの組み合わせ
にて通常の距離測定が可能となり、かつポリゴンミラー
１回転について同じ方向に対し４回の測定が行われるこ
とになるため、早い測定周期を必要とする用途には向い
ている。逆に、実施の形態１と同じ測定周期であれば、
ポリゴンミラーの回転速度を１／４にすることができる
ため、水平方向の走査角度分解能の荒さが同じであれば
測定のための演算処理速度はゆっくりでよいため、演算
装置に対する負担を軽くすることが可能である。

【００３６】実施の形態４ 次に実施の形態４について図７及び図８を用いて説明す
る。図７（ａ）は（ｂ）をIV−IV線断面から見た平面断
面図で、図７（ｂ）は（ａ）をIII−III線断面から見た
正面断面図である。図７中図２と同一符号は、同一又は
相当部分を示している。この実施例では、ポリゴンミラ
ー３のミラー面は６面で、発光素子１０は基板１６上に
配置され、発光されたレーザ光は固定ミラー２４を介し
て送光ミラーに入射する構成となっている。これによ
り、送光部がポリゴンミラーより前方に突出することを
回避し、装置の小型化を計っている。また、受光素子１
３を距離演算部５や駆動部４を有している基板１６上に
配置し、受光レンズ１９を凹面鏡に変更している。受光
レンズ１９を凹面鏡にすると、実施の形態１で使用した
集光レンズ例えばフレネルレンズとする場合と比べて、
光学的なロスが少ない。また、送光素子１０及び受光素
子１３を基板１６上に配置しているため、送受光素子を
実装するための基板を別に設ける必要がなくレイアウト
が容易になる。

【００３７】ポリゴンミラー３を６面体にした場合の送
光・受光範囲について、図７および図８を用いて説明す
る。まず、ミラー面Ａ〜Ｆは傾き角θＴが各々−２〜３
°となるように１°ステップで順に設定する。発光素子
１０はθＱ＝−４０°、θＲ＝０°、受光素子１３はθ
ｑ＝８０°、θｒ＝１．５°となるように配置する。こ
のような装置において数式（２）、（３）を用いてθ
Ｕ、θＶ 、θｕ、θｖを求めると図８のようになる。
ここでは、回転軸角θＳ＝−２５〜−１５°の間につい
て示してある。このとき、送光光軸の水平角θＵはＺ１
軸を中心として、略−１０°〜＋１０°の範囲を走査す
る。なおこの走査範囲は、所望測定範囲に応じて任意な
設定が可能である。ミラー面が６面のポリゴンミラーで
は、組み合わせがＦとＡの場合のみ測定ができず、６面
中５面が有効利用できる。また、構造的に反射ミラーに
入射する送光光軸が浅い角度（θＳが小さい角度）にな
るように設計できることにより、走査のひずみ（走査の
右端と左端でθＲに差が見られる現象）が軽減される。

【００３８】実施の形態５．次に実施の形態５について
説明する。前述してきた距離測定装置は、これ自体に測
定表示部を有し、対象物までの距離を測定することは可
能である。さらにこの装置をいろいろな分野に利用する
こともまた可能である。特に距離測定装置を車両に搭載
した場合について図９を用いて説明する。３１は距離測
定装置であり、車両に搭載され前方を走査する。３２は
自車両の走行速度を検出する車速センサである。３３は
運転者の視野に入るように搭載され、車間距離表示又は
警報する表示警報器である。３４は車間距離検出装置で
あり、距離測定装置３１から距離情報が時々刻々送信さ
れ、かつ車速センサ３２により走行速度情報も入力され
ている。そして対象物までの距離を表示警報器３３に表
示できるように信号を出力する。車間距離検出装置３４
は、例えば対象物までの距離の変化により、自車速と対
象物の相対速度を算出し、現在の走行状態を続けている
と衝突の恐れがある場合は、警報を発し運転者に注意を
喚起するように信号を出力する機能を有している。この
シムテムにより、運転者の居眠り、よそ見運転等による
衝突事故を未然に防止できるものである。

【００３９】実施の形態６．次に実施の形態６について
図１０を用いて説明する。この実施の形態も車両に距離
測定装置を搭載した場合のものである。３５はエンジン
のスロットルを制御するスロットル制御装置であり、３
６はギア位置を変更する自動変速装置であり、３７はブ
レーキを制御するブレーキ制御装置であり、これらは走
行速度を調整する速度調整装置を表している。３８は車
間距離制御装置であり、距離測定装置２１から距離情報
を、車速センサ３２から車速を入力し、所定の車間距離
範囲を維持するように、速度調整装置を制御する信号を
出力するものである。自車速と距離の関係で車間距離が
縮まってくると、スロットルを閉じる方向に信号を出力
する。またギア位置を一段下げることにより減速させる
ようにすることもできる。さらには、ブレーキをかけ減
速又は停車させるようにすることもできる。一方車間距
離が開いてくると、スロットルを開き速度を上げること
も可能である。このシステムにより、車両運転の安全性
をさらに確保するばかりでなく、運転者の疲労を軽減す
ることも可能である。

【００４０】実施の形態７．次に実施の形態７について
図１１を用いて説明する。車両４０に距離測定装置を搭
載し走行中、前方車両４４が登坂路を走行し始めると、
送光範囲４１では車両４４を検出できず、道路を検出し
てしまう。このような場合は、送光範囲４２、又は４３
を利用しなれけばならない。そのため、ナビゲージョン
装置他により前方の道路傾斜の変化を入力し、道路の傾
斜の変化に応じて上下走査の内下側又は上側方向に走査
範囲を変更する。これにより、有効な距離検出情報のみ
を用いて、前方の路面上の状況を把握することができ
る。これらの走査範囲変更にあっては、距離測定装置に
付加手段を追加しなくても、ポリゴンミラーの回転と発
光タイミングとの関係を変更するだけで対応できるもの
である。一方、走査範囲を変更するかわりに、測定した
データのうち道路傾斜変化情報により、上方向又は下方
向のデータを選択する方法でも同じ効果が得られる。こ
のデータ選択手段は距離演算部５にこの機能を内蔵する
ことで実現できるものである。

【００４１】

【発明の効果】この発明の距離測定装置は、以上説明し
たように構成されているので、以下に示すような効果を
奏する。

【００４２】第１の発明に係る距離測定装置によれば、
発光されたレーザ光をポリゴンミラーの１つのミラー面
で反射して送光し、対象物によってこのレーザ光が反射
され帰ってきたものを、前記ミラー面と異なるミラー面
で反射して受光し、かつ回転軸に対して所定角度になる
ように発光部、受光部、ポリゴンミラーをそれぞれ配置
し、前記ポリゴンミラーの各ミラー面の回転軸に対する
傾き角は、送光用ミラー面と受光用ミラー面とで、所定
の角度差を有する対が複数存在するように形成したた
め、ポリゴンミラーを有効に使用でき、装置自体の小型
化が図れ、簡単な構造で上下・左右走査が可能となる効
果がある。

【００４３】また、第２の発明に係る距離測定装置によ
れば、受光部は、ポリゴンミラーの送光用ミラー面と受
光用ミラー面の回転軸に対する傾き角度と、発光部のレ
ーザ光の光軸方向とによって幾何学的に決まる反射光軸
上に、受光軸中心を配置したため、受光部の垂直方向の
配置場所が特定でき、送光走査範囲と略同一の受光範囲
を設定できるので、対象物以外の物体からの反射光を検
出することが少なくなり、対象物の検出精度が向上でき
る効果がある。

【００４４】また、第３の発明に係る距離測定装置によ
れば、ポリゴンミラーの各ミラー面の回転軸に対する傾
き角はすべての面で異なるように形成されたため、上下
方向の走査範囲を拡大できる効果がある。

【００４５】また、第４の発明に係る距離測定装置によ
れば、ポリゴンミラーの各ミラー面の回転軸に対する傾
き角は、対となる送光用ミラー面と受光用ミラー面の回
転軸に対する角度が同一となるように形成されたため、
発光部と受光部を同一水平面に配置することができ、装
置の構造が簡単になる効果がある。

【００４６】また、第５の発明に係る距離測定装置によ
れば、レーザ光の光軸がポリゴンミラーの回転軸に対し
て略直角な平面内を通って、ポリゴンミラー面に当たる
ように発光部は配置され、前記ポリゴンミラーの各ミラ
ー面は回転軸に平行又はその近傍の傾きをなすように形
成されたため、簡単な構造で上下・左右走査が可能とな
る効果がある。

【００４７】また、第６の発明に係る距離測定装置によ
れば、ポリゴンミラーの各ミラー面の一部分を使用し、
レーザ光を送光し距離測定を行うように、距離演算部は
発光部にレーザ光発光信号を出力し、また所望の測定距
離に応じて、又は所望の測定範囲に応じて走査角を任意
に選択できるようにレーザ光発光信号を出力するように
したため、他の手段を追加せずに走査範囲を任意に変更
できる効果がある。

【００４８】また、第７の発明に係る距離測定装置によ
れば、ポリゴンミラーの少なくとも１つのミラー面が、
所定の回転角度位置に来ることを検出する原点検出手段
を有し、この原点情報から距離演算部は、前記ポリゴン
ミラーの各ミラー面の回転位置を算出し、レーザ光を走
査するタイミングを決定し、このタイミングに応じてレ
ーザ光発光信号を出力するようにしたため、ポリゴンミ
ラーの回転速度を任意に制御でき、ミラー面の位置を簡
単に把握することができる効果がある。

【００４９】また、第８の発明に係る距離測定装置によ
れば、ポリゴンミラーの対となる送光用ミラー面と受光
用ミラー面の傾き角で、所定角度差を有しない面が送光
用ミラー面に来ることを検出する特定面検出手段を有
し、この特定面を検出した場合、距離測定を中止するよ
うにしたので、対象物以外の物体の検出を防止できる効
果がある。

【００５０】また、第９の発明に係る距離測定装置を利
用した車両制御装置によれば、前述のいずれか記載の距
離測定装置、自車両の走行速度を検出する車速センサ、
運転者に対象物までの距離を表示又は警報する表示警報
器、及び前記距離測定装置により測定された対象物との
距離と前記自車両の速度とを入力し、前記表示警報器に
対象物までの距離を表示する信号、又は対象物との衝突
を防止するため運転者に警報を行う信号を出力する車間
距離検出装置を備えるので、必要な対象物の検出がで
き、距離表示又は警報により、運転者の漫然運転・よそ
見運転による事故を未然に防止できる効果がある。

【００５１】また、第１０の発明に係る距離測定装置を
利用した車両制御装置によれば、前述のいずれか記載の
距離測定装置、自車両の走行速度を検出する車速セン
サ、車両の速度を調整する速度調整装置、及び前記距離
測定装置により測定される対象物との距離と前記自車両
の速度とを入力し、対象物との距離を所定範囲に維持す
るよう車両の速度を制御する速度制御信号を前記速度調
整装置に出力する車間距離制御装置を備えるので、自動
的に走行速度を制御でき、事故防止及び運転者の疲労軽
減に役立つ効果がある。

【００５２】さらにまた、第１１の発明に係る距離測定
装置を利用した車両制御装置によれば、道路傾斜の変化
を検出する道路傾斜検出手段と、この道路傾斜の変化情
報に応じて距離測定装置におけるレーザ光の走査範囲を
変更する走査範囲変更手段、又はこの道路傾斜の変化情
報に応じて距離測定装置における距離データを取捨選択
するデータ選択手段を距離測定装置に備えたので、道路
変化に合った対象物検出ができ、不要な物体の検出を防
止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による距離測定装置
を示す概念図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による距離測定装置
を示す構造図である。

【図３】 実施の形態１によるポリゴンミラーと送光軸
角及び受光軸角を示す説明図である。

【図４】 実施の形態１によるレーザ光送光角及び受光
角を示す説明図である。

【図５】 実施の形態１によるレーザ光走査範囲を示す
説明図である。

【図６】 実施の形態２及び３によるレーザ光送光角及
び受光角を示す説明図である。

【図７】 実施の形態４による距離測定装置を示す構造
図である。

【図８】 実施の形態４によるレーザ光送光角及び受光
角を示す説明図である。

【図９】 実施の形態５による距離測定装置を利用した
車両用制御装置を示すブロック図である。

【図１０】 実施の形態６による距離測定装置を利用し
た車両用制御装置を示すブロック図である。

【図１１】 実施の形態７によるレーザ光走査範囲を示
す説明図である。

【図１２】 従来の距離測定装置による構成図である。

【符号の説明】

１ 発光手段、２ 受光手段、３ ポリゴンミラー、４
駆動部、４ａ 回転軸、５ 距離演算部、６ 信号制
御部、１０ 発光素子、１１ コリメータレンズ、１２
発光手段、１３ 受光素子、１４ 受光レンズ、１５
増幅手段、３１ 距離測定装置、３２ 車速センサ、
３３ 表示警報器、３４ 車間距離検出装置、３５ ス
ロットル制御装置、３６ 自動変速装置、３７ ブレー
キ制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｓ 17/93 Ｇ０８Ｇ 1/16 Ｅ Ｇ０８Ｇ 1/16 Ｇ０１Ｓ 17/88 Ａ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発光する発光部、対象物によ
   る前記レーザ光の反射光を受光する受光部、この受光部
   と前記発光部の間に配置され、複数のミラー面を有し回
   転軸に対するミラー面の傾きを複数種類有するポリゴン
   ミラー、このポリゴンミラーの回転を制御する駆動部、
   及び前記ポリゴンミラーの回転に同期して、レーザ光を
   発光させる発光信号を前記発光部に出力する信号制御部
   を含み、発光時刻と受光時刻との伝搬遅延時間に基づい
   て前記対象物までの距離を演算する距離演算部を有する
   ものにおいて、 発光された前記レーザ光を、前記ポリゴンミラーの１つ
   のミラー面で反射して送光し、対象物によってこのレー
   ザ光が反射され帰ってきたものを、前記ミラー面と異な
   るミラー面で反射して受光し、かつ回転軸に対して所定
   角度になるように前記発光部、受光部、ポリゴンミラー
   をそれぞれ配置し、 前記ポリゴンミラーの各ミラー面の回転軸に対する傾き
   角は、送光用ミラー面と受光用ミラー面とで、所定の角
   度差を有する対が複数存在するように形成されることを
   特徴とする距離測定装置。
2. 【請求項２】 受光部は、ポリゴンミラーの送光用ミラ
   ー面と受光用ミラー面の回転軸に対する傾き角度と、発
   光部のレーザ光の光軸方向とによって幾何学的に決まる
   反射光軸上に、受光軸中心を配置したことを特徴とする
   請求項１記載の距離測定装置。
3. 【請求項３】 ポリゴンミラーの各ミラー面の回転軸に
   対する傾き角はすべての面で異なるように形成したこと
   を特徴とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記
   載の距離測定装置。
4. 【請求項４】 ポリゴンミラーの各ミラー面の回転軸に
   対する傾き角は、対となる送光用ミラー面と受光用ミラ
   ー面の回転軸に対する角度が同一となるように形成され
   たことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載
   の距離測定装置。
5. 【請求項５】 レーザ光の光軸がポリゴンミラーの回転
   軸に対して略直角な平面内を通って、ポリゴンミラー面
   に当たるように発光部は配置され、前記ポリゴンミラー
   の各ミラー面は回転軸に平行又はその近傍の傾きをなす
   ように形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいず
   れか１項に記載の距離測定装置。
6. 【請求項６】 ポリゴンミラーの各ミラー面の一部分を
   使用し、レーザ光を送光し距離測定を行うように、距離
   演算部は発光部にレーザ光発光信号を出力し、また所望
   の測定距離に応じて、又は所望の測定範囲に応じて走査
   角を任意に選択できるようにレーザ光発光信号を出力す
   ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載
   の距離測定装置。
7. 【請求項７】 ポリゴンミラーの少なくとも１つのミラ
   ー面が、所定の回転角度位置に来ることを検出する原点
   検出手段を有し、この原点情報から距離演算部は、前記
   ポリゴンミラーの各ミラー面の回転位置を算出し、レー
   ザ光を走査するタイミングを決定し、このタイミングに
   応じてレーザ光発光信号を出力することを特徴とする請
   求項１〜６のいずれか１項に記載の距離測定装置。
8. 【請求項８】 ポリゴンミラーの対となる送光用ミラー
   面と受光用ミラー面の傾き角で、所定角度差を有しない
   面が送光用ミラー面に来ることを検出する特定面検出手
   段を有し、この特定面を検出した場合、距離測定を中止
   するようにしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれ
   か１項に記載の距離測定装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか記載の距離測定
   装置、自車両の走行速度を検出する車速センサ、運転者
   に対象物までの距離を表示又は警報する表示警報器、及
   び前記距離測定装置により測定された対象物との距離と
   前記自車両の速度とを入力し、前記表示警報器に対象物
   までの距離を表示する信号、又は対象物との衝突を防止
   するため運転者に警報を行う信号を出力する車間距離検
   出装置を備えることを特徴とする車両用制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜８のいずれか記載の距離測
    定装置、自車両の走行速度を検出する車速センサ、車両
    の速度を調整する速度調整装置、及び前記距離測定装置
    により測定される対象物との距離と前記自車両の速度と
    を入力し、対象物との距離を所定範囲に維持するよう車
    両の速度を制御する速度制御信号を前記速度調整装置に
    出力する車間距離制御装置を備えることを特徴とする車
    両用制御装置。
11. 【請求項１１】 道路傾斜の変化を検出する道路傾斜検
    出手段と、この道路傾斜の変化情報に応じて距離測定装
    置におけるレーザ光の走査範囲を変更する走査範囲変更
    手段、又はこの道路傾斜の変化情報に応じて距離測定装
    置における距離データを取捨選択するデータ選択手段を
    距離測定装置に備えたことを特徴とする請求項９又は請
    求項１０記載の車両用制御装置。