JP3203299B2

JP3203299B2 - 距離測定装置

Info

Publication number: JP3203299B2
Application number: JP17881995A
Authority: JP
Inventors: 正一田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 2001-08-27
Anticipated expiration: 2015-07-14
Also published as: JPH0933655A

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、レーザ光を走査
しながら送出し、反射体による反射光を受光して、反射
体までの距離を検出する距離測定装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は、例えば特開平６−１３７８６７
号公報に示された従来の距離検出装置である。図５にお
いて、１０１は測距用の光を発生する測距用レーザダイ
オード、２０１は走査位置検出用の光を発生する走査位
置検出用レーザダイオード、１０４は上記測距用光を反
射させて外方に出射させるとともに、上記検出用光を反
射させる回転ミラー、２０２は上記回転ミラーによって
反射された走査位置検出用光の入射位置を検出する位置
検出素子（ＰＳＤ）で、１０２、２０３、３０２はそれ
ぞれのレンズ系、１０３は測距用レーザダイオードから
の光を反射させて回転ミラーに照射する固定ミラ−、１
０５は回転ミラー１０４を駆動するモータである。

【０００３】次に、上述した従来の距離検出装置の動作
について説明する。両面反射の回転ミラー１０４が所要
の角度範囲でモータ１０５により回転される。測距用レ
ーザダイオード１０１の測距用光は固定ミラー１０３で
反射され、さらに回転ミラー１０４により反射して外部
に出射する。対象物からの反射光は受光素子３０１によ
り受光される。測距用光発光からその反射光の受光まで
の時間に基づいて対象物までの距離が測定される。走査
位置検出用レーザダイオード２０１から出射される検出
光は回転ミラー１０４で反射して位置検出素子２０２に
入射する。位置検出素子２０２からは入射位置を表す位
置信号が出力される。回転ミラー１０４によって走査さ
れる測距用光の走査角度位置は位置検出素子２０２の位
置信号によって表される。この位置信号を用いてモータ
１０５のフィードバック制御が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のこのような距離
測定装置では、距離を測定しない場合、モータの電源を
遮断するため、モータに取り付けられた回転ミラーは機
械的に不安定であった。そのため、車載用として、この
装置を使用した場合、距離測定を行わない時、路面等に
よる外部からの振動によって、回転ミラーが破損、脱落
する等のおそれがあるという問題点があった。

【０００５】また、距離測定を再開する場合、モータに
電源を入れ、走査開始位置に戻す必要があるため、距離
測定開始が遅れるという問題点があった。

【０００６】この発明は、上記問題点を解決するために
なされたもので、振動によってミラー破損、脱落等を起
こさない信頼性のある距離測定装置を提供することを目
的とする。

【０００７】また、この発明は、距離測定を再開する場
合、即時、走査を開始できるようにすることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る距離測定装置は、レーザ光を送出する送光手段と、送
出したレーザ光の反射体による反射光を受光する受光手
段と、送・受光信号の関係に基づいて反射体までの距離
を演算する距離演算手段と、上記レーザ光をミラーで反
射し、上記ミラーをカム機構とステッピングモータによ
り揺動することによって所定の範囲内を走査する走査手
段と、走査位置を検出する手段と、を備えた距離測定装
置において、距離を測定しない時には、上記ステッピン
グモータに所定の励磁を与えることで上記ミラーを固定
し、上記ミラーの固定位置は、ミラーが機械的に安定な
位置とすることを特徴とするものである。この発明の請
求項２に係る距離測定装置は、レーザ光を送出する送光
手段と、送出したレーザ光の反射体による反射光を受光
する受光手段と、送・受光信号の関係に基づいて反射体
までの距離を演算する距離演算手段と、上記レーザ光を
ミラーで反射し、上記ミラーをカム機構とステッピング
モータにより揺動することによって所定の範囲内を走査
する走査手段と、走査位置を検出する手段と、を備えた
距離測定装置において、距離を測定しない時には、上記
ステッピングモータに所定の励磁を与えることで上記ミ
ラーを固定し、上記ミラーの固定位置は、ステッピング
モータの回転方向に対して、負荷が軽く、起動容易な位
置とするものである。この発明の請求項３に係る距離測
定装置は、距離測定装置に電源投入時、あらかじめステ
ッピングモータを緩速で動かすことで、ミラーを所定の
固定位置に移動しておくことを特徴とするものである。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の一実施形態を図につい
て説明する。図１において、１はパルスレーザ光を発生
するレーザダイオード１１と、このレーザダイオード１
１から発したパルス光を集光し、走査方向に対し非常に
狭いレーザビームを作る送光レンズ１２からなる送光手
段、２は送光手段１から発生されたレーザビームを反射
するミラー２１とこのミラー２１をカム２３を介して揺
動駆動するステッピングモータ２２、及びミラー２１を
カム面に圧着させるバネ２４からなる走査手段、３は上
記レーザダイオード１１からパルス発光され走査された
レーザビームが対象物に当たり反射して戻り、ミラー２
１で再び反射されたパルス光を集光するレンズ３２と、
受光した反射パルス光を電気信号に変換するホトダイオ
ード３１とからなる受光手段、４はレーザダイオード１
１のパルス発光時期から受光手段３で受光した反射パル
ス光の往復時間を測定し、距離を演算する距離演算手
段、５は上記走査手段２におけるミラーの所定の揺動位
置（走査位置）を検出する原点検出手段、６は各角度毎
の測距データを求める処理装置である。

【００１４】次にこのように構成された実施形態１の動
作を説明する。送光手段１はレーザダイオード１１をパ
ルス駆動してパルス光を発光させる。レーザダイオード
１１により発生するレーザパルス光は一般に指向性の弱
いビームであるが、送光レンズ１２で集光することによ
って、走査方向に対して非常に幅の狭いビームに整形さ
れる。走査手段２では、この整形されたレーザビームが
およそ４５゜の角度で入射するようにミラー２１の送光
面を配置する。ミラー２１はバネ２４によりカム２３の
カム面に圧着され、ステッピングモータ２２によりこの
カム２３を介して駆動されて、入射されたレーザビーム
を対象物方向に走査する。ミラー２１の送光面で反射さ
れたレーザビームは対象物に当たり反射されて、反射パ
ルス光として再びミラー２１に入射する。ミラー２１の
受光面はこの反射パルス光がおよそ４５゜の角度で入射
するように配置されており、反射パルス光を反射し受光
手段３に入射させる。受光手段３は反射パルス光をレン
ズ３２で集光し、ホトダイオード３１によって光電変換
し距離演算手段４に入力する。距離演算手段４はレーザ
ダイオードのパルス発光時点から、その反射パルス光が
受光手段３で受光され入力されるまでの時間Δｔを計測
し、計測した時間Δｔの１／２に光の速度（３×１０８
ｍ／ｓ）を掛けて対象物までの距離を算出する。

【００１５】図２は走査手段２の動作を説明する図で、
ステッピングモータ２２のステップ数（ａ）とミラー２
１の揺動角（ｂ）との関係、及び原点検出手段出力
（ｃ）を示している。カム２３はステッピングモータ２
２を２０ステップ駆動することでミラー２１の揺動の往
動作を、同じく４ステップで復動作を行うような形状と
なっている。したがって、ミラー２１の揺動動作の１往
復はステッピングモータ２２の２４ステップで行われる
ことになる。この往動作中に距離測定を行い、レーザビ
ームはこの間走査される。

【００１６】ステッピングモータ２２の１ステップの回
転角は１５゜で、これに対応するミラーの揺動角度は
０．３゜、レーザビームの走査角度はその倍の０．６゜
である。よって、レーザビームの全走査角度は０．６゜
×２０＝１２゜である。また、図に示すように、ステッ
ピングモータのステップ数に対応して、モータの励磁し
ている相は決まっている。この実施形態で示したモータ
は４相であり、１相励磁で駆動している。また、このモ
ータは励磁パタン６周期で１回転する。また、ミラーの
揺動位置は原点検出手段５によって検出される。

【００１７】原点検出手段５は例えば揺動するミラーの
端をホトインタラプタ等により検出し、揺動位置がある
位置まで変位すると検出できるようにしておく。ここ
で、図から距離測定を開始する位置、すなわちミラーの
揺動角度が０゜の時の励磁相は常にＡ相であることがわ
かる。よって、原点検出手段５によって、ミラーの揺動
角度が所定の角度以下であることを検出した後、ステッ
ピングモータの励磁相がＡ相となった時点を、距離測定
を行う走査範囲の開始位置とし、開始位置決定後はカム
２３の形状に従って、モータのステップ位置からミラー
の揺動角度がわかり送光角度を検出する。距離演算手段
４からの距離と走査手段２からの走査角度を処理装置６
にて処理を行い、距離と角度を対応付ける。

【００１８】距離の測定を行わない場合は、所定の走査
角度になった時点で、モータ２２の励磁を固定し、その
位置でカム２３及びミラー２１は固定される。

【００１９】このように、距離の測定を行わない場合、
ミラーを固定するため、外部からの振動などによってミ
ラーが破損或いは脱落を起こすことはなくなる。

【００２０】実施の形態２．図３は実施形態２を説明す
る図で、ステッピングモータのステップ数に対応するミ
ラー揺動角（ａ）、カムの回転方向の負荷（ｂ）を示し
ている。図に示すように、ステッピングモータのステッ
プ数に対応して、カムの回転方向の負荷がミラーに取り
付けられたバネや、カム面の形状等により変化する。即
ち、この負荷が０の時（図中Ａ点）、カムは最も安定
し、どちらの方向にも回転しない安定な位置となる。上
記、実施形態１において、距離の測定を行わない場合、
カムをこの安定な位置に固定すれば、ミラーはより機械
的に安定になり、耐振性が増す。

【００２１】実施の形態３．図４は実施形態３を説明す
る図で、ステッピングモータのステップ数に対応するミ
ラー揺動角（ａ）、モータが回転するに必要とする回転
トルク（ｂ）を示している。この必要トルクは図３のカ
ムの回転方向の負荷に対応して変化する。この必要回転
トルクが負の場合（図中Ｂ部）、回転方向に対して順方
向に力が働くため、モータは起動しやすくなる。したが
って、上記実施形態１において、距離の測定を行わない
場合、カムをモータの必要回転トルクが負の図中Ｂ位置
に固定すれば、再度距離測定を行う場合、ミラーを容易
に駆動できる。

【００２２】実施の形態４．実施形態４は距離の測定を
行わない場合、ミラーを図２のステッピングモータステ
ップ数１の位置、即ち走査開始位置に固定するもので、
再度距離測定を行う場合、即時、測定を開始できるよう
にした。これにより、時間遅れなく、距離の測定を再開
することができる。

【００２３】実施の形態５．実施形態５は上記実施形態
１を改良したもので、距離検出装置自体の電源を投入し
た際に、あらかじめステッピングモータを緩速で動かす
ようにし、モータの起動トルクを増した状態で、ミラー
を所定の固定位置に移動させておく。例えば、ミラーが
あるモータの起動しやすい位置にあり、この状態からだ
とモータを回転させることができ、後は慣性で回転を継
続できるが、一旦モータを起動しにくい位置に止める
と、再度、距離を測定する際の通常の速さでは起動不可
能であるような場合、上述のように、あらかじめ装置の
電源投入時、ミラーを起動しやすい位置まで移動してお
き、モータを停止させるときは必ずこの位置とするよう
にしておけば、この問題は解消する。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１に係る
距離測定装置によれば、距離を測定しない時でも、ステ
ッピングモータに所定の励磁を与えることでミラーは固
定されるため、外部からの振動によって、ミラーが破損
或いは脱落するようなことはなく、信頼性のある装置と
なり、また、この距離を測定しない場合、ミラーを機械
的に安定な位置で固定するため、耐振性が向上する。ま
た、この発明の請求項２に係る距離測定装置によれば、
距離を測定しない場合、ミラーをステッピングモータの
回転方向に対して、負荷が軽く、起動容易な位置で固定
するため、距離を測定するためステッピングモータを起
動する場合、回転方向に対して負荷が軽いため、起動ト
ルクが少なくてすみ、起動が容易となる。これにより、
モータはトルクの大きなものでなく、小型でもよく、ま
た、回転を速くして走査速度を向上することも可能とな
る。また、この発明の請求項３に係る距離測定装置によ
れば、装置に電源を投入した際に、あらかじめステッピ
ングモータを緩速で動かすようにしたので、モータの起
動トルクが増し、ミラーを所定の固定位置まで容易に移
動できる。これにより、ミラーの固定位置さえ再起動可
能な位置であれば、モータの速度を上げることができ
る。よって、走査速度の高速化が期待できる。

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態１の構成を示すブロック
図である。

【図２】この発明の実施形態１の動作を説明する図で
ある。

【図３】この発明の実施形態２の動作を説明する図で
ある。

【図４】この発明の実施形態３の動作を説明する図で
ある。

【図５】従来装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１送光手段、２走査手段、３受光手段、４距離
演算手段、５原点検出手段、６処理装置。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を送出する送光手段と、送出し
たレーザ光の反射体による反射光を受光する受光手段
と、送・受光信号の関係に基づいて反射体までの距離を
演算する距離演算手段と、上記レーザ光をミラーで反射
し、上記ミラーをカム機構とステッピングモータにより
揺動することによって所定の範囲内を走査する走査手段
と、走査位置を検出する手段と、を備えた距離測定装置
において、距離を測定しない時には、上記ステッピング
モータに所定の励磁を与えることで上記ミラーを固定
し、上記ミラーの固定位置は、ミラーが機械的に安定な
位置とすることを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】レーザ光を送出する送光手段と、送出し
たレーザ光の反射体による反射光を受光する受光手段
と、送・受光信号の関係に基づいて反射体までの距離を
演算する距離演算手段と、上記レーザ光をミラーで反射
し、上記ミラーをカム機構とステッピングモータにより
揺動することによって所定の範囲内を走査する走査手段
と、走査位置を検出する手段と、を備えた距離測定装置
において、距離を測定しない時には、上記ステッピング
モータに所定の励磁を与えることで上記ミラーを固定
し、上記ミラーの固定位置は、ステッピングモータの回
転方向に対して、負荷が軽く、起動容易な位置とするこ
とを特徴とする距離測定装置。
【請求項３】距離測定装置に電源投入時、あらかじめ
ステッピングモータを緩速で動かすことで、ミラーを所
定の固定位置に移動しておくことを特徴とする請求項１
または２に記載の距離測定装置。