JPH04136515U - 空間フイルタによる距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空間フィルタによる距離測定装置において、
光電変換素子の進行方向に対する横方向の視野を広げる
ことにより、安定した距離測定を可能とすることにあ
る。 【構成】 光電変換素子の前面に、円筒レンズを進行方
向に沿って配置し、広範囲の画像情報が光電変換素子に
結合するようにし、横方向の視野を広げることとした。
これにより、選択できる周波数成分が広がり、安定した
距離測定が可能となる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、空間フィルタを用いた距離測定装置に関し、安定した測定が可能と なるよう改良したものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来の空間フィルタによる距離測定装置について、図４を参照して説明する。 この装置は、外部からの誘導が不要で非接触で移動距離を計測することができる ものである。

【０００３】 即ち、同図に示すように、路面１からの反射光は光学系２を介してラインセン サ（ＣＣＤ）３により検出され、所定の周期でサンプリングされて電気信号に変 換される。光学系２，ラインセンサ３は図示しない車体の底面に取り付けられて いる。ラインセンサ３は光学変換素子を進行方向に沿って一次元的に配列したも のであり、明暗に応じた信号が順次出力される。

【０００４】 ラインセンサ３からの出力信号Ｐは読出回路４を通過し、Ａ／Ｄ変換器６でデ ジタル信号のＣＣＤデータに変換された後、空間フィルタ演算部５に入力される 。空間フィルタ演算部５はこの出力信号を所定範囲内で積分することにより、光 学的にランダムな周波数から構成される反射光から任意の周波数成分を抽出し、 その時空列的な変化から、図５に示す位相空間において移動距離に対応するベク トルを求めるものである。

【０００５】 即ち、図６に示すフローチャートに示すように先ず、ｎ画素からなるラインセ ンサ３からのＣＣＤデータＤ_i(i=1,2,・・・n)はsin荷重関数Ｓ_i(i=1,2,・・・n)と共 に読み込まれて、添字の等しいものの積が順次ｎ回加えられることにより積和演 算が行われ、積和値Ｓ_b が求められる。ここで、sin荷重関数Ｓ_iとは図７にに示 すように、サイン関数とハニング関数との積のことである。このサイン関数はラ インセンサの長さＬの中にｎ個の波数を有するもので、以下その波長ｐ(=L/n)を フイルタピッチとよぶ。

【０００６】 次に、cos荷重関数Ｃ_i(i=1,2,・・・n)が読み込まれると、ＣＣＤデータＤ_i(i=1, 2,・・・n)との間で、添字の等しいものの積が順次ｎ回加えられることにより積和 演算が行われ、積和値Ｓ_aが求められる。ここで、cos荷重関数Ｃ_iとは図７に示 すように、コサイン関数とハニング関数との積のことである。

【０００７】 更に、積和値Ｓ_a ，Ｓ_b はサンプリング毎に求められるので、前回のサンプリ ングの積和値をＳ_a1, Ｓ_b1とし、今回のサンプリングの積和値をＳ_a2, Ｓ_b2とす ることにする。このようにすると、積和値Ｓ_a1, Ｓ_b1、Ｓ_a2, Ｓ_b2を二次元の座 標とする位相空間内における各サンプリング時でのベクトルｔ_1,ｔ₂ は図５のよ うに示される。従って、１サンプリング間における回転角Δφは位相差演算部７ で次式のように求められる。 Δφ＝arctan｛(S_a1・S_b2−S_a2・S_b1)/(S_a1・S _a2＋S_b1・S_b2) ｝…(1)

【０００８】 ここで、移動距離ｘ₀ と上記回転角Δφとは比例関係にあり、その比例定数 はフィルタピッチｐ（＝Ｌ／ｎ）と２πとの比となるので、移動距離Ｘ₀と速度 Ｖとは次のように求められる。 Ｘ₀ ＝（Ｐ／２π）・ΣΔφ …(2) Ｖ ＝（Ｐ／２π）・Δφ …(3)

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

上述した空間フィルタによる距離測定装置において、精度の良い距離測定を行 うためには、ラインセンサ３の視野ができるだけ広いことが望ましい。 特に、進行方向に対して横方向の視野が広いほうが、選択する周波数成分が多 くなり、好ましい。

【００１０】 ところが、ラインセンサ３の前面に設けられる光学系２としては、従来、単な る凸レンズが使用されている。 従って、ラインセンサ３の進行方向に対し横方向の視野は広いとは言えなかっ た。この為、従来の空間フィルタによる距離測定装置においては、選択しようと する周波数成分が少なく、距離測定が不正確となる場合があった。

【００１１】 一方、光電変換素子を二次元的に配置すれば、進行する方向に対し横方向の視 野を広げることが可能である。 しかし、この方法は、多数の光電変換素子を必要とするのでコストと高となり 、また、光電変換素子から読み出し、合成する処理時間が長時間となる為、高速 で移動する場合には処理できない問題がある。

【００１２】 本考案は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、進行方向に対して横方 向の視野を広げた空間フィルタによる距離測定装置を提供することを目的とする ものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

斯かる目的を達成する本考案の構成は車体に進行方向に沿って一次元的に配設 される光電変換素子と、該光電変換素子から所定周期でサンプリングして順に出 力する読出回路と、該読出回路から順に出力される電気信号に正弦波、余弦波を 掛け合わせて所定範囲内で積分することにより、任意の周波数成分を抽出する空 間フィルタ演算部と、該空間フィルタ演算部により抽出された二つの信号を二次 元の座標とするベクトルの位相平面上での原点を中心とする回転角から前記車体 の移動距離を演算する演算部とを有する空間フィルタによる距離測定装置におい て、前記光電変換素子の前面に前記車体の進行方向に沿って円筒レンズを配置し て該円筒レンズを介して前記光電変換素子に画像を取り込むことを特徴とする。

【００１４】

【作用】

本考案では、光電変換素子の前面に前記車体の進行方向に沿って円筒レンズを 配置して該円筒レンズを介して前記光電変換素子に画像を取り込むので、進行方 向に対して横方向の視野が広がり、横方向について広範囲の画像を光電変換素子 に取り込むことが出来る。この為、選択しようとする周波数成分が広がり、安定 した距離の計測が可能となる。

【００１５】

【実施例】

以下、本考案について、図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。 図１に本考案の第１の実施例を示す。同図に示すように本実施例は光学系とし て円筒レンズ２ａを追加したものであり、その他の構成は図４に示す従来の構成 と同一である。即ち、車体底面に設けられたラインセンサ３には、路面１からの 反射光が円筒レンズ２ａを介して入射する。円筒レンズ２ａは、図２に示すよう にラインセンサ３と同様に進行方向に沿って配置されている。円筒レンズ２ａの 形状は、円筒形状の一部を平面で切り取った形状、つまり、断面がいわゆる円弧 形状をなす細長い形状であり、その円弧面を下方に向けて配置されている。従っ て、円筒レンズ２ａを介して、路面１からの横方向についての広範囲の画像情報 が収束されてラインセンサ３に結像することになる。

【００１６】 ラインセンサ３として設けられるＣＣＤは多数の光電変換素子を進行方向に沿 って一次元的に配列してなるものであり、各光電変換素子から明暗に応じた信号 Ｐが読出回路４により読み出され、Ａ／Ｄ変換器６でデジタル信号のＣＣＤデー タに変換された後、空間フィルタ演算部５に入力される。空間フィルタ演算部５ では、前述したように任意の周波数成分を抽出して積和値Ｓ_aＳ_bを求める。この 積和値Ｓ_aＳ_bは、位相差演算部７に入力され、前述した(1)式により回転各Δφ が求められ、更に前述した(2)(3)式により移動距離Ｘ₀，速度Ｖが求められるこ とになる。

【００１７】 ここで、本考案で使用する円筒レンズ２ａは、図３(a)(b)に示すように光学系 を使用しない場合或いは単なる凸レンズを使用する場合に比較して、進行方向に 対して横方向の画像情報を広範囲にラインセンサ３に結像する。 従って、ラインセンサ３は、進行方向に対して横方向の視野が広くなり、ライ ンセンサ３により読み込んだ画像データ内には多くの周波数成分が含まれること になる。 この為、選択したい空間周波数成分がそのデータ内に常時含まれることになり 、安定した距離測定が可能となる。

【００１８】 また、光電変換素子を二次元的に配置すれば本考案と同様な効果を得ることが できるが、光電変換素子が多数必要となってコスト高となり、それらから読み出 し、演算する為の読出回路等も高価なものとなる問題がある。 これに対し、本考案で使用する円筒レンズ２ａは価格が安く、しかも、光電変 換素子の数も少なく、全体的なコストも安くなる。 しかも、本考案では、光電変換素子を二次元に配置する場合に比較してその数 が少ないので、それらから読み出して処理する速度が速く、高速に移動する場合 にも対応することができる。

【００１９】 尚、上記実施例では、光学系を円筒レンズ２ａのみで構成していたが、他の光 学系と組み合わせて使用する様にしても良い。

【００２０】

【考案の効果】

以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本考案は、光電変換素子の前 面に、進行方向に沿って円筒レンズを配置したので、光電変換素子の横方向の視 野が広がる利点がある。この為、光電変換素子には広範囲の画像データが読み込 まれ、選択できる周波数の範囲が広がり、安定した距離測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例にかかる空間フィルタ距
離測定装置の構成図である。

【図２】円筒レンズを示す斜視図である。

【図３】同図(a)(b)はそれぞ円筒レンズを使用したライ
ンセンサの視野、光学系を使用しないラインセンサの視
野を示す説明図である。

【図４】従来技術にかかる空間フィルタ距離測定装置の
構成図である。

【図５】位相空間を示す説明図である。

【図６】移動距離，速度を演算する過程を示すフローチ
ャートである。

【図７】空間フィルタ荷重関数を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 路面 ２ 光学系 ２ａ 円筒レンズ ３ ラインセンサ ４ 読出回路 ５ 空間フィルタ演算部 ６ Ａ／Ｄ変換器 ７ 位相差演算部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体に進行方向に沿って一次元的に配設
   される光電変換素子と、該光電変換素子から所定周期で
   サンプリングして順に出力する読出回路と、該読出回路
   から順に出力される電気信号に正弦波、余弦波を掛け合
   わせて所定範囲内で積分することにより、任意の周波数
   成分を抽出する空間フィルタ演算部と、該空間フィルタ
   演算部により抽出された二つの信号を二次元の座標とす
   るベクトルの位相平面上での原点を中心とする回転角か
   ら前記車体の移動距離を演算する演算部とを有する空間
   フィルタによる距離測定装置において、前記光電変換素
   子の前面に前記車体の進行方向に沿って円筒レンズを配
   置して該円筒レンズを介して前記光電変換素子に画像を
   取り込むことを特徴とする空間フィルタによる距離測定
   装置。