JPH0447209A - 光学式距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、距離を光学的に測定する光学式距離測定装置
に関する。

（従来の技＃ｔ） 斯かる光学式距離測定装置としては、比較的遠隔離を測
定する位相方式を採用したもの、時間測定方式を採用し
たものか従来から知られている。

又、特に無人移動体の分野では、光ビーム役受光手段と
設置間隔か既知である複数の光ビーム反射手段を用い、
光ビーム投光手段から出射される光ビームを走査し、該
光ビームが各反射手段で反射して受光手段に受光される
角度（受光角度）を検出することによフて移動体と光ビ
ーム反射手段との間の距離を演算する方法が採用されて
いる。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら、前記位相方式を採用する装置では、１周
波数での測定レンジか限定され、広いレンジを測定する
には多周波数を要し、大型の位相差測定器が必要となっ
て装置が大型化するという問題がある。

又、前記時間測定方式を採用する装置では、特に測定距
離が短い場合には測定時間が微少となリ、距離の測定精
度か悪くなるいう問題がある。

更に、前記光ビームの受光角度から距離を演算する方式
を採る装置にあっては、高精度のエンコーダが必要とな
り、装置が大型化し、コストアップするという問題かあ
る。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的と
する処は、大型化及びコストアップを招くことなく、近
距離でもこれを高精度に測定することかできる光学式距
離測定装置を提供することにある。

（！！題を解決するための手段） 上記目的を達成すべく本発明は、指向性の高い光を射出
する投光手段と、該投光手段からの射出光を走査する走
査手段と、射出光の走査方向に平行に設置される２債以
上の光反射手段と、該光反射手段からの反射光を受光す
る受光手段と、受光時間間隔測定手段と、前記走査手段
の走査速度、前記光反射手段の間隔及び前記受光時間間
隔測定手段によって測定された受光時間間隔に基づいて
前記投光手段から光反射手段までの距離を演算する演算
手段を含んで光学式距離測定装置を構成したことをその
特徴とする。

（作用） 本発明によれば１反射光の受光角度に代えて受光時間間
隔か測定され、この受光時間間隔と既知の光反射手段の
間隔及び走査手段の走査速度に基づいて投光手段から光
反射手段までの距離か演算される。

而して、受光時間間隔及び射出光の走査速度（モータの
角速度等）は小型の装置でしかも高精度に測定てきるた
め、近距離でもこれを高精度に測定できるとともに、’
＃Ｈの大型化、コストアップを招くことがない。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る光学式距離測定装置の構成を示す
ブロウク図、第２図は受光素子の出力波形を示す図であ
る。

本実施例は無人で走行する移動体の位置検出装置に本発
明を適用したものであり、第１図において１は移動体に
搭載された距離測定装置本体であり、２０・・・は移動
体の走行経路の所定位置に所定間際立で設置された３つ
の光ビーム反射体である。

ところで、上記距離測定装置本体１は、第１図に示すよ
うに、ＬＤ（レーザダイオード）発光回路２、レーザ光
を射出するＬＤ（レーザダイオード）３、レーザ光を調
光する調光レンズ４．ミラー５．モータ６によって一定
速度で回転駆動されるポリゴンミラー７、フィルタ８、
反射光を集光する集光レンズ９、反射光を受光するＰＤ
（フォトダイオード）１０．ＰＤ受光回路１１．受光時
間間隔を検出する受光周期検出回路１２．距離を演算す
る演算回路１３、演算回路１３にて演算された距離を表
示する表示装置１４及び前記モータ６の回転数を検出パ
ルスカウンタ１５を含んで構成されており、パルスカウ
ンタＩ５は前記演算回路１３に電気的に連続されている
。

尚、前記光ビーム反射体２０−・・は前記ＬＤ３から射
出されたレーザ光の走査方向に対して平行に設置されて
いる。

而して、移動体は所定の経路を走行するが、走行中に３
いては距離測定装置本体ｌによって投光手段であるＬＤ
３から光ビーム反射体２０−・・までの距離りがリアル
タイムに計測され、これによって該移動体は現在位置を
認識することかできる。

即ち、ＬＤ発光回路２によってＬＤ３から指向性の高い
レーザ光が射出されると、このレーザ光は調光レンズ４
を経てミラー５を透過し、図示矢印イ方向に回転してい
るポリゴンミラー７の表面で反射されて矢印口方向に走
査される。そして、この走査されるレーザ光が光ビーム
反射体２０−・・に入射すると、この入射したレーザ光
は第１図に破線にて示すように各光ビーム反射体２０で
反射して入射方向と同方向に出射し、再びポリゴンミラ
ー７の表面で反射し、更にミラー５で反射してフィルタ
８及び集光レンズ９を通過した後、ＰＤＩＯに至る。す
ると、ＰＤＩＯは光ビーム反射体２０からの反射光を受
光し、ＰＤ受光回路１１は光の強さに比例した電圧を出
力する。

従って、ＰＤ受光回路１１では第２図に示すように光ビ
ーム反射体２０・・・からの反射光をＰＤｌｏか受光す
る毎に信号を出力し、成る光ビーム反射体２０からの反
射光を受光してから次の光ビーム反射体２０からの反射
光を受光するまでの時間間隔は第２図のｔで表示され、
この時間間隔ｔは受光周期検出回路１２によって検出さ
れる。

一方、ポリゴンミラー７によって走査されるレーザ光の
走査速度、即ち、ポリゴンミラー７（モータ６）の回転
速度はパルスカウンタ１５によって検出され、この検出
データは演算回路１３に入力され、演算回路１３ではレ
ーザ光の走査角速度ω（（ポリゴンミラー７の角速度）
×２）が算出される。

ところで、以上のように受光時間間隔ｔとレーザ光の走
査角速度ωが測定されると、これらと光ビーム反射体２
０−・・の既知の間際立とに基づいき、ＬＤ３から光ビ
ーム反射体２０・・・までの距離りか演算回路１３にて
次の式によって演算される。

即ち、走査されるレーザ光の光ビーム反射体２０・・・
における周速度Ｖは次式で求められる。

Ｖ＝ｌ／ｌ＝Ｌ・ω　・・・・・・（１）従フて、距離
りは上記第（１）式より次のように求められる。

Ｌ＝Ｒ／ｌ・ω　　　・・・−（２） 而して、上記第（２）式によって演算された距離りは前
記表示装置１４に表示されるとともに、不図示の制御装
置に対して出力される。

以上のように、本実施例では従来測定されていたレーザ
光の受光角度に代えて受光時間間隔ｔを測定し、この受
光時間間隔ｔと光ビーム反射体２０・・・の既知の間隔
見及びレーザ光の走査角速度ωに基づいて距離りを演算
するようにしたが、受光時間間隔を及び走査角速度ωは
小型の装置でしかも高精度に測定することが可能である
ため、近距離から遠隔層（Ｌ＝１ｍ〜１０Ｋｍ）まで高
精度に測定することができるとともに、装置の大型化及
びコストアップを招くことかない、尚、遠隔層（例えば
、Ｌ＝ｌＯＫｍ）を測定する場合には、光ビーム反射体
２０・・・の間際立を大きくしく例えば、文＝１０ｍ）
、距離りを複数回（例えば、１００回）測定してその平
均値を求めるようにすれば、距離りの測定精度を更に高
めることができる。

ところで、距離りの測定精度は、光ビーム反射体２０・
・・を第３図に示すようにＬＤ３からのレーザ光の走査
方向に対して斜めに設置するよりも、第４図に示すよう
に平行に設置する方が高くなることは容易に理解できる
が、第５図に示すように光ビーム反射体２０・・・が平
行に設置されてあっても距離測定装置本体ｌと光ビーム
反射体２０−・・どの間に標高差Ｈが存在する場合には
、次のような補正をしないと距離りを正確に求めること
ができない。

即ち、第６図に示すようにレーザ光のポリゴンミラー７
上での反射点をＯとした場合、ポリゴンミラー７の近傍
てあって、基準線ｍに対して図示の角度αをなす位［（
ＺＢＯＣ＝α）に、基準となる走査角度を検出する基準
角度検出手段１６を設置する。

而して、レーザ光が上記基準角度検出手段１６、光ビー
ム反射体２０−１．２０−２で反射して第１図に示すＰ
ＤＩＯに受光される毎にＰＤ受光回路１１は第７図に示
すような信号を出力するか、第７図に示すように基準角
度信号が出力された時点を基準とし、その時からΔｔ１
．Δ１゜時間後に光ビーム反射体２０−１．２０−２か
らの反射光が受光されたとすると１図示の角Δθ□（＝
ＺＡＯＣ）、Ａ＃、（＝ＺＯ’　ＱＣ）は、レーザ光の
走査角速度をωとすると、それぞれ次式で表わされる。

又、図示のθｒ　　（＝ＺＢＯＡ）、θ、　　（＝ＺＢ
Ｏｏ’　）はそれぞれ次式で表わされる。

更に、光ビーム反射体２０−１．２０−２の挟角を図示
のようにΔθとすると、この挟角Δθは第（４）式より
次のように表わされる。

Δθ＝Δθ２−Δθ、＝０１−０２　・・・（５）ここ
て、第６図からＡＡＯＢを取り出してこれを第８図に示
し、このＡＡＯＢに対して幾何学的考察を加える。

点０′から辺ＡＯに垂線を立てその交点を図示のように
Ｂ′とすると、ＡＡＯＢ（／ＩＡＡＯ’　Ｂ’であるた
め、ＺＡＯ’　Ｂ’　＝ＺＡＯＢ＝０１となる。

ソコテ、辺Ｂ’　Ｏ，ＡＢ’　、Ｂ’　Ｏ’　の長さを
図示のようにそれぞれａ、ｂ、ｃとすると、これらａ、
ｂ、ｃはそれぞれ次式で表わされる。

従って、距離り及び標高差Ｈは第８図及び上記第（６）
式よりそれぞれ次式て求められる。

Ｌ＝　（ａ＋ｂ）ｃｏｓθ。

＝　４１　（ｃｏｓθ、　／ｌａｎΔθ＋ｓｉｎθ＋）
　ｃｏｓθＩ−（７）Ｈ＝　（ａ＋ｂ）ｓｉｎθ、 ：交（ｃｏｓθ、　／ｌａｎΔθ＋ｓｉｎθ、）　ｓｉ
ｎθｒ　””Ｃｓ）而して、第５図に示すように標高差
Ｈか存在する場合てあっても、距離り及び標高差Ｈを第
（７）、（８）式によって正確に演算することかできる
。

（発明の効果） 以上の説明で明らかな如く、本発明によれば、指向性の
高い光を射出する投光手段と、該投光手段からの射出光
を走査する走査手段と、射出光の走査方向に平行に設置
される２個以上の光反射手段と、該光反射手段からの反
射光を受光する受光手段と、受光時間間隔測定手段と、
前記走査手段の走査速度、前記光反射手段の間隔及び前
記受光時間間隔測定手段によって測定された受光時間間
隔に基づいて前記投光手段から光反射手段まての距離を
演算する演算手段を含んで光学式距離測定装置を構成し
たため、該光学式距離測定装置の大型化及びコストアッ
プを招くことなく。

近距離でもこれを高精度に測定することかできるという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学式距離測定装置の構成を示す
ブロック図、第２図は受光素子の出力波形を示す図、第
３図、第４図及び第５図はレーザ光の射出方向と光ビー
ム反射体の配置との関係を示す図、第６区乃至第８図は
距離測定装置本体と光ビーム反射体の間に標高差が存在
する場合の補正方法を説明するための図である。 １−・−距離測定装置本体、２−Ｌ　Ｄ発光回路、３−
ＬＤ（レーザダイオード）、６−・・モータ、７・・・
ポリゴンミラー、１Ｏ−ＰＤ（フォトダイオード）、１
ｌ−ＰＤ受光回路、１２・・・受光周期検出回路、１３
−・・演算回路、１５−・パルスカウンタ、２０・・・
光ビーム反射体、Ｌ−・・測定距離１文・・・光ビーム
反射体の間隔、ｔ・・・受光時間間隔。 第３図 を 第４図 ！ 〆 第５図 第６ズ 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　指向性の高い光を射出する投光手段と、該投光手段か
   らの射出光を走査する走査手段と、射出光の走査方向に
   平行に設置される２個以上の光反射手段と、該光反射手
   段からの反射光を受光する受光手段と、受光時間間隔測
   定手段と、前記走査手段の走査速度、前記光反射手段の
   間隔及び前記受光時間間隔測定手段によって測定された
   受光時間間隔に基づいて前記投光手段から光反射手段ま
   での距離を演算する演算手段を含んで構成されることを
   特徴とする光学式距離測定装置。